PENGARUH PENAMBAHAN SURFAKTAN hexadecyltrimethylammonium (HDTMA) PADA ZEOLIT ALAM TERDEALUMINASI TERHADAP KEMAMPUAN MENGADSORPSI FENOL Sriatun , Dimas Buntarto dan Adi Darmawan Laboratorium Kimia Anorganik Jurusan Kimia FMIPA UNDIP Semarang ABSTRAK
Telah dilakukan modifikasi dengan menambahkan surfaktan hexadecyltrimethylammonium (HDTMA) terhadap zeolit alam terdealuminasi. Dealuminasi zeolit alam dilakukan dengan cara direndam dengan menggunakan HCl 6 M, dan dilanjutkan dengan NH4NO3 2 M masing-masing selama 4 jam yang kemudian dikalsinasi pada suhu 300 oC. Zeolit alam hasil dealuminasi selanjutnya ditambah dengan surfaktan HDTMA pada konsentrasi 0,125; 0,25; 0,5 dan 1,0 M dan dishaker selama 8 jam dengan kecepatan 150 rpm pada temperatur kamar. Karakterisasi terhadap zeolit terdealuminasi dan modifikasi HDTMA dilakukan dengan spektroskopi FTIR. Uji kemampuan adsorpsi zeolit termodifikasi HDTMA dilakukan terhadap fenol. Untuk mengetahui jumlah fenol yang teradsorp, maka konsentrasi fenol sebelum dan sesudah adsorpsi ditentukan dengan spektroskopi UV-Vis. Spektra FTIR menunjukkan bahwa zeolit alam setelah diberi perlakukan dengan HCl 6 M dan NH4NO3 2 M mengalami dealuminasi. Adanya dealuminasi ditunjukkan oleh pergeseran pita dari 1045,3 cm-1 ke 1076,2 cm-1. Sedangkan adanya HDTMA pada zeolit terdealuminasi ditunjukkan oleh serapan pada daerah 2923,9 cm-1 dan 2854,5 cm-1. Dari hasil analisis spektroskopi UV-Vis, diketahui konsentrasi fenol yang teradsorp maksimum pada ZAD3 (konsentrasi HDTMA 0,5 M) yaitu sebesar 239,724 mg/L.
Kata kunci: surfaktan HDTMA, zeolit terdealuminasi, adsorpsi fenol I.
PENDAHULUAN
Mineral zeolit merupakan mineral
alam mempunyai kadar Si/Al rendah,
alam yang banyak dijumpai di Indonesia.
cenderung
Salah satu deposit mineral zeolit adalah
Hamdan (1992) tingginya kandungan
Bayat, Klaten, Jawa Tengah. Zeolit
aluminium dalam kerangka zeolit alam
merupakan
yang
menyebabkan tingginya konsentrasi dari
tiga
muatan kation penyeimbang kerangka
mempunyai
aluminasilikat struktur
kerangka
bersifat
sehingga
polar,
dimensi, dengan rongga-rongga di dalam
zeolit
yang terisi oleh ion-ion alkali dan alkali
hidrofilik, tentunya ini kurang sesuai jika
tanah serta molekul air (H2O) yang dapat
zeolit
bergerak bebas (Breck, 1974). Zeolit
senyawa-senyawa organik yang bersifat
digunakan
strukturnya
menurut
untuk
sangat
mengadsorp
hidrofobik seperti fenol. Untuk itu perlu mengurangi
kandungan
aluminium
II. METODE PENELITIAN
dengan cara dealuminasi. Salah satu
Penelitian ini meliputi beberapa tahap
metode
yaitu:
dealuminasi
adalah
dengan
menambahkan asam yaitu HCl dan garam amonium
yaitu
ammonium
nitrat
NH4NO3. dilakukan
karakter
Zeolit alam dari daerah Klaten dihancurkan lalu diayak pada ukuran 100
Di samping itu modifikasi zeolit dapat
Tahap I : Penyiapan sampel
bagian
dengan
mengubah
permukaannya
mesh. Zeolit kemudian dicuci dengan aquades dan direndam dalam larutan HF
yaitu
1% selama 10 menit. Selanjutnya zeolit
dengan menggunakan surfaktan kationik
dicuci dengan aquades hingga pH filtrat
heksadesiltrimetilamonium
sama
(HDTMA).
dengan
pH
aquades.
Zeolit
Menurut Bowman, et.al (1995), zeolit
kemudian dipanaskan dalam oven pada
termodifikasi
suhu 120 oC selama 4 jam.
surfaktan
HDTMA
merupakan adsorben efektif untuk zat organik non polar, anion-anion, dan selektif untuk kation logam. Imron (2003) menggunakan surfaktan lauril
Tahap II : Dealuminasi zeolit alam Dealuminasi
zeolit
dilakukan
benzil
dengan cara direndam dengan HCl 6 M,
dimetil amonium klorida sebagai molekul
dan dilanjutkan dengan NH4NO3 2 M
pengarah pada zeolit alam Wonosari
masing-masing selama 4 jam, kemudian
untuk adsorpsi fenol.
dikalsinasi pada suhu 300 oC
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui surfaktan
pengaruh HDTMA+
penambahan pada
zeolit
Tahap III. Modifikasi Zeolit Dengan Surfaktan
Heksadesiltrimetil-
terdealuminasi menggunakan HCl dan
amonium (HDTMA+)
garam NH4NO3. Selanjutnya ditentukan
Modifikasi
pengaruhnya
pada
dengan
surfaktan
kemampuan
HDTMA pada zeolit hasil dealuminasi
adsorpsinya untuk senyawa organik yaitu
mengacu pada metode Zhaohui Li et.al
fenol.
(2000) dan Bowman, R (1995). Zeolit terdealuminasi
ditambah
larutan
HDTMA pada variasi konsentrasi 0,125 M (ZAD1), 0,25 M (ZAD2), 0,5 M
(ZAD3) dan 1,0 M (ZAD4). Masing-
Mengingat materi yang diadsorp
masing campuran dishaker selama 8 jam
adalah
pada suhu kamar dengan kecepatan 150
mempunyai sifat kepolaran rendah, maka
rpm. Selanjutnya dicuci dengan akuades,
perlu dilakukan pengurangan polaritas
dihasilkan zeolit termodifikasi HDTMA.
terhadap
Kemudian
mengurangi
dikeringkan
dikarakterisasi
dengan
FTIR
dan untuk
senyawa
Dalam
zeolit
aromatik
alam
kandungan
penelitian
ini,
alumina
yang
dengan
cara
aluminanya. pengurangan
menentukan secara kualitatif adsorpsi
kandungan
dalam
kerangka
HDTMA.
zeolit dilakukan melalui dealuminasi dengan menggunakan HCl 6 M dan
Tahap IV. Uji Kemampuan Adsorpsi
garam NH4NO3 2 M.
Sebanyak 0,5 g zeolit hasil
Pada sampel ini zeolit alam
modifikasi diatas dicampurkan dengan
mengalami dua kali proses yaitu dengan
20 mL fenol 1000 mg/L. Campuran
HCl 6 M dilanjutkan dengan NH4NO3 2
selanjutnya digojog dalam shaker dengan
M, sehingga diharapkan alumina yang
kecepatan 150 rpm selama 24 jam.
keluar dari kerangka zeolit lebih banyak.
Campuran selanjutnya disaring. Fenol
Interaksi
yang tersisa dalam filtrat selanjutnya
keluarnya spesies alumina dari zeolit. Ion
diukur
H+ yang berasal dari asam mempengaruhi
konsentrasinya
dengan
spektrofotometer UV.
tersebut
mengakibatkan
elektron bebas pada atom O untuk membentuk ikatan koordinasi. Dengan
III.
HASIL DAN PEMBAHASAN
demikian pada Al-O akan kekurangan
3.1
Karakterisasi zeolit
elektron sehingga akan bersifat lebih
Zeolit yang digunakan sebagai
polar dan tidak sekuat sebelumnya,
sampel dalam penelitian ini mempunyai
sehingga Al akan putus dari ikatannya.
rasio Si/Al relatif rendah. Berdasarkan hasil pengukuran dengan spektroskopi
3.1.1
Interpretasi
spektra
FTIR
serapan atom diketahui bahwa zeolit alam
terhadap
ini mempunyai rasio Si/Al = 2,852.
dealuminasi
Tingginya kadar alumina berarti zeolit
Menurut Hamdan (1992) semua
ini mempunyai kepolaran relatif tinggi
pita yang disebabkan oleh vibrasi internal
atau bersifat hidrofilik.
dalam kerangka adalah sensitif terhadap
zeolit
alam
hasil
struktur dan komposisi kerangka. Dengan
gelombang pada daerah rentangan asimetris
berkurangnya
O-Si-O dan O-Al-O. Pergeseran tersebut
kandungan
Al
pada
kerangka zeolit, maka intensitas pita pada
terjadi dari1045,3 cm-1 ke 1076,2 cm-1.
daerah 300 – 1300 cm-1 akan berkurang
Untuk daerah vibrasi tekuk Si-O
dan bergeser ke frekuensi yang lebih
dan Al-O yaitu 441,7 cm-1 terjadi
tinggi.
pergeseran menjadi 443,6 cm-1 . Hampir
Vibrasi kerangka juga sensitif
terhadap
jenis
dan
muatan
kation
yang telah disebutkan di atas mengalami
penyeimbang muatan. Perubahan
semua pita pada zeolit hasil dealuminasi
struktur
pada
zeolit
pengurangan intensitas bila dibandingkan
setelah perlakuan dealuminasi dapat diamati
dengan
dari spektra inframerahnya. Dalam penelitian
dealuminasi. Jadi dengan berkurangnya
ini perubahan spektra inframerah dari zeolit
spesies alumina dari kerangkan zeolit
hasil dealuminasi dapat dilihat pada gambar
menyebabkan pergeseran frekuensi dan
3.1.
pengurangan Hasil penelitian menunjukkan bahwa
terdapat pergeseran frekuensi atau bilangan
pita
zeolit
sebelum
intensitas
proses
pita
spektra
inframerah, hal ini sesuai dengan teori yang
dikemukakan
oleh
Hamdan.
Sebelum
dddde alumi naside alumi nasi Setelah dealuminasi
Gambar 3.1 Spektra inframerah zeolit alam sebelum dan sesudah dealuminasi
3.1.2 Interpretasi difraktogram XRD
zeolit
zeolit alam hasil dealuminasi
berbeda yang ditandai dengan munculnya
Kerangka
struktur
zeolit
dibentuk oleh tetrahedral alumina (AlO4)
-
dan silikat (SiO4)4-. Masing-masing klas
mempunyai
kristalinitas
yang
puncak-puncak khas pada sudut tertentu. Dengan
adanya
dealuminasi,
maka
sebagian kerangka zeolit akan mengalami
perubahan. Hal ini akan berakibat pada
dealuminasi. Selain itu perubahan yang
perubahan kristalinitasnya.
dapat
Perubahan
data
diamati
adalah
pengurangan
difraktogram
intensitas.Puncak-puncak yang muncul
XRD zeolit alam sebelum dan sesudah
pada 2 < 250, hampir semua intensitas
dealuminasi
puncak mengalami penurunan, sedangkan
dapat
membandingkan
diketahui
dengan
difraktogramnya,
puncak
dengan
sudut
2
>
250
gambar selengkapnya dapat dilihat pada
intensitasnya sedikit bertambah. Jadi jelas
gambar 3.2. Pada zeolit hasil dealuminasi
bahwa adanya peristiwa dealuminasi
puncak-puncak dengan sudut 2 < 10
mengakibatkan meningkatnya rasio Si/Al.
sebagian tidak muncul. Puncak pada 2
Keadaan
= 18,9400o juga tidak muncul pada
kristalinitasnya,
sampel setelah dealuminasi.
difraktogram XRDnya hampir semua
Beberapa antara 25-30o
puncak
pada
sudut
juga tidak muncul.
Perubahan ini cukup signifikan karena
ini
turut
mempengaruhi terbukti
puncak mengalami penurunan intensitas dan
bahkan
sebagian
puncak
muncul.
banyak puncak-puncak yang hilang dan jumlah puncak yang muncul relatif lebih sedikit
dibanding
zeolit
dari
sebelum
Gambar 3.2 Difraktogram XRD zeolit alam sebelum dan sesudah dealuminasi
tidak
Gambar 3.3 Perbandingan spektra FTIR zeolit terdealuminasi setelah penambahan HDTMA
3.1.3.
Interpretasi
spektra
FTIR
Pada kisaran konsentrasi tinggi, pita
terhadap zeolit terdealuminasi
absorbsi
setelah penambahan HDTMA
relatif konstan dan berada pada all-trans
Untuk zeolit terdealuminasi setelah ditambah
HDTMA
gambar
3.3.
disajikan
Adanya
pada
HDTMA
rentangan
conformation.
CH2
Namun,
antisimetris
pada
kisaran
konsentrasi rendah, frekuensi bergeser secara
signifikan
pada
bilangan
ditunjukkan oleh pita yang muncul pada
gelombang yang lebih tinggi,
2923,9 cm-1 dan 2854,5 cm-1. Pita-pita
mengindikasikan bahwa sejumlah besar
tersebut sesuai dengan mode rentangan
rantai amina berada pada konformer
simetris dan antisimetris CH2 dari amina
gauche. Rentangan simetris CH2 pada
(Hongping dkk, 2004).
spektra FTIR juga mengalami sedikit
Frekuensi pita absorbsi rentangan
pergeseran.
Rentangan
simetris
yang
CH2
CH2 dari rantai amina sangat sensitif
sedikit sensitif terhadap konformasi rantai
terhadap
daripada rentangan asimetris (Hongping,
perubahan
konformasi
dari
rantai dan hanya ketika rantai pada high
2004).
ordered (all-trans conformation), pita absorbsi yang sempit berada pada sekitar 2916 cm-1 (νas (CH2)) dan 2848 cm-1 (νs(CH2)) pada spektrum inframerah.
3.2 Uji Adsorpsi Uji adsorpsi terhadap fenol dengan menggunakan
zeolit
dimodifikasi
HDTMA diberikan pada Tabel 3.1. Dari
kontribusi terhadap pembentukan ikatan
tabel tersebut terlihat bahwa konsentrasi
hidrogen dengan fenol.
fenol yang diadsorp maksimum pada ZAD3 yaitu sebesar 239,724 mg/L
Tabel 3.1. Hasil uji adsorpsi terhadap
Secara umum konsentrasi fenol yang teradsorp pada zeolit dealuminasi, meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi
fenol Konsentrasi fenol terabsorp (mg/L) ZA
22,955
HDTMA
tetapi
setelah
ZAD
85,327
mencapai
maksimal
pada
ZAD3
ZAD1
189,110
mengalami
penurunan
pada
ZAD4.
ZAD2
207,515
Dalam hal ini adsorpsi dipengaruhi oleh
ZAD3
239,724
sifat adsorben seperti ukuran pori atau
ZAD4
204,599
sifat
permukaan
maupun
sifat
dari
adsorbat itu sendiri. Menurut Bowman dkk (2000), perlakuan zeolit alam dapat menyebabkan
perubahan
sifat-sifat
permukaan dan akhirnya mempengaruhi
IV. KESIMPULAN Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan: 1. Dealuminasi zeolit ditunjukkan oleh
sifat adsorpsinya. Pada penelitian ini sifat
spektra
zeolit alam berubah menjadi bermuatan
dari1045,3 cm
positif
sedangkan
dan
hidrofobik,
sehingga
FTIR
pada
-1
pergeseran
ke 1076,2 cm-1,
adanya
HDTMA
cenderung bersifat sebagai penukar anion
ditunjukkan pada 2923,9 cm-1 dan
dan mengadsorp senyawa nonpolar.
2854,5 cm-1.
Pada ZAD (terdealuminasi), fenol yang teradsorp lebih banyak daripada ZA. +
2. Absorpsi setelah
fenol
dealuminasi.
Penambahan
semakin
meningkatkan
Hal ini dikarenakan NH4 yang terdapat
HDTMA
pada
kemampuan
permukaan
zeolit
berinteraksi
lebih pada zeolit
adsorpsinya
terhadap
dengan fenol melalui mekanisme ikatan
fenol. Konsentrasi fenol teradsorp
hidrogen antara H yang terdapat pada
maksimum adalah 239,724 mg/L
+
gugus NH4 dengan O yang terdapat pada gugus fenolat. Disamping hal tersebut, adanya gugus OH yang terdapat pada zeolit dealuminasi juga dapat memberi
(ZAD3).
