PENDAHULUAN
Zeolit alam adalah suatu senyawa alumina silikat yang mempunyai struktur rangka tiga dimensi dan mengandung pori- pori yang terisi molekul- molekul air dan kation- kation alkali atau alkali tanah. Kerangka dasar struktur zeolit terdiri dari unit tetrahedral AlO<sub>2</sub> dan SiO<sub>2</sub> yang saling berhubungan melalui
atom O, sehingga zeolit mempunyai rumus empiris x/n M<sup>n+</sup> [(AlO<sub>2</sub>)<sub>x</sub>(SiO<sub>2</sub>)<sub>y</sub>. zH<sub>2</sub>O. Komponen pertama M<sup>n+</sup> adalah sumber kation yang dapat bergerak bebas dan dapat dipertukarkan secara sebagian atau sempurna oleh kation lain. Struktur zeolit yang berpori dengan molekul air didalamnya, melalui pemanasan akan menyebabkan molekul air mudah lepas sehingga
menjadikan zeolit spesifik sebagai adsorben, molecular sieving, penukar ion dan katalisator. Karakteristik yang unik ini menyebabkan zeolit banyak digunakan dalam berbagai bidang industri (Siti Amini dkk., 2003) [1] .
Dalam pemanfaatan zeolit alam pada suatu proses penukaran dan penyerapan ion, terlebih dahulu perlu diketahui karateristik zeolit yang akan digunakan untuk mengetahui efektivitas kemampuan proses penukaran ion maupun sorpsi. Hal ini karena jenis zeolit alam umumnya berbeda antara sumber/deposit yang satu dengan yang lain dalam jumlah kandungan mineral, porositas serta KTK (kemampuan Tukar Kation) (Chemistry wordpress.com, 2009) [2]. Salah satu karakteritik yang perlu diketahui sebagai data awal dalam penggunaan zeolit adalah parameter proses difusi serta kinetikanya yang merupakan mekanisme proses pada penukaran ion dan sorpsi ion dalam zeolit. Proses difusi ion dalam struktur kristal dapat mengontrol proses penukaran ion. Tingkat penukaran dari partikel- pertikel zeolit yang diperkirakan berbentuk spherikal yang dinyatakan dalam koefisien difusi dapat ditentukan mengikuti persamaan sbb;
\[F_t/F_{\sim} = 6/r \sqrt{D_i \cdot t / \P}\] .....(1)
dengan :
Ft = nilai fraksi ion yang dipertukarkan pada waktu t
F~ = nilai fraksi ion yang dipertukarka pada waktu 24 jam
r = Jari- jari partikel zeolit
Di = Koefisien difusi yang berkaitan dengan proses difusi internal antar dua ion yang dipertkarkan 10- / m2s-1
t = Waktu kontak,detik
¶ = 22/7
Nilai koefisien difusi Di selanjutnya digunakan dalam penentuan parameter kinetik yaitu energi aktivasi, Ea, melalui penggunaan rumus Arrhenius sbb (Siti Amini, 1988) [3];
\[D_i = D_o \text{ expnt ( } E_a / \text{ RT ) } \dots (2)\] dengan : Di = Koefisien difusi , (mes-1)
R = Konstanta Bolzman
Ea = Energi aktivasi, Jole/ mole
T = Suhu, K
Besaran Ea diperoleh dari nilai slope yang didapat dari persamaan linieritas antara koefisien difusi (Ea) dan suhu (T). Besaran Ea merupakan energi yang diperlukan untuk sorpsi ion ke dalam zeolit dan bila nilainya
rendah menunjukkan bahwa ion tersebut dapat dengan mudah masuk ke dalam kerangka zeolit karena proses penukaran ion dalam zeolit tidak terhalangi oleh ion sieve effects (Hassan, 2005) [4].
