DEALUMINASI ZEOLIT ALAM CIPATUJAH MELALUI PENAMBAHAN ASAM DAN OKSIDATOR

Sriatun, Dkk.:Dealuminasi Zeolit Alam Cipatujah melalui Penambahan Asan dan Oksidator

DEALUMINASI ZEOLIT ALAM CIPATUJAH MELALUI PENAMBAHAN ASAM DAN OKSIDATOR Sriatun , Adi Darmawan Jurusan Kimia, FMIPA UNDIP Semarang

ABSTRAK Sampai saat ini zeolit tetap menjadi primadona sebagai bahan penapis molekuler atau adsorben. Umumnya zeolit alam perlu diberi perlakuan tertentu bila akan digunakan sebagai adsorben, karena rasio Si/Al rendah dan mengandung unsur-unsur pengotor yang harus diminimalkan pengaruhnya. Oleh karena itu perlu dilakukan dealuminasi. Salah satu metode dealuminasi adalah pengasaman dan untuk memaksimalkannya ditambah dengan oksidator KMnO4. Prosedur kerja penelitian ini meliputi dealuminasi zeolit alam Cipatujah menggunakan H2SO4 dan HCl serta ditambah dengan oksidator KMnO4. Selanjutnya dilakukan karakterisasi terhadap zeolit sebelum dan sesudah perlakuan dealuminasi menggunakan spektrofotometer inframerah (IR), difraktometer sinar-x (XRD) dan spektroskopi serapan atom (AAS). Dari hasil interpretasi terhadap data spektra inframerah maupun difraktogram XRD menunjukkan bahwa zeolit alam yang digunakan termasuk jenis mordenit. Dari data penentuan kadar unsur menggunakan AAS diperoleh hasil bahwa pada dealuminasi menggunakan H2SO4 dan KMnO4 mampu menaikkan rasio Si/Al dari 2,852 menjadi 11-12. sedangkan dengan menggunakan HCl rasio Si/Al naik menjadi 9,945. Kata kunci: dealuminasi; zeolit alam; pengasaman; oksidator ABSTRACT Until now, the zeolite quite to be superior as a molecular sieves material or adsorbent. Generally, natural zeolite should be certain treatment if that would used as an adsorbent, because usually zeolite had low of Si/Al ratio and it was contains some impurities that should minimize that influence. Therefore, natural zeolite should be dealumination via acid adding . The procedure of this research were dealumination of cipatujah natural zeolite using H2SO4 and HCl, then they were added by KMnO4. The following step were characterization of zeolite before dan after dealumination treatment using IR spectrophotometer, X-Ray Difractometer and Atomic Absorption Spectroscopy instruments. From the result of interpretation to infrared spectogram data and XRD difractogram data showed that the natural zeolite that using in this research were mordenite. Next, Si/Al ratio of zeolite increasing from 2,852 to be 11-12 after dealumination by H2SO4 and KMnO4. Meanwhile, Si/Al ratio of zeolite increasing to 9,945 after dealumination by HCl. Key words: dealumination, natural zeolite, acid adding, oxidator

JSKA.Vol.VIII.No.2.Tahun.2005


I.

dealuminasi

PENDAHULUAN Zeolit merupakan mineral alam

mengacu

pada

Sriyanti

(2000).

yang jumlahnya berlimpah di Indonesia. Melimpahnya

deposit

memberikan

zeolit

kemudahan

alam

II. METODE PENELITIAN

untuk

Tahap I : Penyiapan sampel

mengeksplorasinya. Zeolit mempunyai

Zeolit alam Cipatujah, Tasikmalaya.

rongga yang berhubungan dengan lainnya

digerus sampai halus dan diayak dengan

membentuk saluran-saluran (chanel) ke

ukuran

segala

dipanaskan dalam oven pada temperatur

arah

dengan

ukuran

saluran

tergantung pada garis tengah logam M.

100-200

mesh.

Selanjutnya

110oC selama 5 jam.

Di dalam saluran tersebut dapat terisi air yang disebut air kristal yang dapat lepas

Tahap II : Dealuminasi zeolit alam

dengan adanya pemanasan. Struktur tiga

1. Sebanyak 50 gr zeolit ditambah 100

dimensi yang unik ini menawarkan

ml H2SO4 6M dan 100 ml KMnO4 0,5 M.

rentang

yang

Campuran dipanaskan pada temperatur

merupakan bagian bentuk selektivitas

80oC selama 4 jam. Selanjutnya dicuci

material

mampu

sampai netral dan dikeringkan pada

yang

temperatur 110oC selama 5 jam (KODE

sama

A1).

difusivitas

karena

mengadsorbsi berbentuk

yang

luas

hanya

molekul-molekul dan

berukuran

(Augustine, 1996), bahkan zeolit dapat


dimanfaatkan untuk memperoleh normal

ml H2SO4 6 M dan 100 ml KMnO4 0,5

parafin dari berbagai timbunan umpan

M.

hidrokarbon (Sukandarrumidi, 1999).

temperatur

Dengan mengkaji sifat-sifat zeolit

Campuran

dipanaskan

80oC

selama

4

pada jam,

didiamkan semalam pada temperatur

dapat dikatakan bahwa zeolit dapat

kamar.

Selanjutnya

menggantikan adsorben seperti silika gel.

akuades sampai netral dan dikeringkan

Dalam penelitian ini diupayakan untuk

pada pada temperatur 110oC selama 5

meningkatkan rasio Si/Al yaitu dengan

jam (KODE A2).

metode dealuminasi melalui pengasaman

3. Hasil no. 1 segera ditambah dengan

dan penambahan oksidator. Perlakuan

100 ml

H2SO4

dicuci

dengan

6 M dan dipanaskan

pada temperatur 80oC selama 5 jam



dengan pengadukan perlahan. Kemudian

III.

HASIL DAN PEMBAHASAN

dicuci dengan akuades sampai netral.

3.1

Karakter zeolit alam

Selanjutnya ditambah 150 ml HCl 6 M

3.1.1 Interpretasi difraktogram XRD

dan dipanaskan pada temperatur 80oC

zeolit alam

selama

3

jam

dengan

pengadukan

Karakterisasi

dengan

perlahan. Hasil dicuci dengan akuades

menggunakan difraksi


merupakan

tempeartur 110oC selama 5 jam (KODE

digunakan sebagai identifikasi kualitatif

A3).

dari zeolit. Dari pola difraktogram XRD


dapat diketahui

“sidik jarinya”, yang

ml HCL 6 M, kemudian ditambah 100 ml

memberikan

informasi

KMnO4 0,5 M. Campuran ini dipanaskan

mikrostruktur suatu kristal yaitu fasa

pada temperatur 80oC selama 4 jam.

kemurniannya dan perubahan kisi kristal.

Selanjutnya

dicuci

dengan

akuades

hal

yang

Kerangka

sinar-x (XRD) vital

struktur

karena

tentang

zeolit


dibentuk oleh tetrahedral alumina (AlO4)-

temperatur 110oC selama 5 jam. (KODE

dan tetrahedral silikat (SiO4)4- . Satuan

A4).

bangun tetrahedral

yang membentuk

zeolit sangat bervariasi dari yang paling Tahap III : Karakterisasi zeolit alam

sederhana yaitu cincin empat tunggal

dan hasil dealuminasi

sampai yang kompleks yaitu polihedral.

Karakterisasi

dilakukan

terhadap

Menurut Berck (1974), zeolit sebagai

zeolit alam sebelum dan sesudah proses

mineral alam maupun zeolit sintetik

dealuminasi

diklasifikasikan berdasarkan tipe satuan

yaitu

rasio

Si/Al

menggunakan spektroskopi serapan atom

bangun

penyusunnya.

Masing-masing

(AAS), kristalinitas menggunakan XRD-

klas zeolit mempunyai kristalinitas yang

600 Shimadzu dan perubahan struktur

berbeda yang ditandai dengan munculnya

menggunakan spektroskopi infra merah

puncak-puncak khas pada sudut dan basal

(IR).

spacing tertentu pada difraktogramnya. Dalam penelitian ini, zeolit alam yang

digunakan

sebagai

adsorben

mempunyai puncak puncak utama pada sudut 2  seperti tertera pada gambar 3.1.



