zeolit

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1.Zeolit

Zeolit berasal dari kata zeinlithos yang berarti batuan berbuih. Zeolit

merupakan kristal alumina silikat dengan rumus empiris Mx/n.(AlO2)x.(SiO2)y.xH2O.

Terbentuk dari tetrahedral alumina dan silika dengan rongga-rongga didalam yang berisi

ion-ion logam, biasanya golongan logam alkali, dan molekul air yang bergerak bebas.

Zeolit merupakan suatu kelompok mineral yang dihasilkan dari proses hidrotermal pada

batuan beku basa. Mineral ini biasanya dijumpai mengisi celah-celah ataupun rekahan

dari batuan tersebut. Selain itu zeolit juga merupakan endapan dari aktivitas vulkanik

yang banyak mengandung unsur silika. Pada saat ini penggunaan mineral zeolit semakin

meningkat, dari penggunaan dalam industri kecil hingga dalam industri berskala besar.

Di negara maju seperti Amerika Serikat, zeolit sudah benar-benar dimanfaatkan dalam

industri.(Sarno,H.1983)

Karena sifat-sifat yang dimiliki oleh zeolit, maka mineral ini dapat dimanfaatkan

dalam berbagai bidang, seperti dalam bidang industri yaitu sebagai bahan yang dapat

digunakan untuk membantu pengolahan limbah pabrik. Masalah limbah industri

semakin meresahkan masyarakat, sehingga banyak dilakukan usaha-usaha untuk

mengatasi pencemaran limbah ini, baik itu dengan mengurangi volume limbah yang

terbuang ataupun dengan mendaur ulang kembali limbah tersebut. Zeolit sintetis adalah

suatu senyawa kimia yang mempunyai sifat fisik dan kimia yang sama dengan zeolit

alam. Zeolit ini dibuat dari bahan lain dengan proses sintetis. Karena secara umum zeolit

mampu menyerap, menukar ion dan menjadi katalis, membuat zeolit sintetis ini dapat

dikembangkan untuk keperluan alternatif pengolah limbah.

2.2.Komposisi mineral zeolit

Mineral zeolit merupakan sekelompok mineral yang terdiri dari beberapa jenis (species)

mineral. Secara umum mineral zelolit mempunyai rumus kimia sebagai berikut :

Mx/n(AlO2)x(SiO2)y.H2O

Universitas Sumatera Utara

dimana : n = valensi dari kation logam

w = bilangan molekul air per unit cell zeolit

x dan y = bilangan total tetrahedral per unit cell dan perbandingan x /y

selaku berkisar 1 sampai 5.

Berdasarkan hasil analisa kimia total, kandungan unsur-unsur zeolit dinyatakan

sebagai oksida SiO2, Al2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O dan Fe2O3. Akan tetapi di alam

tergantung pada komponen bahan induk dan keadaan lingkungannya, maka

perbandingan Si/Al dapat bervariasi, dan juga unsur Na, Al, Si, sebahagian dapat

disubstitusikan oleh unsur lain.(Dana,D.James,1951)

Parameter kimia yang penting dari zeolit adalah perbandingan Si/Al, yang

menunjukkan persentase Si yang mengisi di dalam tetrahedral, jumlah kation monovalen

dan divalen, serta molekul air yang terdapat didalam saluran kristal. Perbedaan

kandungan atau perbandingan Si/Al akan berpengaruh terhadap ketahanan zeolit

terhadap asam atau pemanasan. Ikatan ion Al-Si-O adalah pembentuk struktur kristal

sedangkan logam alkali adalah kation yang mudah tertukar (exchangeable cation).

Jumlah molekul air menunjukkan jumlah pori-pori atau volume ruang kosong yang

terbentuk bila unit sel kristal tersebut dipanaskan.(Sastiano,A.1991)

Hingga kini sudah 40 jenis (species) mineral zeolit yang telah diketahui. Dari

jumlah tersebut, hanya 20 jenis saja yang diketahui terdapat dalam bentuk sedimen,

terutama dalam bentuk piroklastik. Nama dan rumus kimia mineral zeolit yang terdapat

dalam piroklastik (tufa) tercantum dalam tabel.

