Amobilisasi Kation Logam Berat Cr 3+ pada Geopolimer Berbahan Baku Abu Layang PT. IPMOMI

(1)

Amobilisasi Kation Logam Berat Cr

3+

pada Geopolimer Berbahan Baku

Abu Layang PT. IPMOMI

Oleh : Anif Fatmawati

NRP : 1410 100 076

Pembimbing : Hamzah Fansuri, M.Si., Ph.D

Senin, 11 Agustus 2014

Jurusan Kimia

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

(2)

GEOPOLIMER

(Davidovits, 1978) Bahan baku dari limbah Metakaolin (lebih reaktif)

Abu layang, melimpah di Indonesia, limbah B3 Kandungan silika

alumina kristal dan amorf yang perlu diaktivasi

(3)

SIFAT dan KEGUNAAN

GEOPOLIMER

Material

Konstruksi

pengganti

semen

Amobilisasi

bahan

SiO

₂

/Al

₂

O

₃

3,3-4,5

M

₂

O/SiO

₂

0,2-0,48

M

₂

O/Al

₂

O

₃

0,8-1,6

H

₂

O/M

₂

O 10-25

Dipengaruhi: -Rasio Si/Al -konsentrasi larutan alkali (MOH) -kandungan air Keunggulan dari semen portland

Setting time lebih cepat

Tahan panas >1400 º C (perera

dkk., 2006).

Tahan asam dan larutan garam (Frantisek dkk., 2005).

Kekuatan mekanik besar, kuat tekan >100 MPa (Alfiah, 2008

PEMANFAATAN

(4)

LOGAM BERAT

Limbah kromium

Cr(VI) toksik dan banyak

dilingkungan

Cr(III) tidak toksik dan jarang

dilingkungan, membentuk

endapan Cr(OH)3

yang tidak larut. Industri electroplating Penyamakan Pabrik inhibitor korosi, dll.

Sulit diamobilisasi karena menghambat geopolimer (Palomo dan palacio, 2003) Teramobilisasi dengan

baik (Zhang dkk., 2008)

Limbah logam berat

(5)

Amobilisasi Logam Berat Dalam

Geopolimer

Mekanisme

Mengikat logam berat dalam

matriks sehingga lebih stabil

(Zheng dkk., 2010)

Mempengaruhi :

mikrostruktur, kekuatan,

dan ketahanan Geopolimer

1. Masuk kedalam

struktur

2. Penyeimbang

muatan

3. Ter-enkapsulasi

secara fisik

Dipengaruhi :

-Konsentrasi MOH

-Ukuran dan valensi kation

-distribusi ukuran pori

geopolimer

Laju pelepasan (leaching rate) dialam

(6)

Penelitian Sebelumnya

Geopolimer dari Abu layang

Cilacap untuk amobilisasi Cd

2+

dan Pb

2+

Ion logam berat ter-enkapsulasi

Kekuatan amobilisasi Pb

2+

_>Cd

2+

Kuat tekan geopolimer-Cd >

geopolimer-Pb yaitu 15 MPa

Geopolimer dengan variasi NaOH dari Abu layang IPMOMI untuk

mengamobilisasi Cd2+

(Warih, 2009)

(Stiasari, 2011)

Ion Cd2+_{teramobilisasi dengan}

kefektifan 79,09 - 96,25% Kekuatan 49,35 MPa

(7)

Komposisi optimal geopolimer dari abu

layang IPMOMI Efek penambahan Cr3+ berbagai konsentrasi Ketahanan leaching, kekuatan dan mikrostruktur geopolimer Amobilisasi Cr3+

TUJUAN

(8)

METODOLOGI

PENELITIAN

(9)

METODOLOGI

Pendahuluan

Amobilisasi Cr

3+

Preparasi Bahan

-Pengayakan dan

pengeringan abu layang -Pembuatan larutan

pengaktif (NaOH dan Waterglass)

Optimasi kuat tekan geopolimer dengan variasi NaOH

Karakterisasi SEM dan XRD pada geopolimer variasi NaOH Penambahan ion Cr3+_berbagai konsentrasi dalam campuran geopolimer

Uji kuat tekan Uji leaching Cr3+ pada geopolimer Karakterisasi SEM-EDX 6,5 jam dalam larutan asam asetat 0,1M Mendapatkan Na₂O/SiO₂ dan Na₂O/Al₂O₃ teroptimal

