AKTIVASI DAN KARAKTERISASI ZEOLIT ALAM SEBAGAI ADSORBEN TIMBAL (Pb) PADA GAS BUANG KENDARAAN BERMOTOR
SKRIPSI
Oleh: Fera Ayu Rosita NIM: 081810301042
JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS JEMBER 2014
AKTIVASI DAN KARAKTERISASI ZEOLIT ALAM SEBAGAI ADSORBEN TIMBAL (Pb) PADA GAS BUANG KENDARAAN BERMOTOR
SKRIPSI diajukan guna melengkapi tugas akhir dan memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan Program Studi Kimia (S1) dan mendapat gelar Sarjana Sains
Oleh: Fera Ayu Rosita NIM: 081810301042
JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS JEMBER 2014 i
PERSEMBAHAN Skripsi ini saya persembahkan untuk: 1. Allah SWT, puji syukut atas segala rahmat dan hidayah-Nya; 2. kedua orang tua saya tercinta, ibunda Masruroh dan ayahanda Rusman Heli yang tanpa lelah selalu membimbing dan mendampingi serta menjadi penyemangat terbesar sampai saat ini, serta adik-adik tersayang, Rio Irwandi dan Erwin Tri Setiawan yang selalu memberi perhatian dan dukungan; 3. guru-guru yang terhormat sejak Taman Kanak-Kanak hingga SMA serta dosendosen atas segala ilmu dan segala bimbingannya; 4. Almamater tercinta, Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilm Pengetahuan Alam Universitas Jember; 5. Bapak Drs. A. Lilik Slamet Raharsono, MA. dan Mbak Rin yang telah menjadi keluarga kedua selama di Jember serta yang telah memberikan dukungan dan doanya demi terselesaikannya skripsi ini; 6. Ucik Gita Parasmita Dewi, S.Si., yang telah membagi inspirasi serta dukungan dalam penyelesaian skripsi ini; 7. teman-teman kimia 2008 tanpa terkecuali yang telah banyak memberi motivasi, waktu, pikiran, semangat, serta kebersamaan hingga terselesaikannya skripsi ini; 8. teman-teman UKM Paduan Suara Mahasiswa Universitas Jember yang telah memberi dukungan dan semangat.
ii
MOTTO Barangsiapa bertawakkal pada Allah, maka Allah akan memberikan kecukupan padanya, sesungguhnya Allah lah yang akan melaksanakan urusan (yang dikehendaki)-Nya.” (terjemahan Surat Ath-Thalaq: 3) *)
Sesungguhnya bersama kesulitan itu ada kemudahan. (terjemahan Surat Ash-Sharh: 6) **)
*)
Departemen Agama Republik Indonesia. 2010. Al Qur’anul Karim: Terjemahan dan Tafsir per Kata. Bandung: Sygma Publishing. **) Departemen Agama Republik Indonesia. 2010. Al Qur’anul Karim: Terjemahan dan Tafsir per Kata. Bandung: Sygma Publishing. iii
PERNYATAAN Saya yang bertanda tangan di bawah ini: nama : Fera Ayu Rosita NIM
: 081810301042
menyatakan dengan sesungguhnya bahwa karya ilmiah yang berjudul “Aktivasi dan Karakterisasi Zeolit Alam Sebagai Adsorben Timbal (Pb) pada Gas Buang Kendaraan Bermotor” adalah benar hasil karya sendiri, kecuali kutipan yang sudah saya sebutkan sumbernya, belum pernah belum pernah diajukan pada institusi manapun, dan bukan karya jiplakan. Saya bertanggung jawab atas keabsahan dan kebenaran isinya sesuai dengan sikap ilmiah yang harus dijunjung tinggi. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya, tanpa ada tekanan dan paksaan dari pihak manapun serta bersedia mendapat sanksi akademik jika ternyata di kemudian hari pernyataan ini tidak benar.
Jember, 01 Juli 2014 Yang Menyatakan,
Fera Ayu Rosita NIM. 081810301042
iv
SKRIPSI
AKTIVASI DAN KARAKTERISASI ZEOLIT ALAM SEBAGAI ADSORBEN TIMBAL (Pb) PADA GAS BUANG KENDARAAN BERMOTOR
Oleh: Fera Ayu Rosita NIM. 081810301042
Pembimbing: Dosen Pembimbing Utama
: Novita Andarini, S.Si., M.Si.
