Sintesis Koagulan Cair Berbasis Lempung Alam Cengar
Muhdarina
1*, S.Bahri
2, Nurhayati
1, T.A.Amri
1, A.Hamid
1 1Jurusan Kimia Fakultas Matematika & Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Riau 2
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik, Universitas Riau [email protected]
Abstrak. Lempung alam mengandung oksida-oksida aluminium dan besi sehingga berpotensi digunakan sebagai bahan pemula untuk menghasilkan koagulan. Lempung alam Cengar dikalsinasi selama 3 jam pada temperatur 500oC. Koagulan cair telah diperoleh melalui pelindian lempung Cengar terkalsinasi menggunakan larutan H2SO4 40%. Pengaruh
konsentrasi pelindi, temperatur dan waktu pelindian selama proses pelindian dipelajari. Konsentrasi ion Al(III) dan Fe (III) yang ada di dalam koagulan cair ditentukan secara spektroskopi serapan atom. Konsentrasi ion-ion Al dan Fe di dalam koagulan cair meningkat sesuai dengan peningkatan konsentrasi asam pelindi. Temperatur dan waktu pelindian menunjukkan kesan yang bervariasi terhadap konsentrasi Al(III) dan Fe(III) di dalam koagulan cair. Umumnya pada temperatur 60oC jumlah Al(III) dan Fe(III) dalam koagulan cair dijumpai lebih sedikit, sedangkan dengan perpanjangan waktu pelindian sampai dengan 180 menit, jumlah Al(III) dan Fe(III) bertambah hanya pada konsentrasi 0,6 mol asam pelindi. Dengan demikian didapat koagulan cair dengan konsentrasi Al(III) dan Fe(III) maksimal pada kondisi pelindian: konsentrasi 0,6 mol, temperatur 30oC dan waktu 60 menit dengan konsentrasi Al(III) dan Fe(III) masing-masing sebanyak 23,93 mg/L dan 34,99 mg/L.
Kata Kunci: Oksida aluminium, oksida besi, kalsinasi, pelindian, koagulan cair, lempung alam.
PENDAHULUAN
Lempung merupakan salah satu mineral alam yang berpotensi untuk dikembangkan. Lempung alam Cengar yang dijumpai di Kuantan Singingi dilaporkan mengandung mineral kaolinit dan muskovit serta kuarsa sebagai material non lempung dengan kandungan oksida-oksida seperti di dalam Tabel 1.
Lempung ini telah banyak dipelajari kemampuannya sebagai adsorben. Setelah diaktivasi dengan garam amonium asetat dan amonium klorida, lempung Cengar dapat mengadsorpsi kation-kation seperti Cu(II), Co(II), Ni(II). Lempung Cengar terpilar- aluminium mampu mengadsorpsi Cu(II) lebih tinggi dari pada aktivasi dengan garam [6]. Interkalasi lempung terpilar ini dengan kation Co(II) dan Ni(II)
menghasilkan padatan nanopartikel Co2O3
dan NiO. Semua hasil tadi didasarkan
karena kemampuan lempung alam
mempertukarkan sejumlah kation yang dimilikinya.
Selain itu, adanya oksida logam
khususnya oksida Al dan Fe, menyebabkan lempung alam juga berpotensi sebagai
sumber koagulan. Lempung bentonit
digunakan sebagai pembantu kerja
koagulan garam logam prahidrolisis untuk
mereduksi biaya pengolahan air .
Kombinasi mineral lempung dengan
koagulan FeCl3 lebih efisien untuk
mengurangi kadar COD dalam limbah detergen dari pada menggunakan koagulan
FeCl3 saja. Mineral lempung juga
merupakan koagulan tambahan yang lebih
ekonomis dibandingkan polielektrolit
(anionic 1858 S) untuk membantu kerja
TABEL 3 Kadar oksida di dalam lempung Cengar Oksida Kadar, % SiO2 77,92 Al2O3 14,73 Fe2O3 1,01 MgO CaO Na2O K2O 0,92 0,09 1,69 2,39
Koagulan merupakan senyawa yang mempunyai peran penting dalam proses pengolahan air permukaan. Senyawa ini bekerja dalam proses koagulasi untuk
menyisihkan partikel koloid, padatan
tersuspensi dan komponen organik dari air baku. Koagulan juga berperan untuk membuang logam berat, bahan beracun atau limbah berbahaya, termasuk pemucatan. Proses koagulasi dapat digunakan sebagai metoda pendahaluan atau pasca pengolahan untuk proses pemucatan. Tujuan utama
proses koagulasi adalah untuk
mendestabilisasi partikel yang bermuatan negatif di dalam air agar dapat bergabung dengan partikel lain yang bermuatan positif untuk membentuk agregat yang lebih besar sehingga lebih mudah mengendap dan lebih mudah disisihkan melalui proses filtrasi.
