Sintesis Koagulan Cair Berbasis Lempung Alam Cengar

Transkripsi

1 Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013 Sintesis Koagulan Cair Berbasis Lempung Alam Cengar Muhdarina 1*, S.Bahri 2, Nurhayati 1, T.A.Amri 1, A.Hamid 1 1 Jurusan Kimia Fakultas Matematika & Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Riau 2 Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik, Universitas Riau muhdarina@yahoo.com Abstrak. Lempung alam mengandung oksida-oksida aluminium dan besi sehingga berpotensi digunakan sebagai bahan pemula untuk menghasilkan koagulan. Lempung alam Cengar dikalsinasi selama 3 jam pada temperatur 500 o C. Koagulan cair telah diperoleh melalui pelindian lempung Cengar terkalsinasi menggunakan larutan H 2 SO 4 40%. Pengaruh konsentrasi pelindi, temperatur dan waktu pelindian selama proses pelindian dipelajari. Konsentrasi ion Al(III) dan Fe (III) yang ada di dalam koagulan cair ditentukan secara spektroskopi serapan atom. Konsentrasi ion-ion Al dan Fe di dalam koagulan cair meningkat sesuai dengan peningkatan konsentrasi asam pelindi. Temperatur dan waktu pelindian menunjukkan kesan yang bervariasi terhadap konsentrasi Al(III) dan Fe(III) di dalam koagulan cair. Umumnya pada temperatur 60 o C jumlah Al(III) dan Fe(III) dalam koagulan cair dijumpai lebih sedikit, sedangkan dengan perpanjangan waktu pelindian sampai dengan 180 menit, jumlah Al(III) dan Fe(III) bertambah hanya pada konsentrasi 0,6 mol asam pelindi. Dengan demikian didapat koagulan cair dengan konsentrasi Al(III) dan Fe(III) maksimal pada kondisi pelindian: konsentrasi 0,6 mol, temperatur 30 o C dan waktu 60 menit dengan konsentrasi Al(III) dan Fe(III) masing-masing sebanyak 23,93 mg/l dan 34,99 mg/l. Kata Kunci: Oksida aluminium, oksida besi, kalsinasi, pelindian, koagulan cair, lempung alam. PENDAHULUAN Lempung merupakan salah satu mineral alam yang berpotensi untuk dikembangkan. Lempung alam Cengar yang dijumpai di Kuantan Singingi dilaporkan mengandung mineral kaolinit dan muskovit serta kuarsa sebagai material non lempung dengan kandungan oksida-oksida seperti di dalam Tabel 1. Lempung ini telah banyak dipelajari kemampuannya sebagai adsorben. Setelah diaktivasi dengan garam amonium asetat dan amonium klorida, lempung Cengar dapat mengadsorpsi kation-kation seperti Cu(II), Co(II), Ni(II). Lempung Cengar terpilar- aluminium mampu mengadsorpsi Cu(II) lebih tinggi dari pada aktivasi dengan garam [6]. Interkalasi lempung terpilar ini dengan kation Co(II) dan Ni(II) menghasilkan padatan nanopartikel Co 2 O 3 dan NiO. Semua hasil tadi didasarkan karena kemampuan lempung alam mempertukarkan sejumlah kation yang dimilikinya. Selain itu, adanya oksida logam khususnya oksida Al dan Fe, menyebabkan lempung alam juga berpotensi sebagai sumber koagulan. Lempung bentonit digunakan sebagai pembantu kerja koagulan garam logam prahidrolisis untuk mereduksi biaya pengolahan air. Kombinasi mineral lempung dengan koagulan FeCl 3 lebih efisien untuk mengurangi kadar COD dalam limbah detergen dari pada menggunakan koagulan FeCl 3 saja. Mineral lempung juga merupakan koagulan tambahan yang lebih ekonomis dibandingkan polielektrolit (anionic 1858 S) untuk membantu kerja koagulan FeCl 3 tersebut. Semirata 2013 FMIPA Unila 269

