## ALCHEMY : JOURNAL OF CHEMISTRY

## Artikel Penelitian

## Pengaruh Pemeraman dan Suhu pada Sintesis Zeolit Y dari Lumpur
Susi Nurul Khalifah*, Udi Tyas, Saidun Fiddaroini, Suci Amalia
Program Studi Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Maulana Malik Ibrahim, Malang, Indonesia, 65144
INFO ARTIKEL ABSTRAK Riwayat Artikel Diterima 2 Januari 2022 Direvisi 16 Januari 2022 Tersedia online 27 Mei 2022 * Penulis korespondensi: susikhalifah@kim.uin-malang.ac.id Aging time can increase the nucleation rate and reduce zeolite's induction period and crystallization time. Thus, curing has an important role in the synthesis process of zeolite Y. Synthesis of zeolite Y can be carried out from silica extracted from Lapindo  mud.  Synthesis  was  carried  out  with  and  without  curing  with  various crystallization temperatures of 60, 80, and 100°C. The results showed that the synthesis of zeolite Y without curing time resulted in an amorphous phase structure with  crystallization  temperature  not  affecting  the  reaction  product.  Meanwhile, giving  curing  time  at  room  temperature  for  24  hours  before  crystallization  can increase the crystallinity of zeolite Y. Crystallization temperature also affects the formation  of  zeolite  Y,  where  crystallization  at  100°C  produces  more  zeolite  Y products than crystallization temperatures of 80 and 60°C.

## Keywords: Aging time, Lapindo mud, zeolite Y
Pemeraman dapat meningkatkan laju nukleasi  dan mengurangi periode induksi dan waktu kristalisasi zeolit sehingga pemeraman memiliki peran penting pada proses sintesis zeolit Y. Sintesis zeolit Y dapat dilakukan dari bahan silika yang diekstrak dari lumpur Lapindo. Sintesis dilakukan dengan dan tanpa pemeraman dengan variasi  suhu kristalisasi  60, 80 dan 100°C.  Hasil menunjukkan sintesis zeolit  Y  tanpa  waktu  pemeraman  menghasilkan  struktur  berfasa  amorf  dengan suhu kristalisasi tidak mempengaruhi produk hasil reaksi. Sedangkan pemberian waktu  pemeraman  pada  suhu  ruang  selama  24  jam  sebelum  kristalisasi  dapat meningkatkan  kristalinitas  dari  zeolit  Y.  Suhu  kristalisasi  juga  mempengaruhi pembentukan zeolit Y, dimana kristalisasi pada suhu 100°C menghasilkan lebih banyak produk zeolit Y daripada suhu kristalisasi 80 dan 60°C.
Kata kunci: Pemeraman, lumpur Lapindo, zeolit Y

## 1. Pendahuluan
Lumpur adalah campuran air dan beberapa kombinasi tanah, lempung dan zat biologis yang membentuk sedimen [1]. Salah satu sumber lumpur terbesar di Indonesia berasal dari bencana nasional semburan lumpur akibat pengeboran PT. Lapindo  Brantas  Inc.  Lumpur  Lapindo  memiliki  banyak  mineral  alam  yang  berpotensi  untuk  dieksplorasi.  Kandungan terbesar lumpur lapindo adalah silika dan alumina [2]. Kandungan silika dan alumina yang tinggi dapat digunakan sebagai bahan dasar sintesis zeolit.
Zeolit Y dan zeolit X sama-sama memiliki tipe struktur faujasit (FAU). Zeolit Y memiliki rasio atomik Si/Al yang lebih tinggi daripada zeolit X. Kandungan silika yang lebih tinggi pada zeolit Y menjadikan zeolit ini memiliki stabilitas termal yang lebih tinggi dari pada zeolit X. Oleh karena itu, zeolit Y banyak digunakan secara luas sebagai katalis, pertukaran ion dan adsorben (Julbe). Zeolit Y juga digunakan sebagai Fluid Cracking Catalyst (FCC) destilasi minyak bumi untuk meningkatkan
produksi  bensin  dan  solar  [3].  Berbagai  macam  aplikasi  lain  telah  dilaporkan  untuk  zeolit  Y  termasuk  alkoholisasi, penghilangan pengawet yang beracun pada bidang farmasi dan sebagai drug delivery system [4].
Pada proses sintesis zeolit perlu dilakukan metode pemeraman sebelum proses kristalisasi. Pemeraman dilakukan dengan mengaduk campuran reaksi dengan waktu tertentu pada suhu yang mendekati suhu kamar [5], pada suhu yang lebih rendah, seperti 4 ° C [6], atau bahkan pada suhu yang lebih tinggi, seperti 50 dan 70 ° C [7]. Pemeraman memiliki peran penting dalam sintesis zeolit Y untuk menekan fase lain terbentuk selain faujasit dan dapat mengontrol ukuran kristal. Kristal yang  terbentuk  melalui  pemeraman  lebih  kecil  daripada  yang  terbentuk  tanpa  pemeraman  dan  semakin  lama  proses pemeraman, maka semakin kecil ukuran kristal zeolit yang terbentuk. Hal ini disebabkan struktural nukleasi sudah terbentuk selama proses pemeraman [6, 8]. Jadi, pemeraman dapat meningkatkan laju nukleasi dan mengurangi periode induksi dan waktu kristalisasi zeolit [9, 10].
Zeolit  Y  pada  umumnya  disintesis  dengan  kristalisasi  hidrotermal  aluminosilikat  pada  suhu  rendah  (70 – 300 ° C, biasanya 100 ° C) dan tekanan dalam kondisi basa (Julbe). Suhu kristalisasi juga mempengaruhi pertumbuhan kristal dan reaksi  antarmuka  partikel  kristal  aktif.  Hal  ini  dikarenakan  zeolit  NaY  terbentuk  pada  suhu  kristalisasi  tertentu.  Jika pemanasan melebihi suhu kristalisasi NaY maka zeolit P akan terbentuk sebagai pengotor [11, 12, 13].

## 2. Bahan dan Metode

## 2.1. Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah lumpur Lapindo (Porong, Sidoarjo), akuades, natrium hidroksida (NaOH) (p.a, Merck), alumina (Al 2 O 3 ), natrium oksida (Na 2 O), silika oksida (SiO 2 ), dan asam klorida (HCl).

## 2.2. Preparasi Lumpur Lapindo
Pengambilan  lumpur  Lapindo  didapat  dari lumpur  yang berjarak sekitar 2  km  dari pusat  semburan.  Perendaman lumpur Lapindo dilakukan dengan akuades selama 1 jam dengan perbandingan 1:2 (b/v). Ekstrak lumpur Lapindo disaring untuk  mendapatkan  endapan  lumpur.  Lumpur  yang  didapat  dikeringkan  selama  7  hari  pada  suhu  ruang  untuk menghilangkan kadar airnya. Lumpur kering kemudian dihaluskan menggunakan mortar.

## 2.3. Ekstraksi SiO 2 dari Lumpur Lapindo
Lima ratus gram lumpur dicuci menggunakan HCl 2 M selama 1 jam dengan perbandingan 1:2 (b/v). Ekstrak disaring dan endapan dicuci dengan aquades hingga pH netral. Endapan ditambahkan dengan NaOH 7 M dengan perbandingan 1:2 (b/v) dan diaduk selama 4 jam pada suhu 80°C serta dipisahkan melalui penyaringan. Filtrat dipanaskan selama 10 pada suhu 40°C menit kemudian dititrasi dengan HCl 3 M sambil diaduk pada suhu 40°C hingga pH mendekati 7 dan terbentuk endapan putih silika. Endapan putih silika yang dihasilkan kemudian disaring dan dicuci menggunakan akuades untuk menghilangkan pengotor yang berupa garam NaCl dari endapan SiO 2 . Endapan lalu dikeringkan selama 1 jam pada suhu 100°C.

## 2.4. Sintesis Zeolit Y
Sintesis zeolit Y dilakukan dengan komposisi 10 Na 2 O: 1 Al 2 O 3 : 15 SiO 2 : 300 H 2 O. Campuran diaduk selama 30 menit dan dieramkan selama 24 jam pada suhu ruang. Campuran dikristalisasi dengan hidrotermal pada variasi suhu 60, 80, dan 100°C selama 48 jam. Kristal yang terbentuk dicuci dengan akuades hingga pH netral. Produk akhir dikeringkan pada suhu 100°C selama 12 jam.

## 2.5. Karakterisasi Sampel
Karakterisasi  menggunakan  XRF  dan  XRD  dilakukan  pada  sampel  lumpur  Lapindo  dan  SiO 2 hasil  ekstraksi. Karakterisasi dengan XRD dilakukan dengan penyinaran dengan sinar-X dengan radiasi Cu K α pada λ sebesar 1,541 Å, voltase 40 kV, arus 30 mA, sudut 2θ sebesar  5 – 50°  dan  kecepatan scan 0,02°/detik. Karakterisasi dengan FTIR hanya dilakukan terhadap zeolit Y hasil sintesis variasi suhu hidrotermal 60, 80, dan 100°C. Sampel digerus dengan mortal agate hingga halus dan dicampurkan padatan KBr dengan prosentase KBr adalah 98%, kemudian ditekan hingga membentuk pelet. Selanjutnya, sampel ditempatkan pada sample holder dan dianalisis menggunakan FTIR.

## 3. Hasil dan Pembahasan
3.1. Karakter SiO 2 Hasil Ekstraksi dari Lumpur Lapindo
Ekstraksi SiO 2 dari lumpur dilakukan untuk mengurangi pengotor dan meningkatkan prosentase kandungan silika. Metode ekstraksi silika dilakukan dengan menggunakan asam (HCl) untuk melarutkan pengotor atau logam-logam lain
yang terkandung dalam lumpur. Penggunaan basa (NaOH) juga dilakukan pada ekstraksi SiO 2 untuk melarutkan SiO 2 , sedangkan pengotor/logam-logam lainnya sedikit larut dalam basa.
Tabel 1 menunjukkan keberhasilan ekstraksi SiO 2 dari lumpur dengan pengurangan logam-logam secara signifikan. Prosentase kandungan Fe yang sangat besar pada lumpur dapat dikurangi menjadi kecil sekali prosentasenya setelah proses ektraksi SiO 2 . Silika hasil ekstraksi lumpur juga dianalisis strukturnya menggunakan XRD. Gambar 1 menunjukkan silika memiliki struktur amorf yang lebih reaktif dari pada struktur kristalin. Struktur amorf dan kandungan pengotor yang sangat kecil menjadikan silika hasil ektraksi lumpur Lapindo ini sangat baik untuk dijadikan bahan dasar untuk sintesis zeolit.
Tabel 1. Hasil Ekstraksi SiO 2 dari Lumpur Lapindo Unsur Prosentase (%) Sebelum Ekstraksi Setelah Ekstraksi Al 5,60 - Si 19,70 96,8 S 1,05 - K 3,43 - Ca 8,84 1,03 Ti 2,43 0,10 Cr 0,13 - Fe 54,65 0,073 Ni 0,18 0,2 Cu 0,26 0,12 Zn 0,10 0,072 Re 1,60 0,28 V 0,13 0,13 Eu 0,40 -
Gambar 1. Difraktogram SiO 2 dari lumpur Lapindo

## 3.2. Karakter Zeolit Y Hasil Sintesis
Sintesis zeolit Y dilakukan dengan dan tanpa pemeraman. Gambar 2 menunjukkan hasil XRD sintesis zeolit Y tanpa proses pemeraman. Struktur hasil sintesis masih berupa amorf sama dengan struktur silika, hal ini menunjukkan bahwa pemeraman adalah proses yang harus dilakukan pada sintesis zeolit. Kenaikan suhu kristalisasi dari 60°C sampai 100°C tidak dapat merubah struktur amorf menjadi kristalin tanpa adanya proses pemeraman. Pemeraman merupakan proses terbentuknya inti kristal, sehingga pemeraman adalah salah satu indikator keberhasilan sintesis zeolit.
2θ o
Gambar 2. Hasil analisis kualitatif sintesis zeolit Y tanpa pemeraman pada suhu       60, 80, dan 100°C
Sintesis zeolit Y dari sumber silika hasil ekstraksi lumpur juga dilakukan dengan proses pemeraman selama 24 jam ( Gambar 3 ). Proses pemeraman dapat meningkatkan kristalinitas dan struktur zeolit Y dapat terbentuk. Pada suhu rendah (60 dan 80°C), zeolit Y terbentuk dengan sedikit pengotor zeolit P, sedangkan pada suhu semakin tinggi (100°C), zeolit P semakin banyak terbentuk. Hal ini dimungkinkan adanya beberapa kesamaan secondary building unit (SBU) dari zeolit Y dan zeolit P. Zeolit Y dapat dibentuk dari beberapa kemungkinan SBU yaitu 6-6 atau 6-2 atau 6 atau 4-2 atau 1-4-1 atau 4 dan zeolit P dapat dibentuk dari 2 kemungkinan bentuk SBU yaitu 8 atau 4. Kemungkinan SBU 4 yang dibentuk sebelum pembentukan composite building unit (CBU) dan akhirnya terbentuk struktur zeolit Y dengan sedikit pengotor zeolit P. Gambar 4 menunjukkan CBU zeolit Y dan P. Berdasarkan struktur CBU, zeolit Y lebih mudah terbentuk dari pada zeolit P. Hasil XRD juga dapat dilihat bahwa zeolit P akan tebentuk lebih banyak dengan suhu yang lebih tinggi.
Gambar 3. Hasil analisis kualitatif zeolit Y dengan standar Collection of Simulated XRD Powder Patterns for Zeolites pada suhu 60, 80, dan 100°C.
Karakterisasi menggunakan FTIR ( Tabel 2) menunjukkan hasil yang hampir sama, hal ini dikarenakan bahan dan perlakuan yang sama. Secara umum, ketiga hasil IR menunjukkan adanya serapan pada bilangan gelombang 820-650 cm - 1 yang mewakili vibrasi ulur simetri O-Si-O maupun O-Al-O dan pada bilangan gelombang 1250-950 cm -1 yang mewakili vibrasi ulur asimetri O-Si-O maupun O-Al-O. Daerah fingerprint pada zeolit Y muncul pada bilangan gelombang berturut- turut untuk suhu kristalisasi 60, 80 dan 100°C adalah 569, 567 dan 571 cm -1 yang merupakan cincin ganda 6 dari struktur faujasit.
Suhu 100°C Suhu 80°C Suhu 60°C Suhu 100°C Suhu 80°C Suhu 60°C
(a) d6r (t-hpr) (b) sod (t-toc )
(c) gis (t-gsm )
Gambar 4. Composite building units zeolit Y (a dan b), dan zeolit P (c)
Gambar 5. Spektra IR zeolit Y hasil sintesis pada suhu 60, 80 dan 100°C
Tabel 2. Interpretasi Spektra IR Zeolit Y Hasil Sintesis suhu 60, 80 dan 100°C
No Bilangan Gelombang Standar (cm -1 )* Bilangan Gelombang (cm -1 ) Zeolit Y Interpretasi Suhu 60°C Suhu 80°C Suhu 100°C 1 500-420 464 463 458 Vibrasi tekuk O-T-O 2 650-500 569 567 571 Cincin ganda 3 720-650 692 688 717 Vibrasi ulur simetri O-T-O 4 1250-950 1002 996 1006 Vibrasi ulur asimetri O-T-O 5 1650-1600 1643 1642 1646 Vibrasi tekuk H-O-H 6 3700-3000 3462 3469 3479 Vibrasi O-H

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan uraian tersebut, dapat disimpulkan bahwa silika hasil ekstraksi dapat digunakan sebagai sumber silika pada proses sintesis zeolit Y. Sintesis zeolit Y tanpa waktu pemeraman menghasilkan struktur berfasa amorf dengan suhu kristalisasi tidak mempengaruhi produk hasil reaksi. Adapun pemberian waktu pemeraman pada suhu ruang selama 24 jam sebelum kristalisasi dapat meningkatkan kristalinitas dari zeolit Y. Suhu kristalisasi juga mempengaruhi pembentukan zeolit Y, dimana kristalisasi pada suhu 100°C menghasilkan lebih banyak produk zeolit Y daripada suhu kristalisasi 80 dan 60°C.
Suhu 100°C Suhu 80°C Suhu 60°C

## Daftar Pustaka
[1] A. J. Manning, J. V. Baugh, J. R. Spearman, & R. J. S. Whitehouse, “ Flocculation Settling Characteristics of Mud: Sand Mixtures ,” Ocean Dynamics , vol. 60, no. 2, pp. 237 – 253, 2010.
[2] A. A. Jalil, S. Triwahyono, S. H. Adam, N. D. Rahim, M. A. A. Aziz, N. H. H. Hairom, N. A. M. Razali, M. A. Z. Abidin, & M. K. A. Mohamadiah, “ Adsorption of Methyl Orange from Aqueous Solution onto Calcined Lapindo Volcanic Mud ,” Journal of Hazardous Materials , vol. 181, no. 1-3, pp. 755-762, 2010.
[3] H. H. Kung, B. A. Williams, S. M. Babitz, J. T. Miller, W. O. Haag, & R. Q. Snurr, “ Enhanced Hydrocarbon Cracking Activity of Y Zeolites ,” Topics in Catalysis , vol. 10, pp. 59 – 64, 2000.
[4] K. Pavelic & M. Hadzija , ” Medical Applications of Zeolites ,” in Handbook of Zeolite Science and Technology , S. M. Auerbach, K. A. Carrado, & P. K. Dutta, Eds. Boca Raton: CRC Press, 2003.
[5] H. van Bekkum, E. M. Flanigen, & J. C. Jansen, Introduction to Zeolite Science and Practice . New York: Elsevier Science, 1991.
[6] H. J. Köroğlu, A. Sarıoğlan, M. Tatlıer, A. Erdem - Şenatalar, & Ö. T. Savaşçı, “Effects of Low -Temperature Gel Aging on the Synthesis of Zeolite Y at Different Alkalinities,” Journal of Crystal Growth , vol. 241, no. 4, pp. 481 – 488, 2002.
[7] Z. Zhou, G. Jin, H. Liu, J. Wu, & J. Mei, “Crystallization Mechanism of Zeolite A from Coal Kaolin Using a Two-Step M ethod,” Applied Clay Science, vol. 97-98, pp. 110 – 114, 2014.
[8] C.  S.  Cundy  &  P.  A.  Cox, “ The  Hydrothermal  Synthesis  of  Zeolites:  Precursors,  Intermediates  and  Reaction Mechanism,” Microporous and Mesoporous Materials , vol. 82, no. 1-2, pp. 1-78, 2005.
[9] Y. Jihong, “ Synthesis of Zeolites, ” in Introduction to Zeolite Science and Practice (Studies in Surface Science and Catalysis Volume 168) 3 rd Ed., J. Čejka, H. van Bekkum, A. Corma, & F. Schüth, Eds. Amsterdam: Elsevier, 2007.
[10] A. Á. B. Maia, R. N. Dias, R. S. Angélica, & R. F. Neves, “ Influence of an Aging Step on the Synthesis of Zeolite NaA from Brazilian Amazon Kaolin Waste,” Journal of Materials Research and Technology , vol. 8, no. 3, pp. 2924-2929, 2019.
[11] G. Garcia, E. Cardenas, S. Cabrera, J. Hedlund, & J. Mouzon, “ Synthesis of Zeolite Y from Diatomite as Silica Source ,” Microporous and Mesoporous Materials, vol. 219, pp. 29 – 37, 2016.
[12] L. V. Sousa, A. O. S. Silva, B. J. B. Silva, P. H. L. Quintela, C. B. M. Barbosa, R. Fréty, & J. G. A. Pacheco, “Preparation of Zeolite P by Desilication and Recrystallization of Zeolites ZSM-22 and ZSM- 35,” Materials Letters, vol. 217, pp.
259 – 262, 2018.
[13] S. Sumari, F. Fajaroh, Yahmin, N. Sholihah, A. Santoso, & A. Budianto, “ Effect of Temperature Synthesis on Structural Behaviours of NaY Zeolite Using Local Sand as a Silica Source ,” in IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 515, no. 012036, 2019.