BENTONIT ALAM JAMBI DIINTERKALASI DENGAN SURFAKTAN KATIONIK BENZIL TRIMETIL AMMONIUM KLORIDA

BENTONIT ALAM JAMBI DIINTERKALASI DENGAN SURFAKTAN KATIONIK BENZIL TRIMETIL AMMONIUM KLORIDA (BTMA-Cl) SERTA APLIKASINYA SEBAGAI ADSORBEN FENOL DAN pKLOROFENOL Riwandi Sihombing, Ismunaryo Munandar dan Akbar Satriandi Rahman Program Studi Kimia, Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Indonesia, Depok 16424, Indonesia [email protected], [email protected], [email protected]

Abstrak Pada penelitian ini, organoclay merupakan hasil modifikasi montmorillonite (MMT) yang berasal dari fraksi bentonit Jambi dengan cara interkalasi menggunakan surfaktan BTMA-Cl. Sebelum digunakan untuk preparasi, fraksinasi bentonit Jambi yang kaya akan kandungan montmorillonite (MMT) diseragamkan kation penyeimbangnya dengan Na+ menjadi NaMMT. Selanjutnya menggunakan tembaga amin, ditentukan Kapasitas Tukar Kation (KTK) dan diperoleh nilai sebesar 43,5 mek/100 gram Na-MMT. Preparasi organoclay menggunakan Na-MMT dengan surfaktan BTMA-Cl (Benzil Trimetil Ammonium Klorida) sebagai agen penginterkalasi dan jumlah BTMA-Cl yang ditambahkan sesuai dengan nilai 1 KTK dan 2 KTK. Hasil karakterisasi organoclay menunjukkan surfaktan BTMA-Cl telah berhasil terinterkalasi ke dalam MMT, tetapi tidak merubah basal spacing secara signifikan. Organoclay tersebut selanjutnya diuji kemampuan adsorpsinya terhadap fenol dan p-klorofenol dengan variasi konsentrasi (10-80 ppm) dan membandingkannya dengan kemampuan adsorpsi dari bentonit alam dengan konsentrasi fenol dan p-klorofenol yang sama. Dari data yang diperoleh pada kurva isoterm adsorpsi menunjukkan bahwa organoclay lebih efektif dari bentonit alam dalam menyerap fenol dan p-klorofenol. Ini menunjukkan bahwa organoclay telah mempunyai sifat organofilik walaupun d-spacingnya tidak mengalami kenaikan.

Abstract In this research, organoclay is a modified montmorillonite (MMT) derived fromfraction of bentonite Jambi by intercalating BTMA-Cl surfactant. Before being used for the preparation, carried out on bentonite Jambi fractionation which rich in montmorillonite (MMT) was homogenized with Na+ to be Na-MMT. Further use of copper amine, the values of Cation Exchange Capacity (CEC) was determined and CEC values obtained for Na 43,5 meq/100 gram Na-MMT. Organoclay were prepared via the Na-MMT with BTMA-Cl surfactant (Benzyl Trimethyl Ammonium Chloride) as an intercalated agent and BTMA-Cl concentration were added according to the value of 1 CEC and 2 CEC. Characterization results showed that organoclay surfactant preparation has been successfully intercalated BTMA-Cl into MMT. Organoclay product is then tested the ability of phenol and p-chlorophenol adsorption by varying the concentration (10-80 ppm) and compare it with the ability adsorption of natural bentonite. From the data obtained on the adsorption isotherm curves showed that the organoclay is more effective than the natural bentonite in absorbing phenol and p-chlorophenol. This shows that organoclay has become an organophilic clay although the value of d-spacing does not increase. Key words: organoclay, basal spacing, adsorption, phenol, p-chlorophenol

1. PENDAHULUAN Bentonit merupakan mineral phyllosilicate yang

terdapat juga di negara lain seperti Amerika Utara,

berasal dari abu sisa vulkanis dan jumlahnya

Australia dan Afrika. Penggunaan bentonit adalah

melimpah di Indonesia, seperti di daerah Jawa,

sebagai adsorben senyawa anorganik, misalnya

Sumatera, Kalimantan dan Sulawesi. Selain itu

seperti ion logam-logam berat karena bentonit

Bentonit alam..., Akbar Satriandi Rahman, FMIPA UI, 2013

memiliki kapasitas tukar kation (KTK) serta memiliki

molekul organik) diharapkan organobentonit memiliki

sifat hidrofilik pada permukaannya. Sifat kimia dan

nilai d-spacing yang semakin besar.

struktur pori bentonit pada umumnya menentukan kemampuan adsorbsi mereka (Juang et al, 2002;

2. METODE PENELITIAN

Koyuncu, 2008). Karena sifat hidrofilik bentonit tidak efektif digunakan untuk menyerap senyawa organik, sehingga untuk meningkatkan kapasitasnya terhadap senyawa organik, maka bentonit diinterkalasi dengan senyawa organik yang dapat berinteraksi dengan muatan

negatif

yang

tedapat

pada

pemukaan

intelayernya (antarlapis) (Bergaya et al, 2006). Bentonit merupakan istilah untuk lempung yang mengandung montmorillonite (MMT). Di dalam MMT terdapat kation penyeimbang yang terdapat pada bagian antarlapis MMT. Setiap MMT dapat memiliki

kation

Perbedaan

kation

penyeimbang

yang

berbeda.

penyeimbang

tersebut

dapat

mempengaruhi karakter MMT, khususnya perubahan nilai d-spacing pada antar lapis MMT.

