DENGAN MENGGUNAKAN ZEOLIT ALAM LAMPUNG SEBAGAI PENUKAR KATION

PENGHILANGAN KESADAHAN AIR YANG MENGANDUNG ION

  2+

Ca DENGAN MENGGUNAKAN ZEOLIT ALAM LAMPUNG

SEBAGAI PENUKAR KATION

  

Atastina S.B,

Jurusan Teknik Gas dan Petrokimia

Fakultas Teknik – Universitas Indonesia

  

Kampus Baru UI, Depok 16424

Abstrak

  Pemanfaatan zeolit sebagai media filter sekaligus media adsorbsi merupakan terobosan baru

karena sumber daya alam I ndonesia memiliki kandungan zeolit yang banyak. Uji adsorbsi ion kalsium pada

zeolit menghasilkan kurva terobosan yang mengikuti S-Shape. Dari kurva terobosan tersebut dapat dilihat

zeolit mampu mengadsorbsi ion kalsium dari 1200 ppm hingga di bawah 500 ppm. Zeolit dengan unggun 5

cm mampu mengadsorbsi hingga 500 ppm, zeolit dengan unggun 10 cm mampu mengadsorbsi hingga 300

ppm, dan zeolit dengan unggun 15 cm mampu mengadsorbsi hingga 200 ppm. Dari kurva terobosan dapat

ditentukan kemampuan adsorbsi zeolit. Zeolit dengan unggun 5 cm mampu mengadsorbsi sebesar 10,83

mg ion Ca/ gr zeolit. Untuk zeolit dengan unggun 10 cm mampu mengadsorbsi ion Ca sebesar 6,25 mg ion

Ca/ gr zeolit dan untuk zeolit dengan unggun 15 cm mampu mengadsorsi sebesar 3,61 mg ion Ca/ gr zeolit.

Kapasitas adsorbsi tergantung pada jumlah massa zeolit dan temperatur adsorbsi. Zeolit dengan unggun

5cm (300 gr) memiliki kapasitas yang lebih tinggi daripada zeolit dengan unggun 10 cm (600 gr) dan zeolit

dengan unggun 15 cm (900gr) walaupun pada awal reaksi unggun zeolit 15 cm mampu mengadsorbsi

sampai 200 ppm.

  

Abst ract

The use of zeolite for medium of filtration and adsorption became interesting because of the large

amount of zeolite in I ndonesia. The adsorption performance of zeolite was indicated by the breakthrough

curve for each concentration of ion calcium. I t was show that zeolite could adsorb ion calcium

concentration from 1200 ppm to 500 ppm. Zeolit with 5 cm bed level could reach 500 ppm maximum of

adsorption, meanwhile the 10 cm bed of zeolite could reach 300 ppm dan the 15 cm could reach 200 ppm.

As many as 10,83 mg of Ca ion/ gr zeolite could be adsorbed by 5 cm bed of zeolite. With 10 cm bed level,

zeolite could adsorb 6,25 mg of Ca ion/ gr zeolite. With 15 cm bed level, zeolite could adsorb 3,61 mg of Ca

ion/ gr zeolite.The adsorption capacity of zeolite depended on its mass and the adsorption temperature. 5

cm bed of zeolit with 300 gr mass had higher capacity than the 10 cm (600 gr of mass zeolite) and 15 cm

ones (900 gr of mass zeolite), although in the first reaction as many as 200 ppm could be adsorbed by 15

cm bed of zeolite.

  dengan air itu, sedangkan banyaknya zat pengotor bergantung pada waktu kontaknya.

