fenomenapermukaan adsorpsi kimfis 2. versi 2003

8/19/2019 FenomenaPermukaan Adsorpsi Kimfis 2. Versi 2003

1/36


2/36

Surface phenomena in Adsorption

2abel ,. %erbedaan antara adsorpsi fisika dan adsorpsi kimia[3]

Parameter Adsorpsi Fisika Adsorpsi Kimia

,. %anas adsorpsi 3endah" - (4-/ k5 mol-,) 2inggi" - (6-4 k5 mol-,)

/. 2emperatur operasi 3endah" tergantung

energi aktifasi

7ebih tinggi" tergantung

energi aktifasi

8. 9nergi aktifasi 2idak ada (nol) 3endah (:/ kkal;mol)

6. 3e'ersibilitas 3e'ersibel


3/36


/.8 2emperatur

Ketika molekul-molekul gas (adsorbat) melekat pada permukaan adsorben ter$adi

pembebasan se$umlah panas;energi" karena itu peristi&a adsorpsi adalah peristi&aeksotermis. Sesuai dengan azas Le Chatelier pada adsorpsi fisika" berkurangnya temperatur

akan menambah $umlah adsorbat yang teradsorpsi dan sebaliknya.

/.6 2ekanan

2ekanan yang dimaksud disini adalah tekanan adsorbat. %ada adsorpsi fisika" kenaikan

tekanan adsorbat" dapat menaikkan $umlah yang diadsorpsi. Sebaliknya" pada adsorpsi kimia

kenaikan tekanan adsorbat $ustru mengurangi $umlah yang teradsorp.

3. Kesetimbanan Adsorpsi

%ada saat fluida yang mengandung adsorbat dikontakkan dengan padatan adsorben"

molekul-molekul adsorbat berpindah dari fluida ke padatan sampai konsentrasi adsorbat di

aliran fluida berada dalam keadaan setimbang dengan adsorbat yang teradsorp dalam padatan

adsorben. ata kesetimbangan adsorpsi yang dihasilkan pada temperatur konstan biasanya

disebut isoterm adsorpsi (adsorption isotherm)" dimana terdapat hubungan antara $umlah zat

yang teradsorp per unit massa padatan dan konsentrasi adsorbat di larutan. #ntuk mengukur

adsorpsi isoterm" massa padatan dan konsentrasi larutan yang telah diketahui kuantitasnya

dikontakkan sampai ter$adi kesetimbangan. Adsorpsi isoterm dapat dihitung dengan

mengukur konsentrasi adsorbat di larutan pada saat a&al dan pada saat kesetimbangan.

Pressur e

V o l . a d s o r b e d

T1

T2 >T1

T3 >T2

T4 >T3

T5 >T4

V o l . a d s o r b e d

Temperature

P1

P2>P1

P3>P2

P4>P3

P r e s s u r

e

Temperature

V2>V1

V1

V3>V2

V4>V3

Adsorption Isotherm Adsorption Isobar Adsorption Isostere

8


4/36


5/36


yang ditun$ukkan pada gambar menun$ukkan kondisi a&al tahap linier dari isoterm" biasanya

digunakan untuk mengindikasikan tekanan relatif saat pelapisan monolayer selesai.

• 2ipe ,= @ massa adsorbat yang teradsorpsi;massa adsorben

0 @ konsentrasi adsorbat (mol;'olume)

%ersamaan reundlich dapat dilinierisasi dengan me-logaritmakan persamaan diatas"

men$adi

log = @ log K B ,;n log 0 (/./)

1arga K dan n dapat ditentukan dengan membuat grafik log = 's log 0.


6/36


ambar /./. %ersamaan linier dari isoterm reundlich

3.&. ,soterm anmuir

%ersamaan teoritis isoterm 7angmuir adalah sebagai berikut

= =

, K 0

m

A

=+

K 0A (/.8)

dengan

= @ massa adsorbat yang teradsorpsi;massa adsorben

=m @ massa adsorbat;massa adsorben untuk menghasilkan sebuah

monolayer yang lengkap

0 @ konsentrasi adsorbat (mol;'olume)

K A @ konstanta 7angmuir

%ersamaan di atas diturunkan dengan asumsi-asumsi sebagai berikut

,. as teradsorpsi terbatas pada permukaan lapisan tunggal.

/. 2idak ada interaksi lateral di antara molekul-molekul adsorbat.

8. 9ntalpi adsorpsi untuk semua molekul sama.

%ersamaan isoterm 7angmuir dapat diubah dalam bentuk persamaan linier men$adi

0

=

,

K =

0

=A m m= + (/.6)

atau

,

=

,

=

,

K .=

,

0m A m= + (/.)

engan menggambarkan data kesetimbangan adsorpsi maka harga K A dan =m dapat

diketahui.

C

log =

log K

log 0

α @ tg-, (,;n)


7/36


8/36


engan semakin bertambahnya &aktu maka adsorption akan terus bergerak pada unggun

tersebut sampai akhirnya adsorben men$adi $enuh dan tidak dapat mengadsorp lagi.

ambar /.6. %ergerakan zona adsorpsi pada kolom adsorpsi unggun tetap

%ada keadaan a&al" fluida kontak dengan adsorben yang masih segar pada bagian hulu.

Adsorbat diserap secara bertahap dari fluida pada saat mele&ati kolom adsorben. %an$ang

daerah dimana sebagian besar kontak adsorpsi ter$adi disebut zona adsorpsi (adsorption

zone).

%an$ang zona adsorpsi berubah-ubah tergantung pada harga konsentrasi adsorbat yang

disaring. %engurangan konsentrasi adsorbat terus ter$adi pada saat fluida mele&ati kolom

pada zona adsorpsi. !ona adsorpsi akan bergerak ke ba&ah seperti gelombang yang sangat

pelan. Akhirnya tepi bagian ba&ah dari zona adsorpsi dan konsentrasi adsorbsat pada aliran

keluar akan meningkat dengan cepat. Keadaan ini disebut titik tembus (breakpoint) dan

grafik antara konsentrasi adsorbat yang keluar dengan &aktu setelah breakpoint disebut

kur'a terobosan (breakthrough).