Dalam

interkalasi, kation penyeimbang anorganik tersebut dapat diganti dengan kation organik, misalnya ammonium kwartener. Agar bentonit yang mulanya

2.1 Preparasi awal bentonit Bentonit asal Jambi digerus lalu dihaluskan sampai berukuran 100 µm, lalu serbuk bentonit yang didapat dipanaskan di dalam oven dengan suhu 105 o

C selama 2 jam untuk aktivasi. Kemudian bentonit

yang sudah kering dikarakterisasi dengan XRD.

bersifat hidrofilik dapat berubah menjadi organofilik, maka dilakukan modifikasi dengan cara penambahan

2.2 Fraksinasi sedimentasi bentonit

sudah

Untuk proses fraksinasi sedimentasi bentonit,

dinamakan

sebanyak 100 gram bentonit dimasukkan ke dalam

kekuatan

gelas beker dan ditambahkan dengan 2 liter akuades.

adsorpsi yang kurang efektif terhadap suatu nonpolar

Campuran tersebut diaduk dengan stirrer selama 30

surfaktan

(interkalasi).

terinterkalasi

Bentonit

dengan

organoclay.

Bentonit

yang

surfaktan alam

memiliki

nonionic organic compounds (NOC) di dalam air walaupun memiliki permukaan yang tinggi (Yun-

menit kemudian didiamkan selama 5 menit. Endapan

yang

terbentuk

dipisahkan

dengan

sudah

dekantasi. Endapan ini disebut sebagai fraksi satu

terinterkalasi kemudian akan mampu memberikan

(F1). Suspensi sisa F1 didiamkan kembali selama 30

dorongan

bentonit

menit. Endapan yang terbentuk dipisahkan dengan

sehingga d-spacing dapat bertambah besar. Untuk

dekantasi. Endapan yang didapat ialah fraksi dua

melakukan interkalasi perlu diketahui jumlah ekivalen

(F2). Suspensi sisa F2 didiamkan kembali selama 2

Hwei

kation

Shen,

2000).

terhadap

Surfaktan

lapisan

penyeimbangnya,

yang

antarlapis

untuk

itu

diperlukan

penentuan nilai KTK bentonit sebelum dilakukan interkalasi.

Dalam

modifikasi

bentonit

melalui

jam. Endapan yang terbentuk dipisahkan dengan dekantasi. Endapan yang didapat ialah fraksi tiga (F3). Suspensi sisa F3 didiamkan kembali selama 3

interkalasi dengan ammonium kwartener menjadi

hari. Endapan yang terbentuk dipisahkan dengan

organobentonit (bentonit yang terinterkalasi oleh

dekantasi. Endapan yang didapat ialah fraksi empat (F4). Pada penelitian kali ini hanya endapan fraksi


satu (F1) yang digunakan, karena pada penelitian

menggunakan spektrofotometer UV/Vis pada λmaks

sebelumnya (Salim, 2011 ; Irwansyah, 2007) sudah

larutan Cu(en)22+ yang didapatkan. Konsentrasi

terbukti bahwa fraksi satu dari bentonit alam Jambi

larutan standar dibuat mendekati konsentrasi filtrat

adalah

larutan kompleks setelah pengadukan.

yang

paling

kaya

akan

kandungan

montmorillonite. Endapan F1 kemudian dikeringkan di dalam oven pada suhu 105 oC sampai kering dan

2.5 Sintesis organoclay

kemudian dikarakterisasi dengan XRD, FTIR dan

Selanjutnya dilakukan sintesis organoclay dengan

EDS.

melarutkan BTMA-Cl 1,56 M sebanyak 5,576 mL ke dalam 50 mL untuk mendapatkan konsentrasi

2.3 Sintesis Na-MMT

surfaktan sebesar 0,174 M. Kemudian diambil 2,5

Untuk proses sintesis Na-MMT, Sebanyak 20 gram

mL dari larutan baku yang kemudian diencerkan

bentonit F1 disuspensikan ke dalam larutan NaCl 1

hingga tepat 5 mL untuk pembuatan 1 KTK

M sebanyak 600 mL. Pengadukan suspensi dengan

organoclay, untuk membuat 2 KTK organoclay

menggunakan stirrer selama 6 jam. Kemudian

diambil 5 mL dari larutan baku tanpa pengenceran.

campuran tersebut didekantasi. Endapan yang

Sebanyak

didapat lalu didispersikan kembali dengan larutan

didispersikan dalam 20 mL akuades dan dilakukan

NaCl 1 M sebanyak 600 mL. Kemudian kembali

pengadukan selama 5 jam. BTMA-Cl 1 KTK dan 2

dilakukan pengadukan dengan stirrer selama 6 jam,

KTK yang sudah siap ditambahkan ke dalam

lalu campuran didekantasi. Endapan yang didapat

suspensi secara perlahan-lahan pada suhu suspensi

kemudian dicuci dengan akuades beberapa kali

60 oC. Kedua campuran diultrasonik pada suhu 60

untuk menghilangkan kadar Cl- pada bentonit. Filtrat

o

diuji dengan menambahkan AgNO3 1 M sampai

dicuci beberapa kali dengan akuades sampai tidak

yakin tidak terbentuk endapan putih AgCl. Setelah

ada klorida yang tersisa (tidak ada endapan putih

itu, endapan dikeringkan dengan menggunakan oven

AgCl). Sentrifugasi campuran tersebut, ambil

masing-masing

1

gram

Na-MMT

C selama 30 menit. Suspensi didekantasi, endapan

pada suhu 110-120 C. Endapan digerus dan diayak

padatannya lalu oven dengan suhu 60 oC selama 3

hingga berukuran 100 µm. Na-MMT yang diperoleh

jam. Padatan (organoclay 1 KTK dan 2 KTK) yang

dikarakterisasi dengan XRD, FTIR, dan EDS.

didapat dikarakterisasi dengan XRD, EDS dan

o

FTIR.

