3

TINJAUAN PUSTAKA

Zeolit Alam

Zeolit merupakan mineral yang ditemukan oleh ahli mineral Swedia,

Freiherr Axel Fredrick Crondstedt pada tahun 1756 di tambang tembaga Svappari,

Lappmark, Swedia. Zeolit secara harfiah berasal dari kata yunani “zein” yang

berarti mendidihkan dan “lithos” yang berarti batu atau di sebut juga batu

mendidih. Nama ini diturunkan dari sifat mineral zeolit yang berbuih ketika

dipanaskan di dalam pipa. Penemuan zeolit tersebut segera diketahui dan akhirnya

dapat diketahui bahwa zeolit merupakan unsur yang terdapat di mana-mana di

formasi batuan basalt dan traprock (Sand & Mumpton 1978).

Mineral zeolit terdapat di berbagai jenis batuan, baik umur atau pun latar

belakang kondisi geologi dan hidrologi. Secara umum tipe-tipe kejadian dapat di

bagi menjadi 6 kategori, (1) zeolit garam alkali danau, (2) zeolit garam alkali

tanah dan permukaan, (3) zeolit sedimentasi laut, (4) zeolit perkolasi air di sistem

hidrologi terbuka, (5) pengubahan hidrotermal, dan (6) metamorfosis di lapisan

dalam bumi. Zeolit garam danau alkali merupakan zeolit dengan kelimpahan yang

sangat banyak.

Zeolit merupakan mineral yang banyak terdapat di Indonesia dengan jenis

yang beragam dan sebaran keberadaan yang luas di Indonesia. Zeolit alam ini

tersebar di beberapa daerah dengan topografi berbukit-bukit di Sumatera, Jawa,

Kalimantan, sampai ke Sulawesi. Deposit zeolit di Jawa Barat dan Banten

terdapat di Kabupaten Lebak Propinsi Banten, Kabupaten Bogor, dan Kabupaten

Tasikmalaya. Zeolit di Kabupaten Lebak dapat dijumpai di daerah Kecamatan

Bayah, di daerah Rancapasung Desa Pasir Gombong. Keterdapatan zeolit di

Kabupaten Bogor terdapat di Kecamatan Nanggung khususnya daerah Desa

Nanggung. Keterdapatan zeolit di Sukabumi di daerah kecamtan Cikembar-

Cilember. Keterdapatan zeolit di daerah Tasikmalaya ada di kecamatan Cipatujah

dan kecamatan Cikalong Tasikmalaya (Eddy 2007). Contoh bongkahan zeolit

alam di lokasi penambangan dapat dilihat di Gambar 1.

4

Gambar 1 Contoh zeolit alam dari Bayah Banten.

Kelimpahan zeolit sendiri merupakan angka yang masih dalam skala

perkiraan. Ketidaktersediaan data secara komprehensif belum tersedia karena

produksi zeolit banyak yang diusahakan secara tradisional. Pemanfaatan zeolit

masih bersifat pemanfaatan dalam skala hulu artinya hanya pemanfaatan yang

bersifat produk bahan mentah atau setengah jadi. Produksi zeolit secara umum

sampai pada tahun 2003 adalah diperkirakan 60 000 ton/tahun (TEKMIRA 2009).

Jumlah perkiraan deposit zeolit di Kecamatan Bayah Lebak Banten sekitar 123

juta ton (Murpik 2010). Deposit zeolit di Cikalong Tasikmalaya Jawa Barat

sekitar 6 juta ton (Eddy 2007).

Jumlah perkiraan deposit zeolit di Kecamatan Bayah Lebak Banten sekitar

123 juta ton (Murpik 2010), sedangkan di Kecamatan Nanggung Kabupaten

Bogor sekitar 25 juta ton (PPTM 1997). Deposit zeolit di Kecamatan Cikembar

Kabupaten Sukabumi sekitar 24 juta ton. Deposit zeolit di Kecamatan Cipatujah

dan Cikalong Kabupaten Tasikmalaya masing-masing sekitar 4 dan 6 juta ton

(Eddy 2007).

