Program Studi Pendidikan Kimia Universitas Sebelas Maret https://jurnal.uns.ac.id/jkpk
STUDI KESETIMBANGAN ADSORPSI ASAM HUMIK PADA DUAL NANOFIBER PMMA/PVDF
Study of Humic Acid Adsorption Equilibrium on Dual Nanofiber PMMA/PVDF
Muhammad Ali Zulfikar 1,* , Afdal Bahri 1 , dan Muhamad Nasir 2
1 Kelompok Keahlian Kimia Analitik, Institut Teknologi Bandung Jl. Ganesa 10 Bandung, Indonesia 40132
2 Loka Penelitian Teknologi Bersih, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia Jl. Cisitu Lama 5 Bandung, Indonesia 40132
Untuk korespondensi: Tel/Fax (022) 2502103, e-mail: zulfikar@chem.itb.ac.id

## ABSTRAK
Tujuan  penelitian  ini  adalah  mempelajari  kesetimbangan  isoterm  adsorpsi  asam  humik (HA)  dari  larutannya  menggunakan  dual  nanofiber  PMMA/PVDF  sebagai  adsorben  pada berbagai konsentrasi. Konsentrasi asam humik yang digunakan divariasikan antara 50-200 mg L-1. Data yang diperoleh dari hasil eksperimen kemudian dianalisis menggunakan model isoterm Langmuir,  Freundlich  dan  Sips.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  waktu  kesetimbangan adsorpsi  terjadi  pada  waktu  120  menit  dan  kapasitas  adsorpsi  dual  nanofiber  PMMA/PVDF meningkat dengan meningkatnya konsentrasi HA. Dari hasil penelitian ditemukan bahwa proses adsorpsi  HA  pada  dual  nanofiber  PMMA/PVDF  mengikuti  model  isoterm  adsorpsi  Langmuir dengan kapasitas adsorpsi maksimum sebesar 137,40 mg g -1 pada konsentrasi 100 mg L -1 .
Kata Kunci: adsorpsi, asam humik, dual nanofiber, isoterm

## ABSTRACT
The main objective of this study is to investigate the isotherm sorption of humic acid (HA) from  aqueous  solution  onto  dual  nanofiber  PMMA/PVDF.  Batch  adsorption  experiments  were carried out using HA solution as an adsorbate under variety of concentration in the range of 50- 200 mg/L. The experimental data were analyzed by the Langmuir, Freundlich and Sips models of adsorption.  The  experimental  results  indicate  that,  the  adsorption  capacity  of  HA  adsorption increases with an increase in the HA concentrations. The adsorption of HA onto dual nanofiber PMMA/PVDF  agrees  well  with  the  Langmuir  isotherm  models  with  the  maximum  adsorption capacity was found to be 137.40 mg g -1 at concentration of 100 mg L -1 .
Keywords: adsorption, humic acid, dual nanofiber, isotherm

## PENDAHULUAN
Air  bersih  merupakan  salah  satu kebutuhan  pokok  yang  sangat  penting  bagi manusia.  Penduduk  yang  tinggal  di  daerah
berawa  seperti  Sumatera  bagian  timur  dan Kalimantan  menghadapi  kesulitan  dalam memperoleh  air  bersih  untuk  keperluan rumah  tangga,  terutama  air  minum.  Hal  ini
Received: June  25, 2017 Accepted: May 09, 2018 Online Published: May 21 , 2018 DOI : 10.20961/jkpk.v3i1.11918
disebabkan  sumber  air  di  daerah  tersebut adalah  air  gambut,  yang  berdasarkan parameter  baku  mutu  tidak  memenuhi persyaratan  kualitas  air  bersih.  Air  gambut mengandung  asam  humus  yang  terdiri  dari asam  humat,  asam  fulvat  dan  humin.
Keberadaan asam humus dalam air menyebabkan  air  berwarna  cokelat,  berbau dan  bersifat  karsinogenik  [1-3].  Oleh  sebab itu  penghilangan  asam  humus  dari  air gambut atau limbah sangat penting dilakukan.
Saat  ini  terdapat  beberapa  metoda yang digunakan untuk menghilangkan asam humus  dari  air,  di  antaranya  koagulasi- flokulasi [4,5],  elektro-koagulasi  [6],  oksidasi [4],  fotokatalisis  [7]  dan  teknologi  membran [5,8]. Bagaimanapun, metoda tersebut mem- punyai  kelemahan,  di  antaranya  biaya operasional tinggi, sehingga tidak ekonomis. Oleh  karena  prosesnya  sederhana,  murah dan lebih efektif, adsorpsi merupakan teknik yang  bisa  digunakan  untuk  pengolahan  air dan  air  limbah  [9].  Karbon  aktif  banyak digunakan sebagai adsorben, hal ini disebabkan karena karbon aktif sangat efektif dalam menghilangkan senyawa organik dan anorganik  dari  limbah,  termasuk  zat  warna dan pigmen. Bagaimanapun juga, pengguna- an  karbon  aktif  sebagai  adsorben  mem- punyai  beberapa  kelemahan,  di  antaranya harganya  yang  mahal  dan  sukar  untuk diregenerasi [10,11]. Pada penelitian ini, dual nanofiber  yang  telah  disintesis  sebelumnya digunakan untuk mengadsorpsi asam humik dari  larutannya.  Pada  penelitian  ini  akan dipelajari  pengaruh  konsentrasi  terhadap adsorpsi asam humik dari larutannya. Selain itu  juga  akan  dipelajari  isoterm  adsorpsi
asam  humik  dari  larutannya  menggunakan model  isoterm  Langmuir,  Freundlich  dan Sips.