G Gambar 3.1 Difraktogram XRD zeolit alam yang digunakan

Dengan membandingkan

data

yang diperoleh dengan data x-ray powder yang terdapat pada Berck (1974) dan data

dengan metode ini dapat diketahui

dari JCPDS 2001 diketahui bahwa zeolit

karakter strukturnya. Dari sini akan

alam ini termasuk jenis mordenit dengan

diperoleh

rumus

Na2,

pendeknya ikatan yang disebabkan oleh

kalsium

lattice coupling electrotatic dan pengaruh

umum

K2)Al2Si10O24.7H2O

(Ca, yaitu

informasi

Frekuensi

tentang

vibrasi

panjang

aluminium silikat hidrat. Berdasarkan

lainnya.

daerah

strukturnya zeolit ini termasuk grup 6

tengah/sedang inframerah adalah 300-

yang tersusun oleh

satuan bangun

1300 cm-1. Pada daerah ini memberikan

sekunder (SBU) berupa kompleks 5-1,

informasi tentang komposisi dan kondisi

T8O16 yaitu 5 cincin tetrahedral SiO4 dan

tetrahedra SiO44- atau AlO45- pada zeolit

tetrahedral AlO4 tunggal.

alam. Hasil karakterisasi zeolit alam dengan spektroskopi inframerah dapat

3.1.2 Interpretasi spektra inframerah zeolit alam Pada penelitian ini salah satu karakterisasi

zeolit

alam

dilakukan

dengan spektroskopi inframerah, karena


dilihat pada gambar 3.2.


Gambar 3.2 Spektra inframerah zeolit alam Dari tabel 3.1 terlihat bahwa zeolit alam ini tidak mempunyai vibrasi

zeolit

alam

ini

mempunyai rasio Si/Al = 2,852. Data dari penelitian ini sedikit berbeda dengan

menunjukkan bahwa dalam zeolit alam

yang dikemukan oleh Berck bahwa zeolit

tidak mengandung cincin-4 ganda (D4R)

jenis mordenit umumnya mempunyai

dan atau cincin-6 ganda (D6R), artinya

rasio Si/Al = 4,17 – 5,0. Hal ini

keduanya

menunjukkan bahwa zeolit alam yang

D4R

dan

bukanlah

Hal

bahwa

ini

eksternal

D6R.

diketahui

satuan

bangun

sekunder yang menyusun kerangka zeolit

digunakan

ini. Sebagaimana data yang diperoleh dari

alumina relatif lebih tinggi. Namun

difraktogram XRD terdapat kesesuaian

kondisi ini cukup wajar, mengingat zeolit

bahwa zeolit alam yang digunakan ini

merupakan mineral batuan alam yang

adalah jenis mordenit dengan struktur

kandungan

kompleks 5-1, T8O16. Puncak-puncak

tergantung lokasinya.

yang muncul pada frekuensi di atas 1250

diuraikan pada bab sebelumnya bahwa

cm-1 bukanlah puncak karakteristik zeolit,

dengan tingginya kadar alumina berarti

dalam hal ini muncul puncak pada 1637,5

zeolit ini mempunyai kepolaran relatif

cm

-1

merupakan vibrasi rentangan C=O,

3421,5 cm-1 merupakan vibrasi rentangan OH. Berdasarkan dengan

hasil

spektroskopi


pengukuran

serapan

atom

mempunyai

kandungan

unsur-unsurnya

berbeda

Seperti telah

tinggi atau bersifat hidrofilik.


Tabel 3.1 Daerah vibrasi zeolit alam yang digunakan Zeolit alam Daerah vibrasi (cm-1)

Model vibrasi

Rentangan asimetris O-Si-O dan O-Al-O Rentangan simetris O-Si-O dan O-Al-O Vibrasi eksternal D4R dan D6R Vibrasi tekuk Si-O dan Al-O Vibrasi eksternal celah cincin 12

1250 - 900 850 - 680 610 - 580 500 - 420 400 - 300

Daerah vibrasi (cm-1) 1066,6 796,5 Tidak muncul 441 333,7

Intensitas relatif Sangat Kuat Lemah Kuat kuat

Sebagai material berpori, zeolit jenis

aluminanya

mordenit juga mempunyai kemampuan

permukaannya

sebagai

molekuler/molecular

Mengingat materi yang diadsorp adalah

sieve atau sebagai adsorben. Terdapat dua

senyawa aromatik yang mempunyai sifat

hal penting yang menentukan sifat zeolit

kepolaran rendah, maka perlu dilakukan

sebagai adsorben yaitu (1) adanya pori,

pengurangan polaritas terhadap zeolit

rongga dan saluran yang merupakan

alam dengan cara mengurangi kandungan

bagian dari bentuk tiga dimensi. Bagian

aluminanya.

ini memberikan kontribusi interaksi fisik

pengurangan kandungan alumina dalam

terhadap materi yang diadsorp. (2) sifat

kerangka

permukaan

oleh

dealuminasi.

