BAB I PENDAHULUAN Pada bab ini dijelaskan beberapa hal yang menjadi latar belakang dilakukannya penelitian, disertai dengan tujuan dan manfaat yang ingin dicapai dari penelitian ini. Latar belakang menjelaskan hal-hal yang dianggap penting dan relevan dilakukannya penelitian. Manfaat dan tujuan penelitian menjelaskan secara spesifik hal-hal yang ingin dicapai dengan dilakukannya penelitian ini. 1.1 Latar Belakang Material hidrofobik berbasis silika sudah banyak dikembangkan dalam berbagai penelitian. Pengembangan material hidrofobik berbasis silika dilakukan karena material tersebut memiliki berbagai keunggulan di antaranya, tidak toksik, tidak mudah terbakar, dan tahan pada temperatur tinggi (Stelzer et al., 1998). Keunggulan yang lain yaitu material ini mudah diregenerasi dan kemampuan adsorpsinya tidak dipengaruhi oleh kelembaban lingkungan sehingga material ini lebih unggul dalam pemanfaatannya sebagai katalis maupun sebagai adsorben. Material hidrofobik berbasis silika memiliki berbagai kegunaan. Beberapa kegunaan yang pernah dilaporkan antara lain sebagai katalis hidrogenasi karbondioksida menjadi metana (Chareonpanich et al., 2004), sebagai adorben dalam adsorpsi kompetitif campuran biner seperti air/etanol (Vakili et al., 2005), air/hidrokarbon, air/hidrokarbon terklorinasi, dan keton/hidrokarbon (Stelzer et al., 1998) serta dapat juga digunakan sebagai pemisah uap merkuri dari gas alam. Selain aplikasi-aplikasi yang telah banyak dilaporkan, masih banyak aplikasi yang dapat diterapkan. Dari segi struktur kimia, material hidrofobik berbasis silika dapat dikatakan sebagai polimer dari gugus silikat yang bergabung membentuk sebuah kerangka dan atau polimer aluminosilikat yang membentuk suatu kerangka dengan kadar Si/Al yang tinggi. Material silika yang memiliki sifat hidrofobik tersebut antara lain material aluminosilikat yang telah mengalami dealuminasi. Material tersebut memiliki rasio Si/Al yang tinggi karena selama proses 1
2 dealuminasi, atom Al akan berkurang sebagai akibat dari proses dealuminasi. Material hidrofobik yang lain yaitu material zeolit dengan rasio Si/Al yang tinggi seperti zeolit mordenit, zeolit beta, zeolit tipe MFI (ZSM-5) zeolit tipe MEL (ZSM-22), dan silicalite yang merupakan material yang kerangkanya hanya terdiri dari silika. Zeolit dengan rasio Si/Al tinggi yang pernah disintesis memiliki beberapa varian. Stelzer et al. (1998) berhasil mensintesis zeolit beta dan zeolit beta yang hanya terdiri dari silika. Aktivitas adsorpsinya sangat jauh berbeda antara adsorpsi air dengan adsorpsi pelarut organik seperti heksana. Mobil Oil Corporation juga telah mensistesis dan mematenkan ZSM-5 (Zeolite Socony Mobil-5) yang juga termasuk zeolit dengan rasio Si/Al tinggi. Sintesis zeolit ZSM-5 juga pernah dilakukan oleh Chareonpanich et al. (2004) yang memilki aktivitas katalitik yang baik untuk konversi metana dari karbonmonoksida dan air. Tuan et al. (2010) juga berhasil mensintesis ZSM-5 dengan berbagai variasi temperatur, komposisi bahan, dan lama proses hidrotermal. Selain itu, dikembangkan pula varian zeolit yang analog dengan ZSM-5, tetapi tanpa ditambahkan dengan sumber alumina yang dinamakan Silicalite-1 (Vakili et al., 2005). Semua material zeolit dengan Si/Al tinggi ini memiliki aktivitas adsorpsi air yang rendah. Sumber silika pada sintesis zeolit dengan kadar silika tinggi sangat beragam. Sumber silika yang digunakan dapat berasal dari bahan sintesis dan juga bahan alam. Sumber silika yang umum dipakai yaitu Tetraethylorthosilicate atau TEOS. Beberapa penelitian juga menggunakan sumber silika lain selain TEOS yaitu Tetramethylorthosilicate (TMOS), sol silika dalam ait maupun dalam alkohol, natrium silikat, asam silikat, dan fumed silica. Sumber silika sintesis tersebut bisa digunakan tersendiri maupun dikombinasikan satu sama lain untuk mensintesis zeolit. Selain sumber silika sintesis, penelitian-penelitian sebelumnya juga menggunakan sumber silika dari bahan alami yaitu abu sekam padi, abu layang produksi samping batubara, lumpur dan pasir. Umumnya, sumber silika sintesis banyak digunakan karena tingkat kemurnian dan reaktivitasnya yang tinggi, tetapi sumber silika alami dengan suatu perlakuan tertentu dapat ditingkatkan reaktivitasnya sehingga dapat juga digunakan dalam sintesis zeolit.
3 Selain zeolit dengan rasio Si/Al yang tinggi, Stelzer et al. (1998) juga menggunakan perlakuan aktivasi asam pada zeolit beta untuk membuat zeolit beta lebih hidrofobik. Hal ini disebabkan karena saat proses aktivasi asam pada material zeolit, terjadi suatu proses pelepasan atom alumunium dari kerangka struktur zeolit atau disebut dengan dealuminasi. Terjadinya dealuminasi pada material zeolit beta menjadikan rasio Si/Al pada zeolit beta semakin besar dan mengakibatkan sifat adsorpsi airnya turun. Hal ini disebabkan berkurangnya logam penyeimbang pada kerangka material zeolit dan membuat air hidrat tidak terdapat lagi pada kerangka zeolit. Akibatnya perlakuan aktivasi asam dapat menyebabkan kapasitas adsorpsi air pada material aluminosilikat berkurang. Material alam yang merupakan material aluminosilikat selain zeolit adalah lempung alam. Lempung alam terdiri dari mineral lempung yang memiliki struktur lembaran-lembaran silikat dan aluminat yang dapat juga disubstitusi oleh atom Fe dan Mg. Pada dasarnya lempung alam adalah material yang hidrofilik. Selain karena adanya ruangan antarlapis yang besar yang dapat berisi logamlogam penyeimbang sekaligus air hidratnya, pada kerangka mineral lempung juga terdapat pori yang cukup ditempati oleh molekul air yang membuat sifat adsorpsi lempung terhadap air menjadi besar. Karena sifat adsorpsi air yang tinggi ini, lempung bersifat plastis pada saat basah dan kemudian dapat pecah jika dikeringkan karena air yang ada dalam kerangka lempung menguap. Jika zeolit dapat dibuat menjadi material hidrofobik dengan aktivasi asam dan membentuknya menjadi material zeolit dengan rasio Si/Al yang tinggi, maka material lempung dengan penyusun yang sama dengan zeolit dapat juga dibuat menjadi material yang bersifat hidrofobik. Hal yang ditempuh untuk membuat material lempung dengan sifat yang hidrofobik adalah dengan aktivasi asam dan dengan membentuknya menjadi material aluminosilikat mikropori seperti zeolit MFI. Dengan aktivasi asam, diharapkan rasio Si/Al meningkat sehingga hidrofobisitas meningkat karena hilangnya logam penyeimbang yang membawa molekul air serta dengan membentuknya menjadi material mikropori untuk membuat porinya tidak dapat ditempati oleh molekul air.
4 Jika material hidrofilik lempung alam dapat diubah menjadi material hidrofobik, maka hal ini menjadi terobosan baru bagi perkembangan rekayasa material berbahan dasar bahan alam di Indonesia. Rekayasa lempung alam menjadi material hidrofobik dapat dimanfaatkan untuk berbagai hal yang luas karena ketersediaan lempung alam yang besar sebagai material alami. Rekayasa lempung alam menjadi material hidrofobik dalam penelitian ini dilakukan dengan metode aktivasi asam dan metode hidrotermal untuk menjadi suatu material hidrofobik. Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan, pada penelitian ini akan dipelajari potensi penggunaan lempung alam Klaten Indonesia untuk direkayasa menjadi material hidrofobik berbasis silika. Dalam pembahasan akan dibahas proses rekayasa hidrofobisitas lempung alam Klaten menggunakan proses aktivasi asam kemudian dijelaskan pula kemungkinan suatu material zeolit dengan rasio Si/Al yang tinggi dapat dihasilkan dari lempung alam dengan menggunakan metode hidrotermal. Setiap tahapan akan dikarakterisasi dengan FTIR serta XRD dan dianalisis juga adsorpsi airnya. Berdasaran rumusan masalah tersebut, judul penelitian ini adalah Pengaruh Aktivasi Asam dan Proses Hidrotermal terhadap Peningkatan Hidrofobisitas Lempung Alam. Keutamaan ilmiah dari penelitian ini terletak pada keaslian ide-ide yang tertera di bawah ini, 1. Ide rekayasa material hidrofobik dari material lempung alam yang bersifat hidrofilik 2. Ide untuk mensintesis material hidrofobik dengan struktur zeolit dari lempung alam 1.2 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian dari penelitian ini adalah, 1. Menghasilkan material hidrofobik dengan bahan dasar lempung alam 2. Mengkaji pengaruh konsentrasi asam yang digunakan pada aktivasi asam terhadap sifat hidrofobisitas material
5 3. Mempelajari peranan perlakuan hidrotermal terhadap peningkatan hidrofobisitas material 4. Mengkaji pengaruh waktu pemeraman terhadap sifat hidrofobisitas material 1.3 Manfaat Penelitian Keberhasilan penelitian ini diharapkan menambah wawasan penelitian di indonesia dalam pembuatan material hidrofobik dari lempung alam Klaten Indonesia. Diharapkan pula hal ini dapat memberi kontribusi dalam perkembangan IPTEK rekayasa material berbahan dasar bahan alami di Indonesia.