skripsi bentonit

8/13/2019 skripsi bentonit

1/78

STUDI PENGETSAAN

BENTONIT TERPILAR-Fe2O3

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana

Sains

YEDID NOVRIANUS LAROSA010802032

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2007

Yedid Novrianus Larosa : Studi Pengetsaan Bentonit Terpilar Fe2O3, 2007USU Repository 2008


2/78

PERSETUJUAN

Judul : STUDI PENGETSAANBENTONIT TERPILAR-Fe2O3

Kategori : SKRIPSINama : YEDID NOVRIANUS LAROSANomor Induk Mahasiswa : 010802032Program Studi : SARJANA (S1) KIMIADepartemen : KIMIAFakultas : MATEMATIKA DAN

ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA)UNIVERSITAS SUMATERA UTARA (USU)

Disetujui diMedan, Desember 2007

Komisi Pembimbing :

Pembimbing 2

Dr. Minto Supeno, M.SNIP. 131 689 299

Pembimbing 1

Dra. Nurhaida Pasaribu, M.SiNIP. 131 653 993

Diketahui/ Disetujui Oleh:Departemen Kimia FMIPA USUKetua,

Dr. Rumondang Bulan, MSNIP. 131 459 466



3/78

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian tentang pengetsaan terhadap bentonit terpilar-Fe2O3.

Dalam penelitian ini, bentonit alam yang digunakan adalah bentonit alam Malaysia.

Pengetsaan bentonit terpilar-Fe2O3 ini melalui beberapa tahap. Tahap pertama, yaitu

pembuatan bentonit terpilar-Fe2O3 dari bentonit alam dalam suasana H2SO4dengan

menggunakan agen pemilar larutan FeCl3dan dikalsinasi pada variasi suhu 400oC,

450oC, dan 500

oC. Tahap kedua, yaitu pengetsaan bentonit terpilar-Fe2O3yang telah

terbentuk, dengan menggunakan larutan pengetsa jenis CP-4, yaitu campuran antara:

3ml HF(p)+ 5ml HNO3 (p) + 3ml CH3COOH(glasial)dan dikalsinasi pada variasi suhu:

400oC, 450

oC, dan 500

oC. Selanjutnya, bentonit alam, bentonit terpilar-Fe2O3, dan

bentonit terpilar-Fe2O3 hasil etsa, dikarakterisasi porositasnya dengan menggunakan

SEM (Scanning Electron Microscope), dan luas permukaannya dikarakterisasidengan menggunakan Surface Area Analyser. Porositas dan luas permukaan

bentonit terpilar-Fe2O3lebih tinggi/ besar dibandingkan dengan porositas dan luas

permukaan bentonit alam, dimana porositas dan luas permukaan bentonit

terpilar-Fe2O3 tersebut paling tinggi/ besar didapatkan pada bentonit terpilar-

Fe2O3yang dikalsinasi pada suhu 450oC. Demikian juga halnya porositas dan luas

permukaan bentonit terpilar-Fe2O3 hasil etsa, lebih tinggi/ besar dibandingkan

dengan porositas dan luas permukaan bentonit alam dan bentonit terpilar-Fe2O3,

dimana porositas dan luas permukaan bentonit terpilar-Fe2O3hasil etsa

tersebut paling tinggi/ besar didapatkan pada bentonit terpilar-Fe2O3 hasil etsa yang

dikalsinasi pada suhu 450oC.



4/78

STUDY OF Fe2O3-PILLARED INTER LAYERED BENTONITE ETCHING

ABSTRACT

The research of etching to Fe2O3-pillared inter layered bentonite had been done. In

this research, nature bentonite which applied is nature bentonite from Malaysia. The

etching of Fe2O3-pillared inter layered bentonite through several steps. First steps,

that is making of Fe2O3-pillared inter layered bentonite from natural bentonite in

H2SO4 by using pillared agent: FeCl3 solution, and calcinated at variation

temperature: 400oC, 450

oC, and 500

oC. Second steps, that is etching of Fe2O3-

pillared inter layered bentonite which have been formed, by using etchant solution:

type CP-4, that is mixture: 3ml HF(p.a) + 5ml HNO3 (p.a) + 3mlCH3COOH(glacial), and calcinated at temperature variation: 400

oC, 450

oC, and 500

oC.