Dosen Pembimbing Anggota
: Tanti Haryati, S.Si., M.Si.
v
PENGESAHAN
vi
RINGKASAN Aktivasi dan Karakterisasi Zeolit Alam Sebagai Adsorben Timbal (Pb) pada Gas Buang Kendaraan Bermotor; Fera Ayu Rosita, 081810301042, 2014, 40 halaman; Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember. Timah hitam atau lebih sering disebut timbal (Pb) merupakan salah stau jenis logam berat yang juga memiliki potensi sebagai pencemar udara. Ada dua bentuk timbal yang mencemari udara, yaitu dalam bentuk gas dan partikel. Timbal yang mencemari udara dalam bentuk gas terutama dihasilkan dari pembakaran yang kurang sempurna dari bahan aditif bensin pada kendaraan bermotor yang terdiri dari ttetraetil Pb dan tetrametil Pb. Semakin kurang sempurna proses pembakaran dalam mesin kendaraan bermotor, maka jumlah Pb yang diemisikan ke udara akan semakin banyak. Kendaraan bermotor saat ini sebenarnya sudah dilengkapi dengan alat catalytic converter yang berfungsi mereduksi senyawa-senyawa hasil pembakaran dari mesin motor. Namun, alat ini hanya mampu mereduksi kandungan CO, HC, SOx dan NOx dalam gas buang kendaraan dan tidak dapat mereduksi timbal pada gas buang. Zeolit telah diketahui mampu bertindak sebagai adsorben (penyerap), mekanismenya melalui proses pengikatan senyawa dan molekul tertentu yang hanya terjadi dipermukaan. Zeolit merupakan senyawa alumino silikat terhidrat yang memounyai struktur kerangka tiga dimensi terbuka yang dibangun oleh tetrahedraltetrahedral SiO44- dan AlO45- dengan atom O sebagai penghubung antara aton Si dan Al membentuk rongga-rongga dan saluran yang teratur yang ditempati oleh molekulmolekul air dan kation yang dapat bergerak bebas, sehingga memungkinkan pertukaran ion tanpa merusak struktur zeolit. Perlu dilakukan aktivasi terlebih dahulu terhadap zeolit agar dapat digunakan menggunakan zeolit sebagai adsorben, karena zeolit masih vii
memiliki banyak pengotor yang menyumbat pori-porinya. Proses aktivasi dapat dilakukan baik secara fisika yaitu dengan pemanasan pada suhu tinggi, ataupun secara kimia yang dapat dilakukan dengan menggunakan asam-asam mineral atau basa-basa kuat. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakter zeolit alam setelah diaktivasi dengan HCl dan NaCl serta untuk mengetahui pengaruh aktivasi terhadap kemampuan adsorpsi zeolit alam terhadap timbal (Pb) pada gas buang kendaraan bermotor. Aktivasi zeolit alam dilakukan dengan menggunakan HCl dengan konsentarsi 6; 8, 10; dan 10,5 M serta perendaman menggunakan NaCl 1 M. ada dua jenis aktivasi dalam penelitian ini yaitu perlakuan asam yang hanya menggunakan HCl dan yang kedua perlakuan asam yang dilanjutkan dengan perendaman dengan NaCl. Hasil dari zeolit yang sudah diaktivasi kemudian dibuat dalam bentuk tablet. Pengambilan sampel gas buang pada kendaraan bermotor yaitu dengan cara meletakkan botol plastik yang sudah berisi tablet zeolit pada belakang knalpot motor dan motor dihidupkan selama 30 menit. Aktivasi zeolit alam dengan variasi konsentrasi HCl 6; 8; 10; dan 10,5 M dapat meningkatkan keasaman, namun konsentrasi optimum adalah 8 M. Jika jumlah keasaman menurun, jumlah ion Na yang terdapat dalam zeolit juga akan turun. Semakin banyak jumlah Na yang terdapat pada adsorben zeolit dapat meningkatkan kemampuan adsorpsi timbal dari gas buang kendaraan bermotor. Efektifitas adsorben zeolit dalam mengadsorpsi timbal dalam gas buang yaitu sebesar 97,7% yang terdapat pada Na/ZA-D 8.
viii
PRAKATA Alhamdulillah, segala puji hanya bagi Allah atas segala rahmat dan karuniaNya sehingga dapat terselesaikannya skripsi dengan judul “Aktivasi dan Karakterisasi Zeolit Alam Sebagai Adsorben Timbal (Pb) pada Gas Buang Kendaraan Bermotor”. Skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan strata satu (S1) pada Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember. Penyusunan skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis menyampaikan terima kaksih kepada: 1. Prof. Drs. Kusno, DEA. Ph.D. selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam; 2. Dr. BambangPiluharto, S.Si., M.Si. selaku Ketua Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember; 3. Ibu Novita Andarini, S.Si., M.Si. selaku Dosen Pembimbing Utama, Ibu Tanti Haryati, S.Si., M.Si. selaku Dosen Pembimbing Anggota, Bapak Drs. Siswoyo, M.Sc., Ph.D. selaku Dosen Penguji I dan Ibu Dwi Indarti, S.Si., M.Si. selaku Dosen Penguji II yang telah meluangkan waktu, pikiran, dan perhatian dalam penulisan skripsi ini; 4. Ir. Neran, M.Kes selaku Dosen Pembimbing Akademik; 5. seluruh staff dan Teknisi laboratorium Kimia Analitik dan Kimia Organik Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam serta Laboratorium Kimia Farmasi Fakultas Farmasi Universitas Jember; 6. seluruh staff pengajar di Jurusan Kimia Fakulas Matematika dan Pengetahuan Alam Universitas Jember; 7. semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu.
ix
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan skirpsi sehingga kritik dan saran dari semua pihak sangat dibutuhkan demi kesempurnaan skripsi ini. Akhirnya penulis berharap, semoga skripsi ini dapat bermanfaat. Jember, Juli 2014 Penulis
x
DAFTAR ISI
Halaman HALAMAN JUDUL ……………………………………………………………...
i
HALAMAN PERSEMBAHAN ………………………………………………….
ii
HALAMAN MOTTO ……………………………………………………………... iii HALAMAN PENYATAAN…………………….…………………………………. iv HALAMAN PEMBIMBINGAN ………………………………………………….. v HALAMAN PENGESAHAN ………………….………………………………….. vi RINGKASAN ………………………..…………………………………………… vii PRAKATA …………………………..…………………………………………….. ix DAFTAR ISI …………………………………………………………………….... x DAFTAR TABEL ………………………………………………………………... xiii DAFTAR GAMBAR …………………………………………………………….. xiv DAFTAR LAMPIRAN ………………………...………….…………….……… xv BAB 1. PENDAHULUAN ……………………………………………………. …. 1 1.1 Latar Belakang …………………………………………………….. ….. 1 1.2 Rumusan Masalah ……………………………………………………… 3 1.3 Tujuan Penelitian ……………………………………………………… 3 1.4 Manfaat Penelitian …………………………………………………….. 4 1.5 Batasan Masalah ……………………………………………………….. 4 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA …………………………………………………. 5 2.1 Zeolit …………………………………………………………………….. 5 2.1.1 Struktur Zeolit ……………………………………………………… 6 2.1.2 Sifat dan Kegunaan Zeolit Alam …………………………………… 7
x
2.1.3 Aktivasi Zeolit Alam …………………………………….….……... 8 2.1.4 Karakterisasi Zeolit………………………………………….……… 9 2.1.4.1 Analisis dengan Spektrometer FTIR ...……………….………. 9 2.1.4.2 Keasaman Zeolit …………………………………………..…. 10 2.1.4.3 Fotometer Nyala (Flame Photometer) ……………………...... 10 2.2 Adsorpsi ……………………………………………………...………….. 11 2.3 Timbal (Pb) …………………………………………………..………….. 12 2.4 Fotomerter Nyala (Flame Photometer) .................................................... 14 2.5 FT-IR (Fourier Transform Infrared) ……………………….…………... 15 2.6 Spektrofotometer Serapan Atom (SSA) ……………………………..... 16 BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN…………………………………...…….. 18 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian………………………………………….. 