## STUDI KINETIKA DAN ISOTERM ADSORPSI BESI(III) PADA ZEOLIT ALAM DENGAN BANTUAN GELOMBANG SONIKASI
Rokiy Alfanaar 1 , Yuyun Yuniati 1 , Zuri Rismiarti 1
1 Program Studi Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Ma Chung, Malang Jawa Timur - Indonesia
E-mail: rokiy.alfanaar@machung.ac.id
Abstract: Fe 3+ ion is  one  type  of heavy  metal waste that  is often  encountered from the  rest of the industrial  processes and  laboratory  education.  Adsorption using natural  zeolite is  one way of  reducing  the content  of Fe 3+ ions.  Sonication  waves  can  influence  the  adsorption process  that  happens.  Adsorption  of  Fe 3+ by  sonication  assisted  natural  zeolite  follows  1 st order kinetics base on Santosa equation with R 2 value =0.928. Isothermal adsorption of this study follow Freundlich equation with R 2 value = 0.948, n= 1.789 and K F = 1.832.
Keywords: Natural zeolite; Fe 3 ; sonication; kinetics; isotermal adsorption
Abstrak: Ion Fe 3+ adalah salah satu jenis limbah logam berat yang sering dijumpai dari sisa proses  industri  dan  laboratorium  pendidikan.  Adsorpsi  menggunakan  zeolit  alam  adalah salah  satu  cara  mengurangi  kandungan  ion  Fe 3+ .Gelombang  sonikasi  dapat  mempengaruhi proses adsorpsi yang terjadi. Adsorpsi Fe 3+ zeolit alam dengan bantuan gelombang sonikasi mengikuti kinetika orde 1 berdasarkan persamaan Santosa dengan nilai R 2 = 0.928. Isoterm adsorpsi pada penelitian ini mengikuti isoterm Freundlich dengan nilai R 2 = 0.948, n = 1.789, dan K F = 1.832.
Kata kunci: Zeolit alam; Fe 3+ ; sonikasi, kinetika; isoterm adsorpsi

## PENDAHULUAN
Proses  industri  dan  pembelajaran kimia  saat  ini  tak  lepas  dari  peran laboratorium.  Penggunaan  laboratorium kimia  akan  menghasilkan  limbah  yang salah  satu  jenisnya  adalah  limbah  logam berat. Logam berat berpotensi mencemari air  tanah  sehingga  berdampak  pada
lingkungan  dan  kesehatan  makhluk hidup.  Salah  satu  ion  logam  berat  yang umum  dijumpai  adalah  Fe 3+ .  Ion  Fe 3+ termasuk  logam  berat  yang  dapat merubah  sifat  fisik  dan  kimia  air  (Cho, 2005).
Beberapa metode pengolahan limbah Fe 3+ telah  dilakukan  antara  lain  dengan metode  elektrolisis  (Ghosh et  al., 2008),
ekstraksi superkritis, dan adsorpsi. Metode  adsorpsi  digunakan  banyak peneliti  karena  metode  ini  termasuk metode  yang  ramah  lingkungan  dan memenuhi kaidah green chemistry (Lancaster, 2010). Adsorpsi adalah proses  permukaan  dimana  adsorbat  akan terikat  secara  kimia  atau  fisika  pada adsorben.  Pemilihan  jenis  adsorbat  dapat mempengaruhi  jumlah  dan  kecepatan proses adsorpsi.  Beberapa jenis  adsorben antara  lain  adalah  zeolit,  bentonit  dan mormolilonit.
Zeolit  merupakan  polimer  anorganik yang  merupakan  senyawa  aluminosilikat dengan  kerangka  tiga  dimensi,  berpori, dan  memiliki  permukaan  bagian  dalam yang  luas  (Wang et  al .,  2010).  Zeolit yang  digunakan  dapat  berupa  zeolit sintesis  atau  zeolit  alam.  Zeolit  alam merupakan  salah  satu  jenis  adsorben alam  yang  telah  digunakan  untuk adsorpsi  antara  lain  fenol  (Swantomo et al., 2009), metilen biru (Hor et al ., 2016),
Ni 2+ dan  Cd 2+ (Rad et  al., 2014). Penggunaan zeolit alam sebagai adsorben perlu  melalui  proses  preparasi  yang meliputi  preparasi  fisik  dan  aktivasi. Preparasi  fisik  berupa  menyamakan ukuran zeolit dalam satuan mesh tertentu yang bertujuan menyamakan luas permukaan.  Aktivasi  zeolit  alam  melalui dua  tahap  yaitu  melalui  aktivasi  asam
yang  bertujuan  menghilangkan  alumina dan  kation  lain  yang  bisa  menutupi  sisi aktif  pada  permukaan  zeolit.  Proses aktivasi selanjutnya adalah aktivasi fisika dengan cara kalsinasi menggunakan suhu 450°C yang bertujuan untuk menguapkan air  pada  pori-pori  zeolit  sehingga  luar permukaan zeolit meningkat.
