BAB II
KAJIAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Zeolit
Sejarah perkembangan zeolit dimulai dari penemuan seorang ahli mineral dari Swedia bernama Cronstedt pada tahun 1756, dia menyebutkan zeolit adalah mineral yang terdiri dari kristal alumino silikat terhidrasi yang mengandung kation alkali dan alkali tanah. Zeolit berasal dari dua kata Yunanai ‘zeo’ dan ‘lithos’ artinya dipanaskan dan batu. Zeolit merupakan produk gunung berapi yang membeku menjadi batuan vulkanik, sedimen – sedimen, dan batuan metamorfosa yang selanjutnya melalui proses pelapukan akibat pengaruh panas dan dingin yang terjadi didalam tanah membentuk mineral-mineral zeolit . Zeolit memiliki sifat microporous, yang memungkinkan molekul hidrokarbon masuk kedalam kristal zeolit. Sifat penukar ion yang dimiliki, memungkinkan terjadinya pertukaran ion dan dengan meningkatkan keasaman zeolit bisa digunakan untuk bahan katalis organik (Bekkum dkk.,1991).
Zeolit dapat digunakan sebagai penjerap , karena merupakan polimer anorganik yang tersusun dari satuan berulang berupa tetrahedral SiO4 dan AlO4. Ikatan tetrahedral terbentuk dengan pemakaian bersama satu atom oksigen oleh dua tetrahedral, sehingga setiap tetrahedral akan berikatan dengan empat tetrahedral lain. Polimer yang terbentuk merupakan jaringan tetrahedral tiga dimensi berupa kristal-kristal, didalamnya terdapat saluran-saluran pori dan rongga-rongga berisi air dan kation yang dapat dipertukarkan dengan ukuran
tertentu. Untuk menggambarkan hubungan antara komposisi kimia dan strukturnya, rumus empiris zeolit alam dapat ditulis sebagai berikut :
x/n Mn+[(AlO
2)x(SiO2)y]⋅zH2O. Dimana M adalah kation alkali/ alkali tanah, n adalah valensi logam alkali, x dan y adalah jumlah tetrahedron perunit sel, dan z adalah jumlah molekul air perunit sel (Kahar, 2007).
Zeolit mempunyai daya menjerap molekul yang berbeda-beda secara selektif. Keselektifan itu diakibatkan oleh perbedaan struktur dan komposisi kimia masing-masing jenis zeolit (Ginting dkk., 2007).
Tabel 2.1
Komposisi kimia zeolit Bayah, Tasikmalaya, dan Lampung (Ginting dkk., 2007).
Perbedaan pada komposisi jumlah Si dan Al pada zeolit membuat terjadinya perbedaan pada kemampuan penjerapan masing – masing zeolit. Semakin besar nilai rasio Si/Al pada zeolit maka kemampuan penjerapannya akan semakin besar. Zeolit yang cocok dimanfaatkan sebagai penjerap adalah zeolit dengan ratio Si/Al yang tinggi yaitu 10-100 ( Rini dan Anthonius, 2010 ). Karena perbedaan struktur dan komposisi kimia zeolit, maka zeolit banyak dimanfaatkan sebagai :
a. Penyaring ion, molekul atau sebagai katalis.
Zeolit dapat menyaring ion, molekul, maupun atom karena mempunyai saluran (channel) dan rongga (cavity) dalam struktur zeolit bila oxygen window dari saluran atau rongga lebih kecil dari ion, molekul, atau atom. Zeolit mempunyai pori sehingga juga dapat digunakan sebagai katalis untuk mempercepat reaksi dalam proses kimia.
b. Bahan penjerap.
Bila zeolit dipanaskan pada suhu tinggi maka akan terjadi dehidrasi, penguapan yang dikandungnya sehingga menyebabkan zeolit akan selektif dalam menjerap molekul-molekul seperti He, N2, O2, CO2, SO2, Ar, dan Kr. Proses penjerapan molekul oleh zeolit terjadi karena strukturnya juga mempunyai polaritas yang tinggi. Penjerapan suatu zat pada permukaan penjerap seperti zeolit tergantung pada beberapa faktor dan memiliki pola isotherm penjerapan tertentu. Untuk proses penjerapan yang terjadi pada larutan, jumlah zat yang terjerap tergantung pada (Suardana, 2008) :
1. Jenis penjerap
2. Jenis zat yang terjerap 3. Luas permukaan penjerap 4. Konsentrasi zat terlarut 5.Temperatur
c. Penukar ion.
