Pemanfaatan Zeolit Alam Pahae Modifikasi sebagai Filter Uap Air pada Proses Elektrolisa
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Zeolit
Zeolit merupakan adsorbent yang unik, karena memiliki ukuran pori yang
sangat kecil dan seragam jika dibandingkan dengan adsorbent yang lain seperti
karbon aktif dan silika gel, sehingga zeolit hanya mampu menyerap molekulmolekul yang berdiameter sama atau lebih kecil dari diameter celah rongga,
sedangkan molekul yang diameternya lebih besar dari pori zeolit akan tertahan
dan hanya melintasi antar partikel. Dalam keadaan normal ruang hampa dalam
kristal zeolit terisi oleh molekul air yang berada disekitar kation. Bila zeolit
dipanaskan maka air tersebut akan keluar. Zeolit yang telah dipanaskan dapat
berfungsi sebagai penyerap gas atau cairan (Khairinal, Trisunaryanti, W., 2000).
Kemampuan zeolit mengadsorpsi sangat bergantung pada rasio Si/Al.
Rasio Si/Al rendah, zeolit bersifat hydrophilic mempunyai afinitas tinggi terhadap
air dan senyawa polar lainnya. Sebaliknya jika rasio Si/Al tinggi, maka zeolit
bersifat hydrophobic dan mengadsorpsi senyawa non-polar (Yuliusman, dkk.,
2013). Sifat-sifat zeolit secara langsung berasal dari karakteristik tertentu, dari
struktur kristalnya, sehingga memiliki luas permukaan yang cukup besar. Zeolit
dikenal sebagai adsorben yang selektif dan mempunyai efektifitas adsorpsi yang
tinggi ( Newsam, 1991).
Pada umumnya jenis zeolit alam Indonesia termasuk jenis mordenite dan
clinoptilolite. Zeolit jenis mordenite dapat digunakan untuk mengadsorpsi gas
H2O, CO, CO2, CH4 dan jenis clinoptilolite dapat digunakan untuk mengadsorpsi
gas CO, CO2, NO (Trisunaryanti dkk., 2005). Mengingat struktur zeolit alam yang
bervariasi serta besarnya kemungkinan impuritas yang ada, maka sebelum
digunakan zeolit alam membutuhkan suatu perlakuan awal yang sering disebut
sebagai proses aktivasi. Proses aktivasi ini diperlukan untuk meningkatkan sifat
khusus zeolit sebagai adsorben dan menghilangkan unsur pengotor (Rosita, dkk.,
2004).
6
Universitas Sumatera Utara
Pemanfaatan zeolit sebagai adsorben sudah banyak digunakan pada
industri, pertanian, dan lingkungan. Tabel 2.1 menunjukkan selektivitas adsorbat
terhadap beberapa jenis zeolit.
Tabel 2.1 Selektivitas Adsorbat Terhadap Jenis Zeolit (Ackley et al., 2003)
Jenis Zeolit
Chabazite
Clinoptilolite
Erionite
Aplikasi
Diadsorpsi
udara
dan O2 )
Prapurifikasi
Udara ( N2
udara
dan O2 )
Separasi Udara
O2
alam, batubara,
Purifikasi gas
Purifikasi gas
Phillipsite
Diadsorpsi
Udara ( N2
biogas
Mordenite
Gas Banyak
Prapurifikasi
Purifikasi gas
Ferrierite
Gas Sedikit
alam, batubara,
biogas
CO2
CO2, CO, NO
C3 S
Tomoki
(1988)
Tezel
(1995)
Honan
N2
CH4, C2S,
Peneliti
(1974)
NH3
Hayhurst
(1978)
H2, He, Ne,
H2O, CO,
Nishizawa
Kr, Xe
CO2, CH4
(1984)
CH4, C2S,
C3 S
NH3
Kirov
(1992)
Perbedaan jenis zeolit mempunyai daya serap (adsorption) molekul yang
berbeda-beda secara selektif. Keselektifan ini tergantung dari struktur masingmasing jenis zeolit, sehingga zeolit dapat digunakan sebagai:
a. Penyaring ion, molekul atau sebagai katalis
Zeolit dapat menyaring ion, molekul, maupun atom karena mempunyai
saluran (channel) dan rongga (cavity) dalam struktur zeolit bila oxygen window
dari saluran atau rongga lebih kecil dari ion, molekul, atau atom. Zeolit
mempunyai pori sehingga juga dapat digunakan sebagai katalis untuk
mempercepat reaksi dalam proses kimia.
7
Universitas Sumatera Utara
b. Bahan penyerap
Bila zeolit dipanaskan pada suhu tinggi maka akan terjadi dehidrasi,
penguapan yang dikandungnya sehingga menyebabkan zeolit akan selektif dalam
menyerap molekul-molekul seperti He, N2, O2, CO2, SO2, Ar, dan Kr. Proses
penyerapan molekul oleh zeolit terjadi karena strukturnya juga mempunyai
polaritas yang tinggi.
c. Penukar ion
Pertukaran ion pada dasarnya terjadi dalam suatu cairan yang mengandung
anion, kation, dan molekul air dimana salah satu atau sebagian ion yang terikat
pada matriks mikropori berfase padat. Molekul air dapat berada dalam mikropori
bersama ion (kation, anion) dengan muatan yang berlawanan dengan ion matriks
sehingga terjadi kesetimbangan muatan untuk mencapai keadaan netral, sehingga
ion yang berada dalam cairan dapat bergerak bebas di dalam matriks mikropori
(Ginting, A., dkk., 2007).
Kekuatan zeolit sebagai penjerap, katalis, dan penukar ion sangat
tergantung dari perbandingan Al dan Si, sehingga dikelompokkan menjadi 3
(Sutarti, 1994) :
1. Zeolit dengan kadar Si rendah
Zeolit jenis ini banyak mengandung Al (kaya Al), berpori, mempunyai
nilai ekonomi tinggi karena efektif untuk pemisahan atau pemurnian dengan
kapasitas besar. Kadar maksimum Al dicapai jika perbandingan Si/Al mendekati 1
dan keadaan ini mengakibatkan daya penukaran ion maksimum.
2. Zeolit dengan kadar Si sedang
Kerangka tetrahedral Al dari zeolit tidak stabil terhadap pengaruh asam
dan panas. Jenis zeolit mordenit mempunyai perbandingan Si/Al = 5 sangat stabil.
3. Zeolit dengan kadar Si tinggi
Zeolit ini mempunyai perbandingan Si/Al = 10-100 sehingga sifat
permukaannya tidak dapat diperkirakan lebih awal. Sangat higroskopis dan
menyerap molekul non-polar sehingga baik digunakan sebagai katalisator asam
8
Universitas Sumatera Utara
untuk hidrokarbon. Berikut ini Tabel 2.2. klasifikasi zeolit berdasarkan rasio
Si/Al.
