ADSORPSI ION LOGAM Cu(II) PADA ZEOLIT A YANG DISINTESIS DARI ABU DASAR BATUBARA PT IPMOMI PAITON DENGAN METODE KOLOM

(1)

B - 120

ADSORPSI ION LOGAM Cu(II) PADA ZEOLIT A YANG DISINTESIS DARI

ABU DASAR BATUBARA PT IPMOMI PAITON DENGAN METODE KOLOM

**Mia Ratnasari*, Nurul Widiastuti**

1 Email : nurul_widiastuti@chem.its.ac.id

Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Abstrak -

Penelitian ini bertujuan untuk menentukan kapasitas adsorpsi ion Cu(II) pada

zeolit A yang disintesis dari abu dasar batubara dalam sistem kolom dengan aliran dari

atas ke bawah. Zeolit A disintesis dari abu dasar dengan metode peleburan alkali

diikuti proses hidrotermal. Suhu peleburan dilakukan pada 750 ºC selama 1 jam dan

proses hidrotermal pada 100 ºC selama 12 jam. Hasil analisis XRD menunjukkan zeolit

yang terbentuk adalah zeolit A. Zeolit A yang dihasilkan diuji kemampuan adsorpsinya

terhadap ion logam Cu(II) dengan melakukan variasi laju alir yaitu 1,5 mL/menit, 3

mL/menit dan 4 mL/menit. Untuk menentukan kapasitas adsorpsinya digunakan

model Thomas. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa semakin kecil laju alir,

maka kapasitas adsorpsi ion logam Cu(II) pada abu dasar semakin besar. Dengan laju

alir 1,5 mL/menit, 3 mL/menit dan 4 mL/menit diperoleh kapasitas adsorpsi

berturut-turut sebesar 140,77 mg/g; 127,62 mg/g dan 91,20 mg/g.

Kata kunci : Adsorpsi, Zeolit A sintesis dari abu dasar, Kolom adsorpsi, Model

Thomas

Abstrack - The aim of this research is to determine the adsorption capacity of Cu(II) on

granular zeolite A was synthesised from coal bottom ash in down flow fixed bed

column. The zeolite A was synthesised from coal bottom ash using alkali fusion method

followed by hydrothermal process. Alkali fusion was conducted at temperature 750

O

C

for a hour, followed by hydrothermal process at 100

O

C for 12 hours. XRD and SEM

result indicated that the syntesised zeolite was zeolite A type. The granular zeolite A was

formed by adding kaolin powder as the binding agent then tested for removal of Cu(II)

by variated flow rate column system at 1,5 mL/min; 3 mL/min; and 4 mL/min. Thomas

model was used to order determine the adsorption capacity. The result obtained shows

that the smaller flow rate is the greater adsorption capacity of the granular zeolite A

toward Cu(II) from solution. At the flow rate of 1.5 mL/min, 3 mL/min dan 4 mL/min,

the adsorption capacity was 140,77 mg/g; 127,62 mg/g dan 91,20 mg/g respectively.

(2)

B - 121

Pendahuluan

Tingginya tingkat

logam

berat di

lingkungan merupakan ancaman serius bagi

kesehatan manusia, sumber daya hidup dan

sistem ekologi. Industri pelapisan logam

(

electroplating

)

saat

ini

memberikan

kontribusi paling besar terhadap pencemaran

lingkungan. Oleh karena itu pengolahan

limbah

pelapisan

logam

ini

perlu

penanganan serius. (Alvarez-Ayuso et al.,

2003).

Berbagai penelitian telah dilakukan guna

mengurangi atau bahkan menghilangkan

logam berat berbahaya dari limbah pelapisan

logam

seperti

cara

pengendapan

(

precipitation

) menggunakan bahan kimia,

ekstraksi menggunakan pelarut tertentu,

pertukaran ion, osmosa balik (

reverse

osmosis

) dan adsorpsi. Proses adsorpsi

dengan pilihan jenis adsorben yang tepat

jika dibandingkan dengan proses lainnya

merupakan proses yang sederhana tapi

cukup efektif dalam penghilangan logam

berat dari limbah cair (Gupta dkk.,2006).

Abu layang dan abu dasar adalah limbah

pembakaran batu bara yang pada umumnya

berasal

dari pembangkit

listrik

yang

melimpah

jumlahnya.

Data

survey

menunjukkan bahwa jumlah residu abu

layang dan abu dasar di PLTU Paiton pada

tahun 1997 mencapai 38.219 ton (Megawati

dan Henny, 200). Prosentase residu proses

tersebut berupa 80% abu layang

(fly ash)

dan

20%

abu

dasar

(bottom

ash)

.

Pemanfaatan abu layang telah banyak

dilakukan seperti bahan utama geopolimer,

bahan aditif semen dan sebagainya karena

tingginya kandungan Si dan Al, sedangkan

abu dasar belum dimanfaatkan karena

kandungan Si dan Al nya rendah dan

tingginya kandungan karbon. Dari dua

permasalahan diatas, yaitu limbah pelapisan

logam dan limbah abu dasar, maka pada

penelitian ini dilakukan pemanfaatan abu

dasar dengan cara mentransfomnya menjadi

zeolit-A dan menggunakan zeolit tersebut

sebagai adsorben untuk logam Cu(II).

Penelitian

sebelumnya

telah

berhasil

mentransform abu dasar menjadi zeolit

(Yanti, 2009) dengan metode peleburan

diikuti hidrotermal. Zeolit tersebut memiliki

kapasitas adsorpsi terhadap ion logam

Cu(II)

hingga

8.335 mg/g

dengan

konsentrasi awal larutan ion logam Cu(II) 50

mg/L pada pH 8 selama 360 menit dan

jumlah adsorben 0,5 gram dalam sistem

batch

.

Untuk mengaplikasikan adsorben

tersebut perlu dilakukan dalam sistem

kolom. Penelitian ini merupakan penelitian

lanjutan dari sistem

batch

yang bertujuan

untuk menentukan kapasitas adsorpsi Cu(II)

pada zeolit A hasil sintesis dari abu dasar

dalam sistem kolom.

Model pendekatan yang digunakan untuk

mengetahui kapasitas adsorpsi ion Cu(II)

pada zeolit A yang disintesis dari abu dasar

adalah model Thomas dengan bentuk linier

sbb:

ln

K

C

t

Q

X

q

K

C

o Th o Th t O



















1 Material dan Metode

Abu dasar yang digunakan pada

penelitian ini berasal dari PT. IPMOMI

Probolinggo. Komposisi kimia dan fasa

mineral kristalin dari abu dasar telah

dianalisis

pada

penelitian

sebelumnya

(Yanti, 2009).

B

ahan untuk pembuatan

zeolit meliputi pelet NaOH 99% (Merck

p.a), aquadest, aqua DM dan serbuk

NaAlO

2,

kaolin. Sedangkan bahan untuk

pengujian

kapasitas

adsorpsi

meliputi

Cu(NO

3

)

2

.3H

2

O (Merck, p.a), aqua DM,

HNO

3

65% dan HNO3 encer (1:499).

Metode sintesis Zeolit A

Pada penelitian ini, zeolit A disintesis

dari abu dasar menggunakan metode

peleburan diikuti kristalisasi hidrotermal

(Yanti,

2009).

Pertama,

abu

dasar

(3)

B - 122

dan diayak. Selanjutnya abu dasar dicampur

dengan NaOH halus dengan perbandingan

massa NaOH/abu dasar = 1,2.

Campuran kemudian dipanaskan pada

suhu 750ºC selama 1 jam dalam muffle

furnace.

Setelah

peleburan,

campuran

didinginkan, digerus dan dibuat suspensi

dengan penambahan 12 air deionisasi mL/g.

Campuran hasil peleburan diaduk dan

diperam

selama

2 jam

pada

suhu

kamarSelanjutnya campuran yang telah

diperam tersebut disaring dan diambil

supernatannya sebagai larutan sumber Si

dan Al. Kandungan Si, Al dan Na terlarut

pada supernatan tersebut dianalisa dengan

ICP-AES. Residu dicuci dengan aquades

sampai pH 9.

Supernatan

yang

telah

diketahui

kandungan Si, Al dan Na-nya selanjutnya

dibuat

slurry

berkomposisi molar relatif

3,165 Na

2

O : Al

2

O

3

: 1,926 SiO

2

: 128 H

2

O

dengan penambahan larutan NaAl

2

O-NaOH

sebagai sumber Al untuk mengatur rasio

molar Si/Al yang sesuai untuk dapat men

sintesis zeolit A.

Campuran

(

slurry

)

dan

residu

dimasukkan dalam autoklaf stainless steel

yang tertutup rapat untuk kristalisasi

hidrotermal pada suhu 100°C selama 12

jam. Setelah perlakuan hidrotermal, padatan

hasil kristalisasi dipisahkan dari filtratnya,

dicuci dengan air destilat sampai pH 9-10

dan dikeringkan pada suhu 105°C selama 24

jam kemudian ditimbang. Zeolit A hasil

sintesis dikarakterisasi dengan difraksi

sinar-X (sinar-XRD) dan SEM. Selanjutnya zeolit hasil

sintesis ini dibentuk menjadi tablet (granul)

dengan penambahan kaolin sebagai pengikat

agar dapat digunakan pada sistem kolom

untuk mereduksi logam Cu(II).

