OPTIMASI ZEOLIT ALAM TERMODIFIKASI-Fe(OH)3 SEBAGAI PENUKAR ANION
FITRIYANI SIDDIQ
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012
i
ABSTRAK FITRIYANI SIDDIQ. Optimasi Zeolit Alam Termodifikasi-Fe(OH)3 sebagai Penukar Anion. Dibimbing oleh CHARLENA dan SRI SUGIARTI. Proses aktivasi dan modifikasi dengan Fe(OH)3 dapat meningkatkan kemampuan zeolit alam sebagai penukar anion. Aktivasi dilakukan dengan HCl dengan variasi konsentrasi 2, 4, 6, dan 8 M dengan variasi waktu pengocokan selama 60, 90, dan 120 menit. Keadaan optimum ditentukan dari nilai kapasitas tukar anion (KTA) yang tinggi, yaitu HCl 4 M dan waktu pengocokan 90 menit dengan nilai KTA sebesar 15.71 mek/100 g. Keadaan optimum pembuatan zeolit termodifikasi-Fe(OH)3 ialah bobot zeolit 1.5 g, konsentrasi Fe(OH)3 0.1 M, waktu pengadukan 120 menit, dan waktu pendiaman 24 jam. Nilai KTA dan kapasitas tukar kation (KTK) yang dihasilkan pada keadaan optimum berturut-turut ialah 21.82 dan 100.80 mek/100 g. Adsorpsi Fe(OH)3 ke dalam zeolit aktif diduga mengikuti isoterm adsorpsi Langmuir. Uji adsorpsi zeolit termodifikasi-Fe(OH)3 optimum dilakukan terhadap larutan fenol. Efisiensi dan kapasitas adsorpsi zeolit aktif termodifikasi-Fe(OH)3 berbanding lurus dengan konsentrasi fenol. Nilainya berturut-turut 3.69% dan 2.01 mg/g terhadap larutan fenol konsentrasi 80 ppm. Meningkatnya nilai KTA dan masih tingginya nilai KTK pada zeolit termodifikasi-Fe(OH)3 ini memungkinkan pemanfaatannya sebagai adsorben atau penukar ion untuk limbah bermuatan negatif, positif, maupun campuran.
ABSTRACT FITRIYANI SIDDIQ. Optimation of Fe(OH)3-Modified Natural Zeolite as Anion Exchanger. Supervised by CHARLENA and SRI SUGIARTI. Activation and modification with Fe(OH)3 can increase the ability of zeolite as anion exchanger. Activation were carried out with HCl concentration of 2, 4, 6, and 8 M with variation of agitation time of 60, 90, and 120 minutes. Optimum condition was determined from the highest anion exchange capacity (AEC), that was 4 M of HCl and contact time of 90 minutes with AEC value of 15.71 meq/100 g. Optimum condition of zeolite modification with Fe(OH)3 was 1.5 g of zeolite weight, 0.1 M of Fe(OH)3 concentration, 120 minutes of contact time, and 24 hours of aging time. The AEC and cation exchange capacity (CEC) obtained in this optimum condition were 21.82 and 100.80 meq/100 g, respectively. Adsorption of Fe(OH)3 into activated zeolite surface data was fitted to Langmuir adsorption isoterm. Phenol was used for batch adsorption studies of optimum Fe(OH)3-modified zeolite. The sorption efficiency (%) and sorption capacity of this zeolite were increased linearly with phenol concentration. The amount were 3.69% and 2.01 mg/g, respectively at 80 ppm of phenol. Increment in AEC value as well as still high CEC value in Fe(OH)3-modified zeolite is potencial to be utilized as adsorbent or ion exchanger for waste with negative or positive charge or combination of both.
i
OPTIMASI ZEOLIT ALAM TERMODIFIKASI-Fe(OH)3 SEBAGAI PENUKAR ANION
FITRIYANI SIDDIQ
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012
ii
Judul Skripsi Nama NIM
: Optimasi Zeolit Alam Termodifikasi-Fe(OH)3 sebagai Penukar Anion : Fitriyani Siddiq : G44096034
Disetujui
Pembimbing I
Pembimbing II
Dr Charlena, MSi NIP. 19671222 199403 2 002
Sri Sugiarti, PhD NIP. 19701225 199512 2 001
Diketahui Ketua Departemen Kimia
Prof Dr Ir Tun Tedja Irawadi, MS NIP. 19501227 197603 2 002
Tanggal Lulus: iii
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Padaherang pada tanggal 12 Juni 1988. Penulis merupakan putri tunggal dari ayah H Sodikin SPdI dan ibu Hj Yati Rohayati. Tahun 2006 penulis lulus dari SMUN 1 Banjar dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk Program Diploma IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk (USMI) IPB dengan memilih program keahlian Analis Kimia. Tahun 2009 penulis lulus dari Program Diploma IPB dan melanjutkan pendidikan S1 melalui Program Alih Jenis Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor (IPB). Selama perkuliahan diploma IPB, penulis melakukan praktik kerja Lapangan di Balai Pengawasan dan Pengendalian Mutu Barang (PPMB) Direktorat Jendral Perdagangan Luar Negeri-Jakarta dengan judul laporan Identifikasi Nitrofuran dalam Udang dengan Kromatografi Cair-Spektrometri Massa.
iv
PRAKATA Segala puji dan syukur Penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas semua karunia dan kesehatan dalam menyusun karya ilmiah ini dengan judul “Optimasi Zeolit Termodifikasi-Fe(OH)3 sebagai Penukar Anion”. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Dr Charlena dan Sri Sugiarti PhD selaku pembimbing yang telah memberikan arahan, masukan, motivasi, dan semangat selama penulis melakukan penelitian dan penulisan karya ilmiah. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Ayah, Ibu, dan keluarga yang selalu mendoakan, memberikan semangat dan kasih sayang. Penulis juga mengucapakan terima kasih kepada seluruh pegawai laboratorium Kimia Anorganik (Teh Nurul, Pak Sawal, Pak Caca, Pak Mulyadi, Umi) atas fasilitas dan bantuan yang diberikan. Selain itu, terima kasih Penulis ucapakan kepada Diah, Aah, Ayu serta teman-teman penelitian lain (Gina, Putri, Kak Doni, Meysi, Irma, Noja) yang telah memberikan semangat dan masukan. Terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu Penulis menyelesaikan karya ilmiah ini yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Semoga karya ilmiah ini dapat memberikan ilmu yang bermanfaat.
