2.4. Zeolit 2.4.1. Teori Zeolit
Kata zeolit berasal dari kata Yunani, zein yang berarti membuih dan lithos
yang berarti batu. Nama ini sesuai dengan sifat zeolit yang akan membuih bila dipanaskan pada suhu 100°C. Zeolit pertama kali ditemukan pada tahun 1756 oleh
Axel Cronstedt seorang ahli mineral dari Swedia. Jenis mineral yang ditemukan adalah stilbit Na
2
Ca
4
[Al
10
Si
26
O
72
].34H
2
O. Menurut penelitian yang dilakukan Cronstedt, mineral ini akan mendidih apabila dipanaskan, hal ini disebabkan oleh
proses dehidrasi dari mineral tersebut. Di Indonesia zeolit ditemukan pada tahun 1985 oleh Pusat Pengembangan Teknologi Mineral PPTM Bandung dalam
jumlah besar. Penyebaran zeolit terdapat di beberapa daerah, terutama di pulau Sumatera dan Jawa.
2.4.2. Struktur Zeolit
Si Al
-
Atom O
Gambar 1. Struktur Kerangka Penyusun Zeolit
Kerangka dasar struktur zeolit terdiri dari unit-unit tetrahedral [AlO
4
]
-
dan [SiO
4
] yang saling berhubungan melalui atom O Barrer, 1987. Struktur kristal zeolit membentuk suatu kerangka tetrahedron berantai dalam bentuk tiga dimensi.
Pada kristal zeolit, kedudukan atom pusat tetrahedron ditempati oleh atom Si dan
16
Al, sedangkan atom-atom oksigen berada pada sudut-sudutnya. Rumus empiris komposisi zeolit dapat dinyatakan sebagai berikut:
M
xn
[AlO
2 x
SiO
2 y
].wH
2
O
M = Kation alkalialkali tanah n = Valensi kation M alkalialkali tanah
x, y = Jumlah tetrahedral per unit sel w = Jumlah molekul air per unit sel
Kedudukan atom Al dalam posisi tetrahedra memerlukan tambahan muatan positif sebagai penetral muatan listrik, seperti kation logam alkali atau
alkali tanah. Keadaan seperti ini yang menyebabkan zeolit dapat bersifat sebagai penukar kation. Sedangkan pori-pori yang terdapat di dalam struktur kristal zeolit
diisi oleh molekul air. Pada umumnya pori-pori tersebut mencapai 20 – 30 dari total volume kristalnya. Secara garis besar, struktur zeolit dibangun dalam tiga
bagian utama, yaitu: a.
Unit bangun primer TO
4
, yaitu tetrahedron dari empat oksigen dengan atom pusat tetrahedron T adalah Si
4+
dan Al
3+
. Semua atom oksigen berada di antara dua tetrahedron.
b. Unit bangun sekunder, yaitu susunan tetrahedron yang membentuk cincin,
seperti cincin tunggal berbentuk segi empat, segi enam, segi delapan, atau kubus, prisma heksagonal, atau gabungan dari dua cincin segi empat.
c. Polihedra besar yang simetri dan tersusun membentuk oktahedra atau lebih.
17
2.4.3. Sifat – sifat Zeolit
a Dehidrasi Sifat dehidrasi zeolit berpengaruh terhadap sifat serapannya. Keunikan
zeolit terletak pada struktur porinya yang spesifik. Pada zeolit alam di dalam pori- porinya terdapat kation-kation atau molekul air. Pori-pori zeolit akan semakin
terbuka bila zeolit dipanaskan. Keadaan seperti ini akan memungkinkan zeolit dapat menyerap molekul-molekul yang mempunyai jari-jari lebih kecil dari pori-
pori zeolit tersebut. Kandungan air yang terperangkap di dalam rongga zeolit biasanya berkisar antara 10 – 35 berat zeolit Suhala, et al, 1997.
b Penyerapan Zeolit digunakan sebagai bahan penyerap karena sifatnya yang selektif dan
mempunyai kapasitas tukar kation yang cukup tinggi. Zeolit dapat memisahkan molekul-molekul berdasarkan ukuran dan bentuk struktur kristal zeolit. Bila zeolit
dipanaskan maka air yang terkandung di dalamnya akan menguap. Zeolit yang telah dipanaskan dapat berfungsi sebagai penyerap gas atau cairan Khairinal,
2000. Jika beberapa molekul memasuki sistem pori zeolit, salah satu molekul tersebut akan tertahan karena perbedaan kepolarannya. Mekanisme penyerapan
dengan zeolit dapat dilakukan dengan tiga cara, yaitu penyerapan fisik, penyerapan kimia, atau gabungan dari keduanya penyerapan fisik dan kimia.
Penyerapan tersebut bergantung kepada sifat unsur yang diserap, keasaman permukaan, kemampuan penukar kation zeolit, serta kelembaban sistem.
18
c Penukar Ion Kation-kation yang terdapat pada rongga zeolit berguna untuk menjaga
kenetralan zeolit. Kation-kation ini dapat bergerak bebas sehingga pertukaran kation yang terjadi tergantung dari ukuran dan muatan maupun jenis zeolitnya.
Sifat sebagai penukar ion dari zeolit antara lain tergantung dari sifat kation, suhu, dan jenis anion Bambang, 1998. Selain sebagai penukar kation, zeolit juga dapat
berfungsi sebagai penukar anion. Dalam hal ini, kedudukan dari gugus hidroksil OH
-
pada zeolit memegang peranan penting. Gugus hidroksil pada zeolit dapat dibentuk dengan metode deamonisasi melalui proses pertukaran ion NH
4+
pada zeolit.
d Katalis Zeolit sebagai katalis hanya mempengaruhi laju reaksi tanpa
mempengaruhi kesetimbangan reaksi. Katalis berpori dengan ukuran pori-pori tertentu akan memuat molekul yang lebih kecil tetapi mencegah molekul yang
lebih besar masuk. Sebagai katalis, zeolit mempunyai keistimewaan, yaitu lama pemakaian yang lebih panjang bila dibandingkan dengan bahan katalis lainnya.
e Penyaringpemisah Zeolit sebagai penyaring molekul maupun pemisah didasarkan atas
perbedaan bentuk, ukuran, dan polaritas molekul yang disaring. Sifat ini disebabkan karena zeolit mempunyai pori-pori yang cukup besar. Molekul yang
berukuran lebih kecil dari pori-pori zeolit dapat melintas sedangkan yang berukuran lebih besar dari pori-pori akan ditahan. Selektivitas molekuler seperti
19
ini disebut molecular sieve yang terdapat dalam substansi zeolit alam Bambang, 1998. Diameter pori-pori zeolit bervariasi sesuai dengan jenis zeolit, seperti yang
dapat dilihat pada tabel 4.
2.4.4. Jenis-jenis Zeolit