2.4 Penentuan KTK Kemudian untuk penentuan nilai KTK, dilakukan

2.6

mengikuti metode yang telah dilaporkan oleh

adsorben

Oktaviani (2011). Larutan CuSO4 1 M dicampurkan

Langkah terakhir yaitu aplikasi organoclay sebagai

dengan larutan etilendiamin 0,5 M untuk membuat

adsorben dimana sebanyak 0,1 gram organoclay

larutan 0,01 M Cu(en)22+. Setelah itu, 0,1 gram Na-

dilarutkan ke dalam masing-masing 10 mL larutan

MMT disuspensikan ke dalam masing-masing 5 dan

fenol dan p-klorofenol dengan variasi konsentrasi 10

10 mL larutan Cu(en)22+ dan ditambahkan dengan

ppm, 20 ppm, 40 ppm, 60 ppm dan 80 ppm. Untuk

akuades hingga 25 mL. Lalu suspensi tersebut

setiap campuran yang ada diaduk dengan stirrer

diaduk dengan menggunakan stirrer selama 30

selama 12 jam. Untuk pengambilan filtrat, campuran

menit. Kemudian larutan sebelum dan sesudah

disentrifugasi. Kemudian filtrat dari campuran

dicampur,

diambil untuk selanjutnya dikarakterisasi dengan

diukur

absorbansinya

dengan

Aplikasi

organoclay


sebagai

spektrofotometer

UV/Vis.

Untuk

mengetahui

konsentrasi larutan yang diuji, dibuatkan larutan

masih

memiliki

puncak

yang

sama,

namun

intensitas dari kedua puncak mengalami perubahan.

standar fenol dan p-klorofenol dengan variasi 2500

ppm, 80 ppm dan 100 ppm sebagai pembanding

2000

konsentrasi sisa hasil adsorpsi. Endapan yang ada

1500

kemudian

dikeringkan

dan

digerus

sampai

membentuk serbuk halus lalu dikarakterisasi dengan EDS dan FTIR.

Difraktogram XRD Bentonit Alam dan F1 Be nto ni…

Intensitas

konsentrasi 5 ppm, 10 ppm, 20 ppm, 40 ppm, 60

1000 500 0 0

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

20

40

60

80

100

Gambar 1. Difraktogram Bentonit Alam dan F1

3.1 PREPARASI DAN FRAKSINASI Gambar 1 menunjukkan hasil karakterisasi XRD

BENTONIT

dari bentonit alam dan F1. Puncak-puncak khas Preparasi bentonit asal Jambi ini diawali dengan penggerusan agar ukuran partikel menjadi lebih kecil sehingga luas permukaannya akan menjadi lebih besar. Kemudian bentonit yang telah digerus dikeringkan di dalam oven pada suhu 105 °C untuk menghilangkan kadar air yang berlebihan. Bentonit memiliki kandungan utama yaitu montmorillonite, untuk mendapatkan kandungan montmorillonite yang tinggi maka dilakukan metode fraksinasi. Proses fraksinasi diawali dengan mendispersikan bentonit dalam akuades dengan cara distirer selama 30 menit dengan tujuan agar semua partikel terdistribusi

sempurna.

Selanjutnya

suspensi

bentonit didiamkan dan difraksinasi, preparasi

bentonit

seperti

fraksi

montmorillonite

pada

difraktogram bentonit alam Jambi muncul di sekitar sudut 2θ = 19,96 dan fraksi kuarsa yang terdeteksi di sekitar 2θ = 21,82 serta nilai d-spacing yang dapat dilihat melalui puncak 2θ di sekitar 6,76 Å. Untuk fraksi satu (F1), difraktogram XRD fraksi montmorillonite muncul di sekitar 2θ = 19,88 dan fraksi kuarsa terdeteksi di sekitar 2θ = 21,86, sedangkan nilai d-spacing dari F1 muncul di puncak 2θ = 5,63 Å. Dengan demikian, data difraktogram XRD menunjukkan bahwa metode fraksinasi tidak merusak struktur yang ada di dalam bentonit, tetapi merubah kemurnian dari montmorillonite dan kuarsa.

dengan rentang waktu 5 menit untuk mendapatkan endapan fraksi satu (F1) yang memiliki kandungan

Tabel 1. Tabel D-spacing dan Komposisi Relatif Hasil XRD Bentonit Alam dan F1

montmorillonite paling tinggi diantara fraksi lainnya pada bentonit alam Jambi (Salim, 2012). Proses Clay

fraksinasi endapan dilakukan dengan cara dekantasi,

D-spacing

Montmorillonite

Kuarsa

(Å)

(%)

(%)

13,05

67,82

32,17

15,65

75,85

24,14

kemudian sedimen yang diperoleh dikeringkan dengan dioven pada suhu 105 oC. Endapan kering hasil

fraksinasi

menggunakan

XRD

kemudian yang

Bentonit alam

dikarakterisasi difraktogramnya

Fraksi satu (F1)

ditunjukkan pada Gambar 1. Setelah dilakukan fraksinasi dapat dilihat bahwa puncak XRD dari bentonit alam dan fraksi satu (F1)


menunjukkan bahwa 2θ pada Na-MMT mengalami

3.2 PREPARASI Na-Montmorillonite

pergeseran ke kanan, yang ditunjukkan dengan Endapan bentonit hasil fraksi satu (F1) yang kaya

penurunan

nilai

akan

Penurunan

nilai

montmorillonite,

selanjutnya

dilakukan

d-spacing

sebesar

d-spacing

pada

2,89

Å.

Na-MMT

penyeragaman kation penyeimbang ion Na+ untuk

kemungkinan disebabkan oleh pertukaran ion Na+

meningkatkan kemampuan mengembang (swelling)

dengan ion Ca2+ yang terdapat dalam antarlapis

dari montmorillonite yang lebih baik di dalam air.

bentonit F1 (Andy, 2007). Karena bentonit yang

Penyeragaman

dilakukan

memiliki kation penyeimbang Na+ , maka bentonit

dengan menggunakan kation Na+ (dari larutan

akan bersifat seperti illite-vermiculite, sedangkan

NaCl). Keberadaan kation Na+ dalam bentonit akan

bentonit yang memiliki kation penyeimbang Mg2+

memperbesar daya mengembang bentonit karena

akan bersifat seperti illite-smectite. Perbedaan d-

kation Na+ akan berada pada bagian antarlapis

spacing

bentonit

yang

kelembaban yang lebih rendah dibandingkan dengan

mengalami defisiensi muatan positif pada salah satu

kation lainnya seperti Ca2+, Mg2+ dan Fe2+ sehingga

lembar saja. Keberadaan ion Na+ ini mengakibatkan

nilai d-spacing pada MMT lebih besar dibandingkan

jarak antara lembaran (interlayer) akan terpisah

dengan nilai d-spacing pada Na-MMT.

