Adsorpsi

Secara umum adsorpsi dapat diartikan sebagai peristiwa fisika pada permukaan suatu bahan,yang tergantung dari spesifikasi antara adsorbent dengan zat yang diserap (adsorbat).

Sedangkan Weber(1972) mengartikan sebagai akumulasi “interphase” atau konsentrasi dari “substances” pada permukaan.

Bahan yang dapat digunakan sebagai adsorbent.Antara lain activated carbon, alumina, bauxite, silicagel, strontium sulfate,magnesia danlain-lain.

Karakteristik penting dari adsorbent antara lain rasio luas permukaan terhadap volume. Rasio luas permukaan terhadap volume dapat meningkatkan daya adsorpsi beberapa jenis adsorbent.

Faktor-faktor yang berpengaruh terhadap proses adsorpsi, diantaranya adalah :

Luas permukaan adsorbent

Afinitas adsorbent terhadap adsorbate, yang dipengaruhi oleh ukuran dan bentuk pori, polaritas dan reaktivitas

Karakteristik adsobate, yang meliputi :Densitas dan berat molekul

Ukuran dan bentuk molekul

Tekanan uap

Konsentrasi

Adanya senyawa lain sebagai competitor

Polaritas

Reaktivitas adsorbate

Temperatur dan Tekanan

Waktu kontak antara adsorbate dengan adsorbent

Gambar berikut menunjukkan konsep adsorpsi :

Adsorpsi yang terjadi pada permukaan adsorbent dapat bersifat : Adsorpsi Fisika (adsorpsi Van der Waals) Adsorpsi Kimia (chemisorption)

Adsorpsi Fisik (Adsorpsi Van Der Waals) Adsorpsi fisik terjadi akibat adanya perbedaan energi atau gaya tarik

bermuatan listrik (gaya van der Wall’s). Molekul adsorbat mulai diikat secara fisik menuju molekul adsorbent.

Tipe adsorpsi ini multilayer, karena masing-masing molekul membentuk lapisan diatas lapisan sebelumnya, dengan nomor lapisan sesuai dengan konsentrasi kontaminan.

Adsorpsi ini tidak spesifik dan mirip dengan proses kondensasi.

Adsorpsi Fisika ini terjadi pada zat-zat yang bersuhu rendah dengan adsorpsi relatif rendah.

Dalam hal ini perubahan panas adsorpsi mempunyai derajat yang sama dengan panas kondensasi dari gas menjadi cair, sehinga gaya yang menahan adsorpsi molekul-molekul fluida biasanya cepat tercapai dan bersifat reversibel, karena kebutuhan energi yang

sangat kecil.

Adsorpsi Kimia (Chemisorption) Adsorpsi ini bersifat specifik dan terjadi berdasarkan ikatan kimia

antara adsorbent dengan zat yang teradsorpsi (adsorbat), sehingga dibandingkan dengan adsorpsi fisik, kerja yang terjadi jauh lebih besar begitu juga dengan panas adsorpsi dibanding dengan adsorpsi fisik, selain itu adsorpsi kimia terjadi pada suhu yang tinggi.

Karena terjadinya ikatan kimia, maka pada permukaan adsorbent dapat berbentuk suatu lapisan dan apabila hal ini berlanjut maka adsorbent tidak akan mampu lagi menyerap zat lainnya. Dan proses adsorpsi secara kimia ini bersifat irreversible.

Dari penjelasan diatas, dan menurut Noll,et al.(1992), maka adsorpsi fisik dapat dibedakan dari adsorpsi kimia sebagai berikut :

Adsorpsi fisik tidak melibatkan trasfer elektron dan selalu mempertahankan individualitas dari senyawa yang berinteraksi. Interaksi yang terjadi adalah reversible, yang memungkinkan terjadinya desorpsi pada temperatur yang sama, walaupun proses terjadi secara lambat akibat efek difusi.

Adsorpsi kimia melibatkan ikatan kimia dan bersifat irreversible. Adsorpsi fisik tidak site spesifik, molekul yang terserap bebas

menutupi seluruh permukaan. Hal ini memungkinkan dilakukannya pengukuran luas area solid adsorbent. Sebaliknya, adsorpsi kimia bersifat site spesifik, molekul hanya terserap pada tempat-tempat tertentu saja.

Panas pada adsorpsi fisik lebih rendah dibandingkan dengan panas dari adsorpsi kimia.

Jenis-jenis adsorbent penting :

1. Karbon aktif Merupakan arang yang diperoleh dari carbinisation kayu, coconul shells, peat, fruit pits. Sebagai activating agent digunakan zinc chlorida, magnesium chlorida, kalsium chlorida dan phosphoric acid. Digunakan untuk control polusi, solvent recovery, mengurangi bau dan gas purification.