Tabel 2.1. Nama mineral zeolit dan rumus kimia nya

NO Nama Mineral Rumus kimia unit sel

1 Analsim Na16(Al16Si16O96).16H2O

2 Kabasit (Na2Ca)6(Al12Si24O72).40H2O

3 Klinoptilolt (Na4K4)(Al8Si40O96).24H2O

4 Erionit (Na7Ca5K)9(Al9Si27O72).27H2O


5 Paujasit (Na58(Al58Si134O384).18H2O

6 Perrierit (Na2Mg2)(Al6Si30O72).18H2O

7 Wairakit Ca(Al2Si4O12).2H2O 8 Yugawaralit Ca(Al2Si4O12).6H2O

9 Pillipsit (Na,K)10(Al10Si22O64).20H2O

10 Epistilbit (Ca,Na2)3(Al6Si18O48).16H2O

11 Gismondin (Na,Ca2,K2)4(Al8,Si8O48).16H2O

12 Connardit (Na2Ca)(Al4Si6O20).5H2O

13 Harmotom (Ba,Na2)2(Al4Si12O32).12H2O

14 Natrolit Na4(Al4Si6O20).4H2O

15 Scolecit Ca2(Al4Si6O20).6H2O (Krauss,E.H,1959)

2.3.Sifat fisik Mineral Zeolit

Banyak mineral zeolit yang terdapat dalam batuan sedimen terdiri dari

monomineral (satu jenis mineral) , terutama untuk mineral klinoptilloit dan analsim, hal

ini sangat menguntungkan dalam penambangannya serta penggunaannya untuk industri.

Sifat yang menonjol dari mineral zeolit tersebut antara lain : struktur kristal, daya serap

dan kapasitas pertukaran ion, sehingga sifat sifat ini, yaitu sifat fisik, yang berhubungan

langsung dengan struktur kristal dan komposisi kimia perlu diketahui.

2.3.1.Struktur mineral zeolit

Seperti halnya mineral kwarsa dan felspar, maka mineral zeolit mempunyai

struktur kristal 3 dimensi tetrahedra silikat (SiO4-4) yang biasa disebut tectosilicate.

Dalam struktur ini sebagian silikon (tidak bermuatan atau netral) kadang-kadang diganti

oleh aluminium bermuatan listrik, sehingga muatan listrik kristal zeolit tersebut

bertambah. Kelebihan muatan ini biasanya diimbangi oleh kation-kation logam K, Na,

dan Ca yang menduduki tempat tersebar dalam struktur zeolit alam yang bersangkutan.

Dalam susunan kristal zeolit terdapat dua jenis molekul air, yaitu molekul air yang


terikat kuat dan molekul air yang bebas. Berbeda dengan struktur kisi kristal kwarsa

yang kuat dan pejal, maka struktur kisi kristal zeolit terbuka dan mudah terlepas.

Volume ruang hampa dalam struktur zeolit cukup besar kadang-kadang mencapai 50

Angstrom, sedangkan garis tengah ruang hampa tersebut bermacam-macam, berkisar

antara 2A hingga lebih dari 8A, tergantung dari jenis mineral zeolit yang bersangkutan.

Dibawah ini struktur stereotip clinoptilolit yang menjadi precursor dalam penelitian ini.

Gambar2.1 Kerangka utama zeolit

Volume dan ukuran garis tengah ruang hampa dalam kisi-kisi kristal inilah yang

menjadi dasar penggunaan mineral zeolit sebagai bahan penyaring (molecular sieving).

Molekul zat yang disaring yang ukurannya lebih kecil dari ukuran garis tengah ruang

hampa mineral zeolit dapat melintas, sedangkan yang berukuran lebih besar akan

tertahan atau ditolak. Kapasitas atau daya saring mineral zeolit tergantung dari volume

dan jumlah ruang hampanya. Makin besar jumlah ruang hampa, maka makin besar pula

daya saring zeolit alam yang bersangkutan. Mineral zeolit mempunyai struktur tiga

dimensi tetrahedral (SiO4-4) yang biasa disebut tektosilikat, dimana masing-masing

berhubungan dengan ion silicon sebagai pusatnya, sehingga masing-masing atom

oksigen terdapat diantara atom silicon dan aluminium. Setiap atom terikat oleh dua

struktur yang tetrahedral. Struktur yang hanya terdiri dari silicon dan oksigen ini

bersifat netral. Dalam struktur zeolit terdapat pergantian silicon bervalensi empat dengan

aluminium bervalensi tiga. Dalam struktur ini sebahagian silicon ( tidak bermuatan

listrik atau netral ) dapat diganti oleh aluminium (bermuatan listrik) sehingga muatan

listrik zeolit tersebut bertambah. Kelebihan muatan ini biasanya diimbangi oleh kation

logam, seperti K, Na, Ca, yang menduduki tempat-tempat tersebar dalam struktur

Kristal mineral zeolit.(Rahmatullah.D.W.K,dkk,2007)


Pada zeolit terjadi pergantian maksimum Si+4 oleh Al+3 dengan perbandingan 1:

1, sedangkan pergantian maksimum 1: 5, seperti yang terdapat pada zeolit jenis

modernit. Setiap tetrahedral oksigen adalah unit pembangun primer. Unit pembangun

sekunder terbentuk dari penggabungan tetrahedral oksigen, membentuk cincin lingkar 4,

6 dan 8 atau gabungan 2 cincin lingkar 6 dan dua cincin lingkar 4. Struktur kisi Kristal

zeolit terbuka dan mudah lepas. Volume ruang kosong dalam struktur zeolit cukup

besar, kadang-kadang mencapai 50A0, sedang garis ruang tengah kosong tersebut

bermacam-macam, berkisar 2A0 hingga lebih besar dari 8A0, tergantung dari jenis

mineral zeolit yang bersangkutan. Volume dan ukuran garis tengah ruang kosong dalam

kisi-kisi Kristal inilah yang menjadi dasar penggunaan mineral zeolit sebagai bahan

penyaring molekul ( molekul sieving).(Porterfield,1993)

2.3.2.Daya serap

Dalam keadaan normal maka ruang-ruang rongga dalam Kristal zeolit terisi oleh

molekul air bebas yang membentuk bulatan di sekitar kation. Bila Kristal tersebut

dipanaskan selama beberapa jam, biasanya pada temperatur 200-3000C, tergantung dari

jenis mineral zeolitnya, maka molekul-molekul air pada rongga-rongga tersebut akan

keluar, sehingga zeolit yang bersangkutan dapat berfungsi sebagai penyerap gas atau

cairan.

Daya serap mineral zeolit tergantung dari jumlah ruang kosong dan luas

permukaan. molekul air yang terdapat dalam rongga-rongga saluran masuk yang

diperkirakan dapat mencapai jumlah 10-25% dari berat zeolitnya bila dikeluarkan, maka

molekul-molekul yang mempunyai garis tengah lebih kecil dari saluran masuk pada

zeolit, akan dapat diserap kebagian permukaan dari pusat rongga tersebut. Molekul-

molekul yang lebih besar dari saluran rongga , tidak akan dapat masuk kedalamnya.

Kemampuannya menyerap berdasarkan selektifitas ukuran garis tengah ruang

kosong molekul, juga pemilihan molekul-molekul zat yang diserap. Distribusi dari

muatan yang tidak lazim didalam rongga yang sudah didehidrasi menyebabkan beberapa

bahan dengan dua kutub (dipole) akan dapat diserap. Apabila ada dua molekul atau lebih

yang dapat melintasi saluran rongga, tetapi karena adanya pengaruh kutub atau


hubungan antara molekul-molekul zeolit itu sendiri dengan zat-zat yang diserap, maka

hanya satu buah saja yang diloloskan sedang yang lain ditahan atau ditolak. Hal ini

merupakan suatu sifat yang tidak terdapat pada penyerapan oleh bahan jenis lain. CO2

yang polar akan lebih disukai untuk diserap oleh zeolit dibandingkan dengan CH4 yang

bukan polar. Molekul yang berkutup atau tidak jenuh diterima daripada yang tidak

berkutup atau jenuh. (Zuzzman,J.,Howie,R.A.,Deer.W.A,1985)

