BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Bentonit Bentonit adalah batu yang terbentuk dari tanah liat yang sangat koloid dan plastik terutama terdiri dari montmorillonite, mineral lempung kelompok smektit, dan diproduksi oleh devitrifikasi dari abu vulkanik. Bentonit mengandung feldspar, kristobalit, dan kristal kuarsa. Sifat khusus dari bentonit adalah kemampuan untuk membentuk gel thixotrophic dengan air, kemampuan untuk menyerap besar jumlah air, dan kapasitas kation tukar yang tinggi, sifat bentonit ini berasal dari struktur kristal kelompok smektit, yang merupakan lembaran alumina oktahedral antara dua tetrahedral silika lembar (Grim, 1978). Bentonit yang kejadiannya berasal dari abu gunung api (vulcanic ash) akan membeku dalam berbagai kondisi hidrotermal, sehingga bentonit suatu lokasi dengan warna dan tekstur yang sama mungkin berbeda dalam komposisi kimia dengan bentonit yang diperoleh dari tempat lain yang disebabkan karena kombinasi lempung material yang berupa partikel halus dengan berbagai impuritis. Hal ini telah menyebabkan dikenalnya berbagai jenis bentonit seperti bentonit Wyoming Amerika, bentonit Surray Inggris dan bentonit Kunipia (Departemen Pertambangan dan Energi, 2000). Bentonit dikenal dan dipasarkan dengan berbagai sinonim seperti sabun tanah liat, sabun mineral, wilkinite, staylite, vol-clay, aquagel, ardmorite, refinite: merupakan beberapa nama dagang yang disiapkan untuk bentonit (Johnstone, 1961).

2 Struktur Bentonit Bentonit sebagai mineral lempung, terdiri dari 85 % montmorillonite dengan rumus kimia bentonit adalah (Mg, Ca) xal 2 O 3. ysio 2. n H 2 O dengan nilai n sekitar 8 dan x,y adalah nilai perbandingan antara Al 2 O 3 dan SiO 2. Fragmen sisa bentonit umumnya terdiri dari campuran kristoballit, feldspar, kalsit, gipsum, kaolinit, plagioklas, illit (Gillson, 1960). Setiap struktur kristal bentonit mempunyai tiga lapisan yaitu lapisan oktahedral dari alumunium dan oksigen yang terletak antara dua lapisan tetrahedral dari silikon dan oksigen. Penyusun terbesar bentonit adalah silikat dengan oksida utama SiO 2 (silika) dan Al 2 O 3 (aluminat) yang terikat pada molekul air, Penggabungan pada satu lapisan tetrahedral silika dengan satu lapisan oktahedral alumina membentuk dua lapisan silika-alumina (Thomas, 1978). Berikut ini adalah * rumus molekul dari bentonit : Ca (Al,Mg) (Ca,Na) AlSi 4 (OH) 2 O 10 x H 2 O (Nanocor,2006) Sifat Sifat Bentonit Secara umum bentonit dibedakan atas Na-bentonit (bentonit Wyomming) dan Cabentonit. Na dan Ca merupakan kation-kation dapat dipertukarkan yang mendominasi komplek serapan. Na bentonit mempunyai daya mengembang dan plastisitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan Ca-bentonit. Berat jenis mineral bentonit berkisar antara 2,2 2,7 g/ml, nilai ini tergantung komponen besi di dalam bentonit. Sementara itu warnanya bervariasi antara lain putih keabu-abuan, kuning, hijau, biru, dan hitam. Bentonit menunjukkan kilap lilin dalam keadaan segar baru digali (Grim, 1978) Nilai kapasitas tukar kation (KTK) berbagai bentonit bervariasi dari me/100gram, sedangkan luas permukaannya adalah m 2 /gram. Besarnya luas permukaan dan KTK ini menjadikannya memiliki sifat koloidal yang tinggi (Tan, 1982).

