SUMBERNYA DARI AYAH SAYA, JIKA ANDA INGIN MENG COPY, ANDA HARUS MENCANTUMKAN NAMA BLOG SAYA
A. Pengantar
Zeolit pertama kali ditemukan
oleh Freiherr Axel Cronstedt, seorang ahli mineralogi dari Swedia pada tahun
1756 (Sheppard, 1969: 875-886). Istilah zeolit berasal dari bahasa Yunani
“zein” yang berarti membuih, dan “lithos” yang berati batu. Zeolit (Zeinlithos)
atau berarti juga batuan mendidih, di dalam riset-riset kimiawan telah lama
menjadi pusat perhatian. Zeolit merupakan mineral alumina silikat terhidrat
yang dapat mengikat molekul air secara reversible. Penggunaan zeolit berkaitan
dengan tiga sifat penting yang dimilikinya, yaitu: kemampuannya dalam melakukan
pertukaran ion, daya serap dan daya saring molekuler, serta daya katalis.
Pemanfaatannya utama zeolit sebagai penukar ion untuk pelunakan air, untuk
menghilangkan dan pengikatan radionuklida serta penyerapan logam berat dari
limbah tercemar dan penghilangan ion amonium dari limbah cair. Zeolit menurut
proses pembentukannya dibagi 2, yaitu : zeolit alam (natural zeolit) dan zeolit
sintetis (syntetic zeolit). Sedangkan berdasarkan ukuran porinya, zeolit dapat
diklasifikasikan menjadi 3 golongan, yaitu: zeolit dengan pori kecil (small
pore zeolit), zeolit dengan pori medium (medium pore zeolit), dan zeolit dengan
pori besar (large pore zeolit).
B. Rumus Umum
Rumus umum zeolit adalah
Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y].mH2O, di mana M adalah kation bervalensi n, (AlO2)x(SiO2)y
adalah kerangka zeolit yang bermuatan negative, H2O adalah molekul air yang
terhidrat dalam kerangka zeolit. Zeolit pada umumnya dapat dibedakan menjadi
dua, yaitu zeolit alam dan zeolit sintetik. Zeolit alam biasanya mengandung
kation-kation K+ ,Na+, Ca2+ atau Mg2+ sedangkan zeolit sintetik biasanya hanya
mengandung kation-kation K+ atau Na+. Pada zeolit alam, adanya molekul air
dalam pori dan oksida bebas di permukaan seperti Al2O3, SiO2, CaO, MgO, Na2O,
K2O dapat menutupi pori-pori atau situs aktif dari zeolit sehingga dapat
menurunkan kapasitas adsorpsi maupun sifat katalisis dari zeolit tersebut.
Inilah alasan mengapa zeolit alam perlu diaktivasi terlebih dahulu sebelum
digunakan. Aktivasi zeolit alam dapat dilakukan secara fisika maupun kimia.
Secara fisika, aktivasi dapat dilakukan dengan pemanasan pada suhu 300-400 oC
dengan udara panas atau dengan sistem vakum untuk melepaskan molekul air.
Sedangkan aktivasi secara kimia dilakukan melalui pencucian zeolit dengan
larutan Na2EDTA atau asam-asam anorganik seperti HF, HCl dan H2SO4 untuk
menghilangkan oksida-oksida pengotor yang menutupi permukaan pori.
1. Rasio Si/Al
Rasio Si/Al merupakan
perbandingan jumlah atom Si terhadap jumlah atom Al di dalam kerangka zeolit.
Zeolit-A merupakan zeolit sintetik yang mempunyai rasio Si/Al sama dengan satu.
Beberapa zeolit mempunyai rasio Si/Al yang tinggi seperti zeolit ZK-4 (LTA),
yang mempunyai struktur kerangka seperti zeolit-A, mempunyai rasio 2,5. Banyak
zeolit sintetik yang dikembangkan untuk katalis mempunyai kadar Si yang tinggi
seperti ZMS-5 (MFI) (Zeolit Socony-Mobil) dengan rasio Si/Al antara 20 sampai
tak terhingga (murni SiO2). Ini jauh melebihi mordenit (rasio Si/Al = 5,5) yang
merupakan zeolit alam yang dikenal paling banyak mengandung Si.
