Pidato Pengukuhan Prof. Dra. Wega Trisunaryati M.s. M.eng.

ZEOLIT ALAM INDONESIA:
SEBAGAI ABSORBEN DAN KATALIS DALAM
MENGATASI MASALAH LINGKUNGAN DAN
KRISIS ENERGI





UNIVERSITAS GADJAH MADA


Pidato Pengukuhan Jabatan Guru Besar
dalam Ilmu Kimia
pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Gadjah Mada


Oleh:
Prof. Dra. Wega Trisunaryati, M.S., M.Eng., Ph.D.

2
ZEOLIT ALAM INDONESIA:
SEBAGAI ABSORBEN DAN KATALIS DALAM
MENGATASI MASALAH LINGKUNGAN DAN
KRISIS ENERGI





UNIVERSITAS GADJAH MADA


Pidato Pengukuhan Jabatan Guru Besar
dalam Ilmu Kimia
pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Uniersitas Gadjah Mada


Diucapkan di depan Rapat Terbuka Majelis Guru Besar
Universitas Gadjah Mada
pada Tanggal 28 Oktober 2009
di Yogyakarta


Oleh:
Prof. Dra. Wega Trisunaryati, M.S., M.Eng., Ph.D.
3
Zeolit Alam Indonesia:
Sebagai Absorben dan Katalis Dalam Mengatasi
Masalah Lingkungan dan Krisis Energi

Topik ini merupakan salah satu bagian ilmu Kimia Material dan
Kelompok Riset Energi Baru dan Terbarukan yang saat ini
berkembang pesat sesuai Tema Unggulan Smart Material di dalam
klaster Saintek di Universitas Gadjah Mada. Saya telah mempelajari
zeolit sejak tahun 1986 hingga saat ini, dimulai ketika saya meneliti
zeolit pada tingkat Sarjana (S1) dan Magister Sains (S2) di Jurusan
Kimia Fakultas MIPA UGM, dilanjutkan Riset untuk meraih gelar S2
dan S3 saya di Department of Applied Chemistry, Faculty of
Engineering, Osaka University, Osaka, Japan.
Sampai saat ini saya
tetap setia dan konsisten meneliti zeolit alam Indonesia, untuk
dijadikan material yang lebih berkualitas dan berdaya guna tinggi.
Waktu yang panjang dalam meneliti, mengenal dan memahami zeolit
alam Indonesia, tidaklah mungkin saya paparkan semuanya pada
pidato pengukuhan Guru Besar saya yang waktunya sangat singkat.
Untuk itu pidato pengukuhan tentang zeolit sengaja saya buat dalam
paparan ilmiah yang sederhana agar dapat dipahami oleh para hadirin.

1. Pendahuluan
Ilmu Kimia merupakan ilmu dasar kehidupan yang telah lama
dikenal dan dipelajari manusia mulai dari Sekolah Menengah Tingkat
Pertama dan Atas. Kenyataan bahwa ilmu Kimia merupakan salah satu
materi pelajaran yang menjadi momok bagi siswa karena seolah-olah
rumit dan sulit, walaupun sesungguhnya unik dan mempesona.
Bagaimana tidak, ilmu kimia telah memberikan sumbangan yang
sangat penting bagi kemajuan di bidang ilmu kimia sendiri maupun
pada bidang-bidang ilmu lainnya, seperti fisika, biologi, geologi,
farmasi, lingkungan, dan kedokteran. Hampir semua cabang ilmu
eksakta membutuhkan ilmu kimia untuk memecahkan persoalan-
persoalan dan pertanyaan-pertanyaan mendasar dari masing-masing
cabang ilmu lain. Ilmuwan Fisika menemukan atom yang terdiri dari
4
inti, elektron, dan proton, ilmu kimia menjelaskan bagaimana elektron
berperan dalam interaksi antara dua buah atom atau lebih membentuk
molekul. Dalam ilmu biologi dikenal peristiwa fotosintesis tanaman
pada hijau daun dengan adanya sinar matahari, di mana mekanisme
reaksinya dapat dijelaskan dengan ilmu kimia; proses peragian
karbohidrat menjadi alkohol mekanismenya juga dijelaskan oleh ilmu
kimia. Di bidang farmakologi, interaksi obat dengan tubuh melalui
gugus fungsinya hanya dapat dijelaskan secara kimia. Dalam dunia
medis, interaksi senyawa kompleks dengan DNA untuk mencari
senyawa kandidat anti kanker (Mudasir, 2009) juga membutuhkan
peran ilmu kimia. Dalam bidang geologi, para ahli (Geologists) telah
menemukan berbagai material tambang, termasuk di dalamnya adalah
mineral zeolit dari sisi keberadaannya di dalam bumi. Untuk mengenal
zeolit secara lebih mendalam, tidak hanya dipermukaan mulut
porinya, tetapi sampai ke kedalaman kanal zeolit yang berkelok-kelok
dan situs aktif permukaannya, maka ilmu Kimia menjadi sangat
berperan. Ilmu Kimia dapat diterapkan untuk meningkatkan kualitas
zeolit, baik zeolit sintetis maupun zeolit alam, untuk dijadikan
absorben (logam berat, zat warna, zat beracun, polusi gas, cair dan
padat), penyaring molekular, dan katalis (perengkahan fraksi berat
minyak bumi, aspal, sampah plastik, pelumas bekas menjadi bahan
bakar, produksi biodiesel, dan lain-lain).
ZEOLIT, satu nama mineral yang demikian ampuh dan hebat
sehingga dapat dijadikan sebagai absorben untuk mengatasi
pencemaran lingkungan, bahkan dapat berperan sebagai katalis pada
reaksi-reaksi industri penghasil bahan bakar, bagaimana mungkin?
Untuk dapat mengenal zeolit secara lebih dekat, berikut ini akan saya
paparkan pengertian dasar zeolit dan penelitian-penelitian tentang
zeolit, serta capaian penelitian yang telah penulis lakukan untuk
meningkatkan kualitas zeolit alam Indonesia sebagai absorben,
pengemban katalis logam dan katalis.


