SIFAT-SIFAT ZEOLIT ALAM DAN KEMAMPUAN PENJERAPANNYA TERHADAP LOGAM BERAT Cu, Pb DAN Zn
MUSFIROH
DEPARTEMEN ILMU TANAH DAN SUMBERDAYA LAHAN FAKULTAS PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2016
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA* Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sifat-sifat Zeolit Alam dan Kemampuan Penjerapannya terhadap Logam Berat Cu, Pb dan Zn adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, April 2016 Musfiroh A14110086
ABSTRAK MUSFIROH. Sifat-sifat Zeolit Alam dan Kemampuan Penjerapannya terhadap Logam Berat Cu, Pb dan Zn. Dibimbing oleh SUWARDI dan DYAH TJAHYANDARI SURYANINGTYAS. Berbagai aktivitas industri dan rumah tangga menghasilkan produk limbah yang mungkin mengandung konsentrasi ion logam yang cukup tinggi. Salah satu cara menurunkan kandungan ion logam pada limbah tersebut yaitu dengan memanfaatkan zeolit alam. Zeolit alam telah banyak digunakan dalam berbagai bidang diantaranya sebagai bahan penjerap ion logam. Zeolit merupakan mineral aluminasilikat terhidrasi, memiliki pori atau rongga terisi oleh logam alkali dan alkali tanah yang dapat dipertukarkan sehingga dapat berperan sebagai bahan penjerap (adsorbent). Zeolit alam yang digunakan dalam penelitian ini meliputi zeolit alam Lampung, Bayah, dan Tasikmalaya. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik dari ketiga zeolit alam dan menghitung kemampuannya dalam menjerap ion logam Cu, Pb, dan Zn. Proses penjerapan dimulai dari penjenuhan masing-masing zeolit alam menggunakan 20 mL larutan garam CuSO4, Pb(NO3)2, dan ZnSO4 dengan konsentrasi 100 ppm. Proses penjerapan tersebut dilakukan dengan metode batch. Hasil penjerapan yang diperoleh kemudian dianalisis dengan persamaan Lagergren. Hasil penelitian menunjukkan adanya perbedaan karakteristik secara kimia maupun jenis mineral dari ketiga zeolit alam yang digunakan. Zeolit Tasikmalaya memiliki nilai KTK tertinggi (137.58 me 100 g-1) dibandingkan dengan Bayah (96.75 me 100 g-1) dan Lampung (87.72 me 100 g-1). Zeolit Lampung merupakan jenis mineral klinoptilolit, sedangkan zeolit Bayah dan Tasikmalaya merupakan kombinasi jenis mineral klinoptilolit dan mordenit. Tiga zeolit alam memiliki kemampuan menjerap logam berat sebesar 71-77 mg g-1 ion Cu, sekitar 98 mg g-1 ion Pb, dan 30-34 mg g-1 ion Zn. Kata kunci: penjerapan, logam berat, zeolit alam
ABSTRACT MUSFIROH. Characteristics of Natural Zeolite and Its Cu, Pb, and Zn Adsorption Capability. Supervised by SUWARDI and DYAH TJAHYANDARI SURYANINGTYAS Several industrial and household activities produce high heavy metal content in their wastes. One of the method for decreasing the heavy metal content from waste products is by natural zeolites application. Utilization of natural zeolites in various ways has been investigate as adsorbent. Zeolite is mineral of an aluminasilicate hydrated, having pores or voids filled with alkali and alkaline metals which can be exchanged so it can as material adsorbent. Natural zeolites that used for this research were from Lampung, Bayah, and Tasikmalaya. This research aims to identify the three natural zeolites characteristics and calculates the three natural zeolite adsorption capability of ion Cu, Pb, and Zn. The adsorption process began from saturated of the three natual zeolites with 20 mL of CuSO4, Pb(NO3)2, and ZnSO4 solution 100 ppm. The adsorption was used by batch method. The result taken and analyzed by Lagergren equation. The results shows that three natural zeolite were used have different chemical although characteristic of mineral type. CEC of Tasikmalaya zeolite (137.58 me 100g-1) was larger than Bayah (96.75 me 100g-1) and Lampung (87.72 me 100g-1). Zeolite Lampung was clinoptilolite while zeolite Bayah and Tasikmalaya were combination of clinoptilolite and mordenite. Capability of the three natural zeolite to adsorp of heavy metals about 71-77 mg g-1 of Cu, around 98 mg g-1 of Pb, and 30-34 mg g-1 of Zn.
Keyword : adsorption, heavy metal, natural zeolit.
SIFAT-SIFAT ZEOLIT ALAM DAN KEMAMPUAN PENJERAPANNYA TERHADAP LOGAM BERAT Cu, Pb DAN Zn
MUSFIROH
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Pertanian pada Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan
DEPARTEMEN ILMU TANAH DAN SUMBERDAYA LAHAN FAKULTAS PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2016
PRAKATA Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala nikmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan. Penelitian yang dilaksanakan sejak Februari sampai September 2015 ini berjudul Sifat-sifat Zeolit Alam dan Kemampuan Penjerapannya terhadap Logam Berat Cu, Pb dan Zn. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada 1. Dr Ir Suwardi MAgr sebagai dosen pembimbing akademik dan pembimbing skripsi I yang telah memberikan motivasi, bimbingan, arahan dan nasehatnya selama penulis menjalani aktivitas akademik di Institut Pertanian Bogor 2. Dr Ir Dyah Tjahyandari Suryaningtyas MAppl.Sc sebagai pembimbing skripsi II yang telah memberikan saran, bimbingan, dan arahan kepada penulis selama penelitian dan penyelesaian skripsi. 3. Dr Ir Iskandar sebagai dosen penguji yang telah memberikan saran dan arahan kepada penulis selama penelitian dan penyelesaian skripsi. 4. Bapak Abdullah, Ibu Nuryati, Mathlail Fajar, Ahmad Fathoni, Baiturrahman, Muhammad Adam serta seluruh keluarga besar Surya yang telah memberikan doa dan dukungan selama studi di Institut Pertanian Bogor. 5. Ka Evi Mutiara, Rio Bima H, dan Gunawan S yang telah memberikan semangat, motivasi dan bantuan selama penelitian ini. 6. Genesis 48 (Rere, Dieni, Melly, Angga, Viny, Ika Yuliani, Emir), Begum, Maria, Nunung, Edo serta teman-teman SOILER 48 dan CSS MORA yang telah memberikan dukungan dalam penelitian ini. 7. Seluruh staf laboratorium Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan yang telah membantu selama penelitian. 8. Seluruh pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Saran dan kritik yang membangun sangat memotivasi penulis dalam perbaikan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan.