18 3.2 Rancangan Penelitian ……………………………………………..……. 18 3.2.1 Bagan Penelitian …………………………………………………… 18 3.3. Alat dan Bahan………………………………………………………….. 19 3.3.1 Alat ………………………………………………………………... 19 3.3.2 Bahan ……………………………………………………………… 19 3.4 Prosedur Penelitian …………………………………………………….. 19 3.4.1 Preparasi Larutan HCl 6, 8, 10, dan 10,5 M …………………….... 19 3.4.2 Aktivasi Zeolit Alam ………………………………………………. 19 3.4.2.1 Preparasi Zeolit Alam Dealuminasi (ZA-D) ………………... 19 3.4.2.2 Preparasi Na-Zeolit (Na/ZA-D) …………………………..…. 20 3.4.3 Teknik Sampling ………………………………………………...… 20 3.4.3.1 Pengambilan Gas Buang Tanpa Adsorben Zeolit …………… 20 3.4.3.2 Pengambilan Gas Buang dengan Adsorben Zeolit ………..... 20 3.4.4 Preparasi Larutan Standar Pb ………………..……………………. 21 3.4.5 Pembuatan Kurva Kalibrasi Pb ……………….…………………… 21 3.4.6 Penentuan Kandungan Pb pada Gas Buang…………..……………. 21 3.4.7 Penentuan Kandungan Pb pada Zeolit ……….……….…………... 22 xi
3.4.8 Karakterisasi Zeolit ……………………………………..………… 23 3.4.8.1 Penentuan Jumlah Asam pada Zeolit ………………..……… 23 3.4.8.2 Uji FTIR …………………………………………..………… 23 3.4.8.3 Penentuan Kadar Na pada Zeolit …………………………….. 24 A. Preparasi Larutan Standar Na ……………………..………… 24 C. Pembuatan Kurva Kalibrasi Na ………………….………….. 24 B. Penentuan Kadar Na pada Zeolit ……………….…………... 24 BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN ………………………………..…………. 26 4.1 Karakter Zeolit Alam ………………………………………..…………. 26 4.1.1 Keasaman Adsorben Zeolit Teraktivasi ………………...…………. 26 4.1.2 Spektrum FTIR Adsorben Zeolit Teraktivasi……………………… 28 4.1.3 Kandungn Ion Na+ dalam Adsorben Zeolit Teraktivasi ……..……. 30 4.2 Kadar Logam Pb dalam Gas Buang Kendaraan Bermotor ……..….. 31 4.3 Adsorpsi Timbal (Pb) …………...………………………………………. 32 4.3.1 Kandungan Timbal Pada Zeolit Teraktivasi Sebelum Adsorpsi
.. 32
4.3.2 Kandungan Timbal Pada Zeolit Teraktivasi Setelah Adsorpsi Gas Buang ……….………………………………………………… 33 BAB 5. PENUTUP ……………..………………………………………………….. 37 5.1 Kesimpulan ………………………………………………………………. 37 5.2 Saran ……………..……………………………………………………… 37 DAFTAR PUSTAKA ……..………………………………………………………. 38 LAMPIRAN …………………...……………………………………………………43
xii
DAFTAR TABEL
Halaman 2.1. Seyawa Timbal (Pb) pada Gas Buang Kendaraan Bermotor ……………… 13 4.1. Perbandingan Spektrum FTIR ……………………………………………... 29
xiii
DAFTAR GAMBAR
Halaman 2.1 Kerangka Dasar Zeolit …………………………………………………….. 6 4.1 Tablet Adsorben Zeolit ……………………………………………………. 26 4.2 Grafik Hubungan Antara Jenis Adsorben Terhadap Keasaman Adsorben … 27 4.3 Spektra Inframerah Zeolit Alam …………………………………………… 29 4.4 Kandungan Na dalam Zeolit Teraktivasi ………………………………….. 31 4.5 Kandungan Logam Timbal Awal dalam Zeolit ……………………………. 32 4.6 Kandungan Logam Timbal dari Gas Buang Pada Adsorben Zeolit ……….. 33 4.7 Massa Pb yang terjerap pada Zeolit Alam …………………………………. 35 4.8 % Efektivitas Adsorpsi Oleh Zeolit ……………………………………….. 35
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman A. Data Absorbansi Larutan Standar Pb ………………………………………. 43 B. Data kadar Pb dalam Kapas ………………………………………………… 44 C. Tabel Data Kandungan Pb dalam Zeolit Alam Sebelum Digunakan Sebagai Adsorben…………………………………………………………… 45 D. Tabel Data Kandungan Pb dalam Zeolit Alam Sebelum Digunakan Sebagai Adsorben …………………………………………………………... 47 E. % Efektivitas Pb Sampel …………………………………………………… 49 F. Data Keasaman Zeolit Alam Teraktivasi (Adsorben) ………………………. 50 G. Data FTIR…………………………………………………………………… 51 H. Kandungan Na Dalam Zeolit ………………………………………………. 56 I. Gambar Rangkaian Alat Uji Jumlah Keasaman ………………………….... 60
xv
