ZEOLIT SEBAGAI “MATERIAL CERDAS”
DIAJUKAN UNTUK MEMENUHI PERSYARATAN DALAM MENGIKUTI SELEKSI PROVINSI OLIMPIADE SAINS NASIONAL PERTAMINA
Disusun Oleh:
Wulan Windari
080403010020
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK, UNIVERSITAS SYIAH KUALA
DARUSSALAM, BANDA ACEH
2011
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia merupakan salah satu negara di dunia yang memiliki sumber daya alam yang sangat berlimpah, mulai dari sumber daya biotik seperti hewan, tumbuhan dan mikroorganisme maupun sumber daya abiotik seperti minyak bumi, gas alam, berbagai jenis logam, air dan tanah.[1] Sumber daya alam baik biotik dan abiotik tersebut merupakan sumber kekayaan bangsa indonesia dalam memenuhi kebutuhan material yang erat kaitannya dengan perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan.
Dalam beberapa abad ini berbagai penelitian dan pengembangan terhadap material-material alam pun dikembangkan, hal ini disebabkan karena material telah memainkan peran yang penting dalam menunjang kehidupan manusia, melibatkan sejarah politik dan kebudayaan. Bahkan perkembangan peradaban manusia telah dinamai dengan nama material yang penting di zamannya, mulai dari zaman batu, zaman perunggu, zaman besi, zaman beton/baja, zaman polimer, zaman silikon, sampai ke zaman material cerdas dan material nano saat ini.[2]
Semakin tinggi peradaban pada suatu zaman maka dapat dipastikan akan menekankan secara serius dalam pengembangan material baru, yakni material cerdas atau material fungsional. Suatu material disebut sebagai material cerdas jika mempunyai satu atau beberapa sifat yang dapat berubah secara terkontrol oleh stimulus atau rancangan dari luar. Sifat-sifat penting material cerdas tersebut terkait dengan bentuk, dimensi, sifat listrik, sifat magnetis sifat optis, konformasi dan sifat aliran. Sementara itu penyebab perubahan sifat-sifat atau stimulus tersebut antara lain adalah suhu, kelembaban, pH, medan listrik, medan magnet, tekanan mekanis dan sebagainya.[3]
Sedangkan menurut Prof. Djulia Onggo dalam pidato ilmiahnya di tahun 2009 yang lalu menyatakan bahwa material cerdas adalah material yang memiliki kemampuan menangkap sinyal atau rangsangan dari luar dan menanggapinya menjadi suatu respon tertentu serta mengekspresikannya dalam bentuk lain. Yang tentu saja hal ini dilakukan melalui perbaikan efisiensi dan kinerja atau performanya baik dengan modifikasi dengan material lainnya ataupun dengan mengkarakterisasikannya dengan beberapa instrumentasi. Beberapa contoh material tersebut adalah piezoelektrik, karbon aktif, zeolit, kompleks besi(II) dan pasir silika.[4]
Zeolit merupakan salah satu material cerdas yang ditemukan pertama kali oleh Cronstedt pada tahun 1756 di Swedia.Zeolit merupakan sekelompok mineral aluminosilikat terhidrasi dari alkalin,terutama Natrium (Na),Kalium (K),Kalsium (Ca) dan Magnesium (Mg).Hingga saat ini,telah ditemukan paling tidak 50 tipe zeolit alam dan 150 tipe zeolit sintetik.Zeolit memiliki kemampuan sebagai absorben,katalis dan penukar kation.[5]
Tahun 1954 zeolit diklasifikasikan sebagai mineral tersendiri yang saat itu dikenal sebagai molecular sieve materials. Zeolit alam, pertama kali diperkenalkan oleh seorang ahli mineralogy swedia A.F.,Cronsted pada tahun 1976.(iqmal tahir). Zeolit alam merupakan jenis mineral zeolt yang diperoleh langsung dari alam. Umumnya zeolit alam digunakan untuk pupuk, penjernihan air, dan diaktifkan untuk dimanfaatkan sebagai katalis dan absorban.[6]
Zeolit mempunyai beberapa sifat antara lain : mudah melepas air akibat pemanasan, tetapi juga mudah mengikat kembali molekul air dalam udara lembab. Oleh sebab sifatnya tersebut maka zeolit banyak digunakan sebagai bahan pengering. Disamping itu zeolit juga mudah melepas kation dan diganti dengan kation lainnya, misal zeolit melepas natrium dan digantikan dengan mengikat kalsium atau magnesium. Sifat ini pula menyebabkan zeolit dimanfaatkan untuk melunakkan air. Zeolit dengan ukuran rongga tertentu digunakan pula sebagai katalis untuk mengubah alkohol menjadi hidrokarbon sehingga alkohol dapat digunakan sebagai bensin.[7] Beragam kegunaan yang dapat dikembangkan dari zeolit ini memacu para peneliti untuk terus melakukan riset seperti halnya yang dilakukan oleh para peneliti terhadap material cerdas lainnya.