Jenis-jenis zeolit alam yang ada di Indonesia secara umum merupakan zeolit

dengan jenis mordenit dan klipnoptilolit. Zeolit yang berasal dari Bayah,

Nanggung, Cipatujah dan Cikalong merupakan zeolit dengan jenis mordenit dan

klinoptilolit, sedangkan zeolit dari daerah Cikembar merupakan zeolit dengan

5

unsur dominan klinoptilolit. Jenis mineral lain juga terdapat dalam deposit zeolit

yang ada di indonesia, seperti plagioklas, kuarsa, kaolinit, montmorilonit,

kristobalit, kaolinit, mika/glass, kwarsa, dan oksida besi (PPTM 1997).

Keberagaman asal dan unsur penyusun atau campuran dari jenis-jenis zeolit

yang ada di Indonesia berpengaruh terhadap kualitas zeolit alam Indonesia.

Banyaknya unsur penyusun zeolit alam merupakan suatu kerugian dan suatu

kelebihan. Kerugian yang terjadi adalah adanya beberapa unsur yang saling

tercampur sehingga menyulitkan karakterisasi dan sifat-sifat yang muncul lebih

sulit untuk diduga. Sedangkan kelebihan yang didapatkan adalah dengan adanya

beberapa senyawa yang saling bergabung dimungkinkan terjadinya efek sinergis

sehingga tahan terhadap perubahan lingkungan zeolit tempat tersebut berada,

seperti panas dan asam atau basa.

Struktur dan Sifat Zeolit

Zeolit merupakan senyawa kimia dengan rumus umum

M2/nO.Al2O3.x(SiO2).yH2O. Senyawa ini merupakan suatu senyawa alumino-

silikat terhidrasi, dengan unsur utama unsur alkali dan alkali tanah. M adalah

unsur logam yang merupakan logam alkali atau alkali tanah, n merupakan valensi

kation yang logam, x merupakan suatu bilangan 2-10, dan y merupakan suatu

bilangan 2-7. Molekul air dapat terjerap pada struktur kristal zeolit tersebut

sehingga lazim zeolit di jumpai dengan mengandung air kristal dan disebut

dengan zeolit terhidrasi. Kandungan air dalam zeolit berkisar sekitar 1-35%.

Perbandingan antara atom Si dan Al akan menghasilkan banyak variasi zeolit.

Jumlah zeolit yang telah terdeteksi lebih dari 50 jenis (PPTM 1997).

Jenis-jenis zeolit yang umum di temukan adalah analsim

Na16(Al16Si32O96).16H2O, kabasit (Na2,Ca)6(Al12Si24O72).40H2O, klinoptilotit

(Na4K4)(Al8Si40O96).24H2O, erionit (Na,Ca5K)(Al9Si27O72).27H2O ferrierit

(Na2Mg2)(Al6Si30O72).18H2O, heulandit Ca4(Al8Si28O72).24H2O, laumonit

Ca(Al8Si16O48).16H2O, mordenit Na8(Al8Si40O96).24H2O, filipsit

(Na,K)10(Al10Si22O64).20H2O, natrolit Na4(Al4Si6O20).4H2O, dan wairakit

Ca(Al2Si4O12).12H2O. Jenis yang paling umum dijumpai di Indonesia adalah jenis

klinoptilolit dan mordenit (PPTM 1997)

6

Atom Si dan Al dapat menyusun struktur zeolit dan dapat bertukar tempat

antar atom dengan bebas. Bentuk ini disebut dengan Struktur klinoptilolit dapat

dilihat di Gambar 2. Struktur zeolit dengan jenis mordenit dapat dilihat di Gambar

3.

Gambar 2 Struktur klipnotilolit; merah: Si atau Al putih: oksigen

Gambar 3 Struktur zeolit mordenit

Zeolit Termodifikasi

Zeolit merupakan mineral dengan gugusan alumina dan silika yang saling

bertaut silang melalui pengikatan atom oksigen dengan ukuran pori sekitar 2-4

nm. Karakter permukaan zeolit dapat diubah sifatnya dengan melakukan proses

modifikasi permukaan dengan menggunakan berbagai teknik. Cara yang dapat

dilakukan adalah dengan memodifikasi pada permukaan dengan menggunakan

7

senyawa seperti asam untuk membersihkan pori dari logam yang terjerap dan

penambahan gugus yang lainnya. Pengubahan permukaan juga dapat dilakukan

secara fisika utuk mengubah ukuran pori-pori permukaan. Tujuan dari

pengubahan permukaan adalah untuk mendapatkan sifat yang diinginkan dari

suatu zeolit seperti kemampuan interaksi dengan senyawa lain, perubahan ukuran

pori, kemampuan adsorpsi terhadap adsorbat tertentu, dan berbagai hal lainnya

(Mockovčiakovă 2008).

Modifikasi permukaan zeolit untuk keperluan sebagai elektrode diawali

pada tahun 1980 dan dikenal dengan nama CME (chemically modified electrode).

Elektrode zeolit termodifikasi dikenal dengan istilah ZME (zeolite modified

electrode). Walcarius (1999) menyebutkan pemanfaatan elektrode zeolit

termodifikasi dilakukan melaluli empat cara yaitu: dispersi zeolit di suatu matriks

padat, pemampatan zeolit di subtstrat konduktif, pelapisan zeolit dengan bentuk

lapis tipis di permukaan elektrode padat, dan ikatan kovalen zeolit dengan lapisan

permukaan elektrode.

ZME memanfaatkan kapasitas tukar ion dari zeolit dan juga selektivitas

molekuler zeolit (ukuran, bentuk, muatan). Sifat yang menguntungkan dari zeolit

ini yang dimanfaatkan untuk pengembangan sensor dengan memanfaatkan ZME.

Pemanfaatan ZME selain untuk kepentingan deteksi spesi anorganik juga untuk

spesi organik seperti gula, hebisida, surfaktan, neurotransmiter, dan senyawa

bahan obat. Pengembangan selanjutnya bisa dilgunakan untuk pengembangan

biosensor (Valdes et al. 2006).

Nano Zeolit

Nano zeolit merupakan senyawa yang dimanfaatkan karena peningkatan

kinerja dari adanya pori yang lebih teratur. Pemanfaatan ini didasarkan pada

kemampuan molekul untuk masuk ke permukaan bagian dalam nano zeolit yang

akan meningkatkan kemampuan katalitik dari zeolit tersebut. Kemampuan dari

nano zeolit ini dapat di tingkatkan lagi dengan cara memodifikasi permukaan

zeolit dengan beberapa gugus fungsi sehinga menjadi lebih selektif terhadap

reaktan yang beriteraksi dengan permukaan (Bauer et al. 2007). Kugbe et al.

8

(2009) melaporkan nano komposit zeolit-geotit hasil sintesis merupakan komposit

dengan sifat adsorben yang sangat baik.

Senyawaan nano zeolit dengan dimensi kurang dari 100 nm mempunyai

konduktivitas proton yang tinggi bila nisbah Si/Al mempunyai nilai rendah. Cara

yang dapat dilakukan untuk menurunkan rasio Si/Al menjadi rendah adalah

dengan menaikkan kandungan Al atau menurunkan kandungan Si (Frisch et al.

2009)

Kromium

Kromium merupakan unsur nomor 24 dalam sistem periodik dan termasuk

ke dalam golongan logam transisi. Keberadaan kromium di lingkungan bisa

berada dalam berbagai tingkat bilangan oksidasi. Bentuk yang paling stabil adalah

bentuk trivalen (Cr(III)) dan heksavalen (Cr(VI)). Kromium heksavalen

merupakan suatu oksidator kuat yang cenderung stabil bila berada di lingkungan

asam. Kromium trivalen lebih stabil bila berada di lingkungan yang cenderung

netral. Perbedaan bilangan oksidasi dari dua spesi kromium tersebut telah

menyebabkan sifat keduanya berbeda. Sifat toksik kromium akan sangat dominan

bila berada di bentuk heksavalen (Cervantes et al. 2001).