Hereinafter, the porosity of natural bentonite, Fe2O3-pillared inter layered bentonite,

and Fe2O3-pillared inter layered bentonite etched, characterized by using SEM

(Scanning Electron Microscope), and the surface area characterized by using Surface

Area Analyser. The porosity and the surface area of Fe2O3-pillared inter layered

bentonite is higher/ larger than the porosity and the surface area of natural bentonite,

where the porosity and the surface area of Fe2O3-pillared inter layered bentonite is

highest/ largest at Fe2O3-pillared inter layered bentonite which calcinated at

temperature 450oC. And so do the porosity and the surface area of Fe2O3-pillared

inter layered bentonite etched is higher/ larger than the porosity and the surface area

of natural bentonite and Fe2O3-pillared inter layered bentonite, where the porosity

and the surface area of Fe2O3-pillared inter layered bentonite etched is highest/

largest at Fe2O3-pillared inter layered bentonite etched which calcinated at

temperature 450oC.



5/78

PENGHARGAAN

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat, kasih,

dan karuniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penyusunan

skripsi ini.

Ucapan terima kasih saya sampaikan kepada Ibu Dra. Nurhaida

Pasaribu, M.Si selaku Pembimbing 1, dan Bapak Dr. Minto Supeno, MS selaku

Pembimbing 2 yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan dan

saran kepada penulis selama melakukan penelitian dan penyusunan skripsi ini hingga

selesai, dan kepada Bapak Prof. Dr. Seri Bima Sembiring, M.Sc selaku Kepala

Laboratorium Kimia Anorganik FMIPA USU yang telah memberikan saran dan

masukan kepada penulis. Ucapan terima kasih juga saya sampaikan kepada Ketua

Departemen Kimia FMIPA USU, yakni Ibu Dr. Rumondang Bulan, MS dan

Sekretraris Departemen Kimia FMIPA USU, yakni Bapak Drs. Firman Sebayang, MS,

Dekan dan Pembantu Dekan FMIPA USU, seluruh Dosen pada Departemen Kimia

FMIPA USU. Kepada Dosen Wali saya, yakni Bapak Drs. Chairuddin Lubis, M.Sc

yang telah memberikan bimbingan selama mengikuti kuliah di Departemen Kimia

FMIPA USU. Kepada Bapak Ir. Warman, Staff Dosen Laboratorium Analisis Material

PTKI Medan, dan kepada Staff Laboratorium Surface Area Analyser PT.Indonesia

Asahan Aluminium (Inalum) Kuala Tanjung, Asahan-Sumatera Utara, yang telah

membantu penulis dalam analisis produk yang dihasilkan dalam penelitian ini. Kepada

seluruh Asisten Laboratorium Kimia Anorganik FMIPA USU: BZulvan, BHiras,

KYuni, KDorma, KTety, BJoseph, BSoehardi, KShinta, KLiny, KHelen,

BSony, KKeristyna, Saor, Dony, Evelyn, Sondang, Trisna, Ida, Joan, Ariston, Sepri,

Boy, Lasma, Dasma, dan buat teman seperjuanganku: Januardo, yang telah



6/78

memberikan dukungan, semangat, dan perhatian kepada penulis. Kepada Sahabat-

sahabat yang kukasihi: BErick, OnlyHu, BHarry, Anis, ForMan-USU, dan rekan-

rekan Mahasiswa 01 yang telah membantu penulis selama perkuliahan. Akhirnya,

Penulis mengucapkan terima kasih yang tak terhingga kepada Orang Tuaku:

Ys.Larosa (Alm.), dan Ch.Harefa, serta Saudara-saudaraku: BWitman Larosa,

KRatna Larosa, Trisman Larosa, serta seluruh pihak yang tidak dapat saya sebutkan

satu-persatu yang telah banyak membantu penulis hingga selesainya Skripsi ini.