dan

kation

penyeimbang

berasosiasi

pada

daerah

tersebut

dikarenakan

Na+

memiliki

cukup jauh dan memungkinkan interaksi dengan air lebih banyak dan dapat meningkatkan kestabilan

3.3 PENENTUAN KAPASITAS TUKAR

(Irwansyah, 2007; Andy, 2007). Perbesaran daya

KATION (KTK)

mengembang ini dapat mempermudah proses preparasi

organoclay

dengan

cara

interkalasi

Setelah dilakukan penyeragaman kation Na+ pada

surfaktan BTMA-Cl ke bagian antarlapis bentonit.

antarlapis bentonit fraksi satu (F1), dilakukan

Hasil preparasi Na-MMT kemudian dikarakterisasi

penentuan kapasitas tukar kation (KTK) yang

menggunakan

dapat

bertujuan untuk menentukan jumlah surfaktan yang

diketahui nilai d-spacing dari Na-MMT. Gambar 2

akan digunakan pada proses interkalasi. Penentuan

menunjukkan perbandingan hasil karakterisasi XRD

KTK ini menggunakan metode kompleks Cu(en)22+.

terhadap fraksi satu (F1) dengan Na-MMT.

Menurut Bergaya (1997), dengan menggunakan

XRD

yang

selanjutnya

kompleks kation logam berat, pertukaran kation 2500 2000 Intensitas

1500

bersifat irreversible dan tidak bergantung pH.

Difraktogram XRD F1 dan Na-MMT

Dibandingkan metode Kjeldahl, penentuan KTK NaM…

1000

dengan metode ini mempunyai kelebihan, karena terjadinya reaksi tunggal yang lebih cepat dan

500

komplit dalam pertukaran kationnya. Selain itu, ion

0

logam berat juga tergantikan sehingga kapasitas 0

20

40

60

80

100

Gambar 2. Difraktogram XRD F1 dan Na-MMT

nilai KTK yang diperoleh akan lebih reprodusibel untuk CEC < 20 meq/100 gram clay dengan akurasi sekitar 10%.

Nilai d-spacing dari F1 sebesar 15,65 Å pada 2θ =

Penentuan

5,63, sedangkan nilai d-spacing dari Na-MMT

dilakukan dengan menentukan

sebesar 12,76 Å pada 2θ = 6,92. Gambar 2.

KTK

jumlah kompleks

dengan Cu(en)22+


kompleks

Cu(en)22+

konsentrasi dan

yang tersisa sesudah

menggunakan

MMT yang tertarik secara elektrostatik dengan

spektrofotometer UV/Vis pada λ maks 548 nm

muatan negatif pada bentonit. Gugus amina

(didapatkan

metode

kwaterner (BTMA+) yang bersifat kationik akan

pengukuran spectrum pada instrumen UV/Vis).

menggantikan kation Na+ pada interlayer Na-MMT.

Dengan metode ini diperoleh nilai KTK sebesar

Masuknya kation amina kwarterner ini dapat

43,5 (mek/100 gram) Na-MMT. Nilai KTK ini lebih

merubah nilai d-spacing.

kecil dibandingkan dengan nilai KTK bentonit

Hasil

Tasikmalaya pada studi organoclay (Bakti, 2012)

difraktogram XRD ditunjukkan pada Tabel 2.

pertukaran

dengan

ion

dengan

dengan

menggunakan

pengukuran

d-spacing

berdasarkan

dengan nilai KTK 65,6 (mek/100 gram) dan bentonit Tapanuli pada studi organoclay (Oktaviani,

Tabel 2. Besar Nilai D-spacing Bentonit dan Organoclay

2011) dengan nilai KTK 65,5 (mek/100 gram).

3.4

PREPARASI

Clay

2θ

D-spacing (Å)

Na-MMT

6,92

12,76

Organoclay 1 KTK

8,52

10,36

Organoclay 2 KTK

9,30

9,50

ORGANOCLAY

JAMBI Proses preparasi organoclay merupakan suatu proses penyisipan (interkalasi) surfaktan ke dalam

Dari Tabel 2 dapat dilihat bahwa terjadi penurunan d-

interlayer Na-MMT sehingga terbentuk clay yang

spacing

mengandung

bagian

dengan Na-MMT. Kedua organoclay-BTMA (1 KTK

interlayer. Senyawa organik yang digunakan pada

dan 2 KTK) mempunyai nilai d-spacing yang lebih

penelitian

kecil, masing masing 10,36 Å untuk organoclay 1

senyawa

adalah

organik

surfaktan

pada

kationik

Benzyl

pada

organoclay-BTMA

dibandingkan

Trimethyl Ammonium Chloride (BTMA-Cl).

KTK dan 9,50 Å untuk organoclay 2 KTK,

Penambahan surfaktan ke dalam suspensi Na-MMT

dibandingkan dengan Na-MMT yang d-spacingnya

dan air disesuaikan dengan nilai KTK yang telah

12,76 Å. Hasil ini sesuai dengan laporan Syuhada,

didapat. Pada penelitian kali ini, jumlah surfaktan

dkk (2009) bahwa penambahan sejumlah surfaktan

yang ditambahkan ke dalam bentonit sebanyak 1

yang melebihi nilai 1 KTK dapat mengurangi

KTK dan 2 KTK untuk melihat apakah ada

peningkatan d-spacing, karena pada konsentrasi

perbedaan pada d-spacing organoclay pada 1 KTK

surfaktan

dan 2 KTK. Pada awal interkalasi, Na-MMT

surfaktan tersusun secara lateral satu lapis dalam

disuspensikan dalam air agar Na-MMT dapat

bentonit. Penambahan surfaktan ke dalam suspensi

mengembang akibat kation interlayer yang mampu

Na-MMT dan air haruslah perlahan agar tidak

menghidrasi

terbentuk misel sehingga d-spacing dari organoclay

mempermudah

molekul proses

air

sehingga

interkalasi.

