ADSORPSI LOGAM BERAT
Cu, Pb DAN Cd PADA ZEOLIT SINTETIK ZSM-5 YANG
DISINTESIS DENGAN SUHU RENDAH
PRIYADI
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Adsorpsi Logam Berat Cu, Pb dan Cd Pada Zeolit Sintetik ZSM-5 yang Disintesis dengan Suhu Rendah adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Mei 2015
RINGKASAN
PRIYADI. Adsorpsi Logam Berat Cu, Pb dan Cd Pada Zeolit Sintetik ZSM-5 yang Disintesis dengan Suhu Rendah. Dibimbing oleh ISKANDAR, SUWARDI dan RINO R. MUKTI.
Zeolit alam merupakan mineral yang banyak digunakan sebagai bahan pengadsorpsi logam-logam berat. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa zeolit alam memiliki kemampuan adsorpsi yang lebih rendah dibandingkan zeolit sintetik. Dalam bidang industri, zeolit sintetik ZSM-5 lebih banyak digunakan sebagai katalis dan pereaksi de-waxing dalam proses-proses seperti konversi metanol menjadi gasoline dan olefin, hydrocracking, alkilasi benzene, reduksi NOx dan oksidasi parsial metana. Penggunaannya sebagai bahan pengadsorpsi logam berat masih jarang dilakukan, padahal ZSM-5 sangat berpotensi untuk digunakan sebagai adsorben. Penelitian ini dilakukan untuk mempelajari sintesis dan karakteristik zeolit ZSM-5 serta mempelajari kapasitas adsorpsi zeolit ZSM-5 terhadap logam berat Cu, Pb dan Cd.
Proses pembuatan zeolit sintetik dilakukan dengan metode hidrotermal dengan suhu rendah. ZSM-5 disintesis dari empat prekursor utama; silika, aluminium, NaOH dan template organik. Campuran reaksi disiapkan dengan komposisi molar: 0.07 Na2O: 1 SiO2: 0.005 Al2O3: 0.086 TPABr: 11.69 H2O. Campuran diaduk menggunakan pengaduk magnetik dengan kecepatan 600 rpm selama kurang lebih 1 jam. Setelah larutan tersebut homogen, botol polypropylene berisi larutan tersebut dimasukkan ke dalam oven pada suhu 90 oC selama kurang lebih 96 jam. Karakterisasi zeolit ZSM-5 meliputi beberapa variabel yaitu struktur kristal, morfologi, luas permukaan spesifik, volume total pori, luas permukaan luar, luas mikropori, volume mikropori dan volume mesopori. Percobaan kapasitas adsorpsi zeolit ZSM-5 dilakukan menggunakan sistem batch dengan logam berat Cu2+, Pb2+ dan Cd2+ pada konsentrasi 50, 100, 150, 200, 250 ppm dan waktu kontak 30, 60, 90, 120 dan 250 menit. Interpretasi data adsorpsi dilakukan dengan menggunakan model adsorpsi isoterm Langmuir dan Freundlich.
SUMMARY
PRIYADI. Adsorption of Heavy Metals Cu, Pb and Cd on Synthetic Zeolite ZSM-5 Synthesized at Low Temperature. Supervised by ISKANDAR, SUWARDI and RINO R. MUKTI.
Natural zeolite is widely used as heavy metals absorbent. Some previous study showed that the natural zeolite has lower adsorption capacity than the synthetic zeolite. In the field of industry, synthetic zeolite ZSM-5 is used as catalysts and de-waxing reagent in chemical process such as conversion of methanol into gasoline and olefins, hydrocracking, alkylation of benzene, NOx reduction and partial oxidation of methane. The use of ZSM-5 as heavy metal absorbent is rarely done; whereas, ZSM-5 is potential to be used as absorbent. The objectives of this study were to synthesize and to characterize zeolite ZSM-5 as well as it’s adsorption capacity for heavy metals Cu, Pb and Cd.
The synthesis of ZSM-5 using low-temperature hydrothermal method. ZSM-5 was synthesized from the four main precursors; silica, aluminum, NaOH and the organic template. The reaction mixture was prepared with the molar composition: 0.07 Na2O: 1 SiO2: 0.005 Al2O3: 0.086 TPABr: 11.69 H2O. The mixture were stirred on a magnetic stirrer at 600 rpm for about 1 hours. After homogeneous solution, the propylene bottles were put into the oven at temperature 90 oC for about 96 hours. Characterization of zeolite ZSM-5 included some variables i.e. crystal structure, morphology, specific surface area, total pore volume, external surface area, micropore area, micropore volume and mesoporous volume. Experimental adsorption capacity of zeolite ZSM-5 was conducted using a batch system with heavy metals Cu2+, Pb2+ and Cd2+ at concentrations of 50, 100, 150, 200, 250 ppm and contact times of 30, 60, 90, 120 and 250 minutes. Interpretation adsorption data was calculated by using the model of Langmuir and Freundlich isotherm.
The results showed that the synthetic zeolites have a crystalline structure with distinctive peaks of ZSM-5 at β θ = 7.9γ64o, 7.9569o, 23.9541o and 23.9746o, crystalline form spherical morphology and porous, and have a specific surface area of 213.82 m2 g-1, the external surface area of 63.53 m2 g-1, micropore area 150.29 m2 g-1, total pore volume of 0.22 cc g-1, the volume of micropores 0.07 m2 g-1 and the volume of mesoporous 0.15 m2 g-1. The analysis of adsorption capacity of ZSM-5 against heavy metals was Pb2+ 76.64 mg g-1, Cu2+ 76.1γ mg g-1 and Cd2+ 62.74 mg g-1respectively. These indicated that synthetic zeolite ZSM-5 had potential to adsorb heavy metals. The result also suggested that the adsorption capacity was affected by the pore size, amount of negative charge, diameter of hydrated and electronegativity of heavy metals ion.
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains
pada
Program Studi Agroteknologi Tanah
ADSORPSI LOGAM BERAT
Cu, Pb DAN Cd PADA ZEOLIT SINTETIK ZSM-5 DISINTESIS
DENGAN SUHU RENDAH
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul Tesis : Adsorpsi Logam Berat Cu, Pb dan Cd Pada Zeolit Sintetik ZSM-5 yang Disintesis dengan Suhu Rendah Nama : Priyadi
NRP : A152120011
Disetujui oleh Komisi Pembimbing
Dr Iskandar Ketua
Dr Ir Suwardi, MAgr
Anggota Dr rer nat Rino R. Mukti, SSi MSc Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi Agroteknologi Tanah
Dr Ir Suwardi, MAgr
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Ir Dahrul Syah, MSc Agr
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini. Judul penelitian ini adalah Adsorpsi Logam Berat Cu, Pb dan Cd Pada Zeolit Sintetik ZSM-5 yang Disintesis dengan Suhu Rendah, dengan tujuan melakukan sintesis zeolit ZSM-5 dan percobaan kemampuan adsorpsi ZSM-5 terhadap logam berat.
