Bab IV Hasil dan Pembahasan IV.1 Analisis XRD
Hasil analisis XRD sampel Montmorilonite ditunjukan oleh gambar berikut 9,6Ǻ
a
8,9Ǻ
b
c 10Ǻ
Gambar IV.1 Difraktogram XRD (a)montmorillonite, (b)H-montmorillonite, (c)PILCmontmorillonite
Hasil XRD untuk ketiga sampel menunjukan perbedaan yang tidak begitu signifikan. Secara umum pada ketiga difraktogram terdapat puncak-puncak pada 2θ disekitar 20,
28
35 dan 620 yang merupakan puncak-puncak karakteristik untuk montmorillonite.16 Jarak antar bidang lembaran (basal spacing) d(001) dalam struktur montmorillonite ditunjukkan oleh puncak pada 2θ 9,20 atau setara dengan d(001) sebesar 9,6 A. Hal ini sesuai dengan data literatur yang menyebutkan bahwa jarak antar bidang lembaran montmorillonite adalah sekitar 0,96 nm atau 9,6 Ǻ. Puncak d(001) bergeser ke 2θ 9,90 pada H-montmorillonte yang setara dengan jarak antar bidang lembaran d(001) 8,9 Ǻ. Penurunan jarak jarak antar bidang lembaran setelah pengasaman monmtmorillonite mengindikasikan terjadinya penyempitan lapisan interlayer akibat penggantian ion Na+ oleh ion H+ dari asam. Pada montmorillonite hasil pilarisasi ditemukan indikasi perbesaran jarak antar bidang lembaran dari 9,6 Ǻ menjadi 10 Ǻ yang ditunjukkan oleh puncak pada 2θ 8.750. Namun perbesaran yang hanya 0,4 Ǻ tidak diakibatkan oleh interalasi ion Keggin. Berdasarkan beberapa literatur, jarak antar bidang lembaran (basal spacing) d(001) yang diakibatkan oleh pilarisasi ion Keggin berada pada rentang 15-20 Ǻ.1,5 Hal ini kemungkinan disebabkan oleh terbentuknya spesi ion Al yang lain atau terbentuknya ion Keggin yang cacat. Pilarisasi montmorilonite dengan ion Keggin sangat tergantung pada kontrol pH, rasio OH/Al, temperatur dan waktu “aging”.5
IV.2 Analisis SEM
Fotograf hasil analisis SEM ditunjukan oleh Gambar IV.2. Baris pertama menunjukan foto SEM dengan perbesaran 3500 kali, sedangkan baris kedua menunjukkan foto SEM dengan perbesaran 1500 kali. Berdasarkan foto-foto tersebut terlihat jelas bahwa montmorillonite yang belum mendapatkan perlakuan apa-apa membentuk agregatagregat yang lebih besar bila dibandingkan dengan montmorillonite hasil pengasaman maupun pilarisasi. Pada montmorillonite setelah pengasaman, agregat-agregat tersebut mengecil akibat terjadinya delaminasi lapisan-lapisan silika-alumina oleh asam. Delaminasi
menyebabkan lapisan-lapisan tersebut merenggang yang menyebabkan
agergat-agregat tersebut mengecil. Pada pilarisasi juga diperoleh fenomena yang
29
serupa. Agregat-agregat mengecil akibat terbentuknya pilar-pilar pada antar ruang lapisan silika alumina yang satu dengan yang lainnya. Akan tetapi agregat-agregat montmorillonite hasil pilarisasi terlihat lebih renggang bila dibandingkan dengan montmorilonite hasil pengasaman. Hal ini terjadi karena rongga yang dihasilkan oleh pilar-pilar ion Keggin jauh lebih besar dari rongga-rongga yang dihasilkan oleh delaminasi oleh asam. Ukuran ion Keggin jauh lebih besar bila dibandingkan dengan proton. Akan tetapi dengan ukuran proton yang lebih kecil tersebut, delaminasi terjadi dengan cukup mudah dan lebih merata. Sedangkan ion Keggin yang ukurannya besar tidak terlalu mudah masuk ke lapisan antar ruang dari montmorillonite, sehingga tidak seluruh bagian montmorillonite yang berhasil dipilar. Hal tersebut menjelaskan fenomena lain yang terlihat pada gambar, bahwa agregat-agregat montmorillonite hasil pengasaman terlihat lebih homogen dibandingkan dengan montmorillonite hasil pilarisasi.
