ABSTRACT. Keywords: Activation, Clay, Impregnation, Calcination.

Transkripsi

1 KARAKTERISASI LEMPUNG PALAS YANG DIAKTIVASI DENGAN NaOH SECARA IMPREGNASI Derima S *, Nurhayati 1, Erman 1 Laboratorium Kimia Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Riau Kampus Bina Widya Km 12.5 Panam Pekanbaru, ). Dosen Jurusan Kimia Fmipa UR * [email protected]. ABSTRACT Natural clays can be used as adsorbents, ion exchange resins, and catalysts or catalyst supports. Natural clay has some laxity such as low thermal resistance, relatively low cation exchange capacity and acidity. Furthermore, lot of impurities in the lattice clay surface can cause destruction to the structure of the clay. Therefore, the characteristic of natural clays needs to be improved, one of which is through chemically and physically activated. In this research, natural clay was activated with NaOH (NaOH/Clay 5% w/w) through impegnation method and calcination at temperature 300 o C. Activated clay was identified including the composition by XRD, the ratio Si/Al by gravimetric method, cation exchange capacity by the Nessler reagent, surface area by methylene blue method and the acidity and alkalinity of clay by titration Alkalimetry and acidimetry. Based on XRD result, showing that the activation of natural clay with NaOH causes kaolin transformed into muscovite and producing sodium alumina silicate compounds. Furthermore, activated clay has value of rasio Si/Al, cation exchange capacity, surface area, acidity and alkalinity that are 3.87, meq/100 g, m 2 /g, mmol/g and mmol/g respectively. Keywords: Activation, Clay, Impregnation, Calcination. PENDAHULUAN Lempung (clay) adalah bagian dari tanah yang merupakan polimer anorganik dan berada dalam bentuk koloidal. Lempung merupakan hasil pelapukan dari batuan keras (beku) dan merupakan batuan sedimen. Lempung secara mudah dapat dikenal dari warna dan sifatnya. Biasanya berwarna abu-abu atau kecoklatan dan bersifat liat dan plastis. Indonesia mempunyai cadangan lempung yang tersebar di beberapa Provinsi dengan jumlah yang cukup besar. Salah satu daerah yang menyimpan potensi lempung alam ini adalah Riau tepatnya di Kecamatan Rumbai Pesisir. Masyarakat daerah Riau mengenal lempung sebagai tanah liat, khususnya bagi mereka yang berada pada lokasi yang telah memanfaatkan material ini sebagai dasar pembuatan batu bata dan genteng. Sebenarnya lempung tidak hanya digunakan sebagai bahan dasar pembuatan batu bata dan genteng saja, namun material ini dapat dimanfaaatkan sebagai adsorben, katalis, bahan pendukung katalis, penjernihan air dan resin penukar ion (Sidabutar, 1999). Kapasitas adsorpsi lempung dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah luas permukaan, struktur lapisan molekul, kapasitas tukar kation dan 1