Garam-garam Al(III) dan Fe(II) atau Fe(III) tergolong partikel yang dapat mendonorkan muatan positif dan sering digunakan dalam pengolahan air untuk menghilangkan kekeruhan dan warna dalam proses pengolahan air [12]. Dalam proses koagulasi, kedua garam ini kebanyakan
digunakan sebagai koagulan padat.
Penelitian ini akan mensintesis koagulan cair Fe/Al dengan memanfaatkan bahan dasar lempung alam Cengar. Pengaruh konsentrasi asam pelindi, temperatur dan
waktu pelindian dipelajari untuk
mendapatkan koagulan cair dengan
kandungan Al(III) dan Fe(III) maksimum. METODE PENELITIAN Bahan dan Alat
Bahan baku lempung Cengar tersedia di laboratorium. Bahan kimia dan peralatan
yang digunakan adalah H2SO4 (e-Merck),
atmospheric furnace Vulcan TM seri
A-130, hot plate stirrer, vacuum pump Brinkmann B-169, spekrofotometer serapan atom AAS Ray Leight.
Kalsinasi dan Pelindian Lempung
Cengar
Sebelum pelindian, lempung Cengar digerus dan diayak dengan ukuran (x mesh) 100 < x < 200. Kemudian lempung
dikalsinasi pada temperatur 500oC selama 3
jam di dalam furnace atmosferis. Sebanyak 15 g sampel lempung diekstraksi ke dalam
180 mL H2SO4 40% sebanyak 0,2 mol.
Campuran diaduk dengan kecepatan 700
rpm selama 60 menit pada temperatur 30oC
dan diakhiri dengan penyaringan secara vakum menggunakan buchner dengan
kertas saring whatman 42. Padatan
disimpan untuk keperluan lain, sedangkan filtratnya adalah koagulan cair. Koagulan cair lain diperoleh melalui tahapan yang sama, dengan membedakan konsentrasi
larutan pelindi H2SO4 (0,4 dan 0,6 mol),
temperatur (60 dan 100oC) serta waktu
pelindian (120 dan 180 menit). Karakterisasi Koagulan Cair
Semua filtrat hasil pelindian yang merupakan koagulan cair dianalisis secara spektroskopi serapan atom (SSA) untuk menentukan konsentrasi ion Al(III) dan Fe(III) yang ada di dalam koagulan cair tersebut.
HASIL DAN PEMBAHASAN Prestasi Kadar Asam Pelindi
Pada Gambar 1 disajikan hubungan
antara konsentrasi H2SO4 pelindi dengan
konsentrasi Al(III) dan Fe(III) dalam
koagulan cair pada semua variasi
temperatur dan waktu pelindian 60 menit. Umumnya terdapat hubungan sebanding
antara konsentrasi H2SO4 dengan
GAMBAR 18 Konsentrasi asam pelindi versus konsentrasi Al(III) dan Fe(III) dalam koagulan cair pada waktu pelindian 60 menit.
koagulan cair yang diperoleh. Hal yang sama juga diperoleh pada waktu pelindian lebih tinggi, 120 dan 180 menit (gambar
tidak ditampilkan). Konsentrasi asam
pelindi yang semakin besar menyebabkan semakin banyak interaksi yang terjadi antara agen pelindi dengan ekstraktan dalam lempung, sehingga semakin banyak pula kation Al(III) dan Fe(III) yang
dihasilkan dalam koagulan cair.
Kecenderungan yang sama ditunjukkan dari ekstraksi Al(III) dari Udi clay dalam larutan
HNO3 [13] dan Saudi clay menggunakan
H2SO4 [14]. Namun, laporan yang lain
menyebutkan kondisi optimum ekstraksi Al dan Fe dari lempung lokal Kecamatan Paminggir bertambah pada konsentrasi
tertentu H2SO4 dan menurun jika jumlah
mol H2SO4 ditingkatkan[15], demikian juga
ekstraksi Al(III) dari Lampang clay [16]. Perbedaan ini diduga karena kandungan mineral di dalam setiap lempung berbeda-beda, tergantung kondisi geografis lempung tersebut ditemukan.
