Daftar Isi MANGAN ZEOLIT UNTUK PENGOLAHAN LlMBAH INDUSTRI MENGANDUNG LOGAM BERAT
Pusat Pengembangan
Thamzil Las, Husen Zamroni Pengelolaan Limbah Radioaktif - SATAN, Serpong
ABSTRAK MANGAN ZEOLIT UNTUK PENGOLAHAN LlMBAH INOiJSTRI MENGANOUNG LOGAM BERAT. Pemanfaatan zeolit sebagai adsorben sejak dekade ini merupakan sesuatu terobosan baru karena Indonesia memiliki deposit zeolit cukup banyak. Mangan zeolit dari zeolit Lampung (ZL) dibuat sebagai bahan penukar kation dan digunakan untukmengolah berbagai logam barat dari simulasi limbah elektroplating. Kandungan Mn dalam Mn-Z mencapai 1,37% lebih besardari MnO-Z 0,79% yang sebelumnya dalam zeoli! alam sendiri Mn adalah 0,07%. Nilai KTK Fe adalah 2,26 0,12 meq/g untuk Mn-Z, diikuti oleh KTK ion-ion Zn, Cu, Cr dan Ni. Nilai KTK Fe tertinggi adalah 2,69 :t 0,13 meq/g untuk MnO-Z diikuti oleh KTK ion-ion Cr, Zn, Ni dan Cu. Dalam perlakuan simulasi limbah elektroplating didapatkan Kd !ertinggi untuk Fe adalah 716,81 :t 0,12 mllg Mn-Z, dan 1545,74:t 0,13 mllg un!uk MnO-Z. Secara umum nilai Kd menggunakan MnO-Z unluk ion Ni, Cr dan Fe lebih tinggi dibandingkan menggunakan Mn-Z. Dapal disimpulkan bahwa 1 9 mangan zeoli! akan dapat mengolah 1500 ml limbah (dengan MnO-Z) atim 700 ml limbah (dengan Mn-Z) yang mengandung logam berat beracun, khususnya Fe.
!:
ABSTRACT MANGANESSE
ZEOUTE
USE FOR TREATMENT
OF INDUSTRIAL
WASTES
CONTAINING
HEAVY
METALS. The use of zeolite as adsorbent is interesting because the zeolite is found deposites in Indonesia. Manganese zeolite was prepared as ion-exchanger materials and used for treatment of trace metal as the simulated electroplating wastes. The Mn content in Mn-Z was found to be 1,37%, groater than in MnO-Z. 0,79% while in its na/ural fo"" of zeolite was 0,07% Mn. The CEC value of Fe was found 2,26:t 0,12 meqlg for Mn-Z, followed by the CEC of 0, 13 meg/g for MnO-Z and the then the CEC Zn, Cu, Cr and Ni. The highest CEC value for Fe was found to be 2,69 value of Cr, Zn, Ni and Cu, respectively. During simulation of electroplating waste treatment, the highest distribution coefficients of Fe was 716,81 .!: 0,12 mVg for Mn-Z, and 1545,74 0,13 mVg for MnO-Z. In general, the Kd values of Ni, Cr and Fe for MnO-Z were higher than those of Mn-Z, except for Cu and Zn. These results showed that one gram of manganese zeolite could treat 1500 ml of liquid waste (using MnO-Z) or 700 mt of liquid waste (using Mn-Z), each containing trace heavy metals especially Fe.
!:
.!
