t
KAJIAN PERIANFi.1ATAN TANAH IVAPA SC7iV1,4TERABARAT SEB,\C,11 MATERIAL ADSORBEN 1,OGAhI BERAT DAN BAHAN ORGAN1 K TOKSIK DALAhl LARUTAN
\
1
'Tahun ke 1 dari rencana 4 tahun Ketua / Anggota Tim
Dr. Illatvardi, hl.Si
I
NIDN : 002.3 1 16106 Hary Sanjaya, S.Si, M.Si NIDN : 0028048306 Desy Kurniawati, S.Pd.,M.Si
UNIVERSITAS NEGERI PADANG November, 2013
I
I
PENGANTAR Kegiatan penelitian dapat mendukung pengembangan ilmu pengetahuan serta terapannya. Dalarn ha1 ini, Lembaga Penelitian Universitas Negeri Padang berusaha mendorong dosen untuk melakukan penelitian sebagai bagian integral dari kegiatan Tri Dharma Perguruan Tingginya, baik yang secara langsung dibiayai oleh dana Universitas Negeri Padang, sumber dana BOPTN maupun dana dari sumber lain yang relevan atau bekerja sama dengan instansi terkait. Sehubungan dengan itu, Lembaga Penelitian Universitas Negeri Padang bekerjasama dengan Direktorat Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat, Ditjen Dikti Kemendiknas RI telah mendanai skema penelitian Penelitian Unggulan Perguruan Tinggi yang berjudul Kajian Pemanfaatan Tanalz Napa Sumatera Barat Sebagai Material Adsorben Logam Berat dan Balzan Organik Toksik Dalam Larutan, dari sumber BOPTN yang dialokasikan ke dalam DIPA Universitas Negeri Padang dengan surat penugasan pelaksanaan penelitian desentralisasi Nomor: 298.a.7/LTN35.2/PG/2013 Tanggal 15 Mei 20 13. Kami menyambut gembira usaha yang dilakukan peneliti untuk menjawab berbagai perrnasalahan pembangunan, khususnya yang berkaitan dengan permasalahan penelitian tersebut di atas. Dengan selesainya penelitian ini, Lembaga Penelitian Universitas Negeri Padang telah dapat memberikan informasi yang dapat dipakai sebagai bagian upaya penting dalam peningkatan mutu pendidikan pada umurnnya. Di samping itu, hasil penelitian ini juga diharapkan memberikan masukan bagi instansi terkait dalam rangka penyusunan kebijakan pembangunan. Hasil penelitian ini telah ditelaah oleh tim pembahas usul dan laporan penelitian, serta telah diseminarkan di tingkat nasional. Mudah-mudahan penelitian ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pada umumnya, dan peningkatan mutu staf akademik Universitas Negeri Padang. Pada kesempatan ini, kami ingin mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang membantu pelaksanaan penelitian ini. Secara khusus, karni menyampaikan terima kasih kepada Direktur Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat, Ditjen Dikti Kemendiknas yang telah memberikan dana untuk pelaksanaan penelitian tahun 2013. Kami yakin tanpa dedikasi dan kerjasama yang baik dari DP2M, penelitian ini tidak dapat diselesaikan sebagaimana yang diharapkan. Semoga ha1 yang demikian akan lebih baik lagi di masa yang akan datang. Terima kasih. Padang, Desember 2013 m a - L e m b a g a Penelitian
RINGKASAN Tanah Napa sebutan masyarakat Sumatera Barat untuk sejenis material alam yang sering digunakan sebagai obat sakit perut dan diare, dengan cam dimakan setalah dipanaskan. Berdasarkan penelusuran kepustakaan elektronik, belum ditemukan referensi terkait dengan material ini, khususnya yang berasal dari daerah Sumatera Barat. Fakta ini merupakan awal kenapa material ini menjadi sangat menarik untuk diteliti. Telah dilakukan penelitian pada tahun pertama berupa pengambilan sampel tanah napa dari beberapa daerah di Sumatera Barat yaitu Kabupaten Tanah Datar, Kabupaten 50 Kota, Kabupaten Pesisir Selatan dan
Kabupaten Solok. Sampel yang diperolah telah
dikarakterisasi dengan teknik dan instrumen X-rayfluorescence (XRF, Merk: PAN alytical Type: Epsilon 3), X-ray d~fiaction (XRD), scanning electron microscope-energy dispersive X-ray (SEM, Merk: phenomTm Type: Pro X) dan fourir trasform infiared
(FTIR).Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan diperkirakan mineral tanah napa, cukup melimpah di daerah Kabupaten Tanah Datar, Kota Solok, Kabupaten Solok, Kabupaten Solok Selatan dan Kabupaten Pesisir Selatan dan Sumatera Barat umumnya, adalah kelompok mineral aluminasilikat, terutama berupa mineral kaolin. Disamping itu data awal juga mendukung bahwa pada sebagian lokasi ditemukan mineral zeolit alam.
PRAKATA
Puji syukur pada Allah SWT karena berkat izin dan rahmatNya Penelitian Unggulan Perguruan Tinggi (PUPT) yang berjudul "Kajian Pemanfaatan Tanah Napa Sumatera Barat Sebagai Material Adsorben Logam Berat dan Bahan Organik Toksik Dalam Larutan " telah dapat dilaksanakan. Penelitian ini dilaksanakan berdasarkan Surat Penugasan Pelaksanaan Penelitian Program Desentralisasi Skema Unggulan Perguruan Tinggi Dana BOPT Tahun Anggaran 2013 dengan Surat Penugasan Nomor: 298.c.7/UN35.2/PG/2013, Tanggal 3 1 Mai 2013. Peneliti mengucapkan terima kasih kepada : ."
1. Rektor Universitas Negeri Padang melalui Lembaga Penelitian UNP yang telah membiayai penelitian hi melalui Dana Dana BOPT Tahun Anggaran 20 13 2. Dekan FMPA dan Ketua Jurusan Kimia serta Kepala Laboratorium Kimia FMIPA Universitas Negeri Padang. 3. Ketua Lembaga Penelitian Universitas Negeri Padang beserta staf 4. Semua pihak yang telah ikut membantu sehingga terlaksananya penelitian ini.
Mudah-mudahan hasil penelitian h i dapat bermanfaat untuk pengembangan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi umumnya, dan bidang Kimia Materia khususnya. Padang, 28 November 20 13 Tim Peneliti
DAFTAR IS1 Halaman
HALAMAN PENGESAHAN ..............................................................
..I I
................................................................................ ... 111 PRAKATA ................................................................................... iv DAFTAR IS1 .................................................................................. v
RINGKASAN
...........................................................................vi .. DAFTAR GAMBAR ...................................................................... vii ... DAFTAR LAMPIRAN .................................................................V I II DAFTAR TABEL
BAB I . PENDAHULUAN .................................................................1
A . Latar Belakang.............................................................................................1 BAB I1.TINJAUAN PUSTAKA
.........................................................3
A . Tanah Napa .................................................................................................. 3
C. Kaolin.......................................................................................................... 7 D. Teori Adsorpsi ............................................................................................. 8
E. Peranan Instrumen Dalam Penelitian Mineral Aluminasilikat ...................10 BAB 111. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITLAN
..............................15
.. A. Tujuan peneilt~an.......................................................................................-15 B. Manfaat penelitian ...................................................................................... 15 .................................................... 18 A . Penelitian Secara Umum ............................................................................ 18
BAB IV. METODE PENELITIAN
...............................................25 A . Lokasi pengambilan sampel...................................................................... 25 B . Hasil Karakterisasi Sampel dari Tiap Lokasi ............................... 26
BAB V.HASIL DAN PEMBAHASAN
...............................31 BAB VII . KESLMPULAN DAN SARAN .......................................... 32 DAFTAR PUSTAKA .................................................................. -33 LAMPIRAN ............................................................................ 36 BAB VI . RENCANA TAHAPAN BERIKUTNYA
Halaman Tabel 2.1. Klasifikasi asam dan basa keras dan lunak .........................................................10 Tabel 5.1 Komposisi Tanah Napa yang berasal dari beberapa lokasi di Sumatera Barat (AE) dibandingkan dengan Komposisi Mineral Aluminasilika lain (F-H)
.............26
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Kondisi Tanah Napa di daerah Aripan Kabupaten Solok ............................4 Gambar 2.2 Struktur mordenit (a) dan klinoptilolit (b) sebagai komponen utama zeolit alam Indonesia .................................................................................. 6 Gambar 3.1 Material Tanah Napa
......................................................................... 18
.........................................24 5.2 Pola difiaktogram XRD dari tanah napa yang berasal dari dan (b) Kab. 50 Kota, (c) Kab. Tanah Datar, (d) Kab.Solok. (e) Kab.Pesisir Selatan............29
Gambar 5.1 Peta daerah pengambilan sampel tanah napa Gambar
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1 : Bagan Alir enelitian ................................................................................40
Lam piran 2 : Lokasi Pengambilan sampel .................................................................. 4 1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Tanah Napa atau Batu Napa merupakan sebutan masyarakat Sumatera Barat terhadap sejenis material alam yang sering digunakan sebagai obat sakit perut karena masuk angin atau diare, dengan cam memakannya setelah dipanaskan. Sehingga material ini dijual di pasar-pasar tradisional, seperti pasar di daerah Tanah Datar. Hasil penelusuran secara elektronik, belum ditemukan referensi terkait dengan material tanah napa yang berasal dari Sumatera Barat. Fakta ini merupakan titik awal kenapa material ini menjadi sangat menarik untuk diteliti. Telah dilakukan penelitian pendahuluan, berupa analisis komposisi material tanah napa yang berasal dari daerah Kabupaten Solok dengan teknik Xray Fluorescence (XRF)di Laboratorium PT. Semen Padang dan Laboratorium Instrumentasi Jurusan Kimia UNP, hasil yang diperoleh memperlihatkan bahwa kandungan rata-rata Si02, A1203, KzO, CaO, MgO dan Fe203 masing-masing 71,0%; 20,8%; 1,2%; 2,3%; 1,2% dan 3,6%, sehingga dapat disimpulkan bahwa mineral tanah napa merupakan mineral aluminasilikat kelompok. Sebagai pembanding, komposisi kimia Natural Zeolite Clinoptilolite yang diproduksi oleh industri Gravis Mining Co kandungan SO2, A1203,K20, CaO, MgO dan Fe203 masing-masing 65-72%; 10-12%; 2,3-3,5%; 2,5-3,7%; 0,9- 1,2% dan 0,8- 1,9%. (Gravis Mining Co, 2012), sedangkan analisis kimia zeolit 4A mengandung S i a , A1203, P203dan Na20 masing-masing 51,69; 41, 09; 0,2 dan 6,03% (Dizadji, at.
al, 20 12) Telah dilakukan penelitian, di laboratorium PT Semen Padang, dimana tanah napa digunakan sebagai zat aditif pada semen sebagai pengganti _fly ash. Hasil penelitian memperlihatkan bahwa tanah napa sangat berpotensi digunakan sebagai zat aditif dalam industri semen. Juga telah diteliti sifat adsorpsi tanah napa terhadap logam logam krom(III), berupa kation dan krom(VI), berupa anion dalam larutan.
Sebagaimana telah dikemukakan bahwa tanah napa diduga mineral aluminasilikat, yang cadangannya melimpah di beberapa daerah di Sumatera Barat dan merupakan material alam yang nilai komersialnya sangat tinggi karena kegunaanya sangat luas dalam bidang water treatment, wastewater treatment, agriculture, horticulture, aquaculture, household products dan industrial products, sehingga sangat terbuka peluang untuk mengembangkan penelitian
material ini dan diharapkan dapat menjadi penelitian unggulan untuk Universitas Negeri Padang.
Hasil penelusuran pustaka secara elektronik yang telah dilakukan, belum diternukan referensi terkait dengan material tanah napa yang berasal dari Sumatera Barat. Mawardi, dkk (2013) yang telah melakukan penelitian untuk mengetahui karakteristik adsorpsi tanah napa yang berasal dari Kabupaten Solok sebagai adsorben ion krom dalam lmtan. Data yang diperoleh memperlihatkan bahwa kapasitas serapan maksimum adsorben tanah napa untuk masing-masing ion C? dan
ere berturut-turut adalah 3,28 mg dan 0,868 mg per gram adsorben. Secara
umum, efisiensi penyerapan ion oleh adsorben tanah napa cukup baik dan disimpulkan bahwa teknik ini dapat digunakan untuk tujuan pemekatan ion kromium yang terdapat dalam bentuk runut (trace) dalam limbah. Mawardi, dkk (2012) telah meneliti pengaruh penggunaan tanah napa sebagai zat aditif pada semen penggantifly ash terhadap karakteristik semen yang dihasilkan. Hasil penelitian memperlihatkan bahwa kuat tekan dan kehalusan butiran semen semakin menurun dengan besarnyajumlah penggunaan tanah napa, sedangkan bagian tak larut dan hilang pijar semen semakin meningkat. Analisis komposisi material tanah napa yang berasal dari daerah Solok dengan X-ray Fluorescence (XRF)memperlihatkan bahwa tanah napa merupakan mineral aluminasilikat dengan komposisi seperti tergambar dalarn Tabel 1.1.
dan sebagai pembanding diperlihatkan komposisi Natural Zeolite Clinoptilolite yang diproduksi oleh industri Gravis Mining Co yang memperlihatkan data yang mirip, sedangkan analisis kimia zeolit 4A mengandung SO2, A1203, P203 dan Na20 masing-masing 5 1,69; 4 1, 09; 0,2 dan 6,03% (Dizadji, at. al, 20 12)
BAB I1
TINJAUAN PUSTAKA A. Tanah Napa
Tanah Napa atau Batu Napa merupakan sebutan masyarakat Sumatera Barat, juga Bengkulu, terhadap sejenis mineral alam dengan ciri tertentu, yang sering digunakan sebagai obat, seperti obat saht perut disebabkan masuk angn atau diare, dengan cara memakannya setelah terlebih dahulu dibakar (direndang). Mineral ini sering ditemui dijual di pasar-pasar tradisional, seperti pasar di daerah Tanah Datar. Mineral ini diketahui cadangannya cukup melimpah di beberapa daerah (kabupaten) di Sumatera Barat, seperti Kabupaten Tanah Datar, Kabupaten 50 Kota (seperti terlihat pada Gambar 2.1), Kabupaten Solok dan Kabupaten Pesisir Selatan, dengan nama tanah/batu napa
Gambar 2.1. Kondisi Tanah Napa di daerah Sarilamak Kab. 50 Kota Sumatera Barat. (Sumber : Dokumen Matvardi, 201 3)
B. Zeolit Zeolit adalah mineral alam berpori (berliang renik) berupa kristal alumina silikat terhidrasi yang mengandung kation-kation alkali dan alkali tanah dalam rangka tiga dimensi, bersifat pertukaran kation, molekul berpori, bersifat katalis dan mengadsorpsi kation logam, zat warna (celupan), ion ammonium (Taffarel and Rubio, 20 10; Yuxian, 20 11;Jassim, et. a1, 2012; Rosales, et. al, 2012; Hani, et. al, 2012; Fasaei, et. al; 2012; Georgiev, el. al, 20 12; Zheng, el. al; 2008 ). Kerangka dasar sturuktur zeolit terdiri dari unit tetrahedral A102 dan SiOz yang saling berhubungan melalui atom 0, sehingga zeolit mempunyai rumus empiris Komponen pertama M"+adalah sebagai berikut x/n M"+[(A~o~),(s~o~~]~~H~o. sumber kation yang dapat bergerak bebas dan dapat dipertukarkan secara sebagian atau secara sempurna oleh kation lain (Taenzana, 201 1). Zeolit alarn yang terkandung dalam sumber daya mineral mempunyai kelimpahan yang cukup besar di Indonesia khususnya pada lokasi yang secara geografis terletak di jalur pegunungan vukanik. Di wilayah Indonesia sangat banyak ditemukan mineral zeolit, seperti di daerah Bayah, Cibinong, Bogor, Sukabumi, Lampung, dan Tasikmalaya, Malang, Wonosari dan Bogor (Ginting, dkk, 2007; Wustoni, dkk, 201 1). Sumber zeolit alam di Indonesia pada urnumnya mengandung topologi zeolit Mordenite, Clinoptilolite dan Smectite (Suminta, 2005). Kemurnian yang rendah dari zeolit alam menyebabkan pemanfaata~ya yang tidak optimal dibandingkan dengan zeolit sintetik. Berdasarkan fakta ini, saiah satu peluang penelitian yang dapat dilakukan adalah peningkatan kemurnian
zeolit alam serta memiliki kristalinitas yang tinggi, sehingga nilai manfaat atau aplikasinya dapat ditingkatkan (Chiban, 2012; Weitkamp, 2000). Zeolit digunakan sebagai pengemban (penyokong) karena struktur kristalnya berpori dan memiliki luas permukaan yang besar, tersusun oleh kerangka silika-alumina. Zeolit alam memiliki stabilitas termal yang tinggi, harganya murah serta keberadaannya cukup melimpah. Penggunaan zeolit secara umum digunakan untuk detergen, industri petrokimia dan pertambangan minyak, katalis, adsorben, pemisah gas, agrikultural dan hortikultural, pigrnen, dan perhiasan. (Grassi.M, et.al, 2012; Ismail, et.al, 2012; Jassim, et.al, 2012; Gravis Mining Co, 2012; Weitkamp, 2000). Pada zeolit ini, terdapat alkali dan alkali tanah kation logam biasanya ditemukan dalam larutan mineral. Struktur zeolit, dimana satu unit zeolit memiliki 3-dimensi, 4-struktur kerangka penghubung dari TO4 tetrahedra ( unit bangunan dasar), dimana T adalah kation yang terkoordinasai secara tetrahedral (T=Si atau AI),
Gambar 2.2. Struktur mordenit (a) dan klinoptilolit (b) sebagai komponen utama zeolit alam Indonesia vtubira, dkk, 2006).
Dalam penjelasan struktur zeolit hampir selalu didahului dengan penjelasan tipe kerangka dalam pembukaan pori-pori dan dimensionalitas dari 6
sistem saluran. Banyaknya bentuk struktural seperti sangkar, saluran, rantai, dan lembaran adalah tipe dari beberapa kerangka zeolit, jadi desainnya seperti rongga, dan sangkar, unit segi delapan, poros, dan rantai dobel poros, seperti terlihat pada Gambar 2.2
C. Kaolin
Kaolin sering digunakan untuk rnenyebut mineral lernpung putih yang mernpunyai kornposisi terbesar berupa kaolinit (A1203.2Si02.2H20). Partikel kaolin biasanya berupa lembaran heksagonal dengan diameter sekitar 0,05-10 pm (rata-rata 0,5 p).Mineral kaolin dapat terjadi melalui proses pelapukan dan proses hidrotermal alterasi pada batuan beku felspartik dan rnika. Kaolin biasanya berada sebagai mineral kaolinit rnurni, atau mineral yang berhubungan, misalnya, haloisit, nakrit dan dikrit yang bergabung dengan mineral lain seperti srnektit, mika, kuarsa, dan feldspar sebagai pengotor (Murray, 1999). Struktur kristal kaolin terdiri dari pasangan lapisan lembaran silica tetrahedral dan lernbaran alumina oktahedral. Masing-rnasing pasangan dari lembaran tersebut bergabung melalui atom oksigen secara selangseling menjadi satu kesatuan melalui ikatan hidrogen antara oksigen dari silika dan oksigen hidroksil dari alumina dengan ketebalan tiap lapisan sekitar 0,72 nrn. Ikatan hydrogen tersebut cukup kuat sehingga kaolin tidak rnengembang ketika terhidrat dan kaolin hanya mernpunyai luas permukaan luar. Kaolin merupakan salah satu mineral lernpung dengan nilai kapasitas tukar kation (KTK) yang relatif rendah (3-15 meM100g) serta luas permukaan spesifik yang relative kecil, yaitu tidak lebih dari 20 m2/g (Konta, 1995). 7
Kaolin banyak digunakan untuk berbagai macam aplikasi dalam industry berdasarkan sifat fisika dan sifat kimianya. Pemanfaatan kaolin sebagian besar untuk industria kertas, refraktori dan keramik, fiberglas, semen, karet dan plastic, cat, dan lain sebagainya (Murray, 2002). Untuk memperbaiki sifat kaolin, berbagai metode aktivasi telah dilakukan para peneliti misalnya melalui metode aktivasi asam, aktivasi basa dan metode aktivasi termal melalui proses kalsinasi (Belver et. a1.,2002).
D.Teori Adsorpsi Peristiwa adsorpsi dapat terjadi pada adsorbent yang pada umumnya beberapa zat padat. Adsorpsi oleh zat padat dibedakan menjadi dua, yaitu adsorpsi fisis (Psisorpsi) dan adsorpsi khemis (chernisorpsq.Adsorpsi fisik disebabkan oleh gaya van der Wmls. Pada adsorpsi secara kimia, molekul-molekul yang teradsorpsi pada permukaan bereaksi secara kimia, sehingga terjadi pemutusan dan pembentukan ikatan (Adamson, 1990). Pada peristiwa chemisorpsi, umurnnya kapasitas adsorpsi akan bertambah dengan bertambahnya temperatur. Kenaikan temperatur cukup tinggi memungkinkan terjadinya perubahan adsorpsi fisis menjadi adsorpsi kimia Penyerapan secara kimia terjadi apabila terbentuk ikatan kimia antara molekul terserap dengan pusat aktif penyerap. Karena terjadi pemutusan dan pembentukan ikatan maka panas penyerapan yang dihasilkan besar dari 35 Wmol(
AH:^
c,wq,i,,,
>35 klmol-I).
Proses penyerapan dapat dinyatakan dengan suatu persamaan kimia. Jika zat terserap adalah suatu gas, persamaan reaksi keseimbangan dapat ditulis :
Dengan M adalah gas terserap, B adalah pusat aktif pada permukaan penyerap dan
MB adalah molekul M yang terikat pada pusat aktif atau pusat aktif permukaan penyerap yang ditempati oleh molekul M. Penyerapan mula-mula meningkat secara linier sesuai dengan tekanan, kemudian penyerapan berangsur-angsur berkurang dan pada tekanan gas yang cukup tinggi penyerapan dianggap mempunyai nilai yang konstan serta permukaan penyerap jenuh dengan zat terserap, membentuk lapisan bermolekul tunggal (Oscik. 1982) Untuk penyerapan setiap ion logam dari larutan, tekanan diganti menjadi konsentrasi c, yaitu konsentrasi ion logam bebas saat seimbang (Ramelow dkk. 1996), sehingga diperoleh:
Langrnuir menggambarkan bahwa pada permukaan absorben terdapat sejumlah tertentu pusat aktif (active site) yang sebanding dengan luas absorben. Pada setiap pusat aktif hanya satu molekul yang diserap. Ikatan yang terjadi antara zat yang terserap dengan penyerap (adsorben) dapat tejadi secara fisika dan secara kimia. Persamaan Ahorpsi Isoterm Langmuir, dapat ditulis dalam bentuk persamaan linier (Ocsik, 1982), yaitu :
atau 1 - 1 +-.- 1 1 --a a,,, a,k c dimana: a adalah miligram logam yang terserap per gram biomaterial kering; k adalah konstanta keseimbangan (aftnitas serapan); c adalah konsentrasi ion bebas
saat seimbang (mg/L); a, adalah miligram logam terserap pada keadaan jenuh (kapasitas serapan maksikmum), biasa juga ditulis dengan notasi b. Menurut Crist, dkk, (1992), bila plot c/a versus c berupa garis lurus, maka dapat dikatakan bahwa data yang diperoleh memenuhi persarnaan Adsorpsi Isoterm Langrnuir dan ha1 tersebut berarti antara zat terserap dengan pusat aktif penyerap, membentuk lapisan tunggal pada perrnukaan penyerap (monolayer adsorption). Apabila c/a diplot terhadap c atau l/a terhadap I/c maka akan diperoleh garis linier, sehingga konstanta afinitas serapan (k) dan kapasitas serapan maksimum (a,,,) dapat ditentukan dari slope dan intersep. Menurut Ramelow (1996), apabila konsentrasi a diplot terhadap waktu (t), maka setiap kurva mencapai suatu nilai tetap ( a, ) pada titik jenuh. Ketika nilai In a diplot terhadap waktu (t), maka konstanta laju orde pertarna (k) dapat dihitung dari slope awal. Setelah menghitung konstanta laju pada suhu yang berbeda, maka In k versus I/ Tdapat diplot dan energi aktifasi (E,) dapat dihitung dari slope. Pearson dalam 'Wood dan Wang (1983), mengelompokkan urutan pembentukan kompleks dari ion-ion anorganik atas asam dam basa keras serta asam dan basa lunak. Dalam Tabel 2.1 ditunjukkan klasifikasi logam-logam dan ligan-ligan penting yang berinteraksi sebagai asam atau basa keras atau lunak. Ligan yang mempunyai atom donor dengan keelektronegatifan tinggi adalah suatu basa keras, sedangkan ligan dengan atom donor yang mudah terpolarisasi adalah basa lunak. Secara umum, kation-kation keras (asam Lewis) dengan ligan-ligan keras (basa Lewis) akan membentuk kompleks yang stabil, sedangkan asam-asam lunak membentuk kompleks yang sangat stabil dengan basa lunak
Tabel 2.1. Klasifikasi asam dan basa keras dan lunak Asam keras H', ~ i ' , ~ a ' , Be'L, +2, ca+2 P,Y I ~ + ~A, I + ~ Cr , CO'~, ~ e ' ~ , Basa Keras H20, OH', P, CIS, poi', s0i2,coy2,ROH, RO-, NOi, NH3, RNH2, CH3CSO2, R20, CIOi
Anta ra Fe", Co", i"C U + ~znf2, , pbf2 sn2+ Antara Brh,NOi, SO<' Ni, C ~ H S W ~ , C6HsN, N2
M3
I
I
Asam Lunak Cu', Ag', AU', Ti' H$2kg&', cd2', , Basa Lunak RSH, S203", RS', SCN, C2&, C2H6, H-9 CO, HzS, C N , R3P, I(R8)3P, R3As I
Sumber :Pearson, Frosner dan Wittrnan, dalam Wood and Wang, 1983
E. Peranan Instrumen Dalam Penelitian Mineral Aluminasilikat Diantara instrumen yang akan digunakan dalam penelitiana ini adalah: 1. X-ray fluorescence OERF)
Intrumen XRF mampu untuk menentukan komposisi unsur material dengan cepat dan non destruktif , seperti sampel logam dan logam mulia, batuan dan tanah, sampel lumpur dan cair, permukaan yang dicat , termasuk kayu, beton, plester, drywall dan bahan bangunan lainnya. Setiap unsur yang ada dalam sebuah sampel menghasilkan sebuah kumpulan karakteristik X-ray yang khusus yang merupakan sebuah "sidik jari" untuk unsur tertentu. Alat analisa XRF menentukan kimiawi sampel dengan mengukur spektrum karakteristik sinar-x yang dipancarkan oleh unsur-unsur yang berbeda dalam sampel bila diterangi oleh sinar-x. X-ray flurescens terbentuk ketika sebuah sinar-x dari energi yang cukup menyerang sebuah atom dalam sampel, mengeksitasi sebuah elektron dari salah satu kulit orbit di bagian dalam atom. Atom mengembalikan II
stabilitas, mengisi posisi yang ditinggalkan di kulit orbit di bagian dalam dengan elektron dari salah satu orbit energi atom yang lebih tinggi. Elektron turun ke keadaan energi yang lebih rendah dengan merilis sebuah sinar-x flurescens, dan energi dari sinar-x ini adalah sama dengan perbedaan spesifik dalam energi antara dua keadaan kuantum dari elektron. Ketika sebuah sampel diukur menggunakan XRF, setiap unsur yang ada dalam sampel mengeluarkan spectrum energi sinar-x fluorescens yang unik sendiri. Dengan mengukur X-ray fluorescens yang dikeluarkan oleh unsur2 yang berbeda dalam sampel2 secara bersamaan, alat analisa genggam XRF Thermo Scientific Niton menentukan unsur yang berada dalam sampel dengan cepat dan konsentrasi relatif mereka - dengan kata lain, unsur kimiawi sarnpel. Untuk sampel2 dengan rentang komposisi kimia yang diketahui, seperti kelas2 umum dari campuran2 logam, alat
XRF ini juga mengidentifikasi sebagian besar jenis sampel dengan nama, biasanya dalarn hitungan detik.
2. Difraksi X-ray 0 ) Penamaan difiaktometer ini ditentukan oleh sumber radiasi yang digunakan yaitu difraktometer neutron, sinar x dan electron. Prinsip dari X-ray D~fiactometer(XRD) adalah difraksi gelombang sinar x yang mengalami scattering setelah bertumbukan dengan atom kristal. Pola d i h k s i yang
dihasilkan merepresentasikan struktur kristal. Dari analisa pola di fraksi dapat ditentukan parameter kisi, ukuran kristal, identifikasi fasa kristalin. Jenis
material dapat ditentukan dengan membandingakn hasil XRD dengan katalog hasil difaksi berbagai macarn material. X ray difraksi Instrumen menyediakan satu analisis struktur kristal, polycrystalline dan amorphous sampel. termasuk tahap analisis kualitatif dan analisis kuantitatif
3. Scanning Electron Microscopy (SEM)
SEM dipakai untuk mengetahui struktur mikro suatu material meliputi tekstur, morfologi, komposisi dan informasi kristalografi permukaan partikel. Morfologi yang diamati oleh SEM berupa bentuk, ukuran dan susunan partikel. EDX (Energy Dispersive X-ray), merupakan karakterisasi material menggunakan sinar-x yang diemisikan ketika material mengalami turnbukan dengan elektron 4. Fourir trasform inpared (J?lTR).
Fourier-Transform I n f i n d Spectroscojy (FTIR) atau spektoskopi infra merah merupakan suatu metode yang mengamati interaksi molekul dengan radiasi elektrornagnetik yang berada pada daerah panjang gelombang 0,75 - 1.000 pm atau pada Bilangan Gelombang 13.000
- 10 cm-'. Radiasi elektromagnetik
dikemukakan pertama kali oleh James Clark Maxwell, yang menyatakan bahwa cahaya secara fisis merupakan gelombang elektromagnetik, artinya mempunyai vektor listrik dan vektor magnetik yang keduanya saling tegak lurus dengan arah rambatan. Bila radiasi in& maah dilewatkan melalui suatu cuplikan, makamolekulmolekulnya dapat menyerap (mengabsorpsi) energi terjadilah transisiantara 13
tingkat vibrasi dasar (ground state) dan tingkat vibrasi tereksitasi (exitedstate). P e n m i a n energy pada berbagdi hkuensi dapat dideteksi olekspektrofotometer infhnemh, yang rnemplot jumlah radiasi i n h memh yangditeruskan melalui sllatu cuplikan sebagai h g s i hkuensi (atau p i e l o m b a n g ) radiasi. Plot tersebut disebut
spectrum inhmerah yang a k a n m e m m i n f m i penting tentang gugus h g i o n a l suatu molekul.
Vibrasi ulur dan tekuk adalah cam vibrasi yang dapat diekstitasi oleh sinar dengan bilangan gelombag (jumlah gelombang per satuan panjang) dalam rentang 1200-4000 cm-I. Sedangkan daerah antara 2000 - 400 cm-' seringkali sangat rumit, l a m a vibrasi regangan maupun bengkokan mengakibatkan absorbsi pada daerah
tersebut. Dalam daerah 2000
- 400 cm-'
tiap senqawa organik mempunqai absodxi
yang unik, sehingp daerah tetsebut sering juga d i d sdx@ daemh sidik jari @geiprint ~gion).
5.
Atomic Absorbtion Spectroscopy (AAS)
Spektrometri Serapan Atom (SSA) adalah suatu alat yang digunakan pada metode analisis untuk penentuan unsur-unsur logam dan metalloid yang pengukurannya berdasarkan penyerapan cahaya dengan panjang gelombang tertentu oleh atom logam dalam keadaan bebas .Atom suatu unsur akan menyerap energi dan terjadi eksitasi atom ke tingkat energi yang lebih tinggi. Keadaan ini tidak stabil dan akan kembali ke tingkat dasar dengan melepaskan sebagian atau seluruh tenaga eksitasinya dalam bentuk radiasi.
Frekuansi radiasi yang dipancarkan karakteristik untuk setiap unsur dan intensitasnya sebanding dengan jumlah atom yang tereksitasi yang kembali ke keadaan dasar. Penyerapan ini menyebabkan terjadinya pengurangan intensitas radiasi yang diberikan. Pengurangan intensitasnya sebanding dengan jumlah atom yang berada pada keadaan dasar tersebut
BAB I11 TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN A. Tujuan Penelitian
Tujuan khusus yang hendak dicapai dari penelitian ini adalah: Tahun pertama: 1) Memperoleh sampel tanah napa yang representatif di
daerah Sumatera Baraf 2) Melakukan karakterisasi terhadap sampel tanah napa dengan teknik dan instrumen X-ray fluorescence (XRF), X-ray d~fiaction(XRD), scanning electron microscope-energy dispersive X-ray (SEM) dan fourir trasform infvared (FTIR). Sehingga diperoleh informasi tentang komposisi kimia, karakteristik struktur kristal masing-masing sampel mineral dari masing-masing daeraMokasi. 3) Mempelajari karakteristik daya serap mineral terhadap salah satu ion logam berat dalam larutan cair.
B. Manfaat Penelitian
Mineral alurninasilikat ini, yang oleh masyarakat Sumatera Barat dikenal sebagai tanah atau batu napa dan, sejauh ini, diketahui cadangannya cukup melimpah di daerah Kabupaten Tanah Datar, Kota Solok, Kabupaten Solok, Kabupaten Solok Selatan dan Kabupaten Pesisir Selatan. Mineral aluminasilikat kelompok zeolit dan kaolin adalah jenis material alam yang nilai komersialnya sangat tinggi dan digunakan secara luas dalam berbagai
bidang. Kegunaan zeolit diantaranya dalam bidang water treatmenl,
wastewater treatment, agriculture, horticulture, aquaculture, household products dan industrial products (Gravis Mining Co, 2012). Sedangkan kegunaan kaolin, diantaranya pada idustri kertas, yaitu sebagai bahan pengisi (filler material) dan sebagai bahan pelapis (coating material), industri keramik, kaolinT digunakan sebagai bahan body maupun bahan glasir untuk meningkatkan kualitas wama produk menjadi lebih cerah, industri karet, kaolin, digunakan sebagai bahan vulkanisir untuk meningkatkan kekuatan dan ketahanan karet, industri cat, kaolin digunakan7 sebagai bahan extender prduksi cat, substitusi mewamai cat dan untuk membuat cat benvarna cemerlang, industri plastik, kaolin digunakan, untuk membuat permukaan plastik menjadi rata dan membuat plastik resisten terhadap serangan zat-zat kimia
Industri Fiberglass,
kaolin, digunakan sebagai penguat dalam fiberglass yaitu untuk memperbaiki proses integrasi fiber terhadap p&ukyang
penguatannya
menggunakan plastik Dengan demikian merupakan peluang yang sangat penting untuk melakukan penelitian yang lebih luas dan mendalam berbasiskan material aluminasilikat yang berasal dari daerah Sumatera Barat, karena berdasarkan penelusuran kepustakaan yang telah dilakukan, belum ditemukan laporan penelitian tentang material ini yang dilakukan oleh peneliti lain, khususnya cadangan mineral aluminasilikat yang bersumber dari daerah Sumatera Barat. Pengkajian dan penelitian potensi mineral
I
IH PERPUSTAILAN
UNIV. NEGERI PADRNG
aluminasilikat ini dapat menjadi penelitian unggulan bagi Universitas Negeri
Padang,
sekaligus dapat
memberikan
konstribusi
dalam
mengoptimalkan penggunaan potensi sumber daya alarn daerah Sumatera Barat. Penelitian ini, diharapkan, juga akan memberikan konstribusi yang besar terhadap perkembangan ilmu pengetahuan karena sangat terbuka peluang untuk melakukan penelitian lanjutan dan mendalam (advance) terhadap material ini sesuai dengan kegunaan (ap1ikasi)nya yang luas di lapangan seperti sebagai material adsorben, katalis dan bahan penyangga produk industri (Tekrnira, 20 13).
BAB IV
METODE PENELITIAN
A. Penelitian Secara Umum. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Analitik Jurusan k m i a
FMIPA Universitas Negeri Padang selarna jangka wd-tu 4 tahun, yang dihltung mulai dari diterimanya proposal ini.Objek penelitian ini adalah tanah napa, yang berasal dari daerah Sumatera Barat (Gambar 3.1). Secara umum, tahapan penelitian seperti pada Bagan Alir Penelitian pada Gambar 3.3. Tahapan penelitian sebagai berikut :
Gambar 3.1 Material Tanah Napa Tahapan Penelitian Yang A h n Dilaksanakan Tahap pertama, memperoleh sampel yang representatif di daerah Sumatera Barat, menentukan komposisi kimia masing-masing sampel, menentukan struktur kristal dan mempelajari karakeristik masing-masing sampel mineral dari masingmasing daerdlokasi, manghasilkan mineral dengan strukdur h t a l mumi dan
termodifikasi, menentukan rumus molekul kristal murni, memperoleh data identifikasi struktur kristal murni dan kristal terrnodifikasi. Metoda yang dilakukan untuk mencapai tujuan penelitian adalah metoda eksperimen laboratorium yang melibatkan peralatan gelas, seperti kolom kerja, tabung refluks dan instrumen X-ray fluorescence (EDXRF, Merk: PAN alytical Type: Epsilon 3), X-ray dzflaction (XRD, Merk: PAN alytical), scanning electron microscope-energy dispersive X-ray (SEM, Merk: phenomTm Type: Pro X). Semua peralatan dan intrumen yang dibutuhkan tersedia di laboratorium jurusan di lingkungan FMIPA UNP.
Perlakuan Material Tanah Napa Proses pemurnian dan modifikasi (aktivasi) dilakukan melalui proses pencucian, proses refluks, proses ultrasonik, proses pengeringan, proses modifikasi, proses netralisasi dan proses pertukaran ion. Proses Pemurnian dilakukan dengan proses refluks,dimana material bentuk bulk dimasukkan dalam labu refluks ditambah air demin dan dipanaskan sampai mendidih selama 3 x 6 jam. Kemudian zeolit dicuci hingga air cuciannya bening dan setelah itu zeolit dikeringkan dalarn alat pengering pada suhu 105 "C. Selanjutnya material dicuci dan dikeringkan dalam alat pengering pada suhu 105 "C. Proses aktivasi dan modifikasi mineral secara kimia dalam serie 4 (empat)
kolom pemisah dengan cara mengalirkan larutan KOH 1M
.
Aktivasi dan
modifikasi secara kimia menggunakan mineral hasil pemurnia (reflux). Untuk proses aktivasi dan modifkasi digunakan larutan KOH
1 M. Kemudian
dikarakterisasi dengan XRD dan SEM, untuk mengetahui apakah material tersebut telah termodifikasi. Persiapan sampel untuk dikarakterisasi dengan XRF, material berupa serbuk ditimbang masing-masing sebesar 50 gr, kemudian dimasukkan ke dalam wadah sampel dan seterusnya dimasukkan ke dalam chamber XRF untuk divakum hingga tekanan 10-5 bar. Analisis komposisi dilakukan dengan dengan instrument
XRD (PANalytical), interval 28 10-100, Cu-katoda, K-a 1,5406 A', (40 kV, 30 mA), waktu dengan scan step 7.1400 7.1400 detik.
Analisis Kandungan Logam Dan Konsentrasi Bahan Organik Toksik
Pada masing-masing perlakuan penentuan konsentrasi logam dilakukan dengan Spektrofotometer Serapan Atom nyala (SSA, Merk Shimadzu) pada panjang gelombang yang sesuai untuk masing-masing logarn. Jumlah kation logam yang diserap oleh adsorben adalah selisih antara konsentrasi masingmasing kation sat setimbang (dalam filtrat/eluen) dengan konsentrasi kation mula-mula. (Hancock, 1996b). Jumlah logam yang terserap yang dinyatakan sebagai berat (mg) logam yang terserap per berat (g) adsorben yang digunakan. Penentapan konsentrasi bahan organik toksik dilakukan dengan instrumen spektrometer UV-Vis
Perlakuan Penelitian Pada Sistem Kontinu
Pada kolom dipecking adsorben, dengan sistim kontak berupa sistim kon~inu. Untuk masing-masing adsorben, data yang diharapkan antara lain
optimasi parameter biosorpsi seperti laju alir, ukuran partikel, ukuran packing, pH dan konsentrasi larutan logam, regenerasi dan recovery kolom dengan pelarut asam, untuk masing-masing logam, data ujicoba pada sampel limbah (sampel riel) dalam skala laboratorium dan penerapan masing-masing sistim untuk tujuan prekonsentrasi (pemekatan) logam dalam bentuk trace element dalam sampel limbah cair. Regenerasi kolom Untuk meregenerasi kolom dan mendesorpsi atau memperoleh kembali (recovery) masing-masing logam yang teradsorpsi dalam kolom, maka ke dalam kolom tersebut dilewatkan 10 mL larutan HN03 sebagai pelarut dengan variasi konsentrasi 0,05 M, 0,l M, 0,5 M. Eluen yang diperoleh ditentukan konsentrasi logamnya seperti prosedur 5.
Aplikasi pada Sample Limbah dnn Faktor Pemekatan Satu L sampel hmbah yang mengandung masing-masing kation logam dengan konsentrasi tertentu, dilewatkan melalui kolom yang dikemas dengan adsorben terimobilisasi, kemudian kolom tersebut dielusi satu kali elusi dengan 10 mL larutan asam nitrat dengan konsentrasi optimum. Eluen yang keluar ditentukan konsentrasi logamnya dengan Spektrofotometer Serapan Atom (SSA), untuk mengukur konsentrasi logam awal dan konsentrasi logam yang terdesorpsi.
Teknik Analisa Data Jumlah serapan maksimum adsorben ditentukan dengan persamaan Adsorpsi Isoterm Langmuir, yang dapat ditulis dalam bentuk persamaan linier (Ocsik, 1982), yaitu : c - l l . +-C. a amk am dimana : a adalah miligram logam yang terserap per gram biomaterial kering; k adalah konstanta keseimbangan (konstanta afinitas serapan); c adalah konsentrasi ion bebas saat seimbang (mgL); a, adalah miligram logam terserap pada keadaan jenuh (kapasitas serapan maksikmum), biasa juga ditulis dengan notasi b. Identifikasi gugus hngsi dilakukan dengan metoda spektrofotometri yang sesuai seperti FTIR, sedang penentuan konsentrasi gugus fingsi dalam adsorben dilakukan dengan metoda spektrofotometri dan metoda titrasi yang sesuai. Proses biosorpsi juga diidentifikasi dengan data SEM. Recove*)
adalah nilai yang memperlihatkan berapa bagian jumLah
mutlak unsur runut yang terdapat dalarn konsentrat, yang dinyatakan dengan :
R (%) = 5 x 1 0 0 4s
Dimana q, dan q, masing-masing jumLah unsur runut dalam konsentrat dan dalam sampel (Zolotov, 1990) Porositas merupakan perbandingan antara volume pori total dengan volume total sampel. Volume pori dapat diketahui dengan metoda saturasi air. Pada metoda ini, sampel ditimbang dengan berat kering (Wd), kemudian direndam di dalam air hingga seluruh pori dalam sampel terisi air. Sampel 23
kemudian ditimbang kembali, disebut berat basah (Ww). Porositas dapat dihitung dengan persamaan Porositas =
WW-Wd iampel
x 100%
BAB V
HASIL DAN PEMBAHASAN A. Lokasi Pengambilan Sampel
Diakses melalui h ~ t p s : ~ i ~ n a p s . ~ o o ~ . c o m / ~ ~ ~ a p ~ ~ Ipada l~lidtab=Tl. tanggal 10 November 2013.
Gambar 5.1 Peta daerah pengambilan sampel tanah napa
Sampel tanah napa diambil dari beberapa lokasi di Sumatera Barat yaitu Kabupaten Tanah Datar, Kabupaten Solok, Kabupaten 50 Kota dan Kabupaten Pesisir Selatan. Pernilihan daerah tersebut didasarkan atas informasi dari masyarakat yang mengetahui sejenis mineral (tanahlbatu) tertentu yang sering mereka gunakan sebagai obat sakit perut, yang mereka sebut sebagai "tanah napa". Foto lokasi pengambilan sampel seperti terlihat pada Lampiran 1-3.
B. Hasil Karakterisas Sampel dari Setiap Lokasi
1. Tampilan Fisik Setiap Sampel
Sarnpel tanah napa vang diambil dari beberapa lokasi di Sumatera Barat, secara fisik seperti terlihat pada Gambar 5.2 (a - d) dapat dibandingkan dengan zeolit alarn dan kaolin yang berasal dari Iran (Garnbar 5.2 e-g). Secara fisik, kaolin, munglun benvama putih atau krem, kuning
I \
(a)
(b)
F -
7
--'
t
P
t-
*
-;
7
A -
--
(4)
Cc
f--I
I
1
fly
Y
-F. r- 1
*
x.
w
(t 1
-
a:-
,,, .--(,,z7 t
,
-1
(e) Zeolltes (sumber. www a n s v e r s corn) ( f ) dan ( 8 ) Iran Kaolzn ( K a o h n ~ t e )or Aluminum S i l ~ c a t e Hydroxide
S u m b e r Chemical M m e World CO,http /Jbxz-chemzc~*lc o ~ a 0 1 1 htm). n D ~ a k s e s6 Desember 2013
Gambar 5.2. Mineral aluminasilika Sumatera Barat dan Zeolit dan Kaolin sebagai pembanding
2. Hasil XRF
Hasil karakterisasi berupa komposisi tanah napa yang berasal dari masingmasing lokasi di Sumatera Barat dengan instrument EDXRF (Merk: PAN alytical, Type: Epsilon 3) seperti terlihat dalam Tabel 5.1 (A-E).
Tabel 5.1 Komposisi Tanah Napa yang berasal dari beberapa lokasi di Sumatem Bamf (A-E) dibandiiigkan deiigan Kompssisi Mifieml Aluminasilika lain (F-H)
Ket: A = mineral berasal dari Kec. Situjuh Kab. 50 Kota B = mineral berasal dari Kec. Sarilamalc Kab. 50 Kot C = mineral berasal dari Kec. Lintau Kab. Tanah Datar D = mineral berasal dari Kec. X Koto Kab. Solok E = mineral berasal dari Kec. Batang Kapeh Kab. Pesisir Selatan F = Natural Zeolite Clinoptilolite produksi Gravis Mining Co,(20 12) . G = Produk komersial Kaolin dari Selandia baru (Saklar, 2012) H = Produk komersial Kaolin dari Turki (Saklar, 20 12) I = Zeolit alam (Clinoptilolite) dari Pergunungan Albon, Iran (Masouri et al, 20 13) Data yang diperoleh memperlihatkan bahwa Si02, AlzO3, K20, Fez03 dan CaO merupakan komponen utama. Juga terlihat bahwa mineral tanah napa
mengandung komponen penukar kation, yaitu K dan Ca. Berdasarkan data yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa mineral tanah napa yang berasal dari Sumatera Barat adalah kelompok mineral aluminosilika dengan perbanding Si02/A1203 berkisar antara 1.25-3.43. Pada Tabel 5. 1 (F-l) juga ditarnpilkan komposisi beberapa mineral aluminasilikat yang berasal dari beberapa sumber sebagai pembanding.
3. Hasil XRD
Pengukuran XRD masing-masing tanah napa yang berasal dari lokasi Kabupaten Tanah Datar, Kabupaten Solok, Kabupaten 50 Kota dan Kabupaten Pesisir Selatan menghasilkan pola difraktogram seperti terlihat pada Gambar 5.2 (a-e). Analisis dilakukan terhadap sampel berupa serbuk, dilakukan dengan instrument XRD (PANalytical), interval 20 10-100, Cu-katoda, K-a 1,5406 A', (40 kV, 30 mA). Analisis pola difraktogram yang dihasilkan sampel tanah napa (Gambar 5.2 a-e) yang berasal dari
(a) Kecamatan Situjuh dan (b) Kec. Sarilamak (B)
Kabupaten 50 Kota, (c) Kabupaten Tanah Datar, (d) Kabupaten Solok dan (e) Kabupaten Pesisir Selatan memperlihatkan beberapa puncak 2 Th. (O), seperti terangkum dalam Tabel 5.2. Berdasarkan pola data difraktogram yang diperoleh, salah satu kandungan mineral yang terpenting adalah kaolinite. Kaolin banyak digunakan untuk berbagai macam aplikasi dalam industry berdasarkan sifat fisika dan sifat kimianya. Pemanfaatan kaolin sebagian besar untuk industria kertas (45%), refraktori dan keramik (31%), fiberglas (6%), semen (6%), karet dan plastik (5%), cat (3%) dan lain sebagainya (45%) (Murray, 2002). 28
Tabel 5.2. Rangkuman pola difraktogram XRD yang dihasilkan sampel Tanah napa dari beberapa daerah di Sumatera Barat Puncah
["t Th.1
A
B
C
D
E
Intensitas
Mineral
Keterangan
["/.I
20.8463
18.44
Quartz
26.6232
100.00
50.1087
11.09
Kaolinite-1A, Quartz, Alumina-P Quartz
20.8187
18.51
Quartz
265958
100.00
Kaolinite-1A, Quartz,
50.0770
18.82
Quartz
12.3386
20.13
Kaolinite-1A
20.8157
20.63
Cristobalite
2 1.9676
14.54
Kaolinite-1A
23.6660
12.19
Kaolinite-l A
26.595 1
100.00
Kaolinite- 1A, Quartz,
27.96 18
68.48
Cristobalite
12.3427
23.23
Kaolinite-l A
24.8890
25.97
Kaolinite-1A
26.63 13
96.07
Kaolinite-IA, Quartz,
33.23 13
64.65
Hematite, Alumina
35.6178
100.00
Kaolinite-IA, Alumina
49.478 1
29.78
12,3373
Kaolinite- l A
18.2790
Magnetite
Hematite,
20.2930
100.00
2 1.2207
66.38
24.8663
82.35
35.9422
42.72
Kaolinite-1A, Alumina
38.4259
49.95
Kaolinite-lA, Quartz, Alumina-P
Kaolinite-1A
Gambar 5.2 Pola difrakogram XRD dari tanah napa yang berasal dari (a) dan (b) Kab. 50 Kota, (c) Kab. Tanah Datar, (d) Kab. Solok, (e) Kab. Pesisir Selatan
Untuk memperbaiki sifat kaolin, berbagai metode aktivasi telah dilakukan para peneliti misalnya melalui metode aktivasi asam, aktivasi basa dan metode aktivasi termal melalui proses kalsinasi (Belver et. al., 2002).
4. Hasil FTlR
Spektrum FTIR dari masing-masing tanah napa yang berasal dari lokasi Kabupaten Tanah Datar, Kabupaten Solok, Kabupaten 50 Kota dan Kabupaten Pesisir Selatan menghasilkan pola spektrum seperti terlihat pada Gambar 5.3 (ae). Berdasarkan data spektrum FTIR sampel tanah napa (Gambar 5.3 a-e) yang berasal dari (a) Kecamatan Situjuh dan (b) Kec. Sarilamak (B) Kabupaten 50 Kota, (c) Kabupaten Tanah Datar, (d) Kabupaten Solok dan (e) Kabupaten Pesisir Selatan dapat diperkirakan gugus-gugus fungsi yang terdapat dalam mineral tanah napa dengan menginterpretasi data bilangan gelombang, sebagai mana terangkum pada Tabel 5.4. Secara umum terlihat bahwa serapan pada bilangan gelo'mbang 32003600 karakteristik untuk serapan octahedral 0 - H regangan dari H20 yang diperkuat dengan serapan pada bilangan gelombang (u) 1636.3 yang merupakan serapan dformasi dari H 2 0 (0-H tekuk). Serapan pada bilangan gelombang (u) 2165.09 merepresentasikan adanya gugus C-H , karena daerah ini merupakan fibrasi ulur C-H. Gugus C-H ini diduga berasal dari pengotor senyawa organik yang terperangkap dalam kerangka mineral. Serapan pada bilangan gelombang (u) 1 100-700 merupakan Finger Print dari mineral aluminasilikat
seperti zeolit yang merepresentasikan regangan
asimetrik eksternal T-T-0, regangan 0-T-0 dan regangan T-0-T dalam tetrahedral (T=Si dadatau Al). Pola spektrum yang diperoleh mempunyai kemiripan dengan spektra zeolit yang dilaporkan oleh Peter et. al (20 1 1). Tabel 5.4. Daerah Serapan Infiamerah Khas Beberapa gugus Fungsi Bilangan Gelombang (cm-') (Rentang) 3200-3600 203 7 1889.05 A
1100-700 693.59 2264.83 2026.56 B
1100-700
2038.22 1889.65
C
1100-700 693.69 3690.16 2165.09 1636.3
Interpretasi spektrum Stretching 0-H Bending 0-H Finger Print Zeolit Stretching internal T-0 dalam tetrahedral (T = Si dadatau Al) Stretching (strong) T-T-0 Stretching gugus 0-T-0 Stretching T-0-T Stretching Ti02 Stretching internal T-0 in tetrahedral (T = Si dadatau Al) Stretching (strong) T-T-0 Stretching gugus 0-T-0 Stretching T-0-T Stretching Ti02 Stretching internal T-0 in tetrahedral (T = Si danlatau AI) Stretching (strong) T-T-0 . Stretching gugus 0-T-0 Stretching T-0-T Stretching 0-H air StretchingTi02 Bending 0-H
1100-700 693,60
Stretching internal T-0 in tetrahedral (T = Si danlatau Al) Stretching (strong) T-T-0 Stretching gugus 0-T-0 Stretching T-0-T
3690.7 2035.28 1920.48
Stretching Ti02
D
E 1100-700
Stretching internal T-0 in tetrahedral (T = Si dadatau Al) Stretching (strong) T-T-0 Stretching gugus 0-T-0 Stretching T-0-T
P
b'i--LJI. 7 ~ 11 --
- -.-.
-
-
ICI~^-.I--r--..-.
{
p,.<---.--.-
,L,
8
:.
'I
k
-_ _-.-. ___.
-
--*
P'
h!
I
-
....q^-r.--.-.-
n
'i
---I--.--.-. I,
= -- -7<------ - --.-.= - --
Lr
-'
=*,------=---
'---a%
----
3
----------,
% -----4, -k-
''I
m
C
11
'\ 1
-L-
L
rM
. I
--~n~-----.
-- -
----.-.*
-- -
A
Q
!WWT
-
.'-.-
-
.--.C-'"."lw.'---.
I .
I...
-- -
-
Gambar 5.3. Spektra FTIR sarnpel tanah napa yang berasal dari (a) dan (b) W. 50 Kota, (c) Kab. Tanah Datar, (d) Kab.Solok, (e) Kab. Pesisir Selatan
5. Hasil SEM
Data berupa gambar SEM berguna untuk menentukan morfologi dari permukaan yang terbentuk dan memperkirakan ukurannya. Morfologi permukaan mineral tanah napa yang tergambar diperoleh dari pencitraan minera alami, yang belum dilakukan pemurnian. Secara umum, dengan perbesaran 15000 kali, sudah terlihat pola butiran-butiran kristal, yang merepresentasikan mineral-mineral aluminasilikat.
Gambar 5.2 Gambar Scanning Electron Microscope (SEM) Sampel tanah napa yang berasal dari dan (b) Kab. 50 Kota, (c) Kab. Tanah Datar, (d) Kab. Solok, (e) Kab. Pesisir Selatan 34
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan diperkirakan mineral tanah napa, cukup melimpah di daerah Kabupaten Tanah Datar, Kota Solok, Kabupaten Solok, Kabupaten Solok Selatan dan Kabupaten Pesisir Selatan dan Sumatera Barat umumnya, adalah kelompok mineral aluminasilikat, terutama berupa mineral kaolinit. Disamping itu data awal juga mendukung bahwa pada sebagian lokasi ditemukan mineral, alumina, zeolit dan kuana.
BAB VI RENCANA TARQ BElUKUTNYA Pekerjaan tahun kedua yang akan dilakukan adalah karakterisasi dengan Analisis Termal
(TGA/DTA),
pemurnian tanah
napa
sebagai mineral
aluminasilikat, melakukan kalsinasi dan aktivasi mineral. Proses pemurnian dan modifikasi (aktivasi) dilakukan melalui proses pencucian, proses refluks, proses ultrasonik, proses pengeringan, proses modifikasi, proses netralisasi dan proses pertukaran ion. Proses pemumian dilakukan dengan proses refluks,dimana material bentuk bulk dimasukkan dalam labu refluks ditambah air demin dan dipanaskan sampai mendidih selama 3 x 6 jam. Kemudian zeolit dicuci hingga air cuciamya bening dan setelah itu zeolit dikeringkan dalam alat pengering pada suhu 105 "C. Selanjutnya material dicuci dan dikeringkan dalam alat pengering pada suhu 105 "C. Karakterisasi zeolit murni dengan XRF, XRD, SEM, FTIR, dan TGAIDTA kembali akan dilakukan untuk melihat perubahan s i h t fisika dan kimia mineral. Pada tahun kedua, secara umum, juga akan dipelajari karakterisasi unjuk k e j a pemanfaatan (penerapan) mineral tanah napa sebagai adsorben untuk memisahkan ion-ion logam berat dan senyawa organik beracun dalam larutan larutan simulasi dan diujicobakan ke sampel riil, berupa lirnbah cair laboratorium. Secara utuh pekerjaan selama 4 tahun seperti pada Lampiran 1
BAB VII KESIMPULAN DAN SARAN a. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan diperkirakan mineral tanah napa,
cukup melimpah di daerah Kabupaten Tanah Datar,
Kota Solok, Kabupaten Solok, Kabupaten Solok Selatan dan Kabupaten Pesisir Selatan dan Sumatera Barat umumnya, adalah kelompok mineral aluminasilikat, terutama berupa mineral kaolin. Disamping itu data awal juga mendukung bahwa pada sebagian lokasi ditemukan mineral zeolit alam. b. Saran
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut menyangkut proses pemurnian dan kalsinasi untuk memperoleh dukungan data, sehingga karakteristik mineral yang diperoleh akan lebih mendukung spesifikasi mineral tanah napa Surnatera Barat. Disamping itu perlu dilakukan modifikasi (aktivasi) untuk melihat unjuk kerja mineral tanah napa sebagai adsorben dan mempelajari karakter pertukaran ionnya.
DAFTAR PUSTAKA
Adamson, A. W. 1990. Physical Chemistry of Surface. Fifth edition. New York : John Wiley and Sons, tnc. Bardakci. B., Bahceli. S., 2010, FTIR Study of Modification of Transition Metal on Zeolites for Adsorption, Indian Journal of Pure & Applied Physics. Vol. 48, September 2010, pp. 615-620. Bogdanov. B, Georgiev. D, Angelova. K, Hristov. Y, 2009, Synthetic Zeolites and Their Industrial and Enviromental Aplications: A Review, International Science Conference. 4Lh- sLhJune 2009. Botto L.L and Canafogli% M.E., 2004, Environmentiil Applicatiori of Natural Microporous Aluminosilicates: NOx Reduction by Propane Over Modified Clinoptilolite Zeolite, The Journal of the Argentine Society, VOI92 No. 113: 139-153 Chiban. M, Zerbet. M, Carja. G, Sinan. F, 2012, Application of Low-Cost Adsorbents for Arsenic Removal: A Review, Journal of Enviromental Chemistry and Ecotoxicology. Vol. 4 (5), pp. 9 1- 102. Crist, R.H., Oberhorsel,K.dan McGarrity,J., 1992, Interaction of Metals and Protons with Algae.3. Marine Algae, with Emphasis on Lead and Aliirninium, Eiiiiimii. Sci Techiiol, 26: 496-502. Dizadji. N., Vossoughi. S.S.S., Dehpouri. S., 2012, Experimental Investigation of Adsorption of Heavy Metals (Copper (IT)) from Industrial Wastewater With Synthetic Zeolite (4A), Chemical Engineering Transactions (CEt),Vol. 29,2012. Fasaei. R.G., Haghighi. M.G., Mousavi. S.M., and Dehghan-M., 2012, Sorption Characteristics of Heavy Metals Onto Natural Zeolite of Clinoptilolite Type, International Research Journal of Applied and Basic Science. Vol. 3(10): 2079-2084. Feng. Y, Gong. J-L, Zeng. G-M, Niu Q-Y, Zhang H-Y, Niu C-G, Deng J-H, Yan. M., 2010, Adsorption of C d Q and Zn(1I) from Aqueous Solutions Using Magnetic Hydroxyapatite Nanoparticles as Adsorbents, Chemical Erigi~eringJouiiihl. 162 (20 10) 487-494. Georgiev. D, Bogdanov. B, Markovska. I, Hristov. Y, 2012, The Removal of Cu (IT) Ions from Aqueous Solutions on Synthetic Zeolie NaA, World Academy of Science, Engineering and Technology. 59-20 1 2. Ginting. A.B, Anggraini. D, Indaryati. S., Kriswarini. R., 2007, Karakterisasi Komposisi Kimia, Luas Pennukaan Pori, dan Sifat Termal dari Zeolit Bayah, Tasilcmalaya, dm Lampung, J. Tek. Bhri. Nukl. Vo1. 3, No. 1, Januari 2007: 1-48. Grassi.M., Kaykioglu. G., Belgiorno. V., and Lofrano. G., 2012, Removal of Emerging Contaminants fiom Water and Wastewater by Adsorption Process, SpringerBriefi in Green Chemistryfor Sustainability. Hani. H.A, El-Sayed. M.M.H, Mostofa. A.A., El-Defrawy. N.M, Sorour. M.H., 2012, Removal of Ci (111) in Batch and Pilot Scale Dynamic Systems Using Zeolite NaA Prepared !?om Egyptian Kaolin, International Journal of Chemical and Enviromental Engineering. Vol. 3, No. 3.
Ismail. M.H.S., Zhang. X.T, Adnan. S.N, 2012, Application of Clinotptilolite in Removal of Nickel (11) in Plating Wastewater, World Applied Scfertce Journal. IDOSI Publication. 18 (5); 659-664,20 12. Jassim. A.N., Ali. D.F., Shamoon. I.H, Abood. W.M., Abbas. F.S., Yassin. A.T., 2012, Pb(I1) Adsorption from Aqueous Solution Onto Activated Zeolite 5A, Advances in Enviromental Biology, 6(3): 1245-1252,20 12. Kusumastuti. E., 2012, Pemanfaatan Abu Vulkanik Gunung Merapi sebagai Geopolimer (Suatu Polimer Anorganik Aluminosilikat), J i i m l MIPA. 35 (1) (2012) Mansouri, N., Rikhtegar, N., Panahi, H.A., Atabi, F., and Shahraki, B. K., 2013, Porosity Characterization and Structural Properties of Natural ZeoliteClinoptilolite-as Sorbent, Environment Proection Engineering, Vol 39 139-152 Mawardi, Sihaloho, R. 20 12. Peilgawh Peilgjpmtril Siimber Silikz Alimtfil~~ Terhadap Karakeristik Semen Yang DihasiIkan. Laporan Penelitian. Padang: UNP. Mawardi, Desy K, 2012. Karakeristik Tanah Napa Kabupaten Solok Sebagai Adsorben Logam Krom Dalarn Limbah Cair, Laporan Penelitian, Perpustakaan UNP. Mostafa. A.A, Youssef. H.F, 201 1, Utilization of Egyptian Kaolin for Zeolite-A Prepation and Performance Evalution, IPCBEE. Vol. 6 (201 1). Ocsik J & Cooper IL. (1994). Adsorption. Ellis Horwood Publisher, Ltd. Chichester. Omisanya, N.O., Folayan, C. 0, Aku, S. Y andAdefila, S.S., 2012, Synthesis and characterization of zeolite a for adsorption refrigeration application, Advances in Applied Science Research, 3(6) pp. 3746-374 Pearson RG. (1963). "Hard and soft acids and bases". Journal of American Chemical Society. Vol. 85. No. 22,3533-3539. Peter, A., Nicula, C., Mihaly C, A., Mihaly C, L., Indrea, E., Danciu, V., Tutu, H. and Nsimba, E.B., (201 l), Efficiency of amendments based on zeolite and bentonite in reducing the accumulation of heavy metals in tomato organs (Lycogeiiciiim esciileatum) grpwn in polluted soils, African Journal of AgriculturaI Research, Vol6(2 1 ) pp. 50 10-5023 Ramelow, U. J., Neil Guidry, C. and Fisk, S. D., 1996, A Kinetics Study og Metal Ion Binding by Biomass Immobilized in Polymers, Journal of Hazardous Materials, 46,37-55. Gravis Mining Corproration, 2012, Natural Zeolit "Clinoptilolite", http://~~~.zeoliteproducer.com/zeolite.html Rosales.E, Pazos. M, Sanroman. M.A, Tavares. T, 2012, Application of ZsolitArthobacter Viscosus System for the Removal of Heavy Metal and Dye: Chromium and Azure B, Desalination. J, 284 (2012)150-156. Saklar. S, Agrili. H, Zimitoglu, 0, Basara. B., and Kaan, U, 2012, The Characterization Studies of The Northwest Anatalian HalloysitesIKaolintes, Mineral Res Exp., Bull., 145,48-6 1 Supardi, 20 10, Preparasi dun Modifkasi Zeolite Alum Sebagai Penyaring Limbah Cair Industri. Laporan Akhir (Final Report). PTBM-BATAN.
Sunardi, trawati, U. dan Wianto, T. 201 1, Karakterisasi Kaolin Lokal Kalimantan Selatan Hasil Kalsinasi, Jurnal Fisika FLUX, Vol. 8 No.1, Pebruari 201 1 (59 - 65)
Taenzana. B, 201 1, Adsorption of Cadnium, Nickel, and Lead on Modified Natural Zeolite, A Research Rreport, University of the Witwatresrand. Tekmira, Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara, 2013, Pemanfaatan Mineral Al-Silikat Unfuk Bahan Katalis Hydrocarbon Cracking Minyak Bumi, Kementerian ESDM, Badan Litbang ESDM Treacy,M.M.J, and Higgins, J.B, 200 1, Collection of Simulated XRD Powder Patterns for Zeolites, Fourth Revised Edition, Elsevier: Amsterdam : Utubira, Y, Wijaya,K, Triyono, and Eko Sugiharto, 2006, Preparation And Characterization Of TiorZeolit And Its Application To Degrade Textille WastewaterBy Photocatalytic Method, Indo. J. Chem, 6 (3) 23 1-237 Weitkarnp, J, 2000, Zeolite and Catalysis, Solid State lonics, 131 175-188 Wustoni. S., Mukti. R.R., Wahyudi. A., Ismunandar, 2011, Sintesis Zeolit Mordenit dengan Batuan Benih Mineral Alam Indonesia, Jurnal Matematika & Sains, Vol. 16, No. 3. Yuxian. Wang, 201 1, Adsorption of Analcime and ZSM-5 on Metals, Thesis, Central Ostrobothnia University of Applied Science, Degree Programme in Chemistry and Technology. Zheng. H, Han. L, Hongwen. M, Zheng. Y, Zhang. H, Liu. D, and Liang. S, 2008, Adsorption Characteristics of Ammonium Ion by Zeolite 13X, Journal of Hazardous Material. 158 (2008) 577-584. Zolotov, Y.A and Kuz'min. 1990. "Precontentration of Trace Elements". Elseiver. New York.
Lampiran 2. Foto Lokasi Pengambilan sampel