2 keasaman permukaanya. Semakin tinggi karakter-karakter tersebut maka akan semakin baik daya adsorpsinya (Bhattacharyya dan Gupta, 2008). untuk meningkatkan daya adsorpsi lempung dapat dilakukan dengan mengaktivasi lempung secara kimia, misalnya dengan diaktivasi menggunakan asam, basa, kation surfaktan dan polihidroksikation. Berdasarkan kajian Nadarlis (2011), diketahui bahwa lempung alam Palas terdiri dari beberapa campuran mineral, seperti kaolinit, muskovit dan kuarsa. Mineral utama lempung ini adalah kaolinit yang memiliki rasio Si/Al 26,33; kapasitas tukar kation (KTK) 9,63 meq/100g; luas permukaan 24,07 m 2 /g; kebasaan 0,625 mmol/g dan tidak mempunyai nilai keasaman. Ditinjau dari nilai KTK, keasaman dan kebasaan, karakter lempung alam Palas ini relatif masih rendah sehingga perlu dilakukan aktivasi baik secara fisika dan kimia. Aktivasi kimia lempung Palas dengan NaOH telah dilakukan oleh Henry (2012) dengan metoda Perendaman, diketahui bahwa lempung alam Palas memiliki luas permukaan m 2 /g dan KTK meq/100g. Berdasarkan dari nilai luas permukaan dan KTK yang masih rendah maka perlu dilakukan metoda yang berbeda yaitu Impregnasi. Dengan metoda impregnasi ini diharapkan dapat meningkatkan rasio Si/Al, KTK, luas permukaan dan situs asam basa lempung. Menurut Soetaredjo dkk., (2011) aktivasi menggunakan KOH (KOH/bentonit) dengan metoda impregnasi, dapat meningkatkan luas permukaan yaitu 171 m 2 /g (KOH/bentonit 1:20). Dari hasil tersebut sangat perlu dikembangkan untuk meningkatkan karakter lempung dengan metoda impregnasi dan teknik aktivasi yang digunakan. Penelitian ini akan mengaktivasi Lempung Alam Palas menggunakan NaOH dengan metoda impregnasi, dengan konsentrasi NaOH/Lempung 5% (b/b) terhadap lempung kemudian dikalsinasi pada suhu 300 o C selama 3 jam. METODE PENELITIAN Pengambilan dan pengolahan sampel lempung Sampel lempung yang digunakan diambil dari kota Palas. Sampel yang diperoleh dimasukkan dalam kantong plastik secara terpisah dan dibawa ke laboratorium. Sampel lempung dibersihkan dari partikel kasar secara pencucian dengan akuades sebanyak 3 kali dan disaring. Kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 105 o C sampai kering, selanjutnya lempung digerus sampai halus dan diayak dengan ayakan ukuran 200 mesh. Kemudian disimpan dalam desikator untuk diaktivasi. Aktivasi Lempung dengan NaOH Sebanyak 40 g lempung ditambahkan dengan larutan NaOH dengan variasi konsentrasi NaOH/Lempung 5% (b/b) dengan menggunakan metoda impregnasi. Pada metoda ini dilakukan dengan menambahkan larutan NaOH kedalam lempung tetes demi tetes pada suhu kamar disertai pengadukan selama 8 jam. Sampel dikeringkan dalam oven pada suhu C dan dikalsinasi pada suhu C selama 3 jam. Lalu lempung didinginkan dalam desikator dan siap untuk dikarakterisasi. 2

3 Karakterisasi lempung modifikasi Identifikasi Mineral Lempung modifikasi Identifikasi lempung modifikasi dilakukan dengan menggunakan spektroskopi difraksi sinar-x (XRD). Penentuan rasio Si/Al Analisa SiO 2 dan Al 2 O 3 pada sampel ini dilakukan pada Laboratorium Metalurgi Institut Teknologi Bandung. Analisis SiO 2 dan Al 2 O 3 ini menggunakan metode gravimetri. Penentuan Silika dengan metode gravimetri 1 gram Sampel dimasukkan kedalam beaker gelas. Kemudian ditambahkan 25 ml HCL 1:1 dan dipanaskan diatas hotplate. Selanjutnya didinginkan lalu ditutup dengan kaca arloji dan dipanaskan selama 15 menit, didinginkan lalu disaring dengan kertas saring whatman No.40. Endapan