## Kinetika Adsorpsi Logam Berat Cr (VI) dengan
Menggunakan Serbuk Daun Mimba ( Azadirachta indica )
Silvia Rachmy 1, *
1) Program Studi Pengolahan Limbah Industri, Politeknik AKA Bogor, Jalan Pangeran Sogiri No. 283 Bogor 16154 Indonesia
*E-mail: silviarachmy@gmail.com (Received: 10 Mei 2023; Accepted: 31 Juli 2023; Published: 31 Juli 2023)

## Abstrak
Adsorben  alternatif  dikembangkan  dari  daun  Mimba  ( Azadirachta indica )  untuk  menghilangkan  ion logam  Cr  (VI)  dari  air  limbah.  Adsorpsi  terjadi  dengan  proses  yang  menggunakan  parameter  yang bervariasi  -  waktu  agitasi,  konsentrasi  ion  Cr  (VI),  dosis  adsorben,  dan  temperatur.  Sifat  adsorpsi dalam  penelitian  ini  mengikuti  Isoterm  Freundlich  dan  reaksi  orde  satu  semu.  Serbuk  daun  mimba sebesar  1  gram  dapat  menghilangkan  sebanyak  100  %  Cr  (VI)  dalam  waktu  180  menit  dari  larutan dengan  konsentrasi  200  mg/L  pada  29 o C  tanpa  penambahan  asam  atau  basa.  Koefisien  adsorpsi sebesar 2,9164 mengindikasikan bahwa serbuk daun mimba sangat potensial untuk digunakan sebagai adsorben untuk menghilangkan Cr (VI) dari air limbah.
Kata kunci : Serbuk daun mimba, kromium (VI), Isoterm Freundlich, Adsorpsi

## Abstract
Alternative adsorbent developed from the leaves of Neem (Azadirachta indica) to remove metal ions Cr  (VI)  from  wastewater.  Adsorption  occurs  with  various  parameters  -  agitation  time,  the concentration  of  ions  of  Cr  (VI),  adsorbent  dosage,  and  temperature.  Adsorption  properties  in  this study followed the Freundlich isotherm and  pseudo-first-order  reaction.  About 1 gram  of  Neem  leaf powder can remove as much as 100% Cr (VI) within 180 minutes of a solution with a concentration of 200 mg / L at 29oC without acid or base added. The adsorption coefficient indicates the potential of Neem leaf powder for use as an adsorbent to remove Cr (VI) from wastewater.
Keywords: Neem leaf powder, kromium (VI), Freundlich Isotherm, Adsorption

