![Mineral Alam Zeolit Yang Merupakan Senyawa Alumino [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/mineral-alam-zeolit-yang-merupakan-senyawa-alumino.jpg)
13 0 344 KB
Potensi Zeolit untuk Mengolah Limbah Industri dan Radioaktif Mineral alam zeolit yang merupakan senyawa alumino-silikat dengan struktur sangkar terdapat di Indonesia dalam jumlah besar dengan bentuk hampir murni dan harga murah. Mineral zeolit mempunyai struktur "framework" tiga dimensi dan menunjukkan sifat penukar ion, sorpsi, "molecular sieving" dan katalis sehingga memungkinkan digunakan dalam pengolahan limbah industri dan limbah nuklir. Di Indonesia, zeolit ditemukan pada tahun 1985 oleh PPTM Bandung dalam jumlah besar, diantaranya tersebar di beberapa daerah pulau Sumatera dan Jawa. Namun dari 46 lokasi zeolit, baru beberapa lokasi yang ditambang secara intensif antara lain di Bayah, Banten, Cikalong, Tasikmalaya, Cikembar, Sukabumi, Nanggung, Bogor dan Lampung. Abstrak Mineral alam zeolit yang merupakan senyawa alumino-silikat dengan struktur sangkar terdapat di Indonesia dalam jumlah besar dengan bentuk hampir murni dan harga murah. Mineral zeolit mempunyai struktur "framework" tiga dimensi dan menunjukkan sifat penukar ion, sorpsi, "molecular sieving" dan katalis sehingga memungkinkan digunakan dalam pengolahan limbah industri dan limbah nuklir. Pendahuluan Mineral alam zeolit biasanya masih tercampur dengan mineral lainnya seperti kalsit, gipsum, feldspar dan kuarsa dan ditemukan di daerah sekitar gunung berapi atau mengendap pada daerah sumber air panas (hot spring). Zeolit juga ditemukan sebagai batuan endapan pada bagian tanah jenis basalt dan komposisi kimianya tergantung pada kondisi hidrotermal lingkungan lokal, seperti suhu, tekanan uap air setempat dan komposisi air tanah lokasi kejadiannya. Hal itu menjadikan zeolit dengan warna dan tekstur yang sama mungkin berbeda komposisi kimianya bila diambil dari lokasi yang berbeda, disebabkan karena kombinasi mineral yang berupa partikel halus dengan impuritis lainnya. Deposit mineral alam zeolit yang cukup besar ditemukan di beberapa negara seperti Amerika Serikat, Uni Soviet, Jepang, Australia, Kuba dan beberapa negara Eropa bagian timur seperti Ceko dan Hunggaria. Di Indonesia, zeolit ditemukan pada tahun 1985 oleh PPTM Bandung dalam jumlah besar, diantaranya tersebar dibeberapa daerah pulau Sumatera dan Jawa. Namun dari 46 lokasi zeolit, baru beberapa lokasi yang
ditambang secara intensif antara lain di Bayah, Banten, Cikalong, Tasikmalaya, Cikembar, Sukabumi, Nanggung, Bogor dan Lampung. Pemanfaatan zeolit masih belum banyak diketahui secara luas, yang pada saat ini zeolit di Indonesia dipasarkan masih dalam bentuk alam terutama pada pemupukan bidang pertanian. Berikut ini akan dibahas potensi zeolit dalam pengolahan limbah. Pengertian, Struktur dan Sifat Zeolit Mineral zeolit telah dikenal sejak tahun 1756 oleh Cronstedt ketika menemukan Stilbit yang bila dipanaskan seperti batuan mendidih (boiling stone) karena dehidrasi molekul air yang dikandungnya. Pada tahun 1954 zeolit diklasifikasi sebagai golongan mineral tersendiri,
yang
saat
itu
dikenal
sebagai
molecular
sieve
materials.
Pada tahun 1984 Professor Joseph V. Smith ahli kristalografi Amerika Serikat mendefinisikan zeolit sebagai : "A zeolite is an aluminosilicate with a framework structure enclosing cavities occupied by large ions and water molecules, both of which have considerable freedom of movement, permitting ion-exchange and reversible dehydration". Dengan demikian, zeolit merupakan mineral yang terdiri dari kristal alumino silikat terhidrasi yang mengandung kation alkali atau alkali tanah dalam kerangka tiga dimensi. Ion-ion logam tersebut dapat diganti oleh kation lain tanpa merusak struktur zeolit dan dapat menyerap air secara reversibel. Zeolit biasanya ditulis dengan rumus kimia oksida atau berdasarkan satuan sel kristal M2/nO Al2O3 a SiO2 b H2O atau Mc/n {(AlO2)c(SiO2)d} b H2O. Dimana n adalah valensi logam, a dan b adalah molekul silikat dan air, c dan d adalah jumlah tetrahedra alumina dan silika. Rasio d/c atau SiO2/Al2O bervariasi dari 1-5. Zeolit tidak dapat diidentifikasi hanya berdasarkan analisa komposisi kimianya saja, melainkan harus dianalisa strukturnya. Struktur kristal zeolit dimana semua atom Si dan Al dalam bentuk tetrahedra (TO4) disebut Unit Bangun Primer, zeolit hanya dapat diidentifikasi berdasarkan Unit Bangun Sekunder (UBS) sebagaimana terlihat pada Gambar 1-2.
Gambar 1. Tetrahedra alumina dan silika (TO4) pada struktur zeolit
Pada saat ini dikenal sekitar 40 jenis zeolit alam, meskipun yang mempunyai nilai komersial ada sekitar 12 jenis, diantaranya klinoptilolit, mordernit, filipsit, kabasit dan erionit. Zeolit sintetik dihasilkan dari beberapa perusahaan seperti Union Carbide, ICI dan Mobil Oil dan lebih dari 100 jenis telah dikenal strukturnya antara lain zeolit A, X, Y, grup ZSM/AlPO4 (Zeolite Sieving Marerials/Aluminium Phosphate) dan bahkan akhir-akhir ini dikenal grup Zeotip, yaitu material seperti zeolit tetapi bukan senyawa alumino-silikat. Berdasarkan UBS semua zeolit baik dalam bentuk alami atau sintetik dapat dibagi atas 9 grup yaitu: 1. single 4-ring (S4R) 2. single 6-ring (S6R) 3. single 8-ring (S8R) 4. double 4-ring (D4R) 5. double 6-ring (D4R) 6. double 8-ring (D8R) 7. complex 4-1 (T5O10) 8. complex 5-1 (T8O16) 9. complex 4-4-1 (T10O20)
Gambar 2. Unit Bangun Sekunder Struktur Zeolit
Tabel 1. Klasifikasi zeolit Zeolit
Rumus kimia
UBS
Analsim
Na16[Al16Si31O96]6H2O
S4R
Wairakit
Ca8[Al16Si31O96] 6H2O
S4R
Natrolit
Na16[Al16Si24O80]6 H2O
T5O10 (4-1)
Thomsonit
Na16Ca8[Al20Si20O80]24 H2O
T5O10
Heulandit
Ca4[Al8Si28O72] 24H2O
T10O20 (4-4-1)
Klinoptilolit
Na6[Al6Si30O72]24 H2O
T10O20
Filipsit
K2Ca1.5[Al6Si10O32]12H2O
S4R
Zeolit Na-P-1
Na8[Al31SiO16] 16H2O
S4R
Mordernit
Na8[Al8Si40O96]24 H2O
T8O16 (5-1)
Ferrierit
NaCa0.5Mg2[Al6Si30O72]24 H2O
T8O16
Kabazit
Ca2[Al4Si8O24] 13H2O
D4R,D6R
Zeolit L
K6Na3[Al9Si27O72] 21H2O
S6R
Faujasit
Na12Ca12Mg11[Al58Si134O384]235H2O
D4R,D6R
Zeolit A
Na12[Al12Si12O48] 27 H2O
D4R, D6R
Ca4[Al8Si16O46] 16H2O
S4R,S6R,S8R
Nan[AlnSi96O192] 16 H2O
5-1
[Al12 P12O48] (C3H7)4 NOH q H2O
S4R, S6R
Grup Analsim
Grup Natrolit
Grup Heulandit
Grup Filipsit
Grup Mordernit
Grup Kabazit
Grup Faujasit
Grup Laumontit Laumontit Grup Pentasil ZSM-5 Grup Zeotype ALPO4-5
Pada struktur zeolit, semua atom Al dalam bentuk tertahedra sehingga atom Al akan bermuatan negatif karena berkoordinasi dengan 4 atom oksigen dan selalu dinetralkan oleh
kation alkali atau alkali tanah untuk mencapai senyawa yang stabil. Lain halnya dengan batuan lempung (clay materials) dengan struktur lapisan, dimana sifat pertukaran ionnya disebabkan oleh 1) brokend bonds yaitu makin kecil partikel penyerapan makin besar, 2) gugus hidroksid yang mana atom hidrogen dapat digantikan dengan kation lain atau 3) substitusi isomorf Al pada tertrahedra Si menyebabkan ikatan Al-Si cukup kuat dan mengurangi swelling. Kemampuan pertukaran ion (adakalanya dengan istilah kemampuan penyerapan ion atau sorpsi) zeolit merupakan parameter utama dalam menentukan kualitas zeolit yang akan digunakan, biasanya dikenal sebagai KTK (kemampuan tukar kation). KTK adalah jumlah meq ion logam yang dapat diserap maksimum oleh 1 g zeolit dalam kondisi kesetimbangan. Kemampuan tukar kation (KTK) dari zeolit bervariasi dari 1,5 sampai 6 meq/g. Nilai KTK zeolit ini banyak tergantung pada jumlah atom Al dalam struktur zeolit, yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan KTK batuan lempung, seperti kaolinit (0,03015 meq/g), bentonit (0,80-1,50 meq/g) dan vermikulit (1-1,50 meq/g).
