pung batuan zeolitik dan alat X-ray Difraktometer. Hasil

(1)

(2)

V. HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1. Komposisi Mineral Batuan Zeolit

di Daerah Penelitian

Berdasarkan hasil pengujian terhadap contoh zeolit yang berasal dari tiga daerah lokasi penelitian Cikembar, Bayah dan Cikalong dapat disajikan hal-ha1 sebagai berikut :

(1) Metode Diffraksi Sinar X

Identifikasi dilakukan dengan menggunakan contoh te-

pung batuan

zeolitik dan alat X-ray Difraktometer

.

Hasil diffraktogram disajikan pada Gambar 11. Mordenit dicirikan oleh puncak 13.8, 9.10, 6.61, 6.10, 5.79, 4.53, 4.00, 3.48, 3.39, 3.22, 2.89 dan 2.52A0; sedangkan klinoptilolit mempunyai puncak 9.0, 7.94, 3.96, 3.90, 3.42, 3.12, 2.97 dan 2.82A0 (Brindley dan Brown, 1980).

Dari hasil diffraktogram diketahui bahwa batuan tersebut tidak hanya mengandung mineral zeolit, akan tetapi juga diikuti oleh mineral silikat yang lainnya yaitu kuarsa, plagioklas, mika serta mineral liat montmorilonit. Identifikasi mineral kuarsa pada difraktogram sinar-X dicirikan oleh puncak 3.34~O, diikuti dengan 4.26A0 dan 2.27~0; sedangkan plagioklas pada puncak 6.4, 3.78, 3.23 dan 2.79A0. Golongan mineral liat montmorilonit dapat dikenali dengan adanya puncak 15.0, 5.01, 4.50, 3.02 dan 2.58A0; sedangkan mika memiliki puncak 10.0, 4.5, 4.20 dan 3 . 3 3 ~ ~ . Montmorilonit terdapat pada batuan zeolit di daerah Cikembar, Bayah dan Cikalong, sedangkan mika jelas

(3)

Gambar I f . Hasil Diffraktogram Batuan Zeolit Cikembar, Bayah, dan cikalong

(4)

terlihat pada deposit Cikembar. Hasil identifikasi jarak d dari mineral-mineral di daerah penelitian tercantum pada

-

Tabel Lampiran 2.

Tabel 3. Komposisi Mineral Batuan Zeolitik di Daerah Penelitian

Kompos isi

---

Asal Zeolit Mordenit Klinop- Total Mineral Lain

tilolit

...

( % )

...

Cikembar 29.5 7.05 36.5 kuarsa, mika, plagioklas

(Sukabumi) dan montmorilonit (63.5%)

Bayah 38.8 18.9 57.7 kuarsa, montmori-

(Banten) lonit, dan plagioklas

(42.3%)

Cikalong 63.1 10.0 73.1 kuarsa, montmorilonit

(Tasikmalaya) dan sedikit plagioklas

: (26.9%)

(2) Metoda Analiiis Mikroskop Petrografi

Hasil pemeriksaan contoh batuan zeolit dengan mikroskop petrografi tercantum pada Tabel 4.

Secara umum zeolit terdapat sebagai massa dasar dengan butiran kuarsa dan phenokris plagioklas. Plagio- klas yang berasal darL daerah penelitian memperlihatkan adanya zoning yang disebabkan oleh kandungan Anortit yang berbeda. Menurut Kerr (1959) keadaan ini berhubungan dengan proses terjadinya diagenesis. Klinoptilolit dan mordenit merupakan kristal dengan ukuran yang sangat halus

(5)

sehingga bentuk kristalnya sulit diamati dengan mikroskop petrografi biasa. Kuarsa berukuran halus dan ada yang membentuk tekstur spherulitik yang mencirikan adanya proses devitrifikasi.

Tabel 4. Hasil Analisis Komposisi Mineral Batuan Zeolitik dengan Mikroskop Petrografi

Jenis Mineral Keterangan

1. Plagioklas Bentuk kristalin, sebagai penokris, tersebar pada masa dasar tufa.

2. Kuarsa Bentuk kristalin, terpisah dengan mineral lain, sebagai penokris dengan masa dasar tufa.

3. Mika Bentuk kristalin, sebagai penokris dengan masa dasar tufa zeolit.

4. Zeolit Ukuran partikel zeolit sangat halus, merupakan kelompok.

Plagioklas dan kuarsa terdapat pada ketiga daerah penelitian, sedangkan mika lebih banyak dijumpai pada batuan zeolit di Cikembar

(3) Metoda Scanning Electron Microscope (SEM)

Penggunaan alat ini diperlukan, karena ukuran kristal zeolit yang berbutir sangat halus sehingga agak sukar di- identifikasi dengan mikroskop petrografi. Menurut pe- ngalaman beberapa peneliti penggunaan Transmisi Elektron Mikroskop pun masih memberikan hasil yang kurang baik.

Dari gambar yang diambil dengan SEM yang pernah dilakukan oleh Mumpton dan Clayton Ormsby ( 1 9 7 8 ) , serta

(6)

membandingkan dengan hasil identifikasi, dapat diketahui bahwa mineral klinoptilolit umumnya mempunyai ukuran kristal antara 1 sampai 6 mikron dengan ketebalan 1

-

2

mikron. Memperlihatkan karakteristik simetri monoklin dengan bentuk lempeng euhedral ataupun tabular.

Mordenit mempunyai ukuran panjang kristal dari 1

sampai 10 mikron dengan bentuk yang spesifik berupa serat atau serabut halus dengan diameter kurang lebih sepersepu- luh mikron. Filamen-filamen ini bergabung membentuk struktur lengkung atau seperti jarum dalam susunan yang radial. Selain klinoptilolit dan mordenit dapat dilihat adanya mineral. liat montmorilonit yang cukup jelas terutama pada contoh yang berasal dari Bayah. Hasil skanning elektron mikroskop disajikan pada Gambar 12, 13 dan 14.

5.2. Komposisi K i i a dan Ukuran Butir 5.2.1. Komposisi Kimia Batuan Zeolitik di Daerah

Penelitian

Komposisi kimia batuan zeolit alam sangat bervariasi, yang berhubungan erat dengan komposisi prekusornya yaitu bahan gelas vulkanik (Boles, 1972)

.

Zeolit dapat mengandung sejumlah unsur di dalam struktur bangun kristalnya. Seperti diketahui zeolit tersusun dari kelompok tetrahedra alumina dan tetrahedra silika dalam perbandingan tertentu. Untuk setiap Si di dalam struktur bangun yang digantikan oleh A1 akan menimbulkan muatan negatif yang akan dinetralisasikan secara kimia oleh kation-kation yang

(7)

ekivalen. Kation-kation seperti Na, K, Ca, Mg dan lainnya diperlukan untuk mengimbangi kekurangan muatan yang disebabkan terjadinya substitusi isomorfik tersebut dalam struktur tetrahedranya. Hasil analisis komposisi kimia dari contoh batuan zeolit Cikembar, Bayah dan Cikalong disajikan pada Tabel 5.

Gambar 12. SEM dari deposit zeolit Cikembar yang menunjukkan adanya mineral mordenit yang mempunyai bentuk kristal fibrous atau seperti serabut (F-Q, 1-10). Filamen tersebut dapat bergabung dalam suatu struktur. Klinoptilolit mempunyai bentuk lempeng monoklin (M-R, 7-10). Pemb. 4000X

(8)

Gambar 13. Hasil SEM dari deposit zeolit Bayah yang terdiri dari mineral klinoptilolit dengan bentuk kristal euhedral prismatik monoklin (E-N, 1-10)

,

mordenit yang berbentuk serabut ( A - G I 5-10) serta mineral liat montmorilonit (J-Q, 4-10). Pemb. 720 X. (K = klinoptilolit, M =

mordenit, Mt = montmorilonit)

Dari analisa total oksida unsur-unsur yang terkandung dalam zeolit dapat diketahui: (1) rasio Si terhadap A1 tertinggi terdapat pada zeolit Cikalong (5.04), kemudian Bayah (4.96) dan Cikembar (3.99); (2) komposisi oksida basa-basa zeolit Cikembar: K > Mg > Ca > Na (1:0.24:0.22: 0.15); Bayah K > Ca > Mg > Na (1:0.64:0.26:0.09), dan Cikalong K > Ca > Na > Mg (1:0.93:0.57:0.48).

(9)

Gambar 14. SEM dari deposit Cikalong yang terdiri dari filamen kristal mordenit yang berga- bung seperti jarum yang melingkar (C-K,

4-10), serta klinoptilolit yang berbentuk potongan prismatik monoklin (A-R, 4-10). Pemb. 2600 X. ( M = mordenit, K = k l i - noptilolit)

Tabel 5. Hasil Analisis Komposisi Kimia Batuan Zeolitik Di Daerah Penelitian

Oksida unsur

Hasil Analisis ( % )

...

Cikembar Bayah Cikalong

(10)

Secara umum zeolit di daerah penelitian merupakan jenis zeolit yang kaya akan kation kalium. Kandungan K tertinggi pada zeolit Cikembar (3.81%), kemudian berturut- turut Bayah (2.88%) dan Cikalong (1.91%)

.

Kandungan Ca pada zeolit Bayah dan Cikalong hampir sama, sedangkan kandungan Mg terendah pada zeolit Bayah.

