METODE PENELITIAN
3.4 Prosedur Penelitian .1 Metakaolinisasi
3.4.4 Karakterisasi ZSM-5
3.4.4.3 Karakteriasi Fourier Transform Infrared (FTIR)
Sebanyak 1 mg sampel dihaluskan hingga menjadi serbuk yang halus menggunakan mortal batu agat dengan dicampurkan 100 mg padatan KBr, kemudian ditempatkan pada preparat dan dipress dengan alat pengepres untuk membentuk pelet. Kemudian sampel yang telah jadi dimasukkan dalam wadah
sampel dan direkam spektrumnya dengan FTIR pada rentang bilangan gelombang 400-4000 cm-1.
3.4.4.4 Analisis Fisisorpsi N2
Sebanyak 0,05 gram sampel divakum selama 2 jam pada suhu 150°C. Selanjutnya dialiri gas N2 dan diadsorp pada temperatur yang sangat rendah (77°K) dalam tekanan vakum. Luas permukaan sampel diukur dari jumlah molekul yang terdeposit (teradsorp) di monolayer. Luas permukaan spesifik (SBET) dihitung dengan metode BETsedangkan distribusi ukuran pori (pore size distribution/ PSD) dianalisis dari metode BJH.
BAB IV PEMBAHASAN
Sintesis ZSM-5 biasanya menggunakan bahan kimia komersial silika dan alumina melalui penambahan cetakan organik sebagai agen pengarah struktur. Pada penelitian ini, ZSM-5 disintesis dengan bahan dasar kaolin Bangka Belitung yang dikonversi menjadi metakaolin terdealuminasi sebagai sumber silika dan alumina tanpa penggunaan cetakan organik. Metakaolin diperoleh melalui proses metakaolinisasi.
4.1 Metakaolinisasi
Metakaolinisasi merupakan proses kalsinasi kaolin menjadi metakaolin. Kaolin memiliki bentuk yang stabil secara kimiawi sehingga agar lebih reaktif perlu dikonversi menjadi bentuk amorf yaitu metakaolin sebelum proses zeolitisasi (Ayele dkk., 2015). Proses metakaolinisasi dilakukan dengan menempatkan kaolin pada tutup kurs porselen dan diratakan sampai tipis ± 2 mm agar semua permukaan lapisan kaolin dapat teraliri panas. Selanjutnya kalsinasi kaolin dilakukan pada suhu 650°C selama 8 jam (Feng, dkk 2008). Berdasarkan Johnson dan Arshad (2014), suhu kalsinasi optimum metakaolinisasi antara 600-800°C. Kaolin yang semula berwarna putih, setelah dikonversi menjadi metakaolin berwarna putih kekuningan. Perubahan warna ini disebabkan karena rusaknya struktur lembar kaolin akibat lepasnya gugus hidroksil dari struktur kaolin (Cheng dkk., 2012). Metakaolin yang dihasilkan sebanyak 8,89 g dari 9 g kaolin sehingga terjadi penyusutan sebesar 1,2%. Penyusutan yang terjadi
diakibatkan oleh hilangnya air atau kerangka hidrogen dan oksigen dari struktur kaolin. Reaksi pembentukan metakaolin atau pelepasan air pada proses metakaolinisasi adalah sebagai berikut:
Al2[Si2O5](OH)4 Al2O3.2SiO2+ 2H2O
(Kaolin) (Metakaolin)
Perubahan struktur kristal yang terjadi dari kaolin menjadi metakaolin dianalisis menggunakan XRD (Ilic dkk., 2010). Analisis XRD dilakukan menggunakan sinar radiasi Cu-K� (� = 1,54056 Å) pada rentang sudut 2� = 5-50°. Gambar 4.1(a) menunjukkan pola difaktogram XRD dari kaolin Bangka Belitung, pola difaktogram teramati pada 2�= 12,3° dan 24,8°. Hasil ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Ayele dkk. (2015) yang menyebutkan puncak khas kaolin berada pada 2�= 12,34° dan 24,64°. Sedangkan pada Gambar 4.1 (b) merupakan pola difaktrogram metakaolin, pada difaktogram metakaolin teramati hilangnya puncak khas dari kaolin yang menunjukkan struktur kaolin berubah menjadi amorf setelah proses kalsinasi. Puncak 2�= 27° yang teramati pada difaktrogram metakaolin menunjukkan puncak khas dari kuarsa. Bentuk kristal kaolin berupa lapisan-lapisan yang saling terikat lemah. Ikatan ini terjadi akibat adanya interaksi gugus hidroksil antar lapisan. Pada saat kalsinasi, gugus hidroksil akan melepaskan diri dari koordinasi ion Al3+ menghasilkan air. Produk hasil dehidroksilasi atau metakaolinisasi adalah produk amorf yaitu metakaolin (Cheng dkk., 2012).
Gambar 4.1 Difaktogram a) metakaolin b) kaolin
Unsur yang terkandung dalam metakaolin dianalisis menggunakan XRF (X-Ray fluorescence) (Pan dkk., 2014). Tabel 4.1 menunjukkan komposisi metakaolin Bangka Belitung mengandung SiO2 sebesar 54,3% dan Al2O3 sebesar 38,6% sehingga rasio Si/Al sebesar 1,4. ZSM-5 merupakan zeolit dengan rasio Si/Al tinggi dari 10 hingga 100 (Kovo, 2011), sehingga untuk memenuhi kriteria ZSM-5 perlu peningkatan rasio Si/Al. Rasio Si/Al dapat ditingkatkan melalui dealuminasi yaitu mengurangi jumlah Al dari kerangka metakaolin (Pan dkk., 2014). Hasil XRF ini digunakan sebagai pembanding metakaolin sebelum dan setelah dealuminasi. 2�° Inte nsit as (% ) a b 0 10 20 30 40 50 400
Tabel 4.1 Data XRF Metakaolin Bangka Belitung
No. Nama Senyawa Kadar (%b/b)
1. Al2O3 38,6 2. SiO2 54,3 3. K2O 0,72 4. CaO 0,58 5. TiO2 1,57 6. V2O5 0,03 7. Cr2O3 0,05 8. MnO 0,04 9. Fe2O3 3,38 10. NiO 0,49 11. CuO 0,08 12. ZnO 0,02 13. Ga2O3 0,04 14. Re2O7 0,07 4.2 Dealuminasi Metakaolin
ZSM-5 merupakan zeolit dengan rasio Si/Al tinggi yaitu dari 10 hingga 100 (Wan, 2016). Kaolin memiliki komposisi rasio Si/Al yang hampir sama (~1). Rasio Si/Al dapat ditingkatkan melalui metode dealuminasi yaitu mengurangi Al dari kerangka metakaolin. Proses dealuminasi digunakan asam kuat seperti HCl, HNO3 dan H2SO4 (Kovo, 2011). Berdasarkan penelitian yang dilakukan Muller dkk. (2015), dealuminasi yang mampu menghilangkan Al dalam jumlah besar dapat dicapai dengan menggunakan larutan HCl.
Proses dealuminasi menggunakan metode yang digunakan oleh Pan dkk. (2014). Metakaolin dilarutkan dalam HCl dengan perbandingan komposisi 1:5 (%b/v). Selanjutnya campuran metakaolin dan HCl diaduk dalam refluks selama 2 jam pada suhu 80°C. Variasi konsentrasi molar HCl yang digunakan yaitu 2,3,4,5,6,7 dan 8M. Selama proses dealuminasi sisi alumina metakaolin akan
berekasi dengan HCl membentuk AlCl3 yang larut air (Kovo, 2011). Reaksi HCl dan metakaolin adalah sebagai berikut:
6HCl + Al2O3 2AlCl3 + 3H2O
Padatan hasil dealuminasi dipisahkan dari filtratnya menggunakan sentrifugasi dan dicuci akuades hingga pH sama dengan pH akuades untuk menghilangkan HCl yang masih tersisa. Pemisahan padatan metakaolin terdealuminasi (MDA) dari filtratnya digunakan sentrifugasi karena ukuran padatan lebih kecil dari ukuran pori kertas saring sehingga apabila pemisahan digunakan kertas saring banyak padatan yang akan lolos. Padatan yang telah netral dikeringkan dalam oven pada suhu 80°C selama 24 jam. Setelah proses pengeringan dihasilkan serbuk MDA yang berwarna putih.
Metakaolin terdealuminasi (MDA) dengan variasi kosentrasi HCl 2,3,4,5,6,7 dan 8M dikarakterisasi menggunakan X-Ray fluorescence (XRF). XRF digunakan untuk menentukan komposisi unsur yang terkandung dalam metakaolin terdealuminasi. Hasil XRF digunakan sebagai pembanding komposisi metakaolin sebelum dan sesudah dealuminasi dan sebagai dasar perhitungan komposisi rasio dalam sintesis ZSM-5. Gambar 4.2 menunjukkan hasil XRF komposisi Si dan Al dari metakaolin terdealuminasi.
Gambar 4.2 Komposisi Si dan Al metakaolin terdealuminasi (MDA)
Dari data di atas, MDA-2 memiliki jumlah Si sebesar 64,5% dan jumlah Al sebesar 25,20%, MDA-3 jumlah Si sebesar 67,2% dan jumlah Al sebesar 22,10%, MDA-4 jumlah Si sebesar 68,4% dan jumlah Al sebesar 21%, MDA-5 jumlah Si sebesar 72% dan jumlah Al sebesar 17,6%, MDA-6 jumlah Si sebesar 78,7% dan jumlah Al sebesar 11%, MDA-7 jumlah Si sebesar 91,6%, dan MDA-8 jumlah Si sebesar 92%. Semakin tinggi konsentrasi HCl, jumlah Al dalam metakaolin semakin menurun, sedangkan jumlah Si semakin meningkat sehingga rasio Si/Al semakin besar. Semakin tinggi konsentrasi HCl maka semakin banyak HCl yang bereaksi dengan sisi alumina membentuk AlCl3 sehingga jumlah Al dalam metakaolin akan berkurang.
0.00% 20.00% 40.00% 60.00% 80.00% 100.00% MDA-2MDA-3MDA-4 MDA-5 MDA-6 MDA-7 MDA-8 64.50% 67.20% 68.40% 72% 78.70% 91.60% 92% 25.20% 22.10% 21% 17.60% 11% 0% 0% Si Al