2.4.Pengaktifan mineral zeolit

Pengaktifan zeolit dimaksudkan sebagai suatu usaha untuk memodifikasi

keadaan pada struktur kerangka atau non kerangka zeolit sehingga diperoleh sifat-fisika-

kimia zeolit yang diinginkan. Pada zeolit alam, pengaktifan memberikan efek pencucian

atau penghilangan komponen pengotor ( impurities) dari mineral zeolit. Pengaruh

pengaktifan zeolit, yaitu dapat memurnikan zeolit dari komponen pengotor,

menghilangkan jenis kation logam tertentu dan molekul air yang terdapat dalam rongga,

atau memperbesar volume pori, sehingga memiliki kapasitas yang lebih tinggi . Oleh

sebab itu zeolit alam perlu diaktifkan terlebih dahulu sebelum digunakan, untuk

mempertinggi daya kerjanya. Pengaktifan zeolit dapat dilakukan melalui beberapa cara

antara lain :

1. Pemanasan dalam jangka waktu dan suhu tertentu

2. Mengubah atau mempertukarkan kation yang dapat dipertukarkan

3. Mengubah ratio perbandingan Si/Al dengan perlakuan dealuminasi

2.4.1.Pengaktifan dengan Pemanasan

Pemanasan terhadap zeolit alam bertujuan untuk mengeluarkan air atau garam

pengotor dari dalam rongga-rongga kristal zeolit. Kemampuan atau sifat pertukaran

kation zeolit teruatama selektifitas dan kapasitas pertukarannya akan sangat ditentukan

oleh struktur kristalnya. Pemakaian panas terlalu tinggi menyebabkan terjadinya

pelepasan aluminium dari struktur kerangka tetrahedral zeolit. Menurut Barrer (1982)

aktifasi pemanasan yang terlalu tinggi akan menyebabkan terjadinya dehidroksilasi

gugus OH pada struktur zeolit. Akibat terjadinya pemutusan ikatan Si-O-Al,

menyebabkan pembentukan gugus siloksan (Si-O-Al) dan aluminium yang miskin gugus


hidroksil. Akibatnya bila terjadi kerusakan pada struktur zeolit tersebut maka

kemempuan mempertukarkan kation dan adsorbsinya berkurang/menurun. Kestabilan

zeolit terhadap temperatur tergantung pada jenis kandungan mineral zeolitnya

(perbandingan Si dengan Al, dan kation yang terdapat dalam zeolit). Umumnya zeolit

dengan silika lebih banyak mempunyai kestabilan yang lebih besar. Clinoptilolit alam

yang kaya akan kalsium rusak pada temperature 5000C, jika kationnya diganti dengan

kalium, maka akan tetap utuh pada temperature 8000C. komposisi kation yang berbeda

dan perbandingan Si dan Al yang berbeda dan perbandingan Si dengan Al yang berbeda

pada beberapa zeolit alam menyebabkan kestabilannya pada temperature yang berbeda-

beda. Seperti modernit yang stabil pada 800-10000C sedangkan philipsit stabil pada 360-

4000(Saputra.,R 2006)

2.4.2.Pengaktifan dengan Pengasaman

Yang kedua aktivasi zeolit secara kimia dengan tujuan untuk membersihkan

permukaan pori, membuang senyawa pengotor dan mengatur kembali letak atom yang

dapat dipertukarkan. Proses aktivasi zeolit dengan perlakuan asam HCl pada konsentrasi

0,1N hingga 1N menyebabkan zeolit mengalami dealuminasi dan dekationisasi yaitu

keluarnya Al dan kation-kation dalam kerangka zeolit. Aktivasi asam menyebabkan

terjadinya dekationisasi yang menyebabkan bertambahnya luas permukaan zeolit karena

berkurangnya pengotor yang menutupi pori-pori zeolit. Luas permukaan yang bertambah

diharapkan meningkatkan kemampuan zeolit dalam proses penjerapan (Weitkamp,

1999). Tingginya kandungan Al dalam kerangka zeolit menyebabkan kerangka zeolit

sangat hidrofilik. Sifat hidrofilik dan polar dari zeolit ini merupakan hambatan dalam

kemampuan penjerapannya.