Secara kimia perbedaan rasio Si dan A 1 dari zeolit yang mempunyai tipe struktur yang sama akan mempengaruhi stabilitasnya terhadap perlakuan pemanasan ataupun pemberian larutan asam. Kandungan Si yang lebih tinggi akan lebih tahan karena Si yang tinggi menyebabkan struktur bangunnya lebih kuat.

5.2.2. Ukuran Butir dan KTK Zeolit .

Dalam pemakaian zeolit untuk berbagai keperluan untuk bidang pertanian ataupun bidang yang lain diperlukan kualitas kehalusan ukuran butiran zeolit yang dinyatakan dengan mesh. Evaluasi terhadap ukuran butiran yang diperlukan terutama dalam penggunaan yang berkaitan dengan ke- mampuannya sebagai penukar ion, dilakukan dengan menetap- kan kapasitas tukar kation zeolit.

Untuk dapat berlangsungnya proses pertukaran ion, mutlak diperlukan adanya kontak antar kounter ion dengan gugus ionik yang terikat di dalam rongga ataupun saluran struktur kristal zeolit. Logika yang berlaku bahwa jika ukuran butiran semakin halus, maka semakin besar luas

(11)

permukaan, sehingga akan semakin banyak pula gugus ionik yang terbuka, akibatnya akan makin banyak ion-ion yang dapat dipertukarkan. Jadi kapasitas pertukarannya akan meningkat dengan makin halusnya butiran zeolit.

Hasil analisis kapasitas tukar kation zeolit dari dae- rah penelitian dengan ukuran yang berbeda-beda disaji- kan pada Tabel 6 dan Gambar 15.

Tabel 6. Pengaruh Ukuran Butiran Zeolit Terhadap Kapasitas Tukar Kation (NH40Ac 1N pH 7)

Ukuran butiran Kapasitas Tukar Kation

(mesh)

...

Dari hasil analisa di atas dapat diperoleh keterangan _* bahwa semakin halus ukuran butiran tidak selalu terjadi kenaikan kemampuan pertukarannya. Hal ini kemungkinan disebabkan terjadinya kerusakan pada sebagian struktur kristal zeolit, dimana pada perlakuan grinding yang sangat halus akan menyebabkan tertutupnya rongga saluran akibat penggerusan.

(12)

KTK (me/lOOg)

100 1 1

C i kembar -+ Bayah

*

Cikalong 20

1 0 -

Gambar 15. Pengaruh Ukuran Butir Zeolit Terhadap Nilai Kapasitas Tukar Kation

-

- .- .

"-

- - - - . - - - - - - + -

-

.

!

-

- - - _t -. .- -

.

Peningkatan kapasitas tukar kation pada ukuran keha- lusan butiran.sampai 60 mesh disebabkan oleh semakin luasnya permukaan pertukaran dan peningkatan kadar zeolit- nya. Pada umumnya kristal zeolit mempunyai berat jenis yang lebih ringan dan bersifat lebih lunak dari bahan mi- neral pengiringnya seperti kuarsa, plagioklas dan lainnya. Oleh sebab itu pada fraksi yang lebih halus kadar zeolit akan lebih tinggi dari bahan batuannya. Dari ketiga con-

0 1 I I I

-S+lO -10+28 -28+48 -48+60 -60+100 b100

Ukuran Butir (mesh)

toh yang dipergunakan, zeolit Cikalong memiliki KTK ter- tinggi 93.6 me/100g pada ukuran butiran -48

+

60 mesh. Hasil penelitian Suyartono dan Komardi ( 1 9 8 0 ) , menunjukkan

(13)

bahwa pada fraksi dengan kehalusan 325 mesh terjadi peningkatan kadar zeolit dari 50.4 menjadi 52 persen. Selain itu dinyatakan pula bahwa fraksi dengan ukuran 32

-

48 mesh baik dipergunakan untuk reaksi-reaksi pertukaran ion. Hal ini sejalan dengan hasil dari beberapa penelitian di luar negeri oleh Nitta, Sakoh dan Aomura (1988); Ilin dan Voloshinets (1988), bahwa ukuran butiran antara 16 sampai 5 0 mesh baik dipergunakan untuk reaksi pertukaran. Berdasarkan hasil analisa yang diperoleh, dalam penelitian ini dipergunakan zeolit dengan ukuran kehalusan 48 sampai 60 mesh.

5.3. PeriIaku Mineral Zeolit

Penggunaan zeolit dalam berbagai bidang adalah berdasarkan sifat-sifat yang dimilikinya. Sifat-sifat dasar pemanfaatannya sebagian besar ditentukan oleh sifat kimia zeolit yang meliputi kemampuan adsorpsi, penukar ion, pe- nyaring molekular dan lainnya. Sifat tersebut berkaitan erat dengan struktur kristal, topologi, komposisi serta struktur rongga ataupun saluran dan kation-kation yang ada didalamnya (Mumpton, 1960; Barrer dan Makki, 1964; Townsend, 1980)

.

Zeolit alam yang berasal dari tambang sebenarnya dalam keadaan yang kurang aktif. Bahan tersebut perlu diaktifkan terlebih dahulu sebelum dipergunakan untuk dapat rnempertinggi daya kerjanya sebagai bahan penyerap atau

(14)

penukar kation. Dengan kata lain tindakan pengaktifan adalah untuk meningkatkan kualitas zeolit alam dalam upaya untuk memperoleh nilai tambah yang lebih besar.

Pengaktifan zeolit dapat dilakukan dengan cara antara lain: (1) perlakuan fisik berupa pemanasan pada suhu dan waktu tertentu; (2) mengubah rasio Si dan A1 dengan penambahan larutan asam (dealuminasi) atau penambahan larutan basa (dekationisasi) dan (3) mengubah atau mempertukarkan kation yang dapat dipertukarkan.

Perlakuan aktifasi terhadap mineral zeolit dalam kaitannya dengan proses pembentukan tanah adalah untuk melihat sifat bahan induk terhadap berbagai perlakuan yang dapat mempengaruhi sifat-sifatnya. Bagaimana perilaku mineral tersebut terhadap lingkungan keadaan asam dan basa, suhu, dan stabilitas zeolit dalam keadaan lingkungan asam dan basa. Selain dari pada itu hasil analisis ini dapat memberikan informasi bagi aspek penggunaannya.

5.3.1. Perilaku Terhadap Pemanasan

Penelitian terhadap perlakuan pemanasan penting dalam mendapatkan informasi mengenai sifat dehidratasi dan rehi- dratasi serta stabilitas atau ketahanan zeolit terhadap suhu. Pada kondisi alami rongga ataupun saluran di dalam struktur kristal zeolit diisi oleh molekul-molekul air yang membentuk lapisan hidrasi mengelilingi kation yang dapat dipertukarkan.

(15)

Pemanasan terhadap zeolit alam akan dapat mengeluar- kan molekul air yang terdapat pada permukaan saluran,dan rongga-rongga zeolit sehingga jumlah pori-pori dan luas permukaan spesifik bertambah (Barrer, 1982).

Beberapa parameter yang dianalisa dalam penelitian ini untuk mengetahui mutu zeolit hasil perlakuan adalah dengan cara: (1) mengukur nilai kapasitas tukar kation- nya; ( 2 ) menentukan basa-basa dapat dipertukarkan, (3) mengukur pH zeolit, (4) menentukan nilai rasio oksida Si dan A1 setelah dilakukan pemanasan, dan (5) melakukan analisa X-ray Diffraktogram.

Hasil analisisnya disajikan pada Tabel 7 sampai 13 serta Gambar 16, 17, dan 18.

Tabel 7. Pengaruh Suhu dan Waktu Pemanasan Terhadap Nilai Kapasitas Tukar Kation Zeolit

Suhu ("C) Cikembar Bayah Cikalong

---

Waktu

...

KTK (me/100 g)

...

Kontrol 67.83 2 jam: 1 1 0 5 ~ ~ 75.32 2 255Oc 78.85 3 4 1 4 0 5 ~ ~ 1 555Oc 70.71 54.42 5 7 0 5 ~ ~ 36.17 4 jam: 1 1 0 5 ~ ~ 79.76 2 255Oc 74.11 3 1401°Cl 61.21 4 555Oc 52.50 5 7 0 5 ~ ~ 35.23 6 jam: 1 1 0 5 ~ ~ 72.31 2 3 1405°C/ 255Oc 50.89 64.43 4 555Oc 45.69 5 7 0 5 ~ ~ 29.96

(16)

Tabel 8. Basa-basa Dapat Dipertukarkan Zeolit Cikembar Setelah Pemanasan

Suhu (OC)

---

Waktu Ca M g K Na Total (me/lOO g )

...

Kontrol 24.51 9.20 12.67 6.38 45.42 2 jam: 1 (105'~) 2 (255Oc) 3 (405'~) 4 (555'~) 5 (705'~) 4 jam: 6 jam: 1 ( 1 0 5 ~ ~ ) 2 (255Oc) 3 ( 4 0 5 ~ ~ ) 4 (555OC) 5 (705'~)

Tabel 9. Basa-basa Da at Dipertukarkan Zeolit Bayah ~etela! Pemanasan

Suhu (OC) Ca Mg K Na Total

---

Waktu

...

(me/100 g )

...

Kontrol 65.36 7.93 23.72 5.42 102.43 2 jam: 1 ( 1 0 5 ~ ~ ) 2 (25s0c) 3 ( 4 0 5 ~ ~ ) 4 (555OC) 5 ( 7 0 5 ~ ~ ) 4 jam: 1 ( 1 0 5 ~ ~ ) 2 (255Oc) 3 ( 4 0 5 ~ ~ ) 4 ( 5 5 5 O ~ ) 5 ( 7 0 5 ~ ~ ) 6 jam: 1 ( 1 0 5 ~ ~ ) 2 (255Oc) 3 ( 4 0 5 ~ ~ ) 4 ( 5 5 ~ ~ ~ ) 5 ( 7 0 5 ~ ~ )

(17)

Tabel 10. Basa-basa Dapat Dipertukarkan Zeolit Cikalong Setelah Pemanasan

Suhu ( O C ) Ca Mg K Na T o t a l

---

Waktu

...

(me/100 g )

...

K o n t r o l 62.91 5 . 2 1 14.62 9 . 5 1 92.25 2 j a m : 1 ( 1 0 5 ~ ~ ) 63.32 5.39 14.78 1 0 . 6 1 93.65 2 ( 2 5 ~ ~ ~ ) 66.18 5.17 15.48 9.93 96.76 3 ( 4 0 5 ~ ~ ) 52.49 3.77 16.02 10.26 82.54 4 (555OC) 24.25 1.65 14.83 9.17 49.90 5 ( 7 0 5 ~ ~ ) 4.69 1.26 16.86 8.22 31.03 4 jam: 1 (105Oc) 64.34 5.26 15.40 10.07 95.07 2 (255OC) 73.53 5.19 11.28 0.85 99.85 3 ( 4 0 5 ~ ~ ) 37.23 3.74 12.71 10.25 63.93 4 (555Oc) 10.61 1.32 1 5 . 4 1 8.94 45.28 5 ( 7 0 5 ~ ~ ) 5.87 1.25 16.37 8 . 1 3 31.62 6 jam: l ( 1 0 5 ~ ~ ) 78.84 5.43 14.46 9.94 108;67 2 ( 2 ~ 5 ~ ~ ) 41.69 5.95 12.52 10.30 70.46 3 ( 4 0 5 ~ ~ ) 37.70 3.44 13.10 1 0 . 2 1 64.45 4 (555OC) 15.97 1 . 2 8 15.80 8 . 5 4 41.59 5 ( 7 0 5 ~ ~ ) 2.88 1 . 2 1 17.53 7.68 29.30

Tabel 11. pH Zeolit Setelah Perlakuan Pemanasan

Suhu

---

...

PH H20

---

Waktu Cikembar Bayah Cikalong

Kontrol 6.9 6.0 5.6 2 jam: 1 1 0 5 ~ ~ 7.0 6.0

:I;~;'E/

4 555Oc 7.0 6.6 5 7 0 5 ~ ~ 7.2 jam: 6 jam: 1 1 0 5 ~ ~ 7.0 6.3

:

4

~~~;'~l

555Oc 7.2 6.7 5 7 0 5 ~ ~ 9.1

(18)

Tabel 12. Kandun an Oksida-oksida Si dan A1 Zeolit

i?

Setela Pemanasan

Suhu ( O C )

---

Cikembar

---

Bayah C i k a l o n g

---

S i 0 2 A1203 S i 0 2 A1203 S i 0 2 A 1 2 0 3

...

%

...

Kont ro 1 1 ( 1 0 5 ~ ~ ) 2 (255Oc) 3 ( 4 0 5 ~ ~ ) 4 ( 5 5 5 3 ) 5 ( 7 0 5 C)

Tabel 13. Intenssiteas Puncak Diffraksi Zeolit di Daerah Penelltian Setelah Perlakuan Pemanasan

Puncak

...

Perlakuan Diffraksi

(A0) Kontrol 105

...

255 805 555 705 ( C)

...

Cikembar Bavah Cikalonq a = amorf

(19)

Gambar 16. Diffraktogram Sinar X dari Zeolit Cikembar Setelah Perlakuan Pemanasan

(20)

Gambar 1 7 . D i f f r a k t o g r a m S i n a r X d a r i Z e o l i t Bayah S e t e l a h P e r l a k u a n Pemanasan

(21)

Gambar 18. Diffraktogram Sinar X dari Zeolit Cikalong Setelah Perlakuan Pemanasan

(22)

Berdasarkan data hasil pengujian perlakuan pemanasan dan waktu pemanasan dapat diketahui, bahwa nilai kapasitas tukar kation zeolit meningkat sampai pada suhu 2 5 5 O ~ baik pada zeolit Cikembar, Bayah maupun Cikalong. Nilai KTK

menunjukkan penurunan setelah pemanasan pada suhu 4 0 5 ~ ~ . ~erjadinya peningkatan nilai kapasitas tukar kation dari

zeolit yang tidak dipanaskan dengan yang dipanaskan pada suhu 1 0 5 ~ ~ disebabkan menguapnya air zeolitik yang terdapat di dalam rongga ataupun saluran. Pada tingkat pemanasan selanjutnya antara 200 sampai 4 0 0 ~ ~ diharapkan terjadinya dehidrasi yang berakibat membukanya pori-pori atau saluran zeolit sehingga meningkatkan kemampuan pertukarannya. Pemanasan lebih dari 4 0 0 ~ ~ menyebabkan kapasitas tukar kation zeolit turun pada semua contoh. Secara teoritis, ha1 tersebut dapat diterangkan, bahwa sebagian besar air zeolitik hilang selama pemanasan dari suhu kamar sampai f

30o0c, akan tetapi masih terdapat air zeolit yang terikat pada permukaan struktur atau kisi-kisi kristal zeolit. Pada pemanasan antara 400 sampai 6 0 0 ~ ~ molekul air akan bereaksi dengan gugus aktif zeolit membentuk ikatan hidrogen-zeolit (Zeolit-H). Peningkatan pemanasan sampai suhu lebih dari 70o0c, pada hidrogen zeolit dapat mengalami proses dealuminasi membentuk gugus silanol. Gugus silanol selanjutnya berubah menjadi gugus siloksan, pada keadaan demikian kemampuan pertukaran zeolit sangat menurun (Barrer dan Makki, 1964; Alberti, 1975; Vaughan, 1978). Mirzai dan Dubinin

(23)

(1988), yang mempelajari setiap tahapan proses reakasi dehidrasi pada beberapa jenis zeolit mengemukakan bahwa pada pemanasan antara 1 0 0 ~ ~

-

2 0 0 ~ ~ merupakan reaksi dehidrasi

yang reversible, sedangkan pada suhu 220 sampai 4 0 0 ~ ~ terjadi dehidrasi yang irreversible dengan terbentuknya grup

hidroksil pada struktur bangun. Sedangkan pada suhu 4 0 0 ~ ~

-

6 0 0 ~ ~ terjadi kondensasi dari gugus hidroksil (dehidrok-

silasi) yang diikuti dengan kerusakan struktural, pada akhirnya menghasilkan bahan yang amorf pada pemanasan yang lebih tinggi.

Peningkatan KTK maksimum dari tiga contoh zeolit diperoleh pada pemanasan 255OC, nilai KTK tertinggi berturut-turut 136.06 me/100 g, 121.48 me/100 g dan 79.7 me/100 g masing-masing untuk zeolit Cikalong, Bayah dan Cikembar dengan waktu pemanasan 2 sampai 4 jam. Pengaruh lamanya pemanasan kelihatan lebih jelas pada perlakuan suhu yang tinggi, dimana makin lama waktu pemanasan KTK zeolit cenderung menurun. Waktu pemanasan lebih dari 4 jam tidak memberikan pengaruh lagi terhadap peningkatan KTK zeolit. KTK terendah didapatkan pada perlakuan suhu 7 0 5 ~ ~ dengan waktu pemanasan selama 6 jam, berkisar antara 29.96 sampai

44.87 me/100g. Zeolit Cikalong mempunyai nilai KTK paling tinggi pada perlakuan, ini menunjukkan bahwa zeolit tersebut relatif lebih tahan terhadap suhu pemanasan yang dimung- kinkan oleh kandungan mineral zeolit yang lebih tinggi

.jr

",.,

<

-\;)..

..

dibandingkan zeolit Bayah dan Cikembar.

..

,

,,'.

-..:

-

" 4 # ")/

. >, , -? , , ,f

-ft.

6 i ,* 'P

Ye'..>

. t3 rl 161 1.- * <:I n " i 7

,.

; 'tl - ' * , a . c ; +J %- , . m C- Y &% 1 % T\

(24)

Pola ketersediaan basa-basa dapat dipertukarkan zeolit Cikembar dan Bayah menunjukkan persamaan Ca > K > Mg > Na sedangkan zeolit Cikalong Ca > K > Na > Mg.

Pada semua contoh zeolit terjadi peningkatan ketersediaan basa-basa setelah perlakuan pemanasan 1 0 5 ~akan ~ ~ tetapi menunjukkan penurunan pada tingkat pemanasan yang lebih tinggi. Pada perlakuan suhu 7 0 5 ~ ~ ketersediaan Ca hanya berkisar 1.2

-

1.6 persen (Cikembar) ; 1.59

-

2.05 persen (Bayah) dan 3.65

-

7.4 persen (Cikalong). Walaupun kandungan Mg tersedia pada zeolit Sukabumi dan Bayah pada awalnya lebih tinggi, tetapi setelah pemanasan persentase Mg tersedia zeolit Cikalong paling tinggi. Hal ini kemungkinan berkaitan dengan stabilitas strukturnya terhadap pemanasan. Tidak tersedianya Ca dan Mg pada pemanasan tinggi dapat disebabkan oleh beberapa faktor, yaitu menguapnya unsur- unsur tersebut pada suhu tinggi, terbentuknya senyawa Ca atau Mg silika yang tidak larut dengan pengekstrak NH40Ac.

Ketersediaan K dan Na tidak menunjukkan penurunan yang cukup besar akibat pemanasan, bahkan pada zeolit Cikalong terjadi peningkatan K tersedia. Kandungan K tersedia antara 75.19 sampai 78 persen, 69.12 sampai 80.25 persen dan 109.29 sampai 121.23 persen berturut-turut pada zeolit Cikembar, Bayah dan Cikalong. Na berkisar antara 55.25 sampai 83.70 persen, 53.37 sampai 83.70 persen dan 77.26 sampai 80.90 persen. Lamanya waktu pemanasan tidak nyata mempengaruhi

(25)

ketersediaan basa-basa, walaupun pada pemanasan suhu tinggi terlihat adanya kecenderungan penurunannya.

pH awal zeolit Cikembar lebih tinggi dibandingkan Bayah dan Cikalong. Nilai pH menunjukkan kenaikan pada semua contoh setelah pemanasan pada suhu 2 5 5 O ~ , dan tertinggi pada suhu 7 0 5 ~ ~ dengan waktu pemanasan 6 jam. Nilai pH tertinggi berturut-turut 9.1, 9.3 dan 7.8 untuk zeolit Cikembar, Bayah dan Cikalong. Peningkatan nilai pH, disebabkan terjadinya hidrolisis pada ujung-ujung patahan kristal, atau permukaan kristal yang rusak akibat pemanasan. Kerusakan tersebut menyebabkan dibebaskannya sebagian kation dari struktur. Reaksi hidrolisis sebagai berikut:

a

. .

0

-

1

+

2 H20 ---> NaOH.

+

r

HO

-

Si-Al] Stabilitas struktural zeolit berkaitan erat dengan kandungan Si dan A1 di dalam struktur. Rasio Al/Si akan menentukan kerapatan muatan ion dalam kristal, bila rasionya tinggi maka kerapatan muatan tinggi dan nilai KTK zeolit akan tinggi. Dari data hasil analisis oksida-oksida Si dan A1 pada contoh yang dipanaskan lebih dari 4 jam, menunjukkan adanya peningkatan kandungan Si02 dan penurunan kandungan oksida Al. Sejumlah A1 akan terlepas dari kisi kristal pada tingkat pemanasan suhu lebih dari 4 5 5 O ~ . 1ni.mencerminkan terjadinya hidrolisis parsial yang menyebabkan terjadinya kerusakan pada struktur kristalnya. Terjadinya kerusakan tersebut dapat diidentifikasikan melalui analisis diffrak-

(26)

togram sinar X terhadap contoh zeolit yang telah mendapatkan perlakuan.

Hasil diffraktogram sinar X menunjukkan bahwa kandungan mineral zeolit pada batuan di Cikembar lebih rendah dibandingkan Bayah dan Cikalong. Data tersebut dicerminkan dari luasnya intensitas puncak diffraksi dari mineral zeolit. Berdasarkan luas daerah di bawah puncak diffraksi, diketahui bahwa puncak mordenit yaitu 8.84A0, 4.48A0, 4.00A0, 3.48A0 dan 3.21A0 serta klinoptilolit yaitu 7.93A0, 6.78A0, 3.96A0 dan 2.98A0 meningkat pada pemanasan antara 105

-

255OC, akan tetapi sebagian intensitas puncak diffraksi mordenit 8.84A0,

6.61A0, 3.96A0 dan 3.22A0 berkurang pada pemanasan yang lebih tinggi, sedangkan pada klinoptilolit puncak diffraksi yang lemah 7.93A0, 5.04A0, 3.17A0 dan 2.98A0 hilang pada suhu 7 0 5 ~ . Menurut Boles (1972), kristalinitas zeolit akan berkurang setelah dipanaskan pada suhu 4 0 0 ~ ~ selama 4 jam, dan perubahan pola diffraksi umumnya tidak akan berubah sampai terjadinya dehidratasi. Berkurangnya intensitas diffraksi atau adanya beberapa intensitas diffraksi yang hilang menjadi petunjuk terjadinya kerusakan pada struktur. Dari hasil diffraktogram yang diperoleh, diketahui pula bahwa zeolit jenis mordenit lebih tahan terhadap pemanasan dari pada klinoptilolit.

5.3.2. Perilaku Terhadap Pengasaman (Dealuminasi)

Perlakuan pengasaman terhadap zeolit yang bersilika tinggi seperti klinoptilolit dan mordenit ditujukan untuk

(27)

mengurangi effek hambatan dari kation-kation atau senyawa pengotor lainnya, misalnya adanya senyawa karbonat, silika ataupun besi. Dengan cara menghilangkan beberapa kation lo- g a m a t a u s e n y a w a yang menutupi r o n g g a a t a u p u n s a l u r a n

intrakristalin serta permukaan pori-pori zeolit tersebut, maka zeolit menjadi lebih porous dan permukaan pertukaran menjadi lebih luas.

Kation-kation yang dapat dipertukarkan zeolit tidak terikat kuat dalam kerangka tetrahedralnya, sehingga mudah dilepaskan melalui pencucian dengan kation lain. Pemberian larutan asam akan menyebabkan ion hidronium dapat meng- gantikan posisi kation kation di dalam rongga zeolit.

Penelitian pengaruh pengasaman terhadap contoh zeolit yang berasal dari Cikembar, Bayah dan Cikalong dievaluasi dengan cara: (1) menentukan nilai kapasitas tukar kation, (2) menentukan jumlah basa-basa tercuci di dalam larutan asam HC1, (3) menentukan jumlah basa-basa yang dapat diper- tukarkan setelah pengasaman, (4) pH zeolit, (5) rasio oksida Si dan A1 serta (6) analisis hasil diffraktogram sinar X.

Hasil pengujian disajikan pada Tabel 14 sampai 21 serta Gambar 18, 19 dan 20.

Berdasarkan data yang diperoleh dari hasil analisis, pemberian larutan HC1 pada dasarnya dapat meningkatkan KTK zeolit, akan tetapi jumlah senyawa pengotor yang berbeda memberikan hasil peningkatan yang berbeda pula. Pada zeolit Cikalong, KTK tertinggi diperoleh pada pemberian HCl 0.25 N pada pengocokan 4 jam, Cikembar dan Bayah pada normalitas

(28)

Tabel 14. Pengaruh Normalitas Larutan Asam HC1 dan Waktu Pengocokan Terhadap Kapasitas Tukar Kation Zeolit

orm ma lit as

_---

HC1 Waktu

KTK (me/100 g)

...

-

Kontrol

Tabel 15. .Total Basa-Basa Tercuci Di Dalam Larutan HC1 dari Zeolit pada Perlakuan Pengasaman

Normalitas HC1

- -

Waktu

...

(me/100g)

...

Kontrol 2 jam: 1 , 0.25 N 2 3

lle0

0.50 N 4 2.5 N 5 5.0 N Kontrol Kontrol 6 jam: 1 0.25 N 4 2.5 N 5 5.0 N

(29)

Tabel 16. Basa-basa Dapat Dipertukarkan Zeolit Cikembar Setelah Pengasaman

Normalitas H C ~

_---

Ca Mg

K

Na Total Waktu

...

(me/100g)

...

Kontrol 24.96 3.71 10.25 8.03 46.95 2 jam: 1 0.25 N 14.44 3.69 9.43 7.37 34.93 2 0.50 N 19.67 3.34 9.23 6.08 38.32 3

lle0

Nl

14.03 3.83 9.32 4.86 32.14 4 2.5 N 14.44 3.70 8.22 3.08 29.44 5 5.0 N 16-42 4.31 17.14 13.39 31.26 Kontrol 23.85 3.90 10.46 7.97 46.18 4 jam: 1 0 . 2 5 N 20.89 2.79 9.83 6.72 40.23 17.30

[?:go

13.41 2.51 9.79 4.96 34.56 4.95 9.12 4.57 32.05 4 2.5 N 13.68 3.27 6.64 2.79 26.38 5 5.0

N

12.71 4.24 16.94 12.55 26,46 Kontrol 23.94 3.62 10.76 7.43 45.75 6 jam: 1 0.25 N 21.12 3.04 9.05 6.60 39.90 2 0.50 N 17.23 3.09 8.92 4.25 33.49 3 [l.O

Nl

10.65 3.71 8.39 3.35 26.10 4 2.5 N 13.88 3.61 17.91 12.76 28.16 5 5.0 N 14.06 3.39 16.21 12.21 25.87

Tabel 17. Basa-basa Dapat Dipertukarkan Zeolit Bayah Setelah Pengasaman

Normalitas HC1

_---

Ca Mg K Na Total

...

Waktu (me/100g) Kontrol 2 jam: 1 0.25 N 34.55 3.69 19.07 5.45 35.72

$

32.97 3.34 17.85 4.47 3.93 16.78 3.89 4 2.5 N 31.17 3.70 14.94 2.52 5 5.0 N 26.73 4.31 12.43 2.26 Kontrol 41.77 3.90 20.51 8.40 4 jam: 1 0.25N 38.34 2.79 18.87 5.36 31.82

:

25.80 2.51 4.95 17.94 16.65 4.38 4.08 4 2.5 N 27.15 3.27 14.33 2.46 5 5.0 N 27.03 4.24 12.02 2.25 Kontrol 42.03 3.62 20.50 7.91 6 jam: 1 0.25 N 32.50 3.04 18.46 5.29 30.32

$

I?::';/

24.47 3.09 3.71 18.36 16.54 3.36 4.35 4 2.5 N 20.58 3.61 13.65 2.43 5 5.0 N 10.34 3.39 11.02 2.12

(30)

Tabel 18. Basa-basa Dapat Dipertukarkan Zeolit Cikalong Setelah Pengasaman

Normalitas HC1

_---

Ca Mg K Na Total Waktu

...

(me/100g)

...

Kontrol 39.58 6.75 11.49 23.48 71.30 2 jam: 1 0.25 N 34.09 4.24 11.28 10.62 60.23 28.97

l?:z"!l

22.53 3.93 3.77 11.07 11.05 9.59 7.31 44.66 53.86 4 2.5 N 26.46 3.75 9.65 4.49 44.35 5 5.0 N 24.78 3.90 8.33 4.19 41.20 Kontrol 41.31 6.62 11.69 13.42 73.04 Kontrol 41.20 6.93 11.31 13.61 72.87 6 jam: 1 0.25 N 30.82 3.89 11.49 10.42 56.62 30.31

!I

21-75 3.40 3.67 10.98 10.55 9.74 6.94 54.43 42.91 4 2.5 N 20.91 3.81 9.41 4.14 38.27 5 5.0 N 21.20 3.76 8.06 4.12 37.14

Tabel 19. pH Zeolit Setelah Pengasaman

p or ma lit as HC1

---

_...

PH H20

- - Kontrol 2 jam: 1 (0.25 N) 2 (0.50 N) 3 (1.0 N) 4 (2.5 N) 5 (5.0 N) 4 jam: 1 (0.25 N) 2 (0.50N) 3 (1.0 N) 4 (2.5 N) 5 (5.0 N) 6 jam: 1 (0.25 N) 2 (0.50N) 3 (1.0 N) 4 (2.5 N) 5 (5.0 N)

(31)

Tabel 20. Kandungan Oksida Si dan A1 Zeolit Setelah Pengasaman

Pengasaman

---

N HC1 Si02 A1203 Si02 A1203 Si02 A1203

Tabel 21. Intensitas Puncak Diffraksi Sinar X Zeolit

di Daerah Penelitian Setelah Pengasaman

Puncak Biffraksi Penambahan HC1

A

...

0.25 N 0.50 N 1.0 N 2.5 N 5. N Cikembar 8.84 (MI 6.61 (M) 4.48 (M) 3.96 (K) 3.48 (K) 3.21 (M) 2.89 (M) Bayah 8.84 (M) 6.61 (MI 4.48 (M) 3.96 (K) 3.48 (K) 3.21 (M) 2.89 (M) Cikalonq 8.84 (MI 6.61

( ~ j

4.53 (M) 3.96 (K) 3.74 (K) 3.48 (M) .3.21 (M) 2.89 (M)

(32)

Gambar 19. Diffraktogram Sinar X Zeolit Cikembar

(33)

HE1 SON

Gambar 20. Diffraktogram Sinar X Zeolit Bayah Setelah Pengasaman

(34)

Gambar 21. Diffraktogram Sinar X Zeolit Cikalong Setelah Pengasaman

(35)

HC1 1.0 N dengan waktu pengocokan masing-masing 4 jam dan 2

jam. Ini menunjukkan bahwa masing-masing zeolit yang ber- asal dari lokasi yang berbeda memiliki respon yang berbeda terhadap perlakuan pengasaman.

Perlakuan pengasaman lebih dari normalitas HC1 1.0 N pada semua 'contoh zeolit menunjukkan penurunan nilai KTK.

KTK tertinggi zeolit Cikalong setelah pengasaman adalah 138.67 me/100g, Bayah 115.77 me/100g dan Cikembar 90.34 me/100g.

Zeolit Cikalong dan Bayah relatif lebih tahan terhadap pengasaman dibandingkan zeolit Cikembar, ini ditunjukkan dari nilai KTK yang tinggi pada semua perlakuan pengasaman.

Hasil ini kelihatannya sejalan dengan persentase kemur- nian mineral zeolit dari masing-masing batuannya.

Jumlah basa-basa tercuci dari zeolit meningkat dengan meningkatnya pengasaman. Ini menunjukkan bahwa pemberian konsentrasi asam yang tinggi akan membebaskan semakin bahyak kation-kation dari dalam rongga ataupun saluran zeolit.

Akan tetapi tingkat kernasaman yang tinggi juga akan membe- baskan sebagian A1 dari struktur kerangka, sehingga menye- b a b k a n t e r j a d i n y a kerusakan. T i n g k a t p e n g a s a m a n y a n g diinginkan dalam aktifasi ini adalah menghilangkan sebagian kation-kation maupun A1 sampai pada keadaan yang mening- katkan kemampuan pertukarannya karena lebih terbukanya ruang pori zeolit.

(36)

Waktu kontak reaksi atau lamanya pengocokan memberikan pengaruh yang jelas setelah 4 jam, dimana jumlah basa-basa y a n g t e r c u c i cenderung m e n u n j u k k a n p e n i n g k a t a n . P a d a tingkat pengasaman yang tinggi dan waktu pengocokan 6 jam konsentrasi basa-basa tercuci lebih besar dari konsentrasi basa-basa tersebut pada awal penetapan basa-basa tersedia dengan pengekstrak NH40Ac. Keadaan ini menunjukkan bahwa tidak hanya kation-kation pada rongga atau saluran utama zeolit yang dibebaskan, akan tetapi juga kation-kation yang terletak pada saluran intrakristalin zeolit. Nilai jumlah basa-basa tercuci dari ketiga contoh relatif tidak berbeda terlalu besar.

Basa-basa dapat dipertukarkan zeolit setelah pengasaman masih menunjukkan konsentrasi yang cukup tinggi sampai pada tingkat pengasaman 0.5 N. Basa-basa dapat dipertukarkan zeolit jelas dipengaruhi oleh konsentrasi asam yang diberi- kan. Pada tingkat pengasaman yang tinggi konsentrasi basa- basa cenderung menurun hampir 4 0 persen d a r i kandungan awalnya

