Surface Chemistry Adsorption

ADSORPTION

Adsorption is the process in which matter is extracted from one phase and concentrated at the surface of a second phase. (Interface accumulation). This is a surface phenomenon as opposed to absorption where matter changes solution phase, e.g. gas transfer. This is demonstrated in the following schematic.

d

Important Term

If we have to remove soluble material from the solution phase, but the material is neither volatile nor biodegradable, we often employ adsorption processes. Also adsorption has application elsewhere.

adsorbate: material being adsorbed adsorbent: material doing the adsorbing.

Faktor yang Mempengaruhi:

• • • 1. pH pH mengakibatkan perubahan distribusi muatan pada permukaan mineral sebagai akibat terjadinya reaksi protonasi dan deprotonasi gugus SOH.

Permukaan mineral relatif lebih bermuatan positif pada pH rendah, dan cenderung bermuatan negatif pd pH tinggi Afinitas anion dan kation terhadap permukaan pd pH rendah dan tinggi?

Jaslin et al. 2005

Jaslin et al., 2002

Faktor yang Mempengaruhi:

• • 2. Sifat Sorbat Sifat-sifat sorbat dapat dibilang sebagai faktor terpenting yang menentukan perilaku adsorpsi. Beberapa sifat spesies organik: konsentrasi, struktur molekul (Weber 1970), jumlah dan posisi gugus fungsional (Dashman and Stotzky 1984, Zielke et al. 1989, Boily et al. 2000, Johnston et al. 2001), dan jenis gugus fungsional.

Jaslin et al. 1999

Faktor yang Mempengaruhi:

• • 2. Sifat Sorbat Untuk sorbat anion: semakin tinggi konsentrasi anion, adsorpsi pada situs tepi mineral atau situs SOH akan bergeser ke pH yang lebih rendah karena tingginya konsentrasi anion menuntut lebih banyaknya jumlah SOH 2 + , dan untuk itu pH medium harus lebih rendah (Jaslin et al. 2004, 2005).

pH juga mempengaruhi secara signifikan distribusi spesies sorbat, sehingga akan mempengaruhi adsorpsi sorbat tersebut

100 80 60 40 20 0 4 6

pH

8 10 1 x 10 5 x 10 5 X 10 1 X 10 -4 M -5 M -4 -3 M M Jaslin et al. 2006 11

Distribusi spesies fosfat sebagai fungsi pH 100 H 2 PO 4 80 HPO 4 2 60 40 20 PO 4 -3 H 3 PO 4 0 3 4 5 6 7 8 9 10 11 pH

Gambar 5.24

. Distribusi spesies fosfat yang dihitung dengan parameter yang tertera dalam Tabel 5.1 pada suhu (∙∙∙∙∙∙∙∙∙)10 o C, ( – – –) 30 o C dan ( ––––) 50 o C .

Jaslin et al. 2012

Faktor yang Mempengaruhi:

• • 3. Sifat dan Konsentrasi Sorben Sorben yang berbeda akan mempunyai daya adsorpsi yang berbeda terhadap suatu sorbat. Dua jenis sampel montmorillonite (yang satu dari Texas, dan yang lainnya dari Wyoming, Amerika) yang memiliki luas permukaan sama ternyata mempunyai daya adsorpsi yang berbeda. Daya adsorpsi montmorillonite dari Texas terhadap 2 aminopyridine jauh lebih rendah dibandingkan dengan montmorillonite dari Wyoming (Jaslin et al. 2005a).

Faktor yang Mempengaruhi:

• • 3. Sifat dan Konsentrasi Sorben Perbedaan tersebut dapat difahami karena perbedaan kapasitas pertukaran kation (CEC) kedua montmorillonite tersebut, di mana montmorillonite dari Texas jauh lebih kecil dibandingkan montmorillonite dari Wyoming. Bahkan sorben yang sama, tetapi terjenuhkan oleh kation yang berbeda mempunyai daya adsorpsi yang berbeda. Sebagai contoh, montmorillonite dari Texas yang terjenuhkan dengan kation K + mempunyai daya adsorpsi jauh lebih besar daripada yang terjenuhkan dengan kation Ca 2+ (Jaslin et al. 2005a).

Jaslin et al. Clays and Clay Minerals, 2005

Faktor yang Mempengaruhi:

• • 4. Suhu Perubahan suhu dapat mempengaruhi perilaku adsorpsi dengan cara mengubah karakter komponen dasar dari sistem adsorpsi, seperti sifat kimia sorbat dan muatan permukaan sorben. Sebagai contoh, Brady et al. (1992, 1994, 1996) menunjukkan bahwa konstante keasaman silika, alumina, dan kaolinite, serta muatan permukaannya berubah sampai satu setengah kalinya dari suhu 25 o C ke 70 o C.

