1.7 Metodologi Penelitian
1. Penelitian ini merupakan riset laboratorium yang bersifat purposif.
2. Zeolit diambil dari daerah Sarulla Kecamatan Pahae, Kabupaten Tapanuli Utara,
sedangkan sampel air limbah industri diambil dari Industri Pertambangan Emas, di Kabupaen Tapanuli Selatan.
3. Zeolit diaktivasi secara kimia menggunakan HCl 15, dan diikuti dengan
aktivasi fisika melalui pemanasan pada suhu 300
o
C. 4.
Zeolit diregenerasi menggunakan perlakuan yang sama dengan proses aktivasi yaitu dengan penambahan HCl 15, dan diikuti dengan pemanasan pada suhu
300
o
C. 5.
Zeolit diregenerasi sebanyak 2 dua kali berturut-turut dengan menggunakan perlakuan yang sama.
6. Lamanya waktu aktivasi dan regenerasi menggunakan HCl 15 adalah 24 jam,
dan lamanya waktu pemanasan pada suhu 300
o
C adalah 3 jam. 7.
Penentuan kandungan logam Cu dan Zn di dalam sampel air limbah limbah sebelum dan sesudah penambahan zeolit aktif dan regenerasinya dilakukan
dengan menggunakan Spektrofotometer Serapan Atom.
Universitas Sumatera Utara
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
Indonesia merupakan negara yang dikenal memiliki jumlah yang cukup besar dan beragam berbagai sumberdaya mineral dan tersebar di beberapa provinsi. Salah satu
sumberdaya mineral yang patut diperhatikan adalah zeolit alam dan juga logam mulia emas dan perak. Dalam bab ini akan dibicarakan secara singkat materi yang berkaitan
dengan penelitian.
2.1 ZEOLIT ALAM
Zeolit adalah mineral kristal alumina silika tetrahidrat berpori yang mempunyai struktur kerangka tiga dimensi, terbentuk oleh tetrahedral [SiO
4
]
4-
dan [AlO
4
]
5-
yang saling terhubungkan oleh atom-atom oksigen sedemikian rupa, sehingga membentuk
kerangka tiga dimensi terbuka yang megandung kanal-kanal dan rongga-rongga, yang di dalamnya terisi oleh ion-ion logam, biasanya adalah ogam-logam alkali atau alkali
tanah dan molekul air yang dapat bergerak bebas Lestari, 2010. Rumus umum zeolit adalah :
M
xn
[AlO
2 x
SiO
2 y
].mH
2
O Dimana M adalah kation bervalensi n, AlO
2 x
SiO
2 y
adalah kerangka zeolit yang bermuatan negatif, H
2
O adalah molekul air yang terhidrat dalam kerangka zeolit.
Zeolit banyak ditemukan dalam batuan. Kerangka dasar struktur zeolit terdiri dari unit-unit tetrahedral AlO
4 5-
dan SiO
4 4-
yang saling berhubungan melalui atom O dan di dalam struktur, Si
4+
dapat diganti dengan Al
3+
. Ikatan Al-O-Si membentuk
Universitas Sumatera Utara
struktur kristal sedangkan logam alkali atau alkali tanah merupakan sumber kation yang dapat dipertukarkan. Kerangka struktur tiga dimensi senyawa alumina silikat
terdiri atas dua bagian, yaitu bagian netral dan bagian bermuatan. Bagian netral sematamata dibangun oleh silikon dan oksigen dan jenisnya bervariasi antara SiO
4 4-
sampai SiO
2
dengan perbandingan Si:O dari 1:4 sampai 1:2. Bagian bermuatan dibangun oleh ion aluminium yang kecil dan oksigen. Dalam bagian ini terjadi
penggantian ion pusat silikon bervalensi empat dengan kation aluminium yang bervalensi tiga, sehingga setiap penggantian ion silikon dan ion aluminium
memerlukan satu ion logam alkali atau alkali tanah yang monovalen atau setengah ion logam divalen, seperti : Na
+
, K
+
, Ca
2+
, Mg
2+
, Ba
2+
, Sr
2+
, dan lain-lain untuk menetralkan muatan listriknya Lestari, 2010.
Zeolit mempunyai sifat fisika dan kimia yang unik, sehingga zeolit dijadikan sebagai mineral serba guna. Sifat-sifat unik tersebut meliputi dehidrasi, adsorben dan
penyaring molekul, katalisator, dan penukar ion. Zeolit mempunyai sifat dehidrasi melepaskan molekul H
2
O apabila dipanaskan. Pada umumnya struktur kerangka zeolit akan menyusut. Tetapi kerangka dasarnya tidak mengalami perubahan
secara nyata. Disini molekul H
2
O seolah-olah mempunyai posisi yang spesifik dan dapat dikeluarkan secara reversibel. Sifat zeolit sebagai adsorben dan penyaring
molekul, dimungkinkan karena struktur zeolit yang berongga, sehingga zeolit mampu menyerap sejumlah besar molekul yang berukuran lebih kecil atau sesuai dengan
ukuran rongganya. Selain itu kristal zeolit yang telah terdehidrasi merupakan adsorben yang selektif dan mempunyai efektivitas adsorpsi yang tinggi. Zeolit juga mempunyai
kemampuan sebagai katalis berkaitan dengan tersedianya pusat-pusat aktif dalam saluran antar zeolit. Pusat-pusat aktif tersebut terbentuk karena adanya gugus fungsi
asam tipe Bronsted maupun Lewis. Perbandingan kedua jenis asam ini tergantung pada proses aktivasi zeolit dan kondisi reaksi. Pusat-pusat aktif yang bersifat asam ini
selanjutnya dapat mengikat molekul-molekul basa secara kimiawi. Sedangkan sifat zeolit sebagai penukar ion karena adanya kation logam alkali dan alkali tanah. Kation
tersebut dapat bergerak bebas didalam rongga dan dapat dipertukarkan dengan kation logam lain dengan jumlah yang sama. Akibat struktur zeolit berongga, anion atau
molekul berukuran lebih kecil atau sama dengan rongga dapat masuk dan terjebak. http:material-sciences.blogspot.com201003zeolit-struktur-dan-fungsi.html
Universitas Sumatera Utara
Di Indonesia, jumlah zeolit sangat melimpah dan tersebar di berbagai daerah baik di pulau Jawa, Sumatera, dan Sulawesi. Pemanfaatan zeolit Indonesia untuk
penggunaan secara langsung belum dapat dilakukan, karena zeolit Indonesia banyak mengandung campuran impurities sehingga perlu dilakukan pengolahan terlebih
dahulu untuk menghilangkan atau memisahkannya dari pengotor-pengotor. Pada penelitian ini zeolit alam yang digunakan berasal dari daerah Sarulla, Kecamatan
Pahae, kabupaten Tapanuli Tengah.
2.1.1 Aktivasi Zeolit Alam
Peningkatan mutu zeolit alam melalui proses aktivasi dan modifikasi dimaksudkan untuk memperbesar kemampuan zeolit baik dari segi daya katalis, adsorben, maupun
pertukaran kation. Proses aktivasi zeolit alam dapat dikelompokkan ke dalam dua cara, yaitu aktivasi secara fisika dan aktivasi secara kimia Fatimah, 2000.
Pada zeolit alam, adanya molekul air dalam pori dan oksida bebas di permukaan seperti Al
2
O
3
, SiO
2
, CaO, MgO, Na
2
O, K
2
O dapat menutupi pori-pori atau situs aktif dari zeolit sehingga dapat menurunkan kapasitas adsorpsi maupun sifat
katalisis dari zeolit tersebut. Inilah alasan mengapa zeolit alam perlu diaktivasi terlebih dahulu sebelum digunakan. Aktivasi secara fisika dapat dilakukan dengan pemanasan
pada suhu 300 - 400
o
C dengan udara panas atau dengan sistem vakum untuk melepaskan molekul air. Sedangkan aktivasi secara kimia dilakukan melalui pencucian
zeolit dengan larutan asam-asam organik seperti HF, HCl dan H
2
SO
4
atau Na
2
EDTA untuk menghilangkan oksida-oksida pengotor yang menutupi permukaan pori.
Aktivasi dengan perlakuan asam menyebabkan terjadinya dealuminasi dan dekationasi. Aktivasi dengan HCl menyebabkan keluarnya Al dan kation-kation M
n+
dalam kerangka menjadi Al dan kation-kation non kerangka. Begitu pula dengan HNO
3
, H
2
SO
4
, dan H
3
PO
4
juga mengalami dealuminasi dan dekationisasi pada kerangka zeolit. Zeolit dapat terdealuminasi dengan perlakuan asam menggunakan
HCl pada konsentrasi 0,1 N sampai 11 N, sedangkan asam nitrat memberikan
Universitas Sumatera Utara
dealuminasi terbesar pada konsentrasi 4-10 N dengan berkurangnya sebagian besar alumunium kerangka. Terjadinya proses dealuminasi akan menyebabkan
bertambahnya luas permukaan zeolit karena berkurangnya logam pengotor yang menutupi pori-pori zeolit. Dengan bertambahnya luas permukaan tersebut maka akan
mengakibatkan proses penyerapan yang terjadi semakin besar Heraldy, 2003.
Menurut penelitian yang dilakukan oleh Rivan 2011 terhadap pengaruh konsentrasi HCl dan H
2
SO
4
terhadap daya adsorpsi zeolit alam, menunjukkan bahwa kapasitas adsorpsi zeolit alam yang paling optimum sebagai adsorben logam Co dan
Ni di dalam larutan standar terjadi pada penambahan HCl 4 N, dan pada penambahan H
2
SO
4
2 N. Sedangkan penelitian yang dilakukan oleh Vera 2011 menunjukkan bahwa zeolit alam yang aktivasi secara fisika dengan pemanasan pada suhu 300
o
C merupakan suhu aktivasi yang paling optimum, dimana pada suhu aktivasi di atas
300
o
C zeolit mengalami destruksi sehingga kehilangan sifat-sifatnya.
Penelitian yang dilakukan oleh Heraldy 2003 juga menunjukkan bahwa aktivasi zeolit alam yang paling efektif sebagai adsorben logam Zn dalam limbah
elektroplating adalah dengan penambahan HCl. Dimana aktivasi dengan perlakuan asam akan meningkatkan karakter rasio SiAl, keasaman, luas permukaan, dan
pengurangan sebagian komposisi logamnya. Tingkat keasamandari suatu adsorben akan menunjukkan banyaknya H
+
yang terikat pada struktur zeolit. Hasil analisis keasaaman menunjukkan bahwa pengaruh aktivasi dengan perlakuan asam akan
meningkatn keasaman dari zeolit alam. Semakin besar keasaman akan meningkatkan situs aktif dari adsorpsi. Hal ini dibuktikan dengan bertambahnya konsentrasi Zn yang
tersadsorpsi oleh zeolit alam aktif.
Pada penelitian ini proses aktivasi dan regenerasi dilakukan dengan menggunakan metode yang sama yaitu dengan penambahan HCl 15 dan dilanjutkan
dengan pemanasan pada suhu 300
o
C selama 3 jam.
Universitas Sumatera Utara
2.1.2 Zeolit sebagai adsorben
Zeolit yang terdehidrasi akan mempunyai struktur pori terbuka dengan internal surface area
yang besar sehingga kemampuan mengadsorpsi molekul selain air semakin tinggi. Ukuran cincin dari jendela yang menuju rongga menentukan ukuran molekul
yang dapat teradsorpsi. Sifat ini yang menjadikan zeolit mempunyai kemampuan penyaringan yang sangat spesifik yang dapat digunakan untuk pemurnian dan
pemisahan. Pada penelitian ini zeolit alam yang telah diaktivasi dan diregenerasi diaplikasikan secara langsung sebagai adsorben logam Cu dan Zn di dalam air limbah
industri pertambangan emas.
Kapasitas yang tinggi sebagai penyerap menyebabkan zeolit dapat memisahkan molekul-molekul berdasarkan ukuran dan konfigurasi dari molekul. Mekanisme
adsorpsi yang mungkin terjadi adalah adsorpsi fisika melibatkan gaya Van der Walls, adsorpsi kimia melibatkan gaya elektrostatik, ikatan hidrogen dan pembentukan
kompleks koordinasi Poerwadio, A.D, 2004.
Penelitian yang dilakukan oleh Rivan 2011 menunjukkan bahwa kapasitas adsorpsi yang paling optimum terhadap penyerapan logam Co dan Ni oleh zeolit alam
yang diaktivasi dengan HCl berada pada konsentrasi 4 N yaitu sebesar 93,26 dan 93,70 dan kapasitas adsorpsi yang paling optimum terhadap penyerapan logam Co
dan Ni oleh zeolit alam yang diaktivasi menggunakan H
2
SO
4
berada pada konsentrasi 2 N yaitu sebesar 95,02 dan 96,18. Sedangkan penelitian yang dilakukan oleh Vera
2011 menunjukkan bahwa kapasitas adsorpsi zeolit alam terhadap logam Cu dan Fe di dalam limbah cair industri sarung tangan yang paling optimum terjadi pada
penambahan zeolit aktif yang diaktivasi pada suhu 300
o
C dengan dosis zeolit 100 g dalam 100 mL larutan sampel yaitu sebesar 79,55 dan 87,40.
2.2 Adsorpsi
Adsorpsi adalah proses dimana satu atau lebih unsur-unsur pokok dari suatu larutan fluida akan lebih terkonsentrasi pada permukaan suatu padatan tertentu adsorbent.
Adsorspi melibatkan perpindahan massa dan menghasilkan kesetimbangan distribusi
Universitas Sumatera Utara
dari satu atau lebih larutan antara fasa cair dan partikel. Permukaan adsorben pada umumnya secara fisika maupun kimia heterogen dan energi ikatan sangat mungkin
berbeda antara satu titik dengan titik lainnya.
Salah satu metode yang digunakan untuk menghilangkan zat pencemar dari air limbah adalah adsorpsi.zat yang teradsorpsi merupakan fase teradsorpsi adsorbat dan
zat yang mengadsorpsi disebut adsorben. Adsorben pada umumnya adalah zat padat yang berongga, seperti zeolit Agustiningtyas, 2012.
Terdapat dua metode adsorpsi yaitu tumpak batch dan lapik tetap fixed bed. Pada metode tumpak larutan contoh dicampurkan dan dikocok dengan bahan penyerap
sampai tercapai kestimbangan. Sedangkan metode lapik tetap merupakan metode adsorpsi dengan menempatkan adsorben dalam kolom sebagai lapik dan adsorbat
dialirkan ke dalam kolom tersebut sebagai influen. Larutan yang keluar dari kolom merupakan sisa larutan yang tidak teradsorpsi yang disebut efluen Agustiningtyas,
2012.
2.2.1 Jenis-jenis adsorpsi
Jenis adsorpsi yang umum dikenal adalah adsorpsi kimia kemisorpsi dan adsorpsi fisika fisisorpsi. Adsorpsi kimia Kemisorpsi merupakan Adsorpsi yang terjadi
karena adanya gaya kimia dan diikuti oleh reaksi kimia. Adsorpsi jenis ini menyebabkan terbentuknya ikatan secara kimia. Maka adsorpsi jenis ini akan
menghasilkan produksi reaksi berupa senyawa yang baru. Ikatan kimia yang terjadi pada kemisorpsi sangat kuat mengikat molekul gas atau cairan dengan permukaan
padatan sehingga sangat sulit untuk dilepaskan irreversibel. Sedangkan Adsorpsi fisika Fisisorpsi adalah Adsorpsi yang terjadi karena adanya gaya-gaya fisika.
Molekul-molekul yang diadsorpsi secara fisika tidak terikat kuat pada permukaan, dan biasanya terjadi proses balik yang cepat reversibel, sehingga mudah untuk diganti
dengan molekul yang lain. Adsorpsi fisika didasarkan pada gaya Van Der waals dan dapat terjadi pada permukaan yang polar dan non polar. Adsorpsi juga mungkin terjadi
dengan mekanisme pertukaran ion. Mekanisme pertukaran ini merupakan
Universitas Sumatera Utara
pengabunggan dari mekanisme kemisorpsi dan fisisorpsi, karena adsorpsi jenis ini akan mengikat ion-ion yang diadsorpsi dengan ikatan secara kimia, tetapi ikatan ini
mudah dilepaskan kembali untuk dapat terjadinya pertukaran ion Atkins P.W, 1978.
2.2.2 Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi adalah hubungan yang menunjukkan distribusi adsorben antara fasa teradsorpsi pada permukaan adsorben dengan fasa ruah saat kesetimbangan pada
temperatur tertentu. Ada tiga jenis hubungan matematik yang umumnya digunakan untuk menjelaskan isoterm adsorpsi.
1. Isoterm Brunauer, Emmet, and Teller BET
Isoterm ini berdasarkan asumsi bahwa adsorben mempunyai permukaan yang homogen. Dan molekul-molekul adsorbat bisa membentuk lebih dari satu lapisan
adsorbat di permukaannya. 2.
Isoterm Langmuir Isoterm ini hampir sama dengan isoterm BET hanya saja yang membedakan adalah
pada isoterm ini hanya membentuk satu lapisan adsorbat di permukaannya. 3.
Isoterm Freundlich Isoterm ini berasumsi bahwa adsorben mempunyai permukaan yang heterogen dan
tiap molekul mempunyai potensi penyerapan yang berbeda-beda. Dari isoterm ini, akan diketahui kapasitas adsorben dalam menyerap air.
Universitas Sumatera Utara
2.3 Pencemaran Lingkungan akibat Limbah Industri
Pencemaran atau polusi adalah suatu kondisi yang telah berubah dari bentuk asal kekeadaan yang lebih buruk. Pergeseran bentuk tatanan dan kondisi asal pada kondisi
yang buruk ini dapat terjadi sebagai akibat masuknya bahan-bahan pencemar atau polutan. Bahan polutan tersebut pada umumnya mempunyai sifat racun toksik yang
berbahaya bagi organisme hidup. Toksisitas atau daya racun dari polutan itulah yang kemudian menjadi pemicu terjadinya pencemaran Palar, 2004.
Suatu lingkungan hidup dikatakan tercemar apabila telah terjadi perubahan- perubahan dalam tatanan lingkungan itu sehingga tidak sama lagi dengan bentuk
asalnya. Perubahan yang terjadi itu memberikan dampak yang buruk terhadap organisme yang sudah ada. Dan pada tingkat lanjut dalam arti jika lingkungan sudah
tercemar dalam tingkat tinggi, dapat membunuh bahkan memusnahkan satu atau lebih jenis organisme. Jadi pencemaran lingkungan adalah terjadinya perubahan dalam
tatanan lingkungan dari bentuk asli ke arah yang lebih buruk Palar, 2004.
Perkembangan ekonomi di Indonesia menitikberatkan pada pembangunan di sektor industri. Di satu sisi pembangunan akan meningkatkan kualitas hidup manusia
dengan meningkatnya pendapatan masyarakat. Di sisi lain, pembangunan juga bisa menurunkan kesehatan masyarakat dikarenakan pencemaran yang berasal dari limbah
industri Widowati, 2008.
Proses industri pada akhirnya akan menghasilkan limbah, baik dalam bentuk padat maupun cair. Limbah dikatakan berbahaya jika menimbulkan dampak yang
negatif bagi kesehatan manusia. Logam berat pada limbah industri dapat berasal dari bahan baku maupun dari bahan pendukung pada proses industri.
Pencemaran yang disebabkan oleh buangan industri baik dalam bentuk unsur maupun persenyawaan logam berat merupakan toksikan yang mempunyai daya racun
yang sangat tinggi. Polutan ini akan mencemari lingkungan, baik melalui udara, tanah, dan air Palar, 2004.
Universitas Sumatera Utara
2.4 Industri Pertambangan Emas