Prestasi Temperatur Pelindian
Variasi temperatur pelindian terhadap konsentrasi Al(III) dan Fe(III) yang dihasilkan dalam koagulan cair diamati pada berbagai konsentrasi H2SO4 dan
waktu 60 menit ditunjukkan pada
GAMBAR 2. Hasil penelitian mendapatkan konsentrasi Al(III) dan Fe(III) cukup bervariasi di dalam koagulan cair dari
lempung Cengar. Untuk konsentrasi pelindi 0,2 mol H2SO4 didapati konsentrasi Al(III) dan Fe(III) di dalam koagulan cair berkurang dengan kenaikan temperatur. Disamping itu nampak pula konsentrasi Al(III) dan Fe(III) yang terektraksi dari
lempung Cengar cukup besar pada
konsentrasi asam 0,6 mol. Umumnya kenaikan temperatur berpengaruh pada peningkatan mobilitas atau energi kinetik molekul. Dalam hal ini, besarnya energi kinetik menyebabkan molekul H2SO4 secara aktif menyerang molekul alumina dan ferri oksida dari fasa padat lempung Cengar, sehingga Al(III) dan Fe(III) yang terekstraksi meningkat. Namun jika ada hal lain yang mengganggu, seperti adanya logam lain dalam fasa padat, maka aktivitas reaksi yang diharapkan akan terganggu pula, akibatnya interaksi yang dihasilkan juga akan menyimpang dari biasanya. Dalam lempung Cengar, selain oksida Al dan Fe ditemui pula oksida-oksida lain seperti Mg, Ca dan Na (Tabel 1). Pelindian
pada temperatur tinggi menyebabkan
oksida-oksida Mg, Ca dan Na ikut terekstraksi, artinya sebagian asam pelindi juga digunakan untuk melarutkan oksida ini. Penelitian lain umumnya menunjukkan pola yang normal. Ekstraksi Al(III) dari Udi clay dengan HNO3 terus bertambah sampai dengan temperatur 70oC [13], ekstraksi Al(III) dan Fe(III) dari Lampang clay dengan H2SO4 semakin meningkat dari temperatur 60oC - 100oC [16]. Sementara itu konsentrasi Al(III) dan Fe(III) dalam koagulan cair dari lempung Paminggir
meningkat sampai dengan temperatur
pelindian 100oC, tetapi jika temperatur dinaikkan ternyata konsentrasi Al(III) dan Fe(III) berkurang [15].
Prestasi Waktu Pelindian
Hubungan antara waktu pelindian lempung Cengar dengan konsentrasi Al(III) dan Fe(III) pada berbagai temperatur pelindian dan konsentrasi 0,6 mol pelindi ditunjukkan
pada GAMBAR 3. Umumnya
Al (I II ) & Fe (III) , m g/ L
Konsentrasi asam, mol
Al; 30oC Fe; 30oC Al; 60oC Fe; 60oC Al; 100oC Fe; 100oC
GAMBAR 2 Temperatur pelindian lempung Cengar
versus konsentrasi Al(III) dan Fe(III) dalam koagulan cair pada waktu pelindian 60 menit.
GAMBAR 3Waktu pelindian lempung Cengar versus konsentrasi Al(III) dan Fe(III) dalam koagulan cair pada konsentrasi pelindi 0,6 mol
konsentrasi Al(III) dan Fe(III) dalam koagulan cair tidak mengalami banyak
peningkatan jika waktu pelindian
ditingkatkan dari 60 menit sampai dengan 120 menit, bahkan 180 menit sekalipun. Dengan demikian waktu 60 menit dapat
direkomendasikan untuk mengekstraksi
sejumlah Al(III) dan Fe(III) dari lempung Cengar agar diperoleh koagulan cair.
Kecenderungan yang sama juga
ditunjukkan pada ekstraksi Al(III) dari Lampang clay menggunakan 3 molar H2SO4
KESIMPULAN
Penelitian ini menyimpulkan bahwa koagulan cair dapat diperoleh melalui
proses pelindian lempung Cengar
menggunakan senyawa pelindi H2SO4 40%. Konsentrasi Al(III) dan Fe(III) dalam
koagulan cair meningkat dengan
penambahan konsentrasi H2SO4 dalam proses pelindian, sebaliknya konsentrasi berkurang dengan kenaikan temperatur pelindian. Sementara itu waktu pelindian tidak banyak mempengaruhi konsentrasi Al(III) dan Fe(III) yang muncul dalam koagulan. Konsentrasi Al(III) dan Fe(III) maksimal masing-masing sebanyak 23,93 mg/L dan 34,99 mg/L. ditemukan pada konsentrasi 0,6 mol H2SO4, temperatur 30oC dan waktu 60 menit. Koagulan cair ini direkomendasikan untuk uji proses koagulasi pada air permukaan.
UCAPAN TERIMA KASIH Penelitian ini didanai melalui skim Penelitian Unggulan Perguruan Tinggi, Desentralisasi tahun 2013. Oleh karena itu ucapan terima kasih ditujukan kepada pihak
DIRJEN DIKTI melalui Lembaga
Penelitian Universitas Riau. DAFTAR PUSTAKA
Muhdarina. Mohammad, A.W and Bahri. S. (2008). Characterization of Modified
Cengar Natural Clay. Prosiding Seminar
Nasional Teknik Kimia Oleo &
Petrokimia Indonesia, Pekanbaru, Juli 2008, ISSN 1907-0500, p1-6.