## PENDAHULUAN
Air limbah dapat tercemar oleh logam berat seperti  kromium,  timbal,  tembaga,  dan  lain sebagainya  yang  akan  memberikan  bahaya  yang serius  bagi  lingkungan.  Logam-logam  tersebut tidak  dapat  didegradasi  atau  didetoksifikasi
secara  biologis  dan  memiliki  kecenderungan untuk terakumulasi dalam tubuh makhluk hidup. Kromium  dan  senyawa  turunannya  banyak digunakan pada industri kertas, tekstil, penyamak kulit, keramik, dan sebagainya. Pada lingkungan  perairan,  kromium  kebanyakan
terdapat  dalam  dua  bentuk,  trivalent  [Cr 3+ dan Cr(OH) 2+ ]  dan  heksavalen  [HCrO 4- ,  CrO 4 2- , Cr 2 O 7 2- , dsb]. Sebagian besar senyawa heksavalen  bersifat  toksik,  karsinogenik,  dan mutagenik (Sharma et al. 2004).
Kromium  (III)  dan  (VI)  sangat  signifikan keberadaannya  di  lingkungan  karena  sifatnya yang  stabil.  Cr  (VI)  juga  diketahui  seratus  kali lebih toksik dibandingkan dengan Cr (III) karena solubulitas dan mobilitasnya yang tinggi. Cr (VI) juga  telah  ditetapkan  sebagai  zat  karsinogenik pada  manusia  (Gibb,  2000). Efek  toksikologis dari  Cr  (VI)  berasal  dari  oksidasi  alami  dan pembentukan  radikal  bebas  selama  proses reduksi  dari  Cr  (VI)  ke  Cr  (III)  yang  terjadi  di dalam sel dan membentuk kompleks makromolekul.  Selain  itu  struktur  kimianya  juga dapat  menembus  membran  sel  dengan  cepat  dan mengalami  reaksi  dalam  sel.  Oleh  sebab  itu,
World
Health Organization
(WHO)
merekomendasikan  ambang  batas  Cr  (VI)  pada air  limbah  sebesar  0,05  mg/L,  sedangkan konsentrasi  kromium  total  yang  mengandung  Cr (III), Cr (VI) dan spesies kromium lainnya harus dibawah 2 mg/L (Gupta, et al. , 2014).
Metode-metode yang telah diuji coba untuk pengambilan  Cr  (VI)  yang  terdapat  di  dalam  air limbah  diantaranya  adalah  reduksi,  presipitasi, pertukaran  ion,  ekstraksi  larutan,  pemisahan membran,  dan  adsorpsi.  Sejauh  ini,  adsorpsi merupakan metode yang paling efektif dan paling banyak  digunakan  karena  lebih  ekonomis. Adsorben  yang  umum  digunakan  dalam  proses adsorpsi adalah alumina, karbon aktif, gel silika, dan zeolit. Adsorben tersebut memiliki kemampuan  adsorpsi  yang  baik  namun  tidak ekonomis  dan  cenderung  sulit  untuk  didapatkan, sehingga penelitian mengenai penggunaan adsorben  alternatif  yang  berasal  dari  bahan  alam banyak  dilakukan.  Proses  tersebut  melibatkan penggunaan materi biologis yang dapat membentuk kompleks dengan ion logam menggunakan  ligand  atau  grup  fungsional mereka.  Material  biologis  ini  disebut  dengan
biosorbent  dan  pengikatan  logam  oleh  biomasa disebut sebagai biosorpsi (Danarto, 2007).
Adsorpsi pada permukaan atau antar-muka sebagian  besar  merupakan  hasil  dari  ikatan antara  masing-masing  atom,  ion,  atau  molekul dari  adsorbat  dan  permukaan  yang  memiliki gaya  elektromagnetik.  Karakteristik  adsorbat menentukan  kapasitas  dan  laju  kesetimbangan, area permukaan, sifat kimia-fisik dari permukaan,  ketersediaan  permukaan  untuk mengadsorp  molekul  atau  ion,  ukuran  fisik  dan bentuk dari partikel adsorben.
Pohon  Mimba  ( Azadirachta  indica )  tumbuh sepanjang tahun dan dapat ditemukan hampir di seluruh  dunia.  Pohon  Mimba  sudah  dikenal sebagai  pembersih  udara  alami  dan  menanam pohon  Mimba  di  jalan  raya  sangat  dianjurkan sebagai  cara  yang  efektif  untuk  mengurangi polusi.
Maksud  dari  studi  ini  adalah  untuk mengetahui  kemampuan  serbuk  daun  mimba sebagai  media  adsorpsi  alternatif  untuk  logam berat  kromium.  Tujuan  dari  studi  ini  yaitu menghitung  efisiensi  removal  parameter  warna pada  variasi  konsentrasi  air  limbah  serta menghitung kapasitas adsorban dan konstanta n dengan Freundlich isoterm.
Tabel  1.  Variasi  Parameter  yang  Digunakan dalam Penelitian
*) C = Konsentrasi T = Temperatur

## BAHAN DAN METODE
Penelitian dilakukan dengan menggunakan serbuk daun mimba dengan dibuat Waktu agitasi (menit) C *) awal (mg/L) Dosis adsorben (g) T *) ( o C) 30 100 0,25 1,75 29 60 150 0,5 2 35 90 200 0,75 2,25 40 120 250 1 2,75 45 150 300 1,25 3 50 180 350 1,5
menggunakan  oven  setelah  sebelumnya  dicuci dan  dikeringkan  terlebih  dahulu.  Serbuk  daun mimba  yang  dipilih  untuk  penelitian  ini berukuran 0,4 dan 0,5 mm. Variabel yang diteliti dalam  penelitian  ini  ada  empat  parameter  untuk mengetahui  kapasitas  adsorpsi  optimum  daun mimba terhadap kromium yang dapat dilihat pada Tabel 1.

