aktivasi zeolit

Iis Fat Fatimah imah

,

Penggunaan Na-Zeolit Alam Teraktivasi Sebagai Penukar Ion Cr 3+ Dalam Larutan

25

Penggunaan Penggunaan Na-Zeolit Na-Zeolit Alam Teraktiva eraktivasi si sebagai sebagai Penu Penuk kar Ion Ion Cr3+ dalam Larutan Larutan Oleh : Is Fatimah

*)

ABSTRACT Prepar Preparation ation of Na-Zeolit Na-Zeolitee by stirring stirring the activate activated d natural natural zeolite in 1 of NaCl for a week were carried out. Activation of natural zeolite was done by variation method. There are consist consist of reflux reflux zeolite using using 6 M of HCl for 4 hours, reflux reflux zeolite using 2 M of H 2SO4 for 4 hours and stirring zeolite in 2M of NaOH for 6 hours. hours. All of activation activation proce process ss followed followed o by calcination the sampel at 500 C for 4 hours hours The The CharacCharacteriza terizatio tion n of the the zeolite zeolite was done done by means means Cati Cation on Exchan Exchange ge Capacity (CEC) (meq/g (meq/g ) measurement. measurement. Ion exchange exchange were done using batch sistem, and concentration of ion were determined by Atomic Absorption Spectroscopy (AAS). The result esult of resear esearch ch showed showed that that the highes highestt ion exexchange change capability capability reach reached ed by activated activated zeolite zeolite using reflux in 6M of HCl..

Key words:

Natural Zeolite, Activation

PENDAHULUAN

Indones Indonesia ia merupakan merupakan negara negara yang yang kaya kaya akan sumber sumber daya daya mineral, mineral, diantara diantarany nyaa adalah adalah melimpa melimpahny hnyaa potensi potensi zeolit zeolit alam alam yang yang ada lebih dari dari 40 lokasi dan relatif belum belum banyak banyak dikembangk dikembangkan. an. Melimpahny Melimpahnyaa zeolit alam tersebut telah melahirkan melahirkan kecenderungan kecenderungan baru baru dalam kajian ilmu pengetah pengetahuan uandan dantekn teknolog ologi. i. Hingga Hingga saat ini zeolit zeolit banyak banyak digunaka digunakan n sebagai sebagai katalisat katalisator or,, adsorb adsorben en dan penukar penukar ion. Dalam Dalam hal kemamp kemampuan uanzeo zeolit lit sebag sebagai ai penuka penukarr ion dan adsorbe adsorben, n, zeolit zeolit telah dimanfaatkan dalam pemurnian air dari ion ammonium dan ion *)

Dosen Fakultas Matematika Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Islam Indonesia

ISSN: 1410-2315

LOGIKA ,

Volume Vo lume 4, Nomor 5, 2000

26

Iis Fatimah

,


logam. Salah satu yang dapat dikembangkan dari sifatnya ini adalah penggunaan zeolit alam sebagai penukar ion Cr3+ dalam larutan air. Adalah penting mempelajari pertukaran ion Cr3+ dengan menggunakan zeolit mengingat di dalamlingkungan, apabilajumlah ion-ionkrom melampaui baku mutulingkungan, krom bersifat toksik(Saeni, 1989). Mengingat kemampuansuatusampelzeolitdalammenyerapdanmenukar iondarisuatu larutanbersifatspesifik,perludilakukanpeningkatankemampuan sampel zeolit sebagai penukar ion. Diantaranya adalah dengan proses aktivasi dan modifikasi.

TUJUAN PENELITIAN

Dalam penelitian ini dikembangkan pemanfaatan zeolit alam sebagai pengambil atau penukar ion Cr3+ dengan memodifikasi zeolit alam menjadi homo ionzeolit;Na-zeolit alam. Selainitu,dipelajariperlunyaaktivasiterhadap zeolit sehingga didapatkan sampel zeolit yang mampu menukar ion Cr 3+ secara optimal.