Bogor, April 2016
Musfiroh
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
2
METODE PENELITIAN
2
Tempat dan Waktu Penelitian
2
Bahan
2
Alat
2
Prosedur Penelitian
2
HASIL DAN PEMBAHASAN
4
Karakteristik Kimia Zeolit Alam
4
Identifikasi Jenis Mineral Zeolit alam
5
Kemampuan Zeolit Alam dalam Menjerap Ion Logam Berat Cu, Pb, dan Zn
6
SIMPULAN DAN SARAN
10
Simpulan
10
Saran
10
DAFTAR PUSTAKA
10
LAMPIRAN
12
RIWAYAT HIDUP
20
DAFTAR TABEL 1 2 3 4 5
Karakterisasi zeolit alam Hasil analisis karakteristik kimia pada 3 macam zeolit alam Data interpretasi 2θ dalam identifikasi jenis pada 3 macam zeolit alam Kemampuan zeolit alam menjerap ion logam berat Cu, Pb, dan Zn Kapasitas jerapan maksimum ion logam Cu, Pb, dan Zn pada 3 macam zeolit alam
2 4 5 7 9
DAFTAR GAMBAR 1 Difraktogram jenis-jenis mineral zeolit alam 2 Kapasitas jerapan ion logam Cu, Pb, dan Zn pada 3 macam zeolit alam 3 Penjerapan ion logam berat Tembaga (II) Sulfat dengan pengaruh waktu 4 Penjerapan ion logam berat Timbal (II) Nitrat dengan pengaruh waktu 5 Penjerapan ion logam berat Seng (II) Sulfat dengan pengaruh waktu
5 6 7 8 8
DAFTAR LAMPIRAN 1 Hasil penjerapan ion logam Cu pada 3 macam zeolit alam dengan pengaruh waktu 2 Hasil penjerapan ion logam Pb pada 3 macam zeolit alam dengan pengaruh waktu 3 Hasil penjerapan ion logam Zn pada 3 macam zeolit alam dengan pengaruh waktu 4 Difraktogram jenis mineral zeolit alam Lampung 5 Difraktogram jenis mineral zeolit alam Bayah 6 Difraktogram jenis mineral zeolit alam Tasikmalaya 7 Hasil analisis difraktogram jenis mineral zeolit alam Lampung 8 Hasil analisis difraktogram jenis mineral zeolit alam Bayah 9 Hasil analisis difraktogram jenis mineral zeolit alam Tasikmalaya 10 Perhitungan pembuatan larutan logam berat Cu dalam 1000 mL pada konsentrasi 1000 ppm 11 Perhitungan pembuatan larutan logam berat Pb dalam 1000 mL pada konsentrasi 1000 ppm 12 Perhitungan pembuatan larutan logam berat Zn dalam 1000 mL pada konsentrasi 1000 ppm 13 Data pengukuran pH pada 3 macam zeolit alam 14 Data pengukuran KTK pada 3 macam zeolit alam
13 13 13 14 15 16 17 17 17 18 18 18 19 19
1
PENDAHULUAN Latar Belakang Logam berat adalah logam yang mempunyai massa jenis lebih besar dari 5 g/cm3. Logam berat merupakan salah satu jenis zat pencemar yang bersifat toksik, sulit terdegradasi dan mudah diadsorpsi (Darmono 1995). Menurut Subowo et al. (1999) jenis-jenis logam berat diantaranya, tembaga (Cu), timbal (Pb), raksa (Hg), seng (Zn), dan nikel (Ni). Logam tersebut dapat ditemukan pada limbah yang dihasilkan dari berbagai sumber seperti aktivitas rumah tangga, industri, pertambangan, maupun kendaraan. Pada tahun 2014, hasil observasi tim peneliti Departemen Manajemen Sumberdaya Perairan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan (FPIK) Institut Pertanian Bogor menyebutkan bahwa perairan di Danau Lido Sukabumi telah tercemar logam berat timbal (Pb) cukup tinggi, yaitu 0.080.1 mg/L. Pencemaran tersebut diakibatkan oleh aktivitas keramba jaring apung (KJA), wisata perahu dan rumah makan apung (Sunaryo 2014). Berdasarkan kasus tersebut, perlu solusi untuk menurunkan konsentrasi ion logam dalam limbah khususnya di perairan. Beberapa metode yang dapat digunakan untuk menurunkan konsentrasi ion logam dalam limbah cair diantaranya adalah pengendapan, penukar ion, filtrasi dan penjerapan (Tangio 2013). Penjerapan (adsorpsi) merupakan metode yang paling umum digunakan saat ini karena konsepnya yang sederhana. Salah satu bahan penjerap yang banyak digunakan dalam proses tersebut yaitu zeolit alam. Zeolit ditemukan pertama kali di Swedia pada tahun 1756 oleh Axel Frederick Constedt. Istilah zeolit berasal dari kata “zein” yang memiliki arti membuih dan “lithos” yang berarti batuan, sehingga dapat diartikan sebagai batuan yang membuih jika dipanaskan (Said et al. 2008). Indonesia juga memiliki banyak cadangan zeolit alam karena bahan zeolit alam berasal dari hasil sedimentasi debu vulkanik di lingkungan sekitar gunung api yang bersifat alkali. Ketersediaan yang melimpah dan harga yang ekonomis menyebabkan zeolit alam banyak digunakan di bidang industri, pertanian, peternakan, bangunan dan lainnya. Jenis zeolit yang sering ditemukan di Indonesia adalah klinoptilolit dan mordenit (Las 2006). Zeolit alam merupakan mineral yang mengandung senyawa aluminasilikat terhidrasi, memiliki pori atau rongga terisi oleh logam alkali atau alkali tanah yang dapat dipertukarkan sehingga dapat berperan sebagai bahan penjerap (adsorbent). Selain itu zeolit alam juga memiliki kapasitas tukar kation yang tinggi berkisar antara 24.20-186.10 me 100 g-1 (Supandi et al. 1999). Sehubungan dengan sifat tersebut, maka pemanfaatan zeolit alam sebagai penjerap logam Cu, Pb, dan Zn merupakan hal penting dalam penelitian ini. Hal tersebut diperkuat oleh penelitian terdahulu yang menyatakan bahwa zeolit alam terimpregnasi 2Merkaptobenzotiazol dapat menjerap ion logam Cd dan Cr berturut-turut sebesar 38,176 mg g-1 dan 8,141 mg g-1 (Amri et al. 2004).
2
Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk : 1. Mengetahui karakteristik zeolit alam Lampung, Bayah, dan Tasikmalaya 2. Menghitung kemampuan zeolit alam Lampung, Bayah, dan Tasikmalaya dalam menjerap logam Cu, Pb, dan Zn.
METODE PENELITIAN Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian dilaksanakan pada Februari sampai September 2015 di Laboratorium Pengembangan Sumberdaya Fisik Lahan, Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Bahan dan Alat Bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas zeolit alam Lampung, Bayah, dan Tasikmalaya. Bahan yang digunakan untuk analisis meliputi larutan baku logam berat Cu, Pb, dan Zn konsentrasi 100 ppm. Bahan lainnya antara lain larutan NH4OAc pH 7.0, alkohol 80%, NaOH 50%, indikator conway, parafin cair, NaOH p.a. Alat yang digunakan antara lain ayakan yang berukuran 100 mesh, alat pengocok kecepatan 150 rpm, sentrifuse, X-Ray Diffraction tipe Emma GBC XRD, flamephotometer dan Atomic Adsorption Spectrophotometer (AAS) tipe flame. Prosedur Penelitian Karakterisasi Zeolit Alam Salah satu cara untuk mengetahui kemampuan jerapan yang dimiliki dari ketiga macam zeolit alam adalah dengan melakukan karakterisasi. Metode analisis dalam penetapan karakterisasi zeolit alam disajikan pada Tabel 1. Tabel 1 Karakterisasi zeolit alam No
Karakteristisasi
1
Karakteristik Kimia KTK (Kapasitas Tukar Kation) KB (Kejenuhan Basa) Kemasaman dan Kealkalian
2
Metode Analisis
SNI 13-349-1994 Permentan No.02/Pert/HK 0602/2006 SNI 13-349-1994 Permentan No.02/Pert/HK 0602/2006 pH H2O (1:5)
Karakteristik Jenis Mineral Zeolit Identifikasi Jenis Mineral Zeolit Alam
X-Ray Diffraction tipe Emma GBC XRD
3
Kemampuan Zeolit Alam Menjerap Ion Logam Berat Cu, Pb, dan Zn Uji penjerapan logam berat pada tiga zeolit alam dilakukan dengan metode batch. Zeolit yang digunakan dalam penelitian ini berukuran halus sekitar 100 mesh. Garam dari masing-masing logam berat yang digunakan ditimbang dan dilarutkan dengan aquadest dalam 1000 mL pada konsentrasi larutan 1000 ppm yang kemudian dijadikan 100 ppm melalui pengenceran. Perhitungan berat garam masing-masing logam berat dapat dilihat pada Lampiran 10,11, dan 12. Sebanyak 0.02 gram dari masing-masing zeolit alam dijenuhkan dalam 20 mL larutan baku Cu 100 ppm. Percobaan ini diulang sebanyak 3 kali. Kemudian larutan tersebut dikocok pada kecepatan 150 rpm dalam waktu 15, 30, 45, 60 dan 75 menit. Selanjutnya larutan disaring dan filtratnya diukur dengan menggunakan AAS. Uji penjerapan ion logam Pb dan Zn dilakukan dengan cara yang sama dengan penjerapan ion logam Cu. Untuk menghitung kemampuan jerapan zeolit dalam satuan miligram ion logam per gram zeolit dapat digunakan rumus sebagai berikut :
Keterangan q Ci Cf V w
: Kapasitas jerapan (mg g-1) : Konsentrasi awal ion logam (ppm) : Konsentrasi ion logam setelah penjerapan (ppm) : Volume larutan (L) : Bobot zeolit (g)
Selanjutnya data kapasitas jerapan (q) di analisis lanjut dengan model persamaam Lagergren (II) yang didasarkan atas kemampuan jerapan maksimum(qmax) dalam satuan waktu. Persamaan dinyatakan sebagai berikut : Lagergren (II)
:𝑞
Linear
:
𝑘 𝑞𝑚𝑎𝑥
𝑞𝑡
+
.t
dimana t adalah waktu (menit), q adalah kapasitas jerapan (mg g-1), dan k adalah konstanta (menit-1). Hasil persamaan yang didapat merupakan kemampuan jerapan persatuan waktu.
