eceng gondok pkm-Gt

I. PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Eceng gondok (Eichhornia crassipes (Mart.) Solm.) masuk ke Indonesia dari Brazilia. Tumbuhan ini mempunyai tinggi 0,3-0,5 m, terapung jika tumbuh di perairan dalam, sedangkan di perairan dangkal akarnya tumbuh di permukaan tanah. Eceng gondok memperbanyak diri secara vegetatif, membentuk kelompok mengapung di atas air. Perkembangannya sangat cepat dan "rakus" minum air. Eceng gondok mampu menyusutkan air waduk Saguling antara 3 sampai 4 kali lebih cepat dibanding jika tidak ada eceng gondoknya. Dari sifat inilah eceng gondok cepat menutupi daerah-daerah perairan air tawar, dan menjadi gulma yang sangat sulit dimusnahkan, menutupi seluruh permukaan air sehingga sinar matahari tidak bisa masuk ke dalam air, dan juga menyumbat saluran-saluran air. Eceng gondok berkembangbiak dengan sangat cepat, baik secara vegetatif maupun generatif. Perkembangbiakan dengan cara vegetatif dapat melipat ganda dua kali dalam waktu 7-10 hari. Hasil penelitian Badan Pengendalian Dampak Lingkungan Sumatera Utara di Danau Toba (2003) melaporkan bahwa satu batang eceng gondok dalam waktu 52 hari mampu berkembang seluas 1 m2, atau dalam waktu 1 tahun mampu menutup area seluas 7 m². Heyne (1987) menyatakan bahwa dalam waktu 6 bulan pertumbuhan eceng gondok pada areal 1 ha dapat mencapai bobot basah sebesar 125 ton.

Danau Toba yang mempunyai panjang 100 Km dan lebar 30 Km, maka apabila pertumbhan eceng gondok tidak di atasi dengan cepat maka akan mengakibatkan seperampat dari danau toba akan tertutupi oleh eceng gondok.

Danau Toba yang di kelilingi oleh 6 kabupaten di Sumatera Utara yaitu, Kabupaten Samosir, Karo, Simalungun,Dairi, Toba Samosir, dan Kabupaten Tapanuli Utara. Yang memiliki jumlah penduduk rata-rata ± 200 ribu jiwa, dimana penduduknya bermata pencaharian sebagian besar petani dan nelayan yang berpenghasilan rendah, ke-6 kabupaten di sekitar danau toba ini banyak di tumbuhi eceng gondok. Sehingga sangat berpotensi dikembangkan sebagai tempat pengolahan eceng gondok sebagai kertas seni. Yang akan meningkatkan pendapatan perkapita penduduk, dan mengatasi masalah pengangguran.

Perkembangbiakannya yang demikian cepat menyebabkan tanaman eceng gondok telah berubah menjadi tanaman gulma di beberapa wilayah perairan di Indonesia. Di kawasan perairan danau toba , eceng gondok tumbuh pada bibir-bibir pantai sampai sejauh 5-20 m. Perkembangbiakan ini juga dipicu oleh peningkatan kesuburan di wilayah perairan danau (eutrofikasi), sebagai akibat dari erosi dan sedimentasi lahan, berbagai aktivitas masyarakat (mandi, cuci, kakus/MCK), budidaya perikanan (keramba jaring apung), limbah transportasi air, dan limbah pertanian.

Dari kandungan selulosa yang terkandung dalam eceng gondok, yang mencapai 18.2 % dari total berat kering, memungkinkan eceng gondok sebagai bahan baku yang potensial untuk pembuatan karton kasar, yang dapat dilakukan dengan teknologi sederhana berskala kecil dan karton ini dapat dipakai sebagai kertas pembungkus yang murah. Di samping itu, dengan kandungan selulosa tersebut, tumbuhan ini dapat digunakan untuk bahan kerajinan seperti tas, alas piring, sandal, tikar dan sebagainya seperti sudah dilakukan di Tegal, Jawa Tengah.

Salah satu upaya yang cukup prospektif untuk menanggulangi gulma eceng gondok di kawasan perairan danau adalah dengan memanfaatkan tanaman eceng gondok untuk kerajinan kertas seni. Eceng gondok dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku kertas karena mengandung serat/selulosa (Joedodibroto, 1983). Pulp eceng gondok yang dihasilkan berwarna coklat namun dapat diputihkan dengan proses pemutihan (bleaching). Pulp juga dapat menyerap zat pewarna yang diberikan dengan cukup baik, sehingga berbagai variasi warna kertas dapat dihasilkan melalui proses ini. Kertas seni yang dihasilkan selanjutnya dapat digunakan untuk pembuatan berbagai barang kerajinan seperti kartu undangan, figura, tempat tissue dan perhiasan.

2. Tujuan

Pertama, upaya tersebut merupakan alternatif yang sangat baik untuk mengontrol pertumbuhan gulma eceng gondok di kawasan perairan Danau. Apabila industri kerajinan eceng gondok tersebut berkembang, maka masyarakat pengrajin akan memanen gulma tersebut dari kawasan perairan danau sebagai sumber bahan bakunya.

Kedua, pengembangan industri kerajinan tersebut juga akan menyediakan lapangan pekerjaan baru bagi masyarakat sekitar sehingga akan meningkatkan kesejahteraan hidup mereka.

Ketiga, berkembangnya industri kerajinan di kawasan wisata Danau Toba akan memperkaya khasanah budaya masyarakat setempat dengan penyediaan berbagai cenderamata yang berdampak positif terhadap pengembangan sektor wisata di wilayah tersebut.

3. Manfaat

Di perkotaan bisnis ini banyak dilakukan oleh kaum muda, mahasiswa, dan kelompok pengrajin lainnya. Bisnis kertas seni berbahan eceng gondok dan kertas bekas ini sebenarnya suatu inovasi menggabungkan dua kepentingan. Di satu sisi produk berbahan eceng gondok ini menghasilkan kertas dengan nilai seni yang relatif lebih indah dan di sisi lain adalah upaya pengendalian gulma eceng gondok di perairan Danau Toba. Kata kunci dari bisnis ini adalah punya kemauan besar, kreatif, dan ingin maju.

Eceng gondok jika diolah dapat digunakan sebagai bahan baku pupuk, mulsa, media semai, pakan ternak, dan pulp/kertas. Di Jawa Tengah dan di Balige sendiri sudah dikembangkan sebagai bahan baku anyaman. Peluang bisnis ini relative lebih potensial jika dikembangkan di perkotaan. Merupakan suatu tantangan berbagai stakeholder untuk mencarikan sasaran target-target pemasarannya (Muladi, 2001).

Dalam rangka mendukung kelestarian danau toba dan meningkatkan pendapatan masyarakat sekitarnya, Balai Penelitian dan Pengembangan Kehutanan Sumatera telah melaksanakan kegiatan workshop pemanfaatan eceng gondok sebagaibahan baku kertas seni. Kegiatan ini dilaksanakan bekerjasama dengan Pemda Kabupaten Tobasa pada tahun 2004. Dari kegiatan ini telah terbentuk kelompok kelompok pengrajin pemanfaatan eceng gondok di sekitar Danau Toba.

II. GAGASAN

A. PELUANG PENGEMBANGAN KARYA SENI DARI ECENG GONDOK

a.1. Eceng Gondok sebagai Bahan Baku Utama Masih Melimpah

Secara fisiologis, tumbuhan eceng gondok ini berkembang sangat cepat. Perkembangan dengan vegetatif sangat cepat yakni dapat melipat ganda dua kali dalam 7-10 hari. Eceng gondok pada pertumbuhan 6 bulan dapat mencapai 125 ton/ha dan dalam 1 ha diperkirakan dapat tumbuh sebanyak 500 kg/hari (Heyne, 1987). Memang hal ini terbukti, walupun tumbuhan ini sering dibersihkan dari danau, keberadaannya terus-menerus masih melimpah. Sebagai contoh, tumbuhan ini yang sangat subur tumbuh di belakang Kantor Dinas Kehutanan dan Pertanian Tobasa.

Ketersediaan bahan baku mutlak diperlukan dalam mengembangkan suatu bidang usaha. Dari segi bahan baku, dirasakan masih akan terus melimpah sampai waktu yang masih lama. Jadi belum dirasakan masalah akan pengadaan bahan baku eceng gondok ini. Untuk meningkatkan penampilan produk kertas seni yang dihasilkan perlu dicampur dengan kertas bekas. Sumber bahan limbah ini pun akan terus menerus tersedia semisal dari kantor-kantor, koran bekas, dan sebagainya.

a.2. Sumberdaya Manusia

Salah satu permasalahan bangsa ini yang belum tuntas adalah masalah kurangnya ketersediaan lapangan pekerjaan. Karena usaha ini merupakan teknologi sederhana, dengan kemauan dan semangat, siapa pun dapat melakukannya. Di Kawasan Danau Toba masih memiliki banyak tenaga usia produktif yang belum mendapatkan kesempatan kerja. Potensi tenaga usia produktif ini menjadi salah satu modal pengembangan usaha ini.

a.3. Danau Toba sebagai Daerah Tujuan Wisata

Salah satu kelengkapan Obyek Tujuan Wisata (OTW) adalah tersedianya berbagai souvenir terutama dengan nuansa etnik. Potensi wisata ini dapat dimanfaatkan sebagai sasaran pemasaran dari produk kertas seni berbahan eceng gondok. Produk etnik dimaksud adalah produk-produk kerajinan dengan memasukkan unsur budaya Batak Toba seperti bentuk tulisan batak, gambar, relief, dan lain-lain.

B. TEKNOLOGI PENGOLAHAN ECENG GONDOK SEBAGAI KERTAS SENI

Teknologi pengolahan eceng gondok sebagai bahan baku kertas seni sangat sederhana. Untuk meningkatkan mutu kertas yang diproduksi, kertas eceng gondok dicampur dengan pulp kertas bekas. Prosedur pembuatan kertas daur ulang campuran eceng gondok dan kertas bekas ditunjukkan pada Gambar 1.

b.1. Penyediaan Bahan Baku

Bahan baku eceng gondok diambil dari pinggiran Danau Toba. Bagian tumbuhan ini yang diambil adalah bagian batangnya saja, dengan asumsi di bagian batang inilah terdapat paling tinggi seratnya. Bagian pangkal dan daun sebenarnya dapat juga digunakan, akan tetapi dapat menimbulkan sedikit kesulitan dalam proses penggilingannya. Bagian daun relatif lebih susah digiling/di-blender.

Gambar 1. Proses pembuatan kertas eceng gondok

b.2. Proses Pulping Eceng Gondok

Eceng gondok yang sudah dalam keadaan kering udara dimasak dalam tong pemasak dengan perbandingan 1 kg eceng gondok : 4 lt air : 10 gr NaOH. Pemberian NaOH dimaksudkan untuk mempercepat proses pemisahan serat. Proses pulping/pemasakan dilakukan pada suhu air mendidih selama 3 jam. Pada masa 3 jam ini berakhir, akan didapat eceng gondok dalam bentuk bubur yang menyatu dengan air. Untuk menghilangkan NaOH ini dilakukan pencucian sampai bersih, agar tidak meninggalkan bau dari larutan pemasaknya. Sisa larutan pemasak dapat digunakan kembali dalam proses pemasakan berikutnya.

b.3. Proses Penggilingan Kertas Bekas

Proses penggilingan kertas bekas yang sudah direndam, dilakukan terpisah dengan proses penggilingan eceng gondok. Pada saat penggilingan kertas bekas, ditambahkan perekat PVAc kurang lebih 5% dari berat kertas. Proses penggilingan juga masih dilakukan pada pulp eceng gondok, mengingat pada proses pulping tidak dapat menghasilkan serat-serat lebih halus dan seragam. Dari segi teknis produksi, kertas koran bekas lebih mudah digiling, akan tetapi lebih susah dalam pewarnaan. Waktu pencetakan lembaran lebih lama karena pengaruh serat-serat pendek dari kertas koran yang menyulitkan air keluar. Kertas bekas berwarna putih seperti HVS lebih susah digiling akan tetapi lebih mudah dalam pewarnaan dan proses pencetakan lembaran.

b.4. Pencetakan Lembaran

Proses pencetakan lembaran dimulai dengan melakukan pengenceran pulp kertas bekas dan pulp eceng gondok. Persentase dari campuran pada intinya dapat dilakukan pada tingkat yang berbeda-beda tergantung hasil kertas yang kita inginkan. Untuk lebih menonjolkan serat dari eceng gondok, dibuat persentase eceng gondoknya lebih besar. Pewarnaan dapat dilakukan sebelum proses pengenceran dan diupayakan dikondisikan beberapa jam agar warna yang diberikan dapat diserap dengan baik oleh pulp. Pengenceran adonan campuran pulp ini perlu dilakukan agar dapat diproduksi kertas yang tipis.

b.5. Pengeringan Kertas

Dengan menggunakan screen, kertas dicetak dan dipres pada selembar kain yang ditempatkan pada bidang yang kaku. Proses pengeringan dilakukan dengan memanfaatkan sinar matahari. Dalam keadaan matahari terik, selama 1 jam kertas sudah dalam kondisi kering. Apabila kondisi mendung, dapat juga dilakukan pengeringan dalam ruangan dengan jalan diangin-anginkan, walaupun kelihatannya kualitas kertas di bawah sinar matahari lebih bagus. Untuk skala yang lebih besar perlu dipikirkan untuk membuat alat pengering misalnya dengan membuat ruang pengering dari plat/kaca atau dengan mengkombinasikan dengan tungku pembakaran.

b.6. Kualitas Kertas

Pemanfaatan kertas seni umumnya sebagai kertas seni, sehingga penilaian kualitas kertas didasarkan pada keindahan relatif dari kertas. Berbeda dengan penilaian kualitas kertas sebenarnya yang menilai kualitas dari kekuatan tarik, kekuatan sobek, gramatur, dan lain-lain. Kertas seni dengan campuran eceng gondok memiliki penampilan yang lebih indah karena menampilkan serat-serat yang muncul di permukaan kertas. Berbeda dengan kertas tanpa campuran eceng gondok, kurang memiliki nilai artistik yang tidak jauh beda dengan kertas-kertas biasa.

C. STRATEGI PENGEMBANGAN KERAJINAN KERTAS SENI

c.1. Pembentukan Kelompok-Kelompok Pengrajin

Langkah pertama yang perlu dilakukan adalah dengan membentuk kelompok kelompok pengrajin di sekitar Danau Toba seperti Pangururan, Tomok, Parapat, simanindo, dan sebagainya. Sasaran SDM yang dibutuhkan adalah kawula muda yang dianggap lebih kreatif dan inovatif. Kelompok pengrajin yang sudah ada dilakukan pelatihan-pelatihan mulai dari pembuatan kertas seni sampai pembuatan berbagai souvenir berbahan kertas seni itu. Workshop adalah salah satu bagian dari program pelatihan dimaksud. Kontinuitas pelatihan ini perlu dilaksanakan untuk meningkatkan kemampuan dari kelompok pengrajin terutama dalam produksi souvenir dengan unsur etnik Batak Toba.

c.2. Pemasaran dan Promosi

Dalam ilmu pemasaran, kegiatan promosi itu merupakan bagian dan tulang punggung dari tercapainya target pemasaran di samping kualitas produk, harga, dan tempat. Kegiatan promosi dapat dilakukan melalui pameran di berbagai event skala lokal/kabupaten, provinsi, dan nasional. Hal ini sangat diperlukan mengingat produk ini yang khas dan perlu dikenalkan kepada masyarakat secara terusmenerus Promosi dapat juga disampaikan melalui website Pemda Sumatera Utara. Promosi ini dapat dikombinasikan dengan kampanye penyelamatan lingkungan perairan dari gulma eceng gondok.

c.3. Nilai Kertas Seni

Semangat untuk memproduksi suatu barang sangat dipengaruhi oleh bayangan nilai jual produk itu sendiri. Sebagai contoh sederhana, untuk membuat figura foto ukuran post card, kebutuhan bahan baku dan biaya produksinya sekitar Rp 1.000,-. Namun apabila figura tersebut telah jadi dan tampil menawan, ternyata bisa laku dengan harga Rp 5.000,- per buah. Dari hasil penelitian di BP2KS, diperoleh hasil bahwa dari 1 kg campuran eceng gondok dan kertas bekas, mampu menghasilkan lembaran kertas ukuran folio sekitar 262 lembar.

c.4. Dukungan Kelembagaan

Kelompok pengrajin yang sudah dibentuk merupakan prasyarat utama dari rencana bisnis ini. Unit bisnis kecil merupakan modal besar dalam pengembangan usaha ini. Dari berbagai unit kecil ini diharapkan dibentuk suatu wadah yang lebih besar semisal koperasi pengrajin. Koperasi ini nantinya berfungsi sebagai penampung segala hasil karya pengrajin, jadi koperasi dalam hal ini akan mencarikan jaringan pemasaran. Institusi lain yang bisa berperan dalam program ini antara lain Dinas Perindustrian dan Perdagangan, Dinas Koperasi dan UKM, Dinas Pariwisata dan Perhubungan, DEKRANAS/DA, KADIN, LSM, dan lain-lain. Bantuan ini dapat bermacam-macam seperti mencarikan prospek pemasaran, melakukan promosi ataupun mencarikan bapak angkat bagi kelompok-kelompok pengrajin.

c.5. Sasaran Bisnis

Tidak bisa dipungkiri bahwa mulai dari anak-anak, remaja, orang tua yang masih berjiwa muda maupun siapa saja yang suka melihat sentuhan seni akan menjadi pasar potensial produk ini. Produk yang dibuat diupayakan unik, menarik, dan lucu agar masyarakat yang melihatnya tertarik. Sasaran lain sesuai dengan hasil pengamatan di Medan, bahwa sekolah sekolah banyak memakai kertas seni ini untuk keperluan bahan prakarya siswasiswi SD/SMP/SMA. Potensi ini juga perlu dilirik. Kawasan Danau Toba sebagai salah satu daerah tujuan wisata merupakan pasar dari produk kertas dari eceng gondok ini yang bisa dimanfaatkan sebagai cenderamata untuk wisatawan.

III. KESIMPULAN

A. Kesimpulan

1. Secara teknis, pengolahan eceng gondok sebagai bahan baku kertas seni sangat mudah dilakukan.

2. Pembelajaran masyarakat di sekitar Danau Toba dalam mengolah eceng gondok sebagai kertas seni yang berkualitas, harus dilaksanakan karena mengingat perairan danau toba sudah dicemari eceng gondok, sehingga perlu cara untuk memanfaatkan tumbuhan pengganggu/ gulma sebagai bahan yang berkualitas dan menghasilkan produk baru, sehingga menjadi penghasilan tambahan bagi masyarakat di sekitar Danau Toba .

3. Industri kerajinan kertas seni dari eceng gondok prospektif dikembangkan di sekitar Danau Toba sebagai souvenir etnik, dan juga untuk menjaga kebersiha danau toba sebagai tempat pariwisata, yang akan menarik wisatawan local maupun mancanegara.

4. Pengembangan usaha kecil ini dapat meningkatkan ketersediaan lapangan kerja baru. Mengurangi pengangguran dan meningkatkan tarap hidup masyarakat di sekitar danau toba

5. Dalam hal pemasaran termasuk promosi diperlukan dukungan berbaga stakeholder seperti Dinas Perindustrian dan Perdagangan, Dinas Koperasi dan UKM, Dinas pariwisata dan Perhubungan, DEKRANAS/DA, KADIN, LSM, dan lain-lain.

IV. DAFTAR PUSTAKA

Heyne, K. 1987. Tumbuhan Berguna Indonesia Jilid II. Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan. Departemen Kehutanan. Bogor.

Joedodibroto, R. 1983. Prospek Pemanfaatan Eceng Gondok dalam Industri PulP dan Kertas. Berita Selulosa. Edisi Maret 1983. Vol. XIX No. 1. Balai Besar Selulosa. Bandung.

Muladi, S. 2001. Kajian Eceng Gondok sebagai Bahan Baku Industri dan Penyelamat Lingkungan Hidup di Perairan. Prosiding Seminar Nasional IV Masyarakat Peneliti Kayu Indonesia (MAPEKI). Samarinda.

http://www.dephut.go.id/files/Gunawan.pdf

http://www.pikiran-rakyat.com/prprint.php?mib=beritadetail&id=62584

V. LAMPIRAN

A. Riwayat Hidup Ketua dan Anggota Kelompok

Ketua Kelompok

Nama lengkap : Benrianto Malau

Nim : 072244710050

Tempat tanggal lahir : Samosir, 2 April 1988

Jenis kelamin : Laki – laki

Alamat : Jln.Belat No.125A Medan

Pekerjaan : Mahasiswa

Jenjang pendidikan :

Tabel 1 jenjang pendidikan

Nama Sekolah	Tahun
SD Negeri no.22395, Raut Bosi	1994 – 2000
SMP Negeri 2 Simanindo	2000 – 2003
SMA Katolik Cinta Kasih Tebing Tinggi	2003 – 2006
Universitas Negeri Medan	2007 – sekarang

Medan, 15 Februari 2010

Ketua Pelaksana

Benrianto Malau

072244710050

Anggota Pelaksana I

Nama lengkap : Frengki Siagian

Nim : 072244710035

Tempat tanggal lahir : Gompar Sidais, 15 September 1988

Jenis kelamin : Laki – laki

Alamat : Jln.Belat No.125A Medan

Pekerjaan : Mahasiswa

Jenjang pendidikan :

Tabel 2

Nama Sekolah	Tahun
SD Negeri no.177473, Banua huta	1995 – 2001
SMP Negeri 2 Sigumpar	2001 – 2004
SMA Negeri 1 Silaen	2004 – 2007
Universitas Negeri Medan	2007 – sekarang

Medan, 15 Februari 2010

Anggota Pelaksana I

Frengki Siagian

072244710035

B. Lampiran Gambar

Gambar 1. Peta Danau Toba

Gambar 2. Pertumbuhan Eceng Gondok di daerah Ajibata, Parapat, yang merupakan wilayah pariwisata di daerah Danau Toba.

Gambar 3 .Pertumbuhan Eceng Gondok yang tidak terkendali di daerah Tuk-tuk, Samosir, yang merupakan wilayah pariwisata di Danau Toba.

Gambar 4. Pertumbuhan Eceng Gondok di daerah Pangururan, yang merupakan Ibu Kota Kabupaten Samosir,

zeolit alam

BAB I

PENGANTAR

Dalam bab ini akan diuraikan latar belakang yang mendasari dilakukannya penelitian dan tujuan penelitian.

I.1 Latar Belakang

Batubara merupakan sumber energi alternatif paling menonjol di Indonesia. Ketersediaannya cukup besar, sampai Mei 1992 cadangan batubara yang telah diinventarisasi mencapai 5,5 juta ton dan diperkirakan akan mencapai 40 juta ton pada tahun 2004 (Mangunwijaya, 1993).

Peningkatan aktivitas PLTU yang menggunakan bahan bakar batubara membawa konsekuensi peningkatan limbah padat berupa abu layang sebagai sisa pembakaran batubara, yang menimbulkan akibat negatif pada lingkungan terutama kesehatan manusia. Oleh karena itu upaya alternatif pemanfaatan abu layang menjadi sangat penting.

Komposisi abu layang terbesar adalah SiO₂ kira-kira 20-70 % dan Al₂O₃ kira-kira 10-40 % berat abu layang (Lishmund, 1973). Shigemoto dkk. (1993) menemukan kadar SiO₂ dalam abu layang sebanyak 55,4 % dan Al₂O₃ sebanyak 25,3 %. Singer dan Berckgaut (1995) mengemukakan bahwa biasanya fasa kristal utama dalam abu layang adalah kuarsa dan mulit serta sejumlah rumut magnetit, sedangkan menurut Lin dan His (1995) dalam abu layang ditemukan juga adanya hematit. Hasil analisis kimia abu layang sisa pembakaran batubara dari PLTU Suralaya menunjukkan komposisi SiO₂ sebanyak 38,24 % dan Al₂O₃ sebanyak 29,82 % serta beberapa oksida anorganik lainnya termasuk hematite dan magnetit dalam jumlah kecil.

Jumlah silica (SiO₂) dan alumina (Al₂O₃) yang cukup besar dalam abu layang memberikan kemungkinan pemanfaatan abu layang sebagai bahan dasar utnuk pembuatan zeolit. Fajril Akbar (1996) melalukan sintesis zeolit 4A dengan cara merefluks abu layang dalam larutan NaOH. Zeolit 4A yang dihasilkannya secara komersial kurang disukai karena masih berwarna abu-abu. Warna tersebut diperkirakan sebagai akibat tercampurnya komponen-komponen pengotor dalam zeolit hasil sintesis. Darwanta (1997) memperbaiki tampilan warna zeolit 4A dengan melakukan dekomposisi abu layang menggunakan larutan campuran asam sulfat dan asam nitrat dengan perbandingan 1 : 1. Dekomposisi tersebut mampu mengurangi pengotor anorganik seperti Fe₂O₃, CaO dan TiO₂ dalam abu layang. Zeolit 4A yang dibuat dengan bahan dasar abu layang hasil dekomposisi memberikan tampilan warna lebih putih dibanding yang dibuat dari abu layang asal tanpa dekomposisi. Namun demikian dekomposisi abu layang yang dilakukan Darwanta (1997) juga menyebabkan terdekomposisinya alumina yang merupakan komponen utama dalam sintesis zeolit 4A. Sementara itu, derajat kristalinitas zeolit 4A hasil sintesis Darwanta (1997) tidak jauh berbeda dengan derajat kristalinitas zeolit 4A hasil sintesis Fajril Akbar (1996). Hal ini diperkirakan sebagai akibat kurang sempurnanya dekomposisi pengotor yang ada dalam abu layang, yakni Fe₂O₃, CaO dan TiO₂ yang terdekomposisi berturut-turut sebanyak 76,1; 15,9 dan 22,9 %.

Shigemoto dkk. (1993) melakukan sintesis zeolit dengan bahan dasar abu layang tanpa dan dengan penambahan alumunium dari senyawa natrium aluminat. Hasilnya menunjukkan pada sintesis zeolit tanpa penambahan alumunium diperoleh produk utamanya zeolit Na-X, sedangkan pada sintesis zeolit dengan penambahan aluminium didapatkan produk utamanya zeolit Na-A. Sementara itu Catalfamo dkk. (1994) menemukan bahwa material-material dengan kandungan ion kalsium ³ 3 % berat material tidak dapat dikonversi menjadi zeolit, akibat terjadinya interaksi spesifik antara ion kalsium dengan silikat yang melarutkan gel aluminasilikat. Interaksi ion kalsium dengan silikat dapat ditekan sekecil mungkin dengan penambahan EDTA, yang dapat membentuk kompleks secara selektif dengan ion kalsium.

Oleh karena itu dalam rangka berupaya memperoleh zeolit 4A dengan kristalinitas dan kemurnian lebih baik serta penampakan warna lebih putih dilakukan pemurnian abu layang sebagai bahan dasar (sumber silika dan alumina) untuk sintesis zeolit dikombinasikan dengan penambahan alumunium dan EDTA. Dalam penelitian ini upaya pemurnian abu layang dilakukan melalui pemisahan secara magnetik dimaksudkan utnuk menghilangkan komponen bersifat magnetik seperti oksida-oksida logam pengotor yang terdapat dalam abu layang. Sedangkan pemisahan secara fraksinasi dimaksudkan untuk mendapatkan fraksi abu layang non magnetik yang memiliki komposisi silika dan alumina amorf maksimal dengan kadar pengotornya yang relatif kecil. Sisa-sisa oksida logam pengotor yang mungkin masih tertinggal dalam abu layang non magnetik, dikenai perlakuan kompleksasi dengan senyawa EDTA. Adapun penambahan Al(OH)₃ dimaksudkan untuk mengantisipasi kurangnya pasokan alumunium yang diperlukan pada pembentukan struktur zeolit 4A.

I.2 Tujuan Penelitian

Tujuan utama yang ingin dicapai melalui penelitian ini adalah memperoleh kondisi optimum sintesis zeolit 4A dari bahan dasar abu layang. Secara khusus penelitian ini memiliki tujuan sebagai berikut:

1. Mengetahui pengaruh pemisahan abu layang secara magnetik terhadap kristalinitas dan kemurnian zeolit 4A hasil sintesis.
2. Memperoleh fraksi abu layang non magnetik yang dapat menghasilkan zeolit 4A dengan kristalinitas dan kemurnian tinggi.
3. Mengetahui pengaruh penambahan Al(OH)₃ dan EDTA terhadap kristalinitas dan kemurnian zeolit hasil sintesis.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Dalam bab ini akan diuraikan tinjauan pustaka, landasan teori dan hipotesis yang diajukan pada penelitian ini.

II.1 Tinjauan Pustaka

Zeolit 4A merupakan salah satu tipe zeolit sintetis yang memiliki struktur khas, penggunaannya sangat luas dalam proses penyaringan dan penyerapan molekul serta sebagai penukar ion seperti dalam proses pengeringan gas dan cairan, pemisahan normal parafin dari iso-parafin dan sebagai pembangun dalam deterjen (Imbert dkk., 1994). Menurut Greek dan Layman (1989), Schwuger dan Liphard (1987), bahan pembangun deterjen dapat diklasifikasikan dalam dua kelompok yaitu pembangun deterjen yang larut dalam air, seperti natrium karbonat dan pembangun deterjen yang terdispersi dalam air, seperti zeolit. Penggunaan zeolit sebagai pembangun deterjen selain harus memenuhi syarat-syarat ekologi dan toksikologi juga harus memenuhi pertimbangan praktis dan ekonomis. Oleh karena itu sedapat mungkin zeolit harus disintesis dari bahan-bahan alam atau limbah.

Murat dkk. (1992) telah berhasil mensintesis zeolit 4A dari bahan alam kaolin yang telah dikalsinasi melalui perlakuan hidrotermal dalam media alkali. Kemudian Imbert dkk. (1994) juga telah berhasil mensintesis zeolit A dari bahan alam kaolin Venezuela yang telah dikalsinasi pada suhu optimum 750 °C. Selain itu sebuah metode sintesis zeolit A dan zeolit X dengan menggunakan bahan dasar bentonit dari berbagai daerah di Yugoslavia telah berhasil dikembangkan oleh Drajz dkk. (1980) dalam Darwanta (1997).

Hasil penelitian Shigemoto dkk. (1993) menunjukkan bahwa abu layang yang direaksikan dengan larutan NaOH dalam kondisi hidrotermal pada suhu 100 °C menghasilkan beberapa tipe zeolit seperti Na-PI, Na-A dan hidroksi sodalit. Kemudian dari penelitian berikutnya didapatkan bahwa peleburan abu layang dan NaOH yang diikuti reaksi hidrotermal pada suhu 100 °C tanpa pengadukan menghasilkan zeolit Na-X dan bila ke dalam campuran reaktan abu layang dan NaOH ditambahkan alumunium maka terbentuk zeolit Na-A.

II. 2 Landasan Teori

II.2.1 Abu Layang

Abu layang merupakan sisa pembakaran batubara yang menjadi limbah buangan dari suatu pembangkit listrik tenaga uap. Abu sisa pembakaran batubara pada dasarnya dibedakan atas dua macam berdasarkan berat jenisnya yakni abu fraksi ringan yang dikenal dengan sebutan abu layang (fly ash) dan abu fraksi berat yang dikenal sebagai abu tungku (bottom ash). Abu tungku merupakan abu yang dihasilkan pada tungku pembakaran sedangkan abu layang adalah abu yang keluar dari cerobong berupa serbuk halus.

Abu layang bersifat khas berupa partikel halus bundar (cenosphere) dengan diameter 1-100 μm yang mengandung silica dan alumina sebagai komponen kristal utama dan beberapa komponen amorf. Beberapa komponen kristal yang biasa terdapat dalam abu layang adalah kuarsa (SiO₂), mulit (3Al₂O₃.SiO₂), hematite (Fe₂O₃), magnetit (Fe₃O₄) dan muskovit (K.Al₂S₃.AlO₁₀(OH)₂). Mulit dan kuarsa dalam abu layang merupakan sumber utama alumina dan silica untuk penyusunan zeolit. Mulit tersusun dari 27,8 % SiO₂ dan 71,5 % Al₂O₃ sedangkan kuarsa mengandung SiO₂ > 99 %. Hasil analisis kimia Lishmund (1973) menunjukkan bahwa di dalam abu layang terdapat 20-70 % SiO₂ dan 10-40 % Al₂O₃. Sementara itu Shigemoto dkk. (1993) melaporkan kandungan SiO₂ dalam abu layang sebanyak 55,4 % dan Al₂O₃ sebanyak 25,3 %. Fajril Akbar (1996) melaporkan hasil analisis kimia terhadap abu layang dari PLTU Suralaya yang mengandung 33,65 % SiO₂ dan 28,37 % Al₂O₃.

II.2.2 Struktur dan sifat kimia zeolit

Zeolit didefinisikan sebagai kristal aluminasilika dengan susunan kerangka tiga dimensi yang terbentuk dari tetrahedral aluminat (AlO₄) dan silikat (SiO₄) yang saling berhubungan melalui penggunaan bersama atom-atom oksigen untuk membentuk rongga-rongga berdimensi molekular yang teratur. Secara sederhana struktur zeolit dapat dibayangkan seperti sebutan sarang lebah dengan rongga-rongga yang terbentuk dari hubungan tetrahedral-tetrahedaral alumina dan selika (King, 1994).

Rumus molekul zeolit biasanya dituliskan sebagai berikut:

M_x/n[(AlO₂)_x(SiO₂)_y].zH₂O dengan M_x/n adalah kation bervalensi n yang terdapat di luar kerangka struktur zeolit, [ ] adalah kerangka zeolit aluminasilika dan H₂O adalah air kristal di luar kerangka zeolit.

Raio Si/Al (y/x) di dalam kerangka zeolit menentukan struktur dan sifat-sifat zeolit. Sebagai contoh di dalam zeolit A yang memiliki rasio Si/Al =1, maka setiap atom Si terikat dnegan atom Al melalui atom oksigen, begitu juga sebaliknya. Aturan Lowenstein (yang menolak hubungan Al-O-Al) mengemukakan bahwa secara umum di dalam zeolit A terdapat rasio Si/Al sama dengan 1, tetapi dimungkinkan rasio lebih tinggi atau Si/Al ³ 1 (Dwyer dan Dyer, 1984).

Kation-kation bervalensi n (Mⁿ⁺) di luar kerangka zeolit diperlukan untuk menyeimbangkan muatan negatif kerangka zeolit sebagaimana yagn ditunjukkan pada Gambar 2.1

Gambar 2.1 Struktur kerangka zeolit

Kation kation penyeimbang muatan dapat mengalami pertukaran ion ketika zeolit diberi perlakuan penambahan larutan garam atau melalui kontak fisik secara langsung antara kristal-kristal yang bersangkutan. Pertukaran kation oleh kation lain yang berbeda muatan dan ukuran akan berpengaruh terhadap ukuran ronga dan sifat sorbsi zeolit (Hamdan, 1992).

Air kristal yang menempati rongga-rongga zeolit dapat dihilangkan melalui proses pemanasan pada suhu 350 °C. Pada beberapa zeolit pelepasan ari kristal bersifat reversible yakni pelepasan air kristal tidak merubah struktur kerangka zeolit dan posisi kation, sehingga rongga-rongga yang ditinggalkan molekul air kristal dapat digunakan untuk menyerap molekul lain seperti molekul organik maupun anorganik dari tempat lain. Berdasarkan sifat-sifat tersebut, maka zeolit biasa digunakan sebagai penyaring molekul (Hamdan, 1992).

Berdasarkan satuan pembangun zeolit (zeolite building units), Meier dan Olson (Barrer, 1978) membagi pembangun kerangka zeolit ke dalam tiga bagian, yakni satuan pembangun primer (primary building units), satuan pembangun sekunder (secondary building units) dan satuan bangunan polyhedral. Struktur satuan pembangun zeolit disajikan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Satuan pembangun zeolit: (a) satuan pembangun primer, (b) satuan pembangun sekunder dan (c) satuan bangun polyhedral

Satuan pembangun primer merupakan bagian terkecil dari kerangka zeolit berupa tetrahedral TO₄ (T = Si atau Al). Gabungan dari dua atau lebih tetrahedral TO₄ yang membentuk lapisan tunggal atau rantai cincin dinamakan satuan pembangun sekunder. Gabungan beberapa satuan pembangun sekunder membentuk bangunan polyhedral.

Sangkar sodali atau disebut juga sangkar-β merupakan salah satu bangunan polyhedral berbentuk octahedral. Setiap sangkar sodalit tersusun dari 24 tetrahedral silika dan alumina. Bergantung pada cara tersusunnya sangkar sodalit, maka dapat terbentuk struktur kerangka beragam tipe zeolit seperti disajikan pada Gambar 2.3. Jika sangkar-sangkar sodalit tersusun sedemikian rupa tanpa melalui pembentukan cincin-4 ganda maka terbentuk sodalit. Sedangkan jika dihubungkan melalui pembentukan cincin-4 ganda yang terbentuk adalah zeolit A.

Gambar 2.3 Skema pembentukan kerangka beberapa tipe zeolit

Dalam zeolit X dan Y, sangkar-sangkar sodalit terikat melalui cincin-6 ganda sehingga menghasilkan bentuk sangkar yang lebih besar yang terdiri dari 26 satuan tetrahedral (Hamdan, 1992).

Zeolit dengan struktur khas yang dimilikinya, memperlihatkan sifat-sifat fisika dan kimia yang sangat menarik. Beberapa sifat kimia zeolit yang banyak dipelajari dan dimanfaatkan secara luas adalah sifat selektivitas adsorbsi, penukar ion dan katalis aktif. Adanya rongga-rongga berbeda ukuran dalam setiap zeolit yang biasanya ditempati molekul air, merupakan penyebab zeolit memiliki sifat selektivitas adsorbsi. Ketika molekul-molekul air yang menempati rongga-rongga dalam zeolit dilepaskan melalui proses pemanasan, maka ruangan yang ditinggalkan molekul air menjadi kosong dan dimanfaatkan sebagai tempat untuk molekul tamu. Molekul-molekul tamu yang hendak menempati ruangan tersebut dibatasi oleh ukuran rongga. Sebagai contoh dehidrasi kabasit dengan ukuran pori terbuka kurang dari 5 Å mampu menyerap molekul air, metanol, etanol dan asam formiat tetapi tidak eter dan benzena. Faujasite dengan ukuran pori lebih besar mampu menyerap molekul yang lebih besar pula, seperti [C₂F₅]₃N (Hamdan, 1992).

Di dalam zeolit terhidrat, kation-kation penyeimbang muatan dapat dipertukarkan dengan kation lainnya yang berbeda. Pertukaran kation penyeimbang oleh kation lain yang berbeda ukuran dan muatan akan berpengaruh pada ukuran pori dan sifat selektivitas adsorbsi zeolit. Sebagai contoh zeolit Na-A dapat menyerap molekul-molekul dengan ukuran maksimum 4 Å. Apabila ion Na⁺ dalam zeolit Na-A mengalami pertukaran dengan ion Ca²⁺ maka ukuran pori zeolit A menjadi lebih besar dan memungkinkan untuk menyerap molekul dengan ukuran 5 Å. Sebaliknya pertukaran ion Na⁺ oleh ion Li⁺ menyebabkan ukuran kisi-kisi zeolit A berubah dari 24,99 Å menjadi 24,88 Å (Fajril Akbar, 1996).

Pemanfaatan lain zeolit adalah sebagai katalis heterogen. Peranan dan perilaku katalis zeolit berbeda dengan katalis lainnya karena selain zeolit memiliki sisi-sisi aktif tersebar merata di seluruh permukaan zeolit. Pori-pori zeolit dengan ukuran dan bentuk tertentu memberikan dasar selektivitas terhadap reaktan dan produk reaksi.

II.2.3 Zeolit 4A

Zeolit A merupakan kristal aluminasilika sintetis yang tersusun dari kesatuan mata rantai sangkar sodalit yang berikatan melalui cincin-4 ganda (D₄R). Ion-ion Na⁺, K⁺ dan Ca²⁺ merupakan contoh kation penyeimbang yang mungkin terdapat di dalam zeolit A. Diameter kation penyeimbang sangat menentukan ukuran pori-pori zeolit A yang ditempatinya. Misalnya ukuran pori zeolit A dengan kation penyeimbang Na⁺, K⁺ dan Ca²⁺ berturut-turut adalah 4, 6 dan 5 Å. Oleh karena itu sesuai dengan ukuran pori dan jenis kation penyeimbangnya, maka dikenal nama-nama pasaran zeolit A dengan tipe 4A, 6A dan 5A. Dengan demikian zeolit 4A adalah zeolit A dengan kation penyeimbangnya ion Na⁺ yang dikenal juga sebagai Na-zeolit A atau zeolit Na-A (Breck, 1983).

Zeolit 4A memiliki bentuk kristal kubus dengan panjang sisi sel satuan terkecilnya (a) sebesar 12,23 Å. Kegunaan penting zeolit 4A adalah sebagai pembangun deterjen dan komponen dalam pengolahan air limbah. Zeolit 4A sangat tepat untuk digunakan sebagai pembangun deterjen karena zeolit 4A memiliki selektivitas adsorbsi yang tinggi terhadap ion Ca²⁺ dan Mg²⁺ dalam air. Hasil pengujian terhadap zeolit 4A sebagai pembangun deterjen menunjukkan kemampuan deterjennya 8 % lebih rendah daripada kemampuan deterjen dengan natrium tripolifosfat sebagai pembangunnya (de Lucas dkk., 1988). Sebelumnya Donevska dkk. (1985) menemukan bahwa penggantian 50 % natrium tripolifosfat oleh zeolit 4A sebagai pembangun menghasilkan deterjen yang memiliki sifat fisika dan kimia yang sama seperti deterjen yang menggunakan 100 % natrium tripolifosfat sebagai pembangunnya.

II.2.4 Sintesis Zeolit

Sintesis zeolit dengan menggunakan bahan limbah dari suatu proses sebagai bahan dasar, biasanya meliputi tahapan kerja sebagai berikut: preparasi atau pemberian perlakuan awal terhadap bahan dasar, pembentukan dan penyimpanan gel, kristalisasi, pemisahan, pencucian dan pengeringan. Perlakulan awal dilakukan dengan maksud mengaktifkan komponen-komponen yang diperlukan dalam sintesis zeolit sebaliknya mendeaktifkan atau menghilangkan komponen yang tidak diperlukan yang dapat mengganggu sintesis zeolit atau mengotori zeolit hasil sintesis.

Proses pembentukan gel dan kristalisasi merupakan tahap kerja yang sangat penting dalam sintesis zeolit, biasanya tahap kerja tersebut dilakukan di bawah kondisi hidrotermal dalam media beralkali tinggi pada suhu < 300 °C. Larutan NaOH 1-3 M merupakan media yang cocok untuk proses pembentukan gel dan kristalisasi zeolit karena pada kondisi tersebut alumunium berada sebagai spesies aluminat [Al(OH)₄]^- dan silikon berada sebagai spesies silikat [Si(OH)₄] yang sangat berperan dalam proses penyusunan zeolit.

Reaksi pembentuk gel:

[Si(OH)₄] + [(Na, Ca/2)Al(OH)₄] ↔ [(Na, Ca/2)AlSiO₄.nH₂O]_(gel) + (4-n)H₂O

Reaksi pembentukan kristal zeolit:

[(Na, Ca/2)AlSiO₄.nH₂O]_(gel) ↔ [(Na, Ca/2)AlSiO₄.n*H₂O]_(zeolit) + (n-n*)H₂O

(Catalfamo dkk., 1994).

Hsin dan Ting (1990) mengajukan dua postulat mengenai mekanisme pembentukan zeolit yakni mekanisme pengangkutan massa dalam larutan dan mekanisme perubahan fasa padatan.

Gambar 2.4 Mekanisme pengangkutan massa dalam larutan pada sintesis zeolit A (Hsin dkk., 1990)

Melalui mekanisme pengangkutan massa dalam larutan seperti disajikan pada Gambar 2.4, Hsin dan Ting menjelaskan bahwa segera setelah spesies natrium silikat dan aluminat bercampur maka terbentuk dua fasa yakni fasa padat berupa gel amorf dan fasa larutan berupa larutan lewat jenuh. Kedua fasa tersebut berada dalam keadaan kesetimbangan. Gel amorf secara bertahap melarut dan mengalami penataan struktur untuk membentuk spesies yang merupakan bibit inti kristal. Embrio atau inti kristal ini secara lambat muncul dari fasa larutan lewat jenuh yang dilengkapi dari peleburan gel amorf. Tahap ini dikenal sebagai tahap pembentukan inti. Pada tahap ini terjadi kesetimbangan antara bibit inti kristal, gel amorf sisa dan larutan lewat jenuh. Inti kristal yang terbentuk kemudian tumbuh membesar hingga mencapai ukuran kritis (critical size) yang selanjutnya secara cepat tumbuh sebagai kristal. Tahap ini disebut sebagai tahap pembentukan kristal. Selama proses ini berlangsung, maka gel amorf sisa secara bertahap habis melarut dan laju pertumbuhan kristal terus meningkat hingga seluruh inti tumbuh menjadi kristal dan laju pertumbuhan kristal berakhir. Pada tahap pembentukan inti ini, proses pengangkutan spesies ke dalam fasa larutan dan proses pembentukan inti keduanya memegang peranan penting sebagai pengontrol kristalisasi.

II.2.5 Spektroskopi Inframerah dan Struktur Kerangka Dasar Zeolit

Spektroskopi inframerah merupakan salah satu metode mudah dan cepat untuk mengkarakterisasi struktur kerangka dasar zeolit karena vibrasi fundamental struktur kerangka zeolit muncul pada daerah bilangan gelombang 1500-300 cm^-1 yang merupakan daerah inframerah sedang.

Vibrasi fundamental struktur kerangka zeolit pada daerah inframerah sedang dapat diklasifikasikan dalam 2 kelas vibrasi, yakni vibrasi internal dan vibrasi eksternal seperti disajikan pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Daerah vibrasi inframerah struktur kerangka zeolit disajikan dalam bilangan gelombang cm^-1 (Flanigen dkk., 1971)

Vibrasi internal tetrahedral	Daerah vibrasi inframerah (cm-1)
Vibrasi ulur asimetrik	1250 – 950
Vibrasi ulur simetrik	720 – 650
Vibrasi tekuk T-O	500 – 420
Vibrasi eksternal Sambungan	Daerah vibrasi inframerah (cm-1)
Vibrasi cincin ganda	650 – 500
Vibrasi pori	420 – 300
Vibrasi ulur simetrik	820 – 750
Vibrasi ulur asimetrik	1050 – 1150

Frekuensi vibrasi teramati untuk tetrahedral TO₄ tidak membedakan antara tetrahedral silika dan alumina, melainkan merupakan frekuensi rerata dari vibrasi kedua tetrahedral. Namun demikian semua puncak yang disebabkan oleh vibrasi internal adalah sangat peka terhadap komposisi dalam struktur kerangka zeolit. Sebagai contoh, dengan adanya peningkatan kandungan Si maka puncak serapan pada daerah bilangan gelombang 568 cm^-1 bergeser ke arah daerah bilangan gelombang lebih tinggi (Hamdan, 1992). Setiap zeolit memiliki pola serapan inframerah yang khas, sehingga spektrogram inframerah dapat digunakan untuk mengidentifikasi dan membedakan beberapa zeolit dalam kelompoknya. Dari beberapa serapan khas zeolit, terdapat dua puncak serapan yang berlaku untuk semua tipe zeolit yakni serapan pada daerah 1250-900 cm^-1 dan 500-420 cm^-1 (Flanigen dkk., 1971).

Menurut Imbert (1994) rasio puncak serapan pada daerah 650-500/500-420 berhubungan dengan kristalinitas zeolit 4A sintetis. Ini terbukti dari penemuan adanya hubungan linier antara besarnya rasio serapan inframerah tersebut dengan derajat kristalinitas zeolit 4A hasil pengukuran difraksi sinar-X.

II.2.6 Karakterisasi dan Penentuan Kristalinitas dengan Metode Difraksi Sinar-X

Suatu padatan disebut kristal, jika partikel-partikel dalam zat padat tersebut tersusun dalam geometri yang teratur. Suatu kristal biasanya tersusun dari rangkaian satuan-satuan primer yang identik.

Ewald menggunakan percobaan hamburan sinar-X bersudut kecil untuk menyelidiki distribusi ukuran kristal. Garis-garis hamburan yang terjadi dapat memberikan keterangan mengenai ukuran penyusun kristal. Ada dua metode difraksi sinar-X yang telah dikenal yakni metode kristal tunggal yang dikembangkan oleh Laue dan Bragg dan metode serbuk yang dikembangkan oleh Debye dan Hill (Darwanta, 1997).

Garis-garis difraksi sinar-X dari suatu kristal sebenarnya cukup rumit, tetapi Bragg telah menyederhanakannya dengan cara memperhatikan pantulan-pantulan dari bidang kisi kristal dan menunjukkan bahwa setiap sinar-X yang terdifraksi dapat diamati meskipun sinar itu dipantulkan juga oleh satu bidang kristal (Cullity, 1967).

Diagram difraksi Bragg disajikan pada Gambar 2.5. Pada Gambar tersebut, jarak CBD menunjukkan jarak tambahan akibat pemantulan oleh permukaan kristal. Sudut CAB dan BAD sama besarnya sehingga berlaku panjang:

CB = BD = AB Sin θ

CBD = CB + BD

= AB Sin θ + AB Sin θ

CBD = 2 AB Sin θ

Ini berarti suatu gelombang sinar-X hanya dipantulkan jika memenuhi persamaan: nλ = 2d Sin θ.

Gambar 2.5 Diagram difraksi Bragg

λ adalah panjang gelombang sinar-X, d adalah jarak antara tiap satuan bidang pada kisi kristal, θ adalah sudut difraksi dan an adalah tingkat difraksi. Hasil pengamatan dengan menggunakan berkas sianr difraksi menunjukkan bahwa panjang CBD selalu merupakan kelipatan panjang gelombang sinar-X. Sudut yang dibentuk oleh sinar-X datang dan sinar-X terdifraksi adalah 2θ. Kisaran panjang gelombang yang sesuai untuk menganalisa berbagai kristal tergantung jarak d dalam bidang kristal.

Posisi berkas sinar-X suatu kristal tergantung pada ukuran dan bentuk ulangan satuan primer kristal serta panjang sinar-X yang digunakan. Sedangkan intensitas berkas sinar-X terdifraksi tergantung pada jenis atom dan kedudukannya dalam satuan primer kristal. Oleh karena itu setiap kristal zat padat memiliki pola difraksi sinar-X (difraktogram) tertentu yang khas sehingga setiap kristal akan dapat diidentifikasi sekalipun berada dalam campuran (Cullity, 1967).

Difraksi sinar-X serbuk merupakan metode yang sesuai untuk mengkarakterisasi zeolit baik secara kualitatif maupun kuantitatif. Informasi kualitatif mengenai suatu zeolit dapat diperoleh dengan metode difraksi sinar-X karena daerah sidik jari difraktogram setiap zeolit dapat diperkirakan, yang kemudian dapat dicocokkan dengan difraktogram standar yang sudah ada (Tabel ASTM).

Zeolit kristal murni menghasilkan sebuah difraktogram dengan garis dasar puncak sangat sempit dan rata. Adanya perubahan komposisi dalam struktur kerangka zeolit berpengaruh terhadap posisi puncak pada difraktogram. Sebagai contoh penggantian ikatan Al-O (1,69 Å) oleh ikatan Si-O (1,61 Å) menyebabkan panjang satuan sel menyusut dan jarak d mengecil, akibatnya terjadi pergeseran puncak difraksi ke arah harga 2θ lebih besar (Hamdan, 1992).

Ballmoos (1984) mengemukakan bahwa struktur kristal zeolit A (LTA) akan memunculkan puncak-puncak difraktogram yang khas pada harga d (Å): 2,512; 2,623; 2,751; 2,900; 2,984; 3,289; 3,413; 3,710; 4,102; 4,350; 5,503; 7,104; 8,701 dan 12,305. Puncak-puncak difraktogram zeolit 4A sesuai dengan zeolit Na-A terhidrat (LTA) dengan harga d yang tidak jauh berbeda. Pada tahun 1994, Imbert menemukan bahwa kristalinitas zeolit 4A dapat ditentukan berdasarkan total intensitas 10 puncak khas pada harga d (Å): 2,626; 2,987; 3,278; 3,407; 3,714; 4,107; 5,510; 7,110; 8,710 dan 12,290. Derajat kristalinitas zeolit A meningkat sejalan dengan bertambah besarnya intensitas total kesepuluh puncak khas tersebut. Sebelumnya Costa dkk. (1979) dan Ruiz dkk. (1986) menentukan derajat kristalinitas zeolit 4A hasil sintesis berdasarkan pada harga perbandingan pundak difraktogram zeolit 4A hasil sintesis terhadap zeolit 4A standar (Xc = 100 %) yang didistribusikan oleh Bayer Ltd pada harga 2θ = 23,5 ° (de Lucas dkk., 1988).

II.3 Hipotesis

Salah satu factor yang menentukan kristalinitas zeolit hasil sintesisi adalah kemurnian bahan-bahan yang digunakan dalam proses sintesis. Selain mengandung silika dan alumina sebagai komponen utama yang diperlukan untuk sintesis zeolit, abu layang juga mengandung zat-zat lain yang dinyatakan sebagai pengotor, seperti mineral-mineral yang mengandung logam Ca, Mg, Fe dan Ti serta pengotor lainnya yang belum dapat diidentifikasi. Keberadaan mineral yang mengandung logam pengotor tersebut dapat mengganggu proses sintesis dan mempengaruhi kualitas zeolit hasil sintesis, seperti tampilan warna dan derajat kristalinitas. Beberapa mineral logam di dalam air menunjukkan sifat mudah ditarik material magnetik. Oleh karena itu perlu dilakukan pemisahan secara magnetik terhadap abu layang asal. Berdasarkan uraian tersebut diajukan hipotesis sebagai berikut:

Hipotesis 1: Pemisahan secara magnetik mampu mengurangi kadar mineral logam pengotor bersifat magnetik dari abu layang asal dan selanjutnya mempengaruhi derajat kristalinitas zeolit hasil sintesis dengan bahan dasar abu layang non magnetik.

Pada umumnya komponen seperti mineral pengotor dan komponen lainnya seperti silica dan alumina serta oksida anorganik lainnya memiliki berat jenis yang berbeda-beda dn tidak semuanya bersifat magnetik. Oleh karena itu diusulkan pemisahan ulang terhadap abu layang non magnetik melalui proses fraksinasi. Proses fraksinasi diharapkan dapat memisahkan abu layang non magnetik menjadi beberapa fraksi berdasarkan berat jenisnya. Silika dan alumina amorf yang reaktif dalam pembentukan zeolit diharapkan berada dalam abu layang non magnetik fraksi ringan sedangkan sebagian besar sisa pengotor diperkirakan berada dalam abu layang non magnetik fraksi berat. Oleh karena itu dalam penelitian ini selanjutnya diajukan hipotesis sebagai berikut:

Hipotesis 2: Proses fraksinasi mampu mengurangi kadar pengotor magnetik maupun non magnetik dalam abu layang non magnetik fraksi ringan dan selanjutnya mempengaruhi derajat kristalinitas zeolit hasil sintesis dengan bahan dasar fraksi ringan abu layang non magnetik.

Faktor lainnya yang ikut menentukan keberhasilan sintesis serta kualitas zeolit hasil sintesis adalah komposisi kimia campuran reaktan terutama rasio molar Si/Al nya. Kuarsa dan mulit masing-masing berfungsi sebagai sumber silika dan alumina dalam abu layang disamping silika dan alumina amorf. Hasil eksperimen Shigemoto dkk. (1993) menunjukkan bahwa sebagian besar kuarsa dapat dikonversi menjadi natrium silikat pada peleburan abu layang dengan larutan NaOH dalam kondisi hidrotermal. Sedangkan mulit hanya sebagian kecil saja yang dapat dikonversi menjadi natrium aluminat. Hasil eksperimen tersebut didukung oleh penemuan Singer dan Berckgaut (1995) yang melakukan pengukuran difraksi sinar-X berturut-turut terhadap abu layang dan abu layang yang telah diberi perlakuan hidrotermal dalam media larutan alkali. Hasilnya menunjukkan bahwa mulit relatif stabil dan sulit mengalami konversi.

Untuk mengantisipasi kurangnya pasokan alumunium yang diperlukan utnuk sintesis zeolit 4A, maka ke dalam setiap campuran reaktan abu layang non magnetik terfraksinasi dengan NaOH ditambahkan 1, 2 dan 3 g Al(OH)₃. Oleh karena itu diajukan hipotesis sebagai berikut:

Hipotesis 3: Penambahan Al(OH)₃ ke dalam setiap campuran reaktan abu layang non magnetik terfraksinasi yang diacu, dapat mempengaruhi keberhasilan sintesis dan kristalinitas zeolit hasil sintesis.

Hasil analisis kimia menunjukkan bahwa di dalam abu layang terdapat 8,76 % CaO; 5,18 % Fe₂O₃ dan 2,26 % TiO₂. Sementara itu Catalfamo dkk. (1994) menemukan bahwa adanya ion kalsium ³ 3 % dalam campuran reaktan untuk sintesis zeolit dapat mengganggu berlangsungnya proses kristalisasi, karena ion kalsium dengan silikat menghasilkan endapan stabil kalsium silikat yang mengakibatkan rusaknya gel aluminasilika yang akan tumbuh menjadi zeolit. Oleh karena itu material-material dengan kandungan kalsium ³ 3 % tidak dapat dikonversi menjadi zeolit. Ion besi dan titanium juga memiliki afinitas terhadap silikat meskipun tidak setinggi ion kalsium, namun keberadaannya dapat mengganggu proses kristalisasi.

Untuk mengurangi atau menghilangkan sama sekali gangguan ion kalsium, besi dan titanium terhadap proses kristalisasi zeolit, maka ke dalam campuran reaktan masing-masing abu layang non magnetik terfraksinasi dengan Al(OH)₃ ditambahkan Na₂EDTA yang diharapkan dapat melakukan pembentukan kompleks yang stabil dengan ion kalsium, besi dan titanium. Oleh karena itu diajukan hipotesis sebagai berikut:

Hipotesis 4: Penambahan Na₂EDTA dapat mempengaruhi kristalinitas dan kemurnian zeolit hasil sintesis.

BAB III

CARA PENELITIAN

III.1 Alat dan Bahan

III.1.1 Bahan

Dalam penelitian ini digunakan limbah padat berupa abu layang sisa pembakaran batubara yang berasal dari PLTU Suralaya, kabupaten Serang Jawa Barat. Selain itu digunakan juga pereaksi-pereaksi kimia seperti: NaOH, Al(OH)₃, Na₂EDTA, akuades dan aduabides.

III.1.2 Alat

Alat yang digunakan pada penelitian ini meliputi alat untuk keperluan sintesis dan karakterisasi zeolit. Alat yang dipakai untuk sintesis adalah seperangkat alat refluks yang terdiri dari: labu dasar bulat, pendingin gondok, termometer skala 150 °C, pengatur sirkulasi air, alat pemanas berpengaduk magnetik. Alat untuk keperluan karakterisasi meliputi spektrofotometer inframerah dan serapan atom serta difraktometer sinar-X.

III.2 Jalannya Penelitian

III.2.1 Penyiapan cuplikan abu layang

Abu layang diayak dengan saringan ukuran 270 mesh, kemudian dikeringkan pada suhu 120 °C selama 3 jam. Selanjutnya abu layang tersebut diberi perlakuan pemisahan secara magnetik dan fraksinasi.

III.2.3 Pemisahan abu layang asal secara magnetik

Pemisahan abu layang asal secara magnetik dilakukan dengan prosedur kerja sebagai berikut: Ke dalam gelas kimia 500 mL yang berisi batangan magnetik dan 20 gram cuplikan abu layang asal ditambahkan akuades hingga volumenya menjadi 100 mL. Kemudian campuran tersebut diaduk di atas pemanas berpengaduk magnetik (hot plate magnetic stirrer) selama 30 detik. Selanjutnya batangan magnetik diambil dengan penjepit dan abu layang yang menempel pada batangan magnetik dilepaskan dengan cara penyemprotan menggunakan akuades dalam botol semprot. Langkah kerja memasukkan batangan magnetik, mengaduk, mengambil dan melepaskan abu layang dilakukan berulang-ulang hingga tidak terdapat lagi abu layang yang menempel pada batangan magnetik.

Cuplikan abu layang yang menempel pada batangan magnetik disebut sebagai abu layang magnetik. Sedangkan cuplikan abu layang yang tertinggal di dalam gelas kimia disebut sebagai abu layang non magnetik. Kedua cuplikan abu layang magnetik dan non magnetik kemudian dikeringkan pada suhu 120 °C selama 3 jam. Selanjutnya cuplikan abu layang non magnetik diberi perlakuan pemisahan melalui proses fraksinasi.

III.2.3 Pemisahan abu layang non magnetik melalui proses fraksinasi

Pemisahan abu layang non magnetik secara fraksinasi dilakukan dengan menggunakan tabung fraksinasi berukuran panjang 60 cm, diameter 1,5 cm yang dilengkapi 3 kran lubang pengeluaran berukuran 2 mm (Gambar pada Lampiran 1). Ke dalam tabung fraksinasi dimasukkan campuran 5 gram abu layang non magnetik dan akudes hingga volume tabung fraksinasi terisi penuh. Kemudian campuran dalam tabung tersebut diaduk dengan cara dijungkirbalikan hingga seluruh bagian dalam tabung terlihat homogen. Setelah didiamkan selama kira-kira 3 menit, campuran dalam tabung membentuk tiga bagian yang berbeda, yakni 20 cm bagian atas tabung yang tampak transparan disebut sebagai fraksi-1 atau fraksi ringan, 20 cm bagian tengah tabung yang tampak agak keruh disebut sebagai fraksi-2 atau fraksi sedang dan 20 cm bagian bawah tabung yang tampak sangat keruh disebut sebagai fraksi-3 atau fraksi berat. Masing-masing fraksi abu layang non magnetik tersebut dikeluarkan melalui lubang atas, tengah dan bawah berturut-turut untuk abu layang non magnetik fraksi-1, fraksi-2 dan fraksi-3. Masing-masing fraksi abu layang non magnetik dikeringkan dan ditimbang, kemudian digunakan sebagai sumber silika dan alumina untuk sintesis zeolit.

III.2.4 Sintesis zeolit 4A

Sintesis zeolit 4A dilakukan dengan mengacu pada metode Murat dkk. (1992) yang telah dioptimasi oleh Akbar (1996) dengan prosedur sebagai berikut: 5 gram cuplikan abu layang direaksikan dengan 4 gram NaOH dalam 50 mL pelarut akudes. Campuran kedua reaktan diaduk selama 10 jam. Kemudian campuran tersebut dipanaskan pada suhu 70 °C selama 3 jam hingga campuran berbentuk gel. Untuk mendapatkan kristal zeolit yang diharapkan, campuran gel direfluks pada suhu 100 °C selama 8 jam. Padatan hasilnya disaring dan dicuci dengan akuades sampai diperoleh pH netral pada air cuciannya, kemudian dikeringkan dalam oven pada 120 °C selama 3 jam. Prosedur sintesis yang sama dilakukan dengan menggunakan abu layang asal dan abu layang non magnetik.

Untuk mengkaji pengaruh penambahan Al(OH)₃ dan Na₂EDTA dilakukan sintesis dengan prosedur yang sama menggunakan abu layang non magnetik terfraksinasi dengan penambahan Al(OH)₃ sebanyak 1, 2 dan 3 gram dan Na₂EDTA sebanyak 1 gram.

III.2.5 Analisis komposisi kimia

Penentuan kadar unsur-unsur Si, Al, Na, Ca, Fe dan Ti dalam abu layang asal, abu layang magnetik, abu layang non magnetik: fraksi-1, fraksi-2 dan fraksi-3 serta zeolit hasil sintesis dengan spektrofotometer serapan atom dilakukan di Laboratorium Kimia Unsur Akademi Kesehatan Lingkungan dengan menggunakan spektrofotometer serapan atom.

III.2.6 Karakterisasi zeolit dengan spektroskopi inframerah

Untuk mengetahui struktur kerangka zeolit hasil sintesis, dilakukan uji spektroskopi inframerah pada daerah bilangan gelombang 300 – 1500 cm^-1. Masing-masing spektra zeolit hasil sintesis dibandingkan terhadap spektra inframerah zeolit 4A hasil penelitian Flanigen dkk. (1971).

III.2.7 Karakterisasi zeolit dengan uji difraksi sinar-X

Untuk mengetahui derajat kristalinitas dan tingkat kemurnian zeolit hasil sintesis, dilakukan karakterisasi dengan uji difraksi sinar-X pada daerah sudut difraksi (2θ): 4 – 40 derajat.

Difraktogram masing-masing zeolit hasil sintesis dibandingkan terhadap difraktogram zeolit 4A standar hasil penelitian Ballmoos (1984).