Pendahuluan
Zeolit merupakan mineral istimewa, karena struktur kristalnya sangat unik
yaitu mudah diatur, sehingga sifat zeolit dapat dimodifikasi sesuai dengan
keperluan pemakai. Karena keistimewaan itu, maka zeolit dapat digunakan dalam
berbagai bidang kegiatan yang luas.
Istilah zeolit berasal dari kata “zein” (bahasa yunani) yang berarti membuih dan “lithos” berarti batu. Nama ini sesuai dengan sifat
zeolit yang akan membuih bila dipanaskan pada 1000C.
Zeolit merupakan mineral yang terdiri dari Kristal aluminosilikat
terhidrasi yang mengandung kation alkali atau alkali tanah dalam kerangka tiga
dimensinya. Ion-ion logam tersebut dapat diganti oleh kation lain tanpa merusak
struktur zeolit dan dapat menyerap air secara reversibel.
Kerangka dasar struktur zeolit terdiri dari unit-unit tetrahedral ALO4
dan SiO4 yang saling berhubungan melalui atom O dan di dalam
struktur tersebut Si4+ dapat diganti dengan AL3+,
sehingga rumus empiris zeolit menjadi:
M2nO. Al2O3. x SiO2. y H2O
M = kation
alkali atau alkali tanah
n = valensi
logam alkali
x =
bilangan tertentu (2 s/d 10)
y =
bilangan tertentu (2 s/d 7)
Jadi zeolit terdiri dari 3 komponen yaitu: kation yang dipertukarkan;
kerangka aluminosilikat; dan fase air. Ikatan ion Al-si-O membentuk struktur
Kristal, sedangkan logam alkali merupakan sumber kation yang mudah
dipertukarkan.
Sifat-sifat
Zeolit mempunyai struktur berongga dan biasanya rongga itu diisi oleh air
dan kation yang bias dpertukarkan dan memiliki ukuran pori yang tertentu. Oleh
sebab itu dapat dimanfaatkan sebagai: penyaring molekuler, penukar ion,
penyerap bahan dan katalisator.
Sifat zeolit
meliputi:
a.
Dehidrasi
Sifat dehidrasi dari zeolit akan berpengaruh terhadap
sifat adsorpsinya. Zeolit dapat melepaskan molekul air dari dalam rongga
permukaan yang menyebabkan medan listrik meluas ke dalam rongga utama dan akan
efektif terinteraksi dengan molekul yang akan diadsorpsi. Jumlah molekul air
sesuai dengan jumlah pori-pori atau volume ruang hampa yang akan terbentuk bila
unit sel kristal zeolit tersebut dipanaskan.
b.
Adsorpsi
Dalam keadaan normal, ruang hampa dalam kristal zeolit
terisi oleh molekul air bebas yang berada di sekitar kation. Bila kristal
zeolit dipanaskan pada suhu 3000C-4000C maka air tersebut
akan keluar sehingga zeolit dapat berfungsi sebagai penyerap gas atau cairan.
Beberapa beberapa jenis mineral zeolit mampu menyerap gas sebanyak 30% dari
beratnya dalam keadaan kering.
Selain mampu menyerap gas atau zat, zeolit juga mampu
memisahkan molekul zat berdasarkan ukuran dan kepolarannya. Meskipun ada dua
molekul atau lebih yang dapat melintas, hanya sebuah saja yang dapat lolos
karena adanya pengaruh kutub antara molekul zeolit dengan zat tersebut. Molekul yang tidak jenuh atau mempunyai kutub
akan lebih mudah lolos dari pada yang tidak terkutub atau yang jenuh.
Selektivitas adsorpsi zeolit terhadap ukuran molekul
tertentu dapat disesuaikan dengan jalan: penukar
kation; dekationisasi; dealuminasi secara hidrotermal; dan pengubahan perbandingan kadar Si dan Al.
Sebagai contoh: modernit sintetik yang telah
didealuminasi secara asam dapat menaikkan perbandingan SiO2/Al2O3
menjadi kurang dari 100, yang berakibat daya adsorpsi terhadap air turun
drastis dan zeolit akan bersifat hidropobik.
c. Penukar ion
Ion-ion rongga atau
kerangka elektrolit berguna untuk menjaga kenetralan zeolit. Ion-ion ini dapat
bergerak bebas sehingga pertukaran ion yang terjadi tergantung dari ukuran dan
muatan maupun jenis zeolitnya.
Sifat sebagai penukar ion
dari zeolit antara lain tergantung dari: sifat
kation, suhu, dan jenis anion. Penukaran kation dapat menyebabkan perubahan
beberapa sifat zeolit seperti stabilitas terhadap panas, sifat adsorpsi dan
aktivitas katalitis.
d. Katalis
Ciri paling khusus dari
zeolit yang secara praktis akan menentukan sifat khusus mineral ini adalah
adanya ruang kosong yang akan membentuk saluran di dalam strukturnya. Bila
zeolit digunakan pada proses penyerapan atau katalitis maka akan terjadi difusi
molekul ke dalam ruang bebas di antara kristal. Dengan demikian dimensi serta
lokasi saluran sangat penting. Reaksi kimia juga terjadi di permukaan saluran
tersebut.