Dengan selesainya tesis ini, penulis mengucapan terima kasih dan apresiasi yang tak terhingga kepada bapak Dr Iskandar selaku ketua komisi pembimbing yang dengan penuh perhatian telah memberikan dorongan, semangat, bimbingan, dan saran selama penulis mengikuti program magister, khususnya dalam penyelesaian tesis ini. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Dr Ir Suwardi, M.Sc, selaku komisi pembimbing dan Ketua Program Studi Agroteknologi Tanah yang telah memberikan dorongan dan semangat dalam penyelesaian tesis ini. Penulis juga mengucapkan rasa terima kasih dan apresiasi yang tak terhingga kepada Dr rer nat Rino R. Mukti, SSi, MSc selaku komisi pembimbing yang telah menyediakan fasilitas pelaksanaan penelitian di Laboratorium Kimia Fisik Material, Program Studi Kimia, FMIPA Institut Teknologi Bandung dan kesempatan untuk membagi ilmu mengenai sintesis zeolite serta saran pada penulisan karya ilmiah ini.
Penulis juga mengucapakan terima kasih kepada seluruh rekan mahasiswa Program Studi Agroteknologi Tanah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor dan rekan-rekan penelitian di Laboratorium Kimia Fisik Material, Program Studi Kimia, FMIPA Institut Teknologi Bandung yang telah banyak membantu dalam penyelesaian tesis ini.
Teristimewa penulis menghaturkan ucapan terima kasih dan sembah sujud kepada Ibunda tercinta Karsiti yang selalu memberikan doa, perhatian dan pengorbanan yang besar serta dukungan semangat untuk penulis dalam menapaki jenjang pendidikan Program Pascasarjana, dan terkirim doa yang tulus untuk Ayahanda Saryadi (alm) yang menjadi panutan, dorongan dan inspirasi penulis untuk terus maju. Akhirnya kepada Allah jualah kami berharap dan memohon petunjuk, semoga apa yang telah diperoleh bernilai ibadah disisi-Nya, serta keikhlasan dan kebaikan dapat diberikan imbalan yang setimpal, Amin.
Akhir kata penulis menyadari bahwa tesis ini masih terdapat kekurangan dan jauh dari sempurna, untuk itu saran masukan sangat penulis harapkan agar tesis ini menjadi lebih baik dan bermanfaat bagi yang berkepentingan dan perkembangan ilmu pengetahuan khususnya yang terkait dengan ilmu pengetahuan dan teknologi di bidang pertanian.
Bogor, Mei 2015
DAFTAR ISI
Zeolit Alam dan Karakteristiknya 3
Zeolit Sintetik ZSM-5 dan Karakterisasinya 3
Zeolite ZSM-5 4
Metode Karakterisasi ZSM-5 4
Adsorpsi 7
Karakterisasi Zeolit Sintetik ZSM-5 12
Analisis Struktur dengan X-ray Diffraction (XRD) 12 Analisis Morfologi dengan Scanning ElectronMicroscope
(SEM) 12
Analisis Luas Permukaan Spesifik, Volume Total Pori, Luas Permukaan Luar, Luas Mikropori, Volume Mikropori dan
Volume Mesopori dengan Fisisorpsi Nitrogen 12 Adsorpsi Logam Berat Menggunakan Zeolit Sintetik ZSM-5 12
Pembuatan Larutan Induk 1000 ppm 12
Adsorpsi Logam Berat dengan Zeolit ZSM-5 13
4 HASIL DAN PEMBAHASAN 15
Sintesis Zeolit ZSM-5 15
Analisis Struktur dengan X-ray Diffraction (XRD) 15 Analisis Morfologi dengan Scanning ElectronMicroscope (SEM) 16 Analisis Luas Permukaan Spesifik, Volume Total Pori, Luas
Permukaan Luar, Luas Mikropori, Volume Mikropori dan
5 KESIMPULAN DAN SARAN 25
Kesimpulan 25
Saran 25
DAFTAR PUSTAKA 26
LAMPIRAN 29
RIWAYAT HIDUP 40
DAFTAR TABEL
1. Data Karakteristik Zeolit ZSM-5 4
2. Kebutuhan Zat untuk Pembuatan 1000 ml Larutan Induk Logam Berat
dengan Konsentrasi 1000 ppm 13
3. Data Karakteristik Pori Zeolit Sintetik ZSM-5 18 4. Ringkasan Parameter Adsorpsi Hasil Fitting dengan Persamaan
Langmuir 21
5. Ringkasan Parameter Adsorpsi Hasil Fitting dengan Persamaan
Freundlich 22
6. Parameter Linierisasi Langmuir dan Freundlich 23 7. Kemampuan Adsorpsi Zeolit Sintetik ZSM-5 dan Zeolit Alam 24
DAFTAR GAMBAR
1. Struktur ZSM-5 (a) Tampak Samping; (b) Tampak Atas 4
2. Mekanisme Alat SEM 6
3. Diagram Alir Proses Pembuatan Zeolit Sintetik 11 4. Pola Difraktogram XRD Zeolit Sintetik ZSM-5 (a) ZSM-5 Silika
Koloid 40%; (b) ZSM-5 Hasil Simulasi 16
5. SEM ZSM-5 dengan Perbesaran (a) 1000x (b) 2500x (c) 5000x 17 6. Adsorpsi Logam Cu2+ oleh ZSM-5 pada Berbagai Konsentrasi dan
Waktu Kontak 18
7. Adsorpsi Logam Cd2+ oleh ZSM-5 pada Berbagai Konsentrasi dan
Waktu Kontak 18
8. Adsorpsi Logam Pb2+ oleh ZSM-5 pada Berbagai Konsentrasi dan
Waktu Kontak 19
9. Fitting Kapasitas Adsorpsi Logam Pb2+, Cu2+ dan Cd2+ dengan
Persamaan Langmuir 20
10. Fitting Kapasitas Adsorpsi Logam Pb2+, Cu2+ dan Cd2+ dengan
Persamaan Freundlich 20
11. Linierisasi Isoterm (a) Langmuir dan (b) Freundlich Logam Berat
DAFTAR LAMPIRAN
1. Rumus Perhitungan Pembuatan Larutan Stok 1000 ppm 29
2. Hasil Pengukuran Absorbansi AAS Logam Cu 30
3. Hasil Pengukuran Absorbansi AAS Logam Cd 30
4. Hasil Pengukuran Absorbansi AAS Logam Pb 30
5. Hasil Perhitungan Konsentrasi Logam Cu (ppm) 30 6. Hasil Perhitungan Konsentrasi Logam Cd (ppm) 31 7. Hasil Perhitungan Konsentrasi Logam Pb (ppm) 31
8. Kapasitas Adsorpsi Logam Cu (mg g-1) 31
9. Kapasitas Adsorpsi Logam Cd (mg g-1) 31
10. Kapasitas Adsorpsi Logam Pb (mg g-1) 32