1.2 Tujuan
Adapun tujuan yang menjadi dasar dalam pembuatan makalah ini adalah untuk menampilkan zeolit sebagai suatu bahan material yang tergolong sebagai material cerdas guna untuk dipahami dan dipelajari sebagai satu aspek penting dalam mendukung kemajuan teknologi dan ilmu pengetahuan baik di masa sekarang maupun di masa yang akan datang sebagai penunjang kebutuhan masyarakat dan pelaku industri dalam pemenuhan kebutuhan sehari-hari.
1.3 Rumusan Masalah
Adapun pokok permasalahan yang akan dijelaskan lebih lanjut dalam makalah ini adalah:
1. Metoda apa saja yang dapat digunakan dalam mensintesis zeolit?
2. Bagaimana penerapan instrumentasi pendukung karakterisasi zeolit hasil sintesis secara spektroskopi, mikroskopi, elektrokimia dan sebagainya?
3. Dalam aplikasi apa saja zeolit dapat digunakan?
4. Apa-apa saja parameter yang dipakai dalam kondisi reaksi untuk mendapatkan hasil aplikasi optimum secara sensitif dan selektif?
5. Proses regenarasi apa yang dapat digunakan dalam mendapatkan kembali zeolit yang telah digunakan?
6. Bagaimana mekanisme reaksi yang terjadi dari awal sintesis, aplikasi dan regenerasi zeolit kembali?
7. Apa yang perlu dilakukan untuk dapat meningkatkan kinerja dari zeolit?
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tinjauan Umum
Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi bangsa Indonesia tidak terlepas dari penemuan-penemuan material fungsional/material cerdas. Eksploitasi sumber daya alam secara besar-besaran dalam memenuhi kebutuhan dalam dan luar negri mengakibatkan sumber daya alam yang tidak dapat dapat diperbaharui menjadi semakin menipis. Penghematan pun mulai dilakukan, namun tidak menyebabkan banyak perubahan karena faktor kebutuhan yang memang terus menerus meningkat. Akibatnya para ahli dan peneliti melakukan study material untuk menemukan terobosan-terobosan material baru yang mempunyai performa besar namun tetap dalam kuantitas yang sedikit, material tersebut antara lain adalah material cerdas biomasa sebagai bahan karbon aktif. Bahan galian seperti zeolit, atau limbah seperti abu dan bahkan lumpur aktif juga bisa ditingkatkan kualitasnya menjadi material cerdas.[8]
Perkembangan material yang ramah lingkungan dan dapat didaur ulang merupakan primadona masa depan, terutama pada industri rumah tangga dan makanan.
2.2 Material Fungsional/Material Cerdas
Material Cerdas adalah material yang mempunyai karakter dan fungsi yang signifikan secara kimia terhadap daya katalis, sensor (chemosensor dan biosensor), adsorpsi, dll. Material tersebut dapat dimodifikasi dengan material lainnya untuk menambah kinerja material fungsional diatas. Modifier tersebut dapat berupa ligan, polimer, surfaktan atau lainnya yang mempunyai gugus fungsi yang khas untuk menjalankan fungsinya secara sensitif dan selektif. Dalam pembuatan material tersebut penting digunakan metode yang tepat untuk mendapatkan hasil optimum.[9]
|
Sumber: Cluster of Science and Technology UGM
Gambar 2.1 Jenis-jenis Material fungsional/materialCerdas
Diantara sekin banyak jenis-jenis material cerdas yang ada, salah satu material yang cukup menarik untuk di kaji lebih lanjut adalah zeolit.
2.2.1 Zeolit
Zeolit adalah senyawa zat kimia alumino-silikat berhidrat dengan kation natrium, kalium dan barium. Secara umum, Zeolit memiliki melekular sruktur yang unik, dimana atom silikon dikelilingi oleh 4 atom oksigen sehingga membentuk semacam jaringan dengan pola yang teratur. Di beberapa tempat di jaringan ini, atom Silicon digantikan degan atom Aluminium, yang hanya terkoordinasi dengan 3 atom Oksigen. Atom Aluminium ini hanya memiliki muatan 3+, sedangkan Silicon sendiri memiliki muatan 4+. Keberadaan atom Aluminium ini secara keseluruhan akan menyebababkan Zeolit memiliki muatan negatif. Muatan negatif inilah yang menebabkan Zeolit mampu mengikat kation.