3 Na bentonit memiliki kandungan Na + yang besar pada antar lapisnya, memiliki sifat mengembang dan akan tersuspensi bila didispersikan ke dalam air. Pada Ca-bentonit, kandungan Ca 2+ dan Mg 2+ relative lebih banyak bila dibandingkan dengan kandungan Na +. Ca-bentonit bersifat sedikit menyerap air dan jika didispersikan ke dalam air akan cepat mengendap atau tidak terbentuk suspensi (Riyanto, 2004) Prospek Aplikasi Bentonit Penggunaan bentonit sebagai lumpur bor merupakan pemasaran yang penting dari bentonit, selama ini lumpur pemboran di Indonesia masih banyak didatangkan dari luar negeri (import) dari Amerika Serikat, Jerman dan lain-lain. Bentonit yang digunakan dalam lumpur pemboran harus memiliki sifat daya mengembang (swelling) yang baik. Sekalipun penemuan bahan pengikat dalam pembuatan alat cetak tuang dan logam seperti silikat, resin semakin popular tetapi penggunaan bentonit merupakan yang paling praktis. Hal ini disebabkan bentonit mempunyai sifat daya ikat yang baik, tahan terhadap temperatur tinggi dan mempunyai daya tahan lama (keawetan) yang tinggi. Bentonit yang umum dipergunakan sebagai bahan pengikat dalam alat cetak pada industri pengecoran logam adalah bentonit alam dan sintetis. Bentonit alam dipergunakan dalam pengecoran logam baja (steel), sedangkan untuk pengecoran logam besi (ferrous) menggunakan bentonit sintetis Bentonit merupakan salah satu jenis mineral lempung yang memiliki sifat daya penyerap yang baik, sifat-sifat tersebut tidak banyak dimiliki oleh jenis mineral lain. Kemampuan untuk menyerap kotoran tersebut banyak digunakan dalam industri terutama industri minyak nabati / minyak goreng. Bentonit alam yang kondisi awalnya kurang baik dalam daya penyerapan dapat ditingkatkan daya adsorbsi tersebut dengan cara aktivasi. Penggunaan dalam konsentrat biji (besi dan logam lain) merupakan konsumsi utama di dalam penggunaan bentonit. Dalam hal ini sifat bentonit yang

4 digunakan adalah daya ikat, plastisitas dan daya serap untuk menghilangkan kelembapan (Grim, 1978). Penggunaan Na-bentonit lebih luas, misalnya dipakai sebagai lumpur bor, pelapis kertas, pengisi dalam keramik. Komoditas bentonit-na sampai saat ini masih diimpor, hal ini dipengaruhi oleh kelimpahan, teknologi dan harga (Munir, 1979) Montmorillonite Montmorilonite merupakan kelompok mineral filosilikat yang paling banyak menarik perhatian. Montmorillonite memiliki sifat seperti tanah liat, dimana pada X-Ray ditunjukkan dari kaolin dan bisa dibentuk dari mineral dengan partikel koloidal tertutup pada strukturnya. Sangat lembut, berwarna putih dan abu-abu menjadi merah rose dan kebiru-biruan (Dana, 1960) Montmorillonite termasuk mineral tanah liat dari t-o-t, lapisan silikat dari kedua dioktahedral dan trioktahedral. Karakteristik yang dapat dimengerti dari bilangan grup ini adalah kemampuannya untuk mengabsorpsi molekul air dimana dapat meningkatkan kemampuannya pada strukturnya (Hurlbut, 1962) Struktur Montmorillonite Montmorillonite memiliki bentuk seperti lembaran, dimensinya antara panjang dan lebar dapat dihitung hanya satu nanometer. Berikut ini adalah rumus molekul dari montmorillonite : M + y(al 2-y Mg y )(Si 4 ) O 10 (OH) 2 * n H 2 O (Nanocor, 2006). Struktur kristal lempung adalah dua dimensi lapisan yaitu atom silica (lapisan silica) bentuk tetrahedral dan atom aluminiun (lapisan Al) dalam bentuk oktahedra yang ditunjukkan pada Gambar 2.1. Tetrahedra silica terikat sebagai SiO 6 (OH) 4 sedangkan oktahedra Al berikatan secara Van der Waals (fisik) membentuk lapisan alumino-silikat karena kondidi terjadi nya bentonit, memungkinkan terjadinya

