4 PENGARUH PENGECILAN UKURAN PARTIKEL ZEOLIT ALAM TERHADAP SIFAT FISIKO KIMIA ZEOLIT
4.3 Hasil dan Pembahasan
Pengecilan ukuran partikel zeolit
Pengaruh lama penggilingan dengan penggunaan planetary ball milling terhadap ukuran partikel yang dihasilkan, diperoleh data seperti yang disajikan
pada Gambar 4.1. Lama penggilingan telah menghasilkan ukuran partikel zeolit yang berbeda-beda. Semakin lama penggilingan maka ukuran partikel zeolit yang dihasilkan akan semakin kecil. Pengaruh lama penggilingan dengan penggunaan planetary ball milling terhadap ukuran partikel yang dihasilkan, diperoleh data seperti yang disajikan pada Gambar 4.1. Lama penggilingan telah menghasilkan ukuran partikel zeolit yang berbeda-beda, semakin lama penggilingan maka ukuran partikel zeolit yang dihasilkan akan semakin kecil. Hubungan antara lama waktu penggilingan dengan ukuran partikel yang dihasilkan dapat didekati dengan model persamaan eksponensial Y = 2500e-0,03x dan R2 = 0,736
Gambar 4.1 Hubungan antara ukuran partikel zeolit dan waktu penggilingan
Uji statistik (anova) dan uji lanjut Duncan (Tabel 4.1) terlihat bahwa penggilingan selama 60 menit (dengan ukuran partikel zeolit sebesar 422,5 nm tidak berbeda nyata dengan perlakuan penggilingan selama 50 menit (ukuran partikel 465 nm), tetapi berbeda nyata dengan waktu penggilingan lainnya. Penggilingan selama 50 menit tidak berbeda nyata dengan penggilingan selama 40 menit (ukuran partikel 523 nm) tetapi berbeda nyata dengan waktu penggilingan lainnya. Demikian pula dengan penggilingan selama 40 menit dan 30 menit. Penggilingan selama 30 menit berbeda nyata dengan penggilingan selama 20, 10 dan kontrol. Demikian pula dengan penggilingan 20 dan 10 menit. Dengan hasil tersebut maka untuk penelitian selanjutnya ukuran partikel yang digunakan adalah kontrol, dan hasil penggilingan selama 20, 40 dan 60 menit.
Tabel 4.1 Uji Duncan untuk mengetahui adanya pengaruh lama penggilingan terhadap ukuran partikel zeolit
lama waktu penggilingan
(menit) N Subset for alpha = .05
1 2 3 4 5 6 60 3 422,466 50 3 465,133 465,133 40 3 523,033 523,033 30 3 581,800 20 3 932,033 10 3 1023,10 0 3 2463,03 Sig. ,256 ,131 ,125 1,000 1,000 1,000
Pengecilan ukuran partikel atau restrukturisasi partikel zeolit hingga berukuran nanometer diharapkan akan memperluas bidang permukaan serap zeolit. Partikel berukuran nano akan memiliki luas permukaaan serap yang lebih tinggi dibandingkan dalam ukuran partikel yang lebih besar, selain itu akan mempersingkat waktu penyerap (Charkhi et al. 2010).
(a) (b)
Gambar 4.2 Ukuran partikel kontrol (a) dan (b) ukuran partikel setelah milling 60 menit
Hasil analisa menggunakan PSA memperlihatkan bahwa kontrol zeolit ukuran 80 mesh hampir setara dengan 2,46 µm dengan nilai PDI (Particle Distribution Indeks) sebesar 0,815. PDI adalah nilai yang menunjukkan sebaran rata-rata ukuran partikel. Dengan PDI lebih dari 0,7 berarti ukuran partikel sampel sangat beragam. Sedangkan hasil PSA pada perlakuan milling selama 60 menit menghasilkan ukuran partikel rata-rata sebesar 422,5 nm dengan nilai PDI 0,371, sehingga sampel dapat dikatakan cukup homogen. Dengan ukuran partikel yang homogen maka sifat kimia serta fisik dari zeolit dianggap sama, sehingga responnya terhadap perlakuan selanjutnya akan dianggap sama.
Bentuk permukaan partikel zeolit
Morfologi zeolit setelah penggilingan dapat diamati dengan menggunakan SEM. Beberapa gambar hasil analisa dengan SEM dapat dilihat pada Gambar 4.3. Terlihat pada gambar tersebut bahwa semakin lama waktu penggilingan, partikel zeolit semakin terlihat sebagai gabungan partikel yang teraglomerasi, dengan bentuk yang tidak beraturan. Aglomerasi terjadi pada zeolit yang digiling dengan waktu yang lebih lama diduga akibat timbulnya panas ketika proses berlangsung sehingga kelembaban meningkat sehingga partikel cenderung menggumapal. Hal lain yang juga diduga menimbulkan aglomerasi pada saat pengecilan ukuran partikel adalah meningkatnya muatan elaktrostatik bahan. Penggilingan zeolit akan mengakibatkan perubahan bentuk yang semula berbentuk oktahedral menjadi bentuk elips sampai tidak beraturan(Charkhi et al., 2010), selanjutnya dikatakan pula bahwa meskipun perlakuan penggilingan dilakukan dengan selektif, pengecilan ukuran akan mengakibatkan kerusakan pada struktur zeolit yang menyebabkan turunnya fase kristalin zeolit. Hal tersebut akan mempengaruhi sifat penyerap dari zeolit, sehingga sangat tidak dikehendaki untuk zeolit yang akan digunakan sebagai adsorber.
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 4.3 Hasil analisa SEM nano zeolit dengan perbesaran 2000x pada (a) zeolit kontrol, (b) zeolit digilingan selama 20 menit, (c)zeolit digiling 40 menit dan (d) zeolit digilingan selama 60 menit
Pengaruh pengecilan ukuran terhadap pori-pori zeolit
Total volume , ukuran diameter serta luas permukaan pori-pori zeolit yang telah digiling selanjutnya diukur dengan metoda Brunaur-Emmett-Teller. Metoda ini merupakan salah satu dari banyak metode yang umum digunakan dalam mengkarakterisasi material berpori berbasis adsorpsi gas N2 (Arryanto dan Hermawan 2009). Hasil analisa BET dapat dilihat pada Gambar 4.4.
(a)
(b)
Gambar 4.4 Hubungan antara waktu penggilingan dengan: (a) total volume pori dan (b) luas permukaan pori
Pengamatan dengan BET diketahui bahwa pengecilan ukuran partikel zeolit sampai batas tertentu meningkatkan luas permukaan serta volume total pori partikel zeolit. Waktu penggilingan selama 40 menit dengan ukuran partikel rata- rata 560 nm memiliki luas permukaan serap dan total volume pori lebih tinggi dibandingkan dengan zeolit hasil penggilingan selama 60 menit yang
menghasilkan rata-rata ukuran partikel 422,5 nm. Dari hasil tersebut dapat dikatakan bahwa perlakuan lama waktu penggilingan selama 40 menit memiliki volume dan luas permukaan area tertinggi, dengan nilai masing-masing sebesar 0,1626 cc/g dan 96,503 m2/g. Dengan hasil tersebut dapat dikatakan bahwa waktu penggilingan selama 40 menit menghasilkan partikel zeolit dengan kemampuan penyerap yang lebih baik dibandingkan perlakuan lainnya.
Gambar 4.5 Hubungan waktu penggilingan dan diameter pori
Sementara itu, diameter pori zeolit akan semakin kecil seiring bertambahnya lama waktu penggilingan. Hal ini terlihat seperti bertolak belakang dengan hasil pengukuran total volume pori dan luas permukaan zeolit. Hal diduga bukan merupakan akibat langsung dari proses penggilingan. Pengecilan ukuran zeolit secara top down dapat mengakibatkan tertutupnya pori-pori zeolit, yang diakibatkan oleh rusaknya kerangka penyusun pori ketika proses penggilingan dilakukan (Wakihara et al., 2011). Dengan semakin lamanya waktu penggilingan, terjadi lebih banyak kerusakan pada struktur zeolit, yang menyebabkan pori-pori pada zeolit tertutup oleh kotoran dari struktur zeolit yang rusak. Hal ini diduga telah menyebabkan pengukuran dengan metoda BET menghasilkan total volume pori- pori dan luas permukaan serap zeolit menjadi semakin kecil seiring dengan bertambah lamanya waktu penggilingan.
Fraksi kristalin dan amorf pada zeolit alam
Analisa menggunakan XRD (X-ray Diffraction) dilakukan untuk mengetahui sifat kristalinitas zeolit terestrukturisasi. Gambar 4.6 memperlihatkan bahwa fase kristalin yang berasal dari zeolit kontrol, dengan puncak-puncaknya yang tajam, dengan jumlah fraksi sebanyak 77,1% akan mengalami penurunan menjadi fraksi amorf yang ditandai dengan semakin rendahnya puncak-puncak semula. Hal tersebut sejalan dengan lama waktu penggilingan. Waktu penggilingan 20, 40 dan 60 menit akan menurunkan fraksi kristalin secara
berurutan adalah 74,9%, 73,8% dan 72,4%. Hal ini menunjukkan bahwa telah terjadi perubahan atau kerusakan dari fraksi kristalin menjadi amorf dan
penurunan ini signifikan (pada α 5%).
Gambar 4.6 Fraksi kristalin dan amorf partikel zeolit yang digiling
Dengan penurunan tersebut akan berpengaruh terhadap kemampuan penyerap dari zeolit dan hal ini sangat tidak dikehendaki untuk zeolit yang akan difungsikan sebagai adsorber. Tabel 4.2 mempelihatkan turunnya global area seiring dengan lamanya waktu penggilingan. Merupakan juga indikator terjadinya perubahan dari fraksi kristalin menjadi amorf. Rekristalisasi terhadap zeolit buatan dilakukan setelah upaya pengecilan ukuran zeolit hingga berukuran 50 nm menurunkan fraksi kristalin zeolit yang semula berjumlah 98% turun menjadi 9% (Wakihara et al . 2011).
Tabel 4.2 Pengaruh lama waktu penggilingan terhadap fase kristalin zeolit Lama waktu giling
(menit)
Fraksi kristalin (%)
Global area Reduce area
Kontrol 75,6 772,0 583,4
20 74,9 490,7 367,6
40 73,8 359,1 265,2
60 72,4 154,5 111,9
Dari data Tabel 4.2 terlihat penurunan fraksi kristalin zeolit seiring dengan lamanya waktu penggilingan. Menurunnya fraksi kristalin zeolit ditunjukkan pula oleh turunnya global area sejalan dengan turunnya fraksi kristalin. Hal ini diduga bahwa fraksi kristalin dengan puncak-puncaknya yang tinggi dan struktur ikatan yang kuat telah mengalami kerusakan akibat penggilingan, sehingga berubah
Kontrol
Aktivasi 2 jam
Aktivasi 24 jam
menjadi fraksi amorf , yang ditunjukkan oleh puncak-puncak yang rendah. Rasio antara fraksi kristalin dan amorf pada zeolit alam akan mempengaruhi luas bidang serapan, sehingga jika penggilingan mengakibatkan turunnya persentasi fraksi kristalin zeolit maka hal ini akan berpengaruh terhadap kemampuan serap zeolit. Uji kemampuan daya serap zeolit perlu dilakukan untuk mengetahui kemampuan serap zeolit mengalami proses pengecilan ukuran dan aktivasi.