Zeolit juga sering disebut sebagai 'molecular mesh' (saringan molekuler) karena zeolit memiliki pori-pori berukuran melekuler sehingga mampu memisahkan/menyaring molekul dengan ukuran tertentu.[7] Zeolit merupakan salah satu bahan kekayaan alam yang sangat bermanfaat bagi industri kimia di Indonesia. Zeolit ada dua macam yaitu zeolit alam dan sintetik.[10]
Zeolit juga sering disebut sebagai 'molecular mesh' (saringan molekuler) karena zeolit memiliki pori-pori berukuran melekuler sehingga mampu memisahkan/menyaring molekul dengan ukuran tertentu.[7] Zeolit merupakan salah satu bahan kekayaan alam yang sangat bermanfaat bagi industri kimia di Indonesia. Zeolit ada dua macam yaitu zeolit alam dan sintetik.[10]
Zeolit alam sudah banyak dimanfaatkan sehingga jumlahnya semakin berkurang. Selain itu mineral zeolit alam sulit dipisahkan dari batuan induknya. Mengingat begitu pentingnya peranan zeolit dalam kehidupan, maka perlu dilakukan usaha untuk mendapatkan zeolit dengan daya guna yang lebih sebanding dengan zeolit alam.[11]
Untuk mengatasai semakin berkurangnya zeolit alam, maka telah dikembangkan zeolit sintetik yang memiliki kemampuan yang sama dengan zeolit alam. Zeolit sintetis adalah suatu senyawa kimia yang mempunyai sifat fisik dan kimia yang sama dengan zeolit yang ada di alam. Zeolit sintetis ini dibuat dari bahan lain dengan proses sintetis, yang dibuat sedemikian rupa sehingga menyerupai zeolit yang ada di alam.[11]
2.2.1.1 Struktur Kristal Zeolit
Seperti halnya mineral kwarsa dan felspar, maka mineral zeolit mempunyai struktur kristal 3 dimensi tetrahedra silikat (Si4-4-) yang biasa disebut tectosilicate. Dalam struktur ini sebagian silikon (tidak bermuatan atau netral) kadang-kadang diganti oleh aluminium bermuatan listrik, sehingga muatan listrik kristal zeolit tersebut bertambah. Kelebihan muatan ini biasanya diimbangi oleh kation-kation logam K, Na, dan Ca yang menduduki tempat tersebar dalam struktur zeolit alam yang bersangkutan.
Dalam susunan kristal zeolit terdapat dua jenis molekul air, yaitu molekul air yang terikat kuat dan molekul air yang bebas. Berbeda dengan struktur kisi kristal kwarsa yang kuat dan pejal, maka struktur kisi kristal zeolit terbuka dan mudah terlepas. Volume ruang hampa dalam struktur zeolit cukup besar kadang-kadang mencapai 50 Angstrom, sedangkan garis tengah ruang hampa tersebut bermacam-macam, berkisar antara 2A hingga lebih dari 8A, tergantung dari jenis mineral zeolit yang bersangkutan. Dibawah ini struktur stereotip clinoptilolite yang menjadi precursor dalam penelitian ini.
Gambar 2.3 Struktur stereotip clinoptilolite
Volume dan ukuran garis tengah ruang hampa dalam kisi-kisi kristal inilah yang menjadi dasar penggunaan mineral zeolit sebagai bahan penyaring (molecular sieving). Molekul zat yang disaring yang ukurannya lebih kecil dari ukuran garis tengah ruang hampa mineral zeolit dapat melintas, sedangkan yang berukuran lebih besar akan tertahan atau ditolak. Kapasitas atau daya saring mineral zeolit tergantung dari volume dan jumlah ruang hampanya. Makin besar jumlah ruang hampa, maka makin besar pula daya saring zeolit alam yang bersangkutan.[6]
2.2.1.2 Metode Sintesis Zeolit
Proses pembuatan zeolit secara komersial terbagi menjadi tiga kelompok yaitu pembuatan zeolit dari gel reaktif aluminosilika atau hidrogel, proses peleburan dan konversi dari mineral tanah liat menjadi zeolit.
1. Metode Hidrogel (Pembuatan zeolit dari gel reaktif aluminosilika)
Metode hidrogel ialah metode pembentukan zeolit dari gel reaktif aluminosilika yaitu larutan natrium aluminat yang dicampur dengan larutan KOH dan NaOH, kemudian ke dalam campuran tersebut ditambahkan larutan natrium silikat, Namun dapat pula mengganti larutan natrium aluminat dengan bahan lain yang memiliki kandungan unsur-unsur yang sama yaitu tawas. Dan waterglass digunakan sebagai alternatif pengganti larutan natrium silikat. Penggunaan bahan baku water glass ini didasari oleh alasan bahwa kandungan silikat dalam water glass besar dan harganya relatif murah [6].
2. Metode Peleburan
Peleburan abu dasar dengan NaOH bertujuan untuk mendekomposisi komponen silika-alumina menjadi natrium silikat dan natrium aluminat.[14] Proses Peleburan dilakukan dalam pembuatan adsorben zeolit yaitu dengan cara mencampurkan abu dasar NaOH menggunakan lumpang porselin selama 15 menit, dimasukan dalam krus nikel lalu dilebur pada suhu 550oC selama 60 menit. Abu dasar yang diperoleh dari hasil peleburan dengan NaOH, dimasukan dalam bejana teflon, ditambahkan natrium silikat dan akuades kemudian diaduk dengan pengaduk magnet selama 24 jam. Hasil peleburan tersebut kemudian dihidrotermal pada suhu 100oC selama 24 jam.
Padatan hasil hidrotermal dipisahkan dengan kertas saring, dinetralkan dengan aquades dan dikeringkan dalam oven pada suhu 100oC selama 1 jam. Hasil pengeringan yang diperoleh diayak dengan ayakan 250 mesh untuk mendapatkan hasil akhir yang homogen.
