Bab Ii Syibran.docx

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Adsorpsi 2.1.1 Pengertian Adsorpsi Adsorpsi (penyerapan) merupakan suatu proses pemisahan dimana komponen dari suatu fase fluida berpindah ke permukaan zat padat yang menyerap (adsorben). Biasanya partikel-partikel kecil zat penyerap dilepaskan pada adsorpsi kimia yang merupakan ikatan kuat antara penyerap dan zat yang diserap sehingga tidak mungkin terjadi proses yang bolak-balik. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses adsorpsi (Prawira, 2008); 

Agitation (Pengadukan) Tingkat adsorbsi dikontrol baik oleh difusi film maupun difusi pori, tergantung pada tingkat pengadukan pada sistem.



Karakteristik Adsorban (Karbon Aktif) Ukuran partikel dan luas permukaan merupakan karakteristik penting karbon aktif sesuai dengan fungsinya sebagai adsorban. Ukuran partikel karbon mempengaruhi tingkat adsorbsi; tingkat adsorbsi naik dengan adanya penurunan ukuran partikel. Oleh karena itu adsorbsi menggunakan karbon PAC (Powdered Acivated Carbon) lebih cepat dibandingkan dengan menggunakan karbon GAC (Granular Acivated Carbon). Kapasitas total adsorbsi karbon tergantung pada luas permukaannya. Ukuran partikel karbon tidak mempengaruhi luas permukaanya. Oleh sebab itu GAC atau PAC dengan berat yang sama memiliki kapasitas adsorbsi yang sama.



Kelarutan Adsorbat Senyawa terlarut memiliki gaya tarik-menarik yang kuat terhadap pelarutnya sehingga lebih sulit diadsorbsi dibandingkan senyawa tidak larut.



Ukuran Molekul Adsorbat Tingkat adsorbsi pada aliphatic, aldehyde, atau alkohol biasanya naik diikuti dengan kenaikan ukuran molekul. Hal ini dapat dijelaskan dengan kenyataan bahwa gaya tarik antara karbon dan molekul akan

4

5



semakin besar ketika ukuran molekul semakin mendekati ukuran pori karbon. Tingkat adsorbsi tertinggi terjadi jika pori karbon cukup besar untuk dilewati oleh molekul.



pH Asam organik lebih mudah teradsorbsi pada pH rendah, sedangkan adsorbsi basa organik efektif pada pH tinggi.



Temperatur Tingkat adsorbsi naik diikuti dengan kenaikan temperatur dan turun diikuti dengan penurunan temperatur.

2.2 Adsorben Adsorben merupakan zat padat yang dapat menyerap komponen tertentu dari suatu fase fluida. Kebanyakan adsorben adalah bahan- bahan yang sangat berpori dan adsorpsi berlangsung terutama pada dinding pori- pori atau pada letak-letak tertentu di dalam partikel itu. Oleh karena pori-pori biasanya sangat kecil maka luas permukaan dalam menjadi beberapa orde besaran lebih besar daripada permukaan luar dan bisa mencapai 2000 m/g. Pemisahan terjadi karena perbedaan bobot molekul atau karena perbedaan polaritas yang menyebabkan sebagian molekul melekat pada permukaan tersebut lebih erat daripada molekul lainnya. Adsorben yang digunakan secara komersial dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu kelompok polar dan non polar (Saragih, 2008). 

Adsorben Polar Adsorben polar disebut juga hydrophilic. Jenis adsorben yang termasuk kedalam kelompok ini adalah silika gel, alumina aktif, dan zeolit.



Adsorben non polar Adsorben non polar disebut juga hydrophobic. Jenis adsorben yang termasuk kedalam kelompok ini adalah polimer adsorben dan karbon aktif.