Tabel 2.2. Klasifikasi Zeolit Berdasarkan Rasio Si/Al (Ramoa,1984)
Rasio Si/Al
Zeolit
Low (1-1.5)
A,X
a. Zeolit alam
: Erionite, Khabasit,
Klinoptilolit, Mordenit
Intermediate (2-5)
b. Zeolit sintetis : mordenit dengan
pori yang besar
ZSM-5 (direct synthesis)
High (∼ 10 − ∞)
Erionit, Mordenit, Y
Silica Molecular Sieves
Silicalite
Perbandingan antara atom Si dan Al yang bervariasi akan menghasilkan
banyak jenis atau spesies zeolit yang terdapat dialam. Sampai saat ini telah
ditemukan lebih dari 50 jenis spesies zeolit, namun mineral pembentuk zeolit
terbesar ada 9 yaitu analsim, habazit, klinoptilolit, erionit, morenit, ferrierit,
heulandit, laumontit dan fillipsit. Berikut ini Tabel 2.3 stabilitas zeolit terhadap
suhu (BPP Provsu, 2006).
Tabel 2.3 Stabilitas Zeolit Terhadap Suhu (BPP Provsu, 2006)
Jenis Mineral Zeolit
Suhu
Klinoptilolit (kaya ion Ca)
5000C (maks)
Klinoptilolit (kaya ion K)
8000C (maks)
Khabazit
600-8650C
Laumonit
345-8000C
Mordenit
800-10000C
Filipsit
360-4000C
9
Universitas Sumatera Utara
2.1.1 Karakteristik Kerangka Zeolit
Struktur kerangka zeolit mengandung saluran atau hubungan rongga yang
berisi kation dan molekul air berikut ini Gambar 2.1 Struktur Zeolit
Gambar 2.1 Struktur Zeolit
Secara sistematik struktur kerangka zeolit pada Gambar 2.2 dapat
digambarkan sebagai berikut (Oudejans, 1984 dikutip dalam Kahar, A., 2007)
Gambar 2.2 Struktur Kerangka Zeolit
Karakteristik struktur zeolit antara lain :
a. Sangat berpori, karena kristal zeolit merupakan kerangka yang
terbentuk dari jaring tetrahedral SiO4 dan AlO4.
b. Pori-porinya berukuran molekul karena pori zeolit terbentuk dari
tumpukan cincin beranggotakan 6, 8, 10, atau 12 tetrahedral.
c. Dapat menukarkan kation. Karena perbedaan muatan Al3+ dan Si4+
menjadikan atom Al dapat kerangka kristal bermuatan negatif dan
membutuhkan kation penetral. Kation penetral yang bukan menjadi
bagian kerangka ini mudah diganti dengan kation lainnya.
d. Dapat dijadikan padatan yang bersifat asam. Karena penggantian
kation penetral dengan proton-proton menjadikan zeolit padatan
asam Bronsted.
e. Mudah dimodifikasi karena setiap tetrahedral dapat dikontakkan
dengan bahan-bahan pemodifikasi.
10
Universitas Sumatera Utara
Adapun komposisi dari zeolit alam disajikan pada Tabel 2.4
Tabel 2.4 Komposisi Zeolit Alam (Sutarti, 1994)
Komposisi
% Berat
SiO2
78,83
Al2O3
12,50
Fe2O3
1,50
K2O
2,27
Na2O
1,07
MgO
1,95
CuO
2,14
2.1.2 Sifat Fisik dan Kimia Zeolit
Zeolit memiliki sifat fisik dan kimia yaitu (Sutarti, 1994) :
a. Hidrasi derajat tinggi
b. Ringan
c. Penukar ion yang tinggi
d. Ukuran saluran yang uniform
e. Menghantar listrik
f. Mengadsorbsi uap dan gas
g. Mempunyai sifat katalitik
Tabel 2.5 Karakteristik Zeolit (Sutarti, 1994)
Density
1,1 gr/cc
Porositas
0,31
Volume berpori
0,28-3 cc/gr
Surface area
1-20 m2/gr
Jari-jari makropori
30-100 nm
Jari-jari mikropori
0,5 nm
Untuk memperoleh zeolit dengan kemampuan yang tinggi diperlukan
beberapa perlakuan antara lain preparasi, aktivasi dan modifikasi (Sutarti, 1994)
11
Universitas Sumatera Utara
a. Preparasi
Bertujuan untuk memperoleh ukuran produk yang sesuai dengan
tujuan penggunaan. Preparasi ini terdiri dari tahap peremukan (crushing)
sampai penggerusan (grinding).
b. Aktivasi
Dapat dilakukan dengan dua cara yaitu secara fisis dan kimiawi.
Aktivasi secara fisis berupa pemanasan zeolit dengan tujuan untuk
menguapkan air yang terperangkap dalam pori-pori kristal zeolit sehingga luas
permukaan pori-pori bertambah. Pemanasan dilakukan dalam oven biasa pada
suhu 300-4000C (untuk skala laboratorium) atau menggunakan tungku putar
dengan pemanasan selama 5-6 jam (skala besar). Aktivasi secara kimia
dilakukan dengan larutan asam H2SO4 atau basa NaOH dengan tujuan untuk
membersihkan permukaan pori, membuang senyawa pengotor dan mengatur
kembali letak atom yang dipertukarkan. Pereaksi kimia ditambahkan pada
zeolit yang telah disusun dalam tangki dan diaduk dalam jangka waktu
tertentu. Zeolit kemudian dicuci dengan air sampai netral dan selanjutnya
dikeringkan.
c. Modifikasi
Dengan jalan melapisi zeolit dengan polimer organik vinil piridin, polimer
organik alam atau dengan mangan.
2.2 Teori Adsorpsi
Adsorpsi adalah suatu pengikatan molekul dari suatu fluida baik dalam
bentuk cair maupun gas ke permukaan benda padat. Bahan padat yang
mempunyai kemampuan mengikat (menjerap) molekul tertentu disebut adsorben,
sedangkan zat yang dijerap disebut adsorbat. Proses adsorpsi biasanya dilakukan
dengan cara mengontakkan larutan/gas dengan padatan, sehingga komponen
larutan/gas dijerap pada permukaan padatan (Kahar, A., 2007).
12
Universitas Sumatera Utara
Zeolit alam lebih mempunyai daya adsorbsi air dari udara dari pada silika
gel (Anggoro, D.D dan Buchori, L., 2005), sehingga uap air dalam biogas dapat
terserap. Struktur zeolit juga dapat melakukan adsorpsi dan absorbsi terhadap
senyawa H2O, CO2, SO2, H2S (Weitkamp dan Puppe, 1999), dengan kemampuan
penyerapan zeolit terhadap gas – gas tersebut sampai 25 % (Sutarti dan
Rachmawati, 1994). Zeolit dapat mengontrol gas – gas penyebab utama efek
rumah kaca yaitu CO2 dan N2O, kecuali CH4 yang tidak terserap (Delahay dan
Coq, 2002).
