Digital 20296226 S1824 Modifikasi Bentonit

UNIVERSITAS INDONESIA

Modifikasi Bentonit Terpilar Al Menggunakan

Polydiallyl Dimethyl Ammonium sebagai Adsorben

Sodium Dodecyl Benzene-Sulfonate

SKRIPSI

Deagita Yolani

0806326595

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

PROGRAM S1 KIMIA

DEPOK

JANUARI 2012

Modifikasi bentonit..., Deagita Yolani, FMIPA UI, 2012

UNIVERSITAS INDONESIA

Modifikasi Bentonit Terpilar Al Menggunakan

Polydiallyl Dimethyl Ammonium sebagai Adsorben

Sodium Dodecyl Benzene-Sulfonate

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana sains

Deagita Yolani

0806326595

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

DEPARTEMEN KIMIA

DEPOK

JANUARI 2012


HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua

sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya

nyatakan dengan benar.

Nama : Deagita Yolani

NPM : 0806326595

Tanda Tangan :

Tanggal : 30 Desember 2011


HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi ini diajukan oleh


NPM : 0806326595

Program Studi : Departemen Kimia

Judul Skripsi : Modifikasi Bentonit Terpilar Al Menggunakan

Polydiallyl Dimethyl Ammonium sebagai

Adsorben Sodium Dodecyl Benzene-Sulfonate

Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai

bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Sains

pada Program Studi S1 - Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan

Alam Universitas Indonesia

DEWAN PENGUJI

Pembimbing I : Dra. Tresye Utari, M.Si

Pembimbing II : Dr. Yoki Yulizar, M.Sc

Penguji I : Dr. rer. nat. Widayanti Wibowo

Penguji II : Dr. Yuni K. Krisnandi

Penguji III : Dr. Asep Saefumillah

Ditetapkan di : Depok

Tanggal : 6 Januari 2012


HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di bawah ini:

Nama : Deagita Yolani NPM : 0806326595 Program Studi : Kimia Departemen : Kimia Fakultas : MIPA Jenis karya : Skripsi

demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul :

Modifikasi Bentonit Terpilar Al Menggunakan Polydiallyl Dimethyl

Ammonium sebagai Adsorben Sodium Dodecyl Benzene-Sulfonate

beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan, mengalihmedia/format-kan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan memublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Depok Pada tanggal : 30 Desember 2011

Yang menyatakan

( Deagita Yolani )


KATA PENGANTAR

Puji serta syukur saya panjatkan kepada Allah SWT, karena atas rahmat

dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.

Penulisan skripsi ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk

mencapai gelar Sarjana Sains Jurusan Kimia di Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam Universitas Indonesia.

Penulis menyadari bahwa tidaklah mungkin bagi penulis untuk

menyelesaikan skripsi ini tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, baik

selama masa perkuliahan sampai dengan penelitian dan penulisan skripsi ini.

Maka dari itu, penulis ingin menyampaikan banyak terima kasih kepada:

a. Kedua orang tua saya (Ibu dan Alm.Bapak), dan adik saya, yang selalu

memberikan dukungan baik materil maupun imateril, dorongan semangat,

dan doa yang tiada hentinya;

b. Dra.Tresye Utari, M.Si, selaku dosen pembimbing I dan koordinator

penelitian yang telah menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk

membimbing penulis dalam penelitian dan penyusunan skripsi ini;

c. Dr. Yoki Yulizar, M.Sc selaku dosen pembimbing II yang telah menyediakan

waktu, tenaga, dan pikiran untuk membimbing penulis dalam penelitian dan

penyusunan skripsi ini;

d. Novena Damar Asri, S.Si yang telah banyak membimbing penulis dalam hal

penulisan skripsi yang baik dan benar;

e. Dr. Ridla Bakri, M.Phil selaku Ketua Departemen Kimia FMIPA Universitas

Indonesia;

f. Drs. Erzi Rizal selaku pembimbing akademis yang telah membimbing penulis

dalam kegiatan akademis perkuliahan;

g. Dr. rer. nat Widayanti Wibowo, Dr. Yuni K. Krisnandi, Dr. Asep Saefumillah

selaku dosen penguji yang telah banyak memberi masukan kepada penulis;


h. Bapak dan Ibu Dosen Departemen Kimia FMIPA Universitas Indonesia yang

telah memberikan bekal ilmu yang sangat berguna selama perkuliahan bagi

penulis;

i. Ir. Hedi Surrahman, M.Si yang telah banyak memberikan bantuan dalam

proses peminjaman alat dan bahan selama penelitian;

j. Bapak Sutrisno Babe Perpustakaan, Mbak Ina, Mbak Cucu, Mbak Tri,

Mbak Emma, Pak Mardji, Pak Hadi, Pak Kiri, Pak Amin, dan seluruh staf

Departemen Kimia FMIPA Universitas Indonesia;

k. Kak Rispa, Kak Alvin, Kak Dio, Kak Daniel, Kak Rasyid, dan Pegawai Lab

Afiliasi Departemen Kimia UI lainnya, serta Bapak Wisnu dan operator XRD

Batan yang telah banyak membantu dalam karakterisasi sampel;

l. Rekan-rekan selama penelitian: Kak Sonia, Kak Narita, Kak Rosa, Kak Reka,

Kak Rohman, Kak Putri, Dinda, Bu Nurlita, dan seluruh rekan-rekan

penelitian lantai 3 dan 4 yang telah menemani penulis melewati masa-masa

suka dan duka penelitian dan selalu memberikan semangat kepada penulis;

m. Sahabat-sahabat saya: Esti, Inna, Tata, Asef, yang telah memberikan

semangat dalam perkuliahan maupun dalam kehidupan sehari-hari. Terima

kasih atas semua tawa, tangis, dan petualangan yang telah kita rasakan

bersama;

n. Seluruh teman-teman angkatan 2005, 2006, 2007, 2008, dan 2009 yang tidak

dapat disebutkan satu-persatu;

o. Agung Kurniawan Putra selaku pembimbing ketiga bagi penulis yang telah

mencurahkan cinta kasih, waktu, tenaga, dan pikirannya kepada penulis, serta

dorongan semangat dan wejangan-wejangan pembakar semangatnya yang

selalu berhasil membantu penulis dalam mengatasi berbagai permasalahan;

p. Semua pihak yang secara langsung maupun tidak langsung telah membantu

saya dalam penelitian dan penyusunan skripsi ini.

Akhir kata, saya berharap Allah SWT berkenan membalas segala kebaikan semua

pihak yang telah membantu penulis. Semoga skripsi ini dapat membawa manfaat

bagi pengembangan ilmu.

Penulis


ABSTRAK


Program Studi : Kimia

Judul : Modifikasi Bentonit Terpilar Al Menggunakan Polydiallyl

Dimethyl Ammonium sebagai Adsorben Sodium Dodecyl Benzene

Sulfonate

Bentonit merupakan salah satu mineral yang kelimpahannya cukup besar di

Indonesia. Kemampuan bentonit sebagai adsorben beserta modifikasi untuk

meningkatkan kemampuan adsorpsinya telah banyak dilakukan sebelumnya, dan

salah satunya adalah melalui metode pilarisasi. Penelitian ini dilakukan untuk

membuat bentonit terpilar Al dengan template CTAB yang akan diaplikasikan

untuk adsorben limbah surfaktan Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate (SDBS).

Bentonit yang telah diaktivasi dan difraksinasi untuk mendapatkan fraksi

montmorillonite (MMT), kemudian dijenuhkan dengan NaCl (Na-MMT). KTK

(Kapasitas Tukar Kation) Na-MMT ditentukan dengan adsorpsi metilen biru,

diperoleh nilai KTK sebesar 34,9 meq/100gr. Pembuatan bentonit terpilar Al

dilakukan dengan penambahan polikation Al dan surfaktan N-Cetyl-N,N,N-

Trimethyl-Ammonium Bromide (CTAB) secara bersamaan ke dalam Na-MMT

membentuk Al-MM T. Al-MMT yang dibuat dengan penambahan CTAB

kemudian dimodifikasi dengan Poly Dialllyl Dimethyl Ammonium Bromide

(PDDA) dengan konsentrasi yang divariasikan antara 1x10-5

1x10-3 M, diperoleh konsentrasi optimum yang ditentukan menggunakan FTIR yaitu 5x10

-4

M. Hasil ini dinamakan PMAM yang diaplikasikan untuk adsorpsi SDBS dengan

melakukan variasi konsentrasi dan waktu kontak SDBS. Kondisi optimum yang

diperoleh adalah konsentrasi 1x10-3

M dan waktu kontak 45 menit dengan

%SDBS terserap 99,3%, kemudian dilakukan perbandingan kemampuan adsorpsi

PMAMt (PMAM dari Al-MMT tanpa CTAB), dan PMNM (Polymer Modified

Na-MMT), didapatkan %SDBS terserap sebesar 89,58% dan 97,23%.

Kata Kunci : Adsorpsi, Bentonit, Montmorillonite, Polikation Al,

PDDA, SDBS

xvi+ 87 halaman : 40 gambar, 10 tabel

Daftar Pustaka : 87 (1985-2011)


ABSTRACT

Name : Deagita Yolani

Program Study: Chemistry

Title : Modification of Al-Pillared Bentonite Using Polydiallyl

Dimethyl Ammonium as an Adsorben to Sodium Dodecyl

Benzene-Sulfonate

Bentonite is one of the most abundant mineral in Indonesia. The ability of

bentonite as an adsorbent and modifications to enhance the adsorption capacity

has been studied before, and one of them was through a pillarization method. This

research was done to prepare Al pillared bentonite with CTAB as template and

will be applied for adsorbing surfactant Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate

(SDBS). Bentonite that was first activated and fractionated to obtain

montmorillonite (MMT), and then was saturated with NaCl, to obtain Na-MMT.

Cation Exchange Capacity (CEC) of Na-MMT was determined by methylene blue

adsorption, CEC values obtained for 34.9 meq/100gr. The preparation of Al-

pillared bentonite performed with the addition of Al and polycationic surfactant

N-Cetyl-N,N,N-Trimethyl-Ammonium Bromide (CTAB) simultaneously into the

Na-MMT to form Al-MM T. Then, Al-MMT was modified with Poly Dialllyl

Dimethyl Ammonium Bromide (PDDA) with concentrations that varied between

1x10-5

- 1x10-3

M, obtained the optimum concentration was determined using

FTIR is 5x10-4

M. This result is called PMAM that will be applied to the

adsorption of SDBS by varying the concentration and contact time SDBS.

Optimum conditions obtained were 1x10-3

M of concentration and 45 minutes of

contact time with% SDBS absorbed 99.3%, and then the adsorption capability of

PMAMt (PMAM without CTAB) and PMNM (Polymer Modified Na-MMT)

were compared in optimum condition, obtained 89,58% and 97,23% of %SDBS

absorbed.

