• Tidak ada hasil yang ditemukan

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

2.4. Zeolit

2.4.1. Teori Zeolit

Kata zeolit berasal dari kata Yunani, zeinyang berarti membuih dan lithos

yang berarti batu. Nama ini sesuai dengan sifat zeolit yang akan membuih bila

dipanaskan pada suhu 100°C. Zeolit pertama kali ditemukan pada tahun 1756 oleh

Axel Cronstedt seorang ahli mineral dari Swedia. Jenis mineral yang ditemukan

adalah stilbit (Na2Ca4[Al10Si26O72].34H2O). Menurut penelitian yang dilakukan

Cronstedt, mineral ini akan mendidih apabila dipanaskan, hal ini disebabkan oleh

proses dehidrasi dari mineral tersebut. Di Indonesia zeolit ditemukan pada tahun

1985 oleh Pusat Pengembangan Teknologi Mineral (PPTM) Bandung dalam

jumlah besar. Penyebaran zeolit terdapat di beberapa daerah, terutama di pulau

Sumatera dan Jawa.

2.4.2. Struktur Zeolit

Si Al-

Atom O

Gambar 1. Struktur Kerangka Penyusun Zeolit

Kerangka dasar struktur zeolit terdiri dari unit-unit tetrahedral [AlO4]- dan

[SiO4] yang saling berhubungan melalui atom O (Barrer, 1987). Struktur kristal

zeolit membentuk suatu kerangka tetrahedron berantai dalam bentuk tiga dimensi.

Al, sedangkan atom-atom oksigen berada pada sudut-sudutnya. Rumus empiris

komposisi zeolit dapat dinyatakan sebagai berikut:

Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y].wH2O

M = Kation alkali/alkali tanah

n = Valensi kation M (alkali/alkali tanah) x, y = Jumlah tetrahedral per unit sel

w = Jumlah molekul air per unit sel

Kedudukan atom Al dalam posisi tetrahedra memerlukan tambahan

muatan positif sebagai penetral muatan listrik, seperti kation logam alkali atau

alkali tanah. Keadaan seperti ini yang menyebabkan zeolit dapat bersifat sebagai

penukar kation. Sedangkan pori-pori yang terdapat di dalam struktur kristal zeolit

diisi oleh molekul air. Pada umumnya pori-pori tersebut mencapai 20 – 30% dari

total volume kristalnya. Secara garis besar, struktur zeolit dibangun dalam tiga

bagian utama, yaitu:

a. Unit bangun primer (TO4), yaitu tetrahedron dari empat oksigen dengan atom

pusat tetrahedron (T) adalah Si4+ dan Al3+. Semua atom oksigen berada di

antara dua tetrahedron.

b. Unit bangun sekunder, yaitu susunan tetrahedron yang membentuk cincin,

seperti cincin tunggal berbentuk segi empat, segi enam, segi delapan, atau

kubus, prisma heksagonal, atau gabungan dari dua cincin segi empat.

2.4.3. Sifat – sifat Zeolit

a) Dehidrasi

Sifat dehidrasi zeolit berpengaruh terhadap sifat serapannya. Keunikan

zeolit terletak pada struktur porinya yang spesifik. Pada zeolit alam di dalam pori-

porinya terdapat kation-kation atau molekul air. Pori-pori zeolit akan semakin

terbuka bila zeolit dipanaskan. Keadaan seperti ini akan memungkinkan zeolit

dapat menyerap molekul-molekul yang mempunyai jari-jari lebih kecil dari pori-

pori zeolit tersebut. Kandungan air yang terperangkap di dalam rongga zeolit

biasanya berkisar antara 10 – 35% berat zeolit (Suhala, et al, 1997).

b) Penyerapan

Zeolit digunakan sebagai bahan penyerap karena sifatnya yang selektif dan

mempunyai kapasitas tukar kation yang cukup tinggi. Zeolit dapat memisahkan

molekul-molekul berdasarkan ukuran dan bentuk struktur kristal zeolit. Bila zeolit

dipanaskan maka air yang terkandung di dalamnya akan menguap. Zeolit yang

telah dipanaskan dapat berfungsi sebagai penyerap gas atau cairan (Khairinal,

2000). Jika beberapa molekul memasuki sistem pori zeolit, salah satu molekul

tersebut akan tertahan karena perbedaan kepolarannya. Mekanisme penyerapan

dengan zeolit dapat dilakukan dengan tiga cara, yaitu penyerapan fisik,

penyerapan kimia, atau gabungan dari keduanya (penyerapan fisik dan kimia).

Penyerapan tersebut bergantung kepada sifat unsur yang diserap, keasaman

c) Penukar Ion

Kation-kation yang terdapat pada rongga zeolit berguna untuk menjaga

kenetralan zeolit. Kation-kation ini dapat bergerak bebas sehingga pertukaran

kation yang terjadi tergantung dari ukuran dan muatan maupun jenis zeolitnya.

Sifat sebagai penukar ion dari zeolit antara lain tergantung dari sifat kation, suhu,

dan jenis anion (Bambang, 1998). Selain sebagai penukar kation, zeolit juga dapat

berfungsi sebagai penukar anion. Dalam hal ini, kedudukan dari gugus hidroksil

(OH-) pada zeolit memegang peranan penting. Gugus hidroksil pada zeolit dapat

dibentuk dengan metode deamonisasi melalui proses pertukaran ion NH4+ pada

zeolit.

d) Katalis

Zeolit sebagai katalis hanya mempengaruhi laju reaksi tanpa

mempengaruhi kesetimbangan reaksi. Katalis berpori dengan ukuran pori-pori

tertentu akan memuat molekul yang lebih kecil tetapi mencegah molekul yang

lebih besar masuk. Sebagai katalis, zeolit mempunyai keistimewaan, yaitu lama

pemakaian yang lebih panjang bila dibandingkan dengan bahan katalis lainnya.

e) Penyaring/pemisah

Zeolit sebagai penyaring molekul maupun pemisah didasarkan atas

perbedaan bentuk, ukuran, dan polaritas molekul yang disaring. Sifat ini

disebabkan karena zeolit mempunyai pori-pori yang cukup besar. Molekul yang

berukuran lebih kecil dari pori-pori zeolit dapat melintas sedangkan yang

ini disebut molecular sieve yang terdapat dalam substansi zeolit alam (Bambang,

1998). Diameter pori-pori zeolit bervariasi sesuai dengan jenis zeolit, seperti yang

dapat dilihat pada tabel 4.

2.4.4. Jenis-jenis Zeolit

a) Zeolit Alam

Zeolit alam merupakan senyawa alumino silikat terhidrasi, dengan unsur

yang terdiri dari kation alkali dan alkali tanah. Senyawa ini berstruktur tiga

dimensi dan mempunyai pori yang dapat diisi oleh molekul air. Zeolit alam

terbentuk karena adanya perubahan alam (zeolitisasi) dari bahan vulkanik dan

dapat digunakan secara langsung untuk berbagai keperluan, namun daya serap

maupun daya tukar ion zeolit ini belum maksimal. Untuk memperoleh zeolit

dengan daya guna tinggi diperlukan suatu perlakuan yaitu dengan aktivasi.

Beberapa penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa zeolit alam mampu

dimanfaatkan sebagai adsorben limbah pencemar dari beberapa industri. Zeolit

mampu menyerap berbagai macam logam, antara lain Ni, Np, Pb, U, Zn, Ba, Ca,

Mg, Sr, Cd, Cu dan Hg (Kosmulski, 2001).

Perbandingan antara atom Si dan atom Al yang bervariasi akan

menghasilkan banyak jenis zeolit yang terdapat di alam. Sampai saat ini telah

ditemukan lebih dari 50 jenis zeolit alam. Namun, mineral pembentuk zeolit

hanya ada 8 besar jenisnya, seperti yang dapat dilihat pada tabel 4. Di Indonesia,

Tabel 4. Jenis Mineral Zeolit Alam dan Sifat Fisiknya

Jenis Mineral

Zeolit

Rumus Kimia Rasio Si/Al Diameter Pori (Å) Kapasitas Tukar Kation (meq/100g) Analsim Na16[Al16Si32O96]10H2O 2 2,6 4,54 Kabazit Ca2[Al4Si8O24]13H2O 2 3,7 - 4,2 3,84 Filipsit K2Ca1,5Na[Al6Si10O32]12 H2O 1,67 2,8 - 4,8 3,31 Klinoptilolit Na6[Al6Si30O72]24 H2O 5 3,9 - 5,4 2,16 Erionit Na2K2Mg0,5Ca2[Al9Si27O72] 27H2O 3 3,6 - 5,2 3,12

Ferrierit NaCa0,5Mg2[Al6Si30O72]

20H2O 5 3,4 - 5,5 2,33 Mordenit Na8[Al8Si40O96]24 H2O 5 2,9 - 7,0 2,29 Laumonit Ca4[Al8Si16O46]16H2O 2 4,6 - 6,3 4,25 Sumber : Dyer, A, 1988 b) Zeolit Buatan

Zeolit buatan merupakan hasil rekayasa manusia secara proses kimia yang

bisa dimodifikasi sesuai kebutuhan. Sifat zeolit yang dihasilkan tergantung dari

jumlah komponen atom Al dan atom Si dari zeolit tersebut. Salah satu jenis zeolit

buatan yang dihasilkan adalah Zeolit A (Na12[Al12Si12O48]27H2O). Zeolit buatan

lebih murni dan mempunyai kemampuan lebih luas dibandingkan dengan zeolit

alam, terutama sebagai bahan katalis.

2.4.5. Mordenit

Zeolit alam jenis mordenit mempunyai struktur kristal berbentuk

ortorombik, yang terdiri dari cincin 8 dan cincin 12. Cincin 8 dan cincin 12

dengan ukuran masing-masing 2,6 x 5,7 Å dan 6,7 x 7,0 Å serta mempunyai total

volume rongga 28% (Parikesit, Eko, 2003). Pada umumnya mordernit

mengandung ion Na, Ca dan K. Sifat adsorpsi mordenit ditentukan oleh ukuran

rongga, sehingga hanya molekul-molekul yang berdiameter lebih kecil yang dapat

diserap oleh mordenit terhidrasi (Judawati, Janis, 1993).

Gambar 2. Struktur Stereotip Mordenit

2.4.6. Aktivasi Zeolit

a) Aktivasi dengan Pemanasan

Pemanasan bertujuan untuk menguapkan air yang terperangkap di dalam

pori-pori kristal zeolit, sehingga luas permukaannya bertambah (Khairinal, 2000).

Pemanasan dilakukan selama 2 – 3 jam, tergantung besarnya kandungan unsur

pengotor yang ada serta stabilitas zeolit terhadap panas. Stabilitas ini dipengaruhi

oleh jenis mineral zeolit yang terkandung. Proses pemanasan zeolit dikontrol,

karena pemanasan yang berlebihan kemungkinan akan menyebabkan zeolit

b) Aktivasi secara Kimia

Aktivasi zeolit secara kimia dilakukan dengan cara perendaman dan

pengadukan zeolit dalam larutan asam (H2SO4 atau HCl) ataupun dalam larutan

basa (NaOH). Aktivasi ini bertujuan untuk membersihkan permukaan pori,

membuang senyawa pengotor dan mengatur kembali letak atom yang dapat

dipertukarkan. Proses aktivasi dengan asam dapat meningkatkan kristalinitas,

keasaman dan luas permukaan zeolit (Hari, 2001). Perlakuan asam telah berhasil

melepaskan alumunium dari kerangka zeolit dan mampu meningkatkan keasaman

zeolit. Peningkatan keasaman zeolit mampu memperbesar kemampuan

penyerapan zeolit. Hal itu terjadi karena banyaknya pori-pori zeolit yang terbuka

dan permukaan padatannya menjadi bersih dan luas (Heraldy, et al, 2003). Zeolit

dapat dimodifikasi menggunakan NaCl untuk menjadi zeolit unikation (Na-zeolit).

Zeolit ini cenderung bersifat netral (pH 6,8). Kondisi yang cenderung netral ini

dapat meningkatkan penyerapan zeolit (Amsiri, 2010).

2.4.7. Zeolit Alam Karangnunggal

Zeolit merupakan salah satu mineral yang banyak terdapat di daerah

sepanjang pantai selatan Provinsi Jawa Barat dan Banten. Salah satu daerah yang

banyak terdapat bijih zeolit adalah Kecamatan Karangnunggal, Kabupaten

Tasikmalaya. Kabupaten Tasikmalaya memiliki penyebaran deposit zeolit di

Karangnunggal, Cipatujah dan Cikalong dengan deposit kurang lebih 39.435.125

ton. Sampai saat ini usaha penambangan zeolit masih didominasi oleh usaha

penambangan tradisional skala kecil, sebagian juga usaha pertambangan skala

luar Kabupaten Tasikmalaya sehingga nilai tambah zeolit masih rendah. Zeolit

dari Tasikmalaya pada umumnya digunakan untuk keperluan pertanian seperti

bahan pelengkap penyerap pupuk, perikanan udang untuk menetralisir amonia dan

untuk keperluan industri penjernihan air (Sulistiyono, et al, 2009).

Zeolit alam Tasikmalaya berwarna kehijauan dan mempunyai kapasitas

tukar kation 114,5 – 162,2 meq/100g. Hasil analisis kandungan senyawa oksida dan prosentase yang terkandung dalam mineral zeolit alam Karangnunggal

menggunakan XRF dapat dilihat pada tabel 5. Hasil analisis menunjukkan bahwa

zeolit hijau Karangnunggal merupakan zeolit dengan rasio Si/Al sebesar 5,05.

Hasil analisis lebih lajut menggunakan XRD untuk menentukan karakteristik

batuan zeolit menunjukkan bahwa zeolit hijau Karangnunggal merupakan jenis

mineral mordenit yang merupakan senyawa utama dari sampel ((Na2,Ca, K2) Al2

Si10 O24.7 H2O) (Sulistiyono, et al, 2009).

Tabel 5. Hasil Analisa XRF Zeolit Alam Karangnunggal

Sumber : Sulistiyono, Eko dan Murni Handayani, 2009

Senyawa Jumlah CaO 1,65 % Na2O 2,77 % K2O 0,72 % SiO2 78,92 % Al2O3 15,62 % MgO 0,05 % SiO2/Al2O3 5,05

Dokumen terkait