a
b
c
Gambar IV.2 Fotograf SEM, baris pertama dengan perbesaran 3500 kali, dan barisan kedua dengan perbesaran 1500 kali, untuk (a) montmorillonite, (b) H-montmorillonite, (c) PILCmontmorillonite
30
IV.3 Analisis BET (Luas Permukaan)
Hasil pengukuran luas permukaan montmorillonite dengan menggunakan BET ditunjukan oleh table dibawah ini Tabel IV.1 Analisis luas permukaan montmorillonite (BET) Sampel
Luas Perm (m2/gr)
montmorillonite
101,58
H-montmorillonite
148,87
PILC-montmorillonite
131,91
Berdasarkan tabel tersebut dapat disimpulkan bahwa baik metode pengasaman maupun pilarisasi dapat memperbesar luas permukaan montmorillonite. Perbesaran luas permukaan tersebut melalui mekanisme yang berbeda.antara pengasaman dan pilarisasi. Pada pengasaman, terjadi delaminansi dimana asam tersebut seolah-olah melucuti ion logam yang ada di kisi-kisi mntmorillonite sehingga ikatan antar lembaran-lembaran oksida dalam struktur kristal montmorillonite menjadi lebih lemah. Hal ini meningkatkan luas permukaan eksternal montmorillonite dan menciptakan mesopori permanent. Sedangkan proses pilarisasi meningkatkan luas permukaan montmorillonite melalui pembentukan pilar-pilar (penyangga) yang terjadi akibat penggantian exchangeable cation seperti Na dengan ion polioksokation (ion Keggin) yang ukurannya jauh lebih besar. Berdasarkan beberapa literatur, proses pilarisasi dapat meningkatkan luas permukaan montmorilonite antara 250 hingga 600 m2/gr.1,5,15 Rendahnya luas permukaan montmorillonite hasil pilarisasi pada penelitian menandakan hanya sebagian ion Keggin yang berhasil mejadi penyangga. Hal ini kemungkinan besar disebabkan karena tidak semua ion Al yang membentuk ion Keggin dengan larutan basa. Pembentukan ion Keggin sangat dipengaruhi oleh kondisi pH dan
31
pengadukan. Kondisi yang terlalu asam atau basa menyebabkan ion tersebut gagal terbentuk.
IV.4 Uji Keasaman
Kekuatan asam montmorillonite dilambangkan dengan jumlah mmol basa yang dapat dinetralkan oleh setiap 1 gr sample montmorillonite. Berikut adalah hasil analisis kekuatan asam montmorillonite murni dan montmorillonite yang sudah dimodifikasi.
Tabel IV.2 Uji keasaman montmorillonite Sampel montmorillonite H-montmorillonite PILC-montmorillonite
mmol NaOH/gr sampel 0,2 0,54 0.18
Berdasarkan tabel diatas, kuantitas NaOH yang dapat dinetralkan oleh Hmontmorillonite lebih dari dua kali montmrillonite awal. Hal ini mengindikasikan bahwa metode pengasaman meningkatkan keasaman permukaan montmorillonite. Hal ini disebabkan oleh penggantian ion Na+ pada lapisan interlayer oleh H+ dari asam serta terjadinya delaminasi. Akan tetapi pilarisasi tidak memberikan efek yang signifikan terhadap keasaman katalis.
IV.5 Uji Aktifitas
Aktifitas katalitik montmorillonite diuji untuk mengkatalisis reaksi esterifikasi.PFAD. Berikut adalah konversi yang dicapai oleh masing-masing sampel montmorillonite.
