6.ADSORPSIAdsorpsi ( pengumpulan suatu substansi di permukaan padatan adsorben

Absorpsi ( penetrasi susbstansi yang dikumpulkan ke dalam padatan

a. Physisorption (adsorpsi fisika)Terjadi karena gaya Van der Walls dimana ketika gaya tarik molekul antara larutan dan permukaan media lebih besar daripada gaya tarik substansi terlarut dan larutan, maka substansi terlarut akan diadsorpsi oleh permukaan media. Physisorption ini memiliki gaya tarik Van der Walls yang kekuatannya relatif kecil.Contoh :Adsorpsi oleh karbon aktif. Aktivasi karbon aktif pada temperatur yang tinggi akan menghasilkan struktur berpori dan luas permukaan adsorpsi yang besar. Semakin besar luas permukaan, maka semakin banyak substansi terlarut yang melekat pada permukaan media adsorpsi.

b. Chemisorption (adsorpsi kimia) Chemisorption terjadi ketika terbentuknya ikatan kimia antara substansi terlarut dalam larutan

dengan molekul dalam media. Contoh : Ion exchange

Jika karbon aktif ditempatkan dalam suatu larutan yang mengandung organik terlarut, lalu diaduk untuk menciptakan kontak, maka terjadi proses adsorpsi organik ke karbon aktif. Konsentrasi organik di larutan pada saat awal (Co), akan turun menjadi konsentrasi di kesetimbangan (Ce). Jumlah organik yang diadsorb adalah x per unit massa karbon aktif yang dipakai (m).

Isoterm adsorpsi Freundlichµ §; dimana : x = massa solute (substansi yang diadsorp)m = massa adsorbenX = rasio massa fasa padat; massa solute yg diadsorb/massa adsorbenCe = konsentrasi solute pada kesetimbanganK,n = konstanta

n >>>> dan x/m >>>> ( penggunaan karbon aktif lebih feasible secara ekonomis

Isoterm Langmuirµ §dimana : a = massa solute yang diperlukan untuk membuat sejumlah adsorben tsb menjadi jenuhK = konstanta

Isoterm Langmuir menggunakan asumsi:1. Area adsorpsi terbatas2. Solute material yang diadsorb di permukaan hanya dengan ketebalan satu molekul 3. Adsorpsi reversibel, dan kesetimbangan tercapai. Ketika adsorben ditempatkan dalam

larutan, solute diadsorb, dan juga terjadi desorpsi, tapi laju adsorpsi lebih besar dari desorpsi. Akhirnya kondisi kesetimbangan tercapai ketika laju adsorpsi = laju desorpsi.

TLI-312 Satuan Proses VI-1bps

Laju adsorpsi dibatasi oleh mekanisme perpindahan massa yang terlibat:1. Perpindahan solute dari fasa curah cairan ke lapisa film cairana2. Difusi solute melalui lapisan film cairan ( difusi film3. Difusi solute melalui pori kapiler dalam padatan adsorben( difusi pori4. Adsorpsi solute ke dalam dinding kapiler atau permukaan

Contoh Soal:

AB mengandung fenol dengan konsentrasi 0,4 g/l sebagai TOC akan diolah dengan butiran karbon aktif. Test secara batch menunjukkan hasil seperti berikut. Tentukan konstanta adsorpsi Freundlich.

m Co Ce C=x X=x/m log X log Ce

(g/l) (g/l) (g/l)   (g/g)    

0,52 0,400 0,322 0,078 0,150 -0,82 -0,49

2,32 0,400 0,117 0,283 0,122 -0,91 -0,93

3,46 0,400 0,051 0,349 0,101 -1 -1,29

3,84 0,400 0,039 0,361 0,094 -1,03 -1,41

4,50 0,400 0,023 0,377 0,084 -1,08 -1,64

5,40 0,400 0,012 0,388 0,072 -1,14 -1,92

6,67 0,400 0,0061 0,3939 0,059 -1,23 -2,21

7,60 0,400 0,0042 0,3958 0,052 -1,28 -2,38

8,82 0,400 0,0011 0,3989 0,045 -1,34 -2,96

y = 0,2252x - 0,712

R2 = 0,9879

-1,6

-1,4

-1,2

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

-4 -3 -2 -1 0

log Ce

log

X

TLI-312 Satuan Proses VI-2bps

Y A + B XA = -0,712 = log K K=0,194; B =0,2252=(1/n) n =4,44Peralatan dan Teknik Kontak Kolom AdsorpsiAdsorpsi dengan adsorben berbentuk granular (butiran) dapat dilakuakn secara:Batch, kolom dan fluidisasi

Sistem kontak : fixed bed upflow atau downflow(lebih popular, krn

butiran adsorben juga berfungsi sbg filter utk SS) countercurrent moving bed liquid:upflow,

adsorben : downflow

gravity /pressure liquid flow

Fixed bed dg Satu Kolom Adsorpsi:

TLI-312 Satuan Proses VI-3bps

Sistem Adsorpsi Moving Bed Dengan Dua Kolom:

TLI-312 Satuan Proses VI-4bps

Fasilitas Regenerasi Karbon:

Kolom Adsorpsi Fixed Bed

TLI-312 Satuan Proses VI-5bps

Kolom fixed bed dan konsentrasi fasa cairan dan padatan

Kurva Breaktrough

TLI-312 Satuan Proses VI-6bps

Panjang zona sorpsi (Zs) berhubungan dengan tinggi kolom (Z), volume keluaran (VB) dan VT, (Michaels):

Dimana: Vz=VT-VB

VB= volume breakthrough

Pada saat Vb, area di atas kurva breaktrhough = jumlah massa solute diadsorbPada saat jenuh, C=Co, area di atas kurva breakthrough = maksimum jumlah solute diadsorb

Scale-up Approach

dimana BV = volume bedQ = laju alir cairan desainQb = laju alir cairan di bed

dimana : M = massa adsorbens = densitas fasa curah adsorben

VB =volume liquid diolah per massa adsorbenM =massa adsorben di kolom tes

Mt = massa adsorben jenuh per jam

T = waktu breaktrough

Contoh Soal:AB mengandung fenol sbg TOC 200 mg/l akan diolah dengan kolom adsorpsi karbon aktif fixed-bed dengan

TLI-312 Satuan Proses VI-7bps

laju AB 150 m3/hari dan konsenterasi efluen yang diperbolehkan, Ca , adalah 10 mg/l sbg TOC. Kurva breaktrough sbb:

Kurva breaktrough diperoleh dari kolom percobaan (pilot) yang dioperasikan pada 1,67 BV/jam, diameter dalam 9,5 cm, panjang 1,04 m, massa karbon 2,98 kg, laju alir cairan 12,39 l/jam, laju alir cairan pe/� �oo/?/???o//o� � ?//ooo/ooooo/ooooo/ooo/oooooooo/???/oo/� � � � � � �o?//Oooooo/oooooooo/oooo//ooooo/oo/ooooooon?� � � � �� � � �� ��¤_oooo/ooo/ooooo//ooooo/o� � ?¤Ooo/ooooo/ooooo/o/�� � � �ooooooo//oo¤_oo/ooooooo//_/ooooo/ooo/ooo/� � � � � � �� �ooo¤_oooo/ooooooo//_� � � �� � O//o?¤¤Oooooo?¤� ¤¤Ooo/ooooo/�� � �o/ooooooo?¤��� ¤¤Ooo/oo/ooooooo//oooo/ooo/ooooo/� � �� � � � � � � � � � �ooo/Oo/??oo/o/oooooo/????/o/¤¤Oooo/ooo/oooooo/o/��� � � �oo/ooooo//� /¤?//????/o/?/??/oo//¤?/???/o/oo¤¤Oo/ooooo/� �ooo/oooo/o/ooo//� � � /¤¤¤¤¤¤¤///O �/?/?/???/oo/ooo¤¤¤¤¤¤_oooooooo/Oooooo¤� � ¤ _oooo//????///oooo/oo/� � �� � � ��ooooo/oooo?¤� � �� /oooooo?¤O/?/ooooooo/ooo/oo/� �� � � ��ooooo¤O� o/?/ooooooo/ooo/oo/oooooo¤o� �� � � �� � ?/?/oooooo/�� �ooo¤� �o/?/ooooooo/ooo/ooo/oooooo/ooo/oooo/ooo//� �� � � � � � � � � � � �oooooo¤O/?/ooo/oooooo¤_/?/oooo/oooo¤_/?/ooo/ooo¤� � �� � � � � � ��� � � � �¤¤¤¤Ooooo/Oooo/Ooo/_oo¤� � ¤Ooooo/oo/� � /ooooo/oooo/oooooo/?/ooooo/ooo/¤Oooooooo/oooo/oooo?� � � � � � � �¤_ooo/oooo¤Oooooo/ooooo/ooooo/o/ooooo/ooooo/� � � � � � � �� � � �

TLI-312 Satuan Proses VI-8bps

ooo¤_ooooooooo/oooooooo/ooooo/oooo/ooo/oooooo/� � � � � � � � � � �� � � �oooo/ooooooooo/oooooo/oo/ooo/ooooo/ooooo/oooooo/� � � � �� � � � �oooooooo/ooooo/ooo¤¤� � � Ooooo/Oooo/Oooooooo-� ��� � �Ooo/Ooooo/Ooo//Ooooo/Ooo/Oooo//ooo/Ooooo/¤� � ��� � � � � � ��� � �¤Ooooo/ooo/ooo/ooooooo/ooo?¤� �� � �� _O/O?/Ÿ/O?//?/O_/_?/Ÿ/_?/¤¤Ooooooo/Ooo/Ooooo//Ooooo/Ooooo/� � �_ooooooooo//¤� � ¤Oooooooo/ooo/OO/ooo/ooooooooo/� � � �ooooo/oooo/¤¤Oooo/?/ooo/oo//oo/ooo/ooo/oo/o/� �� �� � ��� � � � �� ��oooooo/oooooo/oo/oooo/ooooo/ooo/ooooo¤_ooo/� � � � � � �� � � � � � �oooooo/oo/oooooo//oooo//ooo/oooooo/oooo/oooo/� � � � � � � � � � �ooo/ooooo/ooooo¤Oooooo/ooooooooo/oooo/ooooo¤� � � � � � � � � � �¤Ooooooo/Ooooooo/ooo?¤OO/oo/oooooooo/__/ooo/� �� � � � �oooooo/ooo/oooooooooo/oooooooo//ooooooo+¤� � � � �� �¤Ooooo/_o¤�� ¤_ooo/ooooo?¤Oooooo/ooooooo/?/oo?/� � � �_ooooo/ooooooo/??/oo¤Ooo/oo/oo//o/oooooooo/oooo/� � � � ��ooooooo/?/¤??/?/oo/OO/?/?/?/oo/o� �?//?/??/?/oo/OO/?/?/?/oo/o� �?/?¤??/?/oo/OO/?/?/?/oo/o� �?/¤_ooooooooo/Ooooo¤�� �¤Ooooo/oooooo/?/¤� � � � Ooo/ooo/� � � � � ¤_oooo/oooooo//?//??/� � � � �ooo//ooo/ooooo/?/?/oo/o� � �� � � �?¤Ooo/ooo//oooooooooo/� �oooo/oo/wooooo/ooo/ooo/??/o¤Ooo/oooooo/??/??/� � � � �oo/o� �??/oo/oooo/ooo/??/??/¤Oooooo/?/??/??/oomo¤�� � � � �¤_oooo/ooo/¤� ���� � � /oooo/Ÿooo/?///ooo.//?/ooo/� �� � � � �ooooo/??//??/ooo¤oo//oooooo//ooooo/oo//?/¤ooo/� � � � � � � � � � � �ooooo/?//??/ooo¤_ooooo/ooooo/ooo/?/??/??/o//� � � � � �oooo/??/??/o/¤_ooooo/ooooo/?/oooooo?¤??//ooo/� � � � �oooooo//o/ooooooooo/¤??//ooo/oooooo//ooo/oooo/�� � �� � � �� � �� � �ooo/¤Oooo/ooo?/ooooo/ooo/o/oooooo/ooo//_/� � �� � � � � �O//?/???//o/???¤_oo/oo/?/?/?/o/o/ooooo/ooo¤Ooo/� � ���� � � �� � � �ooooo/?/?/oo/o� � � � �?//oooo/ooo/¤Oooooo/oo?/¤oooo/ooo/� � � � � �oooooo/?/?//??/ooo/?/??/??/oo/o� � � � � �?/?/??/??//ooo/oooooo¤oooo/ooo/~ooo/ooo/oooooo/?/??/¤Oooooo/�� � � � � �� � � � ��ooo///oooooo/?/??/??/oooo¤¤Oooooo/ooooooo/ooo/?/� � � � �� � �¤oooo/oooo/oooo/oooooo?/ooo/ooo//oo/ooooo/ooo/??/� � � � � ��� � �o¤Ooo/Ooooo/?/??/oo/o� � �� � � �?//ooo/ooooo/??//??/ooo¤Ooo/� � � � � �oooooo/??///oo/ooo/?/oo/o�� � � � � � �?/o/??//??/ooo/oo/??/oo/o�� � � � � � �?/ ��o/?//??/ooo¤_oooo/oo/ooooooooo//oo/??//ooo/oooooo/� � � � � � � � �� �ooooo/ooooo/oooooo/ooo¤¤_oo/ooooo/ooooo/ooo/oo}/� � � �� � � � � �� � � � �� � � � � �

TLI-312 Satuan Proses VI-9bps

ooo/oo//� �� ooo/ooooo/oo/ooooo/� � /oooooo/o/ooooooo/� � � �ooo//ooooooo/?/oo/o/__//oo/o/oooo/ooooo/oooo/� � � � � � � ��oooooooo/ooo/oooooo/ooooo/ooo/oooo/oo¤¤Oooooo/� � � � � � � � � �� � � � �oooooo/ooooo/oooooooo/ooooo?¤Oooooo/ooooooo/� � � � � � �oo/?/oo/o� � �?¤Oo/ooo/ooooo/ooo¤Ooo/OOO/oooooooo/o/��� � � � �� � � � �ooo/ooooo/¤Ooooo/OOO¤Ooooo//o/ooooooooo/OO/�� � � � �� � �oooooo?¤Oooooo/ooooooo/oo/?/bergantung jenis� � � � � � � kolom

Empty-bed contact time : 30-45 menit Massa COD disisihkan per massa karbon :

0,2-0,8 lb COD/lb karbon Efluen COD : 0,5-15 mg/l

TLI-312 Satuan Proses VI-10bps