## Cation Exchange Capacity of  Zeolite X from Bagasse Ash against Magnesium(II)

## Suci Amalia
Jurusan Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Maulana Malik Ibrahim Malang
Email: Amel_kimiaa@yahoo.com

## Abstract
Water is a substance crucial for human life and industries. The good water must be fulfill some criteria, such as absence of Ca 2+ or Mg 2+ cations. The cations can be reduced by ion exchange process. This study used synthesized zeolite X from bagasse ash as cation exchange for Mg 2+ . Mg ion was used as standard to determine hardness  of  water  by  EDTA  titration.  The  analysis  showed  cation  exchange  capacity  of  zeolite  X  with  molar ratio of  Si/Al 1; 1,5 and 2 was 1,9. The value indicated zeolite X have high capability as cation absorbents for Mg 2+ ion.
Keywords: bagasse ash, cation exchange capacity, magnesium(II), water hardness, zeolite X

## Abstrak
Sebagai  kebutuhan  pokok  masyarakat  dan  industri,  air  bersih  harus  memenuhi  persyaratan,  baik  secara fisik,  kimia maupun  bakteriologis.  Salah  satunya  adalah  bebas  dari  sifat  sadah atau  tidak ada  kation  Ca 2+ dan Mg 2+ . Kation penyebab kesadahan dapat dikurangi atau dihilangkan salah satunya dengan proses pertukaran ion. Penelitian ini menggunakan zeolit X hasil sintesis dari abu ampas tebu untuk mengetahui efektifitasnya sebagai penukar  kation  logam  Mg 2+ ,  sebagai  tolak  ukur  untuk  menurunkan  kesadahan air menggunakan  metode  titrasi EDTA. Hasil analisis Kapasitas Tukar kation (KTK) menunjukkan bahwa zeolit X dengan rasio molar Si/Al 1; 1,5; dan 2 mempunyai efektifitas yang tinggi sebagai adsorben kation logam Mg. Kapasitas Tukar Kation (KTK) dari zeolit X dengan rasio molar 1; 1,5 dan 2 sebesar ± 1,9.
Kata Kunci: Ampas tebu, kapasitas tukar kation, magnesium(II), kesadahan air, zeolit X

## 1. Pendahuluan
Air  bersih  merupakan  salah  satu kebutuhan  pokok  dalam  kehidupan  rumah tangga,  industri  dan  tempat  umum  yang dibutuhkan  secara  berkelanjutan.  Oleh karena  itu,  kebutuhan  air  bersih  harus terpenuhi,  baik  secara  kualitas  maupun kuantitas  agar  tidak  memberikan  dampak negatif bagi kehidupan sosial dan ekonomi masyarakat.  Pemenuhan  kebutuhan  air rumah tangga dan industri harus memenuhi persyaratan  air  bersih  yaitu  secara  fisik, kimia dan bakteriologis.
Salah  satu  parameter  kimia  dalam persyaratan  kualitas  air  adalah  kesadahan air.  Secara  umum,  kation  yang  sering menyebabkan air sadah adalah kation Ca 2+ dan  Mg 2+ .  Kation  ini  dapat  membentuk kerak  apabila  bereaksi  dengan  air  sabun.
Sebenarnya,  tidak  ada  pengaruh  derajat kesadahan  bagi  kesehatan  tubuh.  Namun, kesadahan  air  dapat  menyebabkan  sabun atau  deterjen  tidak  bekerja  dengan  baik (tidak berbusa). Berdasarkan
PERMENKES RI Nomor 416 Tahun 1990, derajat  kesadahan  (CaCO 3 )  maksimum  air yang layak minum adalah 500 mg per liter (Yusuf, 2012). Penghilangan kesadahan air (pelunakan) dilakukan untuk menghilangkan  atau  mengurangi  kation Ca 2+ dan Mg 2+ . Kation penyebab kesadahan dapat dikurangi atau
dihilangkan  salah  satunya  dengan  proses pertukaran ion.