## METODE PENELITIAN

## 1.  Alat dan Bahan
Spektrofotometer  UV-Vis  (Shimadzu 1601,  Japan),  neraca  analitik  (Sartorius, USA),  shaker  bath  (Innova  3000,  USA)  dan pH  meter  (Orion,  USA).  Dual  nanofiber, H 2 SO 4 (Sigma),  aqua  d.m  dan  asam  humik (Sigma-Aldrich).

## 2.  Eksperimen Adsorpsi
Eksperimen adsorpsi dilakukan dalam gelas kimia 100 mL yang mengandung 0,05 g  dual  nanofiber  dan  50  mL  larutan  asam humik  dengan  sistem batch pada  pH  7.
Campuran diaduk menggunakan shaker bath (Innova  3000,  USA)  selama  2-180  menit pada  variasi  konsentrasi  50 –200  mg/L  dan suhu  25 o C.  Persen  adsorpsi  asam  humik dihitung menggunakan persamaan berikut:
% Penghilangan =
i e i C C C  x 100% (1)
di mana C i dan C e konsentrasi awal dan akhir asam  humik  dalam  larutan  (mg  L -1 ).  Jumlah asam humik  yang dapat diadsorpsi oleh per unit  adsorben  pada  kesetimbangan  dengan volume  sampel  (V),  dihitung  menggunakan persamaan berikut:
q e = m C C e i  x V (2)
di mana V adalah volume sampel (L) dan m adalah massa adsorben (g) yang digunakan. Konsentrasi asam humik dalam larutan awal dan  sesudah  proses  adsorpsi  diukur  meng-
gunakan spektrofotometer UV-Vis (Shimadzu 1601, Japan) pada  maksimum 300 nm.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## 1.  Proses Adsorpsi
Pengaruh konsentrasi
terhadap adsorpsi  asam humik pada berbagai  waktu kontak  dapat  dilihat  pada  Gambar  1.  Dari Gambar  1  dapat  dilihat  bahwa  persentase adsorpsi  terjadi  sangat  cepat  pada  waktu- waktu  awal  dan  terus  meningkat  dengan meningkatnya waktu kontak, sehingga mencapai  nilai  yang  tetap  pada  waktu  50 menit.  Pada  waktu  ini  jumlah  asam  humik yang  terserap  pada  adsorben  mengalami kesetimbangan  dengan  larutannya.  Waktu yang  diperlukan  untuk  mencapai  keadaan kesetimbangan  ini  disebut  waktu  setimbang dan jumlah asam humik yang terserap pada waktu  setimbang  akan  menggambarkan kapasitas adsorpsi maksimum dari adsorben yang  digunakan  [12].  Dari  Gambar  1  dapat dilihat  bahwa  keadaan  setimbang  dicapai pada waktu 50 menit pada semua konsentrasi zat warna.
Gambar 1. Grafik pengaruh konsentrasi awal terhadap % adsorpsi asam humik pada berbagai waktu kontak.
Dari  Gambar  1  juga  dapat  dilihat bahwa  persentase  adsorpsi  asam  humik menurun  dengan  meningkatnya  konsentrasi awal.  Hal  ini  mungkin  disebabkan  karena pada konsentrasi tinggi, molekul asam humik cenderung  membentuk  agregat,  sehingga difusi molekul asam humik tersebut ke dalam adsorben menjadi terhalang [13,14].

