JURNAL SAINS DAN SENI POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6
1
Sintesis Zeolit-X Berpendukung Serat Gelas Sebagai Material Penyerap CO2 : Variasi Waktu Perendaman dan Konsentrasi NaOH Pada Aktivasi Serat Gelas Anggita Rara Kumala Wardani dan Nurul Widiastuti Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected]
Abstrak—Pada penelitian ini zeolit X berpendukung material serat berhasil disintesis menggunakan metode hidrotermal sederhana. Serat gelas (glass wool) digunakan sebagai material serat dengan variasi waktu dan konsentrasi pada aktivasi serat. Proses aktivasi serat gelas memberikan pengaruh terhadap kristalinitas zeolit X dan pertumbuhan kristal zeolit X pada permukaan serat. Hasil karakterisasi menggunakan XRD, SEM, AFM menunjukkan bahwa kristal zeolit X dapat tumbuh menyelimuti permukaan serat dengan kristalinitas paling tinggi pada konsentrasi aktivasi serat sebesar 4M selama 24 jam (1 hari). Luas permukaan dan karakteristik pori dianalisis menggunakan adsorpsi isotherm gas N2. Pengukuran adsorpsi karbon dioksida secara gravimetri menunjukkan bahwa zeolit X berpendukung material serat mampu menangkap gas karbon dioksida pada suhu ruang hingga mencapai 2,83% berat. Kata Kunci—Zeolit X, serat gelas , aktivasi, adsorpsi, karbon dioksida.
I. PENDAHULUAN
K
ARBON dioksida merupakan gas yang dianggap pemicu utama terjadinya efek rumah kaca yang pada akhirnya menimbulkan fenomena pemanasan global. Hal ini ditandai dengan terjadinya pergeseran iklim, naiknya suhu bumi serta kenaikan permukaan laut [5,14,32]. Sebagian besar gas karbon dioksida di bumi ini merupakan hasil pembakaran dari bahan bakar fosil karena hampir 85% kebutuhan energi dunia berasal dari bahan bakar fosil [14]. Permasalahan tersebut harus segera diatasi untuk menekan jumlah gas karbon dioksida yang lepas menuju atmosfer, sehingga efek rumah kaca maupun pemanasan global dapat dikurangi. Salah satu cara yang dapat digunakan untuk mengatasi masalah gas karbon dioksida tersebut adalah menggunakan metode penangkap karbon dioksida. Beberapa metode yang dilakukan untuk menangkap CO2 adalah absorpsi menggunakan pelarut kimia [19,34], kriogenik, membran [11] dan adsorpsi [4,35,38]. Dari keempat metode penangkap CO2 tersebut, metode adsorpsi memiliki keunggulan dalam hal selektivitas terhadap CO2 paling tinggi diantara semua metode serta memiliki waktu relatif cepat untuk menangkap CO2. Oleh karena itu, dalam penelitian ini digunakan metode adsorpsi menggunakan material berpori untuk menangkap CO2. Salah satu material penangkap karbon dioksida yang
menarik perhatian para peneliti adalah zeolit. Material ini telah dilaporkan memiliki kapasitas adsorpsi CO2 relatif besar pada kondisi 25°C dan tekanan relatif rendah [2,4,38]. Kristal zeolit memiliki kemampuan untuk membentuk kerangka zeolit dengan ukuran pori bervariasi, sehingga dapat dimanfaatkan sebagai material penangkap CO2. Beberapa jenis zeolit yang pernah digunakan untuk material penangkap CO2 adalah Zeolit A, ZSM-5, Zeolit X atau Y (FAU) dan Sodalit [2,27,38]. Zeolit X memiliki kapasitas adsorpsi CO2 relatif besar antara 4-6 % berat dengan kondisi 25°C dan tekanan 1 bar [18,27,30]. Berdasarkan kemampuan zeolit tersebut, maka dalam penelitian ini digunakan Zeolit X sebagai material untuk mengetahui kapasitas adsorpsi karbon dioksida. Hasil sintesis zeolit X berupa serbuk dengan ukuran relatif kecil dan sulit dipisahkan, sehingga bentuknya perlu diubah dengan menambahkan perekat. Tapi, cara tersebut justru dapat menurunkan kemampuan zeolit untuk adsorpsi gas [3,7]. Cara lain yang dapat digunakan adalah dengan menambahkan material pendukung serat saat sintesis zeolit X. Material pendukung serat memiliki banyak keuntungan karena memiliki filamen panjang yang mudah dibentuk [28]. Rella (2013) menggunakan serat gelas (glass wool) sebagai material pendukung dalam sintesis zeolit A. Menurut penelitian Okadaa dkk. (1997) dan Jiang dkk. (2012), konsentrasi larutan NaOH yang digunakan untuk aktivasi serat dapat mempengaruhi kristalinitas zeolit yang menempel pada permukaan material pendukung. Oleh karena itu, perlu studi lebih lanjut untuk mengetahui pengaruh kondisi aktivasi serat terhadap kristal zeolit yang menempel pada permukaan serat. Pada penelitian ini dilakukan sintesis zeolit X dengan menggunakan material pendukung serat. Jenis serat yang digunakan adalah serat kaca yaitu glass wool [1] dengan jumlah yang ditambahkan sebesar 0,024% berat berdasarkan penelitian sebelumnya [25]. Variasi waktu aktivasi serat dan konsentrasi aktivasi serat dilakukan untuk menentukan kondisi aktivasi optimal yang diperlukan agar kristal zeolit X dapat tumbuh di permukaan glass wool. Adsorpsi karbon dioksida dilakukan pada suhu ruang untuk mengetahui kapasitas adsorpsi karbon dioksida pada material zeolit X berpendukung serat.