5
2. Pengertian Dasar Zeolit
Zeolit merupakan kelompok mineral aluminosilikat yang
pertama kali ditemukan Tahun 1756 oleh mineralogist dari Swedia
bernama Baron Axel Cronstedt dan telah dipelajari oleh mineralogist
selama lebih dari 200 tahun. Zeolit merupakan kristalin aluminasilikat
dengan kerangka anionik kaku, terdiri dari kanal dan rongga.
Rongganya berisi kation logam yang dapat dipertukarkan, seperti:
Na+, K+, Ca2+, Mg2+, dan lain-lain, dan dapat mengikat molekul air.
Nama zeolit berasal dari munculnya gelembung bila dididihkan,
dalam Bahasa Greek disebut zeo, batuan disebut lithos. Rumus
umum zeolit adalah: Mx/n[(SiO2)y (AlO2)x]. mH2O., dimana kation M
dengan valensi n menetralkan muatan negatif pada kerangka
aluminasilikat.
Primary Building Unit (PBU) merupakan satuan pembangun
dasar zeolit adalah TO4 (T = Si atau Al) berupa [AlO4]5- atau [SiO4]4-
tetrahedral yang terikat bersama membentuk jembatan oksigen.
Tetrahedral silicon-oksigena bermuatan listrik netral apabila saling
berikatan di dalam kerangka tiga dimensinya. Jika Si(IV) diganti oleh
Al(III) maka muatan listrik menjadi tidak netral (negatif). Untuk
menetralkan muatan zeolit ini, diperlukan adanya kation kation yang
jumlah total muatan positipnya sama dengan muatan negatif zeolit.
Setiap penggantian sebuah atom Si oleh Al, berarti menyumbangkan
satu muatan negatif. Kation-kation ini dapat dipertukarkan
(exchangeable). Kation-kation ini mudah bergerak dan dapat
digantikan oleh kation lain, sehingga zeolit dapat digunakan sebagai
cation exchange material. Perubahan posisi kation menyebabkan
perubahan distribusi muatan di dalam kaviti sehingga mempengaruhi
sifat absorpsi dan aktivitas katalitik zeolit.
Struktur zeolit berdasar pada Secondary Building Unit (SBU)
terdiri dari 24 silika dan/atau alumina tetrahedral membentuk struktur
seperti bola basket yang disebut sangkar sodalit (sodalite unit =
sodalite cage = -cage). Jenis zeolit ditentukan dari pola
penggabungan sangkar sodalit (SOD). Zeolit sintetis terdiri dari zeolit

6
A (penggabungan SOD melalui cincin 8, zeolit Y atau X (faujasit), di
mana penggabungan SOD melalui cincin 12, dan mordenit melalui
cincin 12 (Dyer, 1988).
Struktur tiga dimensi zeolit terdiri dari rongga yang
berhubungan membentuk kanal panjang berkelok-kelok. Lubang
paling luar disebut mulut pori (window). Rumus formula zeolit A
adalah: Na12[(SiO2)12AlO2)12].27H2O. Struktur zeolit yang penting
yang dapat dimanfaatkan untuk katalis, absorben dan penyaring
molekular adalah gabungan antara pori dan kaviti membentuk sistem
kanal berkelok-kelok sepanjang struktur. Kaviti merupakan dimensi
molekular dan dapat mengabsorbsi spesies yang cukup kecil. Faktor
pengontrol molekul dapat terabsorbsi atau tidak ke dalam kaviti
adalah ukuran jendela pori (mulut pori) menuju kanal. Ukuran mulut
pori zeolit A 410 pm, zeolit Y (faujasit) 740 pm, dan mordenit 670 x
700 pm. Ukuran kaviti zeolit A 1140 pm, zeolit Faujasit 1180 pm.
Zeolit sintetik dibuat dari larutan yang mengandung natrium
silikat dan aluminat pada pH basa. Gel terbentuk melalui proses
kopolimerisasi ion-ion silikat dan aluminat. Gel kemudian dipanaskan
pada 60 100 C pada tempat tertutup selama 2 hari menghasilkan
zeolit terkondensasi.
Nisbah Si/Al dalam kerangka zeolit dapat divariasi, di mana
nisbah Si/Al yang berbeda akan menghasilkan zeolit dengan karakter
berbeda walau jenis zeolitnya sama. Nisbah Si/Al dapat divariasi
melalui proses dealuminasi menggunakan asam-sam mineral (HCl,
HNO3, H2SO4) dan proses hidrotermal. Sebagai contoh, zeolit A
memiliki nisbah Si/Al = 1 (nisbah paling kecil yang dimiliki zeolit),
nisbah Si/Al Zeolit X = 1 2, nisbah Si/Al zeolit Y = 1,5 3. Zeolit
ZSM-5 dari Mobil Oil Company memiliki nisbah Si/Al = 20 tak
berhingga. Nisbah Si/Al yang bervariasi juga mempengaruhi
selektivitas zeolit sebagai katalis. ZSM-5 adalah zeolit yang
digunakan sebagai katalis yang selektif pada proses konversi methanol
to gasoline
(MTG).

7
3. Cadangan Zeolit Alam Indonesia
Zeolit alam terdapat di daerah gunung berapi, tepi sungai, laut
dan danau berupa sedimen mineral alam, biasanya terdapat dalam
jumlah besar dalam skala Megaton. Deposit zeolit alam di seluruh
dunia terdapat di USA, Jepang, Cuba, Uni Soviet, Italia,
Cekoslowaskia, Hungaria, Bulgaria, Afrika Selatan, Yugoslavia,
Meksiko, dan Korea, dengan kandungan zeolit berkisar antara 60
90%. Di Indonesia, zeolit alam terdapat di berbagai pulau, tersebar di
Jawa, N.T.T, Irian, Sumatra, Sulawesi, dan Kalimantan dengan deposit
berlimpah. Deposit zeolit paling banyak terdapat di Pulau Jawa. Jawa
Tengah: Wonosari, Klaten. Jawa Barat: Bogor, Tasikmalaya,
Sukabumi. Jawa Timur: Bayah. Deposit zeolit alam di Jawa Barat
menempati posisi tertinggi, yaitu sekitar 400 juta ton (Distamben Jawa
Barat dan DIM, 2001 dan 2002). Kandungan utama zeolit alam
Indonesia adalah mineral Mordenit dan Klinoptilolit. Penulis telah
melakukan analisis kandungan zeolit alam Indonesia dari Jawa Barat,
Jawa Timur, dan Jawa Tengah, mayoritas zeolit alam tersebut tersusun
dari mordenit sekitar 60 70%, sisanya adalah klinoptilolit kristal dan
kwarsa amorpus (Trisunaryanti, dkk.,1996 dan Trisunaryanti, dkk.,
2008).
Sumber zeolit alam yang tersebar di berbagai daerah di Jawa
Barat, seperti Bogor, Ciamis, Tasikmalaya dan Sukabumi merupakan
daerah penghasil zeolit terbesar dengan kandungan Mordenit tinggi.
Di Sukabumi cadangan zeolit mencapai 159.435.000 ton dikelola oleh
PT. Wonder Zeolit dan PT. Batu Multi Mineral Zeolit, Tasikmalaya
sekitar 50 juta ton dikelola oleh PD. Agribisnis dan Pertambangan
Jawa Barat (Distamben Jawa Barat, 2001). PT. Prima Zeolita adalah
salah satu perusahaan pengolahan zeolit alam yang pernah sempat
berdiri di Yogyakarta, didirikan oleh Prof. Dr. Bambang Setiaji beserta
rekan bisnisnya, sayangnya sekarang pabrik tersebut sudah tidak
terdengar lagi. Mengingat potensi zeolit alam yang berlimpah di
Indonesia, tidaklah berlebihan jika saya sangat berharap ada investor
baru yang bersedia berinvestasi mendirikan industri zeolit di
Indonesia.

8
Untuk dapat digunakan sebagai absorben dan katalis yang
aktivitasnya tinggi, maka zeolit alam harus dimurnikan dari pengotor-
pengotor amorpus (kuarsa) dan bebatuan lainnya. Pemurnian zeolit
alam dari pengotor-pengotornya merupakan tantangan dan problem
yang harus dipecahkan oleh para peneliti.
Sejenak secara singkat saya akan memberikan gambaran
manfaat zeolit dalam kehidupan.
4. Manfaat Zeolit
4.1 Agen Pendehidrasi
Zeolit yang dipanaskan akan melepaskan molekul air. Zeolit ini
dapat digunakan lagi sebagai penyerap air di sekitarnya, untuk
mengurangi kelembaban. Berguna sebagai absorben industri
penyimpanan bahan makanan, pakaian, kulit, dan lain-lain. Bahkan
sebagai bahan bangunan pelapis dinding rumah, zeolit akan
mengurangi kelembaban ruang di sekitarnya di musim hujan dengan
kemampuan absorbsi molekul air dan memberikan kesejukan di
musim kemarau dengan cara melepaskan kembali molekul air yang
diserap dan disimpan di dalam kanal-kanal zeolit.
4.2 Penukar ion (ion exchanger)
Seperti yang telah diungkapakan sebelumnya, bahwa untuk
menetralkan muatan listrik zeolit sebagai akibat penggantian atom Si
oleh Al, maka dibutuhkan kation-kation penetral. Kation-kation dalam
zeolit dapat dipertukarkan dengan kation lainnya di alam. Contoh:
zeolit A digunakan sebagai pelembut air di mana setiap 2 buah kation
Na+ diganti oleh sebuah kation Ca2+. Klinoptilolit merupakan salah
satu jenis zeolit yang digunakan untuk menyerap unsur radioaktif
berbahaya Cs137 ditukar dengan kation Na+. Zeolit juga digunakan
untuk membersihkan lingkungan dari logam-logam berat dan limbah
radioaktif berbahaya pada kasus kebocoran nuklir di Chernobyl dan
Pulau Three-Miles (Hamdan, 1992). Unsur-unsur radioaktif yang telah
terserap oleh zeolit akan terikat secara kimia dan terperangkap dalam
9
kanal-kanal zeolit sehingga tidak terelusi oleh pengaruh alamiah
seperti terpaan air hujan dan banjir.
4.3 Penyerap bau
Pemanfaatan zeolit sebagai penyerap bau kotoran ternak pada
peternakan ayam negeri dan sapi telah berhasil menghilangkan bau
yang menyengat menjadi tidak berbau telah dicoba di peternakan
ayam dan sapi perah milik Prof. Dr. Bambang Setiaji. Bau tak sedap
merupakan pelepasan molekul-molekul dalam fasa gas dari kotoran
unggas dan sapi dapat diperangkap dalam kanal-kanal zeolit dengan
ukuran pori yang sesuai (biasanya digunakan zeolit dengan ukuran
pori kecil).
4.4 Penyerap molekul polutan
Zeolit dengan kerangka struktur tiga dimensinya di mana
terdapat pori, kaviti dan kanal yang panjang dan berkelok, mampu
menjerap molekul kecil maupun besar (sesuai dengan ukuran pori
zeolit) seperti molekul gas SOx, NOx, dan fenol yang merupakan
polutan yang berbahaya bagi kesehatan dan lingkungan..
4.5 Pengatur sistem pemupukan tanaman
Tanaman di tanah yang diberi pupuk saja biasanya tidak efektif
dan tidak mampu bertahan lama karena akan hilang jika disiram air.
Dengan penggunaan zeolit, maka zeolit akan menampung pupuk
dalam rongga-rongga kanalnya, melepasnya untuk tanaman secara
bertahap, sehingga lebih efektif dan efisien, serta tidak mudah larut
oleh air.
4.6 Katalis
Zeolit digunakan sebagai katalis asam pada industri petrokimia
dan petroleum karena memiliki situs asam Bronsted dan Lewis. Situs
asam Bronsted adalah situs yang dapat melepaskan H+ dan situs asam
10
Lewis adalah situs yang dapat menerima pasangan elektron. Situs
asam Bronsted dapat dikonversi menjadi situs asam Lewis melalui
pemanasan sampai temperatur di atas 500 C, sambil melepaskan
molekul air. Untuk mendapatkan situs Bronsted maka kation-kation
logam alamiah dalam zeolit ditukar dengan dengan NH +
4 , kemudian
dipanaskan dalam oven untuk menghilangkan NH3, terbentuklah H-
zeolit yang siap digunakan sebagai katalis. Modifikasi dapat dilakukan
terhadap zeolit untuk mendapatkan katalis yang selektivitas dan
aktivitasnya tinggi. Modifikasi dapat dilakukan dengan berbagai cara,
misalnya perlakuan asam-asam mineral, hidrdotermal, pengembanan
logam-logam transisi sebanyak satu, dua, atau lebih.
Di dunia industri pertroleum, peranan zeolit sebagai katalis
sangatlah penting. Hampir semua proses upgrading, maupun refinery
menggunakan zeolit sintetis sebagai katalis. Bayangkan saja, tanpa
katalis suatu reaksi dapat berlangsung 1.000.000 kali lebih lambat
dalam menghasilkan produk, dibandingkan jika suatu reaksi
menggunakan katalis. PT. Pertamina dengan Blok Balongan saja
membutuhkan katalis sebanyak 5.000 ton per tahun. Kebutuhan katalis
disuplai dengan cara import dari luar negeri seperti China dan Jepang
dengan biaya sebesar 500 juta dolar USA per tahun (Triyono, 2009).
Salah satu pabrik katalis yang ada di Indonesia ialah pabrik di
kawasan industri Kujang Cikampek dengan kapasitas produksi 1.100
ton/tahun. Sayangnya, pabrik katalis ini sudah tidak beroperasi lagi
saat ini. Para peneliti dari berbagai lembaga riset Indonesia maupun
Perguruan Tinggi saat ini telah menghasilkan inovasi katalis yang
bernilai ekonomi. Penemuan tersebut antara lain adalah
pengembangan jenis katalis untuk hidrogenasi minyak sawit bagi
industri oleokimia, mengembangkan teknologi katalis untuk mengolah
aspalten menjadi bahan bakar, dan beberapa paten di bidang teknologi
katalis telah pula dihasilkan dan sedang menunggu tahap
komersialisasi.
Sementara itu di bidang pelestarian lingkungan, zeolit telah
banyak diteliti untuk digunakan sebagai absorben logam-logam berat
(Hg, V, Pb), zat warna (limbah textil), dan limbah beracun buangan
dari berbagai macam industri. Kenyataan ini sangat menggugah nurani
saya untuk meneliti zeolit alam secara lebih mendalam dan
memodifikasinya, sehingga kualitas zeolit alam Indonesia dapat
11
ditingkatkan, untuk dimanfaatkan sebagai material absorben yang
mampu mengatasi pencemaran lingkungan dan material katalis dan
pendukung katalis untuk proses-proses industri penghasil bahan bakar.
Zeolit sintetis memang unggul karena stabilitas termal dan
kemurniannya yang tinggi, tetapi harganya sangat mahal. Zeolit
sintetis memang dapat disintesis sendiri dalam skala industri
(walaupun belum ada industri zeolit di Indonesia), tetapi pengadaan
sumber silika dan alumina sintetis juga membutuhkan biaya yang
tinggi. Banyak penelitian untuk membuat zeolit sintetis dari bahan
silika dan alumina alam seperti dari abu layang sebagai sumber silica
(Sutarno, dkk., 2005) untuk memenuhi kebutuhan zeolit di masa
depan. Untuk lebih meningkatkan kualitas dan daya guna zeolit dan
zeolit alam, kami telah melakukan penelitian-penelitian intensif terkait
zeolit untuk absorben dan katalis. Berbasis zeolit alam dan sintetis,
tim peneliti kami telah melakukan serangkaian penelitian peningkatan
kualitas zeolit alam Indonesia untuk katalis. Beberapa capaian
penelitian tersebut dipaparkan berikut ini.
5. Beberapa Capaian Penelitian
5.1 Pemurnian, aktivasi dan modifikasi zeolit alam
Penelitian terhadap karakter zeolit alam Indonesia yang berasal
dari Bayah dan Cipatuja, Jawa Barat, telah kami lakukan sejak tahun
1986, dimulai pada saat penelitian tugas akhir untuk meraih gelar
Sarjana Kimia Fakultas MIPA UGM. Zeolit alam diaktivasi dengan
HF dan HCl, kemudian diuji pengaruh temperatur kalsinasi terhadap
karakter keasaman zeolit alam. Uji keasaman dilakukan dengan
adsorbsi uap basa amonia, piridin dan n-butilamin dianalisis dengan
metode gravimetri dan infra red (IR) spektrofotometri. Hasil
penelitian awal ini menunjukkan bahwa basa amonia merupakan basa
yang paling baik digunakan untuk penentuan jumlah situs asam total
zeolit karena paling banyak teradsorbsi oleh zeolit. Hal ini disebabkan
amonia merupakan basa terkuat diantara ketiga basa yang digunakan,
dan karena ukuran molekulnya paling kecil sehingga memiliki efek
sterik paling kecil ketika memasuki pori dan kanal zeolit
(Trisunaryanti, 1987). Penelitian ini memberikan informasi yang
12
sangat penting, yaitu bahwa ukuran molekul yang dapat terabsorbsi
sampai ke dalam kanal zeolit sangat tergantung dari kesesuaian ukuran
pori zeolit dengan molekul yang akan diabsorbsi. Fenomena ukuran
pori zeolit melahirkan ide penelitian selanjutnya (untuk meraih gelar
Magister Sains Kimia, FMIPA UGM), yaitu Preparasi, karakterisasi
dan modifikasi zeolit alam untuk absorbsi zat warna -karoten dari
CPO (crude palm oil). Zeolit alam terlebih dahulu diaktivasi dengan
H2SO4, atau HF pada variasi konsentrasi dan temperatur kalsinasi
zeolit secara paralel. Karakter zeolit alam akibat perlakuan asam-asam
tersebut yang diamati adalah kadar air, nisbah Si/Al, Kristalinitas, luas
permukaan spesifik, fenomena permukaan dengan SEM, dan
keasaman. Sampel zeolit hasil modifikasi tersebut digunakan sebagai
pemucat (absorben -karoten) CPO. Di sini kembali zeolit alam hasil
modifikasi berhasil menampilakn kemampuannya dalam
mengadsorbsi -karoten sampai 89% (Trisunaryanti, 1991). Tidak
puas sampai di sini, mengingat keterbatasan instrumentasi untuk
karakterisasi zeolit di Indonesia, maka penulis membawa ke dua jenis
zeolit alam dari Bayah dan Cipatujah ke Department of Applied
Chemistry, Faculty of Engineering, Osaka University, Japan
, untuk
diteliti lebih insentif (untuk meraih gelar Philosophy of Doctor in
Engineering). Hasil penelitian terpenting yang diperoleh adalah, kedua
zeolit alam tersebut terdiri dari mineral kristal Mordenit (70 – 75%)
diikuti dengan mineral kristal klinoptilolit dan amorphus kwarsa.
Perlakuan HCl optimum pada konsentrasi 6 M, waktu refluks 30
menit menghasilkan penghilangan pengotor dalam zeolit alam
tertinggi tanpa merusak kristilinitas mordenit. Perlakuan zeolit alam
dengan HCl 6 M untuk waktu 20 jam menyebabkan terjadinya
keruskan struktur kristal zeolit. (Trisunaryanti, et al., 1996). Efek
dealuminasi dengan peningkatan karakter keasaman zeolit juga
tampak di sini seperti hasil penelitian Sawa (Sawa et al., 1990). Sawa
menunjukkan hubungan antara nisbah Si/Al framework dengan
kandungan Al framework dan jumlah situs asam zeolit. Di sini
digambarkan empat model kebolehjadian posisi Al di dalam mordenit.
Keberadaan Al framework yang berpasangan dalam cincin-4, bersifat
tidak asam (non-acidic) dari tinjauan kuantitatip maupun kualitatip.
Nisbah Si/Al zeolit alam Cipatuja dan Bayah sebelum diberi
perlakuan HCl masing-masing sebesar 4 dan 3, setelah diberi
13
perlakuan HCl, nisbah Si/Al zeolit Cipatuja dan Bayah berturut-turut
adalah 11 dan 9. Aluminum pada kerangka zeolit merupakan pusat
situs asam Bronsted maupun Lewis. Hasil penelitian Sawa dan grup
risetnya membuktikan bahwa semakin tinggi kandungan aluminum
pada kerangka zeolit akan menurunkan jumlah situs asam zeolit
karena aluminum yang terlalu berlebihan menyebabkan jaraknya
saling berdekatan sehingga terjadi interaksi elektronik yang
melemahkan kekuatan asam sampai menghilangkan situs asam zeolit.
Analisis kandungan Si/Al dan Al dalam kerangka (framework) zeolit
merupakan karakter yang penting karena Si/Al di dalam kerangka
zeolit merupakan salah satu penentu aktivitas zeolit sebagai katalis.
Hasil penelitian penulis maupun Sawa terhadap Si/Al framework
menggunakan instrumentasi 27Al dan 29Si MAS NMR menunjukkan
keberadaan Al tetrahedral (dominan, 90%) dan octahedral (10 %).
Untuk Si framework, ditemukan Si mayoritas berada dalam
lingkungan Si(0Al), Si(1Al) dan Si(2Al).
Berdasarkan hasil penelitian ini, maka perlakuan dealuminasi
pada zeolit merupakan hal penting yang harus dilakukan untuk
meningkatkan nisbah Si/Al kerangka zeolit sehingga kekuatan dan
jumlah situs asam zeolit sebagai katalis meningkat. Batasan nisbah
Si/Al yang tepat tergantung dari kondisi reaksi dan proses apa yang
akan dilakukan dan produk apa yang diinginkan, dengan
menggunakan katalis berbasis zeolit. Sebagai gambaran, nisbah Si/Al
terendah di dalam zeolit adalah 1 (terdapat pada zeolit A). Zeolit ini
memiliki aktifitas yang rendah sebagai katalis. Untuk meningkatkan
aktivitas katalitiknya, maka perlu dilakukan proses dealuminasi.
Nisbah Si/Al minimum zeolit untuk dapat digunakan sebagai katalis
perengkahan (cracking), harus di atas 3.
Selanjutnya, modifikasi zeolit alam aktif dari Cipatuja dan
Bayah, dilakukan dengan pengembanan logam Ni dengan metode ion-
exchange
menggunakan larutan garam precursor Ni(NO3)2 (logam Ni
1%). Uji aktivitas katalitik hydrocracking n-heksadekane dilakukan
dalam reaktor stainless steel sistem batch. Hasil penelitian
menunjukkan aktifitas katalitik yang tinggi dalam proses perengkahan
n-heksadekana sebagai model minyak bumi menjadi fraksi gas (C1
C4) dengan konversi total 71% untuk katalis Ni berbasis zeolit alam
14
Cipatuja. Hasil penelitian yang menakjubkan ini, semakin memicu
semagat penulis untuk terus mengembangkan teknologi aktivasi dan
modifikasi zeolit alam Indonesia untuk kepentingan bangsa dan
negara.
Berbekal hasil penelitian dari Jepang, maka semangat
mengembangkan penelitian terhadap zeolit alam untuk dimanfaatkan
sebagai katalis, semakin bergelora. Terlebih didukung dengan
banyaknya tawaran dana penelitian dari pemerintah Indonesia, DIKTI
dan MENRISTEK; dana dari TORAY Foundation, URGE Batch IV,
LPPM UGM, dan dana dari FMIPA UGM. Alhamdulillah
sekembalinya penulis ke tanah air tahun 1997 sampai sekarang,
hampir semua tawaran dana riset dari lembaga yang tersebut di atas
dapat penulis menangkan, walaupun melalui kompetisi yang sangat
ketat. Dana penelitian tersebut digunakan untuk riset modifikasi zeolit
alam sebagai katalis untuk konversi limbah plastik, ban bekas, dan
pelumas bekas menjadi fraksi bensin dan diesel; konversi aspalten dari
aspal Buton menjadi fraksi LPG, bensin, dan diesel; proses
esterifikasi-transesterifikasi minyak jelantah menjadi biodiesel, dan
konversi limbah minyak fusel dan bioetanol (sedang diteliti) menjadi
hidrogen sebagai bahan bakar Fuel Cell. Beberapa hasil penelitian
terhadap zeolit alam Indonesia untuk diaplikasikan sebagai katalis,
diuraikan berikut ini.
5.2 Zeolit alam termodifikasi untuk katalis
Selain zeolit alam Bayah dan Cipatujah, peningkatan kualitas
zeolit alam untuk katalis selanjutnya dilakukan terhadap zeolit alam
Wonosari, Yogyakarta dan Klaten yang mayoritas mengandung kristal
Mordenit (Trisunaryanti, dkk., 2007).
Katalis logam Cr, Ni, Mo, Pd diembankan pada zeolit alam aktif
(ZAA) digunakan pada proses perengkahan katalitik sampah plastik
dari bekas kemasan air mineral menjadi fraksi bensin menunjukkan
konversi fraksi bensin hingga 74% dengan katalis NiPd/ZAA,
konversi bensin 70% dengan katalis NiMo/ZAA (Trisunaryanti, dkk.,
2005a dan 2005b), dan konversi bensin 68% dengan katalis Cr/ZAA
(Trisunaryanti, dkk., 2000; Trisunaryanti dan Sudiono, 2002).
15
Katalis ini selanjutnya dikembangkan dengan pengembanan
katalis logam Ni dengan promotornya Mo pada ZAA dengan adisi
pengemban Nb2O5. Hasil penelitian menunjukkan adanya peningkatan
konversi fraksi bensin. Penambahan Nb2O5 ternyata meningkatkan
keasaman katalis seperti yang dikemukakan oleh peneliti-peneliti
lainnya (Datka, et al., 1992; Geantet, et al., 1996; Weissman, 1996),
sehingga hal ini menjadi dasar ide penelitian selanjutnya untuk
modifikasi katalis.
Katalis NiMo atau CoMo, ZnO, Fe2O3 yang diembankan pada
ZAA dengan/tanpa adisi Nb2O5 dipreparasi untuk proses recycling
pelumas bekas menjadi fraksi bensin. Hasil penelitian sungguh
menakjubkan, karena fraksi hidrokarbon berat (C30 ke atas) pada
pelumas bekas semuanya terengkah menjadi fraksi bensin dan diesel
(Trisunaryanti, dkk., 2008a). Sementara hasil yang pernah dicapai oleh
peneliti lain (Bhaskar, et al., 2004) hanya mampu menurunkan sedikit
puncak fraksi hidrokarbon C20 menjadi hidrokarbon di bawah C20,
sementara fraksi C30 masih tetap ada.
Katalis NiMo atau CoMo dalam bentuk oksida yang
diembankan pada ZnO-ZAA telah dan sedang diteliti untuk konversi
etanol, isoamil alcohol, limbah minyak fusel dan bioetanol menjadi
gas hidrogen untuk bahan bakar Fuel Cell. Hasil konversi dengan
model alkohol berupa etanol dan isoamil alkohol menunjukkan
kemampuan katalis berbasis zeolit alam Indonesia untuk
memproduksi gas hidrogen mencapai 95% dalam reaktor sistem batch
(Trisunaryanti, dkk., 2008b).
Penelitian terhadap modifikasi katalis NiMo atau NiPd
diembankan pada alumina dan zeolit-Y untuk hydrocrcking atau
hydrotreatment
fraksi aspalten dari aspal alam Buton menjadi fraksi
bahan bakar gas (LPG) dan cair (bensin dan diesel) telah diteliti dan
telah didaftarkan untuk perolehan Paten.
Karakter zeolit sebagai katalis maupun pengemban katalis
sangat mempengaruhi aktivitas dan selektivitasnya di dalam
mengkonversi suatu bahan alam, sintetis murni maupun limbah
menjadi bahan bakar. Karakter-karakter tersebut antara lain adalah
keasaman (jumlah dan kekuatan), luas permukaan spesifik, volume
16
dan rerata jejari pori, kristalinitas, dan homogenitas sebaran logam
pada permukaan zeolit. Tidak ada angka yang dapat disebutkan untuk
masing-masing karakter tersebut harus berapa, semua tergantung dari
kondisi reaksi, tujuan penelitian, dan target produk. Upaya dan
tantangan yang harus dilakukan peneliti adalah menghasilkan kondisi
reaksi dan karakter katalis yang paling tepat/sesuai untuk mencapai
tujuan dan target produk. Yang jelas, peneliti berupaya meningkatkan
karakter katalis di atas nilai minimal. Hal ini dapat dipelajari dari
berbagai hasil penelitian terdahulu untuk berbagai jenis reaksi.
Beberapa katalis berbasis zeolit alam aktif yang telah kami
preparasi, karakterisasi dan uji aktivitasnya ini, telah kami patenkan,
dan kami selaku inventor telah menyerahkan kepemilikannya kepada
UGM, agar dapat dimanfaatkan untuk kepentingan bangsa dan negara.
Mengingat potensi zeolit alam Indonesia yang demikian prospektif,
maka kami berharap adanya investor yang bersedia berinvestasi untuk
mendongkrak industri katalis berbasis zeolit alam di Indonesia.
Harapan yang tidak terlalu muluk adalah menjadikan zeolit alam
Indonesia sebagai material masa depan yang memiliki nilai ekonomis
tinggi, dapat dimanfaatkan sebagai absorben untuk pelestarian
lingkungan dan katalis yang dapat mengkonversi bahan limbah dan
bahan alam menjadi sumber bahan bakar.


17
DAFTAR PUSTAKA


Bhaskar, T., Uddin, M.A., Muto, A., Sakata, Y., Omura Y., Kimura, K.,
and Kawakami, Y., 2004, Recycling of waste lubricant oil into
chemical feedstock or fuel oil over supported iron oxide
Catalysts, FUEL, 83, 9 -15.
Datka, J., Turek, A.M., Jehng, J.M., and Wachs, I.E., 1991, Acidic
Properties of Supported Niobium Oxide Catalysts: An Infrared
Spectroscopy Investigation, Journal of Catalysis, 135, 186
199.
Dyer, A., 1988, An Introduction to Zeolite Molecular Sieves, John
Wiley & Sons, New York.
Distamben Jawa Barat, 2002, Sebaran Zeolit Di Jawa Barat, Data
Statistik.
Geantet, C., Afonso, J., Breysse, M., Allali, N., and Danot, M., 1996,
Niobium sulfides as catalysts for hydrotreating reaction,
Catalysis Today, 28, 23 -30.
Hamdan, H., 1992, Introduction to Zeolites: Synthesis,
Characterization, and Modification, Universiti Malaysia,
Malaysia, 35-50.
Mudasir, 2009, Memahami Interaksi Senyawa Kompleks Dengan
DNA: langkah Maju Mencari Senyawa kandidat Antikanker,
Pidato Pengukuhan Guru Besar UGM.
Sawa, M., Niwa, M., and Murakami, Y., 1990, Relationship Between
Acid Amount and Framwork Aluminum Content in Mordenite,
ZEOLITES, 10, 532-538.
Sutarno and Arryanto, Y., 2005, Phase Transformation in the
Formation of Faujasite from Fly Ash, Indonesian Journal of
Chemistry, 5, 3, 40-48.
Trisunaryanti, W., 1986, Penentuan Keasaman Padatan dan Pengaruh
Temperatur Kalsinasi, Skripsi S1, FMIPA, UGM.
Trisunaryanti, W., 1991, Modifikasi, Karakterisasi, dan Pemanfaatan
Zeolit Alam, Tesis S2, FMIPA, UGM.
Trisunaryanti, W., Shiba, R., Miura, M., Nomura, M., Nishiyama, N.,
and Matsukata, M., 1996, Characterization and odification of
Indonesian Natural Zeolites and Their Propoerties for
18
Hydrocracking of Paraffin, Jurnal of The Japan Petroleum
Institute
, 39, 1, 20-25.
Trisunaryanti, W., Sudiono, S., dan Triyono, 2000, Preparasi,
Karakterisasi dan Penggunaan Katalis Cr/zeolit alam Untuk
Perengkahan Fraksi Sampah Plastik Menjadi Fraksi Bensin,
Jurnal Nusantara Kimia, 8, 10-17.
Trisunaryanti, W. dan Sudiono, S., 2002, Optimation of time and
catalyst/feed ratio in catalytic cracking of wste plastics to
gasoline fraction using Cr/natural zeolite catalyst, Indonesian
Journal of Chemistry, 2, 1, 26-34.
Trisunaryanti, W., Triwahyuni, E., dan Sudiono, S., 2005a,
Preparation, Characterizations And Modification of Ni-
Pd/Natural Zeolite Catalysts, Indonesian Journal of Chemistry,
5
, 1, 48 53.
Trisunaryanti, W., Triwahyuni, E., dan Sudiono, S., 2005b, Preparasi,
modifikasi dan karakterisasi katalis Ni-Mo/zeolit alam dan Mo-
Ni/zeolit alam, TEKNOIN, 10, 4, 269-282
Trisunaryanti, W., Purwono, S., dan Hastanti, 2007, Preparasi dan
karakterisasi Katalis Fe2O3 yang Diembankan Pada Zeolit Alam
Teraktivasi HCl atau Na2EDTA, Konggres dan Simposium
Nasional Ke dua MKICS 2007 di Semarang.
Trisunaryanti, W., Purwono, S., and Putranto, A., 2008a, Catalytic
hydrocracking of waste lubricant oil into liquid fuel fraction
using ZnO, Nb2O5, activated natural zeolite and their
modification, Indonesian Journal of Chemistry, 8, 3, 342-347.
Trisunaryanti, W., Triyono, Anjarsari, S. dan Purwono, S., 2008b,
Preparasi, karakterisasi, dan Uji Aktivitas Katalis CoO-
MoO/ZnO-ZAA Untuk Steam Reforming Isoamil Alkohol, J.
Sains MIPA, 14,
3,150 156.
Triyono, 2009, Kebutuhan katalis Proses Refinery pada Kilang
Minyak PT. Pertamina, diskusi langsung.
Weissman, J.G., 1996, Niobia-alumina supported hydroprocessing
catalysts: relationship between activity and support surface
acidity, Catalysis Today, 28, 159-166.

Leave a Reply