LOGO

Disusun Oleh:

M. Furoiddun Nais 2309201016

Dosen Pembimbing:

Prof. Dr. Ir. Gede Wibawa, M.Eng

PENGEMBANGAN METODE SINTESIS UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS ZEOLIT ALAMI DI INDONESIA

Laporan Akhir Tesis

LABORATORIUM THERMODINAMIKA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

Keberadaan zeolit

melimpahdi Indonesia

Pemanfaatannyakurang

LATAR BELAKANG

Struktur dankomposisi tidakberaturan

Sintesis

dan

Aktivasi

Zeolit Alam Zeolit dari alammengandung

pengotor organik / anorganik dan

memiliki rasio Si / Al yang tinggi dengan

sifat yang tidakhomogen.

Secara luas barudigunakan

sebagai pupukpertanian

Produk Impor, Harga mahal, sifat seragam

Di sisi lain……..

Zeolit Sintetik

Pada Proses di Industri:Dimanfaatkan Secara luassebagai adsorben, katalis, penukar ion, membran, dll

> 150 Jenis zeolitSintetik

Proses pembuatan zeolitsecara komersial :1. Pembuatan zeolit dari gel

reaktif atau hidrogel, 2. konversi dari mineral

kaolin menjadi zeolit, 3. dan penggunaan material

mentah zeolit yang sudahada di alam.

Penelitian Terdahulu•mengembangkan proses hidrothermal untuk

memproduksi zeolit dengan bahan baku silika – alumina. Semua proses tersebut menghasilkan jumlah pengotor

kuarsa atau hidroksisodalite yang cukup besar.Burriesci dkk (1984)

•melakukan fusion terhadap NaOH sebelum terjadinya

reaksi hidrothermal pada pembuatan zeolit Na – X danNa-P dari fly ash dengan kemurnian yang cukup tinggi.

Shigemoto (1993), Berkgaut

(1996) dan Ojha (2004)

•merubah zeolit alam Korea yang banyak mengandung

feldspar menjadi zeolit tipe X dan tipe P melalui reaksihidrothermal dengan atau tanpa fusi NaOH.

Kang dkk (1998)

• Mempelajari pengaruh konsentrasi penambahan alkali

dan rasio solid/liquid pada sintesis zeolit NaA dari kaolinAlkan dkk (2005)

•melakukan sintesis zeolit alam tipe klinoptilolite denganmenggunakan proses hidrothermal pada suhu rendah. Pengotor feldspar masih terkandung didalam produk.

De Fazio dkk (2008)

•Mengembangkan proses produksi zeolite type A darizeolit alami Iran klinoptilolite dengan satu langkahproses pada suhu rendah. Produk yang dihasilkan lebihbaik jika dibandingkan hasil pembuatan zeolit daribahan aluminasilikat lain

Kazemian dkk (2009)

Mengembangkan metodesintesis dan modifikasi zeolitalam yang berasal dariIndonesia dengan kualitasrendah (Ca tinggi) hinggamemiliki kinerja dan propertimenyerupai zeolit sintetik.

TUJUAN PENELITIAN

Metodologi

Penelitian mengkaji metode aluminasi dengan proses alkali digestion yang dikembangkan oleh Kazemian dkk (2009), dan dikombinasikan dengan proses reduksi Ca2+ dengan pengadukan dalam larutan NH4Cl sebagaimana yang dikembangkan oleh Taffarel & Rubio (2008).

ALUMINASI

Kondisi yang ditetapkan: Berat zeolit setiap batch : 5 gram

Berat NaAlO2 : 6,13 gram

Suhu Operasi : 80 oC

Volume Lar. NaOH : 90 ml

Variabel proses: Konsentrasi NaOH : 1-4 M

Waktu reaksi : 2-8 jam

Metodologi

REDUKSI KALSIUM

Kondisi yang ditetapkan:

Berat zeolit setiap batch : 5 gram

Suhu Operasi : Suhu Kamar

Volume Lar. NH4Cl : 100 ml

Variabel proses:

Konsentrasi NH4Cl : 0,5-2 M

Waktu reaksi : 12-24 jam

Zeolit alam

Dicuci kemudian dikeringkan

Bilas dan keringkan

Aluminasi pada proses Alkali Digestion

Grinding: 80-120 mesh

NaOH

NaAlO2

Evaluasi Adsorpsi

Reduksi Ca2+ dengan NH4Cl

Bilas dan keringkan

Aluminasi pada proses Alkali Digestion

Hasil

Terbaik

Evaluasi Adsorpsi

Kazemian dkk (2009)

Tafarel & Rubio (2008)

Sistematika Penelitian

Alat Peralatan sintesis zeolit terdiri dari reaktor,

pemanas, dan pengaduk yang disertai kontrolsuhu otomatis dengan akurasi + 1 oC.

12

3

4

5

6

(1) magnetik stirrer; (2) statip; (3) reaktor dilengkapi pemanas elektrik; (4) thermocouple; (5) thermocontrol; (6) electric

contactor.

1

3

5 6

1Zeolit Alam Bandung

Dicuci

Dioven selama 10 Jam suhu 100-1100C

Dihancurkan

Screening 60-140 Mesh

XRDSEMXRF

25 gr Zeolit NH4Cl,100 mL

Diaduk 12-24 JamSuhu Ruangan

Dioven selama 10 Jam suhu 100-110 0C

5 gr Zeolit NaOH, 2M 90 mLNaAlO2 6,13 gram

Diaduk 8 JamSuhu 80 0C3

Dioven selama 10 Jam suhu 100-110 0C

Dicuci hingga pH netral

Kalsinasi suhu 600 0C

XRDSEMXRF

24 gr Zeolit Ethanol,75 mL

Variabel 45%,55%,65%,75%,85%,95%

Diaduk 60 MenitKecepatan 140 rpm

Diendapkan 30 Menit

Ethanol,75 mL4 gr Zeolit

Diaduk 10 Menit

Diendapkan 30 Menit

1

Mengukur % air yang terserap

1Zeolit A (Na)

2Klinoptilolit

3Mordenit

4Unnamed Zeolit

5Quartz

Hasil Eksperimen Aluminasi

SampelWaktu

(Jam)Konst

Berat

Produk

(gr)

Yield

(%)Al2O3 SiO2

Rasio

SiO2/

Al2O3

Fasa

Kristalin

ZS Zeolit Sintetik Tipe 3A 8.5 69.8 1,51 ZA1

ZD Zeolit Alam (Bahan Baku) 26 39.3 8,20 K2 + M3

Z1 1

1

5,339 106,78 24 58.5 2,44 ZA + M

Z2 2 5,357 107,14 26 57 2,19 Z4 + M

Z3 3 5,374 107,48 32 51.1 1,60 Z + Q5

Z4 4 5,474 109,48 25 57.6 2,30 Q + Z

Z5 5 6,375 127,5 28 52.6 1,88 ZA + SOD6

Z6 6 6,872 137,44 31 50.5 1,63 ZA + SOD

Z7 2

2

6,32 126,4 30 51.1 1,70 ZA + SOD

Z8 4 7,333 150,66 30 50.3 1,68 ZA + SOD

Z9 6 7,458 149,16 30 51.4 1,71 ZA

Z10 8 7,847 156,94 31 50.9 1,641 ZA

Z11 2

3

6,763 135,26 30 50.2 1,74 ZA

Z12 4 7,615 152,3 29 52.4 1,81 ZA

Z13 6 7,665 153,3 30 51.1 1,707 ZA + Z

Z14 8 7,886 157,72 30 51.2 1,65 ZA + Z

Z15 2

4

7,148 142,96 31 51.2 1,651 ZA+ SAPO7

Z16 4 7,676 153,52 31 50.7 1,635 ZA + SAPO

Z17 6 7,864 157,28 31 50.9 1,642 Z + ZK8

Z18 8 7,973 159,46 31 52.4 1,69 Z + ZK

Z19 1

12

6,592 1,3184 20 53,9 2,695 Z + Z

Z20 2 5,352 107,04 31 51,9 1,674 Z + Z

Z21 3 5,087 101,74 28 52,8 1,551 Z + N9

Z22 4 4,959 99,18 18 27,6 1,885 Z + N

6Hidroxysodalite

(Na8[AlSiO4]6(OH)2)

7Zeolit SAPO-208Zeolit ZK-21

9Natrodavyne

(Na5Al3CSi3O15)

SampelWaktu

(Jam)

KonstCaO

(%)

Rasio

SiO2/

Al2O3

Fasa

KristalinNH4Cl

(M)

ZS Zeolit Sintetik Tipe 3A 2.19% 1,51 ZA1

ZD Zeolit Alam 5.81% 8,20 K2 + M3

A1 12

0,5

2.36% 1.61 ZA + Z4

A2 16 2.50% 2.01 Z4A5

A3 20 3.86% 2.01 Z

A4 24 2.75% 1.94 ZA + Z

A5 12

1

2.54% 2.02 ZA + Z

A6 16 4.39% 1.92 ZA + Z

A7 20 2.38% 2.04 ZA + Z

A8 24 3.03% 1.97 ZA + Z

A9 12

1,5

2.16% 1.93 ZA + Z

A10 16 4.55% 1.96 ZA + Z

A11 20 3.36% 2.00 ZA + Z

A12 24 3.36% 1.98 ZA + Z

A13 12

2

2.42% 1.94 ZA + Z

A14 16 2.16% 1.97 ZA + Z

A15 20 3.13% 1.90 ZA + Z

A16 24 1.85% 1.93 ZA + Z

Hasil Eksperimen Reduksi Ca2+

1Zeolit A (Na)

2Klinoptilolit

3Mordenit

4Unnamed Zeolit

5Zeolit 4A

Al2SiO4 AlO2

SiO2

Al2O3

Fe2O3

Fe2O3

Al2O3

CaO

SiO2

SiO2

K2O K2OSiO2

CaO

Al2O3

Al2O3

Al2O3AlO2

Fe2O3

SiO2

Al2SiO4

CaO

Fe2O3

K2O

K2OSiO2

CaO

Fe2O3

Al2SiO4

SiO2

AlO2

Al2O3

CaO

Fe2O3

K2O

K2OSiO2

K2O

CaO

Al2O3

KRISTALINITAS

Kristalinitas zeolit alam, sampel Z10 dan A16 dibandingkan terhadap zeolit sintetik.

Jumlah intensitas puncak difraktogram yang dihitung pada sudut 2θ dari 20 hingga 40 derajat.

Sampel Kristalinitas

Zeolit Alam Bandung 31,24 %

Sampel Z10 49,15 %

Sampel A16 56,22 %

SEM

Zeolit alam Hasil Eksperimen Sampel Z10

Zeolit sintetik komersialHasil Eksperimen Sampel A16

Kesetimbangan Adsopsi

Kesetimbangan air dalam zeolit

60

61

62

63

64

65

66

67

0 10 20 30 40 50 60 70

Kad

ar E

tan

ol (%

berat)

waktu (menit)

Zeolit Alam

Z10

A16

Zeolit Sintetik

Kapasitas Adsorpsi

Dari grafik kesetimbangan adsorpsi, jika diketahui: Berat Zeolit (M) = 4 gr

Kadar Ethanol mula-mula (C0) = 62 %

Volume campuran (V) = 75 ml

Maka dapat dihitung kapasitas adsorpsi pada saat kesetimbangan:

No Jenis Zeolit Kapasitas Adsorpsi

(mg air/gr zeolit)

1.

2.

3.

4.

Zeolit alam

Sampel Z10

Sampel A16

Zeolit sintetik 3A.

375

468,8

562,5

750

No Jenis Zeolit qmax (mg

air/gr zeolit)

K

(L/mg)

Peningkatan

Kapasitas Adsorpsi

Monolayer (qmax)

dibandingkan

Zeolit alam

1.

2.

3.

4.

Zeolit alam

Sampel Z10

Sampel A16

Zeolit sintetik 3A.

336,7

418,7

429,7

433,5

6,955

6,754

6,648

5,492

-

25%

27,63%

28,74%

PARAMETER THERMODINAMIKA

Suhu Kc ΔG0 (J/mol) ΔH0 (J/mol)ΔS0 (J/K

mol)Zeolit Alam

30 0,000588 18750,419-0,078983 -61,814140 0,000619 19233,963

50 0,000599 19936,527Sampel Z10

30 0,000636 18549,77391-0,3849382 -61,515340 0,000681 18984,78605

50 0,000698 19524,7094Sampel A16

30 0,000638 18541,1202-0,2793504 -61,195240 0,000722 18833,90029

50 0,000683 19583,56106Zeolit Sintetik

30 0,000818 17917,74367-0,0149652 -58,661140 0,000831 18467,32524

50 0,00082 19090,44417

Kesimpulan

Kondisi operasi terbaik untuk proses aluminasi pada alkali digestion menghasilkan kristal zeolit A dengan

rasio SiO2/Al2O3 sebesar 1,641 diperoleh pada konsentrasi NaOH 2M dan waktu reaksi 8 jam dengan

penambahan 6,1 gr sodium aluminat

Proses reduksi Ca2+ dengan pencampuran zeolit kedalam larutan NH4Cl 2M pada waktu 24 jam dapat menurunkan

kadar kalsium dalam zeolit alam menjadi 1,85% dari kadar semula 5,81%.

Proses aktivasi zeolit alam yang dilakukan mampu merubah struktur kristal zeolit alam menjadi kristal

zeolit tipe A dan beberapa jenis zeolit lain, namun tidak dapat membangun struktur kristal baru dari komposisi

bahan amorf yang terkandung didalamnya.

Aluminasi pada NaOH 2M dan waktu 8 jam meningkatkan kapasitas adsorpsi 24,35% dan Zeolit yang mengalami reduksi kalsium pada

penambahan 2M NH4Cl, waktu pengadukan 24 jam yang dilanjutkan dengan aluminasi pada NaOH 2M dan waktu 8 jam

mengalami peningkatan kapasitas adsorpsi 27,63% dimana untuk zeolit sintetik peningkatan kapasitas adsorpsi dibanding zeolit alam

sebesar 28,74%.