Bogor, September 2012
Fitriyani Siddiq
v
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ................................................................................................. vii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ vii DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ viii PENDAHULUAN .................................................................................................. 1 BAHAN DAN METODE Alat dan Bahan ............................................................................................... 2 Metode Penelitian........................................................................................... 2 HASIL DAN PEMBAHASAN Kondisi Optimum Aktivasi Zeolit .................................................................. 3 Ciri-ciri Zeolit ................................................................................................ 5 Zeolit Termodifikasi-Fe(OH)3 ....................................................................... 6 Isoterm Adsorpsi ............................................................................................ 8 Hasil Uji Adsorpsi Zeolit Termodifikasi-Fe(OH)3 Terhadap Larutan Fenol . 9 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan ........................................................................................................ 9 Saran ............................................................................................................... 9 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. 9 LAMPIRAN .......................................................................................................... 11
vi
DAFTAR TABEL Halaman 1 Data parameter ketiga model isoterm adsorpsi ................................................... 8 2 Data uji adsorpsi zeolit terhadap larutan fenol .................................................... 9
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Reaksi dealuminasi kerangka zeolit dengan asam ............................................. 4 2 Difraktogram sinar-X zeolit tanpa aktivasi (a), zeolit teraktivasi HCl 4 M (b), dan zeolit termodifikasi Fe(OH)3 (c) ................................................................. 5 3 Hasil SEM perbesaran zeolit tanpa aktivasi (a), zeolit dengan aktivasi HCl 4 M (b), zeolit aktif termodifikasi- Fe(OH)3 (c) ........................................ 6 4 Pengaruh bobot zeolit terhadap nilai KTK dan KTA ........................................ 7 5 Pengaruh konsentrasi Fe(OH)3 terhadap nilai KTK dan KTA ........................... 7 6 Pengaruh waktu pengocokan terhadap nilai KTK dan KTA ............................. 7 7 Pengaruh waktu pendiaman terhadap nilai KTK dan KTA ............................... 8
vii
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Bagan alir penelitian ........................................................................................ 12 2 Data penentuan nilai KTA dan KTK pada optimasi aktivasi zeolit ................. 13 3 Hasil EDX zeolit teraktivasi HCl 8 M (a), 6 M (b), dan 2 M (c) ...................... 14 4 Hasil EDX zeolit termodifikasi-Fe(OH)3 (a) dan zeolit teraktivasi-HCl 4 M (b) .......................................................................................................................... 15 5 Pangkalan data XRD zeolit Heulandit-Ca ........................................................ 16 6 Data penentuan nilai KTA dan KTK pada optimasi modifikasi zeolit . ........... 17 7 Data perhitungan isoterm adsorpsi ................................................................... 18 8 Data perhitungan parameter isoterm adsorpsi .................................................. 19
viii
1
PENDAHULUAN Zeolit alam merupakan bahan mineral yang banyak digunakan sebagai adsorben, penukar ion, dan penyangga katalis. Pemanfaatan zeolit umumnya berdasarkan porositas yang tinggi, muatan di permukaan, keberadaan kation-kation dapat tukar, serta keberadaan yang melimpah di alam (Khabibi et al. 2003). Zeolit merupakan senyawa aluminosilikat terhidrasi yang mengikat kation-kation alkali dan alkali tanah, membentuk kerangka tiga dimensi tektosilikat (Swantomo et al. 2009). Kation alkali dan alkali tanah dalam struktur zeolit merupakan penyeimbang muatan pada permukaan zeolit. Kation-kation ini bersifat dapat-tukar sehingga zeolit dapat diaplikasikan sebagai penukar kation. Zeolit memiliki muatan negatif di permukaan akibat penggantian ion Si4+ dengan Al3+ (Erdem et al. 2004). Permukaan yang bermuatan negatif dapat diubah menjadi bermuatan positif dengan melakukan dealuminasi pada struktur zeolit. Dealuminasi ialah teknik modifikasi melalui pengurangan aluminium di kerangka ataupun permukaan zeolit. Berkurangnya aluminium menyebabkan nisbah Si/Al meningkat sehingga zeolit menjadi lebih bermuatan positif (Khabibi et al. 2003) dan dapat dimanfaatkan sebagai penukar anion. Syafii (2011) melakukan modifikasi zeolit alam dengan Fe(OH)3 yang menyebabkan nilai kapasitas tukar anion (KTA) meningkat. Nilai KTA zeolit tanpa modifikasi ialah 7.193 mek/100 g, meningkat menjadi 19.695 mek/100 g setelah dimodifikasi dengan Fe(OH)3. Kapasitas tukar anion (KTA) merupakan jumlah miligram ekuivalen anion yang dapat dipertukarkan maksimum oleh 100 gram zeolit (Al-Jabri 2008). Peningkatan nilai KTA merupakan indikator kemampuan zeolit sebagai adsorben senyawa yang bermuatan negatif (anion). Ion Fe3+ digunakan sebagai bahan pemodifikasi karena memiliki bilangan koordinasi 6 sehingga dapat mengikat anion dan membentuk kompleks dengan bilangan koordinasi 6. Kompleks dengan koordinasi 6 bersifat stabil (Cotton & Wilkinson 1989). Zeolit alam teraktivasi dengan ataupun tanpa modifikasi banyak dimanfaatkan sebagai adsorben limbah logam berat seperti arsenat (Ford & Shevade 2004), tembaga dan timbel (Njoku et al. 2011), kromium (Cr), atau limbah yang mengandung senyawa organik. Modifikasi zeolit dengan Fe3+ dilakukan Rahmani et al. (2010) untuk
mengadsorpsi limbah bermuatan negatif seperti fluorida ( F¯ ). Pengolahan limbah organik umumnya melalui berbagai tahapan seperti reaksi fotokatalisis atau melalui pemecahan senyawa menjadi lebih sederhana dan ramah lingkungan. Proses adsorpsi digunakan sebagai alternatif pengolahan limbah organik, salah satunya ialah limbah fenol. Proses adsorpsi dipilih karena biaya yang relatif lebih murah, mudah, dan sederhana. Adsorben yang lazim digunakan di antaranya karbon aktif, zeolit, batu bara, dan kalsium karbonat (Swantomo et al. 2009). Limbah fenol pada konsentrasi tinggi dapat menyebabkan luka bakar pada kulit, kerusakan sistem saraf pusat, dan dapat mematikan organisme perairan (Wardhani 2005). Limbah fenol dihasilkan dari buangan industri penyulingan minyak bumi, gas, farmasi, dan tekstil, dan termasuk limbah B3 (bahan berbahaya dan beracun). Ambang batas fenol total di perairan menurut Keputusan Menteri Lingkungan Hidup Nomor Kep.42/MENLH/10/1996 ialah 2 mg/L (Swantomo et al. 2009). Karbon aktif efektif sebagai suatu adsorben limbah fenol hanya pada konsentrasi rendah, yaitu 30 ppm dengan metode kolom lapik tetap dan menghasilkan konsentrasi limbah fenol sisa pada 5 menit pertama ialah 0.43 ppm (Sari et al. 2006). Swantomo et al. (2009) melakukan adsorpsi fenol menggunakan zeolit alam terkalsinasi yang menunjukkan persen adsorpsi tertinggi 83.54% pada kondisi bobot zeolit 3 g dan konsentrasi fenol 60 ppm. Modifikasi zeolit alam dengan surfaktan heksadesiltrimetil amonium (HDTMA) dilakukan Khabibi et al. (2003) dan mampu mengadsorpsi fenol sebesar 94.39 mg/L. Peningkatan nilai KTA pada zeolit termodifikasi-Fe(OH)3 pada penelitian Syafii (2011) diteliti lebih lanjut dengan beberapa variasi, meliputi variasi bobot zeolit aktif, konsentrasi Fe(OH)3, waktu pengocokan, dan waktu pendiaman. Keempat variasi ini menghasilkan kondisi optimum pembuatan zeolit termodifikasi-Fe(OH)3. Optimasi juga dilakukan terhadap proses aktivasi dengan meragamkan konsentrasi HCl untuk dealuminasi zeolit dan waktu pengadukan. Zeolit termodifikasi-Fe(OH)3 optimum dicirikan dengan difraksi sinar-X (XRD) dan mikroskop elektron pemayaran-sinar-X dispersif energi (SEM-EDX) lalu diaplikasikan sebagai penjerap larutan fenol dan ditentukan jenis isoterm adsorpsinya.