2 Muhdarina dkk: Sintesis Koagulan Cair Berbasis Lempung Alam Cengar TABEL 3 Kadar oksida di dalam lempung Cengar Oksida Kadar, % SiO 2 77,92 Al 2 O 3 14,73 Fe 2 O 3 1,01 MgO CaO Na 2 O K 2 O 0,92 0,09 1,69 2,39 Koagulan merupakan senyawa yang mempunyai peran penting dalam proses pengolahan air permukaan. Senyawa ini bekerja dalam proses koagulasi untuk menyisihkan partikel koloid, padatan tersuspensi dan komponen organik dari air baku. Koagulan juga berperan untuk membuang logam berat, bahan beracun atau limbah berbahaya, termasuk pemucatan. Proses koagulasi dapat digunakan sebagai metoda pendahaluan atau pasca pengolahan untuk proses pemucatan. Tujuan utama proses koagulasi adalah untuk mendestabilisasi partikel yang bermuatan negatif di dalam air agar dapat bergabung dengan partikel lain yang bermuatan positif untuk membentuk agregat yang lebih besar sehingga lebih mudah mengendap dan lebih mudah disisihkan melalui proses filtrasi. Garam-garam Al(III) dan Fe(II) atau Fe(III) tergolong partikel yang dapat mendonorkan muatan positif dan sering digunakan dalam pengolahan air untuk menghilangkan kekeruhan dan warna dalam proses pengolahan air [12]. Dalam proses koagulasi, kedua garam ini kebanyakan digunakan sebagai koagulan padat. Penelitian ini akan mensintesis koagulan cair Fe/Al dengan memanfaatkan bahan dasar lempung alam Cengar. Pengaruh konsentrasi asam pelindi, temperatur dan waktu pelindian dipelajari untuk mendapatkan koagulan cair dengan kandungan Al(III) dan Fe(III) maksimum. METODE PENELITIAN Bahan dan Alat Bahan baku lempung Cengar tersedia di laboratorium. Bahan kimia dan peralatan yang digunakan adalah H 2 SO 4 (e-merck), atmospheric furnace Vulcan TM seri A- 130, hot plate stirrer, vacuum pump Brinkmann B-169, spekrofotometer serapan atom AAS Ray Leight. Kalsinasi dan Pelindian Lempung Cengar Sebelum pelindian, lempung Cengar digerus dan diayak dengan ukuran (x mesh) 100 < x < 200. Kemudian lempung dikalsinasi pada temperatur 500 o C selama 3 jam di dalam furnace atmosferis. Sebanyak 15 g sampel lempung diekstraksi ke dalam 180 ml H 2 SO 4 40% sebanyak 0,2 mol. Campuran diaduk dengan kecepatan 700 rpm selama 60 menit pada temperatur 30 o C dan diakhiri dengan penyaringan secara vakum menggunakan buchner dengan kertas saring whatman 42. Padatan disimpan untuk keperluan lain, sedangkan filtratnya adalah koagulan cair. Koagulan cair lain diperoleh melalui tahapan yang sama, dengan membedakan konsentrasi larutan pelindi H 2 SO 4 (0,4 dan 0,6 mol), temperatur (60 dan 100 o C) serta waktu pelindian (120 dan 180 menit). Karakterisasi Koagulan Cair Semua filtrat hasil pelindian yang merupakan koagulan cair dianalisis secara spektroskopi serapan atom (SSA) untuk menentukan konsentrasi ion Al(III) dan Fe(III) yang ada di dalam koagulan cair tersebut. HASIL DAN PEMBAHASAN Prestasi Kadar Asam Pelindi Pada Gambar 1 disajikan hubungan antara konsentrasi H 2 SO 4 pelindi dengan konsentrasi Al(III) dan Fe(III) dalam koagulan cair pada semua variasi temperatur dan waktu pelindian 60 menit. Umumnya terdapat hubungan sebanding antara konsentrasi H 2 SO 4 dengan konsentrasi Al(III) dan Fe(III) dalam 270 Semirata 2013 FMIPA Unila