## 2.  Isoterm Adsorpsi
Analisis  isoterm  adsorpsi  merupakan dasar  yang  sangat  penting  untuk  meng- gambarkan  bagaimana  molekul  adsorbat berinteraksi  dengan  permukaan  adsorben. Kapasitas  adsorpsi  adsorben  dan  pola isoterm  adsorpsi  yang  diperoleh  dari  nilai tetapan  isoterm  akan  menggambarkan  sifat permukaan  dan  afinitas  dari  adsorben. Hubungan antara data kesetimbangan dengan  persamaan  teoritis  dan  praktikal pada  persamaan  isoterm  adsorpsi  adalah sangat  penting  untuk  menginterpretasi  dan memprediksi proses adsorpsi [15].
Dalam  rangka  mempelajari  pengaruh konsentrasi terhadap kapasitas adsorpsi dari dual nanofiber dalam proses adsorpsi asam humik  dari  larutannya,  data  kesetimbangan yang  didapat  dianalisis  dengan  mengguna- kan isoterm Langmuir, Freundlich dan Sips.
Teori  isoterm  Langmuir  mengasumsi- kan  terjadinya  lapisan  monolayer  adsorbat pada  permukaan  adsorben  yang  homogen. Adsorpsi  diasumsikan  terjadi  pada  sisi  aktif yang  homogen  dan  hanya  satu  molekul  zat warna  yang  menutupi  sisi  aktif  tersebut. Bentuk  persamaan  non-linier  dari  isoterm Langmuir dapat ditulis sebagai:
q e = e e m C b C b q . 1 . .  (3)
di  mana q e dan q m merupakan  jumlah  zat warna  yang  terserap  pada  kesetimbangan dan  pada  kondisi  maksimum  (mg  g -1 ). C e merupakan konsentrasi pada kesetimbangan (mg  L -1 )  dan  b  merupakan  tetapan  isoterm Langmuir  (L  mg -1 )  yang  menggambarkan energi  proses  adsorpsi  [10,11].  Parameter adsorpsi model Langmuir  dapat dilihat pada Tabel 1.
Data  eksperimen  yang  diperoleh  juga dianalisis  menggunakan  isoterm  Freundlich. Pada  isoterm  adsorpsi  Freundlich,  model mengasumsikan bahwa permukaan adsorben bersifat  heterogen.  Persamaan  nonlinier  iso- term adsorpsi Freundlich dapat ditulis sebagai:
q e = K f C e 1/n
(4)
di  mana C e  merupakan  konsentrasi  larutan pada kesetimbangan (mg L -1 ), qe merupakan jumlah  adsorbat  yang  diadsorpsi  per  unit massa  adsorben  (mg  g -1 ), K f dan n merupakan tetapan isoterm Freundlich. Nilai dari  1/ n , antara  0 dan  1, merupakan ukuran dari  intensitas  adsorpsi  atau  keheterogenan permukaan  [10,11]  dan  dipergunakan  untuk verifikasi  jenis  adsorpsi  [15].  Nilai n lebih besar  dari  1  menunjukkan  proses  adsorpsi yang  favourable  dan  bersifat  fisik  [15,16]. Tetapan  isoterm  Freundlic  yang  lain, K f menunjukkan  kapasitas  adsorpsi  adsorben
[17,18]. Parameter isoterm Freundlich dapat
dilihat pada Tabel 1.
Model isoterm adsorpsi Sips
merupakan  gabungan  dari  model  isoterm Langmuir  dan  Freundlich,  yang  mempunyai karakteristik persamaan Langmuir dan Freundlich.  Persamaan  model  isoterm  Sips dapat ditulis sebagai:
q e = n e eq n e eq m C K C K q . 1 . .  (5)
di  mana K eq (L  mg -1 )  menggambarkan tetapan kesetimbangan persamaan Sips dan qm  (mg  g -1 )  merupakan  kapasitas  adsorpsi maksimum.  Model  isoterm  Sips  dicirikan dengan adanya faktor keheteroganan, n , dan khusus untuk n = 1, persamaan isoterm Sips
akan  menjadi  persamaan  isoterm  Langmuir dan  proses  adsorpsi  menjadi  homogen [10,11].
Dari  Tabel  1  dapat  dilihat  bahwa  nilai koefisien  korelasi  model  isoterm  Freundlich lebih  besar  dibandingkan  dengan  koefisien korelasi  model  isoterm  Langmuir  dan  Sips. Hal ini berarti isoterm Freundlich merupakan isoterm  yang  sesuai  untuk  menggambarkan data  kesetimbangan  pada  proses  adsorpsi asam humik  oleh dual nanofiber. Fenomena yang  mirip  juga  telah  dilaporkan  dalam beberapa  literatur  yang  berkaitan  dengan penghilangan warna [15,16].
Tabel 1. Tetapan Langmuir, Freundlich dan Sips pada proses adsorpsi asam humik
Model Langmuir Model Freundlich Model Sips b (L/mg) q m (mg/g) R 2 1/ n K f (mg/g) R 2 q m (mg/g) K eq (mL/g) n R 2 0,09 47,40 0,865 0,565 1,649 0.879 51,22 1,179 0,386 0,996
Dari Tabel  1 juga  dapat dilihat  bahwa nilai  koefisien  korelasi  model  isoterm  Sips lebih  besar  dibandingkan  dengan  koefisien korelasi  model  isoterm  Langmuir  dan Freundlich.  Hal  ini  berarti  isoterm  Sips merupakan  isoterm  yang  sesuai  untuk menggambarkan  data  kesetimbangan  pada proses adsorpsi asam humik  oleh dual nano fiber.

