KAJIAN PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM PADA REDUKSI KADAR Pb dan Cd DALAM LIMBAH CAIR

Transkripsi

1 18 ISSN Prayitno, dkk. KAJIAN PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM PADA REDUKSI KADAR Pb dan Cd DALAM LIMBAH CAIR Prayitno, Endro Kismolo, Nurimaniwathy Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN ABSTRACT THE STUDY OF NATURAL ZEOLITE USING ON THE REDUCTION OF Pb and Cd IN THE LIQUID WASTE. Reduction of Pb and Cd metal content was done by bath sorption methode using natural zeolite from West Java with grain zise are (-4+) mesh, (-+8) mesh and (-8 +1) mesh. The addition of zeolite was varied of 2,5 % to 15 %. Stirring speed to variation from rpm to 175 rpm and the stirring time of 1 minutes to minutes and settling time on 12 minutes. The content of chrome and nickel from sorption process was analyzed by AAS utilities. From the experience can be deduced of the best condition to achieved on the addition of natural zeolitefor grain zise is (-+8) mesh are 1 % weight/volume, stirring speed of 1 rpm on minutes with the settling time on 12 minutes. At the condition obtained adsorption efficiency value are % for Pb and,55 % for Cd. Key Words : Reduction of Pb and Cd, Natural Zeolite ABSTRAK KAJIAN PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM PADA REDUKSI KADAR Pb dan Cd DALAM LIMBAH CAIR. Reduksi kadar Pb dan Cd dilakukan dengan metode penyerapan secara catu menggunakan zeolit dari Jawa Barat dengan ukuran butir (-4 +) mesh), (- + 8) mesh dan. Penambahan zeolit divariasi dari 2,5 % sampai 15 %. Kecepatan pengadukan divariasi dari rpm sampai 175 rpm dan waktu pengadukan divariasi dari 1 menit sampai menit pada pengenapan selama 12 menit. Dari penelitian diperoleh kesimpulan bahwa kondisi terbaik dicapai pada penambahan zeolit alam (- + 8) mesh sebanyak 1 % berat/volume, kecepatan pengadukan 1 rpm selama menit dengan waktu pengenapan selama 12 menit. Pada kondisi ini diperoleh nilai efisiensi penyerapan sebesar 83,15 % untuk Pb dan,55 % untuk Cd. Kata Kunci : Reduksi Pb dan Cd, Zeolit Alam. PENDAHULUAN P engolahan kimia memiliki satu kelemahan yaitu faktor pemisahanya cenderung tidak bisa maksimum sehingga di dalam efluen atau beningan yang diperoleh biasanya masih memiliki kadar logam berat yang belum memenuhi syarat untuk didispersi ke lingkungan. Untuk menindak lanjuti efluen atau beningan hasil pengolahan kimia dapat dilakukan proses sorpsi atau penjerapan menggunakan mineral lokal misalnya zeolit. Saat ini mineral zeolit banyak dimanfaatkan sebagai sorben alamiah, hal ini karena zeolit secara ekonomis dapat digunakan sebagai bahan penjerap logam berbahaya dalam limbah radioaktif cair dan senyawa B3. Faktor penting mengapa zeolit digunakan untuk bahan penjerap logam berbahaya dalam limbah cair selain murah, adalah kemampuan mineral lokal tersebut dalam hal pertukaran ionnya (1,2). TEORI Karakteristik sorben alam dari mineral zeolit, salah satunya adalah karena di dalam mineral zeolit mengandung senyawa alumunium silikat yang memiliki struktur kerangka tiga demensi terbentuk oleh tetrahedral Al 4 5- dan SiO 4 4- dengan rongga di dalamnya terisi ion-ion logam biasanya logam alkali tanah (Na, K, Mg, Ca dan Fe) dan molekul air yang dapat bergerak bebas. Untuk mempermudah terjadinya proses pertukaran kation-kation, padatan zeolit dibuat homogen terlebih dahulu melalui proses preparasi baik fisika maupun kimia yaitu dengan pemanasan dan atau menambah asam atau garam tertentu (3,4). Dalam aplikasinya, pemanfaatan zeolit alam menjadi mahal apabila harus melalui proses pengaktifan dengan bahan kimia sebelum digunakan. Oleh karena itu dalam penelitian ini dicoba melalui preparasi terhadap mineral zeolit dengan cara pengaturan ukuran butir dari zeolit setelah pengeringan 1 C. Langkah ini bertujuan selain untuk memperluas bidang kontak sorben zeolit, juga Prosiding PPI - PDIPTN 25

2 181 ISSN Prayitno, dkk. dengan adanya perubahan ukuran butir sorben diharapkan terjadi kenaikan distribusi sorben dalam proses penjerapan sehingga terjadi kenaikan pergerakan logam-logam alkali tanah yang ada di dalamnya (4,5). Pada proses penjerapan menggunakan zeolit alam, maka ion Pb 2+ dan Cd + yang ada dalam limbah akan terserap oleh pori permukaan zeolit dan bersubtitusi dengan kation H + yang ada pada permukaan adsorben, seperti dalam reaksi di bawah ini : Zeolit H + + Cd + Zeolit Cd + + H +... (1) Zeolit H + + Pb 2+ Zeolit Pb 2+ + H +.(2) Kemampuan serap mineral lokal juga ditentukan nilai kapasitas tukar kation (KTK) dari mineral lokal tersebut. Zeolit pada umumnya memiliki nilai kapasitas tukar kation lebih tinggi bila dibandingkan lempung, hal ini dapat diterangkan dari perbedaan struktur kristal kedua material yang mempengaruhi sifat serapan dan pertukaran ionnya. KTK total dari zeolit jenis klinoptilolit pada umumnya antara (1,5 2,) meq/g dan KTK total dari lempung bervariasi dari (,4-1,2) meq/g. Selanjutnya nilai KTK dari zeolit juga sangat ditentukan sifat pergerakan logam-logam alkali tanah yang ada di dalamnya (K, Na, Ca, Mg dan Fe). (6,7,8). Logam-logam alkali tanah tersebut secara terpisah mampu menaikkan nilai KTK total dari adsorben zeolit tergantung dari kemudahan logamlogam alkali tersebut bergerak dalam sistem saluransaluran kerangka zeolit. Karakter zeolit lainnya adalah dari pembentukan kerangka struktur molekular dari penggabungan molekul-molekul tetrahedra membentuk celah-celah dan saluran yang teratur sehingga menyebabkan adanya struktur berpori yang memungkinkan suatu molekul yang mungkin dapat melewati dan terperangkap dalam struktur. Hal ini yang menyebabkan mineral zeolit bersifat sebagai penukar ion, penyerap dan penyaring molekul (5,7). Oleh karena sorben alam di dalam sistem air juga mengalami degradasi dan pelarutan fisik, maka ukuran butir di duga mempengaruhi kondisi selama proses dan akhir dari proses penjerapan. Kondisi fisik penjerap pasca penjerapan dapat dilihat dari kadar zat padat dalam beningan pasca proses pengenapan. Dalam percobaan ini ingin diperoleh karakteristik sorpsi zeolit alam pada berbagai kondisi ukuran butir tanpa pengolahan fisika dan kimia untuk menurunkan kadar logam Pb dan Cd dalam limbah B3 cair fase air. Selain ukuran butir, dalam aplikasi proses sorpsi secara catu ini beberapa variabel penting yang akan diteliti adalah beban sorben dalam limbah, kecepatan pengadukan dan waktu pengadukan pada waktu pengenapan tertentu (7). HIPOTESIS Dengan memvariasi ukuran butir, beban atau konsentrasi zeolit dalam limbah cair, kecepatan pengadukan dan waktu pengadukan, diharapkan dapat diperoleh efisiensi penyerapan logam Pb dan Cd dalam limbah cair yang maksimum. Metode Penelitian Bahan penelitian Zeolit dari daerah Bayah Jawa Barat, limbah cair simulai dengan kadar Pb 15, ppm dan Cd 5, ppm. dan aquades. Peralatan penelitian Perangkat penggerus (lumpang-penumbuk besi) digunakan untuk menghancurkan bongkahan zeolit alam kering. Ayakan Tyler digunakan untuk mengayak sorben zeolit sesuai ukuran butir yang dikehendaki. Perangkat furnase digunakan untuk mengeringkan sorben zeolit. Perangkat pengaduk Jar test digunakan untuk proses penjerapan secara catu dengan menggunakan peralatan pendukung berupa piranti gelas. Untuk analisis Pb dan Cd dalam beningan digunakan perangkat AAS. Cara Kerja Preparasi Zeolit Alam Bongkahan kering zeolit alam, ditumbuk dalam peralatan penggerus (lumpang-penumbuk besi) sampai diperoleh butiran halus zeolit. Hasil penumbukan disaring menggunakan penyaring Tyler sehingga diperoleh zeolit dengan ukuran butir (- 4+) mesh, (-+8) mesh dan (-8+1) mesh.dimasukkan ke dalam cawan porselain, dipanaskan dalam furnase pada suhu 1 o C selama menit, didiamkan dalam furnase sampai suhu kamar dan ditampung dalam wadah tertutup rapat. Proses Penjerapan a. Kedalam gelas beker 1 ml yang berisi limbah B3 cair sebanyak ml, ditambahkan zeolit alam ukuran butir (-4+) mesh, (-+8) mesh dan. masing-masing sebanyak 2,5 %, 5, %, 7,5 %, 1, %, 12,5 % dan 15, % b/v. Campuran Prosiding PPI - PDIPTN 25

3 Prayitno, dkk. ISSN diaduk menggunakan Jar Tes pada kecepatan pengadukan rpm selama 1 menit. Hasil pengadukan dienapkan selama 12 menit, dan selanjutnya dilakukan analisis kadar Pb dan Cd dalam beningan dengan perangkat AAS. b. Kondisi terbaik percobaan (a), dengan cara yang sama dilakukan variasi kecepatan pengadukan berturut-turut : 75 rpm, 1 rpm, 125 rpm, 1 rpm dan 175 rpm. Kondisi terbaik percobaan (a sampai b), dengan cara yang sama dilakukan variasi waktu pengadukan berturut-turut : 2 menit, menit, 4 menit, menit dan menit. c. Masing-masing dari hasil pengadukan dienapkan selama 12 menit, dan kadar Pb dan Cd dalam beningan dianalisis menggunakan perangkat analisis AAS. HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh beban adsorben terhadap nilai efisiensi penyerapan Pengaruh beban adsorben zeolit alam yang ditambahkan dalam proses penyerapan limbah dapat dilihat pada Gambar grafik.1.a dan Gambar grafik 1.b. Dari Gambar grafik.1.a dan Gambar grafik 1.b dapat diperoleh data bahwa semakin banyak zeolit yang ditambahkan ke dalam limbah, menghasilkan nilai efisiensi penyerapan logam Pb dan Cd yang semakin besar. Hal ini terjadi karena semakin banyak adsorben yang ditambahkan akan menambah jumlah pori penyerap, sehingga penetrasi logam Pb dan Cd dalam limbah cair ke dalam rongga dan atau pori sorben karena adanya proses difusi yang juga meningkat. Dari percobaan ini diperoleh data bahwa ukuran butir dari adsorben juga berpengaruh terhadap kemampuan serapnya. Ukuran butir zeolit yang semakin kecil, memberikan nilai efisiensi penyerapan yang semakin besar. Hal ini dapat dimengerti bahwa pada jumlah adsorben yang sama, semakin kecil ukuran butirnya akan menambah jumlah pori penyerap sehingga limbah yang terserap juga akan semakin besar atau nilai efisiensi penyerapanya akan semakin besar. Dari percobaan (1), beban adsorben zeolit terbaik untuk ketiga kondisi ukuran butir zeolit adalah pada penambahan sorben zeolit sampai sebanyak 1, % b/v. Diatas nilai itu meskipun nilai efisiensi pemisahan yang dihasilkan sedikit lebih besar, tetapi dalam aplikasinya terjadi kesulitan dalam pengadukan (kental) dan terjadi suspensi yang sulit mengendap. Dalam percobaan selanjutnya diambil beban adsorben sebanyak 1, % karena kondisi beningan untuk pengenapan selama 12 menit cukup baik yaitu tidak ada partikel yang terflotasi di dalamnya Beban Penjerap ( % b/v) (-4+) mesh (-+8) mesh Gambar 1.a. Grafik pengaruh beban adsorben zeolit alam hasil pemanasan 1 o C, terhadap efisiensi penyerapan logam Pb, kecepatan pengadukan rpm, waktu pengadukan 1 selama 12 menit Beban Penjerap (% b/v) (-4+ ) mesh (-=8) mesh Gambar 1.b. Grafik pengaruh beban adsorben zeolit alam hasil