1 SINTESIS ZEOLIT A DARI ABU LAYANG CANGKANG KELAPA SAWIT DENGAN METODE ALKALI FUSI HIDROTERMAL DAN UJI
ADSORPTIVITAS TERHADAP ION TIMBAL(II)
Elias Saputra1*, Emrizal Mahidin Tamboesai2, Halida Sophia3
1Mahasiswa Program S1 Kimia
2,3Dosen Bidang Kimia Anorganik Jurusan Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Riau Kampus Bina Widya, Pekanbaru, 28293, Indonesia
*[email protected] ABSTRACT
The aim of this study was to determine the characteristics of the synthesized zeolite A with variations in hydrothermal time and to determine the ability of the synthesized zeolite A to adsorb lead(II) ions. The synthesis of zeolite A was carried out using the alkaline hydrothermal fusion method with a Si/Al ratio of 1.25 and a variation of the hydrothermal time used for 4; 6 and 8 hours. The synthesized zeolite A was applied to adsorb lead(II) ions with several variations of adsorbent doses. Zeolite characterization was carried out by FTIR analysis. FTIR analysis to determine the functional groups of zeolite. The concentration of lead(II) ions was analyzed with an AAS instrument. The results of the FTIR analysis showed that all the synthesized zeolite products had O-Si-O groups, T-O strain asymmetry and double rings. The AAS results obtained the optimum adsorbent dose of the synthesized zeolite used to adsorb lead(II) ions at a dose of 0.2 gram with an adsorption capacity and adsorption efficiency of 22.9025 mg/g and 96.38%, respectively. Based on these results, it was concluded that zeolite A synthesized from oil palm shell fly ash has the potential as an adsorbent in adsorbing lead(II) ions.
Keywords: fly ash, hydrothermal, lead(II) ions, zeolite.
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik zeolit A hasil sintesis dengan variasi waktu hidrotermal dan untuk mengetahui kemampuan zeolit A hasil sintesis dalam menjerap ion timbal(II). Sintesis zeolit A dilakukan dengan menggunakan metode alkali fusi hidrotermal rasio Si/Al 1,25 dan variasi waktu hidrotermal yang digunakan selama 4; 6 dan 8 jam. Zeolit A hasil sintesis diaplikasikan untuk menjerap ion timbal(II) dengan beberapa variasi dosis adsorben. Karakterisasi zeolit dilakukan dengan analisis FTIR. Analisis FTIR untuk mengetahui gugus fungsi zeolit. Konsentrasi ion timbal(II) dianalisis dengan instrumen AAS. Hasil analisis FTIR menunjukkan semua hasil sintesis zeolit memiliki gugus O-Si-O, regangan asimetri T-O dan cincin
2 ganda. Hasil AAS diperoleh dosis adsorben optimum zeolit hasil sintesis yang digunakan dalam menjerap ion timbal(II) yaitu pada dosis 0,2 gram dengan kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi berturut-turut sebesar 22,9025 mg/g dan 96,38%.
Berdasarkan hasil tersebut, disimpulkan bahwa zeolit A hasil sintesis dari abu layang cangkang kelapa sawit berpotensi sebagai adsorben dalam menjerap ion timbal(II).
Kata kunci: abu layang, hidrotermal, ion timbal(II), zeolit.
PENDAHULUAN
Abu layang merupakan limbah yang dihasilkan sekitar 80% dari pembakaran batubara. (Jumaeri, et al., 2009).
Pemanfaatan abu layang telah banyak dilakukan, seperti bahan campuran pembuatan batako, bahan campuran atau pengganti semen pada pembuatan roster serta dapat digunakan sebagai adsorben.
Namun, abu layang cangkang kelapa sawit belum banyak pengolahannya dan pemanfaatannya. Menurut Zahrina (2007), kadar silika pada abu sawit dari sisa pembakaran sabut dan cangkang asal provinsi Riau berkadar 61,3 % dan 76,2 % berat untuk masing-masingnya.
Kandungan silika dan alumina yang tinggi menjadikan abu layang berpotensi sebagai bahan baku dalam pembuatan zeolit sintesis. Beberapa jenis zeolit dapat disintesis dari abu layang seperti zeolit X, ZSM-5, zeolit Na-PI, zeolit A dan zeolit Y (Lestari, 2013).
