Widodo dkk: Pengambilan Ion Logam Mn 2+ dan Ni 2+ Menggunakan Na-Zeolite ....
PENGAMBILAN ION LOGAM Mn 2+ DAN Ni 2+ MENGGUNAKAN Na-ZEOLIT:

## SUATU USAHA PENGKAJIAN PEMANFAATAN SUMBER DAYA ALAM INDONESIA
Didik Setiyo Widodo 1) , Eko Sugiharto 2) , Endang Tri Wahyuni 2)
1) Jurusan Kimia FMIPA Universitas Diponegoro
2) Jurusan Kimia FMIPA Universitas Gadjah Mada

## ABSTRAK
Zeolit alam asal Cikalong Jawa Barat telah digunakan untuk pengambilan ion Mn 2+ dan Ni 2+ dari  larutannya,  dengan  cara  mempertukarkan  ion-ion  tersebut  dengan  ion  Na + dalam  zeolit  alam termodifikasi berdasarkan sistem batch. Penelitian ini juga mengkaji pengaruh keberadaan ion Cu 2+ di dalam  sistem  pertukaran  kation.  Konsentrasi  ion-ion  dianalisis  dengan  metode  spektrofotometri serapan atom. Data eksperimen menunjukkan bahwa zeolit alam yang telah dimodifikasi dengan Na + dapat  digunakan  untuk  mengambil  ion  Mn 2+ dan  Ni 2+ melalui  mekanisme  pertukaran  kation.  Uji selektivitas memperlihatkan bahwa Na-Zeolit lebih selektif terhadap Mn 2+ dibandingkan terhadap Ni 2+ . Urutan  selektivitas  ini  tidak  dipengaruhi  oleh  keberadaan  Cu 2+ .  Na-Zeolit  mampu  mempertukarkan kation Mn 2+ sampai 57,73% dalam keadaan sendiri dan 19,72% dalam keadaan bersama; Ni 2+ sampai 37,71% dalam keadaan sendiri dan hanya 5,81% dalam keadaan bersama kation logam lain di dalam larutannya.
Kata kunci: Na-zeolit, pengambilan ion, selektivitas
UPTAKE OF Mn 2+ AND Ni 2+ IONS BY Na-ZEOLITE: A STUDY OF INDONESIA NATURAL RESOURCES ENFORCEMENT EFFORT

## ABSTRACT
Study on metal ion uptake from its solution has been conducted. The experiment was performed by feeding Mn 2+ and Ni 2+ solutions to a batch system of ion exchanger, Na-zeolite. Effect of Cu 2+ in the solution and simultaneous existence of the ions were also studied. Ions concentration before and after processes  was  evaluated  by  atomic  absorption  spectrophotometer.  Result  shows  that  Na-modified zeolite uptake ions tested in some extends. Na-zeolite selectivity toward Mn 2+ and Ni 2+ shows decreasing trend by the effect of Cu 2+ existence in test solutions, while selectivity order was not affected. Na-zeolite exchanged Mn 2+ and Ni 2 ions up to 57.73% and 37.71% in its sole ion solution, respectively, and 19.72% and 5.81% in the presence of Cu 2+ in simultaneous ions solution.
Keywords:Na-Zeolite, ion uptake, selectivity