3. Clay Conversions (Konversi mineral dari tanah liat menjadi zeolit)
proses ini menghasilkan bubuk yang memiliki tingkat kemurnian rendah dan tinggi yang tidak saling terikat yang kemudian menghasilkan zeolit dalam matriks lempung. Penggunaan. Zeolit sintetis memiliki sifat yang lebih baik dibanding dengan zeolit alam. Perbedaan terbesar antara zeolit sinteis dengan zeolit alam adalah:
(1) Zeolit sintetis dibuat dari bahan kima dan bahan-bahan alam yang kemudian
diproses dari tubuh bijih alam.
diproses dari tubuh bijih alam.
(2) Zeolit sintetis memiliki perbandingan silika dan alumina yaitu 1:1 dan sedangkan pada zeolit alam hingga 5:1.
(3) Zeolit alam tidak terpisah dalam lingkungan asam seperti halnya zeolit sintetis.
2.2.1.3 Parameter Kondisi Reaksi
Seperti dalam proses lainnya, proses sintesa zeolit juga memiliki parameter tersendiri untuk mendapatkan hasil aplikasi maksimum secara sensitif dan selektif diantaranya adalah pH, waktu pencampuran (ageing), waktu kristalisasi, Suhu dan Volume air.
2.2.1.4 Zeolit sebagai Agen Pendehidrasi
Kristal zeolit normal mengandung molekul air yang berkoordinasi dengan kation penyeimbang. Zeolit dapat didehidrasi dengan memanaskannya. Pada keadaan ini kation akan berpindah posisi, sering kali menuju tempat dengan bilangan koordinasi lebih rendah. Zeolit terdehidrasi merupakan bahan pengering (drying agents) yang sangat baik. Penyerapan air akan membuat kation kembali menuju keadaan koordinasi tinggi.
2.2.1.5 Zeolit sebagai Penukar Ion
Kation Mn+ pada zeolit dapat ditukarkan oleh ion lain yang terdapat pada larutan yang mengelilinginya. Dengan sifat ini zeolit-A dengan ion Na+ dapat digunakan sebagai pelunak air (water softener) dimana ion Na+ akan digantikan oleh ion Ca2+ dari air sadah. Zeolit yang telah jenuh Ca2+ dapat diperbarui dengan melarutkannya ke dalam larutan garam Na+ atau K+ murni. Zeolit-A sekarang ditambahkan ke dalam deterjen sebagai pelunak air menggantikan polipospat yang dapat menimbulkan kerusakan ekologi. Produksi air minum dari air laut menggunakan campuran Ag dan Ba zeolit merupakan proses desalinasi yang baik walaupun proses ini tergolong mahal.
2.2.1.6 Zeolit sebagai Adsorben
Zeolit yang terdehidrasi akan mempunyai struktur pori terbuka dengan internal surface area besar sehingga kemampuan mengadsorb molekul selain air semakin tinggi. Ukuran cincin dari jendela yang menuju rongga menentukan ukuran molekul yang dapat teradsorb. Sifat ini yang menjadikan zeolit mempunyai kemampuan penyaringan yang sangat spesifik yang dapat digunakan untuk pemurnian dan pemisahan. Chabazite (CHA) merupakan zeolit pertama yang diketahui dapat mengadsorb dan menahan molekul kecil seperti asam formiat dan metanol tetapi tidak dapat menyerap benzena dan molekul yang lebih besar. Chabazite telah digunakan secara komersial untuk mengadsorb gas polutan SO2 yang merupakan emisi dari cerobong asap. Hal yang sama terdapat pada zeolit-A dimana diameter jendela berukuran 410 pm yang sangat kecil dibandingkan diameter rongga dalam yang mencapai 1140 pm sehingga molekul metana dapat masuk rongga dan molekul benzena yang lebih besar tertahan diluar.
2.2.1.7 Zeolit sebagai Katalis
Zeolit merupakan katalis yang sangat berguna yang menunjukkan beberapa sifat penting yang tidak ditemukan pada katalis amorf tradisional. Katalis amorf hampir selalu dibuat dalam bentuk serbuk untuk memberikan luas permukaan yang besar sehingga jumlah sisi katalitik semakin besar. Keberadaan rongga pada zeolit memberikan luas permukaan internal yang sangat luas sehingga dapat menampung 100 kali molekul lebih banyak daripada katalis amorf dengan jumlah yang sama. Zeolit merupakan kristal yang mudah dibuat dalam jumlah besar mengingat zeolit tidak menunjukkan aktivitas katalitik yang bervariasi seperti pada katalis amorf. Sifat penyaring molekul dari zeolit dapat mengontrol molekul yang masuk atau keluar dari situs aktif. Karena adanya pengontrolan seperti ini maka zeolit disebut sebagai katalis selektif bentuk.