Zeolit merupakan senyawa yang tersusun antara alumina dan silika yang berbentuk tetrahedral. Pori-pori yang dimiliki oleh zeolit mempunyai luas permukaan yang besar. Oleh karena itu, zeolit dapat menyerap sejumlah besar molekul yang berukuran kecil ataupun molekul dengan ukuran yang sama dengan pori zeolit tersebut. Hal ini pula
yang menyebabkan zeolit luas pemanfaatannya sebagai adsorben, penukar ion, dan sebagai katalis. Oleh karena itu, zeolit dapat dibuat untuk keperluan alternatif pengolahan limbah (Lestari, 2010). Salah satu zeolit sintesis yang banyak dikembangkan adalah zeolit A. yang bisa digunakan sebagai adsorben mampu mengadsorbsi Pb, Cu, Ni dan juga Zn(II) (Yani et al., 2013).
Timbal salah satu logam pencemar utama saat ini di lingkungan. Hal ini bisa terjadi karena sumber utama pencemaran timbal adalah dari emisi gas buang kendaraan bermotor maupun industri yang pada proses produksinya menggunakan timbal. Adanya timbal pada komponen lingkungan yaitu air, tanah dan udara memungkinkan pencemaran menjadi lebih luas (Rismang et al., 2017). Penurunan logam berat dapat dilakukan dengan metode adsorbsi menggunakan zeolit (Pratama et al., 2018). Adsorpsi adalah sebuah proses yang terjadi ketika molekul dari zat cair atau gas terakumulasi pada suatu permukaan padatan/cairan, sehingga membentuk suatu lapisan tipis yang terbentuk dari molekul-molekul atau atom. Salah satu adsroben yang paling potensial adalah zeolit.
Pembuatan zeolit sintesis pada penelitian ini mengacu pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Andarini (2018), dimana dilakukan sintesis zeolit A dari abu terbang batu
3 bara dengan variasi rasio molar Si/Al
yaitu 0,90; 1,00; 1,05; dan 1,24 dengan metode peleburan alkali hidrotermal.
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, diperoleh Kristalinitas tertinggi zeolit A pada penelitian ini yaitu pada rasio molar Si/Al (1,1) = 1,24 dengan kristalinitas sebesar 96,80 %.
Sedangkan waktu kristalisasi pada penelitian ini mengacu pada penelitian Liu et.al (2019), diperoleh zeolit A murni pada waktu kristalisasi 6 jam dengan kristalinitas maksimum sebesar 97,9 %.
Uji adsorpsi zeolit sintetis dari abu layang cangkang kelapa terhadap ion timbal pada penelitian ini mengacu pada penelitian yang dilakukan oleh Pratama et al., (2018), telah mensintesis zeolit dari batu padas sebagai adsorben ion logam timbal. Penelitian yang dilakukan oleh Pratama et al., (2018), dilakukan untuk mensintesis zeolit X. Zeolit X sintetis kemudian digunakan untuk adsorpsi Pb(II) dengan variasi parameter yaitu waktu kontak, massa adsorben, dan konsentrasi adsorbat. Variasi dosis adsorben yang digunakan yaitu sebanyak 0,125; 0,25; 0,5; 0,75; 1; 1,25; 1,5; dan 1,75 gram. Penelitian tersebut diperoleh hasill adsorben terbaik sebanyak 1,75 gram, dengan nilai efisiensi adsorpsi yang diperoleh yaitu sebesar 97,41%.
Dosis adsorben merupakan faktor penting yang dapat mempengaruhi adsorpsi. Meningkatnya dosis adsorben yang digunakan maka daya jerap arang aktif yang dihasilkan juga semakin besar.
Berdasarkan hal-hal yang telah dijelaskan sebelumnya, maka pada penelitian ini dilakukan sintesis zeolit A dari abu layang cangkang kelapa sawit
dengan rasio molar Si/Al yaitu 1,25 dan variasi waktu hdrotermal menggunakan metode hidrotermal serta uji adsorptivitas nya terhadap logam timbal (Pb).
METODE PENELITIAN a. Alat dan bahan
Adapun alat yang digunakan dalam penelitian in antara lain adalah ayakan 200 mesh, lumpang dan alu, furnace (VulcanTM seri A-130), oven (Memmert), hotplate (Rexim RDH-IDRAS one), botol polipropilena, timbangan digital (Mettler AE 200), FTIR, AAS dan seperangkat alat gelas lainnya sesuai prosedur kerja.