  PENDAHULUAN

  Bahan-bahan mineral yang dapat terkandung Air merupakan unsur penting dalam dalam air karena kontaknya dengan batu-batuan kehidupan. Hampir seluruh kehidupan di dunia terutama terdiri dari : kalsium karbonat (CaCO ),

  3 ini tidak terlepas dari adanya unsur air ini.

  magnesium karbonat (MgCO ), kalsium sulfat

  3 Sumber utama air yang mendukung kehidupan di

  (CaSO ), magnesium sulfat (MgSO ), dan

  4

  4

  bumi ini adalah laut, dan semua air akhirnya sebagainya. akan kembali ke laut yang bertindak sebagai

  Air yang banyak mengandung mineral “reservoir” atau penampung. Air dapat kalsium dan magnesium dikenal sebagai “air mengalami daur hidrologi. Selama menjalani sadah”, atau air yang sukar untuk dipakai daur itu air selalu menyerap zat-zat yang mencuci. Senyawa kalsium dan magnesium menyebabkan air itu tidak lagi murni. Oleh bereaksi dengan sabun membentuk endapan dan karena itu, pada hakekatnya tidak ada air yang mencegah terjadinya busa dalam air. Oleh karena betul-betul murni. senyawa-senyawa kalsium dan magnesium relatif

  Zat-zat yang diserap oleh air alam dapat sukar larut dalam air, maka senyawa-senyawa itu diklasifikasikan sebagai padatan terlarut, gas cenderung untuk memisah dari larutan dalam terlarut dan padatan tersuspensi. Pada umumnya, bentuk endapan atau presipitat yang akhirnya jenis zat pengotor yang terkandung dalam air menjadi kerak. bergantung pada jenis bahan yang berkontak

  Dengan cara-cara pengolahan yang kertas saring. Penyaringan dilakukan secara khusus, persediaan air tawar juga dapat diambil gravimetric. dari air laut atau air payau (brackish water).

  6. Kemudian bilas dengan aquades. Pembilasan Perbedaan utama antara air laut dan air tawar dilakukan sampai air bilasan yang terakhir

• sekitar 35.000 mg mineral per kg air, sedangkan Cl , menggunakan indikator AgNO .

  3

• kadar maksimum kalsium dalam air tawar adalah 7. pengeringan sampel yang telah bebas ion Cl

  o

  1000 mg per kg air. Oleh karena itu pengolahan di furnace pada temperatur 110 C selama 2 air laut dapat lebih kompleks dan lebih mahal. jam.

  Untuk memperoleh air bersih yang

  8. Sampel siap digunakan sebagai unggun layak konsumsi diperlukan suatu cara yang lebih filtrasi. baik. Salah satu metode yang banyak digunakan adalah filtrasi (penyaringan). Metode ini dapat diterapkan di daerah pedesaan yang berada di

  Pelaksanaan Penelitian tepi sungai ataupun sumber air lain.

  Kesadahan air dibuat dengan Media filter yang biasa digunakan melarutkan CaCl sebanyak 120 gram ke dalam

  2

  adalah pasir, kerikil, ijuk, arang dan zeolit. Di air 100 liter. Dalam air CaCl akan terionisasi

  2 Indonesia zeolit tampaknya belum mendapat 2+ - 2+

  menjadi Ca dan Cl . Ion Ca inilah yang akan perhatian yang memadai sebagai media filtrasi dikurangi konsentrasinya dalam air keluaran. air bersih. Padahal Indonesia secara geografis

  Dengan laju alir tetap sebesar 30 lt/jam, terletak pada jalur gunung berapi memiliki ketinggian unggun zeolit 20-30 mesh potensi zeolit yang cukup besar. Akan tetapi divariasikan 5 cm, 10 cm, 15 cm. Selama 1 jam tidak semua zeolit dapat digunakan sebagai air sadah dialirkan dan setiap 10 menit diambil media filter. Zeolit alam Lampung yang sampelnya untuk dianalisa dengan AAS di Lab. merupakan jenis zeolit klinoptilolit cocok

  TEL Jurusan TGP UI. Dalam penelitian ini tidak digunakan sebagai media filter. Zeolit alam dilakukan regenerasi zeolit. lampung yang telah dipreparasi dengan

  2+

  Pertukaran ion dapat dituliskan sebagai perlakuan tertentu dapat menyerap ion Ca berikut: penyebab kesadahan dalam air.

  NaZ + CaCl CaZ + 2 NaCl

  2 NaZ = Natrium -Zeolit

  CaZ = Calsium -Zeolit

PENELI TI AN

  Proses pertukaran ion berlangsung secara kontinyu dengan model aliran upflow

  Prosedur Preparasi Zeolit (dari atas ke bawah).

  Untuk memperoleh zeolit alam

  HASI L DAN PEMBAHASAN

  Lampung dengan komposisi kimia didominasi

• oleh kation Na dilakukan proses pemanasan, prosedurnya adalah:

  Kurva terobosan

  1. Serpihan zeolit diayak dengan siever Bentuk khas hasil adsorbsi dengan berukuran kurang lebih 20-30 mesh, untuk menggunakan unggun tetap beraliran kntinyu memperoleh butiran zeolit berukuran adalah berupa kurva terobosan. Kurva terobosan seragam. adalah kurva yang menunjukkan hubungan

  2. Timbang zeolit yang telah diayak masing- antara konsentrasi adsorbat keluaran kolom masing 800 gr adsorbsi terhadap waktu adsorbsi. Waktu

  3. Siapkan larutan garam NaCl 3 M sebanyak adsorbsi disini adalah waktu yang diukur pada 1600 ml, sesuai dengan perbandingan solid : interval tertentu selama terjadinya kontak antara liquid (zeolit : larutan garam ) yaitu 1: 2 [gr : adorbat dengan zeolit yang berlangsung secara ml]

  2+

  kontinyu. Kurva terobosan adsorbsi ion Ca

  4. Bahan-bahan yang telah disiapkan, hasil penelitian dapat dilihat pada gambar 1 dipanaskan pada temperatur yang diusahakan

  o

  konstan 100 C selama 4 jam, disertai dengan pengadukan.

  5. Setelah 4 jam, tuang zeolit yang telah dipanaskan ke corong-corong yang dilapisi

• . Dengan demikian terjadi pertukaran ion antara ion Na+ dari zeolit dan ion Ca

  Kapasitas Adsorbsi ion Ca terhadap waktu adsorbsi

  500 3,61 800 13,33 1000 30,56 unggun 15 cm ^{2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 2 0 4 0 6 0}

  900 22,50 1100 50,83 unggun 10 cm 1200 91,25

  600 10,83 900 43,33 1200 105,83 unggun 5 cm 1300 193,33 600 6,25

  Tabel 1. Kapasitas adsorbsi ion Ca pada zeolit zeolit C* (mg/lt) q* (mg ion Ca/gr zeolit)

  Dari gambar 2 terlihat pada kurva semakin lama semakin meningkat. Seharusnya kapasitas adsorbsi pada rentang waktu tertentu awalnya meningkat dan selanjutnya mencapai kesetimbangan (konstan). Hal ini disebabkan pengambilan sampel didasarkan pada waktu selama 60 menit sehingga tidak dapat diketahui sampai seberapa lama kondisi unggun akan jenuh. Akan tetapi dari hasil kurva terobosan dapat dilihat perkiraan kondisi unggun yang mencapai kejenuhan. Perbedaan ini disebabkan pada perhitungan kapasitas adsorbsi menggunakan satuan mg ion Ca/gr zeolit. Berdasarkan hal tersebut maka dimungkinkan untuk unggun 5 cm dengan berat 300 gram memiliki kapasitas terbesar zeolit dengan unggun 15 cm dengan berat 900 gram memiliki kapasitas adsorbsi terkecil. Hasil perhitungan kapasitas adsorbsi pada ketiga jenis unggun zeolit disajikan dalam tabel berikut.

  ^{350 300 250 200 150} 50 ¹⁰⁰ _{10 20 30 40 50 60} waktu (menit) q (mg ion Ca/gr zeolit) unggun zeolit 5 cm unggun 10 cm unggun 15 cm Gambar 2. Kapasitas adsorbsi ion Ca pada zeolit.

  menggunakan zeolit disajikan dalam

  2+

  Grafik hubungan q vs t untuk adsorbsi ion Ca

  Dari hasil kurva terobosan yang terbentuk pada gambar 1 dibuat suatu grafik yang menyatakan hubungan antara jumlah adsorbat yang terasorbsi (q) oleh zeolit terhadap waktu adsorbsi.