11. Distribusi Ukuran Pori Zeolit Sintetik ZSM-5 32
12. Isoterm Adsorpsi Zeolit Sintetik ZSM-5 32
13. BET N2 Fisisorption 33
14. BJH N2 Fisisorption 34
15. T-plot N2 Fisisorption 35
16. Isoterm Adsorpsi Desorpsi 36
17. Foto Pembuatan Larutan 1 dan Larutan 2 (a); Proses Pengoven
Larutan Bahan Zeolit Sintetik ZSM-5(b) 38
18. Foto Proses Pencucian Zeolit Sintetik ZSM-5 Setelah Pengovenan
dengan Menggunakan Corong Buchner 38
19. Foto (a) SEM Zeiss EVO50; (b) N2 Isotermal Quantachrom
Nova 2200e 38
20. Foto Pembuatan Larutan Induk Logam Berat dengan Konsentrasi
1000 ppm 39
21. Foto (a) Pengocokan Larutan Ion Logam dengan Zeolit Sintetik ZSM-5; (b) Pemisahan Larutan Ion Logam Berat dari Zeolit Sintetik ZSM-5 39 22. Foto Pengukuran Konsentrasi Larutan Setelah Kontak dengan
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Logam berat adalah logam yang unsurnya mempunyai berat atom antara 63.4-200.5 dan bobot isi lebih besar dari 6 g cm-3 (Ghosh & Singh 2005). Dalam kadar rendah logam berat pada umumnya sudah beracun bagi tumbuhan dan hewan, termasuk juga manusia. Beberapa faktor yang menyebabkan logam berat termasuk dalam kelompok zat pencemar adalah karena sifatnya yang tidak dapat terurai (non degradable) dan diadsorpsi. Meskipun diketahui bahwa keberadaan logam berat merupakan hal alamiah yang terbatas dalam jumlah tertentu di alam, tetapi keberadaan logam berat ini akan meningkat akibat masuknya limbah yang dihasilkan oleh industri-industri serta limbah yang berasal dari aktivitas lainnya (Lin et al. 2008).
Pencemaran logam berat merupakan masalah lingkungan yang selalu menjadi perhatian. Keberadaan logam berat yang sangat beracun dalam air permukaan, air tanah, air minum dan limbah memiliki dampak yang berbahaya bagi manusia dan lingkungan. Tingkat pencemaran oleh logam berat seperti tembaga (Cu), timbal (Pb), kadmium (Cd), raksa (Hg), seng (Zn) dan nikel (Ni) telah menjadi isu global, hal ini terjadi karena logam berat tersebut dapat mengganggu sistem ekologi dan kesehatan lingkungan. Oleh karena itu, perlu dicari cara untuk mengatasi pencemaran logam berat agar tidak menyebabkan kerugian bagi manusia dan lingkungan.
Beberapa proses yang dapat dilakukan untuk mengurangi konsentrasi logam berat dalam air antara lain melalui proses adsorpsi, pengendapan, penyaringan, osmosis dan elektrodialisis (Buasri et al. 2008 & Minceva et al. 2007). Diantara beberapa proses adsorpsi logam berat yang telah ada, proses adsorpsi dengan menggunakan bahan zeolit merupakan salah satu alternatif yang dapat dilakukan. Zeolit merupakan kristal alumino silikat dengan struktur kerangka tiga dimensi yang terbentuk dari tetrahedral silika [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, 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. Selain itu, zeolit juga memiliki pori-pori yang dapat berperan sebagai adsorpsi logam berat. Beberapa sifat penting zeolit antara lain adalah sifat selektivitas adsorpsi ion, saringan molekul, dan juga dapat sebagai katalis aktif.
2 dibandingkan dengan zeolit alam. Hal ini dikarenakan struktur yang dibuat dalam zeolit sintetik dapat disesuaikan dengan kebutuhan dan juga dapat diperoleh keseragaman strukturnya.
Hasil penelitian Said dan Widiastuti (2008) menemukan bahwa zeolit sintetik mampu menadsorpsi jenis logam berat Cu2+ hingga 14.54 mg g-1 dengan konsentrasi 50 mg L-1 pada pH 8 dengan waktu kontak selama 360 menit. Gaurav et al. (2013) menjelaskan bahwa zeolit sintetik yang dibuat dari abu terbang dapat menjerap Cd sebesar 13.45 mg g-1menggunakan 2 g zeolit pada konsentrasi logam Cd 100 mg L-1 dan kondisi pH 6 serta temperatur 40 oC. Alvarez-Ayuso et al. (2003) mendapatkan adsorpsi logam yang dilakukan dengan zeolit sintetik NaP1 dengan konsentrasi logam 100 mg L-1 mampu menjerap Cr 43.6 mg g-1, Ni 20.1 mg g-1, Zn 32.6 mg g-1 dan Cu 50.5 mg g-1.
Salah satu jenis zeolit sintetik yaitu zeolit ZSM-5 yang merupakan jenis dengan bentuk framework MFI (Mordenite Framework Inverted). Zeolit ZSM-5 memiliki channel 3 dimensi dan ukuran mikropori yaitu 5.1-5.5 Å. Saat ini pemanfaatan zeolit ZSM-5 lebih banyak dibidang katalis dan juga reaksi dewaxing, konversi metanol menjadi gasoline, metanol menjadi olefin, hydrocraking, alkilasi benzene, reduksi NOx dan oksidasi parsial metana (Cejka et al. 2005). Penelitian Silva et al. (2012) mengenai zeolit sintetik ZSM-5 sebagai penukaran ion logam berat Cr6+ menunjukkan efesiensi penghilangan ion logam berat sebesar 78.50% dengan adsorpsi sebesar 11.90 mg g-1. Zeolit ZSM-5 yang dimodifikasi dengan Na dan H3PO4- juga mampu menjerap Ni2+ sebesar 28.08 mg g-1 dan 39.96 mg g-1 (Panneerselvam et al. 2009).
Berdasarkan hal tersebut zeolit ZSM-5 sangat berpotensi untuk dikembangkan dan dijadikan sebagai adsorben logam berat. Selain zeolit ZSM-5 memiliki ukuran mikropori yang dekat dengan ukuran ion logam berat Cu, Pb dan Cd, masih sedikit informasi yang menjelaskan mengenai pemanfaat zeolit ZSM-5 sebagai absorbent logam berat.