4
HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Kimia Zeolit Alam Nilai kapasitas tukar kation (KTK) yang dihasilkan oleh zeolit alam merupakan besaran kemampuan pertukaran ion yang dimiliki. Pertukaran ion pada zeolit alam dihasilkan dari proses subtitusi isomorfik atom Si oleh Al dalam struktur zeolit, dimana Al akan menghasilkan kelebihan muatan negatif dan diikat oleh kation alkali seperti K+, Na+, Ca2+, Mg2+. Semakin banyak muatan negatif yang dihasilkan, maka kemampuan pertukaran ion juga semakin besar. Tabel 2 menunjukkan masing-masing zeolit alam memiliki nilai KTK yang beragam. Zeolit Tasikmalaya memiliki nilai KTK tertinggi (137.58 me 100 g-1) dibandingkan dengan Bayah (96.75 me 100 g-1) dan Lampung (87.72 me 100 g-1). Hal tersebut diduga karena muatan negatif yang dihasilkan zeolit Tasikmalaya lebih banyak dibandingkan dengan zeolit Bayah dan Lampung, sehingga kemampuan pertukaran ion yang dihasilkan semakin tinggi. Zeolit Tasikmalaya juga lebih banyak mempertukarkan kation Ca dibandingkan dengan kation lainnya (K, Na dan Mg), diduga bahwa zeolit Tasikmalaya memiliki persentase jenis mineral klinoptilolit-Ca lebih besar (Lampiran 9) sehingga memungkinkan kation Ca pada zeolit Tasikmalaya lebih banyak dipertukarkan dilarutan kontak. Tabel 2 Hasil analisis karakteristik kimia pada 3 macam zeolit alam Zeolit alam
KTK (me 100 g-1)
Basa-basa (me 100 g-1) K
Na
Ca
Mg
KB (%)
pH H2O
Lampung
87.72
6.67
2.45
54.39
10.12
83.96
6.73
Bayah
96.75
3.21
3.69
94.89
10.56
116.13
8.92
137.58
3.31
5.15
106.03
10.51
90.87
7.28
Tasikmalaya
Tabel 2 menunjukkan zeolit Bayah memiliki nilai kejenuhan basa (KB) tertinggi (116.13%) dibandingkan dengan zeolit Tasikmalaya (90.87%) dan Lampung (83.96%). Hal tersebut berbanding lurus dengan nilai pH dari ketiga zeolit alam. Sesuai dengan pernyataan Soepardi (1983), bahwa antara persentase kejenuhan basa dan pH terdapat korelasi yang nyata. Secara umum jika nilai KB tinggi maka pH nya juga tinggi. Nilai pH yang dihasilkan menunjukkan konsentrasi ion H+ yang merupakan indikator kemasaman. Selain itu, ion H+ juga merupakan kation yang dapat dipertukarkan pada proses pertukaran kation. Nilai KB dan pH yang tinggi menunjukkan rendahnya konsentrasi ion H+. Faktor lain yang mempengaruhi besar kecilnya nilai basa pada zeolit alam yaitu pada tingkat kemurniannya. Zeolit memiliki tingkat kemurnian yang rendah ketika masih terdapat pengotor, berupa mineral lain. Menurut Ginting et al. (2007) umumnya pembentukan zeolit alam di lingkungan yang bersifat alkali, sehingga diduga mineral tersebut bersifat basa yang mungkin dapat meningkatkan nilai kejenuhan basa zeolit alam. Asosiasi dengan mineral-mineral tersebut dipengaruhi oleh kondisi lingkungan pembentukannya.
5
Identifikasi Jenis Mineral Zeolit Alam Jenis mineral yang dimiliki oleh zeolit alam sangat beragam. Keberagaman tersebut akan memengaruhi kemampuannya dalam menjerap kation. Mineral zeolit pada umumnya memiliki komponen silika dan alumina. Banyaknya silika dan alumina disetiap jenis mineral berbeda tergantung kondisi lingkungan dan proses pembentukannya. Hasil identifikasi jenis mineral zeolit alam dapat disajikan Lampiran 7,8, dan 9.
