BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Lempung (Tanah liat)

Lempung atau tanah liat adalah partikel mineral berkerangka dasar silikat yang berdiameter kurang dari 4 milimeter. Lempung mengandung leburan silika dan/atau aluminium yang halus. Unsur-unsur ini : silika, oksigen dan aluminium adalah unsur yang paling banyak menyusun kerak bumi. Lempung terbentuk oleh proses pelapukan batuan silika oleh asam karbonat dan sebagian dihasilkan dari aktivitas panas bumi. Lempung membentuk gumpalan keras saat kering dan lengket apabila basah terkena air. Sifat ini ditentukan oleh jenis mineral lempung yang mendominasinya. Mineral lempung digolongkan berdasarkan susunan lapisan oksida silikon dan oksida aluminium yang membentuk kristalnya. Kata “lempung” memiliki definisi yang saling bertentangan (Bergaya, 2000). Pada satu sisi kata lempung digunakan sebagai definisi segala partikel tanah yang lebih kecil dari 2µm, tetapi di sisi lain termasuk juga kelompok besar microcrystalline. Menurut ahli mineralogi, mineral lempung adalah mineral silikat berlapis (pilosilikat) atau mineral lain yang bersifat liat (plasticity) dan mengalami pengerasan saat dipanaskan atau dalam keadaan kering. Istilah lempung digunakan di Amerika Serikat dan International Society of Soil Science untuk menyatakan suatu batuan atau partikel mineral yang terdapat pada tanah (soil) dengan diameter kurang dari 0,002 mm. Sedangkan menurut sedimentologis, partikel lempung berukuran kurang dari 0,004 mm. Seringkali, clay disamakan dengan lempung, padahal clay berbeda dengan lempung. Lempung dan clay adalah fraksi-fraksi butiran yang membentuk tekstur tanah. Menurut Haridjadja (1980) tekstur tanah adalah distribusi besar butir-butir tanah atau perbandingan secara relatif dari besar butir-butir tanah. Butir-butir tersebut adalah pasir, debu dan liat. Gabungan dari ketiga fraksi tersebut dinyatakan dalam persen dan disebut sebagai kelas tekstur. Pada umumnya tanah asli merupakan campuran dari butiran-butiran yang mempunyai ukuran yang

Universitas Sumatera Utara

8

berbeda-beda (Braja,1993). Tekstur tanah menunjukkan kasar halusnya tanah. Kelas tekstur tanah dikelompokkan berdasarkan perbandingan banyaknya butirbutir pasir, debu dan liat. Tanah-tanah yang bertekstur pasir mempunyai luas permukaan yang kecil sehingga sulit menyerap (menahan) air dan unsur hara. Tanah-tanah bertekstur liat mempunyai luas permukaan yang besar sehingga kemampuan

menahan

air

dan

menyediakan

unsur

hara

tinggi

(Hardjowigeno,1995). Braja (1993) menyatakan bahwa kelas tekstur dapat ditetapkan denganmenggunakan diagram segi tiga tekstur menurut USDA dalam Gambar 2.1. Sistem ini didasarkan pada ukuran batas dari butiran tanah yang meliputi: a. Pasir : butiran dengan diameter 2,0 s.d. 0,05 mm b. Debu : butiran dengan diameter 0,05 s.d. 0,002 mm c. Clay : butiran dengan diameter lebih kecil dari 0,002 mm

Gambar 2.1 Segitiga Tekstur Tanah

Paling tidak ada dua alasan yang menjadikan mineral lempung sangat aktif dalam proses di alam dan menjadi kunci untuk aplikasi yang sangat luas. (a) Permukaan yang sangat luas yang muncul dari partikel yang berukuran sangat


9

kecil (skala nano) dan (b) Fakta bahwa partikel tersebut bermuatan elektrik, yang akhirnya membuat interaksi elektrostatisnya relatif kuat.

2.2 Jenis-jenis Lempung

Klasifikasi lempung ada beberapa jenis yaitu : a) Klasifikasi lempung berdasarkan batuan induk pelapukannya 1) Lempung primer atau lempung residual terbentuk dari permukaan batuan induk.Sangat jarang dijumpai dibandingkan dengan lempung sekunder (yang dipindahkan atau diendapkan), tetapi pada umumnya lebih putih dari lempung sekunder dan bebas dari bahan pengotor. Karena lempung ini berasal dari pelapukan yang dibawa oleh air tanah dan tidak berpindah tempat, maka ukuran partikelnya akan bermacam-macam dan lempung ini biasanya tidaklah plastis dan sangat kaku. Kebanyakan kaolin adalah lempung primer. 2) Lempung sekunder adalah jenis lempung yang telah mengalami perpindahan lokasi yang dibawa dari banyak sumber oleh air (aluvial), atau angin (aeolian) atau oleh gletser (glacial). Banyak tipe lempung sekunder yang mengandung bahan organik (carbonaceous) dan bahan pengotor lain (besi, pasir kuarsa, mika dan lain lain). Beberapa jenis kaolin yang bersifat plastis adalah golongan lempung sekunder. Contoh lempung sekunder yang lain adalah : ball lempung, stoneware lempung, firelempung, earthenware lempung, slip lempungs dan volcanic lempung. b) Klasifikasi lempung berdasarkan susunan lapisan tetrahedral dan oktehedral. 1) Lempung tipe 1 : 1 Lempung tipe ini terdiri dari 1 lembar silika yang berbentuk tetrahedral dan 1 lembar alumina atau magnesium oksida yang berbentuk oktahedral. Yang termasuk dalam kelompok ini adalah kaolinite. 2) Lempung tipe 2 : 1 Lempung tipe ini terdiri dari 1 lembar silika yang berbentuk tetrahedral dan 2 lembar alumina atau magnesium oksida yang berbentuk oktahedral. Yang termasuk dalam kelompok ini adalah smektit.


10

Gambar 2.2 Diagram Struktur Lapisan Oktahedron

Gambar 2.3 Diagram Struktur Lapisan Tetrahedron Struktur dasar kristal pada mineral lempung terdiri atas satu atau dua lapisan silikon dioksida dengan satu lembaran aluminium oksida atau magnesium oksida. Di dalam lapisan silika, unit dasarnya adalah silika tetrahderon.Pada struktur silika tetrahedron, atom silika terikat pada 4 atom oksigen. Jika tiap tetrahedron membagi 3 dari 4 oksigen lain maka akan terbentuk struktur heksagonal yang disebut lapisan tetrahedral. Unit dasar alumina atau magnesium adalah oktahedron. Oktahedron ini dibentuk oleh aluminium atau magnesium dan ion hodroxide. Atom aluminium atau magnesium terikat pada 6 atom oksigen. Tiap oktahedron membagi seluruh 6 atom oksigennya untuk membentuk struktur heksagonal yang disebut lapisan oktahedral. Dalam lapisan ini bisa terdapat atom aluminium saja, magnesium saja atau keduanya. c) Klasifikasi lempung berdasarkan kandungan mineral dan komposisi 1) Mineral Kaolin Struktur dasar mineral kaolin (yang termasuk di dalamnya kaolinite, dickite, nacrite dan halloysite) yaitu satu lembar lapisan lapisan tetrahedral


11

dan satu lembar lapisan oktahedral. Kedua lapisan ini bergabung membentuk sebuah unit dimana ujung-ujung dari lapisan silika tetrahedron bergabung dengan lapisan oktahedron. Semua puncak oksigen dari lapisan silika tetrahedron menunjuk ke arah yang sama sehingga gugus oksigen/hidroksil (yang dapat saja muncul untuk menyeimbangkan muatannya) digunakan secara bersama oleh silikon pada lapisan tetrahedral dan oleh aluminium pada lapisan oktahedral. Rumus struktural dari kaolinite adalah Al4Si4O10(OH)8 dan komposisi kimia secara teoritis yaitu SiO2 = 46,54 %, Al2O3 =39,50 %dan H2O = 13,96 %. Mineralmineral dari kelompok kaolin seperti kaolinite, dickite, nacrite dan halloysite mengandung lapisan tipe 1 : 1 yang merupakan kombinasi lapisan oktahedral dan tetrahedral yang terus bersambung pada arah sumbu a dan b dan saling tumpang tindih pada arah sumbu c. Ketebalan unit lapisan ini adalah 7,13 A0. O

OH

Al

Si

Gambar 2.4 Diagram Struktur Kaolinite


12

2) Mineral Smectite Mineral umum yang termasuk golongan smectite yaitu natrium montmorillonite,

kalsium

monmorillonite,

nontronite

(besi

montmorillonite), hectorite (litium montmorillonite) dan beidellite (aluminium montmorillonite). Mineral smectite merupakan komposisi gabungan dari dua lapisan silika tetrahedral dengan satu lapisan oktahedral sebagai pusat dan membentuk lapisan mineral tipe 2 : 1. Molekul air dan kation – kation mengisi ruang antara lapisan 2 : 1. Rumus

teoritis

smectite

adalah

(OH)4Si8Al4O20.NH2O

(antarlapisan) dan komposisi teoritis tanpa materi antarlapisan adalah SiO2 = 66,7 %, Al2O3 = 28,3 % dan H2O = 5 %. Bagaimanapun juga, pada smectite terdapat materi/unsur pengganti yang harus diperhatikan pada lapisan oktahedral dan beberapa pada lapisan tetrahedral. Pada lapisan tetrahedral terdapat penggantian silikon menjadi aluminium hingga 15 % (Grim, 1968) dan pada lapisan oktahedral aluminium digantikan magnesium dan besi.

Gambar 2.5 Diagram Struktur Smectite


13

3) Mineral Illite Illite adalah mineral mika tanah liat yang dinamakan oleh Grim et. al (1937). Strukturnya adalah lapisan 2 : 1 dimana kation antar lapisannya adalah kalium. Ukuran, muatan dan bilangan koordinasi dari kalium menyesuaikan diri pada cincin heksagonal oksigen yang berbatasan dengan lapisan silika tetrahedral. Hal ini memberikan sambungan yang kuat dari ikatan ionik yang menahan tiap-tiap lapisan secara bersama-sama pada strukturnya dan mencegah molekul air untuk mengisi posisi antarlapisan seperti pada smectite. Illite berbeda dengan muscovite yang mengkristal secara baik yaitu lebih sedikit penggantian Si4+ menjadi Al3+ pada lapisan tetrahedral. Pada muscovite, ¼ dari ion Si

4+

digantikan oleh

Al3+ sedangkan pada illite hanya 1/6 saja. Pada lapisan oktahedral dapat juga terjadi penggantian ion Al 3+ oleh Mg2+ dan Fe2+. Jarak antarbidang d(001) dari illite adalah 10 Ao.

Gambar 2.6 Diagram Struktur Illite


14

4) Chlorite Chlorite umumnya muncul dalam bentuk serpihan dan juga di dalam lempung yang bercampur dengan lapisan batu bara. Mineral liat chlorite berbeda dengan chlorite yang mengkristal secara baik dalam hal adanya susunan acak dari lapisannya dan juga adanya hidrasi. Chlorite adalah mineral dengan tipe lapisan 2 : 1 dengan satu lapisan brusit (Mg(OH) 2) pada antarlapisannya. Banyak jenis kation pengganti pada chlorite, namun yang paling umum adalah Mg2+, Fe2+, Al3+ dan Fe3+. Komposisi umum chlorite yaitu (OH)4(SiAl)8(MgFe)6O20. Lapisan yang menyerupai brusit pada posisi antarlapisan mempunyai komposisi (MgAl) 6(OH)12. Jarak antar bidang d(001) dari chlorite kurang lebih 14 Ao.

Gambar 2.7 Diagram Struktur Chlorite


15

5) Palygorskite (Attapulgite) : Sepiolite Istilah palygorskite dan attapulgite adalah sinonim, tetapi Komite Nomenklatur Internasional (International Nomenclature Committee) telah mengumumkan bahwa nama yang lebih baik digunakan adalah palygorskite. Bagaimanapun, istilah attapulgite masih digunakan terutam oleh mereka yang bekerja di bidang pertambangan, pengolahan dan penggunaan mineral liat. Palygorskite dan sepiolite adalh silika tipe lapisan 2 : 1. Lapisan tetrahedral dihubungkan tak terbatas pada dua dimensi. Namun, jenis tanah liat ini berbeda secara struktur dari mineral liat yang lain yaitu bahwa lapisan oktahedralnya sambung menyambung hanya pada satu dimensi dan lapisan tetrahedralnyadibagi menjadi pitapita oleh pembalikan perodik dari baris-baris tetrahedron. Pada palygorskite, dimensi dari salurannya kira-kira antara 4 Ao sampai 6 Ao dan pada sepiolite kira-kira 4 Ao sampai 9,5 Ao. Kedua jenis mineral liat ini adalah jenis magnesium silika tetapi palygorskite mempunyai kandungan alumina lebih tinggi. Rumus umum palygorskite adalah (OH2)4Mg5Si8O20.4H2O.

Rumus

umum

untuk

sepiolite

adalah

(OH2)4(OH)4Mg8Si12O30.8H2O.

Gambar 2.8 Diagram Struktur Palygorskite dan Sepiolite


16

Pada penelitian ini tanah lempung yang digunakan adalah tanah lempung dari Desa Iraonogeba Kecamatan Moroó Kabupaten Nias Barat Provinsi Sumatera Utara yang dalam bahasa derah setempat sering juga disebut dengan gambo. Pemilihan jenis lempung ini didasarkan atas karakteristik dari tanah lempung ini yaitu berwarna putih keabu-abuan dan tidak mudah kering ketika musim kemarau. Tanah lempung ini pada umumnya digunakan sebagai bahan dasar pembuatan periuk tanah yang dalam bahasa daerah setempat disebut dengan bowoa tanö. Karakteristik dari jenis tanah lempung ini telah dilakukan dengan melakukan pengamatan morfologi permukaan SEM dan kandungan unsur dengan menggunakan EDX. Hasil pengamatan morfologi permukaan dari tanah lempung ini memperlihatkan bahwa ukuran butiran yang beragam karena belum dilakukan pengayakan ketika pengamatan SEM dan memiliki pori-pori yang beragam bentuk serta ukurannya.Dari hasil pembacaan kandungan unsur dapat dilihat bahwa unsur-unsur yang terdapat pada tanah lempung ini adalah unsur O = 49,75% ; Si = 26,03% ; Al = 13,15% ; Fe = 4,46% ; K = 3,42% ; Mg = 1,66% ; Na = 1,16% ; Ti = 0,37%. (Lampiran C)

2.3 Arang Aktif

Arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95% karbon, dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi. Ketika pemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadi kebocoran udara di dalam ruangan pemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi. Arang selain digunakan sebagai bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai adsorben (penyerap). Daya serap ditentukan oleh luas permukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi lebih tinggi jika terhadap arang tersebut dilakukan aktifasi dengan aktivator bahan-bahan kimia ataupun dengan pemanasan pada temperatur tinggi. Dengan demikian, arang akan mengalami perubahan sifat-sifat fisika dan kimia. Arang yang demikian disebut sebagai arang aktif. Arang aktif dibagi atas 2 tipe, yaitu arang aktif sebagai pemucat dan sebagai penyerap uap. Arang aktif sebagai pemucat, biasanya berbentuk powder yang


17

sangat halus, diameter pori mencapai 1000A0, digunakan dalam fase cair, berfungsi untuk memindahkan zat-zat penganggu yang menyebabkan warna dan bau yang tidak diharapkan, membebaskan pelarut dari zat-zat penganggu dan kegunaan lain yaitu pada industri kimia. Diperoleh dari serbuk-serbuk gergaji, ampas pembuatan kertas atau dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan mempunyai struktur yang lemah. Arang aktif sebagai penyerap uap, biasanya berbentuk granular atau pellet yang sangat keras diameter pori berkisar antara 10200 A0 , tipe pori lebih halus, digunakan dalam fase gas, berfungsi untuk memperoleh kembali pelarut, katalis, pemisahan dan pemurnian gas. Diperoleh dari tempurung kelapa, tulang, batubata atau bahan baku yang mempunyai bahan baku yang mempunyai struktur keras. Sifat arang aktif yang paling penting adalah daya serap. Dalam hal ini, ada beberapa faktor yang mempengaruhi daya serap adsorpsi, yaitu : 1. Sifat Adsorben Arang aktif yang merupakan adsorben adalah suatu padatan berpori, yang sebagian besar terdiri dari unsur karbon bebas dan masing- masing berikatan secara kovalen. Dengan demikian, permukaan arang aktif bersifat non polar. Selain kompisisi dan polaritas, struktur pori juga merupakan faktor yang penting diperhatikan. Struktur pori berhubungan dengan luas permukaan, semakin kecil pori-pori arang aktif, mengakibatkan luas permukaan semakin besar. Dengan demikian kecepatan adsorpsi bertambah. Untuk meningkatkan kecepatan adsorpsi, dianjurkan agar menggunakan arang aktif yang telah dihaluskan. Jumlah atau dosis arang aktif yang digunakan, juga diperhatikan. 2. Sifat Serapan Banyak senyawa yang dapat diadsorpsi oleh arang aktif, tetapi kemampuannya untuk mengadsorpsi berbeda untuk masing- masing senyawa. Adsorpsi akan bertambah besar sesuai dengan bertambahnya ukuran molekul serapan dari stuktur yang sama, seperti dalam deret homolog. Adsorpsi juga dipengaruhi oleh gugus fungsi, posisi gugus fungsi, ikatan rangkap, struktur rantai dari senyawa serapan. 3. Temperatur Dalam pemakaian arang aktif dianjurkan untuk menyelidiki.temperatur pada saat berlangsungnya proses. Karena tidak ada peraturan umum yang bisa diberikan


18

mengenai temperatur yang digunakan dalam adsorpsi. Faktor yang mempengaruhi temperatur proses adsoprsi adalah viskositas dan stabilitas thermal senyawa serapan. Jika pemanasan tidak mempengaruhi sifat-sifat senyawa serapan, seperti terjadi perubahan warna maupun dekomposisi, maka perlakuan dilakukan pada titik didihnya. Untuk senyawa volatil, adsorpsi dilakukan pada temperatur kamar atau bila memungkinkan pada temperatur yang lebih kecil. 4. pH (Derajat Keasaman) Untuk asam-asam organik adsorpsi akan meningkat bila pH diturunkan, yaitu dengan penambahan asam-asam mineral. Ini disebabkan karena kemampuan asam mineral untuk mengurangi ionisasi asam organik tersebut. Sebaliknya bila pH asam organik dinaikkan yaitu dengan menambahkan alkali, adsorpsi akan berkurang sebagai akibat terbentuknya garam. 5. Waktu Singgung Bila arang aktif ditambahkan dalam suatu cairan, dibutuhkan waktu untuk mencapai kesetimbangan. Waktu yang dibutuhkan berbanding terbalik dengan jumlah arang yang digunakan. Selain ditentukan oleh dosis arang aktif, pengadukan juga mempengaruhi waktu singgung. Pengadukan dimaksudkan untuk memberi kesempatan pada partikel arang aktif untuk bersinggungan dengan senyawa serapan. Untuk larutan yang mempunyai viskositas tinggi, dibutuhkan waktu singgung yang lebih lama. Pada penelitian ini arang aktif yang digunakan adalah arang aktif Aquasorb® 1000. Arang aktif Aquasorb ® 1000 adalah media kerja yang berbentuk butiran-butiran karbon aktif yang dibuat dengan aktivasi uap dari batubara bitumen yang mutunya diseleksi. Produk arang aktif ini memiliki bahan adsorbent dengan nilai densitas yang tinggi dan menghasilkan volume pengaktivasi yang maksimum. Arang aktif ini memiliki karakteristik antara lain sebagai berikut luas permukaan = 950 m 2/g ; total volume pori = 0,88 cm3/g ; apparent density = 500 kg/m3 ; pH = 8 ; ball pan hardness number = 96%. (Lampiran D)


19

2.4 Keramik

Keramik didefinisikan sebagai seni dan ilmu membuat dan menggunakan partikel padat yang mempunyai bagian material inorganik nonmetalik sebagai komponen terpentingnya (Kingery et al., 1976). Keramik adalah bahan yang keras, memiliki senyawa polikristalin, biasanya inorganik, termasuk silika, metalik oksida, karbida dan bahan bahan hidrida, sulfida dan seleneida. Oksida seperti Al 2O3, MgO, SiO2 dan ZrO2 mengandung bahan metalik dan unsur nonmetalik serta garam ionik seperti NaCl, CsCl dan ZnS. Keramik berasal dari bahasa Yunani keramos/keramikos yang berarti periuk atau belanga yang terbuat dari tanah yang dibakar. Keramik adalah semua benda-benda yang terbuat dari tanah liat/lempung yang mengalami suatu proses pengerasan dengan pembakaran suhu tinggi. Pengertian keramik yang lebih luas dan umum adalah “bahan yang dibakar tinggi” termasuk di dalamnya semen, gips, metal dan lainnya. Sebelum diproses menjadi keramik, segi penting sifat bubuk mineralnya adalah ukuran partikel (yang mengganti sifat akhir) serta distribusi sifat partikel (mempengaruhi rapatan). Secara umum keramik merupakan paduan antara logam dan non logam , senyawa paduan tersebut memiliki ikatan ionik dan ikatan kovalen yang memiliki sifat-sifat sebagai berikut : a. Sifat Mekanik Keramik merupakan material yang kuat, keras dan juga tahan korosi.Selain itu keramik memiliki kerapatan yang rendah dan juga titik lelehnya yang

tinggi.Keterbatasan

utama

keramik

adalah

kerapuhannya,

yakni

kecenderungan untuk patah tiba-tiba dengan deformasi plastik yang sedikit. Di dalam keramik, karena kombinasi dari ikatan ion dan kovalen, partikelpartikelnya tidak mudah bergeser. Faktor rapuh terjadi bila pembentukan dan propagasi keretakan yang cepat. Dalam padatan kristalin, retakan tumbuh melalui butiran (trans granular)


20

dan sepanjang bidang cleavage (keretakan) dalam kristalnya. Permukaan tempat putus yang dihasilkan mungkin memiliki tekstur yang penuh butiran atau kasar. Material yang amorf tidak memiliki butiran dan bidang kristal yang teratur, sehingga permukaan putus kemungkinan besar terjadi. Kekuatan tekan penting untuk keramik yang digunakan untuk struktur seperti bangunan.Kekuatan tekan keramik biasanya lebih besar dari kekuatan tariknya. Untuk memperbaiki sifat ini biasanya keramik di-pretekan dalam keadaan tertekan b. Sifat Termal Sifat termal bahan keramik adalah kapasitas panas, koefisien ekspansi termal, dan konduktivitas termal. Kapasitas panas bahan adalah kemampuan bahan untuk mengabsorbsi panas dari lingkungan. Panas yang diserap disimpan oleh padatan antara lain dalam bentuk vibrasi (getaran) atom/ion penyusun padatan tersebut. Keramik biasanya memiliki ikatan yang kuat dan atom-atom yang ringan. Jadi getaran-getaran atom-atomnya akan berfrekuensi tinggi dan karena ikatannya kuat maka getaran yang besar tidak akan menimbulkan gangguan yang terlalu banyak pada kisi kristalnya. Sebagian besar keramik memiliki titik leleh yang tinggi, artinya walaupun pada temperatur yang tinggi material ini dapat bertahan dari deformasi dan dapat bertahan dibawah tekanan tinggi. Akan tetapi perubahan temperatur yang besar dan tiba-tiba dapat melemahkan keramik. Kontraksi dan ekspansi pada perubahan temperatur tersebutlah yang dapat membuat keramik pecah. c. Sifat elektrik Sifat listrik bahan keramik sangat bervariasi.Keramik dikenal sangat baik sebagai insulator. Beberapa sifat isolator keramik (seperti BaTiO 3) dapat dipolarisasi dan digunakan sebagai kapasitor. Keramik lain menghantarkan elektron bila energi ambangnya dicapai dan oleh karena itu disebut semikonduktor. Tahun 1986, keramik jenis baru yakni superkonduktor temperatur kritis ditemukan. Bahan jenis ini di bawah suhu kritisnya memiliki hambatan = 0. Akhirnya keramik yang disebut sebagai sebagai piezoelektrik dapat menghasilkan respons listrik akibat tekanan mekanik atau sebaliknya isolator. Elektron valensi dalam keramik tidak berada di pita konduksi, sehingga


21

sebagian besar keramik adalah isolator. Namun, konduktivitas keramik dapat ditingkatkan dengan memberikan ketakmurnian. Energi termal juga akan mempromosikan elektron ke pita konduksi, sehingga dalam keramik, konduktivitas meningkat (hambatan menurun) dengan kenaikan suhu. Beberapa keramik memiliki sifat piezoelektrik, atau kelistrikan tekan.Sifat ini merupakan bagian bahan “canggih” yang sering digunakan sebagai sensor. Dalam bahan piezoelektrik, penerapan gaya atau tekanan dipermukaannya akan menginduksipolarisasi dan akan terjadi medan listrik, jadi bahan tersebut mengubah tekananmekanis menjadi tegangan listrik. Bahan piezoelektrik digunakan untuk tranduser,yang ditemui pada mikrofon, dan sebagainya.Dalam bahan keramik, muatan listrik dapat juga dihantarkan oleh ion-ion.Sifat ini dapat diubah-ubah dengan merubah komposisi, dan merupakan dasar banyak aplikasi komersial, dari sensor zat kimia sampai generator daya listrik skala besar.Salah satu teknologi yang paling prominen adalah sel bahan bakar. d. Sifat Optik Bila cahaya mengenai suatu obyek cahaya dapat ditransmisikan, diabsorbsi, atau dipantulkan. Bahan bervariasi dalam kemampuan untuk mentransmisikan cahaya, dan biasanya dideskripsikan sebagai transparan, translusen, atau opaque. Material yang transparan, seperti gelas mentransmisikan cahaya dengan difus, seperti gelasterfrosted, disebut bahan translusen. Batuan yang opaque tidak mentransmisikan cahaya. Dua mekanisme penting interaksi cahaya dengan partikel dalam padatan adalah polarisasi elektronik dan transisi elektron antar tingkat energi. Polarisasi adalah distorsi awan elektron atom oleh medan listrik dari cahaya. Sebagai akibat polarisasi, sebagian energi dikonversikan menjadi deformasi elastik (fonon), dan selanjutnya panas. e. Sifat kimia Salah satu sifat khas dari keramik adalah kestabilan kimia. Sifat kim ia dari permukaan keramik dapat dimanfaatkan secara positif. Arang aktif, silika gel, zeolit, dsb, mempunyai luas permukaan besar dan dipakai sebagai bahan pengabsorb.

Kalau

oksida

logam

dipanaskan

pada

kira-kira

5000C,

permukaannya menjadi bersifat asam atau bersifat basa. Alumina, zeolit, lempung asam atau S2O2 – TiO2 demikian juga berbagai oksida biner dipakai


22

sebagai katalis, yang memanfaatkan aksi katalitik dari titik bersifat asam dan basa pada permukaan. f. Sifat fisik Sebagian besar keramik adalah ikatan dari karbon, oksigen atau nitrogen dengan material lain seperti logam ringan dan semilogam. Hal ini menyebabkan keramik biasanya memiliki densitas yang kecil. Sebagian keramik yang ringan mungkin dapat sekeras logam yang berat. Keramik yang keras juga tahan terhadap gesekan. Senyawa keramik yang paling keras adalah berlian, diikuti boron nitrida pada urutan kedua dalam bentuk kristal kubusnya. Aluminum oksida dan silikon karbida biasa digunakan untuk memotong, menggiling, menghaluskan dan menghaluskan material-material keras lain.

2.5 Keramik Berpori

Keramik berpori merupakan keramik yang mempunyai pori-pori dengan distribusi ukuran tertentu dan porositas yang relatif tinggi, secara luas keramik berpori insulasi termal dan sebagai bahan bangunan. Material yang biasa digunakan sebagai bahan baku keramik berpori adalah lempung dan senyawa oksida seperti alumina (Al2O3), silika (SiO2), titania(TiO2), dan zirkonia (ZrO2). Pada umumnya penggunaan keramik berpori dengan ukuran pori sekitar 10800µm sebagai filter, sedangkan keramik dengan ukuran pori hingga 0,1 nm sebagai membran menggunakan material dengan kandungan alumina yang tinggi karena alumina mempunyai keunggulan pada kekuatan,

kekerasan dan

ketahanan terhadap tekanan, panas, maupun bahan kimia. Lempung mengandung hidrated aluminium silica (Al2O3,SiO2,H2O) yang berfungsi mempermudah proses pembentukan keramik, mempunyai sifat plastis mudah

dibentuk,

mempunyai daya ikat bahan baku tidak plastis, dan juga dicampur dengan kuarsa yang merupakan bentuk lain dari silika yang bertujuan untuk mengurangi retak-retak dalam pengeringan. Berdasarkan banyaknya pori, maka keramik berpori digolongkan dalam dua bagian besar


23

1. Keramik mikropori yaitu keramik berpori yang mempunyai nilai porositas <50%. 2. Keramik makropori yaitu keramik berpori yang mempunyai nilai porositas >50%. Sedangkan berdasarkan ukuran porinya, maka keramik berpori terbagi atas 1. Microporous ceramic yaitu keramik yang memiliki ukuran pori lebih kecil dari 2 nm (d< 2 nm). 2. Mesoporous ceramic yaitu keramik yang memiliki ukuran pori di antara 2 nm dan 50 nm (2 nm < d < 50 nm). 3. Macroporous ceramic yaitu keramik yang memiliki ukuran pori lebih besar dari 50 nm ( d > 50 nm). Ukuran pori-pori keramik berpori sangat penting karena mempengaruhi masuknya partikel yang akan difilter. Ukuran pori-pori yang efektif ditentukan oleh lubang minimum dalam saluran atau pori-pori, sifat ini ditentukan oleh ukuran pori-pori yang intrinsik pada keramik dimana ukuran pori yang memenuhi standar sebagai filter berkisar antara 0,25- 90 µm, densitas 1,104 – 1,7 g/cm3, porositas 23 - 80% (Ebele,2014). Aktivasi adalah perlakuan terhadap lempung yang bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon atau mengoksidasi molekul permukaaan sehingga lempung mengalami perubahan sifat baik sifat fisika maupun kimiawinya. Ada 2 jenis aktivasi yang dapat dilakukan untuk menghasilkan keramik berpori dari bahan dasar lempung yaitu 1. Aktivasi fisika yaitu proses memperluas pori lempung dengan bantuan panas, uap dan gas CO2. Aktivasi fisika sering juga disebut dengan kalsinasi. 2. Aktivasi kimia yaitu aktivasi yang dilakukan dengan menggunakan bahan kimia yang dinamakan aktivator. Aktivasi bertujuan untuk membuka ruang interlayer dan menghilangkan pengotor-pengotor yang berada di bagian internal lempung. Lempung umumnya banyak mengandung kation dalam ruang antar lapis, sehingga perlu dilakukan penyeragaman kation yang mana kation yang umum digunakan adalah kation dari golongan alkali dan alkali tanah. Penelitian penelitian pada umumnya akan


24

mempertukarkan kation-kation yang ada dalam interlayer lempung seperti Na +, K+, dan Ca2+dengan kation H+ dari asam sulfat, sehingga kation-kation yang ada pada interlayer menjadi seragam (Auliah Army, 2009). Pemanasan menyebabkan pori-pori lempung terbuka sehingga dapat mempermudah proses pelarutan pengotor-pengotor yang terperngkap di dalam pori lempung, dan dengan adanya pemanasan, maka akan terbentuk asam Bronsted dan Lewis (Sahara, 2011). Terbentuknya situs asam Brөnsted dapat disebabkan oleh adanya serah terima proton di dalam lempung karena berkurangnya jumlah molekul air pada ruang antar lapis dan sebagian molekul air telah mengalami dehidrasi pada kationkation antar lapis. Pada pemanasan suhu tinggi, permukaan lempung akan mengalami dehidroksilasi sehingga situs asam Brөnsted diubah menjadi asam Lewis. Pada aktivasi termal, temperatur tinggi dapat menghilangkan molekul air dan pengotor lainnya. Luas permukaan naik dengan naiknya temperatur yang disebabkan oleh hilangnya molekul air terserap dan terhidrat serta senyawa organik yang mudah menguap yang terikat pada permukaan bentonit alam, akan tetapi kalsinasi pada pada temperatur yang lebih tinggi dapat merubah sifat fisika dan kimia dari bentonit (Purkait et.al , 2009). Perubahan struktur dan komposisi selama pemanasan bisa bervariasi tergantung pada komposisi kimia lempung alam dan waktu pemanasan (Wu et. al, 2013). Pemanasan berlebih akan menimbulkan jarak yang pendek pada struktur dan interlayer lempung (Bergaya et. al, 2006), kecilnya jarak interlayer akan menyebabkan difusi partikel lebih dekat ke atom lainnya sehingga mempengaruhi luas permukaan. Menurut Sahara (2011) lempung

teraktivasi asam dan lempung yang

teregenerasi dan teraktivasi panas memiliki luas permukaan spesifik dan volume total pori yang jauh lebih tinggi jika dibandingkan dengan lempung tanpa perlakuan, tetapi berbanding terbalik dengan jari-jari pori. Ini sesuai dengan rumus perhitungan jari-jari pori dimana jari-jari pori berbanding terbalik dengan luas permukaan spesifik. Pada lempung yang teregenerasi tanpa aktivasi panas terjadi peningkatan luas permukaan spesifik dan volume total pori.


25

Proses pembentukan keramik dapat dilakukan dengan berbagai cara antara lain : a. Die pressing Pada proses ini bahan keramik dihaluskan hingga membentuk bubuk, lalu dicampur dengan pengikat (binder) organic, kemudian dimasukkan kedalam cetakan dan ditekan hingga mencapai bentuk padat yang cukup kuat. Metode ini umumnya digunakan dalam pembuatan ubin, keramik elektronik, atau produksi dengan cukup sederhana karena metode ini cukup murah. b. Rubber mold pressing Metode ini dilakukan untuk menghasilkan bubuk padat yang tidak seragam dan disebut rubber mold pressing, karena dalam pembuatannya menggunakan sarung yang terbuat dari karet. Bubuk dimasukkan kedalam sarung karet, kemudian dibentuk kedalam cetakan hidrostatis. c. Extrusion Molding. Pembentukan keramik pada metode ini melalui lubang cetakan. Metode ini bisa digunakan untuk membuat pipa saluran, pipa reaktor, atau material lain yang memiliki suhu normal untuk penampang lintang tetap. d. Slip Casting Metode ini dilakukan untuk memperkeras suspensi dengan air dari cairan lainnya, dituang kedalam plaster berpori, air akan diserap dari daerah kontak kedalam cetakan dan lapisan yang kuat akan terbentuk. e. Injection molding Bahan yang bersifat plastis diinjeksikan dan dicampur dengan bubuk pada cetakan. Metode ini banyak digunakan untuk memproduksi benda-benda yang mempunyai bentuk yang kompleks.

2.6 Pengujian Sifat Fisis Keramik 2.6.1

Serapan Air

Penyerapan air merupakan suatu proses dimana suatu partikel terperangkap ke dalam struktur suatu media dan seolah-olah menjadi bagian dari kesuluruhan media tersebut. Daya serap yang dimaksud adalah kemampuan bahan untuk


26

menyerap air per satuan luas permukaan bahan.Daya serap bahan sebanding dengan porositas bahan, semakin besar porositas bahan maka daya serap semakin besar, demikian pula sebaiknya. Perolehan nilai penyerapan air

dengan

menggunakan metode percobaan Archimedes dapat diperoleh dengan : ................................................(Persamaan 2.1) Dimana :

Mk

=

massa kering sampel setelah dibakar (gram).

Mb

=

massa basah sampel setelah direndam dalam air selama 24 jam dan dibiarkan 5 jam setelah dikeluarkan dari air (gram).

2.6.2

Porositas

Porositas dapat diartikan sebagai fraksi ruang kosong di dalam padatan berpori. Perolehan nilai porositas dengan menggunakan percobaan Archimedes dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan ....................................................(Persamaan 2.2) Dimana : Mk

=

massa sampel kering setelah dibakar (gram)

Mb

=

massa basah sampel setelah direndam dalam air selama 24 jam dan dibiarkan 5 jam setelah dikeluarkan dari air (gram).

Vt

=

volume sampel setelah dibakar (cm3)

ρair

=

massa jenis air (1 gram/cm3)

2.7 Pengujian Sifat Mekanis keramik 2.7.1 Kuat tekan Kuat tekan suatu material didefinisikan sebagai kemampuan material dalam menahan beban atau gaya mekanis sampai terjadinya kegagalan (failure). Pengujian dilakukan dengan menggunakan alat uji tekan. Kuat tekan sampel dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : ...................................................................(Persamaan 2.3) Dimana :

P

=

kuat tekan/compressive strength (kgf/cm2)


27

2.7.2

F

=

beban maksimum(kgf)

A

=

luas bidang permukaan (cm2)

Kekerasan

Kekerasan suatu material merupakan ketahanan suatu material terhadap gaya penekanan dari material yang lebih keras. Prinsip pengujian kekerasan ini yaitu pada permukaan material dilakukan penekanan dengan parameter (diameter, beban dan waktu). Pengujian kekerasan dilakukan dengan metode uji Vickerness menggunakan alat Hardness Tester Tokyo Japan Matsuzawa Seiki yang hasilnya dapat langsung dibaca dan diperoleh dalam satuan Hardness of Vickers dengan menggunakan persamaan berikut ...........................................................................(Persamaan 2.4) Keterangan : Hv = Hardness of Vickers (kgf/mm2) F = beban yang diberikan (kgf) d = panjang diagonal sampel (mm)

2.8 Analisa Mikrostruktur Keramik 2.8.1 SEM-EDX (Scanning Electron Microscope Energy Dispersive X-Ray Spectrometer) SEM menggunakan elektron sebagai sumber pencitraan. Scanning Electron Microscope atau SEM merupakan mikroskop elektron yang banyak digunakan dalam ilmu pengetahuan material. SEM banyak digunakan karena memiliki kombinasi yang unik, mulai dari persiapan spesimen yang simple dan mudah, kapabilitas tampilan yang bagus serta fleksibel. Pancaran berkas yang jatuh pada pada sampel akan dipantulkan dan difraksikan. Adanya elektron yang terdifraksi dapat diamati dalam bentuk pola-pola difraksi.Pola-pola difraksi yang tampak sangat bergantung pada bentuk dan ukuran sel satuan dari sampel. Elektron diemisikan dari katoda (electron gun) melalui efek fotolistrik dan dipercepat melalui anoda. Filamen yang digunakan biasanya adalah tungsten atau lanthanum hexaboride (LaB6). Scanning coil akan mendefleksikan berkas elektron menjadi sekumpulan array (berkas yang lebih kecil), disebut scanning beam dan lensa obyektif (magnetik) akan memfokuskannya pada permukaan sampel. SEM


28

dipakai untuk mengetahui struktur mikro suatu material meliputi tekstur, morfologi, komposisi dan informasi kristalografi permukaan partikel. Morfologi yang diamati oleh SEM berupa bentuk, ukuran dan susunan partikel. Syarat agar SEM dapat menghasilkan citra yang tajam adalah permukaan benda harus bersifat sebagai pemantul elektron atau dapat melepaskan elektron ketika ditembak dengan berkas elektron. Material yang memiliki sifat demikian adalah logam. Jika permukaan logam diamati di bawah SEM maka profil permukaan akan tampak dengan jelas. Untuk benda keramik berpori maka permukaan material tersebut harus dilapisi dengan logam sehingga menghasilkan citra yang tajam. Pengamatan diantaranya adalah untuk mengetahui ukuran, bentuk dan distribusi pori yang terbentuk serta unsur penyusun keramik.

2.9 Uji Daya Adsorpsi Uap Air

Adsorpsi atau penyerapan adalah suatu proses yang terjadi ketika suatu fluida, cairan

maupun

gas,

terikat

kepada

suatu

padatan

atau

cairan

(zat

penyerap/adsorben) dan akhirnya membentuk suatu lapisan tipis atau film (zat terserap/adsorbat) pada permukaannya. Berbeda dengan absorpsi yang merupakan penyerapan fluida oleh fluida lainnya dengan membentuk suatu larutan, adsorpsi secara umum adalah proses penggumpalan substansi terlarut (soluble) yang ada dalam larutan, oleh permukaan zat atau benda penyerap, di mana terjadi suatu ikatan kimiafisika antara substansi dengan penyerapnya. Definisi lain menyatakan adsorpsi sebagai suatu peristiwa penyerapan pada lapisan permukaan atau antar fasa, di mana molekul dari suatu materi terkumpul pada bahan pengadsorpsi atau adsorben. Adsorpsi dibedakan menjadi dua jenis, yaitu 1. Adsorpsi fisika adalah proses interaksi antara adsorben dengan adsorbat yang disebabkan oleh gaya Van Der Waals. Adsorpsi fisika terjadi jika daya tarik menarik antara zat terlarut dengan adsorben lebih besar dari daya tarik menarik antara zat terlarut dengan pelarutnya. Kerena gaya tarik menarik yang lemah tersebut maka zat yang terlarut akan diadsorpsi pada permukaan adsorben. Adsorpsi fisika biasanya terjadi pada temperatur rendah sehingga


29

keseimbangan antara permukaan solid dengan molekul fluida biasanya cepat tercapai dan bersifat reversibel. 2. Adsorpsi kimia adalah reaksi yang terjadi antara zat padat dengan zat terlarut yang teradsorpsi. Adsorpsi ini bersifat spesifik dan melibatkan gaya dan kalor yang sama dengan panas reaksi kimia. Menurut Langmuir, molekul teradsorpsi ditahan pada permukaan oleh ikatan valensi yang tipenya sama dengan yang terjadi antara atom-atom dalam molekul. Ikatan kimia tersebut menyebabkan pada permukaan adsorbent akan terbentuk suatu lapisan film. Adsorpsi memiliki kecepatan. Kecepatan adsorpsi adalah banyaknya zat yang teradsorpsi per satuan waktu. Kecepatan adsorpsi mempengaruhi kinetika adsorpsi. Kinetika adsorpsi adalah laju penyerapan suatu fluida oleh adsorben dalam jangka waktu tertentu. Faktor-faktor yang mempengaruhi banyak sedikitnya zat yang teradsorpsi di pengaruhi oleh Kecepatan Adsorpsi Macam adsorben Macam zat yang diadsorpsi (adsorbat) Luas permukaan adsorben Konsentrasi zat yang diadsorpsi (adsorbat) Temperatur Pada penelitian ini, uji daya adsorpsi uap air dilakukan dengan menggunakan kit filter yang dilengkapi dengan sensor hidrogen TGS821 yang hasil pembacaanya dapat dilihat pada layar monitor yang berupa nilai konsentrasi hidrogen dan tegangan keluaran.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents