SEBAGAI ADSORBEN UNTUK PENGURANGAN ION LOGAM BERAT DARI AIR GAMBUT DENGAN METODE HIDROTERMAL MENGGUNAKAN MODE KOLOM

HIDROTERMAL MENGGUNAKAN MODE KOLOM

SKRIPSI

NATALIA BR. SIMATUPANG 150802031

PROGRAM STUDI KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUANALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2019

SINTESIS ZEOLIT DARI LIMBAH ABU TERBANG (Fly Ash) BATUBARA SEBAGAI ADSORBEN UNTUK PENGURANGAN

ION LOGAM BERAT DARI AIR GAMBUT DENGAN METODE HIDROTERMAL MENGGUNAKAN MODE KOLOM

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

NATALIA BR. SIMATUPANG 150802031

PROGRAM STUDI KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUANALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2019

Judul : Sintesis Zeolit Dari Abu Terbang (Fly Ash) Batubara Sebagai Adsorben Untuk Mengurangi Ion Logam Berat Dari Air Gambut Dengan Metode Hidrotermal Menggunakan Mode Kolom

Kategori : Skripsi

Nama : Natalia br Simatupang

NomorIndukMahasiswa : 150802031

Program Studi : Sarjana (S1) Kimia

Departemen : Kimia

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

(MIPA) Universitas Sumatera Utara

Disetujui di, Medan, Juli 2019

Disetujui Oleh

Departemen Kimia FMIPA USU

Ketua Program Studi, Pembimbing

Dr. Cut Fatimah Zuhra, M.Si Rikson Siburian Ph.D

NIP. 197404051999032001 NIP.194804141974031001

\

PERNYATAAN

SINTESIS ZEOLIT DARI LIMBAH ABU TERBANG (Fly Ash) BATUBARA SEBAGAI ADSORBEN UNTUK PENGURANGAN ION

LOGAM BERAT DARI AIR GAMBUT DENGAN METODE HIDROTERMAL MENGGUNAKAN MODE KOLOM

SKRIPSI

Medan, Juli 2019

Natalia Br. Simatupang

150802031

PENGHARGAAN

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah Tri Tunggal, Alla Bapa, Putranya Yesus Kristus dan Roh Kudus, karena atas berkat dan kasih karunia-Nya yang senantiasa dilimpahkan kepada penulis, penulis berhasil menyelesaikan penelitian dan skripsi ini tepat pada waktunya.

Ucapan terima kasih yang tak terhingga penulis sampaikan kepada orangtua saya yang saya sangat cintai, Bapak (Miduk Simatupang) dan Ibu(Dorlan Br Sagala)telah memberikan dukungan, kasih sayang, doa yang tiada berkesudahan serta dukungan moral dan materi. Ucapan kasih sayang dari penulis kepada kakak tercinta (Dewi Simatupang, Amd), (Siska Simatupang), Abang tercinta (Ranto Simatupang) dan kepada semua keluarga yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang turut memberikan dukungan hingga akhirnya penelitian ini dapat diselesaikan. Ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya penulis sampaikan kepada kepala laboratorium Kimia Analitik Prof. Zul Alfian,M.Sc dan Bapak Rikson Siburian Ph.D selaku pembimbing saya, yang telah memberikan waktu, motivasi, membimbing dan mengarahkan serta memberikan saran kepada penulis yang sangat membantu penulis dalam menyelesaikan penelitian dan skripsi ini.Ucapan terima kasih juga saya sampaikan kepada Ibu Dr. Cut Fatimah Zuhra dan Dr. Ibu Sofia Lenny, S.Si, M.Si selaku Ketua dan Sekretaris Deaprtemen Kimia FMIPA USU. Ucapan terima kasih juga saya sampaikan kepada kak Sri Pratiwi Aritonang, M.Si, Cristina Simanjuntak, S.Si, Rosnani Harahap, S.Si selaku laboran yang telah memberikan bantuan dan saran kepada penulis. Juga rekan-rekan seperjuangan saya sebagai asisten Lab.Analitik Benhard, Hana, Yoanda, Athya, Achmad Muhajir, dan juga kepada adik-adik: Josua, Natasya, Sri, Admin, Indri, Aini, Dara, serta kepada teman saya:

Jelita Sitanggang, Winda Tambunan, Indah, Nur yang ikut membantu dan memberikan motivasi dan serta doa-doanya yang selalu menguatkan saya.

Semoga Tuhan membalas dengan segala yang terbaik. Tuhan Yesus Memberkati.

Amin

Medan, Juli 2019

Natalia Br. Simatupang

SINTESIS ZEOLIT DARI LIMBAH ABU TERBANG (Fly Ash) BATUBARA SEBAGAI ADSORBEN UNTUK PENGURANGAN ION LOGAM BERAT DARI AIR GAMBUT DENGAN METODE HIDROTERMAL

MENGGUNAKAN MODE KOLOM

ABSTRAK

Penelitian tentang sintesis zeolit dari abu terbang batubara dan aplikasinya sebagai adsorben untuk pengurangan ion logam berat dari air gambut telah dilakukan.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk (i) mengetahui pemanfaatan Sintesis Zeolit dari limbah batubara sebagai adsorben; (ii) mengetahui hasil effluent yang dihasilkan dari air gambut menjadi air bersih sesuai Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia. Zeolit disintesis dengan metode Hidrotermal dan dianalisis dengan X-Ray Fluoresensi (XRF). Spetrofotometri Serapan Atom (SSA). Kualitas air gambut dianalisis berdasarkan Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia No.492/2010 digunakan sebagai refrensi terhadap kadar ion logam air gambut sebelum dan sesudah diadsorpsi.Hasil-hasil penelitian menunjukkkan bahwa zeolit mampu mengadsorpsi ion logam Fe, Cd, Co, Mn, Na, Pb dan ion Cl.

Kualitas air gambut setelah diadsorbsi dengan zeolit menunjukkan bahwa kadar ion logam Fe, Cd, Co, Mn, Na, Pb dan ion Cl masih memenuhi kualitas air minum berdasarkan Permenkes No. 492/2010.

Kata Kunci : Air Gambut, Batubara Abu terbang, X-ray fluorescence

spectrometry, SpektrofotometriSerapan Atom

SYNTHESIS OF ZEOLITE FROM COAL FLY WASTE (Fly Ash) AS ADSORBEN FOR REDUCTION OF HEAVY METAL ION FROM PEAT WATER WITH HYDROTHERMAL METHOD USING COLUMN MODE

ABSTRACT

Research on the synthesis of zeolite from fly ash as an adsorbent material and its application has been done. The purposes of this study are (i) to determine the potential of zeolite produced from fly ssh as an adsorbent; (ii) to determine the quality of peat water refer to the water quality standards Permenkes No.

492/2010. Zeolites were synthesized using the Hydrothermal method. Then, it they were characterized with X-Ray Fluoresense (XRF). The metal ions of peat water before and after adsorbed with zeolit were analyzed using Atomic Adsorption Spectroscopy (AAS). The results show that zeolite may adsorb Fe, Cd, Co, Mn, Na, Pb and Cl ions from peat water, the quality of peat water after adsorption with zeolite show that the levels of metal ions of Fe, Cd, Co, Mn, Na, Pb and Cl still regands to the quality standards of water quality Permenkes No. 492/2010.

Keywords : Peat Water, Fly Ash, X-ray fluorescence spectrometry, Atomic

Absorption Spectrophotometry

DAFTAR ISI

Halaman

PERSETUJUAN i

PERNYATAAN ORISINALITAS ii

PENGHARGAAN iii

ABSTRAK iv

ABSTRACT v

DAFTAR ISI vi

DAFTAR TABEL ix

DAFTAR GAMBAR x

DAFTAR LAMPIRAN xi

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Permasalahan 3

1.3 Pembatasan Masalah 4

1.4 Tujuan Penelitian 4

1.5 Manfaat Penelitian 4

1.6 Waktu dan Lokasi Penelitian 4

1.7 Metodologi Penelitian 5

BAB 2TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Batubara 6

2.1.1 Cara Terbentuknya Batubara 6

2.1.2 Reaksi Pembentukan Batubara 7

2.1.3 Klasifikasi Kimia Batubara 7

2.1.4 Komposisi Kimia Batubara 8

2.2 Abu Terbang Batubara 9

2.2.1 Abu Terbang (Fly Ash) 9

2.2.2 Pengolahan Limbah B-3 10

2.3 Adsorpsi 10

2.3.1 Parameter Adsorpsi 12

2.4 Adsorben 13

2.4.1 Jenis-jenis Adsorben 14

2.5Zeolit 14

2.5.1 Struktur Zeolit 16

2.5.2 Sifat-sifat Zeoli 18

2.6Air Gambut 21

2.6.1 Sifat Air Gambut 22

2.6.1.1 Sifat Fisik 22

2.6.1.2 Sifat Biologi 23

2.6.1.3 Sifat Kimia 23

2.7 Kualitas Air 24

2.7.1 Syarat-syarat Air Bersih 24

2.8 Logam Berat 25

2.9XRF (X-Ray Fluorescence Spectrometry) 25 2.10Analisis Secara Spektrofotometri Serapan Atom (SSA) 27 BAB 3METODE PENELITIAN

3.1 Alatdan Bahan 29

3.1.1 Alat 29

3.1.2 Bahan 30

3.2 Prosedur Penelitian 30

3.2.1 Pengambilan dan Pengawetan Sampel 30

3.2.1.1 Abu Terbang (Fly Ash) 30

3.2.1.2 Air Gambut 30

3.2.2 Preparasi Sampel 31

3.2.3 Pembuatan Zeolit Sintesis 31

3.2.4 Penentuan Kadar Logam Besi Dengan SSA 31 3.2.4.1 Pembuatan Larutan Seri Standar Besi 31 3.2.4.2 Pembuatan Kurva Kalibrasi Besi 32 3.2.5 Penentuan Kadar Logam Mangan Dengan SSA 32 3.2.5.1 Pembuatan Larutan Standar Mangan 32 3.2.5.2 Pembuatan Kurva Standar Mangan 33 3.2.6 Penentuan Kadar Logam Klorid dengan Titrasi Argento 33 3.2.7 Karakterisasi Adsorpsi Komposit Zeolit 33

3.2.8 Penyediaan Reagent 33

3.2.9 Adsorpsi Ion Logam Dengan Mode Kolom 34

3.3 Bagan Penelitian 35

3.3.1 Pembuatan Zeolit Sintesis dan Kalsinasi Air Gambut 35

3.3.2 Penentuan Cl dalam Sampel 35

3.3.3 Preparasi dan Penentuan Kadar Besi pada Sampel 36 3.3.4 Preparasi dan Penentuan Kadar Mangan 36 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Uji Komposisin Unsur Logam Zeolit 37

4.2 Penentuan Kandungan Logam Besi (Fe) 39

4.2.1 Persentase (%) Penurunan Konsentrasi Logam Besi (Fe) 40 4.2.2 Perhitungan Entalpi pada Logam Besi 41 4.2.3 Persentasi % Penurunan Konsentrasi Logam Besi (Fe) 42 4.3Penentuan Kandungan Logam Mangan pada Air Gambut 43

4.3.1 Persentase (%) Penurunan Konsentrasi Logam

Mangan (Mn) 44

4.3.2 Perhitungan Entalpi Pada Logam Mangan 45 4.3.3 Persentasi % Penurunan Konsentrasdi Logam Mangan 46 4.4 Penentuan Kandungan Logam Kadmium pada Air Gambut 47 4.4.1 Persentase (%) Penurunan Konsentrasi Logam Klorida (Cl) 49 4.5 Penentuan Kandungan Senyawa Adsorben Dalam Zeolit 49

4.5.1 Penentuan Kandungan Al

2

O

3

49

4.5.2 Penentuan Kandungan SiO

₂

50

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan 51

5.2 Saran 51

DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR TABEL

Nomor Tabel

Judul Halaman

2.2 Komposisi Kimia Batubara 8

2.4 Model Keseimbangan Jerapan Isoterm 15

2.6 Kandungan Zeolitr beserta rumus kimianya 16

2.9 Komposisi Kilogram Zeolit 20

4.1 Data Uji Komposisi Zeolit 37

4.2 Kondisi Alat Spektrofotometri Serapan Atom (SSA) Shimadzu AA-7000 Pada pengukuran Konsentrasi Logam Besi (Fe)

39

4.3 Data Adsorbansi Larutan Seri Standar Logam Besi 39

4.5 Persen adsorpsi pada logam Besi 41

4.6 Data Perhitungan Entalpi (∆H) pada Logam Besi (Fe) 41 4.7 Kondisi Alat Spektrofotometri Serapan Atom (SSA)

Shimadzu AA-7000 Pada pengukuran Konsentrasi Logam Mangan (Mn)

43

4.8 Data Absorbansi Larutan Seri Standar Logam Mangan (Mn)

43

4.10 Persen (%) Adsorpsi pada Logam Mangan (Mn) 45

4.11 Data Perhitungan Entalpi (∆H) pada Logam Mangan (Mn) 45

4.12 Data Volume Larutan Standar AgNO

3

47

DAFTAR GAMBAR

Nomor Gambar

Judul Halaman

2.3 Bongkahan Zeolit Alami dan Zeolit Sintesis 14

2.5 Struktur Zeolit Sintesis dan Kerangka Zeolit Sintesis 15

2.7 Rangka zeolit yang terbentuk 17

2.8 Unit Kerangka Zeolit 17

2.10 XRF 26

4.4 Kurva Kalibrasi Larutan Seri Standar Logam Besi (Fe) 40 4.9 Kurva Kalibrasi Larutan Seri Standar Logam Mangan

(Mn)

44

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor lampiran

Judul Halaman

1 Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia 55 2 Data Hasil Air Gambut Sebelum Kontak Adsorben 59 3 Data Hasil Effluen air gambut sesudah kontak adsorben 60

4 Dokumentasi Penelitian 61

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Di Indonesia, jumlah pemakaian batu bara di kalangan industri semakin meningkat. Kebanyakan industri telah mengganti sumber tenaga pada pembangkit uap/boiler dari minyak dengan batubara. Abu Batubara adalah sisa pembakaran yang berbentuk partikel halus amorf dan perubahan bahan mineral karena proses pembakaran. Dari proses pembakaran batubara pada unit pembangkit uap (boiler) akan terbentuk dua jenis abu yaitu abu terbang (fly ash) sekitar 80-90 % dan abu dasar (bottom ash) sekitar 10-20% (Edy, 2007).

Pada pembakaran dan pemecahan batubara (cracking), Menghasilkan gas buangan berupa CO, NO

_x,

dan SO

_x

, juga dihasilkan partikel-partikel lain seperti Karbon, SiO

_2,

Al

₂

O

_3,

dan oksida-oksida besi. Partikel-partikel tersebut dapat menimbulkan pencemaran bagi lingkungan karena mengandung unsur-unsur radioaktif alam pada saat pembakaran akan keluar bersama gas emisi. Jenis unsur radioaktif tersebut termasuk kedalam logam berat, apabila masuk kedalam tubuh manusia akan berdampak buruk (Wardani, 2008).

Logam berat menyebabkan keracunan bagi manusia dan pada makhluk hidup lainnya. Karena logam berat yang dihasilkan abu terbang (fly ash) tidak mengalami degradasi seiringnya waktu dan akan menjadi bioakumulatif dalam jaringan yang hidup (sama) yang dapat menyebabkan kematian (Naja, 2009).

Masalah penyediaan air bersih merupakan masalah global yang mendesak untuk segera ditangani. Masalah serupa telah lama ada bagi daerah bertanah gambut yang kandungan air tawarnya terbatas, sehingga daerah tesebut masihmenggunakan air gambut sebagai sumber air untuk kebutuhan sehari-hari.

Permasalahan yang timbul yaitu kualitas air gambutyang digunakan masyarakat

kurang memenuhi syarat sebagai air bersih. Khususnya didaerah kota kisaranyang

masyarakatnya masih mengkonsumsi air gambut, padahal air gambut tersebut

memiliki kandungan pH 3-4 yang akan mengganggu kesehatan.

Berdasarkan sifat kimia dan fisikanya, maka tingkat atau daya racun logam berat terhadap hewan air pada LC-50 selama 48 jam, akibat pengaruh sinergik antar logam, efek sub letal, bioakumulasi dan bahayanya terhadap orang yang mengkonsumsi ikan maka dapat diurutkan (dari tinggi ke rendah) sebagai berikut merkuri (Hg), kadmium (Cd), emas (Ag), Nikel (Ni), timah hitam (Pb), arsen (Ar), selenium (Sn), seng (Zn) (Darmono, 1995).

Kumar (2006) telah meneliti untuk membuktikan adsorpsi dari sintetis zeolit berhasil dilakukan dalam mode kolom, menghilangkan adsorpsi ion logam berat dari air limbah sintetik menggunakan alat sebagaimana adsorben telah dipelajari dalam mode kolom.

Industri-industri besar saat ini mulai berahlih menggunakan batubara sebagai bahan bakar alternatif pada pembangkit listrik tenaga uap(PLTU).Maka dilakukan Sintesis abu layang sebagai adsorben logam Cr dalam limbah penyamakan kulit (Yanti, 2009).

Hartanto (2016) telah meneliti mengenai abu terbang (fly ash) yang diubah menjadi zeolit. Abu batu bara berisi sekitar 70% abu terbang, abu terbang terdiri dari Aluminosilicate kaca, mullite (Al

6

Si

2

O

13

) dan kuarsa (SiO

2

). Bahan-bahan ini dapat digunakan sebagai sumber Al dan Si dalam sintetis zeolit. Yang digunakan sebagai adsorben gas NO

X

khusunya gas NO, gas NO

2

yang keduanya dapat bereaksi membentuk ozon dan larutan berair yang didalamnya terdapat logam berat yang berbahaya.

Adsorben dari abu layang yang merupakan limbah hasil pembakaran batubara di PLTU.Kandungan mineral dan struktur bangun dari abu layang sangat memungkinkan untuk digunakan menjadi bahan adsorben limbah zat warna.Sebelum digunakan sebagai bahan adsorben, abu layang disintesis menjadi zeolitlike material (ZLM) dengan proses dekomposisi. Penggunaan fly ash untuk menghilangkan logam berat sebagai adsorben dalam percobaan batch, yang dilakukan pada suhu kamar (Deniz, 2017).

Dari penelitian yang telah dilakukan Zahrul M, 2018. Pada industria tekstil, zat warna digunakan dalam proses pewarnaan kain dan benang.

Pengolahan limbah zat warna dari industria tekstil perlu dilakukan sebelum

dibuang kebadan air, karena kandungan zat warna yang tinggi akan mengganggu transmisi cahaya dan menyebabkan turunnya kadar oksigen terlarut dalam air, pH menjadi asam serta gangguan terhadap kehidupan air. Penggunaan adsorben pada limbah industri tekstil akan mengurangi kadar zat warna, sehingga limbah cair akan aman untuk dibuang kelingkungan sesuai dengan baku mutu yang ditetapkan oleh pemerintah. Di sisi lain, hal tersebut membantu penyelesaian masalah pembuangan limbah abu layang dari PLTU.

Zeolit merupakan sekelompok mineral aluminosilikat terhidrasi dengan saluran dan rongga tertentu. Oleh karena itu, abu batu bara dapat diubah menjadi zeolit dengan mudah. Kegunaan dari zeolit salah satunya pada industry minyak bumi digunakan sebagai cracking, pada industri kimia sebagai penukar ion dan pada pemurnian air sebagai pelunak air sadah.

Berdasarkan latar belakang diatas,maka penulis tertarik melakukan penelitian, membuat abu terbang (fly ash) batubara menjadi zeolit dengan metode hidrotermal sebagai adsorben dengan mode kolom untuk mengurangi kadar ion logam berbahaya pada air gambut denganjudul:”Sintesis Zeolit Dari abu terbang (fly ash)batu bara sebagai Adsorben Untuk Mengurangi Ion Logam dari Air Gambut Dengan Metode Hidrotermal Menjadi Air Bersih Menggunakan Mode Kolom”.

1.2 Permasalahan

1. Berdasarkan PP RI No.101 Tahun 2014, abu terbang dari sisa pembakaran batubara terdiri dari Aluminosilicate kaca, mullite (Al

6

Si

2

O

13

) dan kuarsa (SiO

₂

). Bahan-bahan ini dapat digunakan sebagai sumber Al dan Si dalam sintesis zeolit. Dimana zeolit dapat digunakan sebagai adsorben.

2. Masalah penyediaan air bersih bagi daerahkota Kisaran yang kandungan

air tawarnya terbatas, sehingga daerah tesebut masihmenggunakan air

gambut sebagai sumber air untuk kebutuhan sehari-hari. Permasalahan

yang timbul yaitu kualitas air gambutyang digunakan masyarakat kurang

memenuhi syarat sebagai air bersih.

1.3 Pembatasan Masalah

1. Bahan baku utama dalam pembuatan zeolit digunakan adalah abu terbang (fly ash) batubara yang diambil dari tempat penimbunan limbah abu terbang (fly ash) batubara di Kawasan Industri Medan (KIM).

2. Sampel yang akan dialiri kedalam adsorben zeolit adalah air gambut yang berasal dari kota kisaran yang tercemar dari lapukan kayu yang membusuk.

3. Penelitian ini dilakukan dengan metode Hidrotermal dan Karakterisasi secara kuantitatif dan kualitatif.

1.4 Tujuan Penelitian

1. Untuk mengetahui pemanfaatan sintetis zeolit dari limbah batubara yaitu abu terbang (fly ash) sebagai adsorben.

2. Untuk mengetahui hasil effluent yang dihasilkan dari air gambut menjadi air bersih sesuai dengan baku mutu air yang memenuhi persyaratan Permenkes dengan Metode Hidrotermal menggunakan Mode Kolom.

1.5 Manfaat Penelitian

1. Hasil yang diperoleh dari penelitian ini diharapkan dapat menjadi salah satu informasi ilmiah mengenai pemanfaatan limbah Abu Terbang (Fly Ash) sebagai adsorben untuk mengurangi kadar ion logam.

2. Hasil yang diperoleh dari penelitian ini dapat menjadi salah satu informasi bahwa effluent dari air gambut yang telah diadsorpsi dapat memenuhi baku mutu air sesuai persyaratan Permenkes 492/2010.

1.6 Waktu danLokasi Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Analitik F-MIPA USU

untuk proses penghalusan dan proses pengkoloman air gambut menjadi air

bersih. Untuk tahap selanjutnya dari karakterisasidan uji sampel menggunakan

XRF dan SSA dilakukan di Laboratorium UNIMED dan Riset Balai

Penindustrian (Baristan).

1.7 Metodologi Penelitian

Penelitian ini dilakukan secara eksperimen laboratorium.

1. Sampel diambil secara purposif yang diambil dari salah satu pabrik kimia di Kawasan Industri Medan (KIM)

2. Kemudian Abu Terbang (Fly Ash) disaring menggunakan ayakan dengan ukuran 200 Mesh

3. Lalu, pertama ditimbang sebanyak 50 gram abu terbang yang telah diayak dicampur dengan 250 ml HCl 6M selama 24 jam, kemudian dipanaskan selama 30 menit sambil terus diaduk , disaring dan diaging selama 24 jam 4. Kedua Ditimbang 5 gram Al powder dicampur dengan 2,525 gram NaOH

dilarutkan dalam 100 ml akuadest

5. Kemudian kedua larutan dicampur dan distirrer selam 1 jam dengan kecepatan 1000 rpm. Lalu diaging kembali selama 24 jam hingga terbentuk gel zeolit secara homogen.

6. Setelah itu diautoklaf selama 2 jam pada suhu 110

⁰

C hingga terbentuk dua lapisan lalu didekantasi. Endapan disaring menggunakan kertas saring biasa dan dicuci dengan akuades hingga pH 7, lalu dioven selama 12 jam pada suhu 110

⁰

C.

7. Dikalsinasi: alat dirangkai sesuai mode kolom, kemudian dimasukkan kapas, glass sutra, 10 cm zeolit sintesis, glass sutra lagi, lalu dialiri dengan air gambut sebanyak 250 ml. Effluent ditampung lalu dianalisa.

8. Analisa Kualitatif dan Kuantitatif kristalisasi menggunakan XRF (X- Ray

Fluorecence) untuk mengetahui komposisi kimia unsur termasuk unsur

oksida Fly Ash dan AAS (Model: Spektra AA50) untuk mengetahui unsur-

unsur ion logam yang terdapat didalam larutan effluen dari kolom.

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Batubara

Batubara adalah suatu mineral yang tersusun dari bahan organik dan bahan anorganik.Batubara digunakan sebagai sumber energi alternatif untuk menghasilkan listrik. Pada pembakaran batubara, menghasilkan polutan udara, seperti sulfur dioksida, yang dapat menyebabkan terjadinya hujan asam (Achmad, 2004).

2.1.1 Cara Terbentuknya Batubara

Pembentukan batubara secara umum dapat dibagi dalam dua tahap yaitu:

tahap peatification atau penggambutan (akibat proses biokimia) dan tahap coalification atau pembatubaraan (akibat proses geokimia). Tahap penggambutan merupakan tahap awal dari suatu proses pembentukan batubara.

Pada tahap ini diperkirakan sisa tumbuhan yang terakumulasi tersimpan dalam kondisi reduksi di daerah rawa yang selalu tergenang air dengan kedalaman sekitar 0,5 m sampai 10 m dari permukaan air. Sisa tumbuhan tersebut oleh aktivitas bakteri anaerob dan jamur diubah menjadi gambut (Stach, 1982).

Proses Pembentukan batubara terdiri atas dua tahapyaitu:

1. Tahap Biokimia (Penggambutan) adalah tahap ketika sisa-sisa tumbuhan yang terakumulasi tersimpan dalam kondisi bebas oksigen (anaerobik) di daerah rawa dengan sistem penisiran (drainage system) yang buruk dan selalu tergenang air. Material tumbuhan yang busuk tersebut melepaskan unsur H, N, O, dan C dalam bentuk senyawa CO

_2,

H

₂

O, dan NH

_3,

untuk menjadi humus. Selanjutnya oleh bakteri anaerobik dan fungi, material tumbuhan itu diubah menjadi gambut (Stach, 1982 )

2. Tahap pembatubaraan(Coalification) merupakan proses diagenesis

terhadap komponen organik dari gambut yang menimbulkan peningkatan

temperatur dan tekanan sebagai gabungan proses biokimia, kimia dan

fisika yang terjadi karena pengaruh pembebanan sedimen yang

menutupinya dalam kurun waktu geologi (Stach, 1982).

2.1.2 Reaksi Pembentukan Batubara

Proses pembentukan batubara atau coallification yang dibantu oleh faktor fisika, kimia alam akan mengubah cellulosa menjadi lignit, subbitumine, bitumine dan antrasit. Reaksi pembentukan batubara dapat digambarkan sebagai berikut.

Reaksi:

5(C

₆

H

₁₀

O

₅

) C

₂₀

H

₂₂

O

₄

+ 3CH

₄

+ 6CO

₂

+ CO + 8H

₂

0 (2.1) Cellulosa lignit gas metana air

Keterangan :

Cellulosa (zat organik) yang merupakan zat pembentuk batubara. Unsur C dan Unsur H dalam lignit (Sukandarrumidi, 1995).

2.1.3 Klasifikasi Batubara

Berdasarkan tingkat proses pembentukannya yang dikontrol oleh tekanan, panas dan waktu, batubara umumnya dibagi yaitu:

1. Lignit

Lignit merupakan batubara peringkat rendah dimana kedudukan lignit dalam tingkat klasifikasi batubara berada pada daerah transisi dari jenis gambut ke batubara.Lignit adalah batubara yang berwarna cokelat kehitaman dan memiliki tekstur seperti kayu.

2. Sub-bituminus

Batubara jenis ini merupakan jenis lignit dan bitu minus.Batubara jenis ini memiliki warna hitam yang mempunyai kandungan air,zat terbang, dan oksigen yang tinggi serta memiliki kandungan karbon yang rendah.

3. Bituminus

Batubara jenis ini merupakan batubara yang berwarna hitam denga tekstur ikatan yang baik. Bituminus mengandung 68-86% unsur carbon (C) dan berkadar air 8-10%.

4. Antrasit

Antrasit merupakan batubara paling tinggi tingkatan yang mempunyai

kandungan karbon lebih dari 93% dan kandungan zat terbang kurang dari

10%.Antrasit umumnya lebih keras, kuat dan seringkali berwarna hitam mengkilat seperti kaca (Yunita, 2000).

2.1.4 Komposisi Kimia Batubara

Analisa fasa dengan metode X-Ray Difraction (XRD) dilakukan pada keempat batubara dari berbagai sumber untuk mendapatkan data komposisi mineral. Data pengukuran XRD dan hasil analisa kualitatif disajikan dalam Tabel 2.2 berikut.

Tabel 2.2 Komposisi Kimia Batubara

NO Element Bukit Asam Batu licin Prima Coal Sungai Danau

Wt. % Wt. % Wt. % Wt. %

1 SiO

2

11,400 (160) 13,810(170) 7,9909(140) 2,060(070) 2 TiO

2

0,417 (012) 0,825(0,25) 0,201(006) 0,112(003) 3 Al

2

O

3

6,290(060) 9,100(080) 6,200(060) 2,630(040) 4 Fe

2

O

3

1,860(050) 0,828(029) 0,870(030) 0,178(006)

5 MnO 0,010(0) 0,010(0) 0,004(0) 0,002(0)

6 CaO 0,426(015) 0,125(005) 0,175(006) 0,079(003) 7 MgO 0,127(004) 0,098(003) 0,253(008) 0,061(002) 8 Na

₂

O 0,129(006) 0,144(007) 0,557(029) 0,988(049) 9 K

₂

O 0,356(018) 0,162(008) 0,193(010) 0,013(001) 10 P

₂

O

₅

0,049(003) 0,017(001) 0,029(001) 0,035(002) 11 SO

₃

2,040(007) 1,330(060) 1,530(060) 0,851(042)

12 LOI 76,75 73,19 81,77 92,87

13 ZnO 0,005(0) 0,011(0) 0,003(0) 0,003(0)

14 NiO 0,003(002) 0,103(004) 0,003(002)

15 ZrO

₂

0,018(001) 0,036(001) 0,012(001) 0,015(001) 16 Cs

2

O 0,019(004) 0,021(005) 0,010(002) 0,012(0040)

17 CuO 0,003(0) 0,011(0) 0,002(0) 0,002(0)

18 As

2

O

3

0,001(0)

19 SrO 0,015(001) 0,004(0) 0,006(0) 0,009(0)

20 V

2

O

5

0,016(0) 0,035(001) 0,005(001) 0,008(0)

21 Cr

2

O

3

0,007(005) 0,078(053) 0,003(0) 0,004(0)

22 CO

3

O

4

0,001(0) 0,005(0) 0,001(0)

23 Cl 0,041(002) 0,033(002) 0,020(001) 0,050(003) (Jha, 2008).

2.2 Abu Batubara

Abu batubara adalah bagian dari sisa pembakaran batubara yang berbentuk partikel halus amorf dan abu tersebut merupakan bahan anorganik yang terbentuk dari perubahan bahan mineral (mineral matter) karena proses pembakaran (Rustanti, 2009).

2.2.1 Abu Terbang (fly ash)

Abu terbang (Fly ash) mengandung unsur kimia antara lain silika (SiO

₂

), alumina (Al

₂

O

₃

), fero oksida (Fe

₂

O

₃

) dan kalsium oksida (CaO), juga mengandung unsur tambahan lain yaitu Magnesium Oksida (MgO), Titanium Oksida (TiO

₂

), Alkalin (Na

₂

O dan K

₂

O), Sulfur Trioksida (SO

₃

), Pospor Oksida (P

₂

O

₅

) dan Karbon (Yusri,2012).

Menurut ACI Committee 226, dijelaskan bahwa abu terbang (fly ash) mempunyai butiran yang cukup halus, yaitu lolos ayakan No.325 (45 mili mikron) 5–27 % dengan spesific gravity antara 2,15–2,6 dan berwarna abu-abu kehitaman.

Menurut ASTM C618 Abu terbang (fly ash) dibagi menjadi dua kelas yaitu fly ash kelas F dan kelas C. Perbedaan utama dari kedua Ashtersebut adalah banyaknya calsium, silika, aluminium dan kadarbesi di Ash tersebut. Walaupun kelas F dan kelas C sangat ketatditandai untuk digunakan fly ash yang memenuhi spesifikasi ASTM C618. Yang penting diketahui, bahwa tidak semua fly ash dapat memenuhi persyaratan ASTMC618, kecuali pada aplikasi untuk beton, persyaratan tersebut harus dipenuhi.

Fly ash kelas F: merupakan fly ash yang diproduksi dari pembakaran batubara

anthracite atau bituminous, mempunyai sifat pozzolanic dan untuk mendapatkan sifat cementitious harus diberi penambahan quick lime, hydrated lime, atau semen.

Fly ash kelas F ini kadar kapurnya rendah (CaO < 10%).

Fly ash kelas C: diproduksi dari pembakaran batubara lignite atau sub-

bituminous selain mempunyai sifat pozolanic juga mempunyai sifat self-

cementing (kemampuan untuk mengeras dan menambah strength apabila bereaksi dengan air) dan sifat initimbul tanpa penambahan kapur. Biasanya mengandung kapur (CaO) > 20%.

Menurut SNI S-15-1990-F tentang spesifikasi abu terbang sebagai bahan tambahan untuk pembuatan sintetis zeolit, abu batubara (fly ash) digolongkan menjadi 3 jenis yaitu :

- Kelas F : Abu terbang (fly ash) yang dihasilkan dari pembakaran batubara jenis antrasitdan bituminous.

- Kelas C : Abu terbang (fly ash) yang dihasilkan dari pembakaran batubara jenis lignite dan subbitumious.

- Kelas N : Pozzolan alam, seperti tanah diatome, shale tufa, abu gunung berapi atau pumik.

2.2.2 Pengolahan Limbah B-3

Menurut PP No. 101 tahun 2014 abu terbang (fly ash) digolongkan sebagai limbah B-3 (bahan berbahaya dan beracun) dengan bahan pencemar utama adalah logam berat (PP 85 tahun 1999).

Pemanfaatan limbah B-3 adalah kegiatan penggunaan kembali (reuse), daur ulang (recyle), perolehan kembali (recover) yang bertujuan untuk mengubah limbah B-3 menjadi produk yang dapat digunakan (PerMen LH No.2/2008).

2.3 Adsorpsi

Adsorpsi adalah proses dimana molekul-molekul fluyida menyentuh dan melekat pada permukaan padatan. Adsorpsi merupakan proses akumulasi adsorbat pada permukaan adsorbenyang disebabkan oleh gaya tarik antar molekul atau suatu akibat dari medangaya pada permukaan padatan (adsorben) yang menarik molekul-molekul gas,uap atau cairan. Hal ini disebabkan pada adsorpsi larutan melibatkan persaingan antara komponen larutan dengan situs adsorpsi.

Kecenderungan adsorben polar lebih kuat menyerap adsorbat polar

dibanding adsorbat non polar, demikian sebaliknya. Secara spesifikasi, ukuran

pori juga menentukan dalam proses adsorpsi suatu senyawa tertentu dalam

larutan. Jikas ukuran pori adsorben semakin kecil maka kemampuan adsorpsinya

semakin besar, dengan anggapan bahwa komponen yang teradsorpsi dapat memasuki rongga poribnya. Jumlah adsorben yang semakin banyak akan memberikan luas permukaan yang smakin besar bagi adsorbat untuk terdesorpsi ( Sembodo, 2006).

Menurut Martell dan Hancock (1996), adsorpsi dapat terjadi melalui beberapa mekanisme:

1. Mekanisme pemerangkapan

Silika gel maupun senyawa hibrida organo-silika merupakan adsorben yang berpori sehinga dimungkinkan untuk mengadsorpsi ion logam dengan menjebaknya dalam pori-pori. Mekanisme ini akan terjadi apabila ukuran pori dari adsorben lebih besar daripada ukuran ion yang akan diadsorpsi.

2. Mekanisme pertukaran ion

Mekanisme petukaran ion dapat ditinjau dari nilai elektronegatifitas pada adsorben. Pada silika gel terdapat gugus silanol (Si-OH) dan gugus siloksan (Si- O-Si) yang diperkirakan berperan dalam proses adsorpsi ion logam. Ikatan pada gugus silanol lebih bersifat ionik dibandingkan ikatan pada gugus silakson yang cenderung lebih bersifat kovalen. Akibatnya, atom H pada gugus silanol akan lepas dan tergantikan oleh ion logam yang bersifat elektropositif. Interaksi tersebut yang emungkinkan terjadinya adsorpsi ion logam melalui mekanisme pertukaran ion.

3. Pembentukan Ikatan Hidrogen

Dalam medium air, contoh: ion Pb(II) akan membentuk kompleks akuo oktahedral [Pb(H

2

O)

6

]

²⁺

. Ikatan hidrogen dapat terjadi antara oksigen dari gugus H

₂

O dalam kompleks oktahedral dengan gugus aktif siloksan dan silanol pada silika gel maupun gugus aktif pada hibrida organo-silika.

4. Pembentukan kompleks

Adsorpsi ion Pb(II) pada silika gel maupun hibrida organo-silika dapat terjadi

melalui pembentukan kompleks antara gugus aktif adsorben sebagai ligan dengan

ion Pb(II) sebagai atom pusat. Berdasarkan teori HSAB, ion Pb(II) merupakan

golongan asam menengah, kemudian akan bereaksi dengan adsorben yang bersifat

basa keras, menengah atau lunak yang memiliki gugus aktif dan membentuk suatu

kompleks.

2.3.1 Parameter Adsorpsi 1. Kapasitas Adsorpsi

Kinetika kimia mencakup suatu pembahasan tentang kecepatan (laju) reaksi dan bagaimana proses reaksi berlangsung. Definisi tentang laju reaksi adalah 11 suatu perubahan konsentrasi pereaksi maupun produk dalam satuan waktu.Orde reaksi merupakan bagian dari persamaan laju reaksi.Orde reaksi terhadap suatu komponenmerupakan pangkat dari konsentrasi komponen itu, dalam persamaan laju reaksi.

2. Isoterm Adsorpsi Langmuir

Model kinetika adsorpsi Langmuir ini berdasarkan pada asumsi sebagai berikut: laju adsorpsi akan bergantung pada faktor ukuran dan struktur molekul adsorbat, sifat pelarut dan porositas adsorben, situs pada permukaan yang homogen dan adsorpsi terjadi secara monolayer. Proses adsorpsi heterogen memiliki dua tahap, yaitu: (a) perpindahan adsorbat dari fasa larutan ke permukaan adsorben dan (b) adsorpsi pada permukaan adsorben. Tahap pertama akan bergantung pada sifat pelarut dan adsorbat yang terkontrol.

Bagian yang terpenting dalam proses adsorpsi yaitu situs yang dimiliki oleh adsorben yang terletak pada permukaan, akan tetapi jumlah situs-situs ini akan berkurang jika permukaan yang tertutup semakin bertambah.

Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir tersebut dapat ditulis dalam bentuk persamaan linier:

+

Dimana C adalah konsentrasi kesetimbangan, m adalah jumlah zat yang teradsorpsi per gram adsorben, b adalah kapasitas adsorpsi dan K tetapan kesetimbangan adsorpsi. Energi adsorpsi (Eads) yang didefinisikan sebagai energi yang dihasilkan apabila satu mol ion logam teradsorpsi dalam adsorben dan nilainya ekuivalen dengan nilai negatif dari perubahan energi Gibbs standar, ΔG0 dapat dihitung menggunakan persamaan :

E = -ΔG0 ads= RT ln K

Dengan R adalah tetapan gas umum (8,314 J/mol K), T adalah temperatur (K) dan K adalah konstanta kesetimbangan yang diperoleh dari persamaan Langmuir, sehingga energi total adsorpsi E harganya sama dengan negatif energi bebas Gibbs.

3. Isoterm Adsorpsi Freundlich

Model isoterm Freundlich menjelaskan bahwa proses adsorpsi pada bagian permukaan adalah heterogen dimana tidak semua permukaan adsorben mempunyai daya adsorpsi. Model isoterm Freundlich menunjukkan lapisan adsorbat yang terbentuk pada permukaan adsorben adalah multilayer.Hal tersebut berkaitan dengan ciri-ciri dari adsorpsi secara fisika dimana adsorpsi dapat terjadi pada banyak lapisan (multilayer) (Husin and Rosnelly, 2005).

Bentuk persamaan Freundlich adalah sebagai berikut :

qe = Kf Ce 1/n

Dimana qe adalah jumlah adsorbat yang terserap tiap satuan berat adsorben (mg/g), Ce adalah konsentrasi setimbang adsorbat dalam fase larutan (mg/L), 13 Kf dan n adalah konstanta empiris yang tergantung pada sifat padatan, adsorben dan suhu (Soeprijanto et al., 2006). Penentuan konstanta Kf dan n dapat dilakukan dengan linierisasi persamaan:

log (qe) = log (Kf) + 1 𝑛 log (Ce)

Koefisisen Kf sering dikaitkan dengan kapasitas adsorpsi adsorben sehingga mencerminkan jumlah rongga dalam adsorben tersebut.

2.4 Adsorben

Adsorben adalah bahan yang sangat berpori dan adsorpsi berlangsung

terutama pada dinding-dinding pori atau pada letak-letak tertentu didalam

partikelnya. Komponen yang diadsorpsi melekat demikian kuat dari fluida tanpa

terlalu banyak adsorpsi terhadap komponen lain sehingga memungkinkan

adsorbat yang dihasilkan dalam bentuk terkonsentrasi atau hampir murni.

2.4.1. Jenis-jenis Adsorben

a. Adsorben tidak berpori ( Non—Porous Sorbent)

Adsorben tidak berpori dapat diperoleh dengan cara presipitasi deposit kristalin seperti penghalusan pada kristal. Luas permukaan spesifiknya kecil tidak lebih dari 10 m

²

/g dan umumnya 0,1 – 1 m

²

/g.

b. Adsorben berpori (Porous Sorbents)

Luas permukaan spesaifik adsorben berpori sekitar 100 – 1000 m

²

/g.

Digunakan sebagai penyangga katalis, dehidrator dan penyeleksian komponen adsorben ini umumnya berbentuk granular.

2.5 Zeolit

Zeolit merupakan kristalin aluminosilikat yang mengandung ion-ion golongan IA dan IIA seperti Na, K, Mg, dan Ca. Struktur zeolite berbentuk tetrahedral yang terdiri dari ion Al

³⁺

atau Si

^4-

yang dikelilingi oleh empat ion (Putri, 2012).

(b) (b) Gambar2.3(a) Bongkahan Zeolit Alami , (b) Zeolit sintesis

Kapasitas jerapan (q) dalam mg ion logam per g adsorbent dihitung dengan rumus:

q : Kapasitas Jerapan

Cs : Konsentrasi Cu

²⁺

awal (ppm)

Ce : Konsentrasi Cu

²⁺

kesetimbangan (ppm) w : Bobot kering mutlak bahan (g)

v : Volume larutan (mL)

Data q dianalisis menggunakan persamaan jerapan isotermal Langmuir,Freundlich dan BET. Masing-masing model memiliki asumsi. Persamaan Langmuir menghasilkan kapasitas jerapan efektif, Freundlich menghasilkan kapasitas jerapan yang dipengaruhi oleh suhu dan jenis adsorbent, sedangkan BET mengasumsikan jerapan yang terjadi memiliki banyak lapisan dan menghasilkan nilai jerapan yang terjadi pada layer pertama.

Tabel 2.4 Model kesetimbangan jerapan isotermal

Zeolit memiliki pori-pori dan rongga-rongga yang memiliki ukuran sekitar 3 Å hingga 15 Å. Salah satu jenis Zeolit adalah ZSM-5 (Zeolite Socony Mobil).Zeolit ZSM-5 pertama kali diaplikasikan sebagai katalis dalan produksi propilena dan oktana gasoline karena sifatnya yang asam pada permukaan (Hartanto, 2016). ZSM-5 memiliki rumus molekul Na(AlO

2

)n(SiO

2

)

96

-n.16H

2

O.

Ion Na

⁺

dapat ditukar dengan kation lain yang dapat memasuki pori selama modifikasi zeolit (Octaviani, 2012).

Gambar 2.5 (a) Struktur Zeolit Sintesis dan (b) Kerangka Zeolit Sintesis

(Kenneth, 1991)

Zeolit terbentuk dari abu vulkanik yang telah mengendap jutaan tahun silam. Sifat-sifat mineral zeolit sangat bervariasi tergantung dari jenis dan kadar mineral zeolit. Zeolit mempunyai struktur berongga biasanya rongga ini diisi oleh air serta kation yang bisa dipertukarkan dan memiliki ukuran pori tertentu. Oleh karena itu zeolit dapat dimanfaatkan sebagai penyaring molekuler, senyawa penukar ion, sebagai filter dan katalis.

Tabel2.6 Beberapa contoh kandungan zeolit beserta rumus kimianya Nama Mineral Rumus-rumus Kimia Unit Sel 1 Analsim Na

₁₆

(Al

₁₆

Si

₃₂

O

₉₆

). 16H

₂

O 2 Kabasit (Na

2

,Ca)

6

(Al

12

Si

24

O

72

). 40H

2

O 3 Klipnoptolotit (Na

₄

K

₄

)(Al

₈

Si

₄₀

O

₉₆

). 24H

₂

O 4 Erionit (Na,Ca

5

K) (Al

9

Si

27

O

72

). 27H

2

O 5 Ferrierit (Na

₂

Mg

₂

)(Al

₆

Si

₃₀

O

₇₂

). 18H

₂

O 6 Heulandit Ca

4

(Al

8

Si

28

O

72

). 24H

2

O 7 Laumonit Ca

4

(Al

8

Si

16

O

48

). 16H

2

O 8 Mordenit Na

8

(Al

8

Si

40

O

96

). 24H

2

O 9 Filipsit (Na,K)

10

(Al

10

Si

22

O

64

). 20H

2

O 10 Natrolit Na

₄

(Al

₄

Si

₆

O

₂₀

). 4H

₂

O 2.5.1 Struktur Zeolit

Kerangka dasar struktur zeolit terdiri dari unit-unit tetrahedral [AlO

₄

] dan [SiO

₄

] yang saling berhubungan melalui atom O (Barrer, 1987).

Dalam struktur tersebut Si

⁴⁺

dapat diganti Al

³⁺

, sehingga rumus umum komposisi zeolit dapat dinyatakan sebagai berikut : Mx/n [(AlO

2

)x(SiO

2

)y]m H

2

O (Kusuma, 2010) Dimana :

n = Valensi kation M (alkali / alkali tanah) x, y = Jumlah tetrahedron per unit sel m = Jumlah molekul air per unit sel

M = Kation alkali / alkali tanah

Gambar2.7Rangka zeolit yang terbentuk dari ikatan 4 atom O denganatom Si

Zeolit pada dasarnya memiliki tigavariasi struktur yang berbeda yaitu:

a) Struktur seperti rantai (chain-like structure), dengan bentuk Kristal acicular dan prismatic, contoh : Natrolit

b) Struktur seperti lembaran (sheet-like structure), dengan bentuk Kristal platy atau tabular biasanya dengan basal cleavage baik, contoh: Heulandit c) Struktur rangka, dimana kristal yang ada memiliki dimensi yang hampir

sama,contoh: Kabasit.

Gambar 2.8Unit Struktural Dari Zeolit

Zeolit mempunyai kerangka terbuka, sehingga memungkinkan untuk melakukan

adsorpsi Ca bertukar dengan 2(Na, K) atau CaAldengan (Na,K) Si. Morfologi dan

struktur kristal yang terdiri dari rongga-rongga yang berhubungan kesegala arah menyebabkan permukaan zeolit menjadi luas (Yunica, 2013).

2.5.2 Sifat – sifat Zeolit

Zeolit mempunyai struktur berongga yang biasanya diisi oleh air dan kation yang bisa dipertukarkan dan memiliki ukuran pori tertentu. Struktur Pori di dalam

Zeolit (Ojha, 2004) Zeolit mempunyai sifat-sifat kimia, diantaranya : 1. Dehidrasi

Sifat dehidrasi zeolit berpengaruh terhadap sifat jerapannya.Pada zeolit alam didalam pori-porinya terdapat kation-kation atau molekul air. Bila kation- kation atau molekul air tersebut dikeluarkan dari dalam pori dengan suatu perlakuan tertentu maka zeolit akan meninggalkan pori yang kosong.

2. Penjerapan

Dalam keadaan normal maka ruang-ruang rongga dalam kristal zeolit terisi oleh molekul air bebas yang membentuk bulatan di sekitar kation. Bila kristal tersebut dipanaskan selama beberapa jam, biasanya pada temperatur 200-300

⁰

C, tergantung dari jenis mineral zeolitnya, maka molekul-molekul air pada rongga- rongga tersebut akan keluar, sehingga Zeolit yang telah dipanaskan dapat berfungsi sebagai penjerap gas atau cairan.

3. Penukar Ion

Ion-ion pada rongga berguna untuk menjaga kenetralan zeolit. Sifat sebagai penukar ion dari zeolit antara lain tergantung dari sifat kation, suhu, dan jenis anion.

4. Katalis

Zeolit sebagai katalis hanya mempengaruhi laju reaksi tanpa mempengaruhi kesetimbangan reaksi karena mampu menaikkan perbedaan lintasan molekular dari reaksi. Katalis berpori dengan pori-pori sangat kecil 11 akan memuat molekul-molekul kecil tetapi mencegah molekul besar masuk.

5. Penyaring / pemisah

Zeolit sebagai penyaring molekul maupun pemisah didasarkan atas

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

disebabkan zeolit mempunyai ruang hampa yang cukup besar. Molekul yang berukuran lebih kecil dari ruang hampa dapat melintas sedangkan yang berukuran lebih besar dari ruang hampa akan ditahan (Querol. 2006). Struktur inilah yang membuat zeolit mampu melakukan pertukaran ion.Zeolit mampu menjerap berbagai macam logam, antara lain: Ni, Np, Pb, U, Zn, Ba, Ca, Mg, Sr, Cd, Cu dan Hg (Kosmulski, 2001).

Zeolit dibedakan menjadi 2 jenis yaitu zeolit alam dan zeolit buatan.Zeolit alam terbentuk karena adanya perubahan alam (zeolitisasi) dari bahan vulkanik dan dapat digunakan secara langsung untuk berbagai keperluan, namun daya jerap maupun 12 daya tukar ion zeolit ini belum maksimal.Untuk memperoleh zeolit dengan daya guna tinggi diperlukan suatu perlakuan yaitu dengan aktivasi.

Sedangkan zeolit buatan merupakan hasil rekayasa manusia secara proses kimia yang bisa dimodifikasi sesuai kebutuhan.

a. Zeolit alam

Zeolit alam terbentuk karena adanya proses kimia dan fisika yang kompleks dari batu-batuan yang mengalami berbagai macam perubahan di alam.

Para ahli geokimia dan mineralogi memperkirakan bahwa zeolit ini berasal dari gunung berapi yang membeku menjadi batuan vulkanik, batuan sedimen dan batuan mnetamorfosa yang selanjutnya mengalami proses pelapukan karena pengaruh panas dan dingin sehingga terbentuk mineral zeolit.

b. Zeolit sintetis

Zeolit yang pertama kali yang disintesis adalah mordenit yang berhasil dilakukan oleh Barrer bahwa zeolit sintetis dibuat dalam larutan beralkali tinggi pada temperatur sampai 200

^o

C.Zeolit buatan ini banyak digunakan untuk keperluan industri karena dapat direkayasa sesuai kebutuhan. Sifatnya tergantung dari perbandingan jumlah Si dan Al yang terkandung.Oleh karena itu, zeolit buatan diklasifikasikan menurut jumlah Si atau Al yang terkandung didalamnya antara lain(Rini, 2010).

Menurut Sukandarumidi 1998, dalam bukunya bahan galian industri komposisi

setiap kilogram zeolit yaitu sebagai berikut:

Tabel 2.9Beberapa contoh komposisi setiap kilogram Zeolit Senyawa Kandungan

SiO 694,80 gram

Al

₂

O

₃

26,70 gram Fe

2

O

3

20,00 gram

CaO 16,50 gram

MgO 3,30 gram

Na

2

O 11,40 gram

K

2

O 28,40 gram

TiO

2

2,40 gram

Proses aktivasi zeolit alam dapat dilakukan dengan 2 cara, yang pertama yaitu secara fisika melalui pemanasan untuk menguapkan air yang terperangkap di dalam pori-pori dan luas permukaannya bertambah (Munir, 2008). Proses pemanasan zeolit dikontrol. Yang kedua aktivasi zeolit secarakimia untuk membersihkan permukaan pori, membuang senyawa pengotor dan mengatur kembali letak atom yang dapat dipertukarkan.

Proses aktivasi zeolit dengan perlakuan asam HCl pada konsentrasi 0,1N hingga 11N menyebabkan zeolit mengalami dealuminasi dan dekationisasi yaitu keluarnya Al dan kation-kation dalam kerangka zeolit. Aktivasi asammenyebabkan terjadinya dekationisasi yang menyebabkan bertambahnya luas permukaan zeolit karena berkurangnya pengotor yang menutupi pori-pori zeolit.

Kandungan Al dalam kerangka zeolit menyebabkan kerangka zeolit sangat hidrofilik.Sifat hidrofilik dan polar dari zeolit ini merupakan 13hambatan dalam kemampuan penjerapannya. Proses aktivasi dengan asam dapat meningkatkan kristalinitas, keasaman dan luas permukaan (Moreno, 2006) yang dikutip. Asam yang dipergunakan adalah HCl, HNO

3

, H

2

SO

4

dan H

3

PO

4

.Peningkatan keasaman zeolit disebutkan mampu memperbesar kemampuan penjerapan zeolit.Hal itu terjadi karena banyaknya pori-pori zeolit yang terbuka dan permukaan padatannya menjadi bersih dan luas.

Ion-ion pada rongga atau kerangka zeolit berguna untuk menjaga kenetralan zeolit.Ion-ion ini dapat bergerak bebas sehingga dapat dipertukarkan.

Pertukaran ion dalam zeolit merupakan proses pertukaran kation yang ada dalam

sistem pori intra kristalin dengan kation lain yang berasal dari larutan. Pertukaran

ion tidak berlangsung sempurna jika konsentrasi larutan tidak cukup besar.Kekuatan zeolit sebagai penjerap, katalis, dan penukar ion sangat tergantung dari perbandingan Al dan Si, sehinggadikelompokkan menjadi 3 (Ely ,N. 2012 :285) :

1. Zeolit dengan kadar Si rendah

Zeolit jenis ini banyak mengandung Al (kaya Al), berpori, mempunyai nilai ekonomi tinggi karena efektif untuk pemisahan atau pemurnian dengan kapasitas besar. Volume porinya dapat mencapai 0,5 cm

³

/cm

³

volume zeolit. Kadar maksimum Al dicapai jika perbandingan Si/Al mendekati 1 dan keadaan ini mengakibatkan daya penukaran ion maksimum.

2. Zeolit dengan kadar Si sedang

Kerangka tetrahedral Al darizeolit tidak stabil terhadap pengaruh asam dan panas. Jenis zeolit mordenit mempunyai perbandingan Si/Al = 5 sangat stabil.

3. Zeolit dengan kadar Si tinggi

Zeolit ini mempunyai perbandingan Si/Al =10-100 sehingga sifat permukaannya tidak dapat diperkirakan lebih awal, digunakan sebagai katalisator asam untuk hidrokarbon.

2.6 Air Gambut

Air gambut merupakan air permukaan atau air tanah yang banyak terdapat di daerah pasang surut, berawa dan dataran rendah. Gambut adalah jenis tanah yang terbentuk dari akumulasi sisa-sisa tumbuhan yang setengah membusuk. Oleh sebab itu, kandungan bahan organiknya tinggi (Cokca, 2014).

Beberapa jenis gambut di Indonesia:

1. Gambut Topogen ialah lapisan tanah gambut yang terbentuk karena genangan

air yang terhambat drainasenya pada tanah-tanah cekung di belakang pantai, di

pedalaman atau di pegunungan. Gambut jenis ini umumnya tidak begitu dalam,

sekitar 4 m saja, tidak begitu asam airnya dan relatif subur, dengan zat hara yang

berasal dari lapisan tanah mineral di dasar cekungan, air sungai, sisa-sisa tumbuhan, dan air hujan.

2. Gambut Ombrogen , Gambut ombrogen lebih tua umurnya. Pada umumnya lapisan gambutnya lebih tebal, hingga kedalaman 20m, dan permukaan tanah gambutnya lebih tinggi daripada permukaan sungai di dekatnya. Kandungan unsur hara tanah sangat terbatas, hanya bersumber dari lapisan gambut dan dari air hujan, sehingga tidak subur. Sungai-sungai atau drainase yang keluar dari wilayah gambut ombrogen mengalirkan air yang keasamannya tinggi (pH 3,0–4,5), mengandung banyak asam humus dan warnanya coklat kehitaman seperti warna air teh yang pekat.

Karakteristik air gambut adalah intensitas warna yang lebih tinggi (merah kuning atau kecokelatan). Semakin rendah pH dalam kisaran 2-5, asam, dengan kandungan organik lebih tinggi dan konsentrasi rendah partikel dan kation.

Kandungan Fe, Al, Na, Si dan P lebih tinggi, sedangkan kandungan unsur mikro dalam lumut gambut adalah B, S, Zn, C, Ag, Au, Ca, Ba, Ti, V, Cu, Mn, dan Co.

(Rustanti,2009).

Air gambut mempunyai ciri-ciri sebagai berikut (Kusnaedi, 2010):

1. Intensitas warna yang tinggi (berwarna merah kecokelatan), 2. pH yang rendah,

3. Kandungan zat organik yang tinggi,

4. Kekeruhan dan kandungan partikel tersuspensi yang rendah, 5. Kandungan kation yang rendah.

2.6.1 Sifat Air Gambut 2.6.1.1 Sifat fisik

Endapan gambut umumnya berwarna coklat muda hingga coklat tua

sampai gelap kehitaman, sangat lunak, mudah ditusuk, mengotori tangan, bila

diperas mengeluarkan cairan gelap dan meninggalkan ampas sisa tumbuhan yang

didapat dari permukaan bumi hingga beberapa meter tebalnya. Endapan gambut di

permukaan dapat ditumbuhi berbagai spesies tumbuhan mulai dari spesies lumut,

semak hingga pepohonan besar.

Gambut yang berwarna lebih gelap biasanya menunjukkan tingkat pembusukan lebih cepat. Secara makroskopis gambut tropis umumnya terdiri atas sisa-sisa akar, batang dan daun dalam jumlah yang berlimpah, sebaliknya gambut lumut didominasi oleh sisa tumbuhan lumut seperti yang terdapat di Finlandia.

Kadar air tanah gambut berkisar antara 100 – 1.300 % dari berat keringnya (Yunica, 2013). Artinya bahwa gambut mampu menyerap air sampai 13 kali bobotnya. Kadar air yang tinggi menyebabkan BD menjadi rendah, gambut menjadi lembek dan daya menahan bebannya rendah BD tanah gambut lapisan atas bervariasi antara 0,1 sampai 0,2 g cm

³

tergantung pada tingkat dekomposisinya. Gambut fibrik yang umumnya berada di lapisan bawah memiliki BD lebih rendah dari 0,1 g/cm

³

tapi gambut pantai dan gambut di jalur aliran sungai bisa memiliki BD > 0,2 g cm

³

karena adanya pengaruh tanah mineral.

2.6.1.2 Sifat biologi

Gambut dapat memelihara daur hidrologi karena sifat hidrofilik yang kuat kearah horizontal namun lemah ke arah vertikal. Akibatnya lapisan atas gambut sering mengalami kekeringan meskipun lahan bawahnya basah sehingga menyulitkan pasokan air untuk perakaran tumbuhan pada musim kemarau, karena sifat gambut yang kering tidak kembali bila kekeringan dalam kondisi yang ekstrim (Kurniawan, 2006).

2.6.1.3 Sifat kimia

Sifat kimia lahan gambut di Indonesia sangat ditentukan oleh kandungan mineral, ketebalan, jenis mineral pada sub stratum (di dasar gambut), dan tingkat dekomposisi gambut. Kandungan mineral gambut di Indonesia umumnya kurang dari 5% dan sisanya adalah bahan organik. Fraksi organik terdiri dari senyawa - senyawa humat sekitar 10 hingga 20% dan sebagian besar lainnya adalah senyawa lignin, selulosa, hemiselulosa, lilin, tannin, resin, suberin, protein, dan senyawa lainnya membagi gambut berdasarkan susunan kimianya sebagai berikut:

1.Eutropik: kandungan mineral tinggi, pH gambut netral atau alkalin.

2.Oligotrofik : kandungan mineral, terutama Ca rendah dan reaksi asam.

3.Mesotrofik : terletak di antara keduanya.

Secara umum keasaman gambut berkisar antara 3-5 dan semakin tebal bahan organik maka keasaman gambut meningkat. Gambut pantai memiliki keasaman lebih rendah dari gambut pedalaman, disebabkan oleh kandungan asam amino organik yang terdapat pada koloid gambut.

Dekomposisi bahan organik pada kondisi anaerob menyebabkan terbentuknya senyawa fenolat dan karboksilat yang mengakibatkan keasaman gambut meningkat. Selain itu terbentuknya senyawa fenolat dan karboksilat dapat meracuni tanaman pertanian. Jika tanah lapisan bawah mengandung pirit, pembuatan parit drainase dengan kedalaman mencapai lapisan pirit akan menyebabkan pirit teroksidasi dan menyebabkan meningkatnya keasaman gambut (Veli, 2009).

2.7 Kualitas Air

Kualitas air merupakan karakteristik mutu yang dibutuhkan dalam pemanfaatan air yang sesuai dengan yang ditentukan. Pengelompokan kualitas air dibagi menjadi empat golongan yaitu:

a. Golongan A : digunakan sebagai air minum secara langsung, tanpa pengolahan terlebih dahulu

b. Golongan B : digunakan sebagai air bku air minum

c. Golongan C : digunakan untuk keperluan perikanan dan peternakan d. Golongan D : digunakan untuk keperluan pertanian, usaha diperkotaan,

industry dan pembangkit listrik tenaga air

Kualitas air menyatakan tingkat kesesuaian air terhadap penggunaan tertentu dalam memenuhi kebutuhan hidup manusia (Effendi, 2003).

2.7.1 Syarat-syarat air bersih

Menurut Kusnaedi (2010) pada dasarnya air dikatakan bersih, apabila telah memenuhi 3 persyaratan, yaitu:

a. Syarat fisik : Air tersebut harus tidak berwarna (jernih), tidak berbau, tidak

berasa, tidak keruh, dan memepunyai suhu dibawah udara setempat (segar)

b. Syarat-syarat bakteri : Setelah melakukan pemeriksaan, maka sekurang- kurangnya dalam 90% dari jumlah air yang dikumpulkan tidak terdapat bakteri golongan coli

c. Syarat-syarat kimia : Air tidak mengandung racun atau zat mineral dalam jumlah terlalu banyak dan tidak boleh mengandung zat kimia yang dipergunakan dalam pengolahan dengan jumlah yang terlalu besar

Standar mutu air minum atau air untuk kebutuhan rumah tangga yang telah ditetapkan berdasarkan Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor 492 Tahun 2010 tentang persyaratan kualitas air minum.

2.8 Logam Berat

Logam berat merupakan logam yang mempunyai massa jenis lebih dari 5 g/cm

³

. Semua logam berat dapat menjadi bahan beracun yang akan meracuni tubuh makhluk hidup. Namun demikian, logam-logam tersebut ada yang dibutuhkan tubuh. Akan tetapi, bila jumlah logam-logam esensial ini masuk kedalam tubuh dalam jumlah berlebihan maka akan berfungsi menjadi zat racun bagi tubuh.

Logam berat dibagi menjadi dua jenis, yaitu:

a. Logam berat esensial: Logam dalam jumlah tertentu yang dibutuhkan manusia oleh organism. Akan tetapi, logam tersebut bisa menimbulkan efek racun jika dalam tubuh dalam jumlah yang berlebihan. Contoh: Zn, Cu, Fe, Co, Mn, dan lain-lain

b. Logam berat Non esensial: Logam yang keberadaannya dalam tubuh manusia belum diketahui manfaatnya, bahkan bersifat racun. Contoh: Pb dan lain-lain

Toksik logam pada tubuh manusia menyebabkan beberapa akibat negative, tetapi yang terutama adalah timbulnya kerusakan jaringan, terutama jaringan detoksikasi dan ekskresi dan ginjal (Darmono, 1995).

2.9 XRF (X-ray fluorescence spectrometry)

XRF (X-ray fluorescence spectrometry)merupakan teknik analisa non-

destruktif yang digunakan untuk identifikasi serta penentuan konsentrasi elemen

yang ada pada padatan, bubuk ataupun sample cair.XRF mampu mengukur elemen dari berilium (Be) hingga Uranium pada level trace element, bahkan dibawah level ppm.Secara umum, XRF spektrometer mengukur panjang gelombang komponen material secara individu dari emisi flourosensi yang dihasilkan sampel saat diradiasi dengan sinar-X (PANalytical, 2009)

.

Gambar 2.10XRF

1. Vibrasi Molekul dan Spektra IR

Atom–atom dalam suatu molekul tidak diam melainkan bervibrasi/

bergetar. Bila radiasi IR dilewatkan melalui suatu cuplikan (dapat berupa padatan atau cairan murninya) maka molekul – molekul dapat menyerap energi sehingga terjadi perubahan tingkat vibrasi,yakni dari tingkat vibrasi dasar (ground state) ke tingkat vibrasi tereksitasi (excited state) (S.M Khopkar, 1984).Instrumen Spektrofotometer Infra Merah.Mula-mula sinar infra merah dilewatkan melalui sampel dan larutan pembanding, kemudian dilewatkan pada monokromator untuk menghilangkan sinar yang tidak diinginkan (stray radiation). Berkas ini kemudian didispersikan melalui prisma atau grating. Dengan melewatkannya melalui slit, sinar tersebut dapat difokuskan padadetektor yang yang akan mengubah berkas sinar menjadi sinyal listrik yang selanjutnya direkam oleh rekorder (S.M Khopkar, 1984).

a. Sumber radiasi

Sumber radiasi yang umum digunakan adalah Nernest atau lampu Glower, yang dibuat dari oksida zirkonium dan ytrium, berupa batang berongga dengan diameter 2 mm dan panjang 30 mm. Batang 25 ini dipanaskan sampai suhu 1500–

2000

⁰

C dan akan memberikan radiasi di atas 7000 cm

^–1

.

b. Monokromator

Monokromator yang digunakan dalam spektrofotometer IR terdiri dari berbagai macam bahan,seperti prisma dan celah yang terbuat dari gelas, lelehan silika, LiF, CaF

₂

, BaF

₂

, NaCl, AgCl, KBr, atau CsI. Prisma NaCl digunakan untuk daerah 4000–600 cm

^–1

dan prisma KBr untuk 400cm

^–1

.Dispersi paling tinggi dihasilkan dari refleksi grating yang disubstitusikan dalam prisma.

c. Detektor

Detektor yang banyak digunakan adalah detektor termal, yakni termokopel. Bolometer memberikan sinyal listrik sebagai hasil perubahan dalam tahanan konduktor metal dengan temperatur (S.M Khopkar, 1984).

2. Pengerjaan Sampel

Salah satu teknik pengerjaan sampel yang berupa padatan adalah teknik KBr pellet. Padatan sampel digerus dalam mortar kecil bersama dengan kristal KBr 26kering dalam jumlah sedikit sekali (0.5 – 2 mg cuplikan + 100 mg KBr kering). Campuran tersebut kemudian dipress dengan alat penekan hidrolik hingga menjadi pellet yang transparan. KBr harus kering dan akan lebih baik bila penumbukan dilakukan di bawah lampu IR untuk mencegah terjadinya kondensasi uap dari atmosfer. Tablet cuplikan tipis tersebutkemudian diletakkan di tempat sel spektrofotometer IR dengan lubang mengarah ke sumber radiasi (Sumar Hendayana, 1994).Spektofotometer IR dalam penelitain ini digunakan untuk mengetahui karakteristik padatan yang dihasilkan, seperti sruktur ikatan dan gugus fungsi yang dikandungnya.

2.10 Analisis Secara Spektrofotometri Serapan Atom

Spektrofotometri Serapan Atom(SSA) adalah suatu metode atau cara

analisis secara kuantitatif menggunakan instrumen spektrofotometer serapan

atom. Prinsip kerja metode ini mirip dengan metode fotometri nyala tetapi sumber

energinya berupa lampu katode berlubang (hollow cathode lamp) sedang nyala

pembakar berguna untuk mengaktifkan atom-atom logam sebelum menyerap

energi. Cuplikan yang diukur dalam SSA adalah berupa larutan, biasanya air

sebagai pelarutnya.Larutan cuplikantersebut mengalir ke dalam ruang

pengkabutan, karena terisap oleh aliran gas bahan bakar dan oksigen yang cepat (Fitria, 2008).

1.Instrumen a. Sumber Radiasi

Sumber yang dapat memberikan garis emisi yang tajam dari suatu unsur spesifik tertentudikenal sebagai lampu pijar hollow cathode.Lampu ini mempunyai 2elektrode, dan diisi dengan gas mulia (Ne atau Ar) bertekanan rendah (1–5 torr), 21tegangan (30–400 Volt) pada arus tertentu (3–25 Ampere).

Misalkan saja: (Ca, Mg, Al); (Fe, Cu, Mn); dan (Cr, Co, Cu, Fe), dikenal sebagai hollow cathodemulti unsur (S.M Khopkar, 1984).

b.Unit atomisasi

Atomisasi dapat dilakukan dengan nyala atau tanpa nyala (dengan tungku grafit, pembentukan hibrida, pembentukan uap dingin). Ionisasi harus dihindari dan ini dapat terjadi pada suhu yang terlalu tinggi (S.M Khopkar, 1984).

c.Monokromator

Monokromator berfungsi mengisolasi salah satu garis resonansi dari sekian banyak spektra yang dihasilkan oleh lampu katode cekung.Dalam monokromator digunakan cermin, lensa, prisma, celah / slit, dan filter.

d.Detektor

Detektor berfungsi mengubah energi sinar menjadi energi listrik sehingga dapat terbaca oleh sistem pembacaan.

e.Sistem Pembacaan

Sistem ini berfungsi membaca serapan sinar yang telah diubah menjadi energi listrik oleh monokromator, dapat berupa rekorder atau monitor tergantung keperluan(S.M Khopkar, 1984).

Dalam penelitian ini, SSA digunakan untuk mengetahui kadar logam-logam

penyebab kesadahan air diantaranya Ca

²⁺

dan Mg

²⁺

oleh zeolit.