(10)

Peralatan

Bahan

• Peralatan dari plastik

(gelas, pengaduk, pipet,

sendok)

• Mixer, ayakan 120mesh,

neraca analitik, cetakan

PVC silinder

(2,7cm:5,4cm)

• Alat uji kuat tekan

(Universal testing

machine), XRD, ICP-OES,

SEM-EDX

• Abu layang IPMOMI

• Aqua DM

• NaOH

• Waterglass

• Al(OH)

3

• Cr(NO

3

)

3

.9H

2

O

• Asam asetat glasial

Pada pH tinggi silika pada peralatan gelas

(11)

Pembuatan Geopolimer

Larutan Pengaktif Larutan NaOH Waterglass Abu layang

-dicampur menggunakan

mixer 30 detik

-ditambahkan larutan

Al(OH)

3

- diaduk kembali 2 ,5

menit

- dicetak

- didiamkan 24 jam

- di panaskan 55ºC 24

jam

Ditambahk an larutan Cr(NO₃)₃ Diaduk kembali 1-2 menit Didiamkan 20 menit

(12)

VARIASI KOMPOSISI GEOPOLIMER

Geopolimer variasi NaOH

Nama Sampel (g) Abu layang (g) Water glass (g) NaOH (g) Al(OH)(g) 3 Aqua DM (g) Na-10 260 80 20 3,4 77,6 Na-12 260 80 24 3,4 78,6 Na-14 260 80 28 3,4 80,0 Na-16 260 80 32 3,4 81,0 Na-18 260 80 36 3,4 82,0 Penambahan kation Cr3+ Sampel ppm Cr (mg Cr/Kg abu layang) Berat Cr(NO₃)₃ 9H₂O (g) Cr-857,5 857,5 1.7 Cr-1715 1715 3.4 Cr-2000 2000 4,0 Cr-3430 3430 6.9 Cr-6860 6860 13.7 Cr-13720 13720 27.4 Cr-16000 16000 32,0

(13)

HASIL DAN

(14)

1. Hasil Analisa Uji Kuat tekan

Geopolimer variasi NaOH

Nama

sampel SiONa22O/

Na2O/

Al2O3

Kuat tekan (MPa)

7 hari 28 hari Na-10 _0,69 _4,44 _24,44 _31,42 Na-12 _0,63 _4,05 _24,44 _38,41 Na-14 _0,65 _4,18 _33,17 _48,88 Na-16 _0,67 _4,31 _19,20 _28,80 Na-18 _0,71 _4,58 _9,89 _30,55 0 10 20 30 40 50 60 0.62 0.64 0.66 0.68 0.7 0.72 K ua t T ek an (MP a) Rasio Na2O/SiO2 28 hari 7 hari Kristal Na₂CO₃ Kristal Na₂CO₃

Sebagian NaOH berlebih keluar dari sistem Semakin tinggi NaOH, semakin tinggi kuat tekan sampai batas kadar tertentu

Geopolimerisasi terus berjalan sehingga kuat tekan

(15)

2. Hasil analisa XRD

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2θ (o₎ In ten sitas cps Na-12 Abu layang Na-18 Na-14

Hump Abu layang

-gundukan (hump) pada 2θ=26º sampai 38º.

- quartz/kuarsa 2θ= 26,67º; 20,89 º; 34,49 º; 42,96 º; 50,12 º.

-mullite 2θ=33,40 º dan 35,45 º. Geopolimer

-Peningkatan hump pada 2θ=26º sampai 38º.

- penurunan intensitas mullite 35,45º dan 42,89º Q Q Q _Q M M

Sumber radiasi CuKα

Terjadi pelarutan silika alumina amorf dan kristal mullite

membentuk fasa geopolimer yang amorf.