JURNAL SAINS DAN SENI POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6 II. URAIAN PENELITIAN A. Alat dan bahan Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain peralatan botol dan gelas polipropilena (PP), seperangkat hot plate-stirer, pengaduk magnetik, reaktor hidrotermal (stainless steel autoclave), oven, pH meter, seperangkat alat adsorpsi gas dengan metode gravimetri, XRD, AFM, SEM dan Quantachrome Autosorb iQwin. Sedangkan bahan yang digunakan adalah air demineralisasi, padatan natrium aluminat, larutan natrium silikat, pelet NaOH (99% p.a), serat gelas, gas CO2 UHP (99,99% CO2). B. Prosedur Kerja B1.Variasi Waktu Perendaman dan Konsentrasi NaOH pada Aktivasi Serat Gelas Serat gelas ditimbang sebanyak 1 gram, kemudian direndam menggunakan larutan NaOH 4M sebanyak 20 mL dalam wadah polipropilena. Proses aktivasi dilakukan dengan variasi waktu perendaman selama 6 jam, 24 jam, 3 hari, 7 hari dan 30 hari pada suhu ruang. Selanjutnya dilakukan pula poses aktivasi serat gelas dengan variasi konsentrasi 1M, 4M dan 8M. B2.Sintesis Zeolit X Berpendukung Material Serat Pada penelitian ini, dilakukan sintesis zeolit X berpendukung serat dengan perbandingan komposisi molar 4 Na2O : 0,2 Al2O3 : SiO2 : 200 H2O. Larutan zeolit X dibuat dengan melalui beberapa tahapan. Pertama, padatan NaOH berbentuk pelet dilarutkan dalam air demineralisasi, kemudian dibagi menjadi dua bagian. Larutan NaOH 1dicampur dengan NaAlO2, sedangkan larutan NaOH 2 dicampur dengan Na2SiO3. Kedua jenis larutan masing-masing diaduk dengan kecepatan konstan hingga larutan jernih pada suhu ruang . Setelah itu, kedua larutan dicampur dan diaduk kembali secara konstan selama 3 jam. Tahapan selanjutnya adalah memasukkan larutan zeolit X ke dalam reaktor hidrotermal. Serat gelas yang telah diaktivasi dengan berbagai variasi kondisi aktivasi, dimasukkan sebanyak 0,024% berat ke dalam reaktor hidrotermal. Selanjutnya, dilakukan proses hidrotermal pada kondisi suhu 110°C selama 15 jam. Material hasil sintesis hidrotermal tersebut dicuci dengan air demineralisasi hingga pH 8, kemudian dioven selama 12 jam pada suhu 100 °C. B3.Karakterisasi Zeolit X Berpendukung Material Serat Teknik karakterisasi yang dilakukan dalam penelitian ini antara lain XRD, AFM, SEM dan analisis adsorpsi gas N2. Karakterisasi XRD digunakan untuk melihat adanya fase kristal pada padatan zeolit X. Karakterisasi AFM digunakan untuk melihat kerusakan struktur serat serat gelas yang digunakan sebagai material pendukung. Sedangkan karakterisasi SEM digunakan untuk mengetahui bentuk morfologi kristal zeolit X pada permukaan serat. Karakter pori dari zeolit X berpendukung material serat dapat dianalisis menggunakan metode adsorpsi isothermal N2, sehingga dapat dihitung luas permukaannya menggunakan persamaan Brunauer-EmmetTeller (BET). B4.Pengujian Kapasitas Penyerapan CO2
2 Pengujian adsorpsi karbon dioksida dilakukan pada sampel zeolit X dan zeolit X berpendukung serat. Masing-masing sampel diambil sebanyak 1 gram, lalu dikeringkan menggunakan oven pada suhu 105°C selama 2 jam. Setelah itu, didinginkan hingga suhu ruang dan disimpan dalam desikator. Masing-masing sampel yang telah dikeringkan, diambil lagi sebanyak 0,5 gram dan dimasukkan ke dalam sampel holder. Sampel kemudian didegas dalam kondisi vakum menggunakan furnace tubular pada suhu 350°C selama 3 jam. Furnace tubular kemudian dimatikan dan suhu sistem dibiarkan hingga mencapai suhu ruang (29°C). Berat sampel diamati hingga