My Avatar

Selama bertahun-tahun merkuri termasuk dalam polutan yang berbahaya. Batas maksimum keberadaan merkuri pada air minum yang diperbolehkan adalah 2 μgram/liter (US EPA) sedangkan WHO merekomendasikan batas maksimum merkuri yang dapat terlarut dalam air minum adalah 0.3 miligram per minggu dengan konsentrasi maksimum 1 μg/l. merkuri merupakan zat karsinogenik, mutagenic, teratogenik, dan meningkatkan tyrosinemia. Konsentrasi merkuri yang tinggi menyebabkan kerusakan pada fungsi paru-paru dan ginjal, sakit dada dan dyspnousea. Salah satu kerusakan lingkungan yang terkenal sebagi akibat dari pencemaran mercuri yaitu seperti yang terjadi di teluk minamata.

Sejumlah proses pemisahan secara fisik maupun kimia telah dilakukan untuk mengurangi kadar merkuri dalam air minum, misalnya solvent extraction, ion exchange, presipitasi, membrane separation, reverse osmosis, koagulasi, foto reduction. Metode tersebut membutuhkan energy dan zat kimia dalam jumlah besar. Untuk mengatasi permasalahan tersebut maka digunakan metode adsorbsi sebagai metode yang efektif dalam penghilang merkuri dalam air. Sebagai media pengadsorpsinya yaitu karbon aktif dari sewage sludge.

1. Karbon Aktif

Karbon aktif, atau sering juga disebut sebagai arang aktif, adalah suatu jenis karbon yang memiliki luas permukaan yang sangat besar. Hal ini bisa dicapai dengan mengaktifkan karbon atau arang tersebut. Hanya dengan 1 gram dari karbon aktif, akan didapatkan suatu material yang memiliki luas permukaan kira-kira sebesar 500 m² (didapat dari pengukuran adsorpsi gas nitrogen). Biasanya pengaktifan hanya bertujuan untuk memperbesar luas permukaannya saja, namun beberapa usaha juga berkaitan dengan meningkatkan kemampuan adsorpsi karbon aktif itu sendiri.

2. Merkuri

Merkuri atau raksa atau air raksa (latin: Hydrargyrum, air/cairan perak) adalah unsur kimia pada tabel periodik dengan simbol Hg dan nomor atom 80. Unsur golongan logam transisi ini berwarna keperakan dan merupakan satu dari lima unsur (bersama cesium, fransium, galium, dan brom) yang berbentuk cair dalam suhu kamar. Raksa banyak digunakan sebagai bahan amalgam gigi, termometer, barometer, dan peralatan ilmiah lain, walaupun penggunaannya untuk bahan pengisi termometer telah digantikan (oleh termometer alkohol, digital, atau termistor) dengan alasan kesehatan dan keamanan karena sifat toksik yang dimilikinya. Unsur ini diperoleh terutama melalui proses reduksi dari cinnabar mineral. Densitasnya yang tinggi menyebabkan benda-benda seperti bola biliar menjadi terapung jika diletakkan di dalam cairan raksa hanya dengan 20% volumenya terendam.

3. Penggunaan Karbon Aktif

Beberapa tahun ini, proses karbonisasi dari Sewage Sludge (SS) mulai mendapat perhatian dan hasilnya telah diteliti pada adsorpsi polutan gas seperti toluene, hydrogen sulfide, nitrogen dioksida, dan sulfur dioksida, sedangkan pada polutan cair seperti fenol, bahan pewarna, dll. Penelitian tersebut kurang membahas mengenai adsopsi merkuri pada larutan cair.