Pertukaran ion pada dasarnya terjadi dalam suatu cairan yang mengandung anion, kation, dan molekul air dimana salah satu atau sebagian ion yang
k =Ae (-Ea/RT) (1)
terikat pada matriks mikropori berfase padat. Molekul air dapat berada dalam mikropori bersama ion (kation, anion) dengan muatan yang berlawanan dengan ion matriks sehingga terjadi kesetimbangan muatan untuk mencapai kedaan netral, sehingga ion yang berada dalam cairan dapat bergerak bebas di dalam matriks mikropori. Karena zeolit mengandung kation alkali atau alkali tanah dengan rumus empiris x/n Mn+[(AlO2)x(SiO2)y]⋅zH2O, komponen pertama Mn+ sebagai sumber kation yang dapat bergerak bebas dan dapat dipertukarkan secara sebagian atau secara sempurna oleh kation lain. Untuk mempercepat laju reaksi pertukaran ion maka salah satu cara yang dilakukan adalah menaikkan suhu reaksi yang mana akan mengakibatkan bertambahnya energi kinetik molekul – molekul pereaksi sehingga energi kinetiknya melebihi harga energi aktivasi. Energi aktivasi adalah energi kinetik minimum yang harus dimiliki molekul pereaksi agar tumbukan antar molekul menghasilkan zat hasil reaksi. Kenaikan suhu reaksi menyebabkan nilai energi aktivasi (Ea) menjadi turun dinyatakan dengan rumus Arrhenius (Baker dan Ghanem , 2009):
Dimana k adalah tetapan kecepatan reaksi ( g/min ), R adalah tetapan gas (8,314J/molK), A adalah faktor frekuensi , Ea adalah energi aktivasi ( kJ/mol), T adalah suhu dalam Kelvin ( K ).Sedangkan besar laju reaksi
berbanding lurus dengan kenaikan suhu dapat dirumuskan dengan (Justiana dan Muchtaridi, 2010):
v pada T2 = (n) . v pada T1 (2) Dimana:
n = kelipatan cepatnya laju reaksi T = kenaikan suhu ( °C )
v = laju reaksi ( M/dt )
Menurut proses pembentukannya zeolit dapat digolongkan menjadi zeolit alam dan zeolit sintetis. Zeolit alam adalah mineral yang terbentuk dari batuan gunung berapi . Sedangkan zeolit sintetis adalah zeolit hasil rekayasa manusia yang mana pertama kali dibuat oleh Barrer tahun 1940 untuk pengeringan gas refrigran dan gas alam ( Bekkum dkk.,1991). Zeolit memiliki sifat – sifat yang unik antara lain (Ribeiro dkk., 1995): 1. Memiliki struktur porositas mikro (microporous) yang unik, sehingga
memiliki sifat molecular sieving yang baik, sehingga banyak digunakan sebagai katalis.
2. Struktur yang bervariasi, mulai dari dengan porositas rendah, sampai dengan yang memiliki porositas yang tinggi, sehingga cukup untuk memproses molekul yang berat.
3. Kemungkinan untuk kontrol dengan cara yang bervariasi, tidak hanya geometri, tetapi juga komposisinya.
T2- T1 T
4. Kemampuan zeolit sebagai media penjerap, media lain yang memiliki sifat katalis,seperti ion logam, gugus logam kecil atau transisi logam kompleks.
2.2 Pengolahan Zeolit
Zeolit merupakan bahan mineral yang langsung dapat dimanfaatkan, namun untuk memperoleh zeolit dengan kemampuan daya jerap, daya tukar ion,
dan daya katalis yang tinggi diperlukan beberapa pengolahan antara lain (Supriyono dan Pujiastuty, 2003):
1. Preparasi.
Tahap ini bertujuan untuk memperoleh ukuran produk yang sesuai dengan
tujuan penggunaan. Preparasi ini terdiri dari tahap peremukan (crushing), sampai penggerusan (grinding) . Proses preparasi diperlukan
untuk mendapatkan zeolit dengan ukuran tertentu. Pemecahan yang dilakukan dengan peremukan ( crushing ) akan menghasilkan berbagai ukuran.
