Amobilisasi Kation Logam Berat Cr3+ pada Geopolimer...
Transcript of Amobilisasi Kation Logam Berat Cr3+ pada Geopolimer...
Amobilisasi Kation Logam Berat Cr3+
pada Geopolimer Berbahan Baku Abu Layang PT. IPMOMI
Oleh : Anif Fatmawati NRP : 1410 100 076
Pembimbing : Hamzah Fansuri, M.Si., Ph.D
Senin, 11 Agustus 2014
Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2014
GEOPOLIMER
(Davidovits, 1978) Bahan baku dari
limbah
Metakaolin (lebih
reaktif)
Abu layang, melimpah di Indonesia, limbah B3
Kandungan silika alumina kristal dan amorf yang perlu diaktivasi
SIFAT dan KEGUNAAN
GEOPOLIMER
Material Konstruksi pengganti
semen
Amobilisasi bahan
SiO2/Al2O3 3,3-4,5 M2O/SiO2 0,2-0,48 M2O/Al2O3 0,8-1,6 H2O/M2O 10-25
Dipengaruhi: -Rasio Si/Al -konsentrasi larutan alkali (MOH) -kandungan air
Keunggulan dari semen portland
Setting time lebih cepat Tahan panas >1400 º C (perera dkk., 2006). Tahan asam dan larutan garam (Frantisek dkk., 2005). Kekuatan mekanik besar, kuat tekan >100 MPa (Alfiah, 2008
PEMANFAATAN
Logam berat
LOGAM BERAT
Limbah kromium
Cr(VI) toksik dan banyak dilingkungan Cr(III) tidak toksik dan jarang dilingkungan, membentuk endapan Cr(OH)3 yang tidak larut.
Industri electroplating Penyamakan Pabrik inhibitor korosi, dll.
Sulit diamobilisasi karena menghambat geopolimer (Palomo dan palacio, 2003)
Teramobilisasi dengan baik (Zhang dkk., 2008)
Limbah logam berat
Amobilisasi Logam Berat Dalam Geopolimer
Mekanisme
Mengikat logam berat dalam matriks sehingga lebih stabil
(Zheng dkk., 2010)
Mempengaruhi : mikrostruktur, kekuatan, dan ketahanan Geopolimer
1. Masuk kedalam struktur
2. Penyeimbang muatan
3. Ter-enkapsulasi secara fisik
Dipengaruhi : -Konsentrasi MOH -Ukuran dan valensi kation -distribusi ukuran pori geopolimer
Laju pelepasan (leaching rate) dialam
rendah
Penelitian Sebelumnya
Geopolimer dari Abu layang
Cilacap untuk amobilisasi Cd2+ dan Pb2+
Ion logam berat ter-enkapsulasi Kekuatan amobilisasi Pb2+>Cd2+
Kuat tekan geopolimer-Cd > geopolimer-Pb yaitu 15 MPa
Geopolimer dengan variasi NaOH dari Abu layang IPMOMI untuk
mengamobilisasi Cd2+
(Warih, 2009)
(Stiasari, 2011)
Ion Cd2+ teramobilisasi dengan kefektifan 79,09 - 96,25%
Kekuatan 49,35 MPa
Komposisi optimal geopolimer dari abu
layang IPMOMI
Efek penambahan Cr3+
berbagai konsentrasi
Ketahanan leaching, kekuatan dan mikrostruktur
geopolimer
Amobilisasi Cr3+
TUJUAN
METODOLOGI Pendahuluan Amobilisasi Cr3+
Preparasi Bahan -Pengayakan dan pengeringan abu layang -Pembuatan larutan pengaktif (NaOH dan Waterglass)
Optimasi kuat tekan geopolimer dengan variasi NaOH