.

pH zeolit yang ditetapkan dengan mengocok air bebas ion setelah pengasaman menunjukkan penurunan. Nilai pH pada perlakuan asam 5.0 N turun menjadi 3.1 pada semua contoh, sedangkan pada normalitas 0.25 N

-

0.5 N pada zeolit Cikem-

bar 3.6, Bayah dan Cikalong 3.4. Keadaan ini disebabkan ter-

jadinya penggantian oleh ion hidronium pada posisi kation- k a t i o n yang dibebaskan pada reaksi pengasaman sehingga meningkatkan kemasamannya.

(37)

Kandungan oksida Si dan A1 tidak jelas menunjukkan pola yang tertentu, demikian pula halnya dengan oksida Al, akan tetapi terdapat kecenderungan bahwa oksida Si meningkat dan A1 menurun pada tingkat kemasaman HC1 yang lebih tinggi. Tidak jelasnya pola tersebut kemungkinan disebabkan karena bahan zeolit yang dipergunakan merupakan batuan zeolit alam yang terdiri dari zeolit dan mineral lainnya yang jumlahnya p e r l u d i p e r h i t u n g k a n peranannya. Kandungan k u a r s a d a n plagioklas yang relatif lebih tahan terhadap asam kemung- kinan menyebabkan data d i atas tidak dapat mencerminkan rasio oksida Si dan A1 zeolit yang sebenarnya.

Dari hasil diffraktogram sinar X diketahui bahwa pada perlakuan pengasaman yang tinggi beberapa puncak diffraksi penciri menjadi berkurang ataupun hilang intensitasnya. Puncak Mordenit 9.02A0 6.61~'~ 4.48~' dan 3.21A0, klinopti- lolit 3.96A0 menjadi berkurang, sedangkan puncak klinop- tilolit 3.74A0 hilang intensitasnya. Data ini menunjukkan terjadinya kerusakan yang disebabkan adanya hidrolisis par- sial dari A1 yang ada pada struktur zeolit. Pada pengasaman sampai 0.5 N HCl pola diffraksi relatif tidak menunjukkan perubahan. Menurut Bagdanova dan Belitsky (1968), zeolit mordenit tergolong sangat resisten terhadap asam, sedang- k a n k l i n o p t i l o l i t resisten. Walaupun s t a b i l i t a s k e d u a zeolit ini terhadap asam tergolong tinggi akan tetapi dari hasil analisis yang diperoleh menunjukkan bahwa pengasaman yang tinggi mempengaruhi kemampuan pertukarannya. Kenyataan ini merupakan petunjuk telah terjadinya kerusakan di dalam struktur kristal zeolit.

(38)

5.3.3. Perilaku Terhadap Penambahan NaOH (Dekationisasi)

Cara lain untuk mengaktifkan zeolit selain pemanasan d a n pengasaman adalah dengan penambahan basa. Pengujian yang dilakukan untuk beberapa sifat kimia zeolit sama dengan pengujian pengasaman. Evaluasi yang dilakukan adalah terha- dap nilai KTK-nya, jumlah basa-basa tercuci, jumlah basa- basa dapat dipertukarkan, pH zeolit, kandungan oksida Si dan A1 serta analisis hasil diffraktogram sinar X.

Hasil pengujian yang telah dilakukan disajikan pada Tabel 22 sampai 29 dan Gambar 21, 22 dan 23.

Hasil yang diperoleh menunjukkan penambahan NaOH akan dapat meningkatkan KTK zeolit, akan tetapi penambahan lebih dari 0.5 N akan dapat menurunkan kemampuan pertukarannya pada semua contoh zeolit yang dipergunakan. Penambahan NaOH sampai konsentrasi 5.0 N masih dapat memberikan nilai KTK

yang lebih tinggi dibandingkan pengasaman. KTK zeolit setelah penambahan NaOH 0.5 N pada zeolit Cikalong 130.21 me/100g, Bayah 119.01 me/100g, dan Cikembar 84.85 me/100g. P e n g g u n a a n normalitas larutan NaOH yang terbaik adalah antara 0.25 sampai 0.50 N, dimana dapat diperoleh nilai kapasitas pertukaran zeolit yang tertinggi. Waktu pengo- cokan yang lebih lama menyebabkan kapasitas tukar kationnya menurun. Penurunan ini kemungkinan disebabkan terjadinya adsorpsi basa oleh zeolit yang menyebabkan terikatnya kation

(39)

Tabel 22. Pengaruh Normalitas Larutan NaOH dan Waktu Pen ocokan Terhadap Kapasitas Tukar Kation Zeo

4

it

Normalitas NaOH

_---

KTK (me/ 100g)

Waktu Cikembar Bayah Cikalong

2 jam: 1 (0.25 N) 2 (0.50 N) 3 (1.0 N) 5 5.0 N 4 jam: 1 (0.25 N) 2 (0.50 N 3 (1.0 Nj 4 ( 2 . 5 N] 5 (5.0 N) 6 jam: 1 (0.25 N) 2 (0.50

N]

3 (1.0 N] 4 (2.5 N) 5 (5.0 N)

Tabel 23. Kalium Zeolit Tercuci Di Dalam Larutan Pada Penambahan NaOH

Normalitas NaOH Cikembar Bayah Cikalong

---

Waktu

...

(me/100g)

...

2 jam: 1 (0.25 N) 2 (0.50 N) 3 (1.0 N) 4 (2.5 N) 5 (5.0 N) 4 jam: 1 (0.25 N) 2 (0.50 N) 3 (1.0 N) 4 (2.5 N) 5 (5.0 N) 6 jam: 1 (0.25 N) 2 (0.50 N) 3 (1.0 N) 4 (2.5 N) 5 (5.0 N)

(40)

Tabel 24. Basa-basa Dipertukarkan Zeolit Cikembar Setelah Penambahan NaOH

orm ma lit as

_---

NaOH Ca Mg K

Total Waktu Aktifasi

...

(me/ 100g)

...

4 jam: 1 (0.25 N) 57.47 2 (0.50N) 46.86 3 1.0 N 42.73 4 12.5 Nj 38.32 5 (5.0 N) 45.48 6 jam: 1 0 . 2 5 N 44.10

1

5 8 . 3 0 2 0.50 N 3 (1.0 N) 68.31 4 (2.5 N) 48.52 5 (5.0 N) 41.35

Tabel 25. Basa-basa Dipertukarkan Zeolit Bayah Setelah Pemberian NaOH

orm ma lit as

NaOH Ca Mg K

---

Total

Waktu Aktifasi

...

(me/100g)

...

2 jam: 1 (0.25 N) 56.10 2 (0.50 N) 57.89 3 (1.0 N) 44.66 4 (2.5 N) 71.67 5 (5.0 N) 58.71 4 jam: l ( 0 . 2 5 N) 69.05 2 (0.50N) 59.13 3 (1.0 N) 55.13 4 (2.5 N) 49.75 5 (5.0 N) 55.13 6 jam: l ( 0 . 2 5 N) 63.81 2 (0.50 N) 71.39 3 (1.0 N) 44.66 4 (2.5 N) 52.24 5 (5.0 N) 52.32

(41)

Tabel 26. Basa-basa Dipertukarkan Zeolit Cikalong Setelah Penambahan NaOH

Normalitas NaOH Ca Mg K

---

Total

Waktu Aktifasi

...

(me/100g)

...

2 jam: 1 0.25 N 2 10.50 N 3 (1.0 N) 4 (2.5 N) 5 (5.0 N) 4 jam: 1 (0.25 N) 2 (0.50N) 3 (1.0

N)

4 (2.5 N) 5 (5.0

N)

6 jam: 1 (0.25 N) 2 (0.50 N) 3 (1.0 N) 4 (2.5 N) 5 (5.0 N)

Tabel 27. pH Zeolit Setelah Penambahan NaOH

orm ma lit as

_---

NaOH

...

PH H20

2 jam: 1 (0.25 N) 2 ( 0 . 5 0 N ) 3 ( 1 . 0 N) 4 (2.5 N) 5 (5.0 N) 4 jam: 1 (0.25 N) 2 (0.50 N) 3 (1.0 N) 4 (2.5 N) 5 (5.0 N) 6 jam: 1 (0.25 N) 2 (0.50 N) 3 (1.0 N) 4 (2.5 N) 5 (5.0 N)

(42)

Tabel 28. Intensitas Puncak Diffraksi Sinar X Mineral Zeolit Setelah Penambahan NaOH

Puncak ~ i f f r a k s i Penambahan NaOH

A0

...

0.25 N 0.50 N 1.0 N 2.5 N 5.0

N

Cikembar 9.02 (K,M) 7.83

( ~ j

4.00 (M) 3.22 (M) 2.98 (K) Bavah 9.02 (K,M) 7.83 (K) 4.00 (M) 3.96 (K) 3.48 (M) 3.22 (M) 2.98 (K) Cikalonq 9.02 ( K , M ) 7.83

( ~ j

' 4.00 (M) 3.96

( ~ j

3.48 (M) 3.22 (M) 2.98 (K) Keteranaan: K = Klinoptilolit M = Mordenit

Tabel 29. Kandungan Oksida Si dan A1 Zeolit Setelah Penambahan NaOH

orm ma lit as

Cikembar Bayah Cikalong NaOH

---

(43)

Gambar 22. Diffraktogram Sinar X dari Zeolit Cikembar

(44)

Gambar 23. Diffraktogram Sinar X dari Zeolit Bayah Setelah Penambahan NaOH

(45)

Gamb lar 24. Diffraktogram Sinar X dari Zeoli Setelah Penambahan NaOH

(46)

Natrium pada permukaan struktur, sehingga menurunkan kemampuan pertukarannya. Reaksinya sebagai berikut:

[

.

I

-

z!]

+

NaOH

---

>

[

~ 1 -

-

:i:

]

+

H20

Dari hasil penetapan basa tercuci yang disajikan pada Tabel 23, diketahui bahwa kation basa zeolit yang dapat dibebaskan kedalam larutan NaOH hanya kalium, sedangkan kation Ca dan Mg sama sekali tidak didapatkan di dalam fitrat larutan tersebut. Konsentrasi kalium tercuci berturut-turut paling tinggi pada zeolit Bayah, Sukabumi dan Cikalong. Ini menunjukkan kation ~ a + dapat menggantikan K dari kompleks pertukaran zeolit, akan tetapi Ca dan Mg sulit untuk dilepaskan. Hal ini disebabkan oleh kemampuan Na sebagai kation monovalen tidak dapat menendang kation divalen dari posisinya.

Dari hasil penetapan basa-basa dapat dipertukarkan zeolit, konsentrasi tertinggi setelah penambahan NaOH dijumpai pada zeolit dari Bayah, kemudian Cikembar dan Cikalong. Pemberian NaOH dengan normalitas lebih dari 0.5 N menyebabkan jumlah basa-basa yang dapat dipertukarkan menjadi lebih rendah. Menurut Hagiwara dan Uchida (1978),

pada zeolit yang banyak mengandung ~ a + maka sebagian besar ~ a + akan menutupi rongga atau saluran sehingga tidak dapat dimasuki oleh larutan yang lain. Penurunan jumlah kation Ca, Mg ataupun K yang dapat dipertukarkan kemungkinan disebabkan adanya penambahan kation Na hidrat yang lebih

(47)

banyak sehingga menyulitkan terjadinya pertukaran (blocking effeck). Apabila kita lihat dari nilai kapasitas tukar kation zeolit, maka pemberian NaOH dengan konsentrasi 0.25

