SINTESIS ZEOLIT DARI ABU SEKAM PAm MENGGUNAKAN METODE PROSES HIDROGEL Doyeh Setiawan,Dadang Sopriyatna P3TN-Batan,Bandung
ABSTRAK S/NTES/S ZEOLIT DAR/ ABU SEKAM PAD/ MENGGUNAKAN METODE PROSES H/DROGEL. ZeD/it merupakan suatu mineral yang sangat baik untuk bahan sorben. Ha/ ini zeD/it sebagai padatan krista/ yang terdiri dari mineral alumino si/ikat kerangka tiga dimensi, mempunyai rongga dan ce/ah dengan /uas pennukaan /ebih besar dibagian da/am dari pada dibagian /uamya. Sifat spesifik ini menjadikan zeD/it potensia/ untuk digunakan sebagai bahan sorben. Besamya /uas pennukaan zeD/it, pada saat ini sudah dapat disintesis sesuai dengan kebutuhan. Pada pene/itian ini proses sintesis zeD/it dari abu sekam padi sebagai sumber si/ikanya, te/ah di/akukan me/a/ui reaksi antara natrium si/ikat dengan natrium a/uminat da/am /ingkungan basa yang menghasi/kan krista/ zeD/it, metode ini dikena/ dengan proses hidroge/. Rendemen hasi/ zeD/it sintesis ada/ah 84 %, karakterisasi dengan metode X-RF dipero/eh perbandingan Si/A/ = 0.93, pengujian dengan X-RD dipero/eh jenis zeD/it Soda/it [ Na6(A/O2)6(SiO2)6.8H20], yang mempunyai /uas pennukaanspesifik 25,59 m2/g.)
ABSTRACT SYNTHESIS OF ZEOLITE FROM RICE HUSK ASH BY USING THE HYDROGEL PROCESS METHOD. Zeolite is a good mineral for sorbents material. Zeolite is a cristalline solid consisting of three dimension frame worl< alumino silicate, having cavity and space with bigger inside surface area than autside. The spesifications make zeolite potential for sorbents material. The zeolite surface can now be synthesized for various purposes. The synthesis of zeolite from rice husk ash as silicate source has been done by reacting sodium silicate and sodium aluminate in aic environment resulted in a crystall of zeolite structure. This method is called hydrogel process. The rendement of zeolite synthesis is 84 %. characterization with X-RF method is Si/AI = 0.93 ratio. with X-RD test ?ained a kind of zeolite soda lite [Na6(AIO2)6(SiOv6.8H20 J. has specific surface area 25.59 m /g.
PENDAHULUAN Z
eolit adalah suatu mineral yang menjadi salah satu topik yang menarik disetiap pertemuan
ilmiah, terutama dibidang industri, petemakan, kesehatan atau kelestarian lingkungan. Hal ini disebabkan karena zeolit merupakan padatan kristalin mampumemenuhikeinginanyang selama ini tidak dapatdiperolehdari mineral-mineralyang lain. Zeolit terdiri dari aluminosilikat yang membentuk kerangka tiga dimensi, mempunyai rongga daDcelah denganluas permukaandalarnnya lebih besar dari pada luas permukaankristal bagian luarIl]. Sifat demikian cocok untuk mempelajari aspek dasar keadaankesetimbangandaD kinetika peristiwa sorpsi. Besamya luas permukaanzeolit, sudah dapat disintesis sesuai kebutuhan dengan berkembangnyapenelitian-penelitiantentangzeolit. Telah dipublikasikan ratusanmetode sintesisyang umumnya meniru proses terbentuknya zeolit di
alaIn, yang dikenal sebagai proses hidrogel[2,3].
Proses hidrogel ini adalah reaksi antara alkali aluminat dengan alkali silikat dalam lingkungan basa membentuk gel daD berubah menjadi kristal setelah dibiarkan dalam waktu tertentu. Bentuk kristal tergantung jumlah daD jenis pereaksi yang digunakan seperti sumber SiO2 serta suhu. Sekam padi sisa penggilingan beras biasanya dibuang atau dibakar begitu saja, padahal sekam mempunyai kandungan spesiftk terutama tingginya serat kasar, lignin daD abu. Abu merupakan komponen inayoritas didalam sekam yang jumlahnya bervariasi antara 13,2 % -29 %, daDumumnya lebih dari 90 % adalah silikar4]. Pemanfaatan abu sekam padi dapat digunakan sebagai sumber SiO2 untuk tujuan sintesis zeolit, yang ditunjang mengingat bumi Indonesia penghasil beras yang besar. Luasnya permasalahan yang menyangkut mineral zeolit, sehingga perlu dilakukan pembatasan yang dalam penelitian ini hanya proses sintesis daD penentuan
Prosiding Pertemuan danPresentasi ttmiah P3TM-BATAN, Yogyakarta 14-15 Juti1999
Buku II
luas permukaan dari zeolit tersebur5.6).Sedangkan karakterisasi sifat zeolit seperti penukar ion, adsorpsi, katalis dan penyaring molekul merupakan laporan yang akan datang.
L = ns,N,crO
(2)
ns = [x/m]/W x/rn = K1 .C / K2 .C + I = K1 .C / K2 .C = K1 / K2 dirnana:
L = luas permukaanspesifik per gram adsorben,
TEORI
DASAR
rn2/g. ns = jumlah molekul kedudukan adsorbat per gram
Kerangka Zeolit terdiri dari molekulmolekul yang terikat satu sarna lain dengan gayagaya yang kuat akan membentuk struktur tiga dimensi yang kuat, disebut kisi kristal. Kisi kristal ini merupakan struktur mikro dari kerMgka zeolit yang terdiri dari penggabungan dan pengulangan unit-unit tetrahedral AlO4 dan SiO4 yang dihubungkan melalui atom oksigen. Rumus ideal dari struktur kisi zeolit adalah[1,3): Mx/n(AIO2)x(SiO2)y m H2O
TATA
CARA
Bahan
kimia
KERJA
(1)
dengan:
M = Ion logam x,y,m = bilangan tertentu n = muatan ion logam
bagian dalam kurung menunjukkan komposisi kerangka zeolit, dikenal kristal alumino silika. Klasiflkasi untuk identifikasi zeolit adalah berdasarkan unit-unit primer, sekunder, polihedral simetris[I,3,7): Unit primer merupakan bentuk tetrahedra dengan atom pusat Si4+ atau A14+ (disingkat T) dengan atom oksigen pada sudutsudutnya. Bentuk tetrahedral ini bergabung satu dengan yang lain membentuk kerangka tiga dimensi dengan rumusan ideal (TOVn' Unit sekunder merupakan hasil penyusunan unit primer berupa cincin-cincin tunggal, ganda. Cincin tunggal terdiri dari, Cincin empat tunggal, Cincin enam tunggal, Cincin delapan tunggal. Sedangkan Cincin ganda terdiri dari, Cincin empat ganda, Cincin enam ganda. Unit polihedral simetris adalah basil susunan daTi unit-unit primer, membentuk bangun yang besar, tersusun daTi 14 bedrOll dengan 24 unit bangun primer saling dihubungkan oleh 36 atom oksigen. Dari bangun sodalit terlihat ada 6 cincin empat tunggal, clan 6 cincin enam tunggal. Sodalit akan saling dihubungkan dengan sodalit lainnya melalui jembatan 4 oksigen, membentuk rongga polihedral yang kosong. Unit-unit polihedral sodalit jika dihubungkan dengan bagian luar unit sel melalui bangun sekunder cincin delapan, menghasilkan ruang celah dengan diameter tertentu. Bentuk rongga clan celah ini yang membuat zeolit berbeda daTimineral-mineral lain, sehingga aktivitas zeolit terjadi pada daerah ini dengan luas permukaan yang sangat besar. Untuk menentukan luas permukaan digunakan persamaan model adsorpsi isoterm sbb[5.6j.
ISSN 0216-3128
adsorben, mol/g. Tetapan ns ini diperoleh dari percobaan hubungan C/x/rn terhadap C,dengan kemiringannya adalah K2IK1 dan titik perpotongannya adalah IlK,. N = bilangan Avogadro 0'0= luas rnuka molekul efektif, Amstrong. W = Berat molekul
dan peralatan.
