PENCIRIAN ELEKTRODE PASTA KARBON TERMODIFIKASI ZEOLIT-BESI SEBAGAI MEDIA DETEKSI KROMIUM(VI)
ROFIQOH INAYATI AGUSTINA
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012
ABSTRAK ROFIQOH INAYATI AGUSTINA. Pencirian Elektrode Pasta Karbon Termodifikasi Zeolit-Besi sebagai Media Deteksi Kromium(VI). Dibimbing oleh ETI ROHAETI dan ZULHAN ARIF. Kromium di lingkungan berada dalam dua spesi dominan, yaitu Cr(III) dan Cr(VI). Keduanya bersifat stabil, namun Cr(VI) memiliki toksisitas lebih tinggi daripada Cr(III). Metode pengukuran yang telah ada tidak dapat membedakan kedua spesi kromium tersebut. Oleh karena itu, metode pengukuran yang lebih sensitif dan selektif diperlukan untuk spesiasi keduanya, terutama untuk pengukuran Cr(VI). Pada penelitian ini elektrode pasta karbon termodifikasi zeolit-besi dikembangkan untuk pengukuran Cr(VI) menggunakan metode voltametri. Elektrode dibuat dengan mencampurkan grafit, zeolit termodifikasibesi, dan parafin cair. Pengukuran dilakukan menggunakan metode voltametri siklik pada rentang potensial -1.2 V sampai 1.2 V. Larutan KCl 0.05 M digunakan sebagai larutan elektrolit. Pencirian elektrode dilakukan terhadap tiga parameter, yaitu pengaruh pH analit, waktu prakonsentrasi, dan komposisi zeolit-besi. Pengukuran Cr(VI) optimum dilakukan pada larutan Cr(VI) 50 μM pH 3, menggunakan elektrode pasta karbon termodifikasi zeolit-besi sebesar 20% dengan waktu prakonsentrasi selama 25 menit. Arus puncak katodik sebesar 5.22 μA, dihasilkan pada kondisi optimum tersebut. Kata kunci: arus katodik, elektrode pasta karbon, kromium(VI), voltametri siklik, zeolit termodifikasi-besi.
ABSTRACT ROFIQOH INAYATI AGUSTINA. Characterization of Zeolites-Iron Modified Carbon Paste Electrode as a Detection Medium for Chromium(VI). Supervised by ETI ROHAETI and ZULHAN ARIF. Chromium exists in the environment especially in two stable species, namely Cr(III) and Cr(VI). Cr(VI) has a higher toxicity than Cr(III). The existing determination method could not distinguish the two species of chromium. It is necessary to differentiate the two, especially for Cr(VI) measurement. Zeolitesiron modified carbon paste electrode was developed for the voltammetric determination of Cr(VI). The electrode was made by mixing graphite powder, iron modified zeolites, and paraffin oil. The measurement of Cr(VI) was carried out by cyclic voltammetry at -1.2 V to 1.2 V. KCl 0.05 M solution was used as the electrolyte solution. The electrodes were characterized based on the effect of analyte acidity, preconcentration time, and zeolite-iron composition. The optimum measurement of the Cr (VI) was at pH 3, 25 minutes preconcentration time, and 20% weight composition of zeolites-iron, that yield the highest reduction current was 5.22 μA at Cr(VI) 50 μM. Keywords: carbon paste electrode, cathodic current, chromium(VI), cyclic voltammetry, iron modified zeolites.
PENCIRIAN ELEKTRODE PASTA KARBON TERMODIFIKASI ZEOLIT-BESI SEBAGAI MEDIA DETEKSI KROMIUM(VI)
ROFIQOH INAYATI AGUSTINA
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
Judul Skripsi : Pencirian Elektrode Pasta Karbon Termodifikasi Zeolit-Besi sebagai Media Deteksi Kromium(VI) Nama : Rofiqoh Inayati Agustina NIM : G44080021
Disetujui oleh
Pembimbing I
Pembimbing II
Dr. Eti Rohaeti, MS NIP 19600807 198703 2 001
Zulhan Arif, M.Si
Diketahui oleh Ketua Departemen
Prof. Dr. Ir. Tun Tedja Irawadi, MS NIP 19501227 197603 2 002
Tanggal Lulus:
PRAKATA Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang senantiasa melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah yang berjudul “Pencirian Elektrode Pasta Karbon Termodifikasi Zeolit-Besi sebagai Media Deteksi Kromium(VI)”. Karya ilmiah ini disusun berdasarkan penelitian yang telah dilaksanakan oleh penulis sejak bulan Maret hingga September 2012 di Laboratorium Kimia Analitik dan Laboratorium Bersama, Departemen Kimia, Institut Pertanian Bogor. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Dr. Eti Rohaeti, MS dan Bapak Zulhan Arif, M.Si selaku pembimbing atas bimbingan, dukungan, motivasi, dan doa yang diberikan kepada penulis selama melaksanakan penelitian. Penghargaan juga penulis sampaikan kepada Bapak Drs. Sulistioso Giat Sukaryo, MT dan Kak Budi Riza Putra, S.Si atas diskusi dan saran berkaitan dengan penelitian. Kepada Bapak Budi Arifin, S.Si, M.Si, Ibu Dr. Tetty Kemala, M.Si, dan Ibu Betty Marita Soebrata, S.Si, M.Si, terima kasih atas saran dan perbaikan yang diberikan terkait penulisan karya ilmiah ini. Ucapan terima kasih penulis sampaikan pula kepada Pak Eman Suherman, Bu Nunung Nuryanti, Pak Kosasih, Pak Edi Suhendar, dan Mas Eko, atas bantuan yang diberikan selama penulis melaksanakan penelitian. Terima kasih yang tak terhingga penulis ucapkan kepada Ma’e, Bapak, Kakak-kakak, Mba Ely (alm), serta seluruh keluarga, atas segala doa, dukungan, dan kasih sayang yang diberikan. Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada teman-teman satu bimbingan, yaitu Eko Prabowo, Mutiara Wide, dan Restu Widyastuti atas diskusi dan masukan yang diberikan selama mengerjakan tugas akhir ini. Akhir kata, semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi kemajuan ilmu pengetahuan.