2itik tembus dan kur'a terobosan tergantung pada sifat dari adsorbat dan adsorben serta

kondisi operasi. Kur'a tersebut men$adi landai bila kecepatan perpindahan massa berkurang.

Karena kecepatan perpindahan massa selalu terbatas" kur'a terobosan meman$ang dan

berbentuk seperti huruf S (S-shape). +aktu untuk mencapai breakpoint biasanya meningkat

bila ukuran partikel dan la$u alir diperkecil. ambar /.. memperlihatkan kur'a terobosan

yang ideal untuk adsorber unggun tetap.

ambar /.. Kur'a terobosan yang ideal untuk adsorber unggun tetap

/. Panas Adsorpsi

Adsorption )eat

• Adsorption is usually eEothermic (in special cases dissociated adsorption can be

endothermic)

• 2he heat of chemisorption is in the same order of magnitude of reaction heatF the heat of

physisorption is in the same order of magnitude of condensation heat

4


9/36


Kesetimbangan antara fasa terkondensi dan uap diterangkan oleh persamaan 0lausius-

0lapeyron sebagai berikutd(ln%)

d2

7

32/= (/.C)

dengan % adalah tekanan uap" 2 adalah temperatur dan 7 adalah perubahan entalpi e'aporasi. 5ika

rumus di atas diaplikasikan pada kesetimbangan antara suatu lapisan teradsorpsi ( adsorbed layer )

dengan gas" maka persamaan tersebut harus dimodifikasikan karena perubahan entalpi pada

umumnya tidak konstan" tetapi tergantung pada fraksi permukaan yang yang tertutupi (θ). egree

of coverage (θ) merupakan perbandingan banyaknya gas yang teradsorp pada beberapa tekanan

atau konsentrasi (=) dengan $umlah molekul gas yang diperlukan untuk membentuk lapisan tunggal

(=m).

%erubahan entalpi yang tergantung pada harga θ disebut isosteric entalpi adsorpsi (∆1st).

engan menganggap isosteric entalpi adsorpsi tidak tergantung pada temperatur" maka ∆1st dapat

dicari dengan persamaan

∂

∂ θ

(ln%)

2

1

32

st

/

= ∆

(/.D)

5ika persamaan (/.D) diintegrasikan maka akan dihasilkan

ln %

%

1

3

,

2

,

2

,

/

st

, /

= − −

θ

∆ (/.4)

dengan

%, dan %/ @ tekanan uap (k%a)

2, dan 2/ @ temperatur adsorpsi (K)

3 @ konstanta gas

∆1st @ isosteric entalpi adsorpsi (k5;mol)

%anas adsorpsi dihitung melalui hubungan antara isosteric entalpi adsorpsi (∆1st ) dengan

panas adsorpsi (G)" yaituF

G @ - ∆1st (/.H)

ambar /.C. menampilkan adsorpsi isoterm pada dua tipe temperatur.

H

! pt ak e


10/36


ambar /.C. Adsorpsi isoterm pada dua tipe temperatur

Seputar Probem Kesetimbanan Fasa

Seorang peneliti akan menger$akan eksperimen adsorpsi secara kontinyu menggunakan adsorben maupun penelitian tentang reaksi katalitik senya&a organik men$adi senya&a hidrokarbon (M2 process) denganmenggunakan katalis zeolit.Metanol diumpankan harus dalam fasa uap sebelum berkontak dengan katalis.#ntuk itu dirancang sistem pengumpan seperti terlihat pada gambar skema sistem umpan metanol diba&ahini. Ada / opsi aliran yakni Ipsi , aliran gas J/ langsung menu$u ke 3eaktor dengan membuka kran , dan menutup kran /.Ipsi / Aliran gas J/ le&at bubbler dengan menutup kran , dan membuka kran / dan selan$utnya menu$u

3eaktor. Aliran gas J/ le&at pipa yang u$ungnya tercelup dalam cairan metanol sehingga terbentuk gelembung-gelembung gas yang memba&a uap metanol.

Skema sistem umpan uap metano

Apabila peralatan bubler berisi metanol ml pada suhu /0 dan ke dalamnya dialirkan gas J/ denganla$u , ml;;menit. 2ekanan uap (mm1g) metanol dapat dinyatakan sebagai ( "ntoine e#uation)

log % @ - B$

"+ dalam rentang suhu -, - 40. 1arga konstata A@ 848/6" @ 4"4,D dan kerapatan

cairan metanol "DH,6 g;ml pada /0.


11/36


Ke ase cair Irganik , komponen

ase cair senya&aorganik / komponen

1arga konstata A" "ntoinee#uation

1arga konstata "ntoine e#uation

Kerapatan cairan

1

&3

+

/

9

:

;

<

1$

Seputar Probem Adsorpsi Aseton (enunakan Karbon Aktif

Kemampuan adsorpsi adsorpsi karbon aktif terhadap aseton fasa gas dilakukan pada suatu penelitian menggunakan $enis adsorben karbon aktif yang telah diakti'asi. %roses akti'asidilakukan dengan pemanasan pada temperatur 4 o0 sampai kandungan air menguap semuadengan dengan mengalirkan gas inert J/ dengan la$u cc;menit pada temperatur 4 o0 selama /

$am.Setelah itu" proses adsorpsi dilakukan dengan mengalirkan gas J/ dengan la$u yang sama dandile&atkan pada &adah cairan aseton sehingga gas J/ memba&a uap aseton menu$u ke unggunadsorben karbon aktif didalam pipa #. Keluaran gas dari kolom adsorber dianalisa denganmenggunakan &as Chromatography' %ada &aktu adsorpsi t yaitu pada saat ter$adinya kontak

pertama kali antara adsorbat dengan adsorben" kemudian diteruskan dengan pengambilan data

dalam $angka &aktu tertentu selama u$i adsorpsi berlangsung. %engambilan sample dilakukandengan mengumpankan sampel gas keluar kedalam gas chromatografi dan sampling dihentikanketika adsorben telah $enuh" ini dapat ditandai dengan tercapainya konsentrasi kesetimbanganadsorpsi (0L) yang relatif tidak berubah lagi. alam hal ini dapat ditandai dengan konsentrasikeluaran dari kolom adsorber sama dengan konsentrasi sebelum proses adsorpsi dilakukan. alam

penelitian ini

Skema susunan peralatan adsorpsi secara sederhana dapat dilukiskan pada gambar berikut.