dapat

Kemudian,

yang

berlebih,

akan lebih besar.

surfaktan dengan nilai 1 KTK dan 2 KTK masingmasing ditambahkan secara perlahan ke dalam NaMMT yang telah disuspensikan di dalam air. Suspensi organoclay kemudian diultrasonik untuk menghilangkan agregat yang terbentuk. Proses

interkalasi

surfaktan

terjadi

melalui

pertukaran kation-kation pada daerah interlayer Na-


dapat

menyebabkan

Tabel 3. Tabel Komposisi Unsur Na-MMT Berdasarkan EDX

Gambar 3. Surfaktan BTMA+ Terikat Pada Permukaan Bentonit Tabel 4. Tabel Komposisi Unsur Organoclay 1 KTK Penurunan nilai d-spacing pada organoclay ini bisa

Berdasarkan EDX

terjadi karena surfaktan BTMA-Cl yang digunakan untuk interkalasi bukan merupakan surfaktan kationik rantai alkil panjang, tetapi strukturnya mengandung cincin benzen yang tidak banyak menghidrasi air, sehingga tidak memberikan peningkatan d-spacing pada

organoclay,

tetapi

penurunan

d-spacing

dibandingkan dengan Na-MMT. Syuhada, dkk (2009) melaporkan bahwa rantai alkil yang lebih panjang pada surfaktan akan menghasilkan organoclay dengan peningkatan d-spacing dan stabilitas termal yang lebih baik. Karena yang digunakan untuk interkalasi adalah surfaktan BTMA-Cl (mempunyai gugus

Tabel 5. Tabel Komposisi Unsur Organoclay 1 KTK

benzena) dan bukan surfaktan yang mengandung alkil

+ 80 ppm p-Klorofenol

rantai panjang, maka hasil yang diperoleh juga berbeda dimana interkalasi surfaktan BTMA-Cl terhadap bentonit ternyata menurunkan d-spacing organoclay.

3.5 ANALISIS EDX DAN FTIR Hasil analisis EDX menunjukkan bahwa pada bentonit alam, F1, Na-MMT dan organoclay terdapat beberapa unsur seperti yang ditampilkan pada Tabel 3, 4 dan 5. Berdasarkan data dari Tabel 3, 4 dan 5 tersebut dibuat rasio Si/Al untuk setiap bentonit (ditampilkan pada Tabel 6).


montmorillonite pada fraksi satu (F1), namun pada

Tabel 6. Tabel Rasio Si/Al dan Na/(Si+Al) Clay

Na

Si

Al

Si /

Na /

(%

(%

(%

Al

(Si+Al)

Berat)

Berat)

Berat)

0

26,34

9,62

Bentonit

hasil preparasi organoclay sudah tidak terdapat lagi kation Na+. Hal ini disebabkan telah terjadinya pertukaran ion Na+ oleh surfaktan kationik BTMA+

2,74

0

melalui proses interkalasi. Hasil analisis spektra FTIR menunjukkan bahwa

Alam F1

0

26,18

9,47

2,76

0

Na-MMT

0,53

27,44

6,53

4,20

0,0156

Organoclay

0

28,90

7,85

3,68

0

secara umum, spekra IR yang dihasilkan oleh F1 dan Na-MMT terdapat kemiripan, sedangkan untuk organoclay 1 KTK dan organoclay 2 KTK muncul kemiripan

Bentonit

alam

Jambi

dan hasil modifikasinya

mempunyai perbandingan Si/Al sekitar 2,74 hingga 4,20. Bentonit merupakan jenis lempung 2:1 (TOT) dengan kerangka yang disusun oleh dua lapisan tetrahedral (T) yang mengapit satu lapisan oktahedral (O). Lapisan T adalah tetrahedral silikon-oksigen, sedangkan lapisan oktahedral O terbentuk oleh oktahedral yang membagi ujung-ujung oksigen dan hidroksil

dengan

Al.

Berdasarkan

kerangka

penyusunnya maka rasio Si/Al dalam bentonit umumnya sekitar 2. Terjadinya perubahan rasio Si/Al dalam

bentonit

pembentukan

dapat

disebabkan

mineralnya,

oleh

dimana

proses

bilangan

gelombang baru.

Tabel

7

menunjukkan bilangan gelombang spektra FTIR dari F1,

Na-MMT

dan

organoclay

serta

gambar

spektranya pada Gambar 4 dan 5. Hasil karakterisasi F1 dan Na-MMT dengan FTIR pada Gambar 4 menunjukkan adanya pita serapan di sekitar

bilangan

gelombang

3600

cm-1

yang

merupakan puncak OH struktural pada kerangka silikat bentonit. Ulur OH dan tekuk HOH dari molekul

air

ditunjukkan -1

di

sekitar

bilangan

-1

gelombang 3400 cm dan 1600 cm . Selain itu juga muncul vibrasi Si-O dan Al-O pada bilangan gelombang 400-1100 cm-1.

struktur - F1

montmorillonite yang mengalami proses substitusi isomorfis, yaitu posisi Al3+ digantikan oleh Mg2+ atau Fe2+ sedangkan Si4+ digantikan Al3+ atau Fe3+. Sebagai konsekuensinya terdapat netto muatan negatif pada permukaan montmorillonite. Kenaikan nilai rasio Si/Al dapat terjadi karena proses substitusi isomorfis Al3+ pada kerangka oktahedral yang digantikan

oleh

Mg2+

atau

Fe2+,

sedangkan

- Na-MMT

menurunnya rasio Si/Al dapat terjadi karena proses substitusi isomorfis Si4+ pada kerangka tetrahedral yang digantikan oleh Al3+ atau Fe3+. Dari Tabel 6 terlihat bahwa tidak terjadi perubahan rasio Si/Al secara signifikan. Hal ini membuktikan bahwa struktur pada montmorillonite tidak mengalami kerusakan. Pada karakterisasi hasil preparasi Na-

Gambar 4. Spektrum FTIR F1 dan Na-MMT

MMT terlihat adanya kation Na+ yang telah menggantikan ion-ion penyeimbang pada interlayer


Hasil analisis spektra FTIR menunjukkan bahwa

bilangan gelombang 3036 cm-1 dan untuk vibrasi ulur

secara umum, spekra IR yang dihasilkan oleh F1 dan

C-H tampak pada bilangan gelombang 1468 cm-1.

Na-MMT terdapat kemiripan, sedangkan untuk

Timbulnya serapan baru tersebut merupakan akibat

organoclay 1 KTK dan organoclay 2 KTK muncul

adanya gugus yang berasal dari surfaktan BTMA-Cl.

kemiripan

Hal menunjukkan bahwa surfaktan tersebut telah

bilangan

gelombang baru.

Tabel

7

menunjukkan bilangan gelombang spektra FTIR dari F1,

Na-MMT

dan

organoclay

serta

berhasil terikat oleh montmorillonite.

gambar Tabel 7. Puncak-Puncak yang Terdeteksi pada F1,

spektranya pada Gambar 4 dan 5.

Na-MMT, dan Organoclay

Hasil karakterisasi F1 dan Na-MMT dengan FTIR pada Gambar 3.4 menunjukkan adanya pita serapan di sekitar

bilangan

gelombang

3600

cm-1

Jenis spektra

Wavelength cm-1 F1

Wavelength cm-1 Na-MMT

Wavelength cm-1 Organoclay

Ulur O-H struktural Ulur O–H dari molekul air Tekuk HOH dari molekul air Ulur Si–O–Si, deformasi Al2OH, deformasi AlMg-OH, Al– O dan Si–O– Fe Amina Primer NH3+ Asimetrik dan Uluran C-H dari aromatik Vibrasi simetrik dan asimetrik dari C-H pada metilen (CH2) Vibrasi ulur C–H aromatik

3633

3626

3696

3436

3449

3336

1636

1632

-

1050, 927, 793, 518, 447

1021, 919, 794, 519, 450

1045,916, 796, 516, 464

-

-

3036

-

-

2927, 2854

-

-

1468

Tekuk Si–O

518, 447

519, 450

516, 464

Tekukan NH3+ Asimetrik dan Simetrik

-

-

1471

yang

merupakan puncak OH struktural pada kerangka silikat bentonit. Ulur OH dan tekuk HOH dari molekul

air

ditunjukkan -1

di

sekitar

bilangan

-1

gelombang 3400 cm dan 1600 cm . Selain itu juga muncul vibrasi Si-O dan Al-O pada bilangan gelombang 400-1100 cm-1. - Organoclay 1 KTK

- Organoclay 2 KTK

Gambar 5. Spektrum FTIR Organoclay 1 KTK dan Organoclay 2 KTK

Karakterisasi FTIR terhadap organoclay 1 KTK dan organoclay 2 KTK terlihat adanya serapan baru di sekitar bilangan gelombang 2927 cm-1 dan 2854 cm-1 yang menunjukkan adanya vibrasi simetrik dan asimetrik dari C-H pada metilen (-CH2). Serapan vibrasi uluran amina primer NH3+ tampak pada


ORGANOCLAY

Kemudian untuk organoclay 1 KTK terlihat bahwa

SEBAGAI ADSORBEN FENOL DAN P-

terjadi peningkatan daya adsorpsi untuk setiap

3.6

KAPASITAS

konsentrasi p-klorofenol, kapasitas adsorpsi dari

KLOROFENOL`

organoclay 1 KTK terhadap p-klorofenol dapat mencapai 6,90 mg/g organoclay.

Pada penelitian ini, dilakukan uji aplikasi organoclay 1 KTK dan organoclay 2 KTK sebagai adsorben molekul organik, yaitu fenol dan p-klorofenol sebagai molekul model senyawa organik yang terdapat pada limbah. Penelitian ini menggunakan fenol dan p-klorofenol pada berbagai konsentrasi, yaitu 10 ppm, 20 ppm, 40 ppm, 60 ppm dan 80 ppm yang diinteraksikan dengan bentonit alam dan organoclay 1 KTK serta organoclay 2 KTK. Untuk setiap senyawa organik yang ada, digunakan waktu interaksi 12 jam mengikuti studi sebelumnya (Marz, 2012), bahwa kapasitas adsorpsi dari fenol yang paling banyak terserap oleh organoclay Tapanuli 1 KTK adalah pada waktu pengadukan selama 12 jam dibandingkan dengan waktu pengadukan selama 18 jam.

Untuk organoclay 2 KTK, dapat terlihat bahwa terjadi peningkatan

daya

adsorpsi

seiring

dengan

peningkatan kadar konsentrasi p-klorofenol. Kapasitas adsorpsi dari organoclay 2 KTK terhadap pklorofenol dapat mencapai 8,06 mg/g organoclay. Daya adsorpsi ini dapat terus meningkat hingga mencapai kapasitas adsorpsi maksimumnya, studi lebih lanjut diperlukan sehingga dapat ditentukan berapa daya adsorpsi optimum yang dapat dihasilkan oleh organoclay 2 KTK. Kapasitas adsorpsi dari organoclay 1 KTK dan organoclay 2 KTK masih belum mencapai kapasitas adsorpsi optimumnya karena dapat dilihat pada Gambar 6, kurva yang dihasilkan masih terus meningkat walaupun sudah melewati titik konsentrasi 80 ppm. Sedangkan kapasitas adsorpsi dari bentonit alam masih belum terlihat apakah akan ada kenaikan

Tabel 8. Kadar p-Klorofenol Terserap

atau penurunan daya adsorpsi karena grafik yang

Konsentrasi

Bentonit

Organoclay

Organoclay

p-Klorofenol

alam

1 KTK

2 KTK

(ppm)

(mg/g)

(mg/g)

(mg/g)

10

0,79

0,21

1,65

20

0,77

2,30

2,65

40

0,76

2,45

4,38

60

0,66

3,95

6,12

80

0,59

6,90

8,06

dihasilkan

masih

terus

turun

meskipun

signifikan, diharapkan pada studi selanjutnya tentang kapasitas adsorpsi pada bentonit alam Jambi dapat membuktikan daya adsorpsinya pada konsentrasi senyawa organik yang lebih tinggi.

