Digital 20214146-S148-Modifikasi Zeolit 4

i

UNIVERSITAS INDONESIA

MODIFIKASI ZEOLIT KLINOPTILOLIT DENGAN

NANOPARTIKEL Au DAN LIGAN ASAM 3-MERKAPTOPROPANOAT

SERTA APLIKASINYA SEBAGAI ADSORBEN ION LOGAM BERAT

SKRIPSI

ROHATIN

0806365274

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

DEPARTEMEN KIMIA

DEPOK

JULI 2011

Modifikasi zeolit ..., Rohatin, FMIPA UI, 2011

LibraryNoteSilakan klik bookmarks untuk melihat atau link ke halaman isi

ii

UNIVERSITAS INDONESIA

MODIFIKASI ZEOLIT KLINOPTILOLIT DENGAN

NANOPARTIKEL Au DAN LIGAN ASAM 3-MERKAPTOPROPANOAT

SERTA APLIKASINYA SEBAGAI ADSORBEN ION LOGAM BERAT

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana sains

ROHATIN

0806365274

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

DEPARTEMEN KIMIA

DEPOK

JULI 2011


iii


iv

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi ini diajukan oleh :

Nama : Rohatin

NPM : 0806365274

Program Studi : Kimia

Judul Skripsi : Modifikasi Zeolit Klinoptilolit dengan Nanopartikel Au dan Ligan Asam Merkaptopropanoat serta Aplikasinya sebagai Adsorben Ion Logam Berat.

Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia

DEWAN PENGUJI


v

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Rabb Allah SWT atas segala berkah, anugerah, dan

kasih sayang yang tidak berkesudahan di dalam kehidupan penulis dan kepada

Rasulullah SAW yang menjadi suri teladan yang benar-benar sempurna selama

ini.

Terimakasih yang teramat besar penulis ucapkan kepada orang-orang

teristimewa penulis Ayah, Ibu, kakaku dan adiku yang telah berkorban begitu

besar bagi penulis dalam hal apa pun yang mengajarkan kesabaran, arti hidup,

semangat yang sangat berarti bagi penulis.

Saya menyadari bahwa, tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak,

dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan skripsi ini, sangatlah sulit bagi

saya untuk menyelesaikan skripsi ini. Oleh karena itu, saya mengucapkan terima

kasih kepada:

1. Dr. Yoki Yulizar dan Dra. Tresye Utari, M.si selaku dosen pembimbing

yang telah menyediakan waktu, tenaga dan pikiran untuk mengarahkan

saya dalam penyusunan skripsi ini.

2. Novena Damar Asri, S.Si. Terima kasih atas masukan, diskusi,

pengertiannya, arahan dalam penyusunan skripsi.

3. Dr. Ridla Bakri, selaku Ketua Jurusan Kimia.

4. Dra. Siswati Setiasih M.Si selaku pembimbing akademik penulis.

5. Drs. Riswiyanto M.Si selaku Ketua Program Ekstensi Kimia dan selaku

Koordinator Penelitian, terima kasih telah banyak membantu penulis.

6. Dr. Widayanti Wibowo, Drs. Riswiyanto, M.Si, Dr. Yuni Krisyuningsih

Krisnandi selaku dewan penguji yang telah memberi saran, masukan,

arahan dalam penyusunan skripsi.

7. Bapak dan Ibu dosen Departemen Kimia FMIPA Universitas Indonesia,

terima kasih atas ilmu yang telah diberikan.


vi

8. Teman dekat penulis: mas Andri yang mengajarkan kesabaran, arti hidup,

semangat yang sangat berarti bagi penulis, dukungan dan pengertiannya

selama penelitian.

9. Rekan penelitian : Shabrina, Asri, Ari dan bu Nurlita.Terima kasih atas

kerjasama, kenyamanan, bantuan, diskusi, saran, sharing, keceriaannya,

dukungan dan pengertiannya selama penelitian.

10. Teman-teman penelitian: Temi,Wiwit, Omi, Nadia, Nadhiroh, Hani, Fitri,

Sherly, Zetry, Ina, Dante, Destya, Retno, Puput, mbak Sofi, bu Indri, Bu

Nana dan teman-teman penelitian lantai 4. Terima kasih atas kerjasamanya

diskusi, saran, sharing dan keceriaannya selama penelitian.

11. Sahabat penulis:Vina, Dwi, Diana, Kak Boni, Selvi, Uus, Agnes, Indri,

Dani, Ade. Terima kasih atas persahabatan, kekeluargaan yang luar biasa

dan menyenangkan.

12. Pihak-pihak yang telah membantu proses penelitian: tim afiliasi, pak

Sutrisno Babeh, pak Hedi, mbak Ina, mbak Cucu, pak Hadi, pak Marji,

dan semua karyawan Departemen Kimia FMIPA UI.

13. Semua pihak yang telah membantu penulis yang tidak dapat disebutkan

satu persatu oleh penulis.

Akhirnya, dengan segala kekurangan, penulis berharap agar skripsi ini dapat

bermanfaat bagi semua pihak.

Depok, Juli 2011

Penulis


vii


viii

ABSTRAK

Nama : Rohatin


Judul : Modifikasi Zeolit Klinoptilolit dengan Nanopartikel Au dan

Ligan Asam 3-Merkaprtopropanoat serta aplikasinya

sebagai Adsorben Ion Logam Berat

Zeolit alam Indonesia (Klinoptilolit) yang dimodifikasi oleh nanopartikel Au dan ligan asam 3-merkaptopropanoat (AMP) telah berhasil disintesis sebagai adsorben ion Zn(II), Cu(II), Pb(II), Cd(II) dan Fe(III). Modifikasi zeolit dengan nanopartikel Au (zeolit@Au) dilakukan dengan cara mereduksi HAuCl4 dengan NaBH4 dalam sistem suspensi zeolit. Zeolit@Au selanjutnya dimodifikasi dengan AMP dengan cara pelapisan melalui pengadukan dan proses aging. Zeolit@Au@AMP dikarakterisasi dengan FTIR dan PSA. Data FTIR memperlihatkan adanya gugus CH2 pada bilangan gelombang ( ) 2920 cm

-1 dan 2850 cm-1 ; gugus keton (C=O) pada = 1700 cm-1 ; dan gugus OH pada = 3400 cm1 dan gugus S-Au pada = 2600 cm 1. Data PSA memperlihatkan ukuran partikel zeolit@Au@AMP sebesar 498,2 nm. Zeolit@Au@AMP diaplikasikan sebagai adsorben ion Zn(II), Cu(II), Pb(II), Cd(II) dan Fe(III). Zeolit@Au@AMP 0,03 M memperlihatkan adsorpsi secara sensitif dan selektif terhadap ion tunggal Pb(II) pada pH 5,6 dengan daya adsorpsi 13 kali lebih besar dari zeolit alam, sedangkan adsorpsi terhadap ion logam lain (0,08 -1,07 kali). Daya adsorpsi zeolit@Au@AMP 0,03 M terhadap limbah buatan (ion logam campuran) pada pH 6,1 memperlihatkan daya adsorpsi ion Pb(II) 21 kali lebih besar dari zeolit alam, sedangkan adsorpsi terhadap ion logam lain (1,6 2,5 kali). Regenerasi zeolit@Au@AMP-Pb(II) telah dilakukan dengan EDTA 0,1M menghasilkan zeolit@Au@AMP kembali dengan persen regenerasi sebesar 77,67%. Hasil penelitian ini diharapkan dapat berkontribusi pada material sains dan teknologi pemisahan.

Kata kunci : Modifikasi zeolit klinoptilolit, nanopartikel Au,

asam 3-merkaptopropanoat, adsorben, ion logam berat

Vii+88 hlm : gmbr, tbl, lamp

Bibliografi : 55 (1993-2010)

ABSTRACT


ix

Nama : Rohatin


Judul : Modification of Clinoptilolite with Gold Nanoparticle and

3-Mercaptopropionic Acid As Adsorben of Heavy Metal

Ions.

Indonesian natural zeolite (clinoptilolite) modified by gold nanoparticle and 3-mercaptopropionic acid ligand (AM) had been synthesized as adsorbent of Zn(II), Cu(II), Pb(II), Cd(II), and Fe (III) ions. Modification of zeolite with gold nanoparticles (zeolite@Au) was done by reducing with HAuCl4 with NaBH4 in the zeolite with suspension system. Zeolites@ Au was subsequently modified with AMP by means of coating with thoroughly stirring, and the aging process. Zeolite@Au@AMP were characterized by FTIR and PSA. FTIR spectra peaks showed the presence of CH2 group at wave number ( ) 2920 cm-1 and 2850 cm-1; carbocylic group (C = O) = 1700 cm-1, and the OH group = 3400 cm-1 and group S -Au = 2600 cm-1. Spectra PSA showed the particle size of zeolites@Au@AMP at 498.2 nm. Zeolites@Au@AMP was applied as adsorbent of Zn (II), Cu (II), Pb (II), Cd (II) and Fe (III) ions. Zeolites@Au@ AMP 0.03 M showed a sensitive and selective adsorption of (a single) Pb (II) ion at pH 5.6 with adsorption strength 13 times greater than the natural zeolite, whereas the adsorption of other metal ions were 0.08 up to 1.07 times.The power adsorption of zeolit@Au @ AMP 0.03 M of artificial waste (a mixture of metal ions) at pH 6.1 showed the adsorption of Pb (II) 21 times larger than the natural zeolite, whereas adsorption of other metal ions were (1.6 up to 2.5 times). The regeneration of zeolite@Au@AMP-Pb (II) had been carried out with 0.1 M EDTA produced zeolites@Au@AMP which had the regeneration capacity of 77,67%. We hope that study can contribute to materials science and separation technology.

Key words : Modification clinoptilolite zeolite, Gold nanoparticle, 3- mercaptopropionic acid , adsorbent, Heavy metal ion

Vii+88 hlm : pict, tbl, app

Bibliografi : 55 (1993-2010)

DAFTAR ISI


x

HALAMAN JUDUL ........................................................................................ i HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ............................................. ii LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. iii KATA PENGANTAR ..................................................................................... iv LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ........................ v ABSTRAK ....................................................................................................... vii ABSTRACT ..................................................................................................... viii DAFTAR ISI .................................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiv DAFTAR TABEL ............................................................................................ xvi DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xvii BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ............................................................................... 1 1.2 Perumusan Masalah . ...................................................................... 4 1.3 Hipotesa .......................................................................................... 5 1.4 Tujuan Penelitian ............................................................................ 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................... 7

2.1 Kajian Pustaka yang Telah Dilakukan ........................................... 7 2.2 Studi Pendahuluan yang Sudah Dilakukan .................................... 8 2.3 Studi Literatur ................................................................................ 9

2.3.1 Zeolit ....................................................................................... 9 2.3.2 Struktur Kerangka Zeolit ........................................................ 10 2.3.3 Jenis Zeolit ............................................................................. 12 2.3.4 Sifat dan Penggunaan Zeolit ................................................... 13

2.4 Zeolit Klinoptilolit .......................................................................... 15 2.5 Nanopartikel ................................................................................... 15 2.6 Emas ............................................................................................... 16 2.7 Nanopartikel Emas ......................................................................... 17 2.8 Senyawa Tiol .................................................................................. 18

2.8.1 Asam 3-Merkaptopropanoat ................................................. 18 2.8.2 Modifikasi Nanopartikel Au dengan

Asam 3-Merkaptopropanoat ............................................... 19 2. 9 Logam Berat .................................................................................. 20

2.9.1 Logam Pb............................................................................... 21 2.9.2 Logam Cu ............................................................................. 21 2.9.3 Logam Zn ............................................................................. 22 2.9.4 Logam Cd ............................................................................. 22 2.9.5 Logam Fe.............................................................................. 23

2.10 Pembentukan Kompleks ............................................................... 23 2.11 Adsorben ...................................................................................... 23 2.12 Etylene Diamine Tetra Acid (EDTA) ........................................... 24 2.13 Fourier Transform Infra Red (FTIR) ........................................... 24


xi

2.14 Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) ...................................... 25 2.15 X-Ray Fluoresence (XRF) ............................................................ 27 2.16 Brunaeur, Emmet, Teller (BET) ................................................... 28 2.17 Particle Size Analyzer (PSA) ....................................................... 29

BAB III METODE PENELITIAN ............................................................... 31

3.1 Peralatan dan Bahan ...................................................................... 31 3.1.1 Peralatan ............................................................................... 31 3.1.2 Bahan .................................................................................... 31

3.2 Prosedur Kerja ................................................................................ 31 3.2.1 Pembuatan Larutan Induk ................................................... 31

3.2.1.1 Pembuatan Larutan HCl 1,2 M .................................. 32 3.2.1.2 Pembuatan Larutan NaOH 0,05M.............................. 32 3.2.1.3 Pembuatan Larutan NaCl 1 M.................................... 32 3.2.1.4 Pembuatan Larutan HAuCl4 1,0x10

-2M ..................... 32 3.2.1.5 Pembuatan Larutan NaBH4 0,0261M ......................... 32 3.2.1.6 Pembuatan Larutan AMP 0,1 M ................................ 32 3.2.1.7 Pembuatan Larutan Zn(II) 5000 ppm ......................... 32 3.2.1.8 Pembuatan Larutan Cu(II) 5000 ppm ........................ 32 3.2.1.9 Pembuatan Larutan Pb(II) 5000 ppm ......................... 32 3.2.1.10 Pembuatan Larutan Cd(II) 5000 ppm........................ 32 3.2.1.11 Pembuatan Larutan Fe(III) 5000 ppm ...................... 33 3.2.1.12 Pembuatan Larutan Na-EDTA 0,1 M ...................... 33

3.2.2 Aktivasi Zeolit ..................................................................... 33 3.2.2.1 Aktivasi Secara Fisika ................................................ 33 3.2.2.2 Aktivasi Secara Kimia................................................... 33 3.2.2.3 Penyeragaman Kation................................................... 33

3.2.3 Imobilisasi Nanopartikel Emas pada Zeolit ........................ 34 3.2.3.1 Optimasi Waktu Imobilisasi Nanopartikel

Emas dalam Zeolit ..................................................... 34 3.2.3.2 Imobilisasi Nanopartikel Emas dalam

Zeolit .......................................................................... 34 3.2.4.Penanaman Ligan Asam 3-Merkaptopropanoat pada Zeolit@Au.......................................................................... 34 3.2.5.Aplikasi Adsorben Terhadap Ion Logam Berat (Tunggal) 35

3.2.5. 1 Aplikasi Adsorben Terhadap Ion Zn(II) ................... 35 3.2.5.2 Aplikasi Adsorben Terhadap Ion Cu(III) ................... 35 3.2.5. 3 Aplikasi Adsorben Terhadap Ion Pb(II) .................... 35 3.2.5.4 Aplikasi Adsorben Terhadap Ion Cd(II) .................... 36 3.2.5. 5Aplikasi Adsorben Terhadap Ion Fe(III).................... 36

3.2.6 Aplikasi Adsorben Terhadap Ion Logam Campuran .............. 36 3.2. 7 Optimasi Aplikasi Zeolit@Au@AMP Terhadap Adsorbat

Paling selektif ........................................................................ 37 3.2.7.1 Variasi Konsentrasi AMP ............................................. 37 3.2.7.2 Variasi Konsentrasi Ion Logam...................................... 38

3.2.8 Regenerasi Zeolit@Au@AMP-Ion Logam ........................... 38 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................... 40

4.1 Aktivasi Zeolit Alam Klinoptilolit ................................................. 40


xii

4.1.1 Aktivasi Secara Fisika............................................................... 40 4.1.2 Aktivasi Secara Kimia .............................................................. 40 4.1.3 Penyeragaman Kation................................................................ 40

4.2 Modifikasi Zeolit Alam Klinoptilolit.............................................. 41 4.2.1 Imobilisasi Nanopartikel Au ke dalam Zeolit ........................... 41 4.2.2 Penanaman Ligan Asam 3-Merkaptopropanoat

(Zeolit@Au@AMP) ................................................................. 42 4.3 Karakterisasi Zeolit........................................................................ 42

4.3.1 Karakterisasi Zeolit dengan XRF dan BET .............................. 42 4.3.2 Karakterisai Zeolit dengan PSA................................................ 43 4.3.3 Karakterisasi Zeolit dengan FTIR............................................... 45

4.4 Aplikasi Adsorben Terhadap Ion Logam Berat................................ 47 4.4.1 Aplikasi Adsorben Ion Berat dari Limbah Buatan

(Ion Tunggal)............................................................................ 47 4.4.1.1 Aplikasi Adsorben Terhadap Ion Zn (II)............................... 47 4.4.1.2 Aplikasi Adsorben Terhadap Ion Cu (II)............................... 49 4.4.1.3 Aplikasi Adsorben Terhadap Ion Pb (II)............................... 51 4.4.1.4 Aplikasi Adsorben Terhadap Ion Cd (II)............................... 52 4.4.1.5 Aplikasi Adsorben Terhadap Ion Fe (III)............................... 54 4.4.1.6 Penentuan Adsorbat Paling Selektif....................................... 56

4.4.2 Aplikasi Adsorben Ion Berat dari Limbah Buatan (Ion Campuran).......................................................................... 57

4.5 Optimasi Aplikasi Zeolit@Au@AMP Terhadap Adsorbat Paling Selektif.............................................................................................. 60

4.5.1 Variasi Konsentrasi Ligan Pemodifikasi................................... 60 4.5.2 Variasi Konsentrasi Adsorbat................................................... 61

4.6 Regenerasi..................................................................................... 63

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................... 66

5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 66 5.2 Saran ............................................................................................... 67

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 68

LAMPIRAN .................................................................................................... 73

DAFTAR GAMBAR


xiii

Gambar 2.1 Model unit pembangun primer ..................................................... 11 Gambar 2.2 Unit pembangun sekunder zeolit .................................................. 11 Gambar 2.3 Unit pembangun tersier ................................................................ 12 Gambar 2.4 Struktur zeolit klinoptilolit ........................................................... 15 Gambar 2.5 Skema pembentukan nanopartikel Au.......................................... 17 Gambar 2.6 Skema pembentukan nanopartikel Au

dengan metode turkevich .............................................................. 18 Gambar 2.7 Struktur molekul asam 3-merkaptopropanoat .............................. 19 Gambar 2.8 Ilustrasi nanopartikel Au termodifikasi 3-AMP ........................... 20 Gambar 2.9 Struktur EDTA ............................................................................. 24 Gambar 2.10 Skema Pperalatan FTIR ............................................................. 25 Gambar 2.11 Komponen utama spektroskopi serapan atom ............................ 26 Gambar 2.12 Skema peralatan XRF................................................................. 27 Gambar 2.13 Skema peralatan BET ................................................................. 28 Gambar 2.14 Skema peralatan PSA ................................................................. 29 Gambar 4.1 Ilustrasi imobilisasi nanopartikel Au pada zeolit ......................... 41 Gambar 4.2 Ilustrasi penanaman ligan asam 3-merkaptopropanoat pada

zeolit@Au ................................................................................... 42 Gambar 4.3 Zeolit aktivasi dan zeolit@Au ...................................................... 44 Gambar 4.4 Spektra PSA zeolit aktivasi, zeolit@Au, zeolit@Au@AMP ....... 44 Gambar 4.4 Spektra PSA nanopartikel Au, Au@AMP ................................... 45 Gambar 4.6 Hasil spektra FTIR zeolit, zeolit@Au, zeolit@Au@AMP 0,01M dan zeolit@Au@AMP0,03M.......................................... 46 Gambar 4.7 Grafik perbandingan jumlah ion Zn(II)teradsorpsi pada zeolit,

zeolit@Au, zeolit@AMP ............................................................ 47 Gambar 4.8 Grafik perbandingan jumlah ion Cu(II) tersadsorpsi pada zeolit, zeolit@Au, zeolit@AMP ....................................................... 49 Gambar 4.9 Grafik perbandingan jumlah ion Pb(II) teradsorpsi pada zeolit, zeolit@Au, zeolit@AMP........................................................ 51 Gambar 4.10 Grafik perbandingan jumlah ion Cd(II) teradsorpsi pada zeolit, zeolit@Au, zeolit@AMP........................................................ 53 Gambar 4.11 Grafik perbandingan jumlah ion Fe(III) teradsorpsi pada zeolit, zeolit@Au, zeolit@AMP........................................................ 54 Gambar 4.12 Jumlah ion logam yang teradsorpsi zeolit@Au@AMP pada aplikasi adsorpsi ion logam campuran; [AMP; 0,03M] pH 2,3 57 Gambar 4.13 Persentase ion logam teradsorpsi zeolit@Au@AMP pada aplikasi ion logam campuran; [AMP; 0,03M] pH 2,3........ 58 Gambar 4.14 Jumlah ion logam yang teradsorpsi zeolit@Au@AMP pada aplikasi adsorpsi ion logam campuran; [AMP; 0,03M] pH 6,1 59 Gambar 4.15 Persentase ion logam teradsorpsi zeolit@Au@AMP pada aplikasi ion logam campuran; [AMP; 0,03M] pH 6,1........ 59 Gambar 4.16 Grafik jumlah ion Pb(II) teradsorpsi zeolit@Au@AMP dengan variasi konsentrasi AMP pada [Pb(II)] 2049,4 ppm 60 Gambar 4.17 Grafik persen kenaikan jumlah ion Pb(II) teradsorpsi Zeolit@Au@AMP dengan variasi konsentrasi AMP pada [Pb(II)] 2049,4 ppm..................................................................... 61 Gambar 4.18 Grafik jumlah ion Pb(II) teradsorpsi zeolit@Au@AMP dengan variasi konsentrasi ion Pb(II); [AMP = 0,03 M]........... 62


xiv

Gambar 4.19 Grafik daya adsorpsi zeolit@Au@AMP dengan variasi konsentrasi ion Pb(II); [AMP = 0,03 M] ................................... 63 Gambar 4.20 Grafik daya kelat EDTA untuk mengikat ion Pb(II) dari zeolit aktif tanpa modifikasi, zeolit@Au; zeolit@Au@AMP.................................................................... 64 Gambar 4.21 Ilustrasi mekanisme pengikatan ion Pb(II) oleh EDTA.......... 65

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data BET zeolit aktif klinoptilolit ................................................... 43


xv

Tabel 4.2 Kandungan unsur zeolit dan zeolit@Au .......................................... 43 Tabel 4.3 Persen perbandingan kenaikan [Zn(II)] teradsorpsi zeolit termodifikasi terhadap zeolit aktivasi............................................ 48 Tabel 4.4 Persen perbandingan kenaikan [Cu(II)] teradsorpsi zeolit termodifikasi terhadap zeolit aktivasi........................................... 50 Tabel 4.5 Persen perbandingan kenaikan [Pb(II)] teradsorpsi zeolit termodifikasi terhadap zeolit aktivasi........................................... 52 Tabel 4.6 Persen perbandingan kenaikan [Cd(II)] teradsorpsi zeolit termodifikasi terhadap zeolit aktivasi........................................... 53 Tabel 4.7 Persen perbandingan kenaikan [Fe(III)] teradsorpsi zeolit termodifikasi terhadap zeolit aktivasi........................................... 55 Tabel 4.8 Persen kenaikan jumlah ion logam terserap zeolit@Au@AMP dengan variasi konsentrasi AMP.................. 56 Tabel 4.9 Persen Regenerasi Terhadap Zeolit, Zeolit@Au, dan

Zeolit@Au@AMP........................................................................ 63

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Konsentrasi Au terserap zeolit Terhadap Variasi Pengulangan ........................................................ 74


xvi

Lampiran 1 Perbandingan ukuran partikel zeolit; zeolit@Au dan zeolit@Au@AMP ................................... 74 Lampiran 1Perbandingan ukuran partikel nano Au, Au@AMP 0,01 M dan Au@AMP 0,03M ........................ 74 Lampiran 2 Perbandingan kemampuan zeolit; zeolit@Au; Zeolit@Au@AMP sebagai adsorben ion Zn(II).............. 75 Lampiran 3 Perbandingan kemampuan zeolit; zeolit@Au; zeolit@Au@AMP sebagai adsorben Ion Cu(II)........... 76 Lampiran 4 Perbandingan kemampuan zeolit; zeolit@Au; zeolit@Au@AMP sebagai adsorben ion Pb(II)............ 77 Lampiran 5 Perbandingan kemampuan zeolit; zeolit@Au; zeolit@Au@AMP sebagai adsorben ion Cd(II) .............. 78 Lampiran 6 Perbandingan kemampuan zeolit; zeolit@Au, zeolit@AuAMP sebagai adsorben ion Fe(III).............. 79

Lampiran 7 Kemampuan adsorpsi zeolit@Au@AMP pada campuran ion logam pH 2,3............................................ 80 Lampiran 8 Kemampuan adsorpsi zeolit@Au@AMP pada campuran ion logam pH 6,1............................................ 81 Lampiran 9 Aplikasi zeolit termodifikasi sebagai Adsorben

Ion Pb(II) dengan Variasi Konsentrasi 3-AMP........ 82 Lampiran 9 Persen Kenaikan Jumlah Ion Pb(II) Teradsorpsi zeolit@Au@AMP dengan Variasi Konsentrasi AMP

Pada [Pb(II)] 2049 mg/L................................................... 82 Lampiran 10 Aplikasi Zeolit Termodifikasi sebagai Adsorben Ion Pb(II) dengan Variasi konsentrasi Ion Pb(II) dengan [AMP = 0,03 M]............................................... 83 Lampiran 10 Daya adsorpsi zeolit@Au@AMP dengan variasi konsentrasi ion Pb (II) dengan [AMP : 0,03M].......... 83 Lampiran 11 Analisis XRF zeolit klinoptilolit aktif.......................... 84 Lampiran 12 Analisis XRF zeolit termodifikasi nanopartikel Au............................................................ 85 Lampiran 13 Analisis BET zeolit klinoptilolit aktif.......................... 86 Lampiran 14 Analisis kandungan atom dalam zeolit klinoptilolit.................................................................... 87 Lampiran 15 Analisis KTK zeolit klinoptilolit.................................. 88


1 Universitas Indonesia

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Meningkatnya berbagai aktifitas industri telah menghasilkan

berbagai macam limbah cair yang mengandung bahan beracun bagi

manusia dan lingkungan. Diantara bahan beracun tersebut, logam berat

merupakan bahan yang sangat berbahaya karena dapat mempengaruhi

kesehatan manusia bila konsentrasinya melebihi ambang batas yang

dijinkan dan dapat meracuni air pada konsentrasi yang sangat rendah.

Hal ini disebabkan sifat logam berat yang sulit didegradasi dan bersifat

kumulatif, artinya sifat racunnya akan timbul bila telah terakumulasi

dalam jumlah yang besar. (I.Made Bendiyasa et al. 2008)

Pencemaran air oleh logam berat dapat berasal dari proses industri

seperti industri pertambangan, elektroplating, industri penyamakan kulit,

industri fungisida, industri cat dan zat warna tekstil (Argun et al. 2006).

Logam berat yang terkandung dalam limbah cair diantaranya Zn2+, Pb2+,

Cu2+, Cd2+, Cr2+, Co2+, Fe2+ dan lain-lain.

Berbagai penelitian telah banyak dilakukan untuk mengurangi atau

bahkan menghilangkan logam berat berbahaya dari industri tersebut di atas

sebelum dibuang ke perairan. Proses penghilangan logam berat dari limbah cair

telah dilakukan dengan beberapa cara seperti, pengendapan menggunakan

bahan kimia (Marani et al, 1995), elektrokimia (Chen. 2004), pertukaran ion

(Petrus and Warchol. 2003), mikroorganisme (Li et al. 2004), serta adsorpsi

dengan serbuk gergaji kayu (Argun et al. 2007), lempung (Marquez et al.

2004), zeolit (Karatas. 2007).

Di antara metode tersebut, adsorpsi merupakan metode yang paling

banyak mendapat perhatian karena selain mudah dan sederhana, juga efektif

untuk menghilangkan ion logam berat. Adsorben harus mempunyai daya serap

dan selektifitas yang tinggi terhadap logam serta dapat didaur ulang untuk

dimanfaatkan kembali. Adsorben yang sering digunakan saat ini adalah zeolit

karena sifat khas yang dimilikinya yaitu sebagai penukar kation, adsorben,


2

sensor, katalis serta mudah dalam proses pemisahan ion logam yang telah

teradsopsi. Selama ini zeolit alam terkenal sebagai adsorben yang dapat menyerap

logam-logam berat, dikarenakan pori-porinya yang cukup luas untuk berikatan

dengan logam-logam lain, oleh karena itu zeolit diimobilisasi dengan

beberapa logam untuk keperluan baik adsorpsi identifikasi logam berat,

karena diharapkan zeolit mampu meningkatkan afinitas logam (Amun,

amri, et al. 2004).

E. Erdem, et al. 2004 menyatakan bahwa Adsorpsi menggunakan

ion logam berat Co2+, Cu2+, Zn2+, dan Mn2+ dengan zeolit klinoptilolit

bergantung pada pertukaran kation, diameter hidrasi ion dan data isoterm

adsorpsi (Langmuir, Freundlich dan Dubinin-Kagener-Radushkevich

(DKR), diperoleh dengan urutan penyerapan ion logam optimum adalah

Co2+> Cu2+> Zn2+> Mn2+.

(C.Wang, et al. 2009) mempelajari studi abu layang yang berasal dari

pembakaran batubara, berhasil ditransformasi ke zeolit-P dan memiliki potensi

aplikasi dalam pengolahan air limbah industri pengolahan batu bara, yang

mengandung kation logam berat seperti Al3+, Fe2+, Mn2+, Zn2+, Cu2+, Ni2+.

Selain menggunakan zeolit klinoptilolit dan abu layang sebagai

adsorben Mircea. Stefan et al, 2008 mempelajari monmorilonit sebagai

adsorben ion logam Cd2+, Pb2+, dan Zn2+, dimana adsorpsi bergantung

pada pH dan sesuai hard-soft-acid-base theory (HSAB), dengan urutan

penyerapan ion logam optimum Zn2+

3

material, untuk menciptakan suatu produk yang bermanfaat dan

menguntungkan secara ekonomi (Rao C N R dan Cheetam A K. 2001)

Nanopartikel logam juga menjadi perhatian besar dan aktivitas

penelitiannya mengalami peningkatan. Material berukuran nano memiliki

keunggulan dalam sifat-sifat tertentu yang sangat menguntungkan dalam

aplikasinya yang spesifik. Hingga saat ini, nanopartikel telah diaplikasikan

dalam berbagai bidang seperti optoelektronik, material science,

chemosensor, medicine, katalis (Watanabe, K, et al. 2006) optical biodetection,

bioassays, sebagai probe therapeutic delivery (Torchilin, V.P. 2006). Dalam

perkembangannya, prospek teknologi ini semakin meningkat seiring dengan

ditemukannya aplikasi-aplikasi baru di bidang lainnya .

Nanopartikel logam dapat disintesis dengan cara mereduksi ion logam

menjadi atom logam yang tidak bermuatan lagi. Zat pereduksi yang digunakan

biasanya dari inorganik seperti natrium/kalium borohidrat (walker, C H, et al.

2001), hidrazin (Kawasaki, H, et al. 2007), garam tartat (Das, R. N, et al. 2000)

atau senyawa organik seperti sodium sitrat (Schulz-dobrick, M, et al. 2005),

asam askorbat (Vemula, P.K, et al. 2007), dan asam amino (Bhargava, S.K,

et al. 2005).

Nanopartikel logam jika tidak diberi penstabil maka pada waktu tertentu

dapat beragregasi (bergabungnya satu kluster dengan kluster lainnya) menjadi

bentuk materi terkondensasinya. Zat penstabil yang biasa digunakan dapat

berupa polimer misalnya poliethileneglicol, polivinil alkohol, dan polivinil

pirilidon, surfaktan misalnya sodium dodycel sulfat, tween 80, dan triton, serta

karbohidrat misalnya seperti kitosan. (A. Akbarzadeh, et al. 2009)

Salah satu pengkajian nanopartikel yang menarik adalah sebagai sensor

kimia, pada penelitian ini nanopartikel emas yang dimodifikasi dengan 12-

Mercaptododecyl-1-iminodiacetic acid terbukti stabil tidak mengalami

aglomerasi. Adanya gaya elektrostatik pada nanopartikel Au yang dilindungi

Self Assembly Monolayer gugus fungsi SH dari 12-Mercaptododecyl-1-

iminodiacetic acid dapat meningkatkan kestabilan sebagai koloid dalam

larutan sehingga keseragaman ukuran nanopartikel Au dapat terjaga yang

sensitif dan selektif sebagai sensor ion Cu2+ (S. Bhattacharya, et al. 2003)


4

Berdasarkan hasil kajian dan aplikasi yang telah dilakukan sebagai

penelitian pendahuluan tersebut maka pada penelitian kali ini akan dilakukan

modifikasi zeolit dengan nanopartikel emas dan ligan asam 3-merkaptopropanoat

yang kemudian diaplikasikan sebagai adsorben ion logam Pb(II), Cd(II),

Zn(II), Cu(II), dan Fe (III) untuk mengetahui perbandingan daya serapnya

terhadap zeolit tanpa modifikasi, zeolit termodifikasi nanopartikel emas,

serta zeolit termodifikasi nanopartikel emas dan ligan asam 3-merkaptopropanoat

terhadap masing-masing ion logam tersebut. Kombinasi penggunaan

nanopartikel Au dan zeolit diharapkan dapat memaksimalkan hasil yang

diperoleh. Nanopartikel Au yang bersifat inert dan memiliki luas permukaan

besar berperan sebagai jembatan antara zeolit (template) dan ligan (penangkap

ion logam). Selain itu, penggunaan zeolit juga memungkinkan dihasilkannya

sistem heterogen yang memudahkan pemisahan (separasi) ion logam yang

telah terikat dengan cairan induknya (limbah cair). Regenerasi menggunakan

EDTA bertujuan agar zeolit@Au@AMP-ion logam dapat digunakan kembali

sebagai adsorben. Rencana lebih jauh dari penelitian ini diharapkan memiliki

aplikasi yang nyata sebagai adsorben dengan menggunakan limbah industri

secara langsung, sehingga dapat memberikan kontribusi baru dan pemecahan

masalah dalam bidang lingkungan.

1.2 Perumusan Masalah

Penggunaan zeolit alam sebagai adsorben untuk adsorpsi limbah

logam dalam air sudah banyak dilakukan karena sifat khas zeolit yaitu

sebagai penukar kation, adsorben, sensor, katalis serta mudah dalam proses

pemisahannya. Zeolit alam tanpa modifikasi memiliki kapasitas adsorpsi yang

masih rendah. Modifikasi permukaan bertujuan meningkatkan kapasitas

adsorpsi zeolit. Senyawa pemodifikasi yang diimobilisasikan akan lebih baik

jika lebih menyukai ikatan dengan satu atau beberapa ion logam tertentu saja

dibandingkan ion logam lain, sehingga terjadi adsorpsi yang lebih selektif.

Dalam penelitian ini dipilih asam 3-merkaptopropanoat berdasarkan penelitian

yang telah dilakukan sebelumnya oleh (N.Sandra. 2010) sebagai bahan


5

imobilisasi dengan karakter lebih menyukai ikatan dengan ion Pb (II) dari pada

ion logam Cd (II), Cu (II), Zn (II), Fe (III), modifikasi dengan asam 3-

merkaptopropanoat membutuhkan substrat sebagai tempat tumbuhnya

asam 3-merkaptopropanoat. Pemilihan nanopartikel Au didasarkan pada

sifatnya yang inert dan tidak mudah teroksidasi. Selain itu asam 3-

merkaptopropanoat memiliki gugus-SH yang memiliki afinitas tinggi

terhadap ion logam khususnya emas.

Hasil fabrikasi material dengan keunggulan-keunggulan ini diharapkan

dapat menyelesaikan masalah pencemaran lingkungan oleh logam berat dimana

selain sifatnya yang toksik, logam berat juga bersifat akumulatif sehingga

keberadaannya dalam tubuh makhluk hidup sangat berbahaya. Selain itu,

sifat yang akumulatif juga memungkinkan logam berat dapat membahyakan

manusia melalui rantai makanan. Melalui rantai makanan, logam berat yang

terkandung dalam tubuh ikan dapat terbawa hingga masuk ke tubuh manusia.

Hasil penelitian ini diharapkan dapat memutus siklus kerugian akibat

logam berat. Selain itu, penelitian ini juga melakukan regenerasi terhadap

zeolit@Au@AMP-ion logam agar dapat digunakan kembali, sehingga

tidak menimbulkan limbah baru. Lebih jauh, hasil fabrikasi zeolit ini juga

akan diaplikasikan sebagai adsorben logam berat yang dihasilkan dari limbah

industri. Langkah ini diharapkan semakin mendekatkan hasil riset yang

bersifat aplikatif, dimana hasil riset tidak hanya berhasil dalam skala

laboratorium, tetapi juga dapat diaplikasikan secara nyata dilapangan.

1.3 Hipotesa

a) Modifikasi permukaan zeolit dapat meningkatkan kapasitas adsorpsinya

dengan dihasilkannya sisi aktif ikatan yang lebih besar terhadap ion

logam.

b) Nanopartikel Au berperan sebagai jembatan antara zeolit dan ligan,

dimana ukurannya yang kecil (skala nano) akan mempebesar luas

permukaan


6

c) Ligan AMP berfungsi sebagai penangkap ion logam berat melalui

gugus COOH-nya, sedangkan gugus-SH berfungsi sebagai pegangan

ke template melalui ikatannya dengan nanopartikel Au.

d) Penggunaan zeolit termodifikasi dapat mempermudah proses separasi

melalui sistem heterogen padat-cair yang dihasilkan.

e) Regenerasi zeolit@Au@AMP-ion logam dapat menghasilkan kembali

zeolit@Au@AMP sehingga mencegah dihasilkannya limbah baru.

1.4 Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk:

a. Memodifikasi zeolit dengan nanopartikel Au termodifikasi AMP

(zeolit@Au@AMP)

b. Melakukan karakterisasi terhadap hasil modifikasi.

c. Mengaplikasikan zeolit@Au@AMP sebagai adsorben ion logam

Cu(II), Zn(II), Pb(II), Cd(II), dan Fe(III).

d. Melakukan analisa secara kuantitatif terhadap jumlah ion logam berat

yang teradsorpsi.

e. Menganalisa dan membandingkan kemampuan adsorpsi zeolit,

zeolit@Au, dan zeolit@Au@AMP sebagai adsorben.

f. Mendapatkan adsorbat yang selektif.

g. Memperoleh kondisi optimum fabrikasi dan aplikasi terhadap adsorbat

paling selektif.

h. Memperoleh metode regenerasi yang sesuai sehingga

zeolit@Au@AMP dapat digunakan kembali.



BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kajian Pustaka dari Penelitian yang Telah Dilakukan

Beberapa penelitian yang menunjang studi yang diusulkan adalah:

a. (E. Erdem, et al. 2004) menyatakan bahwa Adsorpsi menggunakan ion

logam berat Co2+, Cu2+, Zn2+, dan Mn2+ dengan zeolit klinoptilolit

bergantung pada pertukaran kation, diameter hidrasi ion dan data isoterm

adsorpsi (Langmuir, Freundlich dan Dubinin-Kagener-Radushkevich

(DKR), diperoleh dengan urutan penyerapan ion logam optimum adalah

Co2+> Cu2+> Zn2+> Mn2+.

b. (C.Wang, et al. 2009) mempelajari studi abu layang yang berasal dari

pembakaran batubara, berhasil ditransformasi ke zeolit-P dan memiliki

potensi aplikasi dalam pengolahan air limbah industri pengolahan batu

bara, yang mengandung kation logam berat seperti Al3+, Fe2+, Mn2+, Zn2+,

Cu2+, Ni2+.

c. (S. Hashimoto, et al. 2009) telah mempelajari sintesis gel nanopartikel

emas yang diimobilisasi ke dalam zeolit-L dan memiliki aplikasi praktis

untuk fabrikasi bahan nanokomposit.

d. (A. Akbarzadeh, dkk. 2009) mempelajari studi sintesis nanopartikel emas

dengan agen pereduksi yang berasal dari asam amino Tryptophane.

Tryptophane adalah asam amino yang dapat dioksidasi ke dalam bentuk

Kynurenine, sehingga asam amino ini dapat digunakan sebagai agen

pereduksi bersamaan terbentuknya nanopartikel emas. Untuk menstabilkan

ukuran nanopartikel emas digunakan PEG 100 sebagai stabilizer dengan

aplikasinya sebagai nanomedicine dan nanobioteknologi.

e. (B. Ankamwar. 2010) mempelajari sintesis nanopartikel emas dengan

menggunakan ektraks daun Terminalia Catappa sebagai agen pereduksi

sekaligus sebagai capping agent. Nanopartikel emas stabil karena dalam

daun Terminalia Catappa terkandung tannin yang memiliki gugus polyfeols


8

Universitas Indonesia

dan carbocxylic dengan ikatan hidrogen yang kuat dan memiliki aplikasi

sebagai cancer therapy.

f. (G, Torresdey. 2003) mempelajari studi sintesis nanopartikel Au dan Ag

dari ekstrak tanaman Alfalfa pada media padat, yang dapat digunakan

sebagai idikator biologi untuk mengurangi kontaminasi air dan tanah yang

terkontaminasi logam berat Cr6+ dan Cr3+.

g. (Sujit Kumar Ghosh dan Tarasankar Pal. 2007) mempelajari sintesis

nanopartikel emas dengan trisodium fosfat sebagai zat pereduksinya dan

proses fotoaktivasi pada temperatur ruang dan asam 3-merkaptopropanoat

sebagai stabilizer. Adanya gugus COOH dan ikatan hidrogen dari gugus

karboksilat terjadi transfer elektron lebih mudah dan ikatan koordinasi yang

lebih stabil sehingga terbentuk nanopartikel emas yang dihasilkan lebih stabil.

2.2 Studi pendahuluan yang sudah dilakukan

Studi pendahuluan yang telah dilakukan untuk menunjang

penelitian yang diusulkan adalah:

a. (Neny sriwahyuni. 2009) mempelajari sintesis zeolit termodifikasi

nanopartikel Au melalui reduksi Au3+ menjadi Auo dengan NaBH4.

Modifikasi permukaan zeolit berhasil dilakukan dengan penanaman

ligan 11-MUA. Zeolit@Au@MUA diaplikasikan sebagai logam

Pb(II) dimana jumlah Pb(II) teradsorpsi oleh zeolit termodifikasi lebih

besar dibandingkan zeolit non-modifikasi. Selain itu regenerasi

zeolit@Au@MUA-Pb berhasil dilakukan dengan EDTA.

b. (Sandra Novita. 2010) mempelajari interaksi sintesis zeolit

termodifikasi nanopartikel Au dan ligan 3-AMP. Hasil yang diperoleh dari

penelitian ini adalah aplikasi zeolit@Au@AMP sebagai adsorben

mampu menyerap ion Pb(II) pada pH optimum 3, daya adsorpsi

zeolit@Au@AMP terhadap ion Pb(II) lebih besar dibandingkan zeolit

tidak termodifikasi, serta aplikasi lebih luas dari zeolit@Au@AMP dapat

digunakan sebagai adsorben ion Cd, Cr, Zn, Ni, dan Cu.

c. (Dian Nastiti. 2009) mempelajari modifikasi zeolit klinoptilolit dengan

nanopartikel emas dan dithizon. Hasilnya didapatkan bahwa nanopartikel


9


emas yang termodifikasi ligan berhasil diimobilisasi ke dalam zeolit dan

dapat digunakan sebagai adsorben ion Cu(II).

d. (Mariska Halimtengker. 2006) mempelajari modifikasi menggunakan

nanopartikel Ag dan Au dengan ligan asam 3-merkaptopropanoat dan

sistein. Hasilnya didapatkan bahwa nanopartikel yang termodifikasi ligan

dapat digunakan sebagai sensor kimia untuk logam berat Pb, Cd, Hg

namun tidak untuk sensor logam Fe.

e. (Roccky. 2007) mempelajari modifiksi nanopartikel emas dengan ligan

dithizon. Hasilnya didapatkan bahwa nanopartikel emas tersebut dapat

digunakan sebagai sensor kimia ion Hg(II), serta Au@Dit-Hg dapat

diregenerasi dengan cara ekstraksi menggunakan larutan dithizon dalam

heksana.

f. (Septiasih Komalasari. 2009) mempelajari potensi nanopartikel Au pada

zeolit klinoptilolit termodifikasi sistein sebagai adsorben ion Pb (II).

Hasilnya didapatkan bahwa nanopartikel Au termodifikasi ligan

diimobilisasi ke dalam zeolit. Zeolit termodifikasi terbuktilebih efektif

mengikat ion Pb(II) dibandingkan dengan zeolit tanpa modifikasi.

Regenerasi Pb dari zeolit@Au@sistein berhasil dilakukan menggunakan

EDTA.

2.3 Studi Literatur

2.3.1 Zeolit

Mineral zeolit dikenal sejak tahun 1755 oleh seorang mineralogi

berkebangsaan Swedia yang bernama Freherr Axel Cronsted. Zeolit berasal dari

bahasa yunani, zhein yang berarti mendidih dan Lithos yang berarti batuan. Oleh karena

itu zeolit didefinisikan sebagai batuan yang mendidih karena dehidrasi molekul air yang

dikandung di dalamnya apabila zeolit dipanaskan. Zeolit memiliki struktur berongga-

rongga dengan cairan di dalamnya yang mudah lepas sehingga memungkinkan zeolit

mempunyai sifat khusus yaitu mampu melakukan pertukaran kation, mampu menyerap

senyawa kimia tertentu (sebagai adsorben) dan mampu bertindak sebagai katalisator

(Murat. A, et al. 2006)


10


2.3.2 Struktur Kerangka Zeolit

Mineral zeolit bukan merupakan mineral tunggal melainkan sekumpulan

mineral yang terdiri dari beberapa unsur. Secara umum mineral zeolit adalah

senyawa alumino silikat hidrat dengan logam alkali tanah yang mempunyai rumus

sebagai berikut:

M2/nO.[Al2O3)y(SiO2)z].PH2O

Dimana: M = kation yang dapat dipertukarkan

n = valensi kation

y = jumlah atom Al

z = jumlah atom Si

p = jumlah molekuler air

Struktur zeolit tersusun dari unit-unit berulang terkecil berupa tetrahedral

SiO4 dan AlO4. Ikatan antar tetrahedral terbentuk dengan pemakaian bersama

atom oksigen oleh dua tetrahedral (sharing atom O), sehingga setiap tetrahedral

akan berikatan dengan 4 tetrahedral lainnya karena adanya sharing atom O maka

kerangka 3 dimensi zeolit sedikit terbuka sehingga membentuk pori ataupun rongga.

Zeolit tersusun atas subtitusi parsial Si4+ dan Al3+ yang menyebabkan zeolit bermuatan

negatif yang umumnya diseimbangkan dengan molekul air dan kation-kation. Kation

alkali dan alkali tanah seperti Na+, K+, Mg2+ dan lainnya mempunyai mobilitas yang

cukup baik untuk menyeimbangkan muatan negatif dalam zeolit. Kation-kation ini

bergerak bebas dalam zeolit dan dikelilingi oleh molekul air sehingga mudah untuk

menggantikan kation ini dengan kation lainnya tanpa merusak kerangka zeolit. Sifat

inilah yang menjadi dasar penggunaan zeolit sebagai penukar kation. (Dutta, 2000)

Secara garis besar klarifikasi kerangka dasar pembangun zeolit dibagi

menjadi tiga yaitu :

a. Unit pembangun primer

Unit pembangun primer merupakan unit dasar dan terkecil

penyusun zeolit yang terdiri dari SiO4 dan AlO4. Unit ini merupakan


11


kerangka yang paling stabil yang tersusun dari Si dan Al pada pusat

tetrahedral dan atom O pada keempat sudut tetrahedral.

Gambar 2.1 Model Unit Pembangun Primer (Rakhmatullah et.al. 2007)

Pada saat ini dikenal sekitar 40 jenis zeolit alam, meskipun yang

dapat mempunyai nilai komersil ada sekitar 12 jenis, diantaranya

klinoptilolit, mordenit, filipsit, kabasit, erionit, dan lain-lain. (Ghost,

Sujit Kumar, et al. 2002)

b. Unit pembangun sekunder

Unit pembangun sekunder merupakan gabungan beberapa

unit primer yang bergabung dengan menggunakan atom sebagai

sudut dua tetrahedral membentuk cincin ganda dengan 4, 5, 6, 7,

dan 8 tetrahedral.

Gambar 2.2 Unit pembangun sekunder zeolit

(http://wikis.lib.ncsu.edu/index.php/Zeolite)


12


c. Unit pembangun tersier

Unit pembangun tersier merupakan gabungan dari beberapa

unit sekunder yang saling berikatan membentuk suatu polihedral

yang merupakan struktur kristal zeolit.

Gambar 2.3 Unit Pembangun Tersier (Rakoczy. 2004)

2.3.3 Jenis Zeolit

Berdasarkan proses pembentuknya, zeolit dapat dibagi menjadi dua jenis

yaitu:

a. Zeolit alam

Zeolit alam adalah zeolit yang terbentuk melalui proses alam yaitu

proses hidrotermal pada batuan beku basa. Zeolit ini biasanya ditemukan

di dalam celah-celah yang mengisi batuan tersebut. Bentukan zeolit alam

banyak mengandung perbandingan yang besar dari M2+ dan H+ pada Na+,

K+, dan Ca2+. Saat ini sudah dikenal lebih dari 40 jenis zeolit alam namun

hanya 20 jenis yang terdapat dalam batuan sedimen.

b. Zeolit sintesis

Zeolit sintesis adalah zeolit yang sengaja dibuat dari bahan kimia

dengan sifat yang hampir sama dengan zeolit alam walaupun zeolit sintesis

memiliki sifat fisis yang jauh lebih baik. Zeolit sintesis biasanya dibuat

untuk mendapatkan zeolit dengan kemurnian yang lebih baik dengan

mengatur perbandingan Si/Al yang diinginkan. Nilai Si/Al dapat

divariasikan dalam zeolit sintesis. Berdasarkan nilai Si/Al, zeolit dapat

dikelompokkan menjadi empat kelompok yaitu:


13


1) Zeolit kadar Si rendah

Zeolit ini memiliki nilai ekonomis yang tinggi karena efektif dalam

pemurnian dengan kapasitas yang besar karena adanya pori, komposisi,

dan saluran rongga yang optimum.

2) Zeolit kadar Si sedang

Zeolit ini memiliki kadar Si/Al = 5. Contoh zeolit yang termasuk jenis

ini adalah modernit dengan perbandingan Si/Al = 5 dan sangat stabil

3) Zeolit kadar Si tinggi (Si/Al = 10-100)

Zeolit jenis ini memiliki sifat yang sangat higroskopis dan menyerap

molekul yang non polar dan baik digunakan sebagai katalisator asam

untuk hidrokarbon.

4) Zeolit Si (tanpa Al)

Zeolit Si tidak mengandung Al sama sekali dan jenis ini sangat

hidrofobik sehingga dapat memisahkan molekul organik non polar

dari suatu campuran air.

2.3.4 Sifat dan Penggunaan Zeolit

Sifat zeolit yang terpenting adalah sebagai penyerap yang

selektif, penukar ion, dan mempunyai sifat katalisis yang tinggi. Sifat -

sifat serapan zeolit dipengaruhi oleh muatan-muatan kation. Kation-

kation ini terkoordinasi pada atom oksigen. Penggantian kation dengan

kation lain yang berbeda ukurannya dan muatan listriknya dapat mempengaruhi

ukuran pori-pori yang akhirnya mempengaruhi sifat-sifat serapannya.

Perubahan sifat zeolit tergantung pada sifat-sifat dan ukuran kation, temperatur,

tekanan, konsentrasi larutan dan struktur zeolit. Karena sifat zeolit yang unik

tersebut maka zeolit dapat digunakan dalam berbagai aplikasi diantaranya

adalah:

a) Zeolit sebagai penukar ion

Sifat penukar ion pada zeolit barhubungan dengan ion-ion yang berada

pada rongga-rongga. Ion-ion rongga atau kerangka elektrolit berguna


14


untuk menjaga kenetralan zeolit. Ion-ion ini dapat bergerak bebas sehingga

pertukaran ion yang terjadi tergantung dari ukuran dan muatan maupun

jenis zeolitnya. Sifat sebagai penukar ion dari zeolit tergantung dari sifat

kation, suhu dan jenis anion. Penukaran kation dapat menyebabkan

perubahan beberapa sifat zeolit seperti stabilitas terhadap panas, sifat

adsorpsi dan aktifitas katalisis. ( Kuronen et al, 2006)

b) Zeolit sebagai penyaring molekul

Zeolit dapat menyaring molekul karena adanya rongga zeolit yang

berukuran molekul. Molekul dapat tersaring karena adanya perbedaan ukuran,

bentuk, dan polaritas molekul. Oleh karena itu, ada beberapa molekul yang

dapat tersaring dan ada molekul yang tidak dapat tersaring bergantung dari

besarnya ukuran molekul. Karenanya zeolit dapat digunakan sebagai penyaring

molekul yang selektif.

c) Zeolit sebagai bahan penyerap

Kristal zeolit mempunyai rongga yang terisi molekul air bebas yang

berada disekitar kation. Jika dilakukan proses kalsinasi pada suhu tinggi maka

akan terjadi penguapan molekul air yang mengakibatkan zeolit mempunyai

luas permukaan kontak yang besar sehingga memungkinkan zeolit memiliki

kemampuan untuk menyerap molekul gas atau cairan. Kapasitas adsopsi

zeolit dipengaruhi beberapa faktor yaitu: suhu, lama adsorpsi, ukuran

partikel adsorben, dan kadar. Proses adsorpsi zeolit merupakan proses

fisika (Fisisorbsi) yang disebabkan oleh gaya interaksi molekuler

secara fisikokimiawi yang besarnya sama dengan gaya Van der waals

(Sunartintyas, S. 2008)

d) Zeolit sebagai katalis

Zeolit merupakan katalisator yang baik karena memiliki pori-pori

yang besar dengan permukaan yang maksimum. Zeolit memiliki ciri paling

khusus yang secara praktis akan menentukan sifat khusus di dalam mineral

ini, yaitu adanya ruang kosong yang akan membentuk saluran di dalam

strukturnya. Pada proses penyerapan atau katalisis, pemakaian zeolit akan

mengakibatkan difusi molekul ke dalam ruang bebas atau hampa di antara

kristal, sehingga dimensi dan lokasi saluran sangat penting. Sistem saluran


15


ada 3 macam, yaitu: satu, dua dan tiga dimensi. Pada saluran satu dimensi

molekul hanya dapat bergerak ke satu arah saja. Saluran dua dimensi

memberikan kemungkinan molekul berdifusi ke dua arah atau dalam satu

bidang datar, sedangkan pada saluran tiga dimensi molekul yang berdifusi

dapat bergerak ke semua arah atau sisi kristal. Saluran tersebut akan

berulang tergantung dari system simetri kristal. (Murat, A et al. 2006)

2.4 Zeolit Klinoptilolit (Na2[Al6Si30O72]. 24 H2O)

Zeolit klinoptilolit merupakan salah satu zeolit yang sering ditemui di

alam yang mempunyai kandungan silika yang tinggi dengan perbandingan

Si/Al antara 7-18. Struktur kristalnya berbentuk monoklinik dengan cincin 8,

cincin 10.

Gambar 2.4 Struktur zeolit klinoptilolit

( Inglezakis et al, 2005)

Zeolit klinoptilolit memiliki kerangka struktur unit tetrahedral [AlO4]

5-

dan [SiO4]4- dengan unit bangun sekunder T10O20. Zeolit klinoptilolit alam

pada suhu 25oC dan tekanan 2,6666 kPa kapasitas adsorpsinya terhadap H2O

dapat mencapai 16 gram H2O/100 gram ( Inglezakis et al, 2005)

2.5 Nanopartikel

Nanopartikel adalah partikel yang memiliki ukuran diantara 1-100 nm.

Nanopartikel dapat memiliki sifat atau fungsi yang berbeda dari material sejenis

dalam ukuran besar (bulk). Dua hal utama yang membuat nanopartikel berbeda

dari material sejenis dalam ukuran besar yaitu: karena ukurannya yang kecil

nanopartikel memiliki perbandingan antara luas permukaan dan volume yang

lebih besar jika dibandingkan dengan partikel sejenis dalam ukuran besar. Hal

ini membuat nanopartikel bersifat lebih reaktif. Reaktivitas material ditentukan


16


oleh atom-atom di permukaan, karena hanya atom-atom tersebut yang

bersentuhan langsung dengan material lain, ketika ukuran partikel menuju order

nanometer, maka hukum fisika yang berlaku lebih didominasi oleh hukum-

hukum fisika kuantum.

Sifat-sifat yang berubah pada nanopartikel biasanya berkaitan dengan

fenomena-fenomena kuantum sebagai akibat keterbatasan ruang gerak elektron dan

pembawa muatan lainnya dalam partikel. Fenomena ini berimbas pada beberapa sifat

material seperti perubahan warna yang dipancarkan, transparansi, kekuatan mekanik,

konduktivitas listrik dan magnetisasi. Fenomena lainnya yaitu perubahan rasio jumlah

atom yang menempati permukaan terhadap jumlah total atom. Fenomena ini

berimbas pada perubahan titik didih, titik beku, dan reaktivitas kimia. Perubahan-

perubahan tersebut diharapkan dapat menjadi keunggulan nanopartikel dibandingkan

dengan partikel sejenis dalam ukuran bulk (Mikrajuddin, A dkk. 2008)

Sekarang ini penelitian nanopartikel dilakukan secara intensif pada area

penelitian ilmiah, dimana bertujuan untuk meluaskan variasi dari aplikasi

nanopartikel yang potensial pada bidang biomedical, optical, dan elektronik.

2.6 Emas

Pada susunan tabel periodik unsur emas termasuk pada golongan logam

transisi. Emas memiliki nomor atom 79, dengan konfigurasi elektron [Xe]4f14 5d10 6s1

, massa atom 196,967 gram per mol dan jari-jari atom 0,1442 nm. Dalam bentuk

warna emas adalah coklat keemasan. Logam ini melebur pada suhu 1064oC. Logam

emas tahan terhadap asam. Dalam bentuk garam emas dapat larut dalam air

membentuk anion tetrakloroaurat [AuCl4]-. Baik pada bentuk monovalen maupun

trivalennya emas dapat dengan mudah direduksi menjadi logamnya. Senyawa emas

(I) relatif kurang stabil dibandingkan senyawa-senyawa emas (III).

Emas sangat mudah ditempa, memiliki kekerasan antara 2,5 sampai 3,

sehingga merupakan logam yang lunak. Emas memiliki kemampuan untuk

menghantarkan panas dan listrik lebih baik dibandingkan tembaga dan perak.

Emas juga memiliki sifat tahan terhadap korosi. Emas hanya dapat terkorosi oleh

campuran asam nitrat dan asam hidroklorida (aquaregia). (Norsten, Tyler, et al.

2002)


17


2.7 Nanopartikel Emas

Nanopartikel emas dapat dibentuk dengan dua cara yaitu cara fisika dan kimia.

Cara fisika dapat dilakukan dengan cara melebur batangan emas menjadi partikel

berukuran nanometer (top-down) sedangkan dengan cara kimia dilakukan dengan

menumbuhkan nanopartikel dari atom logam atau molekul-molekul yang membentuk

cluster-cluster yang di assembly membentuk partikel berukuran nanometer.

(Mikrajuddin, A dkk. 2008)

Gambar 2.5 Skema pembentukan nanopartikel Au

(Bikash K. Jena, et al. 2010)

Sintesis nanopartikel Au dapat dilakukan melalui 2 metode: (A.

Akbarzadeh, et al. 2009)

a. Metode Brust

Pada metode ini nanopartikel emas dibuat dengan cara mereduksi HAuCl4

dengan pereduksi NaBH4. Reaksi yang terjadi pada proses pembentukan

nanopartikel emas adalah:

4AuCl4- + 3BH4

- + 12OH- 4Au + 3B(OH2)2- + 16Cl- + 6H2O

Au3+

Nanopartikel Au


18


b. Metode Turkevich

Pada metode ini pembentukan nanopartikel emas (Au) dibuat dengan cara

mereduksikan HAuCl4 dengan menggunakan Sodium Citrate. Reaksi utamanya

adalah reduksi dari garam Au (HAuCl4) sehingga akan membentuk logam emas.

Gambar 2.6 Skema pembentukan nanopartikel Au dengan metode

Turkevich (A. Akbarzadeh, et al. 2009)

2.8 Senyawa Tiol

Dalam bidang kimia, tiol dikenal dengan nama merkaptan, yaitu seyawa yang

terdiri dari gugus tiol (-SH) yang menempel pada atom karbon. Thiol hampir

sama dengan alkohol, dimana oksigen dari gugus hidroksi (-OH) digantikan oleh

atom sulfur (belerang). Oksigen dan sulfur memiliki karakter kimia yang hampir

sama karena letaknya dalam satu golongan dalam tabel susunan berkala. Tiol

dapat membentuk thioester dan thioasetal.

Sejumlah besar tiol adalah cairan yang tidak berwarna dan mempunyai bau

seperti bawang putih. Bau yang dimilikinya itu kuat dan tidak enak. Contoh tiol

adalah metil merkaptan (CH3SH), etil merkaptan (C2H5SH), koenzim A, dan

sistein. (Sardar, Rajesh et al. 2009)

2.8.1 Asam 3-Merkaptopropanoat

Salah satu contoh senyawa tiol adalah asam 3-merkaptopropanoat.

Senyawa ini mempunyai rumus molekul C3H6O2S dengan berat molekul 106,13


19


g/mol, mempunyai berat jenis 1,21 g/cm3, titik leleh 17-19oC dan titik didih 110-

111oC (15 torr). Senyawa ini mengandung gugus tiol dan gugus karboksilat,

seperti terlihat di bawah ini: (Sujit Kumar Ghosh dan Tarasankar Pal. 2007)

Gambar 2.7 Struktur molekul asam 3-merkaptopropanoat

2.8.2 Modifikasi Nanopartikel Emas dengan Asam 3-Merkaptopropanoat

Pada umumnya, nanopartikel memiliki sifat yang tidak stabil karena energi

permukaannya tinggi, sehingga dibutuhkan kestabilan untuk melawan agregasi

antar partikel dengan memodifikasi permukaannya menggunakan ligan yang

cocok. Ligan tersebut dapat memiliki gugus fungsi seperti: siano (-CN), merkapto

(-SH), dan amina (-NH2), dimana gugus tersebut diketahui memiliki afinitas yang

tinggi terhadap ion logam khususnya emas. (Aryal, Santhosh, et al. 2005)

Penambahan molekul ligan asam 3-merkaptopropanoat pada nanopartikel Au

akan membentuk suatu senyawa stabil. Tiol akan membentuk lapisan tunggal pada

permukaan nanopartikel logam (self Assembly Monolayer) yang berarti asam 3-

merkaptopropanoat telah memodifikasi permukaan nanopartikel yang berbentuk bola

atau ruang 3 dimensi. Dalam modifikasi ini terjadi interaksi antara gugus-SH dari asam

3-merkaptopropanoat dengan nanopartikel Au. Proses menempelnya gugus SH tersebut

pada permukaan nanopartikel Au dapat diidentifikasikan dengan teknik pengukuran

UV-Vis spektrofotometer. Hasil modifikasi nanopartikel Au dapat diamati dari

spektrum yang mengalami pergeseran pada panjang gelombang maksimumnya

jika dibandingkan dengan spektrum nanopartikel Au yang belum termodifikasi.

HS OH

O


20


Gambar 2.8 Ilustrasi nanopartikel Au termodifikasi 3-AMP

(Sujit Kumar Ghosh dan Tarasankar Pal. 2007)

Pergeseran spektrum yang didapat dari spektrometer UV-Vis

memperlihatkan bahwa interaksi antara gugus SH dengan nanopartikel Au telah

terjadi sehingga dalam kesetimbangan reaksi membentuk Self Assembly Monolayer

(SAM) pada permukaan nanopartikel Au. Ligan organik tersebut selanjutnya dapat

digunakan untuk sensor ion logam secara selektif sesuai dengan kemampuan

gugus fungsinya yang berinteraksi dengan ion logam. (Sujit Kumar Ghosh dan

Tarasankar Pal. 2007)

2.9 Logam Berat

Logam berat merupakan unsur yang berbahaya di permukaan bumi, sehingga

kontaminasinya di lingkungan merupakan masalah besar di dunia saat ini. Sejak

kasus kecelakaan merkuri di Minamata Jepang (1953) yang secara intensif

dilaporkan, isu pencemaran logam berat meningkat sejalan dengan perkembangan

berbagai penelitian yang mulai diarahkan pada berbagai aplikasi teknologi untuk

menangani polusi lingkungan yang disebabkan oleh logam berat.

Pada tabel sistem periodik, logam berat terletak pada sudut kanan bawah

dengan berat jenis lebih besar 5 g/cm3. Logam berta memiliki afinitas yang tinggi

terhadap unsur belerang dan biasanya bernomor atom 22 sampai 92 dari perioda 4

sampai 7. Logam berat dapat berikatan dengan belerang dan enzim, yang dapat

menyebabkan enzim yang bersangkutan tidak aktif dan juga dapat mengendapkan

senyawa fosfat biologis atau mengkatalisis penguraian (Marganof. 2003).


21


Sifat toksisitas logam berat dapat dikelompokkan menjadi tiga kelompok, yaitu

bersifat toksik tinggi yang terdiri dari unsur-unsur Hg, Pb, Cu, Cd dan Zn. Bersifat

toksik sedang terdiri dari unsur-unsur Cr, Ni, dan Co. Sedangkan yang bersifat toksik

rendah terdiri atas unsur Mn dan Fe.

2.9.1 Logam Pb

Timbal atau dikenal sebagai ion Pb (II) dalam susunan unsur merupakan logam

berat yang dapat secara alami dalam kerak bumi dan tersebar di alam dalam jumlah

kecil melalui proses alami termasuk letusan gunung berapi. Pb merupakan logam lunak

berwarna kebiru-biruan atau abu-abu keperakan dengan titik leleh 327,5oC dan titik

didih 1,740oC pada tekanan atmosfer. Timbal mempunyai nomor atom terbesar dari

semua unsur yang stabil yaitu 82. Namun logam ini sangat beracun yang dapat merusak

sistem syaraf jika terakumulasi dalam jaringan halus dan tulang dalam jangka waktu

yang lama. Timbal terdapat dalam isotop 204 Pb (1,4%), 206 Pb (24,1%), 207 Pb

(22,1%), dan 208 Pb (52,4%) kesemuanya adalah radiogenic dan merupakan produk

akhir dari pemutusan rantai kompleks. Logam ini sangat resisten terhadap korosi, oleh

karena itu seringkali dicampur dengan cairan yang bersifat korosif (seperti asam sulfat)

(Sekar et al, 2004)

2.9.2 Logam Cu

Tembaga (cuprum; Cu) merupakan elemen kimia pada tabel periodik yang

mempunyai nomor atom 29. Tembaga merupakan logam yang mempunyai

konduktifitas termal dan elektrik yang cukup tinggi, sehingga banyak digunakan

sebagai konduktor elektrik dan termal. Selain itu, tembaga juga digunakan sebagai

bahan bangunan yaitu sebagai perlatan logam rumah tangga, dan sebagai bahan dalam

campuran logam (alloy) seperti koin uang logam, dibidang pertanian senyawa tembaga

sulfat sebagai fungisida dan mengontrol perkembangan alga di perairan. Selain itu

juga tembaga dan senyawanya banyak digunakan sebagai zat warna.

Tembaga juga merupakan nutrien yang esensial bagi semua tumbuhan

tingkat tinggi dan hewan. Pada hewan, termasuk manusia tembaga ditemukan di

aliran darah, dan sebagai kofaktor di beberapa enzim. Namun, dalam jumlah yang


22


cukup tembaga bisa menjadi beracun dan bahkan bisa berakibat fatal bagi

organisme. Senyawa tembaga harus diperlakukan sebagai senyawa toksik. Kadar

tembaga yang direkomendasikan aman dalam air minum berkisar antara 1,5

sampai 2 miligram per liter (ppm). Terlalu banyak tembaga di perairan juga

mampu merusak kehidupan air. Efek yang terlihat dari konsentrasi tinggi dari

tembaga terhadap ikan dan makhluk hidup lain adalah kerusakan pada insang,

hati, ginjal, dan sistem syaraf. Tembaga juga menggangu indera penciuman ikan,

yang bisa menghalangi mereka dalam reproduksi. (M.S. Saeni, 1997).

2.9.3 Logam Zn

Seng (zinck) adalah unsur kimia dengan lambang Zn, nomor atom 30 dan

massa atom relatif 65,39. Seng tidak diperoleh dengan bebas di alam, melainkan

dalam bentuk terikat. Mineral yang mengandung seng di alam bebas antara lain

calamite (ZnCO3), willemite (ZnSiO4), dan zinck blade (ZnS). Dalam industri,

zinck mempunyai arti penting yaitu melapisi besi atau baja untuk mencegah

proses karat. Zinck digunakan untuk bahan batere dan alinasenya digunakan untuk

cetakan logam, penyepuhan listrik dan metalurgi. Bubuk zinck dalam bentuk

oksida digunakan untuk industri kosmetik, plastik, karet, sabun, pigmen dalam cat

dan tinta. Logam Seng termasuk unsur sedikit berbahaya. Kelebihan logam seng

hingga dua kali AKG (Angka Kekurangan Gizi) menurunkan absorbsi tembaga.

Kelebihan sampai 10 kali AKG mempengaruhi metabolisme kolesterol,

mengubah nilai lipoprotein, dan dapat mempercepat timbulnya aterosklerosi.

Mengkonsumsi logam seng (LD50) sebanyak 2 g/kg atau lebih, dapat

menyebabkan muntah, diare, demam, kelelahan, anemia dan gangguan

reproduksi. (Ali, H.O et al. 2006)

2.9.4 Logam Cd

Kadmium dalam air berasal dari pembuangan industri dan limbah

pertambangan. Logam ini sering digunakan sebagai pigmen pada keramik, dalam

penyepuhan listrik, pada pembuatan alloy, dan baterai alkali. Keracunan kadmium

dapat bersifat akut dan kronis. Efek keracunan yang dapat ditimbulkannya berupa


23


penyakit paru-paru, hati, tekanan darah tinggi, gangguan pada sistem ginjal dan kelenjer

pencernaan serta mengakibatkan kerapuhan pada tulang (Marganof, 2003).

2.9.5 Logam Fe

Besi atau ferrum (Fe) adalah logam berwarna putih keperakan, liat dan dapat di

bentuk. Di alam dapat sebagai hematite, di dalam air minum Fe menimbulkan rasa,

warna (kuning), pengendapan pada dinding pipa, pertumbuhan bakteri besi dan

kekeruhan Fe akan mempengaruhi pembentukan Hb tersebut. Sel darah merah muda

(korpuskula) mengandung Hb dan bahan ini diproduksi dalam sum-sum tulang untuk

mengganti sel darah merah yang rusak. Besi juga berperan dalam aktivitas beberapa

enzim seperti sitokrom dan flavor potein. Banyaknya Fe di dalam tubuh dikendalikan

pada fase absorbsi tubuh tidak dapat mengekresikan Fe. Karenanya mereka yang

sering mendapat transfusi darah, warna kulitnya menjadi hitan karena akumulasi Fe

Sekalipun Fe diperlukan oleh tubuh, tetrapi dalam dosis besar dapat merusak dinding

usus. Kematian seringkali disebabkan oleh rusaknya dinding usus ini. Debu Fe juga

dapat diakumulasi di alam alverri paru-paru.

2.10 Pembentukan Kompleks

Senyawa kompleks adalah senyawa yang terbentuk dari satu kation

(umumnya logam) dan satu anion yang bermuatan negatif atau netral. Logam

dalam kompleks berperan sebagai atom pusat sedangkan anion berperan sebagai donor

pasangan elektron (ligan). Ligan yang mendonorkan sepasang elektron bebas disebut

sebagai ligan monodentat, dua pasang elektron bebas disebut bidentat sedangkan yang

mendonorkan lebih dari dua pasang elektorn bebas disebut ligan polidentat. Senyawa

kompleks umumnya berwarna karena pengisian elektron pada orbital d dari logam.

Walaupun kompleks terdiri dari anion dan kation namun ikatan yang terjadi bukan

ikatan ionik akan tetapi ikatan kovalen koordinasi dengan pemakaian elektron bersama.

(Skoog, Douglas, et al. 1996)

2.11 Adsorben


24


Adsorpsi adalah proses terserapnya molekul gas atau larutan adsorbat ke

dalam suatu permukaan padatan adsorben. Peristiwa adsorpsi merupakan suatu

fenomena permukaan, yaitu terjadinya penambahan konsentrasi komponen tertentu

pada permukaan antara dua fase. Adsorpsi dapat dibedakan menjadi adsorpsi fisis

(physical adsorption) dan adsorpsi secara kimia (chemical adsorption). Secara

umum adsorpsi fisis mempunyai gaya intermolekuler yang relatif lemah, sedangkan

pada adsorpsi kimia tejadi pembentukan ikatan kimia antara molekul adsorbat

dengan molekul yang terikat pada permukaan adsorben. (Sunartintyas, S. 2008)

2.12 Etylene Diamine Tetra Acetic Acid (EDTA)

EDTA adalah suatu asam poliprotik yang mempunyai pasangan elektron

pada dua gugus amina dan empat pada gugus karboksilatnya. Senyawa ini

merupakan suatu ligan yang bersifat heksadentat (terdapat enam pasang elektron

bebas) yang biasanya akan membentuk kompleks kelat yang kuat (W, Haryadi.

1993).

Gambar 2.9 Struktur EDTA

(N. Sandra. 2010)

Dalam pembentukan kelat, keenam donor elektronnya bersama-sama

mengikat satu ion inti dengan membentuk lingkaran kelat. Karena kuatnya

kompleks yang dibentuk dengan EDTA maka EDTA banyak digunakan dalam

industri makanan atau dalam bidang kedokteran.

2.13 Fourier Transform Infra Red (FTIR)


25


Prinsip FT-IR adalah serapan dari senyawa dengan tingkat energi vibrasi

dan rotasi pada ikatan kovalen yang mengalami perubahan momen dipol dalam

suatu molekul. Radiasi IR yang umunya dipakai untuk analisis instrumental

adalah daerah bilangan gelombang 4000-670 cm-1. Bentuk dan struktur molekul

menjadi penentu terjadinya interaksi radiasi IR dengan molekul. Hanya molekul

diatomik tertentu misalnya H2, N2 dan O2 yang tidak dapat mengabsorbsi IR

karena vibrasi dan rotasinya tidak menghasilkan perubahan momen dipol

(Sunardi.2007).

Gambar 2.10 Skema peralatan FTIR

(http://www.biocenter.helsinki.fi/bi/biophys/methods_ftir.html)

Apabila suatu molekul menyerap IR maka molekul akan mengalami

perubahan tingkat energi vibrasi/rotasi, tetapi hanya transisi vibrasi/rotasi yang

dapat menyebabkan perubahan momen dipol yang aktif mengabsorpsi IR. Spektra

yang dihasilkan umumnya rumit dan mempunyai pita-pita serapan yang sangat

sempit dan khas untuk tiap senyawa sehingga penggunaannya terutama untuk

identifikasi senyawa organik secara kualitatif.

2.14 Atomic Absorption Spectroscopy (AAS)

Spektrosopi atom digunakan untuk mengidentifikasi dan menentukan

(kualitatif dan kuantitatif) dalam tingkat trace dalam semua jenis materi dan

larutan. Pengukuran dalam spektroskopi serapan atom (SSA) berdasarkan radiasi

yang diserap oleh atom yang tidak tereksitasi dalam bentuk uap (Sunardi. 2007).


26


Metode SSA berprinsip pada absorbsi cahaya oleh atom. Atom-atom

menyerap cahaya tersebut pada panjang gelombang tertentu, tergantung pada sifat

unsurnya.

Proses dalam SSA melalui 2 tahap, yaitu:

a. Atomisasi sampel. b. Absorbsi radiasi dari sumber sinar oleh atom bebas.

Gambar 2.11 Komponen utama spektroskopi serapan atom

(http://www.biocenter.helsinki.fi/bi/biophys/methods_aas.html)

Atomisasi dapat dilakukan dengan baik dengan nyala maupun tungku.

Untuk mengubah unsur metalik menjadi uap diperlukan energi panas, oleh karena

itu temperatur harus benar-benar terkendali agar proses atomisasinya sempurna. Bila

ditinnjau dari sumber radiasi, haruslah bersifat kontinyu. Disamping itu sistem dengan

penguraian optis yang sempurna diperlukan untuk memperoleh sinar dengan garis

absorbsi yang semonokromator mungkin. Spektroskopi Serapan Atom (SSA) terdiri

atas 5 komponen utama. Komponen-komponen ini di kontrol oleh peranti lunak

komputer.

2.15 X-Ray Fluoresence (XRF)

Prinsip dari XRF adalah penembakan sinar X atau rendah dari sumber

radioaktif pada sampel untuk mendeteksi unsur tertentu yang diinginkan.


27


Penembakan akan menyebabkan elektron pada kulit atom terdalam unsur tersebut

tereksitasi ke level energi yang lebih tinggi. Kulit yang kosong akan diisi oleh elektron

pada kulit atom selanjutnya. Keadaan eksitasi dari elektron yang ditembak tidak akan

stabil sehingga elektron tereksitasi akan turun ke level energi yang lebih rendah

sehingga lebih stabil sambil memancarkan kelebihan energi yang berasal dari

penembakan sumber dalam bentuk sinar X. Besarnya sinar yang dipancarkan spesifik

untuk setiap unsur dan foton tersebut akan dideteksi oleh detektor sehingga bisa

menampilkan data yang kualitatif dan kuantitatif dari sampel. (Chem-is-try.org. 2011)

Gambar 2.12 Skema peralatan XRF

(http://www.quantachrome.com/cryogenically-cooled_xrf.html)

2.16 Brunauer, Emmett, Teller (BET)

Teori BET diperkenalkan tahun 1938 oleh Stephen Brunaeur, Paul Hugh

Emmet, dan Edward Teller. BET adalah singkatan dari nama ketiga ilmuwan

tersebut. Teori ini menjelaskan fenomena adsorpsi molekul gas di permukaan zat

padat (melekatnya molekul gas di permukaan zat padat). Kuantitas molekul gas

yang diadsorpsi sangat bergantung pada luas permukaan yang dimiliki zat padat

tersebut. Dengan demikian, secara tidak langsung teori ini dapat dipergunakan untuk

menentukkan luas permukaan zat padat.

Jika zat padat berupa patikel-partikel maka luas permukaan untuk zat

padat dengan massa tertentu makin besar jika ukuran partikel makin kecil. Dengan

mendefinisikan luas permukaan spesifik sebagai perbandingan luas total permukaan zat

padat terhadap massanya maka luas permukaan spesifik informasi makin besar jika

ukuran partikel makin kecil. Metode BET memberikan informasi tentang luas


28


permukaan spesifik zat padat. Dengan demikian metode ini dapat digunakan untuk

memperkirakan ukuran rata-rata partikel zat padat. Untuk material berpori, luas

permukaan spesifik ditentukan oleh porositas spesifik zat padat, yaitu molekul dapat

teradsorpsi pada permukaan zat padat hingga beberapa lapis dan tidak ada interaksi

antar molekul gas yang teradsorpsi pada permukaan zat padat.

Gambar 2.13 Skema Peralatan BET

(http://www.quantachrome.com/gassorption/images/Nova-e-Series.jpg)

Ketika melakukan pengujian BET, sampel ditempatkan dalam chamber

kemudian divakumkan yang bertujuan agar tidak ada lagi atom-atom gas yang

menempel pada permukaan material. Kemudian gas dalam jumlah terkontrol

dimasukkan ke dalam chamber. Jumlah gas ini menghasilkan tekanan awal (P0). Gas

yang digunakan umumnya gas inert seperti nitrogen, kripton atau argon. Suhu diatur

serendah mungkin dan tetap konstan. Biasanya suhu dipertahankan pada suhu nitrogen

cair (-195,6oC). Sebagian atom gas kemudian mulai menempel pada permukaan sampel

(teradsorpsi). Akibatnya, jumlah molekul gas yang bergerak dalam ruang chamber

berkurang. Lama kelamaan jumlah molekul gas yang menempel pada permukaan

sampel makin banyak dan diikuti berkurangnya jumlah molekul gas bergerak dalam

ruang. Hingga akhirnya seluruh permukaan sampel sudah ditutupi penuh oleh


29


molekul gas. Tidak ada adsorpsi gas lebih lanjut sehingga tekanan di dalam

chamber tidak berubah lagi dan menjadi P (tekanan kesetimbangan). (Khairurijjal,

et al. 2002)

2.17 Particle Size Analyzer (PSA)

PSA merupakan alat yang digunakan untuk mengkarakterisasi

nanomaterial, yaitu suatu alat yang menggunakan metode Laser Diffraction (LAS)

Alat ini menggunakan prinsip dynamic light scattering (DLS). Metode ini juga

dikenal sebagai quasi-elastic light scattering (QELS). Alat ini berbasis Photon

Correlation Spectroscopy (PCS). Metode LAS bisa dibagi dalam dua metode

yaitu metode kering dan metode basah. Pada metode kering ini memanfaatkan

udara atau aliran udara untuk melarutkan partikel dan membawanya ke sensing

zone. Metode ini baik digunakan untuk ukuran yang kasar, dimana hubungan

antarpartikel lemah dan kemungkinan untuk beraglomerasi kecil. Sedangkan pada

metode basah ini menggunakan media pendispersi untuk mendispersikan material

uji.

Pengukuran partikel dengan menggunakan PSA biasanya menggunakan

metode basah. Metode ini dinilai lebih akurat jika dibandingkan dengan metode

kering ataupun pengukuran partikel dengan metode ayakan dan analisa gambar.

Terutama untuk sampel-sampel dalam orde nanometer dan submicron yang

biasanya memliki kecenderungan aglomerasi yang tinggi.


30


(Malvern Instruments Ltd. 2003)

Hal ini dikarenakan partikel didispersikan ke dalam media sehingga

partikel tidak saling beraglomerasi (menggumpal). Dengan demikian ukuran

partikel yang terukur adalah ukuran dari single particle. Selain itu hasil pengukuran

dalam bentuk distribusi, sehingga hasil pengukuran dapat diasumsikan sudah

menggambarkan keseluruhan kondisi sampel.(nanotech.org. 2011)

Gambar 2.14 Skema Peralatan PSA



BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Peralatan dan Bahan

3.1.1 Peralatan

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: labu ukur, gelas

ukur, pipet volumetri, pipet tetes, gelas beaker, batang pengaduk, botol

semprot, bulb, tabung reaksi, neraca analitik, oven, dan magnetic stirrer.

Alat uji yang digunakan untuk karakterisasi pada penelitian ini yaitu:

Fourier Transmitan Infra Red (FTIR) Prestige 21 (Shimadzu), Particle Size

Analyzer (PSA) Malvern ZEN 1600, dan Atomic absorption Spectrometry

6300 (Shimadzu).

3.1.2 Bahan

Bahan yang digunakan untuk adsorben adalah zeolit klinoptilolit (CV.

Transindo Utama), untuk imobilisasi ke dalam zeolit digunakan HAuCl4

(Aldrich), sebagai pereduksi nanopartikel Au digunakan NaBH4 (Merck), dan

akuabides (Ikapharmindo) sebagai pelarut. Untuk aktivasi zeolit digunakan

akuades, HCl (Merck) dan NaOH (Merck). Untuk memodifikasi zeolit@Au

digunakan asam 3-merkaptopropanoat (Aldrich). Aplikasi adsorben

zeolit@Au@AMP dilakukan terhadap kation logam dari padatan Pb(NO3)2

(Merck), CdSO4 (Merck), C4H4O4Zn.2H2O (Merck), Fe(NO3)3.9H2O (Merck),

Cu(NO3)2.3H2O (Merck). Regenerasi untuk mendapatkan kembali adsorben

zeolit@Au@AMP dilakukan dengan Na-EDTA (Merck).

3.2 Prosedur Kerja

3.2.1 Pembuatan Larutan Induk

3.2.1.1 Pembuatan Larutan HCl 1,2M

Sebanyak 10 mL HCl 12 M dipipet dan diencerkan dengan aquades dalam

labu ukur 100 mL hingga tanda batas. Dari larutan HCl 1,2 M dipipet sebanyak


32


10,42 mL dan diencerkan dengan aquades dalam labu ukur 250 mL hingga

tepat tanda batas; konsentrasi larutan HCl menjadi 0,05 M. 3.2.1.2 Pembuatan Larutan NaOH 0,05 M

Sebanyak 0,5 g NaOH padatan dilarutkan dengan aquades dalam labu ukur

250 mL dan diencerkan hingga tanda batas. 3.2.1.3 Pembuatan Larutan NaCl 1M

Sebanyak 29,25 g NaCl padatan dilarutkan dengan aquades dalam labu

ukur 500 mL, selanjutnya diencerkan hingga tanda batas. 3.2.1.4 Pembuatan Larutan HAuCl4

- 1,0 x 10

-2 M

Sebanyak 0,0394 gram HAuCl4. 3H2O dilarutkan dalam labu ukur 10 mL

dengan aquabides dingin dan diencerkan hingga tanda batas. 3.2.1.5 Pembuatan Larutan NaBH4 0,0261 M

Sebanyak 0,0099 gram NaBH4 dilarutkan dengan aquabides dingin dalam

labu ukur 10 mL dan diencerkan hingga tanda batas. 3.2.1.6 Pembuatan Larutan Asam 3-Merkaptopropanoat (AMP) 0,1 M

Sebanyak 0,22 mL larutan AMP 99% dipipet dan dilarutkan dengan

aquabides dalam labu ukur 25 mL dan diencerkan hingga tepat tanda batas. 3.2.1.7 Pembuatan Larutan Zn(II) 5000 ppm

Sebanyak 0,83 g C4H4O4Zn.2H2O dilarutkan dengan aquabides dalam

labu ukur 50 mL dan diencerkan hingga tanda batas.

3.2.1.8 Pembuatan Larutan Cu(II) 5000 ppm

Sebanyak 0,95 g Cu(NO3)2.3H2O dilarutkan dengan aquabides dalam labu

ukur 50 mL dan diencerkan hingga tanda batas.

3.2.1.9 Pembuatan Larutan Pb(II) 5000 ppm

Sebanyak Pb(NO3)2 0,39 g dilarutkan dengan aquabides dalam labu

kukur 50 mL dan diencerkan hingga tanda batas. 3.2.1.10 Pembuatan Larutan Cd(II) 5000 ppm

Sebanyak CdSO4 0,46 g dilarutkan dengan aqubides dalam labu ukur

50 mL dan diencerkan hingga tepat tanda batas.


33


3.2.1.11 Pembuatan Larutan Fe(III) 5000 ppm

Sebanyak Fe(NO3)3.9H2O 1,80 g dilarutkan dengan aqubides dalam

labu ukur 50 mL dan diencerkan hingga tanda batas. 3.2.1.12 Pembuatan Larutan Na-EDTA 0,1 M

Sebanyak 1,86 g C10H14N2Na2O8.2H2O dilarutkan dengan aquades

dalam labu ukur 50 mL dan diencerkan hingga tepat tanda batas.

3.2.2 Aktivasi Zeolit

3.2.2.1 Aktivasi Secara Fisika

Secara fisika zeolit diaktifkan dengan cara mencuci zeolit dalam

aquades dengan perbandingan zeolit : Aquades yaitu 1: 3 (200 g zeolit dalam

600 mL aquades) lalu zeolit diaduk selama 1 jam pada suhu 70 oC. Setelah

diaduk zeolit diendapkan selama beberapa waktu, lalu koloidnya di ambil. Koloid

yang diambil selanjutnya dicuci kembali dengan menggunakan aquades

Digital 20214146-S148-Modifikasi Zeolit 4

Documents

Transcript of Digital 20214146-S148-Modifikasi Zeolit 4