Penekanan ada studi ini yaitu penghilangan merkuri pada air dengan karbon aktif dari organic SS. Sebagai reagen aktif adalah H2SO4, H3PO4, dan ZnCl2. Ha yang diuji adalah pori-pori pada SS carbon, kondisi optimum, serta kinetika dan adsorpsi isotherm

a. Penyiapan Karbon Aktif

SS diperoleh dari Yamazaki SS Disposal Plant di Nagoya, Jepang. Sewage Sludge (SS) yang digunakan terdiri dari 40% berat karbon basis kering dan nilai Loss on Ignition (LOI) 77,1%. Komposisi C, H, N, pada karbon aktif dan sampel SS carbon diukur dengan CHN corder sedangkan pH larutan adsorpsi ditentukan oleh HCl atau NaOH menggunakan pH meter.

b. Proses Adsorbsi

1000mg/L Hg(II) dari Hg(NO3)2 diencerkan menjadi 10 – 120 mg/L. jenis penelitian yang dilakukan yaitu kinetika adsorsi Hg dan adsorpsi Hg isotherm. Tujuannya adalah untuk menentukan waktu yang dibutuhkan hingga mencapai steady state dan efisiensi Hg(II) removal dengan karbon aktif. Hal tersebut dilakukan untuk menguji waktu optimum vibrasi, pH range, pengaruh jumlah karbon, dan konsentrasi Hg pada adsorpsi. Penelitian ini dilakukan pada system batch suhu 25 °C dan ditempatkan pada botol polimer 250 ml. jumlah SS carbon bervariasi dari 0,1 sampai 10 gr/L dan konsentrasi Hg(II) dari 10 sampai 200 mg/L. Jumlah Hg(II) yang hilang dihitung dari selisih antara konsentrasi Hg(II) sebelum dan sesudah adsorpsi. Konsentrasi Hg(II) diperoleh dari mercury detector. Method Detection Limit (MDL) pada instrument ini 0,2 ng/L. Carbon free control diterapkan pada seluruh penelitian ini.

Adsorpsi dilakukan untuk menggambarkan adsorption isotherm. Pada bagian ini, 100 ml larutan Hg(II) disimpan dalam botol polietilen 250 ml. jumlah karbon divariasikan dari 0,01 hingga 1 gr yang ditambahkan pada masing-masing botol serta pH diatur 5 dengan larutan HCl dan NaOH. Suhu 25 °C dan waktu kontak 7 jam untuk memastikan equilibrium adsorpsi berdasarkan preliminary experiment.

c. Proses Desorpsi

SS carbon digunakan untuk menghiangkan 120 mg/L larutan Hg(II) melalui filtrasi. Hg(II) masuk dalam karbon yang ditransfer ke dalam triangle flask yang mengandung 200 ml HNO3 0,1 M. Flask ditutup secara cepatdan disonifikasi selama 30 menit pada suhu 60 ⁰C. Raksa berada di bagian bawah larutan.

d. Sifat Pori

Kualitas aktivasi produk karbon meningkat sebagai contoh BET surface area dari 3 jenis karbon aktif (H2SO4, H3PO4, dan ZnCl2 dikenal sebagi SS-S, SS-P, dan SS-Z) meningkat hingga 111 – 305% dibanding SS-C (tanpa activation treatment). Selain itu, total volume pori (Vt) dan volume mikropori (Vmic) meningkat 92 – 231% dan 63 – 394%. Rata-rata diameter pori (Dp) pada karbon aktif antara 2,26 – 5,21 nm. Hal tersebut menunjukkan bahwa chemical activation mengembangkan mesopori (2 nm <>

e. Sifat Adsorpsi

· Kinetika adsorpsi

Hasil penelitian kinetika adsorpsi pada gambar 1. Adsorpsi Hg(II) oleh karbon aktif meningkat tajam pada waktu kontak yang pendek dan menurun bertahap dengan pendekatan equilibrium, waktu untuk mencapai equilibrium merupakan selisih jenis karbon SS. Equilibrium tercapai pada 180 menit untuk SS-C, 300 menit untuk SS-S, dan SS-P, serta 420 menit untuk SS-Z. dari keempat jenis karbn SS, SS-Z lah yang memiliki kemampuan adsorpsi Hg(II) tertinggi, diikuti SS-S, SS-P, dan SS-C. kemampuan adsorpsi SS-Z tinggi maka luas permukaan BET dan volume mikropori juga tinggi.

