APLIKASI ZEOLIT

SIFAT-SIFAT ZEOLIT SEBAGAI BAHAN ALTERNATIF PENGOLAHAN LIMBAH

Prinsip operasi katalis. Zeolit sebagai katalis hanya mempengaruhi laju reaksi tanpa mempengaruhi kesetimbangan reaksi karena mampu menaikkan perbedaan lintasan molekuler dari reaksi yang terjadi. Katalis berpori dengan pori-pori yang sangat kecil akan memuat molekul-molekul kecil tetapi mencegah molekul besar masuk. Zeolit dapat menjadi katalis yang shape-selective dengan tingkat transisi selekti_tas atau dengan pengeluaran reaktan pada dasar diameter molekul. Zeolit mampu menjadi katalis asam dan dapat digunakan sebagai pendukung logam aktif atau sebagai reagen, serta dapat digunakan dalam katalis oksida.

Prinsip operasi penukaran ion. Tipe pertukaran ion dilakukan dalam kondisi isotermis. Kondisi isotermis dari empat ion univalen yaitu Ag+, K+, Li+, dan Ca2+, menunjukkan variasi dalam kisaran selekti_tas yaitu dari selekti_tas tinggi untuk Ag+ hingga ke rendah untuk Li+, untuk ion seperti K+, nilainya berkisar dari negatif hingga positif. Dalam kasus lain seperti Ca2+, isotermis tidaklah menghilangkan batas teoritis dari substitusi yang lengkap pada tingkat yang paling rendah. Tipe isotermis ini dijumpai pada zeolit Y untuk kation yang jarang. Operasi pertukaran ion dapat dilakukan dalam kondisi setimbang. Keseimbangan antara larutan dengan zeolit dinyatakan ZaB (Z)^zb + ZbA (S)^zb = ZaB (S)^zb + ZbA (Z)^za.

Prinsip operasi penyerapan dan penyaringan ion. Unsur-unsur kimia yang memiliki diameter kinetik yang terlalu besar membuat unsur-unsur kimia ini tidak dapat melewati pori-pori zeolit, sehingga secara efektif unsur-unsur ini tersaring, hal ini kemudian digunakan sebagai separasi molekul berdasarkan atas ukuran dan bentuk. A_nitas dari masing-masing jenis molekul yang dapat tertangkap dalam ronga-rongga yang ada dalam zeolit bergantung pada lingkup elektroniknya. Medan elektrostatik yang kuat yang ada di dalam rongga-rongga zeolit menghasilkan interaksi yang sangat kuat dengan molekul polar seperti air. Molekul nonpolar juga dapat diserap dengan kuat berkaitan dengan tenaga polarisasi dari medan listrik yang ada. Sehingga separasi dapat dilakukan oleh zeolit.

ZEOLIT SINTETIS SEBAGAI BAHAN PENGOLAHAN LIMBAH

Hasil produksi industri berupa gas berbahaya seperti gas yang mengandung logam berat, H₂S, juga gas methan, digunakan zeolit, karena dapat menyerap molekul polar baik dalam fase cair maupun fase gas. Sedangkan pada pengolahan limbah padat hanya limbah padat tertentu saja yang dapat diolah oleh zeolit. Pengolahan oleh zeolit ini hanya mengurangi volume bahan berbahaya yang terdapat pada limbah padat, tidak menghilangkan limbah padat tersebut. Salah satu contoh penggunaan zeolit sintetis yang akan dibahas adalah penggunaan zeolit sintetis yang digunakan memindahkan sulfur dioksida dari gas sisa. Kapasitas adsorpsi terhadap sulfur dioksida (SO₂) zeolit sintetis jenis zeolit Y berlaku pada suhu 25 hingga 200^oC dan kandungan sulfur dioksida dengan konsentrasi terkandung 0,92 hingga 5,04 %.

ZEOLIT DALAM DETERGEN

Zeolit merupakan senyawa kristalin alumino silikat terhidrasi dengan kerangka tiga dimensi yang berpori. Pada pori zeolit biasanya diikat kation-kation untuk menstabilkan muatan zeolit serta sejumlah molekul air. Ion-ion tersebut dapat dipertukarkan dengan ion sejenis, sehingga memungkinkan zeolit memiliki kemampuan melakukan pertukaran ion. Kemampuan inilah yang banyak dimanfaatkan di industri, salah satunya pada industri detergen. Detergen merupakan bahan pembersih yang merupakan campuran dari beberapa zat kimia, yaitu surfaktan sebagai zat aktif permukaan (surface active agent), pembentuk (builders) yang biasanya menggunakan senyawa fosfat, sitrat, asetat, atau silikat (zeolit). Pengisi (filler), serta zat aditif seperti pewangi, pewarna, pemutih, dll.

Sejak 30 tahun lalu, zeolit mampu menggantikan peran fosfat sebagai pembentuk (builders) dalam detergen. Penggunaan zeolit sebagai pembentuk memiliki beberapa keunggulan :

v       Penggunaan zeolit menurunkan ongkos produksi detergen (low cost)

v       Ramah lingkungan karena bebas dari fosfat yang sulit untuk didegradasi.

v       Menurunkan tingkat kesadahan air.

v       Menghilangkan logam-logam berat seperti besi, mangan, serta tembaga.

v       Memungkinkan terbentuknya detergen dengan kerapatan ultra (high density Ultra detergents).

v  Berperan sebagai anti-caking agent dengan mengabsorpsi kelebihan bahan liquid dalam formulasi bubuk detergen.

Gambar 1. Beberapa merk detergen yang menggunakan zeolit

Jenis zeolit sintetis yang biasa digunakan pada detergen adalah zeolit Na-A. Zeolit Na-A memiliki kapasitas pertukaran ion yang sangat baik.

Gambar 2. Kerangka zeolit Na-A yang digunakan dalam detergen

ZEOLIT SEBAGAI KATALIS DALAM MINYAK BUMI

Zeolit dapat berfungsi sebagai katalis di dalam proses industri, walaupun penggunaannya secara komersial masih relatif sedikit. Zeolit merupakan katalis yang sangat efisien serta selektif untuk berbagai reaksi kimia, terutama di industry petrokimia. Selektivitas zeolit terhadap suatu reaksi disebabkan ukuran pori zeolit yang hanya dapat dimasuki oleh molekul tertentu yang spesifik. Sehingga, tidak setiap reaksi transisi dapat berlangsung, reaksi hanya memungkinkan berjalan satu arah (restricted transition-state selectivity). Gambar 1. Memperlihatkan selektivitas zeolit sebagai katalis.

Gambar 1. Selektivitas zeolit sebagai katalis

Di dalam proses industri petrokimia, zeolit digunakan sebagai katalis pada proses FCC (Fluid Catalytic Cracing). Proses FCC merupakan suatu proses transformasi rantai panjang alkana menjadi alkana yang berantai pendek, proses ini berfungsi untuk meningkatkan angka oktan dari bensin dengan cara menghasilkan suatu produk yang memiliki rantai bercabang. Gambar 2. memperlihatkan proses katalisis pemotongan alkana rantai panjang menjadi alkana rantai pendek oleh zeolit.

Gambar 2. Proses katalisis transformasi alkana rantai panjang menjadi alkana rantai pendek oleh zeolit

Desain reaktor FCC saat ini dapat memproses sekitar 13 000 sampai 125 000 barel minyak mentah per hari (1 barel = 159 L). Proses FCC merupakan suatu proses yang berlangsung secara kontinu di mana zeolit yang belum dipanaskan ditambahkan ke dalam aliran minyak melalui bagian atas reaktor. Alkana berantai panjang akan dipotong oleh zeolit panas menjadi alkana berantai pendek, produk yang terbentuk akan menjadi aliran gas yang kemudian ditampung di dalam fraksionator. Zeolit hanya mengalami kontak beberapa menit saja dengan minyak, dan setelah proses itu zeolit menjadi deaktif karena pori zeolit telah tertutup. Pori yang tertutup ini dapat dihilangkan dan zeolit dapat diaktivasi melalui kalsinasi secara bertahap.