5 substitusi Si oleh Al (bentuk tetrahedral), menyebabkan mineral lempung kekurangan muatan (negatif) yang dinetralisir oleh logam alkali dan alkali tanah. Ion logam tersebut berada diantara lapisan, sehingga dapat dipertukarkan dengan ion lain menyebabkan bentonit mempunyai sifat penukar ion (Zhu, 1996). Gambar 2.1. Struktur Montmorillonite Sifat Sifat Montmorillonite Montmorillonite memiliki kemampuan untuk mengembang serta kemampuan untuk di interkalasi dengan senyawa organik membentuk material komposit organik-anorganik. Selain itu mineral ini juga mempunyai kapasitas penukar kation yang tinggi sehingga ruang antar lapis montmorillonite mampu mengakomodasi kation dalam jumlah yang besar serta menjadi montmorillonite sebagai material yang unik

6 Na-montmorilonite memiliki kandungan Na + yang besar pada antar lapisnya. Selain itu memiliki sifat mudah mengembang bila direndam dalam air dan akan terbentuk suspensi bila didispersikan ke dalam air. Untuk Ca-montmorilonite, kandungan Ca 2+ dan Mg 2+ relatif lebih banyak bila dibandingkan dengan kandungan Na +. Ca-montmorilonite memiliki sifat sedikit menyerap air dan jika didispersikan ke dalam air akan cepat mengendap atau tidak terbentuk suspensi. Oleh karena itu, Namontmorilonite sering disebut dengan montmorilonite mengembang dan Camontmorilonite disebut dengan montmorilonite tidak mengembang (Riyanto, 1994) Prospek Aplikasi Montmorilonit Silikat yang paling umum digunakan untuk meningkatkan secara dramatis pada sifatsifat seperti mekanik dan termal melebihi sifat polimer murninya adalah montmorilonite. Silikat ini menunjukkan kemampuannya mengalami ekspansi (swelling). Kemampuan montmorilonite dalam meningkatkan sifat-sifat polimer sangat ditentukan oleh derajat pendispersian silikat ini dalam matriks polimer, tetapi sifat hidrofil dari permukaan montmorilonite menghalangi proses ini. Montmorilonite murni dapat dimanfaatkan dalam berbagai bidang penggunaan, seperti kertas fotokopi tanpa karbon, adsorben selektif, pengobatan, membrane, organoclay, polymeric clay, pillared clay, nanoclay dan produksi katalis (Vaccari,1998) Nano Teknologi Nanoteknologi adalah ilmu dan rekayasa dalam menciptakan material, struktur fungsional, maupun piranti alam skala nanometer. Material berukuran nanometer memiliki sejumlah sifat kimia dan fisika yang lebih unggul dari material berukuran besar (bulk). Disamping itu material dengan ukuran nanometer memiliki sifat yang kayak arena menghasilkan sifat yang tidak dimiliki oleh material ukuran besar. Sejumlah sifat tersebut dapat diubah-ubah dengan melalui pengontrolan ukuran

7 material, pengaturan komposisi kimiawi, modifikasi permukaan, dan pengontrolan interaksi antar partikel (Nabok, 2011) Sifat Nano material Nanomaterial memiliki sifat yang khas dan banyak diminati karena memiliki ukuran partikel yang sangat kecil (1 nm = 10-9 m), sehingga luas permukaannya sangat tinggi. Di samping itu, dengan ukuran yang sangat halus, maka sifat-sifat khas unsur tersebut akan muncul dan dapat direkayasa ; misal sifat kemagnetan, optik, kelistrikan, termal, dan lain-lain, sehingga pemanfaatannya telah merambah di berbagai bidang kehidupan manusia, seperti kesehatan, informasi, transportasi, industri, energi dan lain-lain (Arryanto, 2007). Material nanopartikel adalah material-material buatan manusia yang berskala nano, yaitu lebih kecil dari 100 nm, termasuk di dalamnya adalah nanodot atau quantum dot, nanowire dan carbon nanotube. Selain nanopartikel juga dikembangkan material nanostruktur, yaitu material yang tersusun oleh beberapa material nanopartikel. Untuk menghasilkan material nanostruktur maka partikel-partikel penyusunnya harus diproteksi sehingga apabila partikel-partikel tersebut digabung menjadi material yang berukuran besar maka sifat individualnya dipertahankan. Sifat material nanostruktur sangat bergantung pada : (a) Ukuran maupun distribusi ukuran, (b) Komponen kimiawi unsur-unsur penyusun material tersebut, (c) Keberadaan interface (grain boundary), dan (d) Interaksi antar grain penyusun material nanostruktur. Kebergantungan sifat parameter-parameter diatas memungkinkan tuning sifat material dengan kebebasan yang sangat tinggi (Nabok, 2011).