Menurut Robless-Camacho & Armienta (2000) tingkat toksisitas kromium

heksavalen 100-1000 lebih beracun dari pada kromium trivalen. Keracunan akibat

mengkonsumsi air yang mengandung kromium heksavalen dapat menyebabkan

penyakit usus, lambung, dan hati. Kromium heksavalen juga diketahui merupakan

senyawa genotoksik dan sitotoksik untuk sel-sel eukariot dan bakteri. Wang

(1999) menyatakan bahwa kromium adalah senyawa mutagen dan karsinogen

yang kuat dan bisa mencapai organ manusia melalui udara yang terhirup dan

kontaminasi lewat air yang diminum.

Unsur kromium dalam jumlah kelumit diperlukan oleh tubuh untuk

meningkatkan kinerja insulin dalam jaringan tubuh. Insulin merupakan hormon

yang berperan dalam pengaturan kadar gula darah (Burger & Gochfeld 1995,

Lazaridis & Charalambous 2005).

9

Spesiasi Kromium

Spesiasi kromium diperlukan karena adanya karakter atau sifat dari

kromium yang dapat berada pada kondisi oksidasi. Kromium bisa berada pada

kondisi oksidasi +3 (trivalen) pada kondisi pH lingkungan yang cenderung netral.

Ketika kromium berada pada pH lingkungan yang rendah maka akan didapatkan

kondisi kromium dengan tingkat oksidasi yang lebih tinggi bila dibanding dengan

kromium pada pH netral yaitu pada kondisi bilangan oksidasi +6 (heksavalen).

Perbedaan kondisi oksidasi akan mempengaruhi mobilitas dan toksisitas dari

kromium (Hosseini & Belador 2009).

Analisis spesi krom yang berbeda ini mendorong berbagai peneliti untuk

menggunakan berbagai macam teknik agar dapat menentukan kondisi kromium

dengan dua keadaan oksidasi tersebut pada saat bersaamaan sehingga akan

mempermudah proses identifikasi dan penanganan terhadap keadaan yang

menyebabkan terjadinya kromium dengan dua tingkat oksidasi tersebut.

Teknik spesiasi yang umum dilakukan adalah dengan menggunakan teknik

elektroanalitik, teknik analisis yang lain biasanya relatif sulit untuk analisis dan

spesiasi secara langsung spesi kromium (Aydin & Soylak 2009). Teknik yang

dilakukan oleh Matos et al. (2009) adalah dengan menggunakan teknik

spektrometri serapan atom yang didahului oleh pemisahan/prekonsentrasi dengan

menggunakan ekstraksi titik awan. Kim et al. (2009) melakukan analisis spesi

kromium dengan menggunakan analisis injeksi aliran ektraksi fase padat yag

dilanjutkan dengan menggunakan analisis AAS. Analisis ini didahului oleh proses

prekonsentrasi yang pada kolom mikro yang berisi suatu adsorben mesoporus.

Bulut et al. (2009) melakukan spesiasi kromium dengan menggunakan metode

CEFC (carrier-element free coprecipitation) dengan memanfaatkan turunan

Isatin. Spesiasi kromium dengan menggunakan prekonsentrasi pada silika

termodifikasi Niobium(V) oksida dilakukan oleh Martendal et al. (2009). Shah et

al. (2009) melakukan spesiasi kromium dengan menggunakan ICP-MS

(inductively couple plasma-mass spectrometry). Hagendorfer & Goessler (2008)

melakukan spesiasi kromium dengan menggunakan kromatografi ion dan ICP-MS

sebagai detektor selektif molekul. Kappen et al. (2008) melakukan kajian spesiasi

kromium dengan menggunakan absorbsi sinklotron sinar X.