2. Aktifasi
Proses ini bertujuan untuk meningkatkan sifat-sifat khusus zeolit dengan cara menghilangkan unsur-unsur pengotor dan menguapkan air yang terperangkap dalam pori-pori kristal zeolit. Aktifasi zeolit dilakukan untuk menaikkan daya jerap dan daya tukar ionnya. Aktifasi yang dikenakan pada zeolit dapat berupa aktifasi secara fisik maupun aktifasi kimia. Aktifasi secara fisik berupa pemanasan. Proses pemanasan ini bertujuan
untuk menguapkan air yang terperangkap dalam pori-pori kristal zeolit, sehingga luas permukaan pori-pori bertambah dan akan menigkatkan porositasnya. Aktifasi secara kimia dilakukan dengan cara perendaman atau pengadukan zeolit ke dalam suatu larutan asam (H2SO4, HCl) yang bertujuan untuk membersihkan permukaan pori, membuang senyawa pengotor, dan mengatur kembali letak atom yang dapat dipertukarkan. Senyawa pengotor biasanya berupa logam alkali tanah (K, Ca) dan Fe. Adapun proses terikatnya logam pengotor pada larutan asam (H2SO4) dapat terjadi karena adanya ikatan ion positif logam pengotor dengan ion negatif atom aksigen yang kemudian melepaskan gas hidrogen. Adapun mekanisme reaksinya sebagai berikut :
Fe + H2SO4 FeSO4 + H2
Dengan terikatnya logam pengotor menyebabkan permukaan lubang pori pada zeolit menjadi bersih sehingga memugkinkan terjadinya proses penjerapan pada pori zeolit. Pada proses penjerapan, ion pusat silika (Si4+) mempunyai afinitas yang kuat terhadap elektron (mudah menangkap elektron). Atom oksigen pada permukaan silika bebas bereaksi dengan air membentuk grup silanol (SiOH).
SiO2 + 2H2O Si(OH)4
Setelah membentuk grup silanol mekanisme selanjutnya adalah penjerapan ion Cr terhadap silanol pada zeolit. Adanya proses penjerapan ion logam Cr oleh zeolit disertai dengan pelepasan ion H+ karena proses penjerapan
terjadi dengan perinsip pertukaran ion. Mekanisme reaksinya adalah sebagai berikut (Setiaka dkk.,2011):
Si(OH)4 + 2Cr Si(OCr)2 + 2H+
2.3 Penggunaan Zeolit
Ada empat fungsi utama dari pengguanan zeolit antara lain (Bekkum dkk.,1995):
1. Sebagai media penjerap.
Ini termasuk penggunaan sebagai media pengering pada proses pemurnian gas, sebagai separator dalam proses pemisahan n-parrafins dari branched
paraffins, p-xylene dari isomer (Ackley dkk.,2002).
2. Sebagai katalis.
Pada industri, penggunaan katalis dipakai pada proses pemurnian bahan bakar, pembuatan bahan bakar sintetik, dan produksi bahan bakar kimia. 3. Sebagai detergent
Penggunaan zeolit sebagai campuran bahan baku sabun sudah dipakai luas di pasaran . Zeolit dalam hal ini dipakai sebagai pengganti phospat.
4. Penggunaan yang lainnya
Zeolit juga dipakai untuk bermacam-macam hal seperti pada proses pengolahan limbah air (Jamil dkk.,2010),pengolahan limbah nuklir (Dyer dan Jamous,1994), makan tambahan pada makanan ternak (Siagian dkk.,2004), dan sebagai pembenah tanah untuk lahan pertanian.
2.4 Elektroplating Krom
Pelapisan logam secara listrik (elektroplating) adalah proses pelapisan dimana terjadi pengendapan suatu lapisan logam tipis pada permukaan yang dilapisi dengan menggunakan arus listrik. Larutan untuk pelapisan krom terutama terdiri dari Asam Chromic(CrO3) ditambahkan sejumlah kecil anion dari senyawa sulfat atau fluoride compleks, dimana senyawa utama didalam larutan adalah Asam Chromic(CrO3) yang diencerkan dalam larutan kental H2CrO4 dan beberapa asam lain. Namun untuk dapat diendapkan dalam air, didalam larutan tersebut harus ada zat tambahan yang berfungsi sebagai katalis yang memungkinkan terjadinya pengendapan logam krom pada katoda. Zat tambahan tersebut umumnya adalah sulfat dan flourida dalam bentuk Fluosilikat atau Silicofluorida (SiF6). Sedangkan untuk temperatur pelapisan logam krom antara 32°C hingga 50°C dengan rapat arus sebesar 1430A/m2 dan tegangan arus 4 sampai 12 Volt (Alian ,2010).
2.5 Standar Baku Air
Air sebagai sumber daya alam yang harus dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan hajat hidup orang banyak, maka perlu dipelihara kwalitasnya agar tetap bermanfaat bagi manusia dan mahluk hidup lainnya. Untuk menjamin dan terpelihara kwalitas air tersebut , maka perlu pengendalian terhadap buangan limbah cair hasil kegiatan setiap industri khususnya industri yang berpotensi menghasilkan limbah yang berbahaya termasuk industri pelapisan logam. Sedangkan untuk standar kandungan logam krom yang terdapat pada air yang
diijinkan pemerintah sesuai Peraturan Pemerintah RI No. 20 Tahun 1990, tanggal 5Juni 1990 adalah 0,05 mg/lt ( Warlina,2004).
Tabel 2.2
Daftar Kriteria Kualitas Air Golongan B ( Air yang dapat digunakan sebagai air baku air minum ) Peraturan Pemerintah RI No. 20 Tahun 1990