Keywords : Adsorption, Bentonite, Montmorillonite, Polication Al, PDDA,

SDBS

xvi+ 87 pages : 40 pictures, 10 tables

Bibliography : 87 (1985-2011)


DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL......... i HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS....................................... iii LEMBAR PENGESAHAN............... iv LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH.............. v KATA PENGANTAR.............................................................................................. vi

ABSTRAK........................................................................................................ viii ABSTRACT.......................................................................................................... ix DAFTAR ISI.................................................................................................... x DAFTAR TABEL............. xiii DAFTAR GAMBAR....................................................................................... xiv DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................... xvi

1. PENDAHULUAN.............................................................................................. 1

1.1 Latar Belakang........... 1 1.2 Perumusan Masalah........................ 5 1.3 Tujuan Penelitian 5

2. TINJAUAN PUSTAKA......... 6 I. Kajian Pustaka dari Penelitian yang Telah Dilakukan.. .6

II. Studi Literatur. 8 2.1 Bentonit...................... 8 2.1.1 Montmorilonit............................................ 9

2.2 Polikation Al... 10 2.3 Adsorpsi.............. 11 2.3.1 Isoterm Adsorpsi 12 2.4 Interkalasi....... 12 2.4.1 Pilarisasi 14 2.5 Polielektrolit.................... 15 2.5.1 Muatan Polielektrolit...................................................................... 15

2.5.2 Konformasi Polielektrolit............................................................... 15

2.5.3 Poly Diallyl Dimethyl Ammonium (PDDA)................................... 16

2.6 Surfaktan. 17 2.6.1 N-Cetyl, N,N,N-Trimethyl-Ammonium Bromide (CTAB).. 18 2.6.2 Sodium Dodecyl Benzene-Sulfonate (SDBS). 19 2.7 Instrumen Karakterisasi... 20 2.7.1 XRF (X-Ray Flourescence)..... 20 2.7.2 Spektrofotometri Infra Merah FTIR. 21 2.7.3 Difraksi Sinar X (XRD). 21 2.7.4 Uv-Vis Spektrofotometer... 21 2.7.5 Brunauer-Emmet-Teller (BET).. 23 2.7.6 Transmission Electron Microscopy (TEM) 24

3. METODE PENELITIAN........ 25 3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian..... 25


3.2 Alat dan Bahan........ 25 3.2.1 Alat Proses............................. 25 3.2.2 Alat Uji........... 25 3.2.3 Bahan......... 25

3.3 Prosedur kerja............ 26 3.3.1 Preparasi Montmorilonit........ 26 3.3.3.1.1 Preparasi bentonit alam... 26 3.3.3.1.2 Fraksinasi Sedimentasi Bentonit..................................... 26

3.3.3.1.3 Penjenuhan dengan NaCl............................................. 27

3.3.2 Penentuan Kapasitas Tukar Kation....... 27 3.3.3 Proses Pilarisasi Montmorilonit................. 27

3.3.4 Pembuatan PMAM (Polymer Modified Al(CTAB)-MMT)........... 28

3.3.5 Aplikasi PMAM sebagai Adsorben SDBS................................ 28

3.3.6 Pengujian Kekuatan Ikatan antara PDDA (dalam PMAM)

dengan SDBS.29

4. HASIL DAN PEMBAHASAN................ 30 4.1 Preparasi Montmorilonit..... 30

4.1.1 Preparasi bentonit alam... 30 4.1.2 Fraksinasi... 30 4.1.3 Penjenuhan dengan NaCl 31 4.1.4 Karakterisasi bentonit alam dan Na-MMT.. 35 4.1.4.1 Karakterisasi dengan XRD.. 38 4.1.4.2 Karakterisasi dengan FTIR.. 38 4.1.5 Penentuan nilai Kapasitas Tukar Kation (KTK) 39

4.2 Pilarisasi Montmorilonit... 42 4.2.1 Pembuatan polikation Al 43 4.2.2 Pilarisasi MMT dengan polikation Al 44 4.2.3 Pilarisasi MMT dengan polikation Al dan template CTAB... 45 4.2.4 Karakterisasi MMT terpilar 47 4.2.4.1 Karakterisasi MMT terpilar dengan FTIR... 47 4.2.4.2 Karakterisasi MMT terpilar dengan XRD.. 49 4.2.4.3 Karakterisasi Na-MMT, Al-MMT, dan Al(CTAB)-MMT

dengan BET... 51 4.3 Modifikasi MMT dengan Polimer... 52

4.3.1 Karakterisasi PMAM.. 53 4.3.2 Penentuan adsorpsi optimum PDDA pada Al(CTAB)-MMT 54

4.4 Aplikasi PMAM sebagai Adsorben SDBS 56 4.4.1 Penentuan kondisi optimum aplikasi.. 56 4.4.1.1 Pengaruh konsentrasi awal SDBS.. 57 4.4.1.2 Pengaruh waktu pengadukan... 58 4.4.2 Perbandingan kemampuan adsorpsi adsorben 59 4.4.3 Karakterisasi PMAM-SDBS.... 60 4.4.3.1 Karakterisasi PMAM-SDBS dengan FTIR.. 60 4.4.3.2 Karakterisasi PMAM-SDBS dengan TEM 61 4.4.4 Isoterm Adsorpsi SDBS pada PMAM.. 62 4.4.4.1 Isoterm Adsorpsi Langmuir SDBS pada PMAM. 62

4.4.4.2 Isoterm Adsorpsi Freundlich SDBS pada PMAM... 63


4.4.5 Pengujian kestabilan interaksi antara PDDA (dalam PMAM) dengan

SDBS 65

5. KESIMPULAN DAN SARAN.. 66 5.1 Kesimpulan..... 66 5.2 Saran........... 67

DAFTAR PUSTAKA................ 68 LAMPIRAN .77


DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Tabel puncak difraktogram XRD pada bentonit alam

dan Na-MMT.. 36 Tabel 4.2 Tabel penentuan nilai KTK Na-MMT................................................ 40

Tabel 4.3 Nilai koefisien ikatan antara beberapa ion dengan montmorilonit..... 42

Tabel 4.4 Tabel puncak difraktogram XRD pada Al-MMT

dan Al(CTAB)-MMT...................................................................... 50

Tabel 4.5 Hasil karakterisasi menggunakan BET...............................................51

Tabel 4.6 Luas puncak serapan N-R dengan variasi konsentrasi PDDA............ 55

Tabel 4.7 Tabel perbandingan intensitas puncak N-R........................................ 56

Tabel 4.8 Tabel hasil adsorpsi dengan variasi waktu pengadukan tanpa

pengendapan secara alami.................................................................. 59

Tabel 4.9 Perbandingan kemampuan adsorpsi berbagai adsorben..................... 60

Tabel 4.10 Tabel hasil hasil uji kestabilan interaksi PDDA dan SDBS..65


DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Struktur Montmorillonite............................................................... 10

Gambar 2.2 Struktur polikation Al model Keggin............................................ 11

Gambar 2.3 Proses interkalasi dalam lempung.................................................. 13

Gambar 2.4 Mekanisme pilarisasi..................................................................... 14

Gambar 2.5 Gambaran polielektrolit yang menempel pada substrat. 16 Gambar 2.6 Struktur PDDA.............................................................................. 16

Gambar 2.7 Struktur surfaktan.. 17 Gambar 2.8 Struktur CTAB............................................................................... 18

Gambar 2.9 Ukuran CTAB................................................................................ 19

Gambar 2.10 Struktur SDBS....... 19 Gambar 2.11 Skema kerja XRF.. 20 Gambar 2.12 Skema kerja Uv-Vis Spectrofotometer......................... 22 Gambar 2.13 Komponen-komponen TEM......................................................... 24

Gambar 4.1 Fraksi 2 (F2) setelah diendapkan selama 2 jam............................. 31

Gambar 4.2 Proses tukar kation dengan Na+..................................................... 32

Gambar 4.3 Proses penjenuhan dengan NaCl.................................................... 32

Gambar 4.4 Proses swelling Na-MMT.............................................................. 33

Gambar 4.5 Hasil uji dengan AgNO3 1 M pada filtrat yang masih mengandung

Cl- (kiri) dan yang sudah bebas Cl

- (kanan)................................... 34

Gambar 4.6 Tampilan fisik bentonit alam (kiri) dan Na-MMT (kanan)............ 34

Gambar 4.7 Difraktogram XRD bentonit alam dan Na-MMT.. 35 Gambar 4.8 Ukuran ion dan atom dalam tabel periodik 38 Gambar 4.9 Spektra FTIR bentonit alam dan Na-MMT................................... 39

Gambar 4.10 Endapan Na-MMT yang diberi MB (kiri) dan filtratnya (kanan). 40

Gambar 4.11 Struktur metilen biru..................................................................... 41

Gambar 4.12 Proses pembuatan polikation Al................................................... 43

Gambar 4.13 Ikatan pilar Al2O3 dengan Si tetrahedral....................................... 45

Gambar 4.14 Posisi polikation Al dan CTAB yang diharapkan......................... 46

Gambar 4.15 Spektra FTIR untuk Al-MMT tanpa CTAB dan Na-MMT.......... 47

Gambar 4.16 Spektra FTIR untuk Na-MMT, dan Al(CTAB)-MMT sebelum

dan setelah kalsinasi...................................................................... 48

Gambar 4.17 Difraktogram XRD bentonit alam, Na-MMT, Al-MMT

dan Al(CTAB)-MMT................................................................... 49

Gambar 4.18 Gambaran pola distribusi yang terjadi antara polikation Al dan

CTAB............................................................................................. 52

Gambar 4.19 Pearl Necklace Model... 53 Gambar 4.20 Spektra FTIR Al(CTAB)-MMT dan PMAM.... 54 Gambar 4.21 Kurva adsorpsi optimum PDDA pada Al(CTAB)-MMT. 55 Gambar 4.22 Kurva pengaruh konsentrasi awal SDBS terhadap %SDBS

terserap... 57 Gambar 4.23 Kurva penentuan waktu pengadukan optimum untuk

adsorpsi SDBS... 58 Gambar 4.24 Spektra FTIR PMAM dan PMAM yang telah jenuh oleh

SDBS..... 60


Gambar 4.25 Hasil karakterisasi menggunakan TEM dengan perbesaran 20.00x

(a), 50.000x (b), 200.000x (c), dan 500.000x (d).. 62

Gambar 4.26 Kurva isoterm adsorpsi Langmuir SDBS pada PMAM63

Gambar 4.27 Kurva isoterm adsorpsi Freundlich SDBS pada PMAM.......64


DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1: Bagan kerja penelitian

Lampiran 2: Bagan kerja penentuan surfaktan anionik (metode MBAS)

Lampiran 3a: Tabel data difraktogram XRD untuk bentonit alam

Lampiran 3b: Perhitungan basal spacing bentonit alam

Lampiran 4a: Tabel data difraktogram XRD untuk Na-MMT

Lampiran 4b: Perhitungan basal spacing Na-MMT

Lampiran 5: Data XRF pada F2 (Hadrah, Tesis 2011)

Lampiran 6a: Kurva standar metilen biru

Lampiran 6b: Data absorbansi larutan standar MB

Lampiran 7: Tabel data difraktogram XRD untuk Al-MMT

Lampiran 8:Tabel data difraktogram XRD untuk Al(CTAB)-MMT

Lampiran 9: Data BET uuntuk Na-MMT (Hadrah, Tesis 2011)

Lampiran 10: Data BET untuk Al(CTAB)-MMT

Lampiran 11: Data BET untuk Al-MMT

Lampiran 12a : Spektra FTIR PMAM dengan variasi konsentrasi

Lampiran 12b: Perbandingan luas puncak serapan N-R pada spektra FTIR

Lampiran 13a: Kurva standar SDBS

Lampiran 13b: Data absorbansi larutan standar SDBS

Lampiran 14a: Tabel perhitungan penyerapan SDBS ke dalam PMAM

Lampiran 14b: Spektra Uv-Vis Spektrofotometer variasi konsentrasi SDBS

Lampiran 15a: Tabel perhitungan waktu pengadukan optimum untuk penyerapan

SDBS

Lampiran 15b: Spektra UV-Vis Spektrofotometer variasi waktu pengadukan SDBS

Lampiran 16: Data isoterm adsorpsi SDBS pada PMAM


BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Air merupakan salah satu kebutuhan pokok setiap makhluk hidup. Seiring

berkembangnya zaman dan meningkatnya kebutuhan manusia yang tidak disertai

dengan kesadaran akan kelestarian lingkungan, mengakibatkan terjadinya

pencemaran lingkungan terutama air. Di antara pencemaran udara, air, dan tanah,

pencemaran air merupakan salah satu bentuk pencemaran yang perlu diwaspadai,

dan di antara parameter pencemar air, parameter logam berat dan polutan organik

adalah yang paling berbahaya (Kus Sri Martini et al., 2009). Apabila air tercemar

maka akan memberi pengaruh berupa berkurangnya kandungan oksigen yang

terlarut, perubahan pH, temperatur air, dan berkurangnya nutrisi dalam air

(Prawiro, 1985). Pencemaran air terjadi apabila masukan zat organik maupun

anorganik ke dalam suatu perairan melampaui batas kemampuan ekosistem untuk

mengasimilasi zat tersebut. Dengan terlampauinya kemampuan asimilasi

ekosistem itu, maka terjadi penumpukan (akumulasi) zat organik atau zat

anorganik yang terdapat di dalam air. Akumulasi ini akan mengakibatkan

berkembangnya organisme tertentu secara berlebihan, sementara organisme lain

terhambat dan terdesak oleh organisme yang pertama (Taufik, 2005).

Senyawa deterjen bersifat toksik dan dapat menyebabkan kematian pada

makhluk hidup, terutama makhluk hidup yang tinggal di air seperti ikan. Menurut

Fujita dan Koga (1976), Lundahl, dan Cabredenc (1978) dalam Mautidina (2000)

menyatakan bahwa kematian pada ikan yang disebabkan oleh limbah deterjen

terjadi karena deterjen mampu menghambat kerja enzim di dalam tubuh ikan.

Selain itu, senyawa deterjen mampu menghambat masuknya oksigen dari udara ke

dalam air, sehingga mengakibatkan kadar oksigen dalam air berkurang dan

membuat organisme di dalamnya kekurangan oksigen (Varley, 1987). Senyawa

deterjen juga bersifat karsinogenik dengan tingkat keasaman (pH) rata-rata 10-12,


sementara pH yang dapat ditoleransi oleh lingkungan adalah 6-9 (Agung R,

2001).

SDBS (Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate) merupakan salah satu jenis

surfaktan yang digunakan sebagai bahan dasar deterjen, penggunaanya berkurang

sampai ditemukannya jenis surfaktan baru yang dianggap lebih ramah lingkungan

seperti LAS (C.J. Krueger, et al., 1998, dan A.M. Nielsen, et al., 1997) akan

tetapi berdasarkan data dari US EPA (Environmental Protection Agency)

registration products, diketahui bahwa SDBS masih banyak digunakan dalam

produk-produk seperti pada beberapa merk deterjen, pestisida, fungisida, dan

desinfektan. SDBS memiliki sifat yang sulit terdegradasi baik di air maupun di

tanah (M Elimelech, et al., 1999), sehingga butuh penanganan khusus untuk

menanggulangi masalah pencemaran yang disebabkan oleh surfaktan jenis ini.

Studi untuk mengatasi permasalahan pencemaran perairan masih terus

berkembang, salah satu metode yang sedang marak dikembangkan dan akan

dilakukan dalam penelitian ini adalah dengan metode adsorpsi. Selain adsorpsi,

metode lain yang dapat digunakan untuk mengatasi masalah limbah surfaktan

adalah dengan fotokatalisis, akan tetapi karena harga yang relatif lebih mahal,

membuat teknik adsorpsi lebih banyak digunakan. Teknik adsorpsi memiliki

kemampuan yang baik dalam mengatasi limbah organik (Lizhong Zu, et al.,1998,

Runliang Zhu, et al., 2009), dan limbah anorganik seperti logam berat Cd dan Cu

(Liang-guo Yan, 2007, Chih-Huang Weng, et al., 2006).

Bentonit merupakan salah satu mineral yang kelimpahannya cukup besar

di alam, terutama di Indonesia. Berdasarkan data dari Departemen ESDM pada

tahun 2005, bentonit tersebar di pulau-pulau besar Indonesia, seperti di

Kalimantan, Sumatera, Sulawesi dan Jawa, dengan cadangan diperkirakan lebih

dari 380 juta ton. Namun, penggunaan bahan ini belum maksimal dan masih

bernilai rendah.

Bentonit memiliki konfigurasi 2:1 dimana terdiri dari 2 lapis tetrahedral

(silikon-oksigen), dan 1 lapis oktahedral (alumunium-oksigen-hidroksil).

Montmorilonit memiliki kandungan yang paling banyak di dalam bentonit alam.


Montmorilonit secara alami mengalami subtitusi isomorfis, dimana posisi Al3+

digantikan oleh Mg2+

/Fe2+

dan Si4+

digantikan Al3+

sehingga memiliki muatan

total negatif dan harus diseimbangkan dengan kation seperti Na+ dan Ca

2+ (Yunfei

Xi, et al., 2005). Bentonit alam masih bersifat hidrofilik, sehingga tidak efektif

bila digunakan sebagai adsorben senyawa organik yang terlarut dalam air

(Chaiko, D, 2002, dan J.H. Kim, et al., 2003). Oleh karena itu perlu dilakukan

modifikasi terlebih dahulu terhadap bentonit alam agar dapat digunakan sebagai

adsorben limbah surfaktan dalam perairan.

Kemampuan adsorpsi bentonit alam dapat ditingkatkan dengan melakukan

modifikasi melalui proses tukar kation dalam bentonit dengan kation amina dari

surfaktan kationik [(CH3)2NHR]+ (T.S. Anirudhan, M. Ramachandran, 2006).

Metode ini dikenal dengan pembuatan organoclay, dan dapat meningkatkan

afinitas antara bentonit dengan limbah organik, akan tetapi ruang antar lapis yang

sebagian besar diisi oleh surfaktan (Zhu, et al., 2008) mengakibatkan

berkurangnya ukuran basal spacing pada bentonit dan berkurangnya tempat bagi

limbah organik untuk teradsorpsi ke dalam ruang antar lapis (Zonghua Qin, et

al.,2010). Selain itu walaupun modifikasi bentonit dengan surfaktan dapat

meningkatkan basal spacing atau ruang antar lapis dalam bentonit, akan tetapi

sifatnya yang tidak stabil terhadap suhu yang tinggi mengakibatkan basal spacing

yang dihasilkan tidak permanen (J. Theo Kloprogge, et al., 2002). Hal ini

mendorong berkembangnya studi menggunakan polikation anorganik sebagai

agen pemilar, dimana dapat memberikan kestabilan yang tinggi terhadap panas

serta area permukaan yang luas, dan bila dikalsinasi akan menghasilkan pilar

oksida logam yang permanen (Kloprogge, et al., 2002, D. M. Manohar, et al.,

2005, A. Tabak, et al., 2007).

Selama beberapa dekade terakhir, penggunaan polikation logam seperti Al,

Fe, Ti, Zn sebagai agen pemilar dalam bentonit telah marak dilakukan (Liang-guo

Yan, et al., 2008, N.R. Sanabria, et al., 2009, R.B. Yu, et al., 2008, J.W. Tang, et

al., 2006). Polikation Al adalah agen pemilar yang paling banyak digunakan, baik

untuk selanjutnya digunakan secara langsung untuk mengadsorb logam, pewarna,

dan polutan-polutan lainnya (Z.H. Shao, et al., 2005, D. Pentari, et al., 2009)


maupun tidak langsung melalui modifikasi lanjutan dengan cara menambahkan

kitosan (Wei Tan, et al., 2007), 3-aminopropyltriethoxysilane (Zonghua Qin, et

al., 2010), atau 2-pralidoxime (PAM) (Lev Bromberg, et al., 2011) pada bentonit

terpilar Al untuk selanjutnya digunakan sebagai adsorben, dimana proses

pemilaran membuat basal spacing meningkat secara permanen dan jumlah zat

yang dapat diadsorbsi semakin banyak (Tatsuya Yamazaki, et al., 2001).

Polikation Al dianggap sebagai pemilar yang baik karena dapat menghasilkan

volume pori dan kekuatan adsorpsi yang paling besar bila dibandingkan dengan

logam-logam lainnya (N. Maes, et al., 1996)

Penelitian-penelitian sebelumnya banyak menggunakan kitosan sebagai

modifier pada bentonit terpilar Al, karena sifatnya yang ramah lingkungan dan

mampu meningkatkan kemampuan adsorpsi bentonit (Wei Tan, et al., 2007) akan

tetapi pada penelitian ini tidak tepat bila digunakan kitosan, karena kitosan dapat

berikatan dengan montmorilonit pada pH asam dengan terbentuknya gugus NH3+

yang selanjutnya dapat mengalami proses tukar kation dengan montmorilonit

(Darder, et al., 2005), sedangkan pada penelitian ini ditujukan sebagai adsorben

surfaktan yang memiliki pH basa. Selain itu penggunaan kitosan akan

menghasilkan hasil yang baik apabila digunakan untuk adsorben ion logam,

karena akan terjadi ikatan koordinasi antara gugus -NH2 dan -OH pada kitosan

dengan ion logam (Wei Tan, et al., 2007), sedangkan pada penelitian ini surfaktan

yang akan diadsorpsi memiliki muatan negatif/kelebihan elektron, sehingga

kitosan tidak mampu berikatan dengan surfaktan anionik.

Oleh karena itu, pada penelitian ini akan dilakukan pembuatan

montmorilonit terpilar Al, untuk selanjutnya dimodifikasi dengan polimer

kationik PDDA (Poly Diallyl Dimethyl Ammonium) dan digunakan sebagai

adsorben surfaktan anionik SDBS (Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate). Pada

proses pemilaran montmorilonit, akan digunakan polikation Al dan CTAB (N-

Cetyl-N,N,N-Trimethyl Ammonium Bromide) yang ditambahkan secara

bersamaan, karena berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Runliang Zhu,

Tong Wang, Fei Ge, Wangxiang Chen, dan Zhimin You pada tahun 2009

membuktikan bahwa pembuatan montmorilonit terpilar Al akan menghasilkan


pilar yang tidak terlalu rigid dan pori seragam apabila digunakan CTAB sebagai

agen yang ikut membantu proses pilarisasi. Hal ini diharapkan akan memudahkan

PDDA masuk sebagai modifier pada montmorilonit dan meningkatkan

kemampuan adsorbsi. Walau penggunaannya pada bentonit belum pernah

dilakukan, PDDA terbukti mempunyai kemampuan adsorbsi yang baik untuk

surfaktan pada media emas (Alexander B, 2002), selain itu PDDA juga telah

digunakan sebagai modifier zeolit dan terbukti mampu mengadsorp surfaktan

dengan baik (Helen Stephanie, 2011).

1.2 Perumusan Masalah

a. Apakah pilarisasi bentonit alam dapat dilakukan dengan menggunakan

polikation Al dan surfaktan CTAB?

b. Apakah polikation PDDA dapat disisipkan pada pori-pori bentonit

alam yang telah terpilar?

c. Apakah organoclay bentonit-PDDA dapat mengabsorbsi surfaktan

anionik SDBS?

d. Apakah ikatan antara PDDA (dalam PMAM) dengan SDBS dapat

dipengaruhi oleh pH?

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah:

a. Melakukan pilarisasi pada bentonit alam dengan menggunakan

polikation Al dan surfaktan CTAB sebagai template.

b. Memodifikasi bentonit terpilar Al dengan PDDA dan mencari

konsentrasi adsorpsi PDDA optimum.

c. Mengaplikasikan bentonit terpilar Al yang telah dimodifikasi dengan

PDDA sebagai adsorben surfaktan SDBS dan mencari kondisi

optimumnya.

d. Menguji kekuatan ikatan antara PMAM dan SDBS dengan melakukan

variasi pH.


BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

I. Kajian Pustaka dari Penelitian yang Telah Dilakukan

Penelitian yang telah dilakukan pada tahun 1996 oleh H.Khalaf, et al.

menunjukkan bahwa bentonit dapat dipilarisasi dengan Al melalui pembuatan

polikation Al. Pada penelitian tersebut, kondisi optimum polikation Al dibuat

dengan mencampurkan NaOH ke dalam larutan AlCl3 sampai terbentuk rasio

volume OH/Al sebesar 1,8. Setelah itu, bentonit ditambahkan pada larutan

polikation Al dengan rasio Al/bentonit 4 mmol/gram, untuk selanjutnya

ditambahkan CTAB (Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide) selaku modifier.

Terlihat penambahan CTAB dapat meningkatkan basal spacing dari sekitar 1,8

nm untuk Al-bentonit menjadi 2,1 nm. Akan tetapi kalsinasi hingga lebih dari 500

0C menyebabkan basal spacing kembali ke kondisi normal dan area permukaan

bentonit menjadi lebih kecil bila dibandingkan dengan Al-bentonit. Berdasarkan

hasil penelitian tersebut, maka proses pemilaran pada penelitian kali ini tidak

dilakukan dengan penambahan polikation Al terlebih dahulu sebelum CTAB, dan

didapatkan informasi bahwa CTAB dapat dihilangkan dari bentonit pada suhu

diatas 500 oC.

Kloprogge, et al. pada tahun 2002 melakukan penelitian dengan

menggunakan 10 jenis montmorilonit dari Miles, Queensland, Australia. Mereka

membuat montmorilonit terpilar Al dengan rasio volume OH/Al 2,2 dan

mengkarakterisasinya dengan XRD, ICP-AES, dan FTIR. Penelitian tersebut

membuktikan montmorilonit mampu bertahan hingga suhu 600 oC. Penelitian

tersebut memberikan informasi akan karakteristik bentonit terpilar Al.

Pada penelitian lain yang dilakukan oleh A. Tabak, et al. pada tahun 2007,

dilakukan sintesis dan karakterisasi bentonit terpilar Al menggunakan bentonit

turki. Penelitian tersebut menghasilkan komposisi optimum dalam pembuatan

polikation Al dan bentonit terpilar Al, yaitu dengan rasio volume OH/Al 2,2 dan


penambahan Na-MMT hingga rasio 9 mmol Al/gr Na-MMT. Penelitian tersebut

juga menunjukkan bahwa bentonit terpilar Al dapat bertahan hingga suhu 600 oC.

Sebagian besar prosedur pemilaran dilakukan berdasarkan penelitian tersebut,

Namun pada penelitian kali ini tidak digunakan polikation Al saja sebagai agen

pemilar, tetapi digunakan pula template CTAB.

Penelitian selanjutnya yang dilakukan oleh Runliang Zhu, et al. pada tahun

2009 adalah melakukan interkalasi pada bentonit menggunakan CTAB dan

polikation Al dengan variasi urutan penambahan keduanya. Hasil penelitian

menunjukkan bahwa struktur dan ukuran basal spacing Al-bentonit ditentukan

oleh urutan penambahan CTAB dan polikation Al ke dalam bentonit. Apabila

keduanya ditambahkan secara bersamaan/simultan ke dalam bentonit dan atau

CTAB ditambahkan terlebih dahulu sebelum penambahan polikation Al, maka

terbentuk basal spacing yang lebih besar dan ukuran pori yang seragam.

Penambahan CTAB setelah penambahan polikation Al tidak menunjukkan

perubahan basal spacing yang besar karena Al menghambat masuknya CTAB ke

dalam ruang antar lapis dan membuat proses pembentukan pilar tidak sempurna,

mengakibatkan ukuran pori menjadi tidak seragam. Pada penelitian kali ini,

dilakukan pemilaran dengan tahapan seperti penelitian tersebut, dimana CTAB

dan polikation Al ditambahkan secara bersamaan ke dalam bentonit. Akan tetapi

penelitian kali ini tidak berhenti pada proses pemilaran saja, melainkan

dilanjutkan dengan memodifikasi bentonit menggunakan polikation kemudian

mengaplikasikannya sebagai adsorben.

Penelitian lain yang juga dilakukan oleh Runliang Zhu, et al. pada tahun

2009 membuktikan sekali lagi, bahwa polikation Al dan CTAB mampu

menginterkalasi bentonit secara bersamaan. Namun penelitian tersebut tidak

ditujukan untuk membuat pilar, melainkan membuat bentonit anorganik-organik,

untuk selanjutnya digunakan sebagai adsorben naftalen dan pospat. Penelitian

tersebut digunakan sebagai dasar yang memperkuat proses pembuatan bentonit

terpilar Al dengan template CTAB melalui penambahan CTAB terlebih dahulu

sebelum Al atau keduanya dimasukkan secara bersamaan, serta memberikan

informasi bahwa bentonit terinterkalasi Al dan suatu molekul bermuatan positif


(CTAB) masih memiliki kemampuan adsorpsi terhadap polutan organik yang

bermuatan negatif. Penelitian kali ini ditujuan untuk membuat pilar, sehingga

dilakukan proses kalsinasi lalu dimodifikasi dengan polikation, tidak dengan

CTAB seperti yang dilakukan pada penelitian sebelumnya. CTAB hanya

berfungsi sebagai template. Pada proses akhir, bentonit termodifikasi akan

diaplikasikan untuk polutan organik, yaitu surfaktan.

Penelitian yang dilakukan oleh Alexander B. pada tahun 2003 mempelajari

interaksi antara PDDA dengan surfaktan anionik yaitu SDS dengan menggunakan

media emas. Pada penelitian tersebut dihasilkan kompleks SDS-PDDA dengan

cepat. Akan tetapi karena penggunaan media emas yang mahal, maka pada

penelitian kali ini, digunakan bentonit dan surfaktan sebagai adsorben SDBS,

dimana SDBS masih cukup banyak digunakan dalam berbegai produk pembersih

rumah tangga dan industri.

Interaksi antara PDDA dan SDBS dipelajari juga oleh Suvasree

Mukherjee, et al. pada tahun 2011. Penelitian ini mempelajari interaksi fisika dan

kimia yang terjadi antara PDDA dengan berbagai surfaktan anionik. Penelitian

tersebut memberikan informasi bahwa PDDA mampu berikatan dengan baik pada

SDBS. Oleh karena itu pada penelitian kali ini dilakukan modifikasi

menggunakan medium zat padat yaitu bentonit sebagai tempat PDDA yang

selanjutnya diaplikasikan sebagai adsorben surfaktan SDBS.

II. Studi Literatur

2.1 Bentonit

Bentonit adalah istilah pada lempung yang mengandung monmorillonit

dalam dunia perdagangan dan termasuk kelompok dioktahedral. Nama bentonit

pertama kali digunakan tahun 1896 oleh Knight untuk menamai suatu jenis

lempung yang sangat plastis yang terdapat pada formasi Benton, Rock, Creek, di

negara bagian Wyoming, Amerika Serikat.

Bentonit dapat dibagi menjadi 2 golongan berdasarkan kandungan

alumunium silikat hydrous, yaitu activated clay dan fuller's Earth. Activated clay


adalah lempung yang kurang memiliki daya pemucat, tetapi daya pemucatnya

dapat ditingkatkan melalui pengolahan tertentu. Sementara itu, fuller's earth

digunakan dalam fulling atau pembersih bahan wool dari lemak.

Berdasarkan tipenya, bentonit dibagi menjadi dua, yaitu :

a. Tipe Wyoming (Na-bentonit Swelling bentonite)

Na bentonit memiliki daya mengembang hingga delapan kali apabila

dicelupkan ke dalam air, dan tetap terdispersi beberapa waktu dalam air. Dalam

keadaan kering berwarna putih atau krim, pada keadaan basah dan terkena sinar

matahari berwarna mengkilap. Perbandingan soda dan kapur tinggi, suspensi

koloidal mempunyai pH: 8,5-9,8, tidak dapat diaktivasi, posisi pertukaran

diduduki oleh ion-ion sodium (Na+).

b. Mg, (Ca-bentonit non swelling bentonite)

Tipe bentonit ini kurang mengembang apabila dicelupkan ke dalam air,

dan tetap terdispersi di dalam air, tetapi secara alami atau setelah diaktifkan

mempunyai sifat menghisap yang baik. Perbandingan kandungan Na dan Ca

rendah, suspensi koloidal memiliki pH 4-7. Posisi pertukaran ion lebih banyak

diduduki oleh ion-ion kalsium dan magnesium. Dalam keadaan kering bersifat

rapid slaking, berwarna abu-abu, biru, kuning, merah dan coklat. Penggunaan

bentonit dalam proses pemurnian minyak goreng perlu aktivasi terlebih dahulu.

Endapan bentonit Indonesia tersebar di P. Jawa, P. Sumatera, sebagian P.

Kalimantan dan P. Sulawesi, dengan cadangan diperkirakan lebih dari 380 juta

ton, serta pada umumnya terdiri dari jenis kalsium (Ca-bentonit). Beberapa lokasi

yang sudah dan sedang dieksploitasi, yaitu di Tasikmalaya, Leuwiliang,

Nanggulan, dan lain-lain. Indikasi endapan Na-bentonit terdapat di Pangkalan

Brandan; Sorolangun-Bangko; Boyolali (www.tekmira.esdm.go.id).

2.1.1.Montmorilonit (MMT)

Montmorilonit merupakan anggota kelompok mineral clay. Umumnya

montmorilonit membentuk kirstal mikroskopik atau setidaknya kristal micaceous


berlapis sangat kecil. Kandungan air sangat bervariasi dan apabila air diabsorbsi,

montmorilonit cenderung mengembang sampai beberapa kali volume awal. Sifat

struktur unit tetrahedral dan oktahedral ini membuat montmorilonit menjadi

mineral yang bermanfaat untuk berbagai tujuan, seperti untuk dijadikan katalis

dan adsorben. (www.tekmira.esdm.go.id)

Struktur montmorilonit seperti halnya pilosilikat 2:1 yang lain tersusun

dari lapisan tetrahedral yang mengapit lapisan oktahedral (lihat Gambar 2.1).

Secara alami struktur montmorilonit mengalami proses substitusi isomorfis,

dimana posisi Al3+

digantikan oleh Mg2+

/Fe3+

/Fe2+

dan Si4+

digantikan Al3+

.

Sebagai konsekuensinya terdapat netto muatan negatif pada permukaan dan harus

dinetralkan oleh kation lain, kation ini disebut kation interlayer (exchangeable

cations). (Yunfei Xi, et al., 2005)

Gambar 2.1 Struktur montmorilonit (Sumber: Syuhada et al., 2009)

2.2. Polikation Al

Polikation Al dengan rumus molekul [Al13O4(OH)24(H2O)12]7+

merupakan

agen pemilar yang paling banyak digunakan karena mampu meningkatkan basal

spacing yang paling besar dan seragam bila dibandingkan dengan menggunakan

logam Ti, Zr, Fe, sebagai agen pemilar (Maes,N. et al., 1996). Struktur polikation

Al dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Al, Fe, Mg

OH

O

Li, Mn, Pb, Ca

Tetrahedral

Tetrahedral

Oktahedral

Exchangeable cation


Gambar 2.2. Struktur polikation Al model Keggin (sumber: Furrer et al., 1992)

2.3. Adsorpsi

Adsorpsi adalah suatu proses yang terjadi ketika suatu fluida (cairan

maupun gas) terikat pada suatu padatan dan akhirnya membentuk suatu film

(lapisan tipis) pada permukaan padatan tersebut. Adsorpsi secara umum adalah

proses penggumpalan substansi terlarut (soluble) yang ada dalam larutan, oleh

permukaan zat atau benda penyerap, dimana terjadi suatu ikatan kimia fisika

antara substansi dengan penyerapnya.

Definisi lain menyatakan adsorpsi sebagai suatu peristiwa penyerapan

pada lapisan permukaan atau antar fasa, dimana molekul dari suatu materi

terkumpul pada bahan pengadsorpsi atau adsorben. Adsorpsi adalah pengumpulan

dari adsorbat diatas permukaan adsorben, sedang absorpsi adalah penyerapan dari

adsorbat kedalam adsorben dimana disebut dengan fenomena sorption. Materi

atau partikel yang diadsorpsi disebut adsorbat, sedang bahan yang berfungsi

sebagai pengadsorpsi disebut adsorben.

Adsorpsi dibedakan menjadi dua jenis, yaitu adsorpsi fisika (disebabkan

oleh gaya Van Der Waals (penyebab terjadinya kondensasi gas untuk membentuk

cairan) yang ada pada permukaan adsorben) dan adsorpsi kimia (terjadi reaksi

antara zat yang diserap dengan adsorben, banyaknya zat yang teradsorbsi


tergantung pada sifat khas zat padatnya yang merupakan fungsi tekanan dan suhu)

(Brady, 1999)

2.3.1 Isoterm Adsorpsi

Isoterm adsorpsi adalah suatu model matematika yang menggambarkan

distribusi dari adsorbat diantara cairan dan adsorben, berdasarkan asumsi bahwa

sebagian besar berhubungan dengan heterogenitas/homogenitas dari adsorbat. Ada

beberapa jenis isoterm adsorpsi yaitu isoterm adsorpsi Langmuir, Freundlich, dan

Temkin (Kumar, et al., 2009).

2.4 Interkalasi

Interkalasi adalah suatu penyisipan spesies tamu (ion, atom, atau molekul)

ke dalam antarlapis senyawa berstruktur lapis. Schubert, et al., 2002

mendefinisikan interkalasi adalah suatu penyisipan suatu spesies pada ruang antar

lapis dari padatan dengan tetap mempertahankan struktur berlapisnya.Atom-atom

atau molekul-molekul yang akan disisipkan disebut sebagai interkalan, sedangkan

yang merupakan tempat yang akan dimasuki atom-atom atau molekul-molekul

disebut sebagai interkalat. Metode ini akan memperbesar pori material, karena

interkalan akan mendorong lapisan atau membuka antar lapisan untuk

mengembang

Menurut Ogawa dalam Rusman (1999), mekanisme pembentukan

interkalasi dapat dikelompokan menjadi lima golongan, yaitu :

1. Senyawa interkalasi yang terbentuk dari pertukaran kation. Senyawa

terinterkalasi jenis ini terbentuk dari pertukaran kation tamu dengan kation yang

menyetimbangkan muatan lapis. Jumlah kation tamu yang dapat terinterkalasi

tergantung pada jumlah muatan yang terkandung pada lapisan bahan inang.

Lempung terpilar adalah salah satu contoh senyawa terinterkalasi yang diperoleh

dari pertukaran kation. Spesies tamu dalam hal ini berperan sebagai pilar yang

akan membuka lapisan-lapisan lempung.


2. Senyawa interkalasi yang dibentuk dari interaksi dipol dan pembentukan ikatan

hydrogen Senyawa terinterkalasi jenis ini terbentuk jika spesies inang (host)

bersifat isolator dan tidak memiliki muatan permukaan. Interaksi antaraspesies

tamu dan lapisan spesies inang hanya berupa interaksi dipol dan ikatan hidrogen,

oleh karena itu jenis interkalasi ini tidak stabil dan senyawa yang terinterkalasi ini

dengan mudah dapat digantikan.

3. Senyawa interkalasi yang dibentuk dari interaksi dipol antara spesies tamu dan

ion-ion di dalam antar lapis. Senyawa interkalasi jenis ini dapat terjadi melalui

pertukaran molekul-molekul solven. Pertukaran tersebut terjadi antara molekul-

molekul solven yang mensolvasi ion-ion dalam antarlapis dengan molekul-

molekul tamu. Hal tersebut terjadi, jika molekul tamu mempunyai polaritas yang

tinggi. Pada material lempung, molekul monomer dapat terinterkalasi melalui

penggantian dengan molekul air.

4. Senyawa interkalasi yang dibentuk dengan ikatan hidrogen Bila dibandingkan

dengan senyawa interkalasi yang lain, maka spesies tamu akan terikat lebih kuat

di dalam spesies induk, sehingga deinterkalasi lebih sulit terjadi.

5. Senyawa interkalasi yang dibentuk dari transfer muatan. Senyawa interkalasi yang

terbentuk jika lapisan bahan induk bersifat konduktif.

Proses interkalasi dalam lempung dijelaskan pada Gambar 2.3. Lempung

yang semula berbentuk lapisan alumino silikat, dengan masuknya interkalan

Gambar 2.3. Proses Interkalasi dalam Lempung (Sumber: Yateman, 2006)


diantara lapisan mengakibatkan lapisan terdekatnya akan terpisah menjadi lapisan

alumino silikat interkalan-alumino silikat.

2.4.1 Pilarisasi

Pilarisasi adalah proses dimana senyawa berlapis baik material mikro

dan/atau mesopori dirubah menjadi bersifat stabil terhadap panas, dengan cara

tetap mempertahankan struktur berlapisnya (Schoonheydt et al., 1999). Terdapat 3

kriteria dalam pemilaran, yaitu (i) terjadi melalui proses interkalasi, umumnya

dengan proses tukar kation pada interlayer anorganik dengan kationik agen

pemilar, serta mengakibatkan peningkatan d001 spacing sekurang-kurangnya 0,7

nm, (ii) material yang terpilar harus mampu mengembang (swelling), dan (iii)

basal spacing tidak berubah walaupun materi dipanaskan sekurang-kurangnya

200o C (pada beberapa kasus hingga 700-800

oC), dalam kondisi hidrat atau

anhidrat dan ketika pH divariasikan (Bergaya et al,. 1995). Mekanisme pilarisasi

dapat dilihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4. Mekanisme pilarisasi (Sumber: Vercauteren, S. et al., 1996)


2.5 Polielektrolit

Polielektrolit adalah polimer yang merupakan pengulangan dari beberapa

grup elektrolit. Grup ini akan terdisosiasi dalam air, dan mengakibatkan polimer

bermuatan. Polielektrolit mempunyai sifat yang mirip dengan elektrolit (garam)

dan polimer (molekul berbobot besar), oleh karena itu polielektrolit juga sering

disebut polysalts.(M. Hess, et al., 2006)

2.5.1 Muatan polielektrolit

Asam dapat diklasifikasikan sebagai asam lemah atau kuat (begitu juga

dengan basa). Demikian juga terjadi untuk polielektrolit dapat dibedakan menjadi

lemah dan kuat. Polielektrolit kuat adalah yang terdisosiasi sempurna dalam

larutan yang mempunyai range pH luas. Polielektrolit lemah jauh berbeda sifatnya

dengan yang kuat, ia mempunyai konstanta disosiasi (pKa atau pKb) dalam

daerah 2 sampai 10, ini berarti akan terjadi disosiasi parsial dalam pH

intermediate. Jadi polielektrolit lemah tidak akan bermuatan sepenuhnya dalam

larutan dan fraksi muatan mereka dapat dimodifikasi dengan merubah pH larutan,

counter ion atau kuatnya ionik dalam larutan.

2.5.2 Konformasi polielektrolit

Konformasi polimer dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu arsitektur

polimer, afinitasnya terhadap pelarut, dan muatan polielektrolit. Rantai polimer

linear yang tak bermuatan selalu ditemukan dalam bentuk konformasi acak dalam

larutan, sedangkan dalam rantai linier polielektrolit yang bermuatan akan menolak

satu sama lain (gaya Coulomb). Hal ini mengakibatkan rantai menjadi lebih

terekspansi, konformasi menjadi seperti batang yang rigid. Jika larutan

mengandung sejumlah garam dalam jumlah tepat, muatan polielektrolit akan

ternetralkan dan akibatnya rantai polielektrolit akan kollaps menjadi konformasi

yang biasa. Konformasi polimer tentu mempengaruhi banyak hal pada sistem bulk

(seperti viskositas, turbiditas, dll). (R. Podgornik, M. Lier. 2006) Gambaran

polielektrolit yang menempel pada substrat dapat dilihat pada Gambar 2.5.


2.5.3 Poly Diallyl Dimethyl Ammonium (PDDA)

Poly [diallyl(dimethyl)ammonium chloride] merupakan jenis polielektrolit

bermuatan positif, atau sering disebut polikation. Formula kimia monomer diallyl

dimethyl ammonium ini adalah C8H16N. Struktur PDDA dapat dilihat pada

Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Struktur PDDA (sumber: http://mits.nims.go.jp)

PDDA merupakan polimer kationik yang larut dalam air. Di dalam air,

molekulnya berbentuk coil. Material ini mempunyai bentuk amina siklik dan

terdapat amina kuarterner sebagai amina kuarterner klorida. Kemampuan untuk

memodifikasi permukaan dan menyediakan karakter kationik memungkinkan

peneliti menggunakan PDDA untuk menarik muatan negatif secara selektif

sehingga terikat pada permukaan yang terlapisi PDDA. Ikatan antara molekul

n

Gambar 2.5. Gambaran polielektrolit yang menempel pada substrat

(http://www.imtek.de/cpi/polyelectrolyte-brushes.php)


negatif dengan PDDA akan mengurangi kelarutan dari polimer kationik ini (Goo

Soo Lee, et al., 2001).

2.6 Surfaktan

Surfaktan atau dalam bahasa Inggris disebut Surfactant (surface active

agent) adalah zat yang mempunyai kemampuan untuk menurunkan tegangan

permukaan sistem tersebut jika diberikan dalam konsentrasi rendah. Struktur

surfactant terdiri dari dua bagian, yaitu bagian ekor dan kepala. Bagian ekornya

ialah bagian hidrofobik atau tidak suka air, yang artinya dibutuhkan energi yang

besar untuk melakukan kontak dengan air. Bagian ekor ini terbentuk dari rantai

karbon, yang sifatnya jika makin panjang makin baik untuk menangkap kotoran

non polar. Bagian kepala merupakan bagian yang hirofilik atau menyukai air,

yang artinya tidak diperlukan energi yang besar untuk melakukan kontak dengan

air (Salanger, 2002).Struktur surfactant diperlihatkan pada Gambar 2.7.

Muatan yang terkandung pada kepala surfactant menentukan jenis

surfactant itu sendiri. Jenis-jenis surfactant:

a. Anionik membawa muatan negatif, contoh: Sodium Dodesyl Sulfate

(SDS) CH3(CH2)11OSO3-Na

+, Natrium Stearat CH3(CH2)16COO

-Na

+, dan

Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate C12H25C6H4SO3-Na

+

Gambar 2.7 Struktur surfactant (www.naturallycurly.com)


b. Kationik membawa muatan positif, contoh: Dodesilamin Hidroklorida,

[CH3(CH2)11NH3]+Cl

-, Dodesiltrimetil Amonium Bromida

[CH3(CH2)15N(CH3)3]+Br

-, Heksadesil Trimetilamonium Bromida

(HDTMA-Br) [C16H33N(CH3)3]+Br

-, dan Oktadesil Trimetilamonium

Bromida (ODTMA-Br) [C18H37N(CH3)3]+Br

-.

c. Zwitterionik membawa muatan positif dan negatif, contoh: Dodesil

Betain, CH3(CH2)11NHCH2CH2COOH.

d. Nonionik tidak bermuatan, contoh: Tergitol, C9H19C6H4O(CH2-

CH2O)40H, Poliostilen laurel eter, dan C12H25O(C2H4O)8H.

2.6.1 N-Cetyl-N,N,N-Trimethyl-Ammonium Bromide (CTAB)

Memiliki nama lain N,N,N-Trimethyltetradecylammonium Bromide; N-

Hexadecyl-N,N,N-Trimethylammonium Bromide; N-Hexadecyl Trimethyl

Ammonium Bromide; Palmityl Trimethyl Ammonium Bromide; Trimethyl

Hexadecyl-Ammonium Bromide; 1-Hexadecanaminium, N,N,N-Trimethyl-

,Bromide.

CTAB merupakan surfaktan kationik dengan rumus molekul C19H42BrN.

Penggunaannya sebagai materi yang membantu proses pilarisasi bentonit dengan

Al telah banyak dilakukan dengan tujuan untuk meningkatkan nilai basal spacing

(Zhu, Runliang et al., 2009). Struktur dan ukuran CTAB dapat dilihat pada

Gambar 2.8 dan 2.9.

Gambar 2.8 Struktur CTAB (Sumber: Zhu, Jianxi, et al., 2011)


Gambar 2.9 Ukuran CTAB ( Sumber: Runliang Zhu, et al., 2009)

2.6.2 Sodium Dodecyl Benzene-Sulfonate (SDBS)

SDBS (Sodium Dodecyl Benzene-Sulfonate) merupakan salah satu jenis

surfaktan yang digunakan sebagai bahan dasar deterjen, penggunaanya berkurang

sampai ditemukannya jenis surfaktan baru yang dianggap lebih ramah lingkungan

seperti LAS (Krueger, C.J, et al., 1998, dan Nielsen, et al., 1997). Akan tetapi

berdasarkan data dari US EPA (Environmental Protection Agency) registration

products, diketahui bahwa SDBS masih banyak digunakan dalam produk-produk

seperti beberapa merk deterjen, pestisida, fungisida, dan desinfektan. SDBS

selaku salah satu jenis surfaktan, memilik sifat layaknya deterjen karena bahan

dasar deterjen yang memang sebagian besar terdiri dari surfaktan. Keberadaan

limbah ini dalam air dapat membahayakan lingkungan dan membunuh makhluk

hidup air yang ada di dalamnya karena dapat mengurangi kadar oksigen dalam air

dan mengganggu kerja enzim organisme di dalamnya, contohnya ikan (Mautidina,

2000 dan Varley, 1987). SDBS memiliki rumus molekul C18H29NaO3S dan

berbentuk garam tidak berwarna. Struktur SDBS dapat dilihat pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Struktur SDBS(sumber: Salanger, 2002)


2.7 Instrumen Karakterisasi

2.7.1 XRF (X-Ray Flourescence)

XRF merupakan instrumen yang dapat menganalisa unsur-unsur dalam

suatu senyawa. Instrumen terdiri dari sumber radiasi, tempat sampel, dan detektor.

Prinsip kerja XRF dapat dilihat pada Gambar 2.11. Elektron pada kulit dalam

dieksitasi oleh foton dalam wilayah sinar X. Saat terjadi proses deeksitasi,

elektron berpindah dari tingkat energi tinggi untuk mengisi kekosongan pada kulit

dalam. Perbedaan energi diantara kedua kulit atom tersebut muncul sebagai suatu

sinar X yang diemisikan atom. Spektrum sinar X yang berasal dari proses tersebut

muncul sebagai peak yang khas. Energi tiap peak dapat digunakan untuk

identifikasi unsur yang ada dalam sampel (analisa kualitatif) sedangkan intensitas

peak memberikan informasi kadar unsur (analisa kuantitatif) (Gunlazuardi, 2010).

Gambar 2.11. Skema kerja XRF (Sumber: http://www.goldtester.in/introduction-

of-XRF-technology.html)


2.7.2 Spektrofotometri Infra Merah (FTIR)

Instrumen FTIR menggunakan sumber radiasi dalam kisaran inframerah

(bilangan gelombang = 4000-400 cm-1

). Radiasi dalam kisaran energi ini sesuai

dengan kisaran frekuensi vibrasi rentangan (stretching) dan vibrasi bengkokan

(bending) ikatan kovalen dalam kebanyakan molekul. Bila molekul menyerap

radiasi inframerah, energi yang diserap menyebabkan kenaikan amplitudo vibrasi

atom-atom yang saling berikatan. Panjang gelombang eksak absorbsi oleh suatu

tipe tertentu ikatan, bergantung pada jenis vibrasi ikatan tersebut. Oleh karena itu

tipe ikatan yang berbeda (C-H, C-C, C-O dll) menyerap radiasi inframerah pada

panjang gelombang berbeda.

Instrument FTIR terdiri sumber cahaya (Nerst glower atau Globar),

monokromator, detektor, dan sistem pengolah data (komputer). Spektum yang

dihasilkan merekam panjang gelombang atau frekuensi versus % T. (Oxtoby,

2002).

2.7.3 Difraksi Sinar-X (XRD)

Max von Laude menyatakan bahwa kristal dapat digunakan sebagai kisi

tiga dimensi untuk difraksi radiasi elektromagnetik. Ketika radiasi

elektromagnetik melewati suatu materi, terjadi interaksi dengan elektron dalam

atom dan sebagian dihamburkan ke segala arah. Dalam beberapa arah, gelombang

berada dalam satu fasa dan saling memperkuat satu sama lain sehingga terjadi

interferensi konstruktif sedangkan sebagian tidak satu fase dan saling meniadakan

sehingga terjadi interferensi destruktif (Gunlazuardi, 2005).

Interferensi konstruktif tergantung pada jarak antar bidang (d), besar sudut

difraksi () dan berlangsung hanya apabila memenuhi hukum Bragg :

n = 2d sin n= 1, 2, 3,

2.7.4 UV-Vis Spektrofotometer

Molekul dapat menyerap radiasi dalam daerah UV-Vis karena

mengandung elektron yang dapat dieksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi.


Spektrofotometer UV-Vis dapat membaca transisi pada panjang gelombang antara

190-1000 nm. Berdasarkan hukum lambert-Beer, absorbansi berbanding lurus

dengan konsentrasi, sesuai persamaan :

A = . b. C

A = a. b. C

Radiasi yang ditembakkan pada suatu sampel ada yang diserap dan ada

yang diteruskan. Logaritma daya radiasi yang diserap per daya radiasi yang

diteruskan merupakan nilai absorbansi (Gunlazuardi, 2010). Skema alat UV-Vis

spektrofotometer dapat dilihat pada Gambar 2.12

Gambar 2.12 Skema kerja UV-Vis spectrofotometer

(Sumber: http://bouman.chem.georgetown.edu/S00/handout/spectrometer.htm)

Cara kerja instrumentasi ini relatif sederhana. Berkas sinar dari sumber radiasi UV

dan/ atau Visible dipisahkan menjadi komponen panjang gelombangnya dengan

prisma ataupun diffraction grating. Setiap berkas sinar monokromatis kemudian

akan dipilah menjadi dua bagian dengan intensitas yang sebanding oleh peralatan

half mirror. Satu berkas sinar, berkas sampel, dilewatkan melalui wadah yang

A = absorbansi = absorptivitas molar

a = absorptivitas C = konsentrasi

b = tebal kuvet


transparan (kuvet) yang berisi larutan senyawa yang dipelajari dalam pelarut yang

transparan. Berkas sinar lainnya, pembanding, dilewatkan melalui kuvet yang

identik dengan kuvet sampel tetapi hanya mengandung pelarutnya saja. Intensitas

berkas sinar kemudian diukur dengan detektor dan keduanya dibandingkan.

Intensitas dari berkas pembanding, dimana tentunya tidak mengalami proses

serapan (kalaupun ada cukup kecil) ditentukan sebagai berkas dengan intensitas

Io. Intensitas dari berkas sampel ditentukan sebagai I. Dalam periode waktu yang

singkat, spektrometer menscan secara otomatis seluruh komponen panjang

gelombang dalam daerah tertentu. Scan daerah UV umumnya dilakukan dari 200

s/d 400 nm, dan scan daerah Visible dilakukan dari 400 s/d 800 nm (Gunlazuardi,

2010).

2.7.5 Brunauer-Emmet-Teller (BET)

Teori BET diperkenalkan tahun 1938 oleh Stephen Brunauer, Paul Hugh

Emmett, dan Edward Teller. BET adalah singkatan dari nama ketiga ilmuwan

tersebut. Teori ini menjelaskan fenomena adsorpsi molekul gas di permukaan zat

padat. Kuantitas molekul gas yang diadsorpsi sangat bergantung pada luas

permukaan yang dimiliki zat padat tersebut. Dengan demikian, secara tidak

langsung teori ini dapat dipergunakan untuk menentukan luas permukaan zat

padat (Mikrajuddin Abdullah dan Khairurrijal. 2009).

BET menerangkan keadaan molekul yang teradsorpsi pada permukaan zat

padat melalui persamaan berikut:

dengan P adalah tekanan kesetimbangan, Po adalah tekanan saturasi, v adalah

jumlah gas yang teradsorpsi, vm adalah jumlah gas yang teradsorpsi pada satu

lapis, dan c adalah konstanta BET yang memenuhi:


2.7.6 Transmission Electron Microscopy (TEM)

TEM digunakan dalam analisis mikrostruktur, idnetifikasi defect, analisis

interfasa, struktur kristal, tatanan atom pada kristal serta analisa elemental pada

skala nanometer. TEM bekerja dengan prinsip menembakkan elektron ke lapisan

tipis sampel, selanjutnya informasi tentang komposisi struktur dalam sampel

tersebut dapat terdeteksi dari analisis sifat tumbukan, pantulan maupun fase sinar

elektron yang menembus lapisan tipis tersebut. Dari sifat pantulan sinar elektron

tersebut juga bisa diketahui struktur kristal maupun arah dari struktur kristal

tersebut. Bahkan dari analisa lebih detail, dapat diketahui deretan struktur atom

dan ada tidaknya cacat (defect) pada struktur tersebut. Hanya perlu diketahui,

untuk observasi TEM ini, sampel perlu ditipiskan sampai ketebalan lebih tipis dari

100 nanometer. Dan penipisan tersebut bukanlah pekerjaan yang mudah, karena

memerlukan keahlian dan alat khusus. Obyek yang tidak bisa ditipiskan sampai

order tersebut sulit diproses. TEM mampu menghasilkan resolusi hingga 0,1 nm

(1 Angstrom) atau sama dengan pembesaran hingga satu juta kali.(Mikrajuddin

Abdullah dan Khairurrijal. 2009). Komponen-komponen pada TEM dapat dilihat

pada Gambar 2.13.

Gambar 2.13. Komponen-komponen TEM (Sumber:

http://www.unl.edu/CMRAcfem/temoptic.htm)


BAB III

METODE PERCOBAAN

3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan di laboratorium Departemen Kimia FMIPA Universitas

Indonesia pada bulan Agustus sampai November 2011

3.2 Alat dan Bahan

3.2.1 Alat Proses

Peralatan yang digunakan pada penelitian ini antara lain gelas piala 100 mL,

250 mL, 500 mL, dan 1000mL, labu ukur 10mL, 250 mL, 500mL, dan 1000 mL,

pipet volumetri, pipet tetes, gelas beker, batang pengaduk, botol semprot, bulb,

tabung reaksi, mortar, neraca analitik, oven, termometer, sentrifuge, sonikator,

ayakan mesh, dan magnetic stirrer, labu ukur, corong pisah.

3.2.2 Alat Uji

Alat uji yang digunakan untuk analisa dan karakterisasi adalah

spektrofotometer UV-Vis Shimadzu 2450, FTIR Shimadzu IR Prestige-21,

Difraksi sinar-X (XRD) Philip PW 1710, XRF dan BET.

3.2.3 Bahan

Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah bentonit alam

(dari Tapanuli, Sumatera Utara), aquades, dan aquabides. Digunakan pula bahan-

bahan kimia yang berkualitas pro analis dari Merck, yaitu AgNO3, NaCl, HCl,

NaOH, metilen biru, N-Cetyl-N,N,N-Trimethyl Ammonium Bromide, indikator


PP, H2SO4, dan kloroform. Sedangkan PDDACl dan SDBS diperoleh dari Aldrich

dengan kualitas pro analis.

3.3 Prosedur kerja

Prosedur kerja pada penelitian ini mengacu pada prosedur yang telah

dilakukan oleh peneliti sebelumnya (Irwansyah, 2007; Putra, Agung. K, 2010 dan

Stephanie, Helen, 2011) dan jurnal internasional (Tabak,A, et al., 2007; Khalaf,

H, et al., 1996; Kahr, G., F.T. Madsen. 1994; dan Zhu,Runliang, et al., 2009)

dengan beberapa modifikasi.

3.3.1 Preparasi Montmorilonit

3.3.1.1 Preparasi Bentonit Alam

Bentonit alam yang telah digerus, dipanaskan di dalam oven pada suhu 110

0C selama 2 jam. Bentonit yang telah kering, lalu disaring menggunakan ayakan

berukuran 200 mesh dan dikarakterisasi menggunakan XRD.

3.3.1.2 Fraksinasi Sedimentasi Bentonit

Sebanyak 200 gram bentonit dimasukkan ke dalam beaker glass dan

ditambahkan 2 liter aquades. Campuran tersebut diaduk dengan stirrer selama 30

menit, kemudian didiamkan selama 5 menit. Endapan yang terbentuk dipisahkan

dengan cara dekantasi. Endapan ini disebut sebagai fraksi satu (F1). Suspensi sisa

fraksi satu didiamkan kembali selama 2 jam. Endapan yang didapat disebut

sebagai fraksi dua (F2). Endapan dari fraksi dua lalu dikeringkan dalam oven pada

suhu 110 0C sampai kering.


3.3.1.3. Penjenuhan dengan NaCl

Bentonit fraksi dua disuspensikan ke dalam 1000 mL larutan NaCl 1 M,

kemudian distirrer selama 24 jam pada suhu 70oC. Endapan hasil dekantasi dicuci

dengan akuades hingga bebas Cl- yang dibuktikan dengan penambahan 2 tetes

AgNO3 1 M pada 10 mL filtrat sampai tidak terbentuk endapan putih AgCl.

Selanjutnya endapan dikeringkan dalam oven pada suhu 110 0C. Endapan digerus

dan diayak hingga berukuran 200 mesh. Na-MMT yang diperoleh di karakterisasi

dengan XRD, BET dan FTIR.

3.3.2. Penentuan Nilai Kapasitas Tukar Kation (KTK)

Sebanyak 0,5 gr Na-MMT disuspensikan ke dalam 15 mL aquades dan

diaduk selama 1 jam. Ditambahkan 20 mL larutan metilen biru 0,005 M setetes

demi setetes dan disertai pengadukan dengan menggunakan pengaduk magnetic

selama 1 jam. Setelah dilakukan penyaringan dengan menggunakan kertas saring

kasar, dilakukan pengukuran absorbansi pada filtrat menggunakan UV-Vis

Spectrofotometer dengan = 667 nm. Selisih konsentrasi metilen biru sebelum

dan sesudah dicampurkan dengan Na-MMT digunakan untuk menghitung nilai

KTK. Dibuat deret standar dari metilen biru dengan konsentrasi 3x10-8

, 5x10-8

,

8x10-8

, 1x10-7

, 3x10-7

, 5x10-7

, 8x10-7

, 1x10-6

, dan 5x10-6

M.

3.3.3. Proses Pilarisasi Montmorilonit

Membuat larutan polikation Al dengan cara menambahkan secara perlahan

660 mL NaOH 0,2 M ke dalam 300 ml AlCl3.6H2O 0,1 M (rasio OH/Al 2,2)

sambil dilakukan pengadukan, lalu larutan di aging selama 2 hari. Di tempat

terpisah, dibuat larutan CTAB 2% (20 gr dalam 1000 ml). Selanjutnya dilakukan

penimbangan sebanyak 3,333 gr Na-MMT (agar proporsi Al/MMT yang didapat

sebanyak 9 mmol/gr), untuk selanjutnya dibuat 2% suspensi Na-MMT dengan

melarutkannya pada 166,665 ml aquades dan diaduk menggunakan stirrer

magnetik. Proses pilarisasi kemudian dilakukan dengan mencampurkan larutan


CTAB dan polikation Al secara perlahan-lahan ke dalam suspensi Na-MMT,

kemudian diaduk selama 24 jam. Sebagai pembanding, dibuat juga campuran

polikation Al dan Na-MMT tanpa penambahan CTAB. Endapan disaring dan

dicuci sampai sisa Cl- hilang (negatif terhadap uji AgNO3), lalu endapan

dikeringkan pada suhu 40 C selama 3 hari dan dikalsinasi secara bertahap sampai

600 C selama 3 jam. Padatan yang didapat dari pilarisasi menggunakan CTAB

dan polikation Al kemudian dinamakan Al-Montmorilonit (Al(CTAB)-MMT) dan

yang hanya dipilarisasi oleh polikation Al, dinamakan Al-MMT. Selanjutnya

Al(CTAB)-MMT dan Al-MMT dikarakterisasi dengan FTIR, XRD dan BET.

3.3.4. Pembuatan PMAM (Polymer Modified Al(CTAB)-MMT)

Dibuat larutan PDDACl; 0,04M NaCl dengan cara menambahkan 0,117 gr

NaCl pada masing-masing larutan PDDACl yang kemudian diencerkan

bersamaan pada labu 50 ml untuk mencapai konsentrasi PDDACl yang

diinginkan, yaitu PDDACl 1x10-5

, 1x10-4

, 5x10-4

, dan 1x10-3

M. Mencampurkan

masing-masing 12,5 ml larutan PDDACl;0,04M NaCl ke dalam 0,5 gr Al(CTAB)-

MMT, dan di tempat terpisah juga dilakukan pencampuran antara

PDDACl;0,04M NaCl dengan Na-MMT dan Al-MMT (sebagai pembanding).

Campuran kemudian diaduk selama 8 jam dan diendapkan semalaman. Endapan

didekantasi dan dipisahkan dari filtratnya melalui proses penyaringan dengan

menggunakan kertas saring kasar dan dicuci dengan 10 ml aquabides untuk

selanjutnya dikeringkan pada suhu ruang dan ditimbang hingga bobotnya tetap.

Hasil endapan dikarakterisasi dengan menggunakan FTIR, dan konsentrasi

PDDACl optimum dapat ditentukan dengan melihat luas puncak serapan N-R

yang paling besar pada karakterisasi dengan FTIR dan dengan melalui

perbandingan intensitas puncak serapan N-R dengan puncak serapan pembanding.

3.3.5 Aplikasi PMAM Sebagai Adsorben Surfaktan SDBS

Pada 50 mg PMAM dengan konsentrasi PDDACl optimum, ditambahkan 10

ml larutan surfaktan SDBS dengan variasi konsentrasi 5x10-5

, 1x10-4

, 5x10-4

,


1x10-3

, 5x10-3

,dan 1x10-2

M. Campuran diaduk selama 120 menit, dan diendapkan

semalaman. Endapan didekantasi lalu disaring, dan filtrat disentrifugasi selama 1

jam. Konsentrasi optimum ditentukan dengan menentukan absorbansi pada filtrat

(konsentrasi yang tidak terserap) dengan menggunakan metode MBAS (Lampiran

2), kemudian konsentrasi SDBS yang tidak terserap dapat diketahui melalui

persamaan yang didapat dari kurva standar SDBS yang juga dibuat melalui

metode MBAS. Pada konsentrasi optimum SDBS, dilakukan pencampuran lagi

dengan PMAM dan digunakan variasi waktu pengadukan. Range waktu

pengadukan yang digunakan yaitu 15, 45, 75, 120, dan 180 menit. Campuran

diendapkan semalaman, lalu disaring dan filtrat disentrifugasi selama 1 jam.

Konsentrasi SDBS yang tidak terserap ditentukan dengan mengukur absorbansi

filtrat menggunakan metode MBAS. Untuk perbandingan, dilakukan juga

pencampuran PMNM dan PMAMt (dari hasil pilarisasi Al-MMT) pada SDBS

dengan kondisi optimum. Endapan hasil kemudian dikarakterisasi dengan FTIR,

dan adsorpsi SDBS dianalisa menggunakan isoterm adsorpsi Langmuir dan

Freundlich.

3.3.6 Pengujian Kekuatan Ikatan antara PDDA (dalam PMAM) dengan

SDBS

Pada endapan PMAM yang telah mengadsorp SDBS dalam kondisi

optimum, dilakukan penambahan HCl 1x10-3

M hingga terbentuk larutan dengan

pH 3,06; 4,37; dan 4,86. Untuk setiap variasi pH, ditambahkan 2 ml HCl ke dalam

10 mg endapan, kemudian diaduk selama 45 menit dan disentrifugasi. Pencucian

dengan HCl dilakukan 2x untuk masing-masing kondisi pH. Filtrat dipisahkan dan

konsentrasi SDBS yang mampu ditarik oleh HCl ditentukan dengan mengukur

absorbansi filtrat melalui metode MBAS dan memasukkan nilai absorbansi

tersebut ke dalam kurva standar SDBS.


BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Preparasi Montmorilonit

Sebelum bentonit digunakan lebih lanjut, dilakukan terlebih dahulu

perlakuan terhadap bentonit melalui 3 tahap preparasi yaitu preparasi bentonit,

fraksinasi, dan penjenuhan dengan NaCl yang kemudian ditentukan nilai kapasitas

tukar kationnya. Tahapan preparasi montmorilonit bertujuan untuk memperoleh

Na-MMT (Na-exchange Montmorilonit) yang kemudian akan digunakan pada

tahapan-tahapan selanjutnya.

4.1.1 Preparasi bentonit alam

Tahapan pertama pada proses preparasi montmorilonit adalah preparasi

bentonit alam yang bertujuan untuk mempersiapkan bentonit alam yang masih

banyak mengandung pengotor di dalamnya agar siap digunakan untuk proses

selanjutnya. Pada tahap preparasi, bentonit digerus dan dipanaskan pada suhu 110

oC selama 2 jam guna menghilangkan air dan pengotor organik yang mudah

menguap. Bentonit yang telah kering, diayak menggunakan ayakan 200 mesh agar

ukuran bentonit menjadi kecil dan seragam. Ukuran yang semakin kecil akan

membuat luas permukaan bentonit menjadi lebih besar dan semakin banyak zat

yang mampu diserap, sedangkan penyeragaman ukuran bertujuan untuk membuat

proses penyerapan yang terjadi juga seragam.

4.1.2 Fraksinasi

Setelah tahapan preparasi, pada bentonit dilakukan fraksinasi agar

didapatkan fraksi yang kaya akan montmorilonit. Fraksi yang kaya akan

montmorilonit akan membuat proses adorpsi lebih optimal, karena montmorilonit

adalah mineral utama dalam bentonit yang berperan dalam proses adsorpsi dan


menentukan sifat serta kualitas dari bentonit itu sendiri. Oleh karena itu,

pengotor-pengotor lain seperti kalsit, kuarsa, klinoptilolit, besi oksida, feldspars

dan asam humat yang masih terdapat dalam bentonit alam harus dihilangkan

terlebih dahulu melalui pemurnian baik secara fisika maupun kimia (Adel Fisli, et

al., 2008). Proses fraksinasi termasuk ke dalam proses pemurnian secara fisika,

dimana mineral-mineral yang memiliki massa jenis lebih besar akan mengendap

terlebih dahulu dan selanjutnya dipisahkan dari fraksi yang kaya akan

montmorilonit yang masih membentuk suspensi di atas permukaan endapan.

Montmorilonit akan mengendap lebih lama karena adanya ikatan yang lebih kuat

antara lapisan silikat di dalam montmorilonit dengan air (Oktaviani, 2011). Pada

penelitian ini tidak dilakukan pemurnian secara kimia seperti purifikasi karbonat

karena berdasarkan hasil penelitian Irwansyah pada tahun 2007, diketahui bahwa

perlakuan kimia pada bentonit dapat merusak struktur bentonit dan mengurangi

kandungan montmorilonit. Proses fraksinasi dapat dilihat pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1. Fraksi 2 (F2) setelah diendapkan selama 2 jam

4.1.3 Penjenuhan dengan NaCl

Di dalam interlayer montmorilonit yang berasal dari bentonit alam, masih

terdapat beraneka ragam kation seperti Li+, Mn

2+, Pb

2+, dan Ca

2+ yang berfungsi

sebagai penyeimbang muatan untuk montmorilonit yang bersifat negatif, ukuran


kation-kation yang berbeda tersebut mengakibatkan ukuran interlayer tidak

seragam, sehingga diperlukan penyeragaman kation melalui proses tukar kation

yang semula beragam menjadi Na+. Proses tukar kation dengan Na

+ dapat dilihat

pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Proses tukar kation dengan Na+

(Sumber: Oktaviani, 2011, dengan modifikasi)

Proses penyeragaman kation pada penelitian ini dilakukan melalui

penjenuhan dengan NaCl 1M pada fraksi 2 (F2) dengan suhu 70 oC selama 24

jam. NaCl ditambahkan dengan perbandingan (F2:NaCl) 1:20 untuk memberi

kesempatan Na-MMT mengembang/swelling secara maksimal. Proses

penjenuhan dengan NaCl dapat dilihat pada Gambar 4.3

Gambar 4.3 Proses penjenuhan dengan NaCl

Na+

Kation keluar


Penyeragaman dengan kation Na sangat penting untuk membuat

montmorilonit bersifat swelling, sehingga memudahkan masuknya polikation Al

dalam proses pilarisasi. Sifat swelling yang dihasilkan oleh Na-MMT diakibatkan

karena ion Na+ yang berada di permukaan bentonit akan berasosiasi dengan

daerah yang mengalami defisiensi muatan positif pada salah satu lembar saja,

sehingga di antara lembaran akan terpisah cukup jauh dan memungkinkan

interaksi dengan air lebih banyak dan meningkatkan kestabilan (Irwansyah, 2007).

Proses swelling Na-MMT dapat dilihat pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Proses swelling Na-MMT (Sumber: Nelson, 2011)

Hasil endapan disaring dan dicuci menggunakan aquades hingga tidak

lagi mengandung ion Cl- yang dibuktikan dengan hasil negatif terhadap pengujian

dengan AgNO3 1 M. Hasil pengujian dengan AgNO3 pada filtrat yang masih

mengandung Cl- dan pada filtrat yang telah bebas dari Cl

- dapat dilihat pada

Gambar 4.5.

Ion Cl- harus dipastikan tidak ada lagi di dalam montmorilonit karena

keberadaannya dapat mengganggu proses selanjutnya. Polikation Al dan CTAB

yang akan digunakan pada proses selanjutnya memiliki muatan positif dan

diharapkan mengalami proses tukar kation untuk berikatan dengan montmorilonit

yang bermuatan negatif. Adanya ion Cl- menyebabkan polikation Al dan CTAB

akan berikatan dengan ion Cl- dan bukan langsung berikatan dengan

montmorilonit. Oleh karena itu, ion Cl- harus dipastikan benar-benar hilang dari

Na-MMT.


Gambar 4.5. Hasil uji dengan AgNO3 1 M pada filtrat yang masih mengandung

Cl- (kiri) dan yang sudah bebas Cl

- (kanan)

Endapan selanjutnya dikeringkan pada suhu 110 oC untuk menghilangkan

air dan diayak kembali dengan ayakan 200 mesh agar ukurannya kembali

seragam, lalu dikarakterisasi menggunakan XRD dan FTIR. Hasil penjenuhan

dengan NaCl dinamakan Na-MMT. Perbedaan secara fisik antara bentonit alam

dan Na-MMT tidak terlalu terlihat jelas, dimana Na-MMT terlihat sedikit lebih

pucat dibandingkan dengan bentonit alam. Hal ini disebabkan karena pengotor-

pengotor yang semula terdapat dalam bentonit alam sudah dibersihkan. Tampilan

fisik bentonit alam dan Na-MMT dapat dilihat pada Gambar 4.6.

Gambar 4.6. Tampilan fisik bentonit alam (kiri) dan Na-MMT (kanan)


4.1.4 Karakterisasi bentonit alam dan Na-MMT

Karakterisasi dilakukan menggunakan XRD dan FTIR untuk mengetahui

morfologi bentonit alam dan Na-MMT yang kemudian akan berguna sebagai

karakterisasi awal atau pembanding dari produk-produk yang akan dihasilkan

pada tahapan selanjutnya.

4.1.4.1 Karakterisasi dengan XRD

Gambar 4.7 menggambarkan pola difraksi bentonit alam dan Na-MMT.

Pada difraktogram tersebut terlihat bahwa tidak terdapat perubahan signifikan

antara bentonit alam dengan Na-MMT yang diperjelas dengan rangkuman pada

Tabel 4.1 yang menunjukkan sudut 2 dari bentonit alam dan Na-MMT.

Gambar 4.7. Difraktogram XRD bentonit alam dan Na-MMT

Database montmorilonit pada Tabel 4.1 diperoleh dari Batan dengan melihat

database montmorilonit yang digunakan pada instrumen XRD yang digunakan

yaitu Philip PW 1710, sehingga dengan mencocokkan nilai 2 pada difraktogram

bentonit alam dan Na-MMT dengan 2 pada database montmorilonit, dapat

diketahui puncak mana saja yang menunjukkan puncak khas dari montmorilonit

10 20 30 40 50 600

100

200

300

Na-MMT Bentonit alam

2 theta

inte

nsi

tas

(a.u

)


pada difraktogram tersebut, sedangkan untuk penentuan karakteristik puncak khas

dari SiO2, kuarsa dan analcime, digunakan database dari penelitian yang

dilakukan oleh Adel Fisli, et al. yang juga melakukan pengukuran XRD di Batan.

Tabel 4.1. Tabel puncak difraktogram XRD pada bentonit alam dan Na-MMT

2

Karakteristik Database

Montmorilonit

Bentonit

alam Na-MMT

6,494 5,7951 6,239 Montmorilonit

17,17 17,3741 - Montmorilonit

19,891 19,903 19,6195 Montmorilonit

22,0816 21,7187 SiO2

26,72 26,4125 Kuarsa

28,5701 - Analcime

35,022 35,0301 35,9802 Montmorilonit

36,2531 - Montmorilonit

54,231 54,5346 54,0836 Montmorilonit

Pada Tabel 4.1 terlihat bahwa pembuatan Na-MMT tidak menyebabkan

perubahan struktur pada montmorilonit yang ditandai dengan puncak 2 yang

masih menunjukkan puncak khas montmorilonit dan SiO2 yang merupakan

penyusun kerangka dasar dari montmorilonit. Selain itu pembuatan Na-MMT juga

berhasil menghilangkan sebagian pengotor seperti analcime sehingga tidak terlihat

adanya puncak khas analcime pada Na-MMT. Namun ternyata masih terdapat

pengotor berupa kuarsa yang belum dapat dihilangkan dari Na-MMT,

kemungkinan hal ini disebabkan karena kerangka dasar kuarsa yang juga terdiri

dari SiO2 sehingga membuatnya agak sulit dipisahkan dari montmorilonit.

Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Adel Fisli, et al. keberadaan kuarsa

akan secara signifikan berkurang dari bentonit pada saat isolasi fraksi 3 yang

didapatkan dengan cara mengendapkan kembali sisa supensi yang belum

mengendap pada fraksi 2.


Puncak spektrum pada daerah sudut kecil (biasanya antara 2: 3-9),

merupakan ciri khas montmorilonit yang berasal dari difraksi bidang d001 atau

yang dikenal dengan bidang ruang basal/basal spacing (Adel Fisli, et al., 2007).

Puncak pada daerah tersebut akan menentukan besarnya basal spacing atau ruang

antar lapis, dan perhitungannya dikenal sebagai hukum Bragg dengan persamaan:

n = 2dsin

Dengan nilai = 1,5406 yang dihasilkan dari sumber sinar Cu yang

digunakan , nilai orde difraksi n = 1, dan puncak 2 dari bentonit alam dan Na-

MMT yaitu 5,7951 dan 6,239, maka berdasarkan perhitungan pada Lampiran 3b

dan 4b dapat diketahui nilai basal spacing pada bentonit alam adalah 15,2383

atau 1,52383 nm dan untuk Na-MMT adalah 14,15507 atau 1,415507 nm.

Terjadi pergeseran nilai basal spacing menjadi nilai yang lebih kecil kemungkinan

disebabkan karena sebagian besar ruang antar lapis (interlayer) pada bentonit

alam diisi oleh kation Ca2+

yang dibuktikan dengan pengukuran menggunakan

XRF (Lampiran 3) . Ukuran ion Ca2+

lebih besar dari Na+, dengan jari-jari ion

0,099 nm untuk Ca2+

dan 0,095 nm untuk Na+, sehingga ruang antar lapis pada

bentonit alam yang sebagian besar masih mengandung Ca2+

lebih besar

dibandingkan dengan Na-MMT yang sebagian besar kation pada ruang antar

lapisnya telah digantikan dengan Na+

. Perbandingan nilai jari-jari ion dan atom

pada tabel periodik dapat dilihat pada Gambar 4.8.

Ion Na+ mampu menggantikan Ca

2+ yang bermuatan dan berukuran lebih

besar karena pada pembuatan Na-MMT, dilakukan penambahan NaCl dalam

konsentrasi besar. Konsentrasi Na+ yang besar sangat diperlukan karena tiap 1 ion

Ca2+

akan digantikan oleh 2 ion Na+.

Ion Na+ mampu menggantikan Ca

2+ yang bermuatan dan berukuran lebih

besar karena pada pembuatan Na-MMT, dilakukan penambahan NaCl dalam

konsentrasi besar. Konsentrasi Na+ yang besar sangat diperlukan karena tiap 1 ion

Ca2+

akan digantikan oleh 2 ion Na+.


Gambar 4.8. Ukuran ion dan atom dalam tabel periodik

(sumber: http://boomeria.org/chemlectures/textass2/firstsemass.html)

4.1.4.2 Karakterisasi dengan FTIR

Spektra FTIR bentonit alam dan Na-MMT diperlihatkan pada Gambar 4.9.

Dari Gambar 4.9 terlihat bahwa pada Na-MMT tidak muncul puncak baru bila

dibandingkan dengan bentonit alam. Hal ini menjadi dasar yang menguatkan

kesimpulan sebelumnya dari data XRD yang menunjukkan struktur montmorilonit

tidak rusak selama pembentukan Na-MMT. Spektrum FTIR bentonit alam dan

Na-MMT masih menunjukkan puncak serapan pada 3635,82 cm-1

yang

menunjukkan vibrasi regang dari Al(Mg)-O-H, lalu pada 1635 cm-1

Digital 20296226 S1824 Modifikasi Bentonit

Documents

Transcript of Digital 20296226 S1824 Modifikasi Bentonit