konstan, lalu dicatat sebagai berat awal (m0). Laju aliran gas karbon dioksida diatur 20 mL/menit menggunakan MFC. Knop tabung gas CO2 dibuka hingga gas dapat mengalir secara perlahan. Pengamatan dilakukan setiap 5 menit terhadap perubahan berat sebagai berat akhir setelah adsorpsi (mt) selama 100 menit. III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Pengaruh Kondisi Aktivasi Serat Gelas Terhadap Zeolit X Berpendukung Material Serat Sintesis zeolit X berpendukung material serat dilakukan dengan membuat larutan zeolit X terlebih dahulu dengan rasio komposisi molar sesuai dengan penelitian [36]. Prekursor yang digunakan untuk membuat larutan zeolit X adalah NaAlO2, Na2SiO3 dan NaOH, serta air demineralisasi sebagai pelarut. Seluruh prekursor kemudian diaduk selama 3 jam supaya larutan zeolit X menjadi homogen. Proses selanjutnya adalah memasukkan glass wool dengan variasi kondisi aktivasi ke dalam autoklaf untuk hidrotermal selama 15 jam pada suhu 110°C. Kondisi hidrotermal ini berdasarkan penelitian [22] yang melakukan sintesis zeolit X berpendukung campuran serat kaca SiO2 -Al2O3 (SA) dan serat kaca SiO2 (SO), serta penelitian [24] yang melakukan sintesis zeolit X dari abu layang ampas tebu. Hasil hidrotermal yang didapatkan selanjutnya dicuci serta dikeringkan sesuai prosedur yang telah dilakukan [25]. Reaksi yang terjadi pada proses pembentukan kristal zeolit dilihat pada persamaan 4.1 berikut ini berdasarkan Ojha dkk. (2004). NaOH(aq) + NaAl(OH)4(aq) + Na2SiO3(aq) suhu kamar 110°C [Nax (AlO2)y (SiO2)z ·NaOH·H2O](gel) Nap [(AlO2)p (SiO2)q]·rH2O (kristal zeolit) Kondisi aktivasi serat gelas memiliki pengaruh pada kristal zeolit yang tumbuh di permukaan serat. Penelitian ini menggunakan variasi lama aktivasi dan variasi konsentrasi NaOH dalam aktivasi serat yang didasarkan pada penelitian sebelumnya [10,21,22,31]. A1. Pengaruh Waktu Aktivasi Serat gelas Hasil karakterisasi dengan XRD digunakan untuk menentukan fasa zeolit yang terbentuk pada permukaan serat akibat pengaruh lama aktivasi pada serat gelas. Difraktogram
JURNAL SAINS DAN SENI POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6 zeolit X berpendukung serat (ZXS) dengan variasi lama aktivasi dapat dilihat pada Gambar.1. Difraktogram hasil sintesis zeolit X berpendukung serat dicocokkan dengan standar zeolit Na-X (JCPDS-ICDD No. PDF 00-038-0237). Difraktogram ZX, ZXS-W6J, ZXS-W1H, ZXS-W3H, ZXS-W7H dan ZXS-W30H memiliki puncak karakteristik zeolit NaX pada 2θ = 6,10° sesuai dengan tabel identifikasi zeolit dalam International Zeolit Association (IZA) (Treacy dan Higgins, 2001). Pada difraktogram ZXS-W6J dan ZXS-W1H, beberapa puncak yang muncul telah sesuai dengan standar zeolit X pada 2θ = 6,10° ; 9,98° ; 11,72° ; 15,45° ; 23,34° ; 26,68° dan 30,97° (PDF nomer 00-038-0237). Sedangkan pada difraktogram ZXS-W3H, ZXS-W7H dan ZXS-W30H, puncak khas zeolit X hanya muncul pada 2θ = 6,10° dan intensitas puncak khas tersebut semakin menurun dari aktivasi 3 hari hingga ke aktivasi 30 hari. Hal tersebut menunjukkan bahwa kristal zeolit X berpendukung serat dengan waktu aktivasi 3 hari, 7 hari dan 30 hari masih belum kristalin dibandingkan dengan zeolit X berpendukung serat dengan waktu aktivasi 1 hari. ZXS-W30H ZXS-W7H ZXS-W3H
Intensitas
ZXS-W1H ZXS-W6J
ZX JCPDS-ICDD No. PDF 00-038-0237 5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
2θ (derajat) Gambar. 1. Pola XRD zeolit X berpendukung serat gelas hasil sintesis dengan variasi waktu aktivasi.
.
(a)
(b)
3 menggunakan instrumen AFM untuk mengetahui topografi permukaan (Gambar.2).Hasil topografi permukaan serat sebelum diaktivasi dan setelah diaktivasi menggunakan NaOH tertera pada Gambar.2. Pada gambar AFM secara tiga dimensi, serat gelas dengan aktivasi 30 hari (Gambar.2.c) memiliki topografi permukaan paling kasar bila dibandingkan dengan serat gelas tanpa aktivasi dan serat gelas dengan aktivasi 1 hari. Sehingga, semakin lama proses aktivasi, permukaan serat gelas akan semakin rusak. Konfirmasi hasil topografi permukaan serat tersebut mendukung hasil difraktogram XRD (Gambar.1) bahwa kondisi kekasaran permukaan serat yang diakibatkan oleh variasi lama aktivasi akan mempengaruhi kristal zeolit yang tumbuh pada permukaan serat. Dalam hal ini, permukaan serat yang terlalu rusak akibat aktivasi menggunakan NaOH, akan menghambat pertumbuhan kristal zeolit pada permukaan serat gelas. Hal tersebut dapat terjadi akibat interaksi NaOH dan fasa silika (SiO2) dalam serat gelas. Semakin lama proses aktivasi menggunakan NaOH, maka semakin lama pula fasa silika akan berinteraksi dengan gugus OH, sehingga kemungkinan fasa silika tersebut justru bertambah rusak dan mengakibatkan kristal zeolit tidak tumbuh. Sementara itu, sampel zeolit X berpendukung material serat dengan aktivasi 1 hari (Gambar.1 b), memiliki intensitas puncak paling tinggi, sehingga kondisi waktu aktivasi paling optimal untuk sintesis zeolit X berpendukung serat adalah selama 1 hari. Karakterisasi morfologi permukaan zeolit X berpendukung serat dilakukan untuk mengetahui kristal zeolit yang menempel pada permukaan serat sebagai konfirmasi hasil difraktogram XRD. Gambar.4 menunjukkan hasil mikrograf SEM zeolit X serat dengan aktivasi 6 jam (ZXS-4M6J) dan aktivasi 1 hari (ZXS-4M1H). Berdasarkan referensi penelitian sebelumnya [13,24], zeolit X memiliki kristal oktahedral berbentuk kotak.
b a
a
b Gambar. 4. Mikrograf SEM hasil sintesis zeolit X berpendukung material serat (a) ZXS aktivasi 6 jam (b) ZXS aktivasi 1 hari (Gambar sisipan : mikrograf bentuk kristal zeolit X berdasarkan [13]).
(c)
Gambar. 2. Topografi permukaan serat (a) serat gelas sebelum aktivasi (b) serat gelas aktivasi 1 hari (c) serat gelas aktivasi 30 hari.
Penurunan intensitas puncak pada zeolit X berpendukung serat aktivasi 3 hari, 7 hari dan 30 hari dapat diakibatkan oleh pengaruh lama aktivasi larutan NaOH terhadap serat gelas. Aktivasi pada serat gelas bertujuan untuk merusak permukaan serat dan mengeluarkan fasa silika yang terkandung dalam serat gelas [1,8]. Pengaruh lama aktivasi terhadap rusaknya permukaan serat gelas tersebut dapat dikonfirmasi
Pada mikrograf zeolit X berpendukung serat (ZXS) dengan aktivasi 6 jam (Gambar.4 a), masih terdapat kristal berbentuk agregat yang tumbuh pada permukaan serat gelas Sedangkan pada Gambar.4 b (ZXS aktivasi 1 hari), bentuk kristal zeolit yang menempel pada permukaan serat merupakan kristal oktahedral berbentuk kotak. B2. Pengaruh Konsentrasi NaOH dalam Aktivasi Serat gelas Konsentrasi larutan NaOH yang digunakan untuk aktivasi serat gelas dapat mempengaruhi kristalinitas zeolit X yang menempel pada permukaan serat [10]. Hasil karakterisasi XRD pada Gambar.5, menunjukkan pengaruh konsentrasi NaOH terhadap intensitas puncak khas zeolit X pada 2θ = 6,10° ; 9,98° ; 11,72° ; 15,45° ; 23,34° ; 26,68° dan 30,97°.
JURNAL SAINS DAN SENI POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6
Intensitas
Aktivasi 8M-110oC Aktivasi 4M-110oC
Aktivasi 1M-110oC
Standar Zeolit X 5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
2θ (derajat)
Gambar. 5. Difraktogram zeolit X berpendukung material serat (ZXS) dengan variasi konsentrasi NaOH untuk aktivasi serat gelas.
Difraktogram XRD (Gambar.5) menunjukkan bahwa intensitas puncak khas zeolit X semakin meningkat hingga konsentrasi aktivasi mencapai 4M, kemudian menurun saat konsentrasi dinaikkan hingga 8M. Pola kenaikan intensitas puncak khas zeolit X berpendukung material serat pada Gambar.6, hampir sama dengan pola kenaikan persentase kristalinitas relatif terhadap zeolit X tanpa serat (ZX) yang dapat dilihat pada Gambar.6.
4 Sesuai dengan difraktogram (Gambar.5) dan grafik kristalinitas relatif (Gambar.6), menunjukkan bahwa zeolit X berpendukung serat dengan konsentrasi aktivasi 4M memiliki kristalinitas tinggi dibandingkan konsentrasi 1 M dan 8M. Hal tersebut dapat dikonfirmasi dengan karakterisasi morfologi pada permukaan zeolit X berpendukung material serat. Pada Gambar.7 merupakan hasil mikrograf SEM zeolit X berpendukung material serat yaitu ZXS-K1M, ZXS-K4M dan ZXS-K8M. Walaupun zeolit X dengan konsentrasi aktivasi 1M juga memperlihatkan kristal zeolit X yang memenuhi permukaan serat, tetapi kristal zeolit X pada permukaan serat dengan aktivasi 4M lebih banyak menempel dan tumbuh hingga menyelimuti seluruh permukaan serat. B. Karakteristik Pori Zeolit X Berpendukung Serat Hasil analisis adsorpsi-desorpsi N2 dari ZXS-K4M dapat dilihat pada Gambar 8. Grafik adsorpsi-desorpsi tersebut digunakan untuk menunjukkan secara kualitatif mekanisme adsorpsi dan struktur pori pada ZXS-K4M.
Gambar.6. Pengaruh konsentrasi aktivasi terhadap kristalinitas relatif zeolit X
Berdasarkan Gambar.6, persentase kristalinitas relatif terus meningkat hingga konsentrasi NaOH mencapai 4M, kemudian kembali menurun saat konsentrasi NaOH dinaikkan hingga 8M. Penurunan intensitas puncak khas zeolit X dan kristalinitas saat konsentrasi 8M dapat diakibatkan karena struktur permukaan serat gelas sudah terlalu rusak akibat konsentrasi NaOH yang terlalu tinggi, sehingga kristal zeolit tidak bisa tumbuh secara optimal pada permukaan serat. Hasil tersebut sesuai dengan penelitian sebelumnya[21,22], yang menyebutkan bahwa tidak ada fasa zeolit yang terbentuk saat konsentrasi NaOH mencapai 10M.
a1 a
b
c
Gambar. 7. Mikrograf SEM (a) ZXS konsentrasi 1M (b) ZXS konsentrasi 4M (c) ZXS konsentrasi 8M
Gambar. 9. Grafik adsorpsi-desorpsi isoterm N2 dari ZXS-K4M pada kondisi STP.
Grafik yang ditunjukkan oleh Gambar 4.10, tipe isoterm dari ZXS-K4M merupakan gabungan dari tipe I dan IV. Grafik isoterm tipe 1 ditandai dengan adanya adsorpsi sejumlah besar N2 pada tekanan relatif (P/P0) yang sangat rendah. ZXS-K4M dapat menyerap gas N2 pada P/P0 yang rendah (P/P0 < 0,3) menunjukkan bahwa sampel memiliki karakteristik mikropori (Deng dkk., 2010). Karakteristik loop histerisis pada Gambar 4.10 mengindikasikan grafik isoterm tipe IV. Loop histerisis tersebut menunjukkan pengisian adsorbat pada pori nonmikropori, yang dapat dihubungkan dengan adanya kondensasi kapiler pada pori berukuran meso yang terbentuk pada permukaan padatan ZXS-K4M. Zeolit X berpendukung serat (ZXS-K4M) akan digunakan untuk aplikasi penyerapan CO2, sehingga karakteristik pori ZXS-K4M perlu dibandingkan dengan material lain yang telah digunakan untuk penyerap gas CO2. Hasil analisis luas permukaan dan karakteristik pori dari zeolit X berpendukung serat (ZXS-K4M), serta perbandingannya dengan material lain dapat dilihat pada Tabel.1. Pada material lain yang digunakan untuk penyerapan gas CO2 seperti karbon aktif dan MOF-5 (Tabel.1), memiliki luas permukaan yang relatif tinggi dibandingkan ZXS-K4M dan zeolit X tanpa serat. Selain itu, volume total mikropori juga relatif sangat tinggi yang menunjukkan bahwa material MOF dan karbon aktif didominasi oleh mikropori dengan diameter pori rata-rata antara 1,2 nm – 1,7 nm. Hasil perbandingan karakteristik pori antara zeolit X berpendukung serat, zeolit X