## Analisis Logam
Konsentrasi  logam  akhir  setelah  adsorpsi diukur  pada  penelitian  dengan  menggunakan metode  titrasi.  Untuk  memperkirakan  persentase removal dari  Cr  (VI)  dari  solusi  cair  dapat digunakan persamaan berikut.
% Cr Removal (VI)= Cawal−Cakhir Cawal
x 100% (1)
Pada proses adsorpsi sistem batch , jumlah logam yang  terjerap  dalam  adsorben  pada  saat setimbang dinyatakan dengan persamaan berikut.
qe = (Co−Ce)V m (2)
dengan: qe = jumlah kromium yang diadsorb per unit berat adsorben (mg/g); C 0 =konsentrasi awal
(mg/L); Ce =  konsentrasi  saat  setimbang
(mg/L); V = volume larutan (mL); m = berat adsorben (g)

## Freundlich Isotherm
Freundlich  isotherm  dibuat  berdasarkan adsorpsi  multilayer  dengan  interaksi  antara molekul yang teradsorbsi. Model ini berlaku pada adsorpsi    pada  permukaan  heterogen  dengan distribusi  energi  yang  seragam  dan  adsorpsi reversibel.  Hubungan  ini  dapat  berlaku  terhadap rentang konsentrasi yang rendah atau intermediet. Persamaan untuk Freundlich isoterm adalah: qe = Kf Ce 1/n
(3)
Dalam  persamaan  tersebut,  Kf  adalah  konstanta Freundlich  atau  kapasitas  Freundlich  dan  n merupakan intensitas adsorpsi. Persamaan Freundlich  secara  linier  dapat  dinyatakan sebagai:
log qe = log Kf + 1 n log Ce (4)
Nilai  dari  Kf  dan  n  bisa  didapatkan  dari perpotongan  garis  dan  kemiringan  dari  plot  log qe  terhadap  log  Ce.  Adsorpsi  pada  umumnya adalah proses eksoterm dan seiring meningkatnya temperatur, jumlah yang
teradsorpsi  pada  konsentrasi  tertentu  akan menurun sesuai dengan prinsip Le Chatelier.

## Kinetika Adsorpsi
Beberapa  model  kinetika  dapat  digunakan untuk  menjelaskan  mekanisme  proses  adsorpsi. Persamaan laju reaksi orde satu semu Lagergen digunakan oleh Ho dan McKay (1998, 1999): dqt/dt = kad (qe-qt)
(5)
qe  dan  qt  adalah  jumlah  adsorpsi  pada  saat ekuilibrium  dan  pada  saat  t,  dan  kad  adalah konstanta  dari  proses  adsorpsi  orde  satu. Aplikasi  hukum  laju  reaksi  yang  terintegrasi dari kondisi awal qt = 0 pada saat t = 0 adalah Log (qe-qt) = log qe –kad/2,303.t
(6)
Plot  dari  log  (qe  –  qt)  vs.  t  akan  memberikan garis  lurus  untuk  kinetika  adsorpsi  orde  satu, sehingga konstanta laju adsorpsi dapat dihitung.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Efisiensi Removal Logam Cr (VI)
Pengaruh  waktu  agitasi. Waktu  agitasi ekuilibrium  didapatkan  dengan  cara  membuat plot persentase kromium removal dengan waktu agitasi  yang  diberikan.  Pengaruh  dari  waktu agitasi  terhadap  persentase  removal  kromium dapat  dilihat  pada  Gambar  1.  Dari  grafik  pada Gambar  1,  dapat  diketahui  bahwa  semakin banyak  waktu  yang  diberikan  untuk  agitasi, persentase removal kromium semakin meningkat  dan  mencapai  titik  maksimum (removal 100%) pada waktu agitasi 180 menit.
Gambar  1.  Pengaruh  waktu  agitasi  terhadap removal kromium  dengan  menggunakan  daun mimba
Kenaikan persentase removal seiring dengan makin lamanya waktu agitasi disebabkan karena  semakin  lama  waktu  kontak  antara adsorbat  dengan  permukaan  adsorben  maka semakin  besar  kemungkinan  adsorbat  untuk masuk  kedalam  rongga  pori  akibat  adanya tumbukan  yang  terjadi  antara  adsorbat  dengan permukaan  adsorben,  sehingga  mengakibatkan semakin  besar  Cr  yang  teradsorpsi  pada permukaan adsorben.