Tabel 9 Kadar Fenol Terserap Konsentrasi

Organoclay

Fenol

1 KTK

(ppm)

(mg/g)

10

0,2

20

0,71

terlihat pada bentonit alam Jambi yang mengalami

40

1,41

penurunan daya adsorpsi dalam menyerap senyawa p-

60

1,44

klorofenol walapun tidak signifikan. Semakin tinggi

80

2,39

Tabel 8 menunjukkan setiap kadar konsentrasi pklorofenol yang terserap oleh bentonit alam serta organoclay 1 KTK dan organoclay 2 KTK. Dapat

kadar konsentrasi p-klorofenol, semakin kecil nilai pklorofenol

yang

terserap

oleh

bentonit

tidak

alam.


Tabel 9 menunjukkan setiap kadar konsentrasi fenol yang terserap oleh organoclay 1 KTK. Terlihat bahwa daya adsorpsi organoclay 1 KTK meningkat hampir dua kali lipat dari konsentrasi fenol 10 ppm hingga 40 ppm, kemudian mengalami sedikit sekali kenaikan daya adsoprsi pada saat mencapai titik konsentrasi 60 ppm dan kemudian meningkat kembali pada titik konsentrasi

80

ppm.

Kapasitas

adsorpsi

dari

organoclay 1 KTK terhadap fenol dapat mencapai 2,39 mg/g organoclay. Dapat terlihat pada Gambar 6 bahwa kapasitas adsorpsi organoclay 1 KTK terhadap senyawa fenol masih dapat meningkat setelah melewati

titik

konsentrasi tertinggi pada penelitian ini karena grafik

Gambar 7. Mekanisme Adsorpsi Fenol pada Permukaan Bentonit

yang dihasilkan masih terus meningkat. Diharapkan juga pada studi selanjutnya dapat diukur kapasitas adsorpsi dari organoclay Jambi terhadap senyawa organik dengan konsentrasi yang lebih tinggi.

Kurva Adsorpsi Fenol dan P-klorofenol

10

Raw + Pklorofenol OCJ 1 KTK + P-klorofenol OCJ 2 KTK + P-klorofenol OCJ 1 KTK + Fenol

Q (mg/g)

8 6 4 2 0 0

50 100 Konsentrasi (mg/L)

Gambar 6. Kurva Adsorpsi Fenol dan p-Klorofenol

Gambar 8. Mekanisme Adsorpsi p-Klorofenol pada Permukaan Bentonit

Pada Gambar 7 dan 8 dapat dilihat bahwa permukaan bentonit memiliki dua sifat yang berbeda yakni

Dari Tabel 8 dan 9 serta Gambar 6 menunjukkan bahwa organoclay lebih baik dalam menyerap fenol dan p-klorofenol dibandingkan dengan bentonit alam Jambi. Hal ini dikarenakan interaksi yang terjadi antara senyawa fenol maupun p-klorofenol dengan organoclay adalah interaksi hidrofobik antara rantai surfaktan dengan gugus non-polar yang ada pada senyawa organik dan interaksi hidrofilik antara gugus yang lebih polar dengan atom gugus OH pada silanol

hidrofobik karena adanya gugus siloksan (Si-O-Si) dan hidrofilik disebabkan adanya gugus silanol (SiOH). Proses adsorpsi fenol maupun p-klorofenol oleh bentonit kemungkinan terjadi karena adanya interaksi cincin benzen dengan sisi hidrofobik silikat. Selain itu juga karena adanya interaksi gugus polar pada fenol dan p-klorofenol dengan permukaan bentonit yang masih memiliki gugus silanol bebas (Si-OH). (Arellano, et. al. 2005).

yang dimiliki oleh bentonit (Gambar 7 dan 8).


Berdasarkan karakterisasi dengan FTIR, terlihat

oleh perbedaan surfaktan dan konsentrasi larutan

(Gambar 9) bahwa bertambah tingginya intensitas

fenol maupun p-klorofenol yang digunakan.

puncak serapan organoclay dari 3696 cm intensitas

puncak

serapan

-1

organoclay

dengan setelah

ditambahkan p-klorofenol dan fenol menjadi 3698 cm 1

4. KESIMPULAN

-

yang disebabkan karena bertambahnya gugus O-H

1. Pada bentonit Jambi, kandungan

sebagai sumbangan dari gugus O-H fenol maupun p-

montmorillonite terbanyak melalui proses

klorofenol. Gugus O-H fenol dan p-klorofenol

fraksinasi terdapat pada fraksi 1.

memberikan serapan yang identik dengan serapan OH struktural, yaitu pada daerah sekitar 3600 cm-1.

2. Nilai KTK Na-MMT dihitung dengan metode tembaga amin didapatkan sebesar 43,5 (mek/100 gram clay). 3. Berdasarkan kurva isoterm adsorpsi, organoclay lebih efektif dalam menyerap fenol dan p-klorofenol dibandingkan dengan bentonit alam. 4. Pada konsentrasi 80 ppm p-klorofenol, daya adsoprsi organoclay 1 KTK dapat mencapai 6,9090 mg p-klorofenol untuk setiap 1 g organoclay Jambi, sedangkan daya adsorpsi organoclay 2 KTK dapat mencapai 8,0636 mg

Gambar 9. Spektrum FTIR Bentonit Alam dan

p-klorofenol untuk setiap 1 g organoclay

Organoclay Setelah Mengadsorpsi Fenol dan p-

Jambi.

