Abu Sekam Padi Sebagai Sumber Silika Pada Sintesis Zeolit ZSM-5 Tanpa Menggunakan Templat Organik

PENDAHULUAN

Padi merupakan produk utama pertanian di negara-negara agraris, termasuk Indonesia. Beras yang merupakan hasil penggilingan padi menjadi makanan pokok penduduk Indonesia. Sekam padi  merupakan produk samping yang melimpah dari hasil penggilingan padi, dan selama ini hanya digunakan sebagai bahan bakar untuk pembakaran batu merah, pembakaran untuk memasak atau dibuang begitu saja. Penanganan sekam padi yang kurang tepat akan menimbulkan pencemaran terhadap lingkungan. 

 Dari hasil penelitian sebelumnya telah dilaporkan bahwa sekitar 20 % dari berat padi adalah sekam padi, dan bervariasi dari 13 sampai 29 % dari komposisi sekam adalah abu sekam yang selalu dihasilkan setiap kali sekam dibakar (Hara, 1996; Krishnarao, et al., 2000). Nilai  paling umum kandungan silika (SiO2) dalam abu sekam padi adalah 94 – 96 % dan apabila nilainya mendekati atau dibawah 90 % kemungkinan disebabkan oleh sampel sekam yang telah terkontaminasi oleh zat lain yang kandungan silikanya rendah (Houston, 1972; Prasad, et al., 2000). Abu sekam padi apabila dibakar secara terkontrol pada suhu tinggi (500 – ‡ Makalah ini disajikan pada Seminar Nasional Kimia IX,   di Surabaya 24 Juli 2007

 (Hasliza, et all,2003) tetapi sintesis ini mengunakan templat kation (TPA+). Walaupun efek templat kation (TPA+) adalah bagus dalam sintesis zeolit ZSM-5, tetapi menimbulkan permasalahan seperti menghasilkan sifat racun, biaya produksi tinggi, terjadi kontaminasi limbah cair dengan templat organik, terjadi polusi udara dari hasil dekomposisi termal templat organik (Kim, et al., 2004).  

Untuk mengatasi masalah ini, telah berhasil dilakukan penelitian pembuatan zeolit  ZSM-5 tanpa templat organik. (Cheng, et al., 2005; Kim, et al., 2006). Dalam penelitian ini, sekam padi dipanaskan pada suhu 600 oC menghasilkan abu sekam padi putih sebagai sumber silika dalam sintesis zeolit ZSM-5. Sintesis zeolit ZSM-5 dari abu sekam padi tanpa templat organik akan dilakukan dalam penelitian ini dengan metoda hidrotermal. Padatan dikarakterisasi dengan difraksi sinar-X (XRD) dan SEM.

 PROSEDUR PENELITIAN

Sintesis Zeolit ZSM–5

Bahan  yang digunakan dalam sintesis ini meliputi : NaOH ( ≥ 99 % Wt%, Merck), Al2(SO4)3.18H2O (Merck) , akuades, silika dari abu sekam padi. Abu sekam padi disiapkan dari sekam padi yang dipanaskan dalam tanur listrik dengan dialiri udara pada suhu 600oC dengan kecepatan pemanasan 150 oC/jam dan dibakar selama 4 jam. Dari campuran bahan-bahan tersebut di atas, akan diperoleh gel sintessis dengan komposisi molar : 10Na2O : 100SiO2 : xAl2O3 : 1800 H2O, nilai x = 1.3, 2, 4. Campuran dengan perbandingan molar tersebut di atas dimasukkan ke dalam gelas kimia dan diaduk dengan kecepatan tinggi selama 24 jam dan di tambahkan bibit silikalit sebanyak 1% berat SiO2.  Kemudian dipindahkan ke dalam autoclave stainless steel dan kemudian diperlakukan secara hidrotermal pada suhu 195oC selama 24 jam. Setelah perlakuan hidrotermal, produk diperoleh kembali melalui pencucian dengan akuades, dan kemudian dikeringkan pada suhu 110oC selama 24 jam (Cheng, et al., 2005; Kim, et al., 2006).

 Karakterisasi Padatan

Sifat-sifat, struktur dan komposisi  dari padatan hasil sintesis ditentukan dengan difraksi sinar X (XRD) menggunakan JEOL JDX-3530  dan SEM menggunakan Philips XL 40. Difraksi sinar X (XRD) digunakan untuk memperoleh informasi tentang struktur, komposisi, dan tingkat kristalinitas material. Beberapa aplikasi adalah mengidentifikasi sampel didasarkan pada puncak kristalisasi, variabel suhu, pengukuran kisi kristal, dengan menggunakan λ = 0,15046, radiasi Cu Kα sebagai difraksi cahaya monokromatik. Pola difraksi dialurkan dalam rentang     2θ = 5 – 50º.

Fungsi utama SEM adalah untuk mengetahui morfologi permukaan dari suatu sampel padat.

 HASIL DAN PEMBAHASAN

Sintesis zeolit ZSM-5 dilakukan dengan menggunakan metode hidrotermal dengan suhu 195°C selama 24 jam (Vempati, et al., 2006). Perbandingan mol yang digunakan adalah 10 Na2O : 100 SiO2 : x Al2O3 : 1800 H2O dengan x divariasi seperti pada tabel 1

 Tabel 1 Komposisi mol Campuran Sintesis

SAMPEL        SIO2   Al2O3             Na2O H2O

Si-75    100      1,3       10        1800

Si-50    100      2          10        1800

Si-25    100      4          10        1800

Pada gambar 1 menunjukkan pola difraksi sinar-X sampel secara umum, semua sampel menunjukkan  adanya puncak spesifik dari ZSM5, yaitu pada 2θ antara 22°-23° (Treacy, et al., 2001). Hanya sampel Si-50 dihasilkan fasa ZSM-5 yang murni. Sementara itu sampel Si-25 memberikan puncak dengan intensitas yang sangat rendah. Hai ini menunjukkan bahwa hanya sedikit kristal ZSM-5 yang terbentuk dan masih banyak silika yang tidak bereaksi.

Selanjutnya pada sampel  Si-25 terdapat fasa lain selain ZSM-5 yaitu fasa analsim. Analsim yang muncul pada 2θ = 18,26; 25,66; 30,29; dan 48,11 dapat terbentuk dalam sintesis dengan kandungan SiO2/Al2O3 yang rendah (Barrer, 1982). Analsim dalam  sintesis ZSM-5 merupakan fasa metastabil dimana jika waktu sintesis di perpanjang maka fasa analsim akan berubah menjadi fasa ZSM-5 (Weitkamp dan Puppe.1999). Pada sampel Si-75 fasa kuarsa mendominasi hal ini di tunjukkan dengan tingginya puncak kuarsa yaitu pada 2Ө = 26, sedangkan intensitas ZSM-5

Akta Kimindo Vol. 3 No. 1 Oktober 2007: 33-36

dan kristobalit berada dibawah kuarsa. Terbentuknya kuarsa dimungkinkan karena tingginya perbandingan komposisi SiO2/Al2O3 (Kalipcilar dan Culfaz., 2000). Selain kuarsa pada sampel ini juga di dapat kan fasa kristobalit.

Karakterisasi SEM pada padatan ZSM-5 hasil sintesis bertujuan untuk mengetahui morfologi permukaan dan keseragaman ukuran partikel dari suatu sampel (Stuart, 2005). Gambar 2(b) menunjukkan morfologi dari abu sekam, dimana mempunyai penampakan yang menyerupai lembaran dan kasar dengan ukuran yang tidak seragam (YalcË dan Sevinc, 2000). Pada gambar 2(a) menunjukkan keseragaman bentuk dari kristal ZSM-5, dari gambar kristal ZSM-5 yang didapat dari sintesis berbentuk balok dengan perkiraan panjang antara         0.2-1.5 μm. Perbedaan ini juga menunjukkan hampir semua abu sekam telah bereaksi menjadi ZSM-5. 

KESIMPULAN

Pada sintesis ZSM-5 menggunakan bibit perbandingan mol yang digunakan adalah : 10 Na2O : 100 SiO2 : x Al2O3 : 1800 H2O dengan x divariasi 1.3, 2 dan 4. Dari difraktogram sinar-X didapatkan fasa ZSM-5. ZSM-5 terbentuk secara maksimal pada perbandingan SiO2/Al2O3 = 50, sedangkan untuk perbandingan SiO2/Al2O3 = 75 didapatkan fasa selain ZSM-5 yaitu kuarsa dan kristobalit. Untuk perbandingan SiO2/Al2O3 = 25 didapatkan fasa analsim dan fasa amorfus. Pengamatan morfologi menggunakan SEM kristal ZSM-5 hasil sintesis mempunyai keseragaman bentuk yaitu berbentuk balok dengan perkiraan panjang 0.2 - 1.5 μm

DAFTAR PUSTAKA.

Barrer, R. M., (1982), Hydrotermal Chemistry of Zeolites, Academic Press, London.

Cheng, Y. Lian-Jun Wang, Jiang-Sheng Li, YuChuan Yang, Xiu-Yun Sun , (2005), “Preparation and Characterization of nanosized ZSM-5 zeolites in the absence  of organic template”, Materials Letters, 59, 3427 – 3430.

Gates, B. C., (1992) , Catalytic Chemistry, John Willey & Sons, Inc. New York.

Hamdan H., et al, (1997), Si MAS NMR, XRD and FESEM studies of rice husk silica of the synthesis of zeolites, Elsevier, 211, 126 – 131.

Hara, (1986), Utilization of Agrowaste for Building Material, International Research  and

Development Cooperation Division, AIST, MITI, Japan

 © Kimia ITS – HKI Jatim     35 Andhi dan Prasetyoko - Abu Sekam Padi Sebagai Sumber Silika Pada Sintesis Zeolit ZSM-5

 Houston, D.F., (1972), Rice Chemistry and Technology, American Association of Cereal Chemist, Inc. Minnesota.

Kim, S.D., Si Hyun Noh, Jun Woo Park, Wha Jung Kim, (2006), Organic-free synthesis of ZSM-5 with narrow crystal size distribution using two-step temperature process, Microporous  Mesoporous Matter, 181 – 188.

Krishnarao R. V., Subrahmanyam J., Kumar, T. J., (2000), “Studies on the formation of black in rice husk silica ash”, J. Ceramic Society, 21 , 99 – 104.

Kalipcilar H., dan Culfas A., (2001), Influence of Nature of Silica Sourse on Tempelate- free Synthesis of ZSM-5, Cryst. Res . Technol., 36, 1197-1207.

Prasad C.S., Maiti K,N., Venugopal R., (2001), “Effect of rice husk ash in whiteware compositions”, Ceramic International, 27, 629-635.

Prasetyoko, D., (2001), Pengoptimuman Sintesis Zeolit Beta dari pada Silika abu sekam padi Pencirian dan Tindak Balas Pemangkinan Friedel Crafts, Universiti Teknologi Malaysia ( TESIS ).

Hazlisa ,B. Ramli Z.,, (2003), “Synthesis of ZSM-5 type Zeolite using Crystalline silica of rice husk ash”, Malay, J. Chem. 5, 48 – 55.

Smart L., dan Moore E., (1993), Solid State Chemistry, Chapman & Hall, New York.

Treacy, M.M.J. dan Higgin, J.B., (2001), Collection of Simulated XRD Powder Patterns for

Zeolites, Amsterdam, Elsevier.

Vempati R. K., Borade R., Hegde R. S., Komarneni S., (2006), “Template free ZSM-5  from siliceous rice hull ash with varying C contents”, Microporous and Mesoporous Materials, 134-140.

Weitkamp, J., dan Puppe, L., (1999), Catalylis and Zeolites Fundamental and Application, Berlin, Germany.

Yalçin, N., Sevinç, V.,  (2001) , “Studies on silica obtained from rice husk”,

CeramicInternational ,27, 219 – 224. 

Karya ini disusun: Andhi Laksono Putro¹ dan Didik Prasetyoko¹