Studi Termodinamika dan Mekanisme Adsorpsi Timbal (II) pada Karbon Aktif Berbasis Puntung Rokok Termodifikasi Surfaktan Disodium Cocoyl Glutamate

Abstract

Puntung rokok termasuk salah satu jenis limbah yang berbahaya karena penggunanya yang terus bertambah. Kandungan zat kimia berbahaya dalam puntung rokok dapat mengakibatkan dampak negatif pada lingkungan. Filter rokok yang terdapat pada puntung rokok terbuat dari bahan baku selulosa asetat yang dapat dimanfaatkan menjadi produk bermanfaat seperti karbon aktif melalui tahapan-tahapan tertentu. Karbon aktif umumnya dihasilkan melalui proses karbonisasi suhu tinggi dengan pengaktifan untuk menghasilkan adsorben dengan struktur berpori dan luas permukaan yang tinggi. Modifikasi karbon aktif biasanya juga dilakukan untuk meningkatkan kapasitas adsorpsi. Modifikasi dapat dilakukan menggunakan suatu zat yang dapat meningkatkan situs aktif atau muatan pada permukaan karbon aktif sehingga dapat meningkatkan interaksi dengan adsorbat seperti menggunakan surfaktan. Jenis surfaktan yang beragam kandungan ioniknya menjadi salah satu pilihan yang banyak dipilih sebagai modifikator adsorben karena sifatnya yang menunjukkan afinitas tinggi untuk bereaksi pada permukaan adsorben. Karbon aktif yang dominan memiliki muatan negatif karena pengaruh atom oksigen pada gugus fungsinya perlu surfaktan jenis anonik yang dapat meningkatkan situs negatif pada permukaannya. Surfaktan Disodium Cocoyl Glutamate digunakan pada penelitian ini sebagai modifikator dengan konsentrasi 0,1% karena merupakan jenis surfaktan anionik alami yang memiliki gugus bermuatan negatif. Adsorben karbon aktif dengan proses modifikasi memudahkan berinteraksi dengan zat yang bermuatan positif seperti Pb(II) yang merupakan salah satu jenis logam berat dengan tingkat toksisitas yang tinggi. Interaksi yang terjadi adalah interaksi elektrostatik melalui proses adsorpsi. Proses adsorpsi banyak dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti waktu kontak, suhu, dan variasi konsentrasi adsorbat. penelitian dilakukan variasi dosis adsorben, waktu kontak, konsentrasi adsorbat Pb(II) dan suhu adsorpsi untuk mengetahui model isoterm adsorpsi dan studi termodinamika adsorpsi. Model isoterm yang dikaji meliputi model isoterm Langmuir, model isoterm Freundlich, dan model isoterm Temkin. Pendekatan model isoterm adsorpsi dilakukan untuk mengetahui mekanisme adsorpsi yang terjadi antara adsorben dan adsorbat. Adsorpsi dilakukan pada suhu 30, 40, dan 50oC dengan waktu kontak optimum untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap mekanisme adsorpsi yang terjadi dan kinerja adsorpsi. Karakterisasi material adsorben juga dilakukan menggunakan FTIR untuk mengetahui gugus fungsi, XRD untuk mengetahui sifat kristal, dan SEM untuk mengetahui morfologi permukaan. Material adsorben karbon aktif termodifikasi surfaktan Disodium Cocoyl Glutamate (KA-DCG 0,1%) dikarakteriasi menggunakan FTIR dan dibandingkan dengan hasil FTIR prekursor filter rokok, hasil karbonisasi, dan karbon setelah pengaktifan . Perubahan signifikan terlihat pada perubahan intensitas serapan gugus (-OH) 3000-3600 cm-1 karena proses pengaktifan menggunakan KOH, gugus (C=C) 1500 – 1600 cm-1 karena proses karbonisasi (dekomposisi termal), dan gugus (C=O) 1650 – 1700 cm-1 karena proses modifikasi menggunakan DCG. Sifat kristal yang dari hasil XRD yaitu sifat amorf dengan kandungan amorf sebesar 91%. Morfologi permukaan hasil SEM menunjukkan adanya pori-pori pada permukaan adsorben dan heterogen (tidak merata). Adsorpsi dilakukan menggunakan hasil optimasi waktu kontak yaitu 35 menit dan dosis adsorben 10 mg. Hasil pendekatan model isoterm yang sesuai yaitu model isoterm Langmuir yang menunjukkan bahwa proses terjadi secara monolayer (satu lapisan). Adsorpsi pada suhu yang lebih tinggi juga menghasilkan kapasitas adsorpsi maksimum yang lebih besar seperti 30, 40, dan 50oC didapatkan nilai berturut-turut sebesar 65,35, 121,95, dan 90,09 mg/g. Hasil studi termodinamika adsorpsi menunjukkan entalpi adsorpsi (ΔHo) bernilai 37,00 kJ/mol yang menunjukkan reaksi endotermik dan terjadi adsorpsi kimia, entropi adsorpsi (ΔSo) dengan nilai 154,59 J/mol.K menunjukkan ketidakteraturan sistem ketika proses adsorpsi, dan energi bebas gibbs (ΔGo) -9,63, -11,88 dan -12,69 kJ/mol dengan nilai yang semakin negatif menunjukkan adsorpsi terjadi secara spontan.