1
2
BAHAN DAN METODE Alat dan Bahan Alat-alat yang digunakan meliputi spektrofotometer ultraviolet-tampak (UVVis) Shimadzu 7000, XRD Shimadzu 7000, SEM SMART Zeiss EVO 50-50-87, EDX Bruker, dan peralatan kaca. Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini di antaranya zeolit alam asal Lampung, larutan FeCl3, NaOH, HCl, CH3COONa, CH3COONH4, larutan fenol, indikator Conway, indikator fenolftalein, H2SO4, asam oksalat, K3Fe(CN)6, K2S2O8, KSCN, 4-aminoantipirin (AAP), akuades. Metode Penelitian Metode penelitian secara umum dirangkum dalam bagan alir di Lampiran 1. Penelitian dilakukan di Laboratorium Penelitian Kimia Anorganik IPB. Preparasi Zeolit Alam Zeolit alam asal Lampung diayak hingga lolos ayakan 100 mesh. Zeolit yang telah lolos dicuci dengan akuades dan dipanaskan dalam tanur pada suhu 300 οC selama 3 jam. Optimasi Aktivasi Zeolit Alam Optimasi dilakukan dengan variasi konsentrasi HCl (2, 4, 6, dan 8 M) serta waktu pengadukan (60, 90, dan 120 menit). Sebanyak 100 g zeolit alam dimasukkan ke dalam gelas piala 500 mL dan ditambahkan 250 mL larutan HCl dengan variasi konsentrasi, kemudian diaduk menggunakan pengaduk magnet dengan variasi waktu pengadukan. Zeolit disaring dengan cara dienap-tuangkan dan dicuci dengan akuades hingga pH netral. Setelah itu, zeolit dimasukkan ke dalam cawan porselen dan dipanaskan dalam tanur pada suhu 300 οC selama 3 jam. Zeolit alam dicirikan dengan XRD dan SEM, serta ditentukan nilai KTA dan kapasitas tukar kation (KTK). Zeolit aktif optimum ialah yang memiliki nilai KTA paling tinggi. Penentuan Kapasitas Tukar Anion (KTA) (modifikasi SNI 13-3494-1994) Sebanyak 0.5 g zeolit ditambahkan 50 mL HCl 0.2 N. Campuran dikocok selama ±4 jam dengan shaker, lalu disaring dan diambil filtratnya. Sepuluh mL filtrat dititrasi dengan NaOH yang telah distandardisasi. Indikator yang digunakan ialah fenolftalein. Volume
NaOH yang terpakai dicatat. Nilai KTA dihitung dengan persamaan sebagai berikut: ( )
dengan Vb : Volume NaOH yang dibutuhkan untuk titrasi blangko (mL) Vc : Volume NaOH yang dibutuhkan untuk titrasi contoh (mL) N : Normalitas NaOH hasil standardisasi. Penentuan Kapasitas Tukar Kation (KTK) (modifikasi Furi 2010) Sebanyak 2 g zeolit dimasukkan ke dalam gelas piala 10 mL dan ditambahkan 10 mL larutan CH3COONH4 pH 4. Campuran diaduk dengan pengaduk magnetik selama 6 jam, lalu disaring. Zeolit yang telah menjerap CH3COONH4 dipindahkan ke labu bulat, ditambahkan 5 mL NaOH 50% dan 150 mL akuades serta batu didih. Erlenmeyer berisi 25 mL H2SO4 0.1 M dan 5¯6 tetes indikator Conway disiapkan sebagai penampung distilat. Distilasi dihentikan ketika volume distilat mencapai 150 mL, lalu distilat dititrasi menggunakan NaOH 0.06 N. Nilai KTK dapat dihitung dengan persamaan (
)
(
)
Keterangan: Va :Volume H2SO4 yang digunakan di penampung awal (mL) Vc :Volume NaOH yang digunakan untuk menitrasi contoh (mL). Optimasi Pembuatan Zeolit Termodifikasi-Fe(OH)3 Variasi Bobot Zeolit. Sebanyak 1, 1.5, 2, 2.5, dan 3 g zeolit aktif ditambahkan 10 mL Fe(OH)3 0.05 M. Campuran diaduk selama 2 jam dan didiamkan selama 24 jam. Setelah itu, campuran disaring. Zeolit termodifikasi dipanaskan di dalam oven pada suhu 100 οC selama 1 jam. Variasi Konsentrasi Fe(OH)3. Sebanyak 1.5 g zeolit (bobot optimum) ditambahkan larutan Fe(OH)3 dengan variasi konsentrasi 0.005, 0.025, 0.05, 0.075, 0.1, dan 0.2 M. Campuran diaduk selama 2 jam dan didiamkan 24 jam, lalu disaring. Zeolit hasil modifikasi dipanaskan dalam oven pada suhu 100 οC selama 1 jam. Variasi Waktu Pengadukan. Sebanyak 1.5 g zeolit ditambahkan larutan Fe(OH)3
2
3
konsentrasi optimum. Campuran diaduk dengan variasi waktu 60, 90, 120, 150, dan 180 menit, lalu didiamkan 24 jam. Perlakuan selanjutnya sama seperti sebelumnya.
Nilai digunakan untuk menghitung nilai energi adsorpsi (E) dengan persamaan ( )
Variasi Waktu Pendiaman. Sebanyak 1.5 g zeolit ditambahkan larutan Fe(OH)3 konsentrasi optimum dan diaduk selama waktu pengadukan optimum. Setelah itu, campuran didiamkan dengan variasi 1, 3, 6, 12, dan 24 jam. Perlakuan selanjutnya sama seperti sebelumnya.
Keterangan: C0 :Konsentrasi awal contoh terukur (mg/L) Ce :Konsentrasi akhir contoh terukur (mg/L) E :Energi adsorpsi (kJ/mol) Kf :Kapasitas adsorpsi relatif n :Intensitas adsorpsi Qe :Kapasitas adsorpsi (mg/g) Qm :Kapasitas adsorpsi maksimum (mg/g) Qd :Kapasitas adsorpsi teoretis (mol/g) R :Nilai tetapan gas ideal 8.314 J mol-1 K-1 RL :Parameter kesetimbangan T :Suhu (K) ε :Energi potensial permukaan β :Koefisien energi adsorpsi (mol2/J2)
Zeolit yang dihasilkan dari keempat variasi tersebut masing-masing ditentukan nilai KTA dan KTK-nya. Keadaan optimum ditentukan dengan melihat nilai KTA yang tinggi. Zeolit termodifikasi optimum dicirikan dengan XRD, SEM, dan EDX. Pengujian Isoterm Adsorpsi Komposisi optimum pembuatan zeolit termodifikasi-Fe(OH)3 digunakan dalam pengujian isoterm adsorpsi. Larutan Fe(OH)3 0.1 M awal (C0) diukur serapannya dengan spektrofotometer UV-Vis. Selanjutnya, sebanyak 1.5 g zeolit ditambahkan 10 mL larutan Fe(OH)3 0.1 M, diaduk selama 2 jam, dan didiamkan pada suhu 28 οC selama 16 jam. Campuran disaring dan filtrat yang masih mengandung Fe(OH)3 diukur serapannya dengan spektrofotometer UV-Vis, dinyatakan dengan Ce. Isoterm adsorpsi yang ditentukan ialah isoterm Langmuir, Freundlich, dan DubininReduscevich. Isoterm Langmuir dapat ditentukan dari persamaan ( )
√
Uji Adsorpsi Zeolit Termodifikasi Fe(OH)3 dengan Larutan Fenol (modifikasi Swantomo et al. 2009) Sebanyak 0.3 g zeolit termodifikasi-Fe(OH)3 optimum ditambahkan 20 mL larutan fenol dengan konsentrasi 20, 40, dan 80 ppm ditambahkan. Larutan fenol awal (C0) untuk setiap konsentrasi diukur serapannya dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang (λ) maksimum. Campuran didiamkan selama 24 jam, kemudian disaring. Filtrat yang masih mengandung fenol diukur serapannya, dinyatakan sebagai Ce. Metode penentuan fenol mengacu pada SNI 06-6989.21-2004. Nilai kapasitas adsorpsi (Qe) dan efisiensi adsorpsi ditentukan menggunakan persamaan ( ) (
Nilai b dapat digunakan untuk menghitung parameter kesetimbangan (RL) dengan rumus
Persamaan isoterm Freundlich ialah ( ) dan persamaan untuk isoterm Reduscevich ialah sebagai berikut:
(
)
Keterangan : V : Volume fenol yang ditambahkan (L) C0: Konsentrasi awal fenol terukur (mg/L) Ce: Konsentrasi akhir fenol terukur (mg/L) Qe: Kapasitas adsorpsi (mg/g) m : Bobot zeolit (g)
Dubinin-
HASIL DAN PEMBAHASAN ( )
dengan
)