## PENDAHULUAN
Senyawaan logam berat mangaan dan nikel yang berada  di  lingkungan  perairan  biasanya  berasal dari air limbah yang dibuang tanpa pengolahan yang  baik.  Industri-industri  yang  berpotensi sebagai  sumber  pencemar  antara  lain  adalah industri  pemurnian  logam,  pelapisan  logam, baja,  baterai  sel  kering,  cat,  pewarna  hingga industri  yang  berhubungan  dengan  pengerjaan penyambungan logam.
Mangaan (Mn) merupakan logam berat esensial yang  bermanfaat  bagi  manusia,  tetapi  pada tingkat  tertentu  memilki  potensi  sebagai  racun.
Logam Ni merupakan racun yang memiliki efek ganda.  Keadaan  tersebut  semakin  berbahaya karena logam-logam tersebut mengalami interaksi  di  dalam  tubuh  dengan  mineral  lain yang diperlukan (Goyer, 1986). Tingkat bahaya dari  logam-logam  tersebut  mutlak  memerlukan penanganan agar diperoleh lingkungan perairan yang  tidak  tercemar.  Suatu  usaha  penanganan yang  semakin  berkembang  adalah  dengan memanfaatkan zeolit.
Zeolit  merupakan  senyawa  tektosilikat  yang berbentuk  kristal  aluminosilikat  terhidrat  yang mengandung  ion-ion  logam-logam  alkali  dan
Widodo dkk: Pengambilan Ion Logam Mn 2+ dan Ni 2+ Menggunakan Na-Zeolite ....
alkali  tanah  di  dalam  kerangka  tiga  dimensi kristal.  Zeolit  memiliki  kerangka  terbuka  yang dicirikan  oleh  adanya  jaringan  rongga-rongga atau pori-pori yang terdapat di dalam celah-celah kristalnya.  Struktur  tersebut  terbangun  atas rantai-rantai  tetrahedral  yang  terangkai  pada sudut-sudutnya yang semakin panjang dan besar dalam ukuran tiga dimensi. Pori yang terbentuk berperan dalam sifat penyaring molekul, katalis dan penukar ion (Imelik, et.al ., 1994). Beberapa silikon  di  dalam  zeolit  tergantikan  oleh  atom aluminium yang memberikan struktur bermuatan  negatip  (Husaini,  1992).  Muatan  ini diimbangi  oleh  adanya  kation  seperti  natrium, kalsium,  kalsium  dan  sebagainya  yang  terikat kurang  kuat.  Keadaan  ini  memungkinkan penggantian  ion-ion  tersebut  dengan  kation logam  lain  di  dalam  larutan  dengan  cara pertukaran ion. Pertukaran ion pada zeolit terjadi apabila  kation-kation  pada  sistem  pori  zeolit digantikan  oleh  kation  lain  dari  larutan  hingga mencapai kesetimbangan. Pertukaran ini semakin  baik  pada  penggunaan  sistem  larutan umpan yang cukup besar.
Sebagai  penukar  ion  zeolit  telah  dimanfaatkan untuk  menghilangkan  amonium  dan  ion  logam dalam  proses  pemurnian  air  minum  serta  ion logam  berat  dalam  limbah  (Blanchard,  et.al., 1984;  Haralambous,  1992).  Studi  pengambilan logam-logam  berat  di  perairan  pada  umumnya dilakukan dengan simulasi pertukaran ion untuk sistem  larutan  tunggal,  sementara  keberadaan logam-logam  di  perairan  selalu  bercampur dengan  logam-logam  lain,  sehingga  perlu dilakukan  kajian  pengambilan  ion  logam  di perairan untuk sistem larutan campuran ion-ion logam.  Zeolit  alam  memiliki  struktur  rongga yang  mengandung  kation-kation  yang  dapat dipertukarkan  dengan  kation  lain  di  dalam larutan. Ukuran rongga tersebut memungkinkan berbagai  ion  logam  masuk  ke  dalam  struktur zeolit  secara  bersamaan  dan  melakukan pertukaran  ion.  Fakta  ini  memungkinkan pengambilan ion-ion logam dari larutan dengan
cara  pertukaran  kation  baik  di  dalam  sistem larutan  tunggal  maupun  campuran  ion-ion. Dalam penelitian ini diujikan ion-ion Mn 2+ dan Ni 2+ dalam sistem larutan tunggal dan campuran, dan  ion  lain,  Cu 2+ untuk  mengkaji  kemampuan dan selektivitas zeolit alam termodifikasi dalam mengambil  ion-ion  logam  dari  larutannya  dan pengaruh  keberadaan  ion  logam  lain  di  dalam sistem pertukaran ion.

## METODE PENELITIAN
Bahan-bahan penelitian yang digunakan diperoleh dari BDH kecuali MnSO 4 .H 2 O dari E- Merck.  Akuades  dan  akuabides  bebas  mineral diperoleh  dari  laboratorium  Kimia  Analitik FMIPA  UGM.  Zeolit  alam  diambil  dari Cikalong Jawa Barat.
Alat-alat  yang  digunakan  meliputi  penumbuk porselen  dan  ayakan  100  dan  250 mesh, termometer  dan  alat-alat  gelas.  Pemanas  dan pengaduk magnet Thermoline Multi-stir plate 4 buatan  Sybron  Thermoline.  Analisis  ion-ion logam  dikerjakan  dengan  Spektrofotometer Serapan Atom buatan PERKIN-ELMER  model 1108.
Pertukaran ion diawali dengan modifikasi zeolit alam sebagai Na-Zeolit sebagaimana dikembangkan  oleh  Loukatos  Loukatos, et.al ., 1993)  sebagai  berikut:  enampuluh  gram  zeolit ukuran 100 s.d 250 mesh dicampur dengan 900 mL larutan NaCl 1 M pada suhu 70°C selama ± 5  jam.  Setiap  hari  larutan NaCl  diganti  dengan larutan  baru  selama  seminggu.  Campuran disaring  dan  zeolit  dikeringkan  pada  suhu  80  ° C. Zeolit kering (Na-Z) digunakan sebagai bahan penukar ion.
Uji  selektivitas  zeolit  terhadap  ion-ion  logam dilakukan  di  dalam  sistem batch. Pengujian ini dimaksudkan  untuk optimasi  konsentrasi  awal sampel  pada  pertukaran  ion  dan  selektivitas zeolit  terhadap  ion-ion  logam,  sebagai  berikut: larutan  Mn 2+ sebanyak  50  mL  dimasukkan  ke dalam gelas piala yang telah diisi Na-Z sebanyak 1  gram.  Konsentrasi  Mn 2+ divariasi  pada  300,
Widodo dkk: Pengambilan Ion Logam Mn 2+ dan Ni 2+ Menggunakan Na-Zeolite ....
400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800 dan 850  ppm.  Campuran  diaduk  dengan  kecepatan sama selama 3 jam, kemudian disaring dan filtrat dianalisis  dengan  AAS.  Prosedur  ini  juga diterapkan terhadap larutan Ni 2+ dan larutan ion- ion tersebut bila di dalamnya terdapat ion logam lain Cu 2+ .
Telah  kualitatif  kinetika  pertukaran  kation dilakukan pada konsentrasi optimum pertukaran ion dalam sistem larutan tunggal dan campuran dengan variasi waktu pengadukan dari 0 sampai dengan 60 menit.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian  pendahuluan  memperoleh  informasi bahwa sebagian kation-kation terserap oleh pori- pori  zeolit  tanpa  interaksi  pertukaran  ion. Keadaan  ini  semakin  menambah  jumlah  kation yang  dapat  terambil  selama  proses  pertukaran ion  itu  sendiri.  Pertukaran  ion  dengan  kation- kation  yang  diujikan  menghasilkan  pola  kurva yang sama. Jumlah kation terambil akan semakin bertambah dengan semakin besarnya konsentrasi kation  awal  yang  diumpankan.  Pola  tersebut secara grafis disajikan pada gambar 1 di bawah.
Gambar  1.  Hubungan  konsentrasi  awal  kation terhadap jumlah kation tertukar
Pada  gambar  1  menunjukkan  bahwa  kondisi optimum pertukaran ion Na-Z dengan Mn 2+ dan Ni 2+ berada  pada  konsentrasi  500  ppm.  Jumlah Mn 2+ yang tertukar lebih besar dari jumlah Ni 2+ .
Keadaan ini terkait dengan kecenderungan Na-Z terhadap  Mn 2+ yang  lebih  besar  dibandingkan terhadap  Ni 2+ ,  dengan  kata  lain  Na-zeolit  lebih selektif  terhadap  Mn 2+ dibandingkan  dengan
Ni 2+ .  Tingkat  selektivitas  ini  berhubungan dengan  ukuran  jari-jari  ion  terhidrat  masing- masing  ion  logam  dalam  larutannya.  Ukuran yang  lebih  kecil  memungkinkan  interaksi  yang lebih sering dan lebih kuat.
Gambar  2  berikut  menunjukkan  bahwa  untuk terjadinya  pertukaran  kation  diperlukan  waktu kontak  tertentu.  Sudut  pandang  ini  melahirkan tiga daerah relatif pertukaran ion; sangat cepat, lambat dan sangat lambat yang menggambarkan tak  ada  lagi  fenomena  pertukaran  ion  karena telah terlewatinya  kapasitas  pertukaran ion  Na- zeolit.  Waktu  pertukaran  ion  ditentukan  oleh difusi ion di sekitar bahan penukar, difusi untuk mencapai  sisi  aktif  pertukaran  ion,  proses pertukaran  ion,  difusi  ion  keluar  dari  partikel bahan  penukar  dan  difusi  ion  tertukar  pada larutan di sekitar bahan penukar (Ahuja, 1989).
Gambar 2. Hubungan antara waktu pengadukan dan  jumlah  kation  tertukardalam sistem larutan tunggal dan multikation.
Adanya tiga daerah kurva yang menggambarkan laju pertukaran ion tersebut menjelaskan proses- proses  yang  harus  dilewati  untuk  terjadinya pertukaran  kation  secara  sempurna.  Pengaruh keberadaan  kation  lain  di  dalam  sistem pertukaran  ion  menyebabkan  ion-ion  di  dalam larutan berkompetisi satu denan yang lain.
Kompetisi  ini  tidak  berpengaruh  pada  urutan selektivitas  zeolit  terhadap  Mn 2+ dan  Ni 2+ , sebagaimana dapat disimpulkan dari kurva pada gambar  2  di  atas.  Secara  grafik  digambarkan pula  bahwa  pengaruh  kompetisi  ini  hanya menurunkan  jumlah  ion  logam  tertentu  yang terambil  melalui  pertukaran  ion.  Penurunan
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 250 350 450 550 650 750 850 950 Konsentrasi kation aw al (ppm) m gr ek k at io n te rt uk ar /g r N a- Z Mn Ni 0 10 20 30 40 50 60 70 0 10 20 30 40 50 60 70 Waktu pengadukan (menit) % k a ti o n t e rt u ka r/ g r N a -Z ion Mn(II) Ion Mn(II)[Cu(II)/N(II)] ion Ni(II) Ion Ni(II)[Cu(II)/Mn(II)]
Widodo dkk: Pengambilan Ion Logam Mn 2+ dan Ni 2+ Menggunakan Na-Zeolite ....
jumlah ion logam terambil ini mengindikasikan telah  terjadinya  pertukaran  ion  lain  secara bersamaan.
Gambar  2  di  atas  juga  memberikan  indikasi bahwa zeolit alam asal Cikalong Jawa Barat bisa digunakan untuk mengambil ion-ion logam berat Mn 2+ ,  Ni 2+ baik  dalam  larutan  tunggal  dan campuran  serta  dengan  keberadaan  ion  logam lain  Cu 2+ .  Fakta  ini  memberikan  harapan  pada pemecahan masalah limbah dengan memanfaatkan sumber daya alam yang tersedia melimpah  sehingga  mampu  menekan  biaya operasional penanganan limbah. Tingkat kemampuan  zeolit  dalam  pengambilan  ion logam  dari  larutannya  diperkirakan  masih  bisa ditingkatkan  dengan  perlakuan  lain,  seperti  pH sistem,  yang  belum  tergarap  dalam  penelitian ini.

