Penggunaan zeolit meningkat tiap tahunnya sebesar 1,6 juta ton/tahun. Jumlah sebesar 1,1 ton merupakan zeolit A yang merupakan hasil sintesis di laboratorium (Pfeninger 1999). Zeolit sintetis (Zeolit A) digunakan sebagai
deterjen “builders” dalam industri deterjen yang mencapai 40% berat deterjen (Mortimer & Taylor 2002; Pfeninger 1999), untuk melembutkan air sadah (hard water) terutama dalam menghilangkan ion kalsium yang ada di dalam air (Mortimer & Taylor 2002). Sementara itu, zeolit A juga berperan besar dalam bidang adsorpsi dan dehidrasi terutama menghilangkan kelembaban dan substansi asing dari campuran gas atau cairan(Pfeninger 1999). Penggunaan zeolit A secara lebih luas dalam bidang adsorpsi, diantaranya adalah pada proses pembuatan etanol anhidrat dengan memisahkan campuran azeotrop etanol-air (95,57 % berat etanol) (Taherzadeh & Karimi 2008) menggunakan zeolit sebagai adsorben. Zeolit A yang dapat digunakan pada proses dehidrasi atau pengeringan etanol adalah zeolit 3A, 4A dan 5A (Al-Asheh et al. 2004).
Proses sintesis zeolit A di laboratorium masih mengacu pada metode yang digunakan oleh Richard Barrer melalui metode hidrotermal pada kisaran temperatur antara 100 – 250oC dengan nilai pH yang tinggi (Mortimer & Taylor 2002). Sebagian besar peneliti melakukan sintesis zeolit A pada temperatur di bawah 100oC seperti yang dilakukan oleh Leonard (1981), Sun (1983), Vaughan (1985), Kuznicki et al. (2002), dan Diaz et al. (2010).
Zeolit tipe A diperoleh melalui sintesis menggunakan sumber silika dan alumina maupun menggunakan zeolit alam jenis klinoptilolit (Leonard 1981; Sun 1983) dengan penambahan sumber alumina dan larutan NaOH sebagai promotor dengan kadar 10 – 20 %. Sumber silika yang digunakan antara lain silika gel, asam silikat (silicic acid), aqueous colloidal silika sols, dan Na/K-silikat, sedangkan sumber aluminanya berupa Al2O3.3H2O, kaolin, halloisit, metakaolin, aluminium sulfat, dan yang sejenis. Natrium atau kalium aluminat yang dibuat dengan melarutkan Al2O3.3H2O dalam larutan KOH atau NaOH pada 60 – 100oC menjadi pilihan utama (Vaughan 1985). Proses sintesis zeolit 3A dapat dilakukan melalui pertukaran ion terhadap zeolit A (zeolit 4A) ataupun sintesis langsung tanpa tahap pertukaran ion dengan perbandingan kompisisi Na dan K yang sesuai
(Vaughan 1985). Proses dilakukan secara hidrotermal dengan kondisi proses diatur pada rentang temperatur 80 – 100oC dan lamanya proses berkisar antara 4 jam sampai dengan 6 hari (Diaz et al. 2010; Kuznicki et al. 2002; Vaughan 1985). Zeolit A yang dihasilkan dari proses di atas memiliki sifat-sifat yang sesuai untuk digunakan pada proses separasi (pemisahan) campuran etanol-air (Diaz et al. 2010). Beberapa metode yang digunakan dalam mensintesis zeolit A dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4 Metode sintesis zeolit A sebagai molecular sieve
Bahan baku Kondisi proses Hasil
Klinoptilolit alam, sodium aluminat (1)
Hidrotermal 1 (satu) tahap, kondisi optimum (95oC, 4 jam; 15% berat NaOH)
Zeolit A dengan formula : Na12(AlO2)12(SiO2)12.27H2O
Klinoptilolit alam, sodium aluminat (2)
Hidrotermal 2 (dua) tahap, kondisi optimum (95oC, 1 jam; 20% berat NaOH)
Zeolit A dengan formula : Na12(AlO2)12(SiO2)12.27H2O
Na-silikat dan K- silikat (3)
Hidrotermal, suhu awal 10 – 40oC, proses pemanasan pada 80 – 100o
C, sintesis Z3A secara langsung tanpa pertukaran ion
Zeolit 3A yang dapat digunakan langsung sebagai bahan pengering
Zeolit (Y, L, ferrierit, mordenit) (4)
Perlakuan asam dan kalsinasi, Hidrotermal 80oC, 16 jam (pH slurry 10,5 – 12). Terjadi peningkatan kandungan Al dalam kerangka zeolit Gismondin Al tinggi, gel aluminosilikat kering atau bubuk gibbsit, kaolin, larutan silika pekat (5)
Hidrotermal dengan kondisi lingkungan mengandung silika tinggi, pH di atas 12, range suhu 90 – 100oC, pemanasan awal dengan basa pada 50-85oC minimal 30 menit
Zeolit dengan kadar alumina tinggi
sodium aluminat dan sodium silikat (6)
Hidrotermal, 100oC dengan interval waktu 1 – 6 jam, waktu pengeringan 12 jam pada 70oC. Aktivasi pada 300oC.
Zeolit A yang sesuai untuk proses separasi campuran etanol-air
Keterangan : (1)Leonard (1981); (2)Sun (1983); (3)Vaughan (1985); (4)Narayana & Murray (1992);
(5)
Kuznicki et al. (2002); (6)Diaz et al. (2010)
Proses dehidrasi bioetanol dapat dilakukan menggunakan zeolit molecular sieve melalui metode adsorpsi (Tabel 5). Sistem adsorpsi yang digunakan meliputi batch adsorption (Carmo & Gubulin 1997; Ivanova et al. 2009), kolom perkolasi (Igbokwe et al. 2008), membran pervaporasi (Ling et al. 2008; Zhan et al. 2009), Pressure Swing Adsorption (Pruksathorn & Vitidsant 2009), maupun Vacuum Swing Adsorption (Wahyudi 2010). Waktu berlangsungnya proses atau waktu kontak antara zeolit dengan bioetanol berkisar antara 30 menit sampai 7 hari. Terdapat beberapa tipe zeolit yang digunakan pada proses adsorpsi, diantaranya
zeolit alam jenis klinoptilolit (Ivanova et al. 2009), ZSM-5 (Zhan et al. 2009), zeolit sintetis 3A (Carmo & Gubulin 1997) maupun zeolit alam hasil modifikasi (misal sampel zeolit dari PT. BPE) (Wahyudi 2010). Bentuk zeolit yang digunakan dapat berupa bubuk (powder), pelet (silinder), atau pun butiran (bulat). Secara rinci, kondisi proses dehidrasi dari beberapa literatur yang telah disebutkan di atas dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5 Proses dehidrasi etanol menggunakan zeolit molecular sieve
Jenis zeolit Kondisi proses Hasil
Zeolit sintetis 3A (bentuk bulat dan silinder)(1)
Uji kinetis, sistem batch, rasio massa zeolit : EtOH = 1 : 3, Proses adsorpsi 4 taraf (25, 40, 50, dan 60oC), pengadukan selama ± 7 hari, aktivasi zeolit pada 300oC, 24 jam, penyimpanan dalam desikator vakum
Kapasitas adsorpsi air sama (bulat dan silider), T >>>, maka kapasitas adsorpsi air <<<, laju difusivitas >>>, diameter partikel zeolit >>, kapasitas adsorpsi air <<<, tetapi laju difusi tetap (konstan)
Zeolit sintetis 3A, 4A, dan 5A(2)
Persentase air dalam larutan 5%-12% berat, fixed bed adsorber
Zeolit 3A memiliki
kemampuan tertinggi dalam mengadsorpsi air
Zeolit pelet (dari kaolin) dan kaolin(3)
Kolom perkolasi, aktivasi zeolit sebelum digunakan pada 500oC
Kapasitas adsorpsi air dari kaolin lebih efektif jika dibandingkan dengan kaolin kasar
zeolite-clay powder(4)
PVA Membran Pervaporasi, konsentrasi etanol (10, 30, 50, 70, 90% berat), temperatur proses (30, 40, 50, 60, dan 70oC)
Membran relatif hidrofil dan sesuai untuk separasi campuran etanol-air, Kadar dan T pengumpanan >>>, selektivitas >>> tetapi kapasitas adsorpsi air <<< ZSM-5,
PDMS(5)
Membran Pervaporasi, proses pervaporasi pada 40oC – 80oC dengan tekanan 100 Pa, kadar etanol 5 – 90%.
Performa pervaporasi yang sangat bagus pada konsentrasi etanol rendah. Faktor
pemisahan turun drastis dengan meningkatnya kadar etanol. Klinoptilolit
alam(6)
Adsorpsi skala lab, waktu kontak 24 jam, rasio zeolit/EtOH = (± 1 : 3), aktivasi termal 2 jam pada 200oC
Memungkinkan untuk pengeringan etanol dari campuran larutan dengan air Zeolit 3A dan
ZAM PT. BPE(7)
Vacuum Swing Adsorption, tekanan minimal 20 cmHg, rasio
zeolit/bioetanol = 5 kg/ 5l
(mendekati 1 : 1), suhu kolom 80oC
Kadar EtOH >>>, kapasitas adsorpsi air Z3A sintetis relatif tinggi, tetapi tingkat selektifitas terhadap senyawa pengotor lebih rendah
Zeolit A (Z4A)(8)
Proses dehidrasi pada suhu 30oC Etanol yang digunakan 80, 85, dan 90% berat
Terjadi peningkatan kadar etanol
(1)
Carmo & Gubulin (1997); (2)Al-Asheh et al. (2004); (3)Igbokwe et al (2008); (4)Ling et al. (2008); (5)Zhan et al. (2009); (6)Ivanova et al. (2009); (7)Wahyudi (2010); (8)Diaz et al. (2010)
23