Karakterisasi SEM dan XRD pada geopolimer variasi NaOH
Penambahan ion Cr3+ berbagai konsentrasi dalam campuran geopolimer
Uji kuat tekan
Uji leaching Cr3+
pada geopolimer
Karakterisasi SEM-EDX
6,5 jam dalam larutan asam asetat 0,1M
Mendapatkan Na2O/SiO2 dan Na2O/Al2O3 teroptimal
Peralatan Bahan
• Peralatan dari plastik (gelas, pengaduk, pipet, sendok)
• Mixer, ayakan 120mesh, neraca analitik, cetakan PVC silinder (2,7cm:5,4cm)
• Alat uji kuat tekan (Universal testing machine), XRD, ICP-OES, SEM-EDX
• Abu layang IPMOMI • Aqua DM • NaOH • Waterglass • Al(OH)3
• Cr(NO3)3.9H2O • Asam asetat glasial
Pada pH tinggi silika pada
peralatan gelas dapat larut
Pembuatan Geopolimer
Larutan Pengaktif
Larutan NaOH
Waterglass
Abu layang
-dicampur menggunakan mixer 30 detik
-ditambahkan larutan Al(OH)3
- diaduk kembali 2 ,5 menit
- dicetak - didiamkan 24 jam
- di panaskan 55ºC 24 jam
Ditambahkan larutan Cr(NO3)3
Diaduk kembali 1-2
menit
Didiamkan 20 menit
VARIASI KOMPOSISI GEOPOLIMER
Geopolimer variasi NaOH
Nama Sampel (g)
Abu layang (g)
Water glass (g)
NaOH (g)
Al(OH)3 (g)
Aqua DM (g)
Na-10 260 80 20 3,4 77,6
Na-12 260 80 24 3,4 78,6
Na-14 260 80 28 3,4 80,0
Na-16 260 80 32 3,4 81,0
Na-18 260 80 36 3,4 82,0
Penambahan kation Cr3+
Sampel ppm Cr
(mg Cr/Kg abu layang)
Berat Cr(NO3)3 9H2O (g)
Cr-857,5 857,5 1.7 Cr-1715 1715 3.4 Cr-2000 2000 4,0 Cr-3430 3430 6.9 Cr-6860 6860 13.7 Cr-13720 13720 27.4 Cr-16000 16000 32,0
Rasio mol SiO2/Al2O3=6,46 dan rasio S/L (solid/liquid)=3,59
1. Hasil Analisa Uji Kuat tekan Geopolimer variasi NaOH
Nama sampel
Na2O/ SiO2
Na2O/ Al2O3
Kuat tekan (MPa) 7 hari 28 hari
Na-10 0,69 4,44 24,44 31,42 Na-12 0,63 4,05 24,44 38,41 Na-14 0,65 4,18 33,17 48,88 Na-16 0,67 4,31 19,20 28,80 Na-18 0,71 4,58 9,89 30,55
0
10
20
30
40
50
60
0.62 0.64 0.66 0.68 0.7 0.72
Kua
t Tek
an (M
Pa)
Rasio Na2O/SiO2
28 hari
7 hari
Kristal Na2CO3
Kristal Na2CO3
Sebagian NaOH berlebih keluar dari sistem
Semakin tinggi NaOH, semakin tinggi kuat tekan
sampai batas kadar tertentu
Geopolimerisasi terus berjalan sehingga kuat tekan
terus meningkat
2. Hasil analisa XRD
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 652θ (o)
Inte
nsita
s cps
Na-12
Abu
layang
Na-18
Na-14
Hump
Abu layang -gundukan (hump) pada 2θ=26º sampai 38º. - quartz/kuarsa 2θ= 26,67º; 20,89 º; 34,49 º; 42,96 º; 50,12 º. -mullite 2θ=33,40 º dan 35,45 º.
Geopolimer
-Peningkatan hump pada 2θ=26º sampai 38º. - penurunan intensitas mullite 35,45º dan 42,89º
Q
Q
Q Q M M
Sumber radiasi CuKα
Terjadi pelarutan silika alumina amorf dan kristal mullite
membentuk fasa geopolimer yang amorf.
3. Hasil Analisa SEM Geopolimer variasi NaOH
Na-10 Na-12 Na-14
Semakin banyak NaOH, semakin banyak (granule)
abu layang terlarut, struktur semakin
kompak
Komposisi optimal geopolimer dari abu layang IPMOMI untuk mengamobilisasi ion Cr3+ (yaitu Na-14): Na2O/SiO2=0,65 Na2O/Al2O3=4,85 SiO2/Al2O3=6,46 S/L (solid/liquid)=3,59
4. Hasil Uji Kuat Tekan Geopolimer-Cr3+
Nama Sampel
mg Cr/Kg abu layang
Kuat tekan 7 hari
(MPa) Na-14 0 33,17 Cr-857,5 857,5 28.95 Cr-1715 1715 28.95 Cr-2000 2000 28.95 Cr-3430 3430 32.90 Cr-6860 6860 47.38 Cr-13720 13720 5.26 Cr-16000 16000 4,39
Hambatan setting geopolimer akibat ion NO3-
Enkapsulasi ion Cr3+ yang berfungsi sebagai filler
pengentalan pasta geopolimer, mobilitas ion berkurang
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 5000 10000 15000 20000
6. Perubahan Mikrostruktur Geopolimer-Cr3+
Na-14
Cr-857,5
Cr-3430
Cr-13720
Ion Cr3+ mengisi pori akibat proses enkapsulasi ,
meningkatkan kekompakan matriks
(Cr-3430)
Abu layang yang tidak bereaksi lebih banyak
(Cr-857,5)
Akibat mengentalnya pasta geopolimer, abu layang banyak yang
tidak terlarut, mengurangi
kekompakan matriks (Cr-13720)
5. Hasil analisa ICP-OES pada kandungan Cr3+ dalam larutan hasil
leaching Nama
Sampel Mg Cr/ Kg abu layang
Mol Cr/Kg geopolimer
(10-4)
Cr terleaching
(ppm)
% terleaching
Cr-857,5 857,5 4,92 - 0
Cr-3430 3430 19,46 - 0
Cr-6860 6860 38,35 - 0
Cr-13720 13720 74,50 - 0
Dalam asam asetat 0,1M
selama 6,5 jam. Tidak ada ion
Cr3+ terleaching
ion Cr3+ terikat kuat
dalam matriks geopolimer
8. Hasil Analisa Sebaran Cr3+ dalam Geopolimer
Cr-857,5 Cr-3430
Tepi Tepi Tengah Tengah
Sebelum leaching
Setelah leaching
Distribusi ion Cr3+ dalam geopolimer sebelum dan
setelah leaching tetap
9. Hasil Analisa Sebaran Cr3+dalam Geopolimer
Foto SEM-EDX Geopolimer Cr-13720
Sebelum leaching
Setelah leaching
tepi tengah
7. Hasil analisis Distribusi Cr3+dalam Geopolimer
Spektrum EDX Sampel Geopolimer-Cr3+
Sebelum leaching
Setelah leaching
Cr-857,5 Cr-3430 Cr-13720
KESIMPULAN
Geopolimer abu layang IPMOMI dapat
mengamobilisasi ion Cr3+
Komposisi Geopolimer varasi
NaOHoptimal
Na2O/SiO2 0,65 Na2O/Al2O3 4,18
kuat tekan Max. 33,17 MPa (7 hari)
48,88 Mpa (28 hari)
Melalui penambahan
larutan Cr3+ ke dalam pasta
geopolimer sebelum dicetak.
Terjadi peningkatan Kuat tekan sampai pada kadar ion Cr3+
6860 mg/Kg abu layang
Tidak ada ion Cr3+ terleaching pada kadar penambahan Cr3+ yang
dipelajari. (kemampuan
amobilisasi Cr3+ baik) Ion Cr3+ ter-enkapsulasi
dalam matriks dan menjadi filler sehingga
struktur semakin kompak
Geopolimerisasi Pembentukan
monomer
Polikondensasi menjadi
O- O- O- O- O- O- | | | | | | -O—Si—O—Si—O—Si—O—Al—O—Si—O—Al—O- | | | | | | O- O- O- O- O- O-