Tujuan Penelitian
Berdasarkan latar belakang di atas, maka penelitian ini dilakukan dengan tujuan sebagai berikut:
1. Mempelajari sintesis zeolit ZSM-5 dengan metode hidrotermal suhu rendah. 2. Mempelajari karakteristik zeolit sintetik ZSM-5.
3
2
TINJAUAN PUSTAKA
Zeolit Alam dan Karakteristiknya
Secara umum zeolit merupakan kristal alumino silikat dengan struktur tiga dimensi, yang memiliki rongga berisi ion-ion logam alkali ataupun alkali tanah. Zeolit biasanya terbentuk dari tufa yang berasal bahan piroklastik halus (abu) yang disemburkan oleh aktifitas gunung api yang kemudian terendapkan pada lingkungan yang bersifat basa. Zeolit termasuk kristal mineral yang mempunyai struktur rongga terbuka dari rantai tetrahedral [AlO]5- dan [SiO4]4- yang bergabung bersama-sama membentuk rantai rangka yang disebut unit bangunan utama (primary building unit). Selanjutnya mata rantai tetrahedral ini membentuk suatu cincin atau rongga disebut secondary building unit, yang kemudian tersusun teratur dan berulang dalam ruang tiga dimensi membentuk material berstruktur sangkar atau berongga-rongga.
Zeolit memiliki sifat kimia dan fisika yang khas, antara lain seperti hidrofilik dan memiliki kapasitas tukar kation (KTK) yang tinggi. Karena beberapa sifat yang ada tersebut zeolit menjadi banyak sekali digunakan dalam berbagai bidang, seperti bahan pembenah tanah, campuran media tanam, slow realeaseing fertilizer (SRF) dimana zeolit digunakan sebagai carrier pada asam humat dengan tujuan dapat meningkatkan hasil produksi tanaman padi dan jagung melalui mekanisme perbaikan pertumbuhan pada akar tanaman tersebut (Suwardi et al. 2009), sebagai adsorben desulfurisasi minyak solar (Lusia 2009), dan masih banyak lagi pemanfaatan yang lain dari zeolit.
Zeolit Sintetik ZSM-5 dan Karakterisasinya
Perkembangan dalam pemanfaatan zeolit sintetik dewasa ini semakin banyak dilakukan. Salah satu tujuan pembuatan zeolit sintetik yang dilakukan yaitu untuk meningkatkan KTK dan memodifikasi volume serta ruang dari pori menjadi lebih seragam, sehingga dapat digunakan dan memiliki kemampuan yang lebih baik. Beberapa sifat penting yang dimanfaatkan yaitu kemampuan berupa absorpsi selektif, penukar ion, katalis aktif, ataupun sebagai carrier pada pupuk. Diantara pemanfaatan tersebut yang sering dilakukan adalah sebagai bahan untuk mengadsorpsi logam berat.
4
Zeolit ZSM-5
Zeolit ZSM-5 merupakan zeolit dengan bentuk framework MFI. Jenis zeolit ini mempunyai rasio Si/Al yang tinggi yaitu sampai dengan 100 dan memiliki rumus umum Na+n(H2O)16.AlnSi96-n.O192. Adapun data mengenai zeolit ZSM-5 ditampilkan pada Tabel. 1.
Tabel 1 Data Karakteristik Zeolit ZSM-5
Bama Bahan ZSM-5
Rumus Kimia |Na+n (H2O)16| [AlnSi96-n O192]-MFI , n < 27 Sel Satuan Orthorhombic Pnma (# 62)
a = 20.07Å b = 19.92Å c = 13.42Å
α = 90.0 ° = 90.0 ° = 90.0 °
Kerapatan Kerangka 17.9 T/1000 Å3
Saluran {[100] 10 5.1 x 5.5 <-> [010] 10 5.3 x 5.6}*** (3-dimensional)
(sumber: http://izasc.ethz.ch/fmi/xsl/IZA-SC)
Zeolit ZSM-5 memiliki unit pembangun sekunder 5-1 atau disebut juga unit pentasil. Unit tersebut kemudian saling berhubungan membentuk rantai pentasil. Pada tahap selanjutnya rantai tersebut akan mebentuk kerangka zeolit ZSM-5. Adapun penampilan dari struktur kerangka ZSM-5 ditunjukkan pada Gambar 1. Zeolit ZSM-5 memiliki ukuran pori yang termasuk sedang yaitu, 5.1-5.5 Å dan channel 3 dimensi. Selain itu zeolit ini memiliki selektivititas yang unik, sifat asam, serta kestabilan termal yang tinggi. Sifat-sifat ini membuat ZSM-5 sering digunakan sebagai katalis di bidang petrolium dan petrokimia. Pemanfaatan lain zeolit ZSM-5 sebagai katalis juga dilakukan seperti pada reaksi dewaxing, konversi metanol menjadi gasoline, metanol menjadi olefin, hydrocraking, alkilasi benzene, reduksi NOx dan oksidasi parsial metana (Cejka et al. 2005).
(a) (b)
Gambar 1 Struktur ZSM-5 (a) Tampak Samping; (b) Tampak Atas.
Metode Karakterisasi ZSM-5
5 dengan karakteristik zeolit. Untuk mengetahui karakteristik dari zeolit tersebut terdapat beberapa metode yang dapat dilakukan antara lain:
1. Fourier Transform Inframerah
Fourier Transform Inframerah merupakan variasi instrumental dari spektroskopi Inframerah (IR). Fourier Transform Inframerah menggunakan prinsip interferometri. Fourier Transform Inframerah (FT-IR) memiliki kemampuan melakukan pembacaan spektrum-spektrum, menyimpan dan mentransformasikan dalam hitungan detik. FT-IR memudahkan proses karakterisasi suatu senyawa. Persyaratan-persyaratan ukuran sampel yang sangat kecil mempermudah kopling instrumen FT-IR dengan suatu mikroskop untuk analisis bagian-bagian sampel yang terlokalisasi.
Kemampuan untuk substraksi digital memungkinkan seseorang untuk mendapatkan spektrum-spektrum yang tersembunyi. FT-IR digunakan juga pada karakterisasi zeolit dengan tujuan untuk mengetahui jenis ikatan dari zeolit tersebut dan karakterisasi zeolit dengan FT-IR memiliki keunggulan yaitu dapat membaca spektra dengan jelas.
2. Spektroskopi difraksi sinar-X (X-Ray Difraction/XRD)
Spektroskopi difraksi sinar-X merupakan salah satu metoda karakterisasi material yang paling tua dan paling sering digunakan hingga sekarang. Teknik ini digunakan untuk mengidentifikasi fasa kristalin dalam material dengan cara menentukan parameter struktur kisi serta untuk mendapatkan ukuran partikel.