Persamaan Lagergreen first order rate diterapkan untuk menggambarkan kinetika adsorpsi Hg(II) oleh karbon SS. Persamaanya ditulis :

log (qo - q) = log qo - (Kad/2.303)t ………………………..(1)

Dimana q adalah Hg(II) yang teradsorpsi saat (t) dalam mg atau gr ; qo adalah Hg(II) yang teradsorpsi saat equilibrium (mg atau gr); K_ad adalah konstanta laju adsorpsi (min-1).

Plotting log (qo-q) vs t memberikan garis lurus dapat digambarkan pada gambar 2. Perhitungan qo dari plot adalah 44.8 (SS-C), 58.5 (SS-S), 96.9 (SS-P), 130 mg/g (SS-Z). nilai ini sesuai dengan penelitian sebelumnya (43.9; 57.6; 95.8; 128 mg/g) menunjukkkan bahwa adsorpsi Hg(II) oleh SS karbon pada first order rate. Parameter adsorpsi Kad dihitungdari slope (table 2). Nilai Kad pada keempat tipe SS karbon antara 0.008-0.018 min-1, tertingi SS-C dan terendah SS-Z. dari keempat tipe SS karbon, meskipun SS-Z mempunyai daya adsorpsi Hg(II) tertinggi tetapi laju adsorpsinya relative lebih rendah sehingga membutuhkan waktu untuk saturasi.

• Pengaruh pH, konsentrasi Hg(II), dan dosis (komposisi) karbon

Pengaruh pH pada penjerapan Hg(II) diukur dengan pH meter. Biasanya batas pH sekitar 1-12. Diketahui bahwa penjerapan semakin besar dengan bertambahnya nilai pH dan mencapai nilai maksimum pada range pH 5-12.

Untuk mengetahui mekanisme penjerapan Hg(II) pada karbon SS, diagram distribusi jenis merkuri pada pH berbeda dievaluasi menggunakan software PSEQUAD. Jenis mercury yang dominan dalam larutan adalah Hg2+ pada pH <> 5 dan antara pH 3 dan pH 5. Sebagai tambahan, HgOH+ dalam jumlah kecil juga ditemukan antara pH 2-6, dengan persentase sekitar 1-13% dari total Hg(II). Selain itu, pH pada zero point charge (pH_ZPC) untuk karbon SS berada pada pH 4.12 - 5.38. Permukaan karbon SS bertambah banyak ketika pH larutan Merkuri kurang dari pH_ZPC, yang mana kurang baik untuk penjerapan kation merkuri seperti Hg2+ dan HgOH+, jadi tingkat penjerapan terendah pada pH <5.

Jenis merkuri yang utama adalah Hg(OH)2 pada pH > 5, karenanya dikhawatirkan jika endapan merkuri lebih tingi dari pH range. Pada kelarutan Hg(II) vs pH larutan tanpa adsorbent, pada range pH 1-12 tidak ada perubahan yang berarti pada pelarutan Hg(II) dan konsentrasi awal <>

Lebih jauh lagi, tingginya afinitas Karbon SS dan Hg(OH)2 pada range pH 5-12 dapat dijelaskan dengan aturan Pearson, karena karbon SS dan merkuri berturut-turut merupakan basa lemah dan asam lemah. Berdasarkan teori Pearson, selama reaksi asam basa, asam kuat beraksi dengan basa kuat dan asam lemah dengan basa lemah, danmolekul netral lebih lemah dari logam kation

Penghilangan Hg(II) dengan karbon SS meningkat pesat sejalan dengan peningkatan konsentrasi Hg(II), misalnya range penghilangan dari 73.5-151.3 mg/kg pada 120 mg/L dapat dibandingkan dengan 1.71-6.63 mg/kg pada 10 mg/L. Selain itu, pengaruh dosis karbon SS pada penjerapan diteliti dengan dosis yang bervariasi dari 0.1 sampai 10 mg/L dengan 200 mg/L ditetapkan sebagai konsentrasi Hg(II) awal. Konsentrasi awal Hg(II) yang digunakan adalah relative tinggi karena berdasarkan pemeriksaan awal, dosis minimum karbon SS, 1 g/L dapat menghilangkan 70-99% konsentrasi awal Hg(II) dengan range 10-60 mg/L.

f. Adsorption isotherms

Adsorpsi isotermis Hg(II) pada berbagai karbon SS dihitung pada suhu 25 °C dengan konsentrasi awal Hg(II) 120 mg/L. data tersebut cocok dengan Freundlich isotermis. Persamaan Freundlich isotermis merupakan persamaan emperical berdasarkan pada permukaan heterogen, yang mana dituliskan sebagai berikut :

Log qe = log K_F + (1/n) log Ce ……………………….(2)

Dimana qe adalah jumlah yang diadsorbsi (mg/g), Ce adalah konsentrasi kesetimbangan dari bahan terjerap (mg/L), dan K_F dan n berturut-turut merupakan konstanta Freundlich terkait dengan kapasitas dan intensitas adsorpsi.

Plot linear log qe vs log Ce menunjukkan bahwa adsorpsi mengikuti model Freundlich isotermis. Konstanta Freundlich 1/n dan K_F dihitung menggunakan slope dan intercept pada garis dan yang terdapat pada table 2. Tingginya nilai R² menunjukkan bahwa adsorpsi mengikuti model Freundlich isotermis dengan sempurna. Nilai 1/n, antara 0 dan 1, menunjukkan keheterogenan karbon SS (Mishra et al., 1998). Lebih jauh lagi, nilai 1/n yang lebih kecil dan Kf lebih besar untuk SS-Z menunjukkan bahwa karbon SS-Z mempunyai kapasitas, intensitas dan afinitas adsorpsi untuk merkuri lebih tinggi (Zhang and itoh, 2003; Vazquez et al., 2002).

SIMPULAN

Dalam kasus ini, berbagai jenis karbon aktif dikembangkan dari limbah organic, dan penghilangan Hg(II) dari larutan encer dengan karbon tersebut terbukti efektif.

· Kualitas karbon aktif berkembang dramatis dengan aktifasi secara kimia. Dibandingkan dengan SS-C yang tidak aktif, luas permukaan BET SS-S, SS-P dan SS-Z meningkat sampai 111-305 %, dan volume pori-pori total (Vt) dan volume pori-pori micro (Vmic) meningkat sampai 92-231% dan 63-394%.

· Dari jenis karbon SS yang berbeda, SS-Z mempunyai kemampuan adsorpsi yang lebih tinggi, diikuti oleh SS-S, SS-P, dan SS-C, dan kapasitas adsorpsi meningkat bersamaan dengan meningkatnya konsentrasi Hg(II). 4 gr SS-Z, 6 gr SS-P atau 8 gr SS-S cukup untuk menghilangkan 200 mg Hg(II) dari 1 L air. Tapi 10 gr SS-C hanya dapat menghilangkan 83.4% Hg(II) dari larutan.

· Penghilangan Hg(II) menggunakan karbon SS tergantung pada pH. Adsorpsi meningkat dengan meningkatnya pH pada pH 1-5, dan mencapai nilai maksimum pada range pH 5-12.

· Waktu adsorpsi Hg(II) yang diperlukan untuk mencapai keseimbangan berbeda tergantung dari jenis karbon SS. Keseimbangan dicapai di titik 180 min untuk SS-C, 300min untuk SS-S dan SS-P, dan 420 min untuk SS-Z.

· Desorption study menunjukkan bahwa sekitar 60% sampai 80 % dari Hg(II) yang diadsorpsi dapat di recovery dari karbon SS.

Source : Fu-Shen Zhanga, Jerome O. Nriagua, Hideaki Itoh. 2004. Mercury Removal from Water Using

Activated Carbons Derived from Organic Sewage Sludge. Water Research 39 (2005) 389–395