## KESIMPULAN
Zeolit  alam  asal  Cikalong  berpotensi  sebagai bahan penukar kation untuk mengambil ion-ion logam uji pencemar perairan sampai tingkat 500 ppm  untuk  volume  umpan  50  mL.  Selektivitas Na-zeolit dalam pertukaran ion terhadap kation- kation  yang  diujikan  menurun  sesuai  urutan Mn 2+ >  Ni 2+ ,  yang  tidak  dipengaruhi  oleh keberadaan  kation  logam  lain.  Keberadaan  ion lain  di  dalam  sistem  akan  menurunkan  jumlah ion logam tertentu yang terambil (tertukar).

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis  mengucapkan  terimakasih  kepada  Dr. Eko  Sugiharto,  DEA  sebagai  pembimbing  atas diskusi dan analisisnya yang tajam, Dra. Endang T.W.,  M.S.  atas  diskusi,  saran-saran  penulisan dan bantuan sampel zeolitnya.

## DAFTAR PUSTAKA
Goyer,  R.A.,  1986, Toxicology ,  edisi  ke-3, Macmillan  Pub.  Co.,  New  York,  581-583 dan 609-614.
Imelik,  B.  and  Vedrine,  J.C.,  1994, Catalist Characterization–Physical  Techniques  for Solid  Materials ,  Plenum  Press,  New  York, 26, 418.
Husaini,  1992,  Daya  Pertukaran  Ion  Zeolit Polmas  terhadap  Beberapa  Jenis  Logam Berat, Bulletin PPTM , vol. 14, no. 2, 15-29.
Blanchard,  G.,  Maunaye,  M.,  and  Martin,  G., 1984,  Removal  of  Heavy  Metals  from Waters by Means of Natural Zeolites, Wat. Res. , vol. 18, no. 12, 1502-1507.
Haralambous, A., 1992, The Use of Zeolite for Ammonium Uptake, Wat. Sci. Tech. , vo. 25, no. 1, 139-145.
Loukatos,  A.,  Loizidou,  M.,  and  Spyrellis,  N., 1993,  Ion  Exchange  Behaviour  of  Mercury Using  Natural  and  Synthetic  Zeolites, Fransenius Envir. Bull ., vol. 2, 250 –255.
Ahuja,  S.,  1989, Selectivity  and  Detectability Optimations in HPLC , John Wiley   and Son, Inc., New York, 242-243.