Difraksi sinar-X terjadi pada hamburan elastis foton-foton sinar-X oleh atom dalam sebuah kisi periodik. Hamburan monokromatis sinar-X dalam fasa tersebut memberikan interferensi yang konstruktif. Dasar dari penggunaan difraksi sinar-X untuk mempelajari kisi kristal adalah berdasarkan persamaan Bragg:
Dengan λ adalah panjang gelombang sinar-X yang digunakan, d adalah
jarak antara dua bidang kisi, θ adalah sudut antara sinar datang dengan bidang
normal, dan n adalah bilangan bulat yang disebut sebagai orde pembiasan.
Cara kerja alat ini adalah dengan meletakkan material uji pada sampel holder difraktometer sinar X. Proses difraksi sinar X dimulai dengan menyalakan difraktometer sehingga diperoleh hasil difraksi berupa difraktogram yang menyatakan hubungan antara sudut difraksi βθ dengan intensitas sinar X yang dipantulkan. Jika seberkas sinar-X dijatuhkan pada sampel kristal, maka bidang kristal itu akan membiaskan sinar-X yang memiliki panjang gelombang sama dengan jarak antar kisi dalam kristal tersebut. Sinar yang dibiaskan akan ditangkap oleh detektor kemudian diterjemahkan sebagai sebuah puncak difraksi. Makin banyak bidang kristal yang terdapat dalam sampel, makin kuat intensitas pembiasan yang dihasilkannya.
6 sintesis zeolit perlu dilakukan karakterisasi dengan XRD dengan tujuan untuk mengetahui struktur kristal. Teknik difraksi sinar x juga digunakan untuk menentukan ukuran kristal, regangan kisi, komposisi kimia dan keadaan lain yang memiliki orde yang sama.
3. Scanning Elektron Microscopy (SEM)
Scanning Elektron Microscopy digunakan untuk analisis mikrostruktur dan untuk melakukan investigasi yang berhubungan dengan proses, sifat, dan karakteristik material yang berhubungan dengan struktur mikronya. SEM menyediakan informasi yang berhubungan dengan topografi, morfologi, distribusi fasa, perbedaan komposisi, struktur kristal, orientasi kristal, adanya cacat pada struktur mikro dan lokasi cacat pada struktur mikro. Kelebihan SEM terletak pada fleksibilitas dari pengujian dengan metode ini karena pembangkit menggunakan sinyal ganda, proses pembentukan gambar yang mudah, rentang pembesaran yang lebar, dan bidang kedalaman yang sangat besar.
7 4. Analisis Struktur Pori
Reaksi pada material padatan seperti zeolit banyak melibatkan pori-pori sebagai tempat terjadinya reaksi. Sebagian reaksi tersebut tergantung pada luas permukaan dan sebagian tergantung pada sisi aktif yang ada dalam pori-pori. Oleh karena itu, analisia struktur pori dan permukaan suatu mineral zeolit sangat penting dilakukan dalam karakterisasi padatan.
Berbagai metode, teori dan persamaan telah dikembangkatan antara lain adalah metode Langmuir dan Breunauer-Emmett-Teller (BET). Keduanya digunakan untuk menentukan luas permukaan spesifik suatu padatan dari data adsorpsi isotherm gas. Luas permukaan merupakan salah satu parameter penting menentukan material padatan berpori. Luas permukaan spesifik merupakan parameter yang menggambarkan kapasitas adsorpsi suatu adsorben. Pada bidang katalis, luas permukaan spesifik merupakan gambaran banyaknya situs aktif yang ada pada permukaan yang dapat menentukan sifatnya. Pada eletroda sel elektrokimia, luas permukaan spesifik berhubungan dengan banyaknya transfer elektron yang terjadi pada daerah antar muka.
Adsorpsi
Adsorpsi adalah proses dimana satu atau lebih unsur-unsur pokok dari suatu larutan fluida akan lebih terkonsentrasi pada permukaan suatu padatan tertentu (adsorben). Dengan cara ini, komponen-komponen dari suatu larutan, baik dari larutan gas ataupun cairan, bisa dipisahkan satu sama lain (Treybal, 1980). Adsorpsi melibatkan proses perpindahan massa dan menghasilkan kesetimbangan distribusi dari satu atau lebih larutan antara fasa cair dan partikel. Pemisahan dari suatu larutan tunggal antara cairan dan fasa yang diserap membuat pemisahan larutan dari fasa curah cair dapat dilangsungkan. Berdasarkan interaksi molekular antara permukaan adsorben dengan adsorbat, adsorpsi dibagi menjadi 2 (dua) jenis:
1. Adsorpsi fisik adalah adsorpsi yang terjadi akibat gaya interaksi tarik-menarik antara molekul adsorben dengan molekul adsorbat. Adsorpsi ini melibatkan gaya-gaya Van der Wals (sebagai kondensasi uap). Jenis ini cocok untuk proses adsorpsi yang membutuhkan proses regenerasi karena zat yang teradsorpsi tidak larut dalam adsorben tapi hanya sampai permukaan saja. Pada adsorpsi fisik, adosorbat tidak terikat kuat pada permukaan adsorben sehingga adsorbat dapat bergerak dari satu bagian permukaan ke bagian permukaan lainnya. Permukaan yang ditinggalkan oleh adsorbat dapat digantikan oleh adsorbat lainnya (multilayer).
2. Adsorpsi kimia adalah adsorpsi yang terjadi akibat interaksi kimia antara molekul adsorben dengan molekul adsorbat. Proses ini pada umumnya menurunkan kapasitas dari adsorben karena gaya adhesinya yang kuat sehingga proses ini tidak reversibel. Ikatan yang terbentuk merupakan ikatan yang kuat sehingga lapisan yang terbentuk adalah lapisan monolayer.
8 dipengaruhi oleh bahan zeolit yang digunakan itu sendiri. Zakaria et al. (2012) 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. 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.
Peningkatan kapasitas adsorpsi menurut model Freundlich relatif sama jika dibandingkan dengan persamaan Langmuir, tetapi nilai kapasitas adsorpsi model Freundlich memiliki bias yang lebih besar terhadap kapasitas adsorpsi percobaan dibandingkan dengan model Langmuir. Hal yang sama juga dijelaskan (Mekkari 2014), dimana adsorpsi yang terjadi pada logam berat Pb terhadap zeolit Na-Y yang di sintesis dari bahan kaolin adalah 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. Oleh karena itu, model adsorpsi yang terjadi pada logam berat terhadap zeolit dapat disimpulkan mengikuti model adsorpsi Langmuir.
Model Adsorpsi Isoterm
Langmuir
Isoterm adsorpsi Langmuir didefinisikan sebagai berikut :
dimana (q) jumlah adsorbat yang terserap per unit massa adsorban, (a,b) konstanta empiris dan (Ce) konsentrasi kesetimbangan adsorbat dalam larutan setelah adsorpsi.