Gambar 3. Struktur stereotip mordernit
Gambar 4. Struktur stereotip klinoptilolit Tabel 2. Perbedaan Zeolit dengan Tanah Lempung Sifat
Zeolit
Batuan Lempung
Struktur
Kristal framework
Swelling
3
sangat
dim. Layer
Panas tinggi
rendah
Kestabilan
Radiasi sedang
sedang
Penukar Penyaring
tinggi
tinggi
kation sedang
tinggi
Molekul tinggi
rendah
tinggi
rendah
tinggi
sedang
Katalis
dim.
kecil besar
Kestabilan Sorpsi
2
Zeolit dengan struktur "framework" mempunyai luas permukaan yang besar dan mempunyai saluran yang dapat menyaring ion/molekul (molecular sieving). Bila atom Al dinetralisir dengan ion polivalen, misalnya logam Pt, Cu dsb, zeolit dapat berfungsi sebagai katalis yang banyak digunakan pada reaksi-reaksi petrokimia. Tabel 4 memperlihatkan klasifikasi zeolit berdasarkan kemampuan terhadap penyaringan molekul organik. Zeolit khabazit yang mempunyai pori 0,489-0,588 nm dan dapat digunakan untuk memisahkan senyawa parafin seperti CH4 dan C2H6, n-parafin dan iso-parafin dan aromatis. Zeolit Na-mordernit dengan pori 0,400-0,489 nm dapat memisahkan gas N2, O2, CH4, C2H6 dengan n-parafin, iso-parafin dan aromatis. Begitu pula Ca dan Ba-Mordernite yang mempunyai pori 0,384-0,400 dapat memisahkan hidrokarbon, CH4 dengan gas Ar dan N2. Sifat katalitis zeolit disebabkan uni kation pada atom Al zeolit yang dapat dipertukarkan dengan ion H dan aktif sebagai katalisis reaksi.
Tabel 3. Klasifikasi "ion/ molecular sieve material" Diameter
Penyaring
Tak disaring
0.489 - 0.558 Khabazit
CH4, C2H6, nparaffins
iso-parafin
0.400 - 0.489 Mordenit
N2, O2, CH4, C2H6
n-parafin,aromatik
0.384 - 0.400 Ca-mordernit
gas Ar, N2
hidro karbon, CH4
(nm)
Jenis
Peranan Zeolit dalam pengolahan limbah industri dan nuklir
Untuk pemisahan ammonia/ammonium ion dari air limbah industri, untuk pemisahan hasil fisi dari limbah radioaktif dan penggunaan dibidang limbah pertanian. Clinoptilolit dapat memisahkan 99% ammoniak/ ammonium dari limbah industri. Tsitsisvii (1980) dan Blanchard (1984) menemukan clinoptilolite juga dapat memisahkan logam berat (Pb, Cu, Cd, Zn, Co, Ni dan Hg) baik dalam limbah industri ataupun dalam tanah pertanian untuk "soil conditioning". Dalam pengolahan limbah nuklir, Ames dari tahun 1959-1962 telah peneliti penggunaan clinoptilolite untuk pemisahan zat radioaktif. Terakhir clinoptilolite juga telah dipakai untuk dekontaminasi air pendingin reaktor pada kecelakaan reaktor Three Mile Island di Amerika pada tahun 1979 (10). Zeolit juga digunakan untuk dekontaminasi air pendingin reaktor Three Mile Island Unit II dan pada tahun 1987 untuk penyerapan gas radioaktif reaktor Chernobiel yang terbakar. Zeolit dari deposit California digunakan untuk pemisahan radionuklida hasil fisi dalam air kolam penyimpanan bahan bakar nuklir di SIXEP (Site Ion-Exchange Plant) British Nuclear Fuel Limited, Sellafield, Inggris disamping untuk pengganti pasir digunakan campuran zeolit, fly ash dan slug pada proses sementasi limbah. Di Inggris dan Korea, limbah sementasi tidak menggunakan pasir dengan pertimbangan pasir akan meningkatkan volume limbah yang bertentangan dengan prinsip "minimisized waste" atau reduksi volume. [7,12] Beberapa mineral anorganik banyak diteliti di Cina seperti jenis mineral fosfat, oksida, magnetit yang dilakukan tidak hanya untuk penyerapan nuklida hasil fisi tetapi juga untuk penyerapan Pu, Am dan Ce dalam simulasi limbah dengan keasaman dan kandungan garam tinggi. Hasilnya menunjukan penyerapan terhadap nulkida umumnya rendah kecuali mineral apatit yang menunjukkan penyerapan tinggi terhadap Pu, Am dan Ce. Untuk penyerapan Cs dan Sr, Balek dari Ceko, mengunakannya untuk penyerapan Cs, Co dan Ru. Zeolit yang sama juga digunakan untuk menyerap gas RuO4 pada suhu 50oC dan suhu kamar. Tsitsisvii (1980) dan Blanchard (1984) menemukan klinoptilolit yang dapat memisahkan logam berat (Pb, Cu, Cd, Zn, Co, Ni dan Hg) baik dalam limbah industri. Akhir-akhir ini, para peneliti banyak mempelajari prospek zeolit dalam pengelolaan limbah industri. Klinoptilolit dan mordernit dapat memisahkan 99% ammoniak/ammonium dari limbah industri. Manfaat Zeolit di Bidang Lain Bidang Proses Industri Berdasarkan sifat sorpsinya terhadap gas dan hidrasi molekul air, zeolit digunakan untuk pengeringan pada berbagai produk industri. Molekul uap air dapat diserap sebanyak 8-10 g
dengan 100 g klinoptilolit dibandingkan 3 g dan 1,2 g oleh Al 2O3 dan gel silika dengan berat yang sama pada kondisi 1,33 atm dan 25oC. Zeolit klinoptilolit yang diaktivasi pada suhu 300 - 350 oC selama 2-3 jam . Sebagai "drying agent" dari senyawa organik, zeolit digunakan antara lain : o
pada proses pemurnian metil khlorida dalam industri karet
o
pemurnian fraksi alkohol, metanol, benzen, xylene, LPG dan LNG pada industri petro- kimia
o
untuk hidrokarbon propellents-fillers aerosol untuk pengganti freons
o
penyerap klorin, bromin dan fluorin
o
menurunkan humiditas ruangan.
