DOI: doi.org/10.21009/SPEKTRA.033.05

## SYNTHESIS OF SODALITE ZEOLITE FROM COAL BOTTOM ASH WITH VARIATION OF NAALO2 CONCENTRATION USING ALKALI MELTING HYDROTHERMAL METHOD
Rahmatul Hanifah 1,a) , Dwi Puryanti 2,b) , Afdhal Muttaqin 1,c)
1 Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Andalas Padang, 25163 Indonesia
2 Laboratorium Fisika Material Jurusan Fisika , Universitas Andalas Padang, 25163 Indonesia
Email: a) r.hanifah17@gmail.com, b) dwipuryanti@fmipa.unand.ac.id, c) allzputra@gmail.com

## Abstrak
Sintesis  zeolit  dari  abu  dasar  batubara  telah  dilakukan  menggunakan  metode  peleburan  alkali hidrotermal dengan variasi konsentrasi NaAlO 2 .Variasi konsentrasi NaAlO 2 yang digunakan adalah 2,5 M  (Z1),  2  M  (Z2),  1,5  M  (Z3),  dan  1  M (Z4).  Abu  dasar  dan  NaOH  dilebur  selama  3  jam  pada  suhu 750 o C.  Sampel  kemudian  dipanaskan  melalui  proses  hidrotermal  dengan  medium  kristalisasi  NaAlO 2, Kemudian  sampel  dinetralkan  dengan  aquades  hingga  mencapai  pH  9-10.  Karakterisasi  sampel  yang dilakukan  meliputi  karakterisai  jenis  zeolit  menggunakan  XRD.  Hasil  karaterisasi  menggunakan  XRD menunjukkan bahwa zeolit yang terbentuk pada sampel Z1, Z2, dan Z3 berupa zeolit jenis sodalit dan pada sampel Z4 zeolit jenis sodalit, nosean, dan megakalsilit. Kemurnian sodalit paling tinggi diperoleh pada sampel Z3, yaitu 73 %.
Kata-kata kunci: zeolit, abu dasar, alkali hidrotermal, sodalit.

## Abstract
Synthesis  of  zeolites  from  bottom  ash  using  alkali  melting  hydrothermal  method  with  variation concentration of NaAlO 2 solution had been done. Concentration of NaAlO 2 solution was varied for 2,5 M (Z1), 2 M (Z2), 1,5 M (Z3) and 1 M (Z4). The bottom ash and NaOH are melted for 3 hours at 750C. Then, the sample is heated through a hydrothermal process with NaAlO2 crystallization medium. Then the  sample  is  neutralized  with  aquades  up  to  pH  9-10.  Characterization  of  sample  includes characterization  zeolite type using of.  The results of characterization using XRD show  that the  zeolite formed  on  samples  Z1,  Z2,  and  Z3  are  zeolites  of  sodalite  type  and  on  Z4  sample  of  zeolite  type  are sodalit, nosean, and megakalsilit. The highest sodalite purity was obtained in Z3 sample, which is 73%.
Keywords : zeolite, bottom ash, alkali hydrothermal, sodalite.

## PENDAHULUAN
Zeolit  merupakan  material  nanopori  [1]  yang    memiliki  berbagai  kegunaan,  diantaranya  sebagai adsorben,  penukar  kation,  sensor,  katalis,  dan  penyaring  molekul  [2].  Selain  itu,  zeolit  juga  dapat dimanfaatkan  sebagai  material  semikonduktor  [3].  Namun,  dalam  pemanfaatannya,  zeolit  alam memiliki beberapa kelemahan, salah satunya memiliki banyak pengotor, sehingga dapat mengurangi aktivitas  dari  zeolit.  Oleh  sebab  itu,  sejak  tahun  1948  Union  Carbide  mengawali  sintesis  zeolit
Received: 13 September 2018 Revised: 26 October 2018 Accepted: 30 December 2018 Published: 30 December 2018
sebagai molecular sieve dalam proses adsorpsi untuk pemurnian, pemisahan, dan katalis [4]. Sintesis zeolit dapat menggunakan bahan dasar berupa limbah yang mengandung unsur Si dan Al.
Salah satu limbah yang mengandung unsur  Si dan Al yang dapat digunakan sebagai bahan dasar untuk  mensintesis  zeolit  adalah  limbah  batubara,  baik  berupa  abu  layang  maupun  abu  dasar. Pemanfaatan  limbah  batubara  sebagai  bahan  dasar  zeolit  menghasilkan  berbagai  jenis  zeolit, diantaranya  zeolit  tipe  X,  P,  A  dan  sodalit  [5],  zeolit  Na-X,  Na-P,  hidroksisodalit  dan  kuarsa  [6], zeolit  Na-X,  Na-P,  hidroksisodalit  [7],  zeolit  Na,  Na-A, P dan  unnamed zeolite  [8], zeolit  A, zeolit Na-X, zeolit Na-P, sodalit, kuarsa, hidroksisodalit [9], dan zeolit Na-P, sodalit, philipsite [10].
Nurhabibah dan Muttaqin  [11] menyintesis zeolit dari abu dasar batubara menggunakan metode peleburan alkali hidrotermal dengan temperatur  peleburan 750 o C. Media kristalisasi yang digunakan yaitu larutan NaAlO 2 dengan konsentrasi 3 M. Pada penelitiannya, dipeoleh sodalit sebanyak 66,6% dengan  waktu  peleburan  selama  3  jam.  Selain  sodalit,  juga  diperoleh  hasil  samping  berupa mineral Bohmit yang hanya terdiri dari unsur Al. Munculnya mineral Bohmit kemungkinan diakibatkan oleh kelebihan unsur Al pada larutan NaAlO 2 yang ditambahkan. Oleh sebab itu, pada penelitian ini akan digunakan larutan NaAlO 2 dengan variasi konsentrasi 2,5 M 2 M, 1,5 M, 1 M, agar diperoleh sodalit dengan tingkat kemurnian yang lebih tinggi.
Di  antara  semua  kelompok  material  zeolit,  hanya  sodalit  (SOD)  yang  diperoleh  sebagai  kristal tunggal.  Sodalit  merupakan  material  tuan  rumah  (host  molecule)  yang  penting  untuk  menciptakan susunan  periodik  sederhana  dari  berbagai  jenis  zeolit  sintesis.  Sodalit  bukan  hanya  penyusun kerangka dari zeolit A (LTA), tetapi zeolit merupakan unit penyusun kerangka pada jenis zeolit yang lain  seperti  Hexagonal  MFI  (EMT),  Faujasit  (FAU),  Franzinite  (FRA),  Giuseppettite  (GIU),  Linde Type N (LTN), Marinellite (MAR), dan Tschortnerite (TSC) [12].

## METODE

## Sintesis Zeolit
Abu dasar batubara dikeringkan terlebih dahulu. Abu dasar batubara yang telah kering  kemudian dihaluskan  dan  diayak  dengan  ayakan  200  mesh  untuk  mendapatkan  ukuran  yang  lebih  seragam. Kemudian 150 gram abu dasar dipanaskan menggunakan oven pada suhu 105 o C untuk mengangkat atau menghilangkan unsur air. Setelah dipanaskan, lalu didinginkan dalam desikator. Abu dasar yang telah  kering  dibuat  4  buah  sampel  (12  gram)  dan  masing-masing  dicampurkan  dengan  14,4  gram NaOH  yang  telah  dihaluskan,  kemudian  dihomogenkan.  Sampel  dilebur  dengan  cara  dipanaskan  di dalam furnace dengan suhu 750 o C selama 3 jam, kemudian didinginkan, dihaluskan, lalu dilarutkan dengan 240 ml aquabidestilat.
Setelah dilarutkan, sampel tersebut diaduk dengan menggunakan  magnetic stirrers selama 1 jam. Sampel kemudian  dimasukkan ke dalam botol polietilen dan di aging selama 2 jam pada temperatur 30°C.  Sampel  tersebut  lalu  disaring  menggunakan  kertas  saring  untuk  diambil  ekstraknya.  Masing- masing sampel kemudian dilarutkan dalam 50 ml larutan NaAlO 2 dengan variasi konsentrasi 2,5 M, 2 M,  1,5  M,  1  M.  Sampel  kemudian  dimasukkan  ke  dalam  reaktor  hidrotermal  (Teflon  Autoclave). Selanjutnya  sampel  dimasukkan  ke  dalam  oven  dengan  pengaturan  temperatur  100°C  (selama  12 jam).
Setelah dioven, sampel dipisahkan dari filtratnya, lalu dicuci dengan aquades hingga mendapatkan pH  9-10.  Setelah  diperoleh  pH  yang  diinginkan,  sampel  kemudian  dikeringkan  pada  temperatur 105°C selama 24 jam. Sehingga diperoleh zeolit aktif dalam bentuk serbuk.

## Karakterisasi Zeolit
Untuk  menentukan  struktur  Kristal  dan  jenis  zeolit,  diambil  0,3  g  sampel  dalam  bentuk  bubuk zeolit  untuk  dikarakterisasi  menggunakan  XRD  ( X-Ray  Diffraction). Karakterisasi  XRD  bertujuan untuk  memperoleh  informasi  senyawa  atau  kristal  yang  terbentuk  dalam  suatu  material  kristalin sehingga  akan  diketahui  struktur,  tipe  dan  ukuran  kristal.  Pola  difraksi  dan  material  zeolit  sintetis yang  diperoleh  dengan  menggunakan  Difraktometer  XRD  merk  PANalytical  X’pert  Pro,  kondisi operasi melibatkan radiasi Cu pada 40 kV 30 mA. Sampel di- scan dari sudut 2θ= 10,0181– 99,9781.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian ini, zeolit dari abu dasar batubara disintesis menggunakan metode peleburan alkali hidrotermal  dengan  memvariasikan  konsentrasi  larutan  NaAlO 2 sebagai  media  kristalisasi.  Jumlah bubuk zeolit yang diperoleh dari hasil tersebut bervariasi, seperti pada Tabel 1.
TABEL 1. Massa sampel selama proses metode peleburan alkali hidrotermal
Sampel Massa awal pencampuran abu dasar + NaOH (gram) Massa setelah proses peleburan (gram) Konsentrasi NaAlO 2 Massa akhir setelah proses Hidrotermal (gram) Z1 26,4 23, 72 2,5 M 12, 96 Z2 26,4 23, 73 2 M 10, 48 Z3 26,4 23, 71 1,5 M 9, 55 Z4 26,4 23, 72 1 M 9, 28
Berdasarkan  Tabel  1,  terlihat  peubahan  massa  sampel  dari  setiap  proses.  Massa  setelah  proses peleburan  yaitu  ±23,72  gram.  Selain  itu,  keempat  sampel  juga  memiliki  massa  yang  relatif  sama setelah proses peleburan, karena pada tahap Dissolution (pelepasan komponen Si dan Al) dan tahap Condensation (kondensasi  komponen  Si  dan  Al)  perlakuan  pada  keempat  sampel  masih  sama. Namun, perubahan massa yang cukup signifikan terjadi setelah proses hidrotermal, karena pada tahap ini  terjadi  pembentukan  inti  zeolit  dan  laju  pertumbuhan  kristal  yang  dipengaruhi  oleh  media kristalisasi.  Sebagaimana  yang  terlihat  pada  Tabel  1,  semakin  tinggi  konsentrasi  NaAlO 2 yang digunakan, maka semakin banyak jumlah massa  yang diperoleh setelah proses hidrotermal.
Selain mempengaruhi jumlah bubuk zeolit, variasi konsentrasi NaAlO 2 juga mempengaruhi warna bubuk  zeolit  yang  dihasilkan.  Bubuk    zeolit  mengalami  perubahan  warna  menuju  gelap  seiring berkurangnya konsentrasi NaAlO 2. Perbedaan warna bubuk zeolit dari keempat sampel menunjukkan perbedaan jenis zeolit, homogenitas, dan tingkat kemurnian zeolit yang dihasilkan.
Pada  penelitian  ini  terbukti  bahwa  menurunkan  konsentrasi  NaAlO 2 yang  digunakan  dapat meningkatkan kemurnian zeolit dan mengurangi munculnya hasil samping berupa bohmit. Selain itu, variasi konsentrasi NaAlO 2 juga mempengaruhi jenis zeolit dan homogenitas zeolit yang dihasilkan, seperti yang terdapat pada Tabel 2. Hal ini menunjukkan bahwa proses Nucleation (pembentukan inti zeolit) dan Crystal Growth (pertumbuhan kristal zeolit) pada tiap-tiap sampel berbeda karena setiap perubahan  rasio  komposisi  kimia  zat  penyusun  zeolit  sintesis  berpengaruh  terhadap  hasil  akhir  dari proses sintesis zeolit.
TABEL 2. Hasil yang diperoleh dengan variasi konsentrasi  NaAlO 2 Produk Sampel Z1 Z2 Z3 Z4 Sodalit (Zeolit) 62, 4 % 65,0 % 73,0% 49,0 % Bohmite 15,8 % 10,0 % 7,0% 2,0 % Katoite 21, 8 % 25,0 % 20,0% 16,0% Nosean (Zeolit) - - - 20,0% Megakalsilit (Zeolit) - - - 13,0% Jumlah % zeolit 62, 4 % 65,0 % 73,0 % 82,0 % Massa Zeolit 8,08 gram 6,81 gram 6,97 gram 7, 61 gram