Kondisi Optimum Aktivasi Zeolit Proses aktivasi zeolit dilakukan dengan penambahan asam. Asam berfungsi melarutkan logam-logam pengotor yang berada pada pori atau permukaan zeolit sehingga meningkatkan luas permukaan dan
3
4
membuka pori-pori zeolit (Samin et al. 2000). Asam yang digunakan pada penelitian ini ialah HCl dengan variasi konsentrasi. Telah banyak penelitian zeolit alam yang menggunakan HCl sebagai larutan pengaktif. Khabibi et al. (2003) mengaktivasi zeolit alam asal Wonosari dengan HCl 6 M, Swantomo et al. (2009) mengaktivasi zeolit alam dengan HCl 1 N. Keduanya memanfaatkan zeolit teraktivasi sebagai adsorben. Syafii (2011) mengaktivasi zeolit dengan HCl 4 M. Optimasi aktivasi zeolit alam dilakukan untuk melihat pengaruh konsentrasi HCl dan waktu pengocokan terhadap nilai KTK dan KTA serta melihat pengaruh penggunaan asam terhadap spektrum XRD zeolit, kristalinitas, dan nisbah Si/Al. Keadaan optimum dilihat berdasarkan nilai KTA tertinggi pada kedua variasi yang dilakukan. Perhitungan nilai KTA dan KTK diberikan pada Lampiran 2. Nilai KTK meningkat pada penggunaan HCl 2 M dengan waktu pengocokan 60 dan 90 menit, serta pada HCl 4 M dengan waktu pengocokan 90 dan 120 menit. Peningkatan nilai KTK disebabkan terjadinya pelarutan oksida logam pengotor yang menempel pada rongga-rongga zeolit. Pelarutan ini menyebabkan rongga zeolit menjadi lebih terbuka, luas permukaan meningkat, dan kation-kation dapat tukar yang tertutup logam pengotor menjadi lebih aksesibel (Swantomo et al. 2006). Masih tingginya nilai KTK pada penggunaan HCl 6 M dan 8 M diduga karena masih terdapat kation-kation dapat-tukar pada kerangka zeolit. Berdasarkan hasil EDX, kation seperti K, Ca, dan Fe terukur sebanyak 0.83%, 0.77%, dan 1.11% pada zeolit yang diaktivasi dengan HCl 8 M dan sebanyak 1.03%, 0.70%, dan 1.03% ketika digunakan HCl 6 M (Lampiran 3). Kation Na dan K cenderung melarut pada penggunaan HCl. Nilai KTK pada penggunaan HCl 6 M dan 8 M relatif lebih rendah jika dibandingkan dengan nilai KTK pada penggunaan HCl 4 M dengan waktu pengocokan 120 menit (A2B3). Penurunan ini diduga karena telah terjadinya proses dealuminasi. Dealuminasi merupakan pemutusan ikatan Al-O pada kerangka zeolit sehingga nisbah Si/Al meningkat dan muatan pada permukaan zeolit menjadi cenderung positif (Khabibi et al. 2003). Gambar 1 menunjukkan reaksi yang terjadi pada proses dealuminasi. Selain terjadi peningkatan nisbah Si/Al, penelitian Ulku dan Ozkan (2004) menunjukkan bahwa peningkatan konsentrasi HCl dan suhu
menurunkan kation-kation seperti Fe3+, Ca2+, Mg2+, Na+, dan K+.
Gambar 1 Reaksi dealuminasi kerangka zeolit dengan asam. Selain berpengaruh terhadap nilai KTK, penggunaan HCl sebagai larutan pengaktif berpengaruh terhadap nilai KTA. Nilai KTA meningkat pada penggunaan HCl 2 M. Nilai KTA paling tinggi diperoleh pada penggunaan HCl 4 M dengan waktu pengocokan selama 90 menit yaitu sebesar 15.71 mek/100 g. Peningkatan nilai KTA disebabkan karena membukanya rongga atau pori pada permukaan zeolit akibat melarutnya logamlogam pengotor (Syafii 2011). Selain itu, proses dealuminasi dapat menyebabkan nisbah Si/Al meningkat sehingga permukaan zeolit menjadi bermuatan positif dan lebih menyukai komponen bermuatan negatif. (Khabibi et al. 2003). Variasi konsentrasi HCl memengaruhi kelarutan logam-logam penyusun zeolit. Berdasarkan hasil EDX, aluminium larut seiring peningkatan konsentrasi HCl yang digunakan. Saat konsentrasi HCl 2 M, silikon dan aluminium dalam zeolit ialah 30.18 dan 7.12%, sedangkan pada konsentrasi 8 M turun menjadi 28.87 dan 5.63% (Lampiran 3). Pelarutan logam-logam penyusun kerangka utama ini memengaruhi nisbah Si/Al zeolit. Semakin besar konsentrasi HCl, nisbah Si/Al semakin meningkat. Meningkatnya nisbah Si/Al meningkatkan nilai KTA. Nisbah Si/Al pada saat konsentrasi HCl 2, 4, 6, dan 8 M berturut-turut ialah 4.24, 4.50, 4.93, 5.13. Waktu pengocokan divariasikan dari 60, 90, dan 120 menit. Pada penggunaan HCl 2 M, nilai KTK dan KTA relatif meningkat pada waktu pengocokan 90 menit, dan menurun pada waktu pengocokan 120 menit (Lampiran 2). Hal ini menunjukkan pada waktu pengocokan 120 menit permukaan zeolit telah melewati batas jenuh adsorpsi (Medvidovich et al. 2006). Nilai KTA pada zeolit tanpa perlakuan ialah 1.20 mek/100 g dan meningkat pada saat aktivasi menggunakan HCl 2 M menjadi 2.43 mek/100 g. Kondisi optimum diperoleh pada
4
5
konsentrasi HCl 4 M dan waktu pengocokan selama 90 menit dengan nilai KTA dan KTK berturut-turut 15.71 dan 104.39 mek/100 g. Syafii (2011) melakukan aktivasi zeolit alam dengan HCl 4 M dan waktu pengocokan selama 60 menit, menghasilkan nilai KTA dan KTK berturut-turut sebesar 7.91 dan 91.44 mek/100 g. Nilai KTA dan KTK yang dihasilkan pada penelitian ini diperoleh berdasarkan penggunaan NaOH 0.06 N pada proses titrasi. Penggunaan NaOH teknis menyebabkan keterulangan data kurang baik. Akan tetapi, pola perilaku zeolit pada penambahan HCl konsentrasi 2 dan 4 M tetap menunjukkan peningkatan nilai KTA maupun KTK.
a
b
Ciri-ciri Zeolit Zeolit dicirikan antara lain dengan analisis XRD untuk mengukur kristalinitas zeolit dan mengidentifikasi jenis zeolit. Analisis SEM digunakan untuk mengamati morfologi permukaan zeolit dan analisis EDX dilakukan untuk melihat komponen logam utama dalam zeolit sehingga nisbah Si/Al dapat dihitung. Gambar 2a menunjukkan difraktogram sinar-X zeolit alam tanpa perlakuan. Sudut difraksi ( ) berada pada rentang 5¯50ο. Puncak spektrum mulai muncul pada sudut difraksi 9.88ο. Secara keseluruhan terdapat 26 puncak, tetapi hanya 4 puncak yang intensitasnya cukup tinggi, yaitu pada sudut difraksi 21.69ο, 22.3ο, 27.94ο, dan 30.0ο. Difraktogram zeolit teraktivasi-HCl 4 M (Gambar 2b) dan zeolit alam termodifikasi-Fe(OH)3 (Gambar 2c) menunjukkan pergeseran sudut puncak dengan intensitas tertinggi. Puncak tertinggi pada zeolit tanpa aktivasi berada pada sudut 22.31ο, sedangkan pada zeolit teraktivasi-HCl 22.41ο, dan pada zeolit termodifikasi-Fe(OH)3 22.37ο. Selain itu, puncak pada sudut 27.94ο (Gambar 2a) mengalami pemecahan pada Gambar 2b dan 2c. Perubahan difraktogram zeolit teraktivasi asam disebabkan penggunaan HCl pada proses aktivasi melarutkan pengotor. Munculnya puncak di sudut 46.2ο pada Gambar 2c menunjukkan peningkatan Fe akibat penambahan Fe(OH)3. Hal ini sesuai dengan hasil pengukuran menggunakan EDX, bahwa kadar besi pada zeolit termodifikasi meningkat menjadi 2.74% dari kadar besi zeolit teraktivasi-HCl 2 M yang sebesar 1.32% (Lampiran 3 dan 4).