Zeolit  dapat  digunakan  sebagai penukar  kation  karena  memiliki  sejumlah sifat  kimia  tertentu.  Zeolit  merupakan hidrat  alumino  silikat  yang  memiliki
ALCHEMY: Journal of Chemistry , Vol. 4 No. 2 Oktober 2015, hal 107-112
struktur  kerangka  tiga  dimensi  dibentuk oleh AlO 4 5- dan SiO 4 4- dengan rongga terisi logam  alkali  dan  alkali  tanah  serta dikelilingi  oleh  molekul  air  (Hamdan, 1992).  Hal  tersebut  menyebabkan  struktur berpori  zeolit  cukup  luas,  sehingga  baik digunakan  sebagai  adsorben  dan  penukar ion.  Penelitian  ini  menggunakan  zeolit  X hasil  sintesis  dari  abu  ampas  tebu.  Tujuan penelitian  ini  adalah  untuk  mengetahui efektifitas  zeolit  X  hasil  sintesis  untuk penukar  kation  logam  Mg 2+ sebagai  tolak ukur untuk menurunkan kesadahan air.

## 2. Metode Penelitian
2.1  Alat dan Bahan
Alat-alat  yang  digunakan  dalam penelitian ini adalah seperangkat alat gelas, indikator  pH  universal, shaker ,  pengaduk magnet,  spatula,  termometer, hot  plate , desikator,  oven  ( Fischer  Scientific ),  tanur
( Fischer  Scientific ),  corong buchner , neraca  analitik  ( Mettler  AE  160 ,  Jerman), dan stopwatch .
Bahan yang digunakan dalam penelitian  ini  adalah  ampas  tebu  sebagai sumber silika, akuades, aquadem, etilendiamintetraasetat  (EDTA),  buffer  pH 10,  indikator  EBT  (Eriochroma  Black  T), natrium  hidroksida  (NaOH),  aluminat (Al 2 O 3 )  sebagai  sumber  alumina,  asam klorida  (HCl  1  M),  magnesium  sulfat (MgSO 4 .7H 2 O), dan kertas saring Whatman  No.1.  Sintesis  zeolit  X  dari  abu ampas  tebu  adalah  hasil  sintesis  dari penelitian Asfadiyah (2014).
2.2  Preparasi Sampel Logam Magnesium Sebanyak  0,2  gram  MgSO 4 .7H 2 O diencerkan  dalam  labu  takar  1000  mL dengan  aquadem. Konsentrasi logam Mg(II)  dibuat  dengan  standar  200  ppm. Larutan  Mg(II)  yang  akan  dijadikan standar  diukur  kadar  pH-nya  dengan indikator pH universal.

## 2.2 Aktivasi  Zeolit  X  Hasil  Sintesis dengan NaCl 3 M
Zeolit X hasil sintesis dari abu ampas tebu dengan variasi rasio molar Si/Al 1, 1,5 dan  2  masing-masing  sebanyak  1  gram. Disiapkan  larutan  NaCl  3  M  sebanyak  9 mL. Sesuai dengan perbandingan berat per volume  yaitu  1:2  (gram:  mL),  kemudian sampel  masing-masing  zeolit  X  dengan variasi  rasio  molar  Si/Al  1,  1,5  dan  2 direndam  dengan  larutan  NaCl  3  M. Campuran  dipanaskan  pada  suhu  konstan 100 ° C  selama  4  jam  dan  disertai pengadukan.  Setelah  itu  zeolit  yang  masih panas  dipisahkan  menggunakan  corong yang  telah  dilapisi  kertas  saring.  Zeolit dibilas dengan aquadem sampai air bilasan bebas  ion  Cl - menggunakan  indikator AgNO 3 .  Selanjutnya,  kadar  pH  zeolit aktivasi  diukur  kemudian  sampel  zeolit dikeringkan selama 2 jam dengan suhu 110 ° C.

## 2.3  Penentuan  Kapasitas  Tukar  Kation (KTK)  Zeolit  X  terhadap  Logam Magnesium(II)
Proses  penurunan  kesadahan  air dengan sampel buatan logam Mg 2+ dengan konsentrasi  200  ppm  menggunakan  teknik batch ,  dimana  dalam  teknik  ini  akan diketahui  efek  waktu  kontak  penukaran kation.  Sampel  dengan  volume  rata-rata 100  mL  dimasukkan  ke  dalam  15 erlenmeyer. Rasio zeolit X yang digunakan adalah  rasio  1;  1,5;  dan  rasio  2.  Rasio zeolit  X  dan  larutan  Mg  dibuat  dengan perbandingan  yaitu  0,5  g  zeolit  X:100  mL larutan  Mg.  Variasi  waktu  yang  dilakukan yaitu:  15,  30,  60,  90,  120  menit. Selanjutnya 15 erlenmeyer tersebut ditempatkan  pada rotary  shaker dengan kecepatan  rata-rata  200  rpm  pada  suhu ruang  dan  dishaker  sesuai  dengan  variasi waktu yang digunakan. Sampel selanjutnya disentrifuge  selama  3  menit  dengan  3000 rpm.  Kemudian  zeolit  dipisahkan  dari supernatan, setiap sampel disaring menggunakan  kertas  saring  Whatman
No.1.  Selanjutnya  pH  setiap  supernatan diukur.  Selanjutnya  sampel  sebanyak  50 mL  dimasukkan  ke  dalam  erlenmeyer, pada sampel ditambahkan 5  mL buffer pH 10  dan  sedikit  indikator  EBT.  Kemudian sampel  dititrasi  dengan  EDTA  0,1  M  dan konsentrasi logam Mg yang tidak teradsorpsi  dihitung.  Untuk  prosedur  yang sama  dilakukan  pada    zeolit  X  hasil aktivasi NaCl.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Tingkat  kesadahan  suatu  air  dapat diketahui salah satu caranya adalah dengan metode titrasi EDTA (etilendiamintetraasetat). Titrasi ini banyak digunakan di laboratorium untuk penentuan  kesadahan  air  terutama  analisis adanya ion Ca 2+ dan Mg 2+ . Titrasi ini dapat diukur  langsung  dengan  EDTA  sebagai agen titrasi pada pH 10 yang menggunakan indikator EBT (Eriochroma Black T). Sifat yang sangat penting dan khas dari senyawa EDTA  adalah  kemampuannya  membentuk senyawa  kompleks  kelat  (sepit)  bertangan banyak.  Berdasarkan  sifat  zeolit  yang dapat  mengadsorbsi  dan  sebagai  penukar ion logam-logam yang ada dalam air, maka logam-logam  dalam  air  akan  diketahui berdasarkan  nilai  yang  ekivalen  dengan titrasi  EDTA,  namun  dalam  penelitian  ini hasil    yang  dianalisis  hanya  logam  Mg(II) yang tidak teradsorpsi pada zeolit X.
Aktivasi  zeolit  X  dengan  NaCl dilakukan dengan tujuan untuk
meregenerasi  kation-kation  yang  ada  di permukan zeolit X dengan  logam  natrium. Zeolit  X  belum  bisa  dianggap  sepenuhnya Na-Zeolit  X,  walaupun  bahan  baku  zeolit X adalah NaOH. Akan tetapi karena bahan baku  sumber  silika  yang  berasal  dari  abu ampas  tebu  masih  mengandung  pengotor logam-logam  lain,  maka  perlu  dilakukan penyeragaman  kation  penyeimbang  pada zeolit  supaya  zeolit  X  bekerja  lebih optimal.  Keunggulan  zeolit  sebagai  bahan penukar  kation  yaitu  mempunyai  sistem yang kompak sehingga mudah
dioperasikan  dan  dapat  dipakai  berulang kali.
Berdasarkan hasil analisis perhitungan  dengan  mengkonversi  jumlah mmol  EDTA  yang  terukur  setara  dengan jumlah  mmol  ion  Mg 2+ ,  diperoleh  data seperti  yang disajikan pada Tabel  1 dan  2. Sampel  buatan  logam  magnesium  yang digunakan  semula  adalah  200  ppm  atau 200  mg/L. Akan tetapi  setelah diuji  secara kuantitatif  dengan  titrasi  EDTA,  kadar logam  Mg  menjadi  243  ppm  atau  243 mg/L. Berdasarkan kadar logam magnesium  yang  teradsorp  pada  zeolit  X dan  zeolit  Na-X,  atau  dilihat  dari  jumlah logam  Magnesium(II)  yang  membentuk kompleks dengan ligan EDTA menunjukkan  bahwa  zeolit  X  dan  zeolit Na-X dengan rasio molar Si/Al 1; 1,5; dan 2  mempunyai  efektifitas  yang  tinggi sebagai adsorben kation logam Mg.
Pengaruh variasi efek waktu kontak ion exchange logam Mg pada penelitian ini menunjukkan bahwa kapasitas tukar kation (KTK) pada zeolit X dan zeolit Na-X telah jenuh untuk mengadsorp logam magnesium.  Akibatnya  dengan  variasi waktu  kontak  zeolit  X  dan  zeolit  Na-X menunjukkan harga Kapasitas Tukar Kation (KTK) dari zeolit X dan zeolit Na- X dengan rasio  molar 1, 1,5 dan 2 sebesar ±  1,9.  Untuk  memastikan  berapa  waktu kontak  optimum  zeolit  X  dan  zeolit  Na-X sebagai  ion exchange logam  Mg,  maka perlu  dilakukan  analisis  waktu  kontak zeolit X dengan larutan Mg(II) sebelum 15 menit yaitu dari 0-15 menit.
Hasil  analisis  kapasitas  tukar  kation tersebut  diketahui  bahwa  zeolit  X  dan zeolit  Na-X  dengan  rasio  molar  Si/Al  2 mempunyai  efektifitas  mengadsorp  logam Mg  lebih  baik  dibandingkan  zeolit  X  dan zeolit Na-X dengan rasio molar Si/Al 1 dan 1,5  meskipun  harga  Kapasitas  Tukar Kation  (KTK)  dari  ketiga  zeolit  X  dan zeolit Na-X  yang digunakan tidak  berbeda
ALCHEMY: Journal of Chemistry , Vol. 4 No. 2 Oktober 2015, hal 107-112
secara  signifikan.  Hal  ini  menunjukkan bahwa  semakin  tinggi  tingkat  kristalinitas dari  zeolit  X  hasil  analisis  XRD  dan
semakin  besar  ukuran  luas  permukaan zeolit  X,  maka  efektifitas  untuk  adsorpsi logam magnesium semakin besar.