Bahan kimia yang digunakan adalah abu sekarn padi (asal Cibalong Tasikmalaya), Produk E.Merck : NaOH p.a, Na2CO3 p.a, HCI , KSCN p.a MetilenBiru. Peralatan yang digunakan adalah Timbangan Analitis (Mettler AE 200), Reaktor zeolit, XRF (Shimadzu Corp), Spektrofotometer UV-VIS (ShimadzuCorp), XRD (ShimadzuCorp), Furnist,peralatangelaslainnya. Analisis
abu
sekam
padi
Abu sekam padi sebanyak20 gram yang sudah halus dicuci dengan 50 ml HCl 10 %, kemudian dicuci dengan air suling sampai bebas asam,lalu dibakar dalam tanur pactasuhu 1000 °C selama 2 jam. Analisis komposisinya dilakukan denganmetodeXRF. Sintesis
zeolit
Ditimbangsejumlahbahandasarzeolit dari abu sekam padi yang telah ditentukan kadar silikanya, kemudian ditambah Na2CO3 dengan perbandingan1 : 2 (g), diaduk pactacawan platina clan dilebur pada suhu 1000 °C selama 0.5 jam. Hasil peleburandilarutkan dalam 100 ml air suling pactagelas kimia 500 mI. Dalanl gelas kimia yang lain dilarutkan 2 gram logam aluminiumdalam 100 ml NaOH 4 N, kemudian ditambahkankedalam basil leburan dan diaduk selama 2 jam sampai terbentuk gel yang homogen. Gel kemudian dimasukankedalam botol teflon dart ditempatkan pactareaktoryang tertutuprapatdengansuhu 90 °C selama2 hari. Hasil yang diperoleh berupa kristal kemudian dikarakterisasi komposisi kimianya denganmetodeXRF, jenis kristalnya denganXRD,
Kimia Nuklir
Duyeh Setiawan, dkk
~
ProsidingPertemuandan PresentasiIlmiah P3TM-BATAN,Yogyakarta14-15 Juli 1999
BukuII
penentuan luas permukaannya dengan adsorpsi
Analisis Sekam
isoterm langmuir terhadap metilen biru.
Penentuan Spesifi
Komposisi Dan Zeolit
Pengukuran
Luas Permukaan
Kimia Sintesis.
Abu
komposisi
kimia
dengan
menggunakanXRF diperoleh data seperti pada
k
Tabel 1.
Penentuanwaktukontak. Dimasukan larutan metilen biru kedalam botol 50 ml dengankonsentrasi 8 ppm sebanyak 25 mI. Selanjutnya zeolit ditimbang sebanyak0,1 g dan dimasukan kedalam larutan metilen biru tadi. Lalu larutan dikocok dengan yariasi waktu pengocokan 10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110 dan 120 menit pada suhu tetap, kemudian larutan disentrifugasi dan filtratnya diukur pada serapan panjang gelombang maksimum, 665 nm. Waktu kontak ditentukan melalui kurva antara waktu terhadap banyaknya metilen biru yang teradsorpsi.
Penentuankonsentrasikeseti/11bangan. Kedalam 7 buah botol 50 ml, masingniasing dimasukan 25 ml larutan metilen biru dengan konsentrasi 10, 15, 20, 25, 35, 40 dan 50 ppm. Kemudian zeolit ditimbang sebanyak 0, I g dan dimasukan kedalam masing-masing larutan metilen biru tadi, lalu dikocok melebihi waktu kontak dengan slmu tetap. Selanjutnya larutan disentrifugasi dan filtrat diukur serapannya pada panjang gelombang maksimum, 665 nm. Besamya luas permukaan dihitung dengan persamaan adsorpsi isoterm, yaitu dari perbandingan jumlah adsorbat dengan jumlah adsorben terhadap konsentrasi kesetimbangan.
Tabell.
Komposisi kimia abu sekam padi dan zeolit sintesis.
Parameter SiO2
AI203 Fe203 CuD MgO
PbO
K~£~.)