MANFAAT PENELITIAN

Dari penelitianini diharapkan adanya sumbanganpemikiran terhadap masalahairbersih,penanganan limbah industriyangmengandunglogamberat, khususnya logamCr dalambentuk ion Cr3+ danbidang-bidanglainnya seperti industri kimia, serta bidangpertaniandanpeternakansebagai pengendali kadar Cr yang bersifat toksik. Disamping itu diharapkan adalanya peningkatan pendayagunaan sumber daya mineral, khususnya zeolit alamdi Indonesia.

TINJAUAN PUSTAKA Zeolit

Zeolit merupakan senyawa tektosilikat yang berbentuk kristal alumina silikat terhidrat yang mengandung ion-ionlogam alkali dan alkali tanah di dalam kerangka tigadimensi kristal.Zeolit memiliki kerangka terbukayang dicirikan oleh adanya jaringan rongga–rongga atau pori-pori yang terdapat dalam celah-celah kristalnya (Oedjans, 1984). Beberapa silikon di dalam zeolit diganti oleh atom aluminium yang memberikanstrukturbermuatannegatif.Muatannegatifdiimbangiolehadanya , LOGIKA

Volume 4, Nomor 5, 2000

ISSN: 1410-2315

Iis Fatimah

,


27

kation sepertiion-ion natrium,kalsium,danbarium yang kurangterikat kuat. Keadaan ini memungkinkan pergantian ion-iontersebut dengankation laindi dalam larutan dengan cara pertukaran ion (Vaughan, 1978). Kromium

Kromium merupakan salah satu logam berat. Iom krom dapat berada dalam keadaan polivalen dengan muatan elektris tergantung pada sistem. Pada larutan basa di atas pH=6, kromium (VI) berada dalam bentuk ion CrO4 2-. Pada pH antara 2 dan 6, HCrO 4 - dan Cr 2 O7 2- ada dalam kesetimbangan. Sedangkanpada pH kurangdari 1, spesies yangutama adalah H2Cr2O4. Kesetimbangan yang terjadi adalah sebagai berikut: H2 CrO4 HCrO4 - + H+

K= 4,1

HCrO4- CrO4 2- + H+

K= 10-5,9

CrO7 2- + H2 O 2HCrO 4-

K= 10-2,2

HCrO4- + -OH CrO4 2- + H 2O Dalam perairan,kromiumdalam keadaan heksavalen karenaionkromat dan dikromat sangat mudah larut (Cotton dan Wilkinson, 1989). Senyawa krom (III) bersifat stabil karena krom (III) bertahan dalam larutan. Dalam larutan, ion ini berwarnahijau, dandapat terkompleks dengan berbagai jenis ligan danstruktur (Cotton danWilkinson, 1989). Pertukaran Ion Pada zeolit

Reaksi pertukaran ion pada zeolit terjadi apabila kation-kation yang awalnya beradadalam sistem berpori dalam kristaldigantikanion-ion lainnya dari larutan. Larutan dan zeolit selanjutnya mencapai kesetimbangan sebagai berikut: ZaB(z)b + ZbA(s) a <=====> ZaB(s)b + ZbA(z)a Dengan zeolit Za dan Zb merupakan muatan kation A dan B yang dipertukarkan, z dan s merupakansingkatan dari zeolit danlarutan. Menurut Mumpton (1978) pertukaran ini tidak sempurna bila tidak digunakan larutan yang sangat berlebihan atau temperatur sistem tidak dinaikkan untuk memaksa kesetimbangan ke kanan. Kecenderuntan zeolit terhadap ISSN: 1410-2315

LOGIKA ,


28

Iis Fatimah

,


suatu iondapat ditunjukkan oleh koefisien selektifitas, K dengan:

K

A zBs = = untuk Za = Zb = 1 BzAs

Harga K bergantungpada konsentrasi total larutan,temperatur danfraksi ekivalen A. Pertukaranionpada zeolit terjadidengan mekanismediffusiionterhidrat. Kemudahan proses diffusi pada zeolit secara umum dipengaruhi oleh hal-hal sebagai berikut : 1. Sistem zeolit dan adsorbatspesifik 2. Geometri bidangterbuka zeolit sebagai sisi aktif muka 3. Polaritas adsorbat 4. Adanya ion yangdapat dipertukarkan dalam jaringan zeolit 5. Kerusakanstruktur dalam jaringan 6. Perlakuan kimiawi dan fisikaterhadap zeolit 7. Ada tidaknya pengotor dalam sistem adsorbat (Vaughan, 1978). Aktivasi dan Modifikasi Zeolit Alam

Peningkatan mutu zeolit alam melalui proses aktivasi dan modifikasi dimaksudkan untuk memperbesar kemampuan zeolit baik dari segi daya katalisis, adsorben maupun pertukaran ion.Beberapa teknik dilakukan untuk meningkatkan mutu zeolit alam. Secaragaris besar, peningkatan mutuzeolit alam tersebut adalah dengan cara aktivasi dan modifikasi. Proses aktivasi zeolit alam dapat dikelompokkam ke dalam duacara,yaitu aktivasi secara kimiawi danaktivasisecarafisik. Aktivasi secarakimiawibertujuanuntuk membersihkanpermukaanpori, membuang senyawa pengotor, mengatur kembali letak atom yang dipertukarkan. Prinsipaktivasisecarakimiawi iniadalahpenambahanpereaksi tertentu sehingga didapatkan pori-pori zeolit yang bersih(aktif). Sedangkan proses aktivasi secara fisika dilakukan dengan cara pemanasan baik secarakontak langsung maupun taklangsung( sistem vakum ) dengan tujuan menguapkanair kristal yangterperangkap di dalampori-pori zeolit sehingga luaspermukaan internal pori meningkat. Hasil penelitian PPTM (1992) menunjukkan bahwa aktivasi zeolit alam dengan penambahan asam memberikan luas permukaan spesifik yang lebih besar daripada zeolit alam tanpa aktivasi maupun yang diaktivasi denganpenambahan basa. Asam yangoptimal digunakan adalah asam sulfat , LOGIKA


ISSN: 1410-2315

Iis Fatimah

,


29

sedangkan untuk perlakuan aktivasi dengan basa, palingoptimal dilakukan dengan penambahan NaOH. Proses aktivasi yang berbeda akan mempengaruhi selektivitas zeolit terhadap pertukaran ion. Sebagai contoh, zeolit alamhasil aktivasi denganasam sulfat memiliki kemampuanmenukar ion dengan urutan selektivitas sebagai berikut : Pb/Fe > Cu >Zn > Cr >Mn >Co, sedangkan selektivitaspertukaran ionoleh zeolitalam teraktivasi NaOH memiliki urutan Pb/Fe/Cu >Co >Zn>Cr (Husaini, 1992).

METODE PENELITIAN

Zeolit alam diaktivasi melalui 3 variasi proses aktivasi. Aktivasi zeolit dengan cara merefluks zeolit alam dalam HCl 6M selama 4 jam dengan suhu 60OC, refluks dalam H2SO 4 dengan suhu 60OC, dan cara yang ketiga adalah dengan mengaduk zeolit alam dalam NaOH 2 M selama 6 jam pada suhukamar. Selanjutnya sampel yangdidapatkanmasing-masingdisebutAR, AA dan AB. Dari sampelzeolit alam danzeolityangsudahdiaktivasi dilakukan proses amoniasi dengan merendam zeolit yang telah dinetralkan ke dalam NH 4OH2 M dengan pengadukan selama 4 jam pada suhu kamar. Setelah diperoleh NH4 -zeolit dilakukan deammoniasi untuk memperoleh H-zeolit. Untuk itu dilakukan kalsinasi pada suhu 500 oC selama4 jam. Na-zeolit dibuatdari H-zeolitdilakukanmenggunakanmetodeLouizidou, dkk. (1984) dengan cara mencampurkan20 gram sampel zeolit dengan 300 ml larutan NaCl 1 M selama satu minggu pada suhu konstan 70o C, setiap hari larutan NaCl diganti dengan yang baru. Untuk masing-masing variasi proses aktivasi na-zeolit selanjutnya disebut Na-AR, Na-AA, dan Na-AB serta Na-TP untuk Na-zeolit tanpa perlakuan aktivasi. Setiap sampel dikenali karakternya dengan pengukuran kapasitas pertukaran kation (KPK). Penentuan kapasitas pertukaran kation (KPK) dilakukan dengan mengaduk zeolit dalam larutan Cr3+ 200 ppm selama 24 jam. Konsentrasi Cr3+ dalam filtrat ditentukan dengan Spektrofotometer Serapan Atom (SSA).

HASIL PENELITIAN

Proses pertukaran in dilakukan dengansistem batch untuk memperkecil beberapa parameter yang mempengaruhi pertukaran ion dengan sistem flow; sepertidiffusilongitudinal,diffusiEddy, lajualir, luaspermukaan spesifik ISSN: 1410-2315

LOGIKA ,


Iis Fatimah

30

,


sampel. Penentuan kapasitas pertukaran kation (KPK dilakukan dengan mengukur kadar ion sebelum dan sesudah proses penyerapan ion dengan spektrofotometri serapan atom (SSA). Data yang didapat adalah sebagai berikut : ) g / g m ( L E P M A S K P K

0.741 0.58

0.6

NA-AB

Na-AR

0.35

(Na-TP)

Na-AA

SAMPEL

Gambar 1. Diagram KPK Na- zeolit Kapasitas penukar kation (KPK) sampel meningkat dengan urutan Na-TP < Na-AB < Na-AR < Na-AA, sama halnya dengan urutan kenaikan KPK sampel zeolit. Perlakuan aktivasi mempengaruhi susunan kimiadi dalam jaringanzeolit.Karenakationdalammasig-masingsampelmempunyaisusunan berbeda, sehingga terjadi perbedaan interaksi kation pada masing-masing sampel. Interaksi kation yang berbeda akan mempengaruhi kemampuan pertukaran kation disebabkan pengaruh kekuatan medan anionik zeolit. Dibandingkan zeolit yang belum dibuat homoion, Na-zeolit memiliki kemampuan tukar kation yang lebih besar, disebabkan seragamnya proses diffusi di dalam mekanismepertukaran kationtersebut. Dengan mengasumsikan terjadinya homoion zeolit padaNa-zeolit dan acuan data KPK, persamaan reaksi pertukaran kation Na +-Cr3+ : 3Na-zeolit(p) + Cr3+ (l)

Cr-zeolit + 3 Na+

Pengujian daya tukar ion Cr 3+ dilakukan pada kisaran konsentrasi 0,01 M sampai 0,7 M setiap liter sampel larutan yang diumpankan pada sampel zeolit sebanyak1 gram. Pada setiap sampel dilakukan pengujian pada 6 titik konsentrasi disesuaikan dengan kapasitas penukar ion sampel.

, LOGIKA


ISSN: 1410-2315

Iis Fatimah

,


31

1

) g / k e r g m ( r a k u t r e t n o I

0.8

0.6

Na-TP

0.4

Na-AA Na-AB

0.2

Na-AR 0 0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Konsentrasi umpan (M)

Gambar 2. Ion tertukar pada berbagai variasi konsentrasi umpan Dari paduan grafik di atas terlihat bahwa semua sampel memiliki kecenderungan sama di dalam kinetika pertukaran ion Cr 3+ - Na+, yaitu persen teradsorbsi naik dengan naiknya konsentrasi umpan, dan pada konsentrasi mendekati kapasitaspertukaran kation sampel. Halini disebabkan karenapada konsentrasi rendah jumlah partikel yang bertumbukan dengan partikel sampel (adsorben) relatif lebih sedikit, sehingga karena terjadinya kesetimbangan fasa cair-padat, jumlah ion Cr3+ yang tertukar oleh ion Na+ juga relatif lebih sedikit dibandingkankapasitas tukar Na-zeolit. Konsentrasi ion tertukar akan semakin besar dengan semakin tingginyakonsentrasi. Dari keempat sampel adsorben dapat dilihat bahwa Na-zeolit alam teraktivasi memiliki kemampuantukar kation yang lebih besardaripada Nazeolit alam tanpa perlakuan. Pengaruh ion-ion dalam zeolit alam tanpa perlakuan akan mempengaruhi kesetimbangan pertukaran ion Cr 3+ -Na+. Sehingga kemungkinan kesetimbangan pada kedua fasa lebih banyak dan memungkinkan salingberkompetisi dalam menukarkan diridenganion Cr3+, meskipun diantara ion-iondalam zeolit yang mungkin ada, ionNa+ adalahion yang paling mudah dapat tergantikan. Selain itu pada zeolitalamteraktivasi,saluran-saluran ataurongga-rongga lebih bersih sehinggamobilitas ion-ion untuk mencapai sisiaktif lebih mudah tercapai. Proses diffusi Cr(III) terjadi dengan tahapan : perpindahan kation Cr(III) dari larutankepermukaanzeolit,kemudian diffusikation-kation melalui permukaanpartikel ke sisi aktif pertukaran, pertukaran secara kimia dengan ion tertukar (Na+), diffusi ion tertukar ke permukaan zeolit dan selanjutnya diffusi ion tertukar dari permukaan ke larutan dalam bentuk ion terhidrat (Vaughan, 1978). Semuasampelmempunyai kecenderungan sama dalammenukar ionNa+ dengan Cr 3+ dimana persen ion tertukar naik dengan naiknya konsentrasi ISSN: 1410-2315

LOGIKA ,


32

Iis Fatimah

,


umpan. Pada konsentrasi rendahjumlah partikel yangbertumbukan dengan partikel sampel relatif lebih sedikit. Kesetimbangan yang terjadi di dalam larutanrelatif lebihsedikit,demikian juga pertukaranionfasacair-padat.Dilihat dari faktor diffusi, pada konsentrasi rendah jarak lintasanantar kation untuk mencapai sisi aktifnya lebihbesar. Persaingan antar partikel dalam mencapai sisi aktifnya kecil menyebabkanberkurangnya faktor difusi pada pertukaran ion. Halinidapat dilihat dengan besarnya slope grafik pada konsentrasi umpan di bawah 0,5 M. Pada daerah mendekati KPK-nya, pola grafik menjadi landai mendekati konstan. Kemampuan Na-zeolit alam teraktivasi asam (Na-AA) dan Na-zeolit teraktivasi basa (Na-AB) relatif sama, disusul dengan kemampuan Nazeolitteraktivasi dengan cara refluks dengan HCl dan kalsinasi (Na-AR) dan kemampuan terendah dimiliki Na-zeolit tanpa perlakuan (Na-TP). Kemampuan NA-AR dalam menukar ionCr(III) lebihrendah daripadaNAAA dan Na-AB, padahal proses perlakuan pada Na-AR lebih banyak dan melibatkanproses kimiawidanfisik, dibandingkanNa-AA danNA-AB yang hanya melibatkan proses perlakuan kimiawi saja. Hal ini dapat disebabkan karenaadanya kerusakanjaringan, rongga atau bahkanstruktur kristal zeolit denganadanyaproses refluks dan juga fisik.Dari data daya adsorpsi terhadap I2 dan keasaman, terlihat juga bahwa keasaman dan daya adsorpsi Na-AA> Na-AR>Na-AB. Gejala lebih tingginya persentase pertukaran ion Na-AB dibandingkan dengan Na-AR dimungkinkan oleh adanya proses kimiawi pada proses aktivasi. Na-AB dibuat dari impregnasi Na+ pada zeolit alam teraktivasi dengan NaOH. Lebih tingginya Na+ yang terjerap pada struktur jaringan zeolit sehingga memungkinkan mudahnyapertukaran ion pada NaAB karena faktor kompetisi antar ion mengecil.

KESIMPULAN

Dari penelitianini dapat diambilkesimpulansebagai berikut: 1. Aktivasidanmodifikasizeolitalam menjadi Na-zeolitalam teraktivasi dapat 3+ meningkatkan kapasitas penukaran ion Cr pada zeolit alam. 2. Kapasitaspenukarankation terbesardicapaioleh Na-zeolit alamteraktivasi dengan cara pengasaman menggunakan H SO . Urutan kapasitas 2 4 penukaran kation adalah Na-zeolit teraktivasi H SO (Na-AA) > Nao 2 4 zeolit alam teraktivasi dengan refluks HCl-kalsinasi pada suhu 400 C (Na-AR) > Na-zeolit alam teraktivasi NaOH (Na-AB). Sedangkan 3+ daya penukaran ion Cr secara berurutan adalah Na-AA=Na-AB > Na-AR. , LOGIKA


ISSN: 1410-2315

Iis Fatimah

,


33

DAFTAR PUSTAKA

Atkins, P.W.(1982), Physical Chemistry, Second Edition, Oxford UniversityPress, Oxford. Catlow, C.R.A(1992), Modelling of Structure and Reactivity in Zeolistes, Academic Press, London. Cotton, F.A., danWilkinson, G.(1989), KimiaAnorganik Dasar , UII-Press, Jakarta. Harjanto(1985), Endapan Zeolit di Indonesia, Laporan KolokiumDirektorat Sumber Daya Mineral Vol. I, No.2 , PPTM, Bandung. Husaini (1992), Daya Pertukaran Ion Zeolit Polmas terhadap Beberapa Ion Logam Berat, Buletin PPTM Vol. 14, No.2, PPTM, Bandung. Loukatos, A., Loizidou, M.,Spyrellis, N. (1993), Ion Exchange Behaviour of Mercury Using Natural and Sinthetic Zeolites, Feenius Envill Bull Juornal 2:250-225, Chemical Eng. Dept., National Technical University of Athens, Greece. Oudejans, J.C.(1984), Zeolites Catalysis in Some Organic Reactions, Nederland Fondation for Chemical Research,Holland. Parfitt, G.D., dan Rochester, C.H.(1983), Adsorption from Solution at the Solid /Liquid Interface, Academic Press Inc., London. Ribeiro, F.R.(1984), Zeolites; Science and Technology, Martinus Nijhoff Publisher, Nederland. Suganal (1990), Pemanfaatan Zeolit Bayah untuk Pengolahan NH 4 + , NO2 2- , NO32- dalam Air Buangan Industri Monosodium Glutamate di PT. Miwon Indonesia, Surabaya, Buletin PPTM Vol.12, No.3, PPTM, Bandung. Suyartono dan Husaini (1991), Tinjauan terhadap Kegiatan Penelitian Karakteristik dan Pemanfaatan Zeolit Indonesia yang Dilakukan PPTM Periode 1980-1991 , Buletin PPTM Vol.13, No. 4, PPTM, Bandung. Svehla, G.(1979), Buku teks Analisis Anorganik Kualitatif Makro dan Semimikro, Edisi V, PT.Kalman Media Pusaka, Jakarta. ISSN: 1410-2315

LOGIKA ,


34

Iis Fatimah

,


Tchobanouglous, G. dan Burton, F.L.(1991), Waste Water Engineering , Treayment, Disposal, and Reuse, ThirdEdition, Mc Graw Hill Book, Inc., New York. Torii, K. (1978), Utilization of Natural Zeolites in Japan dalam Sand, L.B. dan Mumpton, F.A (1978), Natural Zeolites; Occurences, Properties, Use, Pergamon Press, Oxford. Vaughan, D.E.W (1978), Properties of Natural Zeolites dalam Sand, L.B., dan Mumpton, F,A. (1978), Natural Zeolites; Occurences, Properties, Use, Pergamon Press, Oxford. Widodo, D.S. (1997), Kemampuan Zeolit Alam Sebagai Penukar Kation terhadap Ion-Ion Cu 2+ , Mn2+ dan Ni 2+ dalam Suatu Larutan , Skripsi, Universitas GadjahMada,Yogyakarta. Yuliatun, S.(1996), Mempelajari Pengaruh Perlakuan Awal Terhadap Kemampuan Zeolit Alam sebagai Penukar Kation Kromium III , Skripsi, Universitas GadjahMada,Yogyakarta.

, LOGIKA


ISSN: 1410-2315

aktivasi zeolit

Recommend Documents