3 Al(III) & Fe(III), mg/l Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013 Al; 30oC Al; 60oC Al; 100oC Fe; 30oC Fe; 60oC Fe; 100oC Konsentrasi asam, mol GAMBAR 18 Konsentrasi asam pelindi versus konsentrasi Al(III) dan Fe(III) dalam koagulan cair pada waktu pelindian 60 menit. koagulan cair yang diperoleh. Hal yang sama juga diperoleh pada waktu pelindian lebih tinggi, 120 dan 180 menit (gambar tidak ditampilkan). Konsentrasi asam pelindi yang semakin besar menyebabkan semakin banyak interaksi yang terjadi antara agen pelindi dengan ekstraktan dalam lempung, sehingga semakin banyak pula kation Al(III) dan Fe(III) yang dihasilkan dalam koagulan cair. Kecenderungan yang sama ditunjukkan dari ekstraksi Al(III) dari Udi clay dalam larutan HNO 3 [13] dan Saudi clay menggunakan H 2 SO 4 [14]. Namun, laporan yang lain menyebutkan kondisi optimum ekstraksi Al dan Fe dari lempung lokal Kecamatan Paminggir bertambah pada konsentrasi tertentu H 2 SO4 dan menurun jika jumlah mol H 2 SO 4 ditingkatkan[15], demikian juga ekstraksi Al(III) dari Lampang clay [16]. Perbedaan ini diduga karena kandungan mineral di dalam setiap lempung berbedabeda, tergantung kondisi geografis lempung tersebut ditemukan. Prestasi Temperatur Pelindian Variasi temperatur pelindian terhadap konsentrasi Al(III) dan Fe(III) yang dihasilkan dalam koagulan cair diamati pada berbagai konsentrasi H2SO4 dan waktu 60 menit ditunjukkan pada GAMBAR 2. Hasil penelitian mendapatkan konsentrasi Al(III) dan Fe(III) cukup bervariasi di dalam koagulan cair dari lempung Cengar. Untuk konsentrasi pelindi 0,2 mol H2SO4 didapati konsentrasi Al(III) dan Fe(III) di dalam koagulan cair berkurang dengan kenaikan temperatur. Disamping itu nampak pula konsentrasi Al(III) dan Fe(III) yang terektraksi dari lempung Cengar cukup besar pada konsentrasi asam 0,6 mol. Umumnya kenaikan temperatur berpengaruh pada peningkatan mobilitas atau energi kinetik molekul. Dalam hal ini, besarnya energi kinetik menyebabkan molekul H2SO4 secara aktif menyerang molekul alumina dan ferri oksida dari fasa padat lempung Cengar, sehingga Al(III) dan Fe(III) yang terekstraksi meningkat. Namun jika ada hal lain yang mengganggu, seperti adanya logam lain dalam fasa padat, maka aktivitas reaksi yang diharapkan akan terganggu pula, akibatnya interaksi yang dihasilkan juga akan menyimpang dari biasanya. Dalam lempung Cengar, selain oksida Al dan Fe ditemui pula oksida-oksida lain seperti Mg, Ca dan Na (Tabel 1). Pelindian pada temperatur tinggi menyebabkan oksida-oksida Mg, Ca dan Na ikut terekstraksi, artinya sebagian asam pelindi juga digunakan untuk melarutkan oksida ini. Penelitian lain umumnya menunjukkan pola yang normal. Ekstraksi Al(III) dari Udi clay dengan HNO3 terus bertambah sampai dengan temperatur 70oC [13], ekstraksi Al(III) dan Fe(III) dari Lampang clay dengan H2SO4 semakin meningkat dari temperatur 60oC - 100oC [16]. Sementara itu konsentrasi Al(III) dan Fe(III) dalam koagulan cair dari lempung Paminggir meningkat sampai dengan temperatur pelindian 100oC, tetapi jika temperatur dinaikkan ternyata konsentrasi Al(III) dan Fe(III) berkurang [15]. Prestasi Waktu Pelindian Hubungan antara waktu pelindian lempung Cengar dengan konsentrasi Al(III) dan Fe(III) pada berbagai temperatur pelindian dan konsentrasi 0,6 mol pelindi ditunjukkan pada GAMBAR 3. Umumnya Semirata 2013 FMIPA Unila 271

4 Muhdarina dkk: Sintesis Koagulan Cair Berbasis Lempung Alam Cengar GAMBAR 2 Temperatur pelindian lempung Cengar versus konsentrasi Al(III) dan Fe(III) dalam koagulan cair pada waktu pelindian 60 menit. menggunakan senyawa pelindi H2SO4 40%. Konsentrasi Al(III) dan Fe(III) dalam koagulan cair meningkat dengan penambahan konsentrasi H2SO4 dalam proses pelindian, sebaliknya konsentrasi berkurang dengan kenaikan temperatur pelindian. Sementara itu waktu pelindian tidak banyak mempengaruhi konsentrasi Al(III) dan Fe(III) yang muncul dalam koagulan. Konsentrasi Al(III) dan Fe(III) maksimal masing-masing sebanyak 23,93 mg/l dan 34,99 mg/l. ditemukan pada konsentrasi 0,6 mol H2SO4, temperatur 30oC dan waktu 60 menit. Koagulan cair ini direkomendasikan untuk uji proses koagulasi pada air permukaan. UCAPAN TERIMA KASIH GAMBAR 3 Waktu pelindian lempung Cengar versus konsentrasi Al(III) dan Fe(III) dalam koagulan cair pada konsentrasi pelindi 0,6 mol konsentrasi Al(III) dan Fe(III) dalam koagulan cair tidak mengalami banyak peningkatan jika waktu pelindian ditingkatkan dari 60 menit sampai dengan 120 menit, bahkan 180 menit sekalipun. Dengan demikian waktu 60 menit dapat direkomendasikan untuk mengekstraksi sejumlah Al(III) dan Fe(III) dari lempung Cengar agar diperoleh koagulan cair. Kecenderungan yang sama juga ditunjukkan pada ekstraksi Al(III) dari Lampang clay menggunakan 3 molar H2SO4 KESIMPULAN Penelitian ini menyimpulkan bahwa koagulan cair dapat diperoleh melalui proses pelindian lempung Cengar Penelitian ini didanai melalui skim Penelitian Unggulan Perguruan Tinggi, Desentralisasi tahun Oleh karena itu ucapan terima kasih ditujukan kepada pihak DIRJEN DIKTI melalui Lembaga Penelitian Universitas Riau. DAFTAR PUSTAKA Muhdarina. Mohammad, A.W and Bahri. S. (2008). Characterization of Modified Cengar Natural Clay. Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia Oleo & Petrokimia Indonesia, Pekanbaru, Juli 2008, ISSN , p1-6. S. Bahri. Muhdarina dan A. Fitrah. (2010). Lempung Alam Termodifikasi sebagai Adsorben Larutan Anorganik: Kesetimbangan Adsorpsi Lempung terhadap Ion Cu 2+. Jurnal Sains dan Teknologi, 9 (1), Maret 2010 p Muhdarina. A.W. Mohammad dan A. Muchtar. (2010). Prospektif Lempung Alam Cengar Sebagai Adsorben Polutan Anorganik Di Dalam Air: Kajian Kinetika Adsorpsi Kation Co(II). Reaktor, Vol. 13 No. 2, Desember 2010 p Semirata 2013 FMIPA Unila

5 Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013 Muhdarina dan S. Bahri. (2012). Isoterma Adsorpsi Cobalt(II) dari Media Air oleh Lempung Alam Cengar Secara Batch. Prosiding Seminar & Rapat Tahunan Bidang Ilmu MIPA BKS-PTN B Peran MIPA dalam Pengembangan SDM dan SDA. Medan Mei ISSN p Muhdarina. A.W. Mohammad dan A.Muchtar. (2011). Potensi Adsorpsi Polutan Anorganik oleh Lempung Cengar: Kajian Isoterma dan Mekanisme Adsorpsi Batch Kation Ni(II) di Dalam Media Air, Prosiding SEMIRATA BKS BARAT Bidang MIPA ke 24, Optimalisasi Energi untuk Kemakmuran Negeri, Banjarmasin 9-10 Mei 2011, ISBN p S. Bahri. Muhdarina. Nurhayati dan F. Andiyani. (2011). Isoterma dan Termodinamika Adsorpsi Kation Cu 2+ Fasa Berair pada Lempung Cengar Terpilar. Jurnal Natur Indonesia, 14(1), Oktober 2011 p Muhdarina. Nurhayati dan Suminih. (2012). Karakteristik Padatan Co 3 O 4 -Lempung Terpilar Alumina. Prosiding Seminar UR-UKM ke Optimalisasi Riset Sains dan Teknologi Dalam Pembangunan Berkelanjutan. Pekanbaru 8-10 Oktober ISBN p Muhdarina. Nurhayati. A. Linggawati dan Syakiroh. (2012). Lempung Alam Daerah Aliran Sungai (DAS) Kuantan Sebagai Penyangga Katalis: Struktur Katalisator Ni-Lempung. Artikel Penelitian Berbasis Lab repository.unri.ac.id/bitstream [akses 16 April 2013]. McCool, P (KRWA Consultant). (2009). The Use of Coagulants in Clarification Plants in Kansas. The Kansas Lifeline. March 2009 p A. Aygun and Yilmaz, T. (2010). Improvement of Coagulation-Flocculation Process for Treatment of Detergent Wastewaters Using Coagulant Aids. International Journal of Chemical and Environmental Engineering 1(2). December 2010 p P.A. Moussas and A.I. Zouboulis (2008). A Study on the Properties and Coagulation Behaviour of Modified Inorganic Polymeric Coagulant-Polyferric Silicate Sulphate (PFSiS). Separation and Purification Technology, p A.G. El Samrani. B.S. Lartiges. E. Montarges-Pelletier. V. Kazpard.O. Barres and J. Ghanbaja (2004). Clarification of Municipal Sewage with Ferric Chloride: The Nature of Coagulant Species. Water Research, p R. O. Ajemba and Onukwuli, O. D.(2012). Dissolution Kinetics and Mechanisms of Reaction of Udi Clay in Nitric Acid Solution. Am. J. Sci. Ind. Res. 3(3) p A. Al-Zahrani and M.H. Abdel-Majid (2004). Production Of Liquid Alum Coagulant From Local Saudi Clays. JKAU: Eng. Sci, vol. 15 (1), 2004 p M. R. Diana dan Notodarmojo, S Studi Awal Pemanfaatan Lempung Lokal Paminggir sebagai Koagulan Cair. 16 Februari [akses Maret 2012]. P. Numluk and A.Chaisena (2012). Sulfuric Acid and Ammonium Sulfat Leaching of Alumina from Lampang Clay. E-journal Chemistry. Vol.9 (3) p ISSN: ; CODEN ECJHAO Semirata 2013 FMIPA Unila 273

6