Sintesis Zeolit X Dan Nanokomposit Zeolit/TiO2 Dari Kaolin Dengan Sekam Padi Sebagai Sumber Silika
SINTESIS ZEOLIT X DAN NANOKOMPOSIT ZEOLIT/TiO2
DARI KAOLIN DENGAN SEKAM PADI SEBAGAI SUMBER
SILIKA
LINDA TRIVANA
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sintesis Zeolit X dan
Nanokomposit Zeolit/TiO2 dari Kaolin dengan Sekam Padi sebagai Sumber Silika
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada
Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Februari 2013
Linda Trivana
NIM G44080075
ABSTRAK
LINDA TRIVANA. Sintesis Zeolit X dan Nanokomposit Zeolit/TiO2 dari Kaolin
dengan Sekam Padi sebagai Sumber Silika. Dibimbing oleh SRI SUGIARTI dan
ETI ROHAETI.
Pada penelitian ini dilakukan sintesis zeolit X dari kaolin Bangka Belitung
sebagai bahan baku dan abu sekam padi sebagai sumber silika tambahan. Zeolit X
disintesis karena memiliki berbagai manfaat, salah satunya sebagai adsorben.
Kaolin digunakan sebagai bahan baku karena memiliki kandungan silika dan
alumina yang tinggi, yaitu 48.03% dan 35.50%, sedangkan abu sekam padi
sebagai sumber silika berupa natrium silikat. Zeolit disintesis dengan proses
hidrotermal, dengan mencampurkan metakaolin hasil kalsinasi kaolin pada suhu
700 °C selama 6 jam, natrium silikat, dan NaOH untuk mengaktivasi komponen
utama Si dan Al pada kaolin dalam botol polipropilena. Proses hidrotermal
dilakukan pada suhu 100 °C selama 24 jam dengan konsentrasi NaOH 1.5 N dan
2.5 N karena konsentrasi NaOH yang digunakan menentukan jenis zeolit yang
diperoleh. Zeolit X diperoleh pada penambahan NaOH 2.5 N dengan pengotor
zeolit NaP1 dan faujasite, sedangkan pada NaOH 1.5 N diperoleh zeolit NaP1.
Zeolit dimodifikasi menjadi nanokomposit zeolit/TiO2 terbukti memiliki
kemampuan yang lebih baik, yaitu adsorpsi-fotokatalis karena mampu
mendegradasi biru metilena di bawah sinar ultraviolet.
Kata kunci: hidrotermal, kaolin, sekam padi, silika, zeolit X
ABSTRACT
LINDA TRIVANA. Synthesis of Zeolite X and Nanocomposite Zeolite/TiO2 from
Kaolin with Silica Addition from Rice Husk. Supervised by SRI SUGIARTI dan
ETI ROHAETI.
Zeolite X was synthesized from kaolin originated from Bangka Belitung and
was added with silica from rice husk ash. Zeolite X was synthesized because it
has many benefits, including as an adsorbent. Kaolin was used as raw material
due to its high content of silica and alumina, which were 48.03% and 35.50%
respectively. Meanwhile, silica from rice husk ash was used in the form of sodium
silicate. Zeolite was synthesized through hydrothermal process inside a
polypropylene bottles, by mixing metakaolin, the calcined form of kaolin heated
at 700 °C for 6 hours, with sodium silicate and NaOH to activate the major
components of Si and Al in the kaolin. Hydrothermal processes were carried out
at 100 °C for 24 hours with NaOH concentrations of 1.5 N and 2.5 N. The
concentration of NaOH used was resulted in certain type of zeolite obtained.
Zeolite X was obtained when the addition 2.5 N NaOH with NaP1 and Faujasite
as impurities. On the other hand, NaOH 1.5 N gave NaP1 zeolite. Modification of
zeolite to nanocomposite zeolit/TiO2 was shown to have better capability, that
was adsorption-photocatalytic property due to its ability to degrade methylene
blue under ultraviolet light.
Keywords: kaolin, hydrothermal, silica, rice husk ash, zeolite X.
ii
SINTESIS ZEOLIT X DAN NANOKOMPOSIT ZEOLIT/TiO2
DARI KAOLIN DENGAN SEKAM PADI SEBAGAI SUMBER
SILIKA
LINDA TRIVANA
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi : Sintesis Zeolit X Dan Nanokomposit Zeolit/TiO2 Dari Kaolin
Dengan Sekam Padi Sebagai Sumber Silika
Nama
: Linda Trivana
NIM
: G44080075
Disetujui oleh
Sri Sugiarti, PhD
Pembimbing I
Dr Eti Rohaeti, MS
Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Ir Tun Tedja Irawadi, MS
Ketua Departemen Kimia
Tanggal lulus :
PRAKATA
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT sehingga
penulis bisa menyelesaikan karya ilmiah ini. Penelitian ini dimulai dari bulan
Februari sampai Juli 2012 bertempat di Laboratorium Kimia Anorganik dan
Laboratorium Bersama, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu
pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Sri Sugiarti, Ph.D selaku
pembimbing satu dan Ibu Dr Eti Rohaeti, MS selaku pembimbing dua atas
bimbingan yang diberikan kepada penulis selama penelitian dan penyusunan
karya ilmiah ini dan kepada Ibu, Ayah, dan Kakak-kakak saya yang selalu
memberi doa, dukungan moral dan materi kepada penulis dalam menyelesaikan
penelitian ini. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada Pak Syawal, Teh
Nurul, Pak Eko, Pak Caca dan Pak Mul selaku laboran yang telah banyak
membantu penulis dalam pengerjaan penelitian, serta Pak Dikdik dan Pak Ahmad
yang telah membantu dalam analisis sampel zeolit dengan XRD dan SEM-EDX di
Balitbang Kehutanan, Bogor.
Ucapan terima kasih kepada Ade Irawan, Indah Mayasari, Ade Evan, Ryna
Siahaan, Junaenah, dan Asa Marifa yang telah meluangkan waktunya untuk
menemani penulis ketika harus mengerjakan penelitian di malam hari. Ucapan
terima kasih juga saya ucapkan kepada Ahmad Sahid Abdillah yang selalu
memberikan dukungan dan perhatian kepada penulis selama penelitian.
Bogor, Februari 2013
Linda Trivana
viii
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
BAHAN DAN METODE
3
Alat dan Bahan
3
Metode Penelitian
3
HASIL DAN PEMBAHASAN
5
Pembuatan dan Pencirian Natrium Silikat
5
Sintesis Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO2
7
Pencirian Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO2 dengan XRD
9
Pencirian Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO2 dengan SEM
10
Pengaruh Konsentrasi NaOH terhadap Kristalinitas Zeolit
13
Penentuan Panjang Gelombang Maksimum
13
Uji Adsorpsi Biru Metilena oleh Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO2
14
Isoterm Adsorpsi
14
Uji Fotodegradasi
15
SIMPULAN DAN SARAN
17
Simpulan
17
Saran
18
DAFTAR PUSTAKA
18
LAMPIRAN
20
DAFTAR GAMBAR
1 Spektrum FTIR sampel natrium silikat (Na2SiO3)
6
2 Hasil EDX sampel natrium silikat (Na2SiO3)
7
3 Difraktogram sampel metakaolin
8
4 Difraktogram sampel zeolit A dan B
9
5 Difraktogram sampel nanokomposit zeolit/TiO2
10
6 Hasil analisis SEM sampel zeolit A dan B
11
7 Hasil analisis SEM (A) zeolit dan (B) nanokomposit zeolit/TiO2
12
8 Hasil uji fotodegradasi (A) tanpa penyinaran; (B) dengan penyinaran
UV selama 6 jam
16
9 Serapan filtrat nanokomposit zeolit/TiO2 (
) dengan dan(
penyinaran UV selama 6 jam dan ( ) larutan biru metilena
17
) tanpa
DAFTAR TABEL
1 Perlakuan dalam sintesis zeolit X
4
2 Daerah vibrasi sampel natrium silikat (Na2SiO3)
6
3 Pengaruh konsentrasi NaOH terhadap kristalinitas zeolit
13
4 Nilai kuadrat terkecil (R2) isoterm adsorpsi biru metilena
15
DAFTAR LAMPIRAN
1 Bagan alir penelitian
20
2 Hasil analisis EDX sampel kaolin
21
3 Data sudut 2θ sampel zeolit dan JCPDS
22
4 Data sudut 2θ sampel nanokomposit zeolit/TiO2 dan JCPDS
22
5 Kristalinitas sampel zeolit sintetis
23
6 Penentuan panjang gelombang maksimum larutan standar biru metilena
24
7 Kapasitas adsorpsi sampel zeolit A terhadap larutan biru metilena
24
x
8 Kapasitas adsorpsi sampel zeolit B terhadap larutan biru metilena
25
9 Kapasitas adsorpsi nanokomposit zeolit/TiO2 terhadap larutan biru
metilena
25
10 Isoterm adsorpsi sampel zeolit A terhadap larutan biru metilena
26
11 Isoterm adsorpsi sampel zeolit B terhadap larutan biru metilena
27
12 Isoterm adsorpsi sampel nanokomposit zeolit/TiO2 terhadap larutan
biru metilena
28
13 Spektrum UV filtrat sampel
29
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kaolin atau kaolinite termasuk jenis mineral lempung dengan rumus kimia
Al2O3·2SiO2·2H2O dan memiliki struktur lapisan 1:1 dengan unit dasar terdiri dari
lembaran tetrahedral SiO4 dan lembaran oktahedral dengan Al3+ sebagai kation
oktahedral (Murray 2000). Kaolin merupakan masa batuan yang tersusun dari
material lempung dengan kandungan besi yang rendah, dan umumnya berwarna
putih atau agak keputihan (Bakri 2008). Kaolin dapat ditemukan di alam dalam
bentuk kaolinit murni maupun mineral kaolin lain, seperti haloisit, nakrit, maupun
dikrit serta mineral lempung lain, seperti smektit, ilit, dan mika sebagai komponen
utama serta feldspar dan kuarsa sebagai pengotor (Ekosse 2005). Hasil analisis
kandungan mineral kaolin terdiri atas komponen utama silika (SiO2) 48.03% dan
alumina (Al2O3) 35.50%, dan oksida-oksida logam dalam jumlah kecil.
Kandungan silika dan alumina yang tinggi, memungkinkan kaolin dapat
dimanfaatkan sebagai bahan baku dalam pembentukan kerangka zeolit (Umah S
2010).
Zeolit merupakan mineral yang terdiri atas kristal aluminosilikat terhidrasi
yang mengandung kation alkali atau alkali tanah dalam kerangka tiga dimensi
(Bekkum 1991). Zeolit ada dua macam, yaitu zeolit alam dan zeolit sintetis. Zeolit
sintetis antara lain, zeolit A, X, Y, NaP1, hidroksi sodalit, dan faujasite
merupakan zeolit yang dibuat oleh industri untuk mendapatkan sifat tertentu.
Zeolit sintetis dikembangkan untuk mengatasi kelemahan dari zeolit alam, seperti
banyak mengandung pengotor dan kristalinitasnya yang rendah sehingga
mengurangi kemampuannya sebagai adsorben dan katalis, oleh karena itu
dilakukan sintesis zeolit untuk memperbaiki sifat-sifat dan mensubstitusi zeolit
yang berasal dari alam (Breck 1974).
Zeolit X merupakan salah satu tipe zeolit sintetis, yaitu zeolit yang
memiliki diameter super cage 13Å dan diameter β-cage (kerangka sodalit) 6.6Å
dengan diameter pori 7.4Å membentuk struktur tiga dimensi dengan nisbah Si/Al
1.0-1.5 (Thammavong 2003). Zeolit X banyak digunakan untuk komersial, seperti
katalis untuk pemecahan rantai hidrokarbon, pembuatan deterjen, pernukar ion
logam berat, dan absorben untuk separasi dan proses pemurnian (Thammavong
2003). Pada penelitian ini, zeolit X disintesis dari kaolin dan abu sekam padi
sebagai sumber silika yang berupa natrium silikat. Penggunaan abu sekam padi
sebagai sumber silika didasari oleh alasan bahwa kandungan silika pada kaolin
tidak mencukupi untuk membentuk zeolit X. Selain itu, abu sekam padi memiliki
kandungan silika yang tinggi, harganya relatif murah, bersifat amorf, dan tidak
sekeras pasir kuarsa sehingga untuk peleburan abu sekam padi tidak memerlukan
waktu yang lama dan temperatur yang tinggi (Sriyanti 2005).
Zeolit X sintetis ini diharapkan mempunyai kemampuan/ kapasitas adsorpsi
terhadap zat warna biru metilena, karena zeolit X ini mempunyai pori-pori yang
dapat menjerap zat warna dan mempunyai kation yang bergerak bebas sehingga
memungkinkan pertukaran ion tanpa merusak struktur zeolit. Metode adsorpsi ini
banyak digunakan untuk menjerap limbah zat warna tetapi memiliki selektivitas
yang rendah dan proses regenerasinya yang sulit, karena adsorben yang digunakan
hanya dapat menjerap zat warna tetapi tidak dapat menguraikannya, sehingga
2
masih memerlukan langkah-langkah lanjut sampai limbah aman untuk dilepas ke
lingkungan. Kelemahan tersebut dapat diatasi dengan teknik fotodegradasi, yaitu
suatu proses penguraian senyawa (biasanya senyawa organik) dengan bantuan
energi foton atau cahaya. Keberhasilan metode fotodegradasi bertumpu pada
fotokatalis, yaitu bahan padatan yang memiliki sifat semikonduktor, misalnya
TiO2, CdS, dan Fe2O3 (Wijaya 2002).
Penelitian sebelumnya, Hediana (2011) berhasil mensintesis nanokomposit
sodalit/TiO2 dan terbukti memiliki kemampuan adsorpsi dan fotodegradasi
terhadap biru metilena. Selain itu nanokomposit yang dihasilkan tersebut memiliki
daya serap yang besar daripada sodalit. Oleh karena itu, hasil penelitian tersebut
dapat menjadi sebuah landasan pada penelitian yang kami lakukan, yaitu
mensintesis, pencirian, dan penentuan kapasitas adsorpsi zeolit dan nanokomposit
zeolit sintetis/TiO2. Zeolit berhasil disintesis dengan proses hidrotermal dan
adanya aktivitas fotokatalisis pada sampel nanokomposit zeolit/TiO2 diketahui
melalui uji fotodegradasi.
Perumusan Masalah
Keberhasilan sintesis zeolit X ditentukan dengan nisbah Si/Al dan kondisi
reaksi yang sesuai, seperti suhu reaksi, waktu reaksi, komposisi kaolin, dan
komposisi reagen. Zeolit X memiliki nisbah SiO2/Al2O3 adalah 1.0-1.5. Kondisi
untuk sintesis zeolit X yang dilakukan yaitu suhu kalsinasi kaolin menjadi
metakaolin 700 ºC selama 6 jam, variasi konsentrasi NaOH (1.5 N dan 2.5 N),
Na2SiO3 10%, dan suhu pemeraman 40 ºC dan hidrotermal 100 ºC masingmasing selama 24 jam, pada kondisi tersebut belum adanya laporan atau data yang
menunjukkan keberhasilan mensintesis zeolit X.
