4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Sintesis Zeolit ZSM-5
Sintesis ZSM-5 telah dilakukan dengan metode hidrotermal suhu rendah dengan nisbah rasio molar yang digunakan rasio Si/Al =100, H2O/Si = 11.69, NaOH/Si = 0.14 dan TPABr/Si = 0.086. Nisbah molar Si/Al merupakan faktor yang sangat berperan pada laju kristalisasi ZSM-5. Semakin tinggi nilai nisbah Si/Al maka akan menyebabkan semakin banyak kristal yang terbentuk sebagai ZSM-5. Selain itu, nisbah molar Si/Al juga akan mempengaruhi kekuatan asam pada ZSM-5, kekuatan asam akan bertambah dengan naiknya nisbah molar Si/Al (Jacobs & Marten 1987).
Selain nisbah Si/Al, suhu pada saat sintesis juga sangat mempengaruhi proses pembentukan dari zeolit ZSM-5. Meskipun dalam teknologi sintesis zeolit lebih banyak digunakan metode hidrotermal, dalam penelitian ini ZSM-5 telah berhasil dibuat dengan menggunakan suhu rendah yaitu 90 oC. Hasil sintesis menunjukkan karakteristik yang telah memenuhi syarat terbentuknya ZSM-5.
Penggunaan suhu rendah dalam metode sintesis zeolit ini merupakan alternatif untuk mengatasi kekurangan pada metode konvensional dengan hidrotermal. Metode ini berhasil disintesis pertama kali oleh Darton dan Fyfe pada tahun 2010 dan menunjukkan hasil difraktogram sinar-X yang sama dengan metode hidrotermal sebelumnya (Darton & Fyfe 2011). Dibandingkan dengan metode hidrotermal, metode ini memiliki banyak keunggulan diantaranya yaitu tidak menggunakan parr autoclave pada temperatur dan tekanan tinggi tetapi menggunakan botol polypropylene sebagai tempat untuk campuran reaksi sehingga aman dan mudah digunakan, kondisi reaksi pada temperatur rendah dan kristalinitas hasil sintesis yang dihasilkan menyerupai hasil sintesis dengan metode konvensional.
Zeolit yang telah berhasil disintesis dengan metode hidrotermal suhu rendah kemudian dilakukan karakterisasi antara lain struktur zeolit dengan menggunakan XRD, morfologi dengan menggunakan SEM, luas permukaan spesifik volume total pori, luas permukaan luar, luas mikropori, volume mikropori dan volume mesopori.
1. Analisis Struktur dengan X-ray diffraction (XRD)
XRD merupakan teknik analisis kualitatif yang digunakan dalam menganalisis karakteristik material untuk mendapatkan informasi tentang ukuran atom dari material kristal. Interaksi sinar dating dengan Kristal akan menghasilkan interferensi konstruktif jika memenuhi hukum Bragg. Hukum tersebut berhubungan dengan panjang gelombang radiasi elektromagnetik pada sudut difraksi dan kisi pada material kristalin.
θ merupakan sudut difraksi (o), d adalah jarak antar bidang hkl yang sama (nm), λ
adalah panjang gelombang X (nm), dan n adalah lintasan dari berkas sinar-X. Berdasarkan persamaan di atas, sinar-X yang dipancarkan pada suatu material kristalin maka material tersebut akan membiaskan panjang gelombang sinar-X
16 yang sama dengan jarak antar kisi dalam kristal. Semakin banyak bidang kristal atau semakin tinggi kristalinitas di dalam suatu material maka intensitas dari puncaknya pun semakin besar.
Gambar 4 Pola Difraktogram XRD Zeolit Sintetik ZSM-5 (a) ZSM-5 Silika Koloid 40%; (b) ZSM-5 Hasil Simulasi.