dicuci dan residu dimasukkan kedalam krusibel yang sudah diketahui beratnya (g 1 ) lalu diarangkan dan diabukan dalam furnace. Selanjutnya sampel didinginkan dan ditimbang (g 2 ). Kemudian ditambahkan 1 tetes H 2 SO 4 1:1 dan 5 ml HF dan dipanaskan diatas hotplate sampai kering. Kemudian diabukan kembali dalam furnace, ditimbang (g 3 ). Kadar SiO 2 dapat ditentukan dengan persamaan : % SiO = (g2 g3) berat sampel x 100% (1) Penentuan Alumina dengan metode gravimetri 1 gram sampel dimasukkan kedalam beaker 250 ml dan ditambahkan 25 ml HCL 1:1, dipanaskan diatas hotplate sampai kering. Sampel didiinginkan, lalu ditutup dengan kaca arloji dan dipanaskan selama 15 menit, sampel didinginkan lalu disaring dengan kertas saring whatman No.40. Endapan dicuci dan filtratnya disimpan (F 1 ). Residu dimasukkan kedalam krusibel lalu diarangkan dan diabukan dalam furnace, kemudian diidinginkan. Abu dipindahkan ke dalam beaker dan ditambahkan 1 tetes H 2 SO 4 1:1 dan 5 ml HF dan dipanaskan diatas hotplate sampai kering. Kemudian ditambahkan 5 ml HCl( p ) dan dipanaskan. Kemudian didinginkan dan diencerkan dengan aquades lalu disaring dengan whatman No.93 dan Filtratnya (F 2 ) digabungkan dengan F 1, lalu ditambahkan 1 tetes H 2 O 2 dan dipanaskan. Filtrat ditambahkan ammoniak 1:4 sampai ph >8 lalu dipanaskan. Endapan disaring dengan whatman No.41 kemudian dicuci. Endapan dimasukkan kedalam krusibel (g 1 ) lalu diarangkan dan diabukan. Endapan didinginkan dan ditimbang (g 2 ). Kadar Al 2 O 3 dapat ditentukan dengan Persamaan (2) : % Al 2 O 3 = { }x 100 % - Fe 2O 3 (2) Penentuan kapasitas tukar kation (KTK) total Untuk penentuan kapasitas tukar kation lempung, sebanyak 1 g lempung aktivasi direndam dalam 100 ml larutan NH 4 CL 2M selama 24 jam. Suspensi 3

4 disentrifus pada kecepatan 2000 rpm selama 15 menit, lalu didekantir. Pasta lempungnya kemudian direndam dalam 50 ml larutan KCL 2M selama 24 jam. Campuran kemudian dipisahkan dan filtratnya ditambahkan reagen nessler hingga didapat larutan berwarna kuning kecoklatan. kadar ion NH + 4 pada filtrat dianalisa secara spektrofotometri pada panjang gelombang nm. pengukuran dilakukan dengan pengulangan sebanyak tiga kali. Kapasitas tukar kation lempung dapat dihitung menggunakan persamaan (3) : V x C KTK = 100g (3) berat eqivalen Penentuan luas permukaan lempung Sebanyak 0,1 g lempung aktivasi dikontakkan dengan larutan metilen biru dengan konsentrasi 5 ppm selama 30 menit. Suspensi kemudian disentrifus dan filtratnya diukur menggunakan alat spektrofotometer pada panjang gelombang nm. Luas permukaan dihitung dengan menggunakan persamaan (4). Xm N a S = (4) BM Penentuan situs asam dan basa lempung Situs asam dan basa dari lempung aktivasi ditentukan dengan menggunakan metoda titrasi asidimetri dan alkalimetri, yaitu dengan cara mengontakkan 0,2 g lempung aktivasi dengan 50 ml larutan NaOH 0,05M dan 0,2 g lempung aktivasi dengan 50 ml larutan HCl 0,05M selama satu malam. Suspensi kemudian disaring, lalu filtratnya dititrasi secara alkalimetri dan asidimetri. Pengukuran masing-masing analisis dilakukan pengulangan sebanyak tiga kali. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil penentuan identifikasi jenis mineral lempung Analisis difraksi sinar-x dari lempung alam dan lempung aktivasi diperoleh difraktogram seperti yang terlihat pada gambar 1. Gambar 1. Pola XRD dari lempung alam (LA) dan lempung aktivasi NaOH dengan konsentrasi NaOH/Lempung 5% (b/b) kalsinasi suhu 300 o C. Pola XRD lempung alam Desa palas yang telah diaktivasi menggunakan NaOH pada variasi suhu 300 o C terlihat pada Gambar 1. Gambar 1 menunjukkan pola XRD lempung alam Kecamatan Rumbai terlihat bahwa kandungan mineral lempung terdiri 4

5 dari kaolinit, kuarsa dan muskovit (Nadarlis, 2011), sedangkan pola XRD pada lempung yang telah diaktivasi dengan NaOH/Lempung 5% (b/b) pada suhu 300 o C muncul mineral baru yaitu Natrium aluminium silikat [Na 6 (AlSiO 4 ) 6.4H 2 O] sedangkan puncak kaoilinit hilang, Hal serupa telah dilaporkan oleh Ester (2012) yang mengaktivasi NaOH dengan metode perendaman. Puncak karakterstik kaolinit (2Ɵ o, o, o, o, o, dan o ) dengan d-spacing sebesar 7.18 Ǻ; 2.34 Ǻ; 2.13 Ǻ; 3.71 Ǻ; 3.58 Ǻ; 2.57Ǻ. Hilangnya puncak kaolinit membuktikan bahwa mineral kaolinit pada lempung alam berubah menjadi muskovit pada 2 Ɵ= o, o dan o. Selain itu kalsinasi lempung alam Kecamatan Rumbai yang diaktivasi dengan NaOH 5% dengan metoda impregnasi memunculkan senyawa natrium aluminium silikat [Na 6 (AlSiO 4 ) 6.4H 2 O] pada 2Ɵ=12.41 o ( Ǻ);13.89 o ( Ǻ), o (3.254 Ǻ), o (2.58 Ǻ), o (2.57 Ǻ), o (2.39 Ǻ), o (2.245 Ǻ), o (1.733 Ǻ), o (1.595 Ǻ). Berbeda dengan lempung desa palas yang diaktivasi dengan metode perendaman oleh Henry (2012) tidak ditemukan puncak muskovit, namun ditemukan puncak illit. Mineral illit tersebut mempunyai komposisi kimia yang hampir sama dengan muskovit, tetapi illit mengandung lebih banyak SiO 2 dibandingkan dengan muskovit (Tan, 1998). Rasio Si/Al Dari hasil pengukuran kadar silika dan alumina seperti tercantum pada gambar 2 menunjukkan bahwa lempung alam (LA) terdiri dari kadar SiO 2 sebesar 57.98% dan Al 2 O 3 sebesar 0.29%. Setelah dilakukan penambahan larutan NaOH terhadap lempung maka kadar SiO 2 dan Al 2 O 3 mengalami peningkatan seperti yang terlihat pada gambar 2. Kadar (%) kadar SiO2 Kadar Al2O3 Rasio si/al LA NaOH 5% Gambar 2. Diagram persentase kadar SiO 2 dan Al 2 O 3 pada sempel LA, lempung aktivasi dengan NaOH/Lempung 5% (b/b) kalsinasi suhu 300 o C. Berdasarkan data rasio Si/Al diperoleh bahwa lempung sudah diaktivasi mengalami penurunan rasio Si/Al sekitar 80% dibandingkan dengan lempung alam. Hal ini menunjukkan berkurangnya jumlah pengotor pada permukaan lempung dan telah terjadi pemerataan pada pori lempung setelah lempung diaktivasi NaOH dan dikalsinasi. Peningkatan kadar Al 2 O 3 pada lempung aktivasi disebabkan oleh NaOH dan HNO 3 yang memiliki daya larut yang kecil untuk beberapa pengotor logam seperti Al 5

6 dan Mg, sehingga NaOH tidak mampu melarutkan logam tersebut karena sifatnya yang kurang reaktif terhadap logam (Purwanti dan Hartanto, 1994). Ion Al yang seharusnya larut pada penentuan Si menjadi meningkat akibat proses perendaman dalam asam nitrat yang kurang sempurna karena HNO 3 berfungsi melarutkan Al. Peningkatan kadar SiO 2 pada lempung aktivasi dengan NaOH 5% yaitu sebesar 66.49%. Perubahan kadar SiO2 pada lempung aktivasi disebabkan tertariknya sebagian silika saat proses aktivasi sampel lempung dengan NaOH yang membentuk natrium alumina silikat sehingga terjadi perubahan unsur-unsur yang ada pada komponen penyusun lempung akibat aktivasi dan pengaruh suhu (Henry, 2012). Dengan bertambah kecilnya rasio Si/Al, lempung yang telah diaktivasi dengan NaOH dengan metode impregnasi dapat digunakan sebagai katalis. Kapasitas tukar kation Hasil kapasitas tukar kation lempung alam dan lempung modifikasi, disajikan pada gambar 3. KTK (meq/100g) LA NaOH 5% KTK Gambar 3. Kapasitas tukar kation lempung alam dan lempung aktivasi dengan NaOH/Lempung 5% (b/b) kalsinasi suhu 300 o C. Peningkatan KTK pada lempung aktivasi disebabkan oleh bertambahnya jumlah kation Na yang dapat digantikan oleh NH 4 sebagai akibat aktivasi menggunakan NaOH. Dari hasil penelitian dapat dilihat bahwa meningkatnya nilai KTK pada NaOH 5% (suhu 300 o C), juga dipengaruhi oleh peningkatan kadar Al 2 O 3. Menurut Muhdarina dkk (2000), pilarisasi lempung mengakibatkan lempung memiliki muatan misel yang lebih negatif sehingga dapat memberikan peningkatan total kation penukar. Pernyataan ini sesuai dengan hasil penentuan kadar Al 2 O 3 lempung aktivasi yang juga meningkat dengan adanya peningkatan suhu kalsinasi dan variasi NaOH. Berdasarkan penelitian ini, maka lempung aktivasi dengan variasi NaOH 5% (suhu 300 o C) dapat digunakan sebagai penukar kation yang paling baik dari hasil penelitian ini. Luas Permukaan Pada penelitian ini luas permukaan lempung ditentukan berdasarkan kemampuan adsorpsi lempung terhadap metilen biru yang merupakan kation organik. 6

7 Luas permukaan (m2/g) LA NaOH 5% Luas Permukaan Gambar 4. Diagram luas permukaan pada sampel LA, lempung aktivasi NaOH/Lempung 5% (b/b) kalsinasi suhu 300 o C. Berdasarkan gambar 4 diketahui bahwa aktivasi dapat menurunkan kemampuan adsorpsi lempung terhadap metilen biru sehingga luas permukaan sampel NaOH/Lempung 5% (b/b) mengalami penurunan dari 24,07 m 2 /g menjadi m 2 /g. Penurunan luas permukaan lempung yang diaktivasi dengan NaOH/Lempung 5% (b/b) diasumsikan akibat jenuhnya situs adsorpsi permukaan lempung oleh kation Na yang berasal dari hasil aktivasi dengan NaOH. Kation Na cenderung ditemukan pada permukaan luar lempung yang mengakibatkan sisi aktif lempung akan semakin berkurang. Situs asam dan basa Pada penelitian ini, keasaman dan kebasaan lempung ditentukan dengan menggunakan metode titrasi asam dan basa. Hasil penelitian menunujukkan bahwa keasaman lempung mengalami peningkatan setelah diaktivasi dengan NaOH (Gambar 5). keasaman dan kebasaan (mmol/g) Keasaman Kebasaan LA NaOH 5% Gambar 5. Situs asam-basa lempung alam dan aktivasi dengan NaOH/Lempung 5% (b/b) pada suhu 300 o C. Meningkatnya keasaman permukaan lempung aktivasi disebabkan terjadinya pelepasan proton dari hasil kondensasi OH antara kation dan lempung pada proses kalsinasi menyebabkan bertambahnya jumlah situs asam bronsted (Salerno dkk., 2001). 7