Proses aktivasi dengan asam dapat meningkatkan kristalinitas, keasaman dan

luas permukaan (Shrihapsari,D 2006)

Setiap oksigen dalam ikatan ini cenderung akan mengikat H+ membentuk OH

atau gugus silanol yang bersifat polar.


Ion hydrogen pada gugus hidroksilini siap dipertukarkan dengan kation lain.

Pada keadaan netral atau agak asam, dapat terjadi hidrolisis akan menyebabkan kenaikan

pada pH dengan reaksi :

SiO2- + H2O SiOH + OH-+

Keadaan yang demikian akan menyebabkan kapasitas pertukarannya meningkat.

Pada harga konsentrasi tertentu, asam juga menghidrolisa aluminium dari

kerangka zeolit yang menyebabkan struktur menjadi rusak. Bila proses dealuminasi

dilakukan berlebihan maka akhirnya Si(OH)4 mudah berpolimerisasi dan terjadi

pemisahan gugus OH (dehidroksilasi), membentuk Si O-Si yang merupakan ikatan

yang kuat. Hasil dari proses dealuminasi zeolit ini berbentuk silica gel, seperti pada

pemanasan yang terlalu tinggi dan terbentuk bahan amorf sebagai bahan

akhir.(Bambang.P.,dkk.1995)

Secara umum konsentrasi larutan asam serta jenis asam yang dipergunakan di

dalam aktivasi akan mempengaruhi sifat pertukaran dan struktur kristal dari mineral

zeolit.

Berdasarkan kelarutan di dalam Asam Klorida (HCl), Bogdanova dan Belitsky

(1968) membagi zeolit dalam empat kelompok :sangat resisten, resisten, sedikit resisten,

sedang klinoptilolit resisten. Keadaan ini merupakan sifat dari struktur Kristal dan ratio

Si/Al yang dimiliki oleh masing-masing jenis zeolit tersebut.(Sarno,H.,1983)

2.5.Crude Palm Oil (CPO)

Minyak sawit tersusun dari unsur-unsur C, H, dan O. Minyak sawit ini terdiri

dari fraksi padat dan fraksi cair dengan perbandingan yang seimbang. Penyusun fraksi

padat terdiri dari asam lemak jenuh antara lain asam miristat (1%), asam palmitat (45%),

dan asam stearat. Sedangkan fraksi cair terdiri dari asam lemak tidak jenuh yang terdiri

dari asam oleat (39%) dan asam linoleat (11%). Komposisi tersebut ternyata agak

berbeda jika dibandingkan dengan minyak nabati inti sawit dan minyak kelapa.


Kandungan minor dalam minyak sawit berjumlah kurang lebih 1%, antara lain

terdiri dari karoten, tokoferol, sterol, alkohol, triterpen, fosfolida. Dua unsur yang

pertama di sebut, yaitu karoten dan tokoferol mempunyai nilai lebih dibandingkan unsur

yang lain karena kedua unsur itu diketahui meningkatkan kemantapan minyak terhadap

oksidasi. Dengan kata lain, keberadaan kedua unsur itu dalam suatu jenis minyak

menyebabkan minyak relatif tidak mudah tengik. Selain itu karoten mempunyai potensi

untuk dikembangkan sebagai bahan obat anti kanker. Sedangkan tokoferol dimanfaatkan

sebagai sumber vitamin E. Minyak sawit yang digunakan sebagai produk pangan

biasanya dihasilkan dari minyak sawit maupun minyak inti sawit melalui proses

fraksinasi, rafinasi, dan hidrogenasi. Dewasa ini, produksi CPO Indonesia sebagian

besar difraksinasi sehingga dihasilkan fraksi olein cair dan fraksi stearin padat. Dari nilai

gizinya, pengggunaan minyak sawit sebagai minyak goreng sangat menguntungkan.

Adanya karoten dan tokoferol yang terkandung di dalamnya menyebabkan minyak sawit

ini perlu dikembangkan sebagai sumber vitamin. Selain itu, minyak sawit dapat

dikatakan sebagai minyak goreng non-kolesterol (kadar kolesterol nya

rendah).(Naibaho,P.M,1998)

Minyak sawit sebagai bahan dalam industri farmasi, terutama dikaitkan dengan

kandungan karoten dan tokoferol. Karoten, atau dikenal juga sebagai pigmen warna

jingga, menyebabkan warna minyak sawit menjadi kuning jingga. Warna minyak sawit

yang demikian ini kurang di sukai konsumen, sehingga dalam proses nya, karoten ini

biasa nya di buang. Padahal sebenarnya karoten menyimpan potensi yang cukup

berharga karena para peneliti berhasil membuktikan bahan tersebut dapat dimanfaatkan

sebagai obat kanker paru-paru dan payudara. Kandungan karoten dalam minyak sawit

mencapai 0,25-1,26 ppm. Sedangkan kandungan karoten dalam CPO berkisar antara

500-700 ppm, yang terdiri dari 36% karoten dan 54% karoten. Selain obat anti

kanker, karoten juga merupakan sumber provitamin A yang cukup potensial. Karoten

yang terdiri dari karoten dan karoten ini, tersimpan di dalam daging buah kelapa

sawit.


Gambar 2.2. Struktur karoten

Gamabar 2.3. Struktur karoten

karoten merupakan provitamin A (bahan pembentuk vitamin A) dalam proses

metabolisme di dalam tubuh. Dalam proses pembuatan minyak, biasanya karoten

dibuang. Namun, sekarang telah berhasil ditemukan metode baru proses pengolahan

sehingga karoten terpisah dari minyak sawit. Dalam proses pengolahan tersebut,

minyak sawit yang mengandung karoten antara 600-1000 ppm dipisahkan menjadi fase

padat (stearin) dan fase cair (olein) pada proses fraksinasi. Untuk mempermudah

pemisahan kedua bentuk minyak sawit tersebut, dilakukan proses degumming yaitu

pengeluaran gum dari minyak. Selanjutnya, minyak didinginkan pada suhu 18-20oC

sehingga asam lemak jenuh akan mengkristal. Akibatnya, karoten tidak dapat larut di

dalam nya dan akhirnya asam lemak tidak jenuh (olein) meningkat, kandungan

karotennya menjadi sekitar 80%.

Tahap berikutnya adalah pemisahan karoten dari minyak dengan pemucatan dan

ekstraksi karoten dari bahan pemucat. Pemucatan dalam metode lama dilakukan pada

suhu 90oC dengan konsentrasi bahan pemucat 2- 2,5% (bahan pemucat yang biasanya di

pakai adalah karbon aktif dan tanah pemucat). Penggunaan metode ini mengakibatkan

kerusakan karoten.

Dengan metode yang telah diperbaharui, pemucatan dilakukan pada suhu 50oC

selama satu jam, konsentrasi bahan pemucat yang digunakan sebesar 10%. Selanjutnya

dilakukan penyaringan. Perubahan metode ini mengakibatkan karoten tidak rusak dan

minyak sawit tetap diperoleh. Selanjutnya karoten yang terkandung dalam tanah


pemucat di ekstraksi secara bertahap. Langkah pertama adalah melunakkan tanah

pemucat dengan aseton, dan perbandingan penambahannya adalah 1:1. Untuk

melapaskan karoten dilakukan penyabunan dengan tambahan larutan KOH atau alcohol

sebanyak 12,5%. Setelah itu, karoten yang terlepas diambil dengan cara menambahkan

petroleum eter secukupnya dan diaduk. Dengan cara destilasi, karoten yang terdapat

pada petroleumeter dikristalkan.(Widyaastuti Y.E.dkk.,1992)


zeolit

Documents

Transcript of zeolit