JURNAL SAINS DAN SENI POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6 tanpa serat serta material lain (Tabel.1) sebagai material adsorpsi gas CO2, dapat dikatakan bahwa luas permukaan, volume total mikropori dan ukuran pori merupakan beberapa faktor karakteristik pori yang dapat mempengaruhi penyerapan karbon dioksida. Tabel.1. Karakteristik pori material penyerap karbon dioksida
C. Pengujian Kapasitas Penyerapan CO2 Pengukuran adsorpsi gas karbon dioksida dilakukan pada Volume total mikropori (cc/g)
Volume pori total (cc/g)
417,541
0,12
0,22
2,06
542
0,22
0,38
2,88
877
0,28
0,36
2,27
672
0,25
0,30
1,79
3800
1,26
3,60
1,2
Luas permukaan (m²/g)
Sampel Zeolit X serat ZXS-K4M Zeolit X tanpa serat Zeolit NaX (Yi dkk., 2012) Zeolit CaX (Yu dkk., 2013) Material lain Karbon aktif (Sun dkk., 2013) MOF-5 (Millward dan Yaghi, 2005)
Diameter pori ratarata (nm)
suhu ruang untuk menghindari pengaruh perubahan berat akibat panas. Perubahan massa selama proses adsorpsi gas karbon dioksida dicatat, kemudian dihitung selisihnya dengan massa awal sebelum dialiri gas. Hasil pengukuran kapasitas adsorpsi gas karbon dioksida pada zeolit X (ZX) dan zeolit X serat aktivasi 4M 1hari (ZXS-K4M) dikonversi menjadi persentase berat seperti terlihat pada Gambar 9. Pola adsorpsi pada kedua jenis material zeolit X tersebut menunjukkan pola kenaikan kapasitas adsorpsi yang hampir sama. Pada menit ke-0 hingga menit ke-30 terjadi kenaikan kapasitas adsorpsi karbon dioksida ketika molekul gas CO2 mulai mengisi pori baik mikropori maupun mesopori. Selanjutnya, terjadi penurunan kapasitas penyimpanan karbon dioksida pada menit ke-35 hingga menit ke-50 yang diakibatkan oleh lepasnya molekul gas CO2 dari mesopori. Kapasitas Adsorpsi CO2 (% berat)
7
(a)
6 5
5 serat paling optimal untuk pertumbuhan kristal zeolit X pada permukaan serat (4M 1 hari), memiliki kapasitas penyimpanan CO2 sebesar 2,82% berat. IV. KESIMPULAN/RINGKASAN Sintesis zeolit X berpendukung material serat berupa glass wool berhasil dilakukan dengan melakukan aktivasi terlebih dahulu pada glass wool. Melalui kondisi aktivasi serat yang telah dipelajari dengan melakukan variasi terhadap kondisi aktivasi, didapatkan hasil bahwa kondisi aktivasi glass wool 4M selama 1 hari merupakan kondisi aktivasi paling optimal agar kristal zeolit X dapat tumbuh dan menyelimuti permukaan glass wool, serta memiliki kristalinitas paling tinggi. Pengujian kapasitas penyimpanan gas karbon dioksida menunjukkan bahwa material zeolit X berpendukung serat dengan kondisi aktivasi glass wool 4M selama 1 hari (ZXS4M1H), memiliki kapasitas adsorpsi sebesar 2,83% berat. Walaupun kapasitas adsorpsi gas karbon dioksida pada zeolit X berpendukung material serat masih lebih kecil dibandingkan zeolit X, tetapi dapat dikatakan bahwa zeolit X berpendukung serat bisa diaplikasikan sebagai material penangkap karbon dioksida. UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas rahmat, taufik dan hidayah-Nya sehingga artikel ilmiah ini dapat diselesaikan dengan baik. Penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Ibu Nurul Widiastuti selaku dosen pembimbing yang telah memberi banyak pengetahuan, masukan, dan inspirasi bagi penulis, 2. Bapak Lukman Admaja selaku kepala laboratorium Kimia Material dan Energi yang telah memberi fasilitas selama pengerjaan tugas akhir, 3. Orang tua yang selalu memberi dukungan dan doa selama ini.
4 3
(b)
DAFTAR PUSTAKA
2
[1] 1 0
20
40
60
80
100
Waktu (menit)
Gambar. 9. Grafik kapasitas adsorpsi gas karbon dioksida (CO2) pada a) zeolit X ; b) zeolit X berpendukung serat aktivasi 4M 1 hari.