2.3 Adsorbat Adsorbat adalah substansi dalam bentuk cair atau gas yang terkonsentrasi pada permukaan adsorben. Adsorbat terdiri atas dua kelompok yaitu kelompok polar seperti

6

air dan kelompok non polar seperti methanol, ethanol dan kelompok hidrokarbon (Suzuki, 1990 dalam saragih, 2008). Karbondioksida merupakan jenis adsorbat yang sesuai digunakan untuk adsorben jenis hidrofobic seperti karbon aktif. Karbondioksida merupakan persenyawaan antara karbon dengan oksigen. Pada kondisi tekanan dan temperatur atmosfir, karbondioksida merupakan gas yang tidak berwarna, tidak berbau, tidak reaktif, tidak beracun dan tidak mudah terbakar (nonflammable). Pada kondisi triple point, karbondioksida dapat berupa padat, cair ataupun gas bergantung pada kondisinya. Karbondioksida berada pada fase padat pada temperature -109 °F(-78,5oC) dan tekanan atmosfir akan langsung menyublimasi tanpa melalui fase cair terlebih dahulu. Sedangkan pada tekanan dan temperatur di atas triple point dan di bawah temperatur 87,9 °F (31,1oC) maka karbondioksida cair dan gas akan berada pada kondisi kesetimbangan. 2.4 Kinetika Adsorpsi Perilaku adsorpsi dapat dipelajari dengan berbagai pendekatan teori diantaranya : Model kinetika pseudo orde 1 Menurut Lagergren (1898) persamaan kinetika orde-pertama dinyatakan seperti pada persamaan 𝑑 𝑞𝑡 𝑑 𝑡

= k1(qe − qt)

(1)

Integrasi pada kondisi qt = 0 s/d qt = qt dan t = 0 s/d t = t dari persamaan diatas diperoleh bentuk persamaan linier orde satu berikut: (2)

Parameter qe (mg/g) dan k1 (.min-1) dapat dihitung dari plot ln (qe –qt) versus t. Model kinetika pseudo orde 2 Menurut Ho dan McKay (1999), persamaan orde satu Lagergren dapat dimodifikasi menjadi persamaan: (3)

7

Integrasi pada kondisi qt = 0 s/d qt = qt dan t = 0s/d t = t dari persamaan diatas diperoleh bentuk persamaan linier orde dua berikut: (4) Parameter qe (mg/g) dan k 2 (g/mg.min) dapat dihitung dari plot t/qt versus t. 2.5 Buah Nipah 2.5.1 Tanaman Nipah Nipah (Nypa fruticans) termasuk tanaman dari suku Palmae, tumbuh di sepanjang sungai yang terpengaruh pasang surut air laut. Tumbuhan ini dikelompokkan pula kedalam tanaman hutan mangrove. Tanaman tumbuh rapat bersama, seringkali membentuk komunitas murni yang luas di sepanjang sungai dekat muara hingga sungai dengan air payau. Buahnya membulat seperti buah pandan dengan panjang bonggol hingga 45 cm. Sebaran jenis tanaman ini utamanya di daerah equator, melebar dari Sri Langka ke Asia Tenggara hingga Australia Utara. Luas areal pertanaman nipah di Indonesia diperkirakan 700.000 ha, terluas dibandingkan dengan Papua Nugini (500.000 ha) dan Filipina (8.000 ha) (Subiandono, E., dkk, 2011).

Gambar 2.1 Buah Nipah Tanaman Nipah tumbuh subur di hutan daerah pasang surut (hutan mangrove) dan daerah rawa-rawa atau muara-muara sungai yang berair payau. Di Indonesia luas daerah tanaman nipah adalah 10% dari luas daerah pasang surut sebesar 7 juta Ha atau sekitar 700.000 Ha. Penyebarannya meliputi wilayah kepulauan Sumatra, Kalimantan, Jawa, Sulawesi, Maluku, dan Irian Jaya (Subiandono, E., dkk, 2011).

8

Nipah umumnya tumbuh di belakang formasi hutan mangrove di sepanjang sungai menuju muara. Di tempat tersebut banyak terdapat endapan tanah yang berasal dari hulu sungai, sehingga habitat nipah menjadi subur dan berlumpur dalam. Keadaan airnya juga relatif lebih baik dibandingkan dengan di hulu sungai. Pada areal yang ditumbuhi nipah, jumlah pohon dapat mencapai 1.984 pohon/ha, 1.067 pohon/ha di antaranya berbuah. Setiap pohon nipah berbuah rata-rata 3,55 bonggol/pohon, 2,83 bonggol buah tua dan 0,76 bonggol buah muda/pohon. Setiap bonggol rata-rata berisi 65 buah nipah. Rata-rata tiap lima bonggol berisi 325 buah nipah muda atau 65 buah/bonggol, bobot buah rata-rata 209 g, yang terdiri atas sabut dan tempurung 172,65 g (82,6%) dan daging buah adalah 36 g (17,4%). Pada satu pohon nipah dapat menghasilkan buah kurang lebih seberat 5 Kg dan menghasilkan limbah kulit buah kurang lebih sekitar 3 Kg. Kulit buah nipah itu sendiri mengandung 36,5% selulosa dan kadar lignin sebesar 27,3%. Nipah juga merupakan sumber pangan dan energi, namun belum banyak dipublikasi mengenai potensi maupun pemanfaatannya. Padahal hampir di sebagian besar sungai yang masih terpengaruh oleh pasangnya air laut banyak dijumpai tumbuhan nipah dengan populasi yang sangat besar. Dilaporkan bahwa pemanfaatan nipah secara tradisional oleh masyarakat di Batu Ampar, Pontianak, untuk menghasilkan gula dan garam selain jajanan yang dibuat dari buah (endosperma) nipah Gula nipah diperoleh melalui pengolahan nira (cairan manis yang diperoleh dari tandan bunga sebelum mekar), sedangkan garam nipah diperoleh dari daging pelepah yang tua. 2.6 Klasifikasi Air Kualitas air tanah ditentukan oleh tiga sifat utama, yaitu: sifat fisik, sifat kimia, dan sifat biologi/bakteriologi. Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi sifat fisik dan sifat kimia air tanah yaitu (Dinas Pertambangan dan Energi, 2003): 

Jenis litologi akuifer, tempat terdapat/terakumulasinya air tanah

9

 Kondisi batuan dan lingkungan lainnya, dimana pergerakan air tanah berlangsung

 Jarak dari daerah resapan, dimana pembentukan air tanah mulai berlangsung

1. Sifat Fisik Sifat fisik antara lain warna, bau, rasa, kekentalan, kekeruhan, suhu (Hadipurwo, 2006 dalam Danaryanto dkk. 2008).

 Warna air tanah disebabkan oleh zat yang terkandung di dalamnya, baik  berupa suspensi maupun terlarut. 

Bau air tanah dapat disebabkan oleh zat atau gas yang mempunyai aroma



yang terkandung dalam air.



Rasa air tanah ditentukan oleh adanya garam atau zat yang terkandung dalam air tersebut, baik yang tersuspensi maupun yang terlarut.



Kekentalan air dipengaruhi oleh partikel yang terkandung di dalamnya.



Semakin banyak yang terkandung akan semakin kental. Disamping itu apabila suhunya semakin tinggi, maka kekentalannya akan semakin kecil (encer).



Kekeruhan air disebabkan oleh adanya tidak terlarutkan zat yang dikandung. Sebagai contoh adalah adanya partikel lempung, lanau, juga zat organik ataupun mikroorganisme.



Suhu air juga merupakan sifat fisik dari air. Suhu ini dipengaruhi oleh keadaan sekeliling, seperti musim, cuaca, siang-malam, tempat ataupun lokasinya.

2. Sifat Kimia Termasuk dalam sifat kimia adalah kesadahan, jumlah garam terlarut total dissolved solids (TDS), daya hantar listrik (electric conductance), keasaman, kandungan ion.

10

• Kesadahan atau Kekerasan Kesadahan atau kekerasan (total hardness) dipengaruhi oleh adanya kandungan Ca dan Mg. Kesadahan ada dua macam, yaitu kesadahan karbonat dan kesadahan non karbonat (Danaryanto dkk., 2008). 2.7 Karakteristik Air Air merupakan sumberdaya alam yang berlimpah di muka bumi, menutupi sekitar 71% dari permukaan bumi. Secara keseluruhan air di muka bumi, sekitar 98% terdapat di Samudera dan laut dan hanya 2% yang merupakan air tawar yang terdapat di sungai, danau dan bawah tanah. Diantara air tawar yang ada tersebut, 87% diantaranya berbentuk es, 12% terdapat di dalam tanah, dan sisanya sebesar 1% terdapat di danau dan sungai. Selain berlimpah keberadaannya di muka bumi, airpun memiliki karakteristik yang khas, menurut Effendi (2007 : 22-23), karakteristik tersebut adalah sebagai berikut : a. Pada kisaran suhu yang sesuai bagi kehidupan, yakni 0oC (32o F) – 100o C, air berwujud cair. Suhu 0oC merupakan titik beku (freezing point) dan suhu 100oC merupakan titik didih (boiling point) air. b. Perubahan suhu air berlangsung lambat sehingga air memiliki sifat sebagai penyimpanan panas yang sangat baik. Perubahan suhu air yang lambat mencegah terjadinya strees pada makhluk hidup karena adanya perubahan suhu yang medadak dan memelihara suhu bumi agar sesuai bagi makhluk hidup. Sifat ini juga menyebabkan air sangat baik digunakan sebagai pendingin mesin. c. Air memerlukan panas yang tinggi dalam proses penguapan. Penguapan (evaporasi) adalah proses perubahan air menjadi uap air. Proses ini memerlukan energi panas dalam jumlah besar. Sebaliknya, proses perubahan uap air menjadi cairan (kondensasi) melepaskan energi panas yang besar. Pelepasan energi ini merupakan salah satu penyebab mengapa kita merasa sejuk pada saat berkeringat. Sifat ini juga merupakan salah satu faktor utama yang menyebabkan terjadinya penyebaran panas secara baik di bumi. d. Air merupakan pelarut yang baik. Air mampu melarutkan berbagai jenis senyawa

11

kimia. Air hujan mengandung senyawa kimia dalam jumlah yang sangat sedikit, sedangkan air laut dapat mengandung senyawa kimia hingga 35.000 mg/liter, (Tebbut, 1992). Sifat ini memungkinkan unsur hara terlarut diangkut ke seluruh jaringan tubuh makhluk hidup dan memungnkan bahan-bahan toksik yang masuk ke dalam jaringan tubuh makhluk hidup dilarutkan untuk dikeluarkan kembali. Sifat ini juga memungkinkan air digunakan sebagai pencuci yang baik dan pengencer bahan pencemar (polutan) yang masuk ke dalam air. e. Air memiliki tegangan permukaan yang tinggi. Suatu cairan dikatakan memiliki tegangan permukaan yang tinggi jika tekanan antar molekul cairan tersebut tinggi. Tegangan permukaan yang tinggi menyebabkan air memiliki sifat membasahi suatu bahan secara baik (higher wetting ability). 2.8 Logam dalam air sumur Besi lebih reaktif daripada kedua anggota yang lain seperti halnya golongan triad-triad lainnya, misalnya reaksi dengan asam non-oksidator maupun asam oksidator. Ion besi (III) berukuran relatif kecil dengan rapatan muatan 349 mm-3 untuk low-spin dan 232 C mm-3 untuk high-spin, hingga mempunyai daya mempolarisasi yang cukup untuk menghasilkan ikatan berkarakter kovalen. Semua garam besi (III) larut dalam air menghasilkan larutan asam. Rapatan muatan kation yang relatif tinggi (232 C mm-1) mampu mempolarisasi cukup kuat terhadap molekul air sebagai ligan yang berakibat lanjut molekul air yang lain sebagai pelarut dapat berfungsi sebagai basa dan memisahkan proton. Besi (Fe) adalah satu dari lebih unsur-unsur penting dalam air permukaan dan air tanah. Perairan yang mengandung besi (Fe) sangat tidak diinginkan untuk keperluan rumah tangga karena dapat menyebabkan bekas karat pada pakaian, porselin dan alat-alat lainnya serta menimbulkan rasa yang tidak enak pada air minum pada konsentrasi di atas kurang lebih 0,31 mg/L. Besi (II) sebagai ion berhidrat yang dapat larut (Fe2+) merpakan jenis besi (Fe) yang terdapat dalam air tanah karena air tanah tidak berhubungan dengan oksigen dari atmosFer, konsumsi oksigen bahan organik dalam media mikroorganisme sehingga menghasilkan

12

keadaan reduksi dalam air tanah. Oleh karena itu, besi (Fe) dengan bilangan oksidasi rendah, yaitu besi(II) (Fe) umum ditemukan dalam air tanah dibandingkan besi(III) (Fe). Secara umum besi(II) (Fe) terdapat dalam air tanah berkisar antara 1,0 – 10 mg/L, namun demikian tingkat kandungan besi (Fe) sampai sebesar 50 mg/L dapat juga ditemukan dalam air tanah di tempat-tempat tanah. Besi(II) (Fe) dapat terjadi sebagai jenis stabil yang larut dalam dasar danau dan sumber air yang kekurangan oksigen. Sumber besi (Fe) antara lain berasal dari hematit ataupun magnetit. Mineral yang sering berada dalam air dengan jumlah besar adalah kandungan besi (Fe). Apabila besi (Fe) tersebut berada dalam jumlah yang banyak akan muncul berbagai gangguan lingkungan. Menurut Wahyu Widowati, Astiana Sastiono dan Raymond Jusuf R., besi (Fe) memiliki berbagai fungsi esensial dalam tubuh, yaitu : 1. Sebagai alat angkut oksigen dari paru-paru ke seluruh tubuh. 2. Sebagai alat angkut elektron dalam sel. 3. Sebagai bagian terpadu dari berbagai reaksi enzim. 2.9 Dampak Tingginya Fe pada Air Sumur Bor Besi terlarut dalam air dapat berbentuk kation Ferro (Fe2+) atau kation Ferri (Fe3+). Hal ini tergantung kondisi pH dan oksigen terlarut dalam air. Besi terlarut dapat berbentuk senyawa tersuspensi, sebagai butir koloidal seperti Fe(OH)3, FeO, Fe2O3 dan lain-Iain. Konsentrasi besi terlarut yang masih diperbolehkan dalam air bersih adalah sampai dengan 0,1 mg/l. Apabila kosentrasi besi terlarut dalam air melebihi batas tersebut akan menyebabkan berbagai masalah, diantaranya 1. Gangguan Teknis Endapan Fe (OH) bersifat korosif terhadap pipa dan akan mengendap pada saluran pipa, sehingga mengakibatkan pembuntuan dan efek - efek yang dapat merugikan seperti mengotori bak yang terbuat dari seng. Mengotori wastafel dan kloset.

13

2. Gangguan Fisik Gangguan fisik yang ditimbulkan oleh adanya besi terlarut dalam air adalah timbulnya warna, bau, rasa. Air akan terasa tidak enak bila konsentrasi besi terlarutnya >1,0mg/l. Jika di gunakan untuk mencuci pakaian, akan menyebabkan pakaian putih menjadi kuning. 3. Gangguan kesehatan Senyawa besi dalam jumlah kecil di dalam tubuh manusia berfungsi sebagai pembentuk sel-sel darah merah, dimana tubuh memerlukan 7-35 mg/hari yang sebagian diperoleh dari air. Tetapi zat Fe yang melebihi dosis yang diperlukan oleh tubuh dapat menimbulkan masalah kesehatan. Hal ini dikarenakan tubuh manusia tidak dapat mengsekresi Fe. Air minum yang mengandung besi cenderung menimbulkan rasa mual apabila dikonsumsi. Selain itu dalam dosis besar dapat merusak dinding usus. Kematian sering kali disebabkan oleh rusaknya dinding usus ini. Kadar Fe yang lebih dari 1 mg/l akan menyebabkan terjadinya iritasi pada mata dan kulit. Apabila kelarutan besi dalam air melebihi 10 mg/l akan menyebabkan air berbau seperti telur busuk. Air tanah yang mengandung

CO2 tinggi dan O2 yang terlarut sedikit, dapat

mempercepat proses pelarutan besi (dari bentuk tidak terlarut menjadi terlarut). Sedangkan air tanah yang alkalinitasnya tinggi, biasanya memiliki konsentrasi besi rendah, karena besi teroksidasi dan mengendap pada pH tinggi. Air tanah yang mengandung besi dan organik yang tinggi akan membentuk ikatan kompleks yang sulit mengendap dengan aerasi. Kandungan besi yang tinggi merugikan, karena dapat menyebabkan air menjadi hitam, sayuran yang direbus berwarna gelap, menimbulkan rasa besi/logam, astringent atau obat dan merugikan jika dipakai dalam produksi.

14

2.10 Road map 1. Penelitian yang dilakukan oleh Adha Panca Wardanu, dkk 2016. Karbon aktif dari kulit buah nipah sebagai adsorben untuk menjernihkan air diperoleh bahwa Karbon Aktif kulit buah Nipah mampu menjernihkan air sumur. kadar karbon terikat sebesar 74,26 %