PENDAHULUAN Limbah industri yang paling banyak dihasilkan (volume) adalah berupa limbah cair. Limbah cair ini bila dibuang secara langsung ke bad an air tanpa melalui proses pengolahan terlebih dahulu akan menyebabkan kerusakan lingkungan. Pad a jumlah tertentu di ekosistem, limbah ini dapat menganggu kelestarian lingkungan dan berpotensi mengancam kehidupan karena dapat menyebabkan keracunan pada manusia maupun organisme lain, bahkan dapat beraklbat fatal yaitu dapat menimbulkan kematian. Pemerintah mewajibkan setiap orang dan badan usaha (industri) untuk mengolah limbahnya dan tidak boleh membuang limbah B3 secara langsung ke lingkungan seperti kedalam air, tanah atau udara (PP No 19 Tahun 1994 tentang Pengelolaan Limbah Bahan Berbahaya dan Beracun ). Industri logam, akhir-akhir ini berkembang cukup pesat dan berbagai usaha dilakukan untuk meningkatkan daya tahan material terhadap korosi, meningkatkan kekerasan dan daya tahan aus, menghaluskan permukaan dan agar
benda kelihatan lebih menarik. Oalam menghasilkan dan mengembangkan produk sering dilakukan berbagai proses kimia-fisika seperti peleburan, pemurnian dan pelarutan logam dan sebagai hasil samping terbentuklah limbah B3 yang diantaranya bersifat korosif, reaktif, beracun dan sebagainya. Salah satu jenis limbah B3 adalah limbah cair yang mengandung logam berat beracun yang dapat dihasilkan dari berbagai industri jenis seperti besi dan baja, pengolahan tembaga, industri elektrogalvanielektroplating, baterai kering/aki dan industri kering, industri semen, tekstil dan kertas. Teknologi untuk penanganan limbah tersebut hingga sa at ini belum banyak dipedulikan oleh kalangan industri. Oisamping karena biaya pengolahan limbah yang cukup tinggi, sehingga agak sulit dijangkau oleh pihak industri kecil, juga karena kurang sadarnya pihak industri terhadap lingkungan hidup. Untuk itu perlu dikembangkan teknologi yang tepat dengan biaya yang tidak terlalu mahal untuk melakukan pengolahan terhadap limbah industri tersebut. Saat ini telah banyak dikembangkan berbagai cara
109
asam seperti asam sulfat (H2S04) atau a8am khlorida (HCI). Oari hasil studi pustaka , limbah eletrogalvani mengandung logam be rat yang bervariasi seperti Ni ( 0,4-434,8 ppm), Cr (0,04-14,5 ppm) Fe (20-40 ppm), Cu (0,04-20 ppm) dan Zn (0,02-0,5 ppm).
untuk menurunkan kandungan logam dalam limbah cair, salah satunya adalah dengan teknik penukaran ion menggunakan material anorganik (1). Suatu hal yang dapat diharapkan sebagai bahan penukaran ion adalah mineral zeolit. Zeolit ini telah diketahui mempunyai kemampuan sebagai bahan penukaran ion yang baik. Selain itu zeolit ini mudah di dapatkan. P~nelitian tentang pemanfaatan zeolit dalam pengolahan limbah yang mengandung logam berat telah banyak dilakukan. Zeolit jenis klinoptilolit diketahui dapat memisahkan amoniak dari limbah industri serta memisahkan logam berat (Pb, Cu, Cd, Zn, Co, Ni, dan Hg) baik dalam limbah industri ataupun dalam tanah pertanian. Oi Indonesia zeolit tersebar di beberapa daerah di pulau Jawa dan Sumatera. Mineral zeolit di Indonesia tersebut terutama dari jenis klinoptilolit dan modernit (3). Namun zeolit alam ini umumnya masih bermutu rendah, karena teknik pengolahan yang masih sangat sederhana dan material zeolit masih tercampur dengan mineral lain seperti kalsit, gipsum dan kuarsa. Untuk itu zeolit alam ini perlu dimurnikan dan diolah serta dimodifikasi untuk meningkatkan daya serap dan pertukaran ion, sehingga zeolit lebih efektif digunakan dalam pengolahan limbah yang mengandung logam berat. Modifikasi zeolit ini dimaksudkan untuk membentuk unikation dalam sangkar zeolit, sehingga untuk mempelajari proses pertukaran ion akan lebih mudah dan sederhana. Oiharapkan dengan membuat zeolit lebih mumi dan diperfakukan dengan KMn04 dan MnCI2 akan mempunyai daya serap lebih tinggi terhadap unsur-unsur ataupun senyawa yang dijadikan sebagai objek penelitian. Pada penelitian ini dilakukan modifikasi zeolit yang berasal dari Lampung menjadi Mangan zeolit untuk diperlakukan pada jonis limbah elektrogalvani-elektroplating yang pad a umumnya mengandung logam berat beracun Ni, Cr, Fe, Cu dan Zn. Logam berat ini seperti terdapat dalam limbah disebabkan oleh proses pengendapan logam, proses proses elekrolisis/elektrokimia, pelarutan dengan media larutan elektrolit, proses pelapisan logam (metal plating diantarnya Cu, Ni, Cr, Zn), proses pemolesan (polishing), penyikatan (brushing), penggerindaan (grinding), penghalusan dan penyemprotan pasir (sand blasting). Juga akibat proses pembersihan karat (Pickling) dengan mencelupkan logam dalam (arutan
TATA KERJA Bahan dan Metode Pad a penelitian Inl bahan yang digunakan adalah zeolit yang berasal dari daerah Lampung yang diperoleh dan lokasi penambangan PT. Minamata Mineral Perdana di desa Kalianda, Bandar Lampung. Zeolit ini berwarna putih dengan jenis klinoptilolit. Zeolit dimodifikasi menjadi Mangan Zeolit dan diuji kemampuan penyerapan logam berat yang terdapat dalam simulasi limbah industri logam (limbah B3) yang mengandung logam berat Ni, Cr, Fe, Cu dan Zn . Bahan kimia yang digunakan untuk membuat simulasi limbah cair elektroplating pad a penelitian ini adalah NiCI2 6H20, Cr(N03h 9H20, FeCh 6H20, CUS04 dan ZnO. Bahan kimia lainnya adalah MnCI2, KMn04, AgN03, HN03, larutan standar Ni, Cr, Mn, Fe, Cu dan Zn masing-masing 1000 ppm. Semua bahan kimia yang digunakan buatan Merck. Untuk menganalisa kandungan logam berat yang terdapat dalam simulasi limbah cair elektroplating sebelum dan sesudah kontak dengan zeolit digunakan AAS (Atomic Absorption Spectrophotometer) model GBC 902. Kondisi AAS pada waktu pengukuran logam berat pada panjang gelombang 232,0 nm (Ni), 357,9 nm (Cr), 24£3,3nm (Fe), 324,7 nm (Cu), 213,9 nm (Zn) dan 279,8 nm (Mn) POmbuatan Mangan Zoolit Zeolit yang sudah dimurnikan dimodifikasi agar zeolit lebih bersifat aktif sebagai material penukaran ion. Modifikasi zeolit menjadi Mn zeolit (Mn-Z) dipersiapkan sebagai berikut : Zeolit murni ditimbang sebanyak 50 gram, dimasukkan ke dalam botol plastik polietilen 500 ml dan ditambahkan 250 ml MnCI2 1 M. Campuran ditempatkan di dalam oven dengan suhu 90°C , selama 6 jam. Setelah itu larutan dibuang dan diganti dengan 250 ml MnCI2 1 M yang baru, di masukkan lagi ke dalam oven selama 6 jam.
110
Ni, Cr, Fe, Cu dan Zn pada konsentrasi masing-masing 1, 2, 4, 6, 8, 10 mg/l
Tahap selanjutnya larutan dibuang dan zeolit dicuci dengan aquades sampai bebas ion cr, kemudian filtrat air cucian diuji dengan 2-3 tetes larutan AgN03 1%. Zeolit kemudian di keringkan dalam oven pada suhu 80°C selama 3 - 4 jam dan disimpan dalam desikator yang mengandung NaCI jenuh.
Efisiensi Penyerapan (% Ef) dihitung berdasarkan persamaan :
Ef:::
Pembuatan MnO zeolit (MnO-Z)
Co-Ct Ct
x100%
dimana : Ef = Efesiensi Penyerapan ( % ) Co = Konsentrasi awal larutan ( mg/l Ct = Konsentrasi larutan setelah dengan zeolit ( mg/l )
Mangan zeolit di atas ditimbang sebanyak 25 gram, kemudian ditambahkan 250 ml larutan KMn04 5 gll, lalu dimasukan ke dalam oven dengan suhu 60°C selama 3 hari. Setiap hari larutan diganti dengan larutan KMn04 yang baru, kemudian zeolit dicuci dengan aquades sampai bebas ion cr . Mangan oksida zeoJit kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 80°C selama 3 - 4 jam dan simpan dalam desikator yang mengandung NaCI. Mangan zeolit (Mn-Z dan MnO-Z), .masing-masing sebanyak 0,25 gram dimasukan ke dalam gelas ukur, kemudian ditambahkan larutan HN03 1:1 sebanyak 50 ml. Setelah itu di panaskan pada suhu 100 °C selama 8 jam. Selama pemanasan berlangsung gelas ukur ditutup dengan kaca arloji agar larutan tidak menguap dan menjadi kering. Setelah 8 jam tutup dibuka dan pemanasan di lanjutkan sampai kering. Setelah kering masing-masing zeolit ditambahkan 50 ml HN03 5% kemudian disaring ke dalam labu ukur 100 ml dan ditambahkan aquades sampai tanda tera. Larutan kemudian dianalisis menggunakan
dapat
)
kontak
Penentuan KTK dan Koefisien Distribusi (Kd) Mangan zeolit (Mn-Z dan MnO-Z) sebanyak 0,1 gram dimasukan ke dalam botol polietilen, kemudian ditambahkan larutan limbah simulasi sebanyak 30 ml. Campuran diaduk selama 7 hari dengan roller mineralogi setelah itu disentrifugasi dengan kecepatan 1000 rpm. Setelah 5 men it dipipet sebanyak 10 ml. Kemudian dilakukan pengukuran kandungan logam berat dengan menggunakan MS. Perlakuan yang sarna dilakukan terhadap kedua bentuk mangan zeolit. Penyerapan ion - ion logam berat yang terdapat dalam limbah elektroplating dihitung berdasarkan kemampuan pertukaran ion yang ditentukan dengan nilai Kapasitas Tukar Kation (KTK) zeolit dalam kondisi kesetimbangan dengan persamaan :
MS.
KTK::: Co-Ct
Co
Penentuan Efisiensi Penyerapan Logam Berat
x~xN(ml/g)
W
dimana : Co = Konsentrasi awallarutan (mgll) Ct :: Konsentrasi larutan setelah kontak dengan zeolit (mg/l) V = Volume larutan yang digunakan (ml) W = Berat zeolit (g) N = Normalitas larutan ( meqll )
Pada penentuan waktu penyerapan logam berat oleh mangan zeollt dlslf!pkan tarutan limbah elektroplating, dan ditimbang sejumlah 0,1 gram Mn-Z dan MnO-Z, kemudian dimasukan ke dalam botol polietilen 50 ml kemudian ditambilhkan larutan limbah elektroplating sebanyak ;30 ml diad uk selama 30 men it, 1, 2, 4, 8, 24, 48, 96, dan 168 hari. Setelah itu disentrifugasi dengan kecepatan 1000 rpm selama 5menit untuk mengendapkan fase padat (;z:eolit) dengan fase cair (filtrat limbah) .. Larutan yang telah disentrifugasi d\ambil sebanyak 10 ml, kemudian dilakukan pengukuran kandungan logam .berat menggunakan MS dengan larutan st~ndar
Selain dengan KTK, ukuran kemampuan serapan juga dapat dinyatakan dengan Koefesien Distribusi (Kd) dalam kondisi kesetimbangan. Nilai Kd didapat berdasarkan persamaan :
Kd
111
==
Co-Ct Ct
x~(meq/g)
W
dimana : Co ::; Konsentrasi awallarutan ( mgll ) Ct ::; Konsentrasi larutan setelah kontak dengan zeolit ( mgll ) V ::; Volume larutan yang digunakan ( ml )
W
::; Serat zeolit ( 9 )
Selektivitas penyerapan . kation juga ditentukan berdasarkan besar nilai Kd masing-masing kation. HASIL DAN PEMBAHASAN Kandungan Mn dalam Mangan Zeolit Zeolit yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari Lampung dengan komposisi kimia zeolit 0,02 Na20, 0,26 K20, 0,46 CaO, 0,06 MgO, 0,02 Mn02, 0,17 Fe203, AI203, 8,37 Si02 2,6 H20. Kandungan Mn sebagai MnO-Z dalam zeolit Lampung adalah sebesar 0,07%. Setelah dilakukan modifikasi menjadi Mangan zeolit maka kandungan Mn dalam Mn-Z menjadi 1,37% atau terhitung sebagai Mn02 sebanyak 2,17%, sedangkan dalam MnO-Z menjadi 0,79% terhitung sebagai Mn02 sebanyak 1,25%. Oengan demikian Mangan zeolit yang dibuat dengan penambahan MnCI2 mengandung Mn lebih tinggi dibandingkan dengan penambahan KMn04. Hal ini disebabkan sebagian Mn +2 yang ada dalam sangkar zeolit (Mn-Z) ditukar (exhangeable) dengan ~ yang kemudian teroksidasi
menjadi Mn3+ dan Mn4+ setelah dilakukan penambahan KMn04. Ion mangan dalam bentuk Mn3+ adalah spesies yang tidak stabil sedangkan Mn4+ sangat stabil mudah dalam bentuk Mn02 yang tidak mudah larut sehingga Mn2+ yang tinggal dalam sangkar zeolit menjadi berkurang. pengaruh Waktu Kontak . Untuk menentukan pengaruh waktu adsorpsi antara adsorben dengan limbah elektroplating dilakukan dengan membuat variasi waktu kontak adsorpsi terhadap kandungan logam berat yang terdapat daJam limbah. Oari kurva pada Gambar 1, dapat diketahui peningkatan persen penyerapan Jon Ni oleh Mn-Z dan MnO-Z sesuai dengan peningkatan waktu kontak yang dilakukan antara Mn-Z dan MnO-Z dengan limbah elektroplating. Persen Efisien Penyerapan (%EP) oleh Mn-Z berkisar antara 11,41 % 33,9% dan penyerapan Ni yang dilakukan oleh Mn-Z terlihat mula; jenuh setelah Mn-Z kontak dengan limbah selama 24 jam. Untuk MnO-Z penyerapan ion Ni berkisar antara 2,50% sampai dengan 29,05%. Oari kurva pada Gambar 1 terlihat bahwa MnO-Z terlihat mulai jenuh setelah kontak dengan limbah dari selama 24 jam dan mencapai kesetimbangan setelah 48 jam. Oari kurva pada Gambar 1 juga terlihat perbandingan penyerapan ion Ni oleh Mn-Z dengan MnO-Z dimana penyerapan oleh Mn-Z lebih tinggi dibandingkan penyerapan oleh MnO-Z.
