L A P O R A N P E N E L I T I A N F U N D A M E N T A L

Kinetika Adsorpsi Ion Hg 2+ pada Elektroda Pasta Carbon Termodifikasi Bentonite; Studi Eksplorasi Dasar Kerja Sensor Amperometrik Ion Merkuri

Oleh : Dr. rar. Net. Asep Supriatna. M.Si

Dr. Agus Setiabudi, M.Si Drs A l i Kusrijadi, M.Si

D I B 1 A Y A I P R O * ' E K P E N F L I T L A . N I L M U P E N G E T A H U A N D A S A R D E N G A N S U R A T P E R J A N J I A K F E L A K S A N A A N P E N E L I T I A N N O M O R 0t4/PP2M/II72006 D I R E K T O R A T P E M B I N A A N P E N E L I T I A N DAN T E N G A B D I A N K E P A D A M A S Y A R A K A T

D I R E K T O R A T J E N D R A L P E N D I D I K A N T I N G G I D E P A R T E M E N P E N D I D I K A N N A S I O N A L

F A K U L T A S P E N D I D I K A N M A T E M A T I K A DAN I L M U P E N G E T A H U A N A L A M U N T V E R S I T A S P E N D I D I K A N I N D O N E S I A

2006

1. Judu l : K i n e t i k a Adsorps i Ion H g pada Elekt roda Pasta Carbon Termodif ikas i Bentonite; Studi Eksplorasi Dasar Kerja Sensor Amperometrik Ion Merkuri

2. Ke tua Penelit i

a. Nama Lengkap

b. Jenis Kelamin

c. N I P d. Pangkat/Golongan e. Jabatan Fungsional f. Fakultas/Jurusan g. Perguruan Tinggi h. Pusat Penelitian

3. Jumlah T i m Peneliti 4. Lokasi Penelitian

5. Kerjasama dengan Institusi Lain a. Nama Instansi b. Alamat

6. Masa Penelitian

7. Biaya yang diperlukan

Dr. rer. nat. Asep Supriatna, M.S i

Laki- laki 131911642

Hid Lektor F P M I P A / Kimia Universitas Pendidikan Indonesia ( U P I ) Lemlit U P I , J1. Dr. Setiabudhi 229, Bandung 40154 3 Orang Lab. Penelitian K imia U P I , Lab. Kimia B 4 T

10 bulan, mulai dari tgl. 1 Februari 2006 Sampai dengan 31 November 2006 Ro. 39.000.000,00 (Tiga P U I J I I Sembilan Juta Rupiah)

^Menwahu' > r f K * i k t a a s P M I P a

f * 7 ^©^^QT^ar ilendayana M . S c )

^ N I P T I 30^608 529

Bandung, lONovembei 2006 Ketua Peneliti

(Dr. rer. nat. Asep Supriatna. M . S i ) NIP . 131 911 642

Menyetujui Ketua Lembaga Penelitian U P I

ft

(Furqon,,phD) N I P : 131,627 889

D A F T A R I S I

L E M B A R I D E N T I T A S D A N P E N G E S A H A N i i R I N G K A S A N i " P R A K A T A iv D A F T A R T A B E L v D A F T A R G A M B A R v i D A F T A R L A M P I R A N v i i i

L P E N D A H U L U A N

1.1 L a t a r Belakang Masalah 1

1.2 Rumusan Masalah 2

I I . T I N J A U A N P U S T A K A 3

2 . 1 . T e k n i k Anal isa logam M e r k u r i 3

2.2. Sensor K i m i a dan Sensor E l e k t r o k i m i a 4

2.2.1 Sensor Amperometr ik 4

2.2.2 Elektroda Tasta K a r b o n ( E P K ) 6

2 3 . Bentonit 6

23 .1 S t ruk tu r Bentonit 6

23 .2 Sifat F is ik dan K i m i a Bentonit

2.4. Adsorpsi °

2.5 Adsorpsi Isotherm "

EU T U J U A N D A N M A N F A A T P E N E L I T I A N 11

I V . M E T O D E P E N E L I T I A N 12

4.1 Desain Penelitian 12

4.2 Tahapan Pelaksanaan 13

4.2.1 Tahap Preparasi 13

4.2.1.1 Preparasi E P K dan E P K T B 13

4.2.1.2 Pernbuatan La ru t an Model C d 2 + 15

4.2.13 Pembuatan Laru tan Model H g 2 + 15

4.2.2 Uj i kinerja E P K dan E P K T B 16

4 3 Instrumen pelaksanaan 16

V . I 1 A S I L D A N P E M B A H A S A N 18

5 .1 . K ine r j a E P K T B terhadap La ru t an Model Cd2+ 18

5 3 . A p l i k a s i E P K T B pada Prekonsentrasi L a r u t a n Model H g 2 + 20

5 3 . K i n e t i k a Adsorpsi H g 2 + p a d a E P K T B 24

V I . K E S I M P U L A N 2 9

V I I . D A F T A R P U S T A K A 3 0

R I N G K A S A N

Studi tentang kinetika adsorpsi ion H g 2 + pada elektroda pasta karbon termodifikasi bentonit ( E P K T B ) yang didasarkan pada kerja sensor amperometrik, dilakukan melalui dua tahap kegiatan yaitu pembuatan dan uji kinerja E P K T B dan uji analisis terhadap larutan ion H g 2 + sebagai dasar kajian terhadap kinetika adsorpsi ion H g 2 + dalam E P K T B .

Kajian data optimasi penggunaan E P K T B terhadap larutan C d 2 + memperlihatkan tegangan listrik optimunv^ebesar 0,6 volt dan waktu kontak yang dibutuhkan sebesar 360 detik. Respon arus yang diberikan E P K T B terhadap larutan model meunjukkan peningkatan dengan bertambahnya konsentrasi larutan.

Penggunaan E P K T B pada larutan uji H g 2 + memperlihatkan respon arus menurun sejalan dengan lamanya waktu interaksi E P K T B dengan larutan uji. Hal ini menunjukkan lambatnya terjadi kesetimbangan proses adsorpsi dan reduksi dari analit. Waktu optimum yang diperlukan pada analisis larutan uji sebesar 30 detik dengan batas konsentrasi analisis 4 ppm Didasarkan pada perbandingan kadar Karbon-Bentonit dalam E P K T B , menunjukkan semakin besar perbandingan kadar Bentonit terhadap karbon semakin tinggi daya adsorpsi E P K T B .

Kajian kinetika adsorpsi H g 2 + oleh E P K T B mengikuti model Freuniich, hal ini sesuai dengan karakter situs pengadsorps yang tidak seragam dalam E P K T B dan interaksi yang diramalkan berupa adsorpsi kimia dan fisik.

in

P R A K A T A

Rasa syukur kami ucapkan ke hadirat Al lah S W T . Yang telah memberikan bimbingan

dan hidayahnya hingga kami dapat menyelesaikan penelitian yang berjudul "Kinetika

Adsorpsi Ion Hg 2+ pada Elektroda Pasta Carbon Termodifikasi Bentonite; Studi Eksplorasi

Dasar Kerja Sensor Amperometrik Ion Merkuri".

Penelitian ini ditujukan untuk mengekplorasi ilmu dasar dan aplikasinya sehingga

diharapkan terjadinya sinergi pengembangan keilmuan teoritis dan aplikasinya pada kasus

nyata. Hal yang diharapkan dapat disumbangkan dari penelitian ini baik hasil kajian teoritis

mengenai kinetika adsorpsi maupun pengembangan instrumentasi yang bersifat aplikatif.

Penulis menyadari masih banyaknya hal yang perlu ditindaklanjuti dari penelitian ini,

semcga hasil penelitian dapat dijadikan sumbangsih dalam pengembangan ilmu dan

teknologi di Negara tercinia, sebagai modal dasar mensejajarkan diri dengan bangsa lain.

Pada kesempatan ini kami ucapkan terima kasih kepada:

1 Direktur Pembinaan Penelitian dan Per.gabdian kepada Masyarakat Direktorat Jendral

Pendidikan Tinggi Depdiknas, yang telah membiayai penelitian ini.

2. Ketua Lembaga Penelitian U P I , yang telah membantu hingga terlaksananya

penelitian.

3. Ketua Jurusan Pendidikan Kimia FPM1PA U P I yang telah mengijinkan penggunaan

fasilitas laboratorium sebagai tempat melaksanakan penelitian.

4. semua fihak yang telah membantu terselesaikannya penelitian ini.

