TeoriKimia - Pada tahun 1756, zeolit pertama kaliditemukan oleh seorang ahli mineral berkebangsan Swedia, Baron Freiherr Alex Cronsted (Barrer
1978). Zeolit berasal dari bahsa Yunani, Zein yang berarti mendidih
dan Lithos yang berarti batu (Setiawan, 2003),
sesuai dengan kemampuan dari zeolit yang
akan menghamburkan uap seperti air yang mendidih, bila dipanaskan pada suhu 100°C (Sutarti et al, 1994).
Zeolit secara umum didefinisikan sebagai
aluminosilikat dengan stuktur kristal berrongga, yang berisi ion-ion logam dan
molekul air (Tim Desulfurisasi BBM, 2007). Ion logam dan molekul air dapat
bergerak bebas sehingga dapat
terjadi pertukaran ion dan dehidrasi
yang reversible tanpa ada perubahan
bentuk (Nugroho, 1998).
1. Macam-macam Zeolit
1.1 Zeolit
Alam
Zeolit alam terbentuk karena proses perubahan alam
(zeolitisasi), dari batuan vulkanik tuf. Zeolit alam banyak ditemukan dalam batuan sedimen sebagai hasil alterasi debu-debu vulkanis (mengandung Si) oleh air danau asin. Dalam proses sedimentasi,
mineral-mineral lain seperti feldspar dan kwarsa juga
ikut tercampur membentuk kompleks zeolit yang tidak teratur dan tidak seragam.
Sedimentasi zeolit ini berlangsung
terus-menerus pada dasar lautan.
Menurut proses terbentuknya, mineral zeolit dapat dibedakan menjadi tujuh kelompok,
yaitu :
- Mineral zeolit yang terbentuk di dalam endapan danau air laut
- Mineral zeolit yang terbentuk karena proses metamorphose berderajat rendah akibat pengaruh timbunan
- Mineral zeolit yang terbentuk dari pengendapan sediment laut dalam
- Mineral zeolit yang terbentuk di daerah pengairan air terbuka
- Mineral zeolit yang terbentuk dari proses hidrotermal
- Mineral zeolit yang terbentuk karena pengaruh tekanan
- Mineral zeolit yang terbentuk di dalam batuan beku
(Sutarti et al,
1994)
1.2 Zeolite Sintetik
Zeolite sintetik adalah suatu senyawa kimia
yang mempunyai sifat fisika dan kimia
yang sama dengan zeolit alam. Zeolit ini dibuat dari bahan lain dengan proses
sintetik untuk memperoleh zeolit dengan kemurnian yang lebih baik, dengan
komposisi Si/Al yang diinginkan.
Secara
umum zeolit mampu menyerap, menukar ion dan menjadi katalis, dan dapat digunakan untuk pengolahan
limbah. Zeolit sintetik sangat
tergantung pada jumlah Al dan Si. Zeolit dikelompokan menjadi tiga kelompok,
yaitu :
A. Zeolite sintetik dengan kadar Si rendah
Zeolite ini banyak mengandung Alumunium, berpori dan
mempunyai nilai ekonomi tinggi karena efektif untuk pemisahan dengan kapasitas
besar. Volume porinya dapat mencapai 0.5 cm3 tiap cm3
volume zeolit. Kadar maksimum zeolit dapat dicapai bila perbandingan Al atau
Si mendekati daya penukar ion dari
zeolit maksimum (Sutarti et al, 1994).
B. Zeolit sintetik dengan kadar Si sedang
Zeolit
mordenit mempuyai perbandingan Si/Al = 5, sangat stabil, maka diusahakan
mempunyai zeolit Y dengan perbandingan Si/Al = 1-3 seperti zeolit omega
(Sutarti et al, 1994).
C. Zeolit
sintetik dengan kadar Si tinggi
Zeolit jenis ini sangat higroskopis dan mempunyai
molekul non polar sehingga baik untuk
digunakan sebagai katalisator asam untuk
hidrokarbon, seperti ZSM-5, ZSM-11 dan ZSM-24 (Sutarti et al, 1994).
D. Zeolit Si (tanpa Al)
Zeolit
ini tidak mengandung Al sama sekali atau tidak mempunyai sisi kation. Zeolit
sintetik mempunyai sifat yang lebih baik
dibandingkan dengan zeolit alam (Sutarti et
al, 1994).
2. Perbedaan Zeolite Sintetik dengan Zeolit Alam
Zeolite sintetik mempunyai sifat yang lebih baik dibandingkan dengan
zeolit alam perbedaan antara zeolit alam dengan zeolit sintesis, adalah:
- Zeolit sintetik dibuat dari bahan kimia dan bahan-bahan alam yang kemudian diproses dari tubuh biji alam.
- Zeolit sintetik mempunyai perbandingan silika dan alumina yaitu 1:1 dan pada zeolit alam hingga 5:1
- Zeolit alam tidak terpisah dalam lingkungan asam seperti halnya zeolit sintetik (Sutarti et al, 1994).
3.
Sifat-sifat Zeolit
Zeolit
mempunyai sifat yang berbeda-beda, tergantung dari komponen penyusunnya.
Sifat-sifat dari zeolit adalah sebagai berikut:
- Zeolit mempunyai banyak pori yang berukuran molekul. Pori-pori dari zeolit terbentuk dari tumpukan cincin yang beranggotakan 6, 8, 10 atau 12 tetrahedral (Sutarti et al, 1994).
- Zeolit dapat dibentuk menjadi padatan bersifat asam, karena pergantian kation penetral dengan proton menjadikan zeolit bersifat asam bronsted (Sutarti et al, 1994).
- Pada zeolit terjadi substitusi parsial antara Si4+ dan Al3+ yang menyebabkan kerangka zeolit bermuatan negatif dan membutuhkan kation penetral, sehingga dapat melakukan pertukaran kation. Kation penetral yang bukan menjadi bagian dari kerangka ini mudah digantikan oleh kation lain (Sutarti et al, 1994)
4.
Fungsi Zeolit
- Zeolit
sebagai Dehidrator
Zeolit
mempunyai sifat dehidrasi yang mempengaruhi sifat dari adsorpsinya. Zeolit
dapat melepaskan molekul air dari dalam
rongga permukaan sehingga menyebabkan medan listrik masuk kerongga utama dan berinteraksi secara
efektif dengan molekul yang diadsorpsinya. Jumlah molekul air yang dilepas
sesuai dengan pori-pori atau volume ruang hampa yang akan terbentuk jika unit sel kristal zeolit dipanaskan (Bailey et al, 1978).
- Zeolit sebagai Adsorben
Rongga
zeolit terisi oleh molekul air bebas yang berada disekitar kation pada suhu
ruang dan bila dilakukan proses kalsinasi pada suhu 250 - 500°C, maka akan
terjadi dehidrasi atau penguapan air. Penguapan air ini akan menyebabkan zeolit
mempunyai luas permukaan kontak yang lebih besar, sehingga zeolit berfungsi
sebagai penyerap gas atau cairan (Bailey et
al, 1978).
- Zeolit sebagai Penyaring Molekul
Zeolit
mempunyai kemampuan untuk menyaring molekul karena mempunyai saluran dan rongga
yang berukuran molekul. Proses penyaringan ini berdasarkan perbedaan ukuran,
bentuk, dan polaritas molekul yang disaring (Bailey et al, 1978).
- Zeolit sebagai Penukar Ion
Kation
yang terdapat pada zeolit umumnya berasal dari golongan alkali dan alkali
tanah. Kation tersebut mempunyai komposisi yang tidak stabil dan tidak terikat
kuat dalam rongga zeolit, sehingga memungkinkan kation tersebut dipertukarkan
dengan kation lain.
Pertukaran ion dapat terjadi dalam suatu cairan yang mengandung anion, kation dan molekul air, dimana ion akan terikat pada matriks mikropori bersama ion (kation, anion) dengan muatan berlawanan dengana ion matriks sehingga akan terjadi kesetimbangan muatan untuk mencapai keadaan netral. Ion yang berada dalam cairan dapat bergerak di dalam matriks mikropori zeolit, sehingga zeolit dapat disebut sebagai penukar katon atau anion tergantung dari jenis ion yang ditukar.
Pertukaran ion dapat terjadi dalam suatu cairan yang mengandung anion, kation dan molekul air, dimana ion akan terikat pada matriks mikropori bersama ion (kation, anion) dengan muatan berlawanan dengana ion matriks sehingga akan terjadi kesetimbangan muatan untuk mencapai keadaan netral. Ion yang berada dalam cairan dapat bergerak di dalam matriks mikropori zeolit, sehingga zeolit dapat disebut sebagai penukar katon atau anion tergantung dari jenis ion yang ditukar.
Proses
penukaran kation antara larutan garam
suatu logam tetentu dengan kation zeolit adalah sebagai berikut
A Zeolit + B2-(larutan) ----> B- zeolit + 2A+
(larutan)
Kemampuan
pertukaran ion pada umumnya dinamakan nilai kapasitas pertukaran kation (KTK) yaitu mili ekivalen kation yang
terserap oleh satu gram zeolit. KTK zeolit dapat bervariasi dari 1,5 sampai 6 mek/g.
KTK tergantung dari komposisi kimia dan perbandingan Si/Al. Pada umumnya zeolit
dengan perbandingan Si/Al rendah kurang baik digunakan untuk penukar ion, karena kurang stabil dalam suasana asam.
Setiap
jenis zeolit mempunyai urutan selektifitas
penukaran kation yang berlainan. Selektifitas
kation dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain:
- Struktur pembentukan zeolit alam oleh besarnya rongga
- Mobilitas kation yang diperlukan
- Pengaruh difusi kation ke dalam larutan, dan
- Energi hidrasi
Kapasitas
penukaran ion merupakan fungsi dari pebandingan oksida dan silikon dan oksida aluminum, karena penukar anion
terjadi pada satu kerangka tetrahedral AlO45-. Zeolit sebagai penukar kation dapat pula
digunakan sebagai penukar anion, seperti jenis monmorilonit atau dapat
menggunakan zeolit jenis lain yang dimodifikasi dengan polimer organik (Sutarti
et al, 1994).
5. Struktur
Kerangka Zeolit
Zeolit tersusun atas sejumlah
tetrahedral (SiO4)4- dan (AlO4)4-
yang saling berhubungan melalui atom O dan dalam struktur tersebut Si4+
dapat diganti dengan Si3+.
Zeolit merupakan struktur tiga dimensi dengan ukuran molekul 3-4 Å dan
bersifat makroskopis.
Atom Si sebagai atom pusat akan
menyebabkan muatan listrik menjadi netral. Namun jika beberapa atom Si
bervalensi empat diganti dengan alumina yang bervalensi tiga akan timbul muatan
negatif dalam strukturnya. Muatan
negatif ini akan dinetralisir oleh logam alkali atau alkali tanah.
Struktur zeolit merupakan polimer
kristal anorganik didasarkan kerangka tetrahedral yang diperluas tak terhingga
dari AlO4 dan SiO4 dan dihubungkan satu dengan lainnya
melalui pembagian bersama ion oksigen (Sutarti et al, 1994),
Jika zeolit didasarkan
pada satu unit sel Kristal dapat dituliskan sebagai :
Mx/n
[(AlO2)x(SiO2)y].wH2O
Dimana : n : valensi dari kation M
w : jumlah molekul air per unit sel
x dan y : jumlah total tetrahedral per unit
sel
Biasanya y/x bernilai 1-5, tetapi zeolit
dengan silika tinggi harga y/x dibuat hingga 10-100 atau bahkan lebih tinggi.
Banyak kristal zeolit baru telah disintesis dan memenuhi beberapa fungsi
penting dalam industri kimia dan minyak bumi dan juga dipakai sebagai produk
seperti deterjen. Zeolit yang telah diketahui mencapai lebih dari 150 tipe
zeolit sintetik dan 40 mineral zeolit.
Beberapa jenis zeolit berdasarkan rasio
Si/Al antara lain, zeolit silika rendah dengan perbandingan Si/Al 1-1,5
memiliki konsentrasi kation paling tinggi, dan mempunyai adsorpsi yang optimum,
contoh silika rendah adalah zeolit A dan X; zeolit silika sedang, yang
mempunyai perbandingan Si/Al adlah 2-5, contoh zeolit jenis ini adalah mordernit,
erionit, klinoptilolit, zeolit Y; zeolit silika tinggi, dengan perbandingan
kadar Si/Al antara 10-100, bahkan lebih contohnya adalah ZMS-5.
Klasifikasi dan ilustrasi struktur
zeolit berdasarkan unit terkecilnya dibuat oleh Meyer (1967) untuk memudahkan
penggambaran bentuk zeolit. Secara garis besar klasifikasi unit penyusun
kerangka dasar dari Kristal zeolit adalah :
- Unit pembangun primer, merupakan unit pembangun terkecil penyusun kerangka zeolit yang terdiri tetrahedral TO4 (T = Si atau Al) yang membentuk suatu rangkai dengan setiap atom oksigen berbagi tetrahedral.
- Unit pembangun sekunder, merupakan gabungan dari beberapa tetrahedral TO4 membentuk cincin tunggal, cincin ganda dan bentuk yang kompleks. Seperti bentuk cincin empat tunggal (S4R), cincin enam tunggal (S6R), cincin enam ganda (D6R).
- Unit pembangun tersier, merupakan gabungan dari beberapa unit sekunder yang berkaitan dengan menggunakan tiap satu atom secara bersamaan sebagai sudut dua tetrahedral, membentuk suatu polyhedral yang merupakan struktur Kristal zeolit.
Struktur zeolit merupakan gabungan dari
beberapa unti pembangun sekunder yang tersusun sehingga membentuk rongga-rongga
dan saluran. Rongga-rongga dan saluran ini berisikan kation dan molekul air.
Kation-kation bergerak bebas dalam rongga zeolit sehingga kation tersebut
digantikan dengan kation lain tanpa merusak struktur zeolit. Molekul air juga
dapat bergerak bebas dalam rongga, maka zeolit dapat menyerap air secara
reversibel (Sutarti et al, 1994).
6. Regenerasi Zeolit
Regenerasi dengan metode pencucian
menggunakan pelarut lebih ramah lingkungan karena menghindari emisi SOx
yang didegenerasi dari metode regenerasi oksidatif dan H2S dari
metode regenerasi reduktif. Metode ini selektif untuk pemurnian komponen
hidrokarbon karena senyawa olefin maupun aromatik tidak bereaksi dengan aseton
pada kondisi yang sama (Velu et al., 2003). Menurut Dai et al.
(2008) mengatakan bahwa produk reaksi yang teradsorb dalam material berpori
dapat dicuci dengan aseton pada temperatur kamar.
7. Modifikasi Zeolit
Pertukaran ion ini dapat berlangsung pada
temperatur kamar (Dai et al., 2008). Adsorpsi menggunakan zeolit yang
dimodifikasi dengan logam seperti Ni2+, Cu+, Zn2+ dan
logam lainnya bertujuan untuk mengoptimalkan adsorpsi. Adsorpsi yang terjadi
adalah adsorpsi kimia. Zeolit membentuk kompleks π dengan cincin tiopen. Ion Ni2+
dapat membentuk ikatan σ dengan orbital s kosong, dan orbital d dapat
mendonasikan kerapatan elektron kepada orbital
π* dari cincin sulfur (Sutarti et al, 1994).
bisa belajar banyak deh dari blog ini
BalasHapusberita hankam terbaru
Thanks for the post.
BalasHapusLet me introduce, we are Indonesia Natural Zeolite Producer and Exporter with more than 10 years experiences in this business.
zolite indonesia
Jika Anda sedang membutuhkan Zeolite silahkan hubungi nomor kontak Bpk Asep
BalasHapus081281774186
085793333234