Penelitian  adsorpsi  ion  Fe 3+ dengan zeolite  telah  dilakukan.  Pada  penelitian Munandar et  al .  (2014),  metode  yang digunakan  untuk  proses  adsorpsi  adalah bath  sederhana  dalam  waktu  adsorpsi divariasikan  dari  15  menit  hingga  105 menit.  Salah  satu  modifikasi  yang  yang diharap  dapat  meningkatkan  kinerja zeolit adalah  dengan  menggunakan metode sonikasi. Sonikasi adalah metode yang  memanfaatkan  gelombang  suara. Dengan  memanfaatkan  gelombang  suara maka  akan  terjadi  tumbukan  secara molekular  yang  mampu  mempercepat reaksi (Ravazian et al., 2014). Perubahan metode  adsorpsi  dapat  mempengaruhi kecepatan reaksi sehingga dapat mempengaruhi kinetika  kimia. Penelitian ini  akan  menentukan  kinetika  kimia, model  kesetimbangan  ion  Fe 3+ dengan zeolit  dan  memprediksi  mekanisme adsorpsi  Fe 3+ pada  permukaan  zeolit alam.

## METODE
Jenis  rancangan  penelitian  ini  adalah penelitian  eksperimental.  Penelitian  ini menggunakan  zeolit  alam  yang  berasal dari  Sumbermanjing  Wetan  kabupaten Malang yang diharapkan bertindak sebagai  adsorben.  Penelitian  dilakukan dengan  4  (empat)  tahap  yaitu  preparasi zeolit sebagai adsorben, penetuan kinetika  adsorpsi,  penetuan  isoterm adsorpsi,  dan  karakterisasi  zeolit  alam menggunakan XRD dan FTIR.
Zeolit  alam  Sumbermanjing  Wetan yang telah dihaluskan dengan ukuran 120 mesh  direndam  dalam  akuades  sambil diaduk  dengan  magnetit  stirer  selama  1 jam  pada  suhu  kamar.  Hasil  dari pengadukan  disaring  dan  dikeringkan dengan oven pada suhu 120ºC selama 24 jam.  Zeolit  alam  yang  telah  kering dianalisis menggunakan XRD dan FTIR.
Serbut zeolit alam sebanyak 50 gram dimasukan ke dalam gelas beker 500 mL kemudian  ditambahkan  200  mL  larutan HF  1%  dan  diaduk  selama  120  menit. Setelah  disaring  kemudian  diaktivasi dengan  HCl (aq) 6  M  sebanyak  100  mL dan  diaduk  dengan  magnetic  stirer selama 120 menit. Zeolit disaring dengan kertas  Whatman  No.40  dan  ditambahkan NH 4 Cl  1  M  dan  diaduk  selama  120 menit.  Hasil  pengadukan  disaring  dan
diaktivasi  pada  suhu  450  °C  selama  4 jam.
Data  kinetika  yang  diperoleh  dengan cara  membuat  larutan  Fe 3+ dengan konsentrasi  awal    100  ppm.    Pada  setiap larutan  ditambahkan  1  g  zeolit  dan dilakukan  adsorpsi  pada  waktu  0,5;  1;  3; 5;  10;  15;  20;  dan  30  menit.  Hasil adsorpsi dianalisis dengan persamaan Ho, Santosa  dan  Lengergren.  Data  adsorpsi kemudian  dianalis  jenis  isoterm  dengan persamaan Langmuir dan Freundlich.
Zeolit  yang  telah  mengadsorpsi  ion Fe 3+ dikarakterisasi  menggunakan  XRD untuk mengetahui struktur kristal dan FT- IR  untuk  mengetahui  pola  adsorpsi. Setelah  mengetahui  struktur  zeolit  dan pola  adsorpsi  maka  dapat  digunakan untuk  memprediksi  mekanisme  adsoprsi ion  Fe 3+ pada  zeolit  alam  teraktivasi asam.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  adsoprsi  ion  Fe(III)  dengan zeolit  alam  sumber  manjing  wetan disajikan  pada  Tabel  1,  dan  jumlah Fe(III)  yang  teradsorpsi  tiap  waktu  di sajikan  pada  Gambar  1.  Penentuan jumlah ion Fe(III) teradsorpsi menggunakan  metode  spektrofotometri UV-Vis  dimana  Fe(III)  terlebih  dahulu dikomplekskan  dengan  ligan  tiosianat (SCN - ).    Hasil  dari  Tabel  1  digunakan
untuk  menentukan  isoterm  dan  kinetika adsorpsi ion Fe(III) dengan zeolit alam.
Tabel 1. Hasil Adsorpsi Fe(III) pada Permukaan Zeolit Alam Waktu Konsentrasi (ppm) Awal Akhir 0.5 100 79.180 1 100 75.511 3 100 61.900 5 100 70.933 10 100 38.511 15 100 13.676 16 100 18.126 20 100 15.522 30 100 10.649
Gambar 1. Jumlah Fe(III) Teradsorpsi tiap

## Waktu
Hasil  instrumentasi  XRD  dan  FTIR digunakan  untuk  mempelajari  struktur kristal dari zeolit. Data hasil intrumentasi ini  digunakan  untuk  menentukan  jenis mineral  dan  gugus  yang  terdapat  zeolit alam,  zeolit  alam  teraktivasi  asam,  dan zeolit  alam  yang  telah  mengadsorpsi  ion Fe(III).  Hasil  dari  XRD  dan  FTIR  juga digunakan selanjutnya untuk memprediksi  mekanisme  adsorpsi  zeolit
alam dengan bantuan gelombang sonikasi.  Data  hasil  XRD  zeolit  alam disajikan  pada  Gambar  2  dan  data  hasil FTIR disajikan pada Gambar 3.
Gambar 2. Hasil XRD (a) zeolit alam (b) zeolit alam teraktivasi dan (c) zeolit alam setelah mengadsorpsi Fe(III)
Gambar 3. Sperktra FTIR (a) zeolit alam (b) zeolit alam teraktivasi dan (c) zeolit alam setelah mengadsorpsi Fe(III)
Penelitian diawali dengan menghaluskan dan mengayak zeolit alam yang  akan  digunakan  sebagai  adsorben dengan  ukuran  120  mesh. Proses  ini
bertujuan  untuk  menghomogenkan  luas permukaan zeolit menjadi sejenis. Setelah itu zeolit alam diaktivasi menggunakan  HF  dan  HCl.  Aktivasi dengan asam dapat menyebabkan terjadinya proses dealuminasi dan dekationasi.
Hasil  XRD  dari  zeolit  alam  sesuai gambar  2  menunjukan  struktur  mineral penyusun  utama  adalah  modernit.  Tiga puncak tertinggi dari zeolit alam Sumbermanjing  Wetan  terdapat  pada  2 theta  27,83;  26,53;  dan  22,19.  Setelah proses aktivasi asam tiga puncak tertinggi terdapat  pada  27,49;  25,53;  dan  21,67. Nampak  pada  spektra  XRD  tidak  terjadi perubahan  yang  signifikan  sehingga disimpulkan  tidak  terjadi  perubahan struktur  kristal  zeolit.  Hasil  ini  juga diperkuat  dengan  data  FT-IR  dimana terdapat  puncak  pada  457,13  cm -1 untuk M-O  (M=Si,  Al),  693,30  cm -1 untuk vibrasi  O-M-O,    1053,45  cm -1 untuk vibrasi Al-O, 1620 cm -1 untuk vibrasi Si-
O,  dan  3614,60  cm -1 untuk  vibrasi  O-H.
Zeolit  alam  yang  telah  melalui  aktivasi asam  mengalami  beberapa  pergeseran bilangan  gelombang  dimana  M-O  pada 447,49  cm -1 ,  O-M-O  pada  719,45  cm -1 ,
Al-O  pada  1060,85  cm -1 ,  Si-O  pada 1638.85 cm -1 dan vibrasi O-H tetap pada
3614,60 cm -1
Setelah  mengadsorpsi  ion  Fe(III), zeolit  alam  kembali  diuji  menggunakan instrumentasi  XRD  dan  FTIR.  Pada spektra  XRD  terlihat  bentuk  mineral masih didominasi struktur kristal modernit. Hasil dengan FT-IR menunjukan  tidak  terbentuk  vibrasi  baru sehingga  disimpulkan  adsorpsi  yang terjadi  adalah  adsorpsi  fisika.  Ion  Fe(III) akan  membentuk  gaya  antar  molekul dengan permukaan zeolit dimana oksigen yang  lebih  bersifat  negatif  pada  zeolit akan  menarik  ion  Fe(III)  yang  lebih bersifat positif dengan gaya elektrostatik.
Adanya  gelombang  suara  dapat mempengaruhi  laju  adsorpsi  yang  terjadi sehingga perlu dilakukan studi yang lebih lanjut.  Studi  kinetika  dilakukan  untuk mengetahui model kinetika adsorpsi yang terbentuk.  Terdapat  tiga  model  yang digunakan  untuk  proses  adsorpsi  yaitu orde  1,  orde  1  semu,  dan  orde  2  semu. Orde 1 menggunakan persamaan Santosa, orde  1  semu  menggunakan  persamaan Lagergren, dan orde 2 semu menggunakan  persamaan  Ho.  Grafik hasil  analisis  kinetika  adsorpsi  untuk ketiga  model  yang  digunakan  disajikan pada Gambar 4.
(a) (b)
(c)
Gambar 4. Grafik hasil analisis kinetika adsorpsi (a). Santosa, (b). Langergren, dan (c) Ho
Berdasarkan  hasil  analisis  yang ditampilkan  pada  Gambar  4  menunjukan bahwa adsorpsi ion Fe(III) pada permukaan  zeolit  alam  mengikuti  orde  1 sesuai  persamaan  Santosa.  Hasil  R 2 dari ketiga  persamaan  tersebut  disajikan dalam Tabel 2.
Tabel 2. Parameter R 2 pada Kinetika Adsorpsi
Parameter Kinetika Santosa Lagergren Ho R 2 0.928 0.859 0.903
Isoterm  adsorpsi  adalah  hubungan distribusi adsorben antara fasa teradsorpsi  pada  permukaan  adsorben dengan  fasa  ruah  saat  kesetimbangan pada  temperatur  tertentu.  Terdapat  dua model  isoterm  yang  digunakan  pada penelitian ini yaitu model Freundlich dan Langmuir.
(a) Persamaan Freundlich
(b) Persamaan Langmuir
Gambar 4. Persamaan (a) Freundlich, dan (b)
Langmuir Keterangan qe = konsentrasi adsorbat pada kesetimbangan (mol/g) Ce = konsentrasi adsorbat pada fasa aquos
(mol/L)
qm = kapasitas maksimum adsorpsi (mol/g)
KF = konstanta kesetimbangan Freundlich
Gambar  hasil  analisis  isoterm  disajikan pada  Gambar  5,  sedangkan  parameter isotherm  adsopsi  berdasarkan  Langmuir dan Frendlich disajikan pada Tabel 3.
Tabel 3. Parameter Isoterm Adsorpsi berdasarkan Langmuir dan Frendlich
Langmuir Freundlich R 2 Qm K R 2 nF K 0.885  4.274  0.620  0.948  1.789  1.832 Berdasarkan Tabel 3 maka disimpulkan  adsorpsi  mengikuti  kinetika Freundlich  dengan  nilai  R 2 sama  dengan 0.948.    Berdasarkan  isoterm  Freundlich maka  disimpulkan  adsorben  memiliki permukaan  yang tidak homogen dan tiap molekul  mempunyai  kempuan  daya adsorpsi yang berbeda.
Hasil isoterm adsorpsi yang diperoleh  menujukan  perbedaan  jenis isoterm  dengan  penelitian  Munandar et
al, 2014.  Pada  penggunaan  metode  bath,
isoterm adsorpsi Fe 3+
mengikuti Langmuir  dengan  nilai  R 2 0,947  yang menindikasikan  permukaan  homogen. Perbedaan  hasil  isoterm  ini  diprediksi akibat  pola  tumbukan  material  yang berbeda  dengan  adanya gelombang sonikasi. Gelombang sonikasi menyebabkan  tidak  meratanya  tumbukan pada  permukaan  adsorben  sehingga kemampuan  daya  adsorpsi  berbeda  pada tiap  molekul  dan  isoterm  berubah menjadi Freundlich.
(a) (b)
Gambar 5. Grafik hasil analisis isoterm adsorpsi menurut (a). Freundlich dan (b) Langmuir
Karakterisasi  dengan  instrumentasi XRD setelah proses adsorpsi menunjukan bahwa  struktur  kristal  zeolit  masih berupa  modernit.  Tiga  puncak  tertinggi dari  zeolit  alam  setelah  proses  adsorpsi terdapat  pada  2  theta  27,69;  26,63;  dan 21,89. Pada hasil FT-IR terdapat beberapa pergeseran bilangan gelombang dimana  M-O  berada  pada  bilangan
gelombang  472,06  cm -1 ,  O-M-O  pada 718,53 cm -1 , Al-O pada 1062,78 cm -1 , Si- O  pada  1624,89  cm -1 ,  dan  vibrasi  O-H pada 3618,48 cm -1 .

## KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian disimpulkan  zeolit  alam  Sumbermanjing Wetan dapat digunakan sebagai adsorben
dengan  kinetika  adsorpsi  mengikuti kinetika  Santosa  dan  isoterm  Freundlich dengan  nilai  R2  0.948.  Zeolit  alam Sumbermanjing Wetan diharapkan mampu  diaplikasikan  dalam  proses pemurnian  larutan  khususnya  limbah logam  berat.  Penggunaan  zeolit  dengan
bantuan gelombang suara cukup potensial dalam bidang lingkungan sehingga diharapkan mampu diaplikasikan beberapa  pihak  terkait  dalam  bidang pengolahan limbah logam berat khususnya ion besi(III).

## DAFTAR RUJUKAN
Bong-Yeon,  Cho.  2005,  Iron  removal using  an  aerated  granular  filter. Process Biochemistry , 40:3314-20.
Ghosh, D., Solanki H, Purkait MK. 2008.
Removal of Fe(II) from  tap water by electrocoagulation technique. J Hazard Mater , 155:135-43.
Hor,  Kan  Yan.,  Chee  JMC,  Chong  MN,
Jin  B,  Saint.  C.  2016,  Evaluation  of physicochemical methods in
enhancing the adsorption performance  of  natural  zeolite  as low-cost adsorbent of methylene blue dye  from  wastewater, Journal  of Cleaner Production.
Lancaster, M. 2010, Green chemistry: an introductory  text ,  oyal  society  of chemistry.
Munandar A, Krisdiyanto D, Khamidinal,
Artsanti P. 2014, Adsorpsi Logam Pb dan Fe dengan Zeolit Alam Teraktivasi  Asam  Sulfat. Seminar
Nasional  Kimia  dan  Pendidikan Kimia , vol.VI:138-46.
Rad, L.R., Momeni A, Ghazani BF, Irani M,  Mahmoudi  M,  Noghreh  B.  2014, Removal  of  Ni2+  and  Cd2+  ions from aqueous solutions using electrospun  PVA/zeolite  nanofibrous adsorbent, Chemical  Engineering Journal 256:119-27.
Razavian,  M.,  Fatemi  S,  Masoudi-Nejad M.  2014,  A  Comparative  Study  of CO2  and  CH4  Adsorption  on Silicalite-1  Fabricated  by  Sonication and Conventional Method,
Adsorption  Science  &  Technology , vol.32, hh.73-87.
Swantomo D, Kundari NA, Pambudi SL. 2009.  Adsorpsi  Fenol  dalam  Limbah dengan  Zeolit  Alam  Terkalsinasi. Proc. Seminar  Nasional  V  SDM Teknologi Nuklir , Yogyakarta,
V:705-13: BATAN.
Wang  S,  Peng  Y.  2010,  Natural  zeolites
as  effective  adsorbents  in  water  and
wastewater treatment, Chemical
Engineering Journal 156:11-24.