Isoterm adsorpsi Langmuir dikembangkan dengan mengasumsikan bahwa (1) sejumlah bagian adsorbat tetap tersedia pada permukaan adsorban, dimana bagian permukaan tersebut memiliki energi yang sama, (2) adsorpsi yang terjadi reversible (dua arah). Kesetimbangan terjadi apabila kecepatan adsorpsi molekul ke dalam permukaan sama dengan kecepatan desorpsi dari permukaan. Konstanta isoterm Langmuir dapat ditentukan dengan membuat grafik antara Ce/q versus C dan mengubah persamaan diatas menjadi :
9
Freundlich
Menurut Metcalf and Eddy (2003), secara empiris penurunan rumus isoterm Freundlich adalah sebagai berikut:
dimana: (x/m) jumlah adsorbat yang terserap per unit berat adsorben, (Ce) konsentrasi kesetimbangan adsorbat dalam larutan setelah proses adsorpsi dan (K,n) konstanta empiris.
Model isoterm Freundlich menggunakan asumsi bahwa adsorpsi berjalan secara fisika. Konstanta dalam isoterm Freundlich dapat ditentukan dengan membuat grafik antara q versus C, dan menggunakan kembali persamaan di atas yang sudah dilogkan menjadi:
10
3
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini terbagi menjadi dua tahap. Tahap pertama merupakan pembuatan zeolit sintetik ZSM-5 yang dilakukan di Laboratorium Kimia Fisik Material, Program Studi Kimia, FMIPA Institut Teknologi Bandung. Tahap kedua adalah uji adsorpsi logam berat dengan menggunakan ZSM-5 yang dilaksanakan di Laboratorium Kimia Analitik Program Studi Kimia, FMIPA Institut Teknologi Bandung. Penelitian dilaksanakan dari bulan Juni sampai dengan September 2014.
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari: 1) bahan baku pembuatan zeolit sintetik ZSM-5: silika koloid (Ludox HS-40) sebagai sumber silika, natrium hidroksida (NaOH 50%), natrium alumina (NaAlO2) sebagai sumber alumina, tetrapropylamonium bromida (TPABr) sebagai pengarah struktur dan H2O (akuades), 2) logam berat Cu, Pb dan Cd yang masing-masing diambil dari: CuSO4.5H2O (Merck), Pb(NO3)2 (Merck), dan CdSO4 (Merck).
Alat
Peralatan yang digunakan antara lain peralatan gelas, timbangan, botol propilen, oven, shaker Ovan OM10E, corong Buchner, X-ray diffraction (XRD) Philips PW1830, Spectroscopy Electron Microscopy (SEM) Zeiss EVO50, Bran Luebbe Auto Analyzer 3 Digital Calorimeter, N2 isotermal adsorpsi-desorpsi Quantachrome Nova 2200e dan Atomic Absorption Spectrometer (AAS) GBC Avanta.
Pelaksanaan Penelitian
Sintesis Zeolit ZSM-5
11 Zeolit ZSM-5 disintesis dari empat prekursor utama yaitu silika, aluminium, NaOH dan template organik dan air. Sumber silika berupa silika koloid 40%, natrium aluminat sebagai sumber alumina, dan tetrapropilamonium bromida sebagai template organik. Rasio molar yang digunakan rasio Si/Al =100, H2O/Si = 11.69, NaOH/Si = 0.14 dan TPABr/Si = 0.086. Sintesis zeolit ZSM-5 diawali dengan pembuatan larutan yang terdiri dari TPABr sebanyak 2.289 gram yang dilarutkan dengan H2O (akuades) sebanyak 6.405 gram sebagai larutan 1. Kemudian dilanjutkan dengan pembuatan larutan 2 yang terdiri dari 1.697 gram NaOH 50% dan 0.082 gram NaAlO2. Selanjutnya kedua larutan tersebut dicampurkan menjadi satu dalam botol polypropylene dan dilakukan pengocokan hingga homogen selama ± 2 jam sambil dilakukan penambahan 19.50 g silika koloid 40%. Larutan homogen didiamkan selama satu malam sebagai proses aging, kemudian dioven dengan suhu 90o C selama 96 jam (Lampiran 17). Setelah dioven larutan disaring untuk memisahkan fase padatan dan cairan. Endapan kemudian dicuci dengan akuades dan disaring menggunakan corong Buchner (Lampiran 18). Setelah dicuci dan disaring, kemudian endapan dikeringkan dalam oven pada temperatur 105 o C selama ±24 jam. Diagram alir proses pembuatan zeolit sintetik ZSM-5 dapat dilihat pada Gambar 2 di bawah ini.
12
Karakterisasi Zeolit Sintetik ZSM-5
1. Analisis Struktur dengan X-ray Diffraction (XRD)
Karakterisasi zeolit sintetik meliputi pengujian kristalinitas zeolit yang dilakukan dengan XRD untuk mengetahui sudut difraksi zeolit sintetik. XRD merupakan metode analisis kualitatif yang berfungsi untuk menganalisis struktur kristal suatu padatan. Semua material yang berbentuk kristal akan menunjukkan puncak-puncak tertentu jika dianalisis dengan menggunakan XRD. Dalam penelitian ini digunakan XRD dari Philips PW1830. Difraksi sinar-x menggunakan sumber radiasi Cu Kα, dengan nilai k = 1.5406 Å.
2. Analisis Morfologi dengan Scanning ElectronMicroscope (SEM)
Analisis SEM digunakan untuk mengetahui bentuk atau morfologi zeolit sintetik, SEM yang digunakan berasal dari Zeiss EVO50 (Lampiran 19a). Prinsip kerja dari alat ini adalah sumber elektron dari filamen yang terbuat dari tungsten memancarkan berkas elektron. Jika elektron tersebut berinteraksi dengan bahan maka akan menghasilkan elektron sekunder dan karakteristik sinar-X. Scanning pada permukaan bahan yang dikehendaki dapat dilakukan dengan mengatur scanning generator dan scanning coils. Elektron sekunder hasil interaksi antara elektron dengan permukaan bahan ditangkap oleh detektor SE (Secondary Electron) yang kemudian diolah dan diperkuat oleh amplifier dan kemudian divisualisasikan dalam monitor.
3. Analisis Luas Permukaan Spesifik, Volume Total Pori, Luas Permukaan Luar, Luas Mikropori, Volume Mikropori dan Volume Mesopori dengan Fisisorpsi Nitrogen
Analisis luas permukaan dan distribusi ukuran pori dilakukan dengan menggunakan fisisorpsi nitrogen. Analisis Brunauer Emmet Teller (BET) dan Bruenne Joyner Haenda (BJH) dilakukan dengan N2 isotermal adsorpsi-desorpsi Quantachrome Nova 2200e (Lampiran 19b). Isoterm adsorpsi menggunakan gas nitrogen dengan outgas temperature 300 oC dan bath temperatur 77.3 K. Luas permukaan dihitung dengan menggunakan metode BET berdasarkan pada data adsorpsi tekanan parsial (P/P0) direntang 0.02-0.99. BET dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
( ) [ ( )]
dimana W adalah berat gas tersadsorpsi pada tekanan relatif P/P0, Wm adalah berat gas yang merupakan monolayer cakupan permukaan, dan C adalah konstanta BET yang berkaitan dengan energi adsorpsi dilapisan teradsorpsi pertama sehingga nilai merupakan indikasi besarnya interaksi adsorben/adsorbat.
Adsorpsi Logam Berat Menggunakan Zeolit Sintetik ZSM-5
1. Pembuatan Larutan Induk 1000 ppm
13 (Lampiran 1). Kemudian ditimbang sesuai dengan kebutuhan agar larutan induk memiliki konsentrasi 1000 ppm (Tabel 2).
Tabel 2 Kebutuhan zat untuk pembuatan 1000 ml larutan induk logam berat dengan konsentrasi 1000 ppm.
Garam Berat (gram)
CuSO4.5H2O 3.850
Pb(NO3)2 1.598
CdSO4 1.858
Larutan induk 1000 ppm kemudian digunakan untuk pembuatan larutan yang konsentrasinya lebih rendah, yaitu 50, 100, 150, 200 dan 250 ppm. Untuk mendapatkan larutan dengan konsentrasi yang lebih rendah tersebut, tiap larutan induk 1000 ppm diambil 25; 50; 75; 100 dan 125 ml berturut-turut menggunakan pipet dan diencerkan dalam labu takar 500 ml hingga tanda tera (Lampiran 20).
2. Adsorpsi Logam Berat dengan Zeolit ZSM-5
Adsorpsi ion logam dilakukan dengan sistem batch menggunakan 0.015 gram zeolit sintetik dalam 20 ml larutan yang mengandung ion logam berat dengan variasi konsentrasi 50, 100, 150, 200 dan 250 ppm. Pengocokan dilakukan dengan waktu kontak 30, 60, 90, 120 dan 150 menit pada kecepatan pengocokan 150 rpm. Selanjutnya larutan yang mengandung ion logam berat disaring menggunakan kertas saring Whatman No. 42 (Lampiran 21).
Pengukuran konsentrasi logam berat dalam larutan ditentukan sebelum dan sesudah kontak dengan zeolit dan diukur dengan menggunakan AAS GBC Avanta (Lampiran 22). Kapasitas adsorpsi (Ce) dalam miligram ion logam per gram
Data hasil adsorpsi logam kemudian dianalisis dengan persamaan model yang paling sering digunakan yaitu teori keseimbangan isoterm Langmuir dan Freundlich.
Persamaan Langmuir :
Bentuk linier Langmuir :
14 Persamaan Freundlich :
Bentuk linier :
15
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.
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).
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
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.
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.
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.
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) (mg.gQmax -1) K Diameter ion (nm)
Pb2+ 58.19 76.64 0.015 0.18
Cu2+ 55.16 76.13 0.012 0.14
22 Tabel 5 Ringkasan Parameter Adsorpsi Hasil Fitting dengan Persamaan
Fruendlich.
Adsorbat (mg.gQ -1) (mg.gQmax -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.
23 Tabel 6 Parameter Linearisasi Langmuir dan Freundlich.
Adsorbat Langmuir Freundlich 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.
24 Tabel 7 Kemampuan Adsorpsi Zeolit Sintetik ZSM-5 dan Zeolit Alam. Adsorben Logam
Phillipsite Pb2+ 24.24-35.74 Al-Haj-Ali & Al-Hunaidi (2004) Ukranian Pb2+ 27.70 Sprynskyy et al. (2006)
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.
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
26 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 experiment. Chiang Mai J. Sci. 35(3): 447-456.
Cejka J, van Bekkum H. 2005. Zeolite and Ordered Mesoporous Minerals: Progress and Prospects. Czech Republic: The 1st FEZA School on Zeolites, Prague Studies in Surface Science and Catalysis Volume 157. Cincotti A, Mameli A, Locci AM, Orru R, Cao G. 2006. Heavy metals uptake by
Sardinian natural zeolites: Experiment and modeling. Ind. Eng. Chem. Res. 45: 1074-1084.
Chang, HL, Shih WH. 2000. Synthesis of zeolites A and X from fly ashes and their ion-exchange behavior with cobalt ions. Industrial & Engineering Chemistry
Research. (39)11: 4185-4191.
Danny CK, Chun K, Cheung W, Keith KH, John F, McKay G. 2004. Sorption equilibria of metal ions on bone char. Chemosphere 54: 273-281.
Darmono. 1994. Kandungan Logam Berat (Pb, Cu, Cd, Zn) pada Rumput Pakan Ternak yang Tumbuh di Sekitar Pabrik Semen Kabupaten Bogor. Prosiding Seminar Teknologi Veteriner. Balai Penelitian Veteriner. Bogor. Erdem E, Karapinar N, Donat R. 2004. The removal of heavy metal cations by
natural zeolites. JCIS. 280: 309-314.
Fyfe, CA, Darton, RJ. 2011. Efficient, low-cost, minimal reagent syntheses of high silica zeolites using extremely dense gels below 100 oC. Microporous and Mesoporous Materials, 144: 57-56.
Gaurav D, Pradhan NC, Madhu GM, Preetham HS. 2013. Removal of cadmium from aqueous streams by zeolite synthesized from fly ash. J. Mater. Environ. Sci. 4(3): 410-419. ISSN: 2028-2508.
Ghosh M, Singh SP. 2005. A review on phytoremediation of heavy metals and utilization of its by product. App. Ecology and Environmental Research. 3:1-18.
Inglezakis VJ, Loizidou MM, Grigoropoulou HP. 2004. Ion exchange studies on natural and modified zeolites and the concept of exchange site accessibility. JCIS. 275(2): 570-576.
27 Netherland.Kesraoui-Ouki S, Cheeseman C, Perry R. 1993. Effects of conditioning and treatment of chabazite and clinoptilolite prior to lead and cadmium removal. Environ. Sci. Technol. 6 (27). ISSN: 1108-116.
Lide, DR. 1998. Handbook of Chemistry and Phisycs. 79th ed. CRC Press. Boca
Raton.
Lin C, He M, Zhou Y, Guo W, Yang Z. 2008. Distribution and contamination assessment of heavy metals in sediment of the Second Songhua River. China. Environ Monit Assess (Springer). 137:329-342.
Lusia A. 2009. Desulfurisasi minyak solar dengan menggunakan adsorben zeolit alam. J. Zeolit Indonesia. 8(1):1-15.
El-Mekkari DM, Selim MM. 2014. Removal of Pb2+ from water by sing Na-Y zeolites prepared from Egyptian kaolins collected from different sources. J. Environ. Chem. Eng. 2: 723-730.
Metcalf, Eddy. 2003. Wastwater Engineering: Treatment, Disposal and Reuse. 4th ed. McGraw Hill Book Co. New York.
Minceva M, Markovska L, Meshko V. 2007. Removal of Zn2+, Cd2+ and Pb2+
from binary aqueous solution by natural zeolite and granulated activated carbon. Maced., J. Chem. Chem. Eng. 26(2): 125-134.
Panneerselvam P, Sathya VSB, Thinakaran N, Baskaralingam P, Palanichamy M, Sivanesan S. 2009. Removal of Nickel(II) from Aqueous Solutions by Adsorption with Modified ZSM- 5 Zeolites. J. Chem. 6(3): 729-736. Prasad YS, Bakhshi NN. 1986. Catalytic Conversion of Canola Oil to Fuel and
Chemical Feedstock. Part I. Effect of Process Condition on the Performance of ZSM-5 Catalyst. The Canadian Journal of Chemical Engineering: 64:278-284.
Said NF, Widiastuti N. 2008. Adsorpsi Cu(II) pada Zeolit A yang Disintetik dari Abu Dasar Batubara PT Ipmomi Paiton. J. Zeolit Indonesia. 7(1): 1411-6723.
Sprynskyy M, Buszewski B, Terzyk AP, Namiesnik J. 2006. Study of the selection mechanism of heavy metal (Pb2+, Cu2+, Ni2+, and Cd2+) adsorption on clinoptilolite. JCIS. 304: 21-28.
Silva B, Figueiredo H, Soares OSGP, Pereira MFR, Figueiredo JL, Lewandowska AE, Banares MA, Nevesd IC, Tavaresa T. 2012. Evaluation of ion exchange-modified Y and ZSM5 zeolites in Cr(VI) biosorption and catalytic oxidation of ethyl acetate. App. Catal B: Environ. 117-118: 406- 413.
Storck S, Bretinger H, Maier WF. (1998). Characterization of micro and mesoporous solids by physisorption methods and pore-size analysis.Appl. Catal. A: Gen. 174:137-146.
Suwardi, Mutiara E, Hermawan BA. 2009. Application of zeolite as carrier of humic acid for improvement of crop production (in Indonesian). Indonesian J. Zeolites. 8(1):1-6.
Tofighy MA, Mohammadi T. 2011. Adsorption of divalent heavy metal ions from water using carbon nanotube sheets. J. Hazardous Materials. 185 :140-147.
28 Wang L, Zhang Z, Yin C, Shan Z, Xiao FS. 2010. Hierarchical mesoporous zeolites with controllable mesoporosity templated from cationic polymers. Micropor. Mesopor. Mater. 131: 58-67.
Zakaria A, Rohaeti E, Batubara I, Sutisna, Purwamargapratala Y. 2012. Adsorpsi Cu (II) Menggunakan Zeolit Sintetis dari Abu Terbang Batu Bara. Prosiding Pertemuan Ilmiah Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan; Serpong, 3 Oktober 2012. ISSN 1411-223. hlm. 190-194.
29
LAMPIRAN
Lampiran 1 Rumus Perhitungan Pembuatan Larutan Stok 1000 ppm
Cu dalam CuSO4.5H2O yaitu;
[ ]
Pb dalam Pb(NO3)2 yaitu;
[ ]
Cd dalam CdSO4 yaitu;
[ ]
Keterangan :
30 Lampiran 2 Hasil Pengukuran Absorbansi AAS Logam Cu
Konsentrasi
Lampiran 3 Hasil Pengukuran Absorbansi AAS Logam Cd Konsentrasi
Lampiran 4 Hasil Pengukuran Absorbansi AAS Logam Pb Konsentrasi
31 Lampiran 6 Hasil Perhitungan Konsentrasi Logam Cd (ppm)
Konsentrasi
Lampiran 7 Hasil Perhitungan Konsentrasi Logam Pb (ppm) Konsentrasi
Lampiran 8 Kapasitas Adsorpsi Logam Cu (mg g-1) Konsentrasi
32 Lampiran 10 Kapasitas Adsorpsi Logam Pb (mg g-1)
Konsentrasi
Lampiran 11 Distribusi Ukuran Pori Zeolit Sintetik ZSM-5.
33 Lampiran 13 BET N2 Fisisorption
Relative Volume @ STP 1 / [ W((Po/P) - 1) ] Pressure
P/Po cc/g
1.01393e-01 60.8111 1.4846e+00
1.25908e-01 61.5433 1.8727e+00
1.51131e-01 62.2405 2.2887e+00
1.76006e-01 62.9690 2.7141e+00
BET summary Slope = 16.481 Intercept = -1.944e-01 Correlation coefficient, r = 0.999854
C constant= -83.776
34 Lampiran 14 BJH N2 Fisisorption
Volume total pori ** Volume mikro ** Volume meso **
(cc g-1) (cc g-1) (cc g-1)
0.2214 0.071 0.1504
Rata-rata ukuran pori Luas Permukaan * KTK
(nm) (m2 g-1) (meq 100 g-1)
213.827
35 Lampiran 15 T-plot N2 Fisisorption
Relative Thickness Volume @ STP
Pressure (nm) (cc/g)
1.013928e-01 3.6890e-01 60.811 1.259083e-01 3.8703e-01 61.543 1.511312e-01 4.0459e-01 62.240 1.760057e-01 4.2123e-01 62.969
V-t method summary Thickness method: DeBoer
Slope = 4.107 Intercept = 45.649
Correlation coefficient, r = 0.999775
Micropore volume = 0.071 cc/g Micropore area = 150.293 m²/g External surface area = 63.534 m²/g
Total Pore Volume summary Total Pore Volume
Total pore volume = 2.214e-01 cc/g for pores smaller than 228.6 nm (Diameter)
36 Lampiran 16 Isoterm Adsorpsi Desorpsi
37 7.49387e-01 82.5956
38
Lampiran 17 Foto Pembuatan Larutan 1 dan Larutan 2 (a); Proses Pengovenan Larutan Bahan Zeolit Sintetik ZSM-5 (b).
Lampiran 18 Foto Proses Pencucian Zeolit Sintetik ZSM-5 Setelah Pengovenan dengan Menggunakan Corong Buchner.
Lampiran 19 Foto (a) SEM Zeiss EVO50; (b) N2 Isotermal Quantachrom Nova 2200e.
39
Lampiran 20 Foto Pembuatan Larutan Induk Logam Berat dengan Konsentrasi 1000 ppm.
Lampiran 21 Foto Pengocokan Larutan Ion Logam dengan Zeolit Sintetik ZSM-5 (a); Pemisahan Larutan Ion Logam Berat dari Zeolit Sintetik
ZSM-5 (b).
40