Zeolit digunakan dalam proses penyerapan gas seperti : o
gas mulia antara lain Ar, Kr dan gas He,
o
gas rumah kaca ( NH3, CO2, SO2, SO3 dan NOx ),
o
gas organik CS2, CH4, CH3CN, CH3OH, termasuk pirogas dan fraksi etana/etilen,
o
pemurnian udara bersih mengandung O2,
o
penyerapan gas N2 dari udara sehingga meningkatkan kemurnian O2 diudara,
o
campuran filter pada rokok,
o
penyerapan gas dan penghilangan warna dari cairan gula pada pabrik gula.
Dalam bidang katalis, sorben Al2O3 biasanya digunakan tetapi akhir-akhir ini juga digunakan zeolit A dalam industri petrokimia pada proses isomerisasi, hidro sulforisasi, hidrocracking, hidrogenasi, reforming, dehidrasi, dehidrogenasi dan de-alkilasi, cracking parafin, disportion toluen/benzen dan xylen. Zeolit mordenite klinoptilolit sering digunakan, sedangkan zeolit sintetik terutama digunakan jenis ZSM 5 dan zeolit A. Dengan adanya kekawatiran pencemaran lingkungan oleh polifosfat yang biasa digunakan dalam deterjen sebagai "builder" untuk meningkatkan efisiensi ditergen pada air yeng mengandung Ca dan Mg tinggi. Saat sekarang, zeolit klinoptilolit juga digunakan sebagai pengganti polifosfat. Penelitian menunjukkan bahwa penggunaan zeolit A pada deterjen ternyata tidak menyebabkan akumulasi pada sistim air buangan, zeolit berlaku seperti partikel padat dan tidak bersifat toksik terhadap kehidupan di air [4,5]. Di Jepang, klinoptilolit digunakan untuk filler kertas, karet dan polimer untuk memperoleh material "low density". Di Amerika Serikat, zeolit alam juga digunakan untuk campuran pada
semen dan Tchernev telah mendemonstrasikan penggunaan zeolit yang sama untuk "solar heating/cooling" pada panel energi cahaya matahari berdasarkan adsorpsi/desorpsi molekul air diwaktu siang dan malam hari. Bidang Pertanian dan Lingkungan Makin meningkatnya kebutuhan pupuk kimia seperti urea, KCl dan SP-36 yang pada saat ini yang sulit terbeli oleh masyarakat untuk digunakan dalam peningkatan hasil pertaniannya, pada hal dalam pelaksanaan pemupukan hanya sekitar 50% pupuk yang dapat diserap oleh tanaman, sedangkan sebagian lainnya mengalami degradasi atau terbawa hanyut oleh air tanah sehingga pemupukan tidak efisien yang juga akan mencemari lingkungan dengan kandungan N, S dan P. Zeolit digunakan sebagai "soil conditioning" yang dapat mengontrol dan menaikkan pH tanah serta kelembaban tanah. Dalam pengalaman petani di Jepang, penambahan zeolit pada pupuk tanaman bervariasi dari 15-63% terutama untuk tanaman apel dan gandum. Penambahan zeolit pada pupuk kandang ternyata juga akan meningkatkan proses nitrifikasi. Pada saat ini bidang pertanian merupakan pemakai zeolit terbesar di Indonesia. Disamping untuk "slow release fertilizer", zeolit juga digunakan untuk sebagai carrier pestisida/herbisida dan fungisida. Namun ada keraguan penambahan zeolit pada pupuk akan terjadi akumulasi zeolit pada lahan pertanian. Jumlah penambahan zeolit ini akan tergantung pada jenis tanah setempat. Untuk tanah arid dan semi desert penggunaan zeolit sebagai campuran pupuk mungkin perlu dikurangi. Dalam bidang peternakan, zeolit juga digunakan sebagai "food supplement" pada ternak ruminansia dan non-ruminansia masing-masing dengan dosis 2.5 - 5% dari rasio pakan perhari yang dapat mneningkatkan produktivitas baik susu, daging dan telur, laju pertumbuhan serta memperbaiki kondisi lingkungan kandang dari bau yang tidak sedap. Dalam hal fauna laut, zeolit berperan sebagai pengontol pH air dan penyerap NH 3NO3- dan H2S, filter air masuk ke tambak, pengontrol kandungan alkali, oksigen dan perbaikan lahan dasar tambak melalui penyerapan logam berat Pb, Fe, Hg, Sn, Bi dan As. Selektivitas penyerapan ion sangat penting ditentukan mengingat kompleksnya komposisi kimia air (air tanah, permukaan, air limbah) yang diperlakukan terhadap zeolit baik dalam penggunaannya pada bidang pertanian dan lingkungan. Zeolit juga pernah ditaburkan dari pesawat terbang diatas reaktor Chernobil untuk maksud menyerap hasil fisi yang terdapat dalam jatuhan debu radioaktif (fall out) akibat kebakaran reaktor Sovyet tahun 1985 (1,6).
Bahasan Sebelum membahas berbagai penggunaan zeolit dalam iptek secara umum, akan diuraikan beberapa hasil penelitian yang telah dilakukan di lingkungan BATAN terutama di P2PLR yaitu : 1. Zeolit yang diteliti adalah zeolit Bayah, Lampung, Tasikmalaya, dan Sukabumi. 2. Zeolit Bayah dan Lampung secara kemurnian dan sifat penukar ionnya lebih baik dari zeolit Tasikmalaya dan Sukabumi. 3. Zeolit Bayah merupanan zeolit campuran jenis klinoptilolit dan mordernit, sedangkan zeolit Lampung mengandung jenis klinoptilolit saja dengan rumus kimia oksida untuk zeolit Bayah dan Lampung adalah : ZB : Na0,15 K1,44 Ca2,04 Mg0,70 Mn0,02
Fe0,44
{(AlO2)6,76
(SiO2)}29,32
6,57
H2O
ZL : Na0,17 K1,28 Ca1,15 Mg0,87 Mn0,02 Fe0,46 {( AlO2)6,95 (SiO2)} 29,05 8,86 H2O. 4. ZL dan ZB mempunyai kemampuan penyerapan terhadap Cs-137 dan Sr-90, NH4+, Cd2+, Cu2+, Mn2+, Ni2+, Pb2+, Mn2+ dan Fe2+. 5. Modifikasi kedua zeolit dalam bentuk ASP disamping menyerap ion logam berat diatas, juga mempunyai kemampuan menyerap anion sperti Cl-, F-, PO43- dan SO42-. 6. Zeolit Lampung juga telah diteliti untuk "slow release herbisida, pestisida dan fungisida yang dilakukan di PAIR. 7. Zeolit telah diteliti oleh IPB dalam dalam bidang pertanian sebagai "slow release fertilizer". Berdasarkan potensi zeolit tersebut diatas beberapa kegiatan yang dapat dikembangkan pada kegiatan penelitian di BATAN antara lain : Pengolahan limbah Hasil penelitian di P2PLR kiranya telah dapat diaplikasikan dan ditindak lanjuti untk skala semi pilot untuk pengolahan limbah nuklir dan limbah B3 antara lain untuk : 1. teknik kolom penyerapan limbah mengandung hasil fisi, 2. teknik kolom penyerapan limbah B3, 3. penyerapan Flour dari limbah "Fuel Element Production", 4. pengganti pasir dalam proses sementasi konsentrat limbah radioaktif, 5. campuran bahan "backfill" pada sistim penyimpanan limbah, 6. proses dekontaminasi air industri pengganti resin organik, 7. komposit sorben antara lain zeolit PAN, zeolit-PVA.
