8
C. Adsorben
Menurut Ketaren 1986, zat warna dalam minyak akan diadsorpsi oleh permukaan adsorben. Adsorben juga akan menyerap suspensi koloid gum dan
resin, asam lemak bebas serta hasil oksidasi minyak seperti peroksida. Proses adsorpsi dapat terjadi antara padatan dengan padatan, gas dengan padatan, gas
dengan cairan, cairan dengan cairan, dan cairan dengan padatan. Suatu zat dapat digunakan sebagai adsorben untuk tujuan pemisahan bila
mempunyai mempunyai daya adsorpsi selektif, berpori mempunyai luas permukaan persatuan massa yang besar dan mempunyai daya ikat yang kuat
terhadap zat yang hendak dipisahkan secara fisik atau kimia. Pembesaran luas permukaan dapat dilakukan dengan pengecilan partikel adsorben. Akan tetapi
dalam berbagai pemakaian, ukuran partikel harus memenuhi syarat lain, seperti tidak boleh terbawa serta dalam aliran fasa geraknya fluida.
Daya penyerapan terhadap warna akan lebih efektif jika adsorben tersebut memiliki bobot jenis yang rendah, ukuran partikel halus dan pH adsorben
mendekati netral. Adsorben terbagi menjadi adsorben yang bersifat polar hidrofilik dan
adsorben yang bersifat non polar hidrofobik. Adsorben polar antara lain silika gel, alumina yang diaktivasi dan beberapa jenis tanah liat clay.
Adsorben tipe ini umumnya digunakan jika zat warna yang akan dihilangkan lebih polar dari cairannya. Adsorben non polar antara lain adalah arang
karbon batu bara dan arang aktif, yang biasa digunakan. Adsorben tipe polar secara kualitatif sangat mirip satu sama lain dalam hal selektivitas untuk
menyerap komponen dari beberapa campuran Swern, 1979. Norris 1982 mengatakan bahwa kontak antara adsorben dengan minyak
akan lebih efektif apabila campuran antara adsorben dengan minyak diaduk dengan pengadukan berkisar 10 – 15 menit.
Arang Aktif
Arang adalah suatu bahan padat yang berpori-pori dan merupakan hasil pembakaran dari bahan yang mengandung unsur C. Sebagian besar dari pori-
porinya masih tertutup dengan hidrokarbon, ter dan senyawa organik lain dan
9 komponennya terdiri dari “fixed carbon”, abu, air, nitrogen dan sulfur
Djatmiko et al., 1985. Menurut Djatmiko 1985, arang aktif merupakan arang yang sudah
diaktifkan sehingga pori-porinya terbuka dan dengan demikian daya adsorpsinya tinggi. Arang aktif mempunyai bentuk amorf yang terdiri dari
pelat-pelat datar, disusun oleh atom-atom C yang terikat secara kovalen dalam suatu kisi heksagon. Pelat-pelat itu bertumpuk satu sama lain membentuk
kristal-kristal dengan sisa-sisa hidrokarbon yang tertinggal pada permukaannya. Dengan menghilangkan hidrokarbon pada permukaan tersebut,
permukaan akan menjadi lebih luas sehingga daya adsorpsinya lebih besar. Daya adsorpsi dari arang aktif disebabkan karena arang sangat berpori.
Pori ini menyebabkan permukaan arang menjadi luas. Daya adsorpsi dari arang aktif dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya 1 sifat fisiko-kimia
dari bahan yang diserap; 2 pelarut; 3 macam-macam zat yang dilarutkan; 4 pH; 5 waktu dan 6 suhu. Efisiensi adsorpsi dari arang tergatung pada
perbedaan muatan listrik antara arang dan koloid atau ion yang diserap Djatmiko, 1985.
Bentonit
Bentonit adalah istilah pada lempung yang mengandung monmorillonit sebagai komponen utama. Jenis mineral monmorrillonit dioktahedral termasuk
kedalam kelompok smectite yang merupakan adsorben komponen organik utama dan paling banyak digunakan Theng, 1979.