Metode Studi Adsorpsi

Adsorpsi dengan aliran secara kontinyu

dilakukan dengan menggunakan kolom

gelas (tinggi = 13,5 cm, diameter = 1 cm). 1

gram zeolit A dimasukkan dalam kolom,

kemudian dialiri larutan ion logam Cu(II) 50

mg/L dengan pH awal larutan 6 pada suhu

kamar. Laju alir influen diatur dengan

variasi 1,5 mL/menit, 3 mL/menit, 4

mL/menit. Larutan yang telah melalui kolom

(effluen) ditampung dan diambil secara

berkala pada selang waktu 12 jam untuk

selanjutnya

dianalisa

menggunakan

Spektrofotometer Serapan Atom (SSA).

Hasil dan Pembahasan

Sintesis zeolit A dari abu dasar

Zeolit-A pada penelitian ini dibuat

dari abu dasar dengan metode peleburan

diikuti hidrotermal. Pada tahap peleburan

dengan alkali, abu dasar terdekomposisi

menjadi garam alkali yaitu garam natrium

silikat dan aluminat (Ojha dkk, (2004).

padatan abu dasar yang mengandung garam

natrium silikat dan natrium alumina silikat

dihaluskan dan dilarutkan dalam air destilat

hingga konsentrasi NaOH sekitar 2M.

Proses pelarutan leburan abu dasar dengan

air destilasi adalah sebagai berikut

Na₂SiO₃(s) + H₂O(aq) Na₂SiO₃(aq) Na2AlSiO4 (s)+ H2O(aq) Na2Al(OH)4(aq)

Untuk membuat zeolit-A, selanjutnya rasio

molar SiO

2

/Al

2

O

3

gel awal dalam ekstrak

leburan dikontrol melalui penambahan

sumber Al dan diikuti oleh kristalisasi zeolit.

Reaksi yang terjadi ketika proses kristalisasi

berlangsung yaitu :

NaOH(aq) + NaAl(OH)4(aq) + Na2SiO3(aq) suhu kamar

[Nax(AlO2)y (SiO2)z. NaOH. H2O](gel) Suhu 373,3 oC Nap[(AlO2)p(SiO2)q]. h H2O

Zeolit

yang

dihasilkan

dikarakterisasi

menggunakan XRD (Gambar 1) dan SEM

dalam keadaan serbuk (Gambar 2) maupun

granul (Gambar 3).

(4)

B - 123 Gambar 1. Difraktogram XRD Zeolit A hasil sintesis dari abu dasar

Gambar 2. Mikrograf SEM zeolit A hasil sintesis dari abu dasar

Gambar 3. Morfologi zeolit A granul

Pola

difraksi

sinar-X

yang

didapatkan

dari

produk

hidrotermal,

dicocokkan dengan

Data Base Joint

Committee on Powder Diffraction Standards

(JCPDS) 1997 dengan nomor seri PDF

39-0222 untuk zeolit-A. Kesamaan yang terlihat

pada Gambar 1 menunjukkan bahwa

struktur

zeolit

yang

dihasilkan

pada

penelitian

ini

merupakan

zeolit

A

[Na

96

(AlO

2

)

96

(SiO

2

)

96

.216H

2

O]

yang

memiliki

kristal

kubik

seperti

yang

ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 3 menunjukkan morfologi zeolit

A yang disintesis setelah dibentuk menjadi

granul dengan penambahan kaolin, dari

gambar dapat dilihat adanya struktur kubik

zeolit A. Selanjutnya zeolit-A ini diuji

kapasitas adsorpsinya dalam sistem kolom.

Studi Adsorpsi

Pengaruh Laju alir

Zeolit-A

granul

diuji

kapasitas

adsorpsinya dalam sistem kolom terhadap

ion logam Cu(II) dengan konsentrasi awal

50 mg/L dan pH 6. Pemilihan konsentrasi

larutan ion Cu(II) 50 mg/L didasarkan pada

hasil adsorpsi

batch

pada penelitian yang

dilakukan Said (2010), sedangkan pH 6

adalah pH

larutan

ion Cu(II) pada

konsentrasi

50 mg/L

tanpa

proses

pengaturan pH.

Pengambilan data dalam sistem kolom

ini dilakukan dengan cara mengatur laju alir

influen dengan variasi 1,5; 3; dan 4

mL/menit. Hasil yang diperoleh ditunjukkan

pada Gambar 4.

Gambar 4. Kurva

breakthrough

adsorpsi ion

Cu(II) pada zeolit A dengan variasi laju alir

(pada kondisi awal , pH = 6; konsentrasi Co

= 50 mg/L; massa adsorben = 1 gram, dan

tinggi adsorben = 4 cm)

Pada Gambar 4 terlihat bahwa pada

waktu 0 jam , konsentrasi ion Cu(II) tidak

berada pada angka 0. Ini karena waktu

(5)

B - 124

kontak larutan Cu(II) dengan adsorben yang

tidak cukup lama, akibatnya ketika larutan

Cu(II) meninggalkan kolom, kesetimbangan

belum terjadi. Dengan bertambahnya waktu,

konsentrasi

efluen

meningkat

hingga

akhirnya mendekati konsentrasi influen.