Bogor, November 2012
Rofiqoh Inayati Agustina
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Banjarnegara pada tanggal 4 Agustus 1990 dari pasangan Bapak Sukadir dan Ibu Juchanah. Penulis merupakan anak kedelapan dari delapan bersaudara. Penulis lulus dari SMA Negeri 1 Banjarnegara pada tahun 2008 dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis memilih Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama menjalani perkuliahan, penulis aktif menjadi asisten praktikum Kimia TPB pada tahun 2009−2012, Kimia Analitik untuk mahasiswa Biologi pada tahun ajaran 2010/2011, Elektroanalitik dan Teknik Pemisahan pada tahun ajaran 2011/2012, dan Spektrofotometri dan Aplikasi Kemometrik pada tahun ajaran 2011/2012. Penulis juga aktif dalam kegiatan organisasi Ikatan Mahasiswa Kimia (Imasika) pada tahun 2009/2010 sebagai staf Departemen Peningkatan Kualitas dan Keprofesian Mahasiswa (PK2M) dan pada tahun 2010/2011 sebagai Kepala Departemen PK2M. Penulis pernah berkesempatan menjadi perwakilan IPB dalam Olimpiade Nasional Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (ONMIPA) Perguruan Tinggi Bidang Kimia Tingkat Wilayah III pada tahun 2011. Penulis juga berkesempatan menjalani praktik lapangan di Laboratorium Quality Control, PT Novell Pharmaceutical Laboratories pada tahun 2011 dengan judul laporan “Uji Kinerja Kolom LiChrospher 100 RP-18 pada Kromatografi Cair Kinerja Tinggi”.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ................................................................................................. vii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ vii DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... vii PENDAHULUAN................................................................................................... 1 METODE ................................................................................................................ 1 Bahan dan Alat ................................................................................................... 1 Prosedur Penelitian ............................................................................................. 2 HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................... 3 Hasil Preparasi, Aktivasi, dan Identifikasi Zeolit ............................................... 3 Pembuatan Zeolit Termodifikasi-besi dan Uji Adsorpsi .................................... 4 Pembuatan Elektrode dan Uji Kinerja dengan Voltametri ................................. 6 SIMPULAN DAN SARAN .................................................................................... 8 Simpulan............................................................................................................. 8 Saran ................................................................................................................... 9 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. 9 LAMPIRAN .......................................................................................................... 11
DAFTAR TABEL Halaman 1 Bahan dan komposisi elektrode.......................................................................... 3 2 Puncak 2θ zeolit alam mordenit dan zeolit alam Cikalong setelah aktivasi....... 4
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Skema pembuatan elektrode pasta karbon ......................................................... 2 2 Contoh reaksi pelepasan Al dari kerangka zeolit oleh HCl................................ 4 3 Kerangka (a) 3 dimensi zeolit mordenit dan (b) struktur tetrahedral zeolit; atom Si ( ), atom Al ( ), atom O ( ) .............................................................. 5 4 Zeolit termodifikasi-besi .................................................................................... 5 5 Morfologi permukaan (a) zeolit sebelum modifikasi dan (b) zeolit termodifikasi-besi pada perbesaran 3000× ......................................................... 5 6 Reaksi Cr(VI) dengan DPC ................................................................................ 6 7 Voltamogram EPK ( ) dan EPKZB ( ) pada larutan elektrolit KCl 0.05 M ................................................................................................................ 7 8 Nilai arus puncak EPKZB pada larutan Cr(VI) 50 μM pH 1−6 ......................... 7 9 Diagram Pourboix spesi ion Cr(VI) pada suhu 25 °C ........................................ 7 10 Pengaruh waktu prakonsentrasi terhadap arus reduksi Cr(VI) ........................... 8 11 Pengaruh komposisi zeolit-besi terhadap arus reduksi Cr(VI) ........................... 8
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Diagram alir penelitian ..................................................................................... 12 2 Difraktogram sinar-X zeolit alam asal Cikalong setelah aktivasi .................... 13 3 Data 2θ difraktogram sinar-X zeolit alam asal Cikalong setelah aktivasi ........ 14 4 Basis data puncak 2θ nomor arsip 49-0924 pada JCPDS untuk zeolit alam jenis mordenit ................................................................................................... 15 5 Reaksi stoikiometri antara Fe(NO3)3 dengan NaOH ........................................ 16 6 Hasil analisis kadar Fe zeolit termodifikasi-besi menggunakan AAS ............. 17
Halaman 7 Penentuan panjang gelombang maksimum pengukuran Cr(VI) ...................... 18 8 Hasil uji adsorpsi larutan Cr(VI) oleh zeolit sebelum dan setelah termodifikasi-besi ............................................................................................. 19 9 Voltamogram EPKZB pada beberapa parameter pengukuran ......................... 21
PENDAHULUAN Kromium merupakan logam berat yang dapat ditemukan di alam terutama dalam 2 tingkat oksidasi, yaitu Cr(III) dan Cr(VI). Cr(III) merupakan senyawa yang sangat diperlukan untuk metabolisme karbohidrat dan lipid. Cr(III) telah terbukti sebagai unsur esensial yang dibutuhkan oleh mamalia dalam jumlah kecil yang berperan dalam metabolisme glukosa, lipid, dan protein (Vincent 2000). Sementara itu, Cr(VI) dilaporkan bersifat karsinogenik dan mutagenik serta mudah diserap melalui kulit (Patlolla et al. 2009). Oleh karena perbedaan toksisitas kedua spesi kromium tersebut, penting untuk menentukan konsentrasi Cr(VI) di samping konsentrasi total kromium dalam menduga toksisitas suatu sampel (Liu et al. 2008). Teknik analitik untuk penentuan kromium telah banyak dilakukan, antara lain spektrofotometri, spektrometri serapan atom (AAS), spektrometri emisi atom plasma gandeng induktif (ICP-AES), dan kromatografi cair kinerja tinggi (HPLC) (Narin et al. 2006). Desain peralatan tersebut cukup rumit dan harganya mahal sehingga tidak cocok digunakan untuk analisis rutin. Selain itu, teknik-teknik tersebut tidak dapat digunakan untuk membedakan kedua spesi kromium. Oleh karena itu, diperlukan suatu teknik atau metode yang sederhana, murah, sensitif, dan spesifik untuk deteksi dan spesiasi kromium di lingkungan. Salah satu teknik yang dapat digunakan adalah elektrode selektif ion (ESI). ESI merupakan suatu sensor elektrokimia potensiometrik yang banyak digunakan karena mudah disiapkan, peralatannya sederhana, selektif, waktu respons cepat, dan biayanya murah. ESI memberikan respons secara selektif terhadap spesi ion tertentu dan bagian permukaannya melakukan kontak dengan ion yang akan ditentukan. ESI berbasis pasta karbon seperti yang dibuat pada penelitian ini dipilih karena lebih murah, memiliki keunggulan resistans ohmik jauh lebih rendah, respons sangat stabil, dan pembaharuan permukaan yang lebih mudah. Aplikasi ESI berbasis pasta karbon yang dapat digunakan untuk penentuan kromium adalah dengan memanfaatkan elektrode zeolit termodifikasi. Keuntungan utama elektrode zeolit termodifikasi dibandingkan dengan elektrode kimia termodifikasi adalah bentuk dan ukurannya yang unik, adanya selektivitas muatan, dan memiliki kapasitas pertukaran
ion yang tinggi (Ardakani et al. 2009). Secara empiris telah terbukti bahwa reaksi pertukaran ion yang terjadi pada elektrode zeolit termodifikasi merupakan hal yang paling utama dalam aplikasinya sebagai sensor elektrokimia (Ardakani et al. 2007). Penelitian menunjukkan bahwa modifikasi zeolit alam dengan Fe(OH)3 meningkatkan kapasitas tukar anionnya (Syafii 2011). Modifikasi permukaan zeolit alam dengan kation besi juga terbukti telah mengubah permukaan zeolit alam menjadi bermuatan positif dan menunjukkan kemampuan adsorpsi terhadap Cr(VI) yang lebih baik daripada zeolit sintetik termodifikasi-besi (Arif 2011). Pada penelitian ini, zeolit alam yang berasal dari Cikalong, Jawa Barat, dimodifikasi dengan besi dan dibuat elektrode berbasis pasta karbon, kemudian dilakukan karakterisasi berupa pengujian kinerja elektrode tersebut dengan melihat pengaruh pH analit, waktu prakonsentrasi, serta komposisi zeolit-besi terhadap pengukuran arus katodik Cr(VI) dengan teknik voltametri siklik.