Perubahan rasio Si/Al dari zeolit
akan mengubah muatan zeolit sehingga pada akhirnya akan mengubah jumlah kation
penyeimbang. Lebih sedikit atom Al artinya lebih sedikit muatan negatif pada
zeolit sehingga lebih sedikit pula kation penyeimbang yang ada. Zeolit berkadar
Si tinggi bersifat hidrofobik dan mempunyai affinitas terhadap hidrokarbon.
2. Kation Penyeimbang
Kerangka Si/Al-O pada zeolit
bersifat rigid, akan tetapi kation bukan merupakan bagian dari kerangka ini.
Kation yang berada di dalam rongga zeolit disebut exchangeable cations karena
bersifat mobil dan dapat digantikan oleh kation lainnya.
Keberadaan dan posisi kation pada
zeolit sangat penting untuk berbagai alasan. Lingkar silang dari cincin dan
terowongan pada strukturnya dapat diubah dengan mengubah ukuran atau muatan
kation. Secara signifikan hal ini akan mempengaruhi ukuran molekul yang dapat
teradsorbsi. Pengubahan pada pengisian kationik juga akan mengubah distribusi
muatan di dalam rongga yang akan mempengaruhi sifat adsorptif dan aktivitas katalitik
dari zeolit tersebut. Dengan alasan ini maka sangat penting untuk mengatur
posisi kation di dalam kerangka dan banyak penelitian telah dilakukan untuk
maksud tersebut.
C. Struktur
Zeolit umumnya memiliki struktur
tiga dimensi, yang terbentuk dari tetrahedral alumina dan silika dengan
rongga-rongga di dalam yang berisi ion-ion logam, biasanya alkali atau alkali
tanah dan molekul air yang dapat bergerak bebas. Secara empiris, rumus molekul
zeolit adalah Mx/n.(AlO2)x.(SiO2)y.xH2O. Struktur zeolit sejauh ini diketahui
bermacam-macam, tetapi secara garis besar strukturnya terbentuk dari unit
bangun primer, berupa tetrahedral yang kemudian menjadi unit bangun sekunder
polihedral dan membentuk polihendra dan akhirnya unit struktur zeolit.
Berikut adalah beberapa contoh
jenis mineral zeolit beserta rumus kimianya :
Nama Mineral
|
Rumus Kimia Unit Sel
|
Analsim
|
Na16(Al16Si32O96). 16H2O
|
Kabasit
|
(Na2,Ca)6 (Al12Si24O72). 40H2O
|
Klipnoptolotit
|
(Na4K4)(Al8Si40O96). 24H2O
|
Erionit
|
(Na,Ca5K) (Al9Si27O72). 27H2O
|
Ferrierit
|
(Na2Mg2)(Al6Si30O72). 18H2O
|
Heulandit
|
Ca4(Al8Si28O72). 24H2O
|
Laumonit
|
Ca(Al8Si16O48). 16H2O
|
Mordenit
|
Na8(Al8Si40O96). 24H2O
|
Filipsit
|
(Na,K)10(Al10Si22O64). 20H2O
|
Natrolit
|
Na4(Al4Si6O20). 4H2O
|
Wairakit
|
Ca(Al2Si4O12). 12H2O
|
Di Indonesia, jumlah zeolit sangat
melimpah dan tersebar di berbagai daerah baik di pulau Jawa, Sumatera, dan
Sulawesi. Pemanfaatan zeolit Indonesia untuk penggunaan secara langsung belum
dapat dilakukan, karena zeolit Indonesia banyak mengandung campuran
(impurities) sehingga perlu dilakukan pengolahan terlebih dahulu untuk
menghilangkan atau memisahkannya dari kotoran-kotoran.
D. Sifat Unik Zeolit
Karena sifat fisika dan kimia
dari zeolit yang unik, sehingga dalam dasawarsa ini, zeolit oleh para peneliti
dijadikan sebagai mineral serba guna. Sifat-sifat unik tersebut meliputi
dehidrasi, adsorben dan penyaring molekul, katalisator, dan penukar ion. Zeolit
mempunyai sifat dehidrasi (melepaskan molekul H20) apabila dipanaskan. Pada
umumnya struktur kerangka zeolit akan menyusut. Tetapi kerangka dasarnya tidak
mengalami perubahan secara nyata. Disini molekul H2O seolah-olah mempunyai
posisi yang spesifik dan dapat dikeluarkan secara reversibel. Sifat zeolit
sebagai adsorben dan penyaring molekul, dimungkinkan karena struktur zeolit yang
berongga, sehingga zeolit mampu menyerap sejumlah besar molekul yang berukuran
lebih kecil atau sesuai dengan ukuran rongganya. Selain itu kristal zeolit yang
telah terdehidrasi merupakan adsorben yang selektif dan mempunyai efektivitas
adsorpsi yang tinggi.
Kemampuan zeolit sebagai katalis
berkaitan dengan tersedianya pusat-pusat aktif dalam saluran antar zeolit.
Pusat-pusat aktif tersebut terbentuk karena adanya gugus fungsi asam tipe
Bronsted maupun Lewis. Perbandingan kedua jenis asam ini tergantung pada proses
aktivasi zeolit dan kondisi reaksi. Pusat-pusat aktif yang bersifat asam ini
selanjutnya dapat mengikat molekul-molekul basa secara kimiawi. Sedangkan sifat
zeolit sebagai penukar ion karena adanya kation logam alkali dan alkali tanah.
Kation tersebut dapat bergerak bebas didalam rongga dan dapat dipertukarkan
dengan kation logam lain dengan jumlah yang sama. Akibat struktur zeolit
berongga, anion atau molekul berukuran lebih kecil atau sama dengan rongga
dapat masuk dan terjebak.
E.
Aplikasi Zeolit
Seperti telah disinggung di atas,
bahwasanya dalam dasawarsa ini, zeolt telah dimanfaatkan secara luas oleh
masyarakat. Table 1 adalah beberapa contoh bidang aplikasi zeolit.
Tabel 1. Bidang Aplikasi Zeolit
dan Penerapannya
Bidang/Sektor
|
Aplikasi
|
Pertanian
|
Penetral keasaman tanah, meningkatkan aerasi tanah, sumber mineral pendukung pada pupuk dan tanah, serta sebagai pengontrol yang efektif dalam pembebasan ion amonium, nitrogen, dan kalium pupuk.
|
Peternakan
|
Meningkatkan nilai efisiensi nitrogen, dapat mereduksi penyakit lembuhg pada hewan ruminensia, pengontrol kelembaban kotoran hewan dan kandungan amonia kotoran hewan.
|
Perikanan
|
Membersihkan air kolam ikan yang mempunyai sistem resikurlasi air, dapat mengurangi kadar nirogen pada kolam ikan.
|
Energi
|
Sebagai katalis pada proses pemecahan hidrokarbon minyak bumi, sebagai panel-panel pada pengembangan energi matahari, dan penyerap gas freon.
|
Industri
|
Pengisi (filler) pada industri kertas, semen, beton, kayu lapis, besi baja, dan besi tuang, adsorben dalam industri tekstil dan minyak sawit, bahan baku pembuatan keramik.
|
Sifat-sifat unik zeolit yaitu
dehidrasi, adsorben dan penyaring molekul, katalisator, dan penukar ion
memungkinkan penggunaannya sangat luas. Zeolit secara luas digunakan terutama
dalam tiga aplikasi: adsorben, katalis, pertukaran ion (Auerbach, 2003: 14)
1. Aplikasi adsorben
Tabel 2 berisi daftar aplikasi
adsorben umum dan berfokus pada membersihkan molekul polar atau senyawa
terpolarisasi untuk proses pemurnian dan pemisahan massal didasarkan pada
proses penyaringan molekuler. Zeolit berfungsi sebagai penyaring alami. Air
tanah yang dilewatkan kolom gelas berisi zeolit, kadar Fe dapat diturunkan
sampai 55%, sedangkan kadar Mn dapat diturunkan sampai 100% (Abdur Rahman &
Budi Hartono. 2004: 1-6).
Table 2 Aplikasi Adsorben Zeolite
sebagai Saringan Molekuler Komersial
Pemurnian
|
Pemisahan massal
|
Pengeringan
· Gas alam
· Cracking gas
· Jendela terisolasi
· Refrigerant (pembeku)
|
Pemisahan n-parafin atau isoparafin
Pemisahan xylena
|
Membersihkan CO2: gas alam dan pabrik oksigen cair
|
Pemisahan olefin
Pemisahan pelarut organik
|
Membersihkan senyawa belerang
|
O2 dari udara
|
Sweetening gas alam dan LPG
|
Pemisahan CO2, SO2, dan NH3
|
Membersihkan polutan: Hg, NOx, SOx
|
Pemisahan gula
|
Membersihkan bahan organic dan anorganik dari aliran umpan asam asetat komersial
|
Pemisahan asam amino dan nitroamina
|
2. Aplikasi katalisis
Tabel 3 berisi daftar aplikasi
utama katalisis oleh zeolit. Transformasi hidrokarbon oleh zeolit, pertukaran
kation NH4+ dan spesi multivalen. Zeolit mengalami peningkatan penggunaan
untuk sintesis bahan kimia organik antara. Keuntungan dari zeolit sebagai
katalis heterogen adalah pemisahannya mudah dan mudah dilakukan regenerasi.
Setiadi dan kawan-kawan menemukan bahwa metanol (CH3OH) dapat dibuat dari umpan
utama gas CO2 dan H2 dengan katalis katalis zeolit alam. Meskipun telah ada
penemuan peningkatan kinerja zeolit selama 50 tahun terakhir, tetapi hanya
sebagian sangat kecil yang pernah menemukan aplikasi yang dapat digunakan
secara komersial.
3. Aplikasi pertukaran ion
Tabel 4 adalah daftar aplikasi
zeolit untuk pertukaran ion. Penggunaan utama dari zeolit sebagai penukar ion
adalah untuk pelunakan air dalam industri deterjen dan penggunaan pengganti
fosfat. Zeolit mampu menggantikan peran fosfat sebagai pembentuk (builders)
dalam detergen (Harjanto, 1987). Penggunaan zeolit sebagai pembentuk memiliki
beberapa keunggulan antara lain: (1) zeolit menurunkan ongkos produksi detergen
(low cost), (2) menurunkan kesadahan air, dan (3) menghilangkan logam-logam
berat seperti besi, mangan, dan tembaga. Selektivitas zeolit A untuk Ca2+
menghasilkan keuntungan yang unik. Zeolit
alam penggunaannya cukup baik untuk membersihkan radioisotop Cs+ dan
Sr2+ dengan pertukaran ion dari aliran limbah radioaktif.
4. Aplikasi lainnya
Tabel 5 memberikan contoh
aplikasi zeolit yang berhubungan dengan kesehatan. Aplikasi massal untuk serbuk
zeolit telah muncul untuk menghilangkan bau dan sebagai aditif plastik.
Zeolit diyakini dapat melindungi
dan memulihkan kesehatan kita dengan cara-cara:
• Menghilangkan radiasi keracunan (x-ray,
keamanan scanner, nuklir)
• Detoksifikasi logam berat, termasuk
mercury, timbal, & cadmium
• Mengurangi lingkungan beracun (asap,
radiasi ponsel, bahan kimia)
• Menonaktifkan kanker, virus, dan parasit
• Menghapus bahan radioaktif dari tubuh
(cesium, plutonium, dan uranium)
• Meningkatkan sistem kekebalan tubuh, menghilangkan
racun dan merevitalisasi tubuh
F. Rekayasa Zeolit
Penelitian mengenai zeolit telah
berkembang menuju preparasi material baru dengan memasukkan berbagai molekul
atau ion ke dalam sangkar zeolit. Misalnya pigmen ultramarine pada struktur
sodalite dan mengandung ion S3- yang terjerat pada sangkar yang memberikan
warna biru yang menarik.Salah satu bidang penelitian ini telah terfokus pada
pembentukan deposit material semikonduktor pada sangkar zeolit. Hasilnya berupa
partikel yang sangat kecil yang disebut titik quantum (quantum dots). Partikel
ini mempunyai sifat elektronik, magnetik dan optikal yang sangat menarik yang
merupakan konsekuensi dari ukurannya daripada dari komposisi kimia. Selama
proses pengisian pori, titik quantum menjadi bersambung dan material yang
dihasilkan mempunyai sifat intermediet diantara partikel diskrit dan bulk
semikonduktor. Salah satu contohnya adalah band gap semikonduktor CdS yang
membentuk kubik diskrit klaster (CdS)4 pada sangkar sodalite dari zeolit-A, -X
dan –Y yang berbeda dengan bulk CdS.
Berbagai molekul atau ion lain
dapat dimasukkan ke dalam β-cages dari zeolit termasuk logam alkali, perak dan
garam perak, selenium serta berbagai polimer konduktif. Berbagai material baru
ini sedang diteliti dengan pusat perhatian pada sifat fisika yang penting
(semikonduktor, fotokonduktif dan konduktivitas ion, luminescence, warna dan
efek ukuran quantum) yang kemudian mempunyai kemungkinan eksploitasi secara
komersial.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar