Mineral Alam Zeolit Yang Merupakan Senyawa Alumino

Potensi Zeolit untuk Mengolah Limbah Industri dan Radioaktif

Mineral alam zeolit yang merupakan senyawa alumino-silikat dengan struktur sangkar

terdapat di Indonesia dalam jumlah besar dengan bentuk hampir murni dan harga murah.

Mineral zeolit mempunyai struktur "framework" tiga dimensi dan menunjukkan sifat

penukar ion, sorpsi, "molecular sieving" dan katalis sehingga memungkinkan digunakan

dalam pengolahan limbah industri dan limbah nuklir. Di Indonesia, zeolit ditemukan pada

tahun 1985 oleh PPTM Bandung dalam jumlah besar, diantaranya tersebar di beberapa

daerah pulau Sumatera dan Jawa. Namun dari 46 lokasi zeolit, baru beberapa lokasi yang

ditambang secara intensif antara lain di Bayah, Banten, Cikalong, Tasikmalaya, Cikembar,

Sukabumi, Nanggung, Bogor dan Lampung.

Abstrak

Mineral alam zeolit yang merupakan senyawa alumino-silikat dengan struktur sangkar

terdapat di Indonesia dalam jumlah besar dengan bentuk hampir murni dan harga murah.

Mineral zeolit mempunyai struktur "framework" tiga dimensi dan menunjukkan sifat

penukar ion, sorpsi, "molecular sieving" dan katalis sehingga memungkinkan digunakan

dalam pengolahan limbah industri dan limbah nuklir.

Pendahuluan

Mineral alam zeolit biasanya masih tercampur dengan mineral lainnya seperti kalsit,

gipsum, feldspar dan kuarsa dan ditemukan di daerah sekitar gunung berapi atau

mengendap pada daerah sumber air panas (hot spring). Zeolit juga ditemukan sebagai

batuan endapan pada bagian tanah jenis basalt dan komposisi kimianya tergantung pada

kondisi hidrotermal lingkungan lokal, seperti suhu, tekanan uap air setempat dan

komposisi air tanah lokasi kejadiannya. Hal itu menjadikan zeolit dengan warna dan

tekstur yang sama mungkin berbeda komposisi kimianya bila diambil dari lokasi yang

berbeda, disebabkan karena kombinasi mineral yang berupa partikel halus dengan

impuritis lainnya. Deposit mineral alam zeolit yang cukup besar ditemukan di beberapa

negara seperti Amerika Serikat, Uni Soviet, Jepang, Australia, Kuba dan beberapa negara

Eropa bagian timur seperti Ceko dan Hunggaria. Di Indonesia, zeolit ditemukan pada tahun

1985 oleh PPTM Bandung dalam jumlah besar, diantaranya tersebar dibeberapa daerah

pulau Sumatera dan Jawa. Namun dari 46 lokasi zeolit, baru beberapa lokasi yang

ditambang secara intensif antara lain di Bayah, Banten, Cikalong, Tasikmalaya, Cikembar,

Sukabumi, Nanggung, Bogor dan Lampung. Pemanfaatan zeolit masih belum banyak

diketahui secara luas, yang pada saat ini zeolit di Indonesia dipasarkan masih dalam bentuk

alam terutama pada pemupukan bidang pertanian. Berikut ini akan dibahas potensi zeolit

dalam pengolahan limbah.

Pengertian, Struktur dan Sifat Zeolit

Mineral zeolit telah dikenal sejak tahun 1756 oleh Cronstedt ketika menemukan Stilbit

yang bila dipanaskan seperti batuan mendidih (boiling stone) karena dehidrasi molekul air

yang dikandungnya. Pada tahun 1954 zeolit diklasifikasi sebagai golongan mineral

tersendiri, yang saat itu dikenal sebagai molecular sieve materials.

Pada tahun 1984 Professor Joseph V. Smith ahli kristalografi Amerika Serikat

mendefinisikan zeolit sebagai :

"A zeolite is an aluminosilicate with a framework structure enclosing cavities occupied by

large ions and water molecules, both of which have considerable freedom of movement,

permitting ion-exchange and reversible dehydration".

Dengan demikian, zeolit merupakan mineral yang terdiri dari kristal alumino silikat

terhidrasi yang mengandung kation alkali atau alkali tanah dalam kerangka tiga dimensi.

Ion-ion logam tersebut dapat diganti oleh kation lain tanpa merusak struktur zeolit dan

dapat menyerap air secara reversibel. Zeolit biasanya ditulis dengan rumus kimia oksida

atau berdasarkan satuan sel kristal M2/nO Al2O3 a SiO2 b H2O atau Mc/n {(AlO2)c(SiO2)d} b

H2O. Dimana n adalah valensi logam, a dan b adalah molekul silikat dan air, c dan d adalah

jumlah tetrahedra alumina dan silika. Rasio d/c atau SiO2/Al2O bervariasi dari 1-5. Zeolit

tidak dapat diidentifikasi hanya berdasarkan analisa komposisi kimianya saja, melainkan

harus dianalisa strukturnya. Struktur kristal zeolit dimana semua atom Si dan Al dalam

bentuk tetrahedra (TO4) disebut Unit Bangun Primer, zeolit hanya dapat diidentifikasi

berdasarkan Unit Bangun Sekunder (UBS) sebagaimana terlihat pada Gambar 1-2.

Gambar 1. Tetrahedra alumina dan silika (TO4) pada struktur zeolit

Pada saat ini dikenal sekitar 40 jenis zeolit alam, meskipun yang mempunyai nilai

komersial ada sekitar 12 jenis, diantaranya klinoptilolit, mordernit, filipsit, kabasit dan

erionit. Zeolit sintetik dihasilkan dari beberapa perusahaan seperti Union Carbide, ICI dan

Mobil Oil dan lebih dari 100 jenis telah dikenal strukturnya antara lain zeolit A, X, Y, grup

ZSM/AlPO4 (Zeolite Sieving Marerials/Aluminium Phosphate) dan bahkan akhir-akhir ini

dikenal grup Zeotip, yaitu material seperti zeolit tetapi bukan senyawa alumino-silikat.

Berdasarkan UBS semua zeolit baik dalam bentuk alami atau sintetik dapat dibagi atas 9

grup yaitu:

1. single 4-ring (S4R)



4. double 4-ring (D4R)



7. complex 4-1 (T5O10)

8. complex 5-1 (T8O16)

9. complex 4-4-1 (T10O20)

Gambar 2. Unit Bangun Sekunder Struktur Zeolit

Tabel 1. Klasifikasi zeolit

Zeolit Rumus kimia UBS

Grup Analsim

Analsim Na16[Al16Si31O96]6H2O S4R

Wairakit Ca8[Al16Si31O96] 6H2O S4R

Grup Natrolit

Natrolit Na16[Al16Si24O80]6 H2O T5O10 (4-1)

Thomsonit Na16Ca8[Al20Si20O80]24 H2O T5O10

Grup Heulandit

Heulandit Ca4[Al8Si28O72] 24H2O T10O20 (4-4-1)

Klinoptilolit Na6[Al6Si30O72]24 H2O T10O20

Grup Filipsit

Filipsit K2Ca1.5[Al6Si10O32]12H2O S4R

Zeolit Na-P-1 Na8[Al31SiO16] 16H2O S4R

Grup Mordernit

Mordernit Na8[Al8Si40O96]24 H2O T8O16 (5-1)

Ferrierit NaCa0.5Mg2[Al6Si30O72]24 H2O T8O16

Grup Kabazit

Kabazit Ca2[Al4Si8O24] 13H2O D4R,D6R

Zeolit L K6Na3[Al9Si27O72] 21H2O S6R

Grup Faujasit

Faujasit Na12Ca12Mg11[Al58Si134O384]235H2O D4R,D6R

Zeolit A Na12[Al12Si12O48] 27 H2O D4R, D6R

Grup Laumontit

Laumontit Ca4[Al8Si16O46] 16H2O S4R,S6R,S8R

Grup Pentasil

ZSM-5 Nan[AlnSi96O192] 16 H2O 5-1

Grup Zeotype

ALPO4-5 [Al12 P12O48] (C3H7)4 NOH q H2O S4R, S6R

Pada struktur zeolit, semua atom Al dalam bentuk tertahedra sehingga atom Al akan

bermuatan negatif karena berkoordinasi dengan 4 atom oksigen dan selalu dinetralkan oleh

kation alkali atau alkali tanah untuk mencapai senyawa yang stabil. Lain halnya dengan

batuan lempung (clay materials) dengan struktur lapisan, dimana sifat pertukaran ionnya

disebabkan oleh 1) brokend bonds yaitu makin kecil partikel penyerapan makin besar, 2)

gugus hidroksid yang mana atom hidrogen dapat digantikan dengan kation lain atau 3)

substitusi isomorf Al pada tertrahedra Si menyebabkan ikatan Al-Si cukup kuat dan

mengurangi swelling.

Kemampuan pertukaran ion (adakalanya dengan istilah kemampuan penyerapan ion atau

sorpsi) zeolit merupakan parameter utama dalam menentukan kualitas zeolit yang akan

digunakan, biasanya dikenal sebagai KTK (kemampuan tukar kation). KTK adalah jumlah

meq ion logam yang dapat diserap maksimum oleh 1 g zeolit dalam kondisi

kesetimbangan. Kemampuan tukar kation (KTK) dari zeolit bervariasi dari 1,5 sampai 6

meq/g. Nilai KTK zeolit ini banyak tergantung pada jumlah atom Al dalam struktur zeolit,

yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan KTK batuan lempung, seperti kaolinit (0,03-

015 meq/g), bentonit (0,80-1,50 meq/g) dan vermikulit (1-1,50 meq/g).

Gambar 3. Struktur stereotip mordernit

Gambar 4. Struktur stereotip klinoptilolit

Tabel 2. Perbedaan Zeolit dengan Tanah Lempung

Sifat Zeolit Batuan Lempung

Struktur Kristal

Swelling

Kestabilan Panas

Kestabilan Radiasi

Sorpsi

Penukar kation

Penyaring Molekul

Katalis

framework 3 dim.

sangat kecil

tinggi

sedang

tinggi

sedang

tinggi

tinggi

tinggi

Layer 2 dim.

besar

rendah

sedang

tinggi

tinggi

rendah

rendah

sedang

Zeolit dengan struktur "framework" mempunyai luas permukaan yang besar dan

mempunyai saluran yang dapat menyaring ion/molekul (molecular sieving). Bila atom Al

dinetralisir dengan ion polivalen, misalnya logam Pt, Cu dsb, zeolit dapat berfungsi

sebagai katalis yang banyak digunakan pada reaksi-reaksi petrokimia. Tabel 4

memperlihatkan klasifikasi zeolit berdasarkan kemampuan terhadap penyaringan molekul

organik. Zeolit khabazit yang mempunyai pori 0,489-0,588 nm dan dapat digunakan untuk

memisahkan senyawa parafin seperti CH4 dan C2H6, n-parafin dan iso-parafin dan

aromatis. Zeolit Na-mordernit dengan pori 0,400-0,489 nm dapat memisahkan gas N2, O2,

CH4, C2H6 dengan n-parafin, iso-parafin dan aromatis. Begitu pula Ca dan Ba-Mordernite

yang mempunyai pori 0,384-0,400 dapat memisahkan hidrokarbon, CH4 dengan gas Ar

dan N2. Sifat katalitis zeolit disebabkan uni kation pada atom Al zeolit yang dapat

dipertukarkan dengan ion H dan aktif sebagai katalisis reaksi.

Tabel 3. Klasifikasi "ion/ molecular sieve material"

Diameter

(nm) Jenis Penyaring Tak disaring

0.489 - 0.558 Khabazit CH4, C2H6, nparaffins iso-parafin

0.400 - 0.489 Mordenit N2, O2, CH4, C2H6 n-parafin,aromatik

0.384 - 0.400 Ca-mordernit gas Ar, N2 hidro karbon, CH4

Peranan Zeolit dalam pengolahan limbah industri dan nuklir

Untuk pemisahan ammonia/ammonium ion dari air limbah industri, untuk pemisahan hasil

fisi dari limbah radioaktif dan penggunaan dibidang limbah pertanian. Clinoptilolit dapat

memisahkan 99% ammoniak/ ammonium dari limbah industri. Tsitsisvii (1980) dan

Blanchard (1984) menemukan clinoptilolite juga dapat memisahkan logam berat (Pb, Cu,

Cd, Zn, Co, Ni dan Hg) baik dalam limbah industri ataupun dalam tanah pertanian untuk

"soil conditioning". Dalam pengolahan limbah nuklir, Ames dari tahun 1959-1962 telah

peneliti penggunaan clinoptilolite untuk pemisahan zat radioaktif. Terakhir clinoptilolite

juga telah dipakai untuk dekontaminasi air pendingin reaktor pada kecelakaan reaktor

Three Mile Island di Amerika pada tahun 1979 (10). Zeolit juga digunakan untuk

dekontaminasi air pendingin reaktor Three Mile Island Unit II dan pada tahun 1987 untuk

penyerapan gas radioaktif reaktor Chernobiel yang terbakar. Zeolit dari deposit California

digunakan untuk pemisahan radionuklida hasil fisi dalam air kolam penyimpanan bahan

bakar nuklir di SIXEP (Site Ion-Exchange Plant) British Nuclear Fuel Limited, Sellafield,

Inggris disamping untuk pengganti pasir digunakan campuran zeolit, fly ash dan slug pada

proses sementasi limbah. Di Inggris dan Korea, limbah sementasi tidak menggunakan pasir

dengan pertimbangan pasir akan meningkatkan volume limbah yang bertentangan dengan

prinsip "minimisized waste" atau reduksi volume. [7,12]

Beberapa mineral anorganik banyak diteliti di Cina seperti jenis mineral fosfat, oksida,

magnetit yang dilakukan tidak hanya untuk penyerapan nuklida hasil fisi tetapi juga untuk

penyerapan Pu, Am dan Ce dalam simulasi limbah dengan keasaman dan kandungan

garam tinggi. Hasilnya menunjukan penyerapan terhadap nulkida umumnya rendah kecuali

mineral apatit yang menunjukkan penyerapan tinggi terhadap Pu, Am dan Ce. Untuk

penyerapan Cs dan Sr, Balek dari Ceko, mengunakannya untuk penyerapan Cs, Co dan Ru.

Zeolit yang sama juga digunakan untuk menyerap gas RuO4 pada suhu 50oC dan suhu

kamar. Tsitsisvii (1980) dan Blanchard (1984) menemukan klinoptilolit yang dapat

memisahkan logam berat (Pb, Cu, Cd, Zn, Co, Ni dan Hg) baik dalam limbah industri.

Akhir-akhir ini, para peneliti banyak mempelajari prospek zeolit dalam pengelolaan limbah

industri. Klinoptilolit dan mordernit dapat memisahkan 99% ammoniak/ammonium dari

limbah industri.

Manfaat Zeolit di Bidang Lain

Bidang Proses Industri

Berdasarkan sifat sorpsinya terhadap gas dan hidrasi molekul air, zeolit digunakan untuk

pengeringan pada berbagai produk industri. Molekul uap air dapat diserap sebanyak 8-10 g

dengan 100 g klinoptilolit dibandingkan 3 g dan 1,2 g oleh Al2O3 dan gel silika dengan

berat yang sama pada kondisi 1,33 atm dan 25oC. Zeolit klinoptilolit yang diaktivasi pada

suhu 300 - 350 oC selama 2-3 jam . Sebagai "drying agent" dari senyawa organik, zeolit

digunakan antara lain :

o pada proses pemurnian metil khlorida dalam industri karet

o pemurnian fraksi alkohol, metanol, benzen, xylene, LPG dan LNG pada industri

petrokimia

o untuk hidrokarbon propellents-fillers aerosol untuk pengganti freons

o penyerap klorin, bromin dan fluorin

o menurunkan humiditas ruangan.

Zeolit digunakan dalam proses penyerapan gas seperti :

o gas mulia antara lain Ar, Kr dan gas He,

o gas rumah kaca ( NH3, CO2, SO2, SO3 dan NOx ),

o gas organik CS2, CH4, CH3CN, CH3OH, termasuk pirogas dan fraksi etana/etilen,

o pemurnian udara bersih mengandung O2,

o penyerapan gas N2 dari udara sehingga meningkatkan kemurnian O2 diudara,

o campuran filter pada rokok,

o penyerapan gas dan penghilangan warna dari cairan gula pada pabrik gula.

Dalam bidang katalis, sorben Al2O3 biasanya digunakan tetapi akhir-akhir ini juga

digunakan zeolit A dalam industri petrokimia pada proses isomerisasi, hidro sulforisasi,

hidrocracking, hidrogenasi, reforming, dehidrasi, dehidrogenasi dan de-alkilasi, cracking

parafin, disportion toluen/benzen dan xylen. Zeolit mordenite klinoptilolit sering

digunakan, sedangkan zeolit sintetik terutama digunakan jenis ZSM 5 dan zeolit A.

Dengan adanya kekawatiran pencemaran lingkungan oleh polifosfat yang biasa digunakan

dalam deterjen sebagai "builder" untuk meningkatkan efisiensi ditergen pada air yeng

mengandung Ca dan Mg tinggi. Saat sekarang, zeolit klinoptilolit juga digunakan sebagai

pengganti polifosfat. Penelitian menunjukkan bahwa penggunaan zeolit A pada deterjen

ternyata tidak menyebabkan akumulasi pada sistim air buangan, zeolit berlaku seperti

partikel padat dan tidak bersifat toksik terhadap kehidupan di air [4,5]. Di Jepang,

klinoptilolit digunakan untuk filler kertas, karet dan polimer untuk memperoleh material

"low density". Di Amerika Serikat, zeolit alam juga digunakan untuk campuran pada

semen dan Tchernev telah mendemonstrasikan penggunaan zeolit yang sama untuk "solar

heating/cooling" pada panel energi cahaya matahari berdasarkan adsorpsi/desorpsi molekul

air diwaktu siang dan malam hari.

Bidang Pertanian dan Lingkungan

Makin meningkatnya kebutuhan pupuk kimia seperti urea, KCl dan SP-36 yang pada saat

ini yang sulit terbeli oleh masyarakat untuk digunakan dalam peningkatan hasil

pertaniannya, pada hal dalam pelaksanaan pemupukan hanya sekitar 50% pupuk yang

dapat diserap oleh tanaman, sedangkan sebagian lainnya mengalami degradasi atau

terbawa hanyut oleh air tanah sehingga pemupukan tidak efisien yang juga akan

mencemari lingkungan dengan kandungan N, S dan P.

Zeolit digunakan sebagai "soil conditioning" yang dapat mengontrol dan menaikkan pH

tanah serta kelembaban tanah. Dalam pengalaman petani di Jepang, penambahan zeolit

pada pupuk tanaman bervariasi dari 15-63% terutama untuk tanaman apel dan gandum.

Penambahan zeolit pada pupuk kandang ternyata juga akan meningkatkan proses

nitrifikasi. Pada saat ini bidang pertanian merupakan pemakai zeolit terbesar di Indonesia.

Disamping untuk "slow release fertilizer", zeolit juga digunakan untuk sebagai carrier

pestisida/herbisida dan fungisida. Namun ada keraguan penambahan zeolit pada pupuk

akan terjadi akumulasi zeolit pada lahan pertanian. Jumlah penambahan zeolit ini akan

tergantung pada jenis tanah setempat. Untuk tanah arid dan semi desert penggunaan zeolit

sebagai campuran pupuk mungkin perlu dikurangi.

Dalam bidang peternakan, zeolit juga digunakan sebagai "food supplement" pada ternak

ruminansia dan non-ruminansia masing-masing dengan dosis 2.5 - 5% dari rasio pakan

perhari yang dapat mneningkatkan produktivitas baik susu, daging dan telur, laju

pertumbuhan serta memperbaiki kondisi lingkungan kandang dari bau yang tidak sedap.

Dalam hal fauna laut, zeolit berperan sebagai pengontol pH air dan penyerap NH 3NO3- dan

H2S, filter air masuk ke tambak, pengontrol kandungan alkali, oksigen dan perbaikan lahan

dasar tambak melalui penyerapan logam berat Pb, Fe, Hg, Sn, Bi dan As. Selektivitas

penyerapan ion sangat penting ditentukan mengingat kompleksnya komposisi kimia air (air

tanah, permukaan, air limbah) yang diperlakukan terhadap zeolit baik dalam

penggunaannya pada bidang pertanian dan lingkungan.

Zeolit juga pernah ditaburkan dari pesawat terbang diatas reaktor Chernobil untuk maksud

menyerap hasil fisi yang terdapat dalam jatuhan debu radioaktif (fall out) akibat kebakaran

reaktor Sovyet tahun 1985 (1,6).

Bahasan

Sebelum membahas berbagai penggunaan zeolit dalam iptek secara umum, akan diuraikan

beberapa hasil penelitian yang telah dilakukan di lingkungan BATAN terutama di P2PLR

yaitu :

1. Zeolit yang diteliti adalah zeolit Bayah, Lampung, Tasikmalaya, dan Sukabumi.

2. Zeolit Bayah dan Lampung secara kemurnian dan sifat penukar ionnya lebih baik

dari zeolit Tasikmalaya dan Sukabumi.

3. Zeolit Bayah merupanan zeolit campuran jenis klinoptilolit dan mordernit,

sedangkan zeolit Lampung mengandung jenis klinoptilolit saja dengan rumus kimia

oksida untuk zeolit Bayah dan Lampung adalah : ZB : Na0,15 K1,44 Ca2,04 Mg0,70

Mn0,02 Fe0,44 {(AlO2)6,76 (SiO2)}29,32 6,57 H2O

ZL : Na0,17 K1,28 Ca1,15 Mg0,87 Mn0,02 Fe0,46 {( AlO2)6,95 (SiO2)} 29,05 8,86 H2O.

4. ZL dan ZB mempunyai kemampuan penyerapan terhadap Cs-137 dan Sr-90, NH4+,

Cd2+, Cu2+, Mn2+, Ni2+, Pb2+, Mn2+ dan Fe2+.

5. Modifikasi kedua zeolit dalam bentuk ASP disamping menyerap ion logam berat

diatas, juga mempunyai kemampuan menyerap anion sperti Cl-, F-, PO43- dan SO4

2-.

6. Zeolit Lampung juga telah diteliti untuk "slow release herbisida, pestisida dan

fungisida yang dilakukan di PAIR.

7. Zeolit telah diteliti oleh IPB dalam dalam bidang pertanian sebagai "slow release

fertilizer".

Berdasarkan potensi zeolit tersebut diatas beberapa kegiatan yang dapat dikembangkan

pada kegiatan penelitian di BATAN antara lain :

Pengolahan limbah

Hasil penelitian di P2PLR kiranya telah dapat diaplikasikan dan ditindak lanjuti untk skala

semi pilot untuk pengolahan limbah nuklir dan limbah B3 antara lain untuk :

1. teknik kolom penyerapan limbah mengandung hasil fisi,

2. teknik kolom penyerapan limbah B3,

3. penyerapan Flour dari limbah "Fuel Element Production",

4. pengganti pasir dalam proses sementasi konsentrat limbah radioaktif,

5. campuran bahan "backfill" pada sistim penyimpanan limbah,

6. proses dekontaminasi air industri pengganti resin organik,

7. komposit sorben antara lain zeolit PAN, zeolit-PVA.

Kelemahan penggunaan zeolit pada teknik kolom adalah 'clogging" (aliran influen

terhambat). Oleh karena itu untuk mencapai penyerapan yang optimal diperlukan

pemurnian mineral alam sebelum digunakan atau dimodifikasi strukturnya dan dibuat

dalam ukuran butiran tertentu dengan menggunakan binder polimer misalnya poly akrilo

nitril dan poli vinil alkohol sehingga komposit zeolit dapat dibuat dalam berbagai bentuk

misalnya granula, pelet, lembaran, "hollow" dan sebagainya.

Keuntungan campuran zeolit-bentonit sebagai "backfill", dimana bentonit berfungsi

menahan rembesan air, sedangkan zeolit berfungsi menahan pelindihan radionuklida oleh

zeolit.

Tabel 4. Kapasitas Tukar Ion Logam Berat dan Anion (meq/g)

Ion ZB NH4ZB HZB CaZB ZL NH4ZL HZL CaZL

NH4+ 2,31 2,31 2,92 1,83 2,92 2,31 2,92 1,83

Cs+ 1,16 1,16 0,98 0,90 0,98 1,16 0,98 0,90

Sr2+ 0,82 0,82 0,93 0,67 0,93 0,82 0,93 0,67

Cd2+ 0,71 0,86 0,44 0,48 0,42 0,10 0,13 0,16

Cu2+ 2,30 2,60 1,81 2,48 2,63 2,35 2,22 2,48

Mn2+ 1,59 1,41 1,80 0,28 0,65 1,35 2,95 1,77

Ni2+ 2,23 1,90 1,44 1,46 2,63 2,32 2,62 2,17

Pb2+ 1,11 1,19 0,45 0,45 0,80 1,08 0,19 0,77

Zn2+ 0,58 0,60 0,62 0,80 1,31 1,51 1,53 2,21

Fe2+ 0,94 0,62 0,10 0,23 0,68 0,58 0,44 0,65

Tabel 5. Kapasitas Tukar Ion ASP terhadap Logam Berat dan Anion

Ion ASPB ASPL

1:1 1:5 5:1 1:1 1:5 5:1

Cd2+ 0,64 0,57 0,43 0,54 0,49 0,70

Co2+ 1,10 0,81 1,02 0,93 0,83 0,77

Cu2+ 0,11 0,05 0,08 0,24 0,07 0,15

Fe3+ 0,50 0,32 0,32 0,25 0,27 0,49

Mn2+ 0,97 0,85 0,88 0,81 0,83 1,12

Ni2+ 0,95 0,75 0,91 0,15 0,12 0,20

Pb2+ 0,65 0,33 0,74 0,80 0,78 0,71

Zn2+ 23.02 23,08 23,25 23.15 23,03 23,06

Cl- 0,89 1,11 0,68 0,79 0,86 1,06

F- 0,64 1,37 1,37 1,17 1,33 1,31

PO43- 0,60 1,08 0,31 0,28 0,55 0,49

SO42- 1,36 1,59 0,47 1,54 0,96 1,30

PEMANFAATAN ZEOLIT SINTETIS SEBAGAI ALTERNATIF

PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI

Intisari. Mineral zeolit adalah suatu kelompok mineral alumunium silikat terhidrasi dari

logam alkali dan alkali tanah (terutama Ca, dan Na), dengan rumus umum LmAlxSiyOz _

nH2O dimana L adalah logam. Zeolit sintetis adalah suatu senyawa kimia yang

mempunyai sifat _sik dan kimia yang sama dengan zeolit yang ada di alam, zeolit sintetis

ini dibuat dari bahan lain dengan proses sintetis, yang dibuat sedemikian rupa sehingga

menyerupai zeolit yang ada di alam. Karena secara umum, zeolit mempunyai kemampuan

untuk menyerap, menukar ion, dan menjadi katalis, membuat zeolit sintetis ini dapat

dikembangkan untuk keperluan industri, seperti yang akan dibahas dalam tulisan ini yaitu

zeolit sintetis sebagai bahan alternatif pengolah limbah.

1. Pendahuluan

Zeolit merupakan suatu kelompok mineral yang dihasilkan dari proses hidrotermal pada

batuan beku basa. Mineral ini biasanya dijumpai mengisi celah-celah ataupun rekahan dari

batuan tersebut. Selain itu zeolit juga merupakan endapan dari aktivitas volkanik yang

banyak mengandung unsur silika. Pada saat ini penggunaan mineral zeolit semakin

meningkat, dari penggunaan dalam industri kecil hingga dalam industri berskala besar.

Di negara maju seperti Amerika Serikat, zeolit sudah benar-benar dimanfaatkan dalam

industri. Karena sifat-sifat yang dimiliki oleh zeolit, maka mineral ini dapat dimanfaatkan

dalam berbagai bidang, seperti dalam bidang industri yaitu sebagai bahan yang dapat

digunakan untuk membantu pengolahan limbah pabrik. Masalah limbah industri semakin

meresahkan masyarakat, sehingga banyak dilakukan usaha-usaha untuk mengatasi

pencemaran limbah ini, baik itu dengan mengurangi volume limbah yang terbuang ataupun

dengan mendaur ulang kembali limbah tersebut.

Zeolit sintetis adalah suatu senyawa kimia yang mempunyai sifat _sik dan kimia yang

sama dengan zeolit alam. Zeolit ini dibuat dari bahan lain dengan proses sintetis. Karena

secara umum zeolit mampu menyerap, menukar ion dan menjadi katalis, membuat zeolit

sintetis ini dapat dikembangkan untuk keperluan alternatif pengolah limbah.

2. Karakteristik dan genesa zeolit

Karakteristik zeolit.

Sifat-sifat kimia dan _sika zeolit. Mineral zeolit adalah kelompok mineral alumunium

silikat terhidrasi LmAlxSiyOz _ nH2O, dari logam alkali dan alkali tanah (terutama Ca,

dan Na), m, x, y, dan z merupakan bilangan 2 hingga 10, n koe_sien dari H2O, serta L

adalah logam. Zeolit secara empiris ditulis (M+ 2 , M2+)Al2O3gSiO2 _ zH2O, M+ berupa

Na atau K dan M2+ berupa Mg, Ca, atau Fe. Li , Sr atau Ba dalam jumlah kecil dapat

menggantikan M+ atau M2+, g dan z bilangan koe_sien. Beberapa specimen zeolit

PEMANFAATAN ZEOLIT SINTETIS SEBAGAI ALTERNATIF PENGOLAHAN

LIMBAH INDUSTRI 2

Berwarna putih, kebiruan, kemerahan, coklat, dll., karena hadirnya oksida besi atau logam

lainnya. Densitas zeolit antara 2,0 { 2,3 g/cm3, dengan bentuk halus dan lunak. Kilap yang

dimiliki bermacam-macam. Struktur zeolit dapat dibedakan dalam tiga komponen yaitu

rangka aluminosilikat, ruang kosong saling berhubungan yang berisi kation logam, dan

molekul air dalam fase occluded (Flanigen, 1981 dalam Harben & Kuzvart, 1996).

Morfologi dan sistem kristal zeolit. Zeolit berbentuk kristal aluminosilikat terhidrasi yang

mengandung muatan positif dari ion-ion logam alkali dan alkali tanah dalam kerangka

kristal tiga dimensi (Hay, 1966), dengan setiap oksigen membatasi antara dua tetrahedral

(Gambar 2.1).

Gambar 2.1. Rangka zeolit yang terbentuk dari ikatan 4 atom O dengan 1 atom Si (Bell,

2001)

Zeolit pada dasarnya memiliki tiga variasi struktur yang berbeda yaitu: a) struktur seperti

rantai (chain-like structure), dengan bentuk kristal acicular dan prismatic, contoh: natrolit,

b) struktur seperti lembaran (sheet-like structure), dengan bentuk kristal platy atau tabular

biasanya dengan basal cleavage baik, contoh: heulandit, c) struktur rangka, dimana kristal

yang ada memiliki dimensi yang hampir sama, contoh: kabasit. Zeolit mempunyai

kerangka terbuka, sehingga memungkinkan untuk melakukan adsorpsi Ca bertukar dengan

2(Na,K) atau CaAl dengan (Na,K)Si. Morfologi dan struktur kristal yang terdiri dari

rongga-rongga yang berhubungan ke segala arah menyebabkan permukaan zeolit menjadi

luas. Morfologi ini terbentuk dari unit dasar pembangunan dasar primer yang membentuk

unit dasar pembangunan sekunder dan begitu seterusnya.

Macam-macam zeolit. Zeolit secara umum dibedakan dalam tipe yang calcic dan alkali^

arich, dengan komposisi yang berbeda, berikut komposisi dan formula dari zeolit. Selain

jenis zeolit alam, ada zeolit jenis lain yaitu zeolit sintetis. Zeolit sintetis dibuat dengan

rekayasa yang sedemikian rupa sehingga mendapatkan karakter yang sama dengan zeolit

alam. Zeolit sintetis sangat bergantung pada jumlah Al dan Si, sehingga ada 3 kelompok

zeolit sintetis:

1. Zeolit sintetis dengan kadar Si rendah

Zeolit jenis ini banyak mengandung Al, berpori, mempunyai nilai ekonomi tinggi

karena efektif untuk pemisahan dengan kapasitas besar. Volume porinya dapat

mencapai 0,5 cm3 tiap cm3 volume zeolit.

2. Zeolit sintetis dengan kadar Si sedang

Jenis zeolit modernit mempunyai perbandingan Si/Al = 5 sangat stabil, maka

diusahakan membuat zeolit Y dengan perbandingan Si/Al = 1-3. Contoh zeolit

sintetis jenis ini adalah zeolit omega.


LIMBAH INDUSTRI 3

Tabel 1. Komposisi dan formula dari zeolit yang bertipe kalsik (Deer,1963 dalam Hay,

1966)

Tabel 2. Komposisi dan formula zeolit yang bertipe alkalik (Deer, 1963 dalam Hay, 1966)

3. Zeolit sintetis dengan kadar Si tinggi

Zeolit jenis ini sangat higroskopis dan menyerap molekul non polar sehingga baik untuk

digunakan sebagai katalisator asam untuk hidrokarbon. Zeolit jenis ini misalnya zeolit

ZSM-5, ZSM-11, ZSM-21, ZSM-24. Genesa zeolit. Nama zeolit ini berasal dari bahasa

Yunani yaitu \Zeni" dan \Lithos" yang berarti batu yang mendidih, karena apabila

dipanaskan membuih dan mengeluarkan air (Breck, 1974 dalam Lefond, 1983).

Berdasarkan pada asalnya zeolit dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu zeolit alam dan

zeolit sintetis.

Zeolit alam. Pada umumnya, zeolit dibentuk oleh reaksi dari air pori dengan berbagai

material seperti gelas, poorly cristalline clay, plagioklas, ataupun silika. Bentukan zeolit

mengandung perbandingan yang besar dari M2+ dan H+ pada Na+, K+ dan Ca2+.

Pembentukan zeolit alam ini tergantung pada komposisi dari batuan induk, temperatur,

tekanan, tekanan parsial dari air, pH dan akti_tas dari ion-ion tertentu.

Zeolit sintetis. Mineral zeolit sintetis yang dibuat tidak dapat persis sama dengan mineral

zeolit alam, walaupun zeolit sintetis mempunyai sifat _sis yang jauh lebih baik. Beberapa

ahli menamakan zeolit sintetis sama dengan nama mineral zeolit alam dengan

menambahkan

kata sintetis di belakangnya, dalam dunia perdagangan muncul nama zeolit sintetis seperti

zeolit A, zeolit K-C dll. Zeolit sintetis terbentuk ketika gel yang ada terkristalisasi pada

temperatur dari temperatur kamar sampai dengan 200 _C pada tekanan atmosferik


LIMBAH INDUSTRI 4

Ataupun autogenous. Metode ini sangat baik diterapkan pada logam alkali untuk

menyiapkan campuran gel yang reaktif dan homogen (Breck, 1974; Breck & Flanigen,

1968 dalam Lefond, 1983). Struktur gel terbentuk karena polimerisasi anion aluminat dan

silikat.

Komposisi dan struktur gel hidrat ini ditentukan oleh ukuran dan struktur dari jenis

polimerisasi. Zeolit dibentuk dalam kondisi hidrothermal, bahan utama pembentuknya

adalah aluminat silikat (gel) dan berbagai logam sebagai kation. Komposisi gel, sifat _sik

dan kimia reaktan, serta jenis kation dan kondisi kristalisasi sangat menentukan struktur

yang diperoleh.

3. Proses pengolahan zeolit

Proses komersial yang pertama dilakukan berdasar atas sintesis laboratorium yang asli

menggunakan hidrogel yang amorf. Pengolahan zeolit secara garis besar dapat dibagi

dalam dua tahap, yaitu preparasi dan aktivasi:

Tahapan preparasi zeolit diperlakukan sedemikian rupa agar mendapatkan zeolit yang siap

olah. Tahap ini berupa pengecilan ukuran dan pengayakan. Tahapan ini dapat

menggunakan mesin secara keseluruhan atau dengan cara sedikit konvensional. Aktivasi

zeolit dapat dilakukan dengan cara pemanasan atau penambahan pereaksi kimia baik

asam maupun basa:

1) Aktivasi pemanasan, dilakukan zeolit dalam pengering putar menggunakan bahan

umpan yang mempunyai kadar air sekitar 40%, dengan suhu tetap 230 _C dan waktu

pemanasan selama tiga jam.

2) Penambahan pereaksi kimia, dilakukan di dalam bak pengaktifan dengan NaOH

dan H2SO4, dimaksudkan untuk memperoleh temperatur yang dibutuhkan dalam

aktivasi. Zeolit yang telah diaktivasi perlu dikeringkan terlebih dahulu, pengeringan

ini dapat dilakukan dengan cara menjemurnya di bawah sinar matahari.

4. Pembuatan dan penggunaan zeolit sintetis

Proses pembuatan. Salah satu pembuatan zeolit sintetis adalah dengan proses hidrogel

(Lefond, 1983). Alumina trihidrat Al2O3_3H2O, diuraikan dalam suhu tertentu dan

dicampur dengan sodium silikat dalam suatu tangki pembuat gel hingga terbentuk suatu gel

yang homogen. Gel ini kemudian dipompakan pada suatu tangki yang lain, sesudah itu

dikristalisasikan setelah beberapa jam pada suhu 200 _F diikuti dengan difraksi oleh sinar

X (Lefond, 1983). Zeolit sintetis juga dapat dibuat dengan proses clay conversion, proses

ini menghasilkan bubuk yang memiliki tingkat kemurnian rendah { tinggi yang tidak saling

terikat yang kemudian menghasilkan zeolit dalam matriks lempung. Penggunaan. Zeolit

sintetis memiliki sifat yang lebih baik dibanding dengan zeolit alam.

Perbedaan terbesar antara zeolit sinteis dengan zeolit alam adalah:

1) Zeolit sintetis dibuat dari bahan kima dan bahan-bahan alam yang kemudian

diproses dari tubuh bijih alam.

2) Zeolit sintetis memiliki perbandingan silika dan alumina yaitu 1:1 dan sedangkan

pada zeolit alam hingga 5:1.

3) Zeolit alam tidak terpisah dalam lingkungan asam seperti halnya zeolit sintetis.

Yang dibuat sedemikian rupa sehingga menyerupai zeolit yang ada di alam. Zeolit sintetis

mampu sebagai bahan pengolah limbah yang efektif, karena sifat yang dimiliki jauh lebih

baik dari zeolit alam, sebagai contoh zeolit sintetis tipe YHNa mampu menyerap SO2 dari

gas residu dari limbah pabrik, pada akhirnya dapat menjaga lingkungan dan kesehatan

masyarakat.

Zeolit Membebaskan Tanaman dari Racun dan Logam Berat.

Bermunculannya industri-industri di satu sisi memang mampu mendongkrak tingkat

perekonomian nasional. Namun di sisi lain keberadaannya justru semakin menggusur lahan

pertanian, meski ada kebijakan pemerintah yang melarang penggunaan lahan pertanian

bagi kepentingan industri. Keterpurukan sektor pertanian yang sebenarnya mampu

bertahan dari badai krisis ekonomi saat ini dan sebagai penyumbang tenaga kerja terbesar,

semakin parah ketika para pengusaha 'berdasi' dari kalangan industri itu dengan seenaknya

membuang limbah beracun yang dihasilkan industrinya ke saluran-saluran yang kerap

digunakan petani untuk mengairi lahan pertaniannya. Akibatnya, lahan pertanian pun

terkena dampak pencemaran air limbah industri. Dan dampak lanjutnya bagi sektor

pertanian--khususnya tanaman padi, palawija dan hortikultura--mengalami penurunan

produktifitas persatuan luas karena tanaman mudah terkena berbagai penyakit maupun

serangan hama. Beruntung ahli-ahli pertanian tak putus asa menyikapi kondisi seperti itu.

Berbagai penelitian dilakukan untuk mengembalikan kondisi tanah agar bisa meningkatkan

produktifitas pertanian per satuan luas. Di Jabar sendiri, produktifitas per satuan luas

tanaman padi sejak tahun 1992 mengalami stagnasi. Bahkan pada tahun 1998/1999

mengalami penurunan menjadi 4,8 ton/ha dari tahun sebelumnya 5,2 ton/ha. Hasil

penelitian itu antara lain penggunaan mineral zeloit pada lahan pertanian. Sebenarnya,

teknologi di bidang pemupukan dengan mineral zeloit ini bukan barang baru. Namun

dalam aplikasinya di Indonesia, penggunaan zeolit ini mengalami hambatan. Itu setidaknya

tecermin dari pemanfaatannya yang diperkirakan baru sekitar 5.000 hingga 6.000 ton per

tahunnya. Hambatan itu yakni, karena kurangnya informasi mengenai manfaat zeolit

kepada pengguna yang memerlukan, terutama petani yang mempunyai tingkat pendidikan

rendah. Harga yang relatif mahal untuk ukuran petani Indonesia serta kualitas mutu zeolit

yang diperdagangkan memiliki perbedaan fisik akibat perbedaan lingkungan

pembentukannya mempunyai pengaruh terhadap potensi penggunaannya.

Penelitian yang mengarah kepada pemanfaatannya dalam usahatani padi, sudah dilakukan

oleh Pusat Penelitan Tanah Bogor bekerja sama dengan Departemen Pertambangan dan

Energi. Sedangkan untuk penggunaan yang lebih luas (tanaman pangan-red) juga sudah

dilakukan oleh Fakultas Pertanian IPB dan Fakultas Pertanian Unpad, tak terkecuali dinas

Pertanian Tanaman Pangan Jabar sendiri. Hasilnya menunjukan bahwa penggunaan zeolit

berperan positif dalam peningkatan produktifitas dan penggunaannya di lahan kering

(darat). Penggunaan zeolit ini dianjurkan pula dikombinasikan dengan pupuk organik dan

atau kaptan (kapur pertanian).

Sedangkan penggunaan zeolit di lahan sawah tidak perlu dikombinasikan dengan kaptan.

''Meningkatnya produktifitas tanaman padi sawah setelah menggunakan zeolit, secara tidak

langsung akibat dari pengaruh meningkatnya kesehatan tanaman,'' ungkap Kepala PPS

Tanah dan Pemupukan/Penyuluhan Dinas Pertanian Tanaman pangan Jabar Ir Sabri S

Ahmad kepada Republika akhir pekan ini. Menurutnya, di lahan sawah, penggunaan zeolit

(M2/n O Al2O3 y SiO2 w H2O) ini tidak perlu dikombinasikan dengan kaptan karena ada

hubungannya dengan penyerapan unsur hara N, Ca, Si dan K oleh tanaman. Karena

pemberian Kalium (K) dapat menangkal efek buruk nitrogen. Dikatakan Sabri, salah satu

efek buruk dari pemberian N yang berlebihan adalah tanaman menjadi peka terhadap

penyakit cendawan. Dan untuk mengkoreksinya, digunakan pupuk Si yang berasal dari

Calsium Silicate Slag, Calcium Silicate dan atau Sodium Metasilicate. ''Sementara di lain

pihak telah dibuktikan bahwa pengapuran dapat menurunkan serapan Si oleh tanaman,''

katanya. Di samping itu, kata dia, peranan zeolit dengan kandungan Si-nya ditengarai bisa

mengendalikan wereng coklat (serangan penghisap cairan batang padi). Menurutnya,

serangan wereng coklat ini intensitasnya bertalian dengan kandungan Si dalam tanaman

(batang padi). Yaitu, batang padi dengan kandungan 7,0-7,6%; 6,0-6,2% dan 5,1-5,7%

berturut-turut menderita serangan ringan, sedang dan berat. ''Tanaman padi yang cukup

silikat tidak mudah mengalami gangguan hama,'' ungkapnya. Silikat itu sendiri bisa

diendapkan pada permukaan tanaman, sehingga endapan Si diperkirakan berfungsi sebagai

perisai. ''Mandible hama pemakan/penggerek menjadi aus bila hama itu memakan daun

kaya silikat. Begitu juga dengan hama penghisap daun, alat penghisapnya menjadi

bengkok,'' ujar Sabri seraya menambahkan, bahwa tanaman yang memiliki kandungan Si

dan Kalium yang cukup tinggi, akan mampu menahan kerebahan tanaman. ''Karena

kerebahan ini pun dapat menyebabkan rendahnya tingkat produktifitas padi sawah antara

60% - 80%.'' Dibandingkan dengan perlakuan tanpa zeolit, kata Sabri, penggunaan zeolit

231 kg/ha, di samping mampu meningkatkan hasil gabah sebesar 23%, juga memberikan

peluang peningkatan tambahan keuntungan usahatani sebesar Rp 1.272.700/ha. Dia pun

mencontohkan perhitungannya berdasarkan hasil analisis ekonomi penggunaan zeolit

dalam usahatani padi sawah di Jabar.

Dengan pemberian zeolit 231 kg/ha, akan diperoleh hasih gabah 7.253 kg/ha GKP (gabah

kering pungut). Sedangkan yang tanpa zeolit akan diperoleh hasil 5.911 kg/ha GKP. ''Ini

artinya terdapat perbedaan hasil sebesar 1342 kg/ha bila kita menggunakan zeolit,''

katanya. Bila harga gabah diasumsikan sebesar Rp 1.000/kg, maka akan terdapat

perbedaan keuntungan sebesar Rp 1.342.000/ha. Jumlah itu bila dikurangi dengan

pembelian zeolit sebanyak 231 kg/ha (@ Rp 300/kg), maka keuntungan yang masih bisa

didapatkan sebesar Rp 1.272.700/ha. ''Semua perlakuan demplot dipupuk sesuai dengan

anjuran setempat. Dan hasilnya memberikan bukti yang nyata,'' ujar Sabri. Bahkan, lanjut

Sabri, dalam keadaan langka pupuk (dari jenis pupuk SP-36 maupun KCl) zeolit juga bisa

menggantikan unsur hara tertentu karena dalam jumlah kecil zeolit mengandung unsur hara

P dan K. Sedangkan dalam jumlah besar, mengandung unsur hara Si, yang secara tidak

langsung bias meningkatkan kesehatan tanaman. Zeolit juga bisa dimanfaatkan untuk

bahan tambahan pakan ternak. Sebagai imbuhan zeolit ditambahkan sebanyak kurang lebih

3 persen dari berat pakan. Ini fungsinya untuk memperlancar metabolisme pencernaan.

Karena senyawa-senyawa penghambat pertumbuhan nitrit, amoniak dapat diserap dengan

baik oleh zeolit.


LIMBAH INDUSTRI 5

Tabel 3. Proses-proses dalam pembuatan zeolit sintetis (Lefond, 1983)

Tabel 4. Contoh penggunaan zeolit sintetis

5. Sifat-sifat zeolit sebagai bahan alternatif pengolahan limbah

Prinsip operasi katalis. Zeolit sebagai katalis hanya mempengaruhi laju reaksi tanpa

mempengaruhi kesetimbangan reaksi karena mampu menaikkan perbedaan lintasan

molekuler dari reaksi yang terjadi. Katalis berpori dengan pori-pori yang sangat kecil akan

memuat molekul-molekul kecil tetapi mencegah molekul besar masuk. Zeolit dapat

menjadi katalis yang shape-selective dengan tingkat transisi selekti_tas atau dengan

pengeluaran reaktan pada dasar diameter molekul. Zeolit mampu menjadi katalis asam dan

dapat digunakan sebagai pendukung logam aktif atau sebagai reagen, serta dapat

digunakan dalam katalis oksida.

Prinsip operasi penukaran ion. Tipe pertukaran ion dilakukan dalam kondisi isotermis.

Kondisi isotermis dari empat ion univalen yaitu Ag+, K+, Li+, dan Ca2+, menunjukkan

variasi dalam kisaran selekti_tas yaitu dari selekti_tas tinggi untuk Ag+ hingga ke rendah

untuk Li+, untuk ion seperti K+, nilainya berkisar dari negatif hingga positif. Dalam kasus

lain seperti Ca2+, isotermis tidaklah menghilangkan batas teoritis dari substitusi yang

lengkap pada tingkat yang paling rendah. Tipe isotermis ini dijumpai pada zeolit Y untuk

kation yang jarang. Operasi pertukaran ion dapat dilakukan dalam kondisi setimbang.

Keseimbangan antara larutan dengan zeolit dinyatakan ZaB (Z)zb + ZbA (S)zb = ZaB

(S)zb + ZbA (Z)za.


LIMBAH INDUSTRI 6

Prinsip operasi penyerapan dan penyaringan ion. Unsur-unsur kimia yang memiliki

diameter kinetik yang terlalu besar membuat unsur-unsur kimia ini tidak dapat melewati

pori-pori zeolit, sehingga secara efektif unsur-unsur ini tersaring, hal ini kemudian

digunakan sebagai separasi molekul berdasarkan atas ukuran dan bentuk. A_nitas dari

masing-masing jenis molekul yang dapat tertangkap dalam ronga-rongga yang ada dalam

zeolit bergantung pada lingkup elektroniknya. Medan elektrostatik yang kuat yang ada di

dalam rongga-rongga zeolit menghasilkan interaksi yang sangat kuat dengan molekul polar

seperti air. Molekul nonpolar juga dapat diserap dengan kuat berkaitan dengan tenaga

polarisasi dari medan listrik yang ada. Sehingga separasi dapat dilakukan oleh

zeolit.

6. Pemanfaatan zeolit sintetis dalam pengolahan limbah

Limbah. Limbah adalah segala sesuatu yang merupakan sisa hasil buangan dari suatu

kegiatan/produksi yang sudah tidak terpakai lagi. Limbah menurut jenisnya dapat

digolongkan menjadi 3 macam yaitu limbah padat, cair dan gas. Komposisi limbah pada

umumnya terdiri dari dua komponen utama yaitu anorganik dan organik. Komposisi

limbah organik, dapat berupa sampah padat yang terdiri dari daun-daun kering, sampah

rumah tangga, yang biasanya dihasilkan oleh daerah pemukiman. Sedangkan yang

anorganik seperti gelas, plastik dan lain-lain untuk daerah pemukiman lebih sedikit

dijumpai.

Metode pengolahan limbah dengan zeolit. Berdasarkan PP. 18/1999, kategori pengelolaan

limbah adalah Penghasil, Pengumpul, Pengangkut, Pengawas, Pengolah, Penimbun, dan

Pemanfaat. Untuk pengelolaan limbah yang berbahaya, ada tahapan yang harus dilakukan

yaitu penyiapan fasilitas pengelolaan dan pembuangan limbah beracun, penandatanganan

surat pernyataan bagi industri penghasil limbah, clean up program, emergency response,

ekspor limbah beracun dan pencegahan impor ilegal limbah beracun.

Zeolit juga dapat digunakan untuk mendapatkan gas methan yang murni dari limbah yang

berupa sampah yang membusuk ataupun limbah dari suatu peternakan. Gas methan yang

kering tersebut kemudian dialirkan melalui tabung-tabung yang berisi bubuk mineral zeolit

kering, biasanya yang dipakai adalah zeolit jenis kabasit ataupun erionit, ke dalam tabung

tersebut gas CO2 akan terserap dan terikat oleh zeolit sehingga akan dihasilkan gas methan

yang murni (Harjanto, 1987). Contoh lain adalah penggunaan mineral klinoptilolit, mineral

ini digunakan untuk menyerap ion radioaktif dari suatu reaktor atom misalnya 90Sr dan

137Cs, pertama-tama klinoptilolit digerus hingga mencapai ukuran butir 20-59 mesh, air

buangan yang berasal dari reaktor atom dialirkan melalui tabung-tabung yang berisi bubuk

mineral zeolit, apabila ion-ion radioaktif yang terperangkap tersebut tidak akan

dipergunakan lagi maka tabung-tabungnya dibuang atau ditanam di suatu tempat yang

aman (Harjanto, 1987).

Zeolit sintetis sebagai bahan pengolahan limbah. Hasil produksi industri berupa gas

berbahaya seperti gas yang mengandung logam berat, H2S, juga gas methan, digunakan

zeolit, karena dapat menyerap molekul polar baik dalam fase cair maupun fase gas.

Sedangkan pada pengolahan limbah padat hanya limbah padat tertentu saja yang dapat

diolah oleh zeolit. Pengolahan oleh zeolit ini hanya mengurangi volume bahan berbahaya

yang terdapat pada limbah padat, tidak menghilangkan limbah padat tersebut. Salah satu

contoh penggunaan zeolit sintetis yang akan dibahas adalah penggunaan zeolit sintetis

yang digunakan memindahkan sulfur dioksida dari gas sisa. Kapasitas adsorpsi terhadap


LIMBAH INDUSTRI 7

Sulfur dioksida (SO2) zeolit sintetis jenis zeolit Y berlaku pada suhu 25 hingga 200 _C dan

kandungan sulfur dioksida dengan konsentrasi terkandung 0,92 hingga 5,04 %. Proses

adsorpsi muncul dalam tingkat perpindahan yang tinggi tapi proses ini membutuhkan

volume yang besar dari adsorben dan pemakaian energi yang tinggi untuk

regenerasi dari proses ini. Masalah ini dapat diatasi dengan menggunakan materi penyerap

dengan kemampuan kapasitas adsorpsi SO2 yang tinggi. Dalam proses adsorpsi SO2,

sebelumnya telah diuji kemampuan adsorpsi yang tinggi dari zeolit alam maupun zeolit

sintetis, yang memiliki akti_tas yang paling tinggi tenyata zeolit sintetis, kemudian dalam

proses ini digunakan zeolit sintetis. Metode yang digunakan adalah dengan mencampur

zeolit sintetis dengan alumina atau bentonit yang kemudian digunakan sebagai adsorben.

Penyerapan SO2 berlangsung dalam suatu reaktor yang menggunakan zeolit sintetis sekitar

2-3 gr (dengan diameter ukuran butir >5cm). Gas pengisi mensintesis campuran dari

nitrogen dan sulfur diokasida (SO2). Sebelumnya zeolit sintetis diaktivasi dengan

pemanasan, selama satu jam pada suhu 120 _C, kemudian setelah itu selama satu jam pada

suhu 400 _C dalam arus nitrogen. Temperatur adsorpsi yang berlangsung berkisar antara

20 { 200 _C. Desorpsi SO2 berlangsung dalam kondisi termal (400 _C) dalam arus

nitrogen dan kuantitas adsorben dari sulfur diokasida berlangsung dalam titrasi iodometrik.

Regenerasi adsorben berlangsung pada suhu 400 _C selama 30 menit. Gas residu suatu

industri yang mengandung SO2 memiliki temperatur yang relative lebih tinggi dengan

lingkungan. Sehingga perlu diperhatikan penurunan adsorpsi dari zeolit yang digunakan.

Zeolit sintetis Y yang digunakan adalah zeolit sintetis YHNa dan zeolit sintetis YH. Zeolit

menjaga nilai kapasitas adsorpsi dalam kisaran temperature 75{100 _C tetapi apabila

temperaturnya naik maka nilai kapasitas adsorpsinya menjadi nol. Nilai kapasitas adsorpsi

yang tinggi pada temperatur yang rendah merupakan hasil dari physicaladsorption dan

chemisorption, bentukan dalam kondisi ini menjadi dominan.

Kandungan sulfur dioksida dalam gas residu nilainya uktuatif bergantung ada sumber

emisinya. Zeolit YH dan zeolit YHNa tidak teralterasi secara signi_kan, setelah 20 kali

siklus adsorpsi-desorpsi-regenerasi berlangsung pada kondisi eksperimen yang identik

yaitu pada suhu 25 _C, 1,82 SO2 dalam N2, aliran gas 131 ml/min. Jadi zeolit sintetis jenis

YHNa memiliki sifat yang baik dalam menyerap SO2.

Nilai ekonomis dari zeolit sintetis. Secara umum zeolit baik itu zeolit alam maupun zeolit

sintetis memiliki nilai ekonomi yang bisa dikatakan tinggi, hal ini mengingat dari mineral

zeolit ini jika diolah lebih lanjut akan dapat dimanfaatkan secara optimum. Contoh

penggunaan mineral zeolit secara umum adalah sebagai berikut: bahan bangunan dan

ornamen, bahan puzolan dan semen portland-puzolan, bahan agregat ringan, bahan

pengembang dan pengisi, bahan pembuat tapal gigi, dll.

Seperti halnya zeolit alam, zeolit sintetis seperti zeolit A, zeolit K-C, zeolit _, zeolite _,

zeolit ZK, dll. juga dapat dioptimalkan penggunaannya. Zeolit jenis ini dapat digunakan

antara lain: sebagai bahan semen puzolan, dan semen portland-puzolan, bahan agregat

ringan, bahan pengembang dan pengisi, bahan penambal gigi.

7. Kesimpulan

Zeolit sangat bermanfaat dalam bidang industri, sebagai bahan alternatif pengolahan

limbah industri. Hal ini adalah karena sifat-sifat yang dimiliki oleh zeolit itu seniri yaitu

kemampuan untuk menyerap molekul, menukar ion, dan menjadi katalis. Zeolit sintetis

adalah suatu senyawa kimia yang mempunyai sifat _sik dan kimia yang sama dengan zeolit

yang ada di alam, zeolit sintetis ini dibuat dari bahan lain dengan proses sintetis,

Daftar Pustaka:

1. Smitt, J.V., Zeolite, 4, 309, October 1984

2. A. Dyer., "Introduction to Zeolite Molecular Sieves", John Willey and Sons,

Chichester, (1988)

3. Dyer , "Chemistry and Industry ", 2, 241, (1984)

4. Mumpton, F.A and Sand, L.B., in "Natural Zeolite, occurence, properties and uses",

Pergamon Press, Oxford, (1978) . Breck, D.W., "Zeolite Molecular Sieves", John

Willey Interscience, New York, (1974)

5. Tsitsishvili, G.V., in "Natural Zeolite, occurence, properties and uses", Pergamon

Press, Oxford, (1978)

6. Ames, L.L., Amer. Mineral., 45, 1120, (1961)

7. Blanchard, G. et al., Water Res., 18, 1501, (1985)

8. Voilleque, P.G., in "The Three Mile Island Accident", ACS Series 293,

Washington D.C, 45, (1986)

9. Siemmen, M.J et al. in "Natural Zeolite, occurence,properties and uses", Pergamon

Press, Oxford, (1978) Breck, D.W., "Zeolite Molecular Sieves", John Willey

Interscience, New York, (1974)

10. Jozsf, T., "A mineral of the future", Mineralimpex, Budapest, (1989)

11. Sand, L.B and Mumpton, F.A., in "Natural zeolite, occurence, properties and uses",

(Eds Sand, L.B and Mumpton, F.A.) Pergamon Press, London, (1979)

12. Las. T, " Use of Natural Zeolite for Nuclear Waste Treatment", PhD Thesis, Dept.

Applied Chemistry, University of Salford, England (1989)

13. Las. T, "Zeolit Untuk Industri", Proceed Seminar/ Kolokium Lembaga Ilmu Dasar

ITI, Institut Teknologi Indonesia , Serpong, (1991).

14. Las. T, " Use of Inorganic Sorbents for Liquid Waste Treatment and Backfill for

Underground Repositories", TechnicalReport, IAEA-RC No 7215/R1/RB,

Shellafield, UK (1994)

15. Las. T, " Zeolite for Radioactive Waste Treatment, Techical Report, IAEA-RC No

7215/R2/RB, Beijing, China (1995)

16. Sutakarya H, Las. T, Sutoto, " Prospek Zeolit Bayah", Proceed Seminar Zeo-Agro,

HAL 223-237, IPB Bogor (1992)

17. Las T, Sofyan Yatim, "Pratomo Budiman S, Potensi Zeolit Untuk Pengolahan

Limbah Industri" UNAND Limau Manis Padang (1996)

18. Las T., " Use of zeolite for radioactive Waste treatmen and Disposal", JSPS-BPPT,

Jakarta, (19 Februari1996)

19. Las T., Nurokhim, Imobilisasi Cs-137 dengan Zeolit dalam Matriks Semen

",Prosiding Pertemuan Ilmiah Teknologi Pengolahan Limbah I", hal 58-63,

Serpong (10-11 Desember 1997)

Documents

Mineral Alam Zeolit Yang Merupakan Senyawa Alumino