Pada menit ke-55 hingga menit ke-75, kapasitas adsorpsi gas karbon dioksida mulai mencapai konstan dan menjadi konstan di menit ke-80 hingga ke-100. Hal ini menunjukkan bahwa material telah mencapai keadaan jenuh, sehingga tidak mampu lagi mengadsorpsi gas CO2 yang mengalir pada sistem. Hasil yang diperoleh pada penelitian ini menunjukkan bahwa kapasitas penyimpanan karbon dioksida pada zeolit X berpendukung serat lebih kecil dibandingkan zeolit X yang mencapai 6,5% berat. Hal itu dapat terjadi karena kristal zeolit X yang menempel pada permukaan serat belum sepenuhnya homogen. Zeolit X berpendukung serat dengan kondisi aktivasi
[2]
[3]
[4]
[5]
Achchaq F., Djellab K. dan Beji H., (2009), "Hydric, morphological and thermo-physical characterization of glass wools: From macroscopic to microscopic approach", Construction and Building Materials, vol. 23, hal. 3214-3219 Akhtar F., Liu Q., Hedin N. dan Bergstrom L., (2012), "Strong dan binder free structured zeolite sorbents with very high CO2-over-N2 selectivities dan high capacities to adsorb CO2 rapidly", Energy Environ. Sci., vol. 5, hal. 7664–7673 Charkhi A., Kazemeini M., Ahmadi S. J. dan Kazemian H., (2012), "Fabrication of granulated NaY zeolite nanoparticles using a new method dan study the adsorption properties", Powder Technology, vol. 231, hal. 1–6. Cheung O., Bacsik Z., Liu Q., Mace A. dan Hedin N., (2013), "Adsorption kinetics for CO2 on highly selective zeolites NaKA dan nano-NaKA", Applied Energy, vol. 112, hal. 1326–1336 Figueroa J. D., Fout T., Plasynski S., McIlvried H. dan Srivastava R. D., (2008), "Advances in CO2 capture technology—The U.S. Department of Energy’s Carbon Sequestration Program", International Journal of Greenhouse Gas Control, vol. 2, hal. 9–20
JURNAL SAINS DAN SENI POMITS Vol. 1, No. 1, (2014) 1-6 [6]
[7]
[8]
[9] [10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17] [18]
[19] [20]
[21]
[22]
[23] [24]
[25]
[26]
Georgiev D., Bogdanov B., Angelova K., Markovska I. dan Hristov Y., (2009), "Synthetic Zeolites - Structure, Clasification, Current Tends in Zeolite Synthesis", In Economics dan Society development on the Base of Knowledge, International Science conference, Stara Zagora, Bulgaria, hal. 1–5 Ginting S. br, Wardono H. dan Supriadi H., (2010), "Kajian Pemanfaatan Zeolit Pelet Perekat Pemanasan Asal Lampung yang Diaktivasi Fisik Terhadap Konsumsi Bahan Bakar Motor Diesel 4 Langkah, Umur Efektif Zeolit dan Metode Regenerasinya", In Seminar Nasional Sains dan Teknologi-III : Peran Strategis Sains dan Teknologi dalam Mencapai Kemandirian Bangsa, Lembaga Penelitian Universitas Lampung, Lembaga Penelitian-Universitas Lampung, hal. 421–430 Izidoro J.C, Fungaro D.A., Abbott J.E. dan Wang S. (2013), "Synthesis of zeolites X and A from fly ashes for cadmium and zinc removal from aqueous solutions in single and binary ion systems", Fuel, vol. 103, hal. 827-834 Jankowska H., Swiatkowski A. dan Choma J., (1991), "Active Carbon", Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Poldania Jiang J., Feng L., Gu X., Qian Y., Gu Y. dan Duanmu C., (2012), "Synthesis of Zeolite A from palygorskite via acid activation", Applied Clay Science, vol. 55, hal. 108-113 Kazama, S. dan Haraya, K., (2013), "Optimization of CO2 concentration captured by membrane technology - Possibility of reduction in CO2 capture energy dan cost", Energy Procedia, vol. 37, hal. 969–975 Larlus,O., Valtchev,V., Patasin,J., Faust,A.C. dan Moquin, B., (2002), "Preparation of silicalite-1/glass fiber composites by one and two step hydrothermal synthesis", Microporous and Mesoporous Materials, vol. 56, hal. 175–184 Lee H.J., Kima Y.M., Kweon O.S. dan Kim I.J., (2007), "Crystal growing and reaction kinetic of large NaX zeolite crystal", Journal of the Europan Ceramic Society, vol. 27, hal. 581-584 Li J.-R., Ma Y., McCarthy M. C., Sculley J., Yu J., Jeong H.-K., Balbuena P. B. dan Zhou H.-C., (2011), "Carbon dioxide capture-related gas adsorption dan separation in metal-organic frameworks", Coordination Chemistry Reviews, vol. 255, hal. 1791–1823 Louis,B., Tezel,C., Kiwi,Minsker L. dan Renken,A., (2001), "Synthesis of structured filamentous zeolite materials via ZSM-5 coatings of glass fibrous supports", Catalysis Today, vol. 69, hal. 365–370 Martínez J.G., Amorós D.C., Solano A.L. dan Lin Y.S., (2001), "Synthesis and characterisation of MFI-type zeolites supported on carbon materials", Microporous and Mesoporous Materials, vol. 42, hal. 255268 Mintova,S. dan Valtchev,V., (1996), "Deposition of zeolite A on vegetal fibers", Zeolites, vol. 16, hal. 31–34 McEwen J., Hayman J.D. dan Ozgur Yazaydin A., (2013), "A comparative study of CO2, CH4 dan N2 adsorption in ZIF-8, Zeolite-13X dan BPL activated carbon", Chemical Physics, vol. 412, hal. l–76 Miller, B.G., (2011) "10 - CO2 Capture dan Storage", In Clean Coal Engineering Technology, Butterworth-Heinemann, Boston, hal. 483–511 Muradov, N.Z., (1993), "How to produce hydrogen from fossil fuels without CO2 emission", International Journal of Hydrogen Energy, vol. 18, hal. 211–215 Okadaa K., Shinkawa H., Takei T., Hayashi S. dan Yasumori A., (1997), "In-Situ Coating of Zeolite Na-A on Al2O3-SiO2 Glass Fibers", Journal of Porous Materials, vol. 5, hal. 163-168 Okadab K., Kuboyama K., Takei T., Kameshima Y., Yasumori A. dan Yoshimura M.,(2000), " In situ zeolite Na–X coating on glass fibers by soft solution process", Microporous and Mesoporous Materials, vol. 37, hal. 99-105 Payra, P. dan Dutta, P.K., (2003), "Zeolites : A Primer, Handbook of Zeolite Science and Technology", Marcel Dekker, New York Purnomo C.W., Salim C., Hinode H., (2000), " Synthesis of pure Na–X and Na–A zeolite from bagasse fly ash", Microporous and Mesoporous Materials, vol. 162, hal. 6-13 Rella, P., (2013), "Sintesis dan Karakterisasi Zeolit-A Berpendukung Material Serat dengan Variasi Jumlah Material Pendukung", Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya Shao J., Zhan Z., Li J., Wang Z., Li K. dan Yan Y., (2013), "Zeolite NaA membranes supported on alumina hollow fibers: Effect of support resistances on pervaporation performance", Journal of Membrane Science, vol. 451, hal. 10–17
6 [27] Siriwardane R., Shen M., Fisher E., Poston J. dan Shamsi A,. (2001), "Adsorption dan desorption of CO2 on solid sorbents", Journal of Energy & Environmental Research, vol. 1, hal. 19–22 [28] Valtchev V., Hedluna S., Schoeman B.J., Sterte J. dan Mintova S., (1996), "Deposition of continuous silicalite-1 film on inorganic fiber" Microporous and Mesoporous Materials, vol. 8, hal. 93–101 [29] Vu D., Marquez M. dan Larsen G., (2011), "A facile method to deposit zeolites Y and L onto cellulose fibers", Microporous and Mesoporous Materials, vol. 55, hal. 93-101 [30] Walton K. S., Abney M. B. dan Douglas LeVan M., (2006), "CO2 adsorption in Y dan X zeolites modified by alkali metal cation exchange", Microporous dan Mesoporous Materials, vol. 91, hal. 78–84 [31] Yamazaki, S. dan Tsutsumi, K., (1995), Synthesis of an A-type zeolite membrane on silicon oxide film-silicon, quartz plate dan quartz fiber filter, Microporous Materials, vol. 4, hal. 205–212 [32] Yang H., Xu Z., Fan M., Gupta R., Slimane R. B., Bldan A. E. dan Wright I., (2008), "Progress in carbon dioxide separation dan capture: A review", Journal of Environmental Sciences, vol, 20, hal. 14–27 [33] Yani A., Destiarti L. dan Wahyuni N., (2013), "Sintesis Zeolit A dengan Variasi Sumber Silika dan Alumina", JKK, Universitas Tanjungpura , vol. 2, hal. 1–6 [34] Yu L., Gong J., Zeng C. dan Zhang L., (2013), "Synthesis of binderless zeolite X microspheres dan their CO2 adsorption properties, Separation dan Purification Technology, vol. 118, hal. 188–195 [35] Zeleňák V., Badaničová M., Halamová D., Čejka J., Zukal A., Murafa N. dan Goerigk G., (2008), "Amine-modified ordered mesoporous silica: Effect of pore size on carbon dioxide capture", Chemical Engineering Journal, vol. 144, hal. 336–342 [36] Zhanga X., Tong D.Q., Zhao J.J. dan Li X.Y., (2013), " Synthesis of NaX zeolite at room temperature and its characterization", Materials Letters, vol. 104, hal. 80-83 [37] Zhangb X., Tang D.X., Zhang M. dan Yang R., (2013) "Synthesis of NaX zeolite: Influence of crystallization time, temperature and batch molar ratio SiO2/Al2O3 on the particulate properties of zeolite crystals", Powder Technology, vol. 235, hal 322-328 [38] Zukal A., Arean C. O., Delgado M. R., Nachtigall P., Pulido A., Mayerová J. dan Čejka J., (2011), "Combined volumetric, infrared spectroscopic dan theoretical investigation of CO2 adsorption on Na-A zeolite", Microporous dan Mesoporous Materials, vol. 146, hal. 97–105