Kinetika proses adsorpsi juga berubah karena perubahan suhu. Bruemmer et. al. (1988) menunjukkan bahwa kinetika adsorpsi / desorpsi dapat berubah secara signifikan akibat perubahan suhu yang sedang-sedang saja (sekitar 30 K).

17 Effect of T to Adsorption Edges 100 80 60 40 50 o C 30 o C 10 o C 20 0 3 4 5 6 pH 7 8 Jaslin et al., Thermodinamic Parameters on the Sorption of Phosphate Ions by Montmorillonite, 2012 9 10

Faktor yang Mempengaruhi:

4. Medium Elektrolit • Adsorpsi kation ditemukan naik jika medium elektrolit dinaikkan (Schinder et al. 1987, Puls and • • Bohn 1988, Spark 1995).

Ion dari elektrolit dpt berinteraksi dgn sorben dan mengubah karakteristik permukaan sorben Ion dari elektrolit dpt berkom[petisi dgn sorbat utk permukaan (Spark et al. 1995)

Interaksi yang Mungkin

Ikatan antara sorben dan sorbet dapat terjadi melalui tarikan elektrostatik atau pembentukan ikatan kimia yang spesifik atau ikatan fisika. Beberapa mekanisme reaksi ikatan kimia yang menyebabkan terbentuknya kompleks tersebut, misalnya:

1. Interaksi elektrostatik

Sorbat dapat terprotonasi atau terdeprotonasi, dan berinteraksi dengan gugus aktif di permukaan sorben.

Interaksi yang Mungkin

2. Pertukaran ion

Sorbate kation dapat menggantikan kation logam anorganik dalam mineral melalui tarikan elektrostatik (Nearpass 1970, Baker and Luh 1971, Gemeay et al. 2002, Jaslin et al. 2005).

Interaksi yang Mungkin

3. Ikatan hidrogen

– Sorbat dapat berinteraksi dengan gugus fungsional permukaan melalui pembentukan ikatan hidrogen. – Di dalam suatu penelitian adsorpsi ditemukan bahwa piridin dilaporkan membentuk ikatan hidrogen yang kuat dengan molekul air yang terkoordinasi oleh Cu 2+ yang teradsorb oleh kaolinite (Reis 1996). – Ikatan hidrogen dapat terjadi antara molekul organik polar yang terkoordinasi oleh air, dan kation-kation yang terikat oleh permukaan mineral lempung. Ikatan semacam ini disebut juga jembatan air (water bridging) (Kowalska et al. 1994). – Water bridging juga telah dilaporkan sebagai mekanisme reaksi antara aminopiridin dan bentonit, sepiolite, dan montmorillonite (Akyüz 1999, 1999a, 2001).

Interaksi yang Mungkin

4. Pembentukan ion dipol

Kation dari sorben dapat membentuk koordinasi tipe ion dipol dengan molekul organik anionik atau non ionik (L δ ¯) yang dapat menyumbangkan elektron.

Interaksi yang Mungkin

5. Interaksi hidrofobik

– Spesies sorbat hidrofobik cenderung membentuk agregat dan mengikat permukaan melalui interaksi yang menghasilkan hidofobisitas dan ikatan dengan permukaan yang lebih kuat. – Sebagai contoh, interaksi hidrofobik diusulkan sebagai suatu mekanisme adsorpsi: • asam polimaleat dan fulvat oleh gothite (Wang et al. 1997), • asam amino poliasetat oleh  -Al 2 O 3 (Bowers and Huang 1985). • keberadaan asam ftalat dapat memacu adsorpsi suatu molekul hidrofobik antrasin yang sama sekali tidak teradsorb oleh kaolinite dan goethite. Hal ini dikarenakan asam ftalat dapat terikat oleh kaolinite dan gothite dan meninggikan hidrofobisitas permukaan mineral lempung tersebut (Angove et al. 2002).

Interaksi yang Mungkin

6. Ikatan pi

– Spesies sorbat dapat menyumbangkan dan menggunakan bersama elektron pi-nya dengan gugus aktif permukaan. – Ikatan semacam ini telah diusulkan oleh Harris et al. (2001) untuk adsorpsi molekul poliaromatik oleh kaolinite.

Interaksi yang Mungkin

7. Ikatan van der Waals

– Spesies sorbat dapat mengikat gugus aktif permukaan. – Energi ikatan van der Waals ini sangat lemah. – Ikatan semacam ini terjadi ketika atrazin mengikat smektit (Bariusso et al. 1994), – juga untuk ikatan antara sistein dan montmorillonite (Brigatti et al. 1999).

Tugas:

• Temukan satu artikel tentang adsorpsi (utamanya ttg reaksi antara sorbat dan sorben) dan ulas: – Faktor2 yang berpengaruh dalam adsorpsi yang dibahas/dikontrol dalam penelitian – Jenis ikatan yang terjadi dalam interaksi antara sorbat dan permukaan sorben.

Selamat Belajar

• Terima kasih ata perhatiannya