## Pengaruh  konsentrasi  awal  kromium.
Konsentrasi  awal  yang  semakin  meningkat menyebabkan  menurunnya  persentase  removal Cr  (VI)  pada  saat  waktu  agitasi  yang  sama  (180 menit) dan jumlah adsorban sebesar 1 gram pada suhu  29oC.  Variasi  konsentrasi  ini  bertujuan untuk  mengetahui  kapasitas  adsorpsi  maksimum pada tiap gram biomassa daun mimba.
Berdasarkan  penelitian  didapatkan  bahwa  data hasil  analisa  variasi  konsentrasi  Cr(VI)  terhadap banyaknya  Cr(VI)  yang  teradsorpsi  dapat  dilihat pada Gambar 2.
Pada konsentrasi Cr (VI) awal sebesar 100, 150,  dan  200  mg/L,  terjadi  efisiensi  removal sebesar  100%,  artinya  konsentrasi  Cr  (VI)  yang teradsorp  pada  daun  mimba  semakin  bertambah seiring dengan kenaikan konsentrasi Cr (VI) yang
terdapat  pada  larutan.  Efisiensi  kemudian menurun  hingga  pada  nilai  75,26%  saar konsentrasi  awal  Cr  (VI)  meningkat  sampai pada konsentrasi 350 mg/L.
Gambar  2.  Pengaruh  konsentrasi  awal  terhadap removal kromium  dengan  menggunakan  daun mimba
Pengaruh  dosis  adsorben. Adsorpsi  Cr (VI)  dipengaruhi  oleh  jumlah  adsorben  (serbuk daun  nimba).  Dengan  konsentrasi  Cr  (VI) sebesar  200  mg/L,  adsorpsi  meningkat  dari 13,73% menjadi 100%    pada rentang kenaikan adsorben daun nimba sebesar 0,24 gram sampai 1  gram  untuk  waktu  agitasi  selama  180  menit pada suhu 29oC (Gambar 3).
Gambar  3.  Pengaruh  dosis  adsorben  terhadap removal kromium  dengan  menggunakan  daun mimba
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 0 50 100 150 200 % R e m o val Waktu Agitasi 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 0 100 200 300 400 % R e m o val Konsentrasi Cr (VI) awal 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0 1 2 3 4 % R e m o val
Dosis Adsorban (g)
Pengaruh  temperatur Pada  Gambar  4 terlihat bahwa semakin tinggi temperatur (>29oC) maka  persentase  removal  Cr  (VI)  akan  semakin mengecil.  Hal  ini  kemungkinan  disebabkan karena  pada  temperatur  tersebut  kecepatan desorpsi meningkat dan mengakibatkan kecepatan adsorpsi secara keseluruhan berkurang.
Gambar  4.  Pengaruh  temperatur  terhadap removal kromium  dengan  menggunakan  daun mimba

## Isoterm Adsorpsi
Adsropsi  Cr  (VI)  mengikuti  isoterm  Freundlich pada  Gambar  5,  dengan  menggunakan  daun mimba  pada  temperatur  29 o C,  waktu  agitasi  180 menit,  jumlah  serbuk  daun  mimba  1  gram,  Ce adalah  konsentrasi  ekuilibrium  pada  konsentrasi Cr(VI)  awal  sebesar  250,  300,  dan  350  mg/L. Koefisien dan korelasi adsorpsi dapat dilihat pada Tabel  2.  Plot  Freundlich  memberikan  linearitas yang  bagus  (R:  0,957).  Koefisien  adsorpsi  yang didapat  adalah  2,9164,  sedangkan  afinitas adsorpsi, n, bernilai 4,623.
Pada  Tabel  2.  dapat  dilihat  Nilai  Kf  yang menunjukkan  kapasitas  adsorpsi  suatu  adsorban. Semakin  besar  harga  Kf,  maka  kapasitas adsorpsinya  semakin  besar,  semikian  pula sebaliknya.  Nilai  n  mengindikasikan  tingkat linieritas antara konsentrasi larutan dan adsorpsi.
Gambar  5  Plot  Freundlich  untuk  adsorpsi  Cr (VI)
Bila n = 1 maka adsorpsi terjadi linier, bila n<1  adsorpsi  terjadi  secara  kimiawi  sedangkan n>1  maka  adsorpsi  yang  terjadi  adalah  proses fisik.  Keadaan  dimana  n>1  dikarenakan  terjadi distribusi pada permukaan atau faktor lain yang menyebabkan  berkurangnya  interaksi  antara adsorban  dan  adsorbat  yang  meningkatkan densitas  permukaan.  Adsorpsi  yang  baik  terjadi pada n dengan rentang nilai 1-10. Hasil studi ini menujukkan  adsorpsi  pada  kromium  oleh  daun mimba terjadi secara fisik.
Tabel  2.  Kapasitas  dan  intensitas  daun  mimba sebaggai adsorban