Menurut Djatmiko et al 1985, daya serap bleaching clay disebabkan karena ion Al
3+
pada permukaan partikel adsorben dapat mengadsorbsi partikel zat warna. Selain itu juga tergantung dari perbandingan komponen
SiO
2
dan Al
2
O
3
di dalamnya. Bentonit dapat dibagi menjadi dua golongan berdasarkan kandungan
aluminium silikat hidrousnya, yaitu: 1. Activated clay : lempung yang kurang memiliki daya pemucat, tetapi daya
pemucatnya dapat ditingkatkan melalui pengolahan tertentu. 2. Fuller’s earth : digunakan didalam fulling pembersih bahan wol dari
lemak.
10 Rumus molekul dari bentonit monmorillonit adalah Na, Ca
0,33
Al, Mg
2
Si
4
O
10
OH
2
. H
2
O. Apabila dilihat dari struktur molekulnya, monmorillonit tersusun atas unit-unit yang terdiri dari dua lapisan silika
tetrahedral dengan pusat yang merupakan lapisan alumina oktahedral. Ada dua macam jenis bentonit, yaitu Na-bentonit dan Ca-bentonit. Na-
bentonit mempunyai sifat yang mampu mengembang apabila dicampurkan dengan air. Ca-bentonit biasa digunakan sebagai bahan pemucat pada industri
minyak goreng, bahan penyerap, bahan pengisi dan sebagainya.
Sumber: U. S. Geological Survey Open-File Report 2005
Gambar 2. Struktur Molekul Monmorillonit Senyawa utama penyusun bentonit adalah silikat dan alumina yang
mengandung air terikat secara kimia. Kandungan unsur lain yaitu Ca, Mg, Na, K dan Fe yang tergabung dengan Si dan O
2
. Ukuran partikel koloid bentonit sangat kecil dan mempunyai kapasitas pertukaran ion yang tinggi, terutama
oleh ion-ion Ca dan Mg. Sifat-sifat bentonit adalah sebagai berikut: 1. Berwarna dasar putih dengan sedikit kecoklatan atau kehijauan atau
kemerahan tergantung dari jenis dan jumlah fragmen mineral- mineralnya.
2. Bersifat sangat lunak, ringan, mudah pecah, terasa seperti sabun, mudah menyerap air dan dapat melakukan pertukaran ion.
3. Berat jenisnya berkisar 2.4 – 2.8 Bentonit mempunyai karakteristik yang khas, yaitu mampu sampai
beberapa kali lebih besar dari ukuran semulanya apabila dimasukkan ke dalam
11 air. Bentonit dapat membentuk struktur thixotropic gel dengan air meskipun
komposisi jumlah gel yang terdapat dalam bentonit sangat kecil Grim, 1968. Tanah liat monmorillonit terdiri dari Al dan Si yang kekurangan satu
elektron sehingga mudah menerima kation. Oleh karena itu, bentonit memiliki kapasitas pertukaran ion KTK karena kemampuannya untuk menerima
kation, maka senyawa yang diadsorpsi cenderung menempel pada permukaan lempung Theng, 1979.
Affinitas layer ke kation interlayer pada bentonit lemah sehingga air akan masuk dan terjadi swelling karena meningkatnya hidrasi kation interlayer dan
pembasahan bagian hidrofilik. Hidrofilik pada interlayer berupa penarikan atau pengikatan air oleh kation sebagai hidrasi air dan adanya SiOH.
Swelling artinya 1 pada interlayer memungkinkan proses seperti KPK,
penyerapan air. 2 clay akan mengembang sehingga luas permukaan lebih besar per unit berat terhadap larutan tanah sehingga lebih rekatif secara kimia.