Kegunaan zeolit X salah satunya sebagai adsorben, dan untuk meningkatkan
sifat tersebut maka dilakukan sintesis nanokomposit zeolit X/TiO2 untuk
menghasilkan sifat sebagai fotokatalis. Nanokomposit zeolit X/TiO2 disintesis
dengan cara melakukan interkalasi zeolit dengan TiO2, yaitu menggantikan
kation-kation kecil antar lapisan (Na+) dengan kation logam yang diameternya
lebih besar seperti Ti2+. Oksida logam titania ini merupakan material yang sensitif
terhadap cahaya dan baik menjadi katalis fotokimia. Keberhasilan nanokomposit
zeolit X/TiO2 sebagai fotokatalisis tergantung pada TiO2, yaitu bahan padatan
yang memiliki sifat semikonduktor untuk mendegradasi senyawa-senyawa
organik.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan mensintesis zeolit X dari kaolin, abu sekam padi
sebagai sumber silika berupa natrium silikat, dan NaOH sebagai reagen,
mensintesis nanokomposit zeolit/TiO2, melakukan pencirian zeolit X dan
nanokomposit zeolit/TiO2 dengan spektroskopi XRD dan SEM-EDX, dan uji
adsorpsi dan fotodegradasi biru metilena menggunakan zeolit dan nanokomposit
zeolit X/TiO2.
3
Manfaat Penelitian
Penelitian ini akan mendapatkan informasi cara mengurangi limbah sekam
padi melalui pemanfaatan abu sekam padi dalam mensintesis zeolit X sebagai
sumber silika, dan membuat zeolit X yang bermanfaat sebagai adsorben serta
nanokomposit zeolit/TiO2 sebagai fotokatalis.
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari sampai Juli 2012 di
Laboratorium Anorganik Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Hipotesis
Sintesis zeolit-X dari bahan dasar kaolin yang sebelumnya diubah terlebih
dahulu menjadi metakaolin dan memanfaatkan sekam padi sebagai sumber silika.
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan adalah spektrofotometer UV-VIS Shimadzu 1700,
Difraktometer sinar-X Shimadzu XRD-7000, SEM-EDX BRUKER, shaker
Heidolp TITRAMAX 101, sentrifuga HERMLE Labnet, neraca analitik CASIO,
oven SANYO DRYING OVEN , tanur Barnstead Termolyne, penyaring vakum,
botol polipropilen, lampu UV, dan peralatan kaca.
Bahan-bahan yang digunakan ialah kaolin Bangka Belitung, akuades,
serbuk titanium oksida anatase P 25, sekam padi Batuhalanng Bogor, pelet NaOH,
kertas pH, HCl, sodium silikat (Na2SiO3), dan biru metilena.
Lingkup Kerja
Penelitian ini terdiri dari beberapa tahap (Lampiran 1). Tahap pertama ialah
sintesis natrium silikat dari abu sekam padi. Tahap kedua, preparasi metakaolin.
Tahap ketiga, sintesis zeolit X. Tahap keempat, preparasi nanokomposit zeolit
X/TiO2. Tahap kelima, penentuan kapasitas adsorpsi. Dan tahap keenam adalah
uji fotodegradasi nanokomposit zeolit X/TiO2.
Penyiapan Silika dari Abu Sekam Padi (Hikmawati 2010)
Sampel sekam padi dicuci bersih kemudian dikeringkan di bawah sinar
matahari. Setelah sekam kering, dilakukan pengarangan dan pengabuan, sekam
padi dibakar hingga terbentuk arang sekam, kemudian dilakukan proses
pengabuan dalam cawan porselin pada suhu tanur 600 ºC selama 2 jam. Abu
sekam padi yang diperoleh kemudian dimurnikan dengan HCl 3%. Abu sekam
padi dimasukkan ke dalam gelas piala lalu dicampurkan dengan HCl 3% yaitu, 10
ml untuk 1.0 g abu sekam, kemudian dipanaskan sambil diaduk selama 2 jam.
Setelah itu, sampel difiltrasi dan dicuci dengan akuades panas sampai bebas asam
4
(diuji dengan kertas pH). Hasil penyaringan dikeringkan pada suhu 105 ºC selama
4 jam sampai silika putih yang tersisa.
Preparasi Natrium Silikat (Na2SiO3) (Muljiyanti 2010)
Abu sekam padi bersih digerus, kemudian sebanyak 10 g abu sekam
ditambahkan 82.5 ml NaOH 4 M (Stokiometri), lalu dididihkan sambil diaduk.
Setelah agak kering, larutan dituangkan ke dalam cawan porselin dan dilebur pada
suhu 500 ºC selama 30 menit. Filtrat yang dihasilkan merupakan natrium silikat
(Na2SiO3) dan didinginkan. Natrium silikat yang diperoleh berbentuk padatan
berwarna putih kehijauan.
Preparasi Metakaolin (Hediana 2011)
Sampel kaolin bubuk dari Bangka Belitung dikalsinasi dalam tanur pada
suhu 700 ºC selama 6 jam. Setelah mengalami proses kalsinasi, sampel kaolin
yang telah berubah menjadi metakaolin dianalisis dengan difraktometer sinar-X.
Sintesis Zeolit X
Sampel metakaolin ditimbang sebanyak 2.0 gram, kemudian ditambahkan
NaOH dengan variasi konsentrasi (1.5 N dan 2.5 N) dan Na2SiO3 10%. Setiap
campuran larutan tersebut kemudian dimasukkan ke dalam botol polipropilen dan
dipanaskan dalam oven 40 ºC selama 24 jam. Tahap ini disebut proses
pemeraman. Setelah proses pemeraman, sampel dipanaskan kembali pada suhu
100 ºC selama 24 jam. Produk difiltrasi dan dicuci dengan air destilata hingga pH
netral. Produk yang diperoleh dikeringkan pada suhu 120 ºC selama 6 jam dan
dikarakterisasi dengan XRD dan SEM-EDX.
Tabel 1 Perlakuan dalam sintesis zeolit X
Bobot
Sampel Metakaolin
(g)
Sampel A
2.0
Sampel B
2.0
NaOH
(N)
Volume (ml)
NaOH Na2SiO3
Pemeraman Hidrotermal
(°C)
(°C)
1.5
40
40
40
100
2.5
40
40
40
100
Preparasi Nanokomposist Zeolit/TiO2
Sampel metakaolin sebanyak 85% dan TiO2 15% dengan jumlah total 2.0
gram, kemudian ditambahkan 34 ml NaOH 1.5 N dan natrium silikat (Na2SiO3)
10% sebanyak 34 ml. Campuran tersebut dimasukkan ke dalam botol polipropilen
dan dipanaskan pada suhu 40 ºC selama 24 jam. Setelah itu campuran dipanaskan
kembali dalam oven pada suhu 100 ºC selama 24 jam. Produk yang diperoleh
difiltrasi dan dicuci dengan air distilata hingga pH netral, kemudian dikeringkan
dalam oven 120 ºC selama 6 jam dan dikarakterisasi dengan XRD dan SEM-EDX.
5
Uji Adsorpsi (Hediana 2011)
Larutan biru metilena (MB) dibuat dengan konsentrasi yang bervariasi,
yaitu 75, 100, 150, 200, dan 300 mg/l. Zeolit ditimbang sebanyak 0.05 gram,
kemudian ditambahkan 15 ml larutan MB dari setiap konsentrasi dalam tabung
reaksi yang berbeda dan dikocok selama 2 jam. Setelah itu, campuran dipisahkan
dengan sentrifuga selama 20 menit dengan kecepatan 3500 rpm untuk
memisahkan endapan. Filtratnya kemudian diukur absorbannya menggunakan
spektrofotometer UV-tampak pada panjang gelombang 664.5 nm.
Kapasitas adsorpsi dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
Q = V [Co-Ca]
m
Keterangan:
Q = Kapasitas adsorpsi (mg/g)
V = Volume larutan (mL)
Co = Konsentrasi awal (ppm)
Ca = Konsentrasi akhir (ppm)
m = Massa adsorben (g)
Penentuan kapasistas adsorpsi sampel nanokomposit zeolit-TiO2 dengan
perlakuan yang sama seperti zeolit.
Pembuatan Kurva Standar Biru Metilena (Hediana 2011)
Larutan biru metilena dibuat pada berbagai konsentrasi (0.5; 1.0; 1.5; 2.0;
2.5; dan 3.0 mg/l), kemudian diukur serapannya pada panjang gelombang
maksimum. Setelah itu, kurva hubungan antara konsentrasi dengan absorbans
dibuat dan ditentukan persamaan linier kurva tersebut. Persamaan linier ini
digunakan untuk menghitung konsentrasi MB pada larutan zeolit.
Uji Fotodegradasi Senyawa Biru Metilena (Hediana 2011)
Sebanyak 0.1 gram nanokomposit zeolit-TiO2 ditambahkan 15 ml larutan
biru metilena dengan konsentrasi 12.5 ppm. Larutan kemudian disinari dengan
sinar UV pada panjang gelombang 365 nm selam 6 jam. Setelah itu, diambil
filtratnya dan dilakukan analisis menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada
panjang gelombang 200–700 nm. Uji fotodegradasi juga dilakukan pada sampel
zeolit, TiO2, dan biru metilena sebagai pembanding. Setiap sampel tersebut diberi
perlakuan dengan dan tanpa sinar UV untuk mengetahui aktivitas fotokatalis.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembuatan dan Pencirian Natrium silikat
Natrium silikat disintesis melalui dua tahap. Tahap pertama adalah
penyiapan silika dan kedua, pelarutan basa dengan NaOH (destruksi) yang diikuti
dengan peleburan. Penyiapan silika meliputi, pengabuan sekam pada suhu 600 ºC
selama 2 jam, dilanjutkan pencucian dengan HCl. Pencucian dengan HCl
bertujuan untuk melarutkan oksida lain selain SiO2 berupa oksida-oksida logam
seperti MgO, K2O, dan CaO yang terdapat dalam abu sekam padi (Kalapathy et al
6
2000). Penggunaan HCl dikarenakan SiO2 tidak larut dalam asam apapun selain
dalam HF. Selanjutnya, abu sekam padi dilarutkan dalam NaOH, kemudian
dilakukan peleburan 500 °C. Peleburan pada suhu 500 °C didasarkan
pertimbangan titik leleh NaOH, yaitu 318 °C sehingga pada suhu tersebut NaOH
terdisosiasi sempurna membentuk ion Na+ dan OH-. Pelarutan yang diikuti dengan
peleburan ini bertujuan agar pada proses perubahan abu sekam menjadi natrium
silikat (Na2SiO3) menjadi sempurna (Muljiyanti 2010). Natrium silikat (Na2SiO3)
yang diperoleh berwujud padatan berwarna putih kehijauan.
Natrium silikat yang diperoleh dianalisis menggunakan FTIR dan SEMEDX. Hasil analisis Na2SiO3 dengan FTIR ditunjukkan pada Gambar 1, sementara
interpretasi pola serapan ditampilkan pada Tabel 2.
Gambar 1 Spektrum FTIR sampel natrium silikat (Na2SiO3)
Tabel 2 Daerah vibrasi sampel natrium silikat (Na2SiO3)
Bil. Gelombang Na2SiO3 (cm-1)
1500-3700
950-1250
500-800
440-460
Vibrasi
H2O dan Tekuk -OH
pada gugus Si-OH
Ulur asimetri Si-O-Si
dan Si-OTekuk Si-O-Si
Bending Si-O-Si
Sumber
Efinov 2003
Mufrodi 2010
Macdonald 2000
Macdonald 2000
7
Natrium silikat (Na2SiO3) hasil sintesis juga dianalisis dengan EDX untuk
mengetahui unsur-unsur yang terdapat di dalamnya. Hasil EDX natrium silikat
(Na2SiO3) ditunjukkan pada Gambar 2.
O
Na
Si
Gambar 2 Hasil EDX sampel natrium silikat (Na2SiO3)
Hasil EDX menunjukkan bahwa unsur-unsur yang terdapat dalam Na2SiO3
sintetis, yaitu oksigen 71.89%, natrium 22.63%, dan silikon 5.39%. Berdasarkan
data di atas, diperkirakan Na2SiO3 yang disintesis telah menjerap H2O. Hal ini
dibuktikan dengan adanya serapan H2O dan vibrasi tekuk gugus Si-OH di bil.
gelombang 1500-3700 cm-1 pada spektrum FTIR dan perubahan warna Na2SiO3
dari putih kehijauan menjadi coklat. Hasil EDX juga menunjukkan Na2SiO3
sintetis tidak terdeteksinya pengotor, yaitu berupa atom C atau karbon akibat
pembakaran sekam padi pada suhu 600 °C dan logam-logam pengotor seperti
MgO, K2O, dan CaO yang menunjukkan bahwa logam-logam tersebut telah larut
dalam HCl pada proses pencucian abu sekam padi (Hikmawati 2010). Natrium
silikat (Na2SiO3) hasil sintesis kemudian digunakan sebagai sumber silika pada
sintesis zeolit X.
Sintesis Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO2
Bahan baku yang digunakan mensintesis zeolit adalah kaolin, karena kaolin
memiliki komponen utama, silika dan alumina sehingga dapat digunakan sebagai
bahan baku dalam pembentukan kerangka zeolit. Sintesis zeolit X ini memerlukan
nisbah Si/Al sebesar 1.0 – 1.5, namun dari hasil analisis EDX kaolin (Lampiran 2)
diperoleh nisbah Si/Al hanya sebesar 0.73, sehingga tidak mencukupi untuk
membentuk zeolit X. Oleh sebab itu dilakukan penambahan sumber silika lain,
yaitu natrium silikat (Na2SiO3) hasil sintesis dari abu sekam.
Kaolin yang akan digunakan terlebih dahulu dikalsinasi pada suhu 700 °C
selama 6 jam untuk menghilangkan gugus hidroksil (-OH) yang terikat secara
kimia sehingga terbentuk metakaolin. Metakaolin hasil kalsinasi dianalisis dengan
XRD, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.
8
SiO2 Tridynite
Gambar 3 Difraktogram sampel metakaolin
Hasil XRD kalsinasi kaolin menjadi metakaolin menunjukan puncak difraktogram
yang landai atau dapat dikatakan bahwa metakaolin yang diperoleh berbentuk
amorf. Hal ini dikarenakan kalsinasi atau pemanasan yang menguapkan H2O dan
melepaskan ikatan -OH pada kaolin sehingga kaolin yang kristalin menjadi lebih
amorf (Mitra GB dan Nhattacherjee 1969). Thamavong (2003) menyatakan reaksi
kimia dehidroksilasi kaolin menjadi metakaolin adalah sebagai berikut:
Si2O5(OH)4Al2
Kaolin
Al2Si2O7 + 2H2O
Metakaolin
Selanjutnya, metakaolin yang diperoleh dilarutkan dalam NaOH dan
Na2SiO3. Penambahan NaOH ini bertujuan untuk mengaktivasi komponen Si dan
Al pada metakaolin menjadi fase mineral yang mudah larut, yaitu natrium silikat
dan amorf alumina silikat, dimana lebih lanjut digunakan dalam formasi zeolit
selama proses hidrotermal, sedangkan Na2SiO3 sebagai sumber silika lain selain
dari kaolin. Sebelum proses hidrotermal, larutan tersebut dipanaskan pada suhu 40
°C selama 24 jam, proses ini disebut proses pemeraman. Pada proses pemeraman
terjadi pembentukan inti kristal dan dilanjutkan dengan pembentukan kristal
selama proses hidrotermal pada suhu 100 °C selama 24 jam.
Zeolit hasil sintesis dicuci hingga pH netral. Pencucian ini bertujuan untuk
menghilangkan material yang tidak menjadi bagian dari pembentukan zeolit yang
mungkin ada di permukaan dan larut dalam air dan kemudian dikeringkan untuk
menguapkan air yang terperangkap dalam pori-pori kristal zeolit.
9
Sintesis nanokomposit zeolit/TiO2 dilakukan dengan perbandingan 85%
metakaolin:15% TiO2 dengan bobot total 2.0 gram. Penambahan TiO2 ini untuk
memanfaatkan sifat fotokatalis TiO2 sehingga dihasilkan material yang bersifat
adsorben-fotokatalis. Sintesis nanokomposit zeolit/TiO2 menggunakan NaOH dan
Na2SiO3 pada kondisi sintesis sama seperti sintesis zeolit X yang telah dijelaskan
diatas.
Pencirian Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO2 dengan XRD
Pencirian zeolit dan nanokomposit zeolit/TiO2 dengan teknik difraksi sinarX pada kondisi sebagai berikut: atom target Cu, panjang gelombang 1.5406 Å,
voltase 40 kV, dan arus 30 mA. Proses pemindaian pada rentang sudut 5-80º.
Difraksi sinar X digunakan untuk mengidentifikasi jenis mineral zeolit yang
terkandung dan kristalinitasnya. Puncak difraksi yang didapatkan dari data
pengukuran dicocokkan dengan standar difraksi sinar X, yaitu JCPDS ( Joint
Commited on Powder Difraction Standards). Hasil XRD sampel zeolit
ditunjukkan pada Gambar 4.
Sampel A
Zeolit NaP1
Sampel B
= Zeolit P1
= Zeolit X
= Faujasite
Gambar 4 Difraktogram sampel zeolit A dan B
10
Hasil XRD sampel A menunjukkan zeolit yang terbentuk merupakan zeolit
tipe NaP1, sedangkan sampel B terbentuk campuran zeolit, yaitu zeolit NaP1,
faujasite, dan zeolit X. Hasil XRD setiap sampel dianalisis dengan
membandingkan sudut 2θ sampel dengan 2θ pada data JCPDS (Lampiran 3).
Sampel B diperoleh zeolit X dengan pengotor zeolit lain. Hal ini disebabkan oleh
zeolit X yang bersifat tidak stabil secara termodinamika dibandingkan zeolit P dan
hidroksisodalit (Breck 1974).
Zeolit NaP1
TiO2,
anatase
Gambar 5 Difraktogram sampel nanokomposit zeolit/TiO2
Sintesis nanokomposit zeolit/TiO2 mengikuti kondisi pada sintesis sampel
zeolit A. Hal ini dilakukan karena pada kondisi tersebut menghasilkan zeolit yang
lebih murni tanpa adanya campuran zeolit lain, yaitu zeolit NaP1. Pola difraksi
sampel nanokomposit zeolit/TiO2 pada Gambar 5 menunjukkan bahwa jenis zeolit
yang diperoleh adalah zeolit NaP1 dan sudut 2θ TiO2 di 25.3353. Data sudut 2θ
nanokomposit zeolit/TiO2 dan JCPDS ditunjukkan pada Lampiran 4. Keberadaan
TiO2 pada difraktogram di atas dapat disimpulkan bahwa sintesis nanokomposit
zeolit/ TiO2 berhasil.
Pencirian Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO2 dengan SEM
Hasil mikroskop pemindai elektron (SEM) pada Gambar 6 adalah jenis
mikroskop elektron yang gambar permukaan sampel dipindai dengan
menggunakan sinar elektron berenergi tinggi dalam pola pemindai pixel. SEM
digunakan untuk mengetahui struktur mikro suatu material meliputi tekstur,
morfologi, komposisi, dan informasi kristalografi permukaan sampel. Hasil SEM
sampel A dan B ditunjukan pada Gambar 6.
11
Sampel A
Zeolit NaP1
Sampel B
Zeolit NaP1
Zeolit
X/
Faujasite
Gambar 6 Hasil analisis SEM sampel A dan B
12
Hasil analisis SEM sampel A dengan perbesaran 2500x menunjukkan
bentuk partikel zeolit jenis P1 dengan bentuk partikel yang bulat dan kisaran
diameter partikel 1-10 µm, sedangkan sampel B dengan perbesaran 1000x
menunjukkan adanya campuran jenis zeolit. Hal ini terlihat dari bentuk partikel
yang berbeda-beda. Hasil SEM sampel B sesuai dengan hasil analisis XRD yang
menyatakan terdapatnya campuran zeolit pada sampel tersebut seperti zeolit X,
zeolit NaP1, dan faujasite. Zeolit X dan faujasite memiliki bentuk partikel/
framework yang sama, sedangkan zeolit NaP1 memiliki bentuk partikel yang
bulat.
A
B
Gambar 7 Hasil SEM (A) zeolit dan (B) nanokomposit zeolit/TiO2
13
Perbedaan hasil SEM sampel zeolit dengan dan tanpa penambahan TiO2
ditunjukan pada Gambar 7. Hasil SEM zeolit dan nanokomposit zeolit/TiO2
menunjukkan bahwa dengan penambahan TiO2 mengubah permukaan dan poripori zeolit, terlihat dari hasil SEM nanokomposit zeolit/TiO2 yang memiliki poripori lebih besar. Hal ini disebabkan oleh pergantian kation logam yang berukuran
kecil (Na+) dengan kation logam yang diameternya lebih besar (Ti2+) sehingga
pori tersebut mengembang. Melalui teknik ini porositas zeolit akan menjadi besar,
dan oksida-oksida logam (TiO2) sebagai agen pemilar dapat digunakan untuk
katalis (Desfita 2009). Ukuran partikel dari sampel nanokomposit zeolit/TiO2
yang disintesis ini tidak menunjukkan ukuran nano, yaitu sekitar 9 µm tetapi
sampel ini dapat dikatakan sebagai nanokomposit karena TiO2 itu sendiri sudah
berukuran nanometer, sekitar 7 nm.
Pengaruh Konsentrasi NaOH terhadap Kristalinitas Zeolit
Sintesis zeolit pada penelitian ini menggunakan pelarut NaOH atau pada pH
basa karena pada pH tersebut di dalam larutan akan terjadi polimerisasi ion-ion
pembentuk zeolit. Sintesis suatu zeolit dipengaruhi oleh ion-ion yang ada dalam
campuran tersebut. Pada pH > 6 terbentuk anion Al(OH4)- atau AlO2- yang
merupakan anion pembentuk zeolit yang berasal dari sumber alumina. Hal ini
akan berbeda jika larutan dalam keadaan asam, yaitu pada pH 1 sampai pH 4,
karena spesies Al yang dominan adalah [Al(H2O)6]3+. Keberadaan kation tersebut
akan menghambat pembentukan kerangka aluminosilikat dari zeolit. Kerangka
zeolit juga dipengaruhi oleh keberadaan anion dari silikat. Pada pH > 12, akan
terbentuk ion Si(OH)4- yang merupakan ion utama dalam pembentukan kerangka
zeolit (Hamdan 1992).
Variasi konsentrasi NaOH yang digunakan, yaitu 1.5 N dan 2.5 N. Variasi
konsentrasi ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh perubahan konsentrasi
NaOH terhadap kristalinitas zeolit yang diperoleh (Lampiran 5). Pengaruh
konsentrasi NaOH terhadap kristalinitas zeolit sintetis ditunjukkan pada Tabel 3.
Tabel 3 Pengaruh konsentrasi NaOH terhadap kristalinitas zeolit
Perlakuan
Sampel
Kristalinitas (%)
Metakaolin (g)
NaOH (N)
Sampel A
2.0
1.5
50.62
Sampel B
2.0
2.5
75.40
Kristalinitas sampel A dengan konsentrasi NaOH 1.5 N, yaitu 50.62% dan
75.40% sampel B dengan konsentrasi NaOH 2.5 N. Hal ini menunjukkan bahwa
peningkatan konsentrasi NaOH menyebabkan kristalinitas zeolit yang diperoleh
meningkat. Konsentrasi NaOH mempengaruhi laju kristalisasi zeolit. Peningkatan
konsentrasi NaOH menyebabkan jumlah Si dan Al terlarut meningkat sehingga
laju kristalisasi zeolit juga meningkat (Wijaya 2002).
Penentuan Panjang Gelombang Maksimum
Penentuan panjang gelombang maksimum larutan standar BM (0.5; 1.0; 1.5;
2.0; 2.5; dan 3.0 mg/l) dilakukan pada konsentrasi 2.0 mg/l agar konsentrasi analat
yang kecil dan besar dapat dibaca. Pengukuran dilakukan pada panjang
gelombang maksimum karena pada panjang gelombang maksimum respon
sinyal/absorbans berada dalam kondisi maksimum sehingga akan memiliki
14
sensitivitas yang baik dan limit deteksi yang rendah serta mengurangi kesalahan
dalam pengukuran. Panjang gelombang maksimum yang diperoleh adalah 664.5
nm (Lampiran 6) dan persamaan garis kurva standar biru metilena adalah
y=0.2914x-0.0994 dengan R = 0.9930 R2 = 0.9861.
Uji Adsorpsi Biru Metilena oleh Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO2
Zeolit hasil sintesis kemudian diuji kemampuannya sebagai adsorben dalam
menjerap zat warna. Zat warna yang digunakan adalah biru metilena. Biru
metilena digunakan karena interaksinya dengan air akan menghasilkan ion dari
biru metilena yang bermuatan positif, sedangkan zeolit memiliki muatan negatif
akibat substitusi ion Al3+ terhadap Si4+ dalam struktur jaringannya dan dinetralkan
dengan kation alkali atau alkali tanah. Kation-kation ini dapat dipertukarkan
dengan kation biru metilena sehingga biru metilena terjerap. Larutanbiru metilena
dibuat dengan berbagai variasi konsentrasi untuk mengetahui kapasitas adsorpsi
terbesar dari zeolit. Larutan biru metilena dikocok bersama-sama dengan zeolit,
agar adsorben dapat tersebar secara merata disetiap bagian dengan harapan dapat
menjerap zat warna dengan sempurna dan dapat menghasilkan daya adsorpsi yang
maksimum. Setelah tercapai kesetimbangan, zat yang tidak teradsorpsi dipisahkan
dari adsorben dengan sentrifuga, kemudian konsentrasi sisa larutan biru metilena
diukur dengan spektrofotometer UV-Vis di λ maksimum 664.5 nm. Data
penentuan kapasitas adsorpsi zeolit dan nanokomposit zeolit/TiO2 ditunjukkan
pada Lampiran 7-9.
Variasi konsentrasi larutan biru metilena yang digunakan untuk uji adsorpsi
zeolit dan nanokomposit zeolit/TiO2, yaitu 75. 100, 150, 200, dan 300 mg/l.
Konsentrasi biru metilena terbesar yang diadsorpsi oleh zeolit dan nanokomposit
zeolit/TiO2 adalah pada konsentrasi awal BM 300 mg/l, yaitu sebesar 152.505
mg/l untuk sampel zeolit A, 149.259 mg/l untuk sampel zeolit B dan
nanokomposit zeolit/TiO2 sebesar 143.240 mg/l.
Penentuan kapasitas adsorpsi sampel zeolit A, B, dan nanokomposit
zeolit/TiO2 terbesar terjadi pada konsentrasi awal BM 300 mg/l, yaitu berturutturut sebesar 45.71; 43.14; 43.01 mg/l. Hal ini sesuai dengan pernyataan
Mouzdahir et al. (2007), bahwa kapasitas adsorpsi meningkat seiring dengan
meningkatnya konsentrasi awal larutan biru metilena. Semakin besar konsentrasi
awal biru metilena yang diberikan maka semakin besar pula molekul biru
metilena yang terjerap oleh sampel zeolit. Hal ini terjadi apabila keberadaan tapak
aktif sampel untuk menjerap zat warna masih memungkinkan untuk menjerap
larutan biru metilena.
Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi adalah hubungan kesetimbangan antara konsentrasi
adsorbat dalam fluida dan dalam permukaan adsorben pada suhu tertentu. Pada
penelitian ini, adsorpsi biru metilena oleh zeolit dan nanokomposit diuji dengan
dua persamaan, yaitu persamaan Freundlich dan Langmuir (Lampiran 10-12).
Nilai kuadrat terkecil (R2) isoterm adsorpsi yang diperoleh pada zeolit A, B, dan
nanokomposit zeolit/TiO2 ditunjukkan pada Tabel 4.
15
Tabel 4 Nilai kuadrat terkecil (R2) isoterm adsorpsi biru metilena
Sampel
Isoterm
Langmuir
Zeolit A
Freundlich
Langmuir
Zeolit B
Freundlich
Langmuir
nanokomposit Zeolit/TiO2
Freundlich
R2
0.9799
0.9890
0.9626
0.9874
0.9686
0.9651
Nilai kuadrat terkecil (R2) dari kedua persamaan tersebut, yaitu Langmuir
dan Freundlich yang memiliki nilai R2 yang paling besar atau mendekati satu
merupakan kurva yang paling sesuai. Berdasarkan nilai kuadrat terkecil (R2),
adsorpsi biru metilena oleh sampel zeolit A dan B mengikuti persamaan
Freundlich, sedangkan nanokomposit mengikuti persamaan Langmuir (Tabel 4).
Dengan demikian, dapat diasumsikan bahwa sampel zeolit A dan B memiliki
pusat-pusat aktif adsorben heterogen dan adsorbat membentuk lapisan
multimolekuler pada permukaan adsorben, sedangkan nanokomposit zeolit/TiO2
mengikuti persamaan Langmuir, dimana proses adsorpsi terjadi membentuk satu
lapisan dan memiliki pusat-pusat aktif yang identik (Edwin et al 2005).
Uji Fotodegradasi
Fotodegradasi merupakan proses penguraian suatu senyawa (biasanya
senyawa organik) dengan bantuan energi cahaya (foton). Fotodegradasi biasanya
memerlukan fotokatalis, yang umumnya merupakan bahan semikonduktor, salah
satunya adalah TiO2. Uji fotodegradasi ini dilakukan pada sampel nanokomposit
zeolit/TiO2, zeolit, dan TiO2 terhadap zat warna biru metilena dengan perlakuan
tanpa dan dengan disinari sinar UV. Serbuk TiO2 yang digunakan adalah titanium
oksida anatase P 25. Setiap sampel tersebut disinari lampu UV pada λ 365 nm
selama 6 jam, karena pada panjang gelombang tersebut energi foton mampu
mengeksitasi elektron pada pita valensi dari TiO2 anatase yang memiliki bandgap
λ< 385 nm ke pita konduksi yang menyebabkan timbulnya lubang elektron pada
pita valensi dan elektron di pita konduksi. Kemudian hole (H+) bereaksi dengan
pelarut membentuk radikal OH yang merupakan oksidator kuat, sedangkan
elektron pada pita konduksi akan bereaksi dengan oksigen di lingkungan
menghasilkan radikal superoksida (O2-) yang bersifat reduktor. Radikat-radikal
tersebut bersifat aktif dan dapat terus terbentuk sehingga bereaksi dan
menguraikan senyawa organik target (Fatimah et al 2006). Setelah penyinaran
selesai, dilakukan pengukuran serapan filtrat masing-masing sampel tersebut
dengan spektrofotometer UV-Vis pada λ 200-700 nm. Mekanisme reaksi yang
terjadi pada proses fotodegradasi dengan TiO2 adalah sebagai berikut:
TiO2 + UV
TiO2 (e- + h+)
+
TiO2 (h ) + H2O
TiO2 + ˙OH + H+
TiO2 (e-) + O2
TiO2 + ˙O2zat warna + ˙O2
produk degradasi
16
Nanokomposit zeolit-TiO2 hasil sintesis dapat berperan sebagai fotokatalis
dengan bantuan sinar UV seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8. Hal ini
dibuktikan dari memudarnya warna biru metilena yang teradsorpsi pada sampel
nanokomposit zeolit-TiO2 setelah disinari sinar UV, sedangkan pada sampel
nanokomposit yang tidak disinari UV, tidak terjadi proses fotodegradasi
melainkan hanya terjadi proses adsorpsi, karena TiO2 tidak aktif menguraikan
senyawa organik tanpa adanya sinar UV (foton) untuk membentuk radikal (•OH-)
atau (•O2-).
A
Zeolit
B
Zeolit
TiO2
Nanokomposit
TiO2
Nanokomposit
Gambar 8 Hasil uji fotodegradasi (A) tanpa penyinaran UV, (B) dengan
penyinaran UV selama 6 jam
Adanya aktivitas fotokatalisis juga dapat dilihat dengan membandingkan
serapan sinar UV pada filtrat nanokomposit yang diberi perlakuan dengan dan
tanpa penyinaran sinar UV (Gambar 9). Hasil serapan filtrat setiap sampel dalam
uji fotokatalis ditunjukkan pada Lampiran 13.
17
Gambar 9 Serapan filtrat nanokomposit zeolit/TiO2 (
) dengan dan (
tanpa penyinaran UV dan (
) larutan biru metilena
)
Serapan filtrat nanokomposit tanpa perlakuan penyinaran masih
menunjukkan adanya serapan biru metilena yang ditunjukkan dengan λ
maksimum sebesar 663 nm yang merupakan λ khas dari larutan biru metilena,
sedangkan serapan filtrat nanokomposit dengan penyinaran UV sudah tidak
menunjukkan adanya serapan biru metilena yang ditunjukkan dengan munculnya
puncak baru dengan λ maksimum sebesar 607.5 nm. Maka dapat disimpulkan
bahwa aktivitas fotokatalis ini dapat terlihat dari perubahan warna sampel
nanokomposit menjadi tidak berwarna yang menghasilkan senyawa baru yang
lebih sederhana dan terjadi penurunan panjang gelombang (λ) serapan. Senyawa
baru ini tidak diketahui identitasnya.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Zeolit X berhasil disintesis pada penambahan NaOH 2.5 N dalam campuran
mekaolin dan natrium silikat sebagai sumber silika lain, tetapi terdapat campuran
zeolit lain, yaitu zeolit NaP1 dan faujasite sedangkan pada konsentrasi NaOH 1.5
N diperoleh zeolit NaP1. Selain itu, nanokomposit zeolit-TiO2 telah berhasil
disintesis dan terbukti mempunyai kemampuan menjerap dan mendegradasi zat
warna biru metilena dengan bantuan sinar UV (foton). Adsorpsi biru metilena
oleh zeolit mengikuti isoterm Freundlich, sedangkan nanokomposit zeolit/TiO2
mengikuti isoterm Langmuir.
18
Saran
Perlu dilakukan metode atau variasi konsentrasi NaOH, dan waktu reaksi
yang lebih lama agar diperoleh zeolit X tanpa campuran zeolit lain. Selan itu,
dilakukan variasi konsentrasi silika lain yang sesuai dengan nisbah Si/Al zeolit X
serta dapat menggunakan sumber sillika alternatif lain sebagai sumber silika
tambahan untuk mensintesis zeolit X.
DAFTAR PUSTAKA
Aina H, Nuryono, Tahir I. 2007. Sintesis aditif β-Ca2SiO4 dari abu sekam padi
dengan variasi temperatur pengabuan. [skripsi]. Yogyakarta: Fakultas
MIPA Universitas Gadjah Mada.
Atkins PW. 1999. Kimia Fisik. Penerjemah: Irma IK. Jakarta: Erlangga.
Terjemahan dari: Physical Chemistry.
Bakri R, Utari T, Puspita IS. 2008. Kaolin sebagai sumber SiO2 untuk pembuatan
katalis Ni/SiO2: karakterisasi dan uji katalis pada hidrogen benzena
menjadi sikloheksana. MAKARA SAINS. 12:37-43
Bekkum VH, Jansen JC, Flanigen EM. 1991. Zeolite and molecular sieves: an
historical perspective. Introduction to zeolite science and practice. 58:1333. doi: http://dx.doi.org/10.1016/S0167-2991(08)63599-5
Breck DW. 1974. Zeolite Molecular Sieve: Structure Chemistry and Use. New
York: Wiley.
Desfita. 2009. Pembuatan fotokatalis TiO2-bentonit dan aplikasinya pada
penguraian selektif zat warna polutan yang diaktivasi dengan sinar
matahari. [skripsi]. Padang: Universitas Andalas.
Edwin E, Sherliy, Syarifuddin, Paulina T. 2005. Pemanfaatan karbon aktif
tempurung kenari sebagai adsorben fenol dan klorofenol dalam perairan.
Marina Chimica Acta. 6:9-15.
Efinov AM, Pogareva VG, Shashkin. 2003. Water-related Bands in Absorption
Spectra Of silicate Glasses. Journal of Non Crystaline Solid 332:93-114.
doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2003.09.020
Ekosse GE. 2005. Fourier transform infrared spectrophotometry and x-ray powder
diffractometry as complementary technique in characterizing clay size
fraction of kaolin. J Appl Sci Enviro Mgt 9:43-48.
Fatimah I, Sugiharto E, Wijaya K, Tahir I, dan Kamalia. 2006. Titan dioksida
terdispersi pada zeolit alam (TiO2/Zeolit) dan aplikasinya untuk
fotodegradasi Congo Red. Indo J Chem 69: 38-42.
Hamdan H. 1992. Introduction to zeolites: synthesis, characterization and
modification. Kuala Lumpur: Universitas Teknologi Malaysia.
Hediana Nova. 2011. Sintesis, pencirian, dan uji fotodegradasi nanokomposit
sodalit/TiO2 terhadap zat warna biru metilena. [skripsi]. Bogor: Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor.
Hikmawati. 2010. Produksi bahan semikonduktor silikon dari silika limbah arang
sekam padi sebagai alternatif sumber silikon. [tesis]. Bogor: Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor.
19
Kalapathy U, Proctor A, Shults J. 2000. A simple method for production of pure
silica from rice hull ash. Bioresource Technology. 73: 257-262. doi:
http://dx.doi.org/10.1016/S0960-8524(99)00127-3
MacDonald SA, Schardt CR, Masiello DJ,Simmons JH. 2000. Dispersion
Analysis Of FTIR Reflection Measurements in Silicate Glasses. J Of NonCrystaline material 275:72-82. doi: 10.1016/S0022-3093(00)00121-6
Maria EU, Alifia FY, Istadi. 2006. Optimasi pembuatan katalis zeolit x dari tawas,
NaOH, dan waterglass, dengan response surface methodology. Bull Chem
React Eng & Catal. 1:26-32.
Mitra GB, Bhattacherjee. 1969. X-Ray difraction studies on the transformation of
kaolinite into metakaolin: I. Variability of interlayer spacings. Am
Mineralogist. 54.
Mouzdahir Y, Elmchaouri A, Mahboub R, Gil A, Korili SA. 2007. Adsorption of
methylene blue from aqueous solution on a moroccan clay. J Chem Eng
52:1621-1625. doi: 10.1021/je700008g
Mufrodi Z, Sutrisno B, Hidayat A. 2010. Modifikasi limbah abu layang sebagai
material baru adsorben. Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia;
Yogyakarta, 26 Januari 2010. Yogyakarta: hlm 1-6.
Muljiyanti DR, Nuryono, Kunarti ES. 2010. Sintesis dan karakterisasi silika gel
dari abu sekam padi yang dimobilisasi dengan 3-(trimetoksisilil)-1propantiol. [tesis]. Yogyakarta: Sekolah Pasca Sarjana Universitas Gadjah
Mada Yogyakarta.
Murray HH. 2000. Traditional and new applications for kaolin, smectit, and
polygorskite: A general oview. Appl Clay Sci. 17:207-221. doi:
10.1016/S0169-1317(00)00016-8.
Pham TH, Brindley GW. 1970. Methylene blue absorption by clay mineral
determination of surface areas and cation exchange capacities (ClayOrganic studies XVIII). Clays and Clay Mineral 18:203-212. doi:
10.1346/CCMN.1970.0180404
Sriyanti, Taslimah, Nuryono, dan Narsito. 2005. Sintesis bahan hibrida aminosilika dari abu sekam padi melalui proses sol-gel. JKSA 8.
Supeno M. 2007. Bentonit alam terpilar sebagai material katalis/co-katalis
pembuatan gas hidrogen dan oksigen dari air. [tesis]. Medan: Sekolah
Pascasarjana Universitas Sumatra Utara.
Thammavong S. 2003. Studies of synthesis, kinetics, and particle size of zeolite X
from Narathiwat kaolin. [tesis]. Suranaree: Degree of Master of Science in
Chemistry, Suranaree University of Technology.
Umah S. 2010. Kajian Penambahan Abu Sekam Padi dari Berbagai Suhu
Pengabuan Terhadap Plastisitas Kaolin [skripsi]. Malang: Fakultas Sains
dan Teknologi Universitas Islam Negeri Maulana Malik Ibrahim.
Utubira Y, Wijaya K, Triyono, dan Sugiharto E. 2006. Preparasi dan karakterisasi
TiO2-zeolit serta pengujiannya pada degradasi limbah industri tekstil
dengan bantuan radiasi sinar ultra violet. Indo J Chem. 6:231-237.
Wijaya K. 2002. Multifuction of layered and porous material.. Indo J Chem
2:142-154.
Wijaya K dan Fatimah I. 2005. Sintesis TiO2/ zeolit sebagai fotokatalis pada
pengolahan limbah cair industri tapioka secara adsorpsi-fotodegradasi.
TEKNOIN 10(4): 257-267.
20
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Sekam
Padi
Kaolin
Kalsinasi 700ºC
selama 6 jam
Metakaolin
+NaOH 1.5 N & 2.5 N
Dcuci
Dibakar
+Na2SiO3 10%
Arang sekam padi
600ºC selama 2 jam
Abu sekam padi
+NaOH 4 M (Stokiometri)
lebur 500ºC
selama 30 menit
Na2SiO3
FTIR &
EDX
Zeolit-X
Karakterisasi
XRD & SEMEDX
Metakaolin:TiO2 85% : 15%
NaOH 1.5N
+Na2SiO310%
Nanokomposit
zeolit/TiO2
Zeolit 0.05 g
15 ml lar. BM (50, 100, 150, 200, 300 mg/l)
Shaker 2 jam, sentrifuge
Penentuan kapasitas adsorpsi zeolit
& nanokomposit zeolit/TiO2
Nanokomposit Zeolit/TiO2 0.1 g
15 ml lar. BM 12.5 mg/l
UV 365 nm selama 6 jam
Uji fotodegradasi
nanokomposit zeolit/TiO2
Spektrofotometer
UV-Vis
21
Lampiran 2 Hasil analisis EDX sampel Kaolin
22
Lampiran 3 Data sudut 2θ sampel zeolit dan JCPDS
Sampel Zeolit A
2θ°
Intensitas
12.5121
17.7056
21.7062
28.1218
33.3606
61
58
79
210
83
2θ°
12.465
17.664
21.675
28.095
33.383
Data JCPDS-ICDD
Intensitas
No. JCPDS
795
39-0219
480
39-0219
647
39-0219
999
39-0219
604
39-0219
Jenis Zeolit
P1, (Na)
P1, (Na)
P1, (Na)
P1, (Na)
P1, (Na)
Sampel Zeolit B
2θ°
Intensitas
12.4947
15.5419
17.6790
20.1910
21.5326
23.4401
26.7760
28.0598
29.3757
30.4617
31.1004
32.1566
37.5227
33
102
33
71
33
192
140
97
45
76
168
90
48
2θ°
12.465
15.464
17.664
20.089
21.675
23.360
26.706
28.095
29.301
30.390
31.041
32.080
37.424
Data JCPDS-ICDD
Intensitas
No. JCPDS
795
39-0219
18
38-0237
480
39-0219
9
38-0237
647
39-0219
21
38-0237
18
38-0237
999
39-0219
40
12-0246
40
12-0246
80
12-0246
40
12-0246
40
12-0246
Jenis Zeolit
P1, (Na)
X, (Na)
P1, (Na)
X, (Na)
P1, (Na)
X, (Na)
X, (Na)
P1, (Na)
Faujasite
Faujasite
Faujasite
Faujasite
Faujasite
Lampiran 4 Data sudut 2θ sampel nanokomposit zeolit/TiO2 dan JCPDS
2θ°
Intensitas
12.4822
17.6940
21.6656
28.1188
33.3789
25.3353
32
33
37
108
42
22
2θ°
12.465
17.664
21.675
28.095
33.383
25.301
Data JCPDS-ICDD
Intensitas
No. JCPDS
795
39-0219
480
39-0219
647
39-0219
999
39-0219
604
39-0219
100
18-1170
Jenis Zeolit
P1, (Na)
P1, (Na)
P1, (Na)
P1, (Na)
P1, (Na)
TiO2 anatase
23
Lampiran 5 Kristalinitas sampel zeolit sintetis
Sampel A
Sampel B
24
Lampiran 6
Penentuan panjang gelombang maksimum larutan standar biru
metilena
λmaks 664.5 nm
Lampiran 7 Kapasitas adsorpsi sampel zeolit A terhadap larutan biru metilena
Bobot
zeolit (g)
0.0499
0.0500
0.0500
0.0501
0.0500
0.0500
0.0500
0.0500
0.0501
0.0500
Co
(ppm)
75
75
100
100
150
150
200
200
300
300
Adsorbans
0.167
0.183
0.116
0.115
0.238
0.236
0.147
0.144
0.115
0.116
Ce
(ppm)
52.14
50.77
63.04
63.21
92.10
92.45
115.44
116.47
152.85
152.16
FP
25
25
50
50
50
50
100
100
200
200
Ct
(ppm)
22.86
24.23
36.96
36.79
57.90
57.55
84.56
83.53
147.15
147.84
Q
(mg/g)
15.67
15.23
18.91
18.93
27.63
27.73
34.63
34.94
45.76
45.65
Rerata Q
(mg/g)
15.45
18.92
27.68
34.79
45.71
25
Lampiran 8 Kapasitas adsorpsi sampel zeolit B terhadap larutan biru metilena
Bobot
zeolit (g)
0.0500
0.0499
0.0500
0.0500
0.0500
0.0500
0.0501
0.0501
0.0499
0.0502
Co
(ppm)
75
75
100
100
150
150
200
200
300
300
Adsorbans
0.217
0.231
0.147
0.144
0.272
0.265
0.180
0.173
0.125
0.131
Ce
(ppm)
47.85
46.65
57.72
58.24
86.27
87.47
104.12
106.52
145.98
141.87
FP
25
25
50
50
50
50
100
100
200
200
Ct
(ppm)
27.15
28.35
42.28
41.76
63.73
62.53
95.88
93.43
154.02
158.13
Q
(mg/g)
14.36
14.02
17.32
17.47
25.88
26.24
31.17
31.89
43.88
42.39
Rerata Q
(mg/g)
14.19
17.39
26.06
31.53
43.14
Lampiran 9 Kapasitas adsorpsi nanokomposit zeolit/TiO2 terhadap larutan biru
metilena
Bobot
zeolit (g)
0.0502
0.0502
0.0500
0.0502
0.0501
0.0500
0.0502
0.0500
0.0500
0.0499
Co
(ppm)
75
75
100
100
150
150
200
200
300
300
Adsorbans
0.146
0.135
0.099
0.105
0.210
0.209
0.167
0.173
0.125
0.133
Ce
(ppm)
53.95
54.89
65.96
64.93
96.91
97.08
108.58
106.52
145.98
140.49
FP
25
25
50
50
50
50
100
100
200
200
Persamaan garis kurva standar biru metilena:
y = 0.2914x – 0.0994
R = 0.9930 R2 = 0.9861
Contoh perhitungan:
Kapasitas adsorpsi (Q)
Q=
Ct
(ppm)
21.05
20.11
34.04
35.07
53.09
52.92
91.42
93.48
154.02
159.51
Q
(mg/g)
16.12
16.40
19.79
19.40
29.01
29.12
32.44
31.96
43.80
42.23
Rerata Q
(mg/g)
16.26
19.59
29.07
32.20
43.01
26
Lampiran 10 Isoterm adsorpsi sampel zeolit A terhadap larutan biru metilena
Co
(mg/l)
Ce
(mg/l)
Ct
(mg/l)
Bobot
(g)
75
100
150
200
300
51.46
63.13
92
DARI KAOLIN DENGAN SEKAM PADI SEBAGAI SUMBER
SILIKA
LINDA TRIVANA
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sintesis Zeolit X dan
Nanokomposit Zeolit/TiO2 dari Kaolin dengan Sekam Padi sebagai Sumber Silika
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada
Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Februari 2013
Linda Trivana
NIM G44080075
ABSTRAK
LINDA TRIVANA. Sintesis Zeolit X dan Nanokomposit Zeolit/TiO2 dari Kaolin
dengan Sekam Padi sebagai Sumber Silika. Dibimbing oleh SRI SUGIARTI dan
ETI ROHAETI.
Pada penelitian ini dilakukan sintesis zeolit X dari kaolin Bangka Belitung
sebagai bahan baku dan abu sekam padi sebagai sumber silika tambahan. Zeolit X
disintesis karena memiliki berbagai manfaat, salah satunya sebagai adsorben.
Kaolin digunakan sebagai bahan baku karena memiliki kandungan silika dan
alumina yang tinggi, yaitu 48.03% dan 35.50%, sedangkan abu sekam padi
sebagai sumber silika berupa natrium silikat. Zeolit disintesis dengan proses
hidrotermal, dengan mencampurkan metakaolin hasil kalsinasi kaolin pada suhu
700 °C selama 6 jam, natrium silikat, dan NaOH untuk mengaktivasi komponen
utama Si dan Al pada kaolin dalam botol polipropilena. Proses hidrotermal
dilakukan pada suhu 100 °C selama 24 jam dengan konsentrasi NaOH 1.5 N dan
2.5 N karena konsentrasi NaOH yang digunakan menentukan jenis zeolit yang
diperoleh. Zeolit X diperoleh pada penambahan NaOH 2.5 N dengan pengotor
zeolit NaP1 dan faujasite, sedangkan pada NaOH 1.5 N diperoleh zeolit NaP1.
Zeolit dimodifikasi menjadi nanokomposit zeolit/TiO2 terbukti memiliki
kemampuan yang lebih baik, yaitu adsorpsi-fotokatalis karena mampu
mendegradasi biru metilena di bawah sinar ultraviolet.
Kata kunci: hidrotermal, kaolin, sekam padi, silika, zeolit X
ABSTRACT
LINDA TRIVANA. Synthesis of Zeolite X and Nanocomposite Zeolite/TiO2 from
Kaolin with Silica Addition from Rice Husk. Supervised by SRI SUGIARTI dan
ETI ROHAETI.
Zeolite X was synthesized from kaolin originated from Bangka Belitung and
was added with silica from rice husk ash. Zeolite X was synthesized because it
has many benefits, including as an adsorbent. Kaolin was used as raw material
due to its high content of silica and alumina, which were 48.03% and 35.50%
respectively. Meanwhile, silica from rice husk ash was used in the form of sodium
silicate. Zeolite was synthesized through hydrothermal process inside a
polypropylene bottles, by mixing metakaolin, the calcined form of kaolin heated
at 700 °C for 6 hours, with sodium silicate and NaOH to activate the major
components of Si and Al in the kaolin. Hydrothermal processes were carried out
at 100 °C for 24 hours with NaOH concentrations of 1.5 N and 2.5 N. The
concentration of NaOH used was resulted in certain type of zeolite obtained.
Zeolite X was obtained when the addition 2.5 N NaOH with NaP1 and Faujasite
as impurities. On the other hand, NaOH 1.5 N gave NaP1 zeolite. Modification of
zeolite to nanocomposite zeolit/TiO2 was shown to have better capability, that
was adsorption-photocatalytic property due to its ability to degrade methylene
blue under ultraviolet light.
Keywords: kaolin, hydrothermal, silica, rice husk ash, zeolite X.
ii
SINTESIS ZEOLIT X DAN NANOKOMPOSIT ZEOLIT/TiO2
DARI KAOLIN DENGAN SEKAM PADI SEBAGAI SUMBER
SILIKA
LINDA TRIVANA
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi : Sintesis Zeolit X Dan Nanokomposit Zeolit/TiO2 Dari Kaolin
Dengan Sekam Padi Sebagai Sumber Silika
Nama
: Linda Trivana
NIM
: G44080075
Disetujui oleh
Sri Sugiarti, PhD
Pembimbing I
Dr Eti Rohaeti, MS
Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Ir Tun Tedja Irawadi, MS
Ketua Departemen Kimia
Tanggal lulus :
PRAKATA
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT sehingga
penulis bisa menyelesaikan karya ilmiah ini. Penelitian ini dimulai dari bulan
Februari sampai Juli 2012 bertempat di Laboratorium Kimia Anorganik dan
Laboratorium Bersama, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu
pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Sri Sugiarti, Ph.D selaku
pembimbing satu dan Ibu Dr Eti Rohaeti, MS selaku pembimbing dua atas
bimbingan yang diberikan kepada penulis selama penelitian dan penyusunan
karya ilmiah ini dan kepada Ibu, Ayah, dan Kakak-kakak saya yang selalu
memberi doa, dukungan moral dan materi kepada penulis dalam menyelesaikan
penelitian ini. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada Pak Syawal, Teh
Nurul, Pak Eko, Pak Caca dan Pak Mul selaku laboran yang telah banyak
membantu penulis dalam pengerjaan penelitian, serta Pak Dikdik dan Pak Ahmad
yang telah membantu dalam analisis sampel zeolit dengan XRD dan SEM-EDX di
Balitbang Kehutanan, Bogor.
Ucapan terima kasih kepada Ade Irawan, Indah Mayasari, Ade Evan, Ryna
Siahaan, Junaenah, dan Asa Marifa yang telah meluangkan waktunya untuk
menemani penulis ketika harus mengerjakan penelitian di malam hari. Ucapan
terima kasih juga saya ucapkan kepada Ahmad Sahid Abdillah yang selalu
memberikan dukungan dan perhatian kepada penulis selama penelitian.
Bogor, Februari 2013
Linda Trivana
viii
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
BAHAN DAN METODE
3
Alat dan Bahan
3
Metode Penelitian
3
HASIL DAN PEMBAHASAN
5
Pembuatan dan Pencirian Natrium Silikat
5
Sintesis Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO2
7
Pencirian Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO2 dengan XRD
9
Pencirian Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO2 dengan SEM
10
Pengaruh Konsentrasi NaOH terhadap Kristalinitas Zeolit
13
Penentuan Panjang Gelombang Maksimum
13
Uji Adsorpsi Biru Metilena oleh Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO2
14
Isoterm Adsorpsi
14
Uji Fotodegradasi
15
SIMPULAN DAN SARAN
17
Simpulan
17
Saran
18
DAFTAR PUSTAKA
18
LAMPIRAN
20
DAFTAR GAMBAR
1 Spektrum FTIR sampel natrium silikat (Na2SiO3)
6
2 Hasil EDX sampel natrium silikat (Na2SiO3)
7
3 Difraktogram sampel metakaolin
8
4 Difraktogram sampel zeolit A dan B
9
5 Difraktogram sampel nanokomposit zeolit/TiO2
10
6 Hasil analisis SEM sampel zeolit A dan B
11
7 Hasil analisis SEM (A) zeolit dan (B) nanokomposit zeolit/TiO2
12
8 Hasil uji fotodegradasi (A) tanpa penyinaran; (B) dengan penyinaran
UV selama 6 jam
16
9 Serapan filtrat nanokomposit zeolit/TiO2 (
) dengan dan(
penyinaran UV selama 6 jam dan ( ) larutan biru metilena
17
) tanpa
DAFTAR TABEL
1 Perlakuan dalam sintesis zeolit X
4
2 Daerah vibrasi sampel natrium silikat (Na2SiO3)
6
3 Pengaruh konsentrasi NaOH terhadap kristalinitas zeolit
13
4 Nilai kuadrat terkecil (R2) isoterm adsorpsi biru metilena
15
DAFTAR LAMPIRAN
1 Bagan alir penelitian
20
2 Hasil analisis EDX sampel kaolin
21
3 Data sudut 2θ sampel zeolit dan JCPDS
22
4 Data sudut 2θ sampel nanokomposit zeolit/TiO2 dan JCPDS
22
5 Kristalinitas sampel zeolit sintetis
23
6 Penentuan panjang gelombang maksimum larutan standar biru metilena
24
7 Kapasitas adsorpsi sampel zeolit A terhadap larutan biru metilena
24
x
8 Kapasitas adsorpsi sampel zeolit B terhadap larutan biru metilena
25
9 Kapasitas adsorpsi nanokomposit zeolit/TiO2 terhadap larutan biru
metilena
25
10 Isoterm adsorpsi sampel zeolit A terhadap larutan biru metilena
26
11 Isoterm adsorpsi sampel zeolit B terhadap larutan biru metilena
27
12 Isoterm adsorpsi sampel nanokomposit zeolit/TiO2 terhadap larutan
biru metilena
28
13 Spektrum UV filtrat sampel
29
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kaolin atau kaolinite termasuk jenis mineral lempung dengan rumus kimia
Al2O3·2SiO2·2H2O dan memiliki struktur lapisan 1:1 dengan unit dasar terdiri dari
lembaran tetrahedral SiO4 dan lembaran oktahedral dengan Al3+ sebagai kation
oktahedral (Murray 2000). Kaolin merupakan masa batuan yang tersusun dari
material lempung dengan kandungan besi yang rendah, dan umumnya berwarna
putih atau agak keputihan (Bakri 2008). Kaolin dapat ditemukan di alam dalam
bentuk kaolinit murni maupun mineral kaolin lain, seperti haloisit, nakrit, maupun
dikrit serta mineral lempung lain, seperti smektit, ilit, dan mika sebagai komponen
utama serta feldspar dan kuarsa sebagai pengotor (Ekosse 2005). Hasil analisis
kandungan mineral kaolin terdiri atas komponen utama silika (SiO2) 48.03% dan
alumina (Al2O3) 35.50%, dan oksida-oksida logam dalam jumlah kecil.
Kandungan silika dan alumina yang tinggi, memungkinkan kaolin dapat
dimanfaatkan sebagai bahan baku dalam pembentukan kerangka zeolit (Umah S
2010).
Zeolit merupakan mineral yang terdiri atas kristal aluminosilikat terhidrasi
yang mengandung kation alkali atau alkali tanah dalam kerangka tiga dimensi
(Bekkum 1991). Zeolit ada dua macam, yaitu zeolit alam dan zeolit sintetis. Zeolit
sintetis antara lain, zeolit A, X, Y, NaP1, hidroksi sodalit, dan faujasite
merupakan zeolit yang dibuat oleh industri untuk mendapatkan sifat tertentu.
Zeolit sintetis dikembangkan untuk mengatasi kelemahan dari zeolit alam, seperti
banyak mengandung pengotor dan kristalinitasnya yang rendah sehingga
mengurangi kemampuannya sebagai adsorben dan katalis, oleh karena itu
dilakukan sintesis zeolit untuk memperbaiki sifat-sifat dan mensubstitusi zeolit
yang berasal dari alam (Breck 1974).
Zeolit X merupakan salah satu tipe zeolit sintetis, yaitu zeolit yang
memiliki diameter super cage 13Å dan diameter β-cage (kerangka sodalit) 6.6Å
dengan diameter pori 7.4Å membentuk struktur tiga dimensi dengan nisbah Si/Al
1.0-1.5 (Thammavong 2003). Zeolit X banyak digunakan untuk komersial, seperti
katalis untuk pemecahan rantai hidrokarbon, pembuatan deterjen, pernukar ion
logam berat, dan absorben untuk separasi dan proses pemurnian (Thammavong
2003). Pada penelitian ini, zeolit X disintesis dari kaolin dan abu sekam padi
sebagai sumber silika yang berupa natrium silikat. Penggunaan abu sekam padi
sebagai sumber silika didasari oleh alasan bahwa kandungan silika pada kaolin
tidak mencukupi untuk membentuk zeolit X. Selain itu, abu sekam padi memiliki
kandungan silika yang tinggi, harganya relatif murah, bersifat amorf, dan tidak
sekeras pasir kuarsa sehingga untuk peleburan abu sekam padi tidak memerlukan
waktu yang lama dan temperatur yang tinggi (Sriyanti 2005).
Zeolit X sintetis ini diharapkan mempunyai kemampuan/ kapasitas adsorpsi
terhadap zat warna biru metilena, karena zeolit X ini mempunyai pori-pori yang
dapat menjerap zat warna dan mempunyai kation yang bergerak bebas sehingga
memungkinkan pertukaran ion tanpa merusak struktur zeolit. Metode adsorpsi ini
banyak digunakan untuk menjerap limbah zat warna tetapi memiliki selektivitas
yang rendah dan proses regenerasinya yang sulit, karena adsorben yang digunakan
hanya dapat menjerap zat warna tetapi tidak dapat menguraikannya, sehingga
2
masih memerlukan langkah-langkah lanjut sampai limbah aman untuk dilepas ke
lingkungan. Kelemahan tersebut dapat diatasi dengan teknik fotodegradasi, yaitu
suatu proses penguraian senyawa (biasanya senyawa organik) dengan bantuan
energi foton atau cahaya. Keberhasilan metode fotodegradasi bertumpu pada
fotokatalis, yaitu bahan padatan yang memiliki sifat semikonduktor, misalnya
TiO2, CdS, dan Fe2O3 (Wijaya 2002).
Penelitian sebelumnya, Hediana (2011) berhasil mensintesis nanokomposit
sodalit/TiO2 dan terbukti memiliki kemampuan adsorpsi dan fotodegradasi
terhadap biru metilena. Selain itu nanokomposit yang dihasilkan tersebut memiliki
daya serap yang besar daripada sodalit. Oleh karena itu, hasil penelitian tersebut
dapat menjadi sebuah landasan pada penelitian yang kami lakukan, yaitu
mensintesis, pencirian, dan penentuan kapasitas adsorpsi zeolit dan nanokomposit
zeolit sintetis/TiO2. Zeolit berhasil disintesis dengan proses hidrotermal dan
adanya aktivitas fotokatalisis pada sampel nanokomposit zeolit/TiO2 diketahui
melalui uji fotodegradasi.
Perumusan Masalah
Keberhasilan sintesis zeolit X ditentukan dengan nisbah Si/Al dan kondisi
reaksi yang sesuai, seperti suhu reaksi, waktu reaksi, komposisi kaolin, dan
komposisi reagen. Zeolit X memiliki nisbah SiO2/Al2O3 adalah 1.0-1.5. Kondisi
untuk sintesis zeolit X yang dilakukan yaitu suhu kalsinasi kaolin menjadi
metakaolin 700 ºC selama 6 jam, variasi konsentrasi NaOH (1.5 N dan 2.5 N),
Na2SiO3 10%, dan suhu pemeraman 40 ºC dan hidrotermal 100 ºC masingmasing selama 24 jam, pada kondisi tersebut belum adanya laporan atau data yang
menunjukkan keberhasilan mensintesis zeolit X.
Kegunaan zeolit X salah satunya sebagai adsorben, dan untuk meningkatkan
sifat tersebut maka dilakukan sintesis nanokomposit zeolit X/TiO2 untuk
menghasilkan sifat sebagai fotokatalis. Nanokomposit zeolit X/TiO2 disintesis
dengan cara melakukan interkalasi zeolit dengan TiO2, yaitu menggantikan
kation-kation kecil antar lapisan (Na+) dengan kation logam yang diameternya
lebih besar seperti Ti2+. Oksida logam titania ini merupakan material yang sensitif
terhadap cahaya dan baik menjadi katalis fotokimia. Keberhasilan nanokomposit
zeolit X/TiO2 sebagai fotokatalisis tergantung pada TiO2, yaitu bahan padatan
yang memiliki sifat semikonduktor untuk mendegradasi senyawa-senyawa
organik.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan mensintesis zeolit X dari kaolin, abu sekam padi
sebagai sumber silika berupa natrium silikat, dan NaOH sebagai reagen,
mensintesis nanokomposit zeolit/TiO2, melakukan pencirian zeolit X dan
nanokomposit zeolit/TiO2 dengan spektroskopi XRD dan SEM-EDX, dan uji
adsorpsi dan fotodegradasi biru metilena menggunakan zeolit dan nanokomposit
zeolit X/TiO2.
3
Manfaat Penelitian
Penelitian ini akan mendapatkan informasi cara mengurangi limbah sekam
padi melalui pemanfaatan abu sekam padi dalam mensintesis zeolit X sebagai
sumber silika, dan membuat zeolit X yang bermanfaat sebagai adsorben serta
nanokomposit zeolit/TiO2 sebagai fotokatalis.
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari sampai Juli 2012 di
Laboratorium Anorganik Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Hipotesis
Sintesis zeolit-X dari bahan dasar kaolin yang sebelumnya diubah terlebih
dahulu menjadi metakaolin dan memanfaatkan sekam padi sebagai sumber silika.
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan adalah spektrofotometer UV-VIS Shimadzu 1700,
Difraktometer sinar-X Shimadzu XRD-7000, SEM-EDX BRUKER, shaker
Heidolp TITRAMAX 101, sentrifuga HERMLE Labnet, neraca analitik CASIO,
oven SANYO DRYING OVEN , tanur Barnstead Termolyne, penyaring vakum,
botol polipropilen, lampu UV, dan peralatan kaca.
Bahan-bahan yang digunakan ialah kaolin Bangka Belitung, akuades,
serbuk titanium oksida anatase P 25, sekam padi Batuhalanng Bogor, pelet NaOH,
kertas pH, HCl, sodium silikat (Na2SiO3), dan biru metilena.
Lingkup Kerja
Penelitian ini terdiri dari beberapa tahap (Lampiran 1). Tahap pertama ialah
sintesis natrium silikat dari abu sekam padi. Tahap kedua, preparasi metakaolin.
Tahap ketiga, sintesis zeolit X. Tahap keempat, preparasi nanokomposit zeolit
X/TiO2. Tahap kelima, penentuan kapasitas adsorpsi. Dan tahap keenam adalah
uji fotodegradasi nanokomposit zeolit X/TiO2.
Penyiapan Silika dari Abu Sekam Padi (Hikmawati 2010)
Sampel sekam padi dicuci bersih kemudian dikeringkan di bawah sinar
matahari. Setelah sekam kering, dilakukan pengarangan dan pengabuan, sekam
padi dibakar hingga terbentuk arang sekam, kemudian dilakukan proses
pengabuan dalam cawan porselin pada suhu tanur 600 ºC selama 2 jam. Abu
sekam padi yang diperoleh kemudian dimurnikan dengan HCl 3%. Abu sekam
padi dimasukkan ke dalam gelas piala lalu dicampurkan dengan HCl 3% yaitu, 10
ml untuk 1.0 g abu sekam, kemudian dipanaskan sambil diaduk selama 2 jam.
Setelah itu, sampel difiltrasi dan dicuci dengan akuades panas sampai bebas asam
4
(diuji dengan kertas pH). Hasil penyaringan dikeringkan pada suhu 105 ºC selama
4 jam sampai silika putih yang tersisa.
Preparasi Natrium Silikat (Na2SiO3) (Muljiyanti 2010)
Abu sekam padi bersih digerus, kemudian sebanyak 10 g abu sekam
ditambahkan 82.5 ml NaOH 4 M (Stokiometri), lalu dididihkan sambil diaduk.
Setelah agak kering, larutan dituangkan ke dalam cawan porselin dan dilebur pada
suhu 500 ºC selama 30 menit. Filtrat yang dihasilkan merupakan natrium silikat
(Na2SiO3) dan didinginkan. Natrium silikat yang diperoleh berbentuk padatan
berwarna putih kehijauan.
Preparasi Metakaolin (Hediana 2011)
Sampel kaolin bubuk dari Bangka Belitung dikalsinasi dalam tanur pada
suhu 700 ºC selama 6 jam. Setelah mengalami proses kalsinasi, sampel kaolin
yang telah berubah menjadi metakaolin dianalisis dengan difraktometer sinar-X.
Sintesis Zeolit X
Sampel metakaolin ditimbang sebanyak 2.0 gram, kemudian ditambahkan
NaOH dengan variasi konsentrasi (1.5 N dan 2.5 N) dan Na2SiO3 10%. Setiap
campuran larutan tersebut kemudian dimasukkan ke dalam botol polipropilen dan
dipanaskan dalam oven 40 ºC selama 24 jam. Tahap ini disebut proses
pemeraman. Setelah proses pemeraman, sampel dipanaskan kembali pada suhu
100 ºC selama 24 jam. Produk difiltrasi dan dicuci dengan air destilata hingga pH
netral. Produk yang diperoleh dikeringkan pada suhu 120 ºC selama 6 jam dan
dikarakterisasi dengan XRD dan SEM-EDX.
Tabel 1 Perlakuan dalam sintesis zeolit X
Bobot
Sampel Metakaolin
(g)
Sampel A
2.0
Sampel B
2.0
NaOH
(N)
Volume (ml)
NaOH Na2SiO3
Pemeraman Hidrotermal
(°C)
(°C)
1.5
40
40
40
100
2.5
40
40
40
100
Preparasi Nanokomposist Zeolit/TiO2
Sampel metakaolin sebanyak 85% dan TiO2 15% dengan jumlah total 2.0
gram, kemudian ditambahkan 34 ml NaOH 1.5 N dan natrium silikat (Na2SiO3)
10% sebanyak 34 ml. Campuran tersebut dimasukkan ke dalam botol polipropilen
dan dipanaskan pada suhu 40 ºC selama 24 jam. Setelah itu campuran dipanaskan
kembali dalam oven pada suhu 100 ºC selama 24 jam. Produk yang diperoleh
difiltrasi dan dicuci dengan air distilata hingga pH netral, kemudian dikeringkan
dalam oven 120 ºC selama 6 jam dan dikarakterisasi dengan XRD dan SEM-EDX.
5
Uji Adsorpsi (Hediana 2011)
Larutan biru metilena (MB) dibuat dengan konsentrasi yang bervariasi,
yaitu 75, 100, 150, 200, dan 300 mg/l. Zeolit ditimbang sebanyak 0.05 gram,
kemudian ditambahkan 15 ml larutan MB dari setiap konsentrasi dalam tabung
reaksi yang berbeda dan dikocok selama 2 jam. Setelah itu, campuran dipisahkan
dengan sentrifuga selama 20 menit dengan kecepatan 3500 rpm untuk
memisahkan endapan. Filtratnya kemudian diukur absorbannya menggunakan
spektrofotometer UV-tampak pada panjang gelombang 664.5 nm.
Kapasitas adsorpsi dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
Q = V [Co-Ca]
m
Keterangan:
Q = Kapasitas adsorpsi (mg/g)
V = Volume larutan (mL)
Co = Konsentrasi awal (ppm)
Ca = Konsentrasi akhir (ppm)
m = Massa adsorben (g)
Penentuan kapasistas adsorpsi sampel nanokomposit zeolit-TiO2 dengan
perlakuan yang sama seperti zeolit.
Pembuatan Kurva Standar Biru Metilena (Hediana 2011)
Larutan biru metilena dibuat pada berbagai konsentrasi (0.5; 1.0; 1.5; 2.0;
2.5; dan 3.0 mg/l), kemudian diukur serapannya pada panjang gelombang
maksimum. Setelah itu, kurva hubungan antara konsentrasi dengan absorbans
dibuat dan ditentukan persamaan linier kurva tersebut. Persamaan linier ini
digunakan untuk menghitung konsentrasi MB pada larutan zeolit.
Uji Fotodegradasi Senyawa Biru Metilena (Hediana 2011)
Sebanyak 0.1 gram nanokomposit zeolit-TiO2 ditambahkan 15 ml larutan
biru metilena dengan konsentrasi 12.5 ppm. Larutan kemudian disinari dengan
sinar UV pada panjang gelombang 365 nm selam 6 jam. Setelah itu, diambil
filtratnya dan dilakukan analisis menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada
panjang gelombang 200–700 nm. Uji fotodegradasi juga dilakukan pada sampel
zeolit, TiO2, dan biru metilena sebagai pembanding. Setiap sampel tersebut diberi
perlakuan dengan dan tanpa sinar UV untuk mengetahui aktivitas fotokatalis.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembuatan dan Pencirian Natrium silikat
Natrium silikat disintesis melalui dua tahap. Tahap pertama adalah
penyiapan silika dan kedua, pelarutan basa dengan NaOH (destruksi) yang diikuti
dengan peleburan. Penyiapan silika meliputi, pengabuan sekam pada suhu 600 ºC
selama 2 jam, dilanjutkan pencucian dengan HCl. Pencucian dengan HCl
bertujuan untuk melarutkan oksida lain selain SiO2 berupa oksida-oksida logam
seperti MgO, K2O, dan CaO yang terdapat dalam abu sekam padi (Kalapathy et al
6
2000). Penggunaan HCl dikarenakan SiO2 tidak larut dalam asam apapun selain
dalam HF. Selanjutnya, abu sekam padi dilarutkan dalam NaOH, kemudian
dilakukan peleburan 500 °C. Peleburan pada suhu 500 °C didasarkan
pertimbangan titik leleh NaOH, yaitu 318 °C sehingga pada suhu tersebut NaOH
terdisosiasi sempurna membentuk ion Na+ dan OH-. Pelarutan yang diikuti dengan
peleburan ini bertujuan agar pada proses perubahan abu sekam menjadi natrium
silikat (Na2SiO3) menjadi sempurna (Muljiyanti 2010). Natrium silikat (Na2SiO3)
yang diperoleh berwujud padatan berwarna putih kehijauan.
Natrium silikat yang diperoleh dianalisis menggunakan FTIR dan SEMEDX. Hasil analisis Na2SiO3 dengan FTIR ditunjukkan pada Gambar 1, sementara
interpretasi pola serapan ditampilkan pada Tabel 2.
Gambar 1 Spektrum FTIR sampel natrium silikat (Na2SiO3)
Tabel 2 Daerah vibrasi sampel natrium silikat (Na2SiO3)
Bil. Gelombang Na2SiO3 (cm-1)
1500-3700
950-1250
500-800
440-460
Vibrasi
H2O dan Tekuk -OH
pada gugus Si-OH
Ulur asimetri Si-O-Si
dan Si-OTekuk Si-O-Si
Bending Si-O-Si
Sumber
Efinov 2003
Mufrodi 2010
Macdonald 2000
Macdonald 2000
7
Natrium silikat (Na2SiO3) hasil sintesis juga dianalisis dengan EDX untuk
mengetahui unsur-unsur yang terdapat di dalamnya. Hasil EDX natrium silikat
(Na2SiO3) ditunjukkan pada Gambar 2.
O
Na
Si
Gambar 2 Hasil EDX sampel natrium silikat (Na2SiO3)
Hasil EDX menunjukkan bahwa unsur-unsur yang terdapat dalam Na2SiO3
sintetis, yaitu oksigen 71.89%, natrium 22.63%, dan silikon 5.39%. Berdasarkan
data di atas, diperkirakan Na2SiO3 yang disintesis telah menjerap H2O. Hal ini
dibuktikan dengan adanya serapan H2O dan vibrasi tekuk gugus Si-OH di bil.
gelombang 1500-3700 cm-1 pada spektrum FTIR dan perubahan warna Na2SiO3
dari putih kehijauan menjadi coklat. Hasil EDX juga menunjukkan Na2SiO3
sintetis tidak terdeteksinya pengotor, yaitu berupa atom C atau karbon akibat
pembakaran sekam padi pada suhu 600 °C dan logam-logam pengotor seperti
MgO, K2O, dan CaO yang menunjukkan bahwa logam-logam tersebut telah larut
dalam HCl pada proses pencucian abu sekam padi (Hikmawati 2010). Natrium
silikat (Na2SiO3) hasil sintesis kemudian digunakan sebagai sumber silika pada
sintesis zeolit X.
Sintesis Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO2
Bahan baku yang digunakan mensintesis zeolit adalah kaolin, karena kaolin
memiliki komponen utama, silika dan alumina sehingga dapat digunakan sebagai
bahan baku dalam pembentukan kerangka zeolit. Sintesis zeolit X ini memerlukan
nisbah Si/Al sebesar 1.0 – 1.5, namun dari hasil analisis EDX kaolin (Lampiran 2)
diperoleh nisbah Si/Al hanya sebesar 0.73, sehingga tidak mencukupi untuk
membentuk zeolit X. Oleh sebab itu dilakukan penambahan sumber silika lain,
yaitu natrium silikat (Na2SiO3) hasil sintesis dari abu sekam.
Kaolin yang akan digunakan terlebih dahulu dikalsinasi pada suhu 700 °C
selama 6 jam untuk menghilangkan gugus hidroksil (-OH) yang terikat secara
kimia sehingga terbentuk metakaolin. Metakaolin hasil kalsinasi dianalisis dengan
XRD, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.
8
SiO2 Tridynite
Gambar 3 Difraktogram sampel metakaolin
Hasil XRD kalsinasi kaolin menjadi metakaolin menunjukan puncak difraktogram
yang landai atau dapat dikatakan bahwa metakaolin yang diperoleh berbentuk
amorf. Hal ini dikarenakan kalsinasi atau pemanasan yang menguapkan H2O dan
melepaskan ikatan -OH pada kaolin sehingga kaolin yang kristalin menjadi lebih
amorf (Mitra GB dan Nhattacherjee 1969). Thamavong (2003) menyatakan reaksi
kimia dehidroksilasi kaolin menjadi metakaolin adalah sebagai berikut:
Si2O5(OH)4Al2
Kaolin
Al2Si2O7 + 2H2O
Metakaolin
Selanjutnya, metakaolin yang diperoleh dilarutkan dalam NaOH dan
Na2SiO3. Penambahan NaOH ini bertujuan untuk mengaktivasi komponen Si dan
Al pada metakaolin menjadi fase mineral yang mudah larut, yaitu natrium silikat
dan amorf alumina silikat, dimana lebih lanjut digunakan dalam formasi zeolit
selama proses hidrotermal, sedangkan Na2SiO3 sebagai sumber silika lain selain
dari kaolin. Sebelum proses hidrotermal, larutan tersebut dipanaskan pada suhu 40
°C selama 24 jam, proses ini disebut proses pemeraman. Pada proses pemeraman
terjadi pembentukan inti kristal dan dilanjutkan dengan pembentukan kristal
selama proses hidrotermal pada suhu 100 °C selama 24 jam.
Zeolit hasil sintesis dicuci hingga pH netral. Pencucian ini bertujuan untuk
menghilangkan material yang tidak menjadi bagian dari pembentukan zeolit yang
mungkin ada di permukaan dan larut dalam air dan kemudian dikeringkan untuk
menguapkan air yang terperangkap dalam pori-pori kristal zeolit.
9
Sintesis nanokomposit zeolit/TiO2 dilakukan dengan perbandingan 85%
metakaolin:15% TiO2 dengan bobot total 2.0 gram. Penambahan TiO2 ini untuk
memanfaatkan sifat fotokatalis TiO2 sehingga dihasilkan material yang bersifat
adsorben-fotokatalis. Sintesis nanokomposit zeolit/TiO2 menggunakan NaOH dan
Na2SiO3 pada kondisi sintesis sama seperti sintesis zeolit X yang telah dijelaskan
diatas.
Pencirian Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO2 dengan XRD
Pencirian zeolit dan nanokomposit zeolit/TiO2 dengan teknik difraksi sinarX pada kondisi sebagai berikut: atom target Cu, panjang gelombang 1.5406 Å,
voltase 40 kV, dan arus 30 mA. Proses pemindaian pada rentang sudut 5-80º.
Difraksi sinar X digunakan untuk mengidentifikasi jenis mineral zeolit yang
terkandung dan kristalinitasnya. Puncak difraksi yang didapatkan dari data
pengukuran dicocokkan dengan standar difraksi sinar X, yaitu JCPDS ( Joint
Commited on Powder Difraction Standards). Hasil XRD sampel zeolit
ditunjukkan pada Gambar 4.
Sampel A
Zeolit NaP1
Sampel B
= Zeolit P1
= Zeolit X
= Faujasite
Gambar 4 Difraktogram sampel zeolit A dan B
10
Hasil XRD sampel A menunjukkan zeolit yang terbentuk merupakan zeolit
tipe NaP1, sedangkan sampel B terbentuk campuran zeolit, yaitu zeolit NaP1,
faujasite, dan zeolit X. Hasil XRD setiap sampel dianalisis dengan
membandingkan sudut 2θ sampel dengan 2θ pada data JCPDS (Lampiran 3).
Sampel B diperoleh zeolit X dengan pengotor zeolit lain. Hal ini disebabkan oleh
zeolit X yang bersifat tidak stabil secara termodinamika dibandingkan zeolit P dan
hidroksisodalit (Breck 1974).
Zeolit NaP1
TiO2,
anatase
Gambar 5 Difraktogram sampel nanokomposit zeolit/TiO2
Sintesis nanokomposit zeolit/TiO2 mengikuti kondisi pada sintesis sampel
zeolit A. Hal ini dilakukan karena pada kondisi tersebut menghasilkan zeolit yang
lebih murni tanpa adanya campuran zeolit lain, yaitu zeolit NaP1. Pola difraksi
sampel nanokomposit zeolit/TiO2 pada Gambar 5 menunjukkan bahwa jenis zeolit
yang diperoleh adalah zeolit NaP1 dan sudut 2θ TiO2 di 25.3353. Data sudut 2θ
nanokomposit zeolit/TiO2 dan JCPDS ditunjukkan pada Lampiran 4. Keberadaan
TiO2 pada difraktogram di atas dapat disimpulkan bahwa sintesis nanokomposit
zeolit/ TiO2 berhasil.
Pencirian Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO2 dengan SEM
Hasil mikroskop pemindai elektron (SEM) pada Gambar 6 adalah jenis
mikroskop elektron yang gambar permukaan sampel dipindai dengan
menggunakan sinar elektron berenergi tinggi dalam pola pemindai pixel. SEM
digunakan untuk mengetahui struktur mikro suatu material meliputi tekstur,
morfologi, komposisi, dan informasi kristalografi permukaan sampel. Hasil SEM
sampel A dan B ditunjukan pada Gambar 6.
11
Sampel A
Zeolit NaP1
Sampel B
Zeolit NaP1
Zeolit
X/
Faujasite
Gambar 6 Hasil analisis SEM sampel A dan B
12
Hasil analisis SEM sampel A dengan perbesaran 2500x menunjukkan
bentuk partikel zeolit jenis P1 dengan bentuk partikel yang bulat dan kisaran
diameter partikel 1-10 µm, sedangkan sampel B dengan perbesaran 1000x
menunjukkan adanya campuran jenis zeolit. Hal ini terlihat dari bentuk partikel
yang berbeda-beda. Hasil SEM sampel B sesuai dengan hasil analisis XRD yang
menyatakan terdapatnya campuran zeolit pada sampel tersebut seperti zeolit X,
zeolit NaP1, dan faujasite. Zeolit X dan faujasite memiliki bentuk partikel/
framework yang sama, sedangkan zeolit NaP1 memiliki bentuk partikel yang
bulat.
A
B
Gambar 7 Hasil SEM (A) zeolit dan (B) nanokomposit zeolit/TiO2
13
Perbedaan hasil SEM sampel zeolit dengan dan tanpa penambahan TiO2
ditunjukan pada Gambar 7. Hasil SEM zeolit dan nanokomposit zeolit/TiO2
menunjukkan bahwa dengan penambahan TiO2 mengubah permukaan dan poripori zeolit, terlihat dari hasil SEM nanokomposit zeolit/TiO2 yang memiliki poripori lebih besar. Hal ini disebabkan oleh pergantian kation logam yang berukuran
kecil (Na+) dengan kation logam yang diameternya lebih besar (Ti2+) sehingga
pori tersebut mengembang. Melalui teknik ini porositas zeolit akan menjadi besar,
dan oksida-oksida logam (TiO2) sebagai agen pemilar dapat digunakan untuk
katalis (Desfita 2009). Ukuran partikel dari sampel nanokomposit zeolit/TiO2
yang disintesis ini tidak menunjukkan ukuran nano, yaitu sekitar 9 µm tetapi
sampel ini dapat dikatakan sebagai nanokomposit karena TiO2 itu sendiri sudah
berukuran nanometer, sekitar 7 nm.
Pengaruh Konsentrasi NaOH terhadap Kristalinitas Zeolit
Sintesis zeolit pada penelitian ini menggunakan pelarut NaOH atau pada pH
basa karena pada pH tersebut di dalam larutan akan terjadi polimerisasi ion-ion
pembentuk zeolit. Sintesis suatu zeolit dipengaruhi oleh ion-ion yang ada dalam
campuran tersebut. Pada pH > 6 terbentuk anion Al(OH4)- atau AlO2- yang
merupakan anion pembentuk zeolit yang berasal dari sumber alumina. Hal ini
akan berbeda jika larutan dalam keadaan asam, yaitu pada pH 1 sampai pH 4,
karena spesies Al yang dominan adalah [Al(H2O)6]3+. Keberadaan kation tersebut
akan menghambat pembentukan kerangka aluminosilikat dari zeolit. Kerangka
zeolit juga dipengaruhi oleh keberadaan anion dari silikat. Pada pH > 12, akan
terbentuk ion Si(OH)4- yang merupakan ion utama dalam pembentukan kerangka
zeolit (Hamdan 1992).
Variasi konsentrasi NaOH yang digunakan, yaitu 1.5 N dan 2.5 N. Variasi
konsentrasi ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh perubahan konsentrasi
NaOH terhadap kristalinitas zeolit yang diperoleh (Lampiran 5). Pengaruh
konsentrasi NaOH terhadap kristalinitas zeolit sintetis ditunjukkan pada Tabel 3.
Tabel 3 Pengaruh konsentrasi NaOH terhadap kristalinitas zeolit
Perlakuan
Sampel
Kristalinitas (%)
Metakaolin (g)
NaOH (N)
Sampel A
2.0
1.5
50.62
Sampel B
2.0
2.5
75.40
Kristalinitas sampel A dengan konsentrasi NaOH 1.5 N, yaitu 50.62% dan
75.40% sampel B dengan konsentrasi NaOH 2.5 N. Hal ini menunjukkan bahwa
peningkatan konsentrasi NaOH menyebabkan kristalinitas zeolit yang diperoleh
meningkat. Konsentrasi NaOH mempengaruhi laju kristalisasi zeolit. Peningkatan
konsentrasi NaOH menyebabkan jumlah Si dan Al terlarut meningkat sehingga
laju kristalisasi zeolit juga meningkat (Wijaya 2002).
Penentuan Panjang Gelombang Maksimum
Penentuan panjang gelombang maksimum larutan standar BM (0.5; 1.0; 1.5;
2.0; 2.5; dan 3.0 mg/l) dilakukan pada konsentrasi 2.0 mg/l agar konsentrasi analat
yang kecil dan besar dapat dibaca. Pengukuran dilakukan pada panjang
gelombang maksimum karena pada panjang gelombang maksimum respon
sinyal/absorbans berada dalam kondisi maksimum sehingga akan memiliki
14
sensitivitas yang baik dan limit deteksi yang rendah serta mengurangi kesalahan
dalam pengukuran. Panjang gelombang maksimum yang diperoleh adalah 664.5
nm (Lampiran 6) dan persamaan garis kurva standar biru metilena adalah
y=0.2914x-0.0994 dengan R = 0.9930 R2 = 0.9861.
Uji Adsorpsi Biru Metilena oleh Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO2
Zeolit hasil sintesis kemudian diuji kemampuannya sebagai adsorben dalam
menjerap zat warna. Zat warna yang digunakan adalah biru metilena. Biru
metilena digunakan karena interaksinya dengan air akan menghasilkan ion dari
biru metilena yang bermuatan positif, sedangkan zeolit memiliki muatan negatif
akibat substitusi ion Al3+ terhadap Si4+ dalam struktur jaringannya dan dinetralkan
dengan kation alkali atau alkali tanah. Kation-kation ini dapat dipertukarkan
dengan kation biru metilena sehingga biru metilena terjerap. Larutanbiru metilena
dibuat dengan berbagai variasi konsentrasi untuk mengetahui kapasitas adsorpsi
terbesar dari zeolit. Larutan biru metilena dikocok bersama-sama dengan zeolit,
agar adsorben dapat tersebar secara merata disetiap bagian dengan harapan dapat
menjerap zat warna dengan sempurna dan dapat menghasilkan daya adsorpsi yang
maksimum. Setelah tercapai kesetimbangan, zat yang tidak teradsorpsi dipisahkan
dari adsorben dengan sentrifuga, kemudian konsentrasi sisa larutan biru metilena
diukur dengan spektrofotometer UV-Vis di λ maksimum 664.5 nm. Data
penentuan kapasitas adsorpsi zeolit dan nanokomposit zeolit/TiO2 ditunjukkan
pada Lampiran 7-9.
Variasi konsentrasi larutan biru metilena yang digunakan untuk uji adsorpsi
zeolit dan nanokomposit zeolit/TiO2, yaitu 75. 100, 150, 200, dan 300 mg/l.
Konsentrasi biru metilena terbesar yang diadsorpsi oleh zeolit dan nanokomposit
zeolit/TiO2 adalah pada konsentrasi awal BM 300 mg/l, yaitu sebesar 152.505
mg/l untuk sampel zeolit A, 149.259 mg/l untuk sampel zeolit B dan
nanokomposit zeolit/TiO2 sebesar 143.240 mg/l.
Penentuan kapasitas adsorpsi sampel zeolit A, B, dan nanokomposit
zeolit/TiO2 terbesar terjadi pada konsentrasi awal BM 300 mg/l, yaitu berturutturut sebesar 45.71; 43.14; 43.01 mg/l. Hal ini sesuai dengan pernyataan
Mouzdahir et al. (2007), bahwa kapasitas adsorpsi meningkat seiring dengan
meningkatnya konsentrasi awal larutan biru metilena. Semakin besar konsentrasi
awal biru metilena yang diberikan maka semakin besar pula molekul biru
metilena yang terjerap oleh sampel zeolit. Hal ini terjadi apabila keberadaan tapak
aktif sampel untuk menjerap zat warna masih memungkinkan untuk menjerap
larutan biru metilena.
Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi adalah hubungan kesetimbangan antara konsentrasi
adsorbat dalam fluida dan dalam permukaan adsorben pada suhu tertentu. Pada
penelitian ini, adsorpsi biru metilena oleh zeolit dan nanokomposit diuji dengan
dua persamaan, yaitu persamaan Freundlich dan Langmuir (Lampiran 10-12).
Nilai kuadrat terkecil (R2) isoterm adsorpsi yang diperoleh pada zeolit A, B, dan
nanokomposit zeolit/TiO2 ditunjukkan pada Tabel 4.
15
Tabel 4 Nilai kuadrat terkecil (R2) isoterm adsorpsi biru metilena
Sampel
Isoterm
Langmuir
Zeolit A
Freundlich
Langmuir
Zeolit B
Freundlich
Langmuir
nanokomposit Zeolit/TiO2
Freundlich
R2
0.9799
0.9890
0.9626
0.9874
0.9686
0.9651
Nilai kuadrat terkecil (R2) dari kedua persamaan tersebut, yaitu Langmuir
dan Freundlich yang memiliki nilai R2 yang paling besar atau mendekati satu
merupakan kurva yang paling sesuai. Berdasarkan nilai kuadrat terkecil (R2),
adsorpsi biru metilena oleh sampel zeolit A dan B mengikuti persamaan
Freundlich, sedangkan nanokomposit mengikuti persamaan Langmuir (Tabel 4).
Dengan demikian, dapat diasumsikan bahwa sampel zeolit A dan B memiliki
pusat-pusat aktif adsorben heterogen dan adsorbat membentuk lapisan
multimolekuler pada permukaan adsorben, sedangkan nanokomposit zeolit/TiO2
mengikuti persamaan Langmuir, dimana proses adsorpsi terjadi membentuk satu
lapisan dan memiliki pusat-pusat aktif yang identik (Edwin et al 2005).
Uji Fotodegradasi
Fotodegradasi merupakan proses penguraian suatu senyawa (biasanya
senyawa organik) dengan bantuan energi cahaya (foton). Fotodegradasi biasanya
memerlukan fotokatalis, yang umumnya merupakan bahan semikonduktor, salah
satunya adalah TiO2. Uji fotodegradasi ini dilakukan pada sampel nanokomposit
zeolit/TiO2, zeolit, dan TiO2 terhadap zat warna biru metilena dengan perlakuan
tanpa dan dengan disinari sinar UV. Serbuk TiO2 yang digunakan adalah titanium
oksida anatase P 25. Setiap sampel tersebut disinari lampu UV pada λ 365 nm
selama 6 jam, karena pada panjang gelombang tersebut energi foton mampu
mengeksitasi elektron pada pita valensi dari TiO2 anatase yang memiliki bandgap
λ< 385 nm ke pita konduksi yang menyebabkan timbulnya lubang elektron pada
pita valensi dan elektron di pita konduksi. Kemudian hole (H+) bereaksi dengan
pelarut membentuk radikal OH yang merupakan oksidator kuat, sedangkan
elektron pada pita konduksi akan bereaksi dengan oksigen di lingkungan
menghasilkan radikal superoksida (O2-) yang bersifat reduktor. Radikat-radikal
tersebut bersifat aktif dan dapat terus terbentuk sehingga bereaksi dan
menguraikan senyawa organik target (Fatimah et al 2006). Setelah penyinaran
selesai, dilakukan pengukuran serapan filtrat masing-masing sampel tersebut
dengan spektrofotometer UV-Vis pada λ 200-700 nm. Mekanisme reaksi yang
terjadi pada proses fotodegradasi dengan TiO2 adalah sebagai berikut:
TiO2 + UV
TiO2 (e- + h+)
+
TiO2 (h ) + H2O
TiO2 + ˙OH + H+
TiO2 (e-) + O2
TiO2 + ˙O2zat warna + ˙O2
produk degradasi
16
Nanokomposit zeolit-TiO2 hasil sintesis dapat berperan sebagai fotokatalis
dengan bantuan sinar UV seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8. Hal ini
dibuktikan dari memudarnya warna biru metilena yang teradsorpsi pada sampel
nanokomposit zeolit-TiO2 setelah disinari sinar UV, sedangkan pada sampel
nanokomposit yang tidak disinari UV, tidak terjadi proses fotodegradasi
melainkan hanya terjadi proses adsorpsi, karena TiO2 tidak aktif menguraikan
senyawa organik tanpa adanya sinar UV (foton) untuk membentuk radikal (•OH-)
atau (•O2-).
A
Zeolit
B
Zeolit
TiO2
Nanokomposit
TiO2
Nanokomposit
Gambar 8 Hasil uji fotodegradasi (A) tanpa penyinaran UV, (B) dengan
penyinaran UV selama 6 jam
Adanya aktivitas fotokatalisis juga dapat dilihat dengan membandingkan
serapan sinar UV pada filtrat nanokomposit yang diberi perlakuan dengan dan
tanpa penyinaran sinar UV (Gambar 9). Hasil serapan filtrat setiap sampel dalam
uji fotokatalis ditunjukkan pada Lampiran 13.
17
Gambar 9 Serapan filtrat nanokomposit zeolit/TiO2 (
) dengan dan (
tanpa penyinaran UV dan (
) larutan biru metilena
)
Serapan filtrat nanokomposit tanpa perlakuan penyinaran masih
menunjukkan adanya serapan biru metilena yang ditunjukkan dengan λ
maksimum sebesar 663 nm yang merupakan λ khas dari larutan biru metilena,
sedangkan serapan filtrat nanokomposit dengan penyinaran UV sudah tidak
menunjukkan adanya serapan biru metilena yang ditunjukkan dengan munculnya
puncak baru dengan λ maksimum sebesar 607.5 nm. Maka dapat disimpulkan
bahwa aktivitas fotokatalis ini dapat terlihat dari perubahan warna sampel
nanokomposit menjadi tidak berwarna yang menghasilkan senyawa baru yang
lebih sederhana dan terjadi penurunan panjang gelombang (λ) serapan. Senyawa
baru ini tidak diketahui identitasnya.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Zeolit X berhasil disintesis pada penambahan NaOH 2.5 N dalam campuran
mekaolin dan natrium silikat sebagai sumber silika lain, tetapi terdapat campuran
zeolit lain, yaitu zeolit NaP1 dan faujasite sedangkan pada konsentrasi NaOH 1.5
N diperoleh zeolit NaP1. Selain itu, nanokomposit zeolit-TiO2 telah berhasil
disintesis dan terbukti mempunyai kemampuan menjerap dan mendegradasi zat
warna biru metilena dengan bantuan sinar UV (foton). Adsorpsi biru metilena
oleh zeolit mengikuti isoterm Freundlich, sedangkan nanokomposit zeolit/TiO2
mengikuti isoterm Langmuir.
18
Saran
Perlu dilakukan metode atau variasi konsentrasi NaOH, dan waktu reaksi
yang lebih lama agar diperoleh zeolit X tanpa campuran zeolit lain. Selan itu,
dilakukan variasi konsentrasi silika lain yang sesuai dengan nisbah Si/Al zeolit X
serta dapat menggunakan sumber sillika alternatif lain sebagai sumber silika
tambahan untuk mensintesis zeolit X.
DAFTAR PUSTAKA
Aina H, Nuryono, Tahir I. 2007. Sintesis aditif β-Ca2SiO4 dari abu sekam padi
dengan variasi temperatur pengabuan. [skripsi]. Yogyakarta: Fakultas
MIPA Universitas Gadjah Mada.
Atkins PW. 1999. Kimia Fisik. Penerjemah: Irma IK. Jakarta: Erlangga.
Terjemahan dari: Physical Chemistry.
Bakri R, Utari T, Puspita IS. 2008. Kaolin sebagai sumber SiO2 untuk pembuatan
katalis Ni/SiO2: karakterisasi dan uji katalis pada hidrogen benzena
menjadi sikloheksana. MAKARA SAINS. 12:37-43
Bekkum VH, Jansen JC, Flanigen EM. 1991. Zeolite and molecular sieves: an
historical perspective. Introduction to zeolite science and practice. 58:1333. doi: http://dx.doi.org/10.1016/S0167-2991(08)63599-5
Breck DW. 1974. Zeolite Molecular Sieve: Structure Chemistry and Use. New
York: Wiley.
Desfita. 2009. Pembuatan fotokatalis TiO2-bentonit dan aplikasinya pada
penguraian selektif zat warna polutan yang diaktivasi dengan sinar
matahari. [skripsi]. Padang: Universitas Andalas.
Edwin E, Sherliy, Syarifuddin, Paulina T. 2005. Pemanfaatan karbon aktif
tempurung kenari sebagai adsorben fenol dan klorofenol dalam perairan.
Marina Chimica Acta. 6:9-15.
Efinov AM, Pogareva VG, Shashkin. 2003. Water-related Bands in Absorption
Spectra Of silicate Glasses. Journal of Non Crystaline Solid 332:93-114.
doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2003.09.020
Ekosse GE. 2005. Fourier transform infrared spectrophotometry and x-ray powder
diffractometry as complementary technique in characterizing clay size
fraction of kaolin. J Appl Sci Enviro Mgt 9:43-48.
Fatimah I, Sugiharto E, Wijaya K, Tahir I, dan Kamalia. 2006. Titan dioksida
terdispersi pada zeolit alam (TiO2/Zeolit) dan aplikasinya untuk
fotodegradasi Congo Red. Indo J Chem 69: 38-42.
Hamdan H. 1992. Introduction to zeolites: synthesis, characterization and
modification. Kuala Lumpur: Universitas Teknologi Malaysia.
Hediana Nova. 2011. Sintesis, pencirian, dan uji fotodegradasi nanokomposit
sodalit/TiO2 terhadap zat warna biru metilena. [skripsi]. Bogor: Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor.
Hikmawati. 2010. Produksi bahan semikonduktor silikon dari silika limbah arang
sekam padi sebagai alternatif sumber silikon. [tesis]. Bogor: Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor.
19
Kalapathy U, Proctor A, Shults J. 2000. A simple method for production of pure
silica from rice hull ash. Bioresource Technology. 73: 257-262. doi:
http://dx.doi.org/10.1016/S0960-8524(99)00127-3
MacDonald SA, Schardt CR, Masiello DJ,Simmons JH. 2000. Dispersion
Analysis Of FTIR Reflection Measurements in Silicate Glasses. J Of NonCrystaline material 275:72-82. doi: 10.1016/S0022-3093(00)00121-6
Maria EU, Alifia FY, Istadi. 2006. Optimasi pembuatan katalis zeolit x dari tawas,
NaOH, dan waterglass, dengan response surface methodology. Bull Chem
React Eng & Catal. 1:26-32.
Mitra GB, Bhattacherjee. 1969. X-Ray difraction studies on the transformation of
kaolinite into metakaolin: I. Variability of interlayer spacings. Am
Mineralogist. 54.
Mouzdahir Y, Elmchaouri A, Mahboub R, Gil A, Korili SA. 2007. Adsorption of
methylene blue from aqueous solution on a moroccan clay. J Chem Eng
52:1621-1625. doi: 10.1021/je700008g
Mufrodi Z, Sutrisno B, Hidayat A. 2010. Modifikasi limbah abu layang sebagai
material baru adsorben. Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia;
Yogyakarta, 26 Januari 2010. Yogyakarta: hlm 1-6.
Muljiyanti DR, Nuryono, Kunarti ES. 2010. Sintesis dan karakterisasi silika gel
dari abu sekam padi yang dimobilisasi dengan 3-(trimetoksisilil)-1propantiol. [tesis]. Yogyakarta: Sekolah Pasca Sarjana Universitas Gadjah
Mada Yogyakarta.
Murray HH. 2000. Traditional and new applications for kaolin, smectit, and
polygorskite: A general oview. Appl Clay Sci. 17:207-221. doi:
10.1016/S0169-1317(00)00016-8.
Pham TH, Brindley GW. 1970. Methylene blue absorption by clay mineral
determination of surface areas and cation exchange capacities (ClayOrganic studies XVIII). Clays and Clay Mineral 18:203-212. doi:
10.1346/CCMN.1970.0180404
Sriyanti, Taslimah, Nuryono, dan Narsito. 2005. Sintesis bahan hibrida aminosilika dari abu sekam padi melalui proses sol-gel. JKSA 8.
Supeno M. 2007. Bentonit alam terpilar sebagai material katalis/co-katalis
pembuatan gas hidrogen dan oksigen dari air. [tesis]. Medan: Sekolah
Pascasarjana Universitas Sumatra Utara.
Thammavong S. 2003. Studies of synthesis, kinetics, and particle size of zeolite X
from Narathiwat kaolin. [tesis]. Suranaree: Degree of Master of Science in
Chemistry, Suranaree University of Technology.
Umah S. 2010. Kajian Penambahan Abu Sekam Padi dari Berbagai Suhu
Pengabuan Terhadap Plastisitas Kaolin [skripsi]. Malang: Fakultas Sains
dan Teknologi Universitas Islam Negeri Maulana Malik Ibrahim.
Utubira Y, Wijaya K, Triyono, dan Sugiharto E. 2006. Preparasi dan karakterisasi
TiO2-zeolit serta pengujiannya pada degradasi limbah industri tekstil
dengan bantuan radiasi sinar ultra violet. Indo J Chem. 6:231-237.
Wijaya K. 2002. Multifuction of layered and porous material.. Indo J Chem
2:142-154.
Wijaya K dan Fatimah I. 2005. Sintesis TiO2/ zeolit sebagai fotokatalis pada
pengolahan limbah cair industri tapioka secara adsorpsi-fotodegradasi.
TEKNOIN 10(4): 257-267.
20
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Sekam
Padi
Kaolin
Kalsinasi 700ºC
selama 6 jam
Metakaolin
+NaOH 1.5 N & 2.5 N
Dcuci
Dibakar
+Na2SiO3 10%
Arang sekam padi
600ºC selama 2 jam
Abu sekam padi
+NaOH 4 M (Stokiometri)
lebur 500ºC
selama 30 menit
Na2SiO3
FTIR &
EDX
Zeolit-X
Karakterisasi
XRD & SEMEDX
Metakaolin:TiO2 85% : 15%
NaOH 1.5N
+Na2SiO310%
Nanokomposit
zeolit/TiO2
Zeolit 0.05 g
15 ml lar. BM (50, 100, 150, 200, 300 mg/l)
Shaker 2 jam, sentrifuge
Penentuan kapasitas adsorpsi zeolit
& nanokomposit zeolit/TiO2
Nanokomposit Zeolit/TiO2 0.1 g
15 ml lar. BM 12.5 mg/l
UV 365 nm selama 6 jam
Uji fotodegradasi
nanokomposit zeolit/TiO2
Spektrofotometer
UV-Vis
21
Lampiran 2 Hasil analisis EDX sampel Kaolin
22
Lampiran 3 Data sudut 2θ sampel zeolit dan JCPDS
Sampel Zeolit A
2θ°
Intensitas
12.5121
17.7056
21.7062
28.1218
33.3606
61
58
79
210
83
2θ°
12.465
17.664
21.675
28.095
33.383
Data JCPDS-ICDD
Intensitas
No. JCPDS
795
39-0219
480
39-0219
647
39-0219
999
39-0219
604
39-0219
Jenis Zeolit
P1, (Na)
P1, (Na)
P1, (Na)
P1, (Na)
P1, (Na)
Sampel Zeolit B
2θ°
Intensitas
12.4947
15.5419
17.6790
20.1910
21.5326
23.4401
26.7760
28.0598
29.3757
30.4617
31.1004
32.1566
37.5227
33
102
33
71
33
192
140
97
45
76
168
90
48
2θ°
12.465
15.464
17.664
20.089
21.675
23.360
26.706
28.095
29.301
30.390
31.041
32.080
37.424
Data JCPDS-ICDD
Intensitas
No. JCPDS
795
39-0219
18
38-0237
480
39-0219
9
38-0237
647
39-0219
21
38-0237
18
38-0237
999
39-0219
40
12-0246
40
12-0246
80
12-0246
40
12-0246
40
12-0246
Jenis Zeolit
P1, (Na)
X, (Na)
P1, (Na)
X, (Na)
P1, (Na)
X, (Na)
X, (Na)
P1, (Na)
Faujasite
Faujasite
Faujasite
Faujasite
Faujasite
Lampiran 4 Data sudut 2θ sampel nanokomposit zeolit/TiO2 dan JCPDS
2θ°
Intensitas
12.4822
17.6940
21.6656
28.1188
33.3789
25.3353
32
33
37
108
42
22
2θ°
12.465
17.664
21.675
28.095
33.383
25.301
Data JCPDS-ICDD
Intensitas
No. JCPDS
795
39-0219
480
39-0219
647
39-0219
999
39-0219
604
39-0219
100
18-1170
Jenis Zeolit
P1, (Na)
P1, (Na)
P1, (Na)
P1, (Na)
P1, (Na)
TiO2 anatase
23
Lampiran 5 Kristalinitas sampel zeolit sintetis
Sampel A
Sampel B
24
Lampiran 6
Penentuan panjang gelombang maksimum larutan standar biru
metilena
λmaks 664.5 nm
Lampiran 7 Kapasitas adsorpsi sampel zeolit A terhadap larutan biru metilena
Bobot
zeolit (g)
0.0499
0.0500
0.0500
0.0501
0.0500
0.0500
0.0500
0.0500
0.0501
0.0500
Co
(ppm)
75
75
100
100
150
150
200
200
300
300
Adsorbans
0.167
0.183
0.116
0.115
0.238
0.236
0.147
0.144
0.115
0.116
Ce
(ppm)
52.14
50.77
63.04
63.21
92.10
92.45
115.44
116.47
152.85
152.16
FP
25
25
50
50
50
50
100
100
200
200
Ct
(ppm)
22.86
24.23
36.96
36.79
57.90
57.55
84.56
83.53
147.15
147.84
Q
(mg/g)
15.67
15.23
18.91
18.93
27.63
27.73
34.63
34.94
45.76
45.65
Rerata Q
(mg/g)
15.45
18.92
27.68
34.79
45.71
25
Lampiran 8 Kapasitas adsorpsi sampel zeolit B terhadap larutan biru metilena
Bobot
zeolit (g)
0.0500
0.0499
0.0500
0.0500
0.0500
0.0500
0.0501
0.0501
0.0499
0.0502
Co
(ppm)
75
75
100
100
150
150
200
200
300
300
Adsorbans
0.217
0.231
0.147
0.144
0.272
0.265
0.180
0.173
0.125
0.131
Ce
(ppm)
47.85
46.65
57.72
58.24
86.27
87.47
104.12
106.52
145.98
141.87
FP
25
25
50
50
50
50
100
100
200
200
Ct
(ppm)
27.15
28.35
42.28
41.76
63.73
62.53
95.88
93.43
154.02
158.13
Q
(mg/g)
14.36
14.02
17.32
17.47
25.88
26.24
31.17
31.89
43.88
42.39
Rerata Q
(mg/g)
14.19
17.39
26.06
31.53
43.14
Lampiran 9 Kapasitas adsorpsi nanokomposit zeolit/TiO2 terhadap larutan biru
metilena
Bobot
zeolit (g)
0.0502
0.0502
0.0500
0.0502
0.0501
0.0500
0.0502
0.0500
0.0500
0.0499
Co
(ppm)
75
75
100
100
150
150
200
200
300
300
Adsorbans
0.146
0.135
0.099
0.105
0.210
0.209
0.167
0.173
0.125
0.133
Ce
(ppm)
53.95
54.89
65.96
64.93
96.91
97.08
108.58
106.52
145.98
140.49
FP
25
25
50
50
50
50
100
100
200
200
Persamaan garis kurva standar biru metilena:
y = 0.2914x – 0.0994
R = 0.9930 R2 = 0.9861
Contoh perhitungan:
Kapasitas adsorpsi (Q)
Q=
Ct
(ppm)
21.05
20.11
34.04
35.07
53.09
52.92
91.42
93.48
154.02
159.51
Q
(mg/g)
16.12
16.40
19.79
19.40
29.01
29.12
32.44
31.96
43.80
42.23
Rerata Q
(mg/g)
16.26
19.59
29.07
32.20
43.01
26
Lampiran 10 Isoterm adsorpsi sampel zeolit A terhadap larutan biru metilena
Co
(mg/l)
Ce
(mg/l)
Ct
(mg/l)
Bobot
(g)
75
100
150
200
300
51.46
63.13
92