BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN K 4.1. Hasil Penelitian Pada penelitian telah dilakukan modifikasi terhadap lempung alam dari Desa Cengar (Kuantan Singingi) dengan cara interkalasi, yaitu dengan memasukan agen pemilar berupa ion Keggin ke dalam jarak antarlapis lempung. Modifikasi dilakukan dengan dua perlakuan, yaitu dengan mengaktifasi lempung menggunakan Na-asetat 0,2 M kemudian dipilarisasi menggunakan ion Keggin (AK) dan lempung alam yang langsung dipilarisasi menggunakan ion Keggin (WK). _ ^ ^ ^ ^ _, ^ 4.1.1. Sintesis ion Keggin dan pilarisasi lempung Agen pemilar ion Keggin dibuat dari hasil hidrolisis parsial larutan AICI3 oleh larutan NaOH pada konsentrasi yang sama. Dalam penelitian ini, ion Keggin yang dibuat adalah ion Keggin yang memiliki rasio mol 0H7A1^*= 2,4. Berdasarkan prosedur kerja yang ada, pada pembuatan ion Keggin perlu dilakukan pengukuran ph larutan sebelum dan sesudah hidrolisis. Pada hasil penelitian ini didapat ph larutan berubah dari 3,94 (sebelum hidrolisis) menjadi 4,12 (setelah hidrolisis), serta kondisi ph pada proses pilarisasi lempung adalah ph 4,44. 4.1.2. Hasil karakterisasi lempung modifikasi Karakterisasi lempung modifikasi dilakukan dengan penentuan kapasitas tukar kation total, luas permukaan serta keberadaan situs asam dan basa pada permukaan lempung. Berdasarkan dari hasil pengukuran, kapasitas tukar kation total pada lempung modifikasi mengalami peningkatan dibandingkan dengan lempung alam tanpa modifikasi (C) yang memiliki kapasitas tukar kation total sebesar 186,8 meq/loog (Tabel 3). Pilarisasi juga menyebabkan terjadinya peningkatan keasaman serta kebasaan dari permukaan lempung yang dimodifikasi menggunakan ion Keggin. 18
Tabel 3. Data hasil karakterisasi lempung modifikasi ^^^^'----..-.^^^^Analisa KTK total Luas Permukaan Keasaman Kebasaan Sampel (meq/loog) (m'/g) (mmol/g) (mmol/g) Keterangan: C 186,8 18,65.* 1,4 WK 200,3 17,43 0,50 2,5 AK 211,9 14,83 1,00 3,0 C WK AK : lempung alam (kontrol) : lempung-keggin : lempung aktifasi-keggin * : tidak terjadi penyerapan NaOH Luas permukaan lempung diukur berdasarkan kemampuan lempung menyerap metil biru. Pada Tabel 3 dapat dilihat bahwa luas permukaan lempung mengalami penurunan setelah mengalami pilarisasi. 19
(b) (C) Gambar 13. Morfologi lempung yang dilihat dengan SEM dengan perbesaran 20.000X. (a) lempung alam (C), (b) lempung-keggin (WK), (c) lempung aktifasi-keggin (AK). (Muhdarina dkk, 2010) Gambar 13 merupakan bentuk morfologi permukaan lempung yang dilihat menggunakan SEM model 1450 VPSEM LEO pada 15 kv dan pembesaran 20.000 kali. Gambar 13(a) adalah lempung alam yang belum mengalami pilarisasi (C), Gambar 13(b) adalah lempung pilarisasi dengan ion Keggin (WK) dan Gambar 13(c) adalah lempung aktifasi dan dipilarisasi dengan ion Keggin (AK). 20
4.2. Pembahasan 4.2.1. Sintesis ion Keggin dan pilarisasi lempung Pembuatan ion Keggin dilakukan dengan memanaskan larutan AICI3 hingga suhu 80 C kemudian ditambah dengan larutan NaOH secara perlahan hingga dicapai rasio mol OHVAp^ = 2,4. Data ph yang didapat setelah hidrolisis adalah 4,12 mengindikasikan adanya kecenderungan pembentukan ion Keggin. Menurut Toranzo dkk (1997), hidrolisis parsial larutan garam AICI3.6H2O dengan NaOH pada kisaran ph 3,8-4,5 menghasilkan beberapa jenis kompleks kation aluminium terutama bentuk tridekametrik [Ali304(OH)24(H20)i2]^^ atau ion Keggin, sedangkan menurut Aceman dkk (2002) dalam Muhdarina dkk (2010) hasil hidrolisis larutan aluminum oleh larutan NaOH akan menghasilkan tiga spesi ion diantaranya monomer Al, ion Keggin dan ion polimer Al yang belum diketahui komposisinya. Ion ini kemudian memasuki dan menempati ruang kisi lempung. Proses kalsinasi lempung pada suhu tinggi bertujuan untuk menghilangkan pengotor yang ada pada pori-pori atau permukaan lempung. Selain itu, proses kalsinasi pada lempung yang telah diaktifasi ion Keggin akan merubah spesi Al ke dalam bentuk pilar oksida berupa almunium oksida atau alumina (Listyaningsih, 2002) berdasrkan reakasi (Schoonheydt dkk, (1993): [Al,304(OH)24(H20),2]'^-^ 13/2 AI2O3 + 41/2 H2O + 7 H^ (9) Adanya pilar pada jarak antarlapis lempung akan meningkatkan jarak kisi lempung. Muhdarina dkk (2010) melaporkan bahwa lempung alam Desa Cengar yang dipilarisasi menggunakan ion Keggin megalami peningkatan jarak kisi sebesar 0,93A (3,57A menjadi 4,5A). Pada hasil penelitian sebelumnya, Muhdarina dkk (2000) melaporkan bahwa telah terjadi peningkatan jarak kisi pada lempung kaolinit yang dipilarisasi menggunakan ion Keggin sebesar 2,95 A yang merupakan pergeseran dari 7,24 A (kaolinit) menjadi 10,19 A (illit). Perbedaan itu disebabkan karena lempung pada penelitian ini merupakan campuran kaolinit dan muskovit (Nasution, 2009) yang keduanya merupakan jenis mineral lempung yang tidak mengembang. 21
Morfologi lempung yang dikarakterisasi menggunakan SEM dengan perbesaran 20.000x menunjukan terjadinya perubahan struktur pada lempung. Pada Gambar 13(a) dan (b) dapat dilhat bahwa morfologi lempung berbentuk serpihan atau lembaran yang tidak beraturan dengan ukuran berbeda, pada lempung yang dipilarisasi ukuran serpihan lebih kecil, sedangkan pada Gambar 13(c) yang merupakan lempung AK bentuknya berupa butiaran dan serpihan kecil yang tidak beraturan dan berada diantara lembaran-lembaran. Perubahan bentuk tersebut terjadi karena adanya pilarisasi (Muhdarina dkk, 2010). Manohar dkk (2006) telah melaporkan bahwa bentonit yang telah dipilarisasi menggunakan ion keggin mengalami perubahan morfologi menjadi lebih poros dan menjadi butiran-butiran. 4.2.2. Kapasitas tukar kation Kapasitas tukar kation merupakan jumlah total kation yang dapat dipertukarkan {cation exchangable) pada suatu bahan, misalnya tanah, mineral dan resin. Pada peneltian ini, pengukuran kapasitas tukar kation lempung dilakukan dengan metoda yang dikembangkan oleh Mehlich pada tahun 1948, yaitu dengan menjenuhkan mineral pada salah satu kation dan mencuci kelebihan garamnya dengan air destilasi. Kation tersebut (yang teradsorpsi) kembali digantikan dengan kation lain dan jumlah kation yang ditukarkan didapat dari larutan supemataimya. Pertukaran kation dipengaruhi oleh jumlah muatan dan jari-jari terhidrat suatu kation. Kapasistas tukar kation lempung modifikasi dari hasil penelitian mengalami peningkatan sebesar 12% untuk lempung AK, sedangkan untuk WK mengalami peningkatan sebanyak 6,4%. Perubahan nilai KTK total dianggap wajar karena pada lempung AK sebelum dipilarisasi telah diaktifasi terlebih dahulu menggunakan CHsCOONa IM, sehingga pada pori-pori telah terdapat kation Na yang akan lebih mudah digantikan oleh kation NH4 karena kation tersebut memiliki jari-jari terhidrat lebih besar. Selain itu, berdasarkan data hasil pengukuran dengan XRD didapat jenis mineral baru berupa bentonit (Muhdarina dkk, 2010) yang memiliki nilai KTK cukup besar dan adanya peningkatan jarak kisi pada lempung modifikasi sebesar 22
21% (Muhdarina dkk, 2010) akibat pilarisasi dapat dijadikan asumsi peningkatan nilai KTK total pada lempung tersebut. Peningkatan kapasitas tukar kation total lempung juga dipengaruhi oleh muatan misel lempung yang lebih negatif akibat dari distorsi kisi yang diberikan oleh pemilaran menggunakan ion Keggin (Muhdarina dkk, 2000). 4.2.3. Luas permukaan Pada penelitian ini, luas permukaan lempung ditentukan berdasarkan kemampuan adsorpsi lempung terhadap metil biru yang merupakan kation organik. Penyerapan metil biru oleh lempung didasarkan pada kesesuaian besamya ukuran pori lempung dengan diameter ukuran metil biru, maka luas permukaan yang terukur merupakan luas permukaan ekstemal lempung. Hasil penelitian yang tertera pada Tabel 3 memperlihatkan bahwa telah terjadi penurunan kemampuan adsorpsi lempung modifikasi terhadap metil biru yang menandakan terjadi penurunan luas permukaan pada lempung modifikasi. Penurunan luas permukaan tersebut sebesar 20 % untuk lempung aktifasi-keggin (AK) dan 6 % untuk lempung-keggin (WK). Jika jenis adsorpsi yang terjadi antara metil biru dengan lempung adalah adsorpsi fisik, maka terjadinya penurunan luas permukaan yang cukup besar pada lempung AK bisa disebabkan karena situs adsorpsi pada lempung telah jenuh oleh kation Na yang berasal dari hasil aktifasi menggunakan CHsCOONa IM sehingga lempung lebih bermuatan positif dan adsorpsi metil biru jadi lebih kecil. Hasil yang serupa telah dilaporkan oleh Verawaty (2000) bahwa telah terjadi penurunan luas permukaan pada lempung terpilar ion Keggin sebesar 15 %. Menurut Toranzo dkk (1997), Salerno dan Mendioroz (2002) dan Manohar dkk (2006), proses interkalasi akan menyebabkan volume pori-pori lempung menyempit menjadi berukuran mikro (mikropori), sedangkan ukuran partikel metil biru lebih bersesuaian dengan ukuran pori-pori meso (mesopori) sehingga kemampuan adsorpsi lempung terhadap metil biru akan menurun. Terjadinya perubahan ukuran pori lempung didukung oleh gambaran morfologi lempung menggunakan SEM (Gambar 13). Morfologi lempung alam (Gambar 13 a) yang berbentuk lembaran memilki ukuran lembaran yang lebih 23
tebal dibandingkan lempung yang telah dipilarisasi (Gambar 13b dan 13 c) yang memiliki ketebalan lembaran lebih tipis, sehingga telah terjadi perubahan ukuran pori-pori lempung menjadi lebih kecil, namun jumlah pori-pori lempung menjadi lebih banyak. Berdasarkan keadaan tersebut dapat disimpulkan bahwa pengukuran luas permukaan menggunakan metil biru lebih sesuai untuk padatan mesopori. 4.2.4. Keasaman dan kebasaan lempung Dalam penelitian ini, keasaman dan kebasan lempung ditentukan dengan menggunakan metoda titrasi Bhoem. Pada Tabel 3, keasaman lempung mengalami peningkatan yang cukup signifikan, yaitu meningkat hingga 1,0 mmol/g yang merupakan keasaaman total permukaan lempung. Keasaman lempung yang didapat cukup tinggi jika dibandingkan dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Narayanan dan Deshpande (2000), yaitu 75,6x10"^ mmol/g, sehingga lempung hasil modifikasi ini memiliki potensi untuk dijadikan sebagai katalis perekahan (cracking catalytic). Besamya jumlah keasaman lempung disebabkan karena bertambahnya jumlah kation Al pada stmktur lempung modifikasi, mengingat agen pemilar yang digunakan bempa kation Al polihidroksi (ion Keggin). Semakin banyak Al^"^ yang akan menggantikan kedudukan Si'*^ pada lapisan tetrahedral maka lempung akan memilki situs asam yang lebih besar (Narayanan dan Deshpande, 2000). Menumt Salemo et al (2001) proses pilarisasi juga memiliki pengaruh yang besar terhadap keasaman lempung dan adanya kalsinasi pada suhu tinggi akan menyebabkan terjadinya pelepasan proton dari hasil kondensasi -OH antara kation dan lempung menyebabkan bertambahnya jumlah situs asam Bronsted (persamaan reaksi 1). Kebasaan lempung dipengaruhi oleh banyak jumlah kation Ca, Mg dan K yang menggantikan ion hidrogen dan almunium dalam struktur lempung (Brady, 1976). Hasil penelitian menunjukan telah terjadi peningkatan konsentrasi basa pada lempung, yaitu dari 1,4 menjadi 3 mmol/g setelah dimodifikasi (Tabel 3). Hal ini dapat disebabkan karena terjadinya peningkatan jumlah kation pada struktur lempung yang ditandai dengan meningkatnya nilai KTK total lempung yang telah dimodifikasi. 24