Diatomit
Diatomit atau tanah diatomea adalah suatu batuan sedimen silika, yang secara geologi terbentuk dari akumulasi dan pengendapan kulit atau kerangka
diatomea fosil tumbuhan air atau binatang kersik atau ganggang bersel tunggal dan terendapkan di danau atau non marin. Diatomea berasosiasi
dengan elemen pengotor dan bervariasi, baik jenis maupun jumlahnya. Elemen pengotor diatomea tersebut yaitu abu vulkanik, larutan garam, lempung,
senyawa karbonat, pasir silica, dan unsur organik lainnya Hardjanto, 1987. Diatome mempunyai sifat porous permeabel, ringan, mudah pecah, dan
abrasif, densitas ruah 0,5 – 1 tonm
3
, berat jenis, 2 – 2,3, porositas 90, dan kandungan cabang 1,7 – 30 jutacm
3
, dengan ukuran 0,001 – 0,4 mm. Sebagian diatomit berwarna putih atau abu-abu, akan tetapi ada juga yang
berwarna kuning, coklat, merah muda, hitam, dan hijau, yang tergantung dari unsur pengotornya. Secara kimia, komposisi utama diatomit adalah silika,
tetapi ada unsur lainnya seperti alumina, besi oksida, magnesium, sodium, potassium oksida, titanium oksida, fosfat, dan kalsium oksida Pusat
Penelitian dan Pengembangan Mineral dan Batu Bara, 2005. Affinitas
12 diatomit sangat lemah sehingga luas permukaan lebih besar. Luas permukaan
yang besar menyebabkan kemampuan mengikat air partikel diatomit besar.
Kaolin
Kaolin merupakan masa batuan yang tersusun dari material lempung dengan kandungan besi yang rendah, dan umumnya berwarna putih atau agak
keputihan. Kaolin Al
2
Si
2
O
5
OH
4
termasuk dalam kaolin group minerals dengan struktur rangka dioktahedral Schmidt, 2006. Kaolinit termasuk salah
satu mineral dari golongan kaolin dengan tipe kisi 1:1. Tiap satuan terdiri atas masing-masing satu lapisan oksida-Si dan hidroksioksida-Al. Satuan-satuan
ini berikatan kuat sesamanya dengan ikatan hidrogen dan van der Waals. Akibatnya kation atau anion dan molekul air tidak dapat masuk ke ruang antar
misel sehingga efektifitasnya terbatas hanya di permukaan saja. Sifat penukar kation atau anion hanya berasal dari valensi tak penuh di bagian ujung
partikel. Oleh karena itu pula mineral ini relatif jarang dipakai sebagai adsorben atau katalis, kecuali sebagai bahan dasar keramik Muhdarina,
2003. Affinitas layer ke kation interlayer pada kaolin kuat sehingga air tidak dapat masuk ke interlayer, menghidrasi kation interlayer dan mengikat bagian
hidrofilik.
Sumber: U. S. Geological Survey Open-File Report 2005
Gambar 3 . Struktur Molekul Kaolin
Talk
Talk Mg
3
Si
4
O
10
OH
2
merupakan pyrophyllite Group dengan struktur rangka trioktahedral dengan tipe kisi 2:1. Talk mengandung lapisan penting
berupa lapisan magnesium-oxygen atau hydroxyl octahedral yang terselip
13 diantara dua lapisan silika siliconoxygen tetrahedral. Ketiga lapisan ini
melekat satu sama lain karena ada gaya Van der Walls lemah yang mengakibatkan talk terasa lembut dan licin Industrial Minerals Association-
North America, 2006. Karakteristik utama talk adalah permukaannya yang hidrofobik dan
pinggiran yang bersifat hidrofilik. Permukaan talk yang hidrofobik mempunyai daya tarik menarik dengan bahan organik, sedangkan pinggiran
talk yang hidrofilik dapat dengan mudah terdispersi di dalam air Schmidt, 2006.
Affinitas layer ke kation interlayer pada talk lemah sehingga air akan masuk dan terjadi swelling karena meningkatnya hidrasi kation interlayer dan
pembasahan bagian hidrofilik. Hidrofilik pada interlayer berupa penarikanpengikatan air oleh kation sebagai hidrasi air dan adanya SiOH.
Sumber: U. S. Geological Survey Open-File Report 2005
Gambar 4. Struktur Molekul Talk
Zeolit
Zeolit adalah mineral dengan struktur molekul berongga yang dibentuk oleh tetrahedral alumina AlO
45-
dan silikat SiO
44-
dengan rongga-rongga di dalamnya terisi oleh ion-ion logam, biasanya alkali atau alkali tanah dan
dikelilingi oleh molekul-molekul air Arifin dan Harsodo, 1990. Ion-ion logam ini dapat dipertukarkan dengan kation lain sehingga zeolit dapat
digunakan sebagai penukar kation. Untuk meningkatkan kapasitas pertukaran
14 kation zeolit, sebelum digunakan diperlakukan terlebih dahulu dengan
pengasaman sehingga terbentuk zeolit-H Vansant, 1990.
Gambar 5. Tetrahedra alumina dan silika pada struktur zeolit Zeolit mempunyai pori-pori yang terisi molekul-molekul air dan kation
yang dapat dipertukarkan. Kation-kation dalam struktur rangka zeolit terdiri dari Na, K dan Ca kontribusi berat jenis besar atau Ba, Sr, Mg kontribusi
berat jenis kecil. Unit-unit pembentuk struktur Zeolit:
1. Unit pembentuk primer SiO
4 -4
dan AlO
4 -5
2. Unit pembentuk sekunder yaitu gabungan unit-unit pembentuk primer. Perbandingan antara SiO2 dan Al
2
O
3
dari Zeolit selalu sama atau lebih besar dari 2:1, sedangkan perbandingan antara Si:Al berkisar antara 1:1 dan
10:1. Sifat umum zeolit adalah merupakan kristal yang agak lunak dengan berat
jenis bervariasi antara 2,0 – 2,4. Air kristalnya mudah dilepaskan dengan pemanasan, mudah melakukan pertukaran ion-ion dari alkalinya dengan ion-
ion elemen lainnya. Menurut Poerwadio dan Masduqi 2004, sifat kimia zeolit antara lain
adalah dapat terhidrasi pada suhu tinggi, penukaran ion, adsorbsi gas dan uap serta mempunyai kapasitas tukar kation KTK. Zeolit mempunyai kapasitas
yang tinggi sebagai penyerap. Hal ini disebabkan karena zeolit dapat memisahkan molekul-molekul berdasarkan ukuran dan konfigurasi dari
molekul. Mekanisme adsorpsi yang mungkin terjadi adalah adsorpsi fisika melibatkan gaya Van der Walls, adsorpsi kimia melibatkangaya
elektrostatik, ikatan hidrogen dan pembentukan kompleks koordinasi.
15 Zeolit tidak stabil terhadap asam. Pada umumnya zeolit baik dioperasikan
pada pH yang tidak kurang dari 4. Pengoperasian zeolit pada pH 6 akan memberikan hasil yang optimum.
Kadar air zeolit umumnya cukup tinggi, berkisar antara 10-20 berat. Air ini mengisi lubang kristal, ada yang terikat kuat dengan kerangka alumino
silikat dan ada yang tidak. Air yang tidak terikat kuat dapat dibuang dengan mudah melalui pemanasan sampai 35
o
C membentuk rongga-rongga dalam zeolit yang memungkinkan terjadinya adsorpsi reversibel. Affinitas layer ke
kation interlayer zeolit sangat kuat, sehingga air tidak dapat masuk ke interlayer, menghidrasi kation interlayer dan mengikat bagian hidrofilik.
Sifat kimia terpenting dari zeolit adalah kapasitas tukar kation yang tinggi, yaitu berkisar 100 – 300 meq100 gram. Kapasitas tukar kation zeolit
merupakan fungsi derajat substitusi Al dan Si dalam kerangka tetrahedral. Substitusi kation alkali dan alkali tanah menghasilkan muatan listrik yang
netral Hardjanto, 1987. Kation-kation yang terdapat dalam mineral zeolit tidak terikat kuat dalam
kerangka kristalnya sehingga dapat dipertukarkan dengan mudah. Hal inilah yang menyebabkan kapasitas tukar kationnya tinggi.Kemampuan atau sifat
pertukaran kation zeolit ditentukan oleh struktur kristalnya, sedangkan jika terjadi kerusakan pada struktur kristal tersebut kemampuan sebagai penukar
kation akan menurun Poerwadio dan Masduqi, 2004. Dalam keadaan normal, rongga-rongga dan saluran-saluran dalam zeolit
terisi oleh molekul-molekul air yang membentuk hidrasi disekitar kation- kation yang dapat dipertukarkan Harjanto,1987.
D. Kapasitas Tukar Kation
Kategori