Bandung, l-November-2006

Penyusun

iv

D A F T A R T A B E L

T a b e l 5.1 Rangkuman proses adsorpsi dan reduksi (prekonsentrasi) pada

E P K T B

Tab le 5.2 Kritena statistik dan parameter yang dihasilkan pada pengujian model adsorpsi terhadap data eksperimen adsorpsi Hg2+ pada berbagai konsentrasi berdasarkan model adsorpsi Langmuir, Freundlich, Tempkin dan Sigmoid

D A F T A R G A M B A R

G a m ba r 2.1 Diagram blok komponen ( a ) SensorAmperometrik,

(b) Voltameri strippin 5

G a m bar 2.2. Sketsa diagramatis struktur montmorillonite menurut Hofmann.. Endell, dan W i l m (1933); Marshal (1935); Hendricks (1942) 7

G a m ba r 4 .1 . Skema Stwjli Mekanisme Adsorpsi pada EKPTB dalam

Kondisi Aplikasi 13

G a m b a r 4.2. Bagian - bagian batang elektroda dalam pembuatan E P K

dan E P K T B 14

G a m b a r 4 3 . Bagan kerja preparasi pasta karbon 14

G a m b a r 4.4. Bagan kerja preparasi Pasta Karbon Termodifikasi Bentonit .... 15

G a m b a r 4.5. Rangkaian Sel Elektrokimia Sensor Amperometrik 17

G a m b a r 5 .1 . Respon arus pada proses prekonsentrasi larutan C d S 0 4 4, 22 ppm pada beda poiensial 0,6 volt, 1 volt, 1,5 volt dan 5 volt mengunakan E P K T B - 19

G a m b a r 5.2. Konsentrasi C d 2 + teradsorpsi dan larutan CdSCb 4,22 ppm pada beda poiensial 0,6 volt, 1 volt dengan rentang waktu 0 - 6 0 detik menggunakan E P K T B 20

Gambar . 5 3 . Respon arus pada pioses prekonsenirasi 1 menii larutan H g ' 0,1 dan 1 ppm pada beda potensial 0,6 volt mengunakan E P K T B 21

Gain bar 5.4. Kapasitas adsorpsi E P K T B terhadap larutan 3,872 ppm H g 2 +

pada berbagai waktu prekonsentrasi 22

G a m b a r 5.5. Kapasitas adsorpsi E P K T B terhadap larutan 1,2975 ppm H g 2 +

pada berbagai waktu prekonsentrasi 23

G a m b a r 5.6. Kapasitas adsorpsi E P K T B terhadap larutan analit mode! H g 2 +

sebagai fungsi konsentrasi 24

G a m b a r 5.7. Kurva fitting nonlinier terhadap data eksperimen adsorpsi Hg2 + pada berbagai konsentrasi berdasarkan model adsorpsi Langmuir, Freundlich, Tempkin dan persamaan matematis bentuk sigmoid .... 27

vi

L P E N D A H U L U A N

1.1 La ta r Belakang Masalah

Merkuri (Hg) merupakan salah satu logam berat yang dikelompokan sebagai

pencemar lingkungan k'arena sifatnya yang dapat menghambat kerja enzim dan afinitasnya

terhadap gugus tiol Karena itu monitoring ion merkuri di lingkungan (deteksi dan

penentuan kadar) merupakan aktivitas yang sangat penting. Terdapat berbagai teknik yang

dapat dilakukan untuk mendeteksi merkuri dalam media air, misalnya: teknik spektroskopi

serapan atom ( A A S ) , spektrometri massa (MS) , dan sepktrometn plasma induktif (1CP-

A E S ) . Teknik-teknik standar tersebut diakui menunjukkan sensitivitas, seiektivitas dan

rentang linieritas yang baik. Walau demikian pengerjaan analisis dengan teknik tersebut

tidak bisa dilakukan sccara on-site, membutuhkan rangkaian pekeijaan yang panjang. dan

harga peralatan rehtif mahal.

Metode deteksi ion logam lainya adalah dengan menggunakan perangkat sensor

amperometrik. Untuk keperluan sensor ion logam dengan cara elcktrokimia diperlukan

perangkat eiekauda yang dimodifikasi secara Kimi?. Elektroda Tenriodifikasi Kimia

( E T K ) berperan sebagai lapisan sensitif dan reager. tak bergerok . Prosedur zmalisri dengan

menggunakan F.TK biasany3 dikombinasi aengan telmik prekonsentrasi. Fada teknik ini,

analit diakumulasi pada modifier E T K sclanjutnya diieduksi atau dioksidasi melalui

peningkatan potensial. Modifier dalam E T K biasanya berperan sebagai adsorben untuk

akumulasi analit pada tahap prekonsentrasi tersebut.

Electroda pasta karbon ( E P K ) merupakan elektroda yang relatif mudah dimodifaksi

secara Kimia dengan wilayah aplikasi yang luas. E P K adalah campuran serbuk grafit

dengan cairan pemasta dan modifier. Salah satu material yang dapat digunakan sebagai

modifier adalah lempung Bentonite. Bentonit menuniukan sifat adsorpsi yang baik

terhadap ion-ion logam beret. Sifat adsorpsi ini disebabkan oleh adanya kandungen

montmorillonit dalam bentonite; yaitu sekitar (60%). Montmorillonite, yang tergolong

lempung kationik, memiliki struktur berlapis dengan ion positif pada fasa inter-layer.

Kation interlayer inilah yang menjadikan montmorillonite memiliki sifat adsorpsi.

Beberapa studi tentang sifat adsorpsi bentonite dan zeolit teiah dilakukan oleh

pengusul dan kelompok peneliti pengusul. Studi tersebut adalah: studi adsorpsi limbah

vinase pada bentonit (Supriatna, 2005), adsorpsi pengotor dalam Crude Palm Oil..(CFO)

dan Coconut Oil (CNO) oleh bleching earth bentonit teraktivasi (Supriatna, 2005),

adsorpsi pengotor dalam air buah-buahan (apel dan nenas) oleh bentonit (Yeni 2004)

adsorpsi ion H g 2 + telah banyak dilakukan pada berbagai adsorben, tetapi tanpa perlakuan

beda potensial, misalnya pada material sitosan (Kim, 2004). Pengkajian kapasitas

pertukaran ion dan kinetika adsorpsi lempung terhadap ion Pb2*, menunjukkan

kecenderungan terjadinya adsorpsi isotermis model Langmuir dengan tingkatan kapasitas

adsorpsi optimum sebesar 80 % (Degsy, 2006) Adsorpsi ion Hg2* pada Elektroda Pasta

Karbon Teimodinkasi Bentonite ( E P K T B ) , merupakan proses yang penting j ika elektroda

tersebut digunakan sebagai komponen peralatan sensor Hg2*. Pengetahuan tentang kinetika

adsorpsi ion oieh elektroda Pasta Karbon dapat memberikan infoitnasi tentang batas

kinerja E P K T B sebaga' sensor Hg2*. Batas kinerja dimaksud, mLclnya,: Potensial

piekonsentras1 optimum konsentrasi maksi'im dan waktu.

1.2 Rumusan Masalah

Masalah utama pada penelitian ini adalah: "Bagaimanakah kinetika adsorpsi ion

Hg2* pada Elektroda Pasta Karbon Termodifikasi Bentonite ( E P K T B ) ? " . Berdasarkan

vaiiabel yang akan diteliti, masalah operasional penelitian ini adalah:

1. Bagaimanakah kinerja E P K T B terhadap laju adsorpsi ion logam Cd 2 * sebagai

larutan model ?

2. Bagaimanakah pengaruh variasi konsentrasi ion analit (Hg2*) terhadap laju adsorpsi

ion H g 2 + pada E P K T B ?

3. Bagaimanakah pengaruh waktu prekonsentrasi ion analit (Hg2*) terhadap laju

adsorpsi ion H g 2 > pada E P K T B ?

4 Bagaimanakah model kinetika adsorpsi ion Hg 2 + pada E P K T B ?

2

I I . T I N J A U A N P U S T A K A

2.1. Teknik Ana Lisa logam Merkuri

Merkuri (Hg) merupakan salah satu logam berat yang dikelornpokan sebagai

pcncemar lingkungan karefia sifatnya yang dapat menghambat kerja enzim dan afinitasnya

terhadap gugus tiol [1]. Karena itu monitoring ion merkuri di lingkungan (deteksi dan

penentuan kadar) mempakan aktivitas yang sangat penting. Terdapat berbagai teknik yang

dapat dilakukan untuk mendeteksi merkuri dalam media air, misalnya: teknik spektroskopi

serapan atom ( A ^ S ) , spektrometri massa ( M S ) , dan sepktrometri -plasma induktif ( ICP-

A E S ) [2]. Teknik-teknik standar tersebut diakui menunjukkan sensitivitas, selektivitas dan

rentang linieritas yang baik. Walau demikian pengerjaan analisis dengan teknik tersebut

tidak bisa dilakukan secara on-site, membutuhkan rangkaian pekerjaan yang panjang, dan

harga peralatan relatif mahal

Me»ode deieksi ion logam lainya adalah dengan menggunakan perangkat sensor

amperometrik. Untuk keperluan sensor ion iogam dengan cara elektrokimia diperlukan

perangkat elektroda yang dimodifikasi secara Kimia. Elektroda Termodifikasi Kimia

( E T K ) berperan sebagai lapisan sensitif dan reagen tak bergerak . Prosedur analisis dengan

mengguiiakan E T K biasanya dikombinasi dengan teknik prekonsentrasi. Pane teknik ini,

analit diakumulasi pada modifier E T K selanjutnya direduksi atau dioksidasi ir.elalui

peningkatan potensial. Modifier dalam E T K b'asanya berperan sebagai adsorbed untuk

akumulasi analit pada tahap prekonsentrasi tersebut.

Elecmoda pasta kaibon ( E P K , merupakan elektroda yang relatif mudah dimodifaksi

secara Kimia dengan wilayah aplikasi yang luas. E P K adalah carripuran serbuk grafit

dengan cairan pemasta dan modifier. Salah satu material yang dapat digunakan sebagai

modifier adalah lempung Bentonite. dilaporkan dalam literatur menunjukan sifat adsorpsi

yang baik terhadap ion-ion logam berat. Sifat adsorpsi ini disebabkan oleh adanya

kandungan montmorillonit dalam bentonite; yaitu sekitar (60%). Montmorillonite, yang

tergolong lempung kationik, memiliki struktur berlapis dengan ion positif pada fasa inter-

layer. Kation interlayer inilah yang menjadikan montmorillonite memiliki sifat adsorpsi.

3

2.2. Sensor Kimia dan Sensor Elektrokimia

Sensor kimia adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi atau mengukur sesuatu

yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, pan as, sinar, dan kimia

menjadi beda potensial dan arus listrik (Petruzella, 2002). Sensor terdiri dari transduser

dengan atau tanpa penguat/pengolah sinyal yang terbentuk dalam satu sistem pengindera.

Transduser merupakan alat yang dapat mengubah suatu energi dari satu bentuk ke bentuk

lain. Secara umum transduser dibedakan atas dua prinsip kerja yaitu: pertama, transduser

input yaitu transduser yang mengubah energi non listrik menjadi energi listrik. Kedua,

transduser output yaitu transduser yang mengubah energi listrik ke bentuk energi non

listrik.

Dalam lingkungan sistem pengendali dan robotika, sensor memberikan kesamaan

yang menyerupai mata, pendengaran, hidung, dan lidah yang kemudian akan diolah oleh

pengontrol sebagai otaknya.

Dalam sensor terdapat bagian yang disebut aktuator (penggerak). Adapun aktuator

merupakan alat yang dapat menguoah sinyal listrik menjadi gerakan mekanis. Aktuator

teisebut digunakan dalam proses pcr.golahan da«a yang dihasilkan oleh suatu sensor atau

kontrolcr.

Sensor kimia merupakan mmiatur perlengkapan analitis yang dapat memberikan

infonnasi adanya senyawa atau ion tertemu dalam suatu sampel. Biasanya proses

pengenalan terhadap anali; dengan cara mengubah infonnasi kimia ke dalam sinyal listrik

atau smyal optik. Sensor kimia dapat juga digunakan sebagai sensor elektroaktif yang

menimbulkan sifat selektif dan spesifik terhadap suatu analit tertentu.

Sensor elektrokimia pada dasamya suatu sel elektrokimia yang terdiri dari

sepasang elektroda yang dicelupkan ke dalam suatu lelehan atau larutan ion dan

dihubungkan dengan penghantar logam pada rangkaian luar. Sel elektrokimia dapat berupa

sel galvani dan sel elektrolisis.

Sel galvani atau sel voita adalah sel elektrokimia yang dapat menghasilkan energi

listrik yang disebabkan oleh terjadinya reaksi redoks yang spontan, sedangkan sel

elektrolisis adalah sel elektrokimia yang menyebabkan terjadinya reaksi redoks yang

semula tidak spontan dengan adanya energi listnk dari luar (Mulyani dkk., 2003).

2.2.1 Sensor Amperometrik

Sensor kimia telah digunakan dalam berbagai aplikasi seperti dalam proses-proses

kimia, industri makanan, pengawasan lingkungan dan aplikasi biomedis (Gellings dan

4

Bouwmeester, 1997). Sensor kimia sendiri adalah suatu alat yang dapat mengubah suatu

infonnasi mengenai zat kimia, baik kualitatif maupun kuantitatif menjadi signal-signal

analitis, sebagai hasil dari interaksi kimia (Stetter et al, 2003).

Sensor amperometrik dan sensor potensiometrik adalah bagian dari sensor

elektrokimia, yaitu sensor yang prinsip kcrjanya didasarkan pada reaksi elektrokimia.

Biasanya sensor jenis ini memiliki tiga buah elektroda yaitu sensing electrode, working

electrode dan reference: electrode. Sensor amperometrik mengukur arus yang dihasilkan

dari reaksi elektrokimia yang melibatkan analit dimana arus ini sebanding dengan

konsentrasi analit. Sedangkan sensor potensiometri mengukur konsentrasi analit dengan

cara mengukur potensial yang dihasilkan dari reaksi elektrokimia yang melibatkan analit.

Pcrbedaan rangkaian sensor amperometrik dengan voltametri stripping

dipresentasikan dalam gambar 2.1 di bawah ini:

Power supply

Elektroda Pemband ing

Amperemeter Elekhodo kerja

Sel Elektrokimia

Konverter

Etektroda Pembaixing

Potensiosrat \ Elektrola counter

Konverter Elektroda kerja

Sel Elektiokimia

Komputer

(b)

G a m b a r 2.1 Diagram blok komponen (a) SensorAmperometrik. (b) Voltameri

stripping

2.2.2 Elektroda Pasta Karbon ( E P K )

Elektroda Pasta Karbon merupakan suatu elektroda yang dapat dimodifikasi dengan

zat/senyawa tertentu yang berguna untuk mendeteksi kation logam dalam suatu sampel.

Hal itu dikarenakan karbon memiliki sifat sebagai adsorben yang bisa dimanfaatkan

sebagai zat penangkap logam seperti kadmium atau zat berbahaya tertentu. Elektroda Pasta

Karbon biasanya dibuaf dengan mencampurkan serbuk grafit/karbon dengan diluen

hidrofobik seperti paraffin, nujol, karet silikon, resin epoksi, teflon, dan lain-lain.

Elektroda Pasta Karbon juga dapat dijadikan alternatif sebagai elektroda kerja dalam sel

elektrokimia (Pauliukaite, 2002).

Elektroda Pasta Karbon ( E P K ) dimodifikasi bentonit digunakan sebagai elektroda

kerja pada metode sel voltametri yang kemudian disebut Elektroda Pasta Karbon

rmodifikasi Bentonit ( E P K T B ) .

2 3 . Bentonit

Bentonit merupakan mineral nonlogam terbidrasi dan bersifat koloidal dari grup

smectite dioktahedral, sub kelas phyllosilikat, kelas silikat. Bentcnit sebagian besar

tersusun atas mineral monmorillonUe. Kemomian bentonit didasarkan pada kandungan

monmoiillonite. Bentonit yang murni bisa mengandung lebih dari 90% monmcrillon'tc,

sementara sebagian besar cadangan bentonit di dunia n.engandung 70°o-80%

montmori'ionite, sehingga dapat dikatakan bahwa bentonit adalah nama komersial dan

mineral monmorillonite. Selain monmohllonite, kandungan mineral lain dalam bentonit

antara lain beiupa mineral kaolinit, illite, kuarsa, plagioklas, knstobalit dan lain sebagainya

(Pramono, 2004).

23 .1 Struktur Bentonit

Struktur mineral montmorillonite yang dapat diterima saat ini adalali struktur yang

disarankan periama kali oleh Hofmann, Endel dan Wil (1933), dimodifikasi kemudian oleh

Marshal (1935), Maegdefrau dan Hofmann (1937) dan Hendricks (1942). Menurut konsep

ini montmorillonite terdiri atas unit yang disusun oleh dua lapis (sheet) tetrahedral silika

dengan pusatnya lapisan oktahedral alumina (2:1).

6

Gambar 2.2. Sketsa diagiamatis struktur montmorillonite menurut Hofmann, Endell, dan Wflm (1933); Marshal (1935); Hendncks (1942)

Unsur-unsur kimia yang terkandung dalam bentonit aniara lain : S i 0 2 , AI2O3- CaO,

MgO, Na 2 G, F e 2 0 3 , H 2 0 , dan lain-lain. Rumus teoritis untuk moiimonllonite adalah

(OH)4SisAM02an(inteilayer)H20 dmgan komposisi teontis tanpa materi mterlayer adaiah

66 7% S?G2 ; 28,3% A J 2 0 3 , 5% H 2 0 . Rumus montmonllonite sdalu berbeda dengan minus

tecrit's di atas karena terjadinya substitusi logam dalam Kisi-kisi kiistalnya. Menurut Ross

dan Hendncks, rumus montmori'ionite adalah (OH)/Si8(Al3i34Mgn,6o)02o atau Mg diganti

dengan Na<,.66 Hampir serupa, Pironcov, Soev at. al. (1991) rr.enyatakan bahwa mmus

kimia montmorillonite yang ideal adalah [Sig(Al3 v i M g o ^ ^ o ^ H ^ J M c ^ n H 2 0 , dimana

ion M dapat berupa Na, Ca dan Mg.

23.2 Sifat Fisik dan Kimia Bentonit

Montmonllonite memiliki struktur kristalin berupa partike! flake" yang mirip

dengan com flake. I-lake ini sangat kecil dengan ukuran 10-0,01 mikrometer. Satu gram

montmorillonite memiliki luas permukaan 750 m2/gram, hampir seluas butiran karbon aktif

teraktifasi yang terbaik. Dalam keadaan kering bentonit memiliki sifat fisik sebagai

berikut: wama bervariasi dari krem sampai kuning kehijauae, memiliki berat jenis 2,2-2,8

g/L, indeks bias 1,547-1,557 dan titik lebur 1330-1430°C. Partikel bentonit bennuatan

negatif yang diimbangi dengan kation yang dapat dipertukarkan. Hal ini memungkinkan

7

bentonit memisahkan logam berat dari air dan memisahkan senyawa organik kationik

melalui mekanisme pertukaran ion.

2.4. Adsorpsi

Adsorpsi periama kali digunakan oleh Lowitz pada tahun 1785 dan segera setelali

itu diaplikasikan untuk menghilangkan warna pada proses pemurnian gula (Hassler,1974).

Kemudian pada pertengalfan abad 19, penyaring arang kayu {charcoal) digunakan pada

instaiasi pengolahan air di Amerika Serikat (AS) (Croes, 1883). Selama Perang Dunia 1,

karbon aktif granular ( G A C ) diproduksi dalam skala besar untuk keperluan pembuatan

pelindung gas (gas masks). Karbon aktif serbuk (PAC) digunakan di Chicago, A S . pada

tahun 1920-an untuk mengendalikan rasa dan menghilangkan bau pada cadangan aityang

terkontaminasi klorofencl (Baylis, 1929). Selama pertengahan tahun 1970-an, proses

adsorpsi untuk menghilangkan zat-zal organik dari air minum masyarakat semakin menjadi

perhatian yang serius, karena sumher air yang terkontaminasi oleh limbah industri, bahan-

bahan kimia pertanian, dan pembuangan kotoran. Adsorpsi adalah proses penyerapan suatu

zat (adsorbat) pada permukaan suatu bahan penyerap (adscrbenV Beidasarkan

mekanismenya, adsorpsi dibagi dua jenis, yaitu:

1) . Adsorpsi secara fisika

interaksi antara aascrben dengan adsorbat pada prinsipnya adaiah gaya

elektrostatik, termasuk interaksi dipol-dipol, interaksi dispersi, dan ik3tan hidrogen.

Adsorbat dapat diserap karena adanya gaya tarik menarik yang relatif lemah dengan

permukaan adsorben. Adsorbat tidal: tertarik secaia kuat sehingga adsorbat dapat bergerak

dari suatu oagian permukaan ke bagian permukaan lain. Adsorpsi ini ber'angsung cepat,

reversibel, dan kalor adsorpsinya rendali.

2) . Adsorpsi secara kimia

Pada adsorpsi secara kimia pendekatannya adalah atraksi antara adsorben dengan

adsorbat ikatan kimia kovalen atau elektrostatik antara atom-atom yang memiliki ikatan

yang lebih pendek dengan ikatan yang berenergi lebih tinggi. Adsorpsi secara kimia tidak

reversibel, terjadi pada suhu tinggi, dan kalor adsorpsinya juga tinggi. Faktor-faktor yang

mempengaruhi penyerapan adalah:

1). Pengadukan {agitation)

Laju penyerapan dikendalikan oleh difusi film atau difusi pori tergantung pada

pengadukan. Pada pengadukan yang relatif tidak lama, partikel dari larutan akan

mengelilingi permukaan film adsorben dan kemungkinan besar j i ka batasan lajunya

terpenuhi akan terjadi difusi film. Jika pengadukan memadai, laju difusi film akan

meningkat dan terjadi difusi pori pada batasan laju yang cukup. Menurut Weber

(1972), pada umumnya batasan laju penyerapan difusi pori pada pengadukan yang

tinggi.

2. ) Karakteristik adsorben (sifat fisika dan kimia)

Luas permukaan, ukuran pori-pori, dan komposisi kimia dari adsorben mernpengaruhi

penyerapan. Seperti karbon aktif, karbon dalam bentuk serbuk lebih cepat laju

penyerapannya dibanoingkan karbon dalam bentuk granular

3. ) Kelarutan adsorbat

Senyawa-senyawa terlarut yang mempunyai afinitas tinggi dengan pelarutnya akan

lebih sulit untuk diserap.

Mekanisme Adsorpsi

Mekanisme terserapnya adsorbat pada adsorben terjadi melalui empat tahap, yaitu:

1. 3erpinriahnya solut dari larutan menuju lapisan sekitar adsorben {bulk transport).

2. Solut terdifusi melalui lapisan bpis {film diffusion).

3. Difusi solut melalui pori atau kapiler menujtl sisi adsorben {diffusion pore).

4. Penyerapan solut pada permukaan adsorben.

2.5 Adsorpsi Isotherm

1 erdapa; beberapa jenis model adsorpsi isotheim yang dihubungkan dengan jenis

adscrpsi yang terjadi.

Langmuir Kemisorpsi pada permukaan ideal

Fieundlich Kemisorpsi dan adsorpsi fisik

Temkin Kemisorpsi

Brunauer-Emmett-Teller Adsorpsi fisik multilayer

Persamaan adsorpsi Model Langmuir adalah sebagai berikut

(I+ATC)

0 = ffaksi permukaan ( E P K T B ) yang tetutupi adsorbat

K = konstanta yang sebanding dengan kadAdcs dan tergantung pada temperatur

C = konsentrasi adsorbat dalam larutan

Penggunaan Model adsorpsi Langmuir didasarkan pada beberap asumsi:

a. Situs adsorpsi bersifat eqivalen

b. Interaksi antara molekul yang terikat dengan situs pengadsorp kuat

c. Hanya satu molekul adsorbat yang dapat terikat pada satu situs pengadsorp

Oleh karena itu model ini bersifat ideal dan jenis adsorpsinya didasarkan pada interaksi

kimiawi antara adsorbat dan pengadsorp.

Persamaan adsorpsi Model Adsorpsi Freunlich adalah sebagai berikut

6=aCb

0 = ffaksi permukaan ( E P K T B ) yang tetutupi adsorbat

a, b = konstenta

C = konsentrasi adsorbat dalam larutan

Model adsorpsi Freunlich lebih sesuai dengan situs aktif pengadsorp dari

permukaan yang tidak seragam. Oleh karea itu. interaksi material pengadsorps dengan zat

adsorbat dapat bersifat interaksi kimiawi maupun fisik.

Persamaan adsoiDsi Model Adsoprsi Tempkin adalan sebagai berikut

0 = r\nsC

0 = ffaksi permukaan ( E P K T B ) yang temtupi adsorbat

r, s = kcnstama

C = konsentrasi adsorbat dalam larutan

Mode! adsoipsi Tempkin lebih sesuai dengan situs aktif pengadsorp dari permukaan yang

tidak seragam. Nair.un interaksi material pengadsorps dengan zat adsorbat hanya bersifat

interaksi k imiawi .

10

I l l T U J U A N DAN MANFAAT P E N E L I T I A N

3.1. Tujuan Penelitian

Penelitian ini diharapkan akan diperoleh informasi tentang mutu kinerja E P K T B

sebagai salah satu alternative sensor amperometrik ion logam yang murah dan efisien

mekanisme dan laju adsorpsi ion Hg2* pada E P K T B . Dari data kinetika tersebut dapat

diperoleh informasi tentang variabel dan kondisi yang beipengaruh pada pengukuran

konsentrasi ion Hg2* sebagai sensor amperometrik seperti:

a. Nilai potensial pre konsentrasi yang harus diterapkan

b. Rentang konsentrasi analit yang dapat terukur

c. Waktu optium pengukuran

3.2. Manfaat Penelitian

Kegunaan penelitian ini diarahkan untuk memberikan informasi awal peluang

penggunaan teknologi alternatif yang ekonomis dalam penanganan dan pemeriksaaij

limbah industn yang mengandung icgam berat merkuri. dengan proses adsorpsi

menggunakan elektroda karbon pasta termodifikasi bentonit alam melalui sensor

elektrokimia

11

IV. M E T O D E P E N E L I T I A N

4.1 Desain Penelitian

Penelitian ini diawali dengan pembuatan E P K dan E P K T B dari karbon yang

dipastakan dan dicampur dengan mineral bentonit. Selanjutnya dilakukan uji kinerja E P K

dan E P K T B dengan larutan model C d 2 + , dengan aplikasi penggunaan E P K T B terhadap

larutan Hg2*data yang dihasilkan digunakan untuk mengkaji mekanisme dan kinetika

adsorpsi H g 2 + oleh E P K T B .

Preparasi EPKTB;

Elektrode karbon pasta termodifikasi bentonit akan dibuat, secara home-made,

dengan cara mencampurkan bentonit dengan serbuk grafit sebelum pen cam pur an dengan

paraffin sesuai dengan prosedur yang sedang dikembangkan di kelcmpok penelitian

pengusul dan literatur ( Huang, 2002 ) .

Studi Mekanisme Adsorpsi pada EKPTB terhadap model larutan Cd *

Larutan analit, E K P T B dan Elektioda referensi (Calomel atau Ag/AgCI akan

dirangkai menjadi sel elektrokimia):

E K P T 3 | C d 2 ^ ICalo.nel

Ion analit selaiijumya diakumulasi pada E K P T B dengan cara mcnerapkan potensial

negatif. Variasi kondisi prekonsentrasi yang di terapkan adalah beda potensial

prekonsentrasi, konsentrasi ion analit dan waktu adsorpsi. Informasi kemainpuan adsorpsi

yang diharapkan dapat tergali dari variasi kondisi tersebut dapat dijadikan data awal untuk

digunakan dalam pengukuran analit ion raksa ( I I )

Studi Mekanisme Adsorpsi pada EKPTB dalam Kondisi Aplikasi

Larutan analit, E K P T B dan Elektroda referensi (Calomel atau Ag/AgCI akan

dirangkai menjadi sel elektrokimia):

E K P T B | H g 2 + ICalomel

Ion analit selanjutnya diakumulasi pada E K P T B dengan cara menerapkan potensial

negatif. Variasi kondisi prekonsentrasi yang di terapkan adalah beda potensial

prekonsentrasi, konsentrasi ion analit (Hg 2 + ) , waktu adsorpsi, dan perbandingan kadar

karbon-bentonit. Informasi dan aspek kinetika adsorpsi yang diharapkan dapat tergali dari

variasi kondisi tersebut ditunjukan pada Gambar 1.

12

Konsentrasi analit yang terserap akan ditentukan dengan membandmgkan

konsentrasi analit awal ( H g 2 + ) dibandingkan setelah penyerapan. Metode standar A AS

akan digunakan pada prosedur penentuan konsentrasi Hg + tersebut.

Berdasarkan data tentang kapasitas serapan pada berbagai konsentrasi, model

isoterm adsorpsi ion H g 2 + pada E P K T B akan ditentukan. Sebagai rujukan data yang

diperoleh akan di uji berdasarkan persamaan isoterm Langmuir, Freundlich, dan Tempkin

Variabel Experimen

Informasi yg. Dihasilkan

Aspek Kinetika yang dapal dikaji dan Luar an Data

Beda Potensial Prekonsentrasi

Pengaruh potensial thd kapasitas serapan

Laju adsorpsi rata -rata

Potensial optimum

Konsentrasi Ion Analit

Waktu prekonsentrasi

Perbandingan kadar C-Bentonit

Kapasitas serapan E P K T B sebagai fungsi konsentrasi

Kapasitas serapan E P K T B sebagai fungsi konsentrasi

Rentang konsentrasi adsorpsi oleh E P K T B

Model Isoterm adsorpsi

Waktu optimum proses prekonsentrasi

Laju adsorpsi dengan perbedaan perbandingan Karbon - ben'onit

Gambar 4 . 1 . S k e m a Studi Mekanisme Adsorpsi pada EKPTB dalam Kondisi Aplikasi

4.2 Tahapan Pelaksanaan

4.2.1 Tahap Preparasi

4.2.1.1 Preparasi E P K dan E P K T B

Pipa gelas yang memiliki panjang 5 cm dan diameter 0,5 cm disambungkan dengan

lem kaca ( S T E A L A N T ) pada suatu pipa plastik yang memiliki panjang 12 cm dan

diameter 1,3 cm. Bagian ini disebut batang elektroda. Pada bagian tengah dalam pipa

plastik dimasukkan kawat Ag. Ujung kawat Ag dihubungkan dengan suatu kabel

penghantar listrik yang memiliki panjang 45 cm. Rangkaian alat diperlihatkan dalam

gambar 3.1 di bawah i n i :

13

Gambar 4.2. Bagian - bagian batang elektroda dalam pembuatan E P K dan E P K T B

> Pasta Karbon

Pembuatan pasta karbon dilakukan melalui prosedur sebagai berikut. Serbuk grafit

ditimbang sebanyak 14,4 g kemudian ditambahkan 96 tetes miiiyak paiaffin ( + 4,8 m L )

dicampurkan dalam lumpang alu. Selanjutnya Karbon Pasta yang teiah dibnat dimasukkan

sebanyak 0,4 g dan dipress ke dalam batang elektroda yang telah dibuat. Selaiijutnya

disebut Elektroda Pas'a Karbon ( E P K ) dengan perbandingan grafit dan bentonit adalah 6 :

0. Bagan kerja dapat aihhat pada gambar 3.2

Serbuk grafit

Paraffin

•

Pasta Karbon

Gambar 4.3. Bagan kerja preparasi pasta karbon

14

> Pasta Karbon Termodifikasi Bentonit

Untuk pembuatan pasta karbon termodifikasi bentonit prosedur yang dilakukan

adalah sebagai berikut. Serbuk grafit ditimbang sebanyak 9,6 g dan serbuk bentonit

sebanyak 4,8 g dicampurkan kemudian ditambahkan % tetes minyak paraffin ( + 4,8 m L )

dicampurkan dalam lumpang alu. Seianjumya Karbon Pasta Termodifikasi Bentonit yang

telah dibuat dimasukkan sebanyak 0,4 g dan dipress ke dalam batang elektroda yang telah

dibuat. Selanjutnya dis6but Elektroda Pasta Karbon Termodifikasi Bentonit ( E P K T B )

dengan memiliki perbandingan massa grafit dan bentonit adalah 4 : 2. Bagan kerja

preparasi Pasta Karbon Termodifikasi Bentonit dapat dilihat pada gambar 4.3.

Serbuk grafit + bentonit

•

digervs

Campuran 1 1

grafit-bentonit |

+ paraffin

Pacta Kerbcn Termodifikasi bentonit

Gambar 4.4. Bagan keija preparasi Pasta Karbon rermodifikasi Bentonit

4.2.1.2 Pembuacan Larutan Model Cd A *

Padatan C d S 0 4 ditimbang sebanyak 0,1042 g, lain dilaiutkan dalam aquadest

kemudian diencerkan hingga volume 100 mL da'am labu ukur untuk mendapatkan larutan

C d S G 4 5 x 10 * mol/L. Pipet 10 mL dari labu ukui pertama, kemudian diencerkan dengan

aquadest hingga volumenya 1 liter untuk mendapatkan larutan C d S 0 4 5 x 10" mol/L dan

diaduk agar homogen.

4.2.1.3 Pembuatan Larutan Model Hg2*

Padatan Hg(N03)2 ditimbang sebanyak 0,1708 g, lalu dilarutkan dalam aquadest

dan ditambah sedikit asam nitrat pekat kemudian diencerkan hingga volume 1000 mL

dalam labu ukur untuk mendapatkan larutan induk Hg2* 1000 ppm. Larutan induk tersebut

dipakai untuk membuat larutan Hg 2 *0, l ; I ; dan 10 ppm.

15

4 3 3 Uji kinerja E P K dan E P K T B

Rangkaian sel yang telah dibuat diuji pada larutan model CdS04. Proses pengujian

merupakan tahap serupa dengan proses yang disebut prekonsentrasi. Proses prekonsentrasi

adalah tahap dalam analisis ion logam secara amperometrik berupa pengendapan ion

logam melalui penerapan beda potensial sebelum diberi beda potensial negatif untuk

melepaskan kembali ion logam.

Pada tahap ini tSrhadap masing-masing 20 mL larutan model diterapkan variabel

beda potensial dan waktu prekonsentrasi dengan cara: kedua elektroda yaitu E P K / E P K T B

sebagai katoda dan Elektroda Kalomel jenuh ( E K J ) sebagai anoda uicelunkan pada gelas

kimia 100 mL berisi larutan model 20 mL. Pada semua variabel waktu prekonsentrasi

E P I C / E P K T B dan E K J dicelupkan selama + 3 menit sebelum diterapkan variabel beda

potensial luar

4 3 Instrumen pelaksanaan

> A l a i

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah power supply, multimeter,

Elektroda kalomel, buret, A AS. dan alat-alat gelas lain serta ahi-aiat penunjang

laboraterium lainnya.

> Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Bentonit tonsil, C d S 0 4 ,

Hg(N03)2, asam nitrat, parafin, grafit, dan aquadest.

Rangkaian Sel Elektrokimia dengan E P K dan E P K T B

E P K atau E P K T B dihubungkan pada kutub negatif (-) power supply sebagai

katoda. Elektroda Kalomel Jenuh dihubungkan dengan kutub positif (+) power supply

sebagai anoda. E P K atau E P K T B dihubungkan dengan multimeter untuk mengukur nilai

respon arus dari rangkaian sel elektrokimia ini. Rangkaian sel dipresentasikan pada gambar

4.4 di bawah ini :

16

Gambar 4.5. Rangkaian Sel Elektrokimia Sensor Amperometrik

17

V. H A S I L DAN PEMBAHASAN

Pada bagian ini ditampilkan hasil pengujian terhadap kinerja elektroda pasta karbon

termodifikasi bentonite ( E P K T B ) pada proses prekonsentrasi yang merupakan tahap awal

dari anabsa ion logam dengan cara stripping voltametri. Uji kinerja pada proses

prekonsentrasi telah dilakukan pada larutan model C d 2 + dan selanjutnya diaplikasikan pada

larutan Hg 2 + . Kinerja E P K T B yang diukur adalah respond arus elektroda pada proses

prekonsentrasi, kapasitas adsorpsi elektroda pada berbagai waktu prekonsentrasi, dan

kapasitas adsorpri elektroda pada berbagai konsentrasi larutan analit model. Pengujian

kinerja dilakukan terhadap ion C d 2 + dimaksudkan untuk mempelajari perilaku elektroda

secara umum sebagai dasar studi kelayakan aplikasi E P K T B pada studi kinetika.

Data kapasitas adsorpsi yang diuji pada berbagai kondisi, selanjutnya digunakan

sabagai dasar studi kinetika adsoipsi ion Hg 2 + oleh E P K T B pada tahap prekonsentrasi.

Pada bagian akliir dibahas perilaku kinetika adsorpsi ion Hg 2 + pada elektroda berdasarkan

basii eksperimen yang diperoleh.

A. Kinerja E P K T B terhadap Larutan Model Cd2+

L Respon Arus padc Prekonsentrasi dengan E P K T B

Gambar 5 1 mempeiiihatkan respon arus yang terca'at pada prekonsentrasi larutan

C d S 0 4 A2l ppm pada potensial 0,6; 1; 1,5; dan 5 volt dengan menggunakan E P K T B . Pada

beda potensial prekonsentrasi 0,6 dan 1 volt dengan rentang waktu prekonsentrasi 5 - 360

d:tik, iampak bahwa respon arus terukur cenderung meningkat sejalan dengan waktu

prekonsentrasi.

Pada potensial prekonsentrasi 1,5 volt, rentang waktu 360 - 960 detik ( 6 - 1 6

menit), kenaikan respon arus diikuti dengan penurunan. Gejala ini dapat dijelaskan sebagai

berikut. Dibandingkan dengan menggunakan elektroda pasta karbon saja, penambahan

bentonit pada elektroda pasta karbon mengubah mekanisme proses prekonsentrasi. Pada

E P K T B adsorpsi ion C d 2 + pada elektroda selain terjadi karena faktor beda potensial juga

terjadi karena faktor adsorpsi oleh modifier bentonit.

IS

16 -J

14

0 500 1000 1500 2000 j i

Waktu Prekonsentrasi (detik)

Gambar 5.1. Respon arus pada proses prekonsentrasi larutan C d S 0 4 4,22 ppm pada beda potensial 0,6 volt, 1 volt, 1,5 volt dan 5 volt mengunakan E P K T B .

Pada awal tahap prekonsentrasi, adsorpsi berlangsung secara relatif cepat sehingga

jumlah ion C d 2 + tereduksi semakin banyak dan menghasilkan arus yang besar. Akan leiapi,

pada waktu piekonsentrasi yang lebih lama sudah terdapat Cd hasil reduksi pada elektroda

sehingga adsorpsi ion C d 2 + bam semakin berkurang. akibatnya jumlah arus semakin

menurun. Pada waktu prekonsentrasi 1 - 6 menit dengan beda potensial 1,5 volt adsorpsi

ion C d 2 + tenadi secara cepat menuju E P K T B dan terjadi prcses reduksi sehmgga jumlah

C d 2 + elektroda semakin banyak dan semakin bertumpuk menyebabkan migrasi ion C d 2 +

yang tersisa menuju E P K T B menjadi lambai. Hal ini ditunjukkan pada waktu

prekonsentrasi 6 - 1 6 menit respon arus cenderung semakin menurun kemudian pada

waktu 1 6 - 2 4 menit menunjukkan respon arus yang konstan pada 4,1 \jA. Percobaan ini

menunjukkan bahwa informasi tentang respond arus saja belum dapat digunakan untuk

menenentukan kelayakan penggunaan E P K T B .

2. Kapasitas Adsorpsi Sebagai Fungsi Waktu Prekonsentrasi E P K T B

Gambar 5.2 memperlihatkan konsentrasi C d 2 + yang teradsorpsi dari larutan C d S 0 4

4,22 ppm pada potensial 0,6 dan 1; volt dengan menggunakan E P K T B . Rentang

konsentrasi C d 2 + yang teradsorpsi pada rentang waktu prekonsentrasi 0 - 6 0 detik adalah

0,40 - 0,65 ppm untuk potensial prekonsentrasi 0,6 volt, dan 0,80 - 1,87 ppm untuk

potensial prekonsentrasi 1 volt, 1,45 - 1,56 ppm. Penerapan tegangan sebesar 1 volt

temyata tidak menghasilkan respond C d 2 + teradsorpsi yang stabil. Fluktiasi nilai Cd2+

19

teradsorpsi terjadi sampai waktu prekonsentrasi 60 detik. Karena itu, diperkirakan

tegangan prekonsentrasi yang baik adalah 0.6 volt.

1 2 n

0 0 » -0

Tegangan prekonsentrasi = 1 volt

X Tegangan prekonsentrasi = 0 6 volt

20 40

W a k t u p rekonsent ras i (detik)

GO

Gambar 5.2. Konsentrasi C d 2 + teradsorpsi dari larutan C d S 0 4 4,22 ppm pada beda potensial 0,6 volt, l volt dengan rentang waktu 0 - 6C detik menggunakan E P K T B .

Sifat adsopsi ion C d 2 , oleh modifier bentonite da'am E P K T B ditunjukkan oleh

percobaan prekonsentrasi tanpa menerapkan beda potensial Hasil analisis dengan A A S

menunjukkan baliwa jumiah C d ' ' teradsorpsi pada percobaan mi sebanyak 0,02 ppm. Data

ini menunjukkan bahwa mekanisme adsorpsi ion Cd2+ oleli E P K T B didahului dengan

adsorpsi oleh bentonite. Penerapan beda potensial akan diikuti oleh reduksi ior. Cd2+

terserap dan memungkinkan adsorpsi ion Cd2-t- selanjutnya dan laiutan.

5.2. Aplikasi E P K T B pada Prekonsentrasi Larutan Model Hg2*

1. Respon Arus

Gambar 5.3 menunjukkan respon arus yang terukur pada saat prekonsentrasi

larutan Hg2* 0,1 ppm dan 1 ppm selama 30 detik dengan potensial prekonsentrasi 0,6 volt.

Pada semua perlakuan waktu dan 0 hingga 3 menit respon anis belum stabil hingga waktu

30 detik, dapat dilihat dari penurunan arus terukur yang relatif tajam. Gejala ini terjadi,

baik pada sampel larutan analit model 1 ppm maupun 0,1 ppm. Hal ini disebabkan karena

20

transfer elektron dari proses reduksi belum konstan, sebanding dengan jumlah Hg2* yang

tereduksi menjadi Hg.

a;

0.5 -

0.0 , • 1 0 20 40 60

Waktu piekonsentrasi (aetik)

Gambar. 5 3 . Respon arus pada proses prekonsentrasi 1 menit larutan Hg2* 0,1 dan 1 ppm cads beda potensiai 0,6 volt mengunakan E F K T 3 .

2. Kapasitas Adsorpsi Hg2+ Sebagai Fungsi Waktu dengan E P K T B pada Qua

komposisi Karbon-Bentonitc

Konsentrasi ion Cd2* teradsorpsi pada potensial 0.6 volt dengan konsentrasi awa'

Hg2* sebesar 3,872 ppm dan komposisi karton-ben»onit 4:2 dan 5:1, diamati pada waktu

prekonsentrasi 3G sampai dengan 360 detik di tunjukkan pada pada Gambar 5.4.

Komposisi bentonite pada elektroda sangat berpengaruh terhadap kapasitas adsorpsinya.

Elektroda dengan komposisi karbon-bentonit 4:2 memiliki kapasitas adsorpsi sekitar 1,5

kali kapasitas adsorpsi elektroda dengan komposisi karbon-bentonit 5:1. Hasil pengujian

ini menunjukkan bahwa adsorpsi berlangsung melalui interaksi ion Hg2+ dengan

bentonite. Laju adsorpsi ion Hg2* oleh elektroda berlangsung secara cepat pada awal proses

prekonsentrasi. Setelah sejumlah Hg terdeposisi pada elektroda adsorpsi semakin lambat.

Disamping karena jumlah Hg2+ dalam larutan sudah berkurang, situs-situs adsorbat sudah

ditempati oleh Hg yang tereduksi. Nilai maksimum kapasitas adsorpsi lebih cepat dicapai

oleh elektroda dengan komposisi bentonite yang lebih banyak. Data ini mengindikasikan

21

bahwa mekanisme adsorpsi oleh bentonite lebih mendominasi dibandingkan mekanisme

adsorpsi yang disebabkan perbedaan potensial prekonsentrasi yang diterapkan.

4 n

3

400

Waktu pre konsentrasi (detik)

Gambar 5.4. KapasUas adsorpsi E P K T B terhadap larutan 3,S72 ppm H g 2 + pada berbagat

waktu prekonsentrasi.

Pengujian kapasitas adsorpsi terhaoap iarotan Hg2* yang lebih rendali (1,2975 ppm,

menunjukkan bahwa setelah tahap prekonsentrasi, keseluruah ion Hg2+ yang terdapai

dalam larut3n seluruhnya terserap. Hasil pengujian ini ditunjukkan pada Gambar 5 5. Data

ini mengindikasikan bahwa, kapasitas adsorpsi elektroda masih di atas nilai konsenttasi

analit. Akan tetapi, karena analisa dengan cara snipping voltametri di'akukan setelah tahap

prekonsentrasi berdasarkan nilai arus yang dilepas ketika Hg yang terdeposisi dioksidasi

kembali, maka data ini tidak menunjukkan batas konsentrasi analisis.

22

07 -

0.0 :s , , . 0 20 40 60

Waktu prekonsentrasi (detik)

Gambar 5.5. Kapasitas adsorpsi E P K T B terhadap larutan 1,2975 ppm Hg2* pada berbagai waktu prekonsentrasi.

2. Kapasitas Adsorpsi EFKTB sebagai Fungsi Konsentrasi

E P K T B hasil prepares' temyala memiliki kapasitas adsorpsi yang terbatas.

Walaupun konsentrasi larutan Hg2* model yang digunakan ditingkatkan, ternyata seteian

konsentrasi larutan model Hg2* mencapai konsentrasi 4 ppm jumlah konsentrasi yang

terserap tidak mengalami peningkatan yang berarti. Jumlah pasta carbon-bentonite

sebanyak 2 gram diperkirakan maksimum mengurangi konsentrasi sebesar 3.5 ppm dari 20

mL larutan awal dengan konsentrasi sekitar 4.8 ppm. Dengan menganggap kapasitas

adsorpsi maksimum sebesar 3,26 gram, berdasarkan percobaan ini, dilakukan analisa

perilaku kinetika adsorpsi oleh elektroda Data ini juga mengindikasikan bahwa pada

konsentrasi analit 4 ppm dan konsentrasi yang lebih tinggi, elektroda akan mengadsorpsi

ion Hg2* dalam jumlah yang relatif sama. Dengan demikian j ika dilakukan proses stripping

voltametri, lautan Hg 2 + 4 ppm tidak dapat dibedakan dengan larutan pada konsentrasi

diatasnya. Pada komposisi karbon bentonite seperti ini, konsentrasi Hg2* 4 ppm merupakan

batas maksimum analisis.

23

0 1 2 3 4 5 6

Konsentrasi Hg 2 + larutan model (ppm)

Gambar 5.6. Kapasitas adsorpsi F P K T B terhadap larutan analit model H g 2 + sebagai

fungsi konsentrasi.

3. Pengaruh pH

Pcnrntnau pengaruh pH terhadap kapasitas adsorpsi oleh elektroda telah dilakukan

pada nilai pi I - 1,3; 4, dan 5 Sebagaimana telah diperkirakan bahwa ion Hg2+ akan

mengendap pada p l l yang tinggi. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa pengendapan

terjadi pada j#H 3. Dengan demikian pengujian pengaruh pH tidak dapat dilanjutkan.

5 3 . Kinetika Adsorpsi H g 2 + pada E P K T B

a. Mekanisme adsorpsi ion Hg2* pada EPKTB

Berdasarkan sifat-sifat material yang digunakan sebagai elektroda dan perilaku

adsorpsi yang ditunjukkan secara experimen (Gambar 5.4-Gambar 5.6), adsorpsi Hg 2 + oleh

E P K T B pada proses prekonsentrasi diperkirakan berlangsung melalui mekanisme

sebagaimana diuraikan sebagai berikut. Ion H g 2 + akan teradsorpsi secara kimia pada

material bentonite. Adsorpsi mula-mula terjadi pada permukaan elektroda dilanjutkan

dengan difusi ion dalam struktur internal elektroda. Pada komposisi bentonite yang tinggi

(seperti pada perbandingan karbon bentonite = 4: 2), adsorpsi pada permukaan akan

berlangsung secara cepat sebagaimana ditunjukkan oleh tingginya pengurangan kadar

24

Hg2* dari larutan model. Adsorpsi pada pada permukaan elektroda oleh kompinen bentonit

tidak periu menerapkan arus listrik/beda potensial. Ion Hg2* teradsorpsi akan tereduksi

menjadi bentuk logamnya setelah diterapkan arus listrik/beda potensial. Proses ini dapat

dirangkum dalam Table 5.1.

Tabel 5.1

Rangkumali proses adsorpsi dan reduksi (prekonsentrasi) pada E P K T B

Tahapan/Reaksi Kondisi Laju

•"" J-Adsorpsi ion Hg pada B permukaan: C3—2Na* + Hg2 ' -> C B — H g 2 ' + 2Na*

Adsorpsi kimia tanpa penerapan arus/beda potensial

Cepat

Reduksi ion Hg2"

C B — H g 2 * + 2e" -> C B — H g

Reduksi dengan penerapan arus/beda potesial

Lam bat

Difusi internal Hg ' ke dalam B non permukaan

CBCBtNa ) C B C B — r i g + Hg2 -» C B C B C B C B — H g + Na*

Menggunakan potensial prekonsentrasi sebagai driving force

Lambal

tig2"

Menggunakan potensial prekonsentrasi sebagai driving force

— I ' ' . — i

Reduksi Hg teradsorpsi internal

C B C B C B C B — H g + 2e -» C B C B C B C B — H g

Reduksi dengan penerapan arus/beda potesial

Cepat

Hg2" Hg

Reduksi dengan penerapan arus/beda potesial

Keterangan:

C = Karbon, B = Bentonite, Hg2+ teradsorpsi melalui mekasnisme ion exchange

menggardikan Na+ yang terkar.dung dalam bentonite (montmonlomte).

b. Model Adsorpsi ion Hg2* pada EPKTB

Untuk memperkirakan jenis adsorpsi yang terjadi (mono/multi layer, adsorpsi

kimia/fisika, adsorpsi permukaan/intemal), data kapasitas adsorpsi sebagai ftingsi

konsentrasi dianalisis berdasarkan model-model adsorpsi yang berlaku dalam adsorpsi gas

dan larutan pada adsorben. Model adsorpsi yang digunakan adalah model Langmuir,

Freunlich dan Tempkin. Metode analisis yang digunakan adalah iterasi nonlinier curve

fitting, menggunakan program Sigma Plot 10. Selain itu, iterasi nonlinier curve fitting juga

dilakukan dengan menggunakan persamaan matematis standar yang mungkin, yaitu

persamaan yang menghasilkan bentuk kurva Sigmoid. Persamaan ini dipilih karena bentuk

kurva eksperimen sangat mirip dengan bentuk persamaan ini.

25

Persamaan model adsorpsi yang digunakan adalah sebagai berikut

Model Langmuir:

{\+KC)

0 = ffaksi permukaan <£PKTB) yang tetutupi adsorbat

K = konstanta yang sebanding dengan kadj/k^ dan tergantung pada temperatur

C = konsentrasi adsorbat dalam larutan

Model Adsorpsi Freunlich:

6=aCh

0 = ffaksi permukaan ( E P K T B ) yang tetutupi adsorbat

a, b = konstanta

C = konsentrasi adsorbat dalam larutan

Model Adsoprsi Tempkin:

0 = r\nsC

0 = ffaksi permukaan ( E P K T B ) yang tetutupi adsorbat

r, s = konstanta

C = konsentrasi adsorbat dalam larutan

Persamaan mctemads standi, r (bentuk kurva sigmoid):

0 = - ^ -( !+(£)*)

X = C

Kurva hasil fiting data experimen terhadap persamaan model ditunjukkan pada

Gambar 5.7. Sedangkan hasil kriteria statistik dari iterasi nonlinier curve fitting ini

ditunjukkan pada Tabel 5.2. Kurva hasil fiting data experimen terhadap persamaan model

Tempkin tidak ditampilkan karena syarat parameter statistik tidak terpenuhi (tidak

konvergen). Hasil ini bersesuaian dengan yang dilaporkan pada literatur yang

menunjukkan bahwa adsorpsi ion logam (Cd2+) pada serbuk bentonit memenuhi

persamaan isotherm adsorpsi Freundlich (Marchal, 1999). Perbedaan antara kondisi

eksperimen dengan literatur adalah sebagai berikut. Adsorpsi ion Hg2+ oleh E P K T B

memiliki dua driving force, konsentrasi ion Hg2+ dan potensial yang diterapkan.

Sedangkan pada adsorpsi ion Cd2+ sebagaimana pada (Marchal 1999), hanya memiliki

26

konsentrasi sebagai driving force. Disamping itu morfologi material bentonite pada

E P K T B berupa campuran dengan material karbon berbeda denga morfologi serbuk

bentonite yang dilaporkan pada literatur. Walaupun demikian karena adsorpsi ion lebih

didominasi oleh proses kimia, maka keberadaan arus listrik tidak mempengaruhi model

adsorpsinya.

Konsentrcs i lerutan model K g 2 * (ppm)

Gambar 5.7. Kurva fining nonlinier terhadap data ekspcrimen adsorpsi Hg2+ pada berbagai konsentrasi berdasaikan model adsorpsi Langmuir, Freundlich, Tempkin dan persamaan matematis bentuk sigmoid

Table 5.2 Kriteria statistik dan parameter yang dihasilkan pada pengujian model adsorpsi terhadap data eksperimen adsorpsi Hg2+ pada berbagai konsentrasi berdasarkan model adsorpsi Langmuir, Freundlich, Tempkin dan Sigmoid

Model R ( S t d Error) Parameter (Std error)

Langmuir 0 9378 (0.1621) a 1.0000 (0.4948

Freundlich 0 9945 (0.0601) a 0.3176 (0.0577)

b 0.7390 (0.1274)

Tempkin

Persamaan Sigmoid 1.000 (0.00) a =1.0120 b =-2 7621 Xg* 1.6074

27

Berdasarkan model yang ada, hasil fitting nonlinier data experimen menunjukkan

bahwa adsorpsi ion Hg2+ pada E P K T B lebih cocok/memenuhi model Freundlich. Model

ini menunjukkan terjadinya proses Chemisorption dan physical adsorption yang terjadi

pada permukaan E P K T B , model Freundlich ini dapat berlaku untuk adsorpsi solut dalam

larutan pada adsorben (Gates, 1991)

28

V L K E S I M P U L A N

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut

1. Hasil uji kinerja E P K T B terhadap larutan model Cd 2 * memperlihatkan data

optimasi variabel voltase sebesar 0,6 volt dan waktu yang diperlukan untuk

mendapatkan respon arus optimal sebesar 360 detik.

2. Penggunaan E P K T B terhadap larutan H g 2 + menunjukkan waktu optimal yang

dibutuhkan sebesar 30 detik dengan batas konsentrasi analit 4 ppm.

3. Peningkatan kadar bentonit dalam perbandingan karbon-bentonit E P K T B

meningkatkan daya adsorpsi E P K T B terhadap ion Hg2*

4 Model kinetika adsorpsi Hg2* dalam E P K T B mengikuti model Freundlich. Model

ini menunjukkan terjadinya proses Chemisorpticn dan physical adsorption yang

terjadi pada permukaan E P K T B .

29

V I I . D A F T A R PUSTAKA

Anderson, Mark R(2000) . Polarography - Voltarn metry System with PC support, [online]. Tersedia: http://wwA/.chem.\d.edu/chero-ed/echem/npp.html (12/12/2005)

Anonim.(2004). Bahaya Cemaran Logam Berat. [online]. Tersedia: Republika Online -http://www.republika.co.id (6 Oktober 2005)

Anonim. ( ). Bentonite. Online : http://www.imana.org/abotit industrial minerals/bentonite.asp

Anonim. ( ). Bentonite : a mineral for one thousand uses. Online : http://www.ima-eu.org/en/usestext.htm

Bereket G. Aro g az A.Z. ; Ozel M.Z. (1977). Removal of Pb(II), Cd(II) , Cu( I l ) , and Zn(II) from Aqueous Solutions by Adsorption on Bentonite. Journal of Colloid and Interface Science Volume 187, Number 2, March 1997, pp. 338-343(6): Academic Press

Colli 'a, MontseTat; Darder, Margarita.(2005). Amperometric Sensors Based on MercaptopyrydineMontmorillorite lnterca'ation Compound. Journal of American Chemical Society.

Decs Y . S . : Tutunji M. F . ; Baker H. M. Isothermal and kinetic adsorption behaviour of Pb[2 r] ions on natural silicate minerals. Online hrtp:/./cat.iiiist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=l 5352365

Gates. Bruce C. (1991). Catalytic Chemistry. New York : John Willey and Sons, inc

H. Willard, Hobart; L . Merritt, Lynne(1988). Instrumental Methods of Analysis (seventh edition). California: Wadsworth Publishing Company.

Huang, W.,Yang, C , Zhang, S., (2002). Anodic Stripping Voltammetric Determination of Mercury by use of a Sodium Montmorillonite-Modified Carbon-paste Electrode. Anal Bioanal Chem 374: 998-1001.

Huheey, James E . , Keiter, Ellen A. , Keiter, Richard R. (1993). Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity .California: Harper Collins Brace College Publishers.

Kunrat, T . S. (1994). Prospek Usaha Pertambangan Bentonit. Laporan Ekonomi Bahan Galian No. 128. Bandung: Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara.

30

M.A. Brett, Christhopher and Anna Maria(1993). Electrochemistry (principles, methods, and aplications). Oxford University Press.

Marchal, V . Barbier F. , Plassard, F . , Faure, R , Vittory, 0. , (1999), Determination of Cadmium in Bentonite clay mineral using Carbon Paste Electrode, Frensenius' Journal of Analytical Chemistry 363, 710-712

Mousty C , (2004), Sensor and Biosensores based on clay-modifies electrodes-new trends. Applied Clay Science, 27 (2004) 159-177

Muhammad, M., Suharman., (1995). Analisis Instrumental. Airlangga University Press.

Mulyani, Sri.(2003). Common Textbook Kimia Fisik II. Jurusan Kimia FPMIPA Universitas Pendidikan Indonesia

Khopkar, S.M. Saptoraharjo (penerjemah).(1990). Konsep Dasar Kimia Analitik. Universitas Indonesia Press.

Pauliukaite, Rase.(2002). Carbon paste electrodes modified with B13O3 as sensors for the determinating of Cd and Pb. Journal of Anal Bioancl Chem.

Petrazella, Frank D. Mengenal Sensor dan Actuator, [online]. Tersedia: http://www.caltron.co.id/modules php?name=News&file=anicie<£isid=l i (lOCktobei 2005)

Skoog, Douglas A., Leary, James J.( 1991). Principles of Instrumental Analysis. Philadelphia. Harcourt Brace College Publisher.

Soebagio.(2003). Common Textbook Kimia Analitik II. Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Malang.

31

CURRICULUM VITAE

Dr . re r . na t . A s e p S u p r i a t n a , MSi .

NIP : 131 911 642 Temnat Tannnal Lahir : Ciamis, 2 Mei 1966 Kantor/Unit Kerja : Jurusan Kimia F P M I P A U P I Alamat kantor/Unit kerja J l . Setiabudi No. 229 Bandung-40150 Tip . /Faximile/E-mail : (022)2000579 Alamat Rumah : JL H. Mukti I I No. 39 Cihanjuang - Cimahi Tip. :081320718595 Bidang Keahlian : K i m i a Anorganik

Riwayat Pendidikan:

0 Tempat Pendidikan Kota /Nega r a T a h u n L u l u s bidang Studi S - l . I K I P Bandung Bandung 1989 Pend. K i m i a S-2, UGiM Yogyakaria Yogyakarta 1996 Kimia Anorganik S-3, Technische Universitat Bergakademie Freiberg

Freiberg, Jerman 2002 K i m i a

Pengalaman Penelitian :

No J U D U L R I S E T T a h u n 1 Aktivasi dan Uji Kinerja Bentonit sebagai Penjernih (Bleaching)

Minvak dan Minuman 2002

2 Sintesis dan Karakterisasi Zeolit X I 3 Sebagai Bahan Pembangun Dcterjen

2003

3. Inovasi Pembelajaran Matakuliah Kimia Anorganik I Berdasarkan Konstruktivisme Melalui Revitalisasi Common Text Book dan Pengembangan Transparansi

2003

4. Peranan Hypertext C D dalam Meningkatkan Pelaksanaan T P B untuk Menangani Konsep-konsep Rumit pada Perrkuliahan dan Praktikum Kimia Dasar I di Jurusan Pendidikan Kimia

2003

Daftar Publikasi:

1. The Production of Alka l i Earth Metall Chlorate via the Double Conversion, I S S M Europa, 2002

2. Zur Herstellung der Erdalkaliearthmetallchlorate und zu den Loesungsgleichgewichten in den reziproken Salzpaaren M C E + 2NaC10 3 = M ( C 1 0 3 ) 2

+ 2 N a C l / H 2 0 , Dissertasi T U Freiberg Jerman, 2002

Sintesis dan Karakterisasi Zeolit 13X Sebagai Pembangun Deterjen, Pustek M I R A , Proceding, 2003

C U R R I C U L U M V I T A E

Drs . AM K u s r i j a d i , M.Si .

: 131 993

: I I I / c -

: Jurusan

: J L Dr.

Telp/Fax.

: K imia

Riwayai Pendidikan:

No. institusi Jenjang Cidang Tahun Lulus 1. I K I P Bdg. S - l Pendidikan K i m i a 1991 2. U G M S-2 Kimia Anorganik 1998

Pengalaman Penelitian lima tahun terakhir:

1. Sintesis H P M S P Sebagai Ekstraktan dan Aplikasinya Pada Ekstraksi ion Logam C u

dan Ag ,Tes i s , 1998.

2. Kajian Biosorpsi dan Bioakumulasi ion Logam C d pada Algae Tetrcelmis C H U I l ,

Penelitian Dasar, 1998.

3. Kajian Kinetika Biosorpsi Logam Cd oleh Te t r ace lmi sCHUII secara Laboratonum

dan Komputasi, Hibah Bersaing, 1999.

Tempat /tanggal Lahir

Tasikmalaya, 29 Juni 1967

NIP.

866

Golongan/Pangkat/Jabatan

Penata - Lektor

Unit Kerja

K imia F P M I P A U P I

Alamat Unit Kerja

Setiabud' 229 Bandung

022-2000579

Bidar.g Keahiian

Anorganik

4. Sintesis H P M S P dan Aplikasinya pada Ekstraksi ion Logam Bivalen, Penelitian

Dosen Muda, 1999.

5. Kajian Phytoremediasi Logam C d dengan Tumbuhan Sawi Putih, Penelitian Dasar,

2003.

6. Inovasi Pembelajaran K i m i a Anorganik I Melalui Revitalisasi Buku Ajar dan

pembuatan Transparansi, Hibah Pembelajaran D U E - L i k e , 2003.

7. Inovasi Pembelajaran K i m i a Anorganik I I Berdasarkan Metoda Pembelajaran

Pemecahan Masalah Berbasis Konsep, Hibah Pembelajaran D U E - L i k e , 2003.

8. Revitalisasi Pembelajaran K i m i a Dasar, Semi Que, 1999.

9. Pengembangan praktikum mikrobiologi berwawasan keterampilan siap guna, SP4

2005

10 Peningkatan performa Bleaching Earth 1 sebagai penjemih Crude Palm Oi l ( C P O ) ,

SP4 ,2005

Publikasi ilmiati l«ma tahun t e rakh i r :

1. Sintesis H P M S P dan Aplikasinya pada Ekstraksi ion Logam Bivalen, Mimbar Penelitian M1PA E d . I I , 2003.

Pelatihan

1. Toxicology and standard methode , L I P I dan B S N , 2003 2 Pelatihan Dosep Audit iir.gkungan, I P B , 2004 3. Pelatihan Piaktikum Mikrobiologi, I T B , 2005