8 Metode Pembuatan Nanomaterial Secara umum ada dua metode yang dapat digunakan dalam sintesis nanomaterial, yaitu secara top-down dan bottom-up. Top down adalah sintesis partikel berukuran nano secara langsung dengan memperkecil material yang besar dengan penggerusan, misal dengan alat milling. Sedangkan bottom-up adalah menyusun atom atau molekulmolekul hingga membentuk partikel berukuran nanometer, menggunakan teknik solgel, presipitasi kimia, dan aglomerasi fasa gas (Dutta, 2003). Proses wet milling dengan larutan metanol dilakukan selama 10, 30, dan 60 jam. Partikel yang dihasilkan dari proses penggilingan masih tampak menggumpal/teraglomerasi akibat gaya Van Der walls antar partikel sehingga perlu dipisahkan/diuraikan dengan alat ultrasonikator, agar dalam penentuan ukuran partikelnya didapatkan nilai yang sesungguhnya. Semakin lama waktu yang diperlukan untuk melakukan proses penggilingan, maka akan sering terjadi tumbukan. Hal itu akan menyebabkan temperatur di dalam jar bertambah dan akan mempengaruhi hasil sampel yang didapatkan, terutama saat sampel tersebut rawan terhadap perubahan temperatur, sehingga semakin lama waktu penggilingan, bila melampui batas optimal, dapat menyebabkan penggumpalan yang berlebih dan mengakibatkan penambahan ukuran pertikel (Funchs, 2009) Planetary ball mill yang terkenal dan digunakan untuk pengurangan ukuran partikel dalam skala laboratorium dan digunakan selama puluhan tahun sementara selama beberapa tahun terakhir ini penerapan planetary ball mill telah meluas ke pendekatan mechanochemical. Proses di dalam planetary ball mill yang kompleks dan sangat tergantung pada bahan yang diproses atau disintesis dengan demikian kondisi penggilingan optimum harus dinilai untuk setiap sistem yang dilakukan masingmasing. Di samping itu, faktor yang perlu diperhatikan adalah kecepatan putaran penggilingan, semakin cepat putaran penggilingan, maka semakin tinggi pula energi ysng diterima serbuk. Namun dari desain penggilingan tertentu menimbulkan adanya batasan terhadap kecepatan maksimum yang diperbolehkan. Sampai di atas kecepatan

9 kritis, bola akan menepel pada dinding jar dan tidak jatuh ke bawah sehingga tidak terjadi impak yang efektif (Wahyudi, 2010) Sedimentasi Sedimentasi sudah di kenal masyarakat sebagai pengendapan yang paling sederhana. Masyarakat menggunakan sedimentasi untuk pengendapan air sebelum di konsumsi. Seiring dengan kemajuan teknologi, sedimentasi bukan hanya digunakan dalam rumah tangga, sedimentasi juga dalam lingkup industri, pengolahan air proses dan proses pengendapan lainnya (Mahayana, 2002). Kapanpun terjadi dengan proses organik dengan reaksi kimia dan penghancuran secara mekanik. Peristiwa kompleks dengan adanya proses alami dari mineral dan penghancuran batuan. Sedimentasi merupakan pemisahan bahan secara mekanis (mechanical separation process) kecepatan sedimentasi dipengaruhi oleh beberapa hal, antara lain : a. Ukuran partikel sedimentasi b. Koagulan yang digunakan dan cara penggunaannya c. Jumlah partikel sedimen yang diendapkan d. Waktu Cara sedimentasi adalah cara yang paling aman untuk mengisolasi montmorillonite supaya tidak terjadi perubahan sifat fisik dan kimianya. Prosedur ini biasanya meliputi pelarutan sampel di dalam air demineral, anti penggumpalan (dissagregating) dengan menggunakan ultrasonik dan pengendapan / sedimentasi (cara grafitasi atau sentrifugasi) untuk mengambil fraksi dimana semakin lama waktu endapan semakin kecil fraksi yang diperoleh (Fisli, 2007)

10 2.5. Ultrasonik Ultrasonik menghasilkan gelombang tekanan rendah dan tekanan tinggi yang bertukar-tukar dalam cairan, yang mengarah ke pembentukan dan pecahnya gelembung vakum. Fenomena ini diistilahkan dengan cavitation dan menyebabkan adanya rongga yang terjadi akibat transfer gelombang yang diberikan (Funch, 2009) Efek ini digunakan untuk memecah gumpalan dan menggiling partikel dari ukuran bahan mikro dan nanometer. Dalam aspek ini, ultrasonifikasi merupakan alternatif untuk penghancuran berkecepatan tinggi dan pengaduk pembakar butiran. Ultrasonik bekerja berdasarkan gelombang kejut yang ditransfer melalui pelarut yang kemudian ditransfer ke reaktan. Setelah bahan dikenai ultrasonic, maka suhu larutan akan bertambah karena terjadi getaran kisi yang hebat dan saat gelembung meledak dapat bersuhu o C. Dalam banyak proses sonochemical berpengaruh besar terhadap pengurangan waktu reaksi (Varma, 1991) 2.6. X-Ray Diffraction (XRD) X-Ray Diffraction (XRD) adalah teknik analitik yang sesuai untuk menguji Kristal zat padat, seperti keramik, logam, materi elektronik, materi geologi, organic, dan polimer. Materi tersebut dapat berupa serbuk, kristal tunggal, film tipis dengan banyak lapisan (multilayer thin-film), lembaran, serat (fiber), atau materi dengan bentuk tak beraturan. Prinsip dasar yang digunakan untuk menentukan system kristal adalah dengan dengan menggunakan persamaan hukum Bragg : 2d sin Ѳ= nλ (2.1) dimana d adalah jarak antar bidang kisi, Ѳ adalah sudut pengukuran, n adalah indeks, sedangkan λ adalah panjang gelombang sumber sinar-x (Kittel, 1996).

11 Peralatan X-Ray Diffractometer (XRD) dapat digunakan untuk identifikasi mineralogi material, termasuk batuan piroklastika secara cepat dan akurat. Data semikuantitatif hasil uji XRD adalah jenis dan jumlah mineral pembentuk Kristal yang dijumpai di dalam suatu perrcontohan batuan (Klug, 1974). Database struktur Kristal mineralogy Amerika (AMCSD) merupakan database struktur kristal yang mencakup setiap struktur diterbitkan dalam mineralogi Amerika, tmineral Kanada, European Journal of Mineralogy dan Fisika dan Kimia Mineral, serta dataset dipilih dari jurnal-jurnal lain. Database dikelola di bawah asuhan Masyarakat mineral Amerika dan Asosiasi mineralogi Kanada (Arizona Edu, 2008) Ada Beberapa Tahapan dalam pengujian XRD, terdiri dari : 1. Penyiapan dan preparasi 2. Perekaman Data Uji 3. Interpretasi Data Uji Parameter yang ditampilkan di dalam gambar spectrum hasil uji XRD adalah panjang gelombang peak (angstrom), sudut peak dan nama mineral teridentifikasi. Interpretasi yang dilakukan adalah interpretasi yang bersifat kualitatif, karena prioritas kegiatan ini adalah untuk mengidentifikasi seluruh mineral yang terkandung dalam matriks (Maryanto, 2009) Fourier Transform Infrared (FTIR) Pancaran infra merah pada umumnya mengacu pada bagian spektrum electromagnet yang terletak di antara daerah tampak dan daerah gelombang mikro. Bagi kimiawan organik, sebagian besar kegunaannya terbatas di antara 4000 cm -1 dan daerah infra merah jauh, cm -1. Dari pembahasan singkat mengenai teori yang menyusul, akan jelas bahwa sebuah molekul yang paling sederhana sekalipun dapat memberikan spektrum yang sangat rumit. Kimiawan organik mengambil keuntungan dari kerumitan spektrum itu

12 dengan membandingkan spektrum senyawa yang tak diketahui terhadap spektrum cuplikan yang asli. Suatu kesesuaian puncak demi puncak merupakan bukti yang kuat tentang identitasnya. Selain enantiomer, dua senyawa tidak mungkin memberikan spektrum infra merah yang sama (Silverstein, 1984) Spektrometri infrared telah berkembang secara pesat selama 40 tahun terakhir. Teknik spektrometri infrared digunakan untuk penentuan struktur senyawa-senyawa organik. Teknik ini biasanya digabung dengan teknik Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Spektrometer massa, bahkan digabung dengan XRD (Castro, 2006). Perkembangan teknik sampling pada spektroskopi infrared saat ini dan dilengkapinya FTIR dengan Attenuated Total Reflectance (ATR) maka pengukuran spektrum infrared dari berbagai sampel dapat dilakukan secara lebih mudah. Teknik FTIR sudah berhasil digunakan untuk menentukan residu petroleum, spesifikasi karbon organik dalam tanah, komposisi keju, struktur protein, dan identifikasi bakteri. Berbagai studi telah menunjukkan bahwa spektroskopi FTIR dapat memberikan informasi karakteristik struktural suatu senyawa organik makromolekul (Salomon, 2005). Spektroskopi inframerah transformasi fourier (FTIR) yang memiliki banyak keunggulan dibanding spektroskopi inramerah diantaranya yaitu lebih cepat karena pengukuran dilakukan secara serentak, serta mekanik optic lebih sederhana dengan sedikit komponen yang bergerak.jika sinar inframerah dilewatkan melalui sampel senyawa organik, maka terdapat sejumlah frekuensi yang diserap dan ada yang diteruskan atau di transmisikan tanpa diserap. Serapan cahaya oleh molekul bergantung pada struktur elektronik dari molekul tersebut. Molekul yang menyerap energi tersebut terjadi perubahan energi vibrasi dan perubahan tingkat energi rotasi. Pada suhu kamar, molekul senyawa organik dalam keadaan diam, setiap ikatan mempunyai frekuensi yang karakteristik untuk terjadinya vibrasi ulur (stretching vibration) dan vibrasi tekuk (bending vibration) dimana sinar inframerah dapat diserap pada frekuensi tersebut. Energi ulur (stretch) suatu ikatan lebih besar dari pada

13 energy tekuk (bend) sehingga serapan ulur suatu ikatan muncul pada frekuensi lebih tinggi dalam spectrum inframerah daripada serapan tekuk dari ikatan yang sama (Sastrohamidjojo, 1992) Particle Size Analyzer (PSA) Analisis ukuran partikel adalah sebuah sifat fundamental dari endapan suatu partikel yang dapat memberikan informasi tentang tentang asal dan sejarah partikel tersebut. Distribusi ukuran juga merupakan hal penting seperti untuk menilai perilaku granular yang digunakan oleh suatu senyawa atau gaya gravitasi. Diantara senyawa-senyawa dalam tubuh hanya ada satu partikel yang berkarakteristik dimensi linear. Partikel irregular memiliki banyak sifat dari beberapa karakteristik dimensi linear. Perhitungan partikel secara modern umumnya menggunakan analisis gambar atau beberapa jenis penghitung partikel. Gambar didapatkan secara tradisional dengan mikroskop elektron atau untuk partikel yang lebih kecil menggunakan SEM (James & Syvitski, 1991). Penyinaran sinar laser pada analisis ukuran partikel dalam keadaan tersebar. Pengukuran distribusi intensitas difraksi cahaya spasial dan penyebaran cahaya dari partikel. Distribusi ukuran partikel dihitung dari hasil pengukuran. Difraksi sinar laser analisis ukuran partikel meliputi perangkat laser untuk mennghasilkan sinar laser ultraviolet sebagai sumber cahaya dan melekatkan atau melepaskan flourescent untuk mengetahui permukaan photodiode array yang menghitung distribusi intensitas cahaya spasial dan penyebaran cahaya selama terjadinya pengukuran (Totoki, 2007). Partikel Ukuran Analyzer adalah alay yang mampu mengukur partikel distribusi ukuran emulsi, suspensi dan bubuk kering. Keunggulannya antara lain : 1. Akurasi dan reproduksibilitas berada dalam ± 1% 2. Mengukur berkisar dari 0,02 nm sampai 2000 nm 3. Dapat digunakan untuk pengukuran distribusi ukuran partikel emulsi, suspensi, dan bubuk kering (Hossaen,2000)