-
KE DAFTAR ISI
/80
ISSN 0216-3128
Prt~,'itn().dkk.
KAJIAN PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM PADA REDUKSI KADAR Ph dan Cd DALAM LIMBAH CAIR Prayitno, Endro Kismolo, Nurimaniwathy Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN
ABSTRACT THE STUDY OF NATURAL ZEOLITE USING ON THE REDUCTION OF Pb and Cd IN THE LIQUID WASTE. Reduction of Pb and Cd metal content was done by bath sorption methode using natural zeolite from West Java with grain zise. are (-40+60) mesh. (-60+80) mesh and (-80 I- 100) mesh. 7/le addition of zeolite was varied of 2,5 % to 15 %. Stirring speed to variationfrom 50 rpm to 175 rpm and the stirring time of 10 minutes to 60 minutes and settling lime on 120 minutes. The content of chrome and nickel from sorption process was analyzed by AAS utilities. From the experience can be deduced of the best condition to achieved on the addition of natural zeolitefor grain zise is (-60+80) mesh are 10 % weightlvolume. stirring speed of 100 rpm on 50 minutes with the settling time on 120 minutes. At the condition obtained adsorption efficiency value are 83.15 %for Pb and 70,55 %for Cd. Key Words: Reduction o/Ph and Cd, Natura/Zeolite
ABSTRAK KAJlAN PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM PADA REDUKS/ KADAR Ph don Cd DALAM LlMBAH CAIR. Reduksi kadar Pb dan Cd dilakukan dengan metode penyerapan secara catu menggunakan zeolit (-60 + 80) mesh dan (-80+ 100) mesh. dari Jawa Barat dengan ukuran butir (-40 +60) mesh), Penambahan zeolit divariasi dari 2,5 % sampai 15 %. Kecepatan pengadukan divariasi dari 50 rpm sampai 175 rpm dan waktu pengadukan divariasi dari 10 menit sampai 60 menit pada pengenapan selama 120 menit. Dari penelitian diperoleh kesimpulan bahwa kondisi terbaik dicapai pada penambahan zeolit alam (-60 80) mesh sebanyak 10 % beratlvolume, kecepatan pengadukan 100 rpm selama 50 menit dengan waktu pengenapan selama 120 menit. Pada kondisi ini diperoleh ni/ai ejisiensi penyerapan sebesar 83,15 % unlllk Pb dan 70,55 % untuk Cd. -+
Kata Kunci : Reduksi Pb don Cd, Zeolit Alam.
PENDAHULUAN
TEORI
Pengolahan kimia memiliki satu kelemahan faktor pemisahanya cenderung tidak yaitu bisa maksimum sehingga di dalam efluen atau beningan yang diperoleh biasanya masih memiliki kadar logam berat yang belum memenuhi syarat untuk didispersi ke lingkungan. Untuk menindak lanjuti efluen atau beningan hasil pengolahan kimia dapat dilakukan proses sorpsi atau penjerapan menggunakan minerallokal misalnya zeolit. Saat ini mineral zeolit ban yak dimanfaatkan sebagai sorben alamiah, hal ini karena zeolit secara ekonomis dapat digunakan sebagai bahan penjerap logam berbahaya dalam limbah radioaktif cair dan senyawa B3. Faktor penting mengapa zeolit digunakan untuk bahan penjerap logam berbahaya dalam limbah cair selain murah, adalah kemampuan mineral lokal tersebut dalam hal pertukaran ionnya ( 1.2)
Karakteristik sorben alam dari mineral zeolit, salah satunya adalah karena di dalam mineral zeolit mengandung senyawa alumunium silikat yang memiliki struktur kerangka tiga demensi terbentuk oleh tetrahedral AIO/- dan SiQ44- dengan rongga di dalamnya terisi ion-ion logam biasanya logam alkali tanah (Na, K, Mg, Ca dan Fe) dan molekul air yang dapat bergerak bebas. Untuk mempermudah terjadinya proses pertukaran kation-kation, padatan zeolit dibuat homogen terlebih dahulu melalui proses preparasi baik fisika maupun kimia yaitu dengan pemanasan dan atau menambah asam atau garam tertentu (3.4). Oalam aplikasinya, pemanfaatan zeolit alam menjadi mahal apabila harus melalui proses pengaktifan dengan bahan kimia sebelum digunakan. Oleh karena itu dalam penelitian ini dicoba melalui preparasi terhadap mineral zeolit dengan cara pengaturan ukuran butir dari zeolit setelah pengeringan 150°C. Langkah ini bertujuan selain
Prosiding PPI - PDIPTN 2005 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta. 10 Juli 2006
ISSN 0216 - 3128
Prayilllo, dkk.
181
untuk memperluas bidang kontak sorben zeolit, juga dengan adanya perubahan ukuran butir sorben diharapkan terjadi kenaikan distribusi sorben dalam proses penjerapan sehingga terjadi kenaikan pergerakan logam-Iogam alkali tanah yang ada di dalamnya (4.5).
variabel penting yang akan diteliti adalah beban sorben dalam limbah, kecepatan pengadukan dan waktu pengadukan pada waktu pengenapan tertentu
Pada proses penjerapan menggunakan zeolit alam, maka ion Pb2+ dan Cd+ yang ada dalam limbah akan terserap oleh pori permukaan zeolit dan bersubtitusi dengan kation H+ yang ada pada permukaan adsorben, seperti dalam reaksi di bawah
Oengan memvariasi ukuran butir, beban atau konsentrasi zeolit dalam limbah cair, kecepatan pengadukan dan waktu pengadukan, diharapkan dapat diperoleh efisiensi penyerapan logam Pb dan Cd dalam limbah cair yang maksimum.
(7)
HIPOTESIS
1111:
Zeolit - H+ + Cd+ ~ Zeolit - Cd+
+ H+
Zeolit - H+ + Pb2+ ~ Zeolit - Pb2+ + H+
(I)
Metode Penelitian
(2)
Kemampuan serap mineral lokal juga ditentukan nilai kapasitas tukar kation (KTK) dari mineral lokal tersebut. Zeolit pada umumnya memiliki nilai kapasitas tukar kation lebih tinggi bila dibandingkan lempung, hal ini dapat diterangkan dari perbedaan struktur kristal kedua material yang mempengaruhi sifat serapan dan pertukaran ionnya. KTK total dari zeolit jenis klinoptilolit pad a umumnya antara (1,5 -- 2,0) meq/g dan KTK total dari lempung bervariasi dari (0,4 - 1,2) meq/g. Selanjutnya nilai KTK dari zeolit juga sangat ditentukan sifat pergerakan logam-Iogam alkali tanah yang ada di dalamnya (K, Na, Ca, Mg dan Fe).(6,7,8).
Logam-Iogam alkali tanah tersebut secara terpisah mampu menaikkan nilai KTK total dari adsorben zeolit tergantung dari kemudahan logamlogam alkali tersebut bergerak dalam sistem saluransaluran kerangka zeolit. Karakter zeolit lainnya adalah dari pembentukan kerangka struktur molekular dari penggabungan molekul-molekul tetrahedra membentuk celah-celah dan saluran yang teratur sehingga menyebabkan adanya struktur berpori yang memungkinkan suatu molekul yang mungkin dapat melewati dan terperangkap dalam struktur. Hal ini yang menyebabkan mineral zeolit bersifat sebagai penukar ion, penyerap dan penyaring molekul (5,7). Oleh karena sorben alam di dalam sistem air juga mengalami degradasi dan pelarutan fisik, maka ukuran butir di duga mempengaruhi kondisi selama proses dan akhir dari proses penjerapan. Kondisi tisik penjerap pasca penjerapan dapat dilihat dari kadar zat padat dalam beningan pasca proses pengenapan. Oalam percobaan ini ingin diperoleh karakteristik sorpsi zeolit alam pada berbagai kondisi ukuran butir tanpa pengolahan fisika dan kimia untuk menurunkan kadar logam Pb dan Cd dalam limbah B3 cair fase air. Selain ukuran butir, dalam aplikasi proses sorpsi secara catu ini beberapa
Bahan penelitian Zeolit dari daerah Bayah - Jawa Barat, limbah cair simulai dengan kadar Pb 15,0 ppm dan Cd 5,0 ppm. dan aquades.
Pera/atan penelitian Perangkat penggerus (lumpang-penumbuk besi) digunakan untuk menghancurkan bongkahan zeolit alam kering. Ayakan Tyler digunakan untuk mengayak sorben zeolit sesuai ukuran butir yang dikehendaki. Perangkat fumase digunakan untuk mengeringkan sorb en zeolit. Perangkat pengaduk Jar test digunakan untuk proses penjerapan secara catu dengan menggunakan peralatan pendukung berupa piranti gelas. Untuk analisis Pb dan Cd dalam beningan digunakan perangkat AAS.
Cara Kerja Preparasi Zeolit A/am Bongkahan kering zeolit alam, ditumbuk dalam peralatan penggerus (lumpang-penumbuk besi) sampai diperoleh butiran halus zeolit. Hasil penumbukan disaring menggunakan penyaring Tyler sehingga diperoleh zeolit dengan ukuran butir (40+60) mesh, (-60+80) mesh dan (-80+ I00) mesh.dimasukkan ke dalam cawan porselain, dipanaskan dalam fumase pada suhu 150°C selama 60 men it, didiamkan dalam furnase sampai suhu kamar dan ditampung dalam wadah tertutup rapat.
Pro!l'es Penjerapan a. Kedalam gelas beker 100 ml yang berisi limbah B3 cair sebanyak 50 ml, ditambahkan zeolit alam ukuran butir (-40+60) mesh, (-60+80) mesh dan (-80+ I00) mesh. masing-masing sebanyak 2,5 %, 5,0 %, 7,5 %, 10,0 %, 12,5 % dan 15,0 % b/v,
Prosiding PPI - PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
/82 Campuran
ISSN 0216 - 3128 diaduk menggunakan
Jar Tes pada
kecepatan pengadukan 50 rpm selama 10 menit. Hasil pengadukan dienapkan sJlama 120 menit, dan selanjutnya dilakukan anali~is kadar Pb dan Cd dalam beningan dengan perahgkat AAS. b. Kondisi terbaik percobaan (a), dengan cara yang sarna dilakukan variasi kecep~tan pengadukan berturut-turut : 75 rpm, 100 rpm, 125 rpm, 150 rpm dan 175 rpm. Kondisi terb~ik percobaan (a
Prayitno, dkk.
menit cukup baik yaitu tidak ada partikel yang terflotasi di dalamnya. eo 70
I
~
sampai b), dengan cara yang I sarna dilakukan variasi waktu pengadukan berturut-turut: 20 menit, 30 men it, 40 menit, 50 menit dan 60 menit. c. Masing-masing dari hasil pengadukan dienapkan selama 120 menit , dan kadar ~b dan Cd dalam beningan dianalisis menggunakan perangkat analisis AAS.
Gambar
I
HASIL DAN PEMBAHAslN I
Pengaruh
beban
efisiensi penyerapan
adsorben
terhadap
La. Grafik pengaruh beban adsorben zeolit alam hasil pemanasan 150°C, terhadap efisiensi penyerapan logam Pb, kecepatan pengadukan 50 rpm, waktu pengadukan 10 men it dan waktu pengenapan selama 120 men it.
nilai 70
I
Pengaruh beban adsorben zeolit alam yang ditambahkan dalam proses penyerapan limbah dapat dilihat pada Gambar grafik.l.a dan Gambar grafik I.b. Dari Gambar grafik.l.a dan Gkmbar grafik I.b dapat diperoleh data bahwa semak'in banyak zeolit yang ditambahkan ke dalam limbah, menghasilkan nilai efisiensi penyerapan logam Pb dan Cd yang
60 '" ~ 50
~ 0.
~ 40 ~ 30
-+-,·40+{;O ) mesh
.~ 20
E-------, ••..••..••(·60=80) rresh
~ 10
~~~_1_~~~_~~
o
banyak adsorben akan menambah semakin besar. yang Hal ditambahkan ini terjadi Ikarena semakin jumlah pori penyerap, sehingga penetrasi logam Pb dan Cd dalam limbah cair ke dalam' rongga dan atau pori sorben karena adanya proses difusi yang juga meningkat. Dari percobaan ini dipe}oleh data bahwa ukuran butir dari adsorben juga berpengaruh terhadap kemampuan serapnya. UKuran butir zeolit yang semakin kecil, memberikari nilai efisiensi penyerapan yang semakin besar. Hal ini dapat dimengerti bahwa pad a jumlah adsorben yang sarna, semakin kecil ukuran butimya ~kan menambah jumlah pori penyerap sehingga limb~h yang terserap juga akan semakin besar atau nilai efisiensi penyerapanya akan semakin besar. I
I
Dari percobaan (I), beban adsorben zeolit terbaik untuk ketiga kondisi ukuran butir zeolit adalah pada penambahan sorben' zeolit sampai sebanyak 10,0 % b/v. Diatas nilai itu meskipun nilai efisiensi pemisahan yang dihasilkah sedikit lebih besar, tetapi dalam aplikasinya terjadi kesulitan dalam pengadukan (kenta!) dan terj~di suspensi yang sulit mengendap. Dalam percob'aan selanjutnya I
o
10 Beban
Gambar
Penjerap
12
14
16
(% blV)
Lb. Grafik pengaruh beban adsorbcn zeolit alam hasil pemanasan 150°C, terhadap efisiensi penyerapan logam Cd, kecepatan pengadukan 50 rpm, waktu pengadukan 10 menit dan waktu pengenapan selama 120 men it.
Pengaruh kecepatan pengadukan terhadap efisiensi penjerapan Iimbah Pb dan Cd Pengaruh kecepatan pengadukan dalam proses penjerapan terhadap efisiensi penyerapan limbah Pb dan Cd menggunakan zeolit alam dapat dilihat pada Gambar grafik.2.a dan Gambar grafik 2.b. Dari Gambar grafik.2.a dan Gambar grafik 2.b dapat diperoleh informasi bahwa semakin besar kecepatan pengadukannya, maka nilai efisiensi penjerapan yang dihasilkan memiliki kecenderungan semakin besar.
diambil beban adsorben sebanyak 110,0 % karena kondisi beningan untuk pengenapan selama ·120
Prosldlng PPI • PDIPTN 2005 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN I Yogyakarta, 10 Jull 2006
ISSN 0216 - 3128
Prayitllo, dkk.
2. 60
-+-(-40+6OQrresh __
(.60+60) rresh
-.-(-80.100) ITe6h ~-_·---·--I
o
I-----·----,.--·------·--,------.----~ o
~
1~ Kecepatan
Gambar
Pengadukan
1~
WO
(rpm)
2.a. Grafik pengaruh kecepatan pcngadukan terhadap efisiensi penyerapan logam Pb menggunakan zeolit alam hasil pemanasan 150 ·C, beban zeolit 10,0 %, waktu pengadukan 10 menU dan waktu pengenapan selama 120 men it.
80 70 ~ 60
c
/83
Dari Gambar grafik.2.a dan Gambar grafik 2.b, untuk penjerap zeolit dengan ukuran butir (60+80) mesh diperoleh kondisi penjerapan terbaik pad a kecepatan pengadukan antara 100 rpm sampai 125 rpm, yaitu memberikan nilai efisiensi penjerapan sebesar 74,15 % sampai 74,42 % untuk logam Ph dan 66,65 % untuk logam Cd. Terjadinya penurunan nilai efisiensi penyerapan pada kecepatan pengadukan di atas 125 . rpm kemungkinan terjadi karena terlepasnya kembali ion PbH dan Cd+ yang terikat dalam kerangka zeolit ke dalam larutan limbah, sehingga nilai efisiensi penyerapannya menjadi turun. Peristiwa lain yang memungkinkan terjadinya penurunan cfisiensi pemisahan ini adalah pada kecepatan pengadukan yang terlalu besar menyebabkan hancumya mineral lokal dan terbentuk koloid dan terbentuknya partikel yang tertlotasi sehingga mcmbutuhkan waktu pengenapan lebih lama. Sehingga dalam percobaan lanjutan diambil kecepatan pengadukan 100 rpm, karena beningan pasca pengenapan 120 men it relatif lebih jemih dibandingkan pad a kondisi kecepatan pengadukan 125 rpm.
~ 50
Pengaruh waktu efisiensi penjerapan
·~ .•o "-
.~ 30
pengadukan terhadap limbah Pb dan Cd
~ 20 UJ
10 a a
100
50 Kecepalan
Gambar
I.
Pengadukan
150
200
(rpm)
2.b. Grafik pengaruh kecepatan pengadukan terhadap efisiensi penyerapan logam Cd menggunakan zeolit alam hasil pemanasan 150 ·C, beban zeolit 10,0 %, waktu pengadukan 10 menU dan waktu pengenapan selama 120 menit.
Hal ini terjadi karena pada kecepatan pengadukan yang semakin besar, maka distribusi partikel adsorben dalam Iimbah menjadi semakin besar dan kemungkinan terjadinya kontak antara butiran partikel zeolit dengan Iimbah juga semakin besar sehingga nilai efisiensi penyerapan yang dihasilkan menjadi semakin besar. Sarna dengan percobaan (I), maka dari Tabel 2, juga diperoleh informasi bahwa ukuran butir (60+80) mesh tetap memberikan nilai efisiensi penyerapan lebih tinggi untuk berbagai kecepatan pengadukan.
Pengaruh waktu pengadukan dalam proses penyerapan Iimbah cair yang mengandung logam Pb dan Cd dapat dilihat pada Gambar grafik.3.a dan Gambar grafik 3.b. Dari Gambar grafik.3.a dan Gambar grafik 3.b dapat diperoleh informasi bahwa waktu pengadukan berpengaruh pada proses penjerapan secara catu menggunakan mineral lokal zeolit. Dari percobaan diperoleh data bahwa semakin lama pengadukannya, maka nilai efisiensi penjerapan yang dihasilkan semakin besar. Hal ini terjadi karena waktu pengadukan akan mempengaruhi waktu kontak antara partikel adsorb en dengan cairan limbah. Apabila waktu kontaknya cukup lama akan memungkinkan terjadinya proses pertukaran ion dalam kerangka struktur zeolit dengan PbH dan atau Cd' dalam limbah, sehingga nilai efisiensi penjerapannya semakin besar. Dari data yang diperoleh menunjukan bahwa waktu pengadukan terbaik dicapai selama sekitar 50 menit. Dari Gambar grafik.3.a dan Gambar grafik 3.b. juga diperoleh informasi bahwa untuk semua ukuran butir adsorben sample uji, menunjukkan waktu pengadukan terbaik adalah antara 50 menit dan ukuran butir penyerap zeolit (-60+80) mesh. Pada kondisi ini diperoleh nilai efisiensi penyerapan sebesar 83,15 % untuk logam Pb dan 70,55 % untuk Cd. Turunnya nilai efisiensi penjerapan setelah
Prosiding PPI - PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
ISSN 0216 - 3128
184
waktu pengadukan selama 50 menit kemungkinan terjadi karena ion Pb dan atau Cd yang terikat dalam kerangka zeolit terlepas kembali ke dalam larutan limbah, sehingga nilai efisiensi penyerapannya menjadi turun.
Prayitno, dkk.
yang diteliti memberikan informasi bahwa karakteristik fisik mineral lokal zeolit akan berubah pada proses terbentuknya pengenapan.
penjerapan partikel
yaitu ditandai dengan tertlotasi pada saat
KESIMPULAN Dari data percobaan yang dipcrolch diambil beberapa kesimpulan antara lain:
.---
I. Mineral lokal zeolit dari daerah Bayah - Jawa Barat setelah proses pemanasan 150 °C dapat diaplikasikan untuk penjerapan logam Pb dan Cd dalam limbah B3 cair.
10 o
darat
t--.-o----,----.,------,
10
o
20
30 Waktu
Cambar3.a.
50
Pengadukan
60
70
(menit)
Crafik pengaruh waktu pengadukan terhadap efisiensi penyerapan logam Pb menggunakan zeolit hasH pemanasan 150 ·C, pad a kondisi beban zeolit 10,0 %, kecepatan pengadukan 100 rpm dan waktu pcngenapan sclama 120 menit.
'"?F 70
si.68
nj. 66 84
/
•
•
50
60
p'
n 62 (%
'50
58 o
10
20
30
70
W8k1~ Pengadukan
Cambar
DAFT AR PUST AKA I. ANONIM, "Keplltllsan Mentcri Ncgara Kependudukan dan Lingkungan Hidup ten tang. Standard Baku Mutu air Limbah di Indonesia. Jakarta, (1999) 2. Peraturan Pemerintah RI Nomor 82 Tahun 200 I Tentang Pengelolaan KlIalitas Air dan Pengendalian Pemcemaran Air dan Penjelasannya, (200 I).
72
~~ r.
2. Kondisi terbaik dicapai pad a penggunaan zeal it untuk ukuran butir (~0+80) mesh, beban adsorben 10,0 %, kecepatan pengadukan 100 rpm, waktu pcngadukan 50 men it dan waktu pengenapan 120 men it, yaitu memberikan nilai efisiensi penyerapan sebesar 83,15 % untuk logam Pb dan 70,55 % untuk logam Cd.
3b. Crafik pengaruh waktu pengadukan terhadap efisiensi penyerapan logam Cd menggunakan zeolit hasH pemanasan 150 ·C, pada kondisi beban zeolit 10,0 %, kecepatan pengadukan 100 rpm dan waktu pen gena pan selama 120 menit.
Selain itu waktu pengadukan yang terlalu lama menyebabkan terjadinya partikel tertlotasi dalam beningan yang membutuhkan waktu pengenapan di atas 120 menit. Dari kondisi proses penjerapan yang dilakukan dengan menggunakan zeolit alam ini, secara umum setiap perubahan kondisi sorben dan kondisi prosesnya akan merubah nilai efisiensi penjerapan logam Pb dan Cd dalam limbah cair yang diperoleh. Dari ketiga variable
3. BRECK, D.W., Zeolite Molecular Sieves. Structure, Chemistry, and Use, John Wiley & Sons, Inc., New York, (1974). 4. SCHNEIDER, K., Use of Local Minerals in the Treatment of Radioactive Waste, Technical Report Series No. 136, IAEA, Vienna, (1974). 5. OTHMER, K., Encyclopedia of Chemical Technology, 31h ed., vol. 15, John Wiley & Sons, New York, (\981) 6. ENDRO KISMOLO, DKK, "Pemanfaatan Lempung Nanggulan Untuk Mengolah Limbah Chrom", Seminar Nasional (II) Perkembangan Teknologi Keramik, Bandung, (2003) 7. TECHNICAL REPORTS SERIES NO 136, "Use of Local Mineral in The Treatment of Radiactive Waste", IAEA, Vienna, p.12, (1972) 8. NURIMANIWATHY,DKK, "Karakterisasi Kapasitas Tukar Kation Zeolit Dari Gedangsari Gunung Kidul", Prosiding Seminar Pranata Nuklir", P3TM-BATAN, Yogyakarta, 2004.
Prosiding PPI • PDIPTN 2005 Pustek Akselerator dan Proses Bahan· BATAN Yogyakarta. 10 Juri 2006
KE DAFTAR ISI
