SINTESIS ZEOLIT X DAN NANOKOMPOSIT ZEOLIT/TiO2

DARI KAOLIN DENGAN SEKAM PADI SEBAGAI SUMBER

SILIKA

LINDA TRIVANA

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2013

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER

INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sintesis Zeolit X dan

Nanokomposit Zeolit/TiO2 dari Kaolin dengan Sekam Padi sebagai Sumber Silika

adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum

diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber

informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak

diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam

Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada

Institut Pertanian Bogor.

Bogor, Februari 2013

Linda Trivana

NIM G44080075

ABSTRAK

LINDA TRIVANA. Sintesis Zeolit X dan Nanokomposit Zeolit/TiO2 dari Kaolin

dengan Sekam Padi sebagai Sumber Silika. Dibimbing oleh SRI SUGIARTI dan

ETI ROHAETI.

Pada penelitian ini dilakukan sintesis zeolit X dari kaolin Bangka Belitung

sebagai bahan baku dan abu sekam padi sebagai sumber silika tambahan. Zeolit X

disintesis karena memiliki berbagai manfaat, salah satunya sebagai adsorben.

Kaolin digunakan sebagai bahan baku karena memiliki kandungan silika dan

alumina yang tinggi, yaitu 48.03% dan 35.50%, sedangkan abu sekam padi

sebagai sumber silika berupa natrium silikat. Zeolit disintesis dengan proses

hidrotermal, dengan mencampurkan metakaolin hasil kalsinasi kaolin pada suhu

700 °C selama 6 jam, natrium silikat, dan NaOH untuk mengaktivasi komponen

utama Si dan Al pada kaolin dalam botol polipropilena. Proses hidrotermal

dilakukan pada suhu 100 °C selama 24 jam dengan konsentrasi NaOH 1.5 N dan

2.5 N karena konsentrasi NaOH yang digunakan menentukan jenis zeolit yang

diperoleh. Zeolit X diperoleh pada penambahan NaOH 2.5 N dengan pengotor

zeolit NaP1 dan faujasite, sedangkan pada NaOH 1.5 N diperoleh zeolit NaP1.

Zeolit dimodifikasi menjadi nanokomposit zeolit/TiO2 terbukti memiliki

kemampuan yang lebih baik, yaitu adsorpsi-fotokatalis karena mampu

mendegradasi biru metilena di bawah sinar ultraviolet.

Kata kunci: hidrotermal, kaolin, sekam padi, silika, zeolit X

ABSTRACT

LINDA TRIVANA. Synthesis of Zeolite X and Nanocomposite Zeolite/TiO2 from

Kaolin with Silica Addition from Rice Husk. Supervised by SRI SUGIARTI dan

ETI ROHAETI.

Zeolite X was synthesized from kaolin originated from Bangka Belitung and

was added with silica from rice husk ash. Zeolite X was synthesized because it

has many benefits, including as an adsorbent. Kaolin was used as raw material

due to its high content of silica and alumina, which were 48.03% and 35.50%

respectively. Meanwhile, silica from rice husk ash was used in the form of sodium

silicate. Zeolite was synthesized through hydrothermal process inside a

polypropylene bottles, by mixing metakaolin, the calcined form of kaolin heated

at 700 °C for 6 hours, with sodium silicate and NaOH to activate the major

components of Si and Al in the kaolin. Hydrothermal processes were carried out

at 100 °C for 24 hours with NaOH concentrations of 1.5 N and 2.5 N. The

concentration of NaOH used was resulted in certain type of zeolite obtained.

Zeolite X was obtained when the addition 2.5 N NaOH with NaP1 and Faujasite

as impurities. On the other hand, NaOH 1.5 N gave NaP1 zeolite. Modification of

zeolite to nanocomposite zeolit/TiO2 was shown to have better capability, that

was adsorption-photocatalytic property due to its ability to degrade methylene

blue under ultraviolet light.

Keywords: kaolin, hydrothermal, silica, rice husk ash, zeolite X.

ii

SINTESIS ZEOLIT X DAN NANOKOMPOSIT ZEOLIT/TiO2

DARI KAOLIN DENGAN SEKAM PADI SEBAGAI SUMBER

SILIKA

LINDA TRIVANA

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Sains

pada

Departemen Kimia

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2013

Judul Skripsi : Sintesis Zeolit X Dan Nanokomposit Zeolit/TiO2 Dari Kaolin

Dengan Sekam Padi Sebagai Sumber Silika

Nama : Linda Trivana

NIM : G44080075

Disetujui oleh

Sri Sugiarti, PhD Dr Eti Rohaeti, MS

Pembimbing I Pembimbing II

Diketahui oleh

Prof Dr Ir Tun Tedja Irawadi, MS

Ketua Departemen Kimia

Tanggal lulus :

PRAKATA

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT sehingga

penulis bisa menyelesaikan karya ilmiah ini. Penelitian ini dimulai dari bulan

Februari sampai Juli 2012 bertempat di Laboratorium Kimia Anorganik dan

Laboratorium Bersama, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu

pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Sri Sugiarti, Ph.D selaku

pembimbing satu dan Ibu Dr Eti Rohaeti, MS selaku pembimbing dua atas

bimbingan yang diberikan kepada penulis selama penelitian dan penyusunan

karya ilmiah ini dan kepada Ibu, Ayah, dan Kakak-kakak saya yang selalu

memberi doa, dukungan moral dan materi kepada penulis dalam menyelesaikan

penelitian ini. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada Pak Syawal, Teh

Nurul, Pak Eko, Pak Caca dan Pak Mul selaku laboran yang telah banyak

membantu penulis dalam pengerjaan penelitian, serta Pak Dikdik dan Pak Ahmad

yang telah membantu dalam analisis sampel zeolit dengan XRD dan SEM-EDX di

Balitbang Kehutanan, Bogor.

Ucapan terima kasih kepada Ade Irawan, Indah Mayasari, Ade Evan, Ryna

Siahaan, Junaenah, dan Asa Marifa yang telah meluangkan waktunya untuk

menemani penulis ketika harus mengerjakan penelitian di malam hari. Ucapan

terima kasih juga saya ucapkan kepada Ahmad Sahid Abdillah yang selalu

memberikan dukungan dan perhatian kepada penulis selama penelitian.

Bogor, Februari 2013

Linda Trivana

viii

DAFTAR ISI

DAFTAR GAMBAR vi

DAFTAR TABEL vi

DAFTAR LAMPIRAN vi

PENDAHULUAN 1

BAHAN DAN METODE 3

Alat dan Bahan 3

Metode Penelitian 3

HASIL DAN PEMBAHASAN 5

Pembuatan dan Pencirian Natrium Silikat 5

Sintesis Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO2 7

Pencirian Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO2 dengan XRD 9

Pencirian Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO2 dengan SEM 10

Pengaruh Konsentrasi NaOH terhadap Kristalinitas Zeolit 13

Penentuan Panjang Gelombang Maksimum 13

Uji Adsorpsi Biru Metilena oleh Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO2 14

Isoterm Adsorpsi 14

Uji Fotodegradasi 15

SIMPULAN DAN SARAN 17

Simpulan 17

Saran 18

DAFTAR PUSTAKA 18

LAMPIRAN 20

DAFTAR GAMBAR

1 Spektrum FTIR sampel natrium silikat (Na2SiO3) 6

2 Hasil EDX sampel natrium silikat (Na2SiO3) 7

3 Difraktogram sampel metakaolin 8

4 Difraktogram sampel zeolit A dan B 9

5 Difraktogram sampel nanokomposit zeolit/TiO2 10

6 Hasil analisis SEM sampel zeolit A dan B 11

7 Hasil analisis SEM (A) zeolit dan (B) nanokomposit zeolit/TiO2 12

8 Hasil uji fotodegradasi (A) tanpa penyinaran; (B) dengan penyinaran

UV selama 6 jam 16

9 Serapan filtrat nanokomposit zeolit/TiO2 ( ) dengan dan( ) tanpa

penyinaran UV selama 6 jam dan ( ) larutan biru metilena 17

DAFTAR TABEL

1 Perlakuan dalam sintesis zeolit X 4

2 Daerah vibrasi sampel natrium silikat (Na2SiO3) 6

3 Pengaruh konsentrasi NaOH terhadap kristalinitas zeolit 13

4 Nilai kuadrat terkecil (R2) isoterm adsorpsi biru metilena 15

DAFTAR LAMPIRAN

1 Bagan alir penelitian 20

2 Hasil analisis EDX sampel kaolin 21

3 Data sudut 2θ sampel zeolit dan JCPDS 22

4 Data sudut 2θ sampel nanokomposit zeolit/TiO2 dan JCPDS 22

5 Kristalinitas sampel zeolit sintetis 23

6 Penentuan panjang gelombang maksimum larutan standar biru metilena 24

7 Kapasitas adsorpsi sampel zeolit A terhadap larutan biru metilena 24

x

8 Kapasitas adsorpsi sampel zeolit B terhadap larutan biru metilena 25

9 Kapasitas adsorpsi nanokomposit zeolit/TiO2 terhadap larutan biru

metilena 25

10 Isoterm adsorpsi sampel zeolit A terhadap larutan biru metilena 26

11 Isoterm adsorpsi sampel zeolit B terhadap larutan biru metilena 27

12 Isoterm adsorpsi sampel nanokomposit zeolit/TiO2 terhadap larutan

biru metilena 28

13 Spektrum UV filtrat sampel 29

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Kaolin atau kaolinite termasuk jenis mineral lempung dengan rumus kimia