Hasil difraktogram zeolit ZSM-5 yang telah disintetis disajikan pada Gambar 4. Pola difraksi yang dihasilkan ZSM-5 menunjukkan kemiripan dengan pola standard difraktogram simulated XRD ZSM-5. Standard difraktogram simulated merupakan acuan dalam pembentukan pola difraksi XRD zeolit yang dapat diperoleh secara online dari data base persatuan zeolit dunia. Zeolit hasil
sintesis memiliki puncak pada β θ = 7.9364o, 7.9569o, 23.9541o dan 23.9746o yang mendekati puncak-puncak khas pada zeolit ZSM-5. Hal ini menunjukkan bahwa kristalinitas hasil sintesis masih terjaga untuk memenuhi syarat terbentuknya ZSM-5. Selain itu, intensitas yang terbentuk pada ZSM-5 hasil sintesis menujukkan nilai yang tinggi. Nilai intensitas yang tinggi ini mencerminkan bahwa kristalinitas yang terbentuk pada sintesis ZSM-5 sangat baik.
2. Analisis Morfologi dengan Scanning Electron Microscope (SEM)
SEM merupakan metode karakterisasi untuk mengetahui morfologi zeolit, baik permukaan, bentuk serta ukuran kristal. Berkas elektron ditembakkan terhadap suatu sampel material, proses penembakan berkas elektron pada suatu sampel akan menimbulkan energi yang sebanding dengan intensitas. Intensitas tersebut kemudian akan ditangkap oleh detektor kemudian dikonversi menjadi suatu gambar permukaan atau morfologi dari sampel yang ditembak dengan berkas elektron tersebut.
Hasil analisis SEM memperlihatkan bahwa kristal ZSM-5 yang terbentuk memiliki morfologi berbentuk berupa kristal yang agak bulat (Gambar 5).
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 in ten sity ( a. u) 2 θ a b
17
Gambar 5 SEM ZSM-5 dengan Perbesaran (a) 1000x (b) 2500x (c) 5000x. Morfologi seperti ditunjukkan pada Gambar 5 merupakan bentuk asli dari zeolit sintetik ZSM-5. Dari gambar tersebut nampak permukaan kristal yang terbentuk adalah cenderung membulat dengan permukaan kristal berongga.
Penampakan yang ditunjukkan hasil SEM berupa rongga-rongga pada permukaan ZSM-5 tersebut merupakan pengaruh dari adanya pori yang terbntuk pada kristal zeolit. Hal ini juga ditunjukkan pada sintetis ZSM-5 yang dilakukan oleh Wang et al. (2010), dimana adanya pori pada zeolit menyebabkan permukaan zeolit yang disintesis memiliki bentuk berongga.
3. Analisis Luas Permukaan Spesifik, Volume Total Pori, Luas Permukaan Luar, Luas Mikropori, Volume Mikropori dan Volume Mesopori dengan Fisisorpsi Nitrogen
Karakterisasi luas permukaan spesifik volume total pori, luas permukaan luar, luas mikropori, volume mikropori dan volume mesopori zeolit sintetik dilakukan dengan metode fisisorpsi nitrogen. Metode ini digunakan untuk menentukan distribusi ukuran pori, luas permukaan dan ukuran pori. Luas permukaan spesifik adalah luas permukaan per satuan volume (Sv) atau per satuan berat (Sw). Luas permukaan spesifik merupakan parameter yang menggambarkan kapasitas suatu adsorben dan menunjukkan banyaknya situs aktif pada suatu permukaan benda. Sedangkan volume por total merupakan jumlah ruang pori yang dapat terisi oleh air dan udara.
Metode Bruenne Emmett Teller (BET) digunakan untuk menentukan luas permukaan pada zeolit hasil sintesis dan Barret Joyner Halenda (BJH) untuk menentukan distribusi ukuran pori. Hasil karakterisasi diketahui bahwa zeolit ZSM-5 memiliki memiliki luas permukaan spesifik sebesar 213.82 m2 g-1, luas permukaan luar 63.53 m2 g-1, luas mikropori 150.29 m2 g-1, volume total pori sebesar 0.22 cc g-1, volume mikropori 0.07 m2 g-1 dan volume mesopori 0.15 m2 g -1. Hal ini dapat menjelaskan bahwa permukaan yang terdapat pada zeolit sangat besar dengan ukuran pori yang terdapat pada zeolit ZSM-5 adalah dominan pori berukuran meso. Hasil analisis karakterisasi ukuran pori dengan menggunakan metode fisisorpsi nitrogen disajikan pada Tabel 3 di bawah ini.