c
Gambar 2 Difraktogram sinar-X zeolit tanpa aktivasi (a), zeolit teraktivasi HCl 4 M (b), dan zeolit termodifikasi Fe(OH)3 (c). Puncak-puncak pada sudut 9.86ο, 22.3ο, 22.8ο, dan 30.04ο khas untuk zeolit. Perbandingan pola spektrum zeolit dengan International Center Difraction Data (ICDD) menunjukkan bahwa zeolit yang digunakan pada penelitian memiliki struktur kerangka utama golongan heulandit (Lampiran 5). Heulandit memiliki kerangka utama yang sama dengan klinoptilolit, tetapi dengan nisbah Si/Al < 4, sedangkan pada klinoptilolit nisbah Si/Al ≥ 4 (Coombs et al. 1997). Nisbah Si/Al ditentukan berdasarkan pengukuran EDX (Lampiran 3), dan hasilnya rata-rata ≥ 4. Berdasarkan hasil pengukuran, kerangka utama zeolit dalam penelitian ini mengikuti pola golongan heulandit, dan nisbah Si/Al ≥ 4 mengikuti jenis klinoptilolit. Oleh sebab itu, dapat dikatakan bahwa jenis zeolit yang digunakan pada penelitian ini merupakan golongan heulandit dengan jenis klinoptilolit. Selain menentukan jenis zeolit alam, pengukuran dengan XRD dapat mengukur tingkat kristalinitas. Hal tersebut dapat membantu mengidentifikasi struktur zeolit sebelum dan sesudah aktivasi dengan HCl.
5
6
Kristalinitas zeolit awal sebesar 56.63%, setelah aktivasi dengan HCl 2 M menurun menjadi 52.2% dan terus menurun dengan meningkatnya konsentrasi HCl hingga mencapai 42.62% pada konsentrasi HCl 8 M. Penurunan kristalinitas diduga karena hilangnya pengotor-pengotor yang memengaruhi kristalinitas dan merusak zeolit (Subariyah 2011). Kristalinitas zeolit kembali meningkat menjadi 48.55% setelah dimodifikasi dengan Fe(OH)3. Gambar 3a menunjukkan morfologi zeolit tanpa proses aktivasi. Terlihat serpihanserpihan kecil di permukaan. Permukaan zeolit teraktivasi HCl 4 M (Gambar 3b) terlihat sedikit halus dan lebih bersih, sedangkan morfologi zeolit termodifikasi Fe(OH)3 (Gambar 3c) memperlihatkan banyak serpihan yang menempel pada permukaan.
a
b
c Gambar 3
Hasil SEM perbesaran 2500× zeolit tanpa aktivasi (a), zeolit dengan aktivasi HCl 4 M (b), zeolit aktif termodifikasiFe(OH)3 (c).
Kandungan mineral logam dalam zeolit dianalisis dengan EDX. Komponen yang terukur di antaranya oksigen, silikon, aluminium, natrium, kalsium, dan besi (Lampiran 3 dan 4). Komponen yang paling
banyak terdapat dalam zeolit ini ialah silikon, aluminium, dan oksigen yang merupakan penyusun kerangka utama zeolit. Peningkatan kadar besi menunjukkan bahwa proses modifikasi telah berhasil dilakukan. Zeolit Termodifikasi Fe(OH)3 Modifikasi dilakukan untuk meningkatkan KTA zeolit yang telah diaktivasi. Zeolit yang dimodifikasi adalah yang menghasilkan nilai KTA optimum pada proses aktivasi. Dilakukan beberapa variasi perlakuan dalam optimasi proses modifikasi, meliputi konsentrasi Fe(OH)3, bobot zeolit teraktivasi, waktu pengocokan, dan waktu pendiaman. Nilai KTA dan KTK pada beberapa variasi perlakuan diberikan pada Lampiran 6. Fe3+ merupakan ion logam trivalen yang sering dimanfaatkan untuk modifikasi zeolit. Zeolit termodifikasi Fe3+ umumnya digunakan sebagai adsorben arsenat dan ion halida. Fe3+ memiliki afinitas yang kuat terhadap F(Cotton & Wilkinson 1999). Hal ini dapat diaplikasikan sebagai adsorben senyawaan yang bermuatan negatif. Ion Fe3+ akan berinteraksi dengan kation dapat-tukar pada zeolit seperti Na+. Satu ion Fe3+ akan berinteraksi dengan dan menggantikan 3 Na+ dalam kerangka zeolit (Rahmani et al. 2010). Variasi Bobot Zeolit Bobot zeolit teraktivasi optimum yang dapat berinteraksi dengan larutan Fe(OH)3, ditentukan dari nilai KTA dan KTK yang dihasilkan. Bobot zeolit berhubungan dengan luas permukaan zeolit yang dapat berinteraksi dengan larutan Fe3+. Semakin luas permukaan zeolit, kemampuan adsorpsi Fe3+ akan meningkat. Masuknya ion Fe3+ ke dalam rongga zeolit meningkatkan jumlah kation dalam zeolit. Hal ini menyebabkan nilai KTK zeolit termodifikasi-Fe3+ meningkat dibandingkan dengan zeolit teraktivasi-HCl. Bobot zeolit divariasikan dari 1 hingga 3 g. Berdasarkan Gambar 4, nilai KTK menurun pada saat bobot zeolit 1.5 g, meningkat tajam pada bobot zeolit 2 g, dan menurun kembali pada 2.5 g sampai 3 g bobot zeolit. Penurunan kembali nilai KTK ini disebabkan permukaan zeolit telah jenuh mengadsorpsi Fe3+ atau afinitas permukaan zeolit terhadap air lebih tinggi sehingga ion Fe3+ dalam larutan Fe(OH)3 kurang teradsorpsi pada permukaan zeolit.
6
7
Nilai KTA yang dihasilkan berbanding lurus dengan meningkatnya konsentrasi Fe(OH)3 sampai mencapai keadaan jenuh. Sesudah lewat jenuh, nilai KTA kembali menurun, tetapi tidak signifikan. Nilai KTK yang dihasilkan tidak berbeda jauh dengan nilai KTK pada variasi bobot zeolit optimum.
100 50 0 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 Bobot Zeolit (g)
Gambar 4
Pengaruh bobot zeolit terhadap nilai KTK( ) dan KTA ( ).
Masuknya ion Fe3+ ke dalam rongga zeolit mengubah komposisi kation dalam zeolit sehingga berpengaruh terhadap nisbah Si/Al. Nisbah Si/Al yang meningkat menyebabkan permukaan zeolit cenderung bermuatan positif sehingga KTA meningkat. Penurunan nilai KTA mulai terjadi pada bobot zeolit 2 g. Seperti halnya nilai KTK, pada saat nilai KTA mulai menurun diduga telah terjadi penjenuhan pada permukaan zeolit. Bobot zeolit optimum untuk modifikasi Fe(OH)3 ditentukan berdasarkan nilai KTA yang tinggi, yaitu pada bobot 1.5 g zeolit teraktivasi optimum (HCl 4 M). Nilai KTA yang dihasilkan ialah 17.18 mek/100 g.
mek/100 g
Variasi Konsentrasi Fe(OH)3 Variasi dilakukan untuk mengetahui seberapa tinggi konsentrasi Fe(OH)3 yang dapat berinteraksi atau teradsorpsi oleh bobot zeolit teraktivasi optimum. Kisaran konsentrasi yang digunakan ialah 0.005 M sampai dengan 0.2 M (Gambar 5). Konsentrasi Fe(OH)3 yang menghasilkan nilai KTA paling tinggi ialah 0.1 M, yaitu sebesar 21.09 mek/100 g. Penelitian Syafii (2011) dengan zeolit teraktivasi-HCl menunjukkan konsentrasi optimum Fe(OH)3 ialah 0.025 M, yaitu 19.69 mek/100 g dengan bobot zeolit 1.5 g. Perbedaan konsentrasi Fe(OH)3 optimum disebabkan perbedaan jenis dan asal zeolit alam yang digunakan. 200 150 100 50 0
konsentrasi Fe(OH)3 (M) Gambar 5
Pengaruh konsentrasi Fe(OH)3 terhadap nilai KTK ( ) dan KTA ( ).
Variasi Waktu Pengocokan Proses adsorpsi dengan adsorben berupa padatan dan adsorbat berupa larutan akan lebih mudah terjadi jika dikocok. Pengocokan memaksimumkan interaksi antara zeolit dan larutan Fe(OH)3. Semakin sering permukaan zeolit berinteraksi dengan larutan Fe(OH)3, semakin banyak ion Fe3+ yang teradsorpsi di permukaan zeolit. Akan tetapi, jika telah melewati batas jenuh, kemampuan adsorpsi zeolit akan menurun. Nilai KTA paling tinggi diperoleh pada waktu pengocokan selama 2 jam (Gambar 6). Pengocokan selama 2.5 jam meperlihatkan penurunan nilai KTA dan KTK yang menunjukkan telah tercapainya keadaan jenuh. Nilai KTA dan KTK yang dihasilkan pada waktu pengocokan selama 2 jam berturut-turut ialah 19.60 dan 132.36 mek/100 g. 150 mek/100 g
mek/100 g
150
100 50 0 1 1.5 2 2.5 3 Waktu Pengocokan (Jam)
Gambar 6
Pengaruh waktu pengocokan terhadap nilai KTK ( ) dan KTA ( ).
Variasi Waktu Pendiaman Waktu pendiaman juga dimaksudkan untuk interaksi zeolit dengan larutan Fe(OH)3. Semakin lama kontak antara zeolit dan larutan Fe(OH)3, diharapkan semakin banyak ion Fe3+ teradsorpsi ke permukaan zeolit. Akan tetapi, jika interaksi ini terlalu lama, dapat terjadi pelepasan kembali zat yang telah teradsorpsi (desorpsi) akibat telah melewati batas jenuh. Perbedaan afinitas permukaan zeolit terhadap ion Fe3+ dan air juga berpengaruh. Jika permukaan zeolit memiliki afinitas yang lebih tinggi terhadap air, ion Fe3+ yang teradsorpsi menjadi lebih sedikit dan memengaruhi nilai KTA dan KTK yang dihasilkan.
7
8
Waktu pendiaman optimum dilihat dari nilai KTA tertinggi ialah 24 jam dengan nilai KTA dan KTK berturut-turut 21.82 dan 100.80 mek/100 g (Gambar 7). Meningkatnya nilai KTA dan KTK pada modifikasi zeolit alam dengan Fe(OH)3 merupakan indikasi kemampuan zeolit tersebut dalam menjerap limbah yang bermuatan positif ataupun negatif.
mek/100 g
200 150 100 50 0 1
4
8
15
24
Waktu Pendiaman (jam) Gambar 7
Pengaruh waktu pendiaman terhadap nilai KTK ( ) dan KTA ( ).
Dibandingkan dengan hasil penelitian Syafii (2011), yang menghasilkan nilai KTA dan KTK berturut-turut 19.69 dan 75.06 mek/100 g, nilai KTA meningkat meskipun nilai KTK masih tinggi. Hal ini memungkinkan pemanfaatan zeolit termodifikasi-Fe(OH)3 sebagai adsorben limbah bermuatan negatif ataupun positif. Isoterm Adsorpsi Isoterm adsorpsi dibuat untuk melihat pola interaksi pada adsorpsi Fe(OH)3 ke permukaan zeolit. Isoterm Langmuir mengasumsikan adsorpsi monolapisan pada tapak aktif adsorben yang homogen. Parameter yang diperoleh dari model isoterm ini ialah nilai kapasitas adsorpsi maksimum (Qm) teoretis dan tetapan Langmuir (b). Nilai b dapat digunakan untuk menentukan parameter lain, yaitu parameter kesetimbangan atau dimensi adsorpsi (RL). Empat kemungkinan kisaran nilai RL, ialah , artinya proses adsorpsi bersifat favorable: adsorpsi relatif tinggi pada konsentrasi rendah; , artinya proses adsorpsi bersifat unfavorable; , artinya proses adsorpsi terajadi secara linear; jumlah adsorbat sebanding dengan konsentrasinya dalam fluida; dan , artinya proses adsorpsi bersifat ireversibel (Zheng et al. 2009). Isoterm Freundlich menggambarkan adsorpsi multilapisan (heterogen) dengan energi adsorpsi yang seragam (Subariyah
2011). Parameter yang dapat ditentukan berdasarkan persamaan ini ialah nilai kapasitas adsorpsi relatif (Kf) dan tetapan Freundlich (n). Nilai menunjukkan bahwa proses adsorpsi terjadi secara favorable (Zheng et al. 2009). Isoterm Dubinin-Redushkevich dapat menggambarkan tipe adsorpsi, yaitu adsorpsi secara fisik atau secara kimia. Tipe adsorpsi ditentukan dari nilai β (tetapan energi adsorpsi). Parameter lain yang dapat diperoleh dari model isoterm ini ialah kapasitas adsorpsi monolapisan teoretis (Qd) (Zheng et al. 2009). Nilai β dapat digunakan untuk menghitung nilai energi adsorpsi (E) yang digunakan untuk penentuan tipe adsorpsi. Menurut Zheng et al. (2009), nilai energi yang berkisar 1¯8 kJ/mol merupakan ciri proses adsorpsi secara fisik, sedangkan nilai E berkisar antara 8¯16 kJ/mol mencirikan proses adsorpsi secara kimia. Perhitungan parameter pada ketiga isoterm adsorpsi diberikan di Lampiran 7 dan 8. Hasilnya diringkaskan pada Tabel 1. Tabel 1 Data parameter ketiga model isoterm adsorpsi Isoterm Parameter Langmuir Qm (mg/g) 53.48 b (L/mg) 0.0099 R2 0.9677 RL 0.004¯0.15 Freundlich Kf (mg/g(L/mg)1/n) 4.24 n 3.25 R2 0.7728 Dubinin- Reduschevich β(mol2/kJ2) 87.41 Qd (mol/g) 51.85 E (kJ/mol) 0.07 R2 0.7183 Berdasarkan Tabel 1, koefisien korelasi isoterm Langmuir paling besar, yaitu 0.9677. Hal ini menunjukkan bahwa proses adsorpsi Fe(OH)3 pada permukaan zeolit diduga mengikuti isoterm Langmuir yang mengasumsikan adsorpsi monolapisan pada permukaan yang homogen. Kapasitas adsorpsi maksimum zeolit terhadap larutan Fe(OH)3 diperoleh sebesar 53.4 mg/g. Nilai RL yang dihasilkan berada pada dan nilai , maka proses adsorpsi bersifat favorable. Nilai RL yang mendekati 0 menunjukkan bahwa proses
8
9
adsorpsi Fe(OH)3 lebih disukai pada konsentrasi rendah. Energi adsorpsi pada suhu ruang (28 οC) berdasarkan perhitungan model isoterm Dubinin-Redushkevich ialah 0.07 kJ/mol, maka proses adsorpsi Fe(OH)3 pada permukaan zeolit diduga terjadi secara fisisorpsi. Hasil Uji Adsorpsi Zeolit Termodifikasi-Fe(OH)3 Terhadap Larutan Fenol Berdasarkan hasil percobaan, zeolit termodifikasi Fe(OH)3 dapat meningkatkan nilai KTA dan KTK. Nilai KTA mengindikasikan kemampuan zeolit mengadsorpsi larutan bermuatan negatif, sedangkan nilai KTK menunjukkan kemampuan mengadsorpsi larutan bermuatan positif. Fenol merupakan salah satu limbah yang bermuatan negatif dan berukuran besar dengan cincin aromatik pada strukturnya. Dalam penelitian ini, adsorpsi larutan fenol diuji menggunakan zeolit termodifikasi-Fe(OH)3. Berdasarkan Tabel 2, nilai kapasitas adsorpsi zeolit aktif termodifikasi-Fe(OH)3 lebih tinggi dibandingkan dengan zeolit tanpa aktivasi termodifikasi-Fe(OH)3. Hal tersebut disebabkan proses aktivasi telah membuka pori-pori zeolit dan melarutkan pengotorpengotor sehingga meningkatkan luas permukaan zeolit. Selain itu, adanya logam Fe3+ yang teradsorpsi dapat meningkatkan luas permukaan zeolit Tabel 2
Data uji adsorpsi zeolit terhadap larutan fenol
Jenis zeolit
Co (ppm)
Qe (mg/g)
% Adsorpsi
Zeolit aktif termodifikasiFe(OH)3
40 80
1.10 2.01
34.79 36.92
Zeolit tanpa aktivasi termodifikasiFe(OH)3
40 80
0.05 0.15
1.53 2.76
Kapasitas adsorpsi fenol meningkat sebanding dengan konsentrasi fenol. Hal ini menunjukkan bahwa proses adsorpsi fenol pada konsentrasi 80 ppm belum melewati batas jenuh (belum mencapai titik optimum). Pada konsentrasi tersebut, zeolit aktif termodifikasi Fe(OH)3 dapat mengadsorpsi fenol sebanyak 36.92%. Nilai ini lebih kecil jika dibandingkan dengan zeolit termodifikasi
HDTMA yang dibuat Khabibi et al. (2003). Hal ini diduga karena zeolit aktif termodifikasi-Fe(OH)3 memiliki nilai KTA yang lebih kecil dibandingkan dengan nilai KTK sehingga kemampuannya mengadsorpsi larutan bermuatan negatif tidak sebaik kemampuannya mengadsorpsi larutan atau limbah bermuatan positif.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Kondisi optimum aktivasi zeolit alam asal Lampung ialah menggunakan HCl 2 M dan waktu pengocokan selama 90 menit. Nilai KTA dan KTK yang diperoleh pada keadaan optimum sebesar 104.09 dan 15.71 mek/100 g. Kondisi optimum pembuatan zeolit termodifikasi-Fe(OH)3 ialah bobot zeolit 1.5 g, konsentrasi Fe(OH)3 0.1 M, waktu pengocokan 2 jam, dan waktu pendiaman 24 jam. Nilai KTA dan KTK yang dihasilkan ialah 21.82 dan 100.80 mek/100 g. Proses adsorpsi Fe(OH)3 diduga mengikuti isoterm adsorpsi Langmuir yang menunjukkan bahwa proses adsorpsi terjadi pada permukaan yang homogen dan lebih disukai pada konsentrasi Fe(OH)3 rendah. Adsorpsi terjadi secara fisisorpsi. Uji adsorpsi dengan larutan fenol 80 ppm menghasilkan kapasitas adsorpsi 2.01 mg/g dengan menggunakan zeolit aktif termodifikasi-Fe(OH)3 dan efisiensi adsorpsi sebesar 36.92%. Meningkatnya nilai KTA dan masih tingginya nilai KTK pada zeolit termodifikasi-Fe(OH)3 memungkinkan pemanfaatan zeolit ini sebagai adsorben atau penukar ion untuk limbah bermuatan positif, negatif, ataupun campuran. Saran Adsorpsi perlu diujikan pada larutan bermuatan positif, negatif, dan campuran (positif dan negatif). Selain itu, perlu dikaji isoterm adsorpsi dengan beberapa kisaran suhu sehingga dapat dipastikan proses adsorpsi yang terjadi pada saat modifikasi. Penambahan perlakuan pemanasan pada proses aktivasi zeolit juga perlu dilakukan untuk memaksimumkan proses dealuminasi.
DAFTAR PUSTAKA Al¯Jabri M. 2008. Kajian metode penetapan kapasitas tukar kation zeolit sebagai pembenah tanah untuk lahan pertanian terdegradasi. J Standardisasi 20:56¯69.
9
10
[BSN] badan Standardisasi Nasional. 1994. Mineral Zeolit : Pengukuran Kapasitas Pertukaran Kation. SNI 13-3494-1994. Jakarta: BSN. [BSN] Badan Standardisasi Nasional. 2004. Air dan Limbah Bagian 21: Cara Uji Kadar Fenol secara Spektrofotometer. SNI 06-6989.21-2004. Jakarta: BSN. Coombs et al. 1997. Recommended nomenclature for zeolite minerals: Report of The Subcommitee on Zeolites of The International Mineralogical Association, Commision on New Minerals and Mineral Names. The Canadian Mineralogist 35:1571-1606. Cotton FA, Wilkinson G. 1989. Kimia Anorganik Dasar. Suharto S, penerjemah. Jakarta: UI Pr. Terjemahan dari: Basic Inorganic Chemistry. Erdem E, Karapinar N, Donat R. 2004. The removal of heavy metal cations by natural zeolites. J Coll & Interface Sci 280:309314. Furi RP. 2010. Pengembangan pengekstrak fase padat berbasis zeolit untuk adsorpsi kromium heksavalen. [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Ford RG, Shevade S. 2003. Use of synthetic zeolites for arsenate removal from pollutant water. Water Res 38:3197-3204. Khabibi, Gunawan, Mutngimaturrohmah. 2003. Aplikasi zeolit alam terdealuminasi dan termodifikasi HDTMA sebagai adsorben fenol [skripsi]. Semarang: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Diponogoro. Medvidovich NV, Peric J, Trgo M. 2006. A comparative study of ion exchange kineticks in zinc/lead-modified zeoliteclinoptilolite system. J Hazardous Mat B136:938-945. Njoku VO, Oguzie EE, Obi C, Bello OS, Ayuk AA. 2011. Adsorption of copper (II) and lead (II) from aqueous solutions onto a Nigerian natural clay. Australian J Basic & Appl Sci 5:346-353.
Rahmani A, Nouri J, Kamal GS, Mahvi AH, Zarem R. 2010. Adsorption of fluoride from water by Al3+ and Fe3+ pretreated natural Iranian zeoliteirs. Int J Environ Res 4:607-614. Samin, Iswani, Nurwijayadi, Sulistarihani N. 2000. Solidifikasi zeolit dan limbah logam berat (Cs) menjadi keramik limbah. Di dalam: Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir; Yogyakarta, 25-26 Jul. Yogyakarta: P3TM-BATAN. 2000. hlm 281-286. Sari Z, Arbianti R, Bismo S, Slamet. 2006. Penyisihan fenol dengan kombinasi adsorpsi dan fotokatalis menggunakan karbon aktif dan TiO2. J Teknol 4:303-311. Subariyah I. 2011. Adsorpsi Pb(II) menggunakan zeolit alam termodifikasi asam fosfat [tesis]. Bogor: Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor. Swantomo D, Kundari NA, Pambudi SL. 2009. Adsorpsi fenol dalam limbah dengan zeolit alam terkalsinasi. Di dalam: Seminar Nasional SDM Teknologi Nuklir V; Yogyakarta, 5 Nov. Yogyakarta: Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN. 2009. hlm. 705¯714. Syafii F. 2011. Modifikasi zeolit melalui interaksi dengan Fe(OH)3 untuk meningkatkan kapasitas tukar anion [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Ulku S, Ozkan FC. 2004. The effect of HCl treatment on water vapor adsorption characteristics of clinoptilolite rich natural zeolite. Microporous and Mesoporous Mat 77:47-53. Wardhani S. 2005. Studi pengaruh konsentrasi Zn (II) pada preparasi katalis zeolit-ZnO terhadap oksidasi fenol [skripsi]. Malang: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Brawijaya. Zheng H, Liu D, Zheng Y, Liang S, Liu Z. 2009. Sorption isoterm and kinetic modeling of aniline on Cr-bentonite. J Hazardous Mat 167:141-147.
10
11
LAMPIRAN
11
12
Lampiran 1 Bagan alir penelitian Preparasi zeolit alam Lampung, lolos ayakan 100 mesh
Optimasi aktivasi: variasi konsentrasi HCl dan waktu pengocokan
Penentuan KTA dan KTK
Pencirian XRD, SEMEDX
Zeolit alam aktif optimum
Modifikasi zeolit dengan Fe(OH)3
Bobot zeolit
Konsentrasi Fe(OH)3
Waktu pengadukan
Waktu pendiaman Isoterm adsorpsi
Zeolit aktif termodifikasi optimum
Uji adsorpsi dengan larutan fenol
% adsorpsi dan Qe
12
13
Lampiran 2 Data penentuan nilai KTA dan KTK pada optimasi aktivasi zeolit KTK rerata KTA rerata (mek/100 g) (mek/100 g)
Kode
101.28 103.33 103.51 103.44 99.29 104.39 107.89 105.90 97.04 97.91 98.90 101.60 101.16
ZNA A1B1 A1B2 A1B3 A2B1 A2B2 A2B3 A3B1 A3B2 A3B3 A4B1 A4B2 A4B3
1.20 2.43 4.29 3.05 7.13 15.71 6.57 8.45 10.94 13.15 8.28 7.17 9.77
*Keterangan: ZNA: zeolit tanpa aktivasi A: aktivasi dengan HCl (A1: 2 M, A2: 4 M, A3: 6 M, A4: 8 M) B: waktu pengocokan (B1: 60 menit, B2: 90 menit, B3: 120 menit)
Contoh Perhitungan: ) ( )
( (
)
(
(
) (
) (
)
)
13
14
Lampiran 3 Hasil EDX zeolit teraktivasi HCl 8 M (a), 6 M (b), dan 2 M (c).
a
b
c
Perolehan Spektrum (a) Unsur Deret Norm.C [% bobot] Oksigen K-deret 62.79 Silikon K-deret 28.87 Aluminium K-deret 5.63 Kalium K-deret 0.83 Besi K-deret 1.11 Kalsium K-deret 0.77 Jumlah 100.00
Atom.C [% atom] 75.16 19.69 3.99 0.41 0.38 0.37 100.00
Perolehan Spektrum (b) Unsur Deret Norm.C [% bobot] Oksigen K-deret 62.37 Silikon K-deret 28.99 Aluminium K-deret 5.88 Kalium K-deret 1.03 Besi K-deret 0.70 Kalsium K-deret 1.03 Jumlah 100.00
Atom.C [% atom] 74.78 19.80 4.18 0.51 0.24 0.49 100.00
Perolehan Spektrum (c) Unsur Deret Norm.C [% bobot] Oksigen K-deret 58.93 Silikon K-deret 30.18 Aluminium K-deret 7.12 Kalium K-deret 1.27 Besi K-deret 1.32 Kalsium K-deret 1.18 Jumlah 100.00
Atom.C [% atom] 72.12 21.04 5.17 0.63 0.46 0.58 100.00
14
15
Lampiran 4 Hasil EDX zeolit termodifikasi-Fe(OH)3 (a) dan zeolit teraktivasiHCl 4 M (b).
a
Perolehan Spektrum (a) Unsur Deret Norm.C [% bobot] Oksigen K-deret 62.59 Silikon K-deret 27.43 Aluminium K-deret 5.93 Kalium K-deret 0.84 Besi K-deret 2.74 Kalsium K-deret 0.47 Jumlah 100.00
Atom.C [% atom] 76.37 18.81 4.23 0.41 0.95 0.23 100.00
b
Perolehan Spektrum (b) Unsur Deret Norm.C [% bobot] Oksigen K-deret 60.29 Silikon K-deret 28.95 Aluminium K-deret 6.43 Kalium K-deret 1.59 Besi K-deret 1.15 Kalsium K-deret 1.59 Jumlah 100.00
Atom.C [% atom] 73.33 20.06 4.64 0.79 0.40 0.77 100.00
15
16
Lampiran 5 Pangkalan data XRD zeolit Heulandit-Ca.
16
17
Lampiran 6 Data penentuan nilai KTA dan KTK pada optimasi modifikasi zeolit.
Bobot zeolit (g)
1.00 g 1.50 g 2.00 g 2.50 g 3.00 g
KTA (mek/100 g) 8.81 17.19 16.48 13.58 11.66
KTK (mek/100 g) 117.92 95.57 130.60 125.50 105.03
Konsentrasi Fe(OH)3 (M)
0.005 M 0.025 M 0.050 M 0.075 M 0.100 M 0.200 M
13.43 13.51 10.90 17.49 21.09 18.51
122.26 104.70 130.10 134.92 142.87 134.14
Waktu pengocokan (jam)
1 jam 1.5 jam 2 jam 2.5 jam 3 jam
15.87 14.14 19.60 17.92 19.18
121.55 134.93 132.36 108.55 119.06
Waktu pendiaman (jam)
1 jam 4 jam 8 jam 15 jam 24 jam
17.59 21.87 20.40 20.51 21.82
122.14 144.12 140.18 90.46 100.80
Jenis Variasi
17
18
Lampiran 7 Data perhitungan isoterm adsorpsi. Konsentrasi Fe(OH)3 awal (C0) ppm 564.45 2100.37 5632.99 8781.63 13811.77 25139.19
Langmuir
Freundlich
Dubinin-Reduscevich
Ce (ppm)
Qe
Ce/Qe
log Ce
log Qe
ln Qe
ε
ε2
16.2040 215.0300 1192.7198 5734.7450 4947.9200 21093.9600
7.29 25.07 57.36 40.47 118.07 53.65
2.22 8.57 20.79 141.71 41.90 393.15
1.2096 2.3325 3.0765 3.7585 3.6944 4.3242
0.8625 1.3992 1.7586 1.6071 2.0722 1.7296
1.9860 3.2219 4.0493 3.7005 4.7713 3.9826
149.86 11.61 2.10 0.44 0.51 0.12
22458.16 134.81 4.40 0.19 0.26 0.01
Contoh perhitungan: (
) (
(
)
)
Log Qe
(
2.5000 2.0000 1.5000 1.0000 0.5000 0.0000 0.0000
600.00
)
Freundlich
y = 0.3078x + 0.6279 R² = 0.7228 2.0000 4.0000 Log Ce
6.0000
Langmuir
Ce/Qe
400.00 y = 0.0187x - 1.8739 R² = 0.9674
200.00 0.00
-200.00
ln Qe
6
0
10000
20000
30000
0.02
0.03
Ce D-R
4 y = -87.407x + 3.9484 R² = 0.7183
2 0 0
0.01 ε2
18
19
Lampiran 8 Data perhitungan parameter isoterm adsorpsi. Langmuir Freundlich Dubinin-Reduscevich Ce/Qe = 0.0187 Ce -1.8739 Log Qe = 0.3078 Log Ce + 0.6279 Ln Qe = -87.4070 ε2 + 3.9484 R2 = 0.9677 R2 = 0.7228 R2 = 0.7183 Qm= 53.48 Kf= 4.24 Qd= 51.85 b= 9.98E-3 n= 3.25 *E= 0.07 *Ce: Konsentrasi Fe(OH)3 sisa yang terukur; Qe: Kapasitas adsorpsi; Qm: Kapasitas adsorpsi maksimum; b: Tetapan yang berhubungan dengan energi bebas adsorpsi; Kf: kapasitas adsorpsi relatif; n: Intensitas adsorpsi.
Contoh Perhitungan: Langmuir
((
)
)
Freundlich
Dubinin-reduscevich
√
√
19
21
21