Kelemahan penggunaan zeolit pada teknik kolom adalah 'clogging" (aliran influen terhambat). Oleh karena itu untuk mencapai penyerapan yang optimal diperlukan pemurnian mineral alam sebelum digunakan atau dimodifikasi strukturnya dan dibuat dalam ukuran butiran tertentu dengan menggunakan binder polimer misalnya poly akrilo nitril dan poli vinil alkohol sehingga komposit zeolit dapat dibuat dalam berbagai bentuk misalnya
granula,
pelet,
lembaran,
"hollow"
dan
sebagainya.
Keuntungan campuran zeolit-bentonit sebagai "backfill", dimana bentonit berfungsi menahan rembesan air, sedangkan zeolit berfungsi menahan pelindihan radionuklida oleh zeolit. Tabel 4. Kapasitas Tukar Ion Logam Berat dan Anion (meq/g) Ion
ZB
NH4ZB
HZB
CaZB
ZL
NH4ZL
HZL
CaZL
NH4+
2,31
2,31
2,92
1,83
2,92
2,31
2,92
1,83
Cs+
1,16
1,16
0,98
0,90
0,98
1,16
0,98
0,90
Sr2+
0,82
0,82
0,93
0,67
0,93
0,82
0,93
0,67
Cd2+
0,71
0,86
0,44
0,48
0,42
0,10
0,13
0,16
Cu2+
2,30
2,60
1,81
2,48
2,63
2,35
2,22
2,48
Mn2+
1,59
1,41
1,80
0,28
0,65
1,35
2,95
1,77
Ni2+
2,23
1,90
1,44
1,46
2,63
2,32
2,62
2,17
Pb2+
1,11
1,19
0,45
0,45
0,80
1,08
0,19
0,77
Zn2+
0,58
0,60
0,62
0,80
1,31
1,51
1,53
2,21
Fe2+
0,94
0,62
0,10
0,23
0,68
0,58
0,44
0,65
Tabel 5. Kapasitas Tukar Ion ASP terhadap Logam Berat dan Anion Ion
ASPB
ASPL
1:1
1:5
5:1
1:1
1:5
5:1
Cd2+
0,64
0,57
0,43
0,54
0,49
0,70
Co2+
1,10
0,81
1,02
0,93
0,83
0,77
Cu2+
0,11
0,05
0,08
0,24
0,07
0,15
Fe3+
0,50
0,32
0,32
0,25
0,27
0,49
Mn2+ 0,97
0,85
0,88
0,81
0,83
1,12
Ni2+
0,75
0,91
0,15
0,12
0,20
0,95
Pb2+
0,65
0,33
0,74
0,80
0,78
0,71
Zn2+
23.02
23,08
23,25
23.15
23,03
23,06
Cl-
0,89
1,11
0,68
0,79
0,86
1,06
F-
0,64
1,37
1,37
1,17
1,33
1,31
PO43- 0,60
1,08
0,31
0,28
0,55
0,49
SO42- 1,36
1,59
0,47
1,54
0,96
1,30
PEMANFAATAN ZEOLIT SINTETIS SEBAGAI ALTERNATIF PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI Intisari. Mineral zeolit adalah suatu kelompok mineral alumunium silikat terhidrasi dari logam alkali dan alkali tanah (terutama Ca, dan Na), dengan rumus umum LmAlxSiyOz _ nH2O dimana L adalah logam. Zeolit sintetis adalah suatu senyawa kimia yang mempunyai sifat _sik dan kimia yang sama dengan zeolit yang ada di alam, zeolit sintetis ini dibuat dari bahan lain dengan proses sintetis, yang dibuat sedemikian rupa sehingga menyerupai zeolit yang ada di alam. Karena secara umum, zeolit mempunyai kemampuan untuk menyerap, menukar ion, dan menjadi katalis, membuat zeolit sintetis ini dapat dikembangkan untuk keperluan industri, seperti yang akan dibahas dalam tulisan ini yaitu zeolit sintetis sebagai bahan alternatif pengolah limbah.
1. Pendahuluan Zeolit merupakan suatu kelompok mineral yang dihasilkan dari proses hidrotermal pada batuan beku basa. Mineral ini biasanya dijumpai mengisi celah-celah ataupun rekahan dari batuan tersebut. Selain itu zeolit juga merupakan endapan dari aktivitas volkanik yang banyak mengandung unsur silika. Pada saat ini penggunaan mineral zeolit semakin meningkat, dari penggunaan dalam industri kecil hingga dalam industri berskala besar. Di negara maju seperti Amerika Serikat, zeolit sudah benar-benar dimanfaatkan dalam industri. Karena sifat-sifat yang dimiliki oleh zeolit, maka mineral ini dapat dimanfaatkan dalam berbagai bidang, seperti dalam bidang industri yaitu sebagai bahan yang dapat digunakan untuk membantu pengolahan limbah pabrik. Masalah limbah industri semakin meresahkan masyarakat, sehingga banyak dilakukan usaha-usaha untuk mengatasi pencemaran limbah ini, baik itu dengan mengurangi volume limbah yang terbuang ataupun dengan mendaur ulang kembali limbah tersebut. Zeolit sintetis adalah suatu senyawa kimia yang mempunyai sifat _sik dan kimia yang sama dengan zeolit alam. Zeolit ini dibuat dari bahan lain dengan proses sintetis. Karena secara umum zeolit mampu menyerap, menukar ion dan menjadi katalis, membuat zeolit sintetis ini dapat dikembangkan untuk keperluan alternatif pengolah limbah.
2. Karakteristik dan genesa zeolit Karakteristik zeolit. Sifat-sifat kimia dan _sika zeolit. Mineral zeolit adalah kelompok mineral alumunium silikat terhidrasi LmAlxSiyOz _ nH2O, dari logam alkali dan alkali tanah (terutama Ca, dan Na), m, x, y, dan z merupakan bilangan 2 hingga 10, n koe_sien dari H2O, serta L adalah logam. Zeolit secara empiris ditulis (M+ 2 , M2+)Al2O3gSiO2 _ zH2O, M+ berupa Na atau K dan M2+ berupa Mg, Ca, atau Fe. Li , Sr atau Ba dalam jumlah kecil dapat menggantikan M+ atau M2+, g dan z bilangan koe_sien. Beberapa specimen zeolit PEMANFAATAN ZEOLIT SINTETIS SEBAGAI ALTERNATIF PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI 2
Berwarna putih, kebiruan, kemerahan, coklat, dll., karena hadirnya oksida besi atau logam lainnya. Densitas zeolit antara 2,0 { 2,3 g/cm3, dengan bentuk halus dan lunak. Kilap yang dimiliki bermacam-macam. Struktur zeolit dapat dibedakan dalam tiga komponen yaitu rangka aluminosilikat, ruang kosong saling berhubungan yang berisi kation logam, dan molekul air dalam fase occluded (Flanigen, 1981 dalam Harben & Kuzvart, 1996). Morfologi dan sistem kristal zeolit. Zeolit berbentuk kristal aluminosilikat terhidrasi yang mengandung muatan positif dari ion-ion logam alkali dan alkali tanah dalam kerangka kristal tiga dimensi (Hay, 1966), dengan setiap oksigen membatasi antara dua tetrahedral (Gambar 2.1).
Gambar 2.1. Rangka zeolit yang terbentuk dari ikatan 4 atom O dengan 1 atom Si (Bell, 2001) Zeolit pada dasarnya memiliki tiga variasi struktur yang berbeda yaitu: a) struktur seperti rantai (chain-like structure), dengan bentuk kristal acicular dan prismatic, contoh: natrolit, b) struktur seperti lembaran (sheet-like structure), dengan bentuk kristal platy atau tabular biasanya dengan basal cleavage baik, contoh: heulandit, c) struktur rangka, dimana kristal yang ada memiliki dimensi yang hampir sama, contoh: kabasit. Zeolit mempunyai kerangka terbuka, sehingga memungkinkan untuk melakukan adsorpsi Ca bertukar dengan 2(Na,K) atau CaAl dengan (Na,K)Si. Morfologi dan struktur kristal yang terdiri dari rongga-rongga yang berhubungan ke segala arah menyebabkan permukaan zeolit menjadi luas. Morfologi ini terbentuk dari unit dasar pembangunan dasar primer yang membentuk unit dasar pembangunan sekunder dan begitu seterusnya.
Macam-macam zeolit. Zeolit secara umum dibedakan dalam tipe yang calcic dan alkali^ arich, dengan komposisi yang berbeda, berikut komposisi dan formula dari zeolit. Selain jenis zeolit alam, ada zeolit jenis lain yaitu zeolit sintetis. Zeolit sintetis dibuat dengan rekayasa yang sedemikian rupa sehingga mendapatkan karakter yang sama dengan zeolit alam. Zeolit sintetis sangat bergantung pada jumlah Al dan Si, sehingga ada 3 kelompok zeolit sintetis: 1.
Zeolit sintetis dengan kadar Si rendah Zeolit jenis ini banyak mengandung Al, berpori, mempunyai nilai ekonomi tinggi karena efektif untuk pemisahan dengan kapasitas besar. Volume porinya dapat mencapai 0,5 cm3 tiap cm3 volume zeolit.
2.
Zeolit sintetis dengan kadar Si sedang Jenis zeolit modernit mempunyai perbandingan Si/Al = 5 sangat stabil, maka diusahakan membuat zeolit Y dengan perbandingan Si/Al = 1-3. Contoh zeolit sintetis jenis ini adalah zeolit omega.
PEMANFAATAN ZEOLIT SINTETIS SEBAGAI ALTERNATIF PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI 3 Tabel 1. Komposisi dan formula dari zeolit yang bertipe kalsik (Deer,1963 dalam Hay, 1966)
Tabel 2. Komposisi dan formula zeolit yang bertipe alkalik (Deer, 1963 dalam Hay, 1966)
3.
Zeolit sintetis dengan kadar Si tinggi
Zeolit jenis ini sangat higroskopis dan menyerap molekul non polar sehingga baik untuk digunakan sebagai katalisator asam untuk hidrokarbon. Zeolit jenis ini misalnya zeolit ZSM-5, ZSM-11, ZSM-21, ZSM-24. Genesa zeolit. Nama zeolit ini berasal dari bahasa Yunani yaitu \Zeni" dan \Lithos" yang berarti batu yang mendidih, karena apabila dipanaskan membuih dan mengeluarkan air (Breck, 1974 dalam Lefond, 1983). Berdasarkan pada asalnya zeolit dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu zeolit alam dan zeolit sintetis. Zeolit alam. Pada umumnya, zeolit dibentuk oleh reaksi dari air pori dengan berbagai material seperti gelas, poorly cristalline clay, plagioklas, ataupun silika. Bentukan zeolit mengandung perbandingan yang besar dari M2+ dan H+ pada Na+, K+ dan Ca2+. Pembentukan zeolit alam ini tergantung pada komposisi dari batuan induk, temperatur, tekanan, tekanan parsial dari air, pH dan akti_tas dari ion-ion tertentu. Zeolit sintetis. Mineral zeolit sintetis yang dibuat tidak dapat persis sama dengan mineral zeolit alam, walaupun zeolit sintetis mempunyai sifat _sis yang jauh lebih baik. Beberapa ahli menamakan zeolit sintetis sama dengan nama mineral zeolit alam dengan menambahkan kata sintetis di belakangnya, dalam dunia perdagangan muncul nama zeolit sintetis seperti zeolit A, zeolit K-C dll. Zeolit sintetis terbentuk ketika gel yang ada terkristalisasi pada temperatur dari temperatur kamar sampai dengan 200 _C pada tekanan atmosferik PEMANFAATAN ZEOLIT SINTETIS SEBAGAI ALTERNATIF PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI 4
Ataupun autogenous. Metode ini sangat baik diterapkan pada logam alkali untuk menyiapkan campuran gel yang reaktif dan homogen (Breck, 1974; Breck & Flanigen, 1968 dalam Lefond, 1983). Struktur gel terbentuk karena polimerisasi anion aluminat dan silikat. Komposisi dan struktur gel hidrat ini ditentukan oleh ukuran dan struktur dari jenis polimerisasi. Zeolit dibentuk dalam kondisi hidrothermal, bahan utama pembentuknya adalah aluminat silikat (gel) dan berbagai logam sebagai kation. Komposisi gel, sifat _sik dan kimia reaktan, serta jenis kation dan kondisi kristalisasi sangat menentukan struktur yang diperoleh. 3. Proses pengolahan zeolit Proses komersial yang pertama dilakukan berdasar atas sintesis laboratorium yang asli menggunakan hidrogel yang amorf. Pengolahan zeolit secara garis besar dapat dibagi dalam dua tahap, yaitu preparasi dan aktivasi: Tahapan preparasi zeolit diperlakukan sedemikian rupa agar mendapatkan zeolit yang siap olah. Tahap ini berupa pengecilan ukuran dan pengayakan. Tahapan ini dapat menggunakan mesin secara keseluruhan atau dengan cara sedikit konvensional. Aktivasi zeolit dapat dilakukan dengan cara pemanasan atau penambahan pereaksi kimia baik asam maupun basa: 1)
Aktivasi pemanasan, dilakukan zeolit dalam pengering putar menggunakan bahan umpan yang mempunyai kadar air sekitar 40%, dengan suhu tetap 230 _C dan waktu pemanasan selama tiga jam.
2)
Penambahan pereaksi kimia, dilakukan di dalam bak pengaktifan dengan NaOH dan H2SO4, dimaksudkan untuk memperoleh temperatur yang dibutuhkan dalam aktivasi. Zeolit yang telah diaktivasi perlu dikeringkan terlebih dahulu, pengeringan ini dapat dilakukan dengan cara menjemurnya di bawah sinar matahari.
4. Pembuatan dan penggunaan zeolit sintetis Proses pembuatan. Salah satu pembuatan zeolit sintetis adalah dengan proses hidrogel (Lefond, 1983). Alumina trihidrat Al2O3_3H2O, diuraikan dalam suhu tertentu dan
dicampur dengan sodium silikat dalam suatu tangki pembuat gel hingga terbentuk suatu gel yang homogen. Gel ini kemudian dipompakan pada suatu tangki yang lain, sesudah itu dikristalisasikan setelah beberapa jam pada suhu 200 _F diikuti dengan difraksi oleh sinar X (Lefond, 1983). Zeolit sintetis juga dapat dibuat dengan proses clay conversion, proses ini menghasilkan bubuk yang memiliki tingkat kemurnian rendah { tinggi yang tidak saling terikat yang kemudian menghasilkan zeolit dalam matriks lempung. Penggunaan. Zeolit sintetis memiliki sifat yang lebih baik dibanding dengan zeolit alam. Perbedaan terbesar antara zeolit sinteis dengan zeolit alam adalah: 1)
Zeolit sintetis dibuat dari bahan kima dan bahan-bahan alam yang kemudian diproses dari tubuh bijih alam.
2)
Zeolit sintetis memiliki perbandingan silika dan alumina yaitu 1:1 dan sedangkan pada zeolit alam hingga 5:1.
3)
Zeolit alam tidak terpisah dalam lingkungan asam seperti halnya zeolit sintetis.
Yang dibuat sedemikian rupa sehingga menyerupai zeolit yang ada di alam. Zeolit sintetis mampu sebagai bahan pengolah limbah yang efektif, karena sifat yang dimiliki jauh lebih baik dari zeolit alam, sebagai contoh zeolit sintetis tipe YHNa mampu menyerap SO2 dari gas residu dari limbah pabrik, pada akhirnya dapat menjaga lingkungan dan kesehatan masyarakat.
•
Zeolit Membebaskan Tanaman dari Racun dan Logam Berat.
Bermunculannya industri-industri di satu sisi memang mampu mendongkrak tingkat perekonomian nasional. Namun di sisi lain keberadaannya justru semakin menggusur lahan pertanian, meski ada kebijakan pemerintah yang melarang penggunaan lahan pertanian bagi kepentingan industri. Keterpurukan sektor pertanian yang sebenarnya mampu bertahan dari badai krisis ekonomi saat ini dan sebagai penyumbang tenaga kerja terbesar, semakin parah ketika para pengusaha 'berdasi' dari kalangan industri itu dengan seenaknya membuang limbah beracun yang dihasilkan industrinya ke saluran-saluran yang kerap digunakan petani untuk mengairi lahan pertaniannya. Akibatnya, lahan pertanian pun terkena dampak pencemaran air limbah industri. Dan dampak lanjutnya bagi sektor
pertanian--khususnya tanaman padi, palawija dan hortikultura--mengalami penurunan produktifitas persatuan luas karena tanaman mudah terkena berbagai penyakit maupun serangan hama. Beruntung ahli-ahli pertanian tak putus asa menyikapi kondisi seperti itu. Berbagai penelitian dilakukan untuk mengembalikan kondisi tanah agar bisa meningkatkan produktifitas pertanian per satuan luas. Di Jabar sendiri, produktifitas per satuan luas tanaman padi sejak tahun 1992 mengalami stagnasi. Bahkan pada tahun 1998/1999 mengalami penurunan menjadi 4,8 ton/ha dari tahun sebelumnya 5,2 ton/ha. Hasil penelitian itu antara lain penggunaan mineral zeloit pada lahan pertanian. Sebenarnya, teknologi di bidang pemupukan dengan mineral zeloit ini bukan barang baru. Namun dalam aplikasinya di Indonesia, penggunaan zeolit ini mengalami hambatan. Itu setidaknya tecermin dari pemanfaatannya yang diperkirakan baru sekitar 5.000 hingga 6.000 ton per tahunnya. Hambatan itu yakni, karena kurangnya informasi mengenai manfaat zeolit kepada pengguna yang memerlukan, terutama petani yang mempunyai tingkat pendidikan rendah. Harga yang relatif mahal untuk ukuran petani Indonesia serta kualitas mutu zeolit yang
diperdagangkan
memiliki
perbedaan
fisik
akibat
perbedaan
lingkungan
pembentukannya mempunyai pengaruh terhadap potensi penggunaannya. Penelitian yang mengarah kepada pemanfaatannya dalam usahatani padi, sudah dilakukan oleh Pusat Penelitan Tanah Bogor bekerja sama dengan Departemen Pertambangan dan Energi. Sedangkan untuk penggunaan yang lebih luas (tanaman pangan-red) juga sudah dilakukan oleh Fakultas Pertanian IPB dan Fakultas Pertanian Unpad, tak terkecuali dinas Pertanian Tanaman Pangan Jabar sendiri. Hasilnya menunjukan bahwa penggunaan zeolit berperan positif dalam peningkatan produktifitas dan penggunaannya di lahan kering (darat). Penggunaan zeolit ini dianjurkan pula dikombinasikan dengan pupuk organik dan atau kaptan (kapur pertanian). Sedangkan penggunaan zeolit di lahan sawah tidak perlu dikombinasikan dengan kaptan. ''Meningkatnya produktifitas tanaman padi sawah setelah menggunakan zeolit, secara tidak langsung akibat dari pengaruh meningkatnya kesehatan tanaman,'' ungkap Kepala PPS Tanah dan Pemupukan/Penyuluhan Dinas Pertanian Tanaman pangan Jabar Ir Sabri S Ahmad kepada Republika akhir pekan ini. Menurutnya, di lahan sawah, penggunaan zeolit (M2/n O Al2O3 y SiO2 w H2O) ini tidak perlu dikombinasikan dengan kaptan karena ada hubungannya dengan penyerapan unsur hara N, Ca, Si dan K oleh tanaman. Karena
pemberian Kalium (K) dapat menangkal efek buruk nitrogen. Dikatakan Sabri, salah satu efek buruk dari pemberian N yang berlebihan adalah tanaman menjadi peka terhadap penyakit cendawan. Dan untuk mengkoreksinya, digunakan pupuk Si yang berasal dari Calsium Silicate Slag, Calcium Silicate dan atau Sodium Metasilicate. ''Sementara di lain pihak telah dibuktikan bahwa pengapuran dapat menurunkan serapan Si oleh tanaman,'' katanya. Di samping itu, kata dia, peranan zeolit dengan kandungan Si-nya ditengarai bisa mengendalikan wereng coklat (serangan penghisap cairan batang padi). Menurutnya, serangan wereng coklat ini intensitasnya bertalian dengan kandungan Si dalam tanaman (batang padi). Yaitu, batang padi dengan kandungan 7,0-7,6%; 6,0-6,2% dan 5,1-5,7% berturut-turut menderita serangan ringan, sedang dan berat. ''Tanaman padi yang cukup silikat tidak mudah mengalami gangguan hama,'' ungkapnya. Silikat itu sendiri bisa diendapkan pada permukaan tanaman, sehingga endapan Si diperkirakan berfungsi sebagai perisai. ''Mandible hama pemakan/penggerek menjadi aus bila hama itu memakan daun kaya silikat. Begitu juga dengan hama penghisap daun, alat penghisapnya menjadi bengkok,'' ujar Sabri seraya menambahkan, bahwa tanaman yang memiliki kandungan Si dan Kalium yang cukup tinggi, akan mampu menahan kerebahan tanaman. ''Karena kerebahan ini pun dapat menyebabkan rendahnya tingkat produktifitas padi sawah antara 60% - 80%.'' Dibandingkan dengan perlakuan tanpa zeolit, kata Sabri, penggunaan zeolit 231 kg/ha, di samping mampu meningkatkan hasil gabah sebesar 23%, juga memberikan peluang peningkatan tambahan keuntungan usahatani sebesar Rp 1.272.700/ha. Dia pun mencontohkan perhitungannya berdasarkan hasil analisis ekonomi penggunaan zeolit dalam usahatani padi sawah di Jabar. Dengan pemberian zeolit 231 kg/ha, akan diperoleh hasih gabah 7.253 kg/ha GKP (gabah kering pungut). Sedangkan yang tanpa zeolit akan diperoleh hasil 5.911 kg/ha GKP. ''Ini artinya terdapat perbedaan hasil sebesar 1342 kg/ha bila kita menggunakan zeolit,'' katanya. Bila harga gabah diasumsikan sebesar Rp 1.000/kg, maka akan terdapat perbedaan keuntungan sebesar Rp 1.342.000/ha. Jumlah itu bila dikurangi dengan pembelian zeolit sebanyak 231 kg/ha (@ Rp 300/kg), maka keuntungan yang masih bisa didapatkan sebesar Rp 1.272.700/ha. ''Semua perlakuan demplot dipupuk sesuai dengan anjuran setempat. Dan hasilnya memberikan bukti yang nyata,'' ujar Sabri. Bahkan, lanjut Sabri, dalam keadaan langka pupuk (dari jenis pupuk SP-36 maupun KCl) zeolit juga bisa menggantikan unsur hara tertentu karena dalam jumlah kecil zeolit mengandung unsur hara P dan K. Sedangkan dalam jumlah besar, mengandung unsur hara Si, yang secara tidak langsung bias meningkatkan kesehatan tanaman. Zeolit juga bisa dimanfaatkan untuk
bahan tambahan pakan ternak. Sebagai imbuhan zeolit ditambahkan sebanyak kurang lebih 3 persen dari berat pakan. Ini fungsinya untuk memperlancar metabolisme pencernaan. Karena senyawa-senyawa penghambat pertumbuhan nitrit, amoniak dapat diserap dengan baik oleh zeolit. PEMANFAATAN ZEOLIT SINTETIS SEBAGAI ALTERNATIF PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI 5 Tabel 3. Proses-proses dalam pembuatan zeolit sintetis (Lefond, 1983)
Tabel 4. Contoh penggunaan zeolit sintetis
5. Sifat-sifat zeolit sebagai bahan alternatif pengolahan limbah
Prinsip operasi katalis. Zeolit sebagai katalis hanya mempengaruhi laju reaksi tanpa mempengaruhi kesetimbangan reaksi karena mampu menaikkan perbedaan lintasan molekuler dari reaksi yang terjadi. Katalis berpori dengan pori-pori yang sangat kecil akan memuat molekul-molekul kecil tetapi mencegah molekul besar masuk. Zeolit dapat menjadi katalis yang shape-selective dengan tingkat transisi selekti_tas atau dengan pengeluaran reaktan pada dasar diameter molekul. Zeolit mampu menjadi katalis asam dan dapat digunakan sebagai pendukung logam aktif atau sebagai reagen, serta dapat digunakan dalam katalis oksida. Prinsip operasi penukaran ion. Tipe pertukaran ion dilakukan dalam kondisi isotermis. Kondisi isotermis dari empat ion univalen yaitu Ag+, K+, Li+, dan Ca2+, menunjukkan variasi dalam kisaran selekti_tas yaitu dari selekti_tas tinggi untuk Ag+ hingga ke rendah untuk Li+, untuk ion seperti K+, nilainya berkisar dari negatif hingga positif. Dalam kasus lain seperti Ca2+, isotermis tidaklah menghilangkan batas teoritis dari substitusi yang lengkap pada tingkat yang paling rendah. Tipe isotermis ini dijumpai pada zeolit Y untuk kation yang jarang. Operasi pertukaran ion dapat dilakukan dalam kondisi setimbang. Keseimbangan antara larutan dengan zeolit dinyatakan ZaB (Z)zb + ZbA (S)zb = ZaB (S)zb + ZbA (Z)za.
PEMANFAATAN ZEOLIT SINTETIS SEBAGAI ALTERNATIF PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI 6 Prinsip operasi penyerapan dan penyaringan ion. Unsur-unsur kimia yang memiliki diameter kinetik yang terlalu besar membuat unsur-unsur kimia ini tidak dapat melewati pori-pori zeolit, sehingga secara efektif unsur-unsur ini tersaring, hal ini kemudian digunakan sebagai separasi molekul berdasarkan atas ukuran dan bentuk. A_nitas dari masing-masing jenis molekul yang dapat tertangkap dalam ronga-rongga yang ada dalam zeolit bergantung pada lingkup elektroniknya. Medan elektrostatik yang kuat yang ada di dalam rongga-rongga zeolit menghasilkan interaksi yang sangat kuat dengan molekul polar seperti air. Molekul nonpolar juga dapat diserap dengan kuat berkaitan dengan tenaga polarisasi dari medan listrik yang ada. Sehingga separasi dapat dilakukan oleh zeolit.
6. Pemanfaatan zeolit sintetis dalam pengolahan limbah Limbah. Limbah adalah segala sesuatu yang merupakan sisa hasil buangan dari suatu kegiatan/produksi yang sudah tidak terpakai lagi. Limbah menurut jenisnya dapat digolongkan menjadi 3 macam yaitu limbah padat, cair dan gas. Komposisi limbah pada umumnya terdiri dari dua komponen utama yaitu anorganik dan organik. Komposisi limbah organik, dapat berupa sampah padat yang terdiri dari daun-daun kering, sampah rumah tangga, yang biasanya dihasilkan oleh daerah pemukiman. Sedangkan yang anorganik seperti gelas, plastik dan lain-lain untuk daerah pemukiman lebih sedikit dijumpai. Metode pengolahan limbah dengan zeolit. Berdasarkan PP. 18/1999, kategori pengelolaan limbah adalah Penghasil, Pengumpul, Pengangkut, Pengawas, Pengolah, Penimbun, dan Pemanfaat. Untuk pengelolaan limbah yang berbahaya, ada tahapan yang harus dilakukan yaitu penyiapan fasilitas pengelolaan dan pembuangan limbah beracun, penandatanganan surat pernyataan bagi industri penghasil limbah, clean up program, emergency response, ekspor limbah beracun dan pencegahan impor ilegal limbah beracun. Zeolit juga dapat digunakan untuk mendapatkan gas methan yang murni dari limbah yang berupa sampah yang membusuk ataupun limbah dari suatu peternakan. Gas methan yang kering tersebut kemudian dialirkan melalui tabung-tabung yang berisi bubuk mineral zeolit kering, biasanya yang dipakai adalah zeolit jenis kabasit ataupun erionit, ke dalam tabung tersebut gas CO2 akan terserap dan terikat oleh zeolit sehingga akan dihasilkan gas methan yang murni (Harjanto, 1987). Contoh lain adalah penggunaan mineral klinoptilolit, mineral ini digunakan untuk menyerap ion radioaktif dari suatu reaktor atom misalnya 90Sr dan 137Cs, pertama-tama klinoptilolit digerus hingga mencapai ukuran butir 20-59 mesh, air buangan yang berasal dari reaktor atom dialirkan melalui tabung-tabung yang berisi bubuk mineral zeolit, apabila ion-ion radioaktif yang terperangkap tersebut tidak akan dipergunakan lagi maka tabung-tabungnya dibuang atau ditanam di suatu tempat yang aman (Harjanto, 1987). Zeolit sintetis sebagai bahan pengolahan limbah. Hasil produksi industri berupa gas berbahaya seperti gas yang mengandung logam berat, H2S, juga gas methan, digunakan zeolit, karena dapat menyerap molekul polar baik dalam fase cair maupun fase gas. Sedangkan pada pengolahan limbah padat hanya limbah padat tertentu saja yang dapat