Proses adsorpsi adalah suatu proses penjerapan suatu fasa (gas atau cair)
pada permukaan adsorben yang berupa padatan. Hal ini terjadi karena adanya
ketidakseimbangan gaya-gaya molekul pada zat padat, yang cenderung menarik
molekul lain yang bersentuhan pada permukaannya. Jumlah berpori dan luas
permukaan meningkat dapat menyebabkan ketidakseimbangan gaya-gaya molekul
pada adsorben dan meningkatkan kemampuan adsorpsi. Peningkatan kapasitas
adsorpsi zeolit alam teraktifasi, dimungkinkan karena meningkatnya luas
permukaan. Proses aktifasi dapat membersihkan pengotor, baik pengotor organik
maupun mineral, sehingga meningkatkan luas permukaan, maka molekul yang
teradsorpsi akan semakin meningkat.
Peningkatan kapasitas adsorpsi zeolit alam teraktifasi dapat juga
disebabkan karena meningkatnya rasio Si/Al. Rasio Si/Al meningkat maka zeolit
lebih bersifat hydrophobic, lebih suka terhadap molekul non polar seperti CO.
Sifat hydrophobic zeolit dapat juga meningkat karena terjadi pertukaran kation
selama proses aktifasi (Yuliusman, dkk., 2013).
2.3 Kulit Kakao
Kakao merupakan salah satu komoditas andalan perkebunan yang
berperan penting dalam perekonomian Indonesia. Pada tahun 2010 Indonesia
menjadi produsen kakao terbesar kedua di dunia dengan produksi 844.630 ton,
dibawah Negara Pantai Gading dengan produksi 1,38 juta ton (Fahmi, 2011).
13
Universitas Sumatera Utara
Kulit buah kakao beratnya mencapai 75% seluruh berat buah, sehingga
dapat dikatakan bahwa limbah utama pengolahan buah kakao adalah kulit
(cangkangnya). Kulit buah kakao sebagai bahan sisa dapat mencapai ± 2.000.000
ton/tahun, permukaan kulit luarnya yang paling banyak mengandung pigmen
sekitar 16% dari berat kulit seluruhnya atau setara dengan 320.000 ton/tahun
sehingga sangat potensial untuk dimanfaatkan. Berikut ini Gambar 2.3 anatomis
buah kakao :
Gambar 2.3 Ciri Anatomis Buah Kakao (Limbongan, J., 2012)
Pod kakao merupakan bagian mesokarp atau dinding buah kakao yang
mencakup kulit terluar sampai daging buah sebelum kumpulan biji, terlihat pada
Gambar 2.4 Pod buah kakao merupakan bagian terbesar dari buah kakao.
Komposisi bagian-bagian buah kakao dapat dilihat pada Tabel 2.6.
Gambar 2.4 Pod Kakao
14
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.6 Komposisi Buah Kakao
No.
Komponen
Presentase (DB)
1.
Pod (Kulit Buah)
75,70
2.
Biji dan Pulp
21,68
3.
Plasenta
2,62
Kulit buah kakao mengandung air dan senyawa senyawa lain. Salah satu
yang bisa dimanfaatkan dalam kulit kakao yaitu pengambilan pektin. Komposisi
kimia kulit buah kakao tergantung pada jenis dan tingkat kematangan buah kakao
itu sendiri. Ditinjau dari komposisi kulit Kakao pada basis kering terdapat
kandungan pektin yang lebih sedikit dari pada kulit kakao pada keadaan yang
masih basah atau pengambilan dari pohon tidak terlalu lama pada saat pengolahan
menjadi pektin, komposisi kulit buah kakao pada saat kering dapat dilihat pada
Tabel 2.7.
Tabel 2.7 Komposisi Kulit Kakao Pada Basis Kering (Sari, E., dkk., 2012)
Parameter
Kandungan (%)
Pektin
6-12,67
Air
5-11,67
Zat Padat Lainnya
82,33
2.4 Lempung (Clay)
Lempung
merupakan
polimer
anorganik
alam
berupa
hidrat
aluminosilikat. Secara luas lempung telah dikenal sebagai fraksi-fraksi halus
koloid (± 2µm) dari tanah, sedimen atau batu-batuan. Apabila lempung menyerap
air, ia bersifat seperti plastik dan sebaliknya akan mengeras jika terdehidrasi.
Lempung disusun secara berlapis-lapis dengan ruangan antar lapis dan setiap
lapisan dapat bersifat netral atau bermuatan listrik (Muhdarina, dkk., 2010).
Lempung secara luas digunakan sebagai absorben karena memiliki
stabilitas kimia dan mekanik yang tinggi serta memiliki sifat permukaan dan
struktur yang bervariasi (Owabor et al.,2012).
15
Universitas Sumatera Utara
2.5 Elektrolisis Air
Elektrolisis air adalah peristiwa penguraian senyawa air (H2O) menjadi
oksigen (O2) dan hidrogen gas (H2) dengan menggunakan arus listrik yang
melalui air tersebut. Pada katode, dua molekul air bereaksi dengan menangkap
dua elektron, tereduksi menjadi gas H2 dan ion hidroksida(OH-). Sementara itu
pada anode, dua molekul air lain terurai menjadi gas oksigen (O2), melepaskan 4
ion H+ serta mengalirkan elektron ke katode. Ion H+ dan OH- mengalami
netralisasi sehingga terbentuk kembali beberapa molekul air. Reaksi keseluruhan
yang setara dari elektrolisis air dapat dituliskan dalam persamaan 2.1 sebagai
berikut :
2H2O(l) →2H2(g) + O2(g)
.............................................................(2.1)
Gas hidrogen dan oksigen yang dihasilkan dari reaksi ini membentuk
gelembung pada elektrode dan dapat dikumpulkan. Prinsip ini kemudian
dimanfaatkan untuk menghasilkan hidrogen dan hidrogen peroksida (H2O2) yang
dapat digunakan sebagai bahan bakar kendaraan hidrogen (Spiegel, Colleen.,
2008). Berikut ini Gambar 2.5 skema air menjadi konverter hidrogen.
H2, O2, Uap air
ke ruang bakar
H2 dan O2
KONVERTER
FILTER
Elektroda
H2, O2, Uap H2O
Air
Gambar 2.5 Skema Air Menjadi Konverter Hidrogen (Nasution, T.I., et al.
2015)
16
Universitas Sumatera Utara
Hidrogen dapat digunakan sebagai bahan bakar sebab :
1. Dapat terbakar dalam oksigen membentuk air dan menghasilkan energi.
2. Bersama oksigen dapat digunakan dalam sel bahan bakar menghasilkan
energi listrik.
Keuntungan jika hidrogen digunakan sebagai bahan bakar yaitu :
1. Suatu cuplikan hidrogen jika dibakar akan menghasilkan energi sebanyak
kira-kira tiga kali energi yang dihasilkan bensin dengan berat yang sama.
2. Dalam mesin kendaraan bermotor hidrogen akan terbakar lebih efisien jika
dibandingkan dengan bahan bakar lain.
3. Pembakaran hidrogen kurang menghasilkan polutan. Polutan yang terjadi
hanya oksida nitrogen yang terjadi jika suhu pembakaran sangat tinggi.
