Amobilisasi Kation Logam Berat Cr 3+ pada Geopolimer Berbahan Baku Abu Layang PT. IPMOMI

Transkripsi

1 Amobilisasi Kation Logam Berat Cr 3+ pada Geopolimer Berbahan Baku Abu Layang PT. IPMOMI Oleh : Anif Fatmawati NRP : Pembimbing : Hamzah Fansuri, M.Si., Ph.D Senin, 11 Agustus 2014 Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2014

2 GEOPOLIMER Metakaolin (lebih reaktif) (Davidovits, 1978) Bahan baku dari limbah Kandungan silika alumina kristal dan amorf yang perlu diaktivasi Abu layang, melimpah di Indonesia, limbah B3

3 SIFAT dan KEGUNAAN GEOPOLIMER Keunggulan dari semen portland Setting time lebih cepat Tahan panas >1400 º C (perera dkk., 2006). Tahan asam dan larutan garam (Frantisek dkk., 2005). Kekuatan mekanik besar, kuat tekan >100 MPa (Alfiah, 2008 PEMANFAATAN Amobilisasi bahan Material Konstruksi pengganti semen SiO 2 /Al 2 O 3 3,3-4,5 M 2 O/SiO 2 0,2-0,48 M 2 O/Al 2 O 3 0,8-1,6 H 2 O/M 2 O Dipengaruhi: -Rasio Si/Al -konsentrasi larutan alkali (MOH) -kandungan air Logam berat

4 LOGAM BERAT Limbah logam berat Limbah kromium Industri electroplating Penyamakan Pabrik inhibitor korosi, dll. Cr(VI) toksik dan banyak dilingkungan Cr(III) tidak toksik dan jarang dilingkungan, membentuk endapan Cr(OH)3 yang tidak larut. Sulit diamobilisasi karena menghambat geopolimer (Palomo dan palacio, 2003) Teramobilisasi dengan baik (Zhang dkk., 2008)

5 Amobilisasi Logam Berat Dalam Geopolimer Mengikat logam berat dalam matriks sehingga lebih stabil Laju pelepasan (leaching rate) dialam rendah Mekanisme 1. Masuk kedalam struktur 2. Penyeimbang muatan 3. Ter-enkapsulasi secara fisik Dipengaruhi : -Konsentrasi MOH -Ukuran dan valensi kation -distribusi ukuran pori geopolimer Mempengaruhi : mikrostruktur, kekuatan, dan ketahanan Geopolimer (Zheng dkk., 2010)

6 Penelitian Sebelumnya Geopolimer dari Abu layang Cilacap untuk amobilisasi Cd 2+ dan Pb 2+ (Warih, 2009) Ion logam berat ter-enkapsulasi Kekuatan amobilisasi Pb 2+ >Cd 2+ Kuat tekan geopolimer-cd > geopolimer-pb yaitu 15 MPa Geopolimer dengan variasi NaOH dari Abu layang IPMOMI untuk mengamobilisasi Cd 2+ (Stiasari, 2011) Ion Cd 2+ teramobilisasi dengan kefektifan 79,09-96,25% Kekuatan 49,35 MPa

7 TUJUAN Komposisi optimal geopolimer dari abu layang IPMOMI Efek penambahan Cr 3+ berbagai konsentrasi Amobilisasi Cr 3+ Ketahanan leaching, kekuatan dan mikrostruktur geopolimer

8 METODOLOGI PENELITIAN

9 METODOLOGI Pendahuluan Amobilisasi Cr 3+ Preparasi Bahan -Pengayakan dan pengeringan abu layang -Pembuatan larutan pengaktif (NaOH dan Waterglass) Penambahan ion Cr 3+ berbagai konsentrasi dalam campuran geopolimer Optimasi kuat tekan geopolimer dengan variasi NaOH Karakterisasi SEM dan XRD pada geopolimer variasi NaOH Mendapatkan Na 2 O/SiO 2 dan Na 2 O/Al 2 O 3 teroptimal Uji kuat tekan Uji leaching Cr 3+ pada geopolimer Karakterisasi SEM-EDX 6,5 jam dalam larutan asam asetat 0,1M

10 Peralatan Peralatan dari plastik (gelas, pengaduk, pipet, sendok) Mixer, ayakan 120mesh, neraca analitik, cetakan PVC silinder (2,7cm:5,4cm) Alat uji kuat tekan (Universal testing machine), XRD, ICP-OES, SEM-EDX Pada ph tinggi silika pada peralatan gelas dapat larut Bahan Abu layang IPMOMI Aqua DM NaOH Waterglass Al(OH)3 Cr(NO3)3.9H2O Asam asetat glasial

11 Pembuatan Geopolimer Didiamkan 20 menit Abu layang Waterglass Larutan Pengaktif Larutan NaOH Diaduk kembali 1-2 menit -dicampur menggunakan mixer 30 detik -ditambahkan larutan Al(OH)3 - diaduk kembali 2,5 menit - dicetak - didiamkan 24 jam - di panaskan 55ºC 24 jam Ditambahk an larutan Cr(NO 3 ) 3

12 VARIASI KOMPOSISI GEOPOLIMER Nama Sampel (g) Geopolimer variasi NaOH Abu layang (g) Water glass (g) NaOH (g) Al(OH) 3 (g) Aqua DM (g) Na ,4 77,6 Na ,4 78,6 Na ,4 80,0 Na ,4 81,0 Na ,4 82,0 Penambahan kation Cr 3+ Sampel ppm Cr (mg Cr/Kg abu layang) Berat Cr(NO 3 ) 3 9H 2 O (g) Cr-857,5 857,5 1.7 Cr Cr ,0 Cr Cr Cr Cr ,0 Rasio mol SiO 2 /Al 2 O 3 =6,46 dan rasio S/L (solid/liquid)=3,59

13 HASIL DAN PEMBAHASAN

14 1. Hasil Analisa Uji Kuat tekan Geopolimer variasi NaOH Semakin tinggi NaOH, semakin tinggi kuat tekan sampai batas kadar tertentu Geopolimerisasi terus berjalan sehingga kuat tekan terus meningkat Sebagian NaOH berlebih keluar dari sistem Nama sampel Na 2 O/ SiO 2 Na 2 O/ Al 2 O 3 Kuat tekan (MPa) 7 hari 28 hari Na-10 0,69 4,44 24,44 31,42 Na-12 0,63 4,05 24,44 38,41 Na-14 0,65 4,18 33,17 48,88 Na-16 0,67 4,31 19,20 28,80 Na-18 0,71 4,58 9,89 30,55 60 Kristal Na 2 CO 3 Kristal Na 2 CO 3 Kuat Tekan (MPa) hari 7 hari Rasio Na2O/SiO2

15 2. Hasil analisa XRD Hump Na-18 Abu layang -gundukan (hump) pada 2θ=26º sampai 38º. - quartz/kuarsa 2θ= 26,67º; 20,89 º; 34,49 º; 42,96 º; 50,12 º. -mullite 2θ=33,40 º dan 35,45 º. Intensitas cps Q Q M Na-14 Na-12 Abu layang θ ( o ) Sumber radiasi CuKα M Q Q Geopolimer -Peningkatan hump pada 2θ=26º sampai 38º. - penurunan intensitas mullite 35,45º dan 42,89º Terjadi pelarutan silika alumina amorf dan kristal mullite membentuk fasa geopolimer yang amorf.

16 3. Hasil Analisa SEM Geopolimer variasi NaOH Na-10 Na-12 Semakin banyak NaOH, semakin banyak (granule) abu layang terlarut, struktur semakin kompak Na-14

17 Komposisi optimal geopolimer dari abu layang IPMOMI untuk mengamobilisasi ion Cr 3+ (yaitu Na-14): Na 2 O/SiO 2 =0,65 Na 2 O/Al 2 O 3 =4,85 SiO 2 /Al 2 O 3 =6,46 S/L (solid/liquid)=3,59

18 4. Hasil Uji Kuat Tekan Geopolimer-Cr 3+ Nama Sampel mg Cr/Kg abu layang Kuat tekan 7 hari (MPa) Na ,17 Cr-857,5 857, Cr Cr Cr Cr Cr Cr , Hambatan setting geopolimer akibat ion NO 3- Enkapsulasi ion Cr 3+ yang berfungsi sebagai filler pengentalan pasta geopolimer, mobilitas ion berkurang

19 6. Perubahan Mikrostruktur Geopolimer-Cr 3+ Na-14 Cr-857,5 Cr-3430 Cr Abu layang yang tidak bereaksi lebih banyak (Cr-857,5) Ion Cr 3+ mengisi pori akibat proses enkapsulasi, meningkatkan kekompakan matriks (Cr-3430) Akibat mengentalnya pasta geopolimer, abu layang banyak yang tidak terlarut, mengurangi kekompakan matriks (Cr-13720)

20 5. Hasil analisa ICP-OES pada kandungan Cr 3+ dalam larutan hasil leaching Nama Sampel Mg Cr/ Kg abu layang Mol Cr/Kg geopolimer (10-4 ) Cr terleaching (ppm) % terleaching Cr-857,5 857,5 4,92-0 Cr ,46-0 Cr ,35-0 Cr ,50-0 Dalam asam asetat 0,1M selama 6,5 jam. Tidak ada ion Cr 3+ terleaching ion Cr3+ terikat kuat dalam matriks geopolimer

21 8. Hasil Analisa Sebaran Cr 3+ dalam Geopolimer Cr-857,5 Cr-3430 Sebelum leaching Setelah leaching Tepi Tengah Tepi Tengah Distribusi ion Cr 3+ dalam geopolimer sebelum dan setelah leaching tetap

22 9. Hasil Analisa Sebaran Cr 3+ dalam Geopolimer Sebelum leaching Setelah leaching tepi tengah Foto SEM-EDX Geopolimer Cr-13720

23 7. Hasil analisis Distribusi Cr 3+ dalam Geopolimer Sebelum leaching Setelah leaching Cr-857,5 Cr-3430 Cr Spektrum EDX Sampel Geopolimer-Cr 3+

24 KESIMPULAN Geopolimer abu layang IPMOMI dapat mengamobilisasi ion Cr 3+ Komposisi Geopolimer varasi NaOHoptimal Na 2 O/SiO 2 0,65 Na 2 O/Al 2 O 3 4,18 kuat tekan Max. 33,17 MPa (7 hari) 48,88 Mpa (28 hari) Melalui penambahan larutan Cr 3+ ke dalam pasta geopolimer sebelum dicetak. Terjadi peningkatan Kuat tekan sampai pada kadar ion Cr mg/kg abu layang Tidak ada ion Cr 3+ terleaching pada kadar penambahan Cr 3+ yang dipelajari. (kemampuan amobilisasi Cr 3+ baik) Ion Cr 3+ ter-enkapsulasi dalam matriks dan menjadi filler sehingga struktur semakin kompak

25 TERIMAKASIH

26 Perbedaan reaksi semen dan geopolimer

27 Kegunaan geopolimer berdasar rasio Si/Al

28 Geopolimerisasi Pembentukan monomer Polikondensasi menjadi O - O - O - O - O - O - - O Si O Si O Si O Al O Si O Al O - O - O - O - O - O - O -

29

30 Komponen Massa(%) Komponen Massa(%) Al 2 O 3 7 NiO 0,04 SiO 2 14 CuO 0,13 SiO 3 1,0 ZnO 0,13 K 2 O 1,72 Br 0,00 CaO 26,6 Rb 2 O 0,045 TiO 2 1,6 SrO 0,29 V 2 O 5 0,04 ZrO 2 0,11 Cr 2 O 3 0,04 BaO 0,55 MnO 0,47 HgO 0,06 Fe 2 O 3 44,75 - -