diolah oleh zeolit. Pengolahan oleh zeolit ini hanya mengurangi volume bahan berbahaya yang terdapat pada limbah padat, tidak menghilangkan limbah padat tersebut. Salah satu contoh penggunaan zeolit sintetis yang akan dibahas adalah penggunaan zeolit sintetis yang digunakan memindahkan sulfur dioksida dari gas sisa. Kapasitas adsorpsi terhadap PEMANFAATAN ZEOLIT SINTETIS SEBAGAI ALTERNATIF PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI 7 Sulfur dioksida (SO2) zeolit sintetis jenis zeolit Y berlaku pada suhu 25 hingga 200 _C dan kandungan sulfur dioksida dengan konsentrasi terkandung 0,92 hingga 5,04 %. Proses adsorpsi muncul dalam tingkat perpindahan yang tinggi tapi proses ini membutuhkan volume yang besar dari adsorben dan pemakaian energi yang tinggi untuk regenerasi dari proses ini. Masalah ini dapat diatasi dengan menggunakan materi penyerap dengan kemampuan kapasitas adsorpsi SO2 yang tinggi. Dalam proses adsorpsi SO2, sebelumnya telah diuji kemampuan adsorpsi yang tinggi dari zeolit alam maupun zeolit sintetis, yang memiliki akti_tas yang paling tinggi tenyata zeolit sintetis, kemudian dalam proses ini digunakan zeolit sintetis. Metode yang digunakan adalah dengan mencampur zeolit sintetis dengan alumina atau bentonit yang kemudian digunakan sebagai adsorben. Penyerapan SO2 berlangsung dalam suatu reaktor yang menggunakan zeolit sintetis sekitar 2-3 gr (dengan diameter ukuran butir >5cm). Gas pengisi mensintesis campuran dari nitrogen dan sulfur diokasida (SO2). Sebelumnya zeolit sintetis diaktivasi dengan pemanasan, selama satu jam pada suhu 120 _C, kemudian setelah itu selama satu jam pada suhu 400 _C dalam arus nitrogen. Temperatur adsorpsi yang berlangsung berkisar antara 20 { 200 _C. Desorpsi SO2 berlangsung dalam kondisi termal (400 _C) dalam arus nitrogen dan kuantitas adsorben dari sulfur diokasida berlangsung dalam titrasi iodometrik. Regenerasi adsorben berlangsung pada suhu 400 _C selama 30 menit. Gas residu suatu industri yang mengandung SO2 memiliki temperatur yang relative lebih tinggi dengan lingkungan. Sehingga perlu diperhatikan penurunan adsorpsi dari zeolit yang digunakan. Zeolit sintetis Y yang digunakan adalah zeolit sintetis YHNa dan zeolit sintetis YH. Zeolit menjaga nilai kapasitas adsorpsi dalam kisaran temperature 75{100 _C tetapi apabila temperaturnya naik maka nilai kapasitas adsorpsinya menjadi nol. Nilai kapasitas adsorpsi yang tinggi pada temperatur yang rendah merupakan hasil dari physicaladsorption dan chemisorption, bentukan dalam kondisi ini menjadi dominan.
Kandungan sulfur dioksida dalam gas residu nilainya uktuatif bergantung ada sumber emisinya. Zeolit YH dan zeolit YHNa tidak teralterasi secara signi_kan, setelah 20 kali siklus adsorpsi-desorpsi-regenerasi berlangsung pada kondisi eksperimen yang identik yaitu pada suhu 25 _C, 1,82 SO2 dalam N2, aliran gas 131 ml/min. Jadi zeolit sintetis jenis YHNa memiliki sifat yang baik dalam menyerap SO2. Nilai ekonomis dari zeolit sintetis. Secara umum zeolit baik itu zeolit alam maupun zeolit sintetis memiliki nilai ekonomi yang bisa dikatakan tinggi, hal ini mengingat dari mineral zeolit ini jika diolah lebih lanjut akan dapat dimanfaatkan secara optimum. Contoh penggunaan mineral zeolit secara umum adalah sebagai berikut: bahan bangunan dan ornamen, bahan puzolan dan semen portland-puzolan, bahan agregat ringan, bahan pengembang dan pengisi, bahan pembuat tapal gigi, dll. Seperti halnya zeolit alam, zeolit sintetis seperti zeolit A, zeolit K-C, zeolit _, zeolite _, zeolit ZK, dll. juga dapat dioptimalkan penggunaannya. Zeolit jenis ini dapat digunakan antara lain: sebagai bahan semen puzolan, dan semen portland-puzolan, bahan agregat ringan, bahan pengembang dan pengisi, bahan penambal gigi.
7. Kesimpulan Zeolit sangat bermanfaat dalam bidang industri, sebagai bahan alternatif pengolahan limbah industri. Hal ini adalah karena sifat-sifat yang dimiliki oleh zeolit itu seniri yaitu kemampuan untuk menyerap molekul, menukar ion, dan menjadi katalis. Zeolit sintetis adalah suatu senyawa kimia yang mempunyai sifat _sik dan kimia yang sama dengan zeolit yang ada di alam, zeolit sintetis ini dibuat dari bahan lain dengan proses sintetis,
Daftar Pustaka: 1. Smitt, J.V., Zeolite, 4, 309, October 1984 2. A. Dyer., "Introduction to Zeolite Molecular Sieves", John Willey and Sons, Chichester, (1988) 3. Dyer , "Chemistry and Industry ", 2, 241, (1984)
4. Mumpton, F.A and Sand, L.B., in "Natural Zeolite, occurence, properties and uses", Pergamon Press, Oxford, (1978) . Breck, D.W., "Zeolite Molecular Sieves", John Willey Interscience, New York, (1974) 5. Tsitsishvili, G.V., in "Natural Zeolite, occurence, properties and uses", Pergamon Press, Oxford, (1978) 6. Ames, L.L., Amer. Mineral., 45, 1120, (1961) 7. Blanchard, G. et al., Water Res., 18, 1501, (1985) 8. Voilleque, P.G., in "The Three Mile Island Accident", ACS Series 293, Washington D.C, 45, (1986) 9. Siemmen, M.J et al. in "Natural Zeolite, occurence,properties and uses", Pergamon Press, Oxford, (1978) Breck, D.W., "Zeolite Molecular Sieves", John Willey Interscience, New York, (1974) 10. Jozsf, T., "A mineral of the future", Mineralimpex, Budapest, (1989) 11. Sand, L.B and Mumpton, F.A., in "Natural zeolite, occurence, properties and uses", (Eds Sand, L.B and Mumpton, F.A.) Pergamon Press, London, (1979) 12. Las. T, " Use of Natural Zeolite for Nuclear Waste Treatment", PhD Thesis, Dept. Applied Chemistry, University of Salford, England (1989) 13. Las. T, "Zeolit Untuk Industri", Proceed Seminar/ Kolokium Lembaga Ilmu Dasar ITI, Institut Teknologi Indonesia , Serpong, (1991). 14. Las. T, " Use of Inorganic Sorbents for Liquid Waste Treatment and Backfill for Underground
Repositories",
TechnicalReport,
IAEA-RC
No
7215/R1/RB,
Shellafield, UK (1994) 15. Las. T, " Zeolite for Radioactive Waste Treatment, Techical Report, IAEA-RC No 7215/R2/RB, Beijing, China (1995) 16. Sutakarya H, Las. T, Sutoto, " Prospek Zeolit Bayah", Proceed Seminar Zeo-Agro, HAL 223-237, IPB Bogor (1992) 17. Las T, Sofyan Yatim, "Pratomo Budiman S, Potensi Zeolit Untuk Pengolahan Limbah Industri" UNAND Limau Manis Padang (1996) 18. Las T., " Use of zeolite for radioactive Waste treatmen and Disposal", JSPS-BPPT, Jakarta, (19 Februari1996) 19. Las T., Nurokhim, Imobilisasi Cs-137 dengan Zeolit dalam Matriks Semen ",Prosiding Pertemuan Ilmiah Teknologi Pengolahan Limbah I", hal 58-63, Serpong (10-11 Desember 1997)