keberadaan Si dan Al. Bagian ini

Pada

penapis

yang

ditentukan

tinggi,

jadi

adalah

Dalam

zeolit

sifat

hidrofilik.

penelitian

dilakukan

penelitian

ini,

melalui

ini

hasil

memberikan kontribusi interaksi kimia

pengukuran rasio Si/Al terhadap zeolit

terhadap materi yang diadsorp.

alam setelah proses dealuminasi dapat dilihat pada tabel 3.2. Dealuminasi

3.2

Dealuminasi zeolit alam

tertinggi terjadi pada zeolit A3, pada

3.2.1 Analisis rasio Si/Al zeolit alam

sampel ini zeolit alam mengalami dua

hasil dealuminasi

kali proses pengasaman yaitu dengan

Zeolit yang digunakan sebagai

H2SO4 kemudian dengan HCl dan waktu

sampel dalam penelitian ini mempunyai

interaksi

dengan

rasio Si/Al relatif rendah atau kandungan

sehingga

alumina


asam yang

lebih keluar

lama, dari


kerangka zeolit lebih banyak.

Namun

pada atom O untuk membentuk ikatan

kenaikan rasio Si/Al pada zeolit A3 tidak

koordinasi. Dengan demikian pada Al-O

signifikan dibandingkan zeolit A1 dan

akan kekurangan elektron sehingga akan

A2.

Baik zeolit A1 maupun A2,

bersifat lebih polar dan tidak sekuat

keduanya diberi asam H2SO4 dan KMnO4

sebelumnya, sehingga Al akan putus dari

serta waktu refluks 4 jam pada temperatur

ikatannya.

80oC.

Selanjutnya

didiamkan

untuk

selama

zeolit

A2

semalam

pada

temperatur kamar. Ternyata rasio Si/Al

3.2.2

Interpretasi spektra inframerah

terhadap zeolit alam hasil dealuminasi

untuk zeolit A2 sedikit lebih tinggi

Menurut Hamdan (1992) semua

dibanding A1. Jika zeolit A1, A2 dan A3

pita yang disebabkan oleh vibrasi internal

dibandingkan dengan zeolit A4, maka

dalam kerangka adalah sensitif terhadap

rasio Si/Al untuk zeolit A4 paling rendah.

struktur dan komposisi kerangka. Dengan

Kemungkinan hal ini dikarenakan pada

naiknya kandungan Si atau dengan kata

zeolit A4 dealuminasi menggunakan HCl

lain

dan KMnO4 dengan waktu refluks 4 jam

intensitas pita pada daerah 300 – 1300

pada

temperatur

dikatakan

bahwa

o

80 C.

Jadi

untuk

waktu

dapat dan

dengan

naiknya

rasio

Si/Al,

cm-1 akan berkurang dan bergeser ke frekuensi yang lebih tinggi.

Vibrasi

temperatur yang sama penggunaan H2SO4

kerangka juga sensitif terhadap jenis dan

sebagai agen dealuminasi lebih efektif

muatan kation penyeimbang muatan.

dibandingkan HCl.

Perubahan struktur pada zeolit

Tabel 3.2 Hasil pengukuran rasio Si/Al Kode sampel

Rasio Si/Al

Zeolit sebelum dealuminasi A1 A2 A3 A4

2,852

perlakuan

diamati

dari

dealuminasi

spektra

dapat

inframerahnya.

Dalam penelitian ini perubahan spektra inframerah dari zeolit hasil dealuminasi

11,057 11,831 11,972 9,945

Interaksi asam dengan permukaan zeolit mengakibatkan keluarnya spesies +

alumina dari zeolit. Ion H yang berasal dari asam mempengaruhi elektron bebas


setelah

dapat dilihat pada gambar 5.4. Hasil penelitian menunjukkan bahwa terdapat pergeseran

frekuensi

gelombang

pada

atau

daerah

bilangan rentangan

asimetris O-Si-O dan O-Al-O. Pergeseran tersebut terjadi dari frekuensi 1066,6 cm-1 menjadi 1082,0 cm-1 pada A1, 1076,2 cm-

Sriatun, Dkk.:Dealuminasi Zeolit Alam Cipatujah melalui Penambahan Asan dan Oksidator 1

pada A2, 1089,7 cm-1 pada A3 dan

Hampir semua pita

pada zeolit hasil

1082,0 cm-1 pada A4. Untuk daerah

dealuminasi yang telah disebutkan di atas

rentangan simetris O-Si-O dan O-Al-O

mengalami pengurangan intensitas bila

yang terdapat pada frekuensi 796,5 cm-1

dibandingkan dengan pita zeolit sebelum

tidak mengalami pergeseran kecuali pada

proses dealuminasi. Jadi dengan adanya

A2, dan pergeserannyapun sangat kecil

berkurangnya

spesies

yaitu hanya 2,1.cm-1 . Untuk daerah

kerangkan

zeolit

vibrasi tekuk Si-O dan Al-O yaitu 441,7

pergeseran frekuensi dan pengurangan

cm-1 terjadi pergeseran menjadi 447,5 cm-

intensitas pita spektra inframerah, hal ini

1

sesuai dengan teori yang dikemukakan

1

pada A1, 414,7 cm-1 pada A2, 443,6 cmpada A3 dan 455,1 cm

-1

pada A4.

alumina

menyebabkan

oleh Hamdan.

A1

A2

A3

A4

Gambar 3 .4 Spektra inframerah zeolit alam sesudah dealuminasi


dari


3.2.3 Interpretasi difraktogram XRD

ketiga zeolit lainnya dan zeolit sebelum

zeolit alam hasil dealuminasi

dealuminasi. Selain itu perubahan yang

Kerangka

dapat

struktur

zeolit

diamati

adalah

pengurangan

dibentuk oleh tetrahedral alumina (AlO4)-

intensitas puncak pada zeolit A1, A2 dan

dan tetrahedral silikat (SiO4)4-. Masing-

A4. Untuk zeolit A3 puncak-puncak yang

masing

mempunyai

muncul pada 2  < 250, hampir semua

kristalinitas yang berbeda yang ditandai

intensitas puncak mengalami penurunan,

dengan munculnya puncak-puncak khas

sedangkan puncak dengan sudut 2  >

pada

pada

250 intensitasnya sedikit bertambah. Jadi

adanya

jelas bahwa adanya peristiwa dealuminasi

peristiwa dealuminasi, maka sebagian

mengakibatkan meningkatnya rasio Si/Al.

kerangka

Keadaan

klas

zeolit

sudut

tertentu

difraktogramnya.

Dengan

zeolit

akan

mengalami

ini

turut

mempengaruhi

perubahan. Hal ini akan berakibat pada

kristalinitasnya,

perubahan kristalinitasnya.

difraktogram XRDnya hampir semua

Perubahan

data

difraktogram

dan

proses

muncul.

dengan

dapat

diketahui

dari

puncak mengalami penurunan intensitas

XRD zeolit alam sebelum dan sesudah dealuminasi

terbukti

bahkan

sebagian

puncak

tidak

membandingkan

difraktogramnya, gambar selengkapnya

DAFTAR PUSTAKA

dapat dilihat pada gambar 3.5. Pada zeolit hasil dealuminasi baik A1, A2, A3 maupun A4 puncak-puncak dengan sudut 2  < 10 sebagian tidak muncul. Puncak pada 2  = 18,9400o juga tidak muncul pada

sampel

setelah

dealuminasi.

Beberapa puncak pada sudut antara 25o

30

juga tidak muncul. Perubahan yang

cukup signifikan terdapat pada zeolit A3. Pada sampel ini banyak puncak-puncak yang hilang dan jumlah puncak yang muncul relatif

lebih sedikit dibanding


Augustine, R.L, 1996, “Heterogeneous Catalysis For The Synthetic Chemist”, 1st Edition, Marcel Dekker, Inc. New York. Berck, D.W., 1974, “Zeolite Molecular Sieve, Structure Chemistry and Use”, John Willey and Sons, New York. Hamdan, H., 1992, “Introduction to Zeolite Synthesis, Characterization and Modification”, 1st Edition, Universiti Teknologi Malaysia, Kualalumpur. JCPDS, 2001, “International Center for Diffraction Data”.


Sriyanti, 2000, “Impregnasi 2Merkaptobenzotiazol pada Zeolit Alam dan Pemanfaatannya pada adsorpsi selektif Kadmium (II) dan Besi (III) dalam Medium Air, Thesis S-2, Universitas Gajah Mada, Yogyakarta. Sukandarrumidi, 1999, “ Bahan Galian Industri”, Cetakan pertama, Gajah Mada Press, Yogyakarta.


DEALUMINASI ZEOLIT ALAM CIPATUJAH MELALUI PENAMBAHAN ASAM DAN OKSIDATOR

Recommend Documents