40 r---------------·---------------------------------------------------·-------1 35 ~ .. _
!
i i
30 -
I I
,
i
VI
~ 20
I
15
I I
'v)
v
r...:::
I(). 5 .
• MIl-Z •••
o -t---r 0.5
4
~
~~~~--~
24
()(,
Waktu (jam) Gambar 1. Penyerapan
Nikel (Ni) Oleh Mn- Z dan MnO-Zeolit
112
--J
nO
_
II
---r---"--"---~
-r------,.--
berkisar antara 2,73% - 45,51 % dan terlihat mulai jenuh setelah kontak dengan zeolit selama 8 jam dan mencapai kesetimbangan setelah 48 jam. Penyerapan dengan MnO-Z berkisar antara 0,08% - 29,15% dan mulai terlihat jenuh setelah waktu kontak antara zeolit dengan limbah selama 24 jam. Dilihat dari waktu kontak untuk mencapai kesetimbangan antara ion Cu dengan Mn-Z . dan MnO-Z maka dapat diketahui bahwa laju reaksi pertukaran ion Cu dengan Mn-Z lebih cepat dibandingkan dengan MnO-Z.
Hal ini disebabkan karena pertukaran ion antara Mn yang terdapat dalam Mn-Z dengan ion Ni lebih banyak dibandingkan dengan pertukaran ion Mn yang terdapat dalam MnO-Z. Dilihat dari waktu untuk mencapai kesetimbangan antara Mn-Z dan MnO-Z dapat diketahui bahwa laju reaksi pertukaran ion antara Mn-Z lebih cepat dibandingkan dengan MnO-Z. Uotuk mencapai kesetimbangan kedua bentuk zeolit perlu waktu kontak minimal 48 jam. Dari kurva pada Gambar 2, terlihat bahwa penyerapan ion Cu oleh Mn-Z
.~
0'"...... 10 c••.. 50 0 20 !.;:: ----.--.----- -.---- ---- --(I.) [..I.J
=--
-- 40 0
30
..
..
--.-.-
'-'--'--- ---
---- ..-
- -----.-----
'-,
, , !
r--·----·-·- ---- ---.--.-.-...- .-.--.--.---.--..-~
!
.•. MnO-Z i i i • Mn-Z ··_·,.._·---,--~------r----~--T---·--~ ••••
0.5
. __ ......•.. __ ' __ h._h._ . __.
._._.
__........•.. _.
4
Waktu (jam) Gambar 2. Penyerapan Tembaga (Cu) Mn-Z dan MnO-Z
2 . 30 80 .-'2f?6020 10
U') t.LI ..--.. r.;:;:
1
(!)
70 0,5 ~0 -40 :-::::50
4
::\
24
48
96
168
Waktu Uam) Gambar 3. Penyerapan Seng (Zn) oleh Mn Z dan MnO-Z
113
Pada penyerapan ion Fe oleh Mn-Z dan MnO-Z terlihat bahwa persen Efisiensi Penyerapan oleh MnO-Z lebih tinggi dibandingkan dengan Mn-Z. Hal ini disebabkan karena proses yang terjadi pada MnO-Z dengan ion Fe lebih kompleks karena
Oari kurva pada Gambar 3 di atas dapat diketahui persen Efisiensi Penyerapan ion Zn oleh Mn-Z dan MnO-Z. Penyerapan oleh MnZ berkisar antara 10,24% - 72,55% dengan keadaan Mn-Z mulai mencapai kejenuhan setelah waktu kontak selama 4 jam dan mencapai kesetimbangan setelah 48 jam. Persen penyerapan ion Zn oleh MnO-Z hanya berkisar antara 3,Op% - 39,67% dan mulai jenuh setelah kontak dengan limbah selama 48 jam. Oilihat dari waktu kontak untuk mencapai kesetimbangan antara Mn-Z dan MnO-Z diketahui bahwa waktu kontak dengan Mn-Z lebih pendek dari pad a MnO-Z sehingga laju reaksi pertukaran ion Zn dengan Mn yang ada dalam Mn-Z lebih cepat. Oari kurva pada Gambar 4, dapat diketahui bahwa penyerapan ion Fe oleh MnO-Z lebih tinggi dari pada penyerapan yang dilakukan dengan Mn-Z. Penyerapan Fe oleh Mn-Z terlihat antara 22,99% 71,46% dan Mn-Z mulai terlihat jenuh setelah . kontak selama 24 jam. Penyerapan oleh MnO-Z berkisar antara 29,00% - 84,90% dan MnO-Z mulai terlihat jenuh setelah kontak dengan limbah selama 24 jam. Waktu kontak antara MnO-Z dengan ion Fe untuk mencapai kesetimbangan lebih pendek dari pada waktu kontak Mn-Z maka laju reaksi pertukaran ion Fe dengan MnO-Z lebih cepat.
pada pembuatan MnO-Z diperkirakan ti9.za komponen Mn dalam bentuk Mn-Z (Mn + berada dalam sangkar zeolit ), K-Z (hasil . pertukaran ion ~ dari KMn04 dengan Mn-Z ) dan oksida mangan dalam bentuk hasil reaksi oksidasi Mn04' menjadi Mn02 dalam suasana netra!. Ketiga macam senyawa Mn juga bersifat adsorben sehingga penyerapan Fe oleh MnO-Z lebih cepat dan lebih efisien dibandingkan Mn-Z. Besi (Fe) juga diserap oleh Mn02 melalui proses adsorpsi (penyerapan permukaan). Zeolit MnO-Z dapat berfungsi sebagai katalis dan pada waktu yang bersamaan dapat mengoksidasi besi yang larut dalam limbah elektroplating menjadi bentuk senyawa ferrihidroksida (endapan padat) yang tidak larut dalam air dan menempel pad a permukaan MnO-Z . Reaksi yang terjadi antara Fe dengan MnO-Z adalah sebagai berikut : Mn-Z
+ Fe3+-...
Fe-Z + Mn 2+
K-Z
+ Fe3+ -...
Fe-Z + K+
Mn02 + Fe3+ -...
Fe-Z + Fe (OHh + Mn2+
100 .
------ ... ----------.--.--.--:-1 .-.. 80 ';f?
:-:::60 en c::
V
.- 4( ~) WJ
20
r· ..·-
,
I • _Mn-Z l._._ _...•_.._
_.._ A
MnO-Z _ .•..." . I
o 0.5
1
2
4
X
24
4X
l)()
1M;
Waktu (jam) Gambar 4. Penyerapan
Besi (Fe) oleh Mn-Z dan MnO-Z
114
'" t;:: '-" ---...• 0.... 0 30 50 20 .;;; 10 .~ U.J
c
40 0-
I ,
I
•• I· Mn-Z AMnO-Z I -.----,---T----'r---:~~=~:=~=~~,~~=~-~----1
o.s
I
2
4
X
24
4X
%
16X
Waktu (Jam) Gambar 5. Penyerapan krom (Cr) oleh Mn-Z dan MnO-Z jumlah ion logam yang teradsorpsi tidak mengalami kenaikan. Dari kurva pada Gambar 1 sampai dengan Gambar 5 diatas juga dapat diketahui perbedaan persen Efisiensi Penyerapan masing-masing ion logam yang terdapat limbah elektroplating menggunakan Mn-Z dan MnO-Z. Perbedaan persen penyerapan ion logam ini dikarenakan pada waktu zeolit kontak dengan limbah elektroplating yang mengandung ion Ni, Cr, Fe, Cu, dan Zn maka terjadi pertukaran ion Mn yang ada dalam zeolit dengan ion-ion yang ada dalam limbah. Kemudian terjadi proses adsorpsi, dimana ion yang bervalensi tinggi akan teradsorpsi dengan sangat kuat dengan kecenderungan adsorpsi lebih kuat pada nomor atom lebih besar untuk ion yang bertanda sam a dan valensi sama. Dalam larutan limbah elektroplating ini ion Ni, Cu dan Zn bervalensi 2, sedangkan ion Fe dan Cr mempunyai valensi yang sama yaitu 3 tapi ion Fe mempunyai nomor atom yang lebih besar dari pada Cr sehingga Fe teradsorpsi paling banyak kedalam rongga zeolit. Dengan banyaknya ion Fe yang teradsorpsi maka persen Efisiensi Penyerapan Fe oleh Mn-Z dan MnO-Z paling tinggi diantara ion-ion lainnya.
Dari kurva pada Gambar 5 di atas terlihat bahwa penyerapan ion krom oleh Mn-Z berkisar antara 2,13% - 33,35%. Zeolit Mn-Z terlihat mulai jenuh setelah kontak dengan limbah selama 48 jam. Penyerapan ion krom 'oleh MnO-Z lebih tinggi dibandingkan penyerapan oleh Mn-Z yaitu berkisar antara 9,85% - 41,39%. MnO-Z terlihat mulai jenuh setelah kontak dengan limbah selama 4 jam dan mencapai kesetimbangan setelah 48 jam. Dari perbedaan waktu reaksi untuk mencapai kesetimbangan terlihat bahwa laju reaksi MnO-Z lebih cepat dibandingkan dengan Mn-Z. Penyerapan krom oleh mangan zeolit hampir mirip dengan penyerapan besi. Proses yang terjadi pad a penyerapan ion krom hampir sama dengan proses yang terjadi pada penyerapan ion besi Dari kurva pada Gambar 1 sampai dengan Gambar 5 diatas maka dapat dilihat bahwa dengan peningkatan waktu kontak antara zeolit dengan limbah elektroplating akan menaikkan jumlah ion logam yang teradsorpsi den akan mencapai kesetimbangan setelah 48 jam. Hal ini dapat dijelaskan bahwa pad a saat awal, ion logam yang teradsorpsi oleh zeolit hanya sedikit karena waktu adsorpsi yang relatif sing kat dapat menyebabkan proses adsorpsi belum maksimal dan padatan zeolit belum semuanya terisi oleh ion logam. Dengan ditambahnya waktu kontak antara zeolit dengan limbah elektroplating maka ion logam yang teradsorpsi semakin banyak sampai semua padatan zeolit terisi oleh ion logam, dalam keadaan ini berarti zeolit telah mencapai kesetimbangan sehingga apabila dilakukan penambahan waktu kontak maka
Kapasitas Tukar Kation Distribusi
dan Koefisien
Penyerapan limbah elektroplating ditentukan oleh nilai KTK (Kapasitas Tukar Kation). Nilai KTK adalah mgrek kation yang dapat diserap oleh 1 gram zeolit dalam kondisi kesetimbangan. Dalam penelitian ini kondisi kesetimbangan dicapai setelah limbah kontak dengan zeolit minimal 24 jam.
115
Kemampuan KTK zeolit bervariasi antara 1,5 - 2,9 mgrek/gram, tergantung jenis unsur kation yang diserap (7). Nilai Kapasitas Tukar Kation banyak tergantung pada jumlah atom AI dalam kerangka zeolit, semakin sedikit kandungan atom AI pada kerangka zeolit maka semakin keci! pula kemampuan zeolit tersebLit menukar kation - kation yang dapat dipertukarkan .. Hasil pengukuran nilai KTK untuk Mn-Z dan MnO-Z dapat dilihat pada Tabel 1 di bawah ini :
Tabel 1. Nilai Ka asitas Tukar Kation No
Ion logam
ZL
Ka silas TukarKation Mn·Z
Fe > Zn > Cu > Cr > Ni Sedangkan selektifitas ion yang diserap oleh MnO-Z adalah sebagai berikut : Fe > Cr > Zn > Ni > Cu
meq/!
MnO·Z
1 2
Ni Cr
2,63
0,88 ~ 0,22 1,03 ~ 0,46
3
Fe
0,68
2,26 ~ 0,12
2,68 ~O,13
4
Cu
5
In
2,23 1,31
1.42~0,23 2,24! 0,01
O,90~0,14 1.24 ± 0,01
1,06 ~ 0,63 1,28 ~ 0,61
Oari Tabel 1 diatas dapat dilihat bahwa nilai KTK yang tertinggi untuk Mn-Z adalah 2,26 :t 0,12 meq/g yaitu pada penyerapan ion Fe, sedangkan untuk MnO-Z adalah 2,68 :t 0,13 meq/g juga pada penyerapan ion Fe. Ukuran kemampuan serapan selanjutnya juga dapat dinyatakan dengan Koefesien Oistribusi (Kd). Nilai Kd ini adalah rasio konsentrasi ion terserap pada padatan dan konsentrasi ion dalam larutan, dinyatakan dalam mllgram. Nilai Kd merupakan banyaknya volume limbah yang terserap oleh 1 gram zeolit. Hasil pengukuran nilai Kd untuk Mn-Z dan MnO-Z dapat dilihat pad a Tabel 2 dibawah in; :
Tabel 2.IonNilai Koefisien Distribusi No
Oari nilai Kd ini dapat diartikan bahwa untuk 1 gram zeolit dapat mengolah limbah elektroplating yang mengandung Fe sekitar 1500 ml dengan MnO-Z dan sekitar 700 ml dengan Mn-Z. Oari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa selektifitas ion yang diserap oleh MnZ adalah sebagai berikut :
Cr Fe Cu Zn Ni Mo·Z 697,06 188,68 0,01 0,01 141,90± 198,641. 0,46 236,53:t 117.75:!:.. 0,23Distribusi 0,14 114,23:..1,22 ±+MoO·Z 1545,74:!:.. 148,91 0,12 ~+ 0,61 0,63 0,13 (mUg! 716,81 Koefisieo
logam
Oari Tabel 2 terlihat bahwa nilai Koefesien Oistribusi yang tertinggi untuk MnZ adalah 716,81 :t 0,12 mllg yaitu penyerapan pada ion Fe, sedangkan untuk MnO-Z adalah 1545,74 :t 0,13 mllg juga pada penyerapan ion Fe. Nilai Kd untuk ion Ni, Cr dan Fe lebih tinggi dengan menggunakan MnO-Z sedangkan untuk ion Cu dan Zn nilai Kd lebih tinggi dengan menggunakan Mn-Z.