Skema proses adsorpsi

A@ tabung gas J/ @ &adah sampel penguapan0 @ #nggun adsorben @ %ipa # kolom adsorpsi gelas 9 @ 1ot plate heater @ termometer @ 2hree &ay *al'e 1@ gas chromatography

,,

out 22

A

=

F

7

4

>

*

as keluar unggun

J/@ cc;menit


12/36


adsorpsi dapat dikatakan sudah mencapai konsentrasi kesetimbangan bila luas area puncak keluaran analisa gas chromatography mendekati sama" tidak mengalami perubahan. 5umlah

ASI3A2 terdsorpsi (=) ini adalah merupakan akumulasi yang dihitung dengan neraca massadalam system unggun tetap pada kondisi tidak tunak (unsteady state). %enyelesaian perhitunganneraca massa untuk mencari harga = tersebut diselesaikan dengan bantuan grafis hasil plot antara&aktu adsorpsi 's kadar olefin (0out). Ada 6 percobaan secara seri dilakukan yang masing-masingseri hasilnya dapat ditabelkan sebagai berikut.

>asi percobaan adsorpsi aseton menunakan karbon aktif pada &: o?aktusampin

Kadar aseton out @mo5m asB C! juma) aseton teradsopsi @mo5 karbonBPercob-1 Percob-& Percob-3 Percob-+ Percob-1 Percob-& Percob-3 Percob-+

.84C .,44/4 .//D .4C/6

/.6C/, .,D6,4 .8C646 .4C,

CH8./D ,,66./ ,8.8 ,H.8,

6.6C6/ .,C8D6 .6CC /.H48D

,6D.,4 //H,.H6 /HDD.6H /4,8.DH

C.8DD8 .,CC 6.HD4 6./H,

/,8/.HC 866/.H 8H86.CC 844./H

H.86H6C ,.H8H 6.6HD44 6.C6

8/88.C 6DH6.6H 6/,.D 68H4.HC

,//.,4HD4 8.468/H 6.CH4/ .HDD,

8H8.C/ 8D/.CH 6HD6.DC 6.,

,/.4,, 8.H8,8H 6.4,/H .//DD

6/H.4, 8/. 8C,.,, C.H

,4/.CHD, 8.H,,D 6.H/,4 .6C6/

68C.4/ CCH.CC CHH.4, C6.48

/, /.DC8DH 6.,4/ .,688 .H/H 66C4.C8 D4H.4 HCH./ C8D/.,

//.D48D 8.H48// ./CCH .D,,6C

64C.84 H8H.86 C/6H.C CDH/.D

8/.H,4 6.CD6D .8D68 .H//4/

6C46.D C,H.4 C/,./8 D//.D

8/.HH8H 6.,6/84 .84C C.,D88

6D8D.D8 C//8.,/ CD8., D.8

6/.H,6D, 6.,,HCD .6//C8 .H44/

6D44. C8,4.4H CH/.DH DD4.CC

6/.4HD8, 6.6, .648D C.C68

646/.C C66.C DDD.6C 46H.66

/.H//8 6.CH .6HD,D C.,//C

64H6.H CH,.88 D/4.6 4/CC.H6

/.H84, 6.//C4 .8,6 C.,C66

6H8/./H CCDC.H D8//.,6 466H.8,

C/.H68H 6./8H4/ .H/H C.8,/

6HC/.C, CD,.8/ D6/.4 4C4.D8

C/.HC/4D 6./6D, .CC C.8D66

6H46./4 CD,4.8D D6D.,6 4C84.H

D/.HDCC 6./C,4 .C/4,8 C.8/6

6HH6.6, CD/D.D8 D6HH. 4D.88

D/.H48H6 6./CD46 .CDCCC C.6/4C

6HHD.,D CD/H.46 D,.HH 4D/H.,4

ila anda sedang mahasis&a sedang ker$a skripsi dengan hasil data seperti diatas" diminta pembimbinguntuk memahami secsra detail tentang adsorpsi" maka hal berikut yang harus anda ker$akan adalah

• Apakah yang dimaksud dengan kesetimbangan adsorpsi dan buatlah plot secara kur'a ideal-nya.

,/


13/36


• uatlah plot antara kadar aseton hasil monitor gas chormatografi dengan &aktu sampling dalam

proses adsorpsi.

• Analisalah apakah kesetimbangan adsorpsi telah tercapai untuk setiap hasil percobaan

• erapakah konsentrasi aseton dan $umlah yang teradsorpsi untuk masing-masing percobaan padakondisi kesetimbangannya

• apatkah anda menentukan isotherm yang manakah cocok untuk hasil percobaan adsorpsi aseton

(model 7angmuir" reundlich" 2emkon ataukah lainnya).

• 1itungkah berbagai koefisien adsorpsi yang ada pada setiap model adsorpsi tersebut.

Adsorpsi Aseton menggunakan karbon aktif pada Tadsorpsi = 45 oC

Waktu(menit)

Kadar aseton out! @mo5m asB C! juma) aseton teradsopsi @mo5 karbonB

Percobaan -1 Percobaan -2 Percobaan -3 Percobaan -1 Percobaan -2 Percobaan -3

,",H "48 1!" " " !!

/ ,"D "C 11" DC" ,/DC"4 12551

6 "46 "D6 3#3 ,CH", /C"D 21223

C ,",4 8"H, 411 /8C/"8 88H,"4 25$$3

H /"CH 6",8 43" 8,C6"8 8H/," 314#3

,/ 8",/ 6"6, 443 8D"C 686" 3"514

, 8"6D 6", 4"1 8D4"H 6C44"/ 41!3"

,4 8"6H 6"D, 4"2 8H8D"C 6HCD"D 451"!

/, 8" 6"H, 4#1 6D8"8 ,C6"/ 4##"3

/ 8"6 6"H/ 4%1 6/6"/ 8CD" 52%#5

8 8"C, 6"H6 5!4 66/C"H C4"H 5$31!

8 8"4 " 514 6HH"4 4//"H "!#45

6 8"C6 6"HH 522 6DC6"C C/" "3$$4

6 8"CD "4 52% 64H4"H C,H"6 ""15"

8"CH "6 54! ,"/ C86/"6 "$#$"

8"D ",8 545 ,/"D C6D" "%!4!

C 8"DD "/8 55" ,C/"/ C6"/ "%"$!

C 8"4, "/ 55% ,HH"8 CC8"6 "%#34

D 8"48 "/D 55% /,6" CD/" "%#$3

D 8"46 "/4 55% /,H" CD8" "%##1

Adsorpsi Chloroform pada karbon aktif pada 27 oC

+aktu(menit)

Kadar c)oroform out @mo5m asB

C! juma) c)oroform teradsopsi

@mo5 karbonBPercobaan-1

Percobaan-2

Percobaan-3

Percobaan-4

Percobaan-1

Percobaan-2

Percobaan-3

Percobaan-4

.4C8D .4,H, .,C6D8 .,CH4 " " " "

/ .8,8 .64H .,/4D .,4HH H66" ,8,"/ ,68," ,C/H"C

6 .6DH/ .8, .,4H .6H,C ,4H8"6 /CC"8 /4C" 8/,,"8

C .H6C/ .8/H ,.D,C /.,6/,6 /48D", 8H,,"C 6,DH", 6C4"H

H .,48 ,./8H 8.,C/CC 8.4H6, 6/8H"4 C/," ,4"H C,D/"6

,/ /.8,H6/ /.H44H 8.46H/ 6.8/86, ,DC"/ CD,", C/C/"H D8H"C

, /.46C8/ 8.H8HD4 6./66DH 6.CDD4 84"C D/68" CD4" DD/"4

,4 /.H6,,/ 6.8D 6.844D .,/HH DD"D D6D"4 D,H"8 4/44"H

/, /.HHDC4 6./HDC 6.6,6C, .,6D84 HD,", DD4"C DC", 4DC"D

/6 8.6// 6./H/8 6.6H/D .,6C// C,"/ DHD8"D D4HH"H H,/"

,8


14/36


/D 8.,86C 6.688,/ 6.CCDD6 .64C C8," 4,/" 4,4,"D H6CD"/

8 8.,CD 6.6C6 6.D, .D8,D C68H"8 4/6"4 468"4 HD//"H

86 8./D8/ 6.8D 6.D6H,/ .DDD CC,"C 48D6"H 4D6"/ HHD"H

84 8.//,8 6.HD 6.D,HC .48C CD8,"H 464/"/ H6" ,,C"/

6/ 8./D/ 6., 6.DDC,D .4HC C464"/ 4DC" H868"8 ,8C"4

6C 8./,/D 6.H,,6 6.H,88 .4D4/ CHCC"H 4CC/", H4D" ,64"6

, 8./464D 6.C/,88 6.HD48 .4686C D,"C 4D66"/ H4/," ,,D",

8.8,464 6.C6HCD .8464 .44/8 D,4D" 4DH8" HHD8"/ ,H"

C 8.88C, 6.C464 .H,,, .4DD D/D,", 448/"H ,,/6" ,CCD",

C 8.84CD 6.D68 .,6,8 .H/84 D88,"C 448"/ ,/8H"8 ,D/,"

D 8.6//,6 6.DHDD ./,H/4 .H8/68 D8C/" 44C6"4 ,8H"4 ,D"

D 8.8HD8 6.D,6CC ./CD4 .H846H D844"/ 44D/"4 ,88H"C ,D4/"D

4 8.66HD 6.D/,C ./D4H .HC/ D6D"4 44DC"D ,864"C ,DH4"H

H 8.66D86 6.D/8D ./4C .HD4 D6,/"8 44D4"/ ,8" ,4"4

Adsorpsi Toluena pada karbon aktif pada 27 oC

t(menit)

Kadar touena out @mo5m asBC! Juma) Douen teradsorpsi

@mo5r karbonBPercoba

an-1Percoba

an-2Percoba

an-3Percoba

an-4Percobaa

n-1Percoba

an-2Percoba

an-3Percoba

an-4

.D4HH .D44 .DH86 .D//4

.C4H4 .DCH, .CD,C .D/6C ,4H8",H //H"8 /C/" 88H,"

H .C46D8 ./,,D .D/, .4DD, 8DH8",D 66H8"8, 8D"/ C4/"4

,8 .C686 .6/6, .CD8C6 .4HD4 D,D"8 C4C"6H DHH8"8 ,/6"8

,C .CC/ .6CD/ .666 .H4DH DCH"D6 H/8D"D/ ,C48" ,8CCC"C

/ .6866 .66/4C .CC4, ,.4D HD,/" ,,C,8"D, ,88D6"6 ,C4H",

/6 .6,/8C .6,,CD ,.HHC /.688HH ,,DH"CC ,6/"8/ ,DD"/ ,H68D"4

/4 .C46D8 .D,/C /.C4C/C 8.6 ,8D8D"/C ,C86"D ,DC"H /,66"6

8/ ,./C64, ,.4,48 /.48844 6.886 ,6DC",4 ,4/8"4 ,H4C" /8/8"/

8C /.DH8 /.D6,D 8.88, 6.HCH ,CC46" ,H66"/H /8H"4 /666"8

6 8.H 8.88DH 8.C8D4, .8HCDD ,D6C"4/ /6D"H /,6D" /8/8"C

6 8.,DH, 8.D4 8.466 C.D,4 ,4HH"48 /,/H,"H4 //C8C"4 /C/"8

8.8C,/H 8.D/,D 6.666 C.H, ,4CCC"D, /,HC"H /8CD6"D /C684"/

6 8.DHC 6./CC, 6.,4D6 C.,/8, ,H4"C //6,"6, /66,,"D /CDD8"8

4 8.CHD6, 6.,DC 6./CDDH C.8C/,H ,H/"/4 //D,"D /D" /D8/"6

C8 8.D,,HD 6./C8C6 6.C888 C./6,C ,H,D"H4 /84H",, /D64", /D8,8"4

C4 8.DD6 6./HC/, 6.44/8 C.68,6H ,HD8"/ /88D4" /C/C", /DD"H

D8 8.H64 6.86444 6.H4H6 C.D ,HH/8"D /8C8D" /C6/"8 /DD,H"4D4 8.HH88 6.6C6 .,D68 C.6,C /,C"// /84D"C /CDDC"6 /D4/"4

46 8.HH68 6.6/ .8,6HH C.,CD6 /44",/ /68"H4 /CH,D" /DHCD"8

H 6.,4HH 6.C6HCC .88D4C C.6H8, //",H /6,D"4 /D64"4 /4/8"6

,/ 6.C6, 6.C84/ .8HC4 C.C,,C4 //6,"C/ /6/,"H /DH/"H /48,"8

,, 6.C,HC 6.CDD8H .668H C.CH/4 //C6"H, /6/6C",8 /D,C", /46H"

,/ 6.DHH4 6.CH/C8 .6,// C.D84C //DD"8 /6/C"4 /D,,," /46,D"D

7isa disempurnakan kerjaan anda sesuai keompokn'a masin-masin---- dikumpukan

Poa Kurva Derobosan Douena! )oroform! dan Aseton,6


15/36


Kur'a terobosan adalah kur'a yang menun$ukkan hubungan antara konsentrasi adsorbat

keluaran kolom adsorpsi terhadap &aktu adsorpsi. +aktu adsorpsi disini adalah &aktu yang diukur

pada inter'al tertentu selama ter$adinya kontak antara adsorbat dengan karbon aktif yang berlangsung secara kontinyu.

Salah satu 'ariabel yang mempengaruhi pola kur'a terobosan adalah konsentrasi adsorbat"

sehingga untuk mendapatkan konsentrasi adsorbat yang berbeda maka ketiga $enis adsorbat

(toluena" chloroform dan aseton) diemisikan pada temperatur yang berbeda pula sesuai persamaan

Antoine masing-masing. (lihat tabel 8., sub bab


16/36


ambar 6.6. Kapasitas adsorpsi toluena terhadap &aktu

ambar 6./. Kur'a terobosan adsorpsi chloroform pada kondisi eksperimen

2adsorpsi @ /Do0" temperatur chloroform yang teremisi dari saturator

(•) 8o0" () /o0" () /o0" () ,o0

,C


17/36


ambar 6.. Kapasitas adsorpsi chloroform terhadap &aktu

ambar 6.8. Kur'a terobosan adsorpsi aseton pada kondisi eksperimen

2adsorpsi @ /Do

0" temperatur aseton yang teremisi dari saturator

,D


18/36


(•) 6o0" () 8o0" () /o0" () ,o0

ambar 6.C. Kapasitas adsorpsi aseton terhadap &aktu

2abel 6.,. ata Kesetimbangan adsorpsi toluena" chloroform" dan aseton pada karbon

aktif.

Jenis Adsorbat E @ mo5ccB CE @ mo5r karbon aktifB

6"DHH4 //DD"8

6"CH/C8 /6/C"4

"6,// /D,,,"6D

C"D84C /46,D"D6

8"66,4 D6,/"/C6"D,/D 44D4",H

" /D,,D ,86H"HH

"HC66, ,4"4,

/"H48H6 6HHD",D

6"/CD46 CD/H"46

"CDCC D,"HH

C"6/4C 4D/H",4

,4

Aseton

)oroform

Douena


19/36


ambar 6.,. Adsorpsi isoterm toluena" chloroform" dan aseton

%erhitungan konstanta


20/36


>868F86 ( 6.D,/D 44D4.,H .CD8, 8.H648/ ./,/4 ,.,89-6

./D,,D ,86H.HH .D/,H, 6.,6H6 .,4HD, H.CC9-

.HC66, ,4.4, .DDD 6.88CC .,CDCC H./9-

/.H48H6 6HHD.,D .6D6DH 8.CH4D/ .88,8 /.9-6AS=D80 6./CD46 CD/H.46 .C8/, 8.4/4 ./868, ,.6H9-6

.CDCC D,.HH .D6H 8.4DHH .,DC,C ,.889-6

C.6/4C 4D/H.,4 .4C8D 8.H6HD .,C,4 ,.,9-6

ambar 6.,/. 7inierisasi persamaan


21/36


ambar 6.,8. rafik linierisasi persamaan isoterm 7angmuir untuk toluene" chloroform" dan

aseton.

2abel 6.8. 1arga konstanta reundlich dan 7angmuir

E - daera) konsentrasi @ mo5ccB

(6"4 - C"D6) (8"66/- "HC6) (/"H46 - C"68)

A*S867AD

2ipe


22/36


entuk kur'a terobosan yang terbentuk pada gambar 6.,." 6./." dan 6.8." pada kolom

unggun tetap ( fixed bed ) menun$ukkan kemampuan adsorpsi unggun karbon aktif yang sebenarnya

pada $enis adsorbat dan adsorben" kondisi operasi serta geometri kolom.Secara umum kur'a terobosan yang terbentuk pada gambar 6.,." 6./." dan 6.8." cukup

memadai karena pola kur'a membentuk S-shape" yang ditandai dengan terbentuknya garis datar

( flat ) sebelum tercapainya titik tembus" kur'a terobosan (breakthrough)" dan garis datar lagi yakni

tercapainya kesetimbangan adsorpsi.


23/36


,G.&. Kapasitas Adsorpsi Douena! )oroform dan Aseton Der)adap ?aktu Adsorpsi

1asil kur'a terobosan yang tebentuk pada gambar 6.,." 6./." 6.8." dibuat suatu grafik yang

menyatakan hubungan antara $umlah adsorbat yang teradsorp (=) oleh karbon aktif terhadap &aktu

adsorpsi. 1arga = dihitung berdasarkan neraca massa pada sub bab


24/36


kesetimbangan (0L) masih berkesetimbangan dengan harga =L. 1arga θ untuk ketiga $enis

adsorbat dapat dilihat pada tabel 6.8. sub bab


25/36


Aseton /"44

#ntuk lebih membandingkan pengaruh polaritas dari ketiga $enis adsorbat terhadap

kapasitas adsorpsi karbon aktif" dapat dilihat pada diagram batang gambar 6.,,. 5umlah toluena"

chloroform" dan aseton yang teradsorp dibandingkan pada konsentrasi kesetimbangan adsorpsi

yang sama" yakni 0L @ µmmol;cc.

ambar 6.,,. %engaruh polaritas adsorbat terhadap kapasitas adsorpsi karbon aktif.

%ada gambar 6.,,. $elas terlihat bah&a pada kondisi kesetimbangan adsorpsi pada

temperatur /Do0" la$u alir gas carrier J/ sebesar D cc;menit" dan $umlah karbon aktif sebesar "

gr" polaritas yang semakin besar akan menurunkan kapasitas adsorpsi karbon aktif. engan kata

lain" toluena teradsorpsi dengan baik pada karbon aktif diikuti oleh chloroform dan aseton.

,G./. Penentuan Konstanta Freundic) dan anmuir.

#ntuk melihat apakah adsorpsi toluena" chloroform" dan aseton mengikuti isoterm adsorpsi

model reundlich atau 7angmuir" maka dapat dibuktikan melalui nilai koefisien determinasi (3 /)

yang ditun$ukkan oleh grafik linierisasi kedua model tersebut.

Konstanta reundlich (K dan n) dapat dicari dengan menggunakan persamaan (/.8)

dengan menggambarkan grafik linierisasi antara log 0L 's log =L" sedangkan konstanta 7angmuir

(K A dan =m) dapat dicari dengan menggunakan persaman (/.6) dengan mengambarkan grafik

/


26/36


linierisasi antara ,;0L 's ,;=L . 1asil grafik linierisasi


27/36


pada suhu 8o0. 5umlah aseton yang teradsorp pada ketiga temperatur adsorpsi dapat dilihat pada

gambar 6.,6.

ambar 6.,6. %engaruh temperatur adsorpsi terhadap kapasitas adsorpsi karbon aktif.

%ada gambar 6.,6. dapat dilihat bah&a pada temperatur adsorpsi /Do0" kapasitas adsorpsi

karbon aktif berada pada titik optimum. Kenaikan temperatur adsorpsi pada 6o0 dan Co0

mengakibatkan kapasitas adsorpsi karbon aktif yang semakin menurun.

%enurunan kapasitas adsorpsi pada rentang temperatur di atas /Do0 mengindikasikan

bah&a proses adsorpsi yang ter$adi merupakan adsorpsi fisika yang bersifat eksotermis. 1al ini

sesuai dengan prinsip Le Chatelier yang mengatakan bah&a pada proses adsorpsi ter$adi pelepasan

se$umlah panas;energi dari adsorbat ke adsorben atau proses adsorpsi adalah proses eksotermis

sehingga peningkatan temperatur pada tekanan yang tetap akan mengurangi kapasitas adsorpsi.

,G.:. Per)itunan Panas Adsorpsi

%erhitungan panas adsorpsi dilakukan untuk melihat apakah $enis adsorpsi yang ter$aditermasuk adsorpsi fisika atau adsorpsi kimia. #ntuk menentukan $enis adsorpsi ini" dilakukan

perhitungan panas adsorpsi terhadap aseton dengan kesetimbangan adsorpsi pada temperatur /D0

dan 60. ari masing-masing adsorpsi isoterm pada temperatur tersebut" diperoleh kapasitas

adsorpsi aseton oleh karbon aktif dari setiap konsentrasi kesetimbangan adsorpsi seperti

diperlihatkan pada gambar 6.,.

,G.:. Per)itunan Panas Adsorpsi

%erhitungan panas adsorpsi dilakukan untuk melihat apakah $enis adsorpsi yang ter$adi

termasuk adsorpsi fisika atau adsorpsi kimia. #ntuk menentukan $enis adsorpsi ini" dilakukan

perhitungan panas adsorpsi terhadap aseton dengan kesetimbangan adsorpsi pada temperatur /D0

dan 60. ari masing-masing adsorpsi isoterm pada temperatur tersebut" diperoleh kapasitas

adsorpsi aseton oleh karbon aktif dari setiap konsentrasi kesetimbangan adsorpsi seperti

diperlihatkan pada gambar 6.,.

/D


28/36


ambar 6.,. Adsorpsi isoterm aseton pada dua tipe temperatur.

%anas adsorpsi dihitung pada harga =L atau degree of coverage (θ) yang sama untuk kedua

temperatur adsorpsi. alam hal ini harga =L yang diambil sebesar CD8 µmol;gr karbon aktif.

%anas adsorpsi dihitung dengan menggunakan persamaan (/.4)

ln %

%

1

3

,

2

,

2

st

, /

,

= − −

θ

∆

atau

ln L

L

1

3 2 2

stC

C

,

/ , /

, ,

= − −

θ

∆ (6.8)

ari gambar 6.,." untuk =L @ CD8 µmol;gr karbon aktif maka

2, @ 8,4 K 0,L @ "/D8D µmol;cc

2/ @ 8 K 0/L @ 6",,8 µmol;cc

dengan mengambil harga 3 @ 4"8,6 5;mol K" maka dari persamaan (6./) diperoleh

∆1st @ ,"C K5;mol atau panas adsorpsi (G) @ - ,"C K5;mol.

/4


29/36


%roses adsorpsi secara fisika (physical adsorption) umumnya mempunyai harga panas

adsorpsi pada daerah - (4 - /) K5;mol" sehingga berdasarkan panas adsorpsi yang diperolehdapat dikatakan bah&a adsorpsi yang ter$adi adalah adsorpsi fisika.

Ileh karena aseton mempunyai harga polaritas yang paling tinggi diantara ketiga adsorbat (

lihat sub ab


30/36


iserahkan sesaat sebelum #AS Mei /," diketik dengan softcopy dan tulisantangan

• #AS open book ---kesetimbangan asa---- enomena %ermukaan

•

0P( 0ama Ke

Adsorbsi sesuaiconto)5ai

@>asi PenetB

Atkins ! P)'sica)emistr'! ; t) ed.H

7ab &/

Soa-soaScaumIs7ab &3

Adsorption=Cuiib *ata

>andbook BTugas%& Tugas%&2' (o)soal

HCC6D8 Arini Aristia Saputra

1

Adsorpsiaseton padasu)u &: o

• &/.3H &/./! &/.:

• &/.+@bBH &/./ @bBH

&/.; @bB

• &/.+H &/./H &/.9

• &/.3$

Sampe-1 Adsorpsi8&- )a 3<*enan Actarbon

HCC6,6/ ian Jindita

HCC6/,, &- )a 119

HCC6H/ hakti &i oga

HCC6,C, 9fniarsi S %anggalo

8


31/36


o • &/.+H &/./H &/.9• &/.33

HCC6/8 +- )a

1&< denanAct. carbon

HCC6,D6 9rna&ati

HCC6/68 5aka +ibo&o

HCC68,/ Jurul Sat&ika #tami

HCC684/ 3amadhan

HCC66C6 Soleh Apip

HCC688 ita Agitia ransisca

HCC6, illy .m. Sagala

,

Adsorpsi

touene padasu)u &: o

• &/.3H &/./! &/.:

• &/.< @bBH &/.11@bBH&/.13@bB

• &/.:H &/.+- )a13/ denanAct. carbon

HCC6D, 7aili %urnamasari

HCC/C,/ Muhammad usuf 3amlyunggio

HCC66HC Ayu Setya


32/36


&/.: iscuss the uni=ue physical and chemical properties of zeolites that make them useful heterogeneous

catalysts.

&/.1b A monolayer of 0I molecules is adsorbed on the surface of ,. g of an e;Al/I8 catalyst at DD K" the

boiling point of li=uid nitrogen. #pon &arming" the carbon monoEide occupies 6./ cm8 at o0 and ,. bar. +hat

is the surface area of the catalystO

&/.&b 2he 'olume of gas at / o0 and ,. bar adsorbed on the surface of ,. g of a sample of silica at o0 &as

,.C cm8 at /.6 k%a and /.D8 cm8 at ,6 k%a. +hat is the 'alue of monO

&/.3b 2he adsorption of a gas is described by the 7angmuir isotherm &ith @ .DDD k%a-, at /o0. 0alculate the

pressure at &hich the fractional surface co'erage is (a) ./" (b) .D.

&/.+b A certain solid sample adsorbs .C8 mg of 0I &hen the pressure of the gas is 8C. k%a and the temperature

is 8 K. 2he mass of gas adsorbed &hen the pressure is 6. k%a and the temperature is 8K is ./, mg. 2he

7angmuir isotherm is kno&n to describe the adsorption. ind the fractional co'erage of the surface at the t&o

pressures.

&/./b A solid in contact &ith a gas at 4.4C k%a and / o0 adsorbs 6.CD mg of the gas and obeys the 7angmuir

isotherm. 2he enthalpy change &hen ,. mmol of the adsorbed gas is desorbed is B,/./ 5. +hat is the e=uilibrium

pressure for the adsorption of the same mass of gas at 6 o0O

&/.9b Jitrogen gas adsorbed on a surface to the eEtent of ,./6/ cm8 g-, at 8 k%a and ,4 K" but at /6

K the same amount of adsorption &as achie'ed only &hen the pressure &as increased to ,./ M%a. +hat isthe enthalpy of adsorption of nitrogen on the surfaceO

@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@

&/.1 2he data belo& are for the chemisorption of hydrogen on copper po&der at / o0. 0onfirm that they fit the

7angmuir isotherm at lo& co'erages. 2hen find the 'alue of for the adsorption e=uilibrium and the adsorption

'olume corresponding to complete co'erage.

----------------------------------------------------------------------------------

p;%a / ,/H /8 6 , ,H8

;cm8 .6/ .,C8 .//, .8/, .6,, .6D,

&/.& 2he data for the adsorption of ammonia on barium fluoride are reported belo&. 0onfirm that they fit a 92

isotherm and find 'alues of c and mon.

(a) * @ o0" pL @ 6/H.C k%a

p;k%a ,6. 8D.C C.C DH./ 4/.D ,.D ,C.6

;cm8 ,,., ,8. ,6.H ,C. ,. ,D.8 ,C.

(b) * @ ,4.C o0 " pL @ 4,H.D k%a

p;k%a .8 4.6 ,6.6 /H./ C/., D6. 4., ,/.

;cm8 H./ H.4 ,.8 ,,.8 ,/.H ,8., ,8.6 ,6.,

8/


33/36


&/.3 2he follo&ing data ha'e been obtained for the adsorption of 1/ on the surface of ,. g of copper at o0.

2he 'olume of 1/ belo& is the 'olume that the gas &ould occupy at S2% ( o0 and , atm).

p;atm . ., ., ./ ./

;cm8 /8.4 ,8.8 4.D C.4 .D,

etermine the 'olume of 1/ necessary to form a monolayer and estimate the surface area of the copper sample. 2he

density of li=uid hydrogen is .D4 g cm -8.

&/.+ 2he adsorption of solutes on solids from li=uids often follo&s a reundlich isotherm. 0heck the applicability

of this isotherm to the follo&ing data for the adsorption of acetic acid on charcoal at / o0 and find the 'alues of

the parameters c, and c/.

---------------------------------------------------------------

PacidQ;(mol dm-8) . ., . ,. ,.

+a;g .6 .C .,/ .,C .,H

--------------------------------------------------------------

+a is the mass adsorbed per unit mass of charcoal.

&/./RA. Akgerman and M. !ardkoohi ( ,' Chem' ng' ata +1" ,4 (,HHC)) eEamined the adsorption of phenol

from a=ueous solution on to fly ash at / o0. 2hey fitted their obser'ations to a reundlich isotherm of the form cads

@ csol,;n" &here cads is the concentration of adsorbed phenol and csol is the concentration of a=ueous phenol. Among

the data reported are the follo&ing

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

csol;(mg g-,) 4./C ,.C /.68 8,.D6 6.

cads;(mg g-,) 6.6, H./ 8./ /. CD./

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

etermine the constants and n. +hat further information &ould be necessary in order to eEpress the data in terms

of fractional co'erage" * O

&/.9R M.-. Ili'ier and 3. 5adot ( ,' Chem' ng' ata +&" /8 (,HHD)) studied the adsorption of butane on silica

gel. 2hey report the follo&ing amounts of absorption (in moles per kilogram of silica gel) at 88 K

p;k%a 8,. 84.// 8.8 DC.84 ,,.HD ,8.6D ,C.C ,4/.6, /.D /,H.H,

n;(mol kg-,) ,. ,.,D ,.6 /.6 /.6H /.H 8.// 8.8 8.8 8.8C

it these data to a 7angmuir isotherm" and determine the 'alue of n that corresponds to complete co'erage and the

constant .

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@

&/.: 2he designers of a ne& industrial plant &anted to use a catalyst code-named 03-, in a step in'ol'ing the

fluorination of butadiene. As a first step in the in'estigation they determined the form of the adsorption isotherm.

2he 'olume of butadiene adsorbed per gram of 03-, at , o0 'aried &ith pressure as gi'en belo&.


34/36


p;k%a ,8.8 /C.D 6. 8.8 CC.D 4.

;cm8 ,D.H 88. 6D. C.4 D.8 H,.8


35/36


#;(mg g-,) D.,8 6.C ,.4 ,., . .8,

(c) 0ompare the sorption efficiency of ground rubber to that of granulated acti'ated charcoal &hich for benzene has

been sho&n to obey the reundlich isotherm in the form # @ ,.ce=,.C &ith coefficient of determination // @ .H6.

Per)itunan uas area adsorben berdasar 7=Dalam rangka untuk mempertinggi kemampuan adsorbent untuk meningkatkan daya adsorpsinya dilakukan dengan caraimprenasi yakni dengan menambahkan aditif 18I8 (asam orat) pada karbon aktif dengan penambahan (loading) maing-

masing sebesar ," /" 8 dan 6 U berat. Jamun penambahan ini mengakibatkan perubahan luas permukaan karbon aktif.#ntuk itu diperlukan pengukuran luas permukaan karbon aktif pada setiap sampelnya dengan menggunakan teknik adsorpsi7=D @7runauer-=mmett-DeerB isotherm. Adsorpsi menggunakan gas nitrogen dengan adsorpsi pada suhu cairnya sekitar -,C o0 (luas permukaan molekul Jitrogen "m @ ,C./ E ,-/ m/;molekul. ata hasil pengukuran dinyatakan dalam bentuk 3elati'e %ressure (%;%o) dengan J/ as adsorbed *gas(cc;g) S2%" ditabelkan sebagai berikut ini.

Sampe 1 karbonAktif , U 18I8

Sampe & karbonaktif / U 18I8

Sampe 3 karbonaktif 8 U 18I8

Sampe + karbonaktif , U 18I8

Sampe / karbonaktif U 18I8

3elati'e%ressure

%;%o

J/asadsorbed

*gas(cc;g) S2%

3elati'e%ressure

%;%o

J/asadsorbed

*gas(cc;g) S2%

3elati'e%ressure

%;%o

J/asadsorbed

*gas(cc;g) S2%

3elati'e%ressure

%;%o

J/asadsorbed

*gas(cc;g) S2%

3elati'e%ressure

%;%o J/as adsorbed*gas(cc;g) S2%

.,88 /8.44/H .HH4 //.H66 .,D6 ,HC .,8D D.HD46 .,6D ,/.6C

./4H /6.6C/4 .,HD/H /6/.8H48 ./,D8 /,8./C, ./44 DD.846 ./H8 ,/6.6

.8/4D /C/.C4H4 .8C /.CC/, .8C4C //.C8D ./HH,4 4.CH4/ .8,H ,/.H

.6D/6 /CD.C8D .8HC4 /6.CH6 .6,,/6 //6.,66 .6/6 48./// .8 ,/C.D/

8


36/36


.,,4 /CH.66H .4 /D.C,6C .6, //C.,4, .86H 4./H6 .68 ,/D.C

.C/, /D,.68/6 .C,/D /D .C6C //D.HD .C846 4D.4/ .64 ,/4.48

.D8, /D8.,8HH .D, /C/.84H, .D68 //H.CD4, .D/8H 4H.CD4D .C6H ,/H.HH

.4,C /D.8DD .DH46 /C.8,6, .4/C6 /8,.CC4H .DHH6 H/.68,, .D6H ,8,.,,

.4H4H /DD.6D,H .HC64 /D.DH8 .4HC8/ /8./48 .HHD HC .4/D ,8/.6H

.HH68D /4H.D,68 .HHC /H4.4// .HHC/ /DC./444 .HH6H ,4./D,/ .4H4C ,86.6C

.H ,6.

.HH6H ,66.H8

ila Anda konsultan karbon aktif" diminta client AM untuk mendapatkan data-data dan informasi sebagai berikut • %lot antara 3elati'e %ressure (%;%o) dengan J / as adsorbed *gas(cc;g) S2%. Sampel mana yang mempunyai

keamampuan adsorpsi yang paling besar

• Analisalah secara kasar sampel mana mempunyai kemampuan luas permukaan yang paling besar.

• erdasarkan 92 isotherm menggunakan persamaan pada batas

berapakah berlakunyaO

• #ntuk menghitung luas permukaan sampel maka anda diminta untuk melinerisasi @a B bT" dengan membuat harga

@ dan harga T@ p;po. erapakah harga intercept (i) dan slopenya (s) untuk masing-masing sampel

• Apakah harga konstanta c @ i.s B ," $elaskan secara analitis sa$a

• Apa yang dimaksud dengan *m dan berapakah harganya

• Akhirnya dapatkah anda menghitung luas permukaan untuk masing-masing sampel karbon aktif

);();(,,

);,(

;

% % % %

c(

c

c( % % (

% %

mm

∝−

+=−

);,(;

.

.

% % ( % %

−

fenomenapermukaan adsorpsi kimfis 2. versi 2003

Documents