Studi isoterm adsorpsi, kinetika dan termodinamika pada koagulasi limbah sintetik zat warna congo merah dengan ekstrak petai cina (Leucaena leucocephala) sebagai koagulan alami

Abstract

Industri tekstil merupakan salah satu industri yang menjadi pencemar utama air karena keberadaan zat warna sintetik, yang akan terbawa dalam aliran limbah cairnya. Salah satu metode pengolahan limbah cair yang banyak digunakan pada industri tersebut adalah koagulasi dengan menggunakan koagulan kimia. Penggunaan koagulan jenis ini dapat menimbulkan masalah keseharan seperti Alzheimer dan demensia, serta menurunkan pH air yang diolah. Sebagai alternatif, telah diteliti berbagai koagulan alami seperti Leucaena leucocephala atau petai cina yang dapat berperan sebagai senyawa aktif dalam proses koagulasi, dengan memanfaatkan komponen protein di dalamnya. Mekanisme koagulasi ini umumnya berupa adsorpsi yang kemudian diikuti oleh netralisasi muatan. Konfirmasi mekanisme tersebut dapat dilakukan melalui studi adsorpsi, yaitu isoterm, kinetika, serta termodinamika yang menjadi fokus pada penelitian ini dengan menggunakan Congo merah sebagai model zat warna. Penelitian ini dilakukan pada kondisi optimum yang telah diperoleh pada penelitian sebelumnya, antara lain rasio umpan dan pelarut pada tahap ekstraksi protein (1 : 20), pH (pH 9 untuk ekstraksi dan pH 3 untuk koagulasi) serta dosis koagulan (262,5 mg eq BSA/L). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kecenderungan profil %removal terhadap variasi percobaan yang digunakan, yaitu konsentrasi awal zat warna Congo merah (50, 60, 70, 80, 90, dan 100 mg/L) dan temperatur koagulasi (30, 40, dan 50°C). Proses koagulasi dilakukan dengan jar test apparatus, dengan pengadukan cepat lalu diikuti dengan pengadukan lambat. Sampel yang diperoleh setiap 5 menit selama 60 menit setelah proses koagulasi dianalisis menggunakan spektrofotometer UV/Vis. Data yang diperoleh kemudian di-fit ke model Langmuir, Freundlich dan Temkin untuk isoterm adsorpsi, model pseudo-first-order, pseudo-second order, dan Elovich untuk kinetika serta persamaan van’t Hoff untuk termodinamika. Profil nilai persentase pengurangan zat warna mengalami penurunan seiring dengan tingginya konsentrasi awal zat warna dari 50 ke 100 mg/L yang disebabkan oleh adanya penurunan kemampuan protein yang bermuatan positif untuk menetralisasi muatan Congo merah menyebabkan terjadinya koagulasi. Sebaliknya pada temperatur koagulasi yang lebih tinggi, %removal mengalami kenaikan karena adanya peningkatan gaya Brown yang menyebabkan kontak antar partikel koloid meningkat, sehingga proses adsorpsi-koagulasi dan pembentukan flok menjadi lebih banyak terjadi. Berdasarkan evaluasi model isoterm dan kinetika, diperoleh kecocokan pada model isoterm Langmuir dan model kinetika pseudo-second order. Hal ini menunjukkan proses adsorpsi-netralisasi muatan yang terjadi berupa adsorpsi monolayer dengan mekanisme chemisorption. Lebih lanjut, parameter termodinamika adsorpsi menunjukkan bahwa proses koagulasi berlangsung secara endotermis (ΔH° bernilai positif), kespontanan reaksi ke arah depan (ΔG° bernilai negatif), dan peningkatan ketidakteraturan interaksi yang terjadi di permukaan koagulan (ΔS° bernilai positif).