Semoga Allah Bapa, PutraNya, dan Rohul Kudus yang penuh Kasih, melimpahkan

Berkat dan KaruniaNya kepada kita semua.



7/78

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

Bentonit merupakan salah satu jenis lempung yang banyak mengandung Mineral

Montmorilonit (lebih dari 85%), dengan Rumus Kimia: [(OH)4 Si8 Al4 O20 nH2O].

(Stanley, J. Lefond, 1975).

Bentonit terbagi atas 2 (dua) jenis, yaitu:

1. Swelling Bentonite (Bentonit yang dapat mengembang), atau sering juga disebut

Bentonit jenis Wyoming atau Na-bentonit. Bentonit jenis ini dapat digunakan

sebagai bahan lumpur bor, penyumbat kebocoran bendungan, bahan pencampur

cat, sebagai bahan baku farmasi, bahan perekat pada pasir cetak dalam industri

pengecoran, dan lain sebagainya.

2. Non Swelling Bentonite (Bentonit yang kurang dapat mengembang), atau seringjuga disebut Ca-bentonit. Bentonit jenis ini dapat digunakan sebagai bahan

penyerap (pemucat) warna.

(Proyek Kerja Dinas Pertambangan Daerah Sumatera Utara 1999/2000, 2000).

Preparasi pertama Lempung Terpilar (Pillared Inter Layered Clays / PILC)

menggunakan ion tetra-alkil-amonium dan menghasilkan lempung yang mengembang

yang dapat berfungsi sebagai penyaring molekuler (molecular sieves) untuk adsorbsimolekular organik. Montmorilonit yang telah diinterkalasi oleh 1,4-diazobisiklo 2,2,2

oktana ditemukan memiliki sifat penyaring molekul dan aktivitas katalitik yang baik

untuk reaksi esterifikasi asam karboksilat. Stabilitas thermal lempung organik ini lebih

rendah dari 300oC sehingga membatasi penggunaannya sebagai katalis. Kebutuhan

dunia industri terhadap masalah material yang memiliki sifat katalitik berkembang

sangat cepat, sehingga memacu munculnya material Lempung Terpilar kation

polioksida yang stabil di atas suhu 600oC. (Cool P., Vansant E.F., 2002).



8/78

Dalam penelitian berikutnya, pembuatan Bentonit Terpilar dilakukan dengan

menggunakan Kation Al3+dan Zr2+sebagai Agen Pemilar, yang menghasilkan suatu

bentonit dengan ukuran pori yang besar. Prinsipnya, berbagai ion bermuatan positif

dapat digunakan sebagai agen pemilar. Interkalasi kation Cr2+ dan Ti2+ ke dalam

struktur bentonit juga dapat menghasilkan suatu bentonit dengan ukuran pori yang

besar. (Http://www.chem.ui.ac.id/profil/staff/jnz/jnz.html).

Beberapa peneliti lainnya juga telah berhasil membuat Bentonit Terpilar

dengan menggunakan Agen Pemilar dari Kation-kation Organik, Kompleks

Organologam, Senyawa-senyawa Kluster logam, Kation-kation Polioksida, Sol-sol

Oksida, dan Pilar-pilar Oksida Campuran. Salah satu contoh Bentonit Terpilar yang

telah dibuat yaitu Bentonit Terpilar-Fe2O3.

Konsep pilarisasi ini pada dasarnya sederhana, dan terdiri atas 2 (dua)

langkah utama. Langkah pertama, kation-kation kecil antar lapisan digantikan dengan

ion-ion yang lebih besar. Langkah kedua (langkah kalsinasi), yakni menempatkan

prekursor kation polioksida anorganik ke dalam lapisan antar lapisan lempung,

stabilisasi terhadap pilar logam oksida, serta mengikatnya secara kuat ke dalam layer-layer lempung. (Cool P., Vansant E.F., 2002).