Gambar 1 Difraktogram jenis-jenis mineral zeolit alam Tabel 3 Data interpretasi 2θ dalam identifikasi jenis pada 3 macam zeolit alam 2θ
Jenis zeolit
Lampung
16.880, 20.520, dan 22.220
Clinoptilolite-Ca Clinoptilolite-K
Bayah
16.920, 22.400, dan 25.820
Mordenite Clinoptilolite-Ca
Zeolit alam
Tasikmalaya
0
0
16.88 , 22.38 dan 25.78
0
Clinoptilolite-Ca Mordenite Clinoptilolite-K Clinoptilolite-Na
Berdasarkan gambar 1 menunjukkan pola puncak difraktogram dari ketiga zeolit alam yang berbeda pada sudut difraksi 2θ. Zeolit Lampung memiliki jenis mineral klinoptilolit, zeolit Bayah dan Tasikmalaya memiliki kombinasi jenis
6
mineral klinoptilolit dan mordenit. Keberagaman jenis mineral zeolit diduga karena kondisi lingkungan dan proses pembentukannya. Jenis mineral zeolit yang beragam mungkin dapat mempengaruhi besarnya pertukaran ion. Menurut Kismolo et al. (2012) dan Las et al. (2002) faktor jenis mineral zeolit dapat mempengaruhi nilai KTK, dimana zeolit jenis klinoptilolit pada umumnya antara 150-200 me 100 g-1 dan jenis mordenit antara 229-279 me 100 g-1. Tabel 3 juga menunjukkan bahwa kandungan unsur Ca, K, dan Na pada setiap jenis mineral zeolit alam merupakan kation utama yang dapat dipertukarkan. Kemampuan Zeolit Menjerap Ion Logam Berat Cu, Pb, dan Zn Berdasarkan hasil analisis jerapan logam berat dari ketiga zeolit alam yang digunakan, perbedaan nilai KTK ketiga zeolit alam tidak menyebabkan adanya perbedaan terhadap kemampuan jerapan ion logam Cu, Pb, dan Zn secara signifikan. Walaupun demikin, masing-masing zeolit alam mampu menjerap logam Cu, Pb, dan Zn. Penjerapan ion logam dalam zeolit alam terjadi karena adanya proses subtitusi isomorfik Si oleh Al, dimana Al akan menghasilkan kelebihan muatan negatif dan diikat oleh muatan positif seperti logam alkali atau alkali tanah. Kation alkali atau logam alkali tersebut dapat digantikan oleh ion logam Cu, Pb, dan Zn dalam larutan kontak dan terjebak dalam pori zeolit yang menyebabkan proses penjerapan terjadi. Sesuai dengan pernyataan Soedirman et al. (2002), bahwa kation alkali dilepaskan dari pori zeolit dan dipertukarkan dengan ion logam melalui proses adsorpsi. Hasil analisis kapasitas jerapan logam Cu, Pb, dan Zn disajikan pada Gambar 2. 98,14
Kapasitas jerapan (mg g-1)
100
80
98,39
98,03
77,79
76,52
71,93 Cu
60
Pb 40
34,12
29,83
Zn
23,80 20
0 Lampung
Bayah
Tasikmalaya
Gambar 2 Kapasitas jerapan ion logam Cu, Pb, dan Zn pada 3 macam zeolit alam Beberapa penelitian terdahulu mengenai kemampuan jerapan zeolit alam terhadap logam berat disajikan pada Tabel 4. Pada tabel tersebut menunjukkan bahwa zeolit alam dengan aktivasi dan tanpa aktivasi memiliki kemampuan penjerapan yang berbeda. Zeolit alam yang diaktivasi memiliki nilai kapasitas jerapan yang lebih rendah dibandingkan dengan zeolit tanpa diaktivasi. Hal tersebut diduga bahwa terjadi proses dealuminasi yang menyebabkan kerusakan
7
struktur zeolit akibat proses aktivasi. Kerusakan struktur tersebut diduga karena adanya pemutusan atom Al dalam kerangka zeolit yang menyebabkan muatan negatif berkurang, sehingga dapat memungkinkan penurunan daya jerap. Tabel 4 Kemampuan zeolit alam menjerap ion logam berat Cu, Pb, dan Zn No
Zeolit alam
Logam Berat
1
Lampung*
Cu
Kapasitas jerapan (mg g-1) 78.34
Pb
98.14
Zn
29.83
Cu
78.34
Pb
98.03
Zn
23.8
Cu
77.33
Pb
98.39
2
3
Bayah*
Tasikmalaya*
Zn 4
Zeolit alam jenis mordenit teraktivasi panas
Sumber Penelitian ini
Penelitian ini
Penelitian ini
34.12 0
20.49
0
21.69
0
Cu (suhu 33 ) Cu (suhu 39 ) Cu (suhu 43 )
23.14
5
Lampung teraktivasi asam
Pb
58.75
Cu
11.7
6
Bayah teraktivasi panas dan asam
Zn
13.04
Pb
53.4
Cu Keterangan : (*) : zeolit alam tanpa aktivasi
Kundari et al.(2008)
Buasri et al.(2008) Nova (2012)
19.55
Kapasitas jerapan (mg g-1)
Proses penjerapan ion logam Cu, Pb, dan Zn oleh zeolit alam dengan pengaruh waktu disajikan pada gambar 3, 4, dan 5. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Lampung Bayah Tasikmalaya
0
15
30 45 Waktu (menit)
60
75
Gambar 3 Penjerapan ion logam berat Tembaga (II) Sulfat dengan pengaruh waktu
Kapasitas Jerapan (mg g-1)
8
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Lampung Bayah Tasikmalaya 0
15
30 45 Waktu (Menit)
60
75
Kapasitas Adsorspi (mg g-1)
Gambar 4 Penjerapan ion logam berat Timbal (II) Nitrat dengan pengaruh waktu 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Lampung Bayah Tasikmalaya
0
15
30 45 Waktu (Menit)
60
75
Gambar 5 Penjerapan ion logam berat Seng (II) Sulfat dengan pengaruh waktu Gambar 3 menunjukkan nilai maksimum penjerapan ion logam Cu pada waktu 45 menit dan terjadi penurunan pada waktu 60-75 menit. Hal ini disebabkan interaksi aktif jerapan yang terjadi pada proses penjerapan ion logam Cu tertinggi pada waktu 45 menit, namun pada waktu 60-75 menit merupakan interaksi pasif yang melibatkan proses desorpsi. Gambar 4, ketiga zeolit alam hanya memerlukan waktu 15 menit untuk mencapai kesetimbangan dalam menjerap ion logam Pb. Hal ini menjelaskan bahwa pada waktu 15 menit zeolit alam telah jenuh oleh logam Pb. Gambar 5 menunjukkan penjerapan logam Zn masih cenderung berfluktuasi pada selang waktu 15-75 menit. Waktu 30 dan 75 menit menunjukkan kemampuan maksimum zeolit menjerap logam Zn. Hal ini menunjukkan bahwa untuk mencapai waktu kesetimbangan terhadap penjerapan logam Zn, ketiga zeolit alam membutuhkan waktu yang lebih lama. Selanjutnya analisis kapasitas jerapan maksimum ion logam berat Cu, Pb, dan Zn oleh masing-masing zeolit alam didapat dengan persamaan Lagergren. Tabel 5 menunjukkan bahwa zeolit Tasikmalaya cenderung memiliki nilai kapasitas jerapan maksimum ion logam Cu, Pb, dan Zn lebih besar dibandingkan zeolit Lampung dan Bayah. Besarnya daya jerap zeolit Tasikmalaya berbanding lurus dengan besarnya nilai KTK. Hal tersebut dikarenakan zeolit alam
9
mengandung senyawa aluminasilikat terhidrasi yang merupakan gugus aktif pada struktur zeolit. Adanya proses subtitusi isomorfik Si oleh Al pada struktur zeolit akan menghasilkan kelebihan muatan negatif dan dapat diikat oleh muatan positif seperti kation alkali atau logam alkali. Semakin banyak muatan negatif, maka kemampuan pertukaran ion juga semakin besar. Kation-kation tersebut dapat dipertukarkan dan djerap oleh kation lain seperti ion logam Cu, Pb, dan Zn dalam larutan kontak. Tabel 5 Kapasitas jerapan maksimum ion logam Cu, Pb, dan Zn pada 3 macam zeolit alam Zeolit alam Lampung Bayah Tasikmalaya
Cu 74.63 78.13 98.04
Kapasitas jerapan maksimum (qe) mg g-1 Pb Zn 98.04 30.96 97.09 31.06 99.01 34.36
KTK (me 100 g-1) 87.72 96.75 137.58
Tabel 5 juga menjelaskan bahwa nilai jerapan ion Pb oleh zeolit Bayah cenderung lebih rendah dibandingkan dengan zeolit Lampung dan Tasikmalaya. Hal ini dikarenakan zeolit Bayah memiliki pH lebih tinggi (8.92) dibandingkan dengan pH zeolit Lampung (6.73) dan Tasikmalaya (7.28). Pelepasan ion H+ yang rendah pada zeolit Bayah menyebabkan ikatan dengan situs aktif zeolit juga sedikit dan diduga dapat mempegaruhi rendahnya daya jerap ion logam Pb. Sebaliknya pada zeolit Lampung dan Tasikmalaya, jumlah pelepasan ion H+ yang tinggi menyebabkan ikatan dengan situs aktif zeolit besar. Ion H+ juga merupakan kation yang dapat dipertukarkan dengan ion logam, sehingga memungkinkan daya jerap kedua zeolit tersebut sangat dipengaruhi oleh konsentrasi ion H+. Lestari et al. (2003) menjelaskan bahwa derajat kemasaman (pH) merupakan faktor yang sangat mempengaruhi proses jerap ion logam dalam larutan, karena keberadaan ion H+ dalam larutan akan berkompetisi dengan kation untuk berikatan dengan situs aktif. Selain itu pH juga akan mempengaruhi jenis ion yang ada dalam larutan sehingga akan mempengaruhi terjadinya interaksi ion dengan situs aktif bahan penjerap (adsorbent). Berdasarkan hasil penjerapan maksimum ion logam Cu, Pb, dan Zn pada Tabel 5, nilai jerap ion logam Pb jauh lebih besar dibandingkan dengan Cu dan Zn. Hal tersebut dapat dipengaruhi oleh faktor selektivitas zeolit alam dalam menjerap suatu logam. Menurut Trisunaryanti et al. (2005), selektivitas yang tinggi dapat mempengaruhi mudah tidaknya zeolit alam menjerap suatu unsur logam. Blanchard et al. (1985) menyatakan urutan selektivitas zeolit alam dalam menjerap ion logam yaitu Cs>Rb>K>NH4>Pb>Ag>Ba>Na>Sr>Ca>Li>Cd>Cu> Zn. Faktor lain yang dapat mempengaruhi proses penjerapan yaitu nilai elekronegatifitas suatu ion. Berdasarkan posisi unsur pada daftar periodik kimia semakin kekanan suatu ion maka semakin besar nilai elektronegatifitasnya. Nilai elektronegatifitas ion Pb ternyata lebih besar dibandingkan dengan dua ion logam lainnya, sehingga diduga ion Pb jauh lebih mudah dijerap dibandingkan dengan Cu dan Zn.
10
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan 1.
2.
Terdapat perbedaan karakteristik secara kimia maupun jenis mineral dari ketiga zeolit alam yang digunakan. Zeolit Tasikmalaya memiliki nilai KTK tertinggi (137.58 me 100 g-1) dibandingkan dengan zeolit Bayah (96.75 me 100 g-1) dan zeolit Lampung (87.72 me 100 g-1). Zeolit Lampung merupakan jenis mineral klinoptilolit, sedangkan zeolit Bayah dan Tasikmalaya merupakan kombinasi jenis mineral klinoptilolit dan mordenit. Tiga zeolit alam memiliki kemampuan menjerap logam berat sebesar 71-77 mg g-1 ion Cu, sekitar 98 mg g-1 ion Pb, dan 30-34 mg g-1 ion Zn. Saran
1.
2.
Analisis penjerapan logam berat Cu dan Zn oleh zeolit alam berdasarkan pengaruh waktu perlu analisis lanjut untuk mengetahui waktu kesetimbangan. Perlu adanya uji luas permukaan, jumlah Si/Al, dan jumlah pori dari beberapa macam zeolit alam untuk mendapatkan hasil yang lebih detail.
DAFTAR PUSTAKA Amri A, Supratno, Fahrurozi M. 2004. Kesetimbangan adsorpsi optimal campuran binner Cd (II) dan Cr (II) dengan zeolit alam terimpregnasi 2merkaptobenzotiazol. Jurnal Natur Indonesia. 6 : 111-117. Buasri A, Chaiyut N, Phattarasirichot K, Yongbut P, Nammueng L. 2008. Use of natural clinoptilolite for the removal of lead (II) from wasteater in batch experiment. Jurnal Science 3(5): 447-456. Darmono. 1995. Logam dalam Sistem Biologi Mahluk Hidup. Universitas Indonesia (UI-Press). Jakarta Ginting Aslina Br, Anggreni D, Indaryati S, dan Kriswarini R. 2007. Karakterisasi komposisi mineral kimia, luas permukaan pori, dan sifat termal dari zeolit Bayah, Tasikmalaya, dan Lampung. J Teknologi 3(1): 1907–2635. Kismolo E, Nurimaniwathy, dan Suyatno T. 2012. Karakterisasi kapasitas tukar kation zeolit untuk pengolahan limbah b3 cair [skripsi]. Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN . Yogyakarta. Kundari NA, dan Slamet W. 2008. Tinjauan kesetimbangan adsorpsi tembaga dalam limbah pencuci PCB dengan zeolit. J Teknologi Yogyakarta. 19780176. Las T dan Zamroni H. 2002. Penggunaan zeolit dalam bidang industri dan lingkungan. Jurnal Zeolit Indonesia 1(1):1411-6723. Las T. 2006. Mengenal mineral zeolite. J Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta. 3(1):64-75. Lestari S & Eko SM. 2003. Studi kemampuan adsorpsi biomassa saccharomyces cerevisiae yang termobilkan pada silika gel terhadap tembaga (II). J Teknologi dan sains 16A(3):357–371.
11
Nova R. 2012. Modifikasi zeolit alam terimobilisasi nanopartikel Ag dengan lsistein dan asam 3-merkaptopropanoat sebagai adsorben ion logam berat [skripsi]. Universitas Indonesia. Said M, Prawati AG, dan Murenda E. 2008. Aktivasi zeolit alam sebagai adsorben pada adsorpsi larutan iodium [skripsi]. Yogyakarta. Supandi, Purwanto A, Bambang HP. 1999. Analisis struktur kristal klinoptilolit dan mordenit alam. Jurnal Ilmu dan Rekayasa Material 1(1):25-32. Jakarta. Soediman S, Moegiardjo, Pitoatmadja YD, Nyotohadi SA. 2002. Penetapan kandungan zeolit serta daya jerap batuan vulkanik dari Bandung, Malang, dan Tulungagung dibanding attapulgit. Artocarpus 2(2):85-96. Soepardi G. 1983. Sifat dan ciri tanah. Institut Pertanian Bogor. Bogor Subowo, Mulyadi, Widodo S dan Nugraha A. 1999. Status dan Penyebaran Pb, Cd, dan Pestisida pada Lahan Sawah Intensifikasi di Pinggir Jalan Raya. Prosiding. Bidang Kimia dan Bioteknologi Tanah. Puslittanak. Bogor. Suhala S dan Arifin M. 1997. Zeolit bahan galian industri pusat penelitian dan pengembangan teknologi mineral [skripsi]. Bandung. Sunaryo A. 2014. Banyak sungai di Solo tercemar limbah, baku mutu air rendah [Internet]. [diunduh 2015 Nov 10]. Tersedia pada: http// regional.Kompas.com/read/2015/05/28/19450091. Tangio JS. 2013. Adsorpsi logam timbal (Pb) dengan menggunakan biomassa enceng gondok (Eichhorniacrassipes) [skripsi]. Universitas Negeri Gorontalo. Trisunaryanti W, Triwahyuni E, Sudiono S. 2005. Preparasi, modifikasi dan karakterisasi katalis NI-Mo/Zeolit alam dan Mo-NI/Zeolit alam. J Sains Kimia 10(4):269-282.
12
LAMPIRAN
13
Lampiran 1 Hasil penjerapan ion logam berat Cu pada 3 macam zeolit alam dengan pengaruh waktu Kapasitas jerapan (mg g-1)
Waktu (menit)
Lampung
Bayah
Tasikmalaya
15
19.59
17.72
20.19
30
24.18
21.32
19.97
45
77.79
76.52
71.93
60
78.34
78.34
77.33
75
37.21
35.20
35.49
Lampiran 2 Hasil penjerapan ion logam berat Pb pada 3 macam zeolit alam dengan pengaruh waktu Kapasitas jerapan (mg g-1)
Waktu (menit)
Lampung
Bayah
Tasikmalaya
15
96.47
96.39
96.56
30
96.80
96.57
96.77
45
96.89
96.89
97.23
60
96.94
96.78
97.35
75
98.14
98.03
98.39
Lampiran 3 Hasil penjerapan ion logam berat Zn pada 3 macam zeolit alam dengan pengaruh waktu Kapasitas jerapan (mg g-1)
Waktu (menit)
Lampung
Bayah
Tasikamalaya
15
19.38
13.73
11.37
30
29.83
23.80
34.12
45
22.87
17.39
28.75
60
22.90
23.45
25.40
75
31.37
26.24
27.17
14
Lampiran 4 Difraktogram jenis mineral zeolit alam Lampung
15
Lampiran 5 Difraktogram jenis mineral zeolit alam Bayah
16
Lampiran 6 Difraktogram jenis mineral zeolit alam Tasikmalaya
17
Lampiran 7 Hasil analisis difraktogram jenis mineral zeolit alam Lampung No. 1 2 3 4 5 6 7 Indeks A B
2theta [º] 13.30 15.18 16.88 20.52 22.22 25.96 29.86 Jumlah (%) 93.1 6.9
d [Å] 6.6516 5.8318 5.2481 4.3246 3.9974 3.4294 2.9898 Nama Clinoptilolite-Ca Clinoptilolite-K
Intensitas 80.32 70.89 136.35 219.82 635.05 186.13 172.51
Kecocokan AB AB AB AB AB AB AB
Lampiran 8 Hasil analisis difraktogram jenis mineral zeolit alam Bayah No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Indeks A B C
2theta [º] 13.50 15.20 16.92 20.52 22.12 22.40 25.82 27.90 30.08 31.12 32.16 Jumlah (%) 76.3 13.7 9.9
d [Å] 6.5535 5.8421 5.2358 4.3246 4.0153 3.9657 3.4477 3.1952 2.9684 2.8715 2.7810 Nama Mordenite Clinoptilolite-Ca Clinoptilolite-Na
Intensitas 213.36 113.62 154.70 262.17 875.87 25.87 317.40 344.07 202.34 115.28 92.62
Kecocokan A,B,C A,B,C A,B,C B,C A,B B,C A,B,C A,B,C A,B,C A,B,C A,B,C
Lampiran 9 Hasil analisis difraktogram jenis mineral zeolit alam Tasikmalaya No. 1 2 3 4 5 Indeks A B C D
2theta [º] 13.56 16.88 22.38 25.78 27.82 Jumlah (%) 46.4 27.8 18.8 6.9
d [Å] 6.5246 6.2481 3.9692 3.4529 3.2042 Nama Clinoptilolite-Ca Clinoptilolite-K Mordenite Clinoptilolite-Na
Intensitas 261.06 69.53 310.07 389.43 362.23
Kecocokan A,B,C,D A,B,C,D A,B,C,D A,B,C,D A,B,C,D
18
Lampiran 10 Perhitungan pembuatan larutan logam berat Cu dalam 1000 mL pada konsentrasi 1000 ppm 𝑚 𝑚
𝑚
Bobot
𝑚 𝑡
=
𝑚 𝑚
= = 3851.782163 mg = 3.851 g
Lampiran 11 Perhitungan pembuatan larutan logam berat Pb dalam 1000 mL pada konsentrasi 1000 ppm 𝑚 𝑚 Bobot
𝑚
𝑚
𝑡
=
𝑚
𝑚
= = 1598.532 mg = 1.598 g
Lampiran 12 Perhitungan pembuatan larutan logam berat Zn dalam 1000 mL pada konsentrasi 1000 ppm 𝑚 𝑚 Bobot
𝑚 =
= = 4395.0145 mg = 4.395 g
𝑚 𝑡 𝑚
𝑚
19
Lampiran 13 Data pengukuran pH pada 3 macam zeolit alam No
Zeolit alam
pH H2O 6.79
1
Lampung ulangan 1
2
Lampung ulangan 2
3
Lampung ulangan 3
4
Bayah ulangan 1
5
Bayah ulangan 2
6
Bayah ulangan 3
7
Tasikmalaya ulangan 1
8
Tasikmalaya ulangan 2
9
Tasikmalaya ulangan 3
Rata- rata 6.73
6.69 6.70 9.05
8.92
8.94 8.77 7.55
7.28
7.13 7.16
Lampiran 14 Data pengukuran KTK pada 3 macam zeolit alam N NaOH
V1 (mL)
V2 (mL)
V2-V1 (mL)
Blanko ulangan 1
0.227
0
17.3
17.3
2
Blanko ulangan 2
0.227
0
17.2
17.2
3
Lampung ulangan 1
0.502
0.227
17.2
32.4
15.2
92.7
4
Lampung ulangan 2
0.5057
0.227
0
15.3
15.3
87.53
5
Lampung ulangan 3
0.5049
0.227
15.3
30.6
15.3
87.67
6
Lampung ulangan 4
0.5033
0.227
0
15.3
15.3
87.95
7
Lampung ulangan 5
0.5013
0.227
15.3
30.6
15.3
88.3
8
Bayah ulangan 1
0.5078
0.227
0
15.4
15.4
82.7
9
Bayah ulangan 2
0.5016
0.227
15.4
30.5
15.1
97.3
10
Bayah ulangan 3
0.5041
0.227
0
15
15
101.32
11
Bayah ulangan 4
0.5011
0.227
15
30.4
15.4
83.81
12
Bayah ulangan 5
0.5073
0.227
0
15.1
15.1
96.21
13
Tasikmalaya ulangan 1
0.5045
0.227
15.1
29.2
14.1
141.73
14
Tasikmalaya ulangan 2
0.5032
0.227
0
14.2
14.2
137.59
15
Tasikmalaya ulangan 3
0.5033
0.227
14.2
28.4
14.2
137.56
16
Tasikmalaya ulangan 4
0.5051
0.227
0
14
14
146.06
17
Tasikmalaya ulangan 5
0.503
0.227
14
28
14
146.67
No
Sample
1
Bobot (gram)
KTK (me 100 g-1) 17.25
20
RIWAYAT HIDUP Penulis lahir di Serang Banten pada tanggal 22 Februari 1993, putri dari Bapak Abdullah dan Ibu Nuryati. Penulis merupakan anak ketiga dari lima bersaudara. Penulis mulai menempuh pendidikan formal di TK. Asyiah SerangBanten. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di SDN VII SERANG tahun 2005. Pada Tahun 2006 hingga 2011 penulis melanjutkan pendidikan di SMP dan SMA LATANSA Lebak-Banten. Penulis juga diterima di Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor pada tahun 2011 melalui jalur undangan seleksi masuk BUD. Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif di berbagai kepanitiaan dan organisasi, baik di dalam ruang lingkup departemen maupun di luar, seperti Himpunan Mahasiswa Ilmu Tanah (HMIT) sebagai divisi Komunikasi dan Informasi (KOMINFO) pada tahun 2014, acara Soildarity Ilmu Tanah, Seminar Nasional Ilmu Tanah, Masa Perkenalan Departemen ITSL sebagai anggota divisi PDD (Publikasi, Dekorasi, dan Dokumentasi), acara kunjungan panti asuhan sebagai divisi Sekertariat Sosial Lingkungan (SOSLING) CSS MORA 48 2012 dan acara lainnya yang diadakan di IPB.