  2+ dari air.

  Gambar 1. Kurva terobosan ion Ca Dari gambar di atas nampak perbedaan kurva penyerapan ion Ca

  yang telah teradsorb dapat mengikat ion Na

  2+

  Dari fenomena yang ada, dalam penelitian ini adsorbsi yang terjadi adalah adsorbsi fisika di mana ion Ca

  Dalam literature tentang adsorbsi (Sundstrom,1979), konsentrasi suatu spesi yang diadsorb dalam effluent selama beberapa waktu pertama menunjukkan kecenderungan konstan. Setelah unggun mulai jenuh barulah konsentrasi spesi tersebut meningkat tajam. Pada kondisi ini kurva yang terjadi berbentuk huruf S. titik dimana konsentrasi dalam effluent mulai meningkat disebut titik tembus (break point) sedangkan kurvanya dinamakan kurva terobosan (breakthrough curve). Dalam percobaan ini terjadi kurva terobosan titik tembusnya.

  yang terendah adalah zeolit dengan unggun 10 cm. Seharusnya laju peningkatan yang terendah terjadi pada unggun zeolit 15 cm. Hal ini dapat terjadi disebabkan oleh perubahan laju alir ketika mengoperasikan percobaan pada unggun zeolit 15 cm, dimana laju alir telah berkurang karena jumlah air pada raw water berkurang sehingga tekanan airnya juga berkurang.

  2+

  . Akan tetapi laju peningkatan ion Ca

  2+

  . Proses adsorbsi yang paling baik terjadi pada zeolit dengan unggun 15 cm yang mencapai 200 ppm. Zeolit dengan unggun 10 cm mencapai 300 ppm, sedangkan zeolit dengan unggun 5 cm hanya mencapai 500 ppm. Dari sini terlihat semakin tinggi unggun zeolit makin rendah konsentrasi ion Ca

  2+

  w a k t u ( m e n i t ) konsentrasi (ppm) _{u n g g u n 5 c m u n g g u n 1 0 c m u n g g u n 1 5 c m}

  2+

  Tabel 2. Harga Konstanta Freundlich dan Langmuir Tipe isoterm Parameter Unggun Unggun Unggun isoterm 5 cm 10 cm 15 cm

  o

  3. Zeolit dengan tinggi unggun 15 cm memiliki kecenderungan yang lebih baik pada awal reaksi dalam mengadsorbsi ion Ca

  2. Zeolit alam Lampung dengan variasi tinggi unggun 5 cm, 10 cm dan 15 cm memiliki kecenderungan yang berbeda-beda. Tinggi unggun 5 cm mampu menurunkan hingga 500 ppm, ketinggian 10 cm mampu menurunkan hingga 300 ppm,sedangkan ketinggian 15 cm mampu menurunkan hingga 200 ppm.

  1. Zeolit alam Lampung dengan ukuran 20-30 mesh memiliki kemampuan yang besar dalam menyerap ion Ca2+.

  m 134.408 68.027 47.509

  K A 7,62E-01 8,07E+00 8,7E-4 q

  n 0,287 0,268 0,300 Langmuir

  F 1.339 2.479 3.417

  Freundlich K

KESI MPULAN

  2,6 2,7 2,8 2,9 ^{3 3,1} log c log q unggun 5 cm unggun 10 cm unggun 15 cm

  C). Pada kondisi ini terjadi pertukaran ion antara ion Na

  4. Operasi dilaksanakan pada tekanan udara 1 atm dan suhu kamar (25

  Gambar 3. Grafik linierisasi isoterm freundlich Gambar 4. Grafik linierisasi isoterm Langmuir

  A dan qm dapat diketahui.

  dan n dapat ditentukan. Sedangkan konstanta Langmuir (K A dan qm) dapat dicari dengan menggunakan persamaan dengan menggambarkan grafik linierisasi antara 1/C vs 1/q maka K