Al2O3·2SiO2·2H2O dan memiliki struktur lapisan 1:1 dengan unit dasar terdiri dari

lembaran tetrahedral SiO4 dan lembaran oktahedral dengan Al3+

sebagai kation

oktahedral (Murray 2000). Kaolin merupakan masa batuan yang tersusun dari

material lempung dengan kandungan besi yang rendah, dan umumnya berwarna

putih atau agak keputihan (Bakri 2008). Kaolin dapat ditemukan di alam dalam

bentuk kaolinit murni maupun mineral kaolin lain, seperti haloisit, nakrit, maupun

dikrit serta mineral lempung lain, seperti smektit, ilit, dan mika sebagai komponen

utama serta feldspar dan kuarsa sebagai pengotor (Ekosse 2005). Hasil analisis

kandungan mineral kaolin terdiri atas komponen utama silika (SiO2) 48.03% dan

alumina (Al2O3) 35.50%, dan oksida-oksida logam dalam jumlah kecil.

Kandungan silika dan alumina yang tinggi, memungkinkan kaolin dapat

dimanfaatkan sebagai bahan baku dalam pembentukan kerangka zeolit (Umah S

2010).

Zeolit merupakan mineral yang terdiri atas kristal aluminosilikat terhidrasi

yang mengandung kation alkali atau alkali tanah dalam kerangka tiga dimensi

(Bekkum 1991). Zeolit ada dua macam, yaitu zeolit alam dan zeolit sintetis. Zeolit

sintetis antara lain, zeolit A, X, Y, NaP1, hidroksi sodalit, dan faujasite

merupakan zeolit yang dibuat oleh industri untuk mendapatkan sifat tertentu.

Zeolit sintetis dikembangkan untuk mengatasi kelemahan dari zeolit alam, seperti

banyak mengandung pengotor dan kristalinitasnya yang rendah sehingga

mengurangi kemampuannya sebagai adsorben dan katalis, oleh karena itu

dilakukan sintesis zeolit untuk memperbaiki sifat-sifat dan mensubstitusi zeolit

yang berasal dari alam (Breck 1974).

Zeolit X merupakan salah satu tipe zeolit sintetis, yaitu zeolit yang

memiliki diameter super cage 13Å dan diameter β-cage (kerangka sodalit) 6.6Å

dengan diameter pori 7.4Å membentuk struktur tiga dimensi dengan nisbah Si/Al

1.0-1.5 (Thammavong 2003). Zeolit X banyak digunakan untuk komersial, seperti

katalis untuk pemecahan rantai hidrokarbon, pembuatan deterjen, pernukar ion

logam berat, dan absorben untuk separasi dan proses pemurnian (Thammavong

2003). Pada penelitian ini, zeolit X disintesis dari kaolin dan abu sekam padi

sebagai sumber silika yang berupa natrium silikat. Penggunaan abu sekam padi

sebagai sumber silika didasari oleh alasan bahwa kandungan silika pada kaolin

tidak mencukupi untuk membentuk zeolit X. Selain itu, abu sekam padi memiliki

kandungan silika yang tinggi, harganya relatif murah, bersifat amorf, dan tidak

sekeras pasir kuarsa sehingga untuk peleburan abu sekam padi tidak memerlukan

waktu yang lama dan temperatur yang tinggi (Sriyanti 2005).

Zeolit X sintetis ini diharapkan mempunyai kemampuan/ kapasitas adsorpsi

terhadap zat warna biru metilena, karena zeolit X ini mempunyai pori-pori yang

dapat menjerap zat warna dan mempunyai kation yang bergerak bebas sehingga

memungkinkan pertukaran ion tanpa merusak struktur zeolit. Metode adsorpsi ini

banyak digunakan untuk menjerap limbah zat warna tetapi memiliki selektivitas

yang rendah dan proses regenerasinya yang sulit, karena adsorben yang digunakan

hanya dapat menjerap zat warna tetapi tidak dapat menguraikannya, sehingga

2

masih memerlukan langkah-langkah lanjut sampai limbah aman untuk dilepas ke

lingkungan. Kelemahan tersebut dapat diatasi dengan teknik fotodegradasi, yaitu

suatu proses penguraian senyawa (biasanya senyawa organik) dengan bantuan

energi foton atau cahaya. Keberhasilan metode fotodegradasi bertumpu pada

fotokatalis, yaitu bahan padatan yang memiliki sifat semikonduktor, misalnya

TiO2, CdS, dan Fe2O3 (Wijaya 2002).

Penelitian sebelumnya, Hediana (2011) berhasil mensintesis nanokomposit

sodalit/TiO2 dan terbukti memiliki kemampuan adsorpsi dan fotodegradasi

terhadap biru metilena. Selain itu nanokomposit yang dihasilkan tersebut memiliki

daya serap yang besar daripada sodalit. Oleh karena itu, hasil penelitian tersebut

dapat menjadi sebuah landasan pada penelitian yang kami lakukan, yaitu

mensintesis, pencirian, dan penentuan kapasitas adsorpsi zeolit dan nanokomposit

zeolit sintetis/TiO2. Zeolit berhasil disintesis dengan proses hidrotermal dan

adanya aktivitas fotokatalisis pada sampel nanokomposit zeolit/TiO2 diketahui

melalui uji fotodegradasi.

Perumusan Masalah

Keberhasilan sintesis zeolit X ditentukan dengan nisbah Si/Al dan kondisi

reaksi yang sesuai, seperti suhu reaksi, waktu reaksi, komposisi kaolin, dan

komposisi reagen. Zeolit X memiliki nisbah SiO2/Al2O3 adalah 1.0-1.5. Kondisi

untuk sintesis zeolit X yang dilakukan yaitu suhu kalsinasi kaolin menjadi

metakaolin 700 ºC selama 6 jam, variasi konsentrasi NaOH (1.5 N dan 2.5 N),

Na2SiO3 10%, dan suhu pemeraman 40 ºC dan hidrotermal 100 ºC masing-

masing selama 24 jam, pada kondisi tersebut belum adanya laporan atau data yang

menunjukkan keberhasilan mensintesis zeolit X.

Kegunaan zeolit X salah satunya sebagai adsorben, dan untuk meningkatkan

sifat tersebut maka dilakukan sintesis nanokomposit zeolit X/TiO2 untuk

menghasilkan sifat sebagai fotokatalis. Nanokomposit zeolit X/TiO2 disintesis

dengan cara melakukan interkalasi zeolit dengan TiO2, yaitu menggantikan

kation-kation kecil antar lapisan (Na+) dengan kation logam yang diameternya

lebih besar seperti Ti2+

. Oksida logam titania ini merupakan material yang sensitif

terhadap cahaya dan baik menjadi katalis fotokimia. Keberhasilan nanokomposit

zeolit X/TiO2 sebagai fotokatalisis tergantung pada TiO2, yaitu bahan padatan

yang memiliki sifat semikonduktor untuk mendegradasi senyawa-senyawa

organik.

Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan mensintesis zeolit X dari kaolin, abu sekam padi

sebagai sumber silika berupa natrium silikat, dan NaOH sebagai reagen,

mensintesis nanokomposit zeolit/TiO2, melakukan pencirian zeolit X dan

nanokomposit zeolit/TiO2 dengan spektroskopi XRD dan SEM-EDX, dan uji

adsorpsi dan fotodegradasi biru metilena menggunakan zeolit dan nanokomposit

zeolit X/TiO2.

3

Manfaat Penelitian

Penelitian ini akan mendapatkan informasi cara mengurangi limbah sekam

padi melalui pemanfaatan abu sekam padi dalam mensintesis zeolit X sebagai

sumber silika, dan membuat zeolit X yang bermanfaat sebagai adsorben serta

nanokomposit zeolit/TiO2 sebagai fotokatalis.

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari sampai Juli 2012 di

Laboratorium Anorganik Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.

Hipotesis

Sintesis zeolit-X dari bahan dasar kaolin yang sebelumnya diubah terlebih

dahulu menjadi metakaolin dan memanfaatkan sekam padi sebagai sumber silika.

BAHAN DAN METODE

Alat dan Bahan

Alat yang digunakan adalah spektrofotometer UV-VIS Shimadzu 1700,

Difraktometer sinar-X Shimadzu XRD-7000, SEM-EDX BRUKER, shaker

Heidolp TITRAMAX 101, sentrifuga HERMLE Labnet, neraca analitik CASIO,

oven SANYO DRYING OVEN , tanur Barnstead Termolyne, penyaring vakum,

botol polipropilen, lampu UV, dan peralatan kaca.

Bahan-bahan yang digunakan ialah kaolin Bangka Belitung, akuades,

serbuk titanium oksida anatase P 25, sekam padi Batuhalanng Bogor, pelet NaOH,

kertas pH, HCl, sodium silikat (Na2SiO3), dan biru metilena.

Lingkup Kerja

Penelitian ini terdiri dari beberapa tahap (Lampiran 1). Tahap pertama ialah

sintesis natrium silikat dari abu sekam padi. Tahap kedua, preparasi metakaolin.

Tahap ketiga, sintesis zeolit X. Tahap keempat, preparasi nanokomposit zeolit

X/TiO2. Tahap kelima, penentuan kapasitas adsorpsi. Dan tahap keenam adalah

uji fotodegradasi nanokomposit zeolit X/TiO2.

Penyiapan Silika dari Abu Sekam Padi (Hikmawati 2010)

Sampel sekam padi dicuci bersih kemudian dikeringkan di bawah sinar

matahari. Setelah sekam kering, dilakukan pengarangan dan pengabuan, sekam

padi dibakar hingga terbentuk arang sekam, kemudian dilakukan proses

pengabuan dalam cawan porselin pada suhu tanur 600 ºC selama 2 jam. Abu

sekam padi yang diperoleh kemudian dimurnikan dengan HCl 3%. Abu sekam

padi dimasukkan ke dalam gelas piala lalu dicampurkan dengan HCl 3% yaitu, 10

ml untuk 1.0 g abu sekam, kemudian dipanaskan sambil diaduk selama 2 jam.

Setelah itu, sampel difiltrasi dan dicuci dengan akuades panas sampai bebas asam

4

(diuji dengan kertas pH). Hasil penyaringan dikeringkan pada suhu 105 ºC selama

4 jam sampai silika putih yang tersisa.

Preparasi Natrium Silikat (Na2SiO3) (Muljiyanti 2010)

Abu sekam padi bersih digerus, kemudian sebanyak 10 g abu sekam

ditambahkan 82.5 ml NaOH 4 M (Stokiometri), lalu dididihkan sambil diaduk.

Setelah agak kering, larutan dituangkan ke dalam cawan porselin dan dilebur pada

suhu 500 ºC selama 30 menit. Filtrat yang dihasilkan merupakan natrium silikat

(Na2SiO3) dan didinginkan. Natrium silikat yang diperoleh berbentuk padatan

berwarna putih kehijauan.

Preparasi Metakaolin (Hediana 2011)

Sampel kaolin bubuk dari Bangka Belitung dikalsinasi dalam tanur pada

suhu 700 ºC selama 6 jam. Setelah mengalami proses kalsinasi, sampel kaolin

yang telah berubah menjadi metakaolin dianalisis dengan difraktometer sinar-X.

Sintesis Zeolit X

Sampel metakaolin ditimbang sebanyak 2.0 gram, kemudian ditambahkan

NaOH dengan variasi konsentrasi (1.5 N dan 2.5 N) dan Na2SiO3 10%. Setiap

campuran larutan tersebut kemudian dimasukkan ke dalam botol polipropilen dan

dipanaskan dalam oven 40 ºC selama 24 jam. Tahap ini disebut proses

pemeraman. Setelah proses pemeraman, sampel dipanaskan kembali pada suhu

100 ºC selama 24 jam. Produk difiltrasi dan dicuci dengan air destilata hingga pH

netral. Produk yang diperoleh dikeringkan pada suhu 120 ºC selama 6 jam dan

dikarakterisasi dengan XRD dan SEM-EDX.

Tabel 1 Perlakuan dalam sintesis zeolit X

Sampel

Bobot

Metakaolin

(g)

NaOH

(N)

Volume (ml) Pemeraman

(°C)

Hidrotermal

(°C) NaOH Na2SiO3

Sampel A 2.0 1.5 40 40 40 100

Sampel B 2.0 2.5 40 40 40 100

Preparasi Nanokomposist Zeolit/TiO2

Sampel metakaolin sebanyak 85% dan TiO2 15% dengan jumlah total 2.0

gram, kemudian ditambahkan 34 ml NaOH 1.5 N dan natrium silikat (Na2SiO3)

10% sebanyak 34 ml. Campuran tersebut dimasukkan ke dalam botol polipropilen

dan dipanaskan pada suhu 40 ºC selama 24 jam. Setelah itu campuran dipanaskan

kembali dalam oven pada suhu 100 ºC selama 24 jam. Produk yang diperoleh

difiltrasi dan dicuci dengan air distilata hingga pH netral, kemudian dikeringkan

dalam oven 120 ºC selama 6 jam dan dikarakterisasi dengan XRD dan SEM-EDX.

5

Uji Adsorpsi (Hediana 2011)

Larutan biru metilena (MB) dibuat dengan konsentrasi yang bervariasi,

yaitu 75, 100, 150, 200, dan 300 mg/l. Zeolit ditimbang sebanyak 0.05 gram,

kemudian ditambahkan 15 ml larutan MB dari setiap konsentrasi dalam tabung

reaksi yang berbeda dan dikocok selama 2 jam. Setelah itu, campuran dipisahkan

dengan sentrifuga selama 20 menit dengan kecepatan 3500 rpm untuk

memisahkan endapan. Filtratnya kemudian diukur absorbannya menggunakan

spektrofotometer UV-tampak pada panjang gelombang 664.5 nm.

Kapasitas adsorpsi dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

Q = V [Co-Ca]

m

Keterangan:

Q = Kapasitas adsorpsi (mg/g)

V = Volume larutan (mL)

Co = Konsentrasi awal (ppm)

Ca = Konsentrasi akhir (ppm)

m = Massa adsorben (g)

Penentuan kapasistas adsorpsi sampel nanokomposit zeolit-TiO2 dengan

perlakuan yang sama seperti zeolit.

Pembuatan Kurva Standar Biru Metilena (Hediana 2011)

Larutan biru metilena dibuat pada berbagai konsentrasi (0.5; 1.0; 1.5; 2.0;

2.5; dan 3.0 mg/l), kemudian diukur serapannya pada panjang gelombang

maksimum. Setelah itu, kurva hubungan antara konsentrasi dengan absorbans

dibuat dan ditentukan persamaan linier kurva tersebut. Persamaan linier ini

digunakan untuk menghitung konsentrasi MB pada larutan zeolit.

Uji Fotodegradasi Senyawa Biru Metilena (Hediana 2011)

Sebanyak 0.1 gram nanokomposit zeolit-TiO2 ditambahkan 15 ml larutan

biru metilena dengan konsentrasi 12.5 ppm. Larutan kemudian disinari dengan

sinar UV pada panjang gelombang 365 nm selam 6 jam. Setelah itu, diambil

filtratnya dan dilakukan analisis menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada

panjang gelombang 200–700 nm. Uji fotodegradasi juga dilakukan pada sampel

zeolit, TiO2, dan biru metilena sebagai pembanding. Setiap sampel tersebut diberi

perlakuan dengan dan tanpa sinar UV untuk mengetahui aktivitas fotokatalis.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pembuatan dan Pencirian Natrium silikat

Natrium silikat disintesis melalui dua tahap. Tahap pertama adalah

penyiapan silika dan kedua, pelarutan basa dengan NaOH (destruksi) yang diikuti

dengan peleburan. Penyiapan silika meliputi, pengabuan sekam pada suhu 600 ºC

selama 2 jam, dilanjutkan pencucian dengan HCl. Pencucian dengan HCl

bertujuan untuk melarutkan oksida lain selain SiO2 berupa oksida-oksida logam

seperti MgO, K2O, dan CaO yang terdapat dalam abu sekam padi (Kalapathy et al

6

2000). Penggunaan HCl dikarenakan SiO2 tidak larut dalam asam apapun selain

dalam HF. Selanjutnya, abu sekam padi dilarutkan dalam NaOH, kemudian

dilakukan peleburan 500 °C. Peleburan pada suhu 500 °C didasarkan

pertimbangan titik leleh NaOH, yaitu 318 °C sehingga pada suhu tersebut NaOH

terdisosiasi sempurna membentuk ion Na+ dan OH

-. Pelarutan yang diikuti dengan

peleburan ini bertujuan agar pada proses perubahan abu sekam menjadi natrium

silikat (Na2SiO3) menjadi sempurna (Muljiyanti 2010). Natrium silikat (Na2SiO3)

yang diperoleh berwujud padatan berwarna putih kehijauan.

Natrium silikat yang diperoleh dianalisis menggunakan FTIR dan SEM-

EDX. Hasil analisis Na2SiO3 dengan FTIR ditunjukkan pada Gambar 1, sementara

interpretasi pola serapan ditampilkan pada Tabel 2.

Gambar 1 Spektrum FTIR sampel natrium silikat (Na2SiO3)

Tabel 2 Daerah vibrasi sampel natrium silikat (Na2SiO3)

Bil. Gelombang Na2SiO3 (cm-1

) Vibrasi Sumber

1500-3700 H2O dan Tekuk -OH

pada gugus Si-OH Efinov 2003

950-1250 Ulur asimetri Si-O-Si

dan Si-O- Mufrodi 2010

500-800 Tekuk Si-O-Si Macdonald 2000

440-460 Bending Si-O-Si Macdonald 2000

7

Natrium silikat (Na2SiO3) hasil sintesis juga dianalisis dengan EDX untuk

mengetahui unsur-unsur yang terdapat di dalamnya. Hasil EDX natrium silikat

(Na2SiO3) ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2 Hasil EDX sampel natrium silikat (Na2SiO3)

Hasil EDX menunjukkan bahwa unsur-unsur yang terdapat dalam Na2SiO3

sintetis, yaitu oksigen 71.89%, natrium 22.63%, dan silikon 5.39%. Berdasarkan

data di atas, diperkirakan Na2SiO3 yang disintesis telah menjerap H2O. Hal ini

dibuktikan dengan adanya serapan H2O dan vibrasi tekuk gugus Si-OH di bil.

gelombang 1500-3700 cm-1

pada spektrum FTIR dan perubahan warna Na2SiO3

dari putih kehijauan menjadi coklat. Hasil EDX juga menunjukkan Na2SiO3

sintetis tidak terdeteksinya pengotor, yaitu berupa atom C atau karbon akibat

pembakaran sekam padi pada suhu 600 °C dan logam-logam pengotor seperti

MgO, K2O, dan CaO yang menunjukkan bahwa logam-logam tersebut telah larut

dalam HCl pada proses pencucian abu sekam padi (Hikmawati 2010). Natrium

silikat (Na2SiO3) hasil sintesis kemudian digunakan sebagai sumber silika pada

sintesis zeolit X.

Sintesis Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO2

Bahan baku yang digunakan mensintesis zeolit adalah kaolin, karena kaolin

memiliki komponen utama, silika dan alumina sehingga dapat digunakan sebagai

bahan baku dalam pembentukan kerangka zeolit. Sintesis zeolit X ini memerlukan

nisbah Si/Al sebesar 1.0 – 1.5, namun dari hasil analisis EDX kaolin (Lampiran 2)

diperoleh nisbah Si/Al hanya sebesar 0.73, sehingga tidak mencukupi untuk

membentuk zeolit X. Oleh sebab itu dilakukan penambahan sumber silika lain,

yaitu natrium silikat (Na2SiO3) hasil sintesis dari abu sekam.

Kaolin yang akan digunakan terlebih dahulu dikalsinasi pada suhu 700 °C

selama 6 jam untuk menghilangkan gugus hidroksil (-OH) yang terikat secara

kimia sehingga terbentuk metakaolin. Metakaolin hasil kalsinasi dianalisis dengan

XRD, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.

O

Na

Si

8

Gambar 3 Difraktogram sampel metakaolin

Hasil XRD kalsinasi kaolin menjadi metakaolin menunjukan puncak difraktogram

yang landai atau dapat dikatakan bahwa metakaolin yang diperoleh berbentuk

amorf. Hal ini dikarenakan kalsinasi atau pemanasan yang menguapkan H2O dan

melepaskan ikatan -OH pada kaolin sehingga kaolin yang kristalin menjadi lebih

amorf (Mitra GB dan Nhattacherjee 1969). Thamavong (2003) menyatakan reaksi

kimia dehidroksilasi kaolin menjadi metakaolin adalah sebagai berikut:

Si2O5(OH)4Al2 Al2Si2O7 + 2H2O

Kaolin Metakaolin

Selanjutnya, metakaolin yang diperoleh dilarutkan dalam NaOH dan

Na2SiO3. Penambahan NaOH ini bertujuan untuk mengaktivasi komponen Si dan

Al pada metakaolin menjadi fase mineral yang mudah larut, yaitu natrium silikat

dan amorf alumina silikat, dimana lebih lanjut digunakan dalam formasi zeolit

selama proses hidrotermal, sedangkan Na2SiO3 sebagai sumber silika lain selain

dari kaolin. Sebelum proses hidrotermal, larutan tersebut dipanaskan pada suhu 40

°C selama 24 jam, proses ini disebut proses pemeraman. Pada proses pemeraman

terjadi pembentukan inti kristal dan dilanjutkan dengan pembentukan kristal

selama proses hidrotermal pada suhu 100 °C selama 24 jam.

Zeolit hasil sintesis dicuci hingga pH netral. Pencucian ini bertujuan untuk

menghilangkan material yang tidak menjadi bagian dari pembentukan zeolit yang

mungkin ada di permukaan dan larut dalam air dan kemudian dikeringkan untuk

menguapkan air yang terperangkap dalam pori-pori kristal zeolit.

SiO2 Tridynite

9

Sintesis nanokomposit zeolit/TiO2 dilakukan dengan perbandingan 85%

metakaolin:15% TiO2 dengan bobot total 2.0 gram. Penambahan TiO2 ini untuk

memanfaatkan sifat fotokatalis TiO2 sehingga dihasilkan material yang bersifat

adsorben-fotokatalis. Sintesis nanokomposit zeolit/TiO2 menggunakan NaOH dan

Na2SiO3 pada kondisi sintesis sama seperti sintesis zeolit X yang telah dijelaskan

diatas.

Pencirian Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO2 dengan XRD

Pencirian zeolit dan nanokomposit zeolit/TiO2 dengan teknik difraksi sinar-

X pada kondisi sebagai berikut: atom target Cu, panjang gelombang 1.5406 Å,

voltase 40 kV, dan arus 30 mA. Proses pemindaian pada rentang sudut 5-80º.

Difraksi sinar X digunakan untuk mengidentifikasi jenis mineral zeolit yang

terkandung dan kristalinitasnya. Puncak difraksi yang didapatkan dari data

pengukuran dicocokkan dengan standar difraksi sinar X, yaitu JCPDS ( Joint

Commited on Powder Difraction Standards). Hasil XRD sampel zeolit

ditunjukkan pada Gambar 4.

Sampel A

Sampel B

Gambar 4 Difraktogram sampel zeolit A dan B

= Zeolit P1

= Zeolit X

= Faujasite

Zeolit NaP1

10

Hasil XRD sampel A menunjukkan zeolit yang terbentuk merupakan zeolit

tipe NaP1, sedangkan sampel B terbentuk campuran zeolit, yaitu zeolit NaP1,

faujasite, dan zeolit X. Hasil XRD setiap sampel dianalisis dengan

membandingkan sudut 2θ sampel dengan 2θ pada data JCPDS (Lampiran 3).

Sampel B diperoleh zeolit X dengan pengotor zeolit lain. Hal ini disebabkan oleh

zeolit X yang bersifat tidak stabil secara termodinamika dibandingkan zeolit P dan

hidroksisodalit (Breck 1974).

Gambar 5 Difraktogram sampel nanokomposit zeolit/TiO2

Sintesis nanokomposit zeolit/TiO2 mengikuti kondisi pada sintesis sampel

zeolit A. Hal ini dilakukan karena pada kondisi tersebut menghasilkan zeolit yang

lebih murni tanpa adanya campuran zeolit lain, yaitu zeolit NaP1. Pola difraksi

sampel nanokomposit zeolit/TiO2 pada Gambar 5 menunjukkan bahwa jenis zeolit

yang diperoleh adalah zeolit NaP1 dan sudut 2θ TiO2 di 25.3353. Data sudut 2θ

nanokomposit zeolit/TiO2 dan JCPDS ditunjukkan pada Lampiran 4. Keberadaan

TiO2 pada difraktogram di atas dapat disimpulkan bahwa sintesis nanokomposit

zeolit/ TiO2 berhasil.

Pencirian Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO2 dengan SEM

Hasil mikroskop pemindai elektron (SEM) pada Gambar 6 adalah jenis

mikroskop elektron yang gambar permukaan sampel dipindai dengan

menggunakan sinar elektron berenergi tinggi dalam pola pemindai pixel. SEM

digunakan untuk mengetahui struktur mikro suatu material meliputi tekstur,

morfologi, komposisi, dan informasi kristalografi permukaan sampel. Hasil SEM

sampel A dan B ditunjukan pada Gambar 6.

TiO2,

anatase

Zeolit NaP1

11

Sampel A

Sampel B

Gambar 6 Hasil analisis SEM sampel A dan B

Zeolit NaP1

Zeolit X/

Faujasite

Zeolit NaP1

12

Hasil analisis SEM sampel A dengan perbesaran 2500x menunjukkan

bentuk partikel zeolit jenis P1 dengan bentuk partikel yang bulat dan kisaran

diameter partikel 1-10 µm, sedangkan sampel B dengan perbesaran 1000x

menunjukkan adanya campuran jenis zeolit. Hal ini terlihat dari bentuk partikel

yang berbeda-beda. Hasil SEM sampel B sesuai dengan hasil analisis XRD yang

menyatakan terdapatnya campuran zeolit pada sampel tersebut seperti zeolit X,

zeolit NaP1, dan faujasite. Zeolit X dan faujasite memiliki bentuk partikel/

framework yang sama, sedangkan zeolit NaP1 memiliki bentuk partikel yang

bulat.

Gambar 7 Hasil SEM (A) zeolit dan (B) nanokomposit zeolit/TiO2

A

B

13

Perbedaan hasil SEM sampel zeolit dengan dan tanpa penambahan TiO2

ditunjukan pada Gambar 7. Hasil SEM zeolit dan nanokomposit zeolit/TiO2

menunjukkan bahwa dengan penambahan TiO2 mengubah permukaan dan pori-

pori zeolit, terlihat dari hasil SEM nanokomposit zeolit/TiO2 yang memiliki pori-

pori lebih besar. Hal ini disebabkan oleh pergantian kation logam yang berukuran

kecil (Na+) dengan kation logam yang diameternya lebih besar (Ti

2+) sehingga

pori tersebut mengembang. Melalui teknik ini porositas zeolit akan menjadi besar,

dan oksida-oksida logam (TiO2) sebagai agen pemilar dapat digunakan untuk

katalis (Desfita 2009). Ukuran partikel dari sampel nanokomposit zeolit/TiO2

yang disintesis ini tidak menunjukkan ukuran nano, yaitu sekitar 9 µm tetapi

sampel ini dapat dikatakan sebagai nanokomposit karena TiO2 itu sendiri sudah

berukuran nanometer, sekitar 7 nm.

Pengaruh Konsentrasi NaOH terhadap Kristalinitas Zeolit

Sintesis zeolit pada penelitian ini menggunakan pelarut NaOH atau pada pH

basa karena pada pH tersebut di dalam larutan akan terjadi polimerisasi ion-ion

pembentuk zeolit. Sintesis suatu zeolit dipengaruhi oleh ion-ion yang ada dalam

campuran tersebut. Pada pH > 6 terbentuk anion Al(OH4)- atau AlO2

- yang

merupakan anion pembentuk zeolit yang berasal dari sumber alumina. Hal ini

akan berbeda jika larutan dalam keadaan asam, yaitu pada pH 1 sampai pH 4,

karena spesies Al yang dominan adalah [Al(H2O)6]3+

. Keberadaan kation tersebut

akan menghambat pembentukan kerangka aluminosilikat dari zeolit. Kerangka

zeolit juga dipengaruhi oleh keberadaan anion dari silikat. Pada pH > 12, akan

terbentuk ion Si(OH)4- yang merupakan ion utama dalam pembentukan kerangka

zeolit (Hamdan 1992).

Variasi konsentrasi NaOH yang digunakan, yaitu 1.5 N dan 2.5 N. Variasi

konsentrasi ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh perubahan konsentrasi

NaOH terhadap kristalinitas zeolit yang diperoleh (Lampiran 5). Pengaruh

konsentrasi NaOH terhadap kristalinitas zeolit sintetis ditunjukkan pada Tabel 3.

Tabel 3 Pengaruh konsentrasi NaOH terhadap kristalinitas zeolit

Sampel Perlakuan

Kristalinitas (%) Metakaolin (g) NaOH (N)

Sampel A 2.0 1.5 50.62

Sampel B 2.0 2.5 75.40

Kristalinitas sampel A dengan konsentrasi NaOH 1.5 N, yaitu 50.62% dan

75.40% sampel B dengan konsentrasi NaOH 2.5 N. Hal ini menunjukkan bahwa

peningkatan konsentrasi NaOH menyebabkan kristalinitas zeolit yang diperoleh

meningkat. Konsentrasi NaOH mempengaruhi laju kristalisasi zeolit. Peningkatan

konsentrasi NaOH menyebabkan jumlah Si dan Al terlarut meningkat sehingga

laju kristalisasi zeolit juga meningkat (Wijaya 2002).

Penentuan Panjang Gelombang Maksimum

Penentuan panjang gelombang maksimum larutan standar BM (0.5; 1.0; 1.5;

2.0; 2.5; dan 3.0 mg/l) dilakukan pada konsentrasi 2.0 mg/l agar konsentrasi analat

yang kecil dan besar dapat dibaca. Pengukuran dilakukan pada panjang

gelombang maksimum karena pada panjang gelombang maksimum respon

sinyal/absorbans berada dalam kondisi maksimum sehingga akan memiliki

14

sensitivitas yang baik dan limit deteksi yang rendah serta mengurangi kesalahan

dalam pengukuran. Panjang gelombang maksimum yang diperoleh adalah 664.5

nm (Lampiran 6) dan persamaan garis kurva standar biru metilena adalah

y=0.2914x-0.0994 dengan R = 0.9930 R2 = 0.9861.

Uji Adsorpsi Biru Metilena oleh Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO2

Zeolit hasil sintesis kemudian diuji kemampuannya sebagai adsorben dalam

menjerap zat warna. Zat warna yang digunakan adalah biru metilena. Biru

metilena digunakan karena interaksinya dengan air akan menghasilkan ion dari

biru metilena yang bermuatan positif, sedangkan zeolit memiliki muatan negatif

akibat substitusi ion Al3+

terhadap Si4+

dalam struktur jaringannya dan dinetralkan

dengan kation alkali atau alkali tanah. Kation-kation ini dapat dipertukarkan

dengan kation biru metilena sehingga biru metilena terjerap. Larutanbiru metilena

dibuat dengan berbagai variasi konsentrasi untuk mengetahui kapasitas adsorpsi

terbesar dari zeolit. Larutan biru metilena dikocok bersama-sama dengan zeolit,

agar adsorben dapat tersebar secara merata disetiap bagian dengan harapan dapat

menjerap zat warna dengan sempurna dan dapat menghasilkan daya adsorpsi yang

maksimum. Setelah tercapai kesetimbangan, zat yang tidak teradsorpsi dipisahkan

dari adsorben dengan sentrifuga, kemudian konsentrasi sisa larutan biru metilena

diukur dengan spektrofotometer UV-Vis di λ maksimum 664.5 nm. Data

penentuan kapasitas adsorpsi zeolit dan nanokomposit zeolit/TiO2 ditunjukkan

pada Lampiran 7-9.

Variasi konsentrasi larutan biru metilena yang digunakan untuk uji adsorpsi

zeolit dan nanokomposit zeolit/TiO2, yaitu 75. 100, 150, 200, dan 300 mg/l.

Konsentrasi biru metilena terbesar yang diadsorpsi oleh zeolit dan nanokomposit

zeolit/TiO2 adalah pada konsentrasi awal BM 300 mg/l, yaitu sebesar 152.505

mg/l untuk sampel zeolit A, 149.259 mg/l untuk sampel zeolit B dan

nanokomposit zeolit/TiO2 sebesar 143.240 mg/l.

Penentuan kapasitas adsorpsi sampel zeolit A, B, dan nanokomposit

zeolit/TiO2 terbesar terjadi pada konsentrasi awal BM 300 mg/l, yaitu berturut-

turut sebesar 45.71; 43.14; 43.01 mg/l. Hal ini sesuai dengan pernyataan

Mouzdahir et al. (2007), bahwa kapasitas adsorpsi meningkat seiring dengan

meningkatnya konsentrasi awal larutan biru metilena. Semakin besar konsentrasi

awal biru metilena yang diberikan maka semakin besar pula molekul biru

metilena yang terjerap oleh sampel zeolit. Hal ini terjadi apabila keberadaan tapak

aktif sampel untuk menjerap zat warna masih memungkinkan untuk menjerap

larutan biru metilena.

Isoterm Adsorpsi

Isoterm adsorpsi adalah hubungan kesetimbangan antara konsentrasi

adsorbat dalam fluida dan dalam permukaan adsorben pada suhu tertentu. Pada

penelitian ini, adsorpsi biru metilena oleh zeolit dan nanokomposit diuji dengan

dua persamaan, yaitu persamaan Freundlich dan Langmuir (Lampiran 10-12).

Nilai kuadrat terkecil (R2) isoterm adsorpsi yang diperoleh pada zeolit A, B, dan

nanokomposit zeolit/TiO2 ditunjukkan pada Tabel 4.

15

Tabel 4 Nilai kuadrat terkecil (R2) isoterm adsorpsi biru metilena

Sampel Isoterm R2

Zeolit A Langmuir 0.9799

Freundlich 0.9890

Zeolit B Langmuir 0.9626

Freundlich 0.9874

nanokomposit Zeolit/TiO2 Langmuir 0.9686

Freundlich 0.9651

Nilai kuadrat terkecil (R2) dari kedua persamaan tersebut, yaitu Langmuir

dan Freundlich yang memiliki nilai R2

yang paling besar atau mendekati satu

merupakan kurva yang paling sesuai. Berdasarkan nilai kuadrat terkecil (R2),

adsorpsi biru metilena oleh sampel zeolit A dan B mengikuti persamaan

Freundlich, sedangkan nanokomposit mengikuti persamaan Langmuir (Tabel 4).

Dengan demikian, dapat diasumsikan bahwa sampel zeolit A dan B memiliki

pusat-pusat aktif adsorben heterogen dan adsorbat membentuk lapisan

multimolekuler pada permukaan adsorben, sedangkan nanokomposit zeolit/TiO2

mengikuti persamaan Langmuir, dimana proses adsorpsi terjadi membentuk satu

lapisan dan memiliki pusat-pusat aktif yang identik (Edwin et al 2005).

Uji Fotodegradasi

Fotodegradasi merupakan proses penguraian suatu senyawa (biasanya

senyawa organik) dengan bantuan energi cahaya (foton). Fotodegradasi biasanya

memerlukan fotokatalis, yang umumnya merupakan bahan semikonduktor, salah

satunya adalah TiO2. Uji fotodegradasi ini dilakukan pada sampel nanokomposit

zeolit/TiO2, zeolit, dan TiO2 terhadap zat warna biru metilena dengan perlakuan

tanpa dan dengan disinari sinar UV. Serbuk TiO2 yang digunakan adalah titanium

oksida anatase P 25. Setiap sampel tersebut disinari lampu UV pada λ 365 nm

selama 6 jam, karena pada panjang gelombang tersebut energi foton mampu

mengeksitasi elektron pada pita valensi dari TiO2 anatase yang memiliki bandgap

λ< 385 nm ke pita konduksi yang menyebabkan timbulnya lubang elektron pada

pita valensi dan elektron di pita konduksi. Kemudian hole (H+) bereaksi dengan

pelarut membentuk radikal OH yang merupakan oksidator kuat, sedangkan

elektron pada pita konduksi akan bereaksi dengan oksigen di lingkungan

menghasilkan radikal superoksida (O2-) yang bersifat reduktor. Radikat-radikal

tersebut bersifat aktif dan dapat terus terbentuk sehingga bereaksi dan

menguraikan senyawa organik target (Fatimah et al 2006). Setelah penyinaran

selesai, dilakukan pengukuran serapan filtrat masing-masing sampel tersebut

dengan spektrofotometer UV-Vis pada λ 200-700 nm. Mekanisme reaksi yang

terjadi pada proses fotodegradasi dengan TiO2 adalah sebagai berikut:

TiO2 + UV TiO2 (e- + h

+)

TiO2 (h+) + H2O TiO2 + ˙OH + H

+

TiO2 (e-) + O2 TiO2 + ˙O2

-

zat warna + ˙O2- produk degradasi

16

Nanokomposit zeolit-TiO2 hasil sintesis dapat berperan sebagai fotokatalis

dengan bantuan sinar UV seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8. Hal ini

dibuktikan dari memudarnya warna biru metilena yang teradsorpsi pada sampel

nanokomposit zeolit-TiO2 setelah disinari sinar UV, sedangkan pada sampel

nanokomposit yang tidak disinari UV, tidak terjadi proses fotodegradasi

melainkan hanya terjadi proses adsorpsi, karena TiO2 tidak aktif menguraikan

senyawa organik tanpa adanya sinar UV (foton) untuk membentuk radikal (•OH-)

atau (•O2-).

A

Zeolit TiO2 Nanokomposit

B

Zeolit TiO2 Nanokomposit

Gambar 8 Hasil uji fotodegradasi (A) tanpa penyinaran UV, (B) dengan

penyinaran UV selama 6 jam

Adanya aktivitas fotokatalisis juga dapat dilihat dengan membandingkan

serapan sinar UV pada filtrat nanokomposit yang diberi perlakuan dengan dan

tanpa penyinaran sinar UV (Gambar 9). Hasil serapan filtrat setiap sampel dalam

uji fotokatalis ditunjukkan pada Lampiran 13.

17

Gambar 9 Serapan filtrat nanokomposit zeolit/TiO2 ( ) dengan dan ( )

tanpa penyinaran UV dan ( ) larutan biru metilena

Serapan filtrat nanokomposit tanpa perlakuan penyinaran masih

menunjukkan adanya serapan biru metilena yang ditunjukkan dengan λ

maksimum sebesar 663 nm yang merupakan λ khas dari larutan biru metilena,

sedangkan serapan filtrat nanokomposit dengan penyinaran UV sudah tidak

menunjukkan adanya serapan biru metilena yang ditunjukkan dengan munculnya

puncak baru dengan λ maksimum sebesar 607.5 nm. Maka dapat disimpulkan

bahwa aktivitas fotokatalis ini dapat terlihat dari perubahan warna sampel

nanokomposit menjadi tidak berwarna yang menghasilkan senyawa baru yang

lebih sederhana dan terjadi penurunan panjang gelombang (λ) serapan. Senyawa

baru ini tidak diketahui identitasnya.

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Zeolit X berhasil disintesis pada penambahan NaOH 2.5 N dalam campuran

mekaolin dan natrium silikat sebagai sumber silika lain, tetapi terdapat campuran

zeolit lain, yaitu zeolit NaP1 dan faujasite sedangkan pada konsentrasi NaOH 1.5

N diperoleh zeolit NaP1. Selain itu, nanokomposit zeolit-TiO2 telah berhasil

disintesis dan terbukti mempunyai kemampuan menjerap dan mendegradasi zat

warna biru metilena dengan bantuan sinar UV (foton). Adsorpsi biru metilena

oleh zeolit mengikuti isoterm Freundlich, sedangkan nanokomposit zeolit/TiO2

mengikuti isoterm Langmuir.

18

Saran

Perlu dilakukan metode atau variasi konsentrasi NaOH, dan waktu reaksi

yang lebih lama agar diperoleh zeolit X tanpa campuran zeolit lain. Selan itu,

dilakukan variasi konsentrasi silika lain yang sesuai dengan nisbah Si/Al zeolit X

serta dapat menggunakan sumber sillika alternatif lain sebagai sumber silika

tambahan untuk mensintesis zeolit X.

DAFTAR PUSTAKA

Aina H, Nuryono, Tahir I. 2007. Sintesis aditif β-Ca2SiO4 dari abu sekam padi

dengan variasi temperatur pengabuan. [skripsi]. Yogyakarta: Fakultas

MIPA Universitas Gadjah Mada.

Atkins PW. 1999. Kimia Fisik. Penerjemah: Irma IK. Jakarta: Erlangga.

Terjemahan dari: Physical Chemistry.

Bakri R, Utari T, Puspita IS. 2008. Kaolin sebagai sumber SiO2 untuk pembuatan

katalis Ni/SiO2: karakterisasi dan uji katalis pada hidrogen benzena

menjadi sikloheksana. MAKARA SAINS. 12:37-43

Bekkum VH, Jansen JC, Flanigen EM. 1991. Zeolite and molecular sieves: an

historical perspective. Introduction to zeolite science and practice. 58:13-

33. doi: http://dx.doi.org/10.1016/S0167-2991(08)63599-5

Breck DW. 1974. Zeolite Molecular Sieve: Structure Chemistry and Use. New

York: Wiley.

Desfita. 2009. Pembuatan fotokatalis TiO2-bentonit dan aplikasinya pada

penguraian selektif zat warna polutan yang diaktivasi dengan sinar

matahari. [skripsi]. Padang: Universitas Andalas.

Edwin E, Sherliy, Syarifuddin, Paulina T. 2005. Pemanfaatan karbon aktif

tempurung kenari sebagai adsorben fenol dan klorofenol dalam perairan.

Marina Chimica Acta. 6:9-15.

Efinov AM, Pogareva VG, Shashkin. 2003. Water-related Bands in Absorption

Spectra Of silicate Glasses. Journal of Non Crystaline Solid 332:93-114.

doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2003.09.020

Ekosse GE. 2005. Fourier transform infrared spectrophotometry and x-ray powder

diffractometry as complementary technique in characterizing clay size

fraction of kaolin. J Appl Sci Enviro Mgt 9:43-48.

Fatimah I, Sugiharto E, Wijaya K, Tahir I, dan Kamalia. 2006. Titan dioksida

terdispersi pada zeolit alam (TiO2/Zeolit) dan aplikasinya untuk

fotodegradasi Congo Red. Indo J Chem 69: 38-42.

Hamdan H. 1992. Introduction to zeolites: synthesis, characterization and

modification. Kuala Lumpur: Universitas Teknologi Malaysia.

Hediana Nova. 2011. Sintesis, pencirian, dan uji fotodegradasi nanokomposit

sodalit/TiO2 terhadap zat warna biru metilena. [skripsi]. Bogor: Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor.

Hikmawati. 2010. Produksi bahan semikonduktor silikon dari silika limbah arang

sekam padi sebagai alternatif sumber silikon. [tesis]. Bogor: Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor.

19

Kalapathy U, Proctor A, Shults J. 2000. A simple method for production of pure

silica from rice hull ash. Bioresource Technology. 73: 257-262. doi:

http://dx.doi.org/10.1016/S0960-8524(99)00127-3

MacDonald SA, Schardt CR, Masiello DJ,Simmons JH. 2000. Dispersion

Analysis Of FTIR Reflection Measurements in Silicate Glasses. J Of Non-

Crystaline material 275:72-82. doi: 10.1016/S0022-3093(00)00121-6

Maria EU, Alifia FY, Istadi. 2006. Optimasi pembuatan katalis zeolit x dari tawas,

NaOH, dan waterglass, dengan response surface methodology. Bull Chem

React Eng & Catal. 1:26-32.

Mitra GB, Bhattacherjee. 1969. X-Ray difraction studies on the transformation of

kaolinite into metakaolin: I. Variability of interlayer spacings. Am

Mineralogist. 54.

Mouzdahir Y, Elmchaouri A, Mahboub R, Gil A, Korili SA. 2007. Adsorption of

methylene blue from aqueous solution on a moroccan clay. J Chem Eng

52:1621-1625. doi: 10.1021/je700008g

Mufrodi Z, Sutrisno B, Hidayat A. 2010. Modifikasi limbah abu layang sebagai

material baru adsorben. Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia;

Yogyakarta, 26 Januari 2010. Yogyakarta: hlm 1-6.

Muljiyanti DR, Nuryono, Kunarti ES. 2010. Sintesis dan karakterisasi silika gel

dari abu sekam padi yang dimobilisasi dengan 3-(trimetoksisilil)-1-

propantiol. [tesis]. Yogyakarta: Sekolah Pasca Sarjana Universitas Gadjah

Mada Yogyakarta.

Murray HH. 2000. Traditional and new applications for kaolin, smectit, and

polygorskite: A general oview. Appl Clay Sci. 17:207-221. doi:

10.1016/S0169-1317(00)00016-8.

Pham TH, Brindley GW. 1970. Methylene blue absorption by clay mineral

determination of surface areas and cation exchange capacities (Clay-

Organic studies XVIII). Clays and Clay Mineral 18:203-212. doi:

10.1346/CCMN.1970.0180404

Sriyanti, Taslimah, Nuryono, dan Narsito. 2005. Sintesis bahan hibrida amino-

silika dari abu sekam padi melalui proses sol-gel. JKSA 8.

Supeno M. 2007. Bentonit alam terpilar sebagai material katalis/co-katalis

pembuatan gas hidrogen dan oksigen dari air. [tesis]. Medan: Sekolah

Pascasarjana Universitas Sumatra Utara.

Thammavong S. 2003. Studies of synthesis, kinetics, and particle size of zeolite X

from Narathiwat kaolin. [tesis]. Suranaree: Degree of Master of Science in

Chemistry, Suranaree University of Technology.

Umah S. 2010. Kajian Penambahan Abu Sekam Padi dari Berbagai Suhu

Pengabuan Terhadap Plastisitas Kaolin [skripsi]. Malang: Fakultas Sains

dan Teknologi Universitas Islam Negeri Maulana Malik Ibrahim.

Utubira Y, Wijaya K, Triyono, dan Sugiharto E. 2006. Preparasi dan karakterisasi

TiO2-zeolit serta pengujiannya pada degradasi limbah industri tekstil

dengan bantuan radiasi sinar ultra violet. Indo J Chem. 6:231-237.

Wijaya K. 2002. Multifuction of layered and porous material.. Indo J Chem

2:142-154.

Wijaya K dan Fatimah I. 2005. Sintesis TiO2/ zeolit sebagai fotokatalis pada

pengolahan limbah cair industri tapioka secara adsorpsi-fotodegradasi.

TEKNOIN 10(4): 257-267.

20

Lampiran 1 Bagan alir penelitian

+NaOH 1.5 N & 2.5 N

Dcuci

Dibakar

+Na2SiO3 10%

Metakaolin:TiO2 85% : 15%

NaOH 1.5N

600ºC selama 2 jam +Na2SiO310%

Zeolit 0.05 g

+NaOH 4 M (Stokiometri) 15 ml lar. BM (50, 100, 150, 200, 300 mg/l)

lebur 500ºC Shaker 2 jam, sentrifuge

selama 30 menit

Nanokomposit Zeolit/TiO2 0.1 g

15 ml lar. BM 12.5 mg/l

UV 365 nm selama 6 jam

Metakaolin

Penentuan kapasitas adsorpsi zeolit

& nanokomposit zeolit/TiO2

Uji fotodegradasi

nanokomposit zeolit/TiO2

Karakterisasi

XRD & SEM-

EDX

Kaolin Sekam

Padi

Arang sekam padi

Abu sekam padi

Kalsinasi 700ºC

selama 6 jam

Spektrofotometer

UV-Vis

FTIR &

EDX

Na2SiO3

Zeolit-X

Nanokomposit

zeolit/TiO2

21

Lampiran 2 Hasil analisis EDX sampel Kaolin

22

Lampiran 3 Data sudut 2θ sampel zeolit dan JCPDS

Sampel Zeolit A

2θ° Intensitas Data JCPDS-ICDD

2θ° Intensitas No. JCPDS Jenis Zeolit

12.5121 61 12.465 795 39-0219 P1, (Na)

17.7056 58 17.664 480 39-0219 P1, (Na)

21.7062 79 21.675 647 39-0219 P1, (Na)

28.1218 210 28.095 999 39-0219 P1, (Na)

33.3606 83 33.383 604 39-0219 P1, (Na)

Sampel Zeolit B

2θ° Intensitas Data JCPDS-ICDD

2θ° Intensitas No. JCPDS Jenis Zeolit

12.4947 33 12.465 795 39-0219 P1, (Na)

15.5419 102 15.464 18 38-0237 X, (Na)

17.6790 33 17.664 480 39-0219 P1, (Na)

20.1910 71 20.089 9 38-0237 X, (Na)

21.5326 33 21.675 647 39-0219 P1, (Na)

23.4401 192 23.360 21 38-0237 X, (Na)

26.7760 140 26.706 18 38-0237 X, (Na)

28.0598 97 28.095 999 39-0219 P1, (Na)

29.3757 45 29.301 40 12-0246 Faujasite

30.4617 76 30.390 40 12-0246 Faujasite

31.1004 168 31.041 80 12-0246 Faujasite

32.1566 90 32.080 40 12-0246 Faujasite

37.5227 48 37.424 40 12-0246 Faujasite

Lampiran 4 Data sudut 2θ sampel nanokomposit zeolit/TiO2 dan JCPDS

2θ° Intensitas Data JCPDS-ICDD

2θ° Intensitas No. JCPDS Jenis Zeolit

12.4822 32 12.465 795 39-0219 P1, (Na)

17.6940 33 17.664 480 39-0219 P1, (Na)

21.6656 37 21.675 647 39-0219 P1, (Na)

28.1188 108 28.095 999 39-0219 P1, (Na)

33.3789 42 33.383 604 39-0219 P1, (Na)

25.3353 22 25.301 100 18-1170 TiO2 anatase

23

Lampiran 5 Kristalinitas sampel zeolit sintetis

Sampel A

Sampel B

24

Lampiran 6 Penentuan panjang gelombang maksimum larutan standar biru

metilena

Lampiran 7 Kapasitas adsorpsi sampel zeolit A terhadap larutan biru metilena

Bobot

zeolit (g)