2.2.1.8 Instrumentasi karakterisasi pendukung Zeolit
1. Spektrofotometer inframerah (IR)
Metode spektroskopi inframerah merupakan suatu metode yang meliputi teknik serapan (absorption), teknik emisi (emission), teknik fluoresensi (fluorescence). Komponen medan listrik yang banyak berperan dalam spektroskopi umumnya hanya komponen medan listrik seperti dalam fenomena transmisi, pemantulan, pembiasan, dan penyerapan. Penemuan infra merah ditemukan pertama kali oleh William Herschel pada tahun 1800. Penelitian selanjutnya diteruskan oleh Young, Beer, Lambert dan Julius melakukan berbagai penelitian dengan menggunakan spektroskopi inframerah. Pada tahun 1892 Julius menemukan dan membuktikan adanya hubungan antara struktur molekul dengan inframerah dengan ditemukannya gugus metil dalam suatu molekul akan memberikan serapan karakteristik yang tidak dipengaruhi oleh susunan molekulnya. Penyerapan gelombang elektromagnetik dapat menyebabkan terjadinya eksitasi tingkat-tingkat energi dalam molekul.[13]
2. Scanning Electron Microscopy (SEM)
SEM merupakan pencitraan material dengan mengunakan prinsip mikroskopi. Mirip dengan mikroskop optik, namun alih-alih menggunakan cahaya, SEM menggunakan elektron sebagai sumber pencitraan dan medan elektromagnetik sebagai lensanya.
Elektron diemisikan dari katoda (elektron gun) melalui efek foto listrik dan dipercepat menuju anoda. Filamen yang digunakan biasanya adalah tungsten atau lanthanum hexaboride (LaB6). Scanning coil, akan mendefleksikan berkas electron menjadi sekumpulan array (berkas yang lebih kecil), disebut scanning beam dan lensa obyektif (magnetik) akan memfokuskannya pada permukaan sampel.
Elektron kehilangan energi pada saat tumbukan dengan atom material, akibat scattering dan absorpsi pada daerah interaksi dengan kedalaman 100 nm sampai 2 μm. Ini membuat aterial akan meradiasikan emisi meliputi sinar-X, elektron Auger, back-scattered electron dan secondary electron. Pada SEM, sinyal yang diolah merupakan hasil deteksi dari secondary electron yang merupakan elektron yang berpindah dari permukaan sampel.[13]
BAB III
PEMBAHASAN
Zeolit merupakan salah satu sumber daya alam yang banyak terdapat di berbagai daerah di Indonesia khususnya di kawasan gunung berapi. Zeolit telah sejak lama ditemukan dan digunakan dalam berbagai bidang keperluan seperti bidanng pertanian, perkebunan, perikanan, pengolahan air, pengolahan limbah, dan industri. Kemampuannya sebagai agen penghidrasi, adsorbent, katalisator dan ion exchanger pun tak perlu diragukan lagi, selain itu zeolit juga dapat dimodifikasi dengan berbagai polimer, ligan dan surfaktan sehingga performa yang tadinya telah baik menjadi lebih baik lagi, untuk itu sangatlah pantas jika zeolit dijadikan sebagai salah satu material yang masuk dalam kategori material cerdas.
3.1 Metoda Sintesis Zeloit
Beragam metoda telah banyak dikembangkan dalam mensintesa zeolit, hal ini terus menerus dilakukan untuk mendapatkan performa prima sehingga daya guna zeolit menjadi semakin tinggi. Metoda sintesa tersebut dibagi ke dalam tiga cara yaitu pembuatan zeolit dari gel reaktif aluminosilika atau hidrogel, proses peleburan dan konversi dari mineral tanah liat menjadi zeolit.
3.1.1 Metode Hidrogel (Pembuatan zeolit dari gel reaktif aluminosilika)
Metode hidrogel ialah metode pembentukan zeolit dari gel reaktif aluminosilika yaitu larutan natrium aluminat yang dicampur dengan larutan KOH dan NaOH, kemudian ke dalam campuran tersebut ditambahkan larutan natrium silikat, Namun dapat pula mengganti larutan natrium aluminat dengan bahan lain yang memiliki kandungan unsur-unsur yang sama seperti tawas. Dan waterglass digunakan sebagai alternatif pengganti larutan natrium silikat. Penggunaan bahan baku water glass ini didasari oleh alasan bahwa kandungan silikat dalam water glass besar dan harganya relatif murah [6].
3.1.2 Metode Peleburan
Peleburan abu dasar dengan NaOH bertujuan untuk mendekomposisi komponen silika-alumina menjadi natrium silikat dan natrium aluminat.[14] Proses Peleburan dilakukan dalam pembuatan adsorben zeolit yaitu dengan cara mencampurkan abu dasar NaOH menggunakan lumpang porselin selama 15 menit, dimasukan dalam krus nikel lalu dilebur pada suhu 550oC selama 60 menit. Abu dasar yang diperoleh dari hasil peleburan dengan NaOH, dimasukan dalam bejana teflon, ditambahkan natrium silikat dan akuades kemudian diaduk dengan pengaduk magnet selama 24 jam. Hasil peleburan tersebut kemudian dihidrotermal pada suhu 100oC selama 24 jam.
Padatan hasil hidrotermal dipisahkan dengan kertas saring, dinetralkan dengan aquades dan dikeringkan dalam oven pada suhu 100oC selama 1 jam. Hasil pengeringan yang diperoleh diayak dengan ayakan 250 mesh untuk mendapatkan hasil akhir yang homogen.
3.1.3 Clay Conversions (Konversi mineral dari tanah liat menjadi zeolit)
proses ini menghasilkan bubuk yang memiliki tingkat kemurnian rendah dan tinggi yang tidak saling terikat yang kemudian menghasilkan zeolit dalam matriks lempung. Penggunaan. Zeolit sintetis memiliki sifat yang lebih baik dibanding dengan zeolit alam.
