ADSORPSI & KARBON AKTIF M. Irsyad & Suprihanto N FENOMENA Atom dan molekul dalam zat padat terikat oleh gaya kohesi. Molekul-molekul saling mengikat sehingga mencapai keseimbangan. Namun molekul lapisan terluar mempunyai gaya tarik yang tidak diimbangi oleh molekul lainnya seperti zat cair dan gas, sehingga permukaan zat padat dapat menangkap molekul fluida yang berdekatan. Fenomena ini dikenal sebagai ADSORPSI Adsorpsi merupakan proses pengumpulan substansi terlarut di dalam larutan pada suatu antar-muka (interface). Interface ini dapat merupakan antara cairan dan gas, cairan dan padatan atau cairan dan cairan. Dalam hal ini dibatasi pada interface cairan dan padatan. Teknik Lingkungan ITB Definisi Adsorpsi proses penyerapan zat (organik) pada permukaan padatan Adsorbate zat (organik) yang teradsorpsi pada permukaan padatan Adsorbent Material padatan yang meng”ikat” sorbate (karbon aktif) Adsorber Unit pengolahan air dengan proses adsorpsi Teknik Lingkungan ITB Adsorpsi • Adsorpsi merupakan suatu proses fisis yang didasarkan pada daya serap yang terdapat pada permukaan bahan padat. • Apabila suatu adsorban yang tepat dimasukkan ke dalam air, maka bahan-bahan organik yang merupakan bahan pencemar dalam air akan ditarik atau diserap oleh permukaan adsorban. • Untuk memberi hasil yang memuaskan dari proses adsorpsi, diperlukan luas permukaan media yang besar seperti karbon aktif yang merupakan bahan yang sangat porous. Teknik Lingkungan ITB Proses Adsorpsi Makrotransport Mencakup pergerakan materi organik melalui air ke interface cair-padat dengan cara difusi Mikrotransport Mencakup difusi materi organik melalui sistem “macropose” ke tempat adsorpsi di dalam “micropore” dan “submicropore” Sorpsi Merupakan istilah yang menerangkan tentang pelekatan materi organik ke adsorban Teknik Lingkungan ITB Parameter Adsorpsi Jenis Adsorban Kemampuan teradsorpsi sangat bervariasi Kelarutan zat Bahan yang diadsorpsi Ionisasi Kondisi asam – basa Keadsorpsi Temperatur Adsorpsi akan berlangsung lebih baik apabila temperatur air makin rendah Teknik Lingkungan ITB Tingkat Adsorpsi Adsorpsi sangat sedikit untuk bahan anorganik kecuali halogen (karena mudah terionisasi) Adsorpsi kuat terhadap bahan alifatik dan juga klor, brom dan iodium Adsorpsi paling kuat bagi bahan aromatik, semakin banyak inti benzene atau semakin rumit strukturnya akan semakin kuat Teknik Lingkungan ITB Adsorpsi Isoterm Proses adsorpsi merupakan fungsi : karakteristik & konsentrasi materi organik dan temperatur Umumnya banyaknya materi organik yang teradsorpsi ditentukan sebagai fungsi dari konsentrasi pada temperatur tetap (adsorption isotherm ) Teknik Lingkungan ITB Freundlich Isotherm x 1/ n = K f Ce m x/m Ce Kf, n = jumlah materi teradsorbsi per berat adsorban = konsentrasi materi di larutan setelah adsorpsi = konstanta empiris Teknik Lingkungan ITB 1 x log = log K f log Ce n m Teknik Lingkungan ITB Langmuir Isotherm x a b Ce = m 1 b Ce x/m Ce a, b = jumlah materi teradsorbsi per berat adsorban = konsentrasi materi di larutan setelah adsorpsi = konstanta empiris Teknik Lingkungan ITB Ce 1 1 = Ce x m a b a C, mg/L 10 20 30 X/M, g/g 0,133 0,187 0,220 C, mg/L C X/ M 10 20 30 75 107 136 Teknik Lingkungan ITB KARBON AKTIF Adsorban yang umum digunakan adalah: Karbon Aktif Karbon Aktif yang umum digunakan dalam bentuk : Bubuk Butiran (granular) Karbon aktif dapat dihasilkan dari bahan yang dapat membentuk sebagai arang tempurung kelapa, lignit (sejenis basa), batu bara, merang, sekam, serbuk gergaji, kertas Teknik Lingkungan ITB Bentuk Permukaan Karbon Aktif Teknik Lingkungan ITB PENERAPAN Karbon aktif digunakan sebagai adsorban untuk : • Pengolahan air minum atau bersih • Pengolahan air buangan • Pengolahan lain-lain Pada pengolahan air minum unit karbon aktif merupakan proses tambahan (post treatment) untuk menghilangkan: kandungan organik, bau, rasa dan warna Teknik Lingkungan ITB Penerapan Pada pengolahan air minum umumnya digunakan karbon aktif dalam bentuk granular (butiran) Spesifikasi : Luas permukaan (A) Ukuran efektif (ES) UC Densitas Kandungan uap air Kadar abu : 500 – 1.300 m2/gr : 0.25 – 3,0 mm : 1,4 – 2,2 : 1.400 – 1.500 kg/m3 : 0,5 – 2% : 4 – 12% Teknik Lingkungan ITB Kriteria Laju (Vf) Waktu kontak (t) Waktu regenerasi : 5 – 12,5 meter/jam : 7,5 – 30 menit : 6 – 24 bulan Teknik Lingkungan ITB Granulated Activated Carbon Column Adsorption Teknik Lingkungan ITB Granulated Activated Carbon Column Adsorption Teknik Lingkungan ITB Powdered Activated Carbon Dosing Teknik Lingkungan ITB Penentuan Dosis Karbon Secara Aritmetik Teknik Lingkungan ITB REGENERASI Proses penyerapan (adsorpsi) oleh karbon aktif dibatasi oleh kapasitas penyerapan oleh karbon aktif. Kapasitas penyerapan ini sangat tergantung dari banyaknya materi yang diserap, waktu penyerapan dan karakteristik dari karbon aktif. Apabila penyerapan sudah jenuh maka perlu dilakukan regenerasi Teknik Lingkungan ITB REGENERASI KARBON AKTIF Proses Uap Proses regenerasi dilakukan dengan mengalirkan uap pada media karbon aktif. Pada metoda ini hanya efektif untuk tipe dan tingkat kandungan organik tertentu Proses Panas Proses ini adalah melalui pemanasan pada temperatur tinggi sekitar 8150C dengan pengontrolan yang baik. Mekanisme proses yang terjadi adalah proses pirolisa melalui pembakaran materi yang telah terserap oleh karbon aktif Proses Kimia Metoda ini menggunakan pelarut untuk mengektraksi materi yang telah terserap karbon aktif pada temperatur 1000C Teknik Lingkungan ITB