METODE Metode penelitian mengikuti diagram alir pada Lampiran 1 yang meliputi preparasi dan aktivasi zeolit, pembuatan zeolit termodifikasi-besi, penentuan kadar Fe dalam zeolit termodifikasi-besi, uji adsorpsi kromium, pembuatan elektrode, uji kinerja elektrode menggunakan metode voltametri, analisis difraksi sinar-X (XRD) terhadap zeolit aktif, serta analisis mikroskop elektron payaran (SEM) terhadap zeolit sebelum modifikasi, zeolit termodifikasi-besi, dan pasta karbon termodifikasi zeolit-besi. Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan meliputi zeolit alam asal Cikalong, Jawa Barat, larutan HCl 3 M, NaOH 0.075 M, Fe(NO3)3 0.05 M, HNO3 5%, H2SO4 pekat, H3PO4 pekat, 1,5difenilkarbazida (DPC), K2Cr2O7, HCl 1 N, NaOH 1 N, KCl, grafit, dan parafin cair. Alatalat yang digunakan meliputi mortar, ayakan 200 mesh, pengaduk magnet, sentrifus, spektrofotometer ultraviolet-tampak (UV-Vis) Thermo Spectronic Genesys 10UV, AAS Shimadzu AA-7000, tabung elektrode, voltametri, XRD Shimadzu XRD-7000, SEM JEOL JSM-6510, perangkat lunak EChem v2.1, dan Origin 7.
2
Prosedur Penelitian Preparasi Zeolit (Suwardi 2000) Zeolit asal Cikalong, Jawa Barat, digiling lalu diayak hingga diperoleh zeolit dengan ukuran butir lolos ayakan 200 mesh. Setelah itu, zeolit dicuci dengan akuades dan dikeringankan di dalam oven pada suhu 105 o C selama 24 jam. Aktivasi Zeolit (Arif 2011) Aktivasi zeolit dilakukan secara kimia dan fisika, yaitu dengan pengasaman dan pemanasan. Sampel zeolit siap pakai ditimbang sebanyak 100 g dan ditambah larutan HCl 3 M sebanyak 250 mL. Campuran diaduk dengan pengaduk magnet selama 60 menit, kemudian disaring dan dibilas dengan akuades hingga menunjukkan pH sekitar 5−6. Selanjutnya zeolit dikeringkan dalam tanur pada suhu 300 °C selama 3 jam. Pencucian dihentikan apabila sudah tidak terdapat endapan pada filtrat ketika ditambah dengan AgNO3. Pembuatan Zeolit Termodifikasi-Besi (Arif 2011) Preparasi larutan besi dilakukan dengan mencampur 50 mL larutan NaOH 0.075 M dengan 50 mL larutan Fe(NO3)3 0.05 M. Pencampuran dilakukan dengan meneteskan larutan NaOH secara perlahan-lahan ke dalam larutan besi, sambil diaduk dengan kecepatan rendah menggunakan pengaduk magnet. Larutan yang telah tercampur sempurna kemudian diukur tingkat keasamannya. Larutan yang sudah siap, ditambahkan sebanyak 75 mL pada contoh zeolit sebanyak 1 g dan dikocok selama 12 jam. Hasilnya dicuci dengan air dan dikeringkan dalam oven pada suhu 40 °C. Penentuan Kadar Fe pada Zeolit Termodifikasi-Besi Kadar Fe dalam zeolit termodifikasi-besi ditentukan menggunakan AAS. Zeolit sebelum dan setelah dimodifikasi masingmasing ditimbang sebanyak 50 mg, ditambahkan 10 mL larutan HNO3 5%, kemudian didiamkan selama 60 menit. Selanjutnya campuran disaring dan filtrat ditepatkan dengan labu takar menjadi 50 mL. Larutan selanjutnya diukur menggunakan AAS. Penentuan kadar Fe dilakukan secara triplo.
Uji Adsorpsi Kromium (Arif 2011) dilakukan dengan Uji adsorpsi menggunakan larutan standar Cr(VI) dengan konsentrasi 1.5−250 μM dengan keasamaan diatur di sekitar pH 3. Contoh zeolit termodifikasi-besi sebanyak 50 mg ditambah dengan 5 mL larutan standar Cr(VI) kemudian dikocok selama 6 jam. pH akhir larutan diukur dan larutan dipisahkan dari endapannya dengan menggunakan sentrifus pada kecepatan 1500 rpm. Larutan kemudian ditambahkan 0.1 mL H2SO4 pekat dan 0.03 mL H3PO4 pekat, dikocok dan dibiarkan selama 5 menit. Selanjutnya sebanyak 0.1 mL DPC 1% dalam aseton ditambahkan ke dalam larutan dan diaduk dengan baik. Setelah 10 menit, larutan diukur serapannya dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 543 nm. Pembuatan Elektrode (modifikasi Alpat et al. 2005) Elektrode pasta karbon (EPK) dibuat dengan mencampurkan grafit dan parafin cair, sementara elektrode pasta karbon termodifikasi zeolit-besi (EPKZB) dibuat dengan mencampurkan grafit, zeolit termodifikasi-besi, dan parafin cair. Semua bahan dicampur hingga membentuk pasta homogen. Sebuah tabung kaca dengan diameter 2.5 mm digunakan sebagai badan elektrode. Kawat tembaga sebagai penghubung elektrode ke sumber listrik dimasukkan ke dalam tabung hingga tersisa ruang kosong sekitar 3 mm pada ujung tabung. Pasta dimasukkan ke ujung tabung tersebut hingga penuh dan padat (Gambar 1). Permukaan elektrode lalu digosok menggunakan kertas minyak.
Gambar 1 Skema pembuatan elektrode pasta karbon (Fauziah 2011).
Uji Kinerja Elektrode dengan Metode Voltametri (modifikasi Alpat et al. 2005) Pada uji kinerja ini, 3 parameter dilihat pengaruhnya terhadap respons arus dari elektrode. Parameter tersebut adalah pH larutan analit, waktu prakonsentrasi, dan komposisi zeolit-besi. Pengukuran pada elektrode dilakukan dengan teknik voltametri siklik menggunakan perangkat lunak EChem v2.1. EPK dan EPKZB sebagai elektrode kerja, elektrode Ag/AgCl digunakan sebagai elektrode pembanding, dan elektrode Pt sebagai elektrode tambahan. Potensial yang digunakan dari -1.2 V sampai 1.2 V dengan kecepatan pemayaran sebesar 100 mV/s. Sebelum dilakukan pengukuran, larutan dialirkan gas N2 terlebih dahulu selama 20 detik. Pengolahan data voltametri dilakukan dengan perangkat lunak Origin 7. Pengaruh pH Larutan Analit. Larutan analit Cr(VI) 50 μM dalam KCl 0.05 M dibuat pada beberapa tingkat keasaman, yaitu pada pH 1−6. Larutan dimasukkan ke dalam sel voltametri yang berisi larutan analit Cr(VI) dan respons arus diamati menggunakan voltametri siklik pada selang potensial -1.2 V sampai 1.2 V.
Tabel 1 Bahan dan komposisi elektrode Komposisi Zeolit- Parafin Elektrode Grafit besi cair (mg) (mg) (mg) EPKZB 10 60 10 30 EPKZB 20 50 20 30 EPKZB 30 40 30 30 EPKZB 40 30 40 30 EPKZB 50 20 50 30 Analisis XRD Identifikasi dengan XRD dilakukan untuk mengidentifikasi jenis mineral yang terdapat di dalam zeolit. Sekitar 200 mg sampel dicetak langsung pada aluminium ukuran 2×2.5 cm2. Sampel dicirikan dengan lampu radiasi Cu pada kisaran 2θ 5−80°. Analisis SEM Pencirian dengan SEM dilakukan untuk menentukan morfologi sampel zeolit. Pencirian dilakukan terhadap zeolit Cikalong sebelum modifikasi dan zeolit termodifikasibesi.
HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh Waktu Prakonsentrasi. Larutan Cr(VI) 50 μM yang memiliki pH terbaik ditentukan waktu prakonsentrasi optimumnya dengan pengadukan secara magnetik pada suhu kamar. Variasi waktu yang digunakan adalah 5−35 menit dengan selang waktu 5 menit. Setelah dilakukan pengadukan, elektrode dibilas dengan akuabides dan dimasukkan ke dalam sel voltametri yang berisi larutan elektrolit. Respons arus diamati menggunakan voltametri siklik pada selang potensial -1.2 V sampai 1.2 V. Pengaruh Komposisi Zeolit-Besi. EPKZB dibuat dengan mencampurkan grafit, zeolit termodifikasi-besi, dan parafin cair dalam beberapa komposisi, seperti tersaji pada Tabel 1. Hal ini dilakukan untuk melihat pengaruh komposisi zeolit-besi terhadap kinerja EPK. Elektrode dilakukan prakonsentrasi terlebih dahulu dengan larutan analit Cr(VI) yang memiliki pH optimum pada waktu prakonsentrasi terbaik. Selanjutnya respons arus diamati menggunakan voltametri siklik pada selang potensial -1.2 V sampai 1.2 V.
Hasil Preparasi, Aktivasi, dan Identifikasi Zeolit Zeolit alam yang digunakan pada penelitian ini masih berbentuk bongkahan, berasal dari Cikalong, Jawa Barat. Zeolit asal Cikalong umumnya berwarna putih kehijauan sampai keabuan, berbintik-bintik putih dan kuning, berbutir halus sampai agak kasar, agak keras namun sebagian mudah hancur bila dipukul dengan palu. Preparasi dilakukan dengan menghancurkan dan mengayak zeolit menjadi butir yang lolos ayakan 200 mesh. Aktivasi zeolit bertujuan untuk menghilangkan pengotor (mineral pengganggu) yang berupa oksida logam dari alam yang menutupi rongga sehingga kapasitas tukar ion dan kapasitas adsorpsinya menjadi maksimal (Fatimah 2000). Aktivasi zeolit pada penelitian ini dilakukan secara kimia dan fisika. Prinsip aktivasi secara kimia adalah menambahkan pelarut tertentu yang bertujuan membersihkan permukaan pori, membuang senyawa pengotor, dan mengatur kembali letak atom yang dipertukarkan. Sementara itu, aktivasi secara fisika dilakukan dengan pemanasan pada suhu 300−375 °C selama 3−4 jam
4
Gambar 2 Contoh reaksi pelepasan Al dari kerangka zeolit oleh HCl (Weitkamp & Puppe 1999). (Suwardi 2000). Hal ini bertujuan menghilangkan air yang terperangkap dalam pori-pori zeolit sehingga dapat meningkatkan luas permukaan zeolit. Aktivasi secara kimia pada penelitian ini dilakukan dengan pengasaman menggunakan HCl 3 M selama 1 jam. Menurut Weitkamp dan Puppe (1999), aktivasi menggunakan HCl pada konsentrasi 0.1−11 M menyebabkan zeolit mengalami dealuminasi dan dekationisasi, yaitu keluarnya Al dan kationkation dari pori zeolit. Contoh reaksi pelepasan Al dari kerangka zeolit oleh HCl dapat dilihat pada Gambar 2. Aktivasi-asam ini menyebabkan bertambahnya luas permukaan zeolit karena berkurangnya pengotor yang menutupi pori-pori zeolit. Bertambahnya luas permukaan ini diharapkan dapat meningkatkan kemampuan adsorpsinya. Zeolit yang telah diaktivasi selanjutnya diidentifikasi jenis mineralnya menggunakan XRD. Prinsipnya adalah jika seberkas sinar-X dijatuhkan pada sampel kristal, maka bidang kristal akan membiaskan sinar-X dan sinar tersebut akan ditangkap oleh detektor yang kemudian diterjemahkan sebagai sebuah puncak difraksi. Makin banyak bidang kristal yang terdapat dalam sampel, makin kuat intensitas pembiasan yang dihasilkan. Tiap puncak yang muncul pada pola XRD mewakili satu bidang kristal yang memiliki orientasi tertentu dalam sumbu 3 dimensi. Identifikasi dilakukan dengan membandingkan puncak-puncak 2θ yang khas dari sampel dengan puncak 2θ standar. Hasil difraktogram (Lampiran 2) menunjukkan bahwa nilai 2θ sampel memiliki kemiripan dengan data standar dari Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) dengan nomor arsip 49-0924 yang merupakan jenis zeolit mordenit. Hal ini menunjukkan bahwa zeolit alam asal Cikalong ini memiliki jenis mineral mordenit. Hasil ini sejalan dengan beberapa penelitian yang telah
dilakukan sebelumnya bahwa zeolit alam asal Cikalong hanya mempunyai 1 jenis mineral yang dominan, yaitu mordenit (Sutopo 1991; Wyantuti 2008; Arif 2011) dengan pengotor berupa kuarsa (Rohaeti 2007; Wyantuti 2008). Perbandingan beberapa nilai 2θ tertinggi sampel dan standar ditampilkan pada Tabel 2. Rujukan data asli hasil XRD dapat dilihat pada Lampiran 3 dan Lampiran 4. Tabel 2 Puncak 2θ zeolit alam mordenit dan zeolit alam Cikalong setelah aktivasi Puncak 2θ Zeolit alam Zeolit alam (mordenit) JCPDS Cikalong setelah 49-0924 aktivasi 19.681 19.6635 22.381 22.2860 25.779 25.6992 26.402 26.2913 27.742 27.7334 Pembuatan Zeolit Termodifikasi-besi dan Uji Adsorpsi Zeolit merupakan suatu mineral aluminosilikat terhidrasi yang terdiri atas satuan-satuan tetrahedral SiO4 dan AlO4 dengan kerangka struktur berongga yang ditempati oleh molekul-molekul air dan kation. Kation pada rongga zeolit dapat bergerak bebas sehingga memungkinkan pertukaran ion tanpa merusak struktur zeolit (Wang & Peng 2010). Struktur kristal zeolit membentuk suatu kerangka tetrahedron berantai dalam bentuk 3 dimensi (Gambar 3a). Pada kristal zeolit, kedudukan atom pusat tetrahedron ditempati oleh atom Si dan Al, sedangkan atom-atom oksigen berada pada sudut-sudutnya (Gambar 3b).
5
dilakukan. Data selengkapnya untuk penentuan kadar Fe diberikan di Lampiran 6.
(a)
Gambar 4 Zeolit termodifikasi-besi. (b) Gambar 3
Kerangka (a) 3 dimensi zeolit mordenit dan (b) struktur tetrahedral zeolit; atom Si ( ), atom Al ( ), atom O ( ) (Las 2005).