Co

(ppm) Adsorbans

Ce

(ppm) FP

Ct

(ppm)

Q

(mg/g)

Rerata Q

(mg/g)

0.0499 75 0.167 52.14 25 22.86 15.67 15.45

0.0500 75 0.183 50.77 25 24.23 15.23

0.0500 100 0.116 63.04 50 36.96 18.91 18.92

0.0501 100 0.115 63.21 50 36.79 18.93

0.0500 150 0.238 92.10 50 57.90 27.63 27.68

0.0500 150 0.236 92.45 50 57.55 27.73

0.0500 200 0.147 115.44 100 84.56 34.63 34.79

0.0500 200 0.144 116.47 100 83.53 34.94

0.0501 300 0.115 152.85 200 147.15 45.76 45.71

0.0500 300 0.116 152.16 200 147.84 45.65

λmaks 664.5 nm

25

Lampiran 8 Kapasitas adsorpsi sampel zeolit B terhadap larutan biru metilena

Bobot

zeolit (g)

Co

(ppm) Adsorbans

Ce

(ppm) FP

Ct

(ppm)

Q

(mg/g)

Rerata Q

(mg/g)

0.0500 75 0.217 47.85 25 27.15 14.36 14.19

0.0499 75 0.231 46.65 25 28.35 14.02

0.0500 100 0.147 57.72 50 42.28 17.32 17.39

0.0500 100 0.144 58.24 50 41.76 17.47

0.0500 150 0.272 86.27 50 63.73 25.88 26.06

0.0500 150 0.265 87.47 50 62.53 26.24

0.0501 200 0.180 104.12 100 95.88 31.17 31.53

0.0501 200 0.173 106.52 100 93.43 31.89

0.0499 300 0.125 145.98 200 154.02 43.88 43.14

0.0502 300 0.131 141.87 200 158.13 42.39

Lampiran 9 Kapasitas adsorpsi nanokomposit zeolit/TiO2 terhadap larutan biru

metilena

Bobot

zeolit (g)

Co

(ppm) Adsorbans

Ce

(ppm) FP

Ct

(ppm)

Q

(mg/g)

Rerata Q

(mg/g)

0.0502 75 0.146 53.95 25 21.05 16.12 16.26

0.0502 75 0.135 54.89 25 20.11 16.40

0.0500 100 0.099 65.96 50 34.04 19.79 19.59

0.0502 100 0.105 64.93 50 35.07 19.40

0.0501 150 0.210 96.91 50 53.09 29.01 29.07

0.0500 150 0.209 97.08 50 52.92 29.12

0.0502 200 0.167 108.58 100 91.42 32.44 32.20

0.0500 200 0.173 106.52 100 93.48 31.96

0.0500 300 0.125 145.98 200 154.02 43.80 43.01

0.0499 300 0.133 140.49 200 159.51 42.23

Persamaan garis kurva standar biru metilena:

y = 0.2914x – 0.0994 R = 0.9930 R2 = 0.9861

Contoh perhitungan:

Kapasitas adsorpsi (Q)

Q =

26

Lampiran 10 Isoterm adsorpsi sampel zeolit A terhadap larutan biru metilena

Co

(mg/l)

Ce

(mg/l)

Ct

(mg/l)

Bobot

(g)

Isoterm Langmuir

c/(x/m)(g/l)

Isoterm Freundlich

X (g) x/m

(mg/g) log c

log

x/m

75 51.46 23.54 0.0500 0.0008 15.4530 1.5234 1.3718 1.1890

100 63.13 36.87 0.0501 0.0009 18.9190 1.9490 1.5667 1.2769

150 92.28 57.72 0.0500 0.0014 27.6836 2.0850 1.7613 1.4422

200 115.96 84.04 0.0500 0.0017 34.7872 2.4159 1.9245 1.5414

300 152.50 147.50 0.0501 0.0023 45.7058 3.2270 2.1688 1.6600

Nilai x = Cteradsorpsi (ppm) x Volume larutan (l) x

Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 1.3391 + 0.0129x

dengan R= 0.9899 dan R2 = 98%

Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 0.3386 + 0.6160x

dengan R= 0.9945 dan = R2

= 98.9%

y = 0.0129x + 1,3391

R² = 0.9799

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

0 20 40 60 80 100 120 140 160

c/(x

/m)

(g/l

)

Ct (mg/l)

y = 0.6160x + 0.3386

R² = 0.9890

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4

log x

/m

log C

27

Lampiran 11 Isoterm adsorpsi sampel zeolit B terhadap larutan biru metilena

Co

(mg/l)

Ce

(mg/l)

Ct

(mg/l)

Bobot

(g)

Isoterm Langmuir

c/(x/m)(g/l)

Isoterm Freundlich

x (g) x/m

(mg/g) log c

log

x/m

75 47.25 27.75 0.0500 0.0007 14.1906 1.9552 1.4432 1.1520

100 57.98 42.02 0.0500 0.0009 17.3936 2.4159 1.6253 1.2404

150 86.87 63.13 0.0500 0.0013 26.0621 2.4221 1.8002 1.4160

200 103.19 96.81 0.0501 0.0016 31.5327 3.0026 1.9763 1.4988

300 149.26 150.74 0.0501 0.0022 43.1346 3.6183 2.1933 1.6348

Nilai x = Cteradsorpsi (ppm) x Volume larutan (l) x

Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 1.7360 + 0.0123x

dengan R= 0.9811 R2 = 96.2%

Persamaan garis isoterm Freundlich yang diperoleh y = 0.1953 + 0.6600x

dengan R= 0.9937 dan R2 = 98.7%

y = 0.0123x + 1.7360

R² = 0.9626

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

0 50 100 150 200

c/(x

/m)

(g/l

)

Ct (mg/l)

y = 0.6600x + 0.1953

R² = 0.9874

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4

log x

/m

log C

28

Lampiran 12 Isoterm adsorpsi nanokomposit zeolit/TiO2 terhadap larutan biru

metilena

Co

(mg/l)

Ce

(mg/l)

Ct

(mg/l)

Bobot

(g)

Isoterm Langmuir

c/(x/m)(g/l)

Isoterm Freundlich

x (g) x/m

(mg/g) log c

log

x/m

75 54.42 20.58 0.0502 0.0008 16.2605 1.2658 1.3135 1.2111

100 65.44 34.56 0.0501 0.0010 19.5936 1.7637 1.5385 1.2921

150 97.00 53.00 0.0501 0.0015 29.0701 1.8233 1.7243 1.4634

200 107.55 92.45 0.0501 0.0016 32.2005 2.8711 1.9659 1.5079

300 143.24 156.76 0.0500 0.0021 43.0149 3.6443 2.1952 1.6336

Nilai x = Cteradsorpsi (ppm) x Volume larutan (l) x

Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 1.0364 + 0.0173x

dengan R= 0.9842 dan R2 = 96.8%

Persamaan garis isoterm Langmuir yang diperoleh y = 0.5811 + 0.4810x

dengan R= 0.9824 dan R2 = 96.5%

y = 0.0173x + 1.0364

R² = 0.9686

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

0 50 100 150 200

c/(x

/m)

(g/l

)

Ct (mg/l)

y = 0.4810x + 0.5811

R² = 0.9651

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4

log x

/m

log C

29

Lampiran 13 Spektrum UV filtrat sampel

A) Tanpa Penyinaran UV

B) Penyinaran UV selama 6 jam

Zeolit

TiO2, FP 20 kali

Biru metilena 1.25 ppm,

FP 20 kali

Nanokomposit

Nanokomposit

TiO2

Zeolit Biru metilena 1.25 ppm,

FP 20 kali

30

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 25 Mei 1990 dari pasangan Bapak

Welly Havana dan Ibu Nuraini. Penulis merupakan anak ketiga dari tiga

bersaudara. Pada tahun 2008, penulis lulus dari SMA Negeri 1 Jakarta dan

diterima menjadi mahasiswa Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur

Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) di Departemen Kimia Fakultas Matematika

dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA).

Selama masa perkuliahan, penulis aktif di organisasi kampus, UKM

Bulutangkis tahun 2008/2009. Penulis juga pernah menjadi asisten praktikum

Kimia Anorganik 2 dan Sintesis Kimia Anorganik tahun ajaran 2011/2012. Pada

tahun 2011, penulis berkesempatan melaksanakan praktik lapang di bidang

terapetik bagian Pusat Riset Obat dan Makanan (PROM), Badan Pengawas Obat

dan Makanan (BPOM) Jakarta mulai bulan Juli hingga Agustus 2011.