8 Hasil penelitian menunjukkan bahwa kebasaan lempung aktivasi mengalami penurunan yaitu dari 0,63 mmol/g (LA) menjadi mmol/g. Kebasaan lempung dipengaruhi oleh banyak jumlah kation basa seperti Na +, Ca +, Mg +, dan K + yang dapat menggantikan ion hidrogen dan aluminium dalam struktur lempung. KESIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan pada penelitian yang dilakukan, dapat disimpulkan bahwa Hasil analisis secara XRD, memberikan informasi bahwa pengaktifan lempung dengan menggunakan NaOH secara impregnasi menyebabkan kaolinit berubah menjadi natrium alumina silikat dan menghasilkan muskovit. Pengaktifan lempung alam (LA) menyebabkan penurunan rasio Si/Al dari menjadi Lempung aktivasi dengan NaOH secara impregnasi memberikan peningkatan kapasitas tukar kation yaitu meq/100g. Berdasarkan kemampuan adsorpsi terhadap metilen biru, aktivasi lempung dengan NaOH menunjukkan penurunan luas permukaan yaitu sebesar m 2 /g. Keberadaan situs asam lempung aktivasi mengalami peningkatan yaitu mmol/g, sedangkan untuk kebasaan lempung mengalami penurunan yaitu mmol/g. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan metode yang sama dengan menggunakan penambahan variasi konsentrasi dan untuk mendapatkan pengukuran luas permukaan maksimal sebaiknya digunakan metode BET. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Dr. Nurhayati, M,Sc yang telah begitu banyak memberikan bimbingan, waktu, motivasi, masukan, kesabaran dan saran-saran nya kepada penulis dan Bapak Drs. Erman, M,Si yang telah memberikan petunjuk dan arahan serta gagasan demi kesempurnaan penelitian ini. Ucapan terima kasih juga kepada UNRI/dikti yang telah memberikan bantuan dana penelitian melalui Skim penelitian Unggulan Perguruan Tinggi tahun DAFTAR PUSTAKA Manurung, E Karakterisasi Lempung Alam Desa Palas yang diaktivasi dengan NaOH secara Perendaman : Pengaruh Suhu Kalsinasi. Skripsi. Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Riau, Pekanbaru. Henry, S. S Karakteristik Lempung Alam Desa Palas yang Diaktivasi dengan NaOH secara Perendaman : Pengaruh Waktu Kalsinasi. Skripsi. Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Riau, Pekanbaru. Muhdarina, Lingggawati, A., Verawaty dan Mardianus Jarak Kisi, rasio si/al dan kation-kation Penukar Padatan Lempung Alumina Terpilar. Jurnal Natur Indonesia. 3(1): Nadarlis Identifikasi dan Karakterisasi Lempung Alam Asal Desa Palas Kecamatan Tampan dan Desa Talanai Teratak Buluh Kecamatan Siak Hulu. Laporan Hasil Penelitian. Universitas Riau. Purwanti, E dan Hartanto, D Pembuatan Zeolit Dari Bentonit Melalui Proses Aktivasi Pengasaman. Iptek ITS. Kimia-FMIPA ITS. 8

9 Salerno,P and Mendioroz, S Preparation of Al-pillared from Concentrated Dispersions. Applied Clay Science. 22: Sidabutar, M Aktivasi Lempung dengan NaOH, KOH dan Ion Keggin untuk Meningkatkan kapasitas tukar kation.skripsi Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universtas Riau, Pekanbaru. Soetaredjo, F.E., Aning, A., Suryadi, I., and Anastasia, L.M KOH/Bentonit catalysts for transesterification of palm oil to biodiesel. Applied clay science. 53: Tan, KH Dasar-Dasar Kimia Tanah. UGM Press, Yogyakarta. 9