Abusekampadi 97,40 1,20 0,13 0,01 -,. 014 . 1,05_0,10
Zeoli!sin!esis 46,11 44,20
0,10 0,01 0,46 0,02-~O
Na20
Tabel I menunjukkan bahwa Sial dari abu sekam padi merupakan unsur yang dominan, sehingga dapat digunakan untuk bahan dasar dalam pembuatan zeolit. Untuk memperoleh zeolit dengan perbandingan Si/AI = I, maka dalam pembuatannya ditambahkan logam aluminium. Dari hasil sintesis zeolit diperoleh perbandingan Si/AI = 0,93 atau perbandingan SiOz/AlzOJ = 1,04. Karakterisasi
zeolit
si ntesis
Identifikasi zeolit dengan Difraksi Sinar-X Difraksi sinar-x mineral zeolit basil sintesis memberikan sudut hamburan yang dapat dikonversikan terhadap jarak antar bidang (d) melalui persamaan Bragg. Dan dapat ditentukan pula intensitas relatif (1/10) untuk setiap sudut HASIL DAN PEMBAHASAN hamburan yang dibandingkan dengan puncak yang tertinggi pactapola difraksi (Gambar I). Jarak antar Sintesis zeolit. bidang dan intensitas relatif dari setiap sudut Reaksi polimerisasi ion-ion aluminat hamburan basil penentuan X-RD untuk mineral dengansilikat dalam lingkunganbasamenghasilkan zeolit basil sintesis dib~dingkan dengan indeks kristal yang diawali pembentukan gel, disebut numerik ASTM (American Society for Testing of proses hidrotermal atau hidrogel. P~mbentukan Material) seperti ditunjukkan pactaTabel 2.
kristal berlangsung lambat, karena zeolit tidak seluruhnyabersifat janik, tetapi sebagianterbentuk dari reaksikondensasimembentukikatan Si-O-T (T = Al atau Si) bersifatkovalen. Reaksikimia proses hidrogeldiperkirakansebagaiberikut :
Tabel2.
Perbandingan harga (d) dan (1/10) zeolit basil sintesis dengan indeks numerik zeolit sodalit dan phillipsite menurut ASTM.
Zeolitsintesis
.. Na2S103aq+NaA1(Om4 aq+ NaOHaq
d
1ti=25°C
1/10 11 100
Zeoli!sodali! (ASTM)
~
[Na~(AIO2)o(SiO2)cNaOR.H20r [gel]
.. -175 °C t2=25
1 1 I 1,
11 17 16
100
~ 1§I. j!~
!~~TM)
1/10
1ii~~~ 30
41
Zeolitphillipsite
5 30
30
1/10
lli
~
~ ~
3,21
m
40 100 60 80 100 100
[N ax(AIO2)x(SiO2)y]..M.H20 + larutan (Kristal zeolit)
Duyeh Setiawan, dkk
Kimia Nuklir
ISSN 0216-3128
.§
8
Prosiding Pertemuan danPresentasi Ilmiah P3TM-BATAN, Yogyakarta 14-15Juli 1999
Buku11
Tabel 2 menunjukkan zeolit hasil sintesis merupakanjenis zeolit sodalit yang mempunyai rumuskimia : N%[(AIOz)6(SiOz)6.8HzO]
waktu kontak optimum dicapai pada waktu 40 menit. 2500
2000
t-::=~:==~=~
1500 x
1000 500
0
.'
I
0000000
I ('I
I
I ~
I
I to
I
I CO
I
I 0 ~
I ('I ~
Waldu kortak (nUll)
Gombar3. Hubunganx/m terhadapwaktukontak. Gambar1. Difraktogram zeolit hasil sintesis.
Penentuan
Penentuan Konsentrasi Kesetimbangan. Pengukuranserapanzeolit terhadapjumlah metilenbiru denganvariasikonsentrasiditunjukkan padaTabel4, clanGambar4.
Luas Permukaan
Spesifik.
Penentuan WaktuKontak. Pengukuranserapanzeolit terhadapmetilen bim dengan perlakuan waktu seperti ditunjukkan pactaTabel3.