## Adsorpsi Orde Satu Semu
Sifat  adsorban  mempengaruhi  waktu  yang dibutuhkan untuk mencapai equilibrium. Dalam penelitian  ini,  diasumsikan  bahwa  equilibrium terjadi  pada  saat  t=180  menit  berdasarkan kinetika  Lagergen  orde  satu  semu.  Linearitas dari  plot  Lagergen  (Gambar  7,  nilai  R2  berada diantara  0,89  sampai  0,99),  didapat  dengan membuat  plot  log  (qe-qt)  (mg/g)  vs.  waktu agitasi  untuk  adsorpsi  Cr  (VI)  dari  larutan
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 0 20 40 60 % R e m o val Temperatur ( o C) y = 0,2164x + 1,0079 R² = 0,9211 1,32 1,34 1,36 1,38 1,4 1,42 1,44 0 1 2 3 Log q e ( m g/ g) Log Ce (mg/L) Persamaan Freundlich R
Kf n y=  0,2164  x  + 1,0079 0,957 2,9164 4,62296
dengan  konsentrasi  200  mg/L  pada 29 o C  dengan menggunakan adsorban sebesar 1 gram, menunjukkan  bahwa  proses  adsorpsi  mengikuti kinetika reaksi orde satu semu.
Gambar 6.    Plot Laergen reaksi orde satu semu
Konstanta  laju  reaksi,  yang  dihitung  dari persamaan  6,  berada  pada  rentang  7,45  sampai 210,28  menit-1  dengan  nilai  rata-rata  90,81 menit-1.

## KESIMPULAN
Waktu agitasi ekuilibrium untuk adsorpsi Cr (VI)  adalah  3  jam.  Persentase  removal  dari  Cr (VI)  dari  larutan  meningkat  seiring  dengan meningkatnya  dosis  adsorben  dan  waktu. Persentase  removal  dari  Cr  (VI)  dari  larutan menurun seiring dengan meningkatnya konsentrasi  awal  dan  temperatur.  Data  isoterm adsorpsi  dapat  dijelaskan  dengan  Isoterm Adsorpsi Freundlich dan mengikuti kinetika orde reaksi satu semu. Kapasitas sorpsi dari sorben ini mengindikasikan  bahwa  daun  mimba  dapat digunakan untuk mengolah efluen yang mengandung Cr (VI).

## DAFTAR PUSTAKA
Danarto,  Y.C., 2007,  Kinetika  Adsorpsi  Logam Berat Cr (VI) dengan Adsorben Pasir yang Dilapisi  Besi  Oksida,  Ekuilibrium,  Vol.  6 No. 2: 65-70
Ho,  Y.S.,  McKay,  G.  Sorption  of  dye  from aqueous  solution  by  peat,  Chemical Engineering  Journal,  Volume  70,  Issue  2, 1998, pages 115-124
Gibb  HJ,  Lees  PS,  Pinsky  PF,  Rooney  BC.
Lung  cancer  among  workers  in  chromium chemical production. Am J Ind Med. 2000 Aug;38(2):115-26.
Gupta,  A.,  Mote,  S.R.,  2014,  A  Comparative Study  And  Kinetics  For  The  Removal  Of Hexavalent Chromium  From  Aqueous Solution  By  Agricultural,  Timber,  And Fruit Wastes, Chemical and Process Engineering Research, Vol.19: 47-56 Pandhare,  G.,  Trivedi,  N.,  Pathrabe,  R.  & Dawande,  S.  D.  2013.  Adsorption  of  Cr (VI)  using  low-cost  adsorbent  as  a  neem leaves (Azadirachta Indica) powder. Int. J. Eng. Res. Technol. 2, 685–688
Patel,  Himanshu.  2020.  Batch  and  continuous fixed  bed  adsorption  of  heavy  metals removal  using  activated  charcoal  from neem  (Azadirachta  indica)  leaf  powder. Sci Rep 10 : 16895
Sharma,  A.,  G.,  Krishna,  Bhattacharyya,  2004, Adsorption of Chromium (VI) on Azadirachta    Indica (Neem) Leaf
Powder,    Kluwer    Academic  Publishers,
Adsorption 10: 327-338
y = -0,0081x + 1,4672
R² = 0,9654 0,0000 0,2000 0,4000 0,6000 0,8000 1,0000 1,2000 1,4000 0 50 100 150 200 log (q e -q t) Waktu