4. Mesin yang menggunakan hidrogen mudah diubah agar dapat mengunakan
hidrogen sebagai bahan bakar (Putra, A.M., 2010).
2.6 Pengujian
2.6.1 Porositas
Porositas didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah volume poripori (volume ruang kosong) pada zat padat dengan jumlah volume total zat padat.
Porositas dapat diatur dengan menambahkan bahan aditif dan bahan lain yang
dapat menghasilkan gas pada saat di bakar sehingga meninggalkan rongga yang
disebut pori. Porositas yang tinggi dapat mengakibatkan kekuatan mekanik
menjadi rendah. Dan semakin besar persentase porositas maka jumlah poriporinya semakin besar dan akan semakin menghasilkan adsorpsi yang baik
(Suriawan, M.C.V dan Nindhia, T.G.T., 2010).
Perhitungan porositas dihitung dari volume pori dibagi dengan volume
total. Pada persamaan tersebut, sulit untuk digunakan karena kita akan kesulitan
untuk mengukur volume kosong pada zat padat, sehingga pengukuran porositas
dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.2 berikut ini :
17
Universitas Sumatera Utara
% ��������� = �
Keterangan:
�� −��
���� × ��
� × ���%
.......................................................(2.2)
mb
= massa basah (kg)
mk
= massa kering (kg)
ρair
= massa jenis air (kg/m3)
Vt
= volume sampel sesudah dibakar (m3)
2.6.2 Sifat Mekanik
Pengujian mekanik ditujukan untuk mensimulasikan pola pembebanan
yang akan dialami oleh material tersebut pada kondisi operasi material
keramik/komposit keramik. Dan sifat mekanik suatu bahan berkaitan erat dengan
porositas, kekuatan, kekerasan, keuletan dan kekakuan.
2.6.2.1 Kekerasan
Kekerasan suatu material merupakan ketahanan material terhadap gaya
penekanan dari material lain yang lebih keras. Prinsip pengujian kekerasan ini
yaitu pada permukaan material dilakukan penekanan dengan indikator sesuai
dengan parameter (diameter, beban, dan waktu).
Pengujian kekerasan dengan menggunakan alat Hardness Tester Tokyo
Japan Matsuzawa Seiki yang hasilnya dapat langsung dibaca dan diperoleh dalam
satuan Hardness of Vickers, dengan menggunakan Persamaan (2.3) berikut ini :
�� = �, ����
�
��
............................................................................(2.3)
Keterangan : Hv = Hardness of Vickers (N/m2)
F = Beban yang diberikan (N)
d = panjang diagonal sampel (m)
18
Universitas Sumatera Utara
2.6.3 Scanning Elektron Microscopy - Energy Dispersive X-ray Spectrometer
(SEM-EDX)
Alat ini terbagi menjadi dua bagian fungsi yang berbeda, yaitu EDX dan
SEM. Uji EDX ini dapat membaca suatu permukaan sampel dengan suatu alat
pembaca elektron (5-50 kV) sehingga dapat mengetahui komposisi logam-logam
yang ada di dalam zeolit, dalam hal ini terutama untuk mengetahui rasio Si/Al.
Jika rasio Si/Al meningkat, maka zeolit akan lebih stabil terhadap suhu tinggi
(Wibowo, J., 2012).
Pada dasarnya teknik SEM merupakan pemeriksaan dan analisis
permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan atau
dari lapisan yang tebalnya sekitar 20 µm dari permukaan gambar. Gambar
permukaan yang diperoleh merupakan gambar topografi dengan segala tonjolan
dan
lekukan
permukaan.
Gambar
topografi
permukaan
diperoleh
dari
penangkapan elektron sekunder yang dipancarkan oleh spesimen.
SEM mempunyai resolusi tinggi bisa mencapai 150.000 kali dan dapat
digunakan untuk mengamati obyek benda berukuran nanometer. Meskipun
demikian, resolusi tinggi tersebut didapatkan untuk pemindaian dalam arah
horizontal, sedangkan pemindaian secara vertikal (tinggi rendahnya struktur)
resolusinya rendah. Ini merupakan kelemahan SEM yang belum diketahui
pemecahannya.
Perkembangan mutakhir paling berarti adalah perolehan informasi
mengenai komposisi kimia. Mikroskopnya juga menggambarkan sebuah energy
Dispersive X-ray Spectrometer (EDX) yang dapat digunakan untuk menentukan
komposisi unsur dari sampel. Ketika sebuah sampel difoto oleh SEM, sinar
elektron juga diemisikan oleh sinar-X yang dibawa oleh EDX. Emisi sinar-X tipa
unsur khas dalam energi dan panjang gelombangnya, karena itu unit EDX mampu
menentukan tiap unsur yang merespon emisi tersebut. Data ini dapat ditambahkan
pada gambar SEM untuk menghasilkan sebuah peta unsur yang sebenarnya dari
permukaan sampel.
19
Universitas Sumatera Utara
2.6.4 Uji Daya Adsorpsi Uap Air
Adsorpsi adalah suatu proses dimana molekul-molekul dari senyawa yang
diserap oleh permukaan zat padat atau zat cair yang lain. Zat yang mengadsorpsi
disebut sorben sedangkan zat yang diadsorpsi disebut sorbat. Proses adsorpsi
terjadi pada batas permukaan dua fase. Proses adsorpsi dapat terjadi karena
adanya gaya tarik atom atau molekul pada permukaan padatan yang tidak
seimbang. Karena adanya gaya ini, padatan cenderung menarik molekul-molekul
lain yang bersentuhan dengan permukaan padatan, baik fasa gas atau fasa larutan
ke dalam permukaannya. Akibatnya konsentrasi molekul pada permukaan
menjadi lebih besar daripada dalam fase gas atau zat terlarut dalam larutan.
Zeolit dapat berfungsi sebagai adsorben. Zeolit yang terdehidrasi akan
mempunyai struktur pori terbuka dengan internal surface area besar sehingga
kemampuan mengadsorb molekul selain air semakin tinggi. Ukuran cincin dari
jendela yang menuju rongga menentukan ukuran molekul yang dapat teradsorb.
Sifat ini yang menjadikan zeolit mempunyai kemampuan penyaringan yang
sangat spesifik yang dapat digunakan untuk pemurnian dan pemisahan (Marwati,
S., 2011). Berikut ini Gambar 2.6 zeolit teraktivasi fisika.
Gambar 2.6 Zeolit Teraktivasi Fisika (Ardra, Biz., 2015)
Secara alami pori-pori Zeolit yang belum diolah akan mengandung
sejumlah molekul air dan alkali atau alkali tanah hidrat. Proses pemanasan pada
temperature 300 – 4000C dapat menghilangkan kandungan air dan hidrat pada
alkali atau alkali tanah hidrat. Zeolit yang sudah mengalami pemanasan ini
disebut Zeolit Teraktivasi Fisika artinya Zeolit terdehidrasi atau Zeolit yang
kehilangan air (Ardra, Biz., 2015).