Jenis zeolit yang  diperoleh pada penelitian ini didominasi oleh zeolit  jenis  sodalit.  Pada Tabel  2 terlihat  bahwa  tingkat kemurnian  sodalit  yang  diperoleh  pada  sampel  Z1,  Z2,  dan  Z4    lebih  rendah dibandingkan  tingkat  kemrnian  sodalit  yang  diperoleh  pada  penelitian  Nurhabibah  [11].  Meskipun demikian,  mineral  bomit  yang  diperoleh  pada  penelitian  ini  juga  lebih  sedikit  dibandingkan  yang terdapat  pada  penelitian  Nurhabibah  [11].  Namun,    pada  setiap  sampel  muncul  hasil  samping  lain berupa katoite ( Calsium Aluminum Oxide Hydrate ) yang sebelumnya tidak diperoleh pada penelitian
Nurhabibah [11]. Katoit (Ca 3 Al 2 (O 4 H 4 )3) merupakan mineral dengan struktur kristal kubik yang tidak memiliki pori seperti halnya zeolit.
Selain  sodalit,  pada  sampel  Z4  muncul  zeolit  jenis  megakalsilit  (K(AlSiO 4 ))  dan  nosean Na 8 (Al 6 Si 6 O 24 )(SO 4 ).  Nosean  merupakan  jenis  zeolit    dengan  struktur  kristal  berbentuk  kubik. Nosean muncul akibat terjadinya transforamsi zeolit jenis sodalit (Na 8 (AlSiO 4 ) 6 (NO 3 ) 2 ), yang berarti kerangka alumina silikatnya masih berupa kerangka sodalit.  Perubahan sodalit menuju nosean pada sampel Z4 diakibatkan oleh terjadinya pergeseran posisi atom-atom peyusunnya. Selain itu, apabila diamati  dari  rumus  molekulnya,  terjadi  pelepasan    dua  atom  O  serta  atom  N  yang  digantikan  oleh atom S.
Berbeda  dengang  sodalit  dan  nosean,  jenis  zeolit  megakalsilit    memiliki  struktur  kristal hexagonal. Megakalsilit memiliki kerangka alumina silikat serta logam alkali atau alkali tanah yang berbeda  dengan  sodalit.  Megakalsilit  kemungkinan  terbentuk  akibat    kekurangan  unsur  Na  pada sampel Z4, sedangkan unsur Al dan Si  yang merupakan unsur utama kerangka zeolit  masih tersisa. Sehingga, rongga-rongga pada kerangka tetrahedral diisi oleh unsur K (potasium) yang berasal dari senyawa  K 2 O  pada  abu  dasar  batubara.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  kemungkinan  megakalsilit terbentuk setelah sodalit dan nosean.
Selain  memperoleh  sodalit  dengan  kemurnian  yang  paling  tinggi  dibandingkan  sampel  lainnya, pada  sampel  Z3  juga  diperoleh  ukuran  kristal  yang  lebih  kecil,  dapat  dilihat  pada  Tabel  3.  Ukuran kristal yang diperoleh pada sampel Z3 yaitu 105, 912331 nm.
TABEL 3. Ukuran kristal sodalit yang diperoleh Sampel 2θ FWHM Ukuran Kristal(nm) Z1 24, 18 0, 1279 127, 109130 Z2 24, 16 0, 1279 127, 104380 Z3 24, 19 0, 1535 105, 912331 Z4 24, 22 0, 1279 137, 141098
Ukuran  kristal  setiap  sampel  yang  terdapat  pada  Tabel  3  dihitung  menggunkan  persamaan Scherrer  dengan  mengambil  puncak  tertinggi  yang  berupa  puncak  sodalit.  Berdasarkan  Tabel  3, ukuran kristal sodalit dari keempat sampel berbeda. Ukuran kristal pada tiap-tiap sampel dipengaruhi oleh  konsentrasi  NaAlO 2 yang  digunakan  sebagai  media  kristalisasi,  sehingga  setiap  sampel mengalami  laju  pertumbuhan  kristal  yang  berbeda.  Meskipun  konsentrasi  NaAlO 2 mempengaruhi ukuran  kristal,  namun  pada  penelitian  ini  tidak  diperoleh  hubungan  yang  linear  antara  konsentrasi NaAlO 2 dengan ukuran kristal sodalit yang diperoleh.

## SIMPULAN
Mengurangi  konsentrasi  NaAlO 2 sebagai  media  kristalisasi  pada  metode  peleburan  alkali hidrotermal dengan waktu peleburan selama 3 jam mampu menaikkan kemurnian zeolit pada sampel. Selain sodalit, pada sampel Z4 juga diperoleh zeolit jenis nosean dan megakalsilit. Pada penelitian ini diperoleh  hasil  samping  selain  bohmit  berupa  mineral  katoit.  Selain  mempengaruhi  tingkat kemurnian  zeolit,  variasi  konsentrasi  NaAlO 2 juga  mempengaruhi  ukuran  kristal.  Ukuran  kristal sodalit paling kecil diperoleh pada sampel Z3 yaitu 105, 912331 nm.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Terimakasih  kepada  pihak  pemberi  dana  penelitian,  kepada  lembaga/  orang  yang  membantu penelitian, kepada orang yang membantu dalam diskusi.

## REFERENSI
[1] Auerbach, S., Carrado, K., Dutta, P., 2003, Hand Book of  Zeolite Science and  Technology , Marcel Dekker, Inc., New York.
[2] Ahkam,  M.,  2011,  Sintesis  dan  Karakterisasi  Membran  Nanozeolit  Y  untuk  Aplikasi Pemisahan Gas Metanol-Etanol, Skripsi, Depart. Kimia, Universitas Indonesia, Depok.
[3] Kalogeras, I. M. dan A. Dova, V., 1998, Electrical Properties of Zeolitic Catalyst, Defect and Diffusion Forum , Vol. 164 pp. 1-36,.
[4] Las, T., 2004, Potensi Zeolit untuk Mengolah Limbah Industri dan Radioaktif, Rev. Agustus, P2PLR BATAN, Serpong.
[5] Nikmah,  R,  A.,  2008,  Pengaruh  Waktu  dan  perbandingan  Si/Al  Terhadap  Pembentukan Zeolit  A  dari  Abu  Dasar  Bebas  Karbon  dari  PLTU  PT.  IPMOMI  dengan  Metode Hidrotermal, Jurnal Zeolit Indonesia , Vol. 7, No. 1. Hal. 42-52.
[6] Lestari T. dan Muttaqin, A., 2015, Pengaruh Air Laut Terhadap Zeolit Sintetis Dari Bottom Ash Melalui Proses Alkali Hidrotermal, Jurnal Fisika Unand , Vol. 7, No. 1, hal. 19-27.
[7] Waleza,  R,  J.  dan  Muttaqin,  A.,  2015,  Pengaruh  Waktu  Refluks  terhadap  Konduktivitas Listrik Zeolit Sintetik dari Abu Dasar, Jurnal Fisika Unand , Vol. 4, No. 4, hal. 17-23.
[8] Sriwahyuni,  N.  dan  Muttaqin  A.,  2014,  Pengaruh  Temperatur  Peleburan  Alkali  terhadap Konduktivitas  Listrik  Zeolit  dari  Bahan  Abu  Dasar  Batubara  dengan  Metode  Peleburan Alkali Hidrotermal, Jurnal Fisika Unand , Vol. 4, No. 1, hal. 24-30.
[9] Oktaviani,  Y.  dan  Muttaqin,  A.,  2015,  Pengaruh  Temperatur  Hidrotermal  Terhadap Konduktivitas  Listrik  Zeolit  Sintetis  dari  Abu  dasar  Batubara  dengan  Metode  Alkali Hidrotermal, Jurnal Fisika Unand , Vol. 4, No. 4, Jur. Fisika Unand, hal. 358-364.
[10] Sari, N. K. dan Muttaqin, A., 2016, Pengaruh Waktu Sonikasi terhadap Konduktivitas Listrik Zeolit  Berbahan  Abu  Dasar  Batubara  Menggunakan  Metode  Peleburan  Alkali  Hidrotermal, Jurnal Fisika Unand , Vol. 5, No. 4, hal. 322-326.
[11] Nurhabibah  dan  Muttaqin,  A.,  2017,  Pengaruh  Waktu  Peleburan  Terhadap  Konduktivitas Listrik Zeolit Sintetis dari Abu dasar Batubara dengan Metode Peleburan Alkali Hidrotermal, Jurnal Fisika Unand , Vol. 6, No. 3, hal. 240-246.
[12] Xu,  R.,  Pang,  W.,  Yu,  J.,  Huo,  Q.  dan  Chen,  J.,  2007, Chemistry  of  Zeolites  and  Related Porous Materials: Syintesis and Structure , John Wiley & Sons (Asia), Singapore.