Dalam bidang nuklir telah dilakukan penelitian keselektifan zeolit lampung terhadap penukaran isotop- isotop radionuklida yang terdapat dalam bahan bakar nuklir bekas dan menunjukkan bahwa keselektifan ion Cs › Ba= Sr ›Ce (Abd El Raman, 2006) [5]. Dari hasil ini terlihat bahwa ion Cs lebih mudah terserap oleh zeolit lampung dibanding dengan ion lainnya. Oleh karena itu, pada penelitian ini akan dilakukan proses penukaran ion Cs ke dalam zeolit, yang difokuskan pada mekanisme proses untuk menentukan parameter proses difusi dan kinetik sebagai data masukkan dalam perhitungan selanjutnya. Dalam upaya meningkatkan pemanfaatan zeolit maka pada penelitian ini selain menggunakan zeolit lampung juga digunakan zeolit dari Bayah dan Tasik yang merupakan sumber zeolit yang cukup potensial di Indonesia. Dari hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi awal dalam pertimbangan penggunaan zeolit alam yang efektif untuk penyerapan ion Cs.
METODOLOGI
Serbuk CsCl digunakan sebagai bahan sumber ion Cs dan bahan zeolit alam (Bayah, Lampung dan Tasik) sebagai bahan penukar kation atau penyerap ion Cs.Bahan pereaksi yang dipakai adalah larutan amonium Chlorida, asam perchlorat, alkohol. Alat yang digunakan untuk proses penukaran kation terdiri dai seperangkat alat gelas, hot plate.
Sebelum dikenakan proses penukaran kation, ketiga jenis bahan zeolit alam (Bayah, Lampung, Tasik) terlebih dahulu diaktivasi dengan cara mencampur sejumlah tertentu bahan zeolit tersebut dengan larutan NH4Cl, diaduk dan dicuci sampai air cucuian bebas chlrorida. Kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 100oC. Selanjutnya ke tiga bahan zeolit yang telah teraktivasi masing- masing ditimbang sebanyak 5 g dan dimasukkan ke dalam gelas beaker yang telah berisi larutan CsCl, yang dibuat dari 2 g serbuk CsCl dengan 100 mL aquades. Larutan suspensi ini kemudian di aduk pada suhu 30OC menggunakan hot plate selama 5 jam. Setiap 1 jam proses dilakukan pengecekan keberadaan ion Cs dalam larutan supernatan dengan cara memipet sekitar 2 ml dan dimasukkan ke dalam tabung reaksi. Selanjutnya larutan ini dikenakan proses pengendapan sebagai CsClO<sub>4</sub> menggunakan asam perchlorat sebanyak 2mL pada suhu 0°C. Parameter kinetika yaitu koefisien difusi dan energi aktivasi dihitung melalui penggunaan persamaan 1 dan 2.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Nilai fraksi berat ion Cs (Ft/F~) dengan variasi waktu kontak dalam proses penukaran dan sorpsi ion Cs ke dalam zeolit tertuang pada Tabel.1 dan Gambar.1 dan Gambar.2
Dari Tabel.1 diatas terlihat bahwa proses penukaran ion Cs dalam zeolit Bayah, Lampung dan Tasik pada waktu kontak satu jam telah mencapai kesetimbangan terlihat pada nilai Ft/F sekitar 1.00. Hal ini menunjukkan bahwa kemungkinan kecepatan proses difusi yang paling cepat terjadi sebelum waktu 1 jam. Nilai koefisien difusi diperoleh dari slope hubungan Ft/F versus √t yang ditunjukkan pada Gambar 1. dan Gambar 2 untuk suhu 30° C dan 50°C.
Tabel 1. Data Fraksi Berat ((Ft/F~) Ion Cs Variasi Waktu
| Waktu | Ft | /F∼ pada sul | าน 30°C | F | t/F~ pada suhı | ı 50°C |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ( jam) | Bayah | Lampung | Tasikmalaya | Bayah | Lampung | Tasikmalaya |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1.09 | 1.09 | 0.99 | 0.98 | 0.99 | 0.97 |
| 2 | 1.01 | 1.04 | 0.99 | 0.95 | 0.97 | 0.94 |
| 3 | 1.00 | 1.03 | 0.98 | 0.96 | 0.07 | 0.95 |
| 4 | 1.01 | 1.01 | 0.99 | 0.96 | 0.97 | 0.96 |
| 5 | 1.00 | 1.01 | 0.98 | 0.96 | 0.97 | 0.97 |
| 24 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 |
Gambar 1. Hubungan Ft/F~ dengan waktu (t) pada Sutu 30°C Dan 50°C
Tabel 2. Koefisien Difusi (Di) Pada suhu 303 dan 323 K
| Subu K | Di , m2 s-1 | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Suhu, K — | Bayah | Lampung | Tasik | ||
| 303 | 2.30E-13 | 2.35E-13 | 2.06E-13 | ||
| 323 | 9.34E-14 | 9.62E-14 | 9.62E-14 | ||
Pada Gambar 1 terlihat bahwa zeolit Lampung mempunyai daya sorpsi lebih tinggi dibanding Bayah dan Tasik, namun perbedaan itu tidak begitu besar. Koefisien difusi (Di) ditentkan berdasarkan nilai slope dari hubungan antara Ft/F∼ dan √ t dan diperoleh untuk ke tiga jenis zeolit pada suhu
30°C adalah 50°C seperti yang tercantum pada Tabel.2.
Nilai koefisien difusi dari ke tiga jenis zeolit alam terlihat hampir sama, hal ini kemungkinan komposisi ke tiga jenis zeolit tersebut hampir sama. Nilai Ea, ditentukan
Journal of Indonesia Zeolites
menggunakan persamaan (2) yaitu melalui perhitungan slope dari hubungan Ln Di dengan 1/T, dan diperoleh masing- masing sebesar 36,61 , 36,61 dan 31,09 kJ/ mol untuk zeolit Bayah, Lampung dan Tasik. Nilai Ea tersebut llebih besar bila dibanding dengan zeolit buatan ( zeolit A) dengan nilai Ea sebesar 9,06 k/mol (Abd El Raman, 2006). Hal ini karena zeolit alam memiliki komposisi yang kompleks dan dimungkinkan mengandung lebih dari satu jenis struktur kristal.
KESIMPULAN
Hasil pengamatan dan pengukuran besaran koefisien difusi dari ion Cs ke dalam zeolite Bayah, Lampung dan Tasikmalaya diperoleh hampir sama masing-masing sebesar 2,3 10 \(^{13}\) , 2,3 10 \(^{13}\) dan 2,1 10 \(^{13}\) m\(^2.\mathrm{det.}^1\) pada suhu 303 K, serta 9,3 10<sup>-14</sup>, 9,6 10<sup>-14</sup>, dan 9,6 10<sup>-14</sup> m<sup>2</sup>.det.<sup>-1</sup> pada suhu 323 K. Dan hasil perhitungan parameter kinetika penukaran ion berupa energi aktifasi, Ea (kJ/mol) ke dalam ketiga jenis zeolit tersebut juga hampir sama nilainya yaitu sebesar 36.61, 36.61, dan 31.09 untuk masing masina zeolit Bavah. Lampung Tasikmalaya. Nilai Ea ini lebih besar dari nilai Ea bila menggunakan zeolit buatan (zeolit-A dengan \(E_a = 9.96\) kJ/mol), sehingga dapat
disimpulkan bahwa penukaran ion Cs ke dalam zeolit alam mempunyai hambatan yang lebih besar disebabkan kandungan komposisi zeolit alam lebih kompleks yang dimungkinkan dapat mengandung lebih dari satu jenis struktur zeolit.
DAFTAR PUSTAKA
- Siti Amini dkk. 2003. "Kelektifan Zeolit Lampung Terhadap Kation- Kation Matrik Hasil Fisi Uranium", Jurnal Zeolit Indonesia, Vol.2. No.1 November 2003.
- 2. http: /// Chemistry wordpress.com 2009/04/18/zeolit
- Siti Amini. November 1988. "A Study Of The Kinetics Of Ion Exchange Of Diffusion Product Into Mordenit And Zeolite-L. Depertement of Chemibtry and applid Chemistry, University of Salvord.
- 4. N.M.Hassan. 2005. "Adsorption Of Crsium From Spent Nuclear Fuel Basin Water. Journal Of Radioanalytical And Nuclear Chemistry". September 2005.
- K.M. Abd El Raman. 2006. "Modelling The Sorption Kinetics Of Cesium And Strontium Ions On Zeolite A". Journal Of Nuclear And Radiochemistry Science. Vol.7, No.2, 2006