Tabel4. Hasil serapanzeolit terhadapmetilen biru denganvariasikonsentrasi.
Tabel 3. Hasil serapanzeolit terhadapmetilen bim denganperlakuanwaktu.
m = berat zeD/it, CI = konsentrasi awa/, C2 = konsentrasi akhir (konsentrasi kesetimbangan); C3 = konsentrasi MB yang terserap, x = jum/ah MB yang terserap o/eh zeolit.
Tabel 4 menunjukkan hubungan antara jumlah metilen bim (x/m) yang terserapterhadap konsentrasi kesetimbangan, daD jika dibentuk kurvanyasepertiditunjukkanpactaGambar4. 0.012
m = beratzeD/it,W = konsentrasi awa/,w = konsentrasi akhir, Cs= konsentrasi yang terserap,(x = jum/ahmeti/enbirudB/am 25m/: 25/1000x CsMB),MB= meti/biru.
0.01 0.008 ~
0.006
Tabel 3 menunjukkan hubungan antarajumlah0.004 metilen biru (Xlm) yang terserapterhadap 0.002 variasi waktu dan jika dibuat bentuk graftknya 0 seperti,ditunjukkanpadaGambar3. 123456.7 8 Gambar3 menunjukkanbahwapadaw!lktu Konsentrasi, (mgl1) 10 menit pertamajumlah metilen biru yang terserap oleh zeolit lebih besardibandingka'1denganwaktu Gambar4. HubunganxIm terhadapkonsentrasi berikutnya, hal ini disebabkan pori-pori dari permukaan zeolit belum terjenuhkan..Kemudian Gambar 4 menunjukkan bahwa jumlah setelah 40 menit daya serap zeolit menunjukkan metilen biru yang diserap oleh zeolit mencapai serapan yang konstan atau tidak menunjukkan kesetirnbangan(kejenuhan) pada konsentrasi 40 perbedaanserapanyang berarti. Dengandemikian rng/l, yaitu suatu keadaan dimana kecepatan adsorpsi daD desorpsi adalah sarna. Dengan adanya
ISSN 0216-3128
Kimia Nuklir
Duyeh Setiawan, dkk
kejenuhan dari perbandingan jumlah adsorbat dengan jumlah adsorben yang digunakan terhadap konsentrasi kesetimbangan, maka dapat dijadikan sebagai ungkapan prinsip dari model adsorpsi isoterm Langmuir. Bentuk grafik hubungan C/x/m terhadap konsentrasi kesetimbangan akan memberikan data untuk perhitungan luas permukaan spesifik, seperti Gambar 5. 700 600 500 -E 400
~
U
-
300 200 ,.-
~
100 ro
v ...:
0)
(0 ...:
"'"
0) '""=
N
Ln
.-"'" !'-o:
M
N
.-
.r.:
~
(0
Konsentrasi, mgl1 Gambar 5. Hubungan C/X/m terhadap konsentrasi model adsorpsi isoterm Langmuir. Gambar 5 menunjukkan bahwa bahwa harga koefisien arah (K2/KJ diperoleh sebesar 69,118 dan harga intersep (I/KJ sebesar 155,302, sehingga didapat persamaanmatematiknya : C/x/m = 69,118. C + 155,302 sehingga diperoleh harga K) = 0,006 dan K2 = 0,415. Selanjutnya digunakan untuk menghitung luas permukaan spesifik, dan menurut persamaan 2 diperoleh luas permukaan zeolit sebesar25,59 m2/g.
KESIMPULAN Oari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa mineral zeolit basil sintesis diperoleh rendemen sebesar 84 %, mempunyai perbandingan Si/AI = 0,93 atau SiO2/AI2O3 = 1,04, dengan .luas
DAFTAR
1. DRZAJ, C.,Zeolite synthesis, structure, technologyand aplication,(Elseiver,New York, 1985). 2. HAMDAN,H. AND LISTIORINI, E.,Novel synthesisand characterizationof zeolite ZSM-5 from rice husk, (Johar Barn : Universitas TeknologiMalaysia,1994) 3. SUBAGIO, :Zeolit Struktur Dan Sifat-sifatnya, WartaInsinyurKimia, 7, 3:17 -23, (1993). 4. SETIAWAN.D, NANDANG, : Sintesis Dan Karakterisasi Zeolit Dari Abu Sekam Padi Sebagai Bahan Penyerap Limbah Uranium, (SkripsiProgramS-l, FMIPA UNPAD, 1998) 5. ALBERTY, A.R AND DANIELS F., Physical chemistry,(Fifth edition, John Wiley and Sons, New York, 1980). 6. ADAMSON, W.A.,The phisical chemistry of surfaces, (Second edition, Inter-science Publishers,New York, 1967). 7. SETIAWAN.D, : Penyerapan Radionuklida Stronsium-85Dalam SampahRadio-aktif Oleh Zeolit Asal Bayah-JawaBarat, (Skripsi Program S-l, FMIPA UNPAD, 1985).
TANYA JAWAB Sunarhadijoso
Duyeh Setiawan: ..0..Perlakuan pemanasan diatas 300'C dan perlakuan terhadap asam pH <4 menyebabkan terjadi proses dealuminasi (pemutusan ikatan aluminium) atau kerusakan struktur zeolit tersebut. ..0..Sangat memungkinkan untuk kerjasama.
N~[(AIOv6(SiOv6.8H2O].
KASIH
:
Terima kasih disampaikankepadasaudara Nandang mahasiswa program S-l Universitas PadjadjaranBandungyang telah membantuselama penelitianberlangsung.
Duyeh Setiawan, dkk
:
~ Apakah dilakukan uji kestabilan kirnia atau terrnal terhadapzeolit basil sintesis,bagaimana hasilnya? ~ Apakah kira-kira terbuka kemungkinan kerjasama penggunaan zeolit basil sintesis tersebutuntuk penelitianpemisahanradioisotop di P2RR?
permukaan spesifIk 25,59 m2/g. Karakterisasi dengan menggunakan Oifraksi Sinar-X diperoleh jenis zeolit sodalit mempunyai TUlliUS kimia
UCAP AN TERIMA
PUSTAKA
Prayitno : );- Apa perbedaan zeolit alam dengan zeolit abu sekam padi? );- Untuk penggunaan apa saja zeolit clan abu sekam, bagaimana mekanisme reaksi apabila digunakan untuk penyerapan logam-logam berat?
Kimia Nuklir
ISSN 0216-3128
'()' "S;'" "1\1-'
ProsidingPertemuandan PresentasiIlmiah P3TM-BATAN,Yogyakarta14-15 Juti 1999
Buku11
10
~ Mikro struktur daTizeolit abu sekampadi sarna denganzeolit alamyang telahdiaktitkan? Duyeh Setiawan: -<}-Zeolit alam dengan zeolit sintesisjika dilihat dari struktur kimianya sarna-sarna merupakan struktur yang mengandung komposisi -Si -AI.t;.. Salah satunya digunakan dalam pemisahan produksi radioisotop. Mekanisme reaksi dengan logam 0
0 -.,
s,
(0
"'_/
" /.
u
0
0
0,
"
.,,'", 0
<)
..t;.. Struktur zeD/it (komposisi 0
,°,
0 So
,°,
\Ni"/ At"
/
0
Hasan:
» Mohon dijelaskantentangzeolit. » Apa manfaat zeolit, dan sejauh mana penggunaan zeolit dalamindustri? » Mohon dijelaskantentanghidrogel.
"' \SII
/
\
0
utama)
0
811
ISSN 0216-3128
Kimia Nuklir
Duyeh Setiawan: .{. Zeo/it ada/ah padatan krista/in yang terdiri dari Alumino Silikat (Kristal zeolit sodalit = [Nax(A/O:z}x(SiO:z}yH20 J) .{. Manfaat zeolit dalam industri diantaranya untuk dipakai dalam proses leaching pada pemboran sumber minyak, untuk katalis dalam produk\'i radioisotop. .{. Hidrogel adalah suatu proses reak\'i an tara alkali aluminat dengan alkali silikat dalam lingkungan basa membentuk gel dalam kondisi alamiah.
Duyeh Setiawan, dkk