S. Bahri. Muhdarina dan A. Fitrah. (2010). Lempung Alam Termodifikasi sebagai
Adsorben Larutan Anorganik:
Kesetimbangan Adsorpsi Lempung
terhadap Ion Cu2+. Jurnal Sains dan
Teknologi, 9 (1), Maret 2010 p. 9-13.
Muhdarina. A.W. Mohammad dan A.
Muchtar. (2010). Prospektif Lempung Alam Cengar Sebagai Adsorben Polutan Anorganik Di Dalam Air: Kajian
Kinetika Adsorpsi Kation Co(II).
Reaktor, Vol. 13 No. 2, Desember 2010
Muhdarina dan S. Bahri. (2012). Isoterma Adsorpsi Cobalt(II) dari Media Air oleh Lempung Alam Cengar Secara Batch. Prosiding Seminar & Rapat Tahunan Bidang Ilmu MIPA BKS-PTN B ―Peran
MIPA dalam Pengembangan SDM dan SDA‖. Medan 11-12 Mei 2012. ISSN
978-602-9115-24-6. p 241-246.
Muhdarina. A.W. Mohammad dan
A.Muchtar. (2011). Potensi Adsorpsi Polutan Anorganik oleh Lempung Cengar: Kajian Isoterma dan Mekanisme Adsorpsi Batch Kation Ni(II) di Dalam Media Air, Prosiding SEMIRATA BKS
BARAT Bidang MIPA ke 24,
―Optimalisasi Energi untuk
Kemakmuran Negeri‖, Banjarmasin 9-10
Mei 2011, ISBN 978-6-0298-9161-4 p.19-22.
S. Bahri. Muhdarina. Nurhayati dan F.
Andiyani. (2011). Isoterma dan
Termodinamika Adsorpsi Kation Cu2+
Fasa Berair pada Lempung Cengar Terpilar. Jurnal Natur Indonesia, 14(1), Oktober 2011 p. 7-13.
Muhdarina. Nurhayati dan Suminih. (2012).
Karakteristik Padatan Co3O4-Lempung
Terpilar Alumina. Prosiding Seminar UR-UKM ke-7 2012.”Optimalisasi Riset
Sains dan Teknologi Dalam Pembangunan Berkelanjutan” .
Pekanbaru 8-10 Oktober 2012. ISBN 978-602-18936-0-9. p 25-27.
Muhdarina. Nurhayati. A. Linggawati dan
Syakiroh. (2012). Lempung Alam
Daerah Aliran Sungai (DAS) Kuantan Sebagai Penyangga Katalis: Struktur
Katalisator Ni-Lempung. Artikel
Penelitian Berbasis Lab 2011-2012. repository.unri.ac.id/bitstream [akses 16 April 2013].
McCool, P (KRWA Consultant). (2009). The Use of Coagulants in Clarification Plants in Kansas. The Kansas Lifeline. March 2009 p. 58-61.
A. Aygun and Yilmaz, T. (2010). Improvement of
Coagulation-Flocculation Process for Treatment of Detergent Wastewaters
Using Coagulant Aids. International Journal
of Chemical and Environmental Engineering 1(2).
December 2010 p. 97-10.
P.A. Moussas and A.I. Zouboulis (2008). A Study on the Properties and Coagulation
Behaviour of Modified Inorganic
Polymeric Coagulant-Polyferric Silicate
Sulphate (PFSiS). Separation and
Purification Technology, 63. 2008 p.
475– 483.
A.G. El Samrani. B.S. Lartiges. E.
Montarges-Pelletier. V. Kazpard.O.
Barres and J. Ghanbaja (2004).
Clarification of Municipal Sewage with
Ferric Chloride: The Nature of
Coagulant Species. Water Research, 38 . 2004 p. 756–768.
R. O. Ajemba and Onukwuli, O. D.(2012). Dissolution Kinetics and Mechanisms of Reaction of Udi Clay in Nitric Acid Solution. Am. J. Sci. Ind. Res. 3(3). 2012 p. 115-121.
A . Al-Zahrani and M.H. Abdel-Majid (2004). Production Of Liquid Alum Coagulant From Local Saudi Clays.
JKAU: Eng. Sci, vol. 15 (1), 2004 p.
3-17.
M. R. Diana dan Notodarmojo, S. 2011. Studi Awal Pemanfaatan Lempung Lokal Paminggir sebagai Koagulan Cair. 16 Februari 2011. www.ftsl.itb.ac.id [akses Maret 2012].
P. Numluk and A.Chaisena (2012). Sulfuric Acid and Ammonium Sulfat Leaching of Alumina from Lampang Clay. E-journal
Chemistry. Vol.9 (3). 2012 p.
1364-1372. ISSN: 0973-4945; CODEN