32
Tabel IV.3 Uji aktivitas montmorillonite Katalis montmorillonite H-mont PILC-mont Asam Sulfat
Konversi PFAD (%) 41.7 53.5 50.3 97.9
Berdasarkan Tabel IV.3 dapat disimpulkan bahwa montmorillonite hasil modifikasi baik melalui pilarisasi maupun pengasaman memiliki aktifitas katalitik yang lebih baik bila dibandingkan dengan montmorillonite semula. Hal ini dibuktikan oleh peningkatan konversi yang dicapai. Montmorillonite hasil pengasaman menunjukan aktivitas katalitik yang paling tinggi. Hal ini disebabkan karena pengasaman selain meningkatkan luas permukaan spesifik juga meningkatkan keasaman montmorillonite. Sebagai pembanding, uji aktivitas katalitik juga dilakukan untuk katalis yang sudah umum dipakai yaitu asam sulfat dengan kondisi operasi yang sama. Asam sulfat yang digunakan adalah asam sulfat 98% dengan jumlah disesuaikan dengan keasaman montmorillonite sebelum dimodifikasi. Berdasarkan perhitungan, konversi reaksi esterifikasi dengan asam sulfat mencapai 98%. Angka ini jauh lebih tinggi bila dibandingkan dengan konversi yang dicapai oleh montmorillonite, sekalipun sudah mengalami modifikasi. Ada 2 faktor yang diduga menjadi penyebab rendahnya konversi dengan menggunakan katalis montmorilonite bila dibandingkan dengan katalis asam sulfat. Pertama, tidak semua pusat aktif yang bisa disinggahi oleh reaktan terutama PFAD. Seperti yang telah dikemukakan pada bagian pendahuluan, PFAD disusun oleh asam-asam lemak rantai panjang seperti asam palmitat yang memiliki atom karbon 16 dan asam stearat, asam oleat dan asam linoleat yang memiliki atom karbon 18. Berdasarkan hasil analisis BET, diperoleh data bahwa montmorillonite juga memiliki pori-pori yang berukuran mikro (diamete pori kecil dari 2 nm). Dengan ukurannya yang relatif besar, tidak semua molekul asam lemak bebas tersebut yang berhasil melewati mulut pori terutama yang
33
berukuran mikro, sehingga pusat-pusat asam yang terdapat pada bagian dalam mikropori jadi tersia-siakan. Kendala ini tentunya tidak akan ditemukan bila katalis yang digunakan adalah katalis homogen seperti asam sulfat, dimana semua molekul asam sulfat dapat menjalankankan fungsinya sebagai katalis. Faktor yang kedua adalah diduga bahwa hanya pusat-pusat asam Bronsted yang bermanfaat mengkatalisis reaksi esterifikasi. Hal ini sesuai dengan mekanisme reaksi esterifiksi yang selalu didahului oleh tahap protonasi seperti yang ditunjukan oleh Gambar IV.2.
Gambar IV.2 Mekanisme reaksi esterifikasi
Pada tahap protonasi, diperlukan sumbangan proton dari katalis untuk mengaktifkan karbokation yang berada pada gugus karboksilat asam lemak. Karbokation inilah yang kemudian diserang oleh oksigen dari alkohol. Berdasarkan mekanisme yang dipaparkan tersebut, disimpulkan bahwa katalis yang mengandung asam-asam Bronsted lebih pantas untuk menginisiasi reaksi esterifikasi. Di sisi lain, montmorillonite mengandung pusat asam Lewis maupun pusat asam Bronsted. Jadi, meskipun digunakan masingmasing montmorillonite dan asam sulfat dengan tingkat keasaman yang sama untk mengkatalisis reaski esterifikasi PFAD, aktivitas katalitik asam sulfat tetap lebih tinggi karena semua molekul asam sulfat bertindak sebagai asam Bronsted yang menginisiasi reaksi teesebut.4 Pengasaman dengan asam sulfat meningkatkan keasaman tipe Bronsted, sedangkan pilarisasi dengan ion Al lebih cenderung meningkatkan keasaman tipe Lewis pada montmorillonite.
34