Adapun bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah abu layang cangkang kelapa sawit, NaOH (Natrium hidroksida), Al(OH)3 (Aluminium Hidroksida), aqua demineralized (akua DM), timbal (II) nitrat (Pb(NO3)2), tisu, aluminium foil dan kertas saring Whattman No.42.
b. Preparasi abu layang (fly ash) Sampel abu layang yang digunakan pada penelitian ini diambil dari PT. Adi Mulya Agro Lestari yang berlokasi di Taluk Kuantan, Riau. Sampel di gerus menggunakan lumpang dan alu hingga galus. Kemudian sampel diayak menggunakan ayakan 200 mesh. Sampel yang digunakan yaitu sampel yang lolos ayakan 200 mesh. Hasil ayakan lalu dikalsinasi pada suhu 600˚C selama 4 jam. Lalu didinginkan dalam desikator untuk disimpan kedalam wadah.
4 c. Alkali Fusi
Abu layang yang telah dipreparasi diambil sebanyak 6 gram dan dicampurkan dengan NaOH dengan perbandingan 1,5 (NaOH 9 gram). Lalu campuran dipanaskan kedalam furnace pada suhu 550˚C selama 40 menit. Hasil campuran kemudian didinginkan,digerus dan dibuat suspensi dengan penambahan Akua DM 12mL/gram abu layang.
Campuran lalu diaduk dengan kecepatan 300 rpm selama 2 jam. Campuran kemudian disaring menggunakan kertas saring hingga didapatkan supernatan yaitu Natrium silikat. Lalu dibuat slurry dengan rasio molar Si/Al 1,25 dengan penambahan Natrium alumina. Sumber Al yang digunakan yaitu Al(OH)3 dan direaksikan dengan NaOH 5 M.
d. Pembuatan larutan natrium aluminat
Natrium aluminat dibuat dengan cara memasukkan Aluminium hidroksida (Al(OH)3) sedikit demi sedikit kedalam larutan NaOH 5M 25 mL pada suhu 100˚C secara perlahan dan diaduk selama 20 menit dengan menggunakan magnetic stirrer.
e. Sintesis zeolit
Slurry yang telah dibuat dengan rasio Si/Al pada prosedur sebelumya, lalu dihidrotermal dalam wadah polipropilena (PP) pada suhu 100˚C selama 4; 6; dan 8 jam. Kemudian difiltrasi dan dicuci dengan Akua DM.
Residu hasil filtrasi dikeringkan di dalam oven pada suhu 100˚C selama 60 menit kemudian ditimbang. Sampel yang telah di keringkan kemudian di karakterisasi
menggunakan FTIR (Fourier Transform- Infra Red).
f. Adsorpsi zeolit dengan variasi dosis adsorben
Zeolit hasil sintesis ditimbang sebanyak 0,05; 0,1; 0,125 dan 0,2 g, masing-masing sampel dikontakkan dengan 50 mL larutan simulasi timbal (II) 100 mg/L. campuran diaduk dengan magnetic stirrer pada kecepatan 200 rpm selama 60 menit. Campuran didiamkan selama 24 jam, setelah itu disaring menggunakan kertas saring whattman No.42. Konsentrasi ion timbal (II) dalam larutan dianalisis menggunakan instrumen Atomic Absorption Spektrometry (AAS).
HASIL DAN PEMBAHASAN a. Sintesis zeolit
1. Analisis FTIR pada zeolit sintetik Zeolit hasil sintesis dikarakterisasi dengan menggunakan alat Spekroskopi Inframerah (IR) bertujuan untuk mengetahui gugus fungsi, disajikan pada Gambar 3.
Gambar 3. Hasil analisa FTIR zeolit A variasi waktu 4 jam, 6 jam dan 8 jam pada rasio Si/Al 1,25.
5
Berdasarkan Gambar 3
menunjukkan bahwa hasil ketiga spektra produk hasil sintesis zeolit A tidak jauh berbeda atau memiliki kemiripan. Zeolit terdiri dari beberapa gugus seperti O-Si- O dan O-Al-O yang membentuk struktur tetrahedral yang saling berhubungan dengan lainnya membentuk kisi kristal zeolit. Perbedaan intensitas serapan puncak-puncak juga menunjukkan adanya perrbedaan dari pembentukan zeolit. Semakin tajam intensitas serapan maka menunjukkan semakin tinggi struktur atau gugus fungsi yang terbentuk. Untuk waktu 4 jam (pada bilangan gelombang 1001 cm-1) memiliki intensitas serapan paling tajam dibandingkan dengan waktu 6 jam.
Bilangan gelombang tersebut terjadi pembentukan ikatan O-T-O tetrahedral, dengan T bisa berupa Si atau Al.
b. Adsorpsi zeolit sintetik terhadap ion timbal (II)
Adsorpsi zeolit sintetik terhadap ion timbal (II) 100 mg/L dengan variasi dosis 0,05; 0,1; 0,125; dan 0,2 g ditampilkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Pengaruh dosis adsorben terhadap efisiensi adsorpsi zeolit hasil sintesis
Gambar 4. Menunjukkan dosis adsorben terbaik zeolit hasil sintesis dari abu layang cangkang kelapa sawit
terhadap ion timbal (II) terjadi pada dosis adsorben sebanyak 0,2 g dengan efisiensi adsorpsi 96,38%. Berdasarkan hasil gambar tersebut dapat dilihat kemampuan adsorpsi yang dihasilkan pada dosis adsorben 0,05 sampai 0,2 g mengalami peningkatan, ini menunjukkan bahwa dengan meningkatnya jumlah zeolit sintetik maka daya jerap terhadap ion timbal (II) juga meningkat.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitan dapat disimpulkan bahwa abu layang cangkang kelapa sawit dapat digunakan sebagai sumber silika pada sintesis zeolit A. Dari hasil karakterisasi FTIR menunjukan semua hasil sintesis zeolit memiliki gugus O-T-O dan cincin ganda D4R yang merupakan cincin ganda zeolit A.
Hasil AAS diperoleh dosis adsorben optimum zeolit hasil sintesis yang digunakan dalam menjerap ion timbal(II) yaitu pada dosis 0,2 gram dengan kapasitas adsorpsi dan efisiensi adsorpsi berturut-turut sebesar 22,9025 mg/g dan 96,38%.
DAFTAR PUSTAKA
Andarini, N., Lutfia, Z., dn Tanti, H.
2018. Sintesis zeolit A dari abu terbang (fly ash) batubara variasi rasio molar Si/Al. Jurnal Ilmu Dasar.19 (2): 105-110.
Jumaeri, Sutarno, Kunarti, dan Santosa.
2009. Pengaruh konsentrasi NaOH dan temperatur pada sintesis zeolit dari fly ash secara Alkali Hidrotermal. Jurnal Zeolit
90 95 100
0 0,05 0,1 0,15 0,2
Efisiensi (%)
Dosis Adsorben (g)
6 Indonesia. 8(1): 22-32.
Lestari, Dewi Yuanita. 2010. Kajian Modifikasi dan Karakterisasi Zeolit Alam Dari Berbagai Negara.
Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia. Yogyakarta:
Universitas Negeri Yogyakarta. Lestari, Yuliani Tri. 2013. Pemanfaatan
Limbah abu Terbang (Fly Ash) Batubara Sebagai Adsorben Untuk Penentuan Kadar Gas NO2 di Udara. Skripsi FMIPA Universitas Jember.
Liu, Z., Li, S., Li, L., Wang, J., Zhou, Y., and Dongmin, W. 2019. One- step high efficiency crystallization of zeolite A from ultra-fine circulating fluidized bed fly ash by hydrothermal synthesis method.
School of Chemical and Environmental Engineering, China University of Mining & Technology, Beijing 100083, PR China. 257: 1-9.
Pratama, I., Lia, D., dan Nurlina. 2018.
Penurunan kadar timbal(II) menggunakan zeolit-x sintesis dari batu padas. Jurnal JKK. 7 (1) : 53- 58.
Rismang, Syamsidar, H. S., dan Kurnia, R. 2017. Sintesis zeolit dari abu layang (fly ash) dan uji adsorptivitas terhadap logam timbal (Pb). Jurnal Al-Kimia. 5 (2) : 127-135.
Yani, A., Lia, D., dan Nelly, W. 2013.
Sintesis zeolit a dengan variasi sumber silika dan alumina. Jurnal JKK. 2 (1) : 1-6.
Zahrina, I., Yelmida, dan Fajril, A. 2012.
Sintesis zsm-5 dai fly ash sawit sebagai sumber silika dengan variasi nisbah molar si/al dan temperature sintesis. Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan. 9 (2) : 94-99.