## KESIMPULAN
Dari  hasil  penelitian  diperoleh  bahwa persentase  adsorpsi  asam  humik  dari larutannya  menggunakan  dual  nano  fiber menurun  dengan  meningkatnya  konsentrasi larutan.  Dari  data  kesetimbangan  isoterm adsorpsi,  ditemukan bahwa proses  adsorpsi asam  humik  menggunakan  dual  nano  fiber mengikuti  model  isoterm  Sips.  Dengan menggunakan model isoterm Sips ditemukan bahwa  faktor  heterogenitas  dual  nano  fiber adalah  sebesar  0,386.  Dari  model  isoterm Langmuir diketahui bahwa kapasitas adsorpsi maksimum  dual  nano  fiber  terhadap  asam humik  adalah  sebesar  47,40  mg  g -1 pada konsentrasi 100 mg L -1 .

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih kepada  Kementerian  Riset,  Teknologi  dan Pendidikan  Tinggi  atas  bantuan  dana  yang diberikan  pada  penelitian  ini  melalui  Riset Unggulan Perguruan Tinggi (RUPT) 2017 .

## DAFTAR RUJUKAN
[1]  Ngah, W.S.W. and Hanafiah, M.A.K.M., 2008, Biochem. Eng. J . 39, 521.
[2]  Qi, T., Xu, Z., Wang, J., Liu, F., Wan, H. and  Zheng,  S.,  2010, Microporous  and Mesoporous Mater . 131, 177.
[3]  Wang, J., Han, X., Ma, H., Ji, Y. and Bi, L., 2011 , Chem. Eng. J . 173, 171.
[4]  Uygunera,  C.S.,  Suphandaga,  S.A., Kercb,  A.  and  Bekbolet,  M.,  2007, Desalination . 210, 183.
[5]  Rojas,  J.C.,  Pérez,  J.,  Garralón,  G., Plaza, F., Moreno, B. and Gómez, M.A., 2011, Desalination . 266, 128.
[6]  Ghernaout,  D.,  Ghernaout,  B.,  Saibaa, A.,  Boucherita,  A.  and  Kellil,  A.,  2009, Desalination . 239, 295.
[7]  Sonea,  D.,  Pode,  R.,  Manea,  F.,  Ratiu, C., Lazau, C., Grozescu, I. and  Burtica, G., 2010, Chemical Bulletin of
"POLITEHNICA" Univ. (Timisoara).
55(69), 148.
[8]  Hamid,  N.A.A.,  Ismail,  A.F.,  Matsuura, T., Zularisam, A.W., Lau, W.J., Yuliwati, E. and Abdullah, M.S., 2011, Desalination . 273, 85.
[9]  Gupta,  V.K.,  Carrott,  P.J.M.,  Carrott, M.M.L.R. and Suhas, 2009, Critical Rev. Environ. Sci. Technol . 39, 783.
[10] Chatterjee, S., Lee, D.S., Lee, M.W. and Woo, S.H., 2009, Bioresource Technol ., 100, 2803.
[11]  Chatterjee,  S.,  Lee,  M.W.  and  Woo, S.H., 2010, Bioresource Technol ., 101, 1800.
[12]  Elkady, M.F.,  Ibrahim, A.M. and El-Latif, M.M.A., 2011, Desalination . 278, 412.
[13]  Amran,  M.B.  and  Zulfikar,  M.A.,  2010, Int. J. Environ. Studies ., 67(6), 11.
[14]  Wang,  L.  and  Wang,  A.,  2008, J. Hazard. Mater ., 160, 173.
[15]  Vimonses,  V.,  Lei,  S.,  Jin,  B.,  Chow, C.W.K. and Saint, C., 2009, Chem. Eng. J ., 148, 354.
[16] Zhang, Z., Moghaddam, L., O’Hara, I.M. and Doherty, W.O.S., 2011, Chem. Eng. J ., 178, 122.
[17]  Mumin,  M.A.,  Khan,  M.M.R.,  Akhter, K.F.  and  Uddin,  M.J.,  2007, Int.  J. Environ. Sci. Tech . 4(4), 525.
[18]  Reddy,  M.C.S.,  2006, J.  Sci.  Ind.  Res . 65, 443
.