  F

  Dengan menggambarkan grafik linieisasi antara log C vs log q, maka K

  ) yang ditunjukkan oleh grafik linierisasi kedua model tersebut. Konstanta Freundlich (Kf dan n) dapat dicari dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: Log q = log Kf + 1/n log C

  2

  Untuk melihat apakah adsorbsi ion ca mengikuti isoterm adsorbsi model Freundlich atau langmuir, maka dapat dibuktikan melalui koefisien determinasi (R

  Penentuan Konstanta Freundlich dan Langmuir

  sampai 200 ppm. Hal ini disebabkan semakin tinggi unggun semakin luas zona adsorbsi.

• dari zeolit dengan ion Ca

  G r a f i k L i n i e r i s a s i I s o t e r m L a n g m u ir 0 , 0 0 E + 0 0 ^{5 , 0 0 E - 0 2 1 , 0 0 E - 0 1 1 , 5 0 E - 0 1 2 , 0 0 E - 0 1 2 , 5 0 E - 0 1 3 , 0 0 E - 0 1} _{0 , 0 0 0 5 0 , 0 0 1 0 , 0 0 1 5 0 , 0 0 2 0 , 0 0 2 5}

  2+

  dari air sadah (terbentuk ikatan kimia antara Na

• dan Cl
• ).

  5. Adsorbsi isoterm ion Ca dapat mengikuti kedua model adsorbsi isoterm baik model Freundlich maupun Langmuir.

  u n g g u n 5 c m u n g g u n 1 0 c m u n g g u n 1 5 c m

1/C 1/q

  Process Industries , edisi kelima, Mc-Graw Hill Book Company,1985.

  2. Arfandy, Munsir, Teknik Penyediaan Air

  Bersih untuk Daerah Pedesaan “Skala Prioritas Pemilihan Sumber Air” , Makalah

  ) yang hampir sama dari setiap adsorben untuk ketiga jenis unggun menunjukkan bahwa adsorbsi mengikuti kedua model isoterm Freundlich dan Langmuir.

  3. Cheremisinoff, Paul N., Handbook of Water

  and Wastwater Treatment Technology , Marcel Decker Inc., New Yorl,1995.

  4. Djannah, Pathul, Pengaruh Panas Terhadap

  Ketahanan Zeolit Alam dan Pembuatan H- Zeolit dengan Larutan Amonium Asetat dan Grafik Linierisasi Isoterm Freundlich _{0,5 1 1,5 2 2,5}

  2

  1. Austin, George T.,Shreve’s Chemical

  Daft ar Pust aka

  Dari gambar 3 dan 4 dapat dilihat bahwa pengujian data-data dengan menggunakan isoterm model Freundlich dan Langmuir menunjukkan grafik linierisasi yang baik untuk adsorbsi yang menggunakan zeolit. Hal ini ditunjukkan oleh nilai determinasi berkisar 0,98 - 0,99 (hampir mendekati 1). Nilai koefisien determinasi (R

  dalam Proceeding Kursus Penyediaan Air di Pedesaan, Bandung,1983.

  Amonium Hidroksida , Skripsi TGP FTUI,1997.

5. Sundstrom, Donald W., et.al.,

  Wastwater Treatment , Prentice Hall, Englewood Clifts,1979.

  6. Sutarti, Mursi et.al., Zeolit, Tinjauan

  Literatur , Pusat Dokumentasi dan Informasi LIPI,1994.

  7. Yanti, Evi, Pengaruh Ukuran Zeolit dan

  Konsentrasi awal Amonia terhadap Adsorbsi Amonia secara Batch oleh Zeolit

Alam Lampung , Seminar TGP FTUI,1997

  8. Yoediartini, Dessy, Studi Literatur Tentang

  Modifikasi dan Karakterisasi Zeolit Alam Lampung untuk Aplikasi Adsorben , Seminar

  TGP FTUI,1996.

  9. Encyclopedia of Chemical Technology