DOI: 10.29303/jrpb.v9i2.293 ISSN 2301-8119, e-ISSN 2443-1354 Tersedia online di http://jrpb.unram.ac.id/

## SINTESIS ZEOLIT DARI EKSTRAK SEKAM PADI DAN KALENG BEKAS SEBAGAI ADSORBEN PENURUNAN KESADAHAN AIR

## Zeolite Synthesis from Rice Husk Extract and Used Cans as Adsorbent to Reduce Water Hardness
Herawati Oktavianty *) , Sunardi, Rejang Musi Agastya Arianda Saputra Wardani
Program Studi Teknologi Hasil Pertanian, Institut Pertanian STIPER Yogyakarta Jl. Nangka II, Maguwoharjo, Sleman, Yogyakarta, Indonesia
Email *) : hera.oktavianty@gmail.com
Diterima: Juli 202 1 Disetujui: September 202 1

## ABSTRACT
Rice  husk  and  used  cans  are  waste  that  are  commonly  encountered  and  have  not  been maximized in use. The aims of this study are to utilize waste rice husks and used cans to produce zeolite as an adsorbent for reducing water hardness (metal ion Ca 2+ and Mg 2+ ). This study used a complete block design with two factors, namely the mass factor of used cans (1 g; 2 g; 3 g) and the mass factor of rice husks extract (60 g; 80 g; 100 g). This experiment consisted of two stages, namely the synthesis of zeolite and the use of zeolite to reduce water hardness. XRD analysis were performed for zeolite and AAS analysis for water hardness. The experimental results  showed  that  the  adsorption  of  metal  ions  Ca 2+ and  Mg 2+ was  optimal  in  zeolite conditions with a mass composition of 2 g of used can and 80 g of rice husk extract, which were 94.48% and 89.26%, respectively.
Keywords: adsorbent; rice husk extract; used cans; water hardness; zeolite

## ABSTRAK
Sekam  padi  dan  kaleng  bekas  merupakan  limbah  yang  banyak  ditemui  dan  belum dimaksimalkan pemanfaatannya. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memanfaatkan limbah sekam padi dan kaleng bekas menjadi zeolit sebagai adsorben penurunan kesadahan air (ion logam Ca 2+ dan Mg 2+ ). Penelitian ini menggunakan rancangan blok lengkap dengan dua faktor, yaitu faktor massa kaleng bekas (1 gr; 2 gr; 3 gr) dan faktor massa ekstrak sekam padi (60 gr; 80 gr; 100 gr). Percobaan ini terdiri atas dua tahap, yaitu pembuatan zeolit dan penggunaan zeolit untuk penurunan kesadahan air. Analisis XRD dilakukan untuk zeolit dan analisis AAS untuk kesadahan air. Dari hasil percobaan didapatkan penyerapan ion logam Ca 2+ dan Mg 2+ optimal  pada  kondisi  zeolit  dengan  komposisi  massa  kaleng  bekas  2  gr  dan  massa  ekstrak sekam padi 80 gr, yaitu sebesar 94,48% dan 89,26%.
Kata kunci: adsorben; ekstrak sekam padi; kaleng bekas; kesadahan air; zeolit

## PENDAHULUAN

## Latar Belakang
Industri  kaleng  mulai  meluas  di Indonesia  seiring  dengan  penggunaanya terhadap  minuman  ringan,  dan  makanan kaleng.  Meningkatnya  penggunaan  kaleng sebagai  wadah  makanan  atau  minuman memberikan  masalah  lingkungan  yang menjadi  perhatian  bersama.  Kaleng-kaleng tersebut  menjadi  salah  satu  bahan  bahan pencemar  yang  mengganggu  lingkungan. Kemampuan kaleng aluminium bekas untuk dapat didaur ulang menjadi kaleng kembali adalah mencapai 95% (Adans, et al., 2016). Kaleng  aluminium  bekas  juga  dapat dimanfaatkan  sebagai  bahan  tambahan pembuatan  tawas  sintetis  sebagai  koagulan air, dimana kaleng bekas sebagai sumber Al di -treatment dahulu untuk kemudian dilarutkan  dengan  larutan  H 2 SO 4 untuk menghasilkan Al 2 (SO 4 )3 atau tawas sintesis dihasilkan  kadar  kesadahan  total  kalsium karbonat  maksimum  sebesar  2.640  mg/L dan  kadar  sulfat  maksimum  adalah  72,7 mg/L (Hasmawati, 2017; Arviani, 2019).
Data Badan Pusat Statistik Kementerian Pertanian Indonesia
menunjukkan  produktivitas  padi  rerata  di tahun 2018 mencapai  53,54 Ku/Ha.  Sekam padi merupakan limbah dari pertanian yang dapat  mencapai  20%  dari  total  limbah, dimana  silika  merupakan  unsur  utama dengan  kadar  93-99%  dari  total  15  –  20% komponen  penyusunnya  (Agung, et  al., 2013).
Abu  sekam  padi  dapat  digunakan sebagai  bahan  baku  pembuatan  material zeolit dengan menggunakan metode hidrotermal. Zeolit adalah material berpori, yang memiliki kemampuan adsorpsi ( adsorption ), pertukaran ion ( ion exchanger ),  maupun  katalisator  ( catalyst ) (Suardana,  2008).  Selain  itu,  zeolit  adalah material  silikat  kristal  yang  memiliki struktur yang teratur dengan porositas yang tinggi.  Adapun  rumus  umum  zeolit  adalah Mx/n(AlO 2 )x(SiO 2 )y.z.H 2 O (M: kation yang bervalensi di luar kerangka yang dapat dipertukarkan) (Silalahi, et al., 2011). Untuk
menghasilkan  zeolit  dengan  karakteristik penyerap  yang  baik,  zeolit  dapat  diaktivasi dengan menggunakan asam. Pada
penambahan  asam  kuat  (HCl)  sebagai aktivator, dihasilkan silika dengan kemurnian  lebih  dari  90%  (Daffalla, et  al., 2012).
Arang  sekam  padi  mampu  menyerap ion logam Cd sebesar 70,42% dan ion logam Cr  sebesar  71,55%  pada  air  limbah multikomponen  (Nurhasni, et  al., 2010). Penelitian  terdahulu  melakukan  sintesis zeolit dari abu sekam padi yang menghasilkan  zeolit  A  atau  zeolit  dengan kadar  Si  rendah,  dimana  rasio  Si/Al  hanya mendekati  1  (satu)  saja  (Era, et  al., 2016). Pada penelitian ini diharapkan, arang sekam padi  dapat  menyerap  logam  berat  lainnya dengan  cara  mengkonversi  arang  sekam padi  dengan  kaleng  bekas  menjadi  zeolit sebagai adsorben.

## Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan zeolit dengan rasio Si/Al yang tinggi dimana zeolit dibuat dengan memanfaatkan  limbah  pertanian,  yaitu sekam  padi  sebagai  sumber  silika  (Si)  dan kaleng  bekas  sebagai  sumber  aluminium (Al),  dengan  variabel  percobaan  massa ekstrak sekam padi dan massa kaleng bekas. Setelah zeolit dihasilkan, dilakukan aplikasi pada penurunan kesadahan air.

## METODE PENELITIAN

## Alat dan Bahan
Alat-alat  yang  digunakan  antara  lain hot  plate , magnetic  stirrer ,  timbangan analitik,  pompa  vakum, furnace ,  oven, Atomic Absorption Spectrophotometry (AAS), X-Ray Diffraction (XRD), Brunauer Emmet Teller (BET) Surface Area Analysis serta  peralatan  gelasnya.  Adapun  bahan- bahan yang diperlukan antara lain TPAOH, NaOH,  HNO 3, sekam  padi,  kaleng  bekas, akuades dan sampel air sumur.

## Metode
Metode  penelitian  ini  dilakukan dengan  menggunakan  metode Response Surface Methodology (RSM). Desain percobaan menggunakan Central Composite Design (CCD)  dengan  total  percobaan  10 kali,  dengan  2  variabel  bebas,  yaitu  massa ekstrak sekam padi dan massa kaleng bekas. Optimasi  dilakukan  dengan  menggunakan bantuan Software Design Expert 12 .

## Preparasi Kaleng Bekas
Preparasi  kaleng  aluminium  bekas dilakukan  dengan  cara  mengamplas  kaleng aluminium bekas, lalu cuci dengan air sabun hingga  bersih  dari  pengotor,  kemudian dikeringkan  dan  dikecilkan  ukurannya hingga 0,5 cm.

## Preparasi Sekam Padi
Sekam  padi  dicuci  dengan  air  panas, disaring lalu buang pengotornya, sedangkan sekam padi yang tenggelam dipisahkan, lalu direndam dengan larutan HNO 3 10% selama 12  jam.  Kemudian  dilakukan  pembilasan dengan  air  bersih,  dilanjutkan  dengan pengeringan.  Sebanyak  200  gr  sekam  padi dimasukkan  ke  dalam  2000  mL  larutan NaOH  1,5%,  dididihkan  selama  30  menit. Hasil  ekstraksi  didinginkan  pada  suhu kamar, kemudian didiamkan selama 12 jam lalu disaring sehingga diperoleh filtrat yang mengandung silika (sol silika). Selanjutnya ditambahkan  larutan  HNO 3 10%  secara bertahap  hingga  terbentuk  sol  silika.  pH diukur  hingga  netral  (pH=7)  dengan menggunakan  indikator  universal.  Lalu  gel silika  yang  terbentuk  pada  suhu  kamar didiamkan  dan  dicuci  dengan  air  panas sambil disaring menggunakan saringan 200 mesh hingga bersih dan putih.  Hasil silika dikeringkan  dengan  menggunakan  oven pada  suhu  80ºC  hingga  kering  lalu dihaluskan  (Simanjuntak  &  Sembiring , 2016).

## Sintesis Zeolit
Tahap pertama, yaitu sebanyak 11,2 gr NaOH dilarutkan ke dalam 450 mL akuades, lalu  ditambahkan  2,5  mL  larutan  TPAOH
dan  diaduk  perlahan  hingga  homogen. Larutan prekursor dibagi menjadi dua, yaitu 250 mL dan 200 mL yang digunakan untuk melarutkan silika. Di tahap kedua dilakukan pembuatan  larutan  alumina  dengan  cara potongan kaleng aluminium dimasukkan ke dalam  200  mL  larutan  prekursor  secara perlahan,  lalu  diaduk  hingga  homogen. Tahap  ketiga,  yaitu  pembuatan  larutan silika,  ekstrak  sekam  padi  dimasukkan  ke dalam  250  mL  larutan  prekursor  hingga homogen,  kemudian  dicampur  dengan larutan aluminium hingga homogen (Yang, et al., 2017).
Campuran larutan kemudian dimasukkan ke dalam botol polipropilen dan dilanjutkan  dengan  proses  kristalisasi dengan  menggunakan  oven  pada  suhu 100ºC  selama  48  jam.  Hasil  gel  zeolit selanjutnya  dicuci  dengan  akuades  lalu dikeringkan  pada  suhu  80  ºC.  Akan didapatkan  padatan  kristal  sebagai  produk zeolite, lalu dihaluskan dan disaring dengan menggunakan  saringan  200  mesh  (Yang et al., 2017).  Selanjutnya  zeolit  dikalsinasi menggunakan  furnace  pada  suhu  550ºC selama 5 (Yang, et al ., 2017).

## Penyerapan Kesadahan Air
Sebanyak  10  mL  HNO 3 pekat/liter ditambahkan  pada  sampel  air  sumur,  lalu diukur kadar ion logam Mg 2+ (38,226 mg/L) dan Ca 2+ (215,531 mg/L) dengan menggunakan  AAS,  sebelum  dan  setelah adsorpsi. Zeolit sintetis ditimbang sebanyak 0,125  gr  lalu  dimasukkan  ke  dalam  25  mL sampel air sumur. Kemudian diaduk dengan shaker selama  60  menit  lalu  campuran larutan  didiamkan  selama  45  menit,  untuk selanjutnya  diukur  kandungan  ion  logam Ca 2+ dan  Mg 2+ pada  filtrat  dengan menggunakan AAS (Kristiyani , et al., 2012).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  uji  AAS  untuk  penyerapan  ion logam  Ca2+  dan  Mg2+  ditunjukkan  pada Tabel 1.
Tabel  1. Hasil  uji  AAS  untuk  penyerapan  ion logam Ca 2+ dan Mg 2+
Run Massa ekstrak sekam padi (gr) Massa kaleng bekas (gr) Ca 2+ (%) Mg 2+
(%)
1 60 1 53,89 43,13 2 100 1 79,29 64,21 3 60 3 52,43 42,27 4 100 3 78,38 63,18 5 51,72 2 49,11 41,32 6 108,28 2 72,54 53,76 7 80 0,59 80,13 70,13 8 80 3,41 89,11 72,17 9 80 2 94,49 89,27 10 80 2 94,47 89,25
Penyerapan ion logam Ca 2+
Hubungan  antara  pengaruh  massa ekstrak  sekam  padi  dengan  massa  kaleng bekas  ditunjukkan  pada  Gambar  1  dan Gambar 2. Semakin banyak jumlah ekstrak sekam  padi  yang  digunakan  maka  akan meningkatkan  rasio  Si/Al  pada  zeolit, dibandingkan  banyaknya  jumlah  kaleng bekas yang ditambahkan. Hal  ini didukung oleh  penelitian  sebelumnya  (Nurhasni, et al., 2010) yang menunjukkan semakin besar massa  sekam  padi  yang  digunakan,  maka efisiensi  penyerapan  terhadap  ion  logam semakin besar (efisiensi penyerapan hingga 70,78%).  Meningkatnya  rasio  Si/Al  pada
zeolit  akan  meningkatkan  penyerapan  ion logam  Ca 2+ .  Penyerapan  ion  logam  Ca 2+ mencapai  optimal  pada  penggunaan  80  gr ekstrak  sekam  padi  dan  mengalami penurunan  ketika  penggunaan  100  gr ekstrak  sekam  padi.  Hal  ini  terjadi  karena semakin  banyak  adsorban  yang  terserap pada  permukaan  partikel  zeolit  dengan bertambahnya sisi aktif pada partikel zeolit yang menyerap ion logam.
Penyerapan ion logam Mg 2+
Gambar 3 dan Gambar 4 menunjukkan  interaksi  antara  pengaruh massa  ekstrak  sekam  padi  dengan  massa kaleng,  dimana  semakin  banyak  jumlah ekstrak  sekam  padi  yang  digunakan  maka akan meningkatkan jumlah partikel dan luas permukaan  zeolit.  Hal  ini  menyebabkan jumlah  lokasi  pengikatan  ion  logam  juga bertambah  sehingga  efisiensi  penyerapan juga  meningkat  (efisiensi  penyerapan hingga  70,78%)  (Nurhasni, et  al., 2010). Namun,  penyerapan  ion  logam  Mg 2+ mencapai optimal ketika penggunaan 80 gr ekstrak  sekam  padi.  Hal  ini  terjadi  karena bertambahnya sisi aktif pada partikel zeolit yang menyerap ion logam sehingga semakin banyak  pula  adsorban  yang  dapat  terjerap pada permukaan partikel zeolit.
Gambar 1. Kontur interaksi antara massa ekstrak sekam padi vs massa kaleng bekas terhadap penyerapan ion logam Ca 2+ 60 70 80 90 100 1 1.5 2 2.5 3 Penyerapan Ca2+ (%) A: Massa ekstrak sekam padi (gr) B: M as sa ka len g be ka s ( gr ) 60 70 80 80 90 2 Factor Coding: Actual Design Points 49.11 94.49 X1 = A: Massa ekstrak sekam padi X2 = B: Massa kaleng bekas
Gambar 2. 3D interaksi antara massa ekstrak sekam padi vs massa kaleng bekas terhadap penyerapan ion logam Ca 2+
Gambar 3. Kontur interaksi antara massa ekstrak sekam padi vs massa kaleng bekas terhadap penyerapan ion logam Mg 2+ 1 1.5 2 2.5 3 60 70 80 90 100 40 50 60 70 80 90 100 Pe nye ra pa n Ca 2+ (% ) A: Massa ekstrak sekam padi (gr) B: Massa kaleng bekas (gr) 3D Surface Factor Coding: Actual Design Points: Above Surface Below Surface 49.11 94.49
X1 = A: Massa ekstrak sekam padi X2 = B: Massa kaleng bekas
Factor Coding: Actual Design Points: Above Surface Below Surface 49.11 94.49
X1 = A: Massa ekstrak sekam padi
X2 = B: Massa kaleng bekas
60 70 80 90 100 1 1.5 2 2.5 3 Penyerapan Mg2+ (%) A: Massa ekstrak sekam padi (gr) B: M as sa k ale ng b ek as (g r) 60 70 70 70 80 2 Factor Coding: Actual Design Points 41.32 89.27 X1 = A: Massa ekstrak sekam padi
X2 = B: Massa kaleng bekas
Gambar 4. 3D interaksi antara massa ekstrak sekam padi vs massa kaleng bekas terhadap penyerapan ion logam Mg 2+
Gambar 5. Difraktogram zeolit

## Analisis XRD Zeolit
Analisis XRD hanya dilakukan pada sampel dengan hasil penyerapan ion logam Ca 2+ dan  Mg 2+ tertinggi  saja.  Hasil difraktogram zeolit ditunjukkan pada
Gambar  5.  Gambar  5  menunjukkan peak atau puncak yang dihasilkan pada 2θ: 14.38° dan 24,94°, yaitu berupa senyawa SiO 2 . Hal ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan Zahara, et  al. (2018),  dimana peak-peak
1 1.5 2 2.5 3 60 70 80 90 100 40 50 60 70 80 90 Pe nye ra pa n M g2 + (% ) A: Massa ekstrak sekam padi (gr) B: Massa kaleng bekas (gr) 3D Surface Factor Coding: Actual Design Points: Above Surface
Below Surface
41.32 89.27
X1 = A: Massa ekstrak sekam padi X2 = B: Massa kaleng bekas
Factor Coding: Actual Design Points: Above Surface Below Surface
41.32 89.27
X1 = A: Massa ekstrak sekam padi X2 = B: Massa kaleng bekas
khusus yang muncul dengan intensitas yang tinggi  merupakan  peak  SiO 2 berada  pada posisi  2θ:  22-25°  dan  posisi  2θ:  13-15°. Berdasarkan JCPDS nomor 48-1862, zeolit yang  dihasilkan  merupakan  tipe  zeolit  Y, yaitu  tipe  zeolit  sedang  (modernit)  dengan kadar Si lebih tinggi dibandingkan kadar Al (rasio  Si/Al  antara  1-3)  (Anggoro,  2017). Sintesis zeolit  tersebut menghasilkan zeolit yang lebih baik dibandingkan penelitian. sebelumnya,  yaitu  sintesis  zeolit  dari  abu sekam padi yang menghasilkan zeolit A atau zeolit  dengan  kadar  Si  rendah  (Era, et  al., 2016).

## KESIMPULAN
Penyerapan ion logam Ca 2+ dan Mg 2+ yang optimal pada air sumur dihasilkan pada penggunaan 80 gr ekstrak sekam padi dan 2 gr  kaleng  bekas  sebagai  bahan  baku  pada pembuatan zeolit, yaitu sebesar 94,48% dan 89,26%.  Hal ini disebabkan karena semakin banyak  adsorbat  yang  terjerap  pada permukaan partikel zeolit dengan bertambahnya sisi aktif pada partikel zeolit yang  menyerap  ion  logam.  Dari  hasil difraktogram XRD didapatkan bahwa zeolit yang dihasilkan merupakan tipe zeolit Y.

## DAFTAR REFERENSI
Adans,  Y.F.,  Martins,  A.R.,  Coelho,  R.E., Virgens,  C.  F.,  Ballarini,  A.D.,  & Carvalho, L.S. (2016) A Simple Way to Produce γ-Alumina from Aluminum  Cans  by  Precipitation Reactions. Materials  Research , 19 (5), 977-982.
Agung, M.G.F., Hanafie, M.R., & Mardina, P.  (2013).  Ekstraksi  Silika  dari  Abu Sekam  Padi  dengan  Pelarut  KOH. Konversi , 2 (1): 28-31.
Anggoro,  D.  D.  (2017).  Buku  Teori  dan
Aplikasi  Rekayasa  Zeolit.  Semarang: UNDIP Press.
Arviani,  W.  K.  (2019).  Tinjauan  Kinetika
Reaksi Pembuatan Tawas dari Pemanfaatan Aluminium Limbah Kaleng. Skripsi. Surakarta: Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Daffalla,  S.  B.,  Mukhtar,  H.,  &  Shaharun, M.  S.  (2012).  Effect  of  Organic  and Inorganic  Acid  Pretreatment  on Structural Properties of Rice Husk and Adsorption  Mechanism  of  Phenol. International  Journal  of  Chemistry and Environtment . 3 (3), 192-200.
Era,  L.,  Zaharah,  T.  A.,  &  Syahbanu,  I.
(2016).  Zeolit  Sintesis  dari  Sekam Padi dan Aplikasinya dalam Menurunkan  Kadar  Ion  Fe  (II)  pada Air  Gambut. Jurnal  Kimia  dan Kemasan , 5 (3): 35-39.
Hasmawati.  (2017).  Skripsi.  Pemanfaatan Tawas  Sintetik  dari  Kaleng  Bekas sebagai Koagulan pada Air. Makasar:
UIN Alauddin Makasar.
Kristiyani, D., Susatyo, E. B., & Prasetya, A. T.  (2012).  Pemanfaatan  Zeolit  Abu Sekam Padi untuk Menurunkan Kadar Ion Pb 2+ pada Air Sumur. Indonesian Journal of Chemistry & Science, 1 (1),
13-19.
Nurhasni,  Hendrawati,  &  Saniyyah,  N. (2010).  Penyerapan  Ion  Logam  Cd dan Cr dalam Air Limbah Menggunakan  Sekam  Padi. Jurnal Kimia Valensi . 1 (6), 310-318.
Silalahi,  I.  H.,  Sianipar,  A.,  &  Sayekti,  E. (2011).  Modifikasi  Zeolit  Alam Menjadi  Material  Katalis  Perengkah. Jurnal Kimia Mulawarman , 8 (2), 89- 93.
Simanjuntak,  W.,  &  Sembiring,  S.  (2016).
The  Use  of  Liquid  Smoke  as  a Substitute for Nitric Acid for
Extraction of Amorphous Silica from
Rice  husk  through  Sol-Gel  Route, Orient. Journal of Chemistry , 39 (4), 1
– 7.
Suardana,  I.  N.  (2008).  Optimalisasi  Daya
Adsorpsi Zeolit Terhadap Ion Kromium(III). Jurnal Penelitian danPengembangan Sains & Humaniora, 2 (1), 17-33. Yang, L., Liu, Z., Liu, Z., Peng, W., Liu, Y.,
& Liu, C. (2017). Correlation Between H-ZSM-5  Crystal  Size  and  Catalytic
Performance  in  The  Methanol  to Aromatics Reaction. Chinese Journal of Catalyst . 38, 683 – 690.
Zahara, Z., Krisnandi, Y. K., Wibowo, W.,
Nnurani,  D.  A.,  Rahayu,  D.  U.C.,  &
Haerudin,  H.  (2018).  Synthesis  and Characterization of Hierarchical ZSM-5 Zeolite using Various Templates as Cracking Catalysts. AIP Conference  Proceedings . 2023(1), 020088.