pembuatan membran mikrofilter zeolit alam dengan penambahan
advertisement
PEMBUATAN MEMBRAN MIKROFILTER ZEOLIT ALAM DENGAN PENAMBAHAN SEMEN PORTLAND PUTIH M. ALI AKBAR PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA 2010 M / 1431 H PEMBUATAN MEMBRAN MIKROFILTER ZEOLIT ALAM DENGAN PENAMBAHAN SEMEN PORTLAND PUTIH Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Pada Program Studi Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta Oleh: M. ALI AKBAR 103096029810 Menyetujui, Pembimbing I Pembimbing II DR. Mirzan T. Razzak, M.Eng, APU NIP. 330 001 086 Isalmi Aziz, MT NIP.19751110 200604 2 001 Mengetahui, Ketua Program Studi Kimia Sri Yadial Chalid, M.Si NIP.19680313 200312 2 001 LEMBAR PENGESAHAN Skripsi yang berjudul, “Pembuatan Membran Mikrofilter Zeolit Alam Dengan Penambahan Semen Portland Putih” yang disusun oleh M. Ali Akbar, NIM 103096029810, telah diujikan dan dinyatakan “Lulus” dalam sidang Munaqosah Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri (UIN) Syarif Hidayatullah Jakarta pada tanggal 6 September 2010. Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Strata Satu (S1) pada bidang studi KIMIA. Menyetujui, Penguji I Penguji II DR. Thamzil Las Nurhasni, M.Si NIP.19490516 197703 1 001 NIP.19740618 200501 2 005 Pembimbing I Pembimbing II DR. Mirzan T. Razzak, M.Eng, APU Isalmi Aziz, MT NIP. 330 001 086 NIP.19751110 200604 2 001 Mengetahui, Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Ketua Program Studi Kimia DR. Syopiansyah Jaya Putra, M.Sis Sri Yadial Chalid, M.Si NIP.19680117 200112 1 001 NIP.19680313 200312 2 001 LEMBAR PERNYATAAN MENYATAKAN BAHWA SKRIPSI INI ADALAH HASIL KARYA SENDIRI, BUKAN MERUPAKAN HASIL PLAGIAT DAN BELUM PERNAH DIAJUKAN MAUPUN DIPUBLIKASIKAN SEBAGAI SKRIPSI PENELITIAN DI INSTANSI MANAPUN. Jakarta, September 2010 M. ALI AKBAR 103096029810 KATA PENGANTAR Assalamu’alaikum Wr. Wb. Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa Allah SWT. Salam sejahtera kepada kita semua semoga diberikan kekuatan dan keselamatan di dunia akhirat. Penulis bersyukur diberikan kesempatan melakukan studi “Pembuatan membran mikrofilter zeolit alam dengan penambahan semen Portland putih”, untuk tujuan pengolahan air. Dan melalui ikatan kerjasama positif dan jalinan kekeluargaan yang harmonis antara Penulis dan pihak-pihak terkait, maka penelitian ini telah membuahkan hasil sesuai dengan tujuan dan harapan yang ada. Sehingga pada kesempatan ini pula penulis ingin mengucapkan terimakasih dan apresiasi setinggi-tinginya kepada mereka yang telah berperan besar dalam penyelesaian karya penelitian ini, diantaranya adalah: 1. DR. Syopiansyah Jaya Putra, M.SIS selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta. 2. Sri Yadial Chalid, M.Si Selaku Ketua Program Studi Kimia, sekaligus Dosen Pembimbing akademik saya. 3. DR. Mirzan T. Razzak, M.Eng, APU, selaku Kepala Pusat Laboratorium Terpadu (PLT) UIN Syarif Hidayatullah Jakarta dan sekaligus sebagai Dosen Pembimbing I yang telah banyak memberikan kemudahan fasilitas dan aksesibilitas yang tak terbatas. 4. Isalmi Aziz, MT, selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan pelayanan dan pengarahan penulisan karya ilmiah ini dengan sangat baik. 5. Kepala Divisi Analisis Lingkungan, DR. Thamzil Las atas kemuliaannya, beserta staf Laboratorium Ibu Etyn, Ibu Nita dan Bapak Maryoto, terimakasih atas kesabaran dan dukungannya selama menjalankan penelitian. 6. Seluruh Dosen Prodi Kimia UIN Jakarta, Penulis bersyukur telah mengenal mereka yang tak kenal lelah memberikan perhatian bagi mahasiswanya. 7. Para Aktivis Lingkungan Hidup yang tergabung dalam wadah Komunitas Green Chemistry dan HIMKA UIN antara lain Amsiri, Shindi, Garry, Ardi ibnu Hajar dan kawan-kawan angkatan 2005, 2006, 2007 dan 2008. Forum Komunikasi Kader Konservasi Indonesia (FK3I-Jakarta) yang telah banyak memberikan ruang beraktivitas dan berkreasi. 8. Sahabat Komunitas Musik Mahasiswa (KMM) RIAK, Banu I.N, Janzuar R, Nova A, Rizky A.P, Farissa Z, Mahmal R, Andi Key, dan Miladi A. 9. Alumni SMA 47 Jakarta Angkatan 2002, terimakasih atas kemuliaan kalian, Adri, Nico, Ka’Fir, Chalid, Dola, Oktayuda, Pheddy, Wardhana, dan Wawan. 10. Ucapan terima kasih yang terakhir kepada Nurasiyah, orangtua Penulis yang tak pernah berhenti melafadzkan doa-doa kepada penulis sampai kapanpun. Karena tak ada gading yang tak retak, maka penulisan karya ilmiah inipun masih membutuhkan perbaikan, baik saran maupun kritik. Harapan dan cita-cita untuk selalu mengubah kondisi menjadi lebih baik adalah menjadi tujuan hidup siapapun. Maka atas perhatian dan kebaikannya, Penulis ucapkan terima kasih. Wassalamu’alaikum Wr. Wb. Jakarta, September 2010 Penulis KATA PENGANTAR Assalamu’alaikum Wr. Wb. Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa Allah SWT. Salam sejahtera kepada kita semua semoga diberikan kekuatan dan keselamatan di dunia akhirat. Penulis bersyukur diberikan kesempatan melakukan studi “Pembuatan membran mikrofilter zeolit alam dengan penambahan semen Portland putih”, untuk tujuan pengolahan air. Dan melalui ikatan kerjasama positif dan jalinan kekeluargaan yang harmonis antara Penulis dan pihak-pihak terkait, maka penelitian ini telah membuahkan hasil sesuai dengan tujuan dan harapan yang ada. Sehingga pada kesempatan ini pula penulis ingin mengucapkan terimakasih dan apresiasi setinggi-tingginya kepada mereka yang telah berperan besar dalam penyelesaian karya penelitian ini, diantaranya adalah: 1. DR. Syopiansyah Jaya Putra. M.Sis selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta. 2. Sri Yadial Chalid, M.Si Selaku Ketua Program Studi Kimia, sekaligus Dosen Pembimbing akademik saya. 3. DR. Mirzan T. Razzak, M.Eng, APU, selaku Kepala Pusat Laboratorium Terpadu (PLT) UIN Syarif Hidayatullah Jakarta dan sekaligus sebagai Dosen Pembimbing I yang telah banyak memberikan kemudahan fasilitas dan aksesibilitas yang tak terbatas. 4. Isalmi Aziz, MT, selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan pelayanan dan pengarahan penulisan karya ilmiah ini dengan sangat baik. v 5. Kepala Divisi Analisis Lingkungan, DR. Thamzil Las atas kemuliaannya, beserta staf Laboratorium Ibu Etyn, Ibu Nita dan Bapak Maryoto, terimakasih atas kesabaran dan dukungannya selama menjalankan penelitian. 6. Seluruh Dosen Prodi Kimia UIN Jakarta, Penulis bersyukur telah mengenal mereka yang tak kenal lelah memberikan perhatian bagi mahasiswanya. 7. Para Aktivis Lingkungan Hidup yang tergabung dalam wadah Komunitas Green Chemistry dan HIMKA UIN antara lain Amsiri, Shindi, Garry, Ardi ibnu Hajar dan kawan-kawan angkatan 2005, 2006, 2007 dan 2008. Forum Komunikasi Kader Konservasi Indonesia (FK3I-Jakarta) yang telah banyak memberikan ruang beraktivitas dan berkreasi. 8. Sahabat Komunitas Musik Mahasiswa (KMM) RIAK, Banu I.N, Janzuar R, Nova A, Rizky A.P, Farissa Z, Mahmal R, Andi Key, dan Miladi A. 9. Alumni SMA 47 Jakarta Angkatan 2002, terimakasih atas kemuliaan kalian, Adri, Nico, Ka’Fir, Chalid, Dola, Oktayuda, Pheddy, Wardhana, dan Wawan. 10. Ucapan terima kasih yang terakhir kepada Nurasiyah, orangtua Penulis yang tak pernah berhenti melafadzkan doa-doa kepada penulis sampai kapanpun. Karena tak ada gading yang tak retak, maka penulisan karya ilmiah inipun masih membutuhkan perbaikan, baik saran maupun kritik. Harapan dan cita-cita untuk selalu mengubah kondisi menjadi lebih baik adalah menjadi tujuan hidup siapapun. Maka atas perhatian dan kebaikannya, Penulis ucapkan terima kasih. Wassalamu’alaikum Wr. Wb. Jakarta, September 2010 Penulis vi DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR ……………………………………………………... v DAFTAR ISI………………………………………………………………... vii DAFTAR TABEL…………………………………………………………... x DAFTAR GAMBAR……………………………………………………….. xi DAFTAR LAMPIRAN…………………………………………………….. xii ABSTRAK …………………………………………………………………. xiii ABSTRACT………………………………………………………………… xiv BAB I PENDAHULUAN …………………………………………………. 1 1.1. Latar belakang…………………….……………………...…………… 1 1.2. Rumusan masalah ………………………………………………..….. 3 1.3. Batasan masalah …………………………………………….……..... 3 1.4. Tujuan penelitian .. …………………………………………………… 3 1.5. Manfaat penelitian …………………………………………………… 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ….……………………………………… 4 Zeolit ………………………………………………….……………... 4 2.1.1. Pengenalan zeolit …………………………………………... 4 2.1.2. Penamaan dan struktur zeolit ……………………………… 5 2.2.3. Zeolit alam......................……………………………………. 6 Semen Portland ………………………………………………………. 12 2.2.1. Pengenalan semen Portland ..……………………………….. 12 2.2.2. Sifat kimia dan fisika semen ……………………….………. 13 2.2.3. Semen Portland putih ………………………………………. 16 Membran ……………………………………………………............... 18 2.3.1. Jenis filtrasi membran………………………………............... 19 2.3.2. Kinerja membran …………………………………………… 22 2.3.3. Aplikasi membran ………………………………………….. 30 2.3.4. Pendekatan penelitian membran zeolit……... ………………. 31 Spektrofotometer Serapan Atom (SSA) ……………………………… 32 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. vii 2.4.1. Prinsip kerja SSA …………………………………………… 32 2.4.2. Skema alat spektrofotometer Serapan Atom (SSA) …..…….. 33 Turbidimeter ……………………………...………………………...... 35 BAB III METODE PENELITIAN ……………………………………… 37 3.1. Waktu dan tempat penelitian ………………………………………. 37 3.2. Bahan dan alat ……………………………………………...……….. 37 3.3. Prosedur kerja …………………………………………………….... 38 3.3.1. Preparasi zeolit ………………………………………..…….. 39 3.3.2. Pembentukan membran zeolit-semen ………………............ 39 3.3.3. Pembuatan alat uji membran ……………………………….. 40 3.3.4. Unjuk kerja membran zeolit ………………………………... 41 1. Pengukuran densitas membran ………………………..... 42 2. Pengukuran porositas membran ………………………… 42 3. Pengukuran kapasitas penyimpanan air………………..… 43 4. Pengukuran laju aliran membran (fluks membran)…..…... 43 2.5. 5. Penentuan efisiensi pemisahan ion Fe2+, Mn2+,Mg2+, Ca2+ dan Na+ ……………………………………….…………. 43 6. Penentuan efisiensi pemisahan kekeruhan air…………… 46 7. Pengukuran tingkat keasaman filtrat ……………………. 47 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ………………………………….. 49 4.1. Pengaruh persen berat zeolit terhadap sifat fisika membran..……... 49 4.1.1. Densitas membran …...….…………………..…..………….. 49 4.1.2. Porositas membran …….……………………..…………….. 50 4.1.3. Kapasitas penyimpanan air………………………….…….... 52 4.1.5. Laju alir membran (Fluks membran).…………….….......... 55 4.1.6. Efisiensi pemisahan kekeruhan air …… ……………………. 56 Pengaruh persen berat zeolit terhadap sifat kimia membran……….. 57 Pemisahan ion Fe2+……..…..……………………….………. 58 4.2.2 Pemisahan ion Mn2+….……..…………………….…………. 60 4.2.3 Pemisahan ion Mg2+ ……..…………………….……………. 61 4.2. 4.2.1 2+ 4.2.4 Pemisahan ion Ca ……..………………….……………….. viii 62 4.2.5 Pemisahan ion Na+…….…………..………………………… 64 4.2.6 Tingkat keasaman (pH) filtrat ……………………….……… 66 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN …………………………………… 68 5.1. Kesimpulan …………………………………………………………. 68 5.2. Saran………………………………………………………………… 68 DAFTAR PUSTAKA………………………………………………..……... 72 LAMPIRAN………………………………………………………………… 76 ix DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Komposisi zeolit alam dari Lampung (Yuliusman, dkk, 2009).................... 9 Tabel 2. Metode pengecilan padatan (Bernasconi, et.al, 1995) .............,................... 10 Tabel 3. Selektifitas pertukaran ion pada zeolit......................................................... 11 Tabel 4. Komposisi kimia bahan baku semen Portland putih ……………………….... 18 Tabel 5. Klasifikasi membran berdasarkan struktur dan diameter pori (Grahn, 2006).. 20 Tabel 6. Perbandingan sifat berbagai jenis membran (Wagner, 2001),(Suwarsono, 2010)………………………………………… 22 Tabel 7. Spesifikasi bahan penelitian ………………………………………………... 37 Tabel 8. Karakteristik larutan umpan yang digunakan membran zeolit…………….. 44 Tabel 9. Pengaruh persen berat zeolit terhadap efisiensi pemisahan kekeruhan air ….. 57 Tabel 10. Pengaruh persen berat zeolit terhadap pemisahan ion Fe2+............................ 58 Tabel 11. Pengaruh persen berat zeolit terhadap pemisahan ion Mn2+………………. 60 Tabel 12. Pengaruh persen berat zeolit terhadap pemisahan ion Mg2+……………….. 61 Tabel 13. Pengaruh persen berat zeolit terhadap pemisahan ion Ca2+………………… 63 Tabel 14. Pengaruh persen berat zeolit terhadap pemisahan ion Na+………………… 65 Tabel 15. Tingkat keasaman (pH) filtrat membran ……………………..…..………… 66 Tabel 16. Total kebutuhan bahan pada pembuatan membran zeolit…………………. 76 Tabel 17. Hasil pengukuran massa membran zeolit…………….…………………….. 77 Tabel 18. Data laju alir membran zeolit……………………………………………….. 78 Tabel 19. Ringkasan hasil perhitungan sifat fisika membran zeolit…………………. 2+ Tabel 20. Kalibrasi dan analisis konsentrasi ion Mn ……………………………….. 78 80 Tabel 21. Kalibrasi dan analisis konsentrasi ion Fe2+…………………………………. 80 Tabel 22. Kalibrasi dan analisis konsentrasi ion Mg2+……………………………….. 81 Tabel 23. Kalibrasi dan analisis konsentrasi ion Na+…………………………………. 82 Tabel 24. Kalibrasi dan analisis konsentrasi ion Ca2+ ……………………………….. 82 Tabel 25. Kalibrasi alat turbidimeter………………………………………………….. 83 x DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Kerangka bangunan zeolit (Byrappa & Yoshimura,2001) ................ 6 Gambar 2. Peta sebaran mineral zeolit alam di Indonesia.................................... 7 Gambar 3. Prinsip aliran membran secara vertical (dead end filtration) (kiri) dan grafik laju perpindahan massa persatuan waktu (kanan)……….. 28 Gambar 4. Selektifitas membran karena perbedaan diameter partikel dengan diameter pori membran (Wilbert, 1999)…………………………….. 29 Gambar 5. Ilustrasi terjadinya proses penyerapan membran dan pemampatan yang terjadi selama periode tertentu (Williams, 2006)……….……… 30 Gambar 6. Diagram sistem kerja alat Spektrofotometer Serapan Atom (SSA)... 33 Gambar 7. Prinsip kerja alat turbidimeter merek HACH (Anonim, 1999) …….. 36 Gambar 8. Diagram alir penelitian ………………………………………………. 38 Gambar 9. Pembuatan alat uji membran (a) dan modul membran (b) …………. 41 Gambar 10. Rancangan penentuan efisiensi pemisahan membran ………………. 45 Gambar 11. Pengukuran kekeruhan menggunakan alat turbidimeter portable merek HACH 2100P (Anonim, 1999)……………………………….. 47 Gambar 12. Pengaruh persen berat zeolit terhadap densitas membran……............ 49 Gambar 13. Pengaruh persen berat zeolit terhadap porositas membran ….............. 51 Gambar 14. Pengaruh persen berat zeolit terhadap kapasitas penyimpanan fluida (sampel air) membran…………………………………….…….......... 52 Gambar 15. Pengaruh persen berat zeolit terhadap fluks membran……….……... 56 Gambar 16. Kurva kalibrasi pengukuran logam Mn2+…………………………… 80 Gambar 17. Kurva kalibrasi pengukuran logam Fe2+…………………………….. 81 Gambar 18. Kurva kalibrasi pengukuran logam Mg2+……………………………. 81 Gambar 19. Kurva kalibrasi pengukuran logam Na+……………………………… 82 Gambar 20. Kurva kalibrasi pengukuran ion Ca2+……………………………….. 83 Gambar 21. Kurva kalibrasi alat turbidimeter……………………………………. 83 Gambar 22. Peralatan uji penyaringan menggunakan membran zeolit……..…… 84 Gambar 23. Cara kerja penyaringan membran zeolit………..…………………… 85 Gambar 24. Peralatan pendukung yang digunakan selama penelitian di PLTUIN……………………………………………………….................. 86 xi DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Penentuan spesifikasi membran…………………………..…….. 76 Lampiran 2. Hasil pengukuran sifat fisika membran……………………..….. 77 Lampiran 3. Penentuan efisiensi pemisahan membran ……………..........…. 80 Lampiran 4. Dokumentasi penelitian…………………………………………. 84 xii ABSTRAK Pembuatan membran mikrofilter menggunakan zeolit alam pada proses pemurnian air telah digunakan secara luas. Untuk mendapatkan struktur membran yang kompak dan menyatu, maka ditambahkan bahan pengikat seperti semen, keramik ataupun polimer. Pada penelitian ini zeolit alam dicampur dengan semen Portland putih sebagai bahan pengikatnya. Benda uji membran dibuat dalam bentuk silinder dengan diameter 43 mm dan tebal 5 mm. Tiga tipe sampel membran yaitu Z1S, Z2S dan Z3S ditentukan sebagai representasi dari persen zeolit terhadap semen didalam struktur membran. Hasil penentuan karaktersitik fisika dan kimia membran diperoleh hasil sebagai berikut. Hasil pengukuran densitas membran adalah 1,44 g/cm3; 1,41 g/cm3 dan 1,33 g/cm3 untuk masingmasing tipe membran Z1S ; Z2S dan Z3S. Hasil pengukuran laju alir persatuan luas (fluks) membran diperoleh nilai 0,40 kg.h-1.m-2; 1,41 kg.h-1.m-2dan 2,22 kg.h-1.m-2 masing-masing untuk tipe membran Z1S, Z2S dan Z3S. Efisiensi pemisahan membran terhadap ion Fe2+ adalah 96,4 % - 99,4 dan 99,2 %, untuk ion Mg2+ adalah 69,4 %, 86,2 % dan 73,7 % dan untuk ion Mn2+ diperoleh hasil yang maksimal, yaitu hingga 100 %. Sedangkan efisiensi pemisahan ion Ca2+ dan Na+ belum diperoleh hasil yang maksimal. Kata kunci: zeolit alam, semen Portland putih, mikrofilter, efisiensi pemisahan xiii ABSTRACT The preparation of microfilter membrane using natural zeolite for water purification activities have been applied widely. In addition of a binder such as cement, ceramic or polymer are necessary in order to obtain a compact and unified membrane structures. In this study, natural zeolite blended with white Portland cement as a binder. Membrane samples was made in the form of a cylinder with 43 mm of diameter and 5 mm of thickness. Three types of membrane samples are Z1S, Z2S and Z3S defined as a representation of the percent zeolite in the membrane structure (by wight). The determination of characteristics of physic and chemistry membrane was obtained as the following results. Membrane density measurement were obtained 1.44, g/cm3 1.41 g/cm3 and 1.33 g/cm3 for each type membrane Z1S; Z2S and Z3S. The results of measurement membrane flux were obtained 0,40 kg.h-1.m-2; 1,41 kg.h-1.m-2 and 2,22 kg.h-1.m-2 respectively for membrane type Z1S, Z2S dan Z3S. Membrane separations efficiency of Fe2+ ions are 96,4 % - 99,4 % and 99,2 %, Mg2+ ions are 69,4 %, 86,2 % and 73,7 % and Mn2+ ions obtained maximum results with equal to 100%. While the separation efficiency of Ca2+ and Na+ ions has not yet obtained the maximum results. Keywords: natural zeolite, white Portland cement, microfilter, separation efficiency. xiv BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Saat ini air bersih mulai sulit diperoleh di sejumlah daerah, terutama di wilayah perkotaan. Hal ini dikarenakan semakin berkurang dan tercemarnya sumber air tanah dan sumber air permukaan. Kondisi ini mendorong munculnya pusat-pusat pengolahan air, baik yang dikelola oleh pemerintah maupun swasta. Untuk memperoleh air bersih yang layak konsumsi, diperlukan suatu cara pengolahan. Salah satu metode yang banyak digunakan adalah filtrasi (penyaringan) menggunakan media filter seperti membran. Umumnya media filter yang biasa digunakan adalah pasir, kerikil, ijuk, arang dan zeolit. Di Indonesia sendiri zeolit belum mendapat perhatian yang cukup sebagai bahan dasar media filtrasi air dari kontaminannya. Padahal wilayah Indonesia secara geografis terletak pada jalur gunung berapi yang memiliki potensi zeolit yang cukup besar. Sebagaimana kita ketahui bahwa zeolit alam memiliki kemampuan melakukan serangkaian fungsi dalam berbagai proses kimia seperti katalis, adsorben dan penukar ion. Melalui teknologi membran, zeolit dapat digunakan sebagai media penyerapan dan pemisahan secara bersamaan (McLeary, et.al., 2006). Keuntungan penggunaan membran sebagai media filter adalah efisiensi yang lebih besar, pengoperasian lebih sederhana dan kebutuhan energi lebih kecil. (Kusworo, dkk, 2010). Instalasi pengolahan air membutuhkan material utama 1 sebagai media pemisahan dari zat-zat yang tidak diinginkan. Menurut Mourato (2002) salah satu membran yang umum digunakan dalam proses pengolahan air bersih adalah membran mikrofilter, yang cocok untuk menahan suspensi dan emulsi. Selain itu, harga membran mikrofilter lebih murah dan tekanan operasi yang dibutuhkan lebih kecil yaitu kurang dari 2 bar. Sehingga membutuhkan alat pendukung utilitas yang lebih sedikit. Untuk mendapatkan suatu bentuk membran mikrofilter berbasis zeolit, perlu dilakukan penambahan bahan pengikat (binder). Menurut Las (1989) zeolit alam (klinoptilolit) dapat dikombinasikan dengan bahan lain seperti polimer, semen ataupun keramik dalam berbagai aplikasi, misalnya membran, lapisan film, sensor dan katalis. Lebih lanjutnya lagi campuran antara zeolit alam (bagian terbesar) dan semen dapat membentuk suatu membran komposit hal ini telah diteliti oleh Bhakta dan Munekage (2009) yang menggunakan zeolit sebagai membran mikrofilter untuk pengolahan air. Penelitian ini dilakukan guna mendapatkan campuran antara zeolit (bagian terbesar) dengan semen putih dalam suatu matriks membran mikrofilter yang berbasis zeolit alam. Telah diketahui bahwa semen telah digunakan sebagai bahan pengikat (binder) pada berbagai aplikasi. Namun pada penelitian ini semen yang digunakan adalah jenis semen Portland putih. Tujuannya adalah mendapatkan struktur membran mikrofilter zeolit-semen yang kompak dan menyatu. Sehingga dapat digunakan sebagai salah satu media filter pada proses pemisahan air dari kontaminannya. 2 1.2. Rumusan Masalah 1. Apakah zeolit dapat membentuk struktur yang kompak bila disatukan dengan bahan pengikat (binder) seperti semen putih? 2. Bagaimana karakteristik fisika dan kimia membran terhadap pengaruh persen berat zeolit dan semen Portland putih. 1.3. Batasan Masalah Penelitian ini dibatasi pada pengaruh perbedaan persen berat zeolit dan semen dalam campuran membran terhadap densitas, porositas, kapasitas penyimpanan fluida, laju alir membran dan efisiensi pemisahan ion logam dan kekeruhan pada simulasi penyaringan air dari kontaminannya. 1.4. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Membuat membran mikrofilter menggunakan zeolit alam dan semen Portland putih sebagai bahan pengikatnya. 2. Mengetahui karakteristik fisika dan kimia membran mikrofilter. 3. Mengetahui unjuk kerja membran dalam proses pemurnian air dari kontaminannya. 1.5. Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat diaplikasikan pada proses pemurnian air dari kontaminannya, khususnya instalasi air minum pada skala kecil. 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Zeolit 2.1.1. Pengenalan Zeolit Zeolit dikenal pertama kali pada tahun 1756 oleh seorang ilmuwan mineral asal Swedia, Axel Cornstedt. Ia menemukan sejenis mineral yang kemudian diketahui sebagai zeolit dengan tipe stilbite. Mineral ini bila dipanaskan akan mengeluarkan gelembung-gelembung udara seperti batuan mendidih (boiling stone). Di kemudian hari mineral itu disebut sebagai zeolite, yang diambil dari bahasa Yunani, “zeo dan lithos" yang berarti batu yang mendidih, karena bila dipanaskan akan membuih dan mengeluarkan air. Pada tahun 1840, Damour seorang peneliti mineral, mengemukakan bahwa mineral zeolit mempunyai kemampuan sebagai adsorben. Ia mengamati bahwa mineral zeolit dapat terdehidrasi secara reversibel tanpa menunjukan adanya perubahan morfologi. Kemudian pengamatan berlanjut pada kemampuan zeolit untuk melakukan pertukaran ion (ion exchange) oleh Eichorn pada tahun 1858. Setelah itu Weighel dan Steinhoff pada tahun 1925 melaporkan bahwa chabasite dapat mengadsorpsi secara selektif molekul-molekul senyawa organik berukuran kecil dalam campurannya dengan molekul-molekul besar. Menyusul kemudian penemuan oleh McBain pada tahun 1932 yang melakukan uji coba pemanasan mineral zeolit (aktivasi) dan mendapatkan zeolit mampu menyerap molekulmolekul gas dengan ukuran partikel tertentu. 4 4 Beberapa tahun berikutnya penelitian tentang mineral zeolit terus dilakukan, hingga tahun 1977 ditemukan deposit zeolit yang melimpah di USA, Rusia, Jepang, Australia, Kuba dan sebagian Eropa Timur (Dyer, 1988). 2.1.2. Penamaan dan Struktur Zeolit Menurut ahli kristalografi berkebangsaan Amerika J.V Smith (1984) zeolit didefinisikan sebagai suatu kristal alumino silikat yang mempunyai struktur kerangka tiga dimensi (framework), mempunyai rongga (cavity), dan saluran (channel) yang mengandung kation logam alkali dan alkali tanah (Na, K, Mg, Ca,), serta molekul air. Menurut Asosiasi zeolit internasional (IZA) sistem penamaan struktur kerangka zeolit didasarkan atas unit primer atau PBU (primary building unit) yang selanjutnya bertransformasi membentuk struktur yang lebih kompleks lagi yaitu unit sekunder atau SBU (secondary building unit), unit sub sekunder atau SSU (secondary sub unit) dan unit periodik atau PBU (periodical building unit). Unit struktur primer yaitu TO4, (dimana T= (Al, Si) yang tersusun dari cornersharing atom O dari senyawa (AlO4) dan (SiO4) tetrahedral (lihat Gambar 1 bagian A). Selanjutnya untuk unit struktur sekunder zeolit merupakan pengembangan dari unit primer yang lebih besar yaitu rangka 3 cincin (3 Rings/3R), 4 cincin (4 Rings/4R), 5 cincin (5 Rings/5R), 6 cincin (6 Rings/6R), 8 cincin (8 Rings/8R), cincin 4 double (double 4 rings/D4R), cincin 6 double (double 6 rings/D6R), cincin 8 double (double 8 rings/D8R), cincin 4-1 , cincin 4-2, cincin 4 – 4 =1. cincin 5 -1, cincin 5 – 2, cincin 5 – 3, cincin 6 – 2, cincin 2 – 6 – 2.(www.iza-online.org). 5 Gambar 1. Kerangka bangunan zeolit (Byrappa & Yoshimura, 2001) 2.1.3. Zeolit Alam Menurut data Pusat Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara (PPTMB) penambangan zeolit alam di Indonesia terus meningkat. Data pada tahun 2003 menunjukkan produksi mineral zeolit mencapai 60 juta ton. Berikut ini merupakan gambar peta sebaran mineral zeolit alam di Indonesia. 6 7 Gambar 2. Peta sebaran mineral zeolit alam di Indonesia Jumlah tersebut didominasi oleh zeolit dengan jenis klinoptilolit dan mordenit. Lokasi penambangan zeolit tersebar luas di berbagai daerah seperti Bayah-Banten, Cikalong-Tasikmalaya, Cikembar dan Naggung- Bogor, Sukabumi dan Kalianda, Cukuh Bulak, Talang Padang-Lampung dan seterusnya. Pada umumnya, zeolit alam ditemukan dalam bentuk batuan atau serpihan yang berada dipermukaan maupun berada didalam kedalaman. Sehingga mineral zeolit telah bercampur dengan mineral lainnya. Meskipun begitu zeolit alam tetap memiliki potensi ekonomi yang luas. Oleh karena itu, untuk mendapatkan zeolit alam yang lebih baik diperlukan perlakuan khusus. Misalnya untuk kebutuhan penyerapan (adsorpsi) yang lebih besar, dilakukan pengecilan, pencucian yang dilanjutkan dengan pengaktivan zeolit. Untuk pemanfaatan zeolit alam khususnya yang berasal dari Lampung telah banyak dilakukan salah satunya adalah berhasil mengidentifikasi komposisi kimia zeolit. Berdasarkan hasil pengujian komposisi kimia zeolit alam seperti tampak pada Tabel 1, terjadi perbedaan kadar senyawa yang diperoleh. Perbedaan ini dipengaruhi oleh kedalaman lapisan tanah dimana mineral zeolit ditambang, meski berasal dari tempat dan wilayah yang sama (Razzak, 2009). Sehingga penambangan pada kedalaman tertentu akan menghasilkan perbedaan kadar senyawa yang terkandung didalam mineral zeolit jika dibandingkan dengan penambangan yang dilakukan dipermukaan tanah. Hal tersebut dapat dibuktikan melalui data hasil penelitian yang dilakukan oleh beberapa peneliti, antara lain. Penelitian yang dilakukan oleh Razzak, dkk (2009) yaitu mengetahui komposisi senyawa zeolit alam Lampung. Data hasil 8 penelitiannya menunjukkan adanya perbedaan persen kuantitas senyawa yang terkandung didalam zeolit alam Lampung. Secara umum, untuk persentase senyawa Fe2O3 diperoleh data yang berbeda dengan yang dilakukan oleh Yuliusman (2009) yaitu 0,95 dan 1,19 persen, senyawa K2O 0,70 dan 2,17 persen,senyawa CaO 0,52 dan 3,56 persen. Tabel 1. Komposisi zeolit alam dari Lampung (Yuliusman, dkk (2009) Senyawa yang diukur Kadar berat (%) SiO2 72.6 Al2O3 12.4 Fe2O3 1.19 Na2O 0.45 TiO2 0.16 MgO 1.15 K2O 2.17 CaO 3.56 Lain 6.32 Rumus kimia klinoptilolit secara umum Na6 (AlO2)6 (SiO2)30.24 H2O Klinoptilolit Lampung Na2,94 K1,35Ca0,63 Mg0,21 Al6,25 Si29,7 4O7220H2O Dalam hal penggunaanya, zeolit dihaluskan dalam berbagai ukuran butir disesuaikan dengan tujuannya. Karena dengan ukuran zeolit yang lebih kecil akan menghasilkan luas permukaan yang lebih besar, sehingga memungkinkan terjadinya interaksi dengan bahan lain lebih intensif. Menurut Ginting (2007) bahwa zeolit Lampung memiliki luas permukaan sebesar 10,05 m2, dengan jarijari pori sebesar 166,53 nm dan kapasitas penyerapan sebesar 24,5 ml/g. Menurut Bernasconi, et.al (1995) metode pengecilan atau penghalusan padatan dapat dilakukan dalam berbagai cara seperti terlihat pada Tabel 2 dibawah ini. 9 Tabel. 2. Metode pengecilan padatan (Bernasconi, et.al, 1995) Metode Penghalusan Ukuran Padatan Bahan yang dikecilkan Ǿ (mm) Bentuk Jenis Pemecahan kasar Potongan Potongan Pemecahan halus Granulat Butir 10 – 1 Pengilingan kasar Kerikil Pasir 1 – 0.1 Penggilingan halus Tepung Serbuk Penggilingan sangat halus Bedak Serbuk halus Penggilingan koloid Koloid Koloidal > 10 0.1 – 0.01 0.001 - 0.001 < 0.001 Menurut Yuliusman, dkk (2009) terdapat beberapa langkah utama untuk mengaktivkan zeolit alam antara lain: pemanasan awal (pre-kalsinasi), pencucian kimia, pertukaran ion, kalsinasi dan dealuminasi. Berikut sedikit penjelasannya. a. Pencucian kimia Pada proses pencucian ini biasanya digunakan larutan asam (contoh, asam sulfat dan asam klorida) atau basa (contoh natrium hidroksida) yang dicampur dengan zeolit. Perendaman dilakukan dalam jangka waktu tertentu sambil dilakukan pemanasan hingga mendidih. Kemudian dicuci kembali dengan air sampai netral dan dikeringkan. Tujuannya adalah untuk membersihkan permukaan pori, membuang senyawa pengotor, dan mengatur kembali letak atom yang dapat dipertukarkan. b. Pertukaran ion Pertukaran ion adalah proses mempertukarkan kation-kation yang terdapat didalam sistem pori kristal zeolit alam dengan kation-kation yang berasal dari larutan pengumpan. Dalam keadaan setimbang kondisi kation-kation yang berada 10 dalam sistem pori maupun larutan dapat digambarkan dalam persamaan sebagai berikut: ZABZB+ (zeo) + ZBAZA+(aq) ↔ ZA BZB+ (aq) + ZBAZA+ (zeo).......................(1) (Las, 1989) Dimana ZA dan ZB adalah valensi dari masing-masing kation A dan B, dan simbol zeo dann aq merujuk pada zeolit dan larutan. Selektifitas beberapa jenis zeolit alam dapat dilihat melalui Tabel 3 berikut ini. Tabel 3. Selektifitas pertukaran ion pada zeolit Jenis Zeolit Selektrifitas Peneliti Sumber pustaka Analcim K< Li < Na < Ag Barrer (1950) Chabazit Li < Ca <Sr <Ba< Na <Pb <NH <Rb Breck (1974) <Ag <K <Ti Ca < Ba < Sr < Li < Na < NH4 < K Filizopa (1974) Li < Mg < Al < Fe < Ca < Na < Sr < Ames (1960) Ba < NH4 < K < Rb < Cs Li < Na < Rb < K < Cs Ames (1961) Yuliusman,dkk (2009) Hedstrom (2001) Heulandit Klinoptilolit Mordenit Yuliusman, dkk (2009) Woinarski,et.al (2003) Yuliusman, dkk (2009) Dari Tabel 3 diatas dapat dilihat bahwa kation-kation yang berada pada bagian kanan urutan tersebut adalah kation-kation yang lebih disukai oleh zeolit. Jika kita ingin mempertukarkan suatu kation dalam zeolit, maka kation penukarnya harus berada di sebelah kanan kation zeolit tersebut. c. Kalsinasi Proses ini merupakan proses perlakuan panas terhadap zeolit pada suhu yang relatif tinggi dalam tungku udara. Hal ini bertujuan untuk menguapkan 11 molekul-molekul air yang terikat secara kimia yang terdapat didalam pori-pori zeolit sehingga diperoleh luas permukaan yang lebih besar. Selain itu, proses kalsinasi diyakini dapat memperbaiki susunan kerangka (framework) aluminosilikat (Al-Si-O) yang tidak stabil menjadi bentuk yang lebih stabil dan menghasilkan susunan kristal zeolit yang lebih baik. d. Dealuminasi Dealuminasi dilakukan untuk mengurangi kadar Si/Al dalam struktur zeolit. Zeolit alam jenis klinoptilolit dan mordenit umumnya memiliki kadar Si/Al antar 5 – 6. Karena kadar Al3+ yang tinggi akan mengurangi sifat zeolit, yaitu menjadi lebih asam dan mengurangi kestabilan pada suhu tinggi. Karenanya, zeolit yang memiliki perbandingan Si/Al sama dengan satu akan memiliki kerangka struktur yang teratur. Sehingga, proses dealuminasi dapat pula memperbaiki tingkat keasaman zeolit (Purawiardi, 1999). 2.2. Semen Portland 2.2.1 Pengenalan Semen Portland Penggunaan kata “Semen” diperoleh dari bahasa Latin, yaitu “caementum‖ yang berarti perekat. Sedangkan pemberian nama “semen portland‖ didasarkan atas kemiripan warna hasil olahan bahan pembentuk semen yang dilakukan oleh John Smeaton (Inggris) pada tahun 1756 dan Joseph Aspadin (Inggris) pada tahun 1824. Mereka secara terpisah menemukan sejenis bahan semen yang didapatkan dari hasil kalsinasi campuran batu kapur dengan tanah liat dan menggilingnya menjadi bubuk halus yang kemudian dinamakan―Portland 12 Cement‖. Dinamakan demikian karena warna hasil olahannya mirip dengan warna tanah yang dijumpai di Pulau Portland, Inggris. Semen merupakan senyawa/zat pengikat hidrolis yang terdiri dari senyawa CaO.SiO2.H2O (kalsium silikat hidrat) yang apabila bereaksi dengan air akan mengikat bahan padat lainnya, membentuk satu kesatuan massa yang kompak, padat dan keras. 2.2.2. Sifat Kimia dan Fisika Semen Menurut Austin (1985) semen memiliki jenis yang bermacam-macam disesuaikan dengan tujuan penggunaannya. Namun umumnya diantara sifat fisika dan kimia dari produk semen yang perlu diketahui adalah sebagai berikut, yaitu periode pengikatan dan pengerasan semen, kehalusan semen, ketahanan asam, hidrasi semen dan penggunaan faktor air semen. a. Pengikatan dan Pengerasan (Setting Time and Hardening) Menurt Austin (1985) mekanisme terjadinya setting dan hardening yaitu ketika terjadi pencampuran semen dengan air. Maka akan terjadi reaksi antara air dengan 3CaO.Al2O3 membentuk 3CaO.Al2O3.3H2O yang bersifat kaku dan berbentuk gel. Untuk mengatur waktu lamanya pengerasan, perlu ditambahkan gipsum. Gipsum akan bereaksi dengan 3CaO.Al2O3.3H2O, membentuk lapisan ettringete yang akan membungkus permukaan senyawa tersebut. Namun karena ada peristiwa osmosis pada lapisan ettringete akan pecah dan reaksi hidarsi 3CaO.Al2O3 akan terjadi lagi, sehingga terbentuk lapisan etteringete kembali. Begitu seterusnya hingga senyawa gipsum habis. Proses ini akhirnya menghasilkan perpanjangan setting 13 time. Periode ini disebut Dormant Periode yang terjadi selama 1-2 jam dan selama itu pasta masih dalam keadaan plastis dan mudah dibentuk (workable). Selama periode ini, dalam beberapa jam, reaksi dari 3CaO.SiO2 terjadi dan menghasilkan 3CaO.SiO2.3H2O. Semen dan air akan mengisi rongga membentuk titik-titik kontak yang menghasilkan kekakuan. Pada tahap berikutnya terjadi pengikatan senyawa CaO.SO4.H2O (gipsum) yang akan menghalangi mobilitas partikel – partikel semen yang akhirnya pasta menjadi kaku dan akhir pengerasan mulai (final setting) tercapai, lalu proses pengerasan terus berlangsung hingga air dan gipsum habis bereaksi. b. Ketahanan terhadap asam Material baru hasil bentukan dari semen Portland dapat mengalami kerusakan oleh pengaruh asam dari sekitarnya. Umumnya serangan asam tersebut merubah kontruksi-kontruksi yang tidak larut dalam air. Misalnya, asam klorida (HCl) akan bereaksi dengan tetrakalsium aluminoferrit (C4AF) menjadi besi klorida (FeCl2) yang larut air. Selain itu, serangan asam dapat terjadi karena CO2 bereaksi dengan Ca(OH)2 dari semen yang terhidrasi membentuk kalsium karbonat yang tidak larut dalam air. Pembentukan kalsium karbonat, sebenarnya tidak menimbulkan kerusakan pada beton tetapi proses berikutnya yaitu CO2 dalam air akan bereaksi dengan kalsium karbonat yang larut dalam air. Reaksi : Ca(OH)2 (aq) + CO2 (g) CaCO3 (s) + H2O (l) CaCO3 (s) + CO2 (g) + H2O (l) Ca(HCO3)2 (aq) reaksi yang terjadi dapat menghasilkan pengembangan volume sehingga memungkinkan terjadi keretakan pada campuran semen dan agregatnya. 14 c. Kehalusan Kehalusan dapat mewakili sifat fisika lainnya terutama terhadap kekuatan. Bertambahnya kehalusan pada umumnya akan menambah kekuatan, mempercepat reaksi hidrasi begitu pula waktu pengikatannya yang semakin singkat. d. Faktor air semen Penggunaan jumlah air terhadap pencampuran semen memiliki pengaruh penting terhadap sifat fisika produk semen. Faktor air semen (water cement ratio) adalah jumlah perbandingan air yang dibutuhkan untuk melakukan proses hidrasi bahan-bahan pembentuk semen. Faktor air semen mempengaruhi porositas, kuat tekan dan permeabilitas produk berbahan semen. Menurut Mastuti (2009) permeabilitas merupakan kemampuan aliran air dalam menembus sampel membran, dimana yang mempengaruhi koefisien permeabilitas adalah perbandingan faktor air (W/C). Persamaan perhitungan faktor air adalah sebagai berikut. ……………………………………..………….(2) Keterangan : W = Berat air (g) C = Berat semen (g) P = Berat bahan tambahan pengganti semen (g) e. Hidrasi semen Reaksi hidrasi adalah reaksi yang terjadi ketika mineral-mineral yang terkandung didalam semen bereaksi dengan air membentuk senyawa hidratnya dan melepaskan sejumlah panas hidrasi, yang pada akhirnya didapatkan produk 15 semen yang telah memadat dan keras. Hasil reaksi hidrasinya antara lain adalah tobermorite gel yang merupakan jumlah terbesar (sekitar 50% dari jumlah senyawa yang dihasilkan). Reaksi tersebut dapat dirangkum sebagai berikut: 2 (3CaO•SiO2) (s) Trikalsium silikat + 11 H2O (l) 3 CaO•2SiO2•8H2O (s) + 3 Ca(OH)2 (aq) Air Kalsium silikathidrat(tobermorit) Kalsium hidroksida 2 (2CaO•SiO2) (s) Dikalsium silikat + 9 H2O (l) 3 CaO•2SiO2•8H2O (s) + Ca(OH)2 (aq) Air Kalsium silikat hidrat Kalsium hidroksida 3 CaO•Al2O3 (s) + 3 (CaO•SO3•2H2O) (s) + 26 H2O (l) 6 CaO•Al2O3•3SO3•22H2O (s) Trikalsium Gipsum Air Ettringite aluminat 3 CaO•Al2O3(s) + 6 CaO•Al2O3•3SO3•32H2O( s) + 4 H2O 3(4CaO•Al2O3•SO3•12H2O) (s) Trikalsium Ettringite Air Kaslium monosulfoaluminohidrat aluminat 3 CaO•Al2O3 (s) + Ca(OH)2 (aq) Trikalsium Kalsium aluminat hidroksida + 12 H2O (l) 4 CaO•Al2O3•13H2O (s) Air Tetra kalsium aluminat hidrat 4 CaO• Al2O3•Fe2O3 + 10 H2O + 2 Ca(OH) 2 (aq) 6 CaO•Al2O3•Fe2O3•12H2O Tetrakalsium Air Kalsium Kalsium aluminoferrit hidrat aluminoferrit hidroksida (Chapwanya, et.al. 2009) 2.2.3. Semen Portland Putih Semen Portland putih adalah semen hidrolis yang berwarna putih dan dihasilkan dengan cara menggiling terak (klinker) semen Portland putih yang terutama terdiri atas kalsium silikat dan digiling bersama-sama dengan bahan tambahan berupa satu atau lebih bentuk kristal senyawa kalsium sulfat. Semen Portland putih dapat digunakan untuk semua tujuan di dalam pembuatan adukan semen yang tidak memerlukan persyaratan khusus, kecuali warna putihnya (SNI 15-0129-2004: Semen Portland putih). 16 Semen Portland putih atau White Portland Cement (WPC) merupakan jenis semen bermutu tinggi. Semen Portland putih dibuat dari bahan-bahan baku pilihan yang memiliki kandungan senyawa besi oksida dan magnesium oksida rendah (bahan-bahan tersebut menyebabkan semen berwarna abu-abu). Derajat warna putih semen (whiteness) diukur menurut standar yang berbeda-beda. Namun menurut Standar Nasional Indonesia (SNI) Semen Portland Putih derajat warna putih semen harus mencapai angka minimal 90 % jika ditentukan menggunakan alat Hunter Lab dan minimal 80 % jika ditentukan menggunakan alat Kett Meter. Semen Portland putih dihasilkan dari klinker semen yang banyak mengandung trikaslium aluminat (C3A), trikalsium silikat (C3S) dan sedikit tetra kalsium aluminoferrite (CA4F) maksimal 0,4 % berat (SNI 15-0129-2004: Semen Portland putih). Warna putih dihasilkan khususnya dari senyawa kapur (CaCO3) berkualitas tinggi, sedangkan perubahan warna abu-hijau diakibatkan dari bahanbahan yang berasal dari senyawa besi (Fe2O3) dan mangan (Mn2O3), magnesium (MgO) dan kromium (Cr2O3). Derajat warna putih semen (whiteness) pada produk semen Portland putih yang beredar dipasaran umumnya memiliki rentang nilai sebesar 80 – 84 %, untuk semen Portland putih berkualitas tinggi kisaran angka derajat warna putihnya (whiteness) mencapai 84 – 88 %. Pada umumnya untuk mendapatkan warna semen Portland menjadi putih adalah dengan mengurangi senyawa pembentuk warna dan hanya menggunakan batu kapur (limestone) dengan kualitas tinggi atau menggunakan kaolinite (china clay). Berikut ini merupakan Tabel 4 yang menggambarkan bahan-bahan 17 pembentuk semen Portland abu-abu (Ordinary Portland cement/OPC) dan semen Portland putih (White Portland Cement/WPC). Tabel 4. Komposisi kimia bahan baku semen Portland putih. Senyawa yang diukur SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO Na2O K2O SO3 Lain-lain Persen berat (%) OPC (ASTM 150 C) 19 – 23 3–7 1,5 – 4,5 0,5 – 2,5 63 – 67 0,07 – 0,4 0,1 – 1,2 2,5 – 3,5 Td WPC (Aalborg White, Denmark) WPC, (Dyckerhoff German)* 23,8 5.0 0,2 0,08 70,8 0,03 0,03 0,06 - 22,05 3,98 0,22 1,62 67,06 0,06 0,27 2,48 1,81 WPC, (Hirocem, Slovakia) SNI 15-01292004: Semen Portland putih 21,7 -22,5 td 4,0 – 4,3 td 0,2 – 0,24 Maks 0,4 % 1,8 – 2,5 Maks. 5 % 65,4 – 67 td 0,12 – 0,4 Maks. 0,6 % Td td 2,2 – 2,7 Maks. 3,5 % Td td Keterangan: td : tidak dicantumkan, *Moresova & Skvara, (2001) 2.3 Membran Membran dapat diartikan sebagai proses pemisahan dua atau lebih komponen dari aliran fluida melalui suatu membran. Membran berfungsi sebagai penghalang (Barrier) yang selektif diantara dua fasa, yaitu hanya dapat melewatkan komponen tertentu dan menahan komponen lain dari suatu aliran fluida yang dilewatkan melalui membran. Dengan kata lain membran berfungsi memisahkan material berdasarkan ukuran partikel zat terlarut, menahan komponen dari umpan yang mempunyai ukuran lebih besar dari pori-pori membran dan melewatkan komponen yang mempunyai ukuran yang lebih kecil. Proses membran melibatkan umpan (cair dan gas), dan gaya dorong (driving force) akibat perbedaan tekanan (∆P) (Notodarmojo dan Deniva, 2004). Dengan 18 demikian, larutan yang mengandung komponen yang tertahan disebut konsentrat dan larutan yang mengalir disebut permeat atau filtrat dan prosesnya secara umum disebut sebagai penyaringan atau filtrasi. Sehingga menurut Agustina, dkk (2008) filtrasi membran selain berfungsi sebagai sarana pemisahan juga berfungsi sebagai sarana pemurnian suatu larutan. Teknologi membran memiliki beberapa keunggulan tertentu jika dibandingkan dengan proses lain, yaitu: o Pemisahan dapat dilakukan secara kontinu, sehingga konsumsi energi umumnya relatif lebih rendah. o Proses membran dapat mudah digabungkan dengan proses pemisahan lainnya. o Pemisahan dapat dilakukan dalam kondisi yang mudah dikondisikan o Mudah dalam memperbesar skala pemisahan (scale up) o Tidak perlu adanya bahan tambahan o Material membran bervariasi sehingga mudah diadaptasikan pemakaiannya. 2.3.1. Jenis Filtrasi Membran Pada umunya jenis penyaringan menggunakan sistem membran dapat didasarkan atas ukuran pori dan besarnya gaya dorong atau tekanan. Sehingga dapat menentukan perkiraan apakah suatu contoh larutan dapat dipisahkan dari zat yang tidak diinginkan menggunakan membran tertentu. Untuk jenis membran yang didasarkan atas besarnya ukuran pori membran dapat dilihat pada Tabel 5 berikut ini. 19 Tabel 5. Klasifikasi membran berdasarkan struktur dan diameter pori (Grahn, 2006) Membran berdasarkan struktur Klasifikasi IUPAC Membran porous (pori > 50 nm) Mikropori d < 2 nm Membran nonporous (2 nm < pori < 50 nm) Mesopori 2 < d <50 nm Membran carrier (pori < 50 nm) Makropori d > 50 nm Sedangkan, secara umum dikenal beberapa jenis membran yaitu mikrofiltrasi (MF), ultrafiltrasi (UF), nanofiltrasi (NF), dan reverse osmosis (RO) yang didasarkan atas besarnya gaya dorong (gradien tekan). Berikut penjelasan masing-masing membran yang dibedakan menurut gaya tekannya. a. Mikrofiltrasi Mikrofiltrasi merupakan pemisahan partikel berukuran mikron atau submikron. Baik mikrofiltrasi maupun ultrafiltrasi merupakan proses pemisahan dengan mekanisme penyaringan, yaitu memisahkan spesi tertentu dari yang lain berdasarkan ukuran dan digunakan untuk penyaringan udara maupun cairan. Mikrofiltrasi mencakup diameter pori antara 0,1 µm sampai 10µm. Karena membran mikrofiltrasi mempunyai pori yang relatif besar maka ketahanan terhadap tekanan relatif kecil dan sebagai gaya penggerak cukup digunakan tekanan rendah. b. Ultrafiltrasi Ultrafiltrasi (UF) juga memisahkan atau memekatkan larutan yang mengandung koloid dan bahan berberat molekul tinggi. Pori–pori membran ultrafiltrasi yang halus mempunyai ukuran beberapa puluh angstrom. Sesuai dengan ukuran pori membran, pada industri karet, ultrafiltrasi digunakan untuk 20 pemekatan lateks encer dengan kadar padatan 0,5% sampai 2,5%. Pada kondisi ideal partikel–partikel lateks dengan ukuran antara 0,05 µm sampai 0,5 µm secara keseluruhan dapat ditolak oleh membran ultrafiltrasi dan diperoleh permeabilitas yang tinggi. Membran semipermeabel dipakai untuk memisahkan makromolekul dari larutan. Tekanan sistem ultrafiltrasi biasanya rendah, 10-100 psi (70-700 kPa), sehingga dapat menggunakan pompa sentrifugal biasa. Pada membran ultrafiltrasi dapat terjadi penurunan permeabilitas karena gejala berikut ini : 1. Zat terlarut teradsorpsi pada permukaan membran dan pori – porinya 2. Zat terlarut tertahan di dalam pori (blocking) 3. Zat terlarut secara mekanik tertahan pada bagian atas membran (saringan) c. Nanofiltrasi Nano berarti sepermilyar, menunjukkan ukuran porinya. Nanofilter ialah membran bertekanan sangat rendah, hanya melewatkan partikel di bawah satu nanometer (10-3 mikron), berciri membran RO dan UF. Proses nanofiltrasi memisahan kesadahan, menghilangkan bakteri dan virus, menghilangkan warna. Nanofiltrasi cocok bagi air yang total padatan terlarut rendah, dilunakkan dan dihilangkan senyawa organiknya. Sifat rejeksinya khas terhadap tipe ion. Ion dwivalen lebih cepat dihilangkan dari pada yang monovalen. Formulasi dasarnya mirip osmosis balik tetapi mekanisme operasionalnya mirip ultrafiltrasi. Sehingga dapat dikatakan bahwa proses nanofiltrasi membran adalah gabungan antara proses osmosis balik dan ultrafiltrasi membran. 21 d. Osmosa Balik Osmosa balik merupakan proses yang didorong oleh adanya tekanan, menahan semua ion, dan meloloskan air. Membran reverse osmosis ini juga rentan terjadinya fouling karena diakibatkan oleh zat-zat dalam air baku misalnya kerak, pengendapan koloid, oksida logam, organik dan silika. Dengan demikian pemilihan jenis membran dapat didasarkan atas kebutuhan penggunannya. Karena untuk pengoperasian jenis membran tertentu perlu dilakukan pretreatment terlebih dahulu, misalnya melalui proses pengendapan, floatasi dan flokulasi. Sehingga membran mampu bekerja secara maskimal. Berikut ini merupakan Tabel 6 perbandingan jenis membran yang satu dengan lainnya dari berbagai sifat. Tabel 6. Perbandingan sifat berbagai jenis membran (Wagner, 2001), (Suwarsono, 2010). Sifat membrane Osmosa Balik Ultrafiltrasi Mikrofiltrasi Tekanan 10 – 30 bar 2 – 6 bar 2 – 6 bar) Konsumsi energi Tinggi Rendah Rendah Efisiensi 50- 80 % Maksimal 95% Maksimal 100% Keasaman Toleransi pH 2 -11 Toleransi pH 1-13 Toleransi pH 1-13 Suhu operasi max.40 0C max. 80 0C Tahan suhu tinggi Ketahanan Tidak tahan oksidasi Tahan oksidasi Tahan oksidasi penyaringan Oksidasi 2.3.2. Kinerja Membran Faktor utama yang menentukan sifat membran dalam proses penyaringan adalah struktur membran, komposisi kimia bahan dan kondisi 22 operasi. Struktur membran, berkaitan dengan ukuran pori, distribusi pori, jumlah pori dan ketebalan lapisan. Adapun faktor–faktor yang dapat mempengaruhi kerja dan performa membran secara umum adalah struktur penyusun membran, ukuran pori membran, dan kondisi operasi. 1. Struktur Membran Umumnya membran dibuat dalam bentuk lembaran dan silinder. Dengan mengetahui bentuk bangunan membran maka dapat diketahui pula karakteristik fisika membran seperti, densitas, porositas dan kapasitas penyimpanan air. Dengan begitu dapat diketahui pula pengaruhnya terhadap kinerja membran dalam melakukan proses pemisahan. Berikut ini sedikit penjelasan bagaimana sifat fisika membran mempengaruhi kinerjanya. a. Densitas. Densitas adalah suatu besaran yang menyatakan perbandingan antara massa dalam gram dengan volume dalam cm3 (Keenan, 1980). Penentuan Densitas dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu (Anonim, 2008): Densitas sejati, yaitu massa dibagi volume tidak termasuk rongga yang terbuka dan tertutup. Densitas nyata, yaitu massa dibagi volume tidak termasuk pori/lubang terbuka, tetapi termasuk pori yang tertutup. Densitas efektif, yaitu massa partikel dibagi volume termasuk pori yang terbuka dan tertutup. 23 Semakin besar densitas suatu benda, maka semakin besar pula massa tiap satuan volumenya. Densitas dapat ditentukan menggunakan metode Archimedes (standar ASTM Cement) yaitu sebagai berikut. …………………(3) Dimana, Ms = Massa kering (g) Mb = Massa sampel setelah direndam air (g) Mg = Massa sampel yang digantung didalam air (g) Mk = Massa kawat penggantung (g) (Keenan, 1980) b. Porositas (void space) dan Kapasitas penyimpanan fluida. Porositas merupakan perbandingan antara volume ruang yang terdapat dalam benda yang berupa pori-pori terhadap volume secara keseluruhan (volume sampel + volume pori). Besar kecilnya porositas suatu sampel akan menentukan kapasitas penyimpanan cairan (fluida reservoir). Secara matematis porositas benda dapat ditentukan dengan mengetahui volume pori atau void space (rongga antar partikel) dapat dinyatakan melalui persamaan sebagai berikut: ............................................(4) (Soltani, et.al.,2009), Dimana, Msat adalah massa sampel (g) yang dijenuhkan menggunakan Nitrogen cair selama 24 jam, Mdry adalah massa sampel (g) yang dikeringkan dalam pengering oven pada suhu 60o C, hingga tercapai massa yang konstan, 24 dan Vm adalah voleme sampel (cm3). Selain itu, terdapat pula perhitungan lain yang digunakan untuk menentukan harga porositas nyata (apparent porosity), yaitu sebagai berikut. …………………(5) (Thokchom et.al.,2009) Dimana P adalah porositas, Mb adalah massa sampel (g) yang direndam didalam air selama 48 jam, Ms adalah massa sampel (g) yang dikeringkan pada 85oC selam 24 jam, Mg adalah massa sampel yang digantung didalam air dan Mk adalah massa kawat penggantung (g). Sedangkan untuk menentukan seberapa besar kapasitas penyimpanan air atau derajat pengembangan (degree of swollen) pada suatu sampel dapat ditentukan melalui persamaan sebagai berikut. ….……………………………..….…(6) (Ghazali and Tram, 2004), (Suherman, 2009) Dimana, % DS = Derajat pengembangan sampel (degree of swollen) Ms = Massa sampel didalam air (g) Md = Massa sampel kering (g) 2. Komposisi Kimia Bahan Umumnya penggunaan bahan membran memiliki tujuan khusus dalam pemanfaatannya. Sehingga pada prakteknya dikenal suatu pembagian atau klasifikasi membran berdasarkan material penyusunnya yang dibedakan menjadi dua yaitu: 25 a. Membran biologis yang berasal dari sel makhluk hidup b. Membran sintetis, yang berasal dari bahan polimer (membran organik) dan berasal dari keramik, zeolit, serat logam (membran anorganik). 3. Unjuk kerja membran Dari segi pengoperasiannya, membran dapat dioperasikan secara dead-end ataupun cross flow. Pada modul operasi dead-end, arah aliran umpan tegak lurus terhadap membran. Pada operasi ini, seluruh air umpan dipaksa melewati membran secara kontinu, dan tidak ada sirkulasi air didalam modul membran. Sedangkan pada pola aliran cross flow aliran umpan dengan arah sejajar dengan permukaan membran dan terjadi sirkulasi umpan. Prinsip separasi membran seperti yang dikemukakan oleh Timoti (2005) dan Boussu (2007) adalah pemisahan antar dua bagian yang terpisah oleh membran untuk tujuan tertentu. Meskipun sebenarnya gaya tekan umpan juga dihasilkan akibat gaya beratnya atau lebih dikenal dengan tekanan hidrostatik. Tekanan hidrostatik adalah berat kolom air yang biasa diukur dalam atmosfir (atm). Tekanan air pada setiap arah pada suatu badan air memiliki besaran yang sama, air akan bergerak dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan lebih rendah. Tekanan hidrostatik dapat dinyatakan dengan persamaan berikut (Resnick, 1985): Phidrostatik = ρ. g. h ……….………………………………..(7) Dimana: Phidrostatik = Tekanan hidrostatik (tekanan/unit area) ρ = Massa jenis air (g/cm3) 26 g = Percepatan gravitasi (9,8 m/det2) h = Kedalaman dibawah permukaan air (cm) Tekanan hidrostatik bertambah secara konstan seiring dengan bertambahnya kedalaman air. Setiap kedalaman 10 m tekanan hidrostatik bertambah sebesar 1 atm yang setara dengan 1,03 kg/cm2. Meskipun begitu, umumnya operasi membran memerlukan gaya dorong dari luar (gradien tekanan) sehingga spesi tertentu mampu melewati membran dan spesi yang tidak diinginkan tetap tertahan pada permukaan membran secara efisien. Selanjutnya untuk menentukan laju rata-rata filtrasi membran (average filtration rate) dapat ditentukan melalui persamaan berikut ini. ………………………(8) Ahmad and Ismail (2001), (Liu, et.al.2008) Dimana W adalah massa dari permeat dalam satuan kg atau liter (L) jika dihitung dalam volume, A luas permukaan membran dalam satuan m2 dan t adalah waktu dalam satuan jam. Menurut Ghazali and Tram (2004) perhitungan laju filtrasi membran dapat disederhanakan menjadi. ……………………………(9) Dimana Q adalah berat (kg) atau volume (L) filtrat pada waktu tertentu dan A adalah luas efektif area membran (m2). Untuk penggunaaan aliran membran secara vertikal (dead end) dapat digambarkan pada Gambar 3. berikut ini: 27 Gambar 3. Prinsip aliran membran secara vertical (dead end filtration) (kiri) dan grafik laju perpindahan massa persatuan waktu (kanan). Menurut Zhong et.al (2009) untuk pengukuran efektifitas area membran dapat ditentukan melalui persamaan : A = N . π. do . l …………………………………………(10) Dimana, A do N l = = = = Luas permukaan membran (m2) Diameter luar membran (m) Jumlah lapisan membran Ketebalan membran (m) Selain ditentukan fluks membran atau laju filtrasi yang juga perlu diketahui adalah penentuan koefisien rejeksi (permselektivitas). Menurut Notodermoko dan Deniva (2004) koefisien rejeksi suatu membran merupakan ukuran kemampuan suatu membran untuk menahan suatu spesi (konsentrat) atau melewatkan suatu spesi (konsentrat) tertentu. Parameter yang digunakan untuk menggambarkan tingkat pemisahan membran terhadap suatu konsentrat tertentu, dapat diekspresikan melalui nilai adalah koefisien rejeksi (R) atau dapat pula disebut persen pemisahan (% Removal). Namun, seringkali nilai rejeksi atau pemisahan membran dapat dijadikan rujukan langsung untuk 28 menggambarkan efisiensi penyaringan suatu membran. Untuk mendapatkan persen efisiensi penyaringan dapat digunakan persamaan sebagai berikut: ......................................(11) (Las, 1989) dimana: R Ct = Persen pemisahan membran atau effisiensi penyaringan membran terhadap zat tertentu = Konsentrasi zat terlarut dalam permeat atau filtrate (ppm) Co = Konsentrasi zat terlarut dalam umpan (ppm) Penggunaan membran tidak selalu menguntungkan, kekurangan teknologi membran antara lain, dapat diidentifikasi melalui laju fluks dan selektifitas membran. Semakin tinggi fluks seringkali berakibat menurunnya selektifitas dan sebaliknya. Sedangkan hal yang diinginkan selama proses penyaringan adalah mempertinggi fluks dan selektifitas, seperti terlihat pada gambar berikut ini. Gambar 4. Selektifitas membran yang didasarkan atas ukuran partikel pada model aliran dead end.(Wilbert, 1999). Kelemahan yang utama adalah terjadinya fouling, yaitu proses terakumulasinya komponen secara permanen akibat proses filtrasi itu sendiri. Kemungkinan terjadinya fouling sangat besar pada metode dead end filtration, 29 karena aliran larutan umpan mengalir secara vertikal. Namun begitu fouling dapat dikurangi dengan melakukan pembilasan seperti back flow. Dapat dilihat pada gambar 5 berikut ini, bahwa penyerapan sejumlah partikel dipermukaan membran selama periode penggunaan membran tertentu akan menghasilkan pemampatan membran (membrane fouling). Gambar 5. Ilustrasi terjadinya proses penyerapan membran dan pemampatan yang terjadi selama periode tertentu (Williams, 2006). 2.3.3. Aplikasi Membran Salah satu keuntungan dari aplikasi teknologi membran adalah rendahnya energi yang digunakan. Pemisahan yang berbasis membran tidak berdasarkan hasil kesetimbangan fasa yang menggunakan banyak energi. Selain itu aplikasi teknologi membran juga dapat dilakukan dalam kondisi normal sehingga perubahan fasa dapat dihindari. Perubahan fasa akan mempengaruhi kualitas bahan dan produk yang dihasilkan. Oleh karena itu teknologi membran sesuai untuk diterapkan di industri farmasi, kimia, dan makanan. Menurut Notodarmojo dan Deniva (2004) teknologi membran dapat menghasilkan air bersih dengan syarat kualitas air minum. Air baku dimasukkan ke bejana yang berisi membran semipermeabel, dengan 30 memberikan tekanan. Ini merupakan proses fisis yang memisahkan zat terlarut dari pelarutnya. Membran hanya dilalui pelarut sedangkan zat terlarutnya seperti kontaminan dan koloid akan tertahan (rejeksi) oleh struktur pori yang berfungsi sebagai penyaring (siever). Membran juga mampu mereduksi kesadahan, dan menyaring senyawa senyawa anorganik dan organik tanpa melalui penambahan bahan - bahan kimia. Umpan dengan kualitas yang rendah juga mampu diolah dengan proses membran. Dari segi kebutuhan ruang, proses membran menggunakan ruang yang lebih kecil dibandingkan dengan proses konvesional. 2.3.4. Pendekatan Penelitian Membran Zeolit Secara umum membran filter dapat digolongkan dalam dua kelompok, yaitu filter dalam (depth filter) dan filter saringan (screen filter). Filter dalam terbuat dari matriks serat atau butiran yang tersusun secara acak sehingga membentuk suatu massa yang memiliki rongga-rongga dalam matriks filter. Sedangkan filter saringan memisahkan partikel-partikel di atas permukaannya seperti halnya saringan. Strukturnya lebih kuat, seragam dan sinambung dengan ukuran pori yang dapat diatur dengan baik pada waktu pembuatannya. Filter membran termasuk dalam golongan filter saringan. Dimana partikel akan terpisah dari cairan karena terperangkap. (Juansah dkk, 2009) Membran zeolit (zeolite membrane) digolongkan ke dalam jenis membran anorganik karena bahan penyusunnya dan membran mikrofiltrasi karena proses separasinya. Membran mikrofilter berarti membran yang digunakan untuk memisahkan partikel berukuran 0,1-10 µm, sehingga 31 memiliki diameter pori yang relatif besar, karenanya ketahanan terhadap tekanan relatif kecil dan sebagai gaya dorong cukup digunakan tekanan rendah. Kombinasi antara zeolit dan bahan pengikat lainnya telah banyak dilakukan dengan tujuan yang sama, yaitu pemisahan gas dan pemisahan air. Beberap penelitian sejenis antara lain oleh Hennepe, et.al (1987) yaitu melakukan pemurnian alkohol menggunakan campuran antara zeolit sebagai medium pemisah dan karet silikon sebagai bahan pengikatnya (binder). Selain itu, Soyer, et. Al (2009) melakukan desalinasi air laut menjadi air minum menggunakan membran zeolit. Namun, penelitian yang benar-benar sejenis, yaitu pencampuran antara zeolit dan semen belum banyak diperoleh data. 2.4. Spektrofotometer Serapan Atom (SSA) Metode analisa Spektrofotometri Serapan Atom (SSA) adalah salah satu metode analisa kimia yang dilakukan berdasarkan pada pengukuran besaran sifatsifat fisik yang timbul atau berubah akibat adanya interaksi materi dengan berbagai bentuk energi panas, radiasi, kimia dan listrik. 2.4.1. Prinsip Kerja SSA. Larutan cuplikan diambil melalui kapiler dan disempurnakan sebagai kabut halus dalam nyala api yang berbentuk memanjang. Setelah cuplikan dalam kabut halus mengalami berbagai proses dalam nyala api, maka akhirnya unsur logam yang dianalisa timbul sebagai atom-atom netral yang masih berada dalam keadaan dasarnya. Atom-atom tersebut kemudian disinari dengan sinar pada panjang gelombang tertentu sehingga terjadi absorpsi sinar oleh atom logam. Absorbansi berbanding lurus dengan konsentrasi unsur logam yang di analisis. 32 Absorpsi sinar oleh atom-atom logam terjadi didalam nyala api. Sumber energi berupa lampu katoda berongga (Hollow Chathode Lamp). Sedangkan nyala pembakar berguna untuk mengaktivkan atom logam sebelum menyerap energi. 2.4.2. Skema Alat Spektrofotometer Serapan Atom (SSA) Alat SSA merupakan gabungan dari beberapa instrumen utama seperti, sumber sinar, atomisasi, dan spektrofotometer (terdiri dari monokrometer, detektor dan rekorder) yang dirangkai sedemikian rupa hingga dapat digunakan sebagai alat analisis kadar logam. Berikut ini merupakan Gambar 6 yaitu diagram alir prinsip kerja alat Spektrofotometer Serapan Atom. Gambar 6. Diagram sistem kerja alat Spektrofotometer Serapan Atom (SSA). a. Sumber sinar Sumber sinar yang digunakan untuk pengukuran secara spektrofotometri serapan atom adalah hollow cathode dan setiap pengukuran logam harus menggunakan hollow cathode khusus. Hollow cathode akan memancarkan energi radiasi yang sesuai dengan energi yang diperlukan untuk transisi elektron atom. Hollow cathode terdiri dari tungsten (bermuatan positif) dan katoda silindris (bermuatan negatif). Kedua elektroda tersebut berada didalam sebuah tabung gelas yang berisi gas neon (Ne) atau gas argon (Ar) dengan tekanan 1-5 Torr. 33 b. Sistem Pengatoman. Pada sistem pengatoman unsur yang akan dianalisa diubah bentuknya dari bentuk ion menjadi atom bebas. Proses ini juga dikendalikan oleh nebulizer, dimana uap larutan diberi panas (suhu) tinggi sehingga terjadi proses atomisasi. c. Monokromator. Monokromator berfungsi untuk meneruskan panjang gelombang emisi dari lampu katoda berongga yang diabsorpsi paling kuat oleh atom-atom di dalam nyala api (panjang gelombang maksimum) dan menahan garis-garis emisi lain dari lampu katoda berongga yang tidak digunakan untuk analisa. d. Detektor. Detektor berfungsi mengubah energi sinar menjadi energi listrik. Energi yang dihasilkan dapat menggerakkan jarum (bila sistem pembacaannya merupakan sistem jarum), akan mengeluarkan angka digital, atau menggerakkan pen pada recorder maupun menampilkan angka pada layar monitor. e. Sistem Pembacaan. Sistem pembacaan pada SSA sangat bervariasi dan tergantung pada keperluan. Untuk analisis raksa maupun pengatoman dengan tungku grafik yang diperlukan adalah terutama sistem pembacaan rekorder atau monitor komputer. Dimana cuplikan telah diubah menjadi larutannya (pada umumnya pelarut yang digunakan adalah aquades berkualitas tinggi). Menurut Asminar, dkk, (2008) hubungan antara absorbansi dengan konsentrasi unsur logam yang dianalisis dinyatakan dengan hukum Lambert-Beer sebagai berikut : 34 …………………………………………….………………(12) ………………………………………………..……………(13) Dimana, Io = Transmitansi awal (candela) a = koefisien serapan radiasi (L .M-1.cm-1) I = Transmitansi (candela) A = Absorbansi b = panjang medium yang dilewati radiasi resonansi (cm) c = konsentrasi atom tingkat tenaga dasar (mol.L-1) 2.5. Turbidimeter Pengukuran kekeruhan air dapat dilakukan melalui beberapa cara, seperti yaitu 1) Metoda Nefelometrik (satuan NTU atau FTU) dan Metoda visual. Metoda visual adalah cara kuno dan lebih sesuai untuk nilai kekeruhan yang tinggi, yaitu lebih dari 25 unit, sedangkan metode nefelometrik lebih sensitif dan dapat digunakan untuk segala tingkat kekeruhan. Prinsip pengukuran kekeruhan menggunakan metode nefelometrik adalah membandingkan antara intensitas cahaya yang dihamburkan dari suatu sampel air dengan intensitas cahaya yang dihamburkan oleh sesuatu larutan standard kekeruhan pada kondisi yang sama (SIN: 06-6989.25-2005). Sebagai larutan standar kekeruhan dipergunakan suspensi polimer formazin. Larutan standar yang lain digunakan SiO2 yang setara dengan 1 mg/L untuk 1 NTU. Prinsip kerja alat seperti yang tergambar pada Gambar 7 yaitu, sumber sinar memancarkan cahaya pada media atau sampel, dan cahaya tersebut akan diserap, dipantulkan atau menembus media tersebut. 35 Gambar 7. Prinsip kerja alat turbidimeter merek HACH (Anonim, 1999). Cahaya yang menembus media akan diukur dan dikonversi kedalam bentuk angka. Nilai kekeruhan dapat ditentukan menggunakan persamaan berikut ini: T = ao . I90……………………………………………………..(14) T = Turbiditas ao = Koefisien kalibrasi I90 = Nilai turbiditi terdeteksi pada angle 90o (Sadar, 1998) Umumnya, padatan tersuspensi (suspended solid) dan kekeruhan (turbidity) memiliki korelasi positif yaitu semakin tinggi nilai padatan tersuspensi maka semakin tinggi pula nilai kekeruhan. Akan tetapi, tingginya padatan terlarut tidak selalu diikuti dengan tingginya kekeruhan. Air laut memiliki nilai padatan terlarut yang tinggi, tetapi tidak berarti kekeruhannya tinggi pula (Effendi, 2003). 36 BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilakukan di Pusat Laboratorium Terpadu (PLT) UIN Syarif Hidayatullah Jakarta, tepatnya di Divisi Laboratorium Analisis Lingkungan. Waktu pelaksanaan penelitian dilakukan selama delapan (8) bulan terhitung sejak awal bulan Desember 2009 hingga akhir Juni 2010. 3.2. Bahan dan Alat Bahan yang digunakan adalah zeolit alam diperoleh dari CV. MinatamaZeo Kap Kan, Bandar Lampung dan semen Portland putih diperoleh dari PT Indocement Tunggal Prakarsa (produsen merek semen Tiga Roda). Untuk produk larutan kimia Mn(NO3)2 0,1 M; Fe(NO3)2 0,1 M; Mg(NO3)2 0,1 M; Ca(NO3)2 0,5 M dan NaNO3 0,5 M diperoleh dari perusahaan Merck (Germany). Berikut ini merupakan Tabel 7 spesifikasi bahan zeolit dan semen: Tabel 7. Spesifikasi bahan penelitian. Spesifikasi Bahan Ukuran butir Zeolit Alam Klinoptilolit ± 87,5 µm Warna Putih pucat Asal CV. Minamata, Lampung/ Zeo kap-kan Semen Portland Putih ≥ 45 µm (SNI 15-0129, 2004) Putih bersih (SNI 15-0129, 2004) PT.Indocement Tunggal Prakarsa (Tigaroda) Peralatan yang digunakan adalah pengayak (test sieve) ukuran mesh 355 µm dan 180 µm (RETSCH, Germany); timbangan digital (Adventurer-OHAUS, 37 u 37 USA); oven (Memmert,USA) ; pH Meter (Mettler Toledo, USA); turbidimeter Portabel Type 2100P- HACH, USA dan análisis logam Spektrometer Serapan Atom (SSA) Type Analyst 700 (Perkin Elmer,USA). 3.3. Prosedur Kerja Keseluruhan tahapan proses penelitian secara umum tergambar pada Gambar 8. Diagram alir penelitian sebagai berikut: Gambar 8. Diagram alir penelitian 38 3.3.1. Preparasi Zeolit Tahap pertama ditimbang 500 g zeolit, kemudian digerus menggunakan mortar. Disiapkan dua pengayak (test-siever) yang disusun dari lubang jala (mesh) besar-kecil yaitu, no.45 (Ǿ 355 µm) dan no. 80 (Ǿ 180 µm). Serbuk zeolit yang tergerus segera diayak hingga mendapatkan partikel zeolit yang lolos jala 355 µm dan tertahan pada jala 180 µm. Kemudian dipindahkan kedalam botol tertutup rapat. Sehingga didapatkan ukuran butir zeolit ± 87,5 µm. Tahap kedua, pencucian zeolit menggunakan metode refluksi dengan aquadest (perbandingan zeolit dan aquadest adalah 1:10). Ditimbang 200 g zeolit 355/180 µm, kemudian dimasukkan dalam labu alas bulat berukuran 1000 ml. Selanjutnya ditambahkan 2000 ml aquadest dalam tiga hari proses refluksi, dengan mengganti aquades yang baru sejumlah sejumlah 700 ml pada hari ke-1, 700 ml pada hari ke-2 dan 600 ml pada hari ketiga. Pemanasan dilakukan pada skala 5 (tertera pada alat isopad). Untuk mengurangi letupan-letupan selama pemanasan, maka kedalamnya ditambahkan sejumlah batu didih secukupnya. Setelah tiga hari proses refluksi, endapan zeolit dipisahkan dari pelarutnya, kemudian dilakukan pengeringan oven pada suhu 120 oC selama ± 8 jam. Setelah itu disimpan dalam botol tertutup rapat dan diletakkan didalam desikator (Las, 1989). 3.3.2. Pembentukan membran zeolit Sejumlah 45 g ; 60 g dan 66 g zeolit ditimbang dalam wadah cawan porselin dan ditimbang pula semen sejumlah 45 g ; 30 g dan 22 g secara 39 berurutan masing-masing untuk tipe sampel membran Z1S ; Z2S dan Z3S. Ke dalam kantong plastik berperekat, dicampurkan kedua bagian zeolit-semen dan lakukan homogenisasi. Selanjutnya dipindahkan kedalam gelas beaker dan diberi label. Sebanyak 45 ml air ditambahkan kedalamnya (campuran zeolit dan semen), sedikit demi sedikit sampai habis, disertai dengan pengadukan hingga terbentuk pasta semen-zeolit. Sementara itu disiapkan pula kain perban yang digunting melingkar dengan diameter 4,3 cm sebagai rangka pada membran zeolit. Selanjutnya pencetakan membran dilakukan dengan menuangkan pasta zeolit-semen ke dalam tutup botol (berbahan polietilen). Dipastikan tidak ada udara yang terperangkap didalamnya, caranya dengan mengetuk secara perlahan hingga merata. Setelah itu pindahkan ke dalam oven pada temperatur 29 oC selama 3 x 24 jam (oven dalam posisi turn off). Setelah itu, membran dikeluarkan dari cetakannya, kemudian dilanjutkan dengan pemanasan pada suhu 60 oC selama 6 jam dalam oven. Sehingga akan didapatkan tiga jenis tipe sampel berdasarkan % berat zeolit dalam membran, yaitu: 50 % zeolit sebagai tipe Z1S, 66,67 % zeolit sebagai tipe Z2S dan 75 % zeolit sebagai Z3S. 3.3.3. Pembuatan alat uji membran Pertama, disiapkan membran kering kemudian direkatkan dengan dudukannya. Kedua, membran dipasangkan pada modulnya (seperti terlihat pada Gambar. 9). Ketiga, dipasang modul membran dengan sel umpan. Setelah itu dilakukan pemeriksaan kebocoran dengan merendam dalam air 40 jika muncul gelembung berasal dari tepi berarti terjadi kebocoran. Keempat, disiapkan pipa bersih sebagai sel umpan dan pasangkan modul membran kebagian bawah pipa. Dipastikan tidak terdapat kebocoran diantara bagianbagian yang terhubung antara satu sama lain. Gambar.9. Pembuatan alat uji membran (a) dan modul membran (b) 3.3.4. Unjuk kerja membran zeolit Penentuan unjuk kerja membran dilakukan setelah proses penuaan atau pengerasan selama tiga hari (3 x 24 jam) yang dilanjutkan dengan pengeringan oven pada suhu 60 oC selama enam (6) jam. Sifat fisika membran yang diukur adalah densitas, porositas, kapasitas penyimpanan air, fluks membran, persen efisiensi penyaringan membran dan tingkat keasaman filtrat membran. 41 1. Pengukuran Densitas Membran Pengukuran densitas membran dilakukan dengan cara sebagai berikut: membran zeolit yang telah dibentuk ditepatkan (fitting) kembali dengan cetakannya. Jika terdapat kelebihan volume atau ketebalan membran terhadap cetakan, maka dilakukan pengikisan atau penghalusan menggunakan amplas kertas. Setelah itu dihitung volume membran, yaitu dengan mengukur diameter membran dan ketebalan membran menggunakan mistar. Membran dalam keadaan kering disiapkan. Kemudian dilakukan penimbangan dan catat hasilnya sebagai massa kering membran (Mdry). Selanjutnya dilakukan hal yang sama untuk masing-masing tipe sampel membran. Data hasil pengukuran volume dan massa kering membran selanjutnya diolah menjadi data densitas membran. Densitas membran dapat dihitung menggunakan Persamaan 3. 2. Pengukuran Porositas Membran Langkah pertama yaitu menentukan massa basah membran caranya adalah sebagai berikut: Sejumlah 100 ml aquadest disiapkan kedalam gelas ukur 500 ml, setelah itu dimasukkan satu buah membran kedalamnya. Tunggu beberapa saat sampai hilang gelembung-gelembung udara yang berasal dari body membran. Sesekali guncangkan agar air terserap secara menyeluruh ke dalam permukaan membran menggantikan udara yang terperangkap dalam pori membran. Setelah itu biarkan proses perendaman selama 1 x 24 jam. Selanjutnya, membran ditimbang dalam keadaan basah, dipastikan tidak ada air yang masih menetes dan catat hasilnya sebagai massa 42 membran tersaturasi air (Msat). Lakukan hal yang sama untuk masing-masing tipe sampel membran yang lainnya. Data hasil pengukuran massa kering membran dan massa basah membran diolah menjadi data persen porositas nyata membran (apparent porosity). Porositas membran penelitian ini didapat dari hasil perhitungan % void space seperti pada Persamaan 4. 3. Pengukuran kapasitas penyimpanan air Penentuan kapasitas penyimpanan air didalam membran (degree of swollen), dilakukan dengan cara sebagai berikut: gunakan data hasil pengukuran massa kering membran (Md) dan massa membran tersaturasi air (Mb). Setelah itu digunakan perhitungan kapasitas penyimpanan air dalam hal ini % DS (degree of swollen) seperti pada persamaan 6. Selanjutnya dilakukan perhitungan yang sama untuk masing-masing tipe membran. 4. Pengukuran laju aliran membran (fluks membran) Persiapkan sistem membran yang telah terpasang sesuai dengan skema pembuatan alat uji membran. Setelah itu, masukkan sejumlah 50 ml aquades kedalam sel umpan. Setelah itu, ukur filtrat setiap jangka waktu 50 menit, catat hasilnya sebagai nilai laju alir (Q). Pengukuran filtrat dihentikan pada menit ke 300, selanjutnya dibiarkan selama 2 x 24 jam agar umpan selesai terfiltrasikan secara keseluruhan. Setelah itu dilakukan perhitungan fluks membran menggunakan Persamaan 8 dan 9. 5. Penentuan efisiensi pemisahan ion Fe2+, Mn2+, Mg2+, Ca2+ dan Na+ Pertama, persiapkan larutan umpan, yaitu sebagai berikut: Disiapkan larutan induk 1000 mg/l dari masing-masing larutan yang mengandung ion 43 logam Na+, Mg2+, dan Ca2+. Dari larutan induk, dipipet sejumlah 5 ml ke dalam labu ukur 250 ml secara terpisah masing-masing untuk logam Na+, Mg2+, dan Ca2+, kemudian ditambahkan aquades hingga batas tera dan diberi label penanda. Disiapkan pula larutan induk 1000 mg/l dari masing masing larutan yang mengandung ion Mn2+ dan Fe2+. Dari larutan induk dipipet sejumlah 2,5 ml kedalam labu ukur 250 ml secara terpisah, kemudian ditambahkan aquades hingga batas tera dan diberi label penanda. Untuk pengukuran kekeruhan, kedalam labu ukur 250 ml dipipet sejumlah 6,25 ml dari larutan stándar kekeruhan 800 NTU, kemudian ditambahkan aquades sampai batas tera dan diberi label penanda. Sehingga dari proses diatas diperoleh larutan umpan dengan konsentrasi awal 20 mg/l untuk masing-masing ion logam Na+, Mg2+, dan Ca2+ dan konsentrasi 10 mg/l untuk masing-masing ion logam Mn2+ dan Fe2+ serta 30 ml larutan umpan kekeruhan dengan konsentrasi 200 NTU, seperti tampak pada Tabel 8 berikut ini. Tabel. 8. Karakteristik larutan umpan yang digunakan membran zeolit. Larutan standar baku Umpan Ca2+ Na+ Mg2+ Fe2+ Mn2+ Turbiditas Kadar (mg/l) 20 20 20 10 10 200 NTU Volume (ml) 20 20 20 20 20 30 Disiapkan tiga buah sistem membran seperti tampak pada Gambar 10, yang terdiri dari masing-masing tipe sampel membran berbeda. 44 Gambar 10. Rancangan penentuan efisiensi pemisahan membran. Setelah itu larutan umpan (single solution) yang terdiri dari ion Ca2+, Na+, Mg2+, Fe2+, Mn2+ dan larutan sampel kekeruhan, dituangkan kedalam sel umpan kedalam masing-masing tipe membran yang berbeda. Setelah itu, tunggu hingga satu malam agar umpan terfiltrasikan semua. dalam botol filtrat yang telah diberi label sesuai dengan kandungan ion logam dan sampel kekeruhan sesuai dengan tipe membran yang digunakan. Setelah itu membran dibilas dengan satu liter aquadest, setelah itu dikeringkan didalam pengering oven pada suhu 60 oC selama satu malam. Selanjutnya diukur kadar konsentrasi filtrat hasil penyaringan, menggunakan Spektrometer Serapan Atom (SSA) terkalibrasi. Untuk pengukuran ion logam Mn2+, Fe2+, Ca2+, Na+ dan Mg+ menggunakan masing-masing panjang gelombang 279,5 nm, 248,3, 422,7, 589,0 dan 285,2. Proses ini dilakukan sebanyak dua kali untuk masing-masing tipe membran. Disiapkan filtrat dari masing-masing membran. Setelah itu tentukan pula panjang gelombang cahayanya sesuai dengan logam yang ingin diukur. Selanjutnya, filtrat diinjeksikan melalui selang (klep) yang terhubung ke 45 bagian atomisasi, diikuti dengan pembakaran, kemudian tekan tombol pembacaan pada layar komputer, tunggu beberapa saat sampai detector dan decoder menampilkan hasil pembacaan alat. Konsentrasi filtrat yang terbaca selanjutnya diambil nilai rata-rata dari kelompok membran a dan b, kemudian dikonversikan menjadi nilai % efisiensi pemisahan ion untuk Mn2+, Fe2+, Ca2+, Na+ dan Mg+ menggunakan Persamaan 11. 6. Penentuan efisiensi pemisahan kekeruhan air Filtrat hasil penyaringan kekeruhan air diukur menggunakan alat turbidimeter, yaitu sebagai berikut. Sejumlah 15 ml filtrat dimasukkan kedalam botol kaca khusus kekeruhan, setelah itu bersihkan botol kaca dengan tisu kering untuk menghilangkan pengotor yang menempel selama pengisian filtrat sampel. Kemudian bersihkan lagi dengan tisu yang telah ditetesi minyak pembersih khusus (silicone oil). Setelah itu masukkan botolnya ke dalam sel input, kemudian tutup kembali penutupnya. Setelah itu hidupkan alatnya, tunggu beberapa saat, kemudian tekan tombol READ, tunggu beberapa saat kembali sampai muncul angka pada layar dan catat hasilnya. Proses ini dilakukan hingga tiga kali pengulangan pembacaan konsentrasi kekeruhan (NTU). Setelah itu lakukan proses serupa untuk filtrat sampel lainnya. Data yang diperoleh dihitung menggunakan Persamaan 11, yaitu persen efisiensi pemisahan kekeruhan air menggunakan sistem membran filtrasi. Untuk lebih jelasnya berikut ini ditampilkan gambar alur penentuan kekeruhan sampel air. 46 Gambar 11. Cara kerja pengukuran kekeruhan menggunakan alat Turbidimeter portable HACH-2100P, (Anonim, 1999). 7. Pengukuran tingkat keasaman filtrat Filtrat hasil penentuan fluks membran diukur tingkat keasamannya menggunakan alat pH Meter. Kedalam gelas beaker 25 ml, disiapkan sejumlah 15 ml dari masing-masing filtrat sampel, kemudian tancapkan batang elektroda pH Meter satu persatu kedalam masing-masing sampel 47 membran. Setelah itu tekan tombol READ. Goyangkan secara perlahan, hingga tidak terjadi lagi perubahan naik-turun nilai pH yang muncul pada layar, yang ditandai dengan angka yang tidak lagi berkedip. Setelah itu bilas batang elektrode dengan aquades yang dilanjutkan dengan pengeringan menggunakan tisu. Selanjutnya catat hasilnya dan lakukan kegiatan yang sama pada filtrat sampel yang lain. 48 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Pengaruh Persen Berat Zeolit Terhadap Sifat Fisika Membran 4.1.1. Densitas Membran Berdasarkan pengukuran densitas membran yang dibentuk melalui pencampuran zeolit dan semen, hasilnya menunjukkan bahwa semakin besar perbandingan berat zeolit terhadap semen akan menghasilkan densitas yang lebih kecil dan sebaliknya (seperti tampak pada Gambar 12). Densitas terbesar dicapai pada perbandingan komposisi berat zeolit terhadap semen yaitu, 50 % (sampel Z1S). Hasil keseluruhan pengukuran nilai densitas membran adalah 1,44 g/cm3, 1,41 g/cm3 dan 1,33 g/cm3 masing-masing untuk tipe sampel membran Z1S, Z2S dan Z3S. Densitas membran (g/cm3) 2,5 2 1,5 1 0,5 0 50,00 % (Z1S) 66,67 % (Z2S) 75,00 % (Z3S) % Berat zeolit dalam membran Gambar 12. Pengaruh persen berat zeolit terhadap densitas membran. Hasil pengukuran nilai densitas membran jika dibandingkan dengan densitas masing-masing bahan penyusunnya terjadi pengurangan yaitu untuk 49 49 zeolit alam (Lampung) densitasnya adalah 1,9-2,3 g/cm3 (Astuti, 2007), (Ginting, dkk, 2005) dan untuk semen Portland putih adalah 3,15 g/cm3 (SNI: 15-0129-2004 Semen Portland Putih). Keadaan ini membuktikan bahwa belum sempurnanya reaksi hidrasi dan pengerasan membran. Hal ini diketahui melalui dominasi sifat zeolit yang masih kuat dan nilai densitas membran yang relatif rendah (dibandingkan dengan densitas bahan penyusunnya). Zeolit alam itu sendiri memiliki ruang kosong yang ditempati oleh udara dalam keadaan keringnya, dan ditempati oleh air dalam keadaan basah. Semakin tinggi kerapatan (densitas) membran akan menyebabkan semakin luas kontak permukaan antar partikel terhadap perekatnya (semen), sehingga akan menghasilkan densits membran yang lebih tinggi. Selain itu juga tingkat keseragaman ukuran partikel mempengaruhi kerapatan. Ukuran partikel yang seragam akan menghasilkan kerapatan yang lebih tinggi bila dibandingkan ukuran partikel acak. Namun sebaliknya, dengan kerapatan yang tinggi akan menghasilkan rongga antar partikel (pori) yang lebih kecil. 4.1.2. Porositas Membran Hasil pengukuran porositas diperoleh dari hasil pengukuran volume rongga antar partikel (void space) membran. Sehingga berdasarkan hasil pengukurannya menunjukkan nilai yang bervariasi seperti halnya densitas membran. Secara berurutan persentase porositas membran terhadap volumenya adalah 40 %, 43 %, dan 45 % untuk tipe membran Z1S, Z2S dan Z3S seperti terlihat pada Gambar 13 berikut ini. 50 60% % porositas membran 50% 40% 30% 20% 10% 0% 50 % 66,67 % 75 % (Z1S) (Z2S) (Z3S) % Berat zeolit terhadap membran Gambar 13. Pengaruh persen berat zeolit terhadap porositas (void space) membran. Semakin besar persen zeolit terhadap semen, maka semakin besar pula porositas membran mikrofilter yang terbentuk. Hal ini terjadi karena penggunaan faktor air semen yang besar yaitu 0,5. Umumnya produk semen menggunakan faktor air semen yang telah ditetapkan yaitu sebesar 0,40. Namun begitu, menurut Swan (2008) penambahan faktor air semen (wáter cement ratio) dapat meningkatkan porositas. Telah dikemukakan diatas bahwa densitas dan porositas berhubungan satu sama lain, yaitu semakin besar densitas suatu benda akan memiliki rongga (pori) antar partikel yang lebih kecil. Hal inilah yang dimaksud dengan pori membran pada penelitian ini, yaitu banyaknya ruang atau rongga antar partikel yang ditempati oleh air atau udara. Porositas yang dimaksud adalah sebagai ruang kosong (void space) yang menempati suatu benda tiap satuan volume. Terbentuknya pori membran erat kaitannya dengan ukuran partikel bahan, khususnya zeolit. Poerwadio dan Masduqi (2004) menyatakan bahwa zeolit dengan pori yang besar akan menghasilkan penyerapan yang besar pula, sehingga semakin kecil 51 ukuran butir zeolit akan menghasilkan tingkat penyerapan (khususnya ion logam) yang semakin besar. Porositas yang dituju pada penelitian ini adalah banyaknya volume ruang kosong yang direpresentasikan sebagai jumlah massa atau volume air yang terserap pada membran. Karena densitas air adalah 1 g/ml, sehingga nilai massa sama dengan nilai volumenya. Porositas dihitung berdasarkan volume air yang terserap pada permukaan membran (proses adsorpsi) dan terinfiltrasinya air pada makropori zeolit (proses absorpsi) per satuan volume teoritis membran. 4.1.3. Kapasitas penyimpanan air Pengaruh bertambahnya persen berat zeolit terhadap semen dalam struktur membran menghasilkan daya penyerapan air yang besar pula. Hal ini dibuktikan dengan naiknya persentase penyimpanan air sejalan dengan % Kapasitas penyimpanan fluida Air bertambahnya persen berat zeolit terhadap semen. 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 50 % (Z1S) 66,67 % (Z2S) 75 % (Z3S) % Berat zeolit terhadap membran Gambar 14. Pengaruh persen berat zeolit terhadap kapasitas penyimpanan fluida (sampel air) membran. Hasil pengukuran kapasitas penyimpanan air (seperti terlihat pada Gambar 14) yaitu: 28 %; 31 % dan 34 % masing-masing untuk tipe sampel Z1S: Z2S 52 dan Z3S. Besarnya kapasitas penyimpanan air pada membran dikarenakan oleh banyaknya rongga antara partikel (void space) atau porositas yang terbentuk. Penyebabnya adalah besarnya jumlah faktor air semen yaitu sebesar 0,5. Pada saat pencetakan membran, terjadi bleeding (air yang berlebih) yang membawa serta material semen. Selain itu terbentuknya gelembung-gelembung halus karena adanya partikel zeolit yang porinya terisi oleh udara berganti dengan air. Namun seperti telah dikemukakan sebelumnya bahwa belum sempurnanya proses hidrasi semen telah mempengaruhi densitas dan volume rongga antar partikel membran. Sehingga dominasi sifat zeolit masih sangat kuat. Sebagai catatan, zeolit memiliki sifat khas, yaitu memiliki pori dan rongga yang memungkinkan terjadinya penyerapan (proses hidrasi) dan pelepasan (proses rehidrasi) molekul air secara reversible (Aini dan Indriati, 2006). Namun disini pori zeolit tersebut dapat saja tertutupi dengan adanya semen Portland putih sebagai bahan pengikat membran. Dengan sifat intrinsik yang dimiliki oleh zeolit tersebut, dapat menambah daya serap membran mikrofilter ini. Selain itu pengaruh pembentukan pasta zeolit-semen juga dapat mempengaruhi besar pori dan rongga atau ruang kosong antar butir zeolit dan semen. Ginting dkk (2007) mengatakan bahwa zeolit alam Lampung memiliki daya sorpsi air sebesar 24,5 ml/g. Namun disini terdapat perbedaan, yaitu zeolit ditambahkan bahan lain sehingga membentuk material yang baru. Hasil penelitian menunjukkan kapasitas penyimpanan air air sebesar 0,28 ; 0,31 dan 0,34 ml/g. Hal ini dikarenakan terjadi perubahan sifat fisik yang khas dari masing-masing bahan. Sehingga dapat dikatakan 53 bahwa pencampuran antara zeolit dan semen menghasilkan material baru yang memiliki sifat gabungan antara keduanya. Namun begitu kedua bahan tersebut (zeolit dan semen) masih menunjukkan sifat khasnya yang utama. Seperti telah dikemukakan diatas bahwa penyerapan air dalam membran dapat terjadi diakibatkan oleh beberapa hal. Pertama, karena adanya gaya lemah Van Der Waals pada permukaan dan makropori membran. Kedua, munculnya ruang kosong yang dihasilkan dari gelembung-gelembung udara pada saat pencetakan dimana saat terjadi pemanasan udara keluar menyisakan ruang kosong antara partikel. Ketiga, karena sifat intrinsik yang memang dimiliki zeolit. Sedangkan semen hanya digunakan sebagai bahan pengikat (binder) namun masih memiliki permeabilitas sehingga air mampu menembus lapisan membran. Namun demikian dengan kehadiran semen dapat meningkatkan daya kerja zeolit sebagai bahan penyerap dan penyaring yang memiliki struktur kompak dan padat. Pada proses pembentukan pasta semen-zeolit, terjadi pengikatan awal antara kedua bahan yang dimediasi oleh air. Menurut Austin (1985) saat pengerasan semen (set hardening) terjadi proses hidrasi dan hidrolisis. Proses hidrasi semen yaitu antara CaO.SiO2 yang menghasilkan senyawa berongga tobermoite dan pembentukan padatan CaSO4 yang tidak larut dalam air. Sehingga serbuk zeolit dapat terikat secara kuat dengan senyawa tobermorite tersebut. Selanjutnya terjadi pula reaksi hidrasi bahan semen, yaitu antara CaO.Al2O3 dengan air yang menghasilkan CaO.Al2O3.H2O (kalsium alumino hidrat) kristalnya berbentuk kubus, namun dengan adanya bahan tambahan 54 seperti CaSO4 (gipsum) akan bereaksi terlebih dahulu membentuk ettringite sulfo aluminate (kristalnya berbentuk jarum). Dan barulah ketika gipsum telah habis bereaksi akan terbentuk CaO.Al2O3.H2O (kaslium alumino hidrat) dan terbentuk endapan gipsum (CaSO4) yang tidak larut air (Mastuti, 2009). 4.1.4. Laju alir membran (Fluks membran) Hasil pengukuran laju aliran membran pada tipe sampel Z3S dengan nilai 2,22 kg.h-1.m-2. Untuk keseluruhan tipe sampel membran memiliki fluks sebesar 0,40 kg.h-1.m-2 ; 1,41 kg.h-1.m-2 dan 2,22, kg.h-1.m-2 untuk masingmasing tipe sampel Z1S, Z2S dan Z3S. Sedangkan luas area membran adalah sebesar 29,7 cm2. Menurut Notodarmojo dan Deniva (2004) nilai fluks membran mikrofiltrasi adalah lebih dari 50 kg.h-1m-2. Perbedaan yang cukup besar ini terjadi karena perbedaan gaya tekan yang diberikan umpan saat operasi. Gaya tekan pada operasi membran mikrofiltrasi adalah kurang dari 2,0 N/m2 atau 0,2 kg/m2. Namun disini gaya tekan pada filtrasi membran zeolit ini tidak digunakan. Gaya dorong/tekan membran ini didasarkan hanya pada gaya berat umpan yang diubah menjadi tekanan hidrostatik yang nilainya sangat kecil. Tekanan hidrostatik untuk setiap 50 gram air yang diumpankan dalam tabung filtrasi berdiamter 4,5 cm adalah sebesar P = ρ.g.h, yaitu sebesar 0,0314 kg/m2 atau 0,314 N/m2. Sehingga dengan tekanan awal sebesar itu laju perpindahan fluida amat lambat, dan terus akan melambat seiring dengan berkurangnya jumlah umpan. Masalah penurunan laju fluks membran menurut Ariyanti 55 (2009) juga dapat dipengaruhi oleh polaritas membran dan penyumbatan permukaan pori membran. Pengukuran fluks (laju alir persatuan luas) membran mengisyaratkan bahwa dengan densitas yang besar akan memberikan fluks membran yang kecil dan sebaliknya dengan densitas yang lebih rendah akan menghasilkan fluks membran yang lebih tinggi, seperti tampak pada Gambar 15. Fluks Membran kg.jam-1.m-2 2,5 2 1,5 1 0,5 0 50 % (Z1S) 66,67 % (Z2S) % Berat zeolit terhadap membran 75 % (Z3S) Gambar 15. Pengaruh persen berat zeolit terhadap fluks membran 4.1.5. Efisiensi pemisahan kekeruhan air Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa kemampuan membran untuk menjernihkan air secara umum mendekati hasil 100% pada masing-masing tipe membran zeolit. Larutan umpan dengan konsentrasi 200 NTU telah berhasil terpisahkan oleh membran zeolit. Namun terhadapat satu tipe sampel yaitu, Z3S yang memiliki persentase pemisahan kekeruhan air sebesar 99 %, seperti ditunjukkan pada Tabel 9 berikut ini. 56 Tabel 9. Pengaruh persen berat zeolit terhadap efisiensi pemisahan kekeruhan air. Tipe Konsentrasi sampel Umpan Konsentrasi filtrat (NTU) hasil pengukuran Z1S Z2S Z3S 190 190 190 X1 0,26 X2 0,28 X1 0,28 X2 0,57 X1 0,69 X2 1,68 Pemisahan Perhitungan 1/2(x1 + x2)R (NTU) % efisiensi 2 membran 0,27 99.8 % 0,42 99,7 % 1,17 99,3 % Koefisien linear (R2): 0,99 Hasil penyaringan membran secara berturut–turut untuk tipe sampel Z1S, Z2S dan Z3S adalah 0,02, 0,07 dan 0,11 NTU. Hasil penjernihan air ini tidak jauh berbeda dengan penelitian yang dilakukan oleh Notodarmojo dan Deniva (2004), yaitu berhasil menurunkan kekeruhan air waduk Saguling hingga 0,3 – 0,46 NTU menggunakan teknik filtrasi membran dead end. Selain itu menurut Awaluddin (2007) penggunaan bahan zeolit dan bahan paduannya dapat digunakan untuk menjernihkan air tanah baik untuk sistem penyaringan skala besar maupun kecil. Jika dibandingkan dengan standar baku mutu kualitas air minum Permenkes tahun 2002 untuk kekeruhan air maksimal adalah sebesar 5 NTU. 4.2. Pengaruh Persen Berat Zeolit Terhadap Karakteristik Kimia Membran. Menurut Senda (2010) unsur-unsur kimia yang memiliki diameter yang terlalu besar tidak dapat melewati pori-pori zeolit, sehingga secara efektif 57 unsur-unsur ini tersaring. Oleh karena membran yang dihasilkan masih memiliki dominasi sifat zeolit yang kuat. Maka dapat dikatakan bahwa proses pemisahan yang terjadi pada membran adalah didasarkan atas ukuran partikel dari larutan pengumpannya. Dimana, medan elektrostatik yang kuat di dalam rongga-rongga zeolit menghasilkan interaksi yang sangat kuat dengan molekul air, sehingga proses pemisahan atau separasi dapat terjadi. 4.2.1. Pemisahan ion Fe2+ Hasil pengukuran pemisahan ion Fe2+ untuk masing-masing tipe membran adalah 96,4 %, 99,4 % dan 99,2 % secara berurutan untuk sampel Z1S, Z2S dan Z3S, seperti tampak pada Tabel 10 berikut ini. Tabel 10. Pengaruh persen berat zeolit terhadap pemisahan ion Fe2+ Tipe Konsentrasi sampel Umpan Konsentrasi filtrat (mg/l) Z2S Z3S 10 10 10 Pemisahan Perhitungan hasil pengukuran 1/2(x1 + x2)R (mg/l) Z1S % Efisiensi X1 0,12 X2 0,61 X1 0,11 X2 0,01 X1 0,14 X2 0,02 2 membran 0.36 96,4 % 0.06 99,4 % 0.08 99,2 % Koefisien linear (R2): 0,9989 Perbedaan persen berat zeolit dan semen dalam komposisi membran belum memberikan informasi yang mencukupi, apakah pengaruhnya kuat atau tidak terhadap pemisahan ion Fe2+. Namun dipastikan pengaruh kehadiran 58 zeolit dalam komposisi membran berperan besar. Hal ini dibuktikan dengan persentase pemisahan yang mendekati sempurna. Penggunaan zeolit sebagai basis membran telah banyak dilakukan. Misalnya Rahman dan Hartono (2004) menggunakan zeolit alam tanpa perlakuan khusus untuk menurunkan konsentrat Fe2+ dalam sampel air tanah untuk keperluan air minum dan berhasil menurunkan konsentrasinya hingga 50 %. Istadi dkk (2006) melakukan pemisahan Fe2+ menggunakan zeolit alam dan hasilnya mampu menurunkan konsentrasi Fe2+ hingga 92,3%. Selain itu, Saifudin dan Astuti (2005) menggunakan zeolit yang dikemas dalam bentuk kolom membran berhasil menurunkan kadar Fe2+ air sumur hingga 94 %. Meskipun hasilnya belum menunjukkan pola hubungan antara persen berat zeolit dan semen, namun dapat diduga bahwa adanya konsentrat Fe2+ dalam filtrat dipengaruhi oleh komposisi bahan pembentuk semen dan kurang sempurnanya proses hidrasi membran. Seperti diketahui bahwa semen Portland putih (white portland cement) mengandung senyawa Fe2O3 maksimal 0,4 %. (SNI 15-0129-2004: Semen Portland putih). Menurut Austin (1985) pada umumnya senyawa tersebut hanya diperlukan untuk menurunkan suhu pembakaran saat proses pembentukan klinker semen. Sehingga konsentrat Fe2+ dalam filtrat diduga berasal dari bahan semen. Berdasarkan Permenkes RI No 492 Tahun 2002, konsentrasi ion logam Fe2+ maksimum yang diizinkan dalam air minum adalah 0,3 mg/l. dengan demikian dari ketiga tipe membran hanya satu tipe sampel saja yang mendekati nilai setara dengan yang ditetapkan pemerintah yaitu 0,3 mg/l untuk tipe 59 membran Z2S. Sementara untuk tipe Z1S dan Z3S mampu menurunkan konsentrasi Fe2+ hingga mencapai 0,1 mg/l. 4.2.2. Pemisahan ion Mn2+ Berdasarkan hasil penyaringan ion Mn2+ melalui ketiga tipe membran, diketahui bahwa tidak terdapat konsentrat logam Mn2+ didalam filtrat, artinya telah terjadi pemisahan sempurna, yaitu 100 %. Seperti tampak pada Tabel 11 berikut ini. Tabel 11. Pengaruh persen berat zeolit terhadap pemisahan ion Mn2+ Tipe Konsentrasi sampel Umpan Konsentrasi filtrat (mg/l) hasil pengukuran Z1S Z2S Z3S 10 10 10 X1 Ttd X2 Ttd X1 Ttd X2 Ttd X1 Ttd X2 Ttd Pemisahan Perhitungan 1/2(x1 + x2)R (mg/l) % efisiensi 2 membran 0 100 % 0 100 % 0 100 % Koefisien linear (R2): 0,9989 Namun begitu belum dapat diketahui sejauh mana pengaruh perbandingan komposisi zeolit terhadap semen pada pembentukan membran ini. Namun dapat dipastikan pengaruh kehadiran zeolit berperan besar dalam melakukan kerja penyaringan logam Mn2+. Hal ini diperkuat oleh Rahman dan Hartono (2004) yang menggunakan zeolit alam tanpa perlakuan khusus untuk 60 menurunkan konsentrat Mn dalam sampel air tanah untuk keperluan air minum dan berhasil menurunkan konsentrasinya hingga 40 %. 4.2.3. Pemisahan ion Mg2+ Berdasarkan hasil uji pemisahan ion Mg2+ terhadap ketiga tipe membran, diketahui hasilnya bervariasi, yaitu 69,4 %, 86,2 % dan 73,7 % untuk masingmasing tipe membran Z1S, Z2S dan Z3S secara berurutan, seperti tampak pada Tabel 12 berikut ini. Maka berdasarkan nilai pemisahan membran yang diperoleh, belum dapat diketahui sejauhmana kemampuan membran mikrofilter zeolit memisahan ion Mg2+. Tabel 12. Pengaruh persen berat zeolit terhadap pemisahan ion Mg2+ Tipe Konsentrasi sampel Umpan Konsentrasi filtrat (mg/l) Z2S Z3S 20 20 20 Pemisahan Perhitungan hasil pengukuran 1/2(x1 + x2)R (mg/l) Z1S % efisiensi X1 6,50 X2 5,85 X1 4,86 X2 0,62 X1 6,47 X2 4,12 2 membran 6,13 69,4 % 2,76 86,2 % 5,26 73,7 % Koefisien linear (R2): 0,9931 Sehingga belum dapat ditentukan keteraturan pola pemisahan yang terjadi, apakah sebanding dengan besarnya komposisi zeolit terhadap semen dalam struktur membran. Namun tetap dapat dipastikan pengaruh kehadiran zeolit berperan besar dalam melakukan kerja penyaringan ion Mg2+. Hal ini 61 diperkuat melalui hasil penelitian yang dilakukan oleh Astuti, dkk (2005) menggunakan zeolit alam Lampung yang dikemas dalam bentuk membran kolom dan hasilnya mampu menurunkan konsentrasi ion Mg2+ hingga mencapai 50,5% dari 1240 mg/l larutan umpannya. Sehingga jika dibandingkan dengan penelitian ini, yang menggunakan konsentrat umpan ion Mg2+ sebesar 20 mg/l, hasilnya menunjukan nilai efisiensi yang lebih besar. Hasil pengukuran konsentrasi Mg2+ didalam filtrat adalah 6,13 mg/l, 2,76 mg/l dan 5,26 mg/l masing-masing untuk tipe membran Z1S, Z2S dan Z3S. Sehingga kuat diduga bahwa kehadiran logam Mg2+ didalam filtrat diakibatkan oleh terlarutnya bahan pembentuk campuran semen. Sebagai catatan bahwa komposisi senyawa Mg dalam semen tipe I adalah sebesar 5% (SNI 15-2049, 2004). Dan seperti halnya pada senyawa Fe2O3,senyawa MgO juga ditambahkan guna menurunkan suhu pembakaran saat proses pembentukan klinker semen (Austin, 1985). Selanjutnya pada saat penggunaan semen hingga set pengerasan semen (hardening), senyawa MgO terhidrasi menjadi senyawa Mg(OH)2. Sehingga diduga Mg2+ berasal dari bagian bawah membran yang tidak mengalami kontak langsung dengan umpan, namun ikut terbawa air pada bagian belakang membran yang berhadapan langsung dengan filtrat. 4.2.4. Pemisahan ion Ca2+ Berdasarkan hasil pengukuran pemisahan ion logam terhadap ketiga tipe membran, diketahui hasilnya menunjukkan persen pemisahan yang negatif seperti terlihat pada Tabel 13. Artinya terjadi kegagalan pemisahan 62 ion Ca2+ atau telah terjadi pelarutan bahan semen Portland putih (leackage), sehingga menaikkan konsentrasi filtrat yang terbentuk. Dapat pula diduga bahwa penyebab utamanya, karena belum sempurnanya reaksi hidrasi semen. Oleh karena itu, pemisahan terhadap ion Ca2+ dapat dikatakan tidak sesuai dengan karakter membran zeolit yang terbentuk. Persentase pemisahannya adalah (-145,7) %, (-188,6) % dan (-164,5) % untuk masing-masing tipe membran Z1S, Z2S dan Z3S. Tabel 13. Pengaruh persen berat zeolit terhadap pemisahan ion Ca2+ Tipe Konsentrasi sampel Umpan Konsentrasi filtrat (mg/l) Z2S Z3S 20 20 20 Pemisahan Perhitungan hasil pengukuran 1/2(x1 + x2)R (mg/l) Z1S % efisiensi X1 35,82 X2 64,26 X1 48,63 X2 67,99 X1 57,55 X2 49,33 2 membran 49,54 (-145,7) % 57,73 (-188,6) % 52,91 (-164,5) % Koefisien linear (R2): 0,9900 Terjadinya penambahan konsentrasi Ca2+ diduga, pertama karena belum sempurnanya proses hidrasi semen dalam campuran membran, disebabkan karena air telah terlebih dahulu menguap melalui proses pemanasan dari luar. Dimana seharusnya pengujian produk semen dilakukan setelah 28 hari, tanpa pemanasan dari luar. Sehingga sejumlah bahan semen seperti 3CaO.SiO2 dan 2CaO.SiO2, belum seluruhnya membentuk gel tobermorite (3CaO.2SiO2.3H2O). Kedua,bereaksinya kembali senyawa gypsum 63 dengan air setelah terjadi pengerasan. Sehingga gipsum (CaO.SO4.H2O) akan kembali bereaksi menghasilkan senyawa Ca(OH)2 yang larut air. Sehingga konsentrasi ion Ca2+ meningkat. Hal yang sama terjadi pula pada Razzak dkk (2009) ketika melakukan pemisahan logam Ca2+ menggunakan zeolit alam Lampung (tidak teraktivasi) dan nilai pemisahan didapatkan sebesar negatif sembilan persen (-9%). Untuk penggunaan semen Portland putih diduga kuat lebih banyak memberikan penambahan konsentrasi ion Ca2+ didalam filtrat. Karena seperti diketahui bahwa semen portland putih mengandung persenyawaan Ca2+, antara lain adalah 3CaO.SiO2; 2CaO.SiO2; 3CaO.Al2O3; 4CaO.Al2O3.Fe2O3 sebesar 64 – 68 % dan menempati bagian terbesar diantara senyawa lainnya (Mursito, 2004). Selain itu bahan semen sengaja ditambahkan gipsum (CaSO4.2H2O) guna memperlambat terjadinya set pengerasan semen dan dilepasakan kembali dalam bentuk senyawa CaSO4 setelah campuran mengeras (Austin, 1985). Saat proses filtrasi berlangsung, sejumlah air bereaksi dengan CaO dan membentuk kapur Ca(OH)2 dan gipsum CaSO4 yang terbawa air melalui bagian bawah membran (tidak kontak langsung dengan umpan). Kedua senyawa tersebut terlarut dengan baik didalam filtrat membran dan tentu saja akan menambah konsentrasi ion Ca2+ didalam filtrat. 4.2.5. Pemisahan ion Na+ Berdasarkan hasil uji pemisahan ion logam Na+ terhadap ketiga tipe membran, untuk ketiga tipe membran hasilnya menunjukkan persen pemisahan yang negatif. Seperti halnya yang terjadi pada pemisahan ion Ca2+, 64 maka pemisahan ion Na+ dapt terjadi demikian. Terjadi pelarutan bahan semen Portland putih (leackage), sehingga menaikkan konsentrasi filtrat yang terbentuk. Penyeb utamanya adalah karena belum sempurnanya reaksi hidrasi semen. Oleh karena itu, pemisahan terhadap ion Na+ dapat pula dikatakan tidak sesuai dengan karakter membran zeolit yang terbentuk. Meskipun begitu terdapat satu tipe sampel yang mampu memisahkan hingga mencapai 29,65 %. Efisiensi pemisahan membran diperoleh hasil, yaitu 29,65 %, (41,2) % dan (-82,3) % untuk masing-masing tipe membran Z1S, Z2S dan Z3S, (seperti tampak pada Tabel 14). Tabel 14. Pengaruh persen berat zeolit terhadap pemisahan ion Na+ Tipe Konsentrasi sampel Umpan Konsentrasi filtrat (mg/l) hasil pengukuran Z1S Z2S Z3S 20 20 20 X1 22,99 X2 5,95 X1 30,28 X2 27,82 X1 40,48 X2 34,49 pemisahan Perhitungan 1/2(x1 + x2)R (mg/l) % Efisiensi 2 membran 14,07 29,65 % 28,25 (-41,2) % 36,46 (-82,3) % Koefisien linear (R2): 0,9727 Telah diketahui bahwa terjadi kenaikan konsentrasi ion Na+ didalam filtrat yaitu terjadi karena kurang sempurnanya proses hidrasi semen (telah dibahas pada sub bab pemisahan ion Ca2+). Sebagai pembanding, hasil penelitian yang dilakukan oleh Ghaly & Verma (2009) yang menggunakan 65 membran zeolit untuk tujuan desalinasi air dan hasilnya mampu memisahkan ion Na+ hingga 75,5 %. 4.2.6. Tingkat Keasaman (pH) Filtrat Berdasarkan pengukuran tingkat keasaman (pH) filtrat hasilnya menunjukkan informasi sebagai berikut yaitu ditunjukkan pada Tabel 15 berikut ini. Tabel 15. Tingkat keasaman (pH) filtrat membran. Tipe pH hasil pengukuran terhadap larutan filtrat Ca2+ Na+ Mg2+ Fe2+ Mn2+ H2O Z1S 8,05 8,05 8,05 7,75 7,60 9,43 Z2S 7,90 8,30 8,15 8,05 7,80 9,86 Z3S 8,05 8,10 8,05 7,95 7,50 9,74 *pH umpan 6,00 5,50 3,00 1,30 3,15 6,85 Membran *Ket: Berdasarkan data spesifikasi bahan yang tecantum pada kemasan, kecuali untuk H2O. Semakin besar persen berat zeolit terhadap semen akan semakin meningkatkan sifat basa pada larutan filtrat yang diperoleh. Namun yang terjadi pada proses filtrasi membran adalah penambahan tingkat keasaman filtrat dari sebelumnya bersifat asam (pH umpan berkisar antara 1 – 5). Sehingga hasilnya jika dibandingkan dengan penelitian yang dilakukan oleh Chae, et.al (2009) mendapatkan pH filtrat yang netral, yaitu berkisar antara 7,0 – 7,4. Awaluddin (2007) mengatakan bahwa zeolit digunakan untuk meningkatkan tingkat keasaman air yang berada dalam kondisi pH asam menjadi lebih netral. Selain itu penggunaan semen sebagai bahan pembentuk membran juga mempengaruhi tingkat keasaman filtrat. Menurut Wiryasa dkk 66 (2006) selama proses hidrasi semen menghasilkan kalsium hidrokida yang kelarutannya cukup tinggi sehingga menghasilkan sifat basa. Hal ini terjadi karena terbentuknya senyawa kapur Ca(OH)2 dan gipsum Ca(SO4) pada proses penuaan (Austin, 1985). Kemudian pada proses filtrasi berlangsung senyawa tersebut ikut terlarut dalam filtrat. Seperti diketahui bahwa penambahan sejumlah kapur Ca(OH)2 diperlukan guna menaikkan keasaman air. Hanum (2002) juga menggunakan kapur untuk meningkatkan pH air sungai untuk keperluan air minum. Menurut Peraturan Menteri Kesehatan (Permenkes) tahun 2002 tingkat keasaman (pH) air minum yang diizinkan adalah berkisar antara 6,5 - 8,5. 67 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa: 1. Membran mikrofilter dapat dibuat dari pencampuran zeolit alam dan semen Portland putih. 2. Membran mikrofilter zeolit memiliki densitas sebesar 1,44; 1,41 dan 1,33 g/cm3, Porositas membran sebesar 40 %, 43 dan 45 % dan kapasitas penyimpanan fluida sebesar 0,28 ; 0,31 dan 0,34 ml/g masing-masing untuk tipe Z1S, Z2S dan Z3S. 3. Membran mikrofilter zeolit memiliki fluks membran sebesar, 0,40; 1,41 dan 2,22 kg.h-1.m-2 masing-masing untuk tipe Z1S, Z2S dan Z3S. 4. Membran mikrofilter zeolit mampu memisahkan 100 % ion Mn2+ , 96,4 % ion Fe2+ dan 69,4 % ion Mg2+ (untuk tipe membran Z1S), kemudian 100 % ion Mn2+, 99,4% ion Fe2+ dan 86,2% ion Mg2+ (untuk tipe membran Z2S), dan 100 % ion Mn2+, 99,2%, ion Fe2+ dan 73,7 % ion Mg2+ (untuk tipe membran Z3S). Untuk pemisahan ion Ca2+ dan Na+ belum diperoleh hasil yang maksimal. 5. Membran mikrofilter zeolit mampu menjernihkan kekeruhan air. 5.2. Saran Penelitian ini masih memerlukan penambahan perbandingan persen berat zeolit terhadap membran yang lebih banyak lagi dan penambahan perlakuan 68 68 variasi pemanasan serta penentuan diameter pori membran. Perlu perbaikan penentuan karakteristik membran seperti kuat tekan dan fluks membran. 69 DAFTAR PUSTAKA Agustina,dkk., 2008. Pengunaan Teknologi Membrane Pada Pengolahan Air Limbah Industri Kelapa Sawit. Workshop Industri Kimia dan Kemasan. Ahmad, A.L.,& Ismail,S. 2001. Prevention Of Membrane Fouling Using Electricpulse In Dead End Microfiltration Of Titanium Suspensions. Jurnal Teknologi.Universiti Teknologi Malaysia 34(F) p 21–38. Aini, M.N. dan Indriati, L. 2006. Proses Pemutihan Zeolit Sebagai Bahan Pengisi Kertas. Berita Selulosa No. 42 (1) hal. 23-28. Anomin. 2002. Keputusan Menteri Kesehatan No.907 Tahun 2002 Tentang Persyaratan dan Pengawasan Air Minum. Depkes RI. Jakarta. Anonim,.2008, Penuntun Praktikum Farmasi Fisika, Tim – Penyusun, Jurusan Farmasi UNHAS. Makassar. Anonim.1999. Portable Turbidimeter Model 2100P: Instrument and Procedure Manual. Hach Company. USA. Ariyanti, D. 2009. Studi metode autoflush: Pengendalian scaling pada system Membran Reverse Osmosis Skala Rumah Tangga. Tesis. Universitas Diponegoro Semarang. Asminar, R, dkk. 2008. Analisis Unsur Cu, Cr, Fe, Mg dan Zn Dalam Paduan AlMgSi-1. Prosiding Seminar Pengelolaan Perangkat Nuklir PTBN-BATAN. Serpong. Astuti, Widi. 2005. Proses Pelunakan Air Sadah Menggunakan Zeolit Alam Lampung.Balai Penelitian Mineral –LIPI. Lampung. Jurnal Widyariset, Vol. 1. No. 8 Awaluddin. N. 2007.Teknologi Pengolahan Air Tanah Sebagai Sumber Air Minum Pada Skala Rumah Tangga. FTSP UII. Bhakta, J. N., and Munekage, Yukihiro 2009. Ceramic as a Potential Tool for Water Reclamation: A Concise Review. Journal Of Environmental Protection Science, Vol. 3, p.147 – 162. Byrappa, K and Yoshimura, M..2001. Handbook of Hydrothermal Technology - 70 A Technology for Crystal Growth and Materials Processing. William Andrew Publishing. USA. Bernasconi, G. et.al. 1995.Teknologi Kimia-Bagian 2 (Edisi Bahsa Indonesia). Pradnya Paramita : Bandung. Boussu, Katleen. 2007. Influence of Membrane Characteristics on Flux Decline and Retention in Nanofiltration. Ph.D Thesis Katholieke Universiteit Leuven, Belgium. Chae, et.al. 2009. Fouling characteristics of pressurized and submerged pvdf (polyvinylidene fluoride) microfiltration membranes in a pilot-scale drinking water treatment system under low and high turbidity conditions. Elsevier - Science Direct-Desalination (244) p.215–226. Chapwanya, et.al. 2009. A model for reactive porous transport during re-wetting of hardened. Journal of Engineering Mathematics. Kluwer Academic Publishers. www.springerlink.com. Dyer, A. 1988. An Introduction to Zeolite Molecular Sieves. Department Of Chemsitry and Applied Chemsitry, University of Salford. UK. Effendi, Hefnie. 2003. Telaah Kualitas Air Bagi Pengelolaan Sumber Daya dan Lingkungan Perairan, Penerbit Kanisius, Yogyakarta. Ghaly,A.E., Verma,M. 2008. Desalination of Salines Sludge Using Ion Exchange Column With Zeolite. American Journal of Environmental Sciences 4 (4) p. 388 – 396. Ghazali, and Tram. 2004. Pervaporation dehydration of isopropanol-water Mixtures using chitosan zeolite-a membranes. Universiti Teknologi Malaysia. Jurnal Teknologi, 41 (F) Keluaran Khas. Hal.61–72. Ginting, dkk. 2007. Karakterisasi Komposisi Kimia, Luas Permukaan Pori dan Sifat Termal dari Zeolit Bayah, Tasikmalaya, dan Lampung. BATAN. Serpong. Jurnal Teknologi Bahan Nuklir, Vol. 3 No. 1 hal. 1–48. Grahn, Mattias, 2006, Development Of A Novel Experimental Technique For Studying Zeolites – Combining Zeolite Coated Atr Elements And Ftir Spectroscopy, Ph.D Thesis Department of Chemical Engineering and Geosciences, Luleå University of Technology. Hanum, Farida.2002.Proses Pengolahan Air Sungai Untuk Keperluan Air 71 Minum. Teknik Kimia,Universitas Sumatera Utara. Hedstrom. A. 2001.Ion Exchange Of Ammonium In Zeolites:Aliterature Review.,ASCE-Sweden. Journal of Environmental Engineering, Vol. 127, No. 8 Istadi, dkk,.2006. Optimasi Pembuatan Katalis Zeolit X dari Tawas, NaOH dan Water Glass Dengan Response Surface Methodology. Bulletin of Chemical Reaction Engineering & Catalysis, 1(3) p. 26-32. Juansah, dkk. 2009. Peningkatan Mutu Sari Buah Nanas Dengan Memanfaatkan Sistem Filtrasi Aliran Dead-End Dari Membran Selulosa Asetat. Makara, Sains, Vol. 13, No. 1, hal. 94-100. Keenan, Charles W. et.al. 1980. General College Chemistry, sixth ed (Edisi bahasa Indonesia). Jakarta: Penerbit Erlangga. Kusworo, T.J, Ahmad, B dan Gangga, I.G. 2010. Pengaruh Pemanasan Terhadap Campuran Membran Polietersulfon-Zeolit Untuk Pemisahan Karbondioksida.Jurusan Teknik Kimia, Fak. Teknik, UNDIP.Semarang. Las, dkk, 2000. Sifat Mekanik Komposit Campuran Zeolit-PVA yang Diiradiasi Sinar γCo-60. Risalah Pertemuan Ilmiah Penelitian dan Pengembangan Teknologi Isotop dan Radiasi. Las, Thamzil. 1989. Use Of Natural Zeolites For Nuclear Waste Tretament. Ph.D Thesis Departement of Chemistry and Applied Chemistry, Salford University. UK. Liu, et.al. 2008. Performance of Nanofiltration and Reverse Osmosis Membranes in Metal Effluent Treatment. Chinese Journal of Chemical Engineering, 16(3) p.441- 445. Mastuti, E. 2009. Pemanfaatan Limbah Elektroplating Sebagai Pengganti Semen Dan Pasir Dalam Mortar. Teknik Kimia Fakultas Teknik UNS. McLeary E.E., Jansen, J.C. and Kapteijn F., 2006. Zeolite Based films, Membranes And Membrane Reactors: Progress And Prospects. Journal of Microporous and Mesoporous Materials. No. 90 p.198–220. Moresova, Karterina and Skvara,Frantisek. 2001. Review Paper: White Cement Properties, Manufacture, Prospects. Departemen Glass and Ceramics, 72 Institute of Chemical Technology.Czech Republic. Mourato, 2002. Microfiltration and Nanofiltration. Zenon Environmental Inc. Burlington, Ontario, Canada. Mursito, A.T. 2004. Raw mix design klinker semen portland alternatif Berbasis limbah asetilen dan pozzolan alam. Prosiding Seminar nasional rekayasa kimia dan proses. Pusat Penelitian Geoteknologi (LIPI) Bandung. Notodarmojo, S dan Deniva A.2004. Penurunan Zat Organik dan Kekeruhan Menggunakan Teknologi Membran Ultrafiltrasi dengan Sistem Aliran Dead-End (Studi Kasus: Waduk Saguling, Padalarang). PROC. ITB Sains & Tek. Vol. 36 A, No. 1.hal. 63-82. Poerwadio, A.D dan Masduqi, A. 2004.Penurunan kadar besi oleh media zeolit alam Ponorogo secara kontinyu. Jurnal Purifikasi, Vol.5, No.4, hal. 169-174. Purawiardi, R. 1999.Karakteristik Zeolit Alam Asal Bayah dan Sukabumi Jawa Barat. Puspiptek, Serpong . Buletin IPT. No.1 Volume V. hal.6 -12. Rahman dan Hartono, B. 2004. Penyaringan air tanah dengan zeolit alami untuk menurunkan kadar besi dan mangan, Makara, Kesehatan, Vol. 8, No. 1, hal.1-6. Razzak, Mirzan T, Las, T And Priyambodo.2009. The Characterization Of Natural Zeolite For Wáter Filtration System. Jurnal Penelitian Dan Pengembangan Ilmu Kimia, VALENSI - Vol. 1. No. 5 Hal.252 – 261.UIN Syarif Hidayatullah Jakarta. Resnick, H. 1985. Fisika Jilid 1(Edisi Bahasa Indonesia) – Ed.3. Erlangga. Sadar, Michael J. 1998. Turbidity Science: Technical Information Series— Booklet No. 11.HACH Company. USA. Saifudin M. R. dan Astuti D. 2005. Kombinasi media filter Untuk menurunkan kadar besi (Fe). Jurnal Penelitian Sains & Teknologi, Vol. 6, No. 1, hal. 49-64. Universitas Muhammadiyah. Surakarta. Senda, S.P.,dkk. 2010. Prospek Aplikasi Produk Zeolit Untuk Slow Release Substance (SRS) dan membran. Pusat Pengkajian Dan Penerapan 73 Teknologi Proses industri- BPPT. Soltani, et.al. 2009.Experimental Determination of the Relationship Between Porosity and Surface Wave Parameters of Fully and Partially Saturated cement paste. NDTCE’09, Non-Destructive Testing in Civil Engineering Nantes, France, Standar Nasional Indonesia. (SNI) 15 – 0129 -2004: Semen Portland Putih. BSN. Jakarta (www.bsn.or.id). Suwarsono. 2010. Perancangan mesin penjernih virgin coconut oil kapasitas 100 liter/jam. Jurusan Teknik Mesin, UMM, Malang. Suherman. 2009. Teknologi pengeringan: Sorption Isotherm. Teknik KimiaUNDIP. Swan,CC. 2008. Portland Cement Concrete (I); Materials Periode #9. Civil Engineering Materials. University Of Iowa Timoti, Hana. 2005. Aplikasi Membran Pada Pembuatan Minyak Virgin Coconut Oil (VCO). PT. Nawapanca Adhi Cipta. Thokchom et.al,.2009.Effect Of Water Absorption, Porosity And Sorptivity On Durability Of Geopolymer Mortars. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. Vol. 4, no. 7, p.28 – 32. www.arpnjournals.com. Wagner, Jorgen. 2001. Membrane Filtration Handbook Practical Tips and Hints-second edition. USA: Osmonics Inc. Wilbert, Michelle Chapman.1999.Water Treatment Engineering & Research Group U.S. Bureau of Reclamation.Colorado. Williams, P.J. 2006. Analysis Of Factors Influencing The Performanc Of CMS Membranes For Gas Separation. Dissertation-School of Chemical and Biomolecular Engineering. Georgia Institute of Technology. Wiryasa, dkk.2006. Pengaruh NaCl dan MgSO4 Terhadap Kuat Tekan dan Kuat Tarik Belah Batu Padas Buatan. Jurnal Ilmiah Teknik Sipil. Vol.10 (1 No.1 Woinarski, AZ., Snipe, I., Stevens GW, Strak, SC,.2003. The Effects Of Cold Temperature On Copper Ion Exchange By Natural Zeolite For Use In A Permeable Reactive Barrier In Antarctica. Science Direct-Elsevier . 74 Cold Regions Science and Technology 37 p. 159– 168. www.iza-online.org diakses pada tanggal 23/08/2010. Yuliusman, dkk. 2009. Studi Awal Pemanfaatan Zeolit Alam Untuk Pe Jernihan Asap Kebakaran. Seminar Nasional Teknik Kimia Indonesia –SNTKI. Bandung. Zhong,et.al,. 2009. Preparation of PFSA/PSf hollow fiber composite membranes with recovered PFSA for the pervaporation separation of EtOH/H2O. Science China Chemistry. Sci-China Chem - Vol.53 No.1 p.273–280. 75 LAMPIRAN 1 SPESIFIKASI MEMBRAN Tabel 16. Total kebutuhan bahan pada pembuatan membran zeolit-semen. Tipe sampel % berat zeolit : semen 1:1 50 % : 50 % 2:1 66,67 % : 33,33 % 3:1 75 % : 25 % Z1S Z2S Z3S Zeolit (g) Semen (g) Faktor air semen 45 45 0.5 60 30 0.5 66 22 0.5 Perhitungan spesifikasi sampel membran mikrofilter yang berbentuk silinder, dengan diameter 4,3 cm dan ketebalan 0,5 cm, yaitu sebagai berikut: V olume membran= 3.14 . (2,15. 2,15 ) cm. 0.5 cm Volume membran = 7.2573 cm3 ~ 7.3 cm3 ~ 7.3 ml Dimisalkan jumlah sampel yang akan dibuat adalah sebanyak 12 buah, maka dapat dilakukan perhitungan untuk masing-masing tipe sampel sebagai berikut: Tipe membran Tipe membran Tipe membran Z1S ratio 1 : 1 Z2S ratio 2 : 1 Z3S ratio 3 : 1 Zeolit Semen Zeolit Semen Zeolit Semen Dimisalkan Dimisalkan Dimisalkan Dimisalkan Dimisalkan Dimisalkan = (7,3) / 2 = (7,3) / 2 = (7,3) 2/ 3 = (7,3)1/3 = (7,3)3/4 =(7,3 .)1/4 = 3.65 cm 3 = 3.65 cm 3 = 4.87 cm 3 = 2.43 cm 3 = 5.48 cm 3 =1.83 cm3 Ditimbang Ditimbang Ditimbang Ditimbang Ditimbang Ditimbang 3.65 x 12 3.65 x 12 4.87 gr x 12 2.43 gr x 12 5.48 gr x 12 1.83 gr x 12 43.8 g 43.8 g 58.44 g 29.16 g 65.76 g 21.96 ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ ≈ 45 g 45 g 60 g 30 g 66 g 22 g Faktor Penambahan air 50 % = 45 g ≈ 45 ml 76 LAMPIRAN 2 HASIL PENGUKURAN SIFAT FISIKA MEMBRAN Tabel 17. Hasil pengukuran massa membran zeolit/semen Kode sampel A Massa kering (gram) B Massa basah (gram) Massa kering (gram) Massa basah (gram) 9.88 10.96 10.04 9.93 12.75 12.74 12.94 13.01 Z1S 1 10.69 2 10.67 3 10.86 4 10.77 5 Retak 6 Retak rataan 10.767 Rataan Z2S 1 10.11 2 10.56 3 10.5 4 9.96 Retak Retak rataan Z3S 1 2 3 4 10.2825 8.64 8.51 9.4 9.09 Retak Retak rataan 9.505 13.81 13.17 14.52 14.14 Retak Retak - 13.943 10.2 12.86 13.51 13.01 13.25 13.94 10.01 10.27 10.49 10.69 13.06 13.59 13.47 13.93 10.37 13.512 9.7 10.66 9.51 9.59 13.04 13.94 12.51 12.77 9.973 13.065 - Retak - Retak 13.4275 12.11 12.28 12.57 13.29 - Retak - Retak 13.063 77 Tabel 18. Data laju alir membran zeolit/semen. Tipe membran Z1S Z2S Z3S uji 0 50 100 150 200 250 300 a 0 1.3 2.2 3.7 4.7 5.9 6.2 laju alir (ml/menit) 0.023 b 0 1 2 2.9 3.5 4.2 5.5 0.019 a 0 4 12 16.2 20 20.5 22.5 0.094 b 0 2.5 4.8 6.5 8.5 11 12.1 0.050 a 0 7.2 15.5 20 24 25.7 27.6 0.125 b 0 7.5 12.8 16 19 18.5 21.6 Rataan ml/min Kg/jam 0.0012 0.02 0.0042 0.07 0.0066 0.11 0.104 Tabel 19. Ringkasan hasil perhitungan sifat fisika membran zeolit/semen Tipe membran Z1S Z2S Z3S Densitas (g/cm3) 1.44 1.41 1.33 Porositas (Mb-Mk) % DS Fluks membran kg.h-1.m-2 40 43 45 2.92 3.15 3.32 28 % 31 % 34 % 0,40 1,41 2,22 Cara perhitungan densitas, porositas dan kapasitas penyimpanan air: Densitas campuran bahan semen dan zeolit berdasarkan perhitungan rumus adalah, (ρzeolit = 1,9 g/cm3 dan ρzemen 3,15 g/cm3): Sampel Z1S Sampel Z2S Sampel Z3S ρzeolit-semen ρzeolit-semen ρzeolit-semen = Mmem : (Vz +Vs) = Mmem : (Vz +Vs) = Mmem:(Vz+Vs) = 7,3 g: (1,92 + 1,16) = 7,3 : (2,56 + 0,77) = 7,3 : (2,88 + 0,58) = 2,37 g/cm3 = 2,19 g/cm3 = 2,11 g/cm3 ρmembran = Mmem : Vmem ρmembran = Mmem : Vmem ρmembran = Mmem : Vmem = 10,48 g : 7,3 cm3 = 10,32 g: 7,3 cm3 = 9,74 g: 7,3 cm3 =1,44 g/cm3 =1,41 g/cm3 =1,33 g/cm3 Densitas Membran 78 Porositas membran, rumus = =(2.92 x 100 %)/ 7.3 =(3.15 x 100 %)/ 7.3 =(3.32 x 100 %)/ 7.3 = 40 % = 43 % = 45 % Kapasitas penyimpanan air , rumus =(2.92 x 100 %)/ 10.48 =(3.15 x 100 %)/ 10.32 =(3.32 x 100 %)/ 9.74 = 28 % = 31 % = 34 % Fluks membran, rumus J = Q/A Diman Q adalah laju alir kg/jam dan A adalah luas permukaan membran 0,00297 m2 = 0.0012 kg.h-1/0.00297m2 = 0.0042 kg.h-1/0.00297m2 = 0.0066 kg.h-1/0.00297m2 = 0,40 kg.h-1.m-2 = 1,41 kg.h-1.m-2 = 2,22 kg.h-1.m-2 79 LAMPIRAN 3 PENENTUAN EFISIENSI PEMISAHAN MEMBRAN 1. Efisiensi membran untuk ion Mn2+ Tabel 20. Kalibrasi dan analisis konsentrasi ion Mn2+ Larutan stándar kalibrasi (mg/l) 0 mg/l 1 mg/l 3 mg/l 6 mg/l Hasil Analisis (mg/l) 0.00 1.00 3.1 5.9 Filtrat sampel Z1S Z2S Z3S Hasil análisis (mg/l) A b Rerata x koef.lin -0.053 -0.025 -0.039 -0.044 -0.027 -0.036 0.002 -0.006 -0.004 Efisiensi membran (Co-Ct)/Co 100 % 100 % 100 % Linearitas = 0.9989 Gambar 16. Kurva kalibrasi pengukuran ion Mn2+. 2. Efisiensi membran untuk ion logam Fe2+ Tabel 21. Kalibrasi dan análisis konsentrasi ion Fe2+. Larutan stándar kalibrasi (mg/l) 0 mg/l 1 mg/l 3 mg/l 6 mg/l Hasil Analisis (mg/l) 0.00 1.00 3.1 5.9 Filtrat sampel Hasil análisis (mg/l) A B Rerata x koef.lin Z1S 0.120 0.610 Z2S 0.105 0.050 Z3S 0.141 0.022 Linearitas = 0.9989 0.299 0.076 0.080 Efisiensi membran (Co-Ct)/Co 97 % 99 % 99 % 80 Gambar 17. Kurva kalibrasi pengukuran ion Fe2+. 3. Efisiensi membran untuk ion logam Mg2+ Tabel 22. Kalibrasi dan análisis konsentrasi ion Mg2+. Larutan Hasil Analisis Filtrat stándar (mg/l) sampel kalibrasi (mg/l) 0 mg/l 0.00 Z1S 1 mg/l 1.20 Z2S 3 mg/l 2.9 Z3S Linearitas = 0.9931 Hasil análisis (mg/l) A b Rerata x koef.lin 6.495 4.855 1.768 5.854 0.616 6.470 6.134 2.736 4.120 Efisiensi membran (Co-Ct)/Co 69 % 86 % 80 % Gambar 18. Kurva kalibrasi pengukuran ion Mg2+. 81 4. Efisiensi membran untuk ion logam Na+ Tabel 23. Kalibrasi dan análisis konsentrasi ion Na+. Larutan stándar kalibrasi (mg/l) 0 mg/l 1 mg/l 3 mg/l 6 mg/l Hasil Analisis (mg/l) 0.0 1.4 3.5 5.5 Filtrat sampel Hasil análisis (mg/l) A B Rerata x koef.lin Z1S 22.99 5.95 14.07 Z2S 30.28 27.82 28.25 Z3S 40.48 34.49 36.46 Linearitas = 0.9727 Efisiensi membran (Co-Ct)/Co 30 % (-41)% (-82) % Gambar 19. Kurva kalibrasi pengukuran ion Na+. 5. Efisiensi membran untuk ion Ca2+. Tabel 24. Kalibrasi dan análisis konsentrasi ion Ca2+. Larutan stándar Hasil Analisis Filtrat kalibrasi (mg/l) (mg/l) sampel 0 mg/l 1 mg/l 3 mg/l 6 mg/l 0.0 1.4 3.2 5.8 Hasil análisis (mg/l) A b Rerata x koef.lin Z1S 35.82 64.26 49.53 Z2S 48.63 67.99 57.72 Z3S 57.55 49.93 53.20 Linearitas = 0.990 Efisiensi membran (Co-Ct)/Co -147 % -188 % -160 % 82 Gambar 20. Kurva kalibrasi pengukuran ion Ca2+. 6. Kurva Kalibrasi Alat Turbidimeter Portabel (2100P – HAACH) Tabel 25. Kalibrasi alat turbidimeter. 0 100 200 800 Hasil analisis (NTU) 0 95 190 746 hasil pembacaan (NTU) Konsentrasi larutan (NTU) 800 700 600 500 400 300 200 100 0 746 190 95 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 larutan standar kekeruhan Gambar 21. Kurva kalibrasi alat turbidimeter. 83 LAMPIRAN 4 DOKUMENTASI PENELITIAN Gambar 22. Peralatan uji penyaringan menggunakan membran zeolit/semen. 84 0,10 m Gambar 23. Cara kerja penyaringan membran zeolit/semen. 85 Gambar 24. Peralatan pendukung yang digunakan selama penelitian di PLT-UIN. 86