## Jurnal Riset Fisika Indonesia
Volume 2, Nomor 2, Juni 2022
ISSN: 2776-1460 (print); 2797-6513 (online) http://journal.ubb.ac.id/index.php/jrfi/3221

## Pengaruh Variasi Waktu Kontak Terhadap Nilai Efisiensi dan Mekanisme Kinetika Adsorpsi Logam Besi (Fe) pada Limbah Batik Cual Menggunakan Kitosan
Livia,Widodo Budi Kurniawan, Herman Aldila *
Jurusan Fisika, Universitas Bangka Belitung Jl Kampus Peradaban Kampus Terbadu UBB, Bangka 33172, Kepulauan Bangka Belitung,
Indonesia
* ) E-mail korespondensi: hermanaldilaubb@gmail.com

## Info Artikel:
Dikirim: 1 Mei 2022 Revisi: 1 Juni 2022 Diterima: 30 Juni 2022

## Kata Kunci:
Adsorption;  Batik Cual Waste; Chitosan;
Efficiency value

## Abstract
Batik  cual  is  one  textile  product  characterizing  the  local  wisdom  of  the native  people  in  Bangka  Belitung  Province.  The  increased  production  of Batik  Cual  produces  wastewater  containing  hazardous  metals  that  are carcinogenic and toxic to the enviroment, one of which is metals Fe, while for handing metal Fe in Batik Cual waste, the adsorption method is carried out with Aldrich brand chitosan as an adsorbent and Batik Cual waste from batik  home  craftsmen,  Selindung  Lama,  Bangka  Belitung  Province,  with variations in contact time used 10, 20, 30, and 40 minutes on 2 grams of chitosan  and  100  ml  of  raw  batik  waste.  The  Atomic  Absorpstion Spectroscopy (AAS) testing was carried out to determine the level of metal Fe  content.  Based  one  the  results  of  the  AAS  test  for  Fe  adsorption,  the highest  adsorbent  efficiency  value  was  26.28%  at  a  contact  time  of  40 minutes.  Meanwhile,  the  adsorption  kinetics  mechanism  of  the  dissolved iron  (Fe)  ion  Batik  Cual  wastewater  follows  a  pseudo-second-order adsorption kinetics model with adsorption rate and maximum adsorption capacity of 4.6913 g mg -1 minute -1 and0.0091 mg/g.

## PENDAHULUAN
Batik  cual  merupakan  salah  satu  produk  lokal  masyarakat  Bangka  Belitung.  Seiring berjalannya waktu, batik cual menjadi salah satu ikon budaya yang paling digemari masyarakat [1].  Proses  produksi  kain  batik  cual  tidak  jauh  berbeda  dengan  pembuatan  kain  batik  pada umumnya. Penggunaan pewarna kimia anorganik tetap menjadi ancaman bagi lingkungan seiring dengan  meningkatnya permintaan produksi  kain  batik  cual.  Secara umum  limbah batik  masih memiliki kandungan zat warna yang tinggi dari proses pewarnaan batik yang  mengandung racun logam berat  yang terdapat pada limbah batik, yaitu kromium (0,1 mg/L), timbal (0,23 mg)/L), besi (2,06 mg/L) , Tembaga (0,27 mg/L) dan Mangan (0,00063 mg/L) [2].
Berbagai metode untuk dekadarisasi logam berat yang ada dalam air telah dikembangkan, termasuk  filtrasi,  deposisi  kimia,  adsorpsi, electro-deposition ,  dan  lain  sebagainya.  Salah  satu metode  yang  banyak  dikembangkan  adalah  metode  adsorpsi,  yang  merupakan  proses  yang relatif cepat,  sederhana dan ramah lingkungan dengan penggunaan adsorben biologis [3]. Dalam
hal  ini,    adsorben  menjadi  hal  yang  sangat  menarik  untuk  dikembangkan.  Bio-adsorben diharapkan  dapat  menjadi  solusi  permasalahan  lingkungan  dalam  adsorpsi  logam  berat  pada limbah batik cual. Dari sekian banyak biomaterial yang dikembangkan, kitosan merupakan salah satu yang paling menjanjikan dan perlu diteliti lebih lanjut.
Kitosan  merupakan  salah  satu  polisakarida  kationik  alam  yang  mengandung  senyawa biopolimer  alam  multi  ionik  sehingga  dapat  diaplikasikan  dalam  berbagai  bidang  seperti adsorben logam, penyerap pewarna tekstil, bahan kosmetik, dan agen antibakteri. Hal ini karena kitosan  memiliki  beberapa  keunggulan  diantaranya  ramah  lingkungan,  sumbernya  berlimpah dan  tidak  bersifat  racun  [4].  Kajian  tentang  penurunan    logam  berat  telah  dilakukan  oleh beberapa peneliti terdahulu tentang pengaruh penyerapan besi (Fe), natrium (Na), kadmium (Cd) dan tembaga (Cu) oleh kitosan dalam air limbah dimana penyerapan Fe optimal logam  sebesar 90,03%, logam Na sebesar 96,3%, logam Cd sebesar 90,0%, logam Cu sebesar 99,12% dengan waktu  kontak  30  menit  [5].  Beberapa  penelitian  menunjukkan  bahwa  kandungan  Fe  dalam limbah batik merupakan logam utama yang banyak ditemukan. Adanya logam Fe pada limbah batik  disebabkan  penggunaan pewarna kimia pada proses pencelupan batik cual.
Berdasarkan uraian di atas maka dilakukan penelitian tentang proses adsorpsi logam Fe pada    limbah  batik  cual  menggunakan  bioadsorben    kitosan  dengan  pengaruh  variasi  waktu kontak  10, 20, 30 dan 40 menit terhadap nilai efisiensi dan mekanisme kinetika adsorpsi. Hasil penelitian ini dapat memberikan gambaran tentang mekanisme adsorpsi kitosan pada logam Fe yang ada pada limbah batik cual sebagai  upaya ramah lingkungan untuk penurunan logam berat pada air limbah batik cual.

## METODE PENELITIAN

## Bahan dan Alat
Bahan  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah  limbah  batik  dari  pengrajin  batik  cual Kepulauan  Bangka  Belitung  dan  Kitosan  merk Aldrich. Sedangkan  alat  yang  digunakan  pada penelitian ini adalah neraca analitik, oven , beaker glass , corong, kertas saring whatman no 41, magnetic  stirer dan  spatula.  Adapun  alat  yang  digunakan  untuk  pengujian  adalah Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) merk Shimadzu Tipe AA-7000 dan Uv-Vis Shimadzu 1800.

## Prosedur
Limbah batik cual yang digunakan diperoleh dari pengrajin batik cual di Selindung Lama, Kepulauan  Bangka  Belitung.  Kandungan  logam  barat  pada  bahan  baku  batik    yang  digunakan diperiksa dengan Spektroskopi Serapan Atom (AAS) pada parameter unsur Fe, Cu, Zn  dan Pb. Unsur tertinggi  akan diamati untuk proses adsorpsi menggunakan kitosan.
Adsorpsi dilakukan dengan menambahkan 2 gram kitosan ke dalam 100 ml air limbah batik cual. Campuran kitosan mentah dan  limbah cair batik diaduk dengan magnetic stirrer dengan  waktu yang berbeda yaitu 10, 20, 30 dan 40 menit. Kemudian masing-masing varian disaring dengan kertas  saring.  Setiap  sampel  air  dianalisis  dengan  spektroskopi  serapan  atom  (AAS)  untuk mengetahui sejauh mana logam Fe  teradsorpsi.
Sedangkan  untuk  mengetahui  degradasi  warna  limbah  batik  cual  menggunakan spektrofotometer  UV-Vis  pada  rentang  panjang  gelombang  500-800  nm.  Untuk  nilai  efisiensi dihitung menggunakan rumus persamaan 1.
 = 𝐶 ₀ ‐ 𝐶 𝑎 𝐶 ₀ ×  100%                                                                (1)

## HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Tabel 1 menunjukkan kandungan unsur logam yang terdapat pada limbah batik cual yang dianalisis  menggunakan  AAS.  Berdasarkan  Tabel  1  didapatkan  bahwa  unsur  logam  tertinggi dalam limbah batik cual adalah logam Fe. Keberadaan logam Fe pada limbah batik cual  diduga di sebabkan pada saat proses pencelupan dan perwarnaan kain batik cual.

## Tabel  1. Unsur Kandungan Limbah Batik Cual
Unsur Kandungan Logam Berat (mg/L) Fe 0.430 Cu 0.160 Pb 0.0358 Zn <0.0203
Pengaruh  variasi  waktu  kontak  terhadap  nilai  efisiensi  ditunjukkan  pada  Gambar  1. Sedangkan data efisiensi adsorpsi logam besi (Fe) menggunakan 2 gram kitosan yang dicampur dengan  100  ml  limbah  batik  cual  dengan  variasi  waktu  kontak  10,  20,  30  dan  40  menit ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Data Efisiensi Adsorpsi Logam Besi (Fe)
t (menit) C 0 (mg/L) C a (mg/L)  (%) 10 0.430 0.374 13.02 20 0.351 18.27 30 0.321 25.35 40 0.317 26.28
Berdasarkan  dari  Tabel  2    pada  variasi  waktu  kontak  jumlah  ion  logam  Fe  yang  mampu diadsorpsi oleh 2 gram kitosan dengan 100 ml air limbah batik cual dengan konsentrasi ion logam Fe sebelum perlakuan sebesar 0.430 mg/L pada variasi waktu kontak 10, 20, 30, dan 40 menit mengalami penurunan. Sedangkan besarnya nilai efisiensi yang cenderung mengalami kenaikan dengan  nilai  efisiensi  maksimum  sebesar  26.28%  terjadi  pada  waktu  kontak  40  menit sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 1.

## Gambar 1. Pengaruh Waktu Kontak terhadap  Efisiensi Adsorpsi
Terlihat  pada  grafik  nilai  efisiensi  adsorben  kitosan  dapat  mengadsorbsi  ion  logam  Fe terendah  terjadi  pada  waktu  pemaparan  10  menit  sebesar  13.02%.  sedangkan  nilai  efisiensi tertinggi  adalah  26.28%  pada  waktu  kontak  40  menit.  Grafik  tersebut  menunjukkan  bahwa kondisi belum optimal atau belum jenuh pada menit ke-40. Kondisi  adsorpsi yang optimal belum diketahui karena pada Gambar 1 dapat dilihat bahwa pada waktu kontak 40 menit belum jenuh
atau  logam Fe yang masih ada pada limbah batik cual dapat teradsorpsi. Sangat mungkin kitosan masih dapat mengadsorbsi logam Fe pada limbah batik cual pada suatu saat.
Kinetika  adsorpsi  merupakan  studi  yang  digunakan  untuk  mengetahui  bagaimana mekanisme yang terjadi pada suatu adsorben. Persamaan yang digunakan untuk menentukan model kinetika orde satu semu dan orde dua semu adalah persamaan (2), dengan  menghitung nilai pertama kapasitas Fe yang teradsorpsi kitosan (X) dengan menggunakan persamaan (2)
𝑋 = (𝐶 0 − 𝐶 𝑎 ) 𝑚 𝑉 (2)
dengan Massa kitosan (m) adalah 2 gram dalam volume 100 ml limbah batik. Nilai X untuk setiap variasi waktu kontak ditunjukkan pada Tabel 3.
Tabel 3. Data Hasil Perhitungan Nilai X
t  (Menit) X (mg/g) 10 0.00280 20 0.00395 30 0.00545 40 0.00565
Untuk  menentukan  kinetika  orde  satu  semu    dengan  persamaan  (3)  [6].  Berdasarkan persamaan (3), laju adsorpsi (λ ads ) dapat diperoleh dari persamaan regresi linier dengan fungsi ln (X e -X) sebagai fungsi t (waktu).
𝑑𝑋 𝑑𝑡 =   𝜆 𝑎𝑑𝑠 (𝑋ₑ − 𝑋) (3)
dengan asumsi  bahwa saat kondisi awal (t=0) belum terjadi adsorpsi (X=0) diperoleh solusi dari persamaan (4). Merupakan bentuk persamaan linier sebagai berikut:
ln(𝑋ₑ − 𝑋) = ln 𝑋ₑ −   𝜆 𝑎𝑑𝑠 𝑡 (4) Keterangan:
X e : kapasitas maksimum adsorpsi kitosan (mg/g) X    : kapasitas logam Fe yang teradsorpsi (mg/g) λ ads : Laju adsorpsi kitosan model orde satu semu (g mg -1 menit -1 ) t      : waktu kontak (menit)
Gambar 2. Kinetika adsorpsi model orde satu-semu logam Fe oleh kitosan
Berdasarkan persamaan (4), model grafik ln (X e -X) sebagai fungsi t tidak dapat ditentukan secara  langsung  karena  dibatasi  oleh  nilai  X e yang    harus  ditentukan  sebelumnya.  Nilai  X e ditentukan dengan metode simulasi (coba) berdasarkan koefisien linieritas tertinggi (R 2 ). Hasil simulasi  linier  model  grafik  diperoleh  koefisien  linier  tertinggi  pada  nilai  X e sebesar  0.0576 ditunjukkan  pada  Gambar  2.  Nilai  X e dari  simulasi  ini  juga  dikonfirmasi  secara  eksperimental berdasarkan analisis kapasitas logam Fe (X) yang teradsorpsi menurut Tabel 3.
Berdasarkan Gambar 2, koefisien linier persamaan kinetika adsorpsi orde satu  memiliki nilai sebesar 0.9611 sedangkan nilai X e memiliki perbedaan yang  signifikan antara nilai hitung dengan nilai simulasi. Hasil hitungan lebih besar dari nilai simulasi (percobaan). Walaupun besar nilai  R 2 mendekati  1,  namun  perbedaan  antara  nilai  X e (percobaan)  dan  X e (dihitung)  sangat berbeda, seperti terlihat pada Tabel 4, menunjukkan bahwa kinetika adsorpsi orde satu semu tidak dapat digunakan untuk mekanisme kinetika adsorpsi logam Fe oleh kitosan.

## Gambar 3. Kinetika adsorpsi model orde dua Semu logam Fe oleh kitosan
Sedangkan orde dua semu seperti pada persamaan (5) dapat diperoleh konstanta koefisien adsorpsi ( 𝐾 𝑎𝑑𝑠 ) dari persamaan regresi linier dengan fungsi t/X terhadap t (waktu) [7].
𝑑𝑋 𝑑𝑡 =   𝐾 𝑎𝑑𝑠 (𝑋ₑ − 𝑋)² (5)
dengan asumsi bahwa saat kondisi awal (t = 0) belum terjadi proses adsorpsi (X = 0) diperoleh solusi dari persamaan 6 dan disusun dalam bentuk persamaan linier sebagai berikut:
𝑡 𝑋 = 1 𝐾 𝑎𝑑𝑠 𝑋 𝑒 2 + 1 𝑋 𝑒 𝑡 (6)
Dimana 𝐾 𝑎𝑑𝑠 adalah laju adsorpsi kitosan model orde dua semu  (g mg -1 menit -1 )
Persamaan  kinetika  orde  dua  adsorpsi  didasarkan  pada  hubungan  antara  laju  adsorpsi sebanding dengan kuadrat konsentrasi reaktan, dalam hal ini konsentrasi Fe dari logam  terlarut sesuai Persamaan (6) berdasarkan hasil analisis sampel grafik memiliki nilai koefisien linier yang lebih  tinggi  daripada  model  kinetika  orde  satu  semu.  Nilai  linier  model  ini  sangat  tinggi, mendekati 1 menurut Tabel 4. Hasil nilai X e ini menunjukkan bahwa setelah  40 menit  logam Fe masih teradsorpsi oleh kitosan dan akan mencapai nilai adsorpsi maksimum  pada waktu tertentu sesuai  Tabel 4.

## Tabel 4. Persamaan Kinetika Adsorpsi Orde Satu Semu dan Orde Dua Semu
Kinetika Adsorpsi persamaan kinetika X e (mg/g) Laju adsorpsi (g mg -1 menit -1 ) Simulasi Hitung Orde Satu Semu ln (X e -X) = -0.1164t – 4.4223;
R 2 = 0.9611 0.00576 0.0119 0.1164 Orde Dua semu t/X= 109.6 t – 2563.3 ; R 2 = 0.9616 0.0091 4.6913
Hasil  analisis  kandungan  Fe    masing-masing  perlakuan  dengan    waktu  kontak  yang berbeda  menjadi  dasar  penentuan  kinetika  proses  adsorpsi    menggunakan  adsorben. Berdasarkan Tabel 4 dapat dilihat bahwa transformasi dan perlakuan secara keseluruhan yang diberikan untuk proses adsorpsi menunjukkan  model kinetika diikuti oleh model orde dua semu dengan  koefisien  linier  sebesar  0.9616.  Merujuk  pada  Mahmud  [8],    sebagian  besar  model kinetika  adsorpsi  sesuai  dengan  model  kinetika  orde  dua  semu  karena  data  adsorpsi  untuk
seluruh  rentang  waktu  kontak  sebagian  besar  merupakan  adsorpsi  dengan  laju  penyisihan rendah dan bertahan lama.
Dalam penelitian ini  kinetika adsorpsi diuji menggunakan  reaktor berisi sampel limbah batik cual. Pengujian kandungan logam Fe dilakukan dengan variasi waktu kontak. Penentuan orde  reaksi  dan  konstanta  dilakukan  untuk  melihat  laju  reaksi  yang  berlangsung.  Hasil perhitungan memberikan  orde reaksi yang benar pada percobaan ini, yaitu laju reaksi dengan nilai 𝐾 𝑎𝑑𝑠 sebesar 4.6913 g mg -1 min -1 dengan persamaan t /X = 109.66t – 2563.3.
Nilai  konstanta  laju  adsorpsi  ( 𝐾 𝑎𝑑𝑠 )  merupakan  parameter  kinetika  adsorpsi  yang menunjukkan  seberapa  cepat  atau  lambat  proses  adsorpsi.  Semakin  tinggi  nilai 𝐾 𝑎𝑑𝑠 s maka semakin  cepat  adsorpsinya  [9].  Nilai  X e merupakan  jumlah  zat  yang  teradsopsi  pada  saat kesetimbangan. Semakin tinggi nilai X e maka semakin tinggi pula jumlah zat yang teradsopsi.

## KESIMPULAN
Semakin  lama  waktu  kontak  menyebabkan  proses  dekadarisasi  logam  Fe  pada  limbah batik cual oleh kitosan juga semakin besar dengan nilai efisiensiadsorpsi tertinggi sebesar 26.28% diperoleh pada waktu kontak 40 menit. Sedangkan mekanisme kinetika adsorpsi ion logam besi (Fe) terlarut pada air limbah batik cual mengikuti model kinetika adsorpsi orde dua semu dengan laju adsorpsi dan kapasitas maksimum adsorpsi sebesar 4.6913 g mg -1 menit -1 dan 0.0091 mg/g.

## REFERENSI
[1]   Verawati,  V.  &  Susanto,  D., "Analisis  penerimaan  pajak  hiburan,  pajak  hotel,  pajak restoran,  dan  pertumbuhan  ekonomi  di  Provinsi",  JEM:  Jurnal  Ekonomi  dan Manajemen STIE Pertiba Pangkalpinang, pp. 4(1), pp. 22-31 , 2018.
[2]   Sri, I. H., "Pemanfaatan Silika (SiO2) dan Bentonit s ebagai Adsorben Logam Berat Fe”, ", JURNAL SAINS TERAPAN, Volume Vol. 3., 2017.
[3]   Khan, T. A., Peh, K. K. & Chang, H. S., "Reporting Degree of Deacetylation Values of Chitosan  :  The  Influence  of  Analytical  Methods", Journal  of  Pharmacy  and Pharmaceutical Sciences, 5(2), pp. 205-212, 2002.
[4]   Aldila,  H.,  "Ekstraksi  Kitosan  dari  Limbah  Cangkang  Udang  sebagai  Adsorben  Ion Logam", PROMINE, Volume Vol. 8 (2), pp. 65 - 71, 2020.
[5]   Daulay, A., "Penggunaan Kitosan Magnetic Nanopartikel Untuk Menyerap Kadmium (Cd) Dan  Tembaga  (Cu)  Dengan  Menggunakan  Spektrofotometer  Serapan  Atom", Tesis. Medan : Universitas Sumatra Utara, 2011.
[6]   Fang,  M.  X.  X.  Z.  X.  Q.  a.  Z.  X.,  "Experimental  study  on  CO2  absorption  by  aqueous ammonia-based blended absorbent", US. National Library of Medicine National Institute of Health, 35(7)(2508-14), 2014.
[7]   Benefield  ,  L.  D.  J.  F.  &.  B.  W.  L., " Process  Chemistry  for  Water  and  Wastewater Treatment". New Jersey: Prentice-Hall, Inc.Englewood Cliffs, 1982.
[8]   Mahmud, d., "Adsorpsi Bahan Organik Alami (BOA) Air Gambut Pada Tanah Lempung Gambut  Alami  dan  Teraktivasi",  Studi  Kesetimbangan  Isoterm  dan  Kinetika  Adsorpsi. INFO TEKNIK, Volume Vol. 13 No. 1, 2012.
[9]   Fransina, E. G. d. T. M. F. J. D. P., "Studi Kimia Adsorpsi Biru Metilena pada Kitin dan Kitosan", Jurnal Sains MIPA, Volume 13(3):, pp. 171-178, 2007.