(16)

3. Hasil Analisa SEM Geopolimer

variasi NaOH

Na-10 Na-12 Na-14

Semakin banyak NaOH, semakin banyak (granule) abu layang terlarut,

struktur semakin kompak

(17)

Komposisi optimal geopolimer dari abu

layang IPMOMI untuk mengamobilisasi

ion Cr

3+

_{(yaitu Na-14):}

Na

₂

O/SiO

₂

=

0,65

Na

₂

O/Al

₂

O

₃

=

4,85

SiO

₂

/Al

₂

O

₃

=6,46

(18)

4. Hasil Uji Kuat Tekan

Geopolimer-Cr

3+

Nama

Sampel

mg Cr/Kg

abu layang

Kuat tekan

7 hari

(MPa)

Na-14

0 33,17

Cr-857,5

857,5

28.95 Cr-1715

1715

28.95 Cr-2000

2000

28.95 Cr-3430

3430

32.90 Cr-6860

6860

47.38 Cr-13720

13720

5.26 Cr-16000

16000

4,39

Hambatan setting geopolimer

akibat ion NO

3-Enkapsulasi ion Cr3+ _yang

berfungsi sebagai filler

pengentalan pasta geopolimer, mobilitas ion berkurang

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 5000 10000 15000 20000

(19)

6. Perubahan Mikrostruktur

Geopolimer-Cr

3+

Na-14 Cr-857,5 Cr-3430 Cr-13720

Ion Cr3+ _{mengisi pori}

akibat proses enkapsulasi , meningkatkan kekompakan matriks

(Cr-3430)

Abu layang yang tidak bereaksi lebih banyak

(Cr-857,5)

Akibat mengentalnya pasta geopolimer, abu

layang banyak yang tidak terlarut,

mengurangi

kekompakan matriks (Cr-13720)

(20)

5. Hasil analisa ICP-OES pada

kandungan Cr

3+

dalam larutan hasil

leaching

Nama Sampel Mg Cr/ Kg abu layang Mol Cr/Kg geopolimer (10-4₎ Cr terleaching (ppm) % terleaching Cr-857,5 857,5 4,92 - 0 Cr-3430 3430 19,46 - 0 Cr-6860 6860 38,35 - 0 Cr-13720 13720 74,50 - 0 Dalam asam asetat 0,1M selama 6,5 jam.

Tidak ada ion Cr3+_terleaching

ion Cr3+ terikat kuat dalam matriks

(21)

8. Hasil Analisa Sebaran Cr

3+

dalam Geopolimer

Cr-857,5 Cr-3430

Tepi Tengah Tepi Tengah

Sebelum leaching Setelah leaching

Distribusi ion Cr3+_dalam

geopolimer sebelum dan setelah leaching tetap

(22)

9. Hasil Analisa Sebaran Cr

3+

_dalam

Geopolimer

Foto SEM-EDX Geopolimer Cr-13720 Sebelum leaching

Setelah leaching

(23)

7. Hasil analisis Distribusi Cr

3+

_dalam

Geopolimer

Spektrum EDX Sampel Geopolimer-Cr3+

Sebelum leaching

Setelah leaching

(24)

KESIMPULAN

Geopolimer abu layang

IPMOMI dapat

mengamobilisasi ion Cr

3+ Komposisi Geopolimer varasi NaOHoptimal Na₂O/SiO₂ 0,65 Na₂O/Al₂O₃ 4,18

kuat tekan Max. 33,17 MPa (7 hari) 48,88 Mpa (28 hari) Melalui penambahan larutan Cr3+_ke dalam pasta geopolimer sebelum dicetak. Terjadi peningkatan Kuat tekan sampai

pada kadar ion Cr3+

6860 mg/Kg abu layang

Tidak ada ion Cr3+

terleaching pada kadar

penambahan Cr3+_yang

dipelajari.

(kemampuan

amobilisasi Cr3+ _baik) Ion Cr3+_{ter-enkapsulasi}

dalam matriks dan menjadi filler sehingga

struktur semakin kompak

(25)

(26)

Perbedaan reaksi semen

dan geopolimer

(27)

Kegunaan geopolimer

berdasar rasio Si/Al

(28)

Geopolimerisasi

Pembentukan monomer Polikondensasi menjadi O-_O-_O-_O-_O-_O | | | | | | -_{O—Si—O—Si—O—Si—O—Al—O—Si—O—Al—O} | | | | | | O-_O-_O-_O-_O-_O

(29)

(30)

-Komponen Massa(%) Komponen Massa(%) Al₂O₃ 7 NiO 0,04 SiO₂ 14 CuO 0,13 SiO₃ 1,0 ZnO 0,13 K₂O 1,72 Br 0,00 CaO 26,6 Rb₂O 0,045 TiO₂ 1,6 SrO 0,29 V2O5 0,04 ZrO2 0,11 Cr₂O₃ 0,04 BaO 0,55 MnO 0,47 HgO 0,06 Fe₂O₃ 44,75 - -