2. Activated alumina Activated alumina (hydrated aluminium oxide) berasal dari native

aluminas atau bauxite, berbentuk granular atau pellet dengan tipical properties sebagaimana tabel 2. Umumnya digunakan untuk drying gas.

3. Silica gelBerasal dari netralisasi sodium silikat kemudian gel dicuci untuk

menghilangkan garam garam yang terbentuk selama proses reaksi netralisasi dilanjutkan dengan proses pengeringan, pemanasan dan grading.Umumnya berbentuk granular tetapi ada juga yang berbentuk bead. Properties silica gel sebagaimana tabel 3. Terutama digunakan untuk drying gas tetapi bisa juga untuk gas desulfurization dan purification.

4. Molecular sievasBerbentuk kristal dehydrated zeolit yang berasal dari alumino silicate

gel

Secara garis besar, mekanisme proses adsorpsi dapat berlangsung berdasarkan tahapan sebagai berikut :

Transfer molekul-molekul adsorbat menuju lapisan film yang mengelilingi adsorbent

Difusi adsorbat melalui lapisan film Difusi adsorbat melalui kapiler atau pori-pori dalam adsorbent Adsorpsi adsorbat pada dinding kapiler atau permukaan adsorbent.

Model persamaan dari adsorpsi :

1. Model Dari LangmuirModel dari Langmuir pertama kali dikembangkan pada tahun 1918

yaitu untuk proses penyerapan gas pada permukaan solid.Model langmuir diambil berdasarkan asumsi-asumsi sebagai berikut : Energi dari adsorpsi adalah konstan dan tidak tergantung pada sifat

permukaan. Adsorpsi terjadi hanya pada bagian yang terbatas dan tidak ada

interaksi antara molekul-molekul adsorbat. Adsorpsi terjadi maksimum pada saat terbentuk monolayer yang

menyeluruh. Permukaan bersifat heterogenous, afinitas pada tiap tempat terjadinya

ikatan adalah sama

Untuk sistem solid –gas, persamaan Langmuir bisa dituliskan sebagai :

qc=Qo kC e1+k Ce

dimana :qc : jumlah dari adsorbet yang diserap persatuan berat adsorbent.Qo : adsorpsi maksimum.Ce : konsentrasi akhir pada saat keseimbangank = ka / kd kd dan ka adalah konstanta untuk proses penguapan dan

kondensasi.

2. Model Dari Freundlich

Persamaan Freundlich sangat tepat dipergunakan untuk adsorpsi secara fisik. Persamaan Freundlich sangat tepat dipergunakan bila : Tidak ada assosiasi atau dissosiasi dari molekul setelah teradsorp pada

permukaan adsorbent. Tidak terjadi adsorpsi kimia.

Persamaan Freundlich dinyatakan sebagai berikut :

qc=k f Ce1n

atau :log qc=log k f+

1nlogC e

dimana :qc : banyaknya adsorbat yang diserap oleh adsorbent, atau qc=

xm

kf , n : konstanta Ce : konsentrasi akhir pada saat kesetimbangan tercapai.

1. Model mathematic Langmuir Isotherm Teori ini berdasarkan pada asumsi bahwa:

Phase adsorbed adalah unimolecular layer Pada kondisi equilibrium, rate adsorption sama dengan rate

desorption dari permukaan media

Rate adsorption : ra=Ca p(1−f )

Dimana:p = tekanan partialCa = konstanta adsorbsf = fraksi total solid surface dengan adsorbate molecule

Rate desorption :rd=Cd fPada saat equilibrium, maka rate adsorption = rate desorption sehingga f

menjadi : f=Ca p

¿

Cd+Ca p¿

Karena adsorbed phase adalah unimolecular layer maka massa adsorbate per unit massa adsorbent (m) sebanding dengan permukaan media yang tertutupim=Cm fSehingga dengan menggabungkan dua persamaan diatas maka

m=k1 p

¿

k2 p¿+1

(Langmuir Isotherm)

dimana k1=CaCm/Cd dan k2=Ca/Cd

Pada very low equilibrium maka tekanan partial k2p*= 0 sehingga

m=k1p* Sedangkan pada high equilibrium m=k1/k2

2. Model mathematic Freundlich IsothermPada persamaan Langmuir isotherm di atas, apabila pada kondisi intermediate maka

m=k¿Dimana:k=konstantan=konstanta dengan nilai antara 0-1

Nilai k dan n merupakan nilai berdasarkan data eksperimen untuk adsorbates Calgon type BPL activated carbon (4x10mesh) dengan nilai seperti table berikut ini;