18 Tabel 3 Data Karakteristik Pori Zeolit Sintetik ZSM-5
Luas Permukaan (m2 g-1) a Luas permukaan luar (m2 g-1) b Luas mikropiri (m2 g-1) b Volume total pori (cc g-1) c Volume mikropori (cc g-1) c Volume mesopori (cc g-1) c 213.82 63.53 150.29 0.22 0.07 0.15
(a) Multipoint BET (b) Multipoint BJH (c) t – plot
Adsorpsi Logam Berat Menggunakan Zeolit Sintetik ZSM-5
Adsorpsi ion logam berat dilakukan dengan menggunakan logam Cu2+, Pb2+ dan Cd2+. Variasi konsentrasi adsorpsi dilakukan pada 50-250 ppm dan waktu kontak 30-150 menit. Hasil adsorpsi masing-masing ion logam berat oleh zeolit ZSM-5 disajikan pada Gambar 6, 7 dan 8.
Gambar 6 Adsorpsi Logam Cu2+ oleh ZSM-5 pada Berbagai Konsentrasi dan Waktu Kontak.
Gambar 7 Adsorpsi Logam Cd2+ oleh ZSM-5 pada Berbagai Konsentrasi dan Waktu Kontak. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 30 60 90 120 150 C e (mg g -1) Waktu (menit) 50 ppm 100 ppm 150 ppm 200 ppm 250 ppm 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 30 60 90 120 150 Ce ( mg g -1) Waktu (menit) 50 ppm 100 ppm 150 ppm 200 ppm 250 ppm
19
Gambar 8 Adsorpsi Logam Pb2+ oleh ZSM-5 pada Berbagai Konsentrasi dan Waktu Kontak.
Pengaruh waktu kontak terhadap kapasitas adsorpsi masing-masing ion logam berat oleh ZSM-5 terlihat tidak menunjukkan peningkatan yang signifikan pada waktu kontak 30 menit sampai dengan 150 menit. Hal tersebut disebabkan zeolit sintetik ZSM-5 telah mencapai tingkat jenuh dalam waktu yang singkat, sehingga meskipun waktu diperpanjang tidak akan mempengaruhi kapasitas adsorpsi ion logam berat. Selain itu, hal ini juga menunjukkan bahwa zeolit sintetik ZSM-5 memiliki kemampuan adsorpsi yang relatif cepat terhadap ion logam berat.
Pengaruh konsentrasi terhadap kapasitas adsorpsi terlihat bahwa semakin tinggi konsentrasi ion logam berat, kapasitas adsorpsi logam berat semakin meningkat. Senada dengan yang diungkapkan Tofighy & Mohammadi (2011), bahwa semakin tinggi konsentrasi, kekuatan transfer massa yang mendorong juga akan menjadi lebih besar, sehingga dapat meningkatkan kemampuan adsorpsi. Penelitian Said & Widiastuti (2008) juga menjelaskan dengan meningkatnya konsentrasi ion logam akan memberikan daya dorong yang lebih besar, sehingga ion logam akan berpindah dari permukaan luar ke dalam pori-pori zeolit yang berukuran mikro.
Adapun mekanisme yang terjadi dalam proses adsorpsi pada zeolit ZSM-5 yaitu adsorpsi secara fisika. Adosorbat berupa ion logam berat tidak sepenuhnya terikat kuat pada permukaan adsorben sehingga adsorbat dapat bergerak dari satu bagian permukaan ke bagian permukaan lainnya. Adsorpsi terjadi melalui ion logam berat yang masuk ke dalam pori zeolit, kemudian terjadi pengikatan oleh ion negatif yang terdapat pada zeolit. Selain itu, luas permukaan yang besar tentunya juga berkaitan dengan adsorpsi yang terjadi. Dengan semakin besarnya luas permukaan zeolit, maka secara tidak langsung akan menyebabkan muatan negatif yang terdapat pada zeolit tersebut menjadi lebih banyak sehingga semakin banyak pula ion logam berat yang dapat terikat oleh zeolit.
Muatan-muatan negatif tersebut adalah terbentuk dari struktur kerangka tiga dimensi tetrahedral silikat [SiO4]4- dan alumina [AlO4]5 - yang terikat melalui atom oksigen. Atom silikon dikelilingi oleh 4 atom oksigen sehingga membentuk jaringan dengan pola yang teratur. Beberapa tempat di jaringan ini,
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 30 60 90 120 150 Ce ( mg g -1) Waktu (menit) 50 ppm 100 ppm 150 ppm 200 ppm 250 ppm
20 atom silikon digantikan dengan atom aluminium, yang hanya terkoordinasi dengan 3 atom oksigen. Keberadaan atom aluminium ini secara keseluruhan akan menyebabkan zeolit memiliki muatan negatif yang dapat dimanfaatkan sebagai penukaran ion dengan logam berat. Ion yang ada kemudian akan tertangkap pada pori-pori zeolit dan menempel pada zeolit, sehingga konsentrasi ion logam dalam larutan dapat menjadi berkurang.
Untuk membandingkan kemampuan adsorpsi ZSM-5 terhadap masing-masing ion logam dan mengetahui karakteristik yang mempengaruhinya, maka dilakukan fitting terhadap adsorpsi masing-masing ion logam. Fitting dilakukan berdasarkan kedua persamaan Langmuir dan Freundlich. Parameter yang digunakan dalam melakukan fitting adalah pada waktu kontak yang dianggap telah mencapai kondisi stabil yaitu 90 menit. Hasil fitting ditampilkan pada Gambar 9 dan 10 di bawah ini.
Gambar 9 Fitting Kapasitas Adsorpsi Logam Pb2+, Cu2+ dan Cd2+ dengan Persamaan Langmuir.
Gambar 10 Fitting Kapasitas Adsorpsi Logam Pb2+, Cu2+ dan Cd2+ dengan Persamaan Freundlich. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 50 100 150 200 250 300 q [m g.g -1] Ce [ppm] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 50 100 150 200 250 300 q [m g.g -1] Ce [ppm] Pb2+ Cu2+ Cd2+ Pb2+ Cu2+ Cd2+
21 Berdasarkan hasil fitting pada Gambar 8 dan 9 menunjukkan bahwa model adsorpsi yang terjadi mengikuti model Langmuir. Gambar 8 dan 9 juga dapat memperlihatkan bahwa kapasitas adsorpsi zeolit ZSM-5 terhadap logam Pb2+ diadsorpsilebih tinggi dibandingkan dengan logam Cu2+ maupun logam Cd2+. Jika diurutkan berdasarkan selektifitas atau tingkat kemampuan adsorpsinya yaitu Pb2+ > Cu2+ > Cd2+.
Perbedaan kemampuan adsorpsi ini terjadi karena dipengaruhi oleh beberapa hal, yaitu antara lain adanya pori zeolit dan diameter ion logam. Pori dengan ukuran tertentu memungkinkan ion logam dapat masuk ke dalam pori tersebut. Ukuran ion logam yang lebih besar akan mengurangi kemampuan terhadap adsorpsi menjadi lebih rendah. Chang & Shih (2000) berpendapat bahwa zeolit sintetik X memiliki kemampuan adsorpsi terhadap logam berat lebih besar daripada zeolit sintetik A karena zeolit sintetik X memiliki ukuran pori yang lebih besar daripada zeolit sintetik A. Danny et al (2004), menjelaskan bahwa adsorpsi logam Cu2+ dengan diameter 4.19 Å dan Cd2+ 4.26 Å menggunakan hidroksi apatit berukuran nano menyebabkan jumlah ion Cu2+ yang diadsorpsi menjadi lebih besar daripada ion Cd2+.
Minceva (2007); Zamzow & Murphy (1992) dan Kesraoui-Ouki et al. (1993) juga mengungkapkan bahwa ion-ion logam dengan radius yang lebih besar memiliki kepadatan muatan dan daya tarik elektrostatis yang rendah. Hal tersebut akan membatasi interaksi logam dengan ukuran tertentu terhadap kemampuan adsorpsi. Bagaimanapun radius ion yang lebih kecil dan valensi ion yang besar akan lebih rapat dan kuat untuk dapat diadsorpsi. Ukuran diameter hidrat ion dari masing-masing logam yang digunakan dalam adsorpsi ini adalah Pb2+ 4.01 Å, Cu2+ 4.19 Å, dan Cd2+ 4.26 Å (Lide 1998). Selain itu, karakteristik lain yang berhubungan dengan adsorpsi ion logam adalah nilai elektronegatifitas. Logam-logam dengan nilai elektronegatifitas yang besar akan lebih mudah untuk dapat diadsorpsi dibandingkan dengan nilai elektronegatifitas yang rendah (Minceva 2007). Nilai dari elektronegatifitas masing-masing ion logam yang digunakan adalah Pb2+ 2.33, Cu2+ 1.90 dan Cd2+ 1.69. Disamping itu, zeolit juga memiliki karakteristik struktur ikatan SiO2 dan AlO3. Ikatan ini menyebabkan zeolit memiliki kelebihan muatan ion negatif yang dimanfaatkan untuk mengikat ion logam dengan mekanisme pertukaran kation.
Adapun ringkasan parameter dari hasil fitting dengan menggunakan persamaan Langmuir dan Freundlich pada waktu kontak 90 menit disajikan pada Tabel 4 dan 5 di bawah ini.
Tabel 4 Ringkasan Parameter Adsorpsi Hasil Fitting dengan Persamaan Langmuir. Adsorbat (mg.gQ -1) Qmax (mg.g-1) K Diameter ion (nm) Pb2+ 58.19 76.64 0.015 0.18 Cu2+ 55.16 76.13 0.012 0.14 Cd2+ 46.69 62.74 0.014 0.19
22 Tabel 5 Ringkasan Parameter Adsorpsi Hasil Fitting dengan Persamaan
Fruendlich. Adsorbat (mg.gQ -1) Qmax (mg.g-1) K n Diameter ion (nm) Pb2+ 58.19 76.64 0.015 3.36 0.18 Cu2+ 55.16 76.13 0.018 3.93 0.14 Cd2+ 46.69 62.74 0.014 3.29 0.19
Berdasarkan Tabel 4 dan 5 dapat ditentukan kemampuan adsorpsi maksimum ZSM-5 terhadap logam Cu, Pb dan Cd. Hasil yang dapat diadsorpsi dari ion logam pada setiap permukaan zeolit dihitung dalam satuan mg ion per satuan gram berat zeolit. Kapasitas adsorpsi maksimum yang diperoleh dari ZSM-5 terhadap ion logam tersebut masing-masing Pb2+ 76.64 mg g-1, Cu2+76.1γ mg g -1 dan Cd2+ 62.74 mg g-1.
Untuk mengetahui model adsorpsi logam berat oleh ZSM-5 dilakukan pengujian dengan menggunakan model Langmuir dan Freundlich dengan melihat linierisasi harga koefisien determinasi R2 mendekati nilai 1. Karena dalam perhitungan konstanta Langmuir dan Freundlich hanya melibatkan sebuah nilai q (kemampuan adsorpsi) dari satu tingkat konsentrasi maka kemampuan adsorpsi zeolit pada masing-masing konsentrasi didapatkan dengan cara menghitung rata-rata adsorpsi pada masing-masing tingkat konsentrasi.
Gambar 11 Linierisasi Isoterm (a) Langmuir dan (b) Freundlich Logam Berat Pb2+, Cu2+ dan Cd2+ oleh ZSM-5.
Gambar linierisasi Langmuir dan Freundlich ditunjukkan pada Gambar 11. Kedua persamaan isoterm telah digunakan secara luas untuk mengevaluasi karakteristik kesetimbangan dalam proses adsorpsi. Persamaan langmuir menggambarkan adsorpsi yang terjadi pada permukaan yang homogen. Sementara persamaan freundlich menggambarkan adsorpsi yang terjadi pada permukaan yang heterogen. Adapun parameter linierisasi dari persamaan Langmuir dan freundlih ditampilkan pada Tabel 6 di bawah ini.
23 Tabel 6 Parameter Linearisasi Langmuir dan Freundlich.
Adsorbat Langmuir Freundlich
Persamaan R2 Persamaan R2
Pb2+ y = 1.08184x + 0.0118 0.96 y = 0.4987x + 0.8257 0.88 Cu2+ y = 1.08184x + 0.0118 0.98 y = 0.4667x + 0.6612 0.91 Cd2+ y = 1.08184x + 0.0118 0.97 y = 0.4193x + 0.7034 0.91
Berdasarkan nilai R2 pada Tabel 6 yang diperoleh dari linierisasi persamaan Langmuir maupun Freundlich, kami menyimpulkan bahwa persamaan linierisasi ini tidak dapat digunakan. Nilai R2 dibawah 0.99 dapat memberikan kesalahan yang besar. Nilai fitting dengan menggunakan langsung persamaan Langmuir ataupun Freundlich tanpa dilinierisasi memberikan nilai yang lebih rasional. Persamaan Langmuir memberikan pendekatan yang baik dengan eksperimen sehingga hal ini menggambarkan bahwa proses adsorpsi terjadi yaitu cenderung pada permukaan yang homogen. Selain itu, hal ini juga dapat menunjukkan bahwa proses adsorpsi lebih banyak terjadi pada bagian permukaan ZSM-5 dengan ion logam berat. Hal yang sama dijelaskan (Mekkari 2014), dimana adsorpsi yang terjadi pada logam berat Pb terhadap zeolit Na-Y yang di sintesis dari bahan kaolin adalah memenuhi model Langmuir. Model adsorpsi Langmuir tersebut dianggap lebih tepat dalam menggambarkan model serapan yang terjadi pada zeolit Na-Y dan logam Pb dibandingkan model Freundlich. Tingkat ketepatan tersebut dilihat dari parameter nilai R2 pada persamaan Langmuir yang lebih mendekati nilai 1.
Zakaria et al. (2012) juga menyebutkan bahwa model adsorpsi zeolit yang disintesis dari abu terbang untuk adsorpsi logam Cu yaitu mengikuti model Langmuir dan Freundlich. Namun, dalam kemampuan adsorpsi terhadap logam Cu tersebut memiliki perbedaan jumlah ion yang di adsorpsi. Peningkatan kapasitas adsorpsi menurut model Freundlich relatif sama jika dibandingkan dengan persamaan Langmuir, tetapi nilai kapasitas adsorpsi model Freundlich memiliki nilai bias yang lebih besar terhadap kapasitas adsorpsi dibandingkan dengan model Langmuir. Nilai kapasitas adsorpsi optimum zeolit terhadap logam Cu menurut model Langmuir yaitu sebesar 60.97 mg.g-1, sedangkan kapasitas adsorpsi optimum menurut model Freundlich 40.36 mg.g-1. Oleh karena itu, model adsorpsi yang terjadi pada logam berat terhadap zeolit dapat disimpulkan mengikuti model adsorpsi Langmuir.
Kemampuan adsorpsi beberapa zeolit alam terhadap logam berat disajikan pada Tabel 7. Dari hasil penelitian dapat dilihat bahwa kemampuan adsorpsi zeolit sintetik ZSM-5 terhadap logam berat lebih tinggi bila dibandingkan adsorpsi oleh zeolit alam. Hasil seperti ditunjukkan pada Tabel 7 terjadi dikarenakan zeolit sintetik memiliki karakteristik yang lebih baik dibandingkan dengan zeolit alam. Sedangkan pada adsorpsi logam Pb yang dilakukan Buasri et al. (2008) terlihat bahwa kemampuan adsorpsi maksimun lebih besar dibandingkan adsorpsi zeolit alam yang lain namun tidak lebih besar dari zeolit sintetik ZSM-5. Hal ini terjadi karena zeolit alam yang digunakan untuk adsorpsi logam sebelumnya telah dilakukan penjenuhan menggunakan larutan NaCl 0.5 M selama 24 jam sebagai salah satu cara aktivasi agar kemampuan adsorpsi terhadap logam berat dapat meningkat.
24 Tabel 7 Kemampuan Adsorpsi Zeolit Sintetik ZSM-5 dan Zeolit Alam. Adsorben Logam Berat Kapasitas Adsorpsi (mg g-1) Sumber ZSM-5 Pb2+ 76.64 Penelitian ini Cu2+ 76.13 Cd2+ 62.74
NaP1 Zeolite Cu2+ 50.50 Alvarez-Ayuso et al. (2003) Fly Ash zeolite Cd2+ 13.45 Gaurav et al. (2013)
Fly Ash zeolite Cu2+ 60.97 Zakaria et al. (2012)
Natural Pb2+ 10.1 Inglezakis (2004)
Clinoptilolite Cu2+ 11.7
Natural Pb2+ 58.73 Buasri et al. (2008) Clinoptilolite
Natural Cu2+ 9.23 Erdem (2004)
Clinoptilolite
Sardinian Pb2+ 27.97-124.31 Cincotti et al. (2006) Natural Zeolite Cd2+ 2.81-10.68
Cu2+ 11.11
Natural
Phillipsite Pb2+ 24.24-35.74 Al-Haj-Ali & Al-Hunaidi (2004) Ukranian Pb2+ 27.70 Sprynskyy et al. (2006) Natural Zeolite Cu2+ 25.76
Cd2+ 4.22
Natural Pb2+ 5.80 Bosso & Enzweiler (2002)
Scolecite Cu2+ 4.25
Cd2+ 0.18
ZSM-5 merupakan salah satu zeolit sintesis yang banyak digunakan dalam bidang industri terutama sebagai katalis karena memiliki aktivitas dan selektivitas yang tinggi pada beberapa reaksi konversi hidrokarbon serta tidak mudah terdeaktivasi (Prasad dan Bakhshi, 1986). ZSM-5 merupakan salah satu jenis zeolit sintetik yang memiliki ukuran pori meso yaitu 5.1-5.5 Å. Ukuran pori tersebut memungkinkan pemanfaatan zeolit semakin luas. Pemanfaatan potensi ZSM-5 memang lebih pada hal spesifik, salah satunya yaitu dalam bidang katalis dalam reaksi oksidasi parsial metana menjadi methanol dan formaldehid (Beznis et al. 2010). Dengan penggunaan katalis ZSM-5, jumlah metana dapat ditingkatkan dengan cara mengkonversi senyawa tersebut menjadi metanol. Ukuran pori meso yang dimiliki oleh zeolit diharapkan dapat mempermudah transpor massa reaktan ke dalam sisi aktif zeolit dan meningkatkan kemampuan zeolit sebagai katalis. Metanol merupakan salah satu bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan.
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa ZSM-5 memiliki potensi yang baik dalam mengadsorpsi logam berat. Hasil yang diperoleh lebih besar jika dibandingkan dengan beberapa jenis zeolit alam, namun masih terlalu dini untuk menyimpulkan bahwa ZSM-5 sangat baik dalam mengadsorpsi logam berat karena masih dalam skala yang kecil. Untuk itu masih dibutuhkan penelitian lanjutan yang mempelajari mengenai kemampuan adsorpsi ZSM-5 terhadap logam berat.
25
KESIMPULAN
Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini antara lain:
1. Zeolit sintetik ZSM-5 telah berhasil dibuat dengan metode hidrotermal dengan suhu rendah, di bawah 90 oC. ZSM-5 disintesis dari bahan utama yaitu silika, aluminium, NaOH dan TPABr. Adapun rasio molar yang digunakan dalam sintesis adalah 0.07 Na2O: 1SiO2: 0.005 Al2O3: 0.086 TPABr: 11.69 H2O.
2. Karakteristik ZSM-5 dapat diverifikasi dari pola difraktogram yang memiliki puncak khas 2θ = 7.9364o, 7.9569o, 23.9541o dan 23.9746o, morfologi kristal bulat yang berbentuk bulat dengan permukaan kristal berpori, luas permukaan spesifik sebesar 213.82 m2 g-1, luas permukaan luar 63.53 m2 g-1, luas mikropiri 150.29 m2 g-1, volume total pori sebesar 0.22 cc g-1, volume mikropori 0.07 m2 g-1 dan volume meso 0.15 m2 g-1.
3. Hasil adsorpsi ion logam berat menunjukkan adsorpsi terjadi pada waktu kontak yang relatif cepat dengan kapasitas adsoprsi maksimum masing-masing logam Pb2+ 76.64 mg g-1, Cu2+ 76.1γ mg g-1 dan Cd2+ 62.74 mg g-1. Kemampuan adsorpsi zeolit sintetik ZSM-5 terhadap ion logam Pb2+, Cu2+ dan Cd2+ dipengaruhi oleh ukuran pori, jumlah muatan negatif zeolit, diameter hidrasi dan elektronegativitas dari ion logam berat. Adsorpsi isoterm logam Pb2+, Cu2+ dan Cd2+ menggunakan zeolit ZSM-5 memenuhi persamaan model Langmuir yang dilihat dari nilai R2 mendekati nilai 1. Persamaan ini menggambarkan adsorpsi yang terjadi pada permukaan yang homogen.
Saran
Penelitian ini merupakan bagian dari sebuah payung riset yang masih perlu dikembangkan lebih lanjut. Dari penelitian ini diharapkan akan menghasilkan output yang bermanfaat bagi perkembangan teknologi, terutama menyangkut lingkungan dalam kaitannya dengan pencemaran logam berat. Penelitian yang dapat dikembangkan ke depan, antara lain perlunya analisis lanjutan untuk mengetahui muatan-muatan negatif yang terdapat pada zeolit, sehingga dapat menghitung jumlah muatan yang berperan dalam pengikatan ion logam berat oleh zeolit. Penggunaan bahan zeolit yang bervariasi juga diperlukan untuk dapat membandingkan hasil adsorpsi dari berbagai jenis zeolit.
26
DAFTAR PUSTAKA
Al-Haj-Ali A, Al-Hunaidi T. 2004. Breakthrough curves and column design parameters for sorption of lead ions by natural zeolite. Environ. Sci. Technol. 25: 1009-1019.
Alvarez-Ayuso E, Garcia-Sanchez A, Querol X. 2003. Purification of metal electroplating waste waters using zeolites. J. WATRES. 37(20): 4855-4862. Beznis NV, van Laak ANC, Weckhuysen BM, Bitter JH. 2010. Oxidation of Methane to Methanol and Formaldehyde over Co-ZSM-5 Molecular Sieves: Tuning the Reactivity and Selectivity by Alkaline and Acid Treatments of the Zeolite ZSM-5 Agglomerates. Micropor. Mesopor. Mater., DOI: 10.1016/j.micromeso.2010.09.009.
Bosso J, Enzweiler. 2002. Evaluation of heavy metal removal from aqueous solution onto scolecite. Water Research. 36: 4795-4800.
Buasri A, Chaiyut N, Phattarasirichot K, Yongbut P, Nammueng L. 2008. Use of natural clinoptilolite for the removal of lead (II) from wastewater in batch