STUDI PENDAHULUAN SINTESIS DAN KARAKTERISASI ZEOLIT ZSM-5 DARI SILIKA ABU KETEL PABRIK GULA

(1)

ABSTRAK

STUDI PENDAHULUAN SINTESIS DAN KARAKTERISASI ZEOLIT ZSM-5 DARI SILIKA ABU KETEL PABRIK GULA

Oleh

Deny Agustiawan

Zeolit ZSM-5 dengan variasi rasio mol SiO2/Al2O3 25, 50 dan 75 telah disintesis.

Tipe struktur Mordenite Framework Inverted(MFI) dibuat dengan menggunakan

templat tetrapropilamonium bromida (TPABr). Síntesis ini dilakukan dengan

memanfaatkan silika dari pabrik gula dengan menggunakan metode hidrotermal

dengan suhu kristalisasi 180°C dan dikalsinasi pada suhu 550°C. Sampel

dikarakterisasi menggunakan teknikX-Ray Diffraction(XRD),Fourier Transform

Infrared (FTIR) dan analisis Brunauer-Emmett-Teller (BET). Puncak difraksi

karateristik ZSM-5 muncul pada 2 = 7,81°;8,91° dan 2 = 23,14°;23,79o_. Kristalinitas tertinggi didapatkan pada rasio SiO2/Al2O3 50. Hasil uji BET pada

sampel hasil sintesis dengan rasio mol SiO2/Al2O3 50 memperlihatkan luas

permukaan spesifik dan volume total pori paling tinggi yaitu 36,5386 m2_{/g dan} 23,233 e-3 cc/g dan jari-jari pori terkecil dibandingkan sampel dengan rasio mol

SiO2/Al2O325 dan 75 yaitu .

Kata Kunci: ZSM-5 tipe MFI, variasi rasio mol SiO2/Al2O3

(2)

SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF ZSM-5 ZEOLITE USING SILICA FROM BAGASSE ASH FACTORY SUGARS

by

Deny Agustiawan

Zeolite ZSM-5 with variation of mole ratio SiO2/Al2O3 25, 50 and 75 have been

successfully synthesized. Structure type is Inverted Framework Mordenite (MFI)

was synthesized using template tetrapropilamonium bromide (TPABr). The

synthesis was carried out using silica from sugars factory by using hydrothermal

method with crystallization temperature of 180°C and calcined at a temperature of

550°C. Samples were characterized with X-Ray Diffraction (XRD), Fourier

Transform Infrared (FTIR) and Brunauer-Emmett-Teller (BET). Characteristic

diffraction peaks of ZSM-5 appeared at = 7,81°; 8,91° and = 23,14°;

23,79°. The highest crystallinity is obtained at a ratio of SiO2/Al2O3 50. BET test

results on samples synthesized with mole ratio SiO2/Al2O3 50 shows the specific

surface area and total pore volume of the highest of 36,5386 m2_{/g and 23.233 e-3} cc/g and lowest of pore radius than samples with mole ratio SiO2/Al2O325 and 75

is 12, .

(3)

V. KESIMPULAN DAN SARAN

B. Kesimpulan

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan sebagai

berikut:

1. Silika yang diperoleh dari abu ketel telah dapat disintesis menjadi zeolit

ZSM-5 dengan bantuan TPABr sebagai templat organik pengarah

pembentukan kristal pada sintesis zeolit ZSM-5.

2. Hasil pola difraksi sampel variasi rasio SiO2/Al2O325, 50 dan 75

menunjukan menunjukan bahwa pola difraksi sampel yang disintesis telah

terbentuk ZSM-5. Dengan pencocokan puncak difraksi hasil sintesis ketiga

sampel dengan referensi yang bersumber daricollection of simulated XRD

powder patterns for the zeolites(Treacy and Higgins, 2001) untuk melihat

material zeolit ZSM-5 dengan melihat puncak-puncak yang didapatkan.

Diketahui bahwa puncak karakteristik difraksi dari ketiga sampel rasio

SiO2/Al2O3pada 2 = 7,907°; 8,836°; 9,011°; 23,143° dan 23,778°. Hasil

pola difraksi sampel variasi rasio SiO2/Al2O350 memiliki intensitas paling

tinggi yaitu pada 2 = 23,143°.

3. Hasil sintesis pada ketiga sampel dengan variasi rasio mol SiO2/Al2O3

dikarakterisasi dengan difraksi sinar-X dan spektroskopi inframerah

(4)

66

4. Luas permukaan spesifik sampel rasio mol SiO2/Al2O325, 50, dan 75 adalah

16,5503 m2_{/g, 36,5386 m}2_{/g dan 12,7828 m}2_{/g .}

5. Volume total pori sampel hasil sintesis dengan rasio mol SiO2/Al2O325, 50,

dan 75 adalah 11,458 e-3 cc/g, 23,233 e-3 cc/g dan 8,146 e-3.

6. Jari-jari pori sampel hasil sintesis dengan rasio mol SiO2/Al2O325, 50, dan

75 adalah 13,947 12,746 dan 15,717 .

B. Saran

Untuk pengembangan penelitian lebih lanjut, penulis memberikan saran sebagai

berikut:

1. Melakukan sintesis ZSM-5 dengan silika abu ketel pabrik gula tanpa

menggunakan templat organik.

2. Melakukan kalsinasi pada silika abu ketel untuk mendapatkan hasil yang

lebih murni.

3. Melakukan uji aktivitas zeolit ZSM-5 hasil sintesis dari silika abu ketel

(5)

1

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Zeolit adalah kristal aluminosilikat terhidrasi yang mengandung kation alkali atau

alkali tanah dalam kerangka tiga dimensi. Kerangka dasar sturuktur zeolit terdiri

dari unit tetrahedral AlO2dan SiO2yang saling berhubungan melalui atom

oksigen yang berbentuk rongga, sehingga zeolit mempunyai rumus empiris

sebagai berikut Man+_{[SixAlyOz] . mH2O dimana Ma}n+_{merupakan sumber kation,} [SixAlyOz] merupakan kerangka zeolit dan mH2O merupakan molekul yang

menyerap air (Roberieet al., 2001).

Zeolit ada dua macam yaitu zeolit alam dan zeolit sintetik. Zeolit alam pada

umumnya merupakan zeolit yang dibentuk oleh reaksi dari air pori dengan

berbagai material seperti gelas, lempung,plagioklas, ataupun silika (Faridah,

2010). Pembentukan zeolit alam ini tergantung pada komposisi dari batuan induk,

suhu, tekanan, tekanan parsial dari air, pH dan aktifitas dari ion-ion tertentu.

Mineral zeolit ini diantaranya dapat dimanfaatkan sebagai pengolahan limbah

pabrik (Purwadi, 1998). Pemanfaatan zeolit lainnya seperti zeolit A, zeolit K-C,

zeolit , zeolite ß, dan zeolit ZK, juga dapat dioptimalkan penggunaannya antara

lain sebagai bahan semenpuzolan, dan semenportland-puzolan, bahan agregat

(6)

2

Zeolit sintetik merupakan zeolit yang dapat dimodifikasi dan ditentukan

komponen alumunium dan silikon serta mempunyai sifat khusus sesuai dengan

tujuan pembuatannya(Szostak, 1998). Zeolit sintetik dapat dibedakan

berdasarkan jumlah silikonnya diantaranya zeolit dengan kadar silikon tinggi

bersifat higroskopis sehingga baik sebagai katalisator asam hidrokarbon seperti

ZSM-11, ZSM-21 dan ZSM-5 (Saputra, 2006).

Zeolite ZSM-5 (Zeolite Synthetic Mobile -5) adalah zeolit dengan rasio silika dan

alumina yang tinggi dan umum digunakan sebagai katalis dalam sintesis organik,

pemurnian petroleum dan industri petrokimia. Sifat katalis zeolit ini timbul dari

keasamannya sedangkan keunikan sistem porinya menghasilkan katalis dengan

karakter tertentu. Sejak penemuan zeolit ZSM-5 dengan kandungan silika tinggi

dan potensi pemanfaatannya dalam beberapa aplikasi, berbagai penelitian telah

dilakukan untuk meningkatkan metode sintesis dan kualitas produk serta

mengurangi biaya produksi pembuatan Zeolit ZSM-5 (Davis, 1998).

Beberapa upaya telah dilakukan untuk menghasilkan zeolit dengan memanfaatkan

limbah pertanian. Aliet al(2009) dan Ayunanda (2009) melaporkan sintesis

ZSM-5 dengan memanfaatkan silika yang diperoleh dari sekam padi. Dengan

sumber yang sama pula telah disintesis zeolit beta (Prasetyokoet al., 2005), zeolit

NaY dan zeolit ZSM-5 (Indrayana, 2009). Haslizaet al(2003) berhasil

mensintesis zeolit ZSM-5 dengan memanfaatkan abu sekam padi sebagai sumber

silika dengan bantuan templat organik kation TPA+_{(ion tetrapropilamonium).} TPABr (Tetrapropilamonium bromida) digunakan sebagai pengarah struktur

(7)

3

Dalam penelitian ini akan disintesis zeolit ZSM-5 dengan memanfaatkan silika

yang diperoleh dari abu ketel pabrik gula. Dalam proses produksi di pabrik gula,

ampas tebu dihasilkan sebesar 90% dari setiap tebu yang diproses, gula yang

termanfaatkan hanya 5%, sisanya berupa tetes tebu (molases) dan air (Witono,

2005). Selama ini pemanfaatan ampas tebu (sugar cane bagasse) yang dihasilkan

masih terbatas untuk makanan ternak, bahan baku pembuatan pupuk,pulp(Fauzi,

2005),particle board, bahan pengganti semen (Disurya dan Suseno, 2002), dan

untuk bahan bakarboilerdi pabrik gula (Yulianti, 2010). Di samping terbatas,

nilai ekonomi yang diperoleh juga belum tinggi. Oleh karena itu, diperlukan

adanya pengembangan proses teknologi sehingga terjadi diversifikasi

pemanfaatan limbah pertanian yang ada. Telah diketahui bahwa ampas tebu

pabrik gula merupakan salah satu alternatif sumber energi yang mengandung

silika tinggi sehingga berpotensi dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan

zeolit ZSM-5 (Vital,et al., 2008; Kuprianova,et al., 2006).

Zeolit ZSM-5 yang diperoleh dikarakterisasi dengan metodeX-ray Difraction

(XRD) untuk menentukan struktur kristal (Pecsoket al.,1976). Analisis

Brunauer-Emmett-Teller(BET) dilakukan untuk mengetahui luas permukaan

spesifik, volume total pori, dan rata-rata jari-jari pori sampel zeolit ZSM-5 yang

telah terbentuk. Spektroskopi inframerah (IR) digunakan untuk menunjukkan

perubahan fungsionalitas pada zeolit ZSM-5 yang dihasilkan.

(8)

4

Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis zeolit ZSM-5 dengan memanfaatkan

silika dari abu ketel pabrik gula Gunung Madu Plantations (GMP) di Lampung

Tengah.

C. Manfaat Penelitian

Hasil penelitian sintesis zeolit ZSM-5 dengan menggunakan silika dari abu ketel

pabrik gula diharapkan dapat memberikan informasi mengenai perolehan silika

dari abu ketel pabrik gula dan pemanfaatan silika dalam rangka pemanfaatan