sampai 0.5 N memberikan kemampuan pertukaran tertinggi, disamping konsentrasi basa-basa C a t Mg, d a n K yang dipertukarkan relatif tinggi. Waktu pengocokan tidak jelas mempengaruhi jumlah basa-basa yang dapat dipertukarkan

zeolit.

Hasil penetapan pH zeolit setelah penambahan NaOH menunjukkan bahwa pH zeolit meningkat dengan meningkatnya konsentrasi penambahan NaOH, tertinggi pada normalitas NaOH 5.0 N yang mencapai nilai 10-11. Pada penambahan NaOH 0.5 N, pH zeolit Cikalong adalah 9.9, Bayah 9.5 dan Cikembar

9.6. Menurut Barrer (1982), ion alkali metal dalam rongga zeolit dapat berperan sebagai garam basa kuat dan asam lemah, sehingga dapat mengalami disosiasi hidrolitik yang menghasilkan basa-basa bebas dan ion OH-. Penambahan basa NaOH berarti menambahkan jumlah kation yang dapat dipertukarkan sebagai basa-basa bebas yang dapat bergerak diantara rongga dan saluran zeolit, sehingga membuat pH zeolit menjadi lebih alkalin. Waktu pengocokan yang lebih lama mengakibatkan pH semakin meningkat, karena banyaknya basa di

dalam larutan.

Hasil penetapan oksida Si dan A1 zeolit setelah penambahan NaOH disajikan pada Tabel 29. Penambahan NaOH di dalam proses aktifasi zeolit ini tidak menyebabkan terjadinya dealuminasi seperti pada pengasaman, sebab bila ha1 tersebut terjadi maka kapasitas tukar kation zeolit akan turun terus

(48)

dengan naiknya konsentrasi NaOH yang tinggi. Dari hasil penetapan menunjukkan bahwa terjadi sedikit peningkatan kandungan oksida Si pada pemberian NaOH 5.0 N, sedangkan pada konsentrasi yang lebih rendah oksida Si relatif hampir sama

.

Nilai rasio Si terhadap A1 secara keseluruhan menunjuk- kan kecenderungan penurunan setelah pemberian NaOH 2.5 N, sedangkan penambahan 5.0 N NaOH menyebabkan rasio tersebut meningkat. Meningkatnya rasio Si/A1 akan menyebabkan kemam- puan pertukaran zeolit menjadi berkurang.

Hasil analisis diffraktogram sinar X dari zeolit sete- lah pemberian NaOH disajikan pada Gambar 22, 23 dan 24.

Penambahan NaOH sebagai tindakan aktifasi memberikan hasil diffraktogram yang agak berbeda dengan pengasaman, d i m a n a p e r l a k u a n NaOH d e n g a n k o n s e n t r a s i 5.0 N t i d a k memberikan petunjuk adanya puncak diffraksi mineral yang hilang. P e m b e r i a n perlakuan N a O H s a m p a i 0.5 N t i d a k mempunyai effek negatif terhadap struktur zeolit, pada beberapa puncak diffraksi mordenit intensitas refleksinya cenderung meningkat yang disebabkan larutnya mineral-mineral

lain. Beberapa intensitas puncak klinoptilolit yang lemah 7.83A0 dan 3.96A0 pada perlakuan konsentrasi 5 N menjadi berkurang. Ini menunjukkan mulai adanya kerusakan pada s t r u k t u r mineral tersebut. P u n c a k d i f f r a k s i m i n e r a l mordenit tidak menunjukkan banyak perubahan pada perlakuan di atas dibandingkan klinoptilolit, sehingga dapat dikatakan mordenit lebih tahan dari pada klinoptilolit.

(49)

D a r i k e t i g a macam p e r l a k u a n yang t e l a h d i l a k u k a n diketahui bahwa KTK zeolit meningkat pada pemberian asam HC1 atau basa NaOH pada normalitas yang rendah. Nilai KTK yang diperoleh tidak berbeda jauh pada perlakuan tersebut, akan tetapi peningkatan normalitas larutan asam HC1 cenderung lebih menurunkan KTK dibandingkan larutan NaOH. Peningkatan KTK zeolit hasil pemanasan lebih rendah dari pada hasil pengasaman ataupun penambahan basa, karena pada pemanasan, hanya molekul-molekul air dalam rongga yang dapat dihilang- kan.

5.3.4.

Pertukaran Kation

Kation-kation yang ada dalam rongga atau saluran zeolit dapat dipertukarkan dengan kation-kation lain yang terdapat d i dalam larutan. Ion-ion ini berfungsi untuk menjaga

, kenetralan muatan. Sebagai akibat dari strukturnya yan'g

terbuka maka kation di dalam rongga zeolit dapat bergerak bebas, yang memungkinkan terjadinya pertukaran. Pertukaran ion terjadi melalui mekanisme dua arah, dimana ion yang meninggalkan kompleks pertukaran akan digantikan oleh sejum-

lah ion yang lainnya.

Uji pertukaran kation yang dilakukan yaitu melalui mekanisme pertukaran kation zeolit dengan beberapa macam

larutan yang memiliki normalitas tertentu. Tujuan dari a n a l i s i s i n i adalah: ( 1 ) m e n g e t a h u i k e m a m p u a n k a t i o n larutan dalam menggantikan kation-kation di dalam rongga a t a u saluran zeolit, ( 2 ) untuk mengetahui selektifitas zeolit yang diteliti terhadap kation-kation larutan yang

(50)

dicobakan, ( 3 ) untuk mengetahui normalitas terbaik larutan yang dapat dipergunakan dalam pertukaran kation.

Larutan pertukaran yang dipergunakan adalah NH4C1, KC1, NaC1, CaCIZ dan MgCIZ dengan normalitas masing-masing 0.1 N,

0.5 N dan 1.0 N.

Hasil penetapan basa-basa zeolit yang dapat dipertu- karkan oleh ion dari larutan NH4Cl disajikan pada Tabel Lampiran 3, 4 dan 5.

Kandungan basa-basa tertinggi yang dapat dipertukarkan oleh ion NH4 berturutan yaitu Ca > Na > K > Mg. Ca dan K tertinggi dipertukarkan pada zeolit dari Bayah, Na pada zeolit Cikalong dan Mg pada zeolit Cikembar. Hasil ini kelihatan sangat berkaitan dengan komposisi basa-basa awal dapat ditukar yang dimiliki oleh zeolit tersebut. Basa-basa dapat dipertukarkan NH~' pada zeolit tanpa perlakuan dan pemanasan relatif lebih tinggi karena bahan tersebut tidak mengalami kehilangan basa-basa pada proses aktifasi yang di- a k u k a n sebelumnya. Dari data yang d i p e r o l e h , k u a l i t a s zeolit dengan perlakuan NaOH dan pemanasan lebih baik dari p a d a d e n g a n HC1. P e n a m b a h a n N a O H m e m b e r i k a n h a s i l p e r t u k a r a n yang lebih t i n g g i t e r h a d a p k a t i o n Ca d a n Na

z e o l i t , s e d a n g k a n a k t i f a s i p e m a n a s a n m e m b e r i k a n h a s i l pertukaran yang lebih tinggi untuk kation Mg dan K. Hasil pertukaran dengan normalitas NH4C1 0.1 sampai 0.5 N lebih baik dari pada normalitas NH4C1 1.0 N.

Hasil penetapan basa-basa zeolit yang dapat dipertu- karkan oleh larutan KC1 disajikan pada Tabel Lampiran 6, 7

(51)

Konsentrasi basa-basa tertinggi yang dapat dipertukar- kan oleh larutan KC1 dengan kation-kation basa zeolit, Ca >

Na > Mg. Konsentrasi Ca dapat dapat dipertukarkan tertinggi p a d a z e o l i t Bayah, Na pada 'zeolit C i k a l o n g , s e d a n g k a n konsentrasi Mg dapat dipertukarkan pada ketiga contoh tidak menunjukkan perbedaan yang besar. Perlakuan yang diberikan sebelumnya nyata mempengaruhi jumlah basa-basa yang dapat dipertukarkan zeolit. Perlakuan NaOH 0.25 N dan pemanasan

.

sampai 2 5 5 O ~ memberikan hasil pertukaran yang tinggi untuk Ca dan Mg dibandingkan penambahan dengan HC1. Jumlah kation Mg yang dapat dipertukarkan lebih tinggi dengan perlakuan pemanasan pada ketiga contoh zeolit. Pada zeolit hasil p e r l a k u a n d e n g a n N a O H k e l i h a t a n Mg s u l i t u n t u k d a p a t dipertukarkan oleh K, ha1 ini kemungkinan karena terjadinya persaingan antara kation Na dan K di dalam rongga zeolit. Pengasaman memberikan hasil pertukaran kation Mg yang lebih tinggi dibandingkan NaOH.

Hasil penetapan basa-basa zeolit yang dipertukarkan oleh larutan NaCl disajikan pada Tabel Lampiran 9, 10 dan 11.

Hasil penetapan basa-basa zeolit dapat dipertukarkan dalam larutan NaCl menunjukkan konsentrasi Ca > K > Mg. Ca dan K dapat dipertukarkan tertinggi pada zeolit Bayah sedangkan jumlah Mg dapat dipertukarkan pada ketiga contoh zeolit ham- pir sama. Perlakuan pemanasan memberikan hasil pertukaran paling tinggi dibandingkan cara perlakuan lainnya. Pema- n a s a n p a d a s u h u 1 0 5 ~ ~ lebih baik d i b a n d i n g k a n 2 5 5 O ~ . sedangkan penambahan NaOH 0.25 N memberikan hasil pertukaran yang lebih baik dari pada HC1 0.25 N.

(52)

Hasil penetapan basa-basa zeolit dapat dipertukarkan oleh larutan CaC12 disajikan pada Tabel Lampiran 12, 13 dan

14.