Beberapa atom Si dalam zeolit digantikan oleh atom Al, menghasilkan struktur bermuatan negatif yang berasal dari perbedaan antara tetrahedron (AlO4)5- dan (SiO4)4-. Adanya muatan negatif ini menyebabkan zeolit memiliki kemampuan yang rendah atau bahkan tidak memiliki daya jerap terhadap anion. Guna meningkatkan fungsi zeolit sebagai media spesiasi kromium, khususnya untuk deteksi spesi Cr(VI) yang bersifat anion, maka zeolit perlu dimodifikasi. Pada penelitian ini, zeolit dimodifikasi dengan kation besi, yang merupakan hasil reaksi antara Fe(NO3)3 dan NaOH. Reaksi keduanya dilakukan secara perlahan-lahan sehingga menghasilkan larutan berwarna merah yang mengandung kation besi. Reaksi perlahan dimaksudkan untuk menghindari terbentuknya endapan merah Fe(OH)3. Reaksi antara Fe(NO3)3 dan NaOH serta stoikiometrinya disajikan pada Lampiran 5. Hasil modifikasi zeolit dengan besi berupa serbuk berwarna jingga (Gambar 4). Untuk membuktikan keberadaan kation besi dalam zeolit yang telah termodifikasi, maka dilakukan pengujian kadar Fe menggunakan AAS. Kadar Fe dalam zeolit termodifikasibesi dibandingkan dengan kadar Fe dalam zeolit sebelum modifikasi. Terjadi peningkatan kadar Fe yang signifikan, yaitu sebesar 95.6%, dari 0.2200 ppm menjadi 5.0013 ppm. Hal ini memperlihatkan bahwa modifikasi zeolit dengan kation besi berhasil
Analisis morfologi menggunakan SEM dilakukan terhadap permukaan zeolit sebelum dan setelah modifikasi dengan besi. Hasil analisisnya dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5
Morfologi permukaan (a) zeolit sebelum modifikasi dan (b) zeolittermodifikasi-besi pada perbesaran 3000×.
Morfologi permukaan zeolit sebelum dan setelah dimodifikasi dengan besi pada perbesaran 3000× menunjukkan adanya rongga atau pori. Terlihat bahwa setelah dimodifikasi dengan besi, jumlah pori terlihat lebih banyak dan ukurannya lebih seragam. Hasil ini memperlihatkan bahwa zeolit
6
Gambar 6 Reaksi Cr(VI) dengan DPC (Eaton & Franson 2005). termodifikasi-besi yang diperoleh pada penelitian ini cukup berpori sehingga sangat berpotensi sebagai media adsorpsi Cr(VI) dan diaplikasikan sebagai elektrode selektif ion. Uji adsorpsi terhadap Cr(VI) dilakukan pada zeolit sebelum dan setelah modifikasi menggunakan metode uji DPC. Metode ini didasarkan pada pengukuran serapan larutan berwarna ungu kemerahan yang menunjukkan terjadinya kompleks antara 1,5difenilkarbazida [(C6H5NHNH)2CO (DPC)] dan Cr(VI) (Gambar 6). Kompleks kromium dengan DPC sangat sensitif jika diukur pada panjang gelombang 540 nm (Eaton & Franson 2005). Berdasarkan penentuan panjang gelombang maksimum yang dilakukan pada rentang 500−600 nm, diperoleh panjang gelombang maksimum untuk kompleks tersebut adalah 543 nm. Data penentuan panjang gelombang maksimum untuk pengukuran Cr(VI) disajikan pada Lampiran 7. Hasil uji adsorpsi pendahuluan membuktikan bahwa modifikasi permukaan zeolit dengan kation besi mengubah sifat permukaan zeolit menjadi bermuatan positif sehingga meningkatkan adsorpsi terhadap Cr(VI). Zeolit tanpa modifikasi memiliki daya adsorpsi terhadap Cr(VI) yang sangat kecil, terlihat dari terbentuknya warna ungu kemerahan pada larutan yang menunjukkan terbentuknya kompleks antara Cr(VI) dengan DPC. Berbeda halnya dengan zeolit yang dimodifikasi dengan besi, daya adsorpsi zeolit ini terhadap Cr(VI) cukup tinggi, terlihat dari berkurangnya intensitas warna ungu kemerahan pada larutan setelah reaksi dengan DPC (Lampiran 8a). Uji adsorpsi untuk menentukan kapasitas adsorpsi zeolit termodifikasi-besi dilakukan terhadap Cr(VI) pada rentang konsentrasi 1.5 hingga 250 μM, dengan jumlah zeolit-besi dan waktu pengocokan yang tetap. Hasilnya menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi Cr(VI) yang digunakan, kapasitas
adsorpsi juga meningkat. Kenaikan konsentrasi akan meningkatkan jumlah ion adsorbat yang dapat diadsorpsi oleh adsorben selama tapak aktif masih memungkinkan untuk mengadsorpsinya (Sari 2012). Hasil ini memperlihatkan bahwa tapak aktif zeolit-besi masih mampu mengadsorpsi zeolit pada rentang konsentrasi yang digunakan, sehingga pada konsentrasi yang semakin besar diperkirakan kapasitas adsorpsinya pun akan semakin tinggi. Kapasitas adsorpsi paling tinggi diperoleh saat konsentrasi Cr(VI) 254.0952 μM, yaitu sebesar 25.1674 mg/g. Data selengkapnya untuk uji adsorpsi zeolit termodifikasi-besi disajikan pada Lampiran 8b dan Lampiran 8c. Pembuatan Elektrode dan Uji Kinerja dengan Voltametri Analisis secara elektrokimia dengan voltametri ini menggunakan sistem 3 elektrode, yaitu EPK dan EPKZB sebagai elektrode kerja, elektrode Ag/AgCl sebagai elektrode pembanding, dan elektrode Pt sebagai elektrode tambahan. Larutan KCl 0.05 M digunakan sebagai larutan elektrolit dalam pengukuran Cr(VI). Larutan elektrolit berfungsi mengurangi gaya tarik-menarik elektrostatik antara muatan elektrode dan muatan ion-ion analit serta mempertahankan kekuatan ion (Wang 2001). Gambar 7 memperlihatkan voltamogram EPK dan EPKZB pada larutan elektrolit KCl 0.05 M. Dari potensial -1.2 V sampai 1.2 V, larutan KCl tidak memberikan respons arus puncak pada EPK maupun EPKZB. Hal ini berarti bahwa KCl baik digunakan sebagai larutan elektrolit karena tidak mengalami reaksi oksidasi maupun reduksi pada selang potensial yang digunakan.
7
spesi Cr(VI) yang dominan berdasarkan pH larutan disajikan pada Gambar 9.
15.0µ 10.0µ 5.0µ
6
4.87
5
-5.0µ
Arus (μA)
Arus (A)
0.0
-10.0µ -15.0µ -20.0µ -25.0µ -1.5
4
3.15
3
2.74 1.98
2 1
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
Potensial (V) vs Ag/AgCl
Gambar 7 Voltamogram EPK ( ) dan EPKZB ( ) pada larutan elektrolit KCl 0.05 M. Pengaliran gas nitrogen dilakukan pada larutan elektrolit selama 20 detik sebelum pengukuran. Hal ini bertujuan menghilangkan oksigen terlarut yang terdapat di dalam larutan. Oksigen terlarut dapat menyebabkan reaksi redoks pada permukaan elektrode sehingga akan terlihat puncak oksigen pada voltamogram. Puncak ini dapat mengganggu analisis terutama jika oksigen memiliki puncak pada potensial yang mirip dengan analit (Alpat et al. 2005). Potensial reduksi standar oksigen dalam air pada 25 °C ialah +0.40 V (versus elektode hidrogen standar (SHE)). Reaksi reduksinya adalah sebagai berikut: O2(g) + 2H2O(l) + 4e- → 4OH-(aq) Wilkinson 2007).
(Cotton &
Pengujian kinerja EPK dan EPKZB terhadap larutan Cr(VI) dilakukan pada 3 parameter, yaitu pengaruh pH analit, waktu prakonsentrasi, dan komposisi zeolit-besi. Pengaruh pH analit terhadap sinyal arus katodik dipelajari pada rentang pH 1−6 pada larutan Cr(VI) 50 μM dalam KCl 0.05 M. Puncak arus tertinggi diperoleh saat pH 3, yaitu sebesar 4.87 μA (Gambar 8). Arus ini merupakan respons yang muncul saat terjadinya reaksi reduksi Cr(VI) di dalam elektrode. Menurut Cotton dan Wilkinson (2007), reaksi reduksi Cr(VI) menjadi Cr(III) terjadi pada potensial +1.33 V (vs SHE), sedangkan reduksi Fe3+ menjadi Fe2+ terjadi pada potensial +0.77 V (vs SHE). Pada penelitian ini arus reduksi Cr(VI) muncul pada potensial -0.62 V (vs Ag/AgCl). Ion kromium dapat berada dalam keadaan polivalen dengan muatan listrik yang bergantung pada kondisi pH sistem. Fraksi
0.32
0.24
5
6
0 1
2
3
4 pH
Gambar 8 Nilai arus puncak EPKZB pada larutan Cr(VI) 50 μM pH 1−6.
Gambar 9 Diagram Pourboix spesi ion Cr(VI) pada suhu 25 °C (Welch et al. 2005). Saat pH larutan antara 1 dan 6, kromium berada dalam kesetimbangan sebagai bentuk HCrO4- dan Cr2O72-. Saat larutan berada pada kondisi pH di atas 6, Cr(VI) berada dalam bentuk ion CrO42-, sedangkan saat pH kurang dari 1 spesi yang utama adalah H2CrO4 (Cotton & Wilkinson 2007). Selain itu, Welch et al. (2005) menyatakan bahwa pada rentang pH 0.75−6.25 terdapat 2 spesi Cr(VI) yang dominan, yaitu HCrO4- jika konsentrasi rendah (kurang dari 0.01 g/L) dan Cr2O72- jika konsentrasi tinggi (di atas 0.01 g/L). Oleh karena pH optimum yang diperoleh adalah pH 3 dan larutan K2Cr2O7 yang digunakan untuk penentuan pengaruh pH ini memiliki konsentasi 50 μM atau setara dengan 0.0147 g/L, spesi Cr(VI) yang dominan di dalam larutan adalah spesi Cr2O72-. Voltamogram larutan Cr(VI) pada rentang pH 1−6 disajikan pada Lampiran 9a.
5.52
6
Arus (μA)
5 3.62
4 3
4.05
3.94 3.97
2.63 2.77
2 1 0 5
10
15
20
25
30
35
Waktu prakonsentrasi (menit)
Gambar 10 Pengaruh waktu prakonsentrasi terhadap arus reduksi Cr(VI). Parameter terakhir yang diuji pada penelitian ini adalah komposisi zeolit-besi. Uji ini dilakukan untuk menentukan komposisi zeolit-besi optimum yang memberikan sinyal paling baik untuk analisis Cr(VI). Larutan Cr(VI) yang digunakan memiliki pH 3 dan digunakan waktu prakonsentrasi 25 menit. Komposisi zeolit-besi divariasikan terhadap komposisi grafit. Variasi komposisi yang
dilakukan ialah 10%, 20%, 30%, 40%, dan 50%. Voltamogram EPKZB akibat pengaruh komposisi zeolit-besi disajikan pada Lampiran 9c dan memperlihatkan bahwa komposisi zeolit-besi yang optimum adalah 20% (EPKZB 20) dengan arus puncak sebesar 5.22 μA. Komposisi zeolit-besi lainnya, yaitu EPKZB 10, EPKZB 30, EPKZB 40, dan EPKZB 50 memberikan arus puncak berturutturut sebesar 2.85, 2.52, 2.00, dan 1.09 μA (Gambar 11). 6
5.22
5 Arus (μA)
Parameter selanjutnya adalah waktu prakonsentrasi. Prakonsentrasi merupakan suatu tahapan yang bertujuan mengumpulkan analit pada permukaan elektrode. Prakonsentrasi dapat memberikan pengaruh terhadap pengukuran arus analit pada elektrode kerja. Pengaruh waktu prakonsentrasi terhadap sinyal arus katodik dilakukan pada larutan Cr(VI) dengan pH 3. Prakonsentrasi dilakukan dengan merendam elektrode dalam larutan Cr(VI) sambil dilakukan pengadukan secara magnetik pada suhu kamar. Variasi waktu yang digunakan adalah 3−35 menit dengan selang waktu 5 menit. Hasilnya menunjukkan bahwa waktu prakonsentrasi optimum untuk pengukuran Cr(VI) adalah 25 menit dengan menghasilkan arus sebesar 5.52 μA (Gambar 10). Voltamogram EPKZB untuk penentuan waktu prakonsentrasi optimum disajikan pada Lampiran 9b. Saat waktu prakonsentrasi 5−20 menit, arus yang dihasilkan rendah. Hal ini diduga disebabkan oleh belum sempurnanya permukaan elektrode dalam menjerap Cr(VI). Sementara itu, pada waktu prakonsentrasi yang lebih tinggi, permukaan elektrode sudah terlalu jenuh dalam menjerap Cr(VI) sehingga Cr(VI) yang sudah terjerap kembali terlepas dan menghasilkan arus yang rendah (Alpat et al. 2005).
4 3
2.85
2.52
2.00
2
1.09
1 0 EPKZB EPKZB EPKZB EPKZB EPKZB 10 20 30 40 50 Komposisi zeolit-besi
Gambar 11 Pengaruh komposisi zeolit-besi terhadap arus reduksi Cr(VI). Hasil ini memperlihatkan bahwa komposisi zeolit-besi yang semakin banyak, tidak berkorelasi positif dengan arus puncak yang dihasilkan. Semakin besar komposisi zeolit-besi, komposisi grafit di dalam elektrode menjadi berkurang. Grafit di dalam elektrode memiliki fungsi sebagai penghantar listrik. Saat komposisi zeolit-besi sebesar 10%, arus yang dihasilkan kecil walaupun jumlah grafit yang ditambahkan merupakan jumlah yang paling besar. Hal ini diduga disebabkan pada komposisi tersebut zeolitbesi belum cukup optimal untuk menjerap Cr(VI). Sementara itu, saat komposisi zeolitbesi 30−50%, jumlah grafit di dalam elektrode sedikit sehingga proses penghantaran listrik tidak dapat berjalan dengan baik sehingga menghasilkan arus yang rendah (Alpat et al. 2005).
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Zeolit alam asal Cikalong didominasi oleh jenis mineral mordenit. Modifikasi besi pada zeolit ini mampu meningkatkan kapasitas
adsorpsi terhadap Cr(VI), seiring dengan meningkatnya konsentrasi Cr(VI). Kapasitas adsorpsi tertinggi sebesar 25.1674 mg/g diperoleh pada konsentrasi Cr(VI) 254.0952 μM. Zeolit termodifikasi-besi dapat digunakan sebagai pemodifikasi EPK untuk pengukuran Cr(VI) pada voltametri siklik menggunakan larutan elektrolit KCl 0.05 M pada rentang potensial -1.2 V sampai 1.2 V. Pengukuran Cr(VI) dengan voltametri siklik optimum dilakukan pada larutan Cr(VI) 50 μM pH 3, menggunakan elektrode pasta karbon termodifikasi zeolit-besi sebesar 20% dengan waktu prakonsentrasi selama 25 menit. Arus puncak katodik sebesar 5.22 μA, dihasilkan pada kondisi optimum tersebut. Saran Tahapan selanjutnya yang perlu dilakukan adalah penentuan pengaruh kecepatan pemayaran terhadap arus reduksi Cr(VI). Perlu dilakukan pula pengujian EPKZB untuk pengukuran Cr(VI) dengan variasi konsentrasi dan dengan adanya gangguan, serta penentuan limit deteksi untuk pengukuran Cr(VI). Selain itu, dilakukan pula pengujian EPKZB untuk spesiasi kromium.
Cotton FA, Wilkinson G. 2007. Kimia Anorganik Dasar. Suharto S, penerjemah. Jakarta: UI Pr. Terjemahan dari: Basic Inorganic Chemistry. Eaton AD, Franson MAH. 2005. Standard Methods for The Examination of Water and Wastewater. Ed ke-21. Washington DC: APHA Pub. Fatimah I. 2000. Penggunaan Na-zeolit alam teraktivasi sebagai penukar ion Cr3+ dalam larutan. Logika 4(5):25-34. Fauziah Hanifah. 2011. Penentuan Iodida menggunakan elektroda pasta karbon termodifikasi magnetit [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Las T. 2005. Potensi Zeolit untuk Mengolah Limbah Industri dan Radioaktif. Tangerang: Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-Badan Tenaga Nuklir Nasional (PTLR-BATAN), Kawasan Puspiptek Serpong.
DAFTAR PUSTAKA
Liu B, Lu L, Wang M, Zi Y. 2008. A study of nanostructured gold modified glassy carbon electrode for the determination of trace Cr(VI). J Chem Sci. 120:493-498.
Alpat SK, Yuksel U, Akcay H. 2005. Development of a novel carbon paste electrode containing a natural zeolite for the voltammetric determination of copper. Electrochem Commun. 7:130-134.
Narin I, Surme Y, Soylak M, Dogan M. 2006. Speciation of Cr(III) and Cr(VI) in environmental samples by solid phase extraction on Ambersorb 563 resin. J Hazard Mater B 136:579-584.
Ardakani MM, Akrami Z, Kazemian H, Zare HR. 2009. Preconcentration and electroanalysis of copper at zeolite modified carbon paste electrode. Int J Electrochem Sci. 4:308-319.
Patlolla AK, Barnes C, Hackett D, Tchounwou PB. 2009. Potassium dichromate induced cytoxicity, genotoxicity and oxidative stress in human liver carcinoma (HepG2) cells. Int J Environ Res Public Health. 6:643-653.
Ardakani MM et al. 2007. Potentiometric determination of monohydrogen arsenate by zeolite-modified carbon-paste electrode. Int J Environ Anal Chem. 87(4):285-294. Arif Z. 2011. Karakterisasi dan modifikasi zeolit alam sebagai bahan media pendeteksi. Studi kasus: kromium heksavalen [tesis]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Rohaeti E. 2007. Pencegahan pencemaran lingkungan oleh logam berat krom limbah cair penyamakan kulit (studi kasus di Kabupaten Bogor) [disertasi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Sari LW. 2012. Pencirian elektrode membran termodifikasi zeolit untuk pengukuran kromium(VI) [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
10
Sutopo FXR. 1991. Pengkajian karakteristik zeolit Cikalong Tasikmalaya dan pemanfaatan dalam pengolahan air. Bandung: Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara.
Wang J. 2001. Analytical Electrochemistry. Ed ke-2. New York (US): J Willey.
Suwardi. 2000. Prospek Pengolahan Zeolit di Indonesia. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Weitkamp J, Puppe L. 1999. Catalysis and Zeolites: Fundamentals and Applications. Berlin: Spinger-Verlag.
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. Vincent JB. 2000. The biochemistry in chromium. J Nutr. 130:715-718.
Wang S, Peng Y. 2010. Natural zeolites as effective adsorbents in water and wastewater treatment. Chem Eng J.
Welch CM, Nekrassova O, Compton RG. 2005. Reduction of hexavalent chromium at solid electrodes in acidic media: reaction mechanism and analytical application. Talanta 65:74-80. Wyantuti S. 2008. Karakterisasi zeolit alam asal Cikalong Tasikmalaya. Bandung: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Padjajaran.
LAMPIRAN
12
Lampiran 1 Diagram alir penelitian Zeolit asal Cikalong
Preparasi zeolit dan aktivasi dengan HCl 3 M Analisis XRD dan SEM
Zeolit aktif
Uji adsorpsi Cr(VI)
Perlakuan dengan NaOH dan Fe(NO3)3 Analisis SEM dan analisis kadar Fe
Zeolit termodifikasibesi
Elektrode pasta karbon termodifikasi zeolit-besi
Uji kinerja elektrode dengan metode voltametri
Uji adsorpsi Cr(VI)
13
Lampiran 2 Difraktogram sinar-X zeolit alam asal Cikalong setelah aktivasi
14
Lampiran 3 Data 2θ difraktogram zeolit alam asal Cikalong setelah aktivasi 2θ 9.6278 9.8547 13.1099 13.5038 13.9671 14.6626 15.1439 15.3335 17.4094 19.0921 19.3967 19.6635 20.9722 21.4727 21.8120 22.2860 22.7899 23.2448 23.7431 24.5366 25.0658 25.6992 26.1041 26.2913 26.7032 27.1626 27.7334 28.1412 28.5407 28.8653 29.9790 30.2187 30.4924 30.9390 31.9810 32.6962 32.9160 33.2107 35.0591 35.7269 36.5795 37.0126 39.5009 41.8195 44.2315 44.9628 45.4926 46.3038
d(A) 9.17902 8.96819 6.74778 6.55182 6.33552 6.03653 5.84574 5.77388 5.08980 4.64483 4.57257 4.51113 4.23249 4.13495 4.07139 3.98586 3.89885 3.82357 3.74444 3.62512 3.54977 3.47369 3.41088 3.38702 3.33570 3.28032 3.21409 3.16843 2.12498 2.09057 2.97825 2.95517 2.92926 2.88799 2.79623 2.73668 2.71891 2.69545 2.55746 2.51117 2.45457 2.42684 2.27951 2.15833 2.04606 2.01447 1.99223 1.95920
Intensity 13 37 11 54 8 17 9 25 9 8 17 60 8 24 45 131 17 27 28 9 10 217 42 87 13 14 126 24 7 7 13 12 11 52 17 9 8 15 8 30 8 12 7 7 15 11 7 9
Integrated Int 71 450 139 865 142 165 80 284 129 49 182 894 85 263 1042 2367 266 300 291 90 288 2729 585 1125 151 99 2654 297 101 46 174 121 64 685 174 102 104 169 97 379 78 181 84 43 226 176 48 73
2θ 46.5121 46.7520 46.9919 48.1130 48.4662 48.8893 50.2055 50.4154 50.7386 50.9527 54.0841 56.7931 57.7828 59.8522 60.0621 60.4820 60.8185 64.0410 64.3209 64.5409 64.7408 66.2320 67.5501 67.7766 68.2765 69.4096 70.0244
d(A) 1.95091 1.94146 1.93211 1.88967 1.87672 1.86146 1.81571 1.80864 1.79787 1.79082 1.69429 1.61974 1.59433 1.54405 1.53916 1.52947 1.52181 1.45279 1.44714 1.44274 1.43876 1.40994 1.38560 1.38152 1.37261 1.35295 1.34257
Intensity 12 9 7 7 20 7 7 11 8 20 8 8 9 11 7 8 13 7 10 12 11 9 9 7 10 7 7
Integrated Int 94 72 64 49 323 37 56 102 30 185 109 114 135 112 53 67 213 80 173 0 162 152 62 65 172 173 131
15
Lampiran 4 Basis data puncak 2θ nomor arsip 49-0924 pada JCPDS untuk zeolit alam jenis mordenit
16
Lampiran 5 Stoikiometri reaksi antara Fe(NO3)3 dan NaOH Persamaan reaksi: mol mula-mula mol reaksi
Fe3+(aq) + 2.5×10-2 2.5×10-2
mol sisa
-
OH-(aq) → Fe(OH)2+(aq) 3.75×10-2 2.5×10-2 2.5×10-2 1.25×10-2
2.5×10-2
Perhitungan: mol Fe(NO3 )3 ·9H2 O =
g 10.1254 g = = 2.5×10-2 mol BM 404 g/mol
mol Fe3+≈ mol Fe(NO3 )3 ·9H2 O = 2.5×10-2 mol sjr Fe3+ =
2.5×10-2 = 2.5×10-2 (reaktan pembatas) 1
mol NaOH = M×V = 0.075 M×0.5 L = 3.75×10-2 mol mol OH- ≈ mol NaOH = 3.75×10-2 mol 3.75×10-2 sjr OH = = 3.75×10-2 1 -
17
Lampiran 6 Hasil analisis kadar Fe pada zeolit termodifikasi-besi menggunakan AAS a.
Kurva standar untuk penentuan kadar Fe Konsentrasi standar (ppm) 0.0000 0.2000 0.5000 1.0000 2.0000
Absorbans 0.0026 0.0236 0.0566 0.1081 0.2144
Absorbans terkoreksi 0.0000 0.0210 0.0540 0.1055 0.2118
0.25 Absorbans
0.2 0.15 0.1
y = 0.1058x + 0.0017 R² = 1.0000
0.05 0 0
0.5
1
1.5
2
2.5
Konsentrasi (ppm)
b.
Kadar Fe dalam zeolit termodifikasi-besi Sampel
Absorbans
ZA 1 ZA 2 ZA 3
0.0264 0.0249 0.0248
ZB 1 ZB 2 ZB 3
0.1112 0.1084 0.1087
Kadar Fe kurva (ppm) 0.2335 0.2193 0.2183 Rerata 1.0350 1.0085 1.0113 Rerata
Bobot sampel (g) 0.0509 0.0510 0.0506 0.0510 0.0506 0.0511
fp 1 1 1 5 5 5
Kadar Fe sebenarnya (ppm) 0.2293 0.2150 0.2157 0.2200 5.0734 4.9827 4.9479 5.0013
Keterangan: ZA = zeolit aktif, ZB = zeolit termodifikasi-besi Contoh perhitungan: Kadar Fe sebenarnya =
ppm kurva×volume contoh×fp g contoh
Kadar Fe sebenarnya =
0.2335 ppm×0.05 L×1 = 0.2293 ppm 0.0509 g
% peningkatan kadar Fe = =
Kadar Fe ZB-Kadar Fe ZA ×100% Kadar Fe ZB 5.0013-0.2200 ×100% = 95.6% 5.0013
18
Lampiran 7 Penentuan panjang gelombang maksimum pengukuran Cr(VI)
1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
Absorbans 0.944 0.994 1.038 1.080 1.121 1.157 1.194 1.233 1.279 1.329 1.375 1.425 1.477 1.515 1.541 1.563 1.584 1.601 1.616 1.628 1.639 1.645 1.645 1.637 1.622 1.604
Panjang gelombang (nm) 552 554 556 558 560 562 564 566 568 570 572 574 576 578 580 582 584 586 588 590 592 594 596 598 600
Absorbans 1.583 1.560 1.537 1.511 1.481 1.456 1.412 1.372 1.327 1.28 1.233 1.194 1.152 1.113 1.072 1.035 1.004 0.990 0.889 0.828 0.753 0.678 0.615 0.563 0.507
λ max
500 504 508 512 516 520 524 528 532 536 540 544 548 552 556 560 564 568 572 576 580 584 588 592 596 600
Absorbans
Panjang gelombang (nm) 500 502 504 506 508 510 512 514 516 518 520 522 524 526 528 530 532 534 536 538 540 542 544 546 548 550
Panjang gelombang (nm)
19
Lampiran 8 Hasil uji adsorpsi larutan Cr(VI) oleh zeolit sebelum dan setelah termodifikasi-besi a. Hasil uji adsorpsi pendahuluan
Keterangan: A kontrol positif, Cr(VI)+DPC B kontrol negatif, akuades+DPC C zeolit tanpa modifikasi pada Cr(VI) 10 μM D zeolit-besi pada Cr(VI) 10 μM E zeolit-besi pada Cr(VI) 25 μM b. Kurva standar untuk uji adsorpsi Cr(VI) Konsentrasi Cr(VI) (μM) 0 1.7687 3.5374 7.0748 10.6122
Absorbans 0.069 0.453 0.809 1.519 2.387
Absorbans terkoreksi 0 0.384 0.740 1.450 2.318
3 Absorbans
2.5 2 1.5
y = 70,0653x + 0,0407 R² = 0,9914
1 0.5 0 0
2
4
6
8
10
Konsentrasi Cr(VI) (μM)
12
14
16
20
lanjutan Lampiran 8 c. Kapasitas adsorpsi zeolit termodifikasi-besi terhadap Cr(VI) Sampel Blanko 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Bobot zeolit (g) 0.0506 0.0504 0.0501 0.0505 0.0503 0.0500 0.0506 0.0500 0.0502 0.0525
Konsentrasi awal (μM) 0 1.5565 3.3252 7.0041 13.1592 24.5497 32.5442 40.2204 80.8299 157.7333 254.0952
Absorbans 0.069 0.108 0.109 0.111 0.162 1.283 1.524 1.935 2.351 0.234 0.202
Absorbans terkoreksi 0 0.039 0.040 0.042 0.093 1.214 1.455 1.866 2.282 0.165 0.133
Konsentrasi akhir (μM)
Konsentrasi teradsorp (μM)
fp
Q (mg/g)
0 0 0 0.0007 0.0335 0.0404 0.0521 0.0640 0.0018 0.0013
1.5565 3.3252 7.0041 13.1585 24.5162 32.5038 40.1683 80.7659 157.7315 254.0939
1 1 1 1 2 2 2 2 1 1
0.1600 0.3431 0.7270 1.3549 2.5345 3.3804 4.1280 8.3997 16.3387 25.1674
Contoh perhitungan: Konsentrasi teradsorpsi = Konsentrasi awal-Konsentrasi akhir = 254.0952 μM-0.0013 μM = 254.0939 μM Konsentrasi teradsorpsi ppm = 254.0939×10-6 mol L×104 g mol× 1000 mg g = 26.4258 mg L Kapasitas adsorpsi Q =
Volume larutan×Konsentrasi teradsorpsi 0.05 L×26.4258 mg L = = 25.1674 mg/g Bobot zeolit 0.0525 g
21
Lampiran 9 Voltamogram EPKZB pada beberapa parameter pengukuran a. Voltamogram EPKZB akibat pengaruh pH analit 15.0µ 10.0µ 5.0µ
Arus (A)
0.0 -5.0µ -10.0µ
pH 1 pH 2 pH 3 pH 4 pH 5 pH 6
-15.0µ -20.0µ -25.0µ -30.0µ -35.0µ -1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
Potensial (V) vs Ag/AgCl
b. Voltamogram EPKZB akibat pengaruh waktu prakonsentrasi 10.0µ
5.0µ
Arus (A)
0.0
-5.0µ
5 menit 10 menit 15 menit 20 menit 25 menit 30 menit 35 menit
-10.0µ
-15.0µ
-20.0µ -1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
Potensial (V) vs Ag/AgCl
c. Voltamogram EPKZB akibat pengaruh komposisi zeolit-besi 5.0µ
0.0
Arus (A)
-5.0µ
-10.0µ
EPKZB 10 EPKZB 20 EPKZB 30 EPKZB 40 EPKZB 50
-15.0µ
-20.0µ
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
Potensial (V) vs Ag/AgCl
1.0
1.5