Klorofenol

5. Pada konsentrasi 80 ppm fenol, daya adsorpsi organoclay 1 KTK dapat mencapai 2,3909 mg

Adsorpsi fenol maupun p-klorofenol sudah dilakukan

fenol untuk setiap 1 g organoclay Jambi.

pada studi sebelumnya oleh Oktaviani (2011), Marz (2012)

dan

Bakti

(2012).

Oktaviani

(2011)

5. DAFTAR ACUAN

menggunakan organoclay Tapanuli yang diinterkalasi dengan ODTMA-Br yang memberikan kapasitas

Andy. (2007). Sintesis dan Karakterisasi

adsorpsi terhadap fenol sebesar 2 mg/g organoclay

Organoclay dari Lempung Alam dan

pada konsentrasi fenol 40 ppm. Marz (2012)

Lempung Sintesis yang Dimodifikasi

menggunakan organoclay Tapanuli yang diinterkalasi

Surfaktan HDTMABr melalui Metode

oleh ODTMA-Br, dan diperoleh kapasitas adsorpsi

Hidrotermal. Skripsi Departemen Kimia.

terhadap fenol sebesar 5,35 mg/g organoclay pada

FMIPA Universitas Indonesia.

konsentrasi menggunakan

fenol

200

organoclay

ppm.

Bakti

Tasikmalaya

(2012) yang

Bakti, Tegar. (2012). Preparasi dan Karakterisasi Organoclay Tasikmalaya Terinterkalasi

diinterkalasi dengan surfaktan ODTMA-Br dan

Surfaktan Kationik ODTMABr serta

memberikan kapasitas adsorpsi sebesar 0,39 mg/g

Aplikasinya sebagai Adsorben P-klorofenol.

organoclay pada konsentrasi 50 ppm p-klorofenol.

Skripsi Departemen Kimia. FMIPA

Perbedaan kapasitas adsorpsi ini mungkin disebabkan

Universitas Indonesia.


Bergaya, F. Vayer M.s (1997). CEC of clays: Measurement by adsorption of a copper ethylenediamine complex. Applied Clay Science 12 (1997) 275-280. Perancis. Frost, Ray and Xi, Yunfei and He, Hongping.

Minyak Bumi. Skripsi Departemen kimia. FMIPA Universitas Indonesia. Meier, L.P. and Kahr, G. (1999). Determination of the cation exchange capacity (CEC) of clay minerals using the complexes of copper(II)

(2007) . Modification of the surfaces of

ion with triethylenetetramine and

Wyoming montmorillonite by the cationic

tetraethylenepentamine. Clays Clay Miner.

surfactants alkyl trimethyl, dialkyl dimethyl

47, pp: 386 – 388.

and trialkyl methyl ammonium bromides.

Nurdiansyah, Andika. (2007). Studi Awal Aplikasi

Journal of Colloid and Interface Science

Organoclay sebagai Adsorben Fenol dan

305(1): pp: 150-158.

Katekol. Departemen kimia. FMIPA

Haryani, Diana Nur. (2010). Sintesis dan Karakterisasi Organoclay Terinterkelasi

Universitas Indonesia. Oktaviani, Evi. (2011) Sintesis dan Karakterisasi

Surfaktan Kationik HDTMABr dan

Organoclay Terinterkalasi Surfaktan

ODTMABr Serta Aplikasinya Sebagai

Kationik ODTMABr dan Aplikasinya sebagai

Adsorben Molekul Organik. Skripsi

Adsorben Fenol. Skripsi Departemen Kimia.

Departemen Kimia. FMIPA Universitas

FMIPA Universitas Indonesia. Marz, Rahman Arif. (2012). Studi Daya Adsorpsi

Indonesia. Heinz, H. Vaia,R. A. Krishnamoorti, R. and

Organoclay Tapanuli Terhadap Fenol dalam

Farmer, B. L. (2006). Self-Assembly of

Air dan Limbah Air Hasil Demulsifikasi

Alkylammonium Chains on Montmorillonite:

Minyak Bumi. Skripsi Departemen kimia.

Effect of Chain Length, Head Group


Structure, and Cation Exchange Capacity. J.

Salim. (2012). Preparasi Organoclay dari

Phys. Chem. B 2005, 109, 13301-13306

Bentonit Merangin – Jambi dan Surfaktan

Ohio. Wright State UniVersity, Ohio and

NonIonik serta Aplikasinya sebagai

UniVersity of Houston, Texas.

Adsorben p-Klorofenol dalam Air. Tesis

Irwansyah. (2007). Modifikasi Bentonit Menjadi Organoclay Dengan Surfaktan Heksadesiltrimetilamonium Bromida Melalui

Departemen Kimia. FMIPA Universitas Indonesia. Syuhada, Rachmat Wijaya, Jayatin, dan Saeful

Interkalasi Metode Ultrasonik. Skripsi

Rohman. (2009). Modifikasi Bentonit (Clay)

Departemen kimia. FMIPA Universitas

menjadi Organoclay dengan Penambahan

Indonesia.

Surfaktan. Jurnal Nanosains &

Kurniawan, Danar. (2008). Modifikasi Bentonit Menjadi Organoclay dengan Metode

Nanoteknologi. Bandung. Vol. 2 No. 1 Yunfei, Xi, Zhe Ding, Hongping Ho, & Ray L.

Ultrasonik sebagai Adsorben p-Klorofenol

Frost. (2005). Infrared Spectroscopy of

dan Hidroquinon. Skripsi Departemen kimia.

organoclays synthesized with the surfactant


octadecyltrimethylammonium bromide.

Marz, Rahman Arif. (2012). Studi Daya Adsorpsi

Spectrochimica acta. Part A, Molecular and

Organoclay Tapanuli Terhadap Fenol dalam

biomolecular spectroscopy, 2005. 61(3): p.

Air dan Limbah Air Hasil Demulsifikasi

515-25.


BENTONIT ALAM JAMBI DIINTERKALASI DENGAN SURFAKTAN KATIONIK BENZIL TRIMETIL AMMONIUM KLORIDA

Recommend Documents