20
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Zeolit
Zeolit merupakan adsorbent yang unik, karena memiliki ukuran pori yang
sangat kecil dan seragam jika dibandingkan dengan adsorbent yang lain seperti
karbon aktif dan silika gel, sehingga zeolit hanya mampu menyerap molekulmolekul yang berdiameter sama atau lebih kecil dari diameter celah rongga,
sedangkan molekul yang diameternya lebih besar dari pori zeolit akan tertahan
dan hanya melintasi antar partikel. Dalam keadaan normal ruang hampa dalam
kristal zeolit terisi oleh molekul air yang berada disekitar kation. Bila zeolit
dipanaskan maka air tersebut akan keluar. Zeolit yang telah dipanaskan dapat
berfungsi sebagai penyerap gas atau cairan (Khairinal, Trisunaryanti, W., 2000).
Kemampuan zeolit mengadsorpsi sangat bergantung pada rasio Si/Al.
Rasio Si/Al rendah, zeolit bersifat hydrophilic mempunyai afinitas tinggi terhadap
air dan senyawa polar lainnya. Sebaliknya jika rasio Si/Al tinggi, maka zeolit
bersifat hydrophobic dan mengadsorpsi senyawa non-polar (Yuliusman, dkk.,
2013). Sifat-sifat zeolit secara langsung berasal dari karakteristik tertentu, dari
struktur kristalnya, sehingga memiliki luas permukaan yang cukup besar. Zeolit
dikenal sebagai adsorben yang selektif dan mempunyai efektifitas adsorpsi yang
tinggi ( Newsam, 1991).
Pada umumnya jenis zeolit alam Indonesia termasuk jenis mordenite dan
clinoptilolite. Zeolit jenis mordenite dapat digunakan untuk mengadsorpsi gas
H2O, CO, CO2, CH4 dan jenis clinoptilolite dapat digunakan untuk mengadsorpsi
gas CO, CO2, NO (Trisunaryanti dkk., 2005). Mengingat struktur zeolit alam yang
bervariasi serta besarnya kemungkinan impuritas yang ada, maka sebelum
digunakan zeolit alam membutuhkan suatu perlakuan awal yang sering disebut
sebagai proses aktivasi. Proses aktivasi ini diperlukan untuk meningkatkan sifat
khusus zeolit sebagai adsorben dan menghilangkan unsur pengotor (Rosita, dkk.,
2004).
6
Universitas Sumatera Utara
Pemanfaatan zeolit sebagai adsorben sudah banyak digunakan pada
industri, pertanian, dan lingkungan. Tabel 2.1 menunjukkan selektivitas adsorbat
terhadap beberapa jenis zeolit.
Tabel 2.1 Selektivitas Adsorbat Terhadap Jenis Zeolit (Ackley et al., 2003)
Jenis Zeolit
Chabazite
Clinoptilolite
Erionite
Aplikasi
Diadsorpsi
udara
dan O2 )
Prapurifikasi
Udara ( N2
udara
dan O2 )
Separasi Udara
O2
alam, batubara,
Purifikasi gas
Purifikasi gas
Phillipsite
Diadsorpsi
Udara ( N2
biogas
Mordenite
Gas Banyak
Prapurifikasi
Purifikasi gas
Ferrierite
Gas Sedikit
alam, batubara,
biogas
CO2
CO2, CO, NO
C3 S
Tomoki
(1988)
Tezel
(1995)
Honan
N2
CH4, C2S,
Peneliti
(1974)
NH3
Hayhurst
(1978)
H2, He, Ne,
H2O, CO,
Nishizawa
Kr, Xe
CO2, CH4
(1984)
CH4, C2S,
C3 S
NH3
Kirov
(1992)
Perbedaan jenis zeolit mempunyai daya serap (adsorption) molekul yang
berbeda-beda secara selektif. Keselektifan ini tergantung dari struktur masingmasing jenis zeolit, sehingga zeolit dapat digunakan sebagai:
a. Penyaring ion, molekul atau sebagai katalis
Zeolit dapat menyaring ion, molekul, maupun atom karena mempunyai
saluran (channel) dan rongga (cavity) dalam struktur zeolit bila oxygen window
dari saluran atau rongga lebih kecil dari ion, molekul, atau atom. Zeolit
mempunyai pori sehingga juga dapat digunakan sebagai katalis untuk
mempercepat reaksi dalam proses kimia.
7
Universitas Sumatera Utara
b. Bahan penyerap
Bila zeolit dipanaskan pada suhu tinggi maka akan terjadi dehidrasi,
penguapan yang dikandungnya sehingga menyebabkan zeolit akan selektif dalam
menyerap molekul-molekul seperti He, N2, O2, CO2, SO2, Ar, dan Kr. Proses
penyerapan molekul oleh zeolit terjadi karena strukturnya juga mempunyai
polaritas yang tinggi.
c. Penukar ion
Pertukaran ion pada dasarnya terjadi dalam suatu cairan yang mengandung
anion, kation, dan molekul air dimana salah satu atau sebagian ion yang terikat
pada matriks mikropori berfase padat. Molekul air dapat berada dalam mikropori
bersama ion (kation, anion) dengan muatan yang berlawanan dengan ion matriks
sehingga terjadi kesetimbangan muatan untuk mencapai keadaan netral, sehingga
ion yang berada dalam cairan dapat bergerak bebas di dalam matriks mikropori
(Ginting, A., dkk., 2007).
Kekuatan zeolit sebagai penjerap, katalis, dan penukar ion sangat
tergantung dari perbandingan Al dan Si, sehingga dikelompokkan menjadi 3
(Sutarti, 1994) :
1. Zeolit dengan kadar Si rendah
Zeolit jenis ini banyak mengandung Al (kaya Al), berpori, mempunyai
nilai ekonomi tinggi karena efektif untuk pemisahan atau pemurnian dengan
kapasitas besar. Kadar maksimum Al dicapai jika perbandingan Si/Al mendekati 1
dan keadaan ini mengakibatkan daya penukaran ion maksimum.
2. Zeolit dengan kadar Si sedang
Kerangka tetrahedral Al dari zeolit tidak stabil terhadap pengaruh asam
dan panas. Jenis zeolit mordenit mempunyai perbandingan Si/Al = 5 sangat stabil.
3. Zeolit dengan kadar Si tinggi
Zeolit ini mempunyai perbandingan Si/Al = 10-100 sehingga sifat
permukaannya tidak dapat diperkirakan lebih awal. Sangat higroskopis dan
menyerap molekul non-polar sehingga baik digunakan sebagai katalisator asam
8
Universitas Sumatera Utara
untuk hidrokarbon. Berikut ini Tabel 2.2. klasifikasi zeolit berdasarkan rasio
Si/Al.