pemanasan 1 o C, terhadap efisiensi penyerapan logam Cd, kecepatan pengadukan rpm, waktu pengadukan 1 selama 12 menit. Pengaruh kecepatan pengadukan terhadap efisiensi penjerapan limbah Pb dan Cd Pengaruh kecepatan pengadukan dalam proses penjerapan terhadap efisiensi penyerapan limbah Pb dan Cd menggunakan zeolit alam dapat dilihat pada Gambar grafik.2.a dan Gambar grafik 2.b. Dari Gambar grafik.2.a dan Gambar grafik 2.b dapat diperoleh informasi bahwa semakin besar kecepatan pengadukannya, maka nilai efisiensi penjerapan yang dihasilkan memiliki kecenderungan semakin besar. Prosiding PPI - PDIPTN 26

4 183 ISSN Prayitno, dkk Kecepatan Pengadukan (rpm ) (-4+ mesh (-+8) mesh Gambar 2.a. Grafik pengaruh kecepatan pengadukan terhadap efisiensi penyerapan logam Pb menggunakan zeolit alam hasil pemanasan 1 o C, beban zeolit 1, %, waktu pengadukan 1 selama 12 menit Kecepatan Pengadukan (rpm ) (-4+) mesh (-+8) mesh Gambar 2.b. Grafik pengaruh kecepatan pengadukan terhadap efisiensi penyerapan logam Cd menggunakan zeolit alam hasil pemanasan 1 o C, beban zeolit 1, %, waktu pengadukan 1 selama 12 menit. 1. Hal ini terjadi karena pada kecepatan pengadukan yang semakin besar, maka distribusi partikel adsorben dalam limbah menjadi semakin besar dan kemungkinan terjadinya kontak antara butiran partikel zeolit dengan limbah juga semakin besar sehingga nilai efisiensi penyerapan yang dihasilkan menjadi semakin besar. Sama dengan percobaan (1), maka dari Tabel 2, juga diperoleh informasi bahwa ukuran butir (- +8) mesh tetap memberikan nilai efisiensi penyerapan lebih tinggi untuk berbagai kecepatan pengadukan. 2. Dari Gambar grafik.2.a dan Gambar grafik 2.b, untuk penjerap zeolit dengan ukuran butir (- +8) mesh diperoleh kondisi penjerapan terbaik pada kecepatan pengadukan antara 1 rpm sampai 125 rpm, yaitu memberikan nilai efisiensi penjerapan sebesar 74,15 % sampai 74,42 % untuk logam Pb dan 66,65 % untuk logam Cd. Terjadinya penurunan nilai efisiensi penyerapan pada kecepatan pengadukan di atas 125 rpm kemungkinan terjadi karena terlepasnya kembali ion Pb ++ dan Cd + yang terikat dalam kerangka zeolit ke dalam larutan limbah, sehingga nilai efisiensi penyerapannya menjadi turun. Peristiwa lain yang memungkinkan terjadinya penurunan efisiensi pemisahan ini adalah pada kecepatan pengadukan yang terlalu besar menyebabkan hancurnya mineral lokal dan terbentuk koloid dan terbentuknya partikel yang terflotasi sehingga membutuhkan waktu pengenapan lebih lama. Sehingga dalam percobaan lanjutan diambil kecepatan pengadukan 1 rpm, karena beningan pasca pengenapan 12 menit relatif lebih jernih dibandingkan pada kondisi kecepatan pengadukan 125 rpm. Pengaruh waktu pengadukan terhadap efisiensi penjerapan limbah Pb dan Cd Pengaruh waktu pengadukan dalam proses penyerapan limbah cair yang mengandung logam Pb dan Cd dapat dilihat pada Gambar grafik.3.a dan Gambar grafik 3.b. Dari Gambar grafik.3.a dan Gambar grafik 3.b dapat diperoleh informasi bahwa waktu pengadukan berpengaruh pada proses penjerapan secara catu menggunakan mineral lokal zeolit. Dari percobaan diperoleh data bahwa semakin lama pengadukannya, maka nilai efisiensi penjerapan yang dihasilkan semakin besar. Hal ini terjadi karena waktu pengadukan akan mempengaruhi waktu kontak antara partikel adsorben dengan cairan limbah. Apabila waktu kontaknya cukup lama akan memungkinkan terjadinya proses pertukaran ion dalam kerangka struktur zeolit dengan Pb ++ dan atau Cd + dalam limbah, sehingga nilai efisiensi penjerapannya semakin besar. Dari data yang diperoleh menunjukan bahwa waktu pengadukan terbaik dicapai selama sekitar menit. Dari Gambar grafik.3.a dan Gambar grafik 3.b. juga diperoleh informasi bahwa untuk semua ukuran butir adsorben sample uji, menunjukkan waktu pengadukan terbaik adalah antara menit dan ukuran butir penyerap zeolit (-+8) mesh. Pada kondisi ini diperoleh nilai efisiensi penyerapan sebesar 83,15 % untuk logam Pb dan,55 % untuk Cd. Turunnya nilai efisiensi penjerapan setelah Prosiding PPI - PDIPTN 25

5 Prayitno, dkk. ISSN waktu pengadukan selama menit kemungkinan terjadi karena ion Pb dan atau Cd yang terikat dalam kerangka zeolit terlepas kembali ke dalam larutan limbah, sehingga nilai efisiensi penyerapannya menjadi turun. karakteristik fisik mineral lokal zeolit akan berubah pada proses penjerapan yaitu ditandai dengan terbentuknya partikel terflotasi pada saat pengenapan. KESIMPULAN Waktu Pengadukan (menit) (-4+) mesh (-+8) mesh Gambar3.a. Grafik pengaruh waktu pengadukan terhadap efisiensi penyerapan logam Pb menggunakan zeolit hasil pemanasan 1 o C, pada kondisi beban zeolit 1, %, kecepatan pengadukan 1 rpm dan waktu pengenapan selama 12 menit. 72 Efi 68 sie nsi Pe 66 nje ra 64 pa n 62 (% ) Waktu Pengadukan (menit) (-4+) mesh (-+8) mesh Gambar 3b. Grafik pengaruh waktu pengadukan terhadap efisiensi penyerapan logam Cd menggunakan zeolit hasil pemanasan 1 o C, pada kondisi beban zeolit 1, %, kecepatan pengadukan 1 rpm dan waktu pengenapan selama 12 menit. Selain itu waktu pengadukan yang terlalu lama menyebabkan terjadinya partikel terflotasi dalam beningan yang membutuhkan waktu pengenapan di atas 12 menit. Dari kondisi proses penjerapan yang dilakukan dengan menggunakan zeolit alam ini, secara umum setiap perubahan kondisi sorben dan kondisi prosesnya akan merubah nilai efisiensi penjerapan logam Pb dan Cd dalam limbah cair yang diperoleh. Dari ketiga variable yang diteliti memberikan informasi bahwa Dari data percobaan yang diperoleh dapat diambil beberapa kesimpulan antara lain : 1. Mineral lokal zeolit dari daerah Bayah Jawa Barat setelah proses pemanasan 1 o C dapat diaplikasikan untuk penjerapan logam Pb dan Cd dalam limbah B3 cair. 2. Kondisi terbaik dicapai pada penggunaan zeolit untuk ukuran butir ( +8) mesh, beban adsorben 1, %, kecepatan pengadukan 1 rpm, waktu pengadukan menit dan waktu pengenapan 12 menit, yaitu memberikan nilai efisiensi penyerapan sebesar 83,15 % untuk logam Pb dan,55 % untuk logam Cd. DAFTAR PUSTAKA 1. ANONIM, Keputusan Menteri Negara Kependudukan dan Lingkungan Hidup tentang, Standard Baku Mutu air Limbah di Indonesia, Jakarta, (1999) 2. Peraturan Pemerintah RI Nomor 82 Tahun 21 Tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pemcemaran Air dan Penjelasannya, (21). 3. BRECK, D.W., Zeolite Molecular Sieves, Structure, Chemistry, and Use, John Wiley & Sons, Inc., New York, (1974). 4. SCHNEIDER, K., Use of Local Minerals in the Treatment of Radioactive Waste, Technical Report Series No. 136, IAEA, Vienna, (1974). 5. OTHMER, K., Encyclopedia of Chemical Technology, 3 th ed., vol. 15, John Wiley & Sons, New York, (1981) 6. ENDRO KISMOLO, DKK, Pemanfaatan Lempung Nanggulan Untuk Mengolah Limbah Chrom, Seminar Nasional (II) Perkembangan Teknologi Keramik, Bandung, (23) 7. TECHNICAL REPORTS SERIES NO 136, Use of Local Mineral in The Treatment of Radiactive Waste, IAEA, Vienna, p.12, (1972) 8. NURIMANIWATHY,DKK, Karakterisasi Kapasitas Tukar Kation Zeolit Dari Gedangsari Gunung Kidul, Prosiding Seminar Pranata Nuklir, P3TM-BATAN, Yogyakarta, 24. Prosiding PPI - PDIPTN 26

6 185 ISSN Prayitno, dkk. Prosiding PPI - PDIPTN 25