Basa-basa zeolit yang dapat dipertukarkan oleh larutan CaC12 adalah Na > Mg > K. K dapat dipertukarkan zeolit C i k e m b a r lebih tinggi dibandingkan Bayah d a n Cikalong. Perlakuan penambahan NaOH memberikan hasil pertukaran kation Ca terhadap Na paling tinggi, sedangkan pemanasan relatif memberikan hasil pertukaran yang lebih baik untuk kation Mg dan K. Zeolit hasil pengasaman dari tiga contoh yang dite- liti memberikan hasil pertukaran terendah terutama terhadap kation K. Keadaan ini disebabkan oleh beberapa faktor anta- r a l a i n yaitu: (1) K relatif diikat zeolit c u k u p kuat sehingga Ca tidak dapat menggantikan posisi tersebut, (2) pH z e o l i t y a n g t e l a h diperlakukan d e n g a n c a r a p e n g a s a m a n berkisar sekitar 3, sehingga menyebabkan tingkat disosiasi CaC12 yang rendah, (3) ukuran kation Ca yang relatif besar. Hasil ini sejalan dengan penelitian yang dilakukan oleh Yucel dan Culfaz (1988) yang mempertukarkan kation zeolit dengan larutan Ca, K dan Na nitrat, K tidak dapat atau sulit dipertukarkan oleh Ca, sedangkan Ca dan Mg dapat diper- tukarkan oleh K dan Na. Pemberian normalitas CaC12 sampai 1.0 N masih dapat meningkatkan jumlah basa-basa yang dapat dipertukarkan. Hal-ha1 yang dapat diketahui dari data yang diperoleh bahwa kation divalen kurang mampu mempertukarkan kation-kation dari dalam rongga atau saluran zeolit.

(53)

Hasil penetapan basa-basa zeolit dapat dipertukarkan oleh larutan MgC12 disajikan pada Tabel Lampiran 15, 16 dan 17.

Kation basa-basa zeolit yang dapat dipertukarkan dalam larutan MgCIZ mempunyai komposisi Ca > Na > K. Jumlah kati- on Ca yang dapat dipertukarkan pada ketiga contoh tidak menunjukkan perbedaan yang terlalu tinggi pada setiap perla- kuan yang diberikan, akan tetapi zeolit yang telah diper- lakukan dengan NaOH memberikan nilai pertukaran tertinggi baik untuk C a t

K

maupun Na. Pengasaman menghasilkan nilai pertukaran terendah, ini menunjukkan bahwa pertukaran Mg lebih baik di dalam lingkungan basa dari pada masam. Pada pemberian larutan MgC12 dengan konsentrasi 0.1 N, kation Mg tidak mampu menggantikan kation K dari kompleks jerapan zeolit, sehingga tidak ada kation K dibebaskan kedalam laru- tan MgCIZ. Pada normalitas MgCIZ yang lebih tinggi proses pertukaran dapat berlangsung walaupun hasil pertukarannya sangat rendah baik pada zeolit Cikembar, Bayah maupun Cika- long.

5.3.5. Selektifitas Penyerapan Kation

Zeolit mempunyai sifat selektif terhadap kation terten- t u dan mempunyai kapasitas yang tinggi sebagai bahan penye- rap. Hal ini berkaitan dengan kemampuan zeolit yang dapat memisahkan molekul-molekul berdasarkan ukuran dan konfi- gurasi molekul.

Jika beberapa molekul atau kation dari suatu larutan memasuki sistim rongga atau saluran zeolit maka salah

(54)

satunya akan ditahan berdasarkan kepolaran atau efek inter- aksi lainnya dari molekul tersebut dengan zeolit. Perbedaan k e k u a t a n ion yang dapat diikat oleh zeolit menyebabkan selektifitasnya terhadap ion tersebut. Ion-ion dengan valensi besar diikat lebih kuat dibandingkan ion dengan valensi kecil di dalam larutan. Untuk ion-ion yang ber- valensi sama, penyerapan akan semakin kuat apabila ukuran ion yang terhidrasi semakin kecil. Pengikatan terhadap ion y a n g b e r v a l e n s i dua, u k u r a n ion m e r u p a k a n f a k t o r yang penting disamping kemampuan disosiasi garamnya.

H a s i l penetapan serapan N H ~ + pada zeolit Cikembar, Bayah dan Cikalong disajikan pada Tabel 30, 31 dan 32. Con- t o h zeolit yang dicobakan telah diaktifasikan terlebih dahulu.

Zeolit hasil perlakuan dengan NaOH, rata-rata menunjuk- kan penyerapan yang lebih tinggi dibandingkan dengan pema- nasan dan HC1. Pengaruh larutan NaOH sebagai pengaktif kelihatannya cukup besar terhadap peningkatan kemampuan penyerapan zeolit. Pengaktifan dengan larutan NaOH membe- rikan rata-rata kenaikan antara 5.03 sampai 11 persen diban- dingkan dengan pemanasan, serta 4.54 sampai 10.87 persen dibandingkan dengan pengasaman. Zeolit cukup selektif m e n y e r a p N H 4 + , h a 1 i n i d i t u n j u k k a n d e n g a n k e m a m p u a n penyerapannya yang tinggi terhadap ion tersebut. Pening- katan konsentrasi larutan NH4 yang diberikan selalu diikuti dengan peningkatan penyerapannya, kurang lebih 40 sampai 70 persen.

(55)

1 2 4

Tabel 30. Hasil Serapan N H ~ + Pada Zeolit Cikembar

Konsentrasi + Kadar N H ~ + yang Diserap (ppm)

Pemberian NH4

...

( P P ~ ) 225Oc HC1 0.25 N NaOH 0.5 N

...

Tabel 31. Hasil Serapan N H ~ + Pada Zeolit Bayah

Pemberian NH4

...

(

P P ~

) 225Oc HC1 0.25 N NaOH 0.5 N

(56)

125

Tabel 32. Hasil Serapan N H ~ + Pada Zeolit Cikalong

Pemberian NH4

...

( P P ~ ) 225Oc HC1 0.25 N NaOH 0.5 N

...

Hasil penetapan kapasitas penyerapan zeolit terhadap ion K disajikan pada Tabel 33, 34 dan 35.

Tabel 33. Serapan K pada Zeolit Cikembar

Konsentrasi + Kadar K+ yang Diserap (ppm)

Pemberian NH4

...

(57)

Tabel 34. Serapan K pada Zeolit Bayah

~ o n s e n t r a s i Kadar K+ yang Diserap (ppm) Pemberian N H ~ +

...

( P P ~ )

225Oc HC1 0.25 N NaOH 0.5 N

Tabel 35. Serapan K pada Zeolit Cikalong

Konsentrasi Kadar K' yang Diserap (ppm) Pemberian NH4

+

...

(58)

Dari data yang diperoleh diketahui bahwa selektifitas zeolit terhadap ion K+ berbeda dengan kemampuan selektifi- tasnya terhadap N H ~ + . Data ini ditunjukkan oleh kapasitas penyerapan zeolit terhadap ion K+ yang lebih rendah dibandingkan N H ~ + .

Menurut Helfferich (1962), ion NH4 di dalam rongga zeolit berasosiasi dengan struktur bangun oksigen melalui ikatan hidrogen, sehingga zeolit yang dipertukarkan dengan N H ~ + tidak mengandung kation lain di dalam struktur bangunnya. Ion H dari ion amonium tersebut langsung dapat berikatan dengan 0 baik dari ikatan Si atau Al. Sedangkan kalium tidak mempunyai pola ikatan yang demikian. Penyerapan terhadap ion K+ zeolit Bayah dan Cikembar hampir sama, sedangkan kemampuan penyerapan zeolit Cikalong paling tinggi. Perlakuan yang telah diberikan sebelumnya sangat mempengaruhi kemampuan penyerapan zeolit. Zeolit yang diperlakukan dengan NaOH memiliki kemampuan penyerapan hampir duakali lipat hasil pemanasan. Pada zeolit Cikembar yang mendapatkan perlakuan pemanasan tidak memiliki kemampuan penyerapan terhadap K t ha1 ini kemungkinan disebabkan karena komposisi kimia zeolit Cikembar yang mengandung K

cukup tinggi yang tidak dipertukarkan terlebih dahulu pada aktifasi pemanasan. Faktor yang lain adalah kemurnian zeolit Cikembar yang rendah, adanya kation-kation basa ber- valensi dua yang tinggi menyebabkan kation monovalen tidak

(59)

mampu menggantikan posisi tersebut. Pengasaman dan pembe- rian NaOH akan dapat melepaskan sebagian basa dari posisinya dalam saluran dan rongga sehingga dapat membuka permukaan p e r t u k a r a n . P e n i n g k a t a n pemberian l a r u t a n K C 1 d e n g a n konsentrasi yang lebih tinggi selalu diikuti dengan pening- katan penyerapannya, walaupun tidak setinggi pada penyerapan terhadap N H ~ + . Ini kemungkinan disebabkan karena zeolit dari daerah penelitian semuanya tergolong mengandung K yang

.

c u k u p t i n g g i , s e h i n g g a pertukarannya r e l a t i f rendah. Penyerapan terhadap K tertinggi pada zeolit Cikalong yakni s e b e s a r 52.11 persen d a r i k o n s e n t r a s i y a n g diberikan. Zeolit Cikalong dengan kandungan kation Na yang tinggi lebih mudah melepaskan Na-nya, sedangkan kandungan K yang tinggi pada zeolit Bayah dan Cikembar akan menyebabkan sulitnya terjadi pertukaran kation.

Hasil penelitian terhadap sifat pertukaran dan kemam- puan penyerapan zeolit terhadap kation yang dicobakan d i dalam penelitian ini menunjukkan, bahwa perlakuan perlu dilakukan untuk meningkatkan kemampuan zeolit sebagai bahan penukar atau penyerap ion.

Zeolit yang telah diberikan perlakuan, sedikit mengala- mi perubahan komposisi kimia. Pemanasan yang tinggi sampai

7 0 5 ~ ~ akan mengakibatkan kandungan basa-basa dapat diper- tukarkan terutama Ca dan Mg turun dibandingkan K dan Na, sedangkan pemanasan pada suhu 2 5 5 O ~ , kandungan basa-basa