Zeolit merupakan salah satu bahan kekayaan alam yang sangat bermanfaat bagi industri kimia di Indonesia. Zeolit ada dua macam yaitu zeolit alam dan sintetik. Zeolit alam sudah banyak dimanfaatkan sehingga jumlahnya semakin berkurang. Umumnya zeolit alam digunakan untuk pupuk, penjernihan air, dan diaktifkan untuk dimanfaatkan sebagai katalis dan adsorbent. Zeolit sintetik sudah banyak digunakan di industri namun di Indonesia belum banyak diproduksi dan umumnya diperoleh dari impor. Untuk memenuhi kebutuhan zeolit ini maka para ahli melakukan penelitian sehingga didapatkan berbagai macam zeolit sintetik.
Indonesia banyak membutuhkan zeolit sintetik untuk proses – proses kimia di industri kimia seperti sebagai katalis, ion exchanger, dan adsorbent dalam pengolahan limbah. Untuk itu dibutuhkan zeolit sintetik yang mempunyai kemurnian tinggi dan kualitas baik. Bahan baku pembuatan zeolit adalah bahan yang mengandung silika dan alumunium. Kedua bahan baku ini jika diambil dari alam dan bahan logam tentunya mahal, namun dalam bentuk senyawa banyak diperoleh dan murah harganya. Silika dapat diperoleh dari bahan gelas/water glass, dan alumunium dapat diperoleh dari tawas, dan masih banyak bahan yang dapat digunakan untuk pembuatan zeolit sintetik.
Definisi :
Mineral zeolit telah dikenal sejak tahun 1756 oleh Cronstedt ketika menemukan Stilbit yang bila dipanaskan seperti batuan mendidih (boiling stone) karena dehidrasi molekul air yang dikandungnya. Pada tahun 1954 zeolit diklasifikasi sebagai golongan mineral tersendiri, yang saat itu dikenal sebagai molecular sieve materials.
Pada tahun 1984 Professor Joseph V. Smith ahli kristalografi Amerika Serikat mendefinisikan zeolit sebagai :
“A zeolite is an aluminosilicate with a framework structure enclosing cavities occupied by large ions and water molecules, both of which have considerable freedom of movement, permitting ion-exchange and reversible dehydration”.
Dengan demikian, zeolit merupakan mineral yang terdiri dari kristal alumino silikat terhidrasi yang mengandung kation alkali atau alkali tanah dalam kerangka tiga dimensi. Ion-ion logam tersebut dapat diganti oleh kation lain tanpa merusak struktur zeolit dan dapat menyerap air secara reversibel.
Zeolit adalah kristal alumino silikat dari elemen grup IA dan grup IIA seperti natrium, kalium, magnesium, dan kalsium. Secara kimia zeolit dapat ditulis dengan rumus empirik : M2/nO.Al2O3.ySiO2.wH2O dimana y adalah 2 atau lebih besar, n adalah valensi kation, dan w melambangkan air yang terkandung didalamnya. Struktur zeolit adalah kompleks yaitu merupakan polimer kristal anorganik didasarkan kerangka tetrahedral yang diperluas tak terhingga dari AlO4 dan SiO4 dan dihubungkan satu dengan lainnya melalui pembagian bersama ion oksigen. Struktur kerangka ini mengandung saluran yang diisi oleh kation dan molekul air. Kation aktif bergerak dan umumnya bertindak sebagai ion exchange. Air dapat dihilangkan secara reversibel yang secara umum dengan pemberian panas. Jika zeolit didasarkan pada satu unit sel kristal dapat dituliskan sebagai :
Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y].wH2O
dimana :
n : valensi dari kation M
w : jumlah molekul air per unit sel
x dan y : jumlah total tetrahedral per unit sel
Biasanya y/x bernilai 1 – 5, tetapi zeolit dengan silika tinggi harga y/x dibuat hingga 10 – 100 atau bahkan lebih tinggi [2]. Banyak kristal zeolit baru telah disintesis dan memenuhi beberapa fungsi penting dalam industri kimia dan minyak bumi dan juga dipakai sebagai produk seperti deterjen [2]. Telah diketahui lebih dari 150 tipe zeolit sintetik dan 40 mineral zeolit. Beberapa jenis zeolit berdasarkan rasio Si/Al antara lain, zeolit silika rendah dengan perbandingan Si/Al 1 – 1,5, memiliki konsentrasi kation paling tinggi, dan mempunyai sifat adsorpsi yang optimum, contoh zeolit silika rendah adalah zeolit A dan X; zeolit silika sedang, yang mempunyai perbandingan Si/Al adalah 2-5, contoh zeolit jenis ini adalah Mordernit, Erionit, Klinoptilolit, zeolit Y; zeolit silika tinggi, dengan perbandingan kadar Si/Al antara 10 100, bahkan lebih, contohnya adalah ZSM-5.
Morfologi :
Zeolit biasanya ditulis dengan rumus kimia oksida atau berdasarkan satuan sel kristal M2/nO Al2O3 a SiO2 b H2O atau Mc/n {(AlO2)c(SiO2)d} b H2O. Dimana n adalah valensi logam, a dan b adalah molekul silikat dan air, c dan d adalah jumlah tetrahedra alumina dan silika. Rasio d/c atau SiO2/Al2O bervariasi dari 1-5. Zeolit tidak dapat diidentifikasi hanya berdasarkan analisa komposisi kimianya saja, melainkan harus dianalisa strukturnya. Struktur kristal zeolit dimana semua atom Si dan Al dalam bentuk tetrahedra (TO4) disebut Unit Bangun Primer, zeolit hanya dapat diidentifikasi berdasarkan Unit Bangun Sekunder (UBS) sebagaimana terlihat pada Gambar 1-2.

Gambar 1. Tetrahedra alumina dan silika (TO4) pada struktur zeolit

Pada saat ini dikenal sekitar 40 jenis zeolit alam, meskipun yang mempunyai nilai komersial ada sekitar 12 jenis, diantaranya klinoptilolit, mordernit, filipsit, kabasit dan erionit. Zeolit sintetik dihasilkan dari beberapa perusahaan seperti Union Carbide, ICI dan Mobil Oil dan lebih dari 100 jenis telah dikenal strukturnya antara lain zeolit A, X, Y, grup ZSM/AlPO4 (Zeolite Sieving Marerials/Aluminium Phosphate) dan bahkan akhir-akhir ini dikenal grup Zeotip, yaitu material seperti zeolit tetapi bukan senyawa alumino-silikat.
Pada struktur zeolit, semua atom Al dalam bentuk tertahedra sehingga atom Al akan bermuatan negatif karena berkoordinasi dengan 4 atom oksigen dan selalu dinetralkan oleh kation alkali atau alkali tanah untuk mencapai senyawa yang stabil. Lain halnya dengan batuan lempung (clay materials) dengan struktur lapisan, dimana sifat pertukaran ionnya disebabkan oleh 1) brokend bonds yaitu makin kecil partikel penyerapan makin besar, 2) gugus hidroksid yang mana atom hidrogen dapat digantikan dengan kation lain atau 3) substitusi isomorf Al pada tertrahedra Si menyebabkan ikatan Al-Si cukup kuat dan mengurangi swelling.
Kemampuan pertukaran ion (adakalanya dengan istilah kemampuan penyerapan ion atau sorpsi) zeolit merupakan parameter utama dalam menentukan kualitas zeolit yang akan digunakan, biasanya dikenal sebagai KTK (kemampuan tukar kation). KTK adalah jumlah meq ion logam yang dapat diserap maksimum oleh 1 g zeolit dalam kondisi kesetimbangan. Kemampuan tukar kation (KTK) dari zeolit bervariasi dari 1,5 sampai 6 meq/g. Nilai KTK zeolit ini banyak tergantung pada jumlah atom Al dalam struktur zeolit, yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan KTK batuan lempung, seperti kaolinit (0,03-015 meq/g), bentonit (0,80-1,50 meq/g) dan vermikulit (1-1,50 meq/g).

Gambar 3. Struktur stereotip mordernit

Gambar 4. Struktur stereotip klinoptilolit

Tabel 2. Perbedaan Zeolit dengan Tanah Lempung

Zeolit dengan struktur “framework” mempunyai luas permukaan yang besar dan mempunyai saluran yang dapat menyaring ion/molekul (molecular sieving). Bila atom Al dinetralisir dengan ion polivalen, misalnya logam Pt, Cu dsb, zeolit dapat berfungsi sebagai katalis yang banyak digunakan pada reaksi-reaksi petrokimia. Tabel 4 memperlihatkan klasifikasi zeolit berdasarkan kemampuan terhadap penyaringan molekul organik. Zeolit khabazit yang mempunyai pori 0,489-0,588 nm dan dapat digunakan untuk memisahkan senyawa parafin seperti CH4 dan C2H6, n-parafin dan iso-parafin dan aromatis. Zeolit Na-mordernit dengan pori 0,400-0,489 nm dapat memisahkan gas N2, O2, CH4, C2H6 dengan n-parafin, iso-parafin dan aromatis. Begitu pula Ca dan Ba-Mordernite yang mempunyai pori 0,384-0,400 dapat memisahkan hidrokarbon, CH4 dengan gas Ar dan N2. Sifat katalitis zeolit disebabkan uni kation pada atom Al zeolit yang dapat dipertukarkan dengan ion H dan aktif sebagai katalisis reaksi.
Tabel. Klasifikasi “ion/ molecular sieve material”

Klassifikasi :
Berdasarkan UBS semua zeolit baik dalam bentuk alami atau sintetik dapat dibagi atas 9 grup yaitu:
1. single 4-ring (S4R)
2. single 6-ring (S6R)
3. single 8-ring (S8R)
4. double 4-ring (D4R)
5. double 6-ring (D4R)
6. double 8-ring (D8R)
7. complex 4-1 (T5O10)
8. complex 5-1 (T8O16)
9. complex 4-4-1 (T10O20)

Gambar 2. Unit Bangun Sekunder Struktur Zeolit
Tabel.. Klasifikasi zeolit

Proses Pembuatan :
Proses pembuatan zeolit secara komersial terbagi menjadi tiga kelompok yaitu pembuatan zeolit dari gel reaktif aluminosilika atau hidrogel, konversi dari mineral tanah liat menjadi zeolit, dan proses berdasarkan pada penggunaan material mentah zeolit yang sudah ada di alam. Hidrogel dan konversi dari mineral tanah liat membentuk bubuk atau pellet zeolit dengan kemurnian tinggi. Produk zeolit bubuk biasanya terikat dengan oksida organik atau mineral membentuk partikel yang menyatu untuk mempermudah dalam menangani dan menggunakannya. Kristal zeolit kemurnian tinggi yang digunakan dalam proses adsorbsi harus dibentuk menjadi gumpalan yang mempunyai kekuatan fisik tinggi dan ketahanan terhadap keausan. Bubuk kristal dibentuk menjadi gumpalan dengan tambahan pengikat anorganik umumnya adalah tanah liat, dalam campuran basah. Campuran tanah liat zeolit kemudian dipotong menjadi pellet tipe silinder atau dibentuk menjadi manikmanik, setelah itu dikalsinasi membentuk komposit yang kuat.
Proses komersial pertama dalam pembuatan zeolit sintesis dalam skala besar yang berdasarkan sintesis dalam laboratorim adalah dengan menggunakan hidrogel tak berbentuk (amorphous hydrogels). Material yang digunakan adalah natrium silikat, natrium aluminat, dan natrium hidroksida. Hydrogel process didasarkan baik sebagai sel gel homogen yang hidrogelnya disiapkan dari alumina reaktif atau silika dalam bentuk padat sebagai contoh bubuk silika padat. Bahan baku diukur dalam tangki pencampuran dalam rasio yang tepat. Kristalisasi dilakukan dalam kristaliser terpisah. Langkah aging pada suhu kamar sebelum kristalisasi mungkin diperlukan untuk sintesa beberapa zeolit kemurnian tinggi. Umumnya suhu kristalisasi adalah dekat titik didih air, dalam kasus tertentu seperti sintesa zeolit tipe mordenit suhu yang lebih tinggi diperlukan. Setelah periode penghancuran, slurry kristal dalam larutan disaring pada rotary filter. Jika dilihat dari manfaatnya, zeolit X dapat digunakan sebagai katalis [2,3], adsorbent, separasi gas, ion-exchanger, petrochemical, dan dapat pula digunakan sebagai deterjen.
Fungsi dan Kegunaan :
Zeolit mempunyai kegunaan bermacam ragam, seperti pemantap tanah dibidang pertanian, penjernih air, penjernih limbah, pakan ternak, dll. Untuk lebih jelas pemanfaatan zeolit adalah sebagai berikut:
1. Bidang pertanian dan perkebunan
Berdasarkan kepada Kapasitas Pertukaran Kation dan retensivitas terhadap air yang tinggi, zeolit sekarang ini telah banyak digunakan untuk memperbaiki sifat” tanah, terutama tanah yang banyak mengandung pasir (kandungan lempung sedikit) dan tanah podzolik. Fungsi zeolit disini adalah sebagai bahan pemantap tanah (soil conditioner) , yaitu sebagai pembawah pupuk (fertilizer carrier), pengontrol pelepasan ion NH4+ dan K+ (slow release fertilizer), dan sebagai pengontrol cadangan air.
2. Bidang Peternakan
Dalam bidang ini , zeolit telah digunakan secara komersial , terutama di negara-negara Eropa dan Jepang. Di Indonesia Zeolit telah digunakan sebagai imbuh makanan ternak domba dan sapi hingga sekarang ini masih dalam tahap penelitian. Penggunaan Zeolit dalam bidang peternakan didasarkan kepada dua sifat zeolit yang penting, yaitu:
-Kapasitas pengikat ion NH4+ yang berasal dari ammonia sangat besar ,
-Afinitas zeolit terhadap ion-ion yang bersifat racun.
3. Bidang Perikanan
Zeolit disini berfungsi sebagai pengontrol kandungan ion NH4+ didalam air. Pada umumnya ion ini berasal dari kotoran ikan dan sisa-sisa makanan yang telah membusuk. Dengan pemberian zeolit, pada ruangan yang sama jumlah ikan yang dapat dipelihara lebih banyak. Sebagai contoh , ikan salmon sekitar 30.000 ekor dapat dipelihara dalam suatu kobongan disungai yang kandungan ion NH4+ tetap terkontrol pada 0,05 ppm dengan pemberian Zeolit setiap 6 – 8 hari.
4. Pemanfaatan Zeolit dalam bidang Tambak udang
Tambak yang memakai zeolit memberikan hasil nilai kelangsungan hidup udang yang jauh lebih baik dari pada yang tidak memakai zeolit. Tambak yang tidak memakai zeolit mempunyai nilai kelangsungan hidup hanya 32,9 % , sedangkan tambak yang memakai zeolit 12 ppm mempunyai nilai 90,1% dan tambak yang memakai zeolit yang disesuaikan dengan pertumbuhan berat badan udang , mempunyai nilai kelangsungan hidup 78,3%.
5. Bidang pengolahan air
Tahapan proses pengolahan air meliputi proses netralisasi , flokulasi /koagulasi, sedimentasi , dan filtrasi. Dalam pengolahan air , zeolit digunakan dalam tahap tersier , yakni untuk mengolah air yang sudah jernih dengan kandungan logam berat yang tidak terlalu tinggi.
6. Bidang pengolahan limbah
Zeolit yang telah diaktifkan mampu meredam / menurunkan kandungan logam Fe , Mn, Zn, dan Pb yang terdapat dalam air tanah . Selain itu juga mampu menurunkan kandungan amoniak dalam air buangan.
7. Pembuatan Panel Surya
Seperti kita ketahui bersama kebutuhan listrik national semakin meningkat dari tahun ketahun Berbagai sumberdaya energi yang dimiliki Indonesia telah dan akan terus dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan listrik tersebut. Zeolit dengan kemampuan adsorbsi yang dimilikinya (terhadap H2O dan gas lainnya), dapat digunakan sebagai bagian (adsorben) dari panel surya tersebut. Salah satu pemanfaatan yang menarik dari itu adalah panel surya untuk lemari pendingin, yang akan sangat berguna bagi negara tropis seperti Indonesia
8. Penundaan pemasakkan buah-buahan
Zeolit jenis modernit, klinoptilotit, dan analsim adalah jenis zeolit alam yang lazim terdapat di Indonesia. Ketiga jenis zeolit alam tersebut sedang dipelajari karakteristik dan sifat-sifat penyerapan didalam proses penundaan pemasakan buah-buahan (misalnya: pisang). Zeolit diharapkan dapat menyerap etilen sebagai zat yang memegang peranan penting dalam proses pemasakan. (bersambung)

@_pararaja

About these ads