Tabel 2.2. Klasifikasi Zeolit Berdasarkan Rasio Si/Al (Ramoa,1984)
Rasio Si/Al
Zeolit
Low (1-1.5)
A,X
a. Zeolit alam
: Erionite, Khabasit,
Klinoptilolit, Mordenit
Intermediate (2-5)
b. Zeolit sintetis : mordenit dengan
pori yang besar
ZSM-5 (direct synthesis)
High (∼ 10 − ∞)
Erionit, Mordenit, Y
Silica Molecular Sieves
Silicalite
Perbandingan antara atom Si dan Al yang bervariasi akan menghasilkan
banyak jenis atau spesies zeolit yang terdapat dialam. Sampai saat ini telah
ditemukan lebih dari 50 jenis spesies zeolit, namun mineral pembentuk zeolit
terbesar ada 9 yaitu analsim, habazit, klinoptilolit, erionit, morenit, ferrierit,
heulandit, laumontit dan fillipsit. Berikut ini Tabel 2.3 stabilitas zeolit terhadap
suhu (BPP Provsu, 2006).
Tabel 2.3 Stabilitas Zeolit Terhadap Suhu (BPP Provsu, 2006)
Jenis Mineral Zeolit
Suhu
Klinoptilolit (kaya ion Ca)
5000C (maks)
Klinoptilolit (kaya ion K)
8000C (maks)
Khabazit
600-8650C
Laumonit
345-8000C
Mordenit
800-10000C
Filipsit
360-4000C
9
Universitas Sumatera Utara
2.1.1 Karakteristik Kerangka Zeolit
Struktur kerangka zeolit mengandung saluran atau hubungan rongga yang
berisi kation dan molekul air berikut ini Gambar 2.1 Struktur Zeolit
Gambar 2.1 Struktur Zeolit
Secara sistematik struktur kerangka zeolit pada Gambar 2.2 dapat
digambarkan sebagai berikut (Oudejans, 1984 dikutip dalam Kahar, A., 2007)
Gambar 2.2 Struktur Kerangka Zeolit
Karakteristik struktur zeolit antara lain :
a. Sangat berpori, karena kristal zeolit merupakan kerangka yang
terbentuk dari jaring tetrahedral SiO4 dan AlO4.
b. Pori-porinya berukuran molekul karena pori zeolit terbentuk dari
tumpukan cincin beranggotakan 6, 8, 10, atau 12 tetrahedral.
c. Dapat menukarkan kation. Karena perbedaan muatan Al3+ dan Si4+
menjadikan atom Al dapat kerangka kristal bermuatan negatif dan
membutuhkan kation penetral. Kation penetral yang bukan menjadi
bagian kerangka ini mudah diganti dengan kation lainnya.
d. Dapat dijadikan padatan yang bersifat asam. Karena penggantian
kation penetral dengan proton-proton menjadikan zeolit padatan
asam Bronsted.
e. Mudah dimodifikasi karena setiap tetrahedral dapat dikontakkan
dengan bahan-bahan pemodifikasi.
10
Universitas Sumatera Utara
Adapun komposisi dari zeolit alam disajikan pada Tabel 2.4
Tabel 2.4 Komposisi Zeolit Alam (Sutarti, 1994)
Komposisi
% Berat
SiO2
78,83
Al2O3
12,50
Fe2O3
1,50
K2O
2,27
Na2O
1,07
MgO
1,95
CuO
2,14
2.1.2 Sifat Fisik dan Kimia Zeolit
Zeolit memiliki sifat fisik dan kimia yaitu (Sutarti, 1994) :
a. Hidrasi derajat tinggi
b. Ringan
c. Penukar ion yang tinggi
d. Ukuran saluran yang uniform
e. Menghantar listrik
f. Mengadsorbsi uap dan gas
g. Mempunyai sifat katalitik
Tabel 2.5 Karakteristik Zeolit (Sutarti, 1994)
Density
1,1 gr/cc
Porositas
0,31
Volume berpori
0,28-3 cc/gr
Surface area
1-20 m2/gr
Jari-jari makropori
30-100 nm
Jari-jari mikropori
0,5 nm
Untuk memperoleh zeolit dengan kemampuan yang tinggi diperlukan
beberapa perlakuan antara lain preparasi, aktivasi dan modifikasi (Sutarti, 1994)
11
Universitas Sumatera Utara
a. Preparasi
Bertujuan untuk memperoleh ukuran produk yang sesuai dengan
tujuan penggunaan. Preparasi ini terdiri dari tahap peremukan (crushing)
sampai penggerusan (grinding).
b. Aktivasi
Dapat dilakukan dengan dua cara yaitu secara fisis dan kimiawi.
Aktivasi secara fisis berupa pemanasan zeolit dengan tujuan untuk
menguapkan air yang terperangkap dalam pori-pori kristal zeolit sehingga luas
permukaan pori-pori bertambah. Pemanasan dilakukan dalam oven biasa pada
suhu 300-4000C (untuk skala laboratorium) atau menggunakan tungku putar
dengan pemanasan selama 5-6 jam (skala besar). Aktivasi secara kimia
dilakukan dengan larutan asam H2SO4 atau basa NaOH dengan tujuan untuk
membersihkan permukaan pori, membuang senyawa pengotor dan mengatur
kembali letak atom yang dipertukarkan. Pereaksi kimia ditambahkan pada
zeolit yang telah disusun dalam tangki dan diaduk dalam jangka waktu
tertentu. Zeolit kemudian dicuci dengan air sampai netral dan selanjutnya
dikeringkan.
c. Modifikasi
Dengan jalan melapisi zeolit dengan polimer organik vinil piridin, polimer
organik alam atau dengan mangan.
2.2 Teori Adsorpsi
Adsorpsi adalah suatu pengikatan molekul dari suatu fluida baik dalam
bentuk cair maupun gas ke permukaan benda padat. Bahan padat yang
mempunyai kemampuan mengikat (menjerap) molekul tertentu disebut adsorben,
sedangkan zat yang dijerap disebut adsorbat. Proses adsorpsi biasanya dilakukan
dengan cara mengontakkan larutan/gas dengan padatan, sehingga komponen
larutan/gas dijerap pada permukaan padatan (Kahar, A., 2007).
12
Universitas Sumatera Utara
Zeolit alam lebih mempunyai daya adsorbsi air dari udara dari pada silika
gel (Anggoro, D.D dan Buchori, L., 2005), sehingga uap air dalam biogas dapat
terserap. Struktur zeolit juga dapat melakukan adsorpsi dan absorbsi terhadap
senyawa H2O, CO2, SO2, H2S (Weitkamp dan Puppe, 1999), dengan kemampuan
penyerapan zeolit terhadap gas – gas tersebut sampai 25 % (Sutarti dan
Rachmawati, 1994). Zeolit dapat mengontrol gas – gas penyebab utama efek
rumah kaca yaitu CO2 dan N2O, kecuali CH4 yang tidak terserap (Delahay dan
Coq, 2002).
Proses adsorpsi adalah suatu proses penjerapan suatu fasa (gas atau cair)
pada permukaan adsorben yang berupa padatan. Hal ini terjadi karena adanya
ketidakseimbangan gaya-gaya molekul pada zat padat, yang cenderung menarik
molekul lain yang bersentuhan pada permukaannya. Jumlah berpori dan luas
permukaan meningkat dapat menyebabkan ketidakseimbangan gaya-gaya molekul
pada adsorben dan meningkatkan kemampuan adsorpsi. Peningkatan kapasitas
adsorpsi zeolit alam teraktifasi, dimungkinkan karena meningkatnya luas
permukaan. Proses aktifasi dapat membersihkan pengotor, baik pengotor organik
maupun mineral, sehingga meningkatkan luas permukaan, maka molekul yang
teradsorpsi akan semakin meningkat.
Peningkatan kapasitas adsorpsi zeolit alam teraktifasi dapat juga
disebabkan karena meningkatnya rasio Si/Al. Rasio Si/Al meningkat maka zeolit
lebih bersifat hydrophobic, lebih suka terhadap molekul non polar seperti CO.
Sifat hydrophobic zeolit dapat juga meningkat karena terjadi pertukaran kation
selama proses aktifasi (Yuliusman, dkk., 2013).
2.3 Kulit Kakao
Kakao merupakan salah satu komoditas andalan perkebunan yang
berperan penting dalam perekonomian Indonesia. Pada tahun 2010 Indonesia
menjadi produsen kakao terbesar kedua di dunia dengan produksi 844.630 ton,
dibawah Negara Pantai Gading dengan produksi 1,38 juta ton (Fahmi, 2011).
13
Universitas Sumatera Utara
Kulit buah kakao beratnya mencapai 75% seluruh berat buah, sehingga
dapat dikatakan bahwa limbah utama pengolahan buah kakao adalah kulit
(cangkangnya). Kulit buah kakao sebagai bahan sisa dapat mencapai ± 2.000.000
ton/tahun, permukaan kulit luarnya yang paling banyak mengandung pigmen
sekitar 16% dari berat kulit seluruhnya atau setara dengan 320.000 ton/tahun
sehingga sangat potensial untuk dimanfaatkan. Berikut ini Gambar 2.3 anatomis
buah kakao :
Gambar 2.3 Ciri Anatomis Buah Kakao (Limbongan, J., 2012)
Pod kakao merupakan bagian mesokarp atau dinding buah kakao yang
mencakup kulit terluar sampai daging buah sebelum kumpulan biji, terlihat pada
Gambar 2.4 Pod buah kakao merupakan bagian terbesar dari buah kakao.
Komposisi bagian-bagian buah kakao dapat dilihat pada Tabel 2.6.
Gambar 2.4 Pod Kakao
14
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.6 Komposisi Buah Kakao
No.
Komponen
Presentase (DB)
1.
Pod (Kulit Buah)
75,70
2.
Biji dan Pulp
21,68
3.
Plasenta
2,62
Kulit buah kakao mengandung air dan senyawa senyawa lain. Salah satu
yang bisa dimanfaatkan dalam kulit kakao yaitu pengambilan pektin. Komposisi
kimia kulit buah kakao tergantung pada jenis dan tingkat kematangan buah kakao
itu sendiri. Ditinjau dari komposisi kulit Kakao pada basis kering terdapat
kandungan pektin yang lebih sedikit dari pada kulit kakao pada keadaan yang
masih basah atau pengambilan dari pohon tidak terlalu lama pada saat pengolahan
menjadi pektin, komposisi kulit buah kakao pada saat kering dapat dilihat pada
Tabel 2.7.
Tabel 2.7 Komposisi Kulit Kakao Pada Basis Kering (Sari, E., dkk., 2012)
Parameter
Kandungan (%)
Pektin
6-12,67
Air
5-11,67
Zat Padat Lainnya
82,33
2.4 Lempung (Clay)
Lempung
merupakan
polimer
anorganik
alam
berupa
hidrat
aluminosilikat. Secara luas lempung telah dikenal sebagai fraksi-fraksi halus
koloid (± 2µm) dari tanah, sedimen atau batu-batuan. Apabila lempung menyerap
air, ia bersifat seperti plastik dan sebaliknya akan mengeras jika terdehidrasi.
Lempung disusun secara berlapis-lapis dengan ruangan antar lapis dan setiap
lapisan dapat bersifat netral atau bermuatan listrik (Muhdarina, dkk., 2010).
Lempung secara luas digunakan sebagai absorben karena memiliki
stabilitas kimia dan mekanik yang tinggi serta memiliki sifat permukaan dan
struktur yang bervariasi (Owabor et al.,2012).
15
Universitas Sumatera Utara
2.5 Elektrolisis Air
Elektrolisis air adalah peristiwa penguraian senyawa air (H2O) menjadi
oksigen (O2) dan hidrogen gas (H2) dengan menggunakan arus listrik yang
melalui air tersebut. Pada katode, dua molekul air bereaksi dengan menangkap
dua elektron, tereduksi menjadi gas H2 dan ion hidroksida(OH-). Sementara itu
pada anode, dua molekul air lain terurai menjadi gas oksigen (O2), melepaskan 4
ion H+ serta mengalirkan elektron ke katode. Ion H+ dan OH- mengalami
netralisasi sehingga terbentuk kembali beberapa molekul air. Reaksi keseluruhan
yang setara dari elektrolisis air dapat dituliskan dalam persamaan 2.1 sebagai
berikut :
2H2O(l) →2H2(g) + O2(g)
.............................................................(2.1)
Gas hidrogen dan oksigen yang dihasilkan dari reaksi ini membentuk
gelembung pada elektrode dan dapat dikumpulkan. Prinsip ini kemudian
dimanfaatkan untuk menghasilkan hidrogen dan hidrogen peroksida (H2O2) yang
dapat digunakan sebagai bahan bakar kendaraan hidrogen (Spiegel, Colleen.,
2008). Berikut ini Gambar 2.5 skema air menjadi konverter hidrogen.
H2, O2, Uap air
ke ruang bakar
H2 dan O2
KONVERTER
FILTER
Elektroda
H2, O2, Uap H2O
Air
Gambar 2.5 Skema Air Menjadi Konverter Hidrogen (Nasution, T.I., et al.
2015)
16
Universitas Sumatera Utara
Hidrogen dapat digunakan sebagai bahan bakar sebab :
1. Dapat terbakar dalam oksigen membentuk air dan menghasilkan energi.
2. Bersama oksigen dapat digunakan dalam sel bahan bakar menghasilkan
energi listrik.
Keuntungan jika hidrogen digunakan sebagai bahan bakar yaitu :
1. Suatu cuplikan hidrogen jika dibakar akan menghasilkan energi sebanyak
kira-kira tiga kali energi yang dihasilkan bensin dengan berat yang sama.
2. Dalam mesin kendaraan bermotor hidrogen akan terbakar lebih efisien jika
dibandingkan dengan bahan bakar lain.
3. Pembakaran hidrogen kurang menghasilkan polutan. Polutan yang terjadi
hanya oksida nitrogen yang terjadi jika suhu pembakaran sangat tinggi.
4. Mesin yang menggunakan hidrogen mudah diubah agar dapat mengunakan
hidrogen sebagai bahan bakar (Putra, A.M., 2010).
2.6 Pengujian
2.6.1 Porositas
Porositas didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah volume poripori (volume ruang kosong) pada zat padat dengan jumlah volume total zat padat.
Porositas dapat diatur dengan menambahkan bahan aditif dan bahan lain yang
dapat menghasilkan gas pada saat di bakar sehingga meninggalkan rongga yang
disebut pori. Porositas yang tinggi dapat mengakibatkan kekuatan mekanik
menjadi rendah. Dan semakin besar persentase porositas maka jumlah poriporinya semakin besar dan akan semakin menghasilkan adsorpsi yang baik
(Suriawan, M.C.V dan Nindhia, T.G.T., 2010).
Perhitungan porositas dihitung dari volume pori dibagi dengan volume
total. Pada persamaan tersebut, sulit untuk digunakan karena kita akan kesulitan
untuk mengukur volume kosong pada zat padat, sehingga pengukuran porositas
dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.2 berikut ini :
17
Universitas Sumatera Utara
% ��������� = �
Keterangan:
�� −��
���� × ��
� × ���%
.......................................................(2.2)
mb
= massa basah (kg)
mk
= massa kering (kg)
ρair
= massa jenis air (kg/m3)
Vt
= volume sampel sesudah dibakar (m3)
2.6.2 Sifat Mekanik
Pengujian mekanik ditujukan untuk mensimulasikan pola pembebanan
yang akan dialami oleh material tersebut pada kondisi operasi material
keramik/komposit keramik. Dan sifat mekanik suatu bahan berkaitan erat dengan
porositas, kekuatan, kekerasan, keuletan dan kekakuan.
2.6.2.1 Kekerasan
Kekerasan suatu material merupakan ketahanan material terhadap gaya
penekanan dari material lain yang lebih keras. Prinsip pengujian kekerasan ini
yaitu pada permukaan material dilakukan penekanan dengan indikator sesuai
dengan parameter (diameter, beban, dan waktu).
Pengujian kekerasan dengan menggunakan alat Hardness Tester Tokyo
Japan Matsuzawa Seiki yang hasilnya dapat langsung dibaca dan diperoleh dalam
satuan Hardness of Vickers, dengan menggunakan Persamaan (2.3) berikut ini :
�� = �, ����
�
��
............................................................................(2.3)
Keterangan : Hv = Hardness of Vickers (N/m2)
F = Beban yang diberikan (N)
d = panjang diagonal sampel (m)
18
Universitas Sumatera Utara
2.6.3 Scanning Elektron Microscopy - Energy Dispersive X-ray Spectrometer
(SEM-EDX)
Alat ini terbagi menjadi dua bagian fungsi yang berbeda, yaitu EDX dan
SEM. Uji EDX ini dapat membaca suatu permukaan sampel dengan suatu alat
pembaca elektron (5-50 kV) sehingga dapat mengetahui komposisi logam-logam
yang ada di dalam zeolit, dalam hal ini terutama untuk mengetahui rasio Si/Al.
Jika rasio Si/Al meningkat, maka zeolit akan lebih stabil terhadap suhu tinggi
(Wibowo, J., 2012).
Pada dasarnya teknik SEM merupakan pemeriksaan dan analisis
permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan atau
dari lapisan yang tebalnya sekitar 20 µm dari permukaan gambar. Gambar
permukaan yang diperoleh merupakan gambar topografi dengan segala tonjolan
dan
lekukan
permukaan.
Gambar
topografi
permukaan
diperoleh
dari
penangkapan elektron sekunder yang dipancarkan oleh spesimen.
SEM mempunyai resolusi tinggi bisa mencapai 150.000 kali dan dapat
digunakan untuk mengamati obyek benda berukuran nanometer. Meskipun
demikian, resolusi tinggi tersebut didapatkan untuk pemindaian dalam arah
horizontal, sedangkan pemindaian secara vertikal (tinggi rendahnya struktur)
resolusinya rendah. Ini merupakan kelemahan SEM yang belum diketahui
pemecahannya.
Perkembangan mutakhir paling berarti adalah perolehan informasi
mengenai komposisi kimia. Mikroskopnya juga menggambarkan sebuah energy
Dispersive X-ray Spectrometer (EDX) yang dapat digunakan untuk menentukan
komposisi unsur dari sampel. Ketika sebuah sampel difoto oleh SEM, sinar
elektron juga diemisikan oleh sinar-X yang dibawa oleh EDX. Emisi sinar-X tipa
unsur khas dalam energi dan panjang gelombangnya, karena itu unit EDX mampu
menentukan tiap unsur yang merespon emisi tersebut. Data ini dapat ditambahkan
pada gambar SEM untuk menghasilkan sebuah peta unsur yang sebenarnya dari
permukaan sampel.
19
Universitas Sumatera Utara
2.6.4 Uji Daya Adsorpsi Uap Air
Adsorpsi adalah suatu proses dimana molekul-molekul dari senyawa yang
diserap oleh permukaan zat padat atau zat cair yang lain. Zat yang mengadsorpsi
disebut sorben sedangkan zat yang diadsorpsi disebut sorbat. Proses adsorpsi
terjadi pada batas permukaan dua fase. Proses adsorpsi dapat terjadi karena
adanya gaya tarik atom atau molekul pada permukaan padatan yang tidak
seimbang. Karena adanya gaya ini, padatan cenderung menarik molekul-molekul
lain yang bersentuhan dengan permukaan padatan, baik fasa gas atau fasa larutan
ke dalam permukaannya. Akibatnya konsentrasi molekul pada permukaan
menjadi lebih besar daripada dalam fase gas atau zat terlarut dalam larutan.
Zeolit dapat berfungsi sebagai adsorben. Zeolit yang terdehidrasi akan
mempunyai struktur pori terbuka dengan internal surface area besar sehingga
kemampuan mengadsorb molekul selain air semakin tinggi. Ukuran cincin dari
jendela yang menuju rongga menentukan ukuran molekul yang dapat teradsorb.
Sifat ini yang menjadikan zeolit mempunyai kemampuan penyaringan yang
sangat spesifik yang dapat digunakan untuk pemurnian dan pemisahan (Marwati,
S., 2011). Berikut ini Gambar 2.6 zeolit teraktivasi fisika.
Gambar 2.6 Zeolit Teraktivasi Fisika (Ardra, Biz., 2015)
Secara alami pori-pori Zeolit yang belum diolah akan mengandung
sejumlah molekul air dan alkali atau alkali tanah hidrat. Proses pemanasan pada
temperature 300 – 4000C dapat menghilangkan kandungan air dan hidrat pada
alkali atau alkali tanah hidrat. Zeolit yang sudah mengalami pemanasan ini
disebut Zeolit Teraktivasi Fisika artinya Zeolit terdehidrasi atau Zeolit yang
kehilangan air (Ardra, Biz., 2015).
20
Universitas Sumatera Utara