Data konsentrasi effluen dari hasil variasi

laju alir ini diolah menggunakan persamaan

Thomas sehingga didapatkan hasil berupa

tetapan laju Thomas (K

Th

), kapasitas

adsorpsi

(q

o

),

waktu

penerobosan

(

breakthrough

-t

b

), dan waktu jenuh (t

e

) yang

ditampilkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Nilai Tetapan Thomas(K

th

), kapasitas adsorpsi (q

o

) , waktu

breakthrough

(t

b

) dan

waktu jenuh (

exhausted

- t

e

).

Laju alir

(mL/menit)

Massa

(gram)

K

th

(L/mg.jam)

q

o

(mg/g)

t

b

(jam)

t

e

(jam)

R

2

1,5

1 0,00056

140,77

31,5

195,7

0,922

3

1 0,00074

127,62

14,4

138,5

0,979

4

1 0,00112

91,20

7,9

89,9

0,944

Terlihat pada Tabel 1 bahwa laju alir

sebanding dengan nilai ketetapan Thomas

dan berbanding terbalik dengan nilai

kapasitas adsorpsi. Semakin besar laju alir

maka nilai ketetapan Thomas semakin besar

pula dan kapasitas adsorpsi semakin kecil.

Nilai kapasitas adsorpsi ion Cu(II) pada

zeolit-A dengan laju alir 1,5; 3; dan 4

mL/menit berturut-turut adalah 140,77 mg/g,

127,62 mg/g, dan 91,20 mg/g.

Kesimpulan

Dari penelitian yang telah dilakukan ini,

dapat disimpulkan bahwa zeolit-A hasil

sintesis dari abu dasar dapat digunakan

untuk mengadsorp ion Cu(II). Kapasitas

adsorpsi ion Cu(II) dipengaruhi oleh laju

alir. Nilai kapasitas adsorpsi ion Cu(II) pada

zeolit-A dengan variasi laju alir 1,5; 3; dan

4mL/menit berturut-turut adalah 140,77

mg/g; 127, 62 mg/g; dan 91,20 mg/g.

SIMBOL

C

o

: adalah konsentrasi ion logam

influen (mgL

-1

)

C

t

: konsentrasi effluen pada waktu t

(mgL

-1

)

K

Th

: konstanta laju Thomas (ml menit

-1

mg

-1

)

Q

: laju alir (ml menit

-1

)

q

o

: kapasitas adsorpsi (mg g

-1

)

X

: jumlah adsorben dalam kolom (g)

Daftar Pustaka

Aksu, Z. and I.A. Isoglu, 2004. Removal of

copper(II) ions from aqueous solution

by biosorption onto agricultural waste

sugar beet pulp. J. Process Biochem.,

40: 3031-3044.

Alvarez-Ayuso E., A.

Garcıa Sanchez , X.

Querol,

“Puri

ﬁcation

of

metal

electroplating waste waters using

zeolites”. Water Research 37 (2003)

4855–4862

(6)

B - 125

Babel, S., Kurniawan, T.A., Journal of

Hazardous Materials, B97, 219

(2003)

Benefield, Larry D., J.F Judkins and B.L

Weand (1982) “Process Chemistry

for water and waste water treatment”

Prentice hall, Inc, New Jersey

Chandrasekar, et al.,(2008) “Synthesis of

hexagonal and cubic mesoporous

silica using power plant bottom ash”.

Microporous

and

Mesoporous

materials. Vol 111, p 455-462

Chunfeng et al, Evaluation of zeolites

synthesized from

ﬂy ash as potential

adsorbents for wastewater containing

heavy

metals,

Journal

of

Environmental Sciences 21(2009)

127–136

Han Runping, Copper(II) and lead(II)

removal from aqueous solution in

ﬁxed

-bed columns by manganese

oxide coated zeolite, Journal of

Hazardous Materials B137 (2006)

934–942

Oxtoby, David W., Gillis, H.P., Nachtrieb,

N.H., (2003) “Prinsip – prinsip

Kimia Modern”. Jilid 2. Ed. 4.

Erlangga, Jakarta.

Palar, Heryando. 1994. Pencemaran dan

Teknologi Logam Berat. Jakarta

Rineka Cipta.

Yanti, Yuli (2009), “ Sintesis zeolit A dan Zeolit Karbon Aktif dari Abu Dasar PLTU Paiton denga Metode Peleburan” Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.