Tabel 1. Data dasar
struktur zeolit
Jenis zeolit (IUPAC code)
|
Simetri
|
Unit dalam bangunan sekunder
|
Simetri saluran pada zeolit hidrat
|
dimensi
|
Jumlah tertahedral
|
arah
|
Lubang bebas, nm
|
ANA
|
Kubus
|
4 atau 6
|
1
|
6
|
[111]
|
0,26
|
CHA
|
Rombohedral/
triklinis
|
6-6 atau 4
|
3
|
8
|
[0001]
|
0,36x0,37
|
ERI
|
Heksagonal
|
6 atau 4
|
3
|
8
|
[0001]
|
0,35x0,52
|
FAU
|
Kubus
|
6-6 atau 2
|
3
|
12
|
(111)
|
0,74
|
FER
|
Ortorombis
|
5-1
|
2
|
10
|
[001]
|
0,43x0,55
|
GME
|
Heksagonal
|
6-6 atau 4
|
3
|
12
|
[0001]
|
0,70
|
HEU
|
Monoklinis
|
4-4-1
|
2
|
10
|
[001]
|
0,44x0,72
|
LAU
|
Monoklinis
|
4
|
1
|
10
|
[100]
|
0,40x0,56
|
MOR
|
Ortorombis
|
5-1
|
2
|
12
|
[001]
|
0,67x0,70
|
NAT
|
Ortorombis
|
4-1
|
3
|
8
|
(101)
|
0,26x0,39
|
PHI
|
Monoklinis
|
4
|
3
|
8
|
[100]
|
0,42x0,44
|
Keterangan:
ANA= analkin; CHA= kabasit; ERI= erionit; FAU=
faujasit; FER= ferrit; GME= gmelinit; HEU= heulandit; LAU= laumonit; MOR=
mordenit; NAT= natrolit; PHI= filipsit
Sumber: Tsitsishvili, G. V. et al. Natural
Zeolites. England: ellis Horwood Limited, 1992. P. 4-6 (table 1.1) and p. 8-9
(1.2)
Zeolit merupakan
katalisator yang baik karena mempunyai pori-pori yang besar dengan permukaan
yang maksimum.
Berdasarkan data
kristalografi, dimensi saluran serta jumlah tetrahedral di dalam cincin
disajikan dalam tabel 1, tetapi yang dicantumkan hanya saluran utama saja tidak
termasuk saluran yang tidak dapat dilewati. Sistem tersebut juga hanya berlaku
untuk spesimen terhidrat, karena saluran akan berubah bila zeolit didehidrasi.
Sistem saluran ada 3 macam
yaitu satu, dua dan tiga dimensi. Pada saluran 3 dimensi, molekul yang
berdifusi dapat bergerak ke semua arah atau semua sisi kristal. Saluran 2
dimensi memberikan kemungkinan molekul berdifusi ke dua arah atau dalam satu
bidang datar, sedangkan pada saluran 1 dimensi molekul hanya dapat bergerak ke
satu arah saja.
Saluran ini akan berulang
tergantung dari sistem simetri kristal.
e. Penyaring/pemisah
Meskipun banyak media
berpori yang dapat digunakan sebagai penyerap atau pemisah campuran uap atau
cairan, tetapi distribusi diameter dari pori-pori media tersebut tidak cukup
selektif seperti halnya penyaring molekul (zeolit) yang mampu memisahkan
bedasarkan perbedaan ukuran, bentuk, dan polaritas dari molekul yang disaring. Contohnya:
pori-pori dari zeolit A berbentuk sirkuler, dapat memisahkan n-parafin dari
campuran hidrokarbon. Pori-pori dari zeolit B berbentuk elips.
Zeolit dapat memisahkan
molekul gas atau zat lain dari suatu campuran tertentu karena mempunyai ruang
hampa yang cukup besar dengan garis tengah yang bermacam-macam (berkisar antara
2 A s/d 8 A, tergantung dari jenis zeolit). Volume dan ukuran garis tengah
ruang hampa dalam kisi-kisi kristal ini menjadi dasar kemampuan zeolit untuk
bertindak sebagai penyaring molekul. Molekul yang berukuran lebih kecil akan
melintas sedangkan yang berukuran lebih besar dari ruang hampa akan tertahan
atau ditolak. Hubungan antara ukuran garis tengah ruang hampa zeolit dengan
molekul gas/zat lain yang dapat melintas atau tertahan ditunjukkan oleh tabel
2.
Tabel 2. Hubungan antara
garis tengah ruang hampa dalam zeolit dengan molekul-molekul beberapa jenis gas
Garis tengah ruang hampa
|
Molekul gas yang dapat melintas
|
Molekul gas yang tertahan atau ditolak
|
3 A
|
H2O,
NH3, He (diameter<3 A)
|
CH4,
C02, C2H2, O2, H2S, C2H5OH
(diameter>3 A)
|
4 A
|
H2S,
CO2, C2H6, C3H6, C2H5OH,
C4H6 (diameter<4 A)
|
C3H8,
minyak kompresor (diameter >4 A)
|
5 A
|
n-Parafin,
n-Olefins, N-C2H5OH
|
Ikatan iso
dan karbon kwarto (diameter 5 A)
|
8 A
|
Iso-Parafin,
Isoolefins (diameter<8 A)
|
di-n-butylamina
(diameter >8 A)
|
10 A
|
Di-n-Butylamina
(diameter<10 A)
|
(C4F9)3N
(diameter >10 A)
|
Sumber: Breck, D. W. Zeolite molecular sieves.
New York: John Wiley & Sons. 1974. 771 pp.
Sumber Buku:
Zeolit:
tinjauan literatur / penyusun Mursi Sutarti, Minta Rachmawati. - - Jakarta:
Pusat Dokumentasi dan Informasi Ilmiah, 1994.