3.2 Instrumentasi Karakterisasi zeolit
3.2.1 Karakterisasi zeolit dengan spektrofotometer infra merah (IR)
Karakterisasi zeolit menggunakan spektrofotometer inframerah (IR) bertujuan untuk mengetahui gugus-gugus fungsi dan jenis vibrasi antar atom dalam suatu zeolit. Berdasarkan salah satu jurnal penelitian yang telah lebih dahulu dilakukan terhadap zeolit yang diambil dari hasil pembakaran batang padi diperoleh nilai serapan bilangan gelombang jatuh pada titik 3425,58 cm-1 dan 1627,92 cm-1 yang merupakan daerah serapan rentang –OH dari gugus Si-OH, dan pita serapan yang melebar pada bilangan gelombang 1072,42 cm-1 merupakan rentang daerah serapan asimetris O-Si-O/O-Al-O, sedangkan daerah serapan yang sedikit yaitu pada gelombang 779,24 cm-1 merupakan rentang simetris ikatan O-Si-O/O-Al-O. Serapan pada bilangan gelombang 462,92 merupakan vibrasi yang menunjukkan adanya ikatan Si-O/Al-O. Serapan inframerah zeolit dari abu padi menunjukkan keberadaan vibrasi karakteristik Si dan Al sebagai satuan tetrahedral yang merupakan struktur satuan primer pembangun zeolit, namun Si dan Al tersebut belum tersusun sebagai satuan kerangka zeolit yang ditandai dengan munculnya serapan yang melebar dan relatif lemah.[13]
3.2.2 Scanning Electron Microscopy (SEM)
SEM dipakai untuk mengetahui struktur mikro suatu material meliputi tekstur, morfologi, komposisi dan informasi kristalografi permukaan partikel. Morfologi yang diamati oleh SEM berupa bentuk, ukuran dan susunan partikel. EDX (Energy Dispersive X-ray), merupakan karakterisasi material menggunakan sinar-x yang diemisikan ketika material mengalami tumbukan dengan elektron. Sinar-x di emisikan dari transisi elektron dari lapisan kulit atom, karena itu tingkat energinya tergantung dari tingkatan energi kulit atom. Setiap elemen di dalam tabel periodik atom memiliki susunan elektronik yang unik, sehingga akan memancarkan sinar-x yang unik pula. Dengan mendeteksi tingkat energi yang dipancarkan dari sinar-x dan intenisitasnya, maka dapat diketahui atom-atom penyusun material dan persentase masanya.[13]
3.3 Aplikasi Zeolit
3.3.1 Bidang pertanian dan perkebunan
Berdasarkan kepada Kapasitas Pertukaran Kation dan retensivitas terhadap air yang tinggi, zeolit sekarang ini telah banyak digunakan untuk memperbaiki sifat tanah atau untuk efisiensi unsur hara pada pupuk ataupun pada tanah itu sendiri, misalnya saja pada tanah latosol. Berdasarkan kriteria penilaian sifat kimia tanah, tanah latosol mempunyai pH sangat masam (4.44), KTK tanah termasuk rendah, kejenuhan basa sangat rendah, C organik sedang, N total sangat rendah dan kejenuhan alumunium tinggi. Secara keseluruhan tanah ini mempunyai tingkat kesuburan rendah.
Padahal kita ketahui bahwa tanaman darat dapat tumbuh baik pada tanah yang gembur dan subur, maka agar tanaman dapat tumbuh baik pada tanah latosol, perlu dilakukan usaha untuk meningkatkan kesuburan tanah. Salah satu usaha yang dilakukan antara lain dengan penambahan bahan amelioran seperti zeolit. Penambahan zeolit dapat meningkatkan jumlah unsur K, Ca, Mg dan Na serta meningkatkan KTK tanah. Hal ini bisa terjadi karena zeolit memiliki kemampuan mempertukarkan kation – kation. Prinsipnya adalah, kation – kation yang dimiliki berupa alkali dan alkali tanah pada struktur zeolit dapat bergerak bebas, sehingga dengan adanya dorongan keluar oleh ion H+, kation seperti K, Ca, Mg dan Na dapat berpindah dari zeolit ke medium tanah yang dapat menyebabkan suplai basa – basa.
Selain itu zeolit mengandung unsur-unsur hara makro dan mikro yang dapat disumbangkan ke dalam tanah. Penambahan zeolit dapat memperbaiki agregasi tanah sehingga meningkatkan pori-pori udara tanah yang berakibat merangsang pertumbuhan akar tanaman. Luas permukaan akar tanaman menjadi bertambah yang berakibat meningkatnya jumlah unsur hara yang dapat diserap oleh tanaman.
Untuk memperoleh manfaat tersebut zeolit dapat digunakan dengan bebagai cara, di antaranya adalah dengan cara ditebarkan langsung ke tanah sebagai bahan pembenah tanah, dicampur dengan pupuk untuk meningkatkan efisiensinya, atau dapat juga dicampurkan langsung pada media tumbuh tanaman.
3.3.2 Bidang Peternakan
Dalam bidang ini, zeolit telah digunakan secara komersial , terutama di negara-negara Eropa dan Jepang. Di Indonesia zeolit telah digunakan sebagai tambahan dalam makanan ternak domba dan sapi hingga sekarang ini masih dalam tahap penelitian. Penggunaan zeolit dalam bidang peternakan didasarkan kepada dua sifat zeolit yang penting, yaitu kapasitas pengikat ion NH4+ yang berasal dari ammonia sangat besar dan afinitas zeolit terhadap ion-ion yang bersifat racun. Sifat zeolit sebagai penukar ion masih berperan dalam kegunaannya di bidang ini. Selain itu mineral zeolit yang banyak mengandung Ca, K, Mg dan Na juga baik bagi tubuh hewan dengan kadar tertentu. Tambahan zeolit pada pakan ternak hewan – hewan ruminensia juga diketahui dapat mereduksi penyakitlembuhg yang dideritanya.
3.3.3 Bidang Perikanan
Zeolit disini berfungsi sebagai pengontrol kandungan ion NH4+ di dalam air. Kandungan amonia yang tinggi dalam kolam bisa jadi berasal dari kotoran ikan, bakas pakan ikan yang membusuk, atau karena sirkulasi air kolam yang kurang baik. Tingginya kadar amonia dalam kolam akan sangat tidak baik bagi ikan ataupun hewan tambak lainnya.
Oleh karena kemampuannya sebagai penukar kation, zeolit dapat dimanfaatkan untuk mengikat kation NH4+,cara yang digunakan biasanya hanya dengan menebarkan serbuk zeolit ke dalam kolam. Reaksi antara zeolit dengan ion amonium sebagai berikut :
NH4++ Na, K – Zeolit
NH4 – Zeolit
Sehingga ion amonium yang telah terikat dengan zeolit akan terperangkap di dalam rongga yang dimiliki zeolit, dan air kolam kondisinya akan semakin baik karena kadar amoniumnya berkurang.
3.3.4 Bidang pengolahan air
Pada bidang pengolahan air, zeolit bisa dimanfaatkan untuk penghilangan kesadahan air. Dalam hal ini zeolit dimanfaatkan sebagai media filter dan media adsorpsi. Air sadah adalah air yang banyak mengandung mineral kalsium atau magnesium di dalamnya. Air sadah sukar digunakan untuk mencuci karena senyawa kalsium dan magnesium bereaksi dengan sabun membentuk endapan dan mencegah terjadinya busa dalam air. Oleh karena senyawa-senyawa kalsium dan magnesium relatif sukar larut dalam air, maka senyawa-senyawa itu cenderung untuk memisah dari larutan dalam bentuk endapan atau presipitat yang akhirnya menjadi kerak.
Untuk memperoleh air bersih yang layak dikonsumsi diperlukan suatu cara untuk mengatasi kasadahan air tersebut. Salah satu cara yang bisa adigunakan adalah filtrasi, dan dengan sifat yang dimiliki zeolit dapat berperan baik sebagai penyaring air sadah untuk memperoleh air bersih. Tidak semua zeolit bisa digunakan, dipilih zeolit yang kationnya bukan merupakan penyebab kesadahan air, untuk hal ini zeolit jenis klinoptilolit yang kationnya adalah Na dapat digunakan. Zeolit yang diletakkan sebagai filter dan akaa dileati oleh air sadah akan bereaksi kontinu sesuai persamaan reaksi berikut :
Na – Zeolit + CaCl2
Ca – Zeolit + 2NaCl
Dari reaksi di atas terliihat bahwa antara kation Ca dan Na dipertukarkan.
3.3.5 Bidang pengolahan limbah
Zeolit yang telah diaktifkan baik secara fisika dengan pemanasan maupun secara kimia dengan penambahan asam atau basa mampu meredam / menurunkan kandungan logam Fe, Mn, Zn, dan Pb yang terdapat dalam air tanah. Selain itu juga mampu menurunkan kandungan amoniak dalam air buangan. Zeolit yang telah diaktifkan atau didehidrasi sehingga kehilangan molekul airnya menyebabkan rongga yang ada akan lebih efektif untuk menjerap logam – logam berat yang ada pada limbah.
3.4 Parameter Kondisi Reaksi
Seperti dalam proses lainnya, proses sintesa zeolit juga memiliki parameter tersendiri untuk mendapatkan hasil aplikasi maksimum secara sensitif dan selektif diantaranya adalah pH, waktu pencampuran (ageing), waktu kristalisasi, Suhu dan Volume air.
1. pH, pada kondisi preparasi dan kristalisasi pH zeolit dapat mencapai lebih dari 10, untuk menentukan nilai pH tersebut kita dapat menggunakan grafik operasi dengan nilai range tertentu.
2. Waktu pencampuran, dalam menentukan waktu pencampuran alokasikan waktu yang cukup untuk pencampuran setiap bahan. Campurkan setiap bahan sedikit demi sedikit sambil diaduk sehingga dapat dipastikan pencampuran berlangsung sempurna.