Tabel 1. Kadar Mg yang terukur dari adsorben zeolit X dengan variasi rasio molar Si/Al dan variasi waktu kontak
No. Rasio Zeolit X Lama Pengadukan (menit) Warna Sampel Saat Proses Adsorpsi Kadar Logam Mg Terukur EDTA (ppm) KTK Zeolit X 1. 1 15 Keruh 29,2 1,92 30 Keruh 48,8 1,88 60 Bening 68 1,84 90 Bening 29,2 1,92 120 Bening 38,8 1,90 2. 1,5 15 Keruh 24,32 1,93 30 Keruh 63,24 1,85 60 Bening 14,6 1,95 90 Bening 38,92 1,90 120 Bening 19,44 1,94 3. 2 15 Keruh 19,46 1,94 30 Keruh 19,46 1,94 60 Bening 19,46 1,94 90 Bening 14,59 1,95 120 Bening 24,32 1,93
Tabel 2. Kadar Mg yang terukur dari adsorben zeolit Na-X
No. Rasio Zeolit Na- X Lama Pengadukan (menit) Warna Sampel Saat Proses Adsorpsi Kadar Logam Mg Terukur EDTA (ppm) KTK Zeolit Na-X 1. 1 60 Bening 24,50 1,93 120 Bening 12,00 1,95 2. 1,5 60 Bening 9,00 1,96 120 Bening 12,00 1,95 3. 2 60 Bening 6,00 1,96 120 Bening 9,00 1,96 Hasil karakterisasi XRD dari
penelitian  Asfadiyah  (2014)  menunjukkan bahwa  semakin  tinggi  rasio  molar  Si/Al maka  kristalinitas  zeolit  X  semakin  tinggi dengan  puncak  yang  semakin  runcing. Hasil analisis luas permukaan
menggunakan  metode  adsorpsi  metilen blue  menunjukkan    nilai  luas  permukaaan zeolit  X  rasio  1;  1,5  dan  2  berturut-turut
adalah  16,9967;  19,1037;  dan  20,5449 m 2 /g.  Berdasarkan  penelitian  Asfadiyah (2014), menunjukkan zeolit X dengan rasio molar  Si/Al  2  lebih  baik  dibandingkan zeolit  dengan  rasio  molar  Si/Al  lainnya, akibatnya  efektifitas  zeolit  X  dengan  rasio molar Si/Al 2 lebih baik sebagai bahan ion exchange .
Gambar 1 . Difraktogram zeolit X rasio molar Si/Al 1; 1,5 dan 2 (Asfadiyah, 2014)
4. Kesimpulan
Hasil analisis Kapasitas Tukar
Kation  (KTK)  zeolit  X  dan  zeolit  Na-X dari  abu  ampas  tebu  terhadap  logam  Mg 2+ yaitu  dengan  mengukur  kadar  logam magnesium  yang  tidak  teradsorpsi  pada zeolit  X  menunjukkan  bahwa  kedua  zeolit dengan  rasio  molar  Si/Al  1;  1,5;  dan  2 mempunyai  efektifitas  yang  tinggi  sebagai adsorben  kation  logam  Mg.  Kapasitas Tukar  Kation  (KTK)  dari  zeolit  X  dan zeolit Na-X dengan rasio  molar 1, 1,5 dan 2 berada diantara kisaran sebesar ± 1,9.

## 5. Daftar Pustaka
Asfadiyah,  N.  R.  2014.  Sintesis  dan Karakterisasi  Zeolit  X  dari  Abu Ampas  Tebu  dengan  Variasi  Rasio Molar  Si/Al  menggunakan  Metode
Sol-Gel. Skripsi .  Malang:  Universitas
Negeri Maulana Malik Ibrahim
Fakultas  Sains  dan  Teknologi  Jurusan
Kimia. Hamdan, H.  1992. Introduction to Zeolite:
Synthesis, Characterization and Modification. UTM  Malaysia .  pp  70-
80.
Hanafi,  S.  dan  Nandang,  R.  2010.  Studi
Pengaruh  Bentuk  Silika  dari  Abu Ampas Tebu terhadap Kekuatan Produk  Keramik. Jurnal  Kimia Indonesia . Vol. 5(1) . Masoudian,  S.K.,  Sadighi,  S.,  dan  Abbasi, A. 2013. Synthesis and Characterization  of  High  Aluminum Zeolite  X  from  Technical  Grade Materials. Bulletin of Chemical Reaction  Engineering  &  Catalysis. 8 (1). 54 – 60 . Iran: RIPI.
ALCHEMY: Journal of Chemistry , Vol. 4 No. 2 Oktober 2015, hal 107-112
Yusuf, Y. 2012. Teknologi Pengolahan Air
Tanah  sebagai  Sumber  Air  Minum
pada  Skala  Rumah  Tangga. Sigma Journal. Vol 4 (2).