Zeolit

 Zeolit Alam

Zeolit merupakan kristal alumina silikat yang memiliki struktur pori seragam dan dapat melakukan pertukaran ion. Zeolit dapat terbentuk secara alami dan sintesis. Struktur utama zeolit terdiri dari SiO₄ dan AlO₄ tetrahedral yang terhubung oleh ikatan molekul oksigen. Kerangka SiO₄ bermuatan netral, tetapi setiap 12 AlO₄ tetrahedral, satu ion negatif terbentuk.Rumus umum kerangka kerja dari zeolitadalah (AlO₂)_x(SiO₂)_n-x. Rumus umum zeolit dapat dinyatakan sebagai:

M⁺_x/n [ (AlO^-₂)_x.(SiO₂)] . zH₂O

n adalah muatan dari kation extraframework, x adalah jumlah aluminium tetrahedral perunitsel, danx≥ n /2, serta z adalah jumlah air yang terkandung dalam zeolit [Ahmed, 2008]. Struktur zeolit alam dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Zeolit merupakan katalis yang cukup efektif digunakan pada proses cracking, isomerization, dan hydrocarbon alkylation. Peran zeolit sebagai katalis berdasarkan pada tiga sifatnya, yaitu:

1) Penyaring molekul: sifat penyaring molekul yang dimiliki oleh zeolite dapat dimanfaatkan untuk menyeleksi reaktan, hasil antara dan produk akhir yang terlibat dalam proses katalitik oleh katalis zeolit.

2) Pusat asam:  adanya pusat asam pada zeolit dapat memberikan medium yang kondusif (lebih reaktif) untuk proses katalitik.

3) Rasio Si/Al:  semakin tinggi rasio Si/Al yang tinggi akan menyebabkan keasaman tinggi. Setiap jenis zeolit mempunyai batas rasio Si/Al yang berbeda-beda [Rosdiana, 2006].

Gambar 2.6Struktur zeolit alam, (a) Struktur 2D dan 3D zeolit alam, (b) 12 cincin zeolit yang saling berhubungan, satual jarak dalam amstrong [Ahmed, 2008].

Sifat-sifat zeolit         

            Zeolit alam memiliki beberapa sifat menguntungkan sehingga zeolit dapat dimafaatkan sebagai katalis dalam suatu reaksi kimia, diantaranya adalah:

1.             Sifat Pertukaran Ion

          Zeolit termasuk salah satu penukar ion karena zeolit memiliki ion negatif yang terdapat pada porinya dan sedikit kation yang bersifat mobile[Ahmed, 2008]. Kemampuan pertukaran ion zeolit merupakan salah satu parameter yang dapat digunakan dalam menentukan kualitas zeolit yang akan digunakan, biasanya dinyatakan sebagai KTK (Kemampuan Tukar Kation). KTK adalah jumlah ion logam yang dapat diserap maksimum oleh 1 g zeolit dalam keadaan setimbang. Nilai KTK zeolit ini tergantung pada jumlah ion Al dalam struktur zeolit [Rosdiana, 2006].

2.             Sifat Adsorpsi

          Adsorpsi adalah suatu proses penjerapan suatu zat oleh zat lainnya, yang hanya terjadi pada permukaan. Zat yang dijerap disebut fase terjerap (adsorbat) dan zat yang menjerap disebut adsorben. Adsorben pada umumnya adalah zat padat yang berongga, contohnya adalah zeolit. Pada umumnya untuk dapat mengadsorpsi, zeolit harus didehidrasi terlebih dahulu dengan pemanasan. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses adsorpsi antara lain luas permukaan, ukuran partikel, dan komposisi kimia. Adapun sifat adsorbat antara lain ukuran molekul dan komposisi kimia serta konsentrasi adsorbat dalam fase cairan. Semakin kecil ukuran partikel, maka semakin besar luas permukaan padatan per satuan volume tertentu, sehingga semakin banyak zat yang diadsorpsi.

3.             Sifat Katalis

Definisi katalis yang umum diterima saat ini adalah zat yang meningkatkan laju reaksikimia tanpa ‘dirinya sendiri’ ikut terkonsumsi dalam reaksi secara permanen, sehingga padaakhir reaksi katalis tidak tergabung dengan senyawa produk reaksi. Adanya katalis dapatmempengaruhi faktor-faktor kinetik suatu reaksi seperti laju reaksi, energi aktivasi, sifat dasar keadaan transisi, [Rosdiana, 2006].

Berdasarkan fasenya, material katalis dapat digolongkan menjadi katalis homogen dan katalis heterogen. Katalis homogen ialah katalis yang mempunyai fase yang sama dengan fase campuran reaksinya, sedangkan katalis heterogen adalah katalis yang berbeda fase dengan campuran reaksinya. Katalis heterogen kurang efektif dibandingkan dengan katalis homogen karena heterogenitas permukaannya. Walaupun demikian, karena mudah dipisahkan dari campuran reaksinya dan kestabilannya terhadap perlakuan panas, katalis heterogen lebih banyak digunakan dalam industri kimia. Kemampuan zeolit untuk mengkatalisis suatu reaksi kimia terutama berhubungan dengan sifatnya sebagai padatan asam karena adanya sisi-sisi asam, baik sisi asam Bronsted maupun Lewis. Sisi asam Bronsted dapat dihasilkan dengan beberapa cara di antaranya perlakuan pemanasan terhadap bentuk amonium zeolit untuk menghilangkan amonia sehingga diperoleh bentuk H-zeolit, perlakuan dehidrasi terhadap kation multivalen pada zeolit yang diikuti terdisosiasinya air yang terkoordinasi dalam bentuk molekul sehingga membentuk ion H⁺ pada permukaan zeolit, dan perlakuan asam terhadap zeolit yang stabil terhadap asam akan dapat secara langsung menukar kation dengan proton. Sisiasam Lewis dapat diperoleh dari dehidroksilasi dua gugus hidroksil yang berdekatan dengan perlakuan panas (T>750K).

Sifat lain dari zeolit yang juga berpengaruhterhadap peranannya dalam katalisis adalahkomposisi kerangka dan struktur pori zeolit,kenaikan rasio Si/Al, medan elektrostatis,kekuatan asam dari sisi Bronsted, danperubahan struktur bangun sekunder darizeolit.Komposisi kerangka zeolit mengaturmuatan kerangka dan mempengaruhistabilitas pemanasan dan asam dari zeolit.Kenaikan rasio Si/Al akan berpengaruh padastabilitas zeolit terhadap suhu tinggi danlingkungan yang reaktif seperti naiknyakeasaman. Medan elektrostatis zeolitmenyebabkan interaksi adsorbsinya denganmolekul lain berubah-ubah. Kekuatan asamdari sisi asam Bronsted akan bertambahdengan naiknya rasio Si/Al dan menurunnyakonsentrasi kation dalam zeolit. Sementara ituperubahan struktur unit bangun sekunder darizeolit sangat penting dalam proses katalisiskarena pori inilah yang berperan sebagaimikroreaktor dan dimungkinkanuntuk mendapatkan reaksi katalitik yangdiinginkan menurut aturan bentukselektivitas[Rosdiana, 2006].

Aktivasi Zeolit

Aktivasizeolit merupakan proses untuk menaikkan kapasitas adsorpsi zeolit sehingga diperoleh sifat yang diinginkan sesuai dengan penggunaannya. Tujuan aktivasi zeolit adalah untuk menghasilkan luas permukaan yang lebih luas melalui pembentukkan struktur berpori dan juga untuk menghilangkan senyawa-senyawa pengotor. Aktivasi zeolit dilakukan dengan pemanasan, penambahan asam, dan penambahan basa[Rosdiana, 2006].