116
Oari literatur, selektivitas ion Na zeolit adalah Sa > Pb > Cd > Zn > Cu (11) , sedangkan selektifitas ion Na klinoptilolit adalah Pb > NH4 > Cu, Cd > Zn, Co > Ni > Hg (11). Selektivitas ion Na Modernit adalah NH4 > Na > Mn > Cu > Co, Zn > Ni (11). Perbedaan selektivitas ion antara hasil penelitian dengan literatur karena bentuk zeolit yang digunakan berbeda.
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Oari hasil penelitian, pengamatan dan perhitungan yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan beberapa hal, yaitu: Zeolit yang telah dimodifikasi kedalam bentuk Mn-Z dan MnO-Z dapat digunakan untuk menyerap logam berat yang terdapat dalam limbah 83 yang mengandung logam berat. Peningkatan waktu kontak antara logam berat dengan limbah elektroplating menyebabkan kenaikan persen Efisiensi Penyerapan akan mencapai kesetimbangan setelah waktu kontak dengan zeolit selama sekurang-kurangnya 48 jam. Untuk ion Nil Cu dan Zn penyerapan tertinggi diperoleh dengan Mn-Z, kecenderungan penyerapan ketiga kation ini adalah melalui proses pertukaran ion. Zeolit dalam bentuk MnO-Z mempunyai kemampuan serap lebih tinggi terhadap ion Cr dan Fe dari pada Mn-Z. Kecenderungan penyerapan kedua ion ini adalah melalui proses pertukaran ion dan hasil reaksi oksida mangan. Penyerapan tertinggi untuk Mn-Z dan MnO-Z adalah pada penyerapan ion Fe karena ion Fe mempunyai valensi paling tinggi diantara ion lainnya.
HUHEEY, J. E., h "Organic Chemistry Princples of Structure and Reactivity", Zend ed., Harper International Edition, 1978. 5. SULISTYOWENI W, Dip!. SE, SKM dkk, Teknologi Pengolahan Limbah Industri Kecil Elektroplating di Wilayah DKI Jakarta, Uf, Jakarta, 1993. 6. ECKENFELDER, W.W., "Industrial Water Pollution Control", Mc Graw - Hill Book, CO,1996. 7. LAS, T., "Use of Natural Zeolite for Nuclear Waste Treatmen" Departement of Chemistry and applied Chemistry, Univesity of Salford, The United Kingdom 1989. 8. FLANGEN, E.M., KHAT AMI, H., SZIMANSKI, H.A., 1991, Intrared Structure Studies of Zeolit Framework, Molecular Sieve Zeolit I, American Society Advances in Chemistry Series no. 101, Washington D.C., 9. and Clay BARRER, R.M., "Zeolites Minerals as Sorbents and Molecular Sieves", academic Press, London, 1978. 10. HAMDAN, H., "Introduction to Zeolites" : Synthesis, Characterization and Modification, University Teknologi Malaysia, Malaysia, 1992. 11. LAS, T., et aI., " Pemanfaatan Mineral Zeolit Untuk Pengolahan Limbah", Laporan Akhir Riset Unggulan Terpadu, RISTEK / DRN, Batan,1997.
4.
Saran 1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut terhadap logam berat lainnya agar dapat diaplikasikan dalam mengolah kandungan logam berat yang terdapat dalam berbagai jenis industri, sehingga limbah yang diolah tidak berbahaya lagi jika dibuang kelingkungan. 2. Pada proses adsorpsi. dan pertukaran ion, beberapa parameter yang mempengaruhi persen efesiensi adalah konsentrasi awal kation, pH, temperatur, ukuran partikel zeolit dan juga jenis zeolit yang digunakan. Penggunaan Mn-Z dan MnO-Z sebagi adsorben, penukar ion dapat berlangsung secara efektif dan efisien untuk itu perlu dilakukan penelitian dalam skala lebih besar dan terhadap material sorben yang lain. DAFTAR PUSTAKA 1. MUMPTON. FA and SAND. L.B. "Natural Zeolite, Occurrence, Properties and Uses", Pergamon Press, Oxford, 1978. 2. NEMEROW, "Liquid Waste of Industry Theories, Practices and Treatment", Addison Wesley Publishing, Philippines,1971. 3. YULIASETIAWATI, L.," Penyebaran Teknologi Bersih dan Penanganan Limbah Industri lapis Listrik ", Departemen Perindustrian dan Perdagangan, Bandung,1996.
Daftar Isi 117