3. Waktu kristalisasi, proses kristalisasi dimulai sejak awal pencampuran, walaupun pada suhu kamar akan berlangsung sangat lambat. Hal ini dikarenakan jika zeolit langsung dipanaskan pada suhu tinggi akan dapat mengakibatkan kerusakan pada struktur rangka dari zeolit itu sendiri.
4. Suhu, semakin tinggi suhu yang diberikan pada saat proses kristalisasi maka semakin cepat proses yang berlangsung. Namun dengan demikian tidak dianjurkan untuk memberikan suhu yang terlalu tinggi, untuk itu berikanlah suhu sesuai yaitu berkisar 100oC.
5. Volume air, sangat penting untuk menjaga agar volume air yang dimasukkan ke dalam campuran itu jelas hitungannya. Bila air menguap atau keluar dari kontainer selama proses kristalisasi maka proses tidak akan berlangsung sempurna, hal ini dikarenakan campuran reaksi akan berubah komposisinya.
3.5 Recycle
Proses Recycle atau regenerasi untuk mendapatkan kembali material zeolit agar tetap memiliki energi aktivasi yang tinggi berbeda antara satu dengan lainnya. Namun meskipun demikian kebanyakan dari proses tersebut tidaklah sulit, misalnya adsorben zeolit dapat diregenerasi hanya dengan menggunakan proses pengeringan atau pemanasan yang berguna untuk menghilangkan kandungan air yang jenuh yang menempel pada pori-porinya agar menjadi kering kembali, namun kita perlu memperhatikan pula struktur dari zeolit yang kita gunakan misalnya dengan mencari tau apakah zeolit tersebut rentan terhadap suhu tinggi atau tidak.
3.6 Peningkatan Kinerja Zeolit
Kinerja zeolit dapat ditingkatkan dengan memodifikasinya bersama-sama dengan material lain yang mempunyai spesifikasi khusus yang berbeda guna diharapkan akan dapat membentuk satu paduan yang mewarisi keunggulan masing-masing material tersebut. Material modifier tersebut dapat berupa ligan, polimer dan surfaktan. Sebagai contoh dapat kita lihat pada salah satu penelitian yang berkaitan ialah pada penambahan surfaktan n-CTMABr terhadap zeolit abu sekam padi dapat meningkatkan kristalinitas dan ukuran pori zeolit, serta menghasilkan ukuran pori yang seragam yaitu pada daerah mesopori.
KESIMPULAN
Dari keseluruhan materi yang telah dipaparkan di atas, dapat diambil beberapa kesimpulan diantaranya adalah:
1. Zeollit merupakan salah satu material cerdas yang banyak diaplikasikan di berbagai sektor kebutuhan, seperti kebuthan pertanian, perkebunan, industri dsb.
2. Metoda yang dapat dilakukan dalam mensintesis zeolit terbagi atas tiga macam yaitu metoda hidrogel, metode peleburan dan metoda conversions clay.
4. Diperlukan adanya proses lanjutan seperti penambahan surfaktan, ligan dan polimer untuk menghasilkan zeolit yang lebih unggul.
3. Proses recycle untuk material zeolit tidaklah sulit, terutama pada pengaplikasian sebagai adsorbent cukup hanya dengan melakukan pemanasan untuk menguapkan kandungan air yang telah teradsorb.
DAFTAR PUSTAKA
2. http://onrongmarokinarisal.blogspot.com/2011/01/karakakteristik-i-v-bahan-paduan-nd1x.html
3. Triyana, kuwat 2010. Penelitian dan pengembangan smart material dan aplikasinya. Universitas Gajah Mada: Yogyakarta
6. Rakhmatullah, Dwikarsa Agung dkk, 2007. Pembuatan Adsorben dari Zeolit Alam dengan Karakteristik Adsorption Properties untuk Kemurnian Bioetanol. ITB: Bandung
9. http://www.osnpertamina.com/download/soal-open-ended-seleksi-final-tingkat-provinsi/
10. Ulfah, Eli Mariana dkk. 2006. Optimasi Pembuatan Katalis Zeolit X dari Tawas, NaOH dan Water Glass Dengan Response Surfacen Methodology. UNDIP: Semarang Eli Maria
11. Sutarti, M dan Rachmawati,M. 1994. Zeolit Tinjauan Literatur, Pusat Dokumentasi dan Informasi Ilmiah LIPI: Jakarta
12. Kusumaningtyas, Ayu Endarti. 2003. “Pemanfaatan Zeolit Sebagai Adsorben Untuk Mengolah Limbah Industri dan Radioaktif”. Malang : Universitas Negeri Malang.
13. http://id.wikipedia.org/wiki/Spektroskopi_inframerah
14. Murniati, dkk. 2011. Pemanfaatan Limbah Abu Dasar Batubara sebagai Bahan Dasar Sintesis Zeolit dan Aplikasinya sebagai Adsorben Logam Berta Cu(II) . UGM: Yogyakarta
15. Warsito, Sri dkk. 2010. Pengaruh Penambahan Surfaktan Cetyltrimethyllammonium Bromide (n-CTWaBr) pada Sintesis Zeolit Y. UNDIP: Semarang
Tidak ada komentar:
Posting Komentar