Pada Tahun 2005, Saudari Damaris H.D. Sihotang, telah berhasil membuat

Bentonit Terpilar-TiO2, dimana didapatkan peningkatan jarak antar lapis pada

Bentonit Terpilar-TiO2 tersebut sebesar 0,7389 . Jarak antar lapis pada Bentonit

sebelum dilakukan pemilaran, yaitu: 14,9167 , sementara Jarak antar lapis pada

Bentonit Terpilar-TiO2(setelah dilakukan pemilaran), yaitu: 15,6556 .(Sihotang, Damaris H.D., 2005).

Luas permukaan (surface area)dan ukuran pori/ porositas (porosity) Bentonit

Terpilar masih dapat diperbesar (ditingkatkan) lagi melalui Pengetsaan (Etching)

terhadap Bentonit Terpilar tersebut. Untuk material-material semikonduktor,

pengetsaan kimia secara basah biasanya berlangsung melalui oksidasi, yang diikuti

dengan penguraian oksida dalam suatu reaksi kimia. Untuk Silikon, bahan pengetsa

http://www.chem.ui.ac.id/profil/staff/jnz/jnz.htmlhttp://www.chem.ui.ac.id/profil/staff/jnz/jnz.html


9/78

(etchants) yang lazim digunakan adalah campuran antara, Asam fluorida (HF), Asam

Nitrat (HNO3), dan Asam Asetat (CH3COOH). (Sze S.M., 1985).

Berdasarkan uraian di atas, Penulis tertarik untuk melakukan Pengetsaan

terhadap Bentonit Terpilar-Fe2O3.

1.2.Permasalahan

Apakah Proses Etsa (Etching) dapat memperbesar ukuran pori/ porositas (porosity),

dan meningkatkan luas permukaan (Surface area) dari Bentonit Terpilar- Fe2O3?

1.3.Tujuan Penelitian

Untuk mempelajari pengaruh Proses Etsa (Etching) terhadap ukuran pori/ porositas

(porosity), dan luas permukaan (Surface area) dari Bentonit Terpilar- Fe2O3.

1.4.Manfaat Penelitian

Hasil penelitian ini diharapkan Bentonit Terpilar- Fe2O3 Hasil Etsa dapat digunakan

sebagai Katalis Pembuatan Gas Hidrogen (H2) dari air (H2O), sebagai Adsorben, dan

sebagai Penukar Ion.

1.5.Lokasi Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Anorganik F.MIPA-USU-Medan, dan

analisa Produk dengan Foto SEM (Scanning Electron Microscope) di lakukan di

PTKI-Medan, dan analisa Produk dengan Surface Area Analyser di lakukan di

PT.Indonesia Asahan Aluminium (Inalum) Kuala Tanjung, Asahan-Sumatera Utara.



10/78


11/78

Bentonit Terpilar-Fe2O3yang telah dikalsinasi pada suhu 400oC, 450oC, dan 500oC,

diambil masing-masing sebanyak 5 g, kemudian dimasukkan ke dalam masing-masing

3 wadah plastik. Selanjutnya, masing-masing ditambahkan Larutan Pengetsa

(Campuran antara: 3ml HF(p) + 5ml HNO3 (p) + 3ml CH3COOH (glasial) ). Kemudian

diaduk dengan menggunakan pengaduk plastik selama 10 menit. Setelah 10 menit,

endapan dipisahkan dari larutannya dengan cara dekantasi menggunakan pipet tetes

plastik. Endapan yang diperoleh dinetralkan pH-nya dengan menggunakan Aqua

Bidestilata, kemudian didekantasi menggunakan pipet tetes plastik. Endapan yang

diperoleh ditanur pada masing-masing suhu kalsinasinya (400oC, 450oC, dan 500oC)

selama 1 jam. Kemudian hasilnya dianalisis dengan foto SEM (Scanning Electron

Microscope)dan Surface Area Analyser.



12/78

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1.Bentonit

Istilah Bentonitpertama kali diperkenalkan oleh Knight pada tahun 1898, berselang

satu tahun setelah dia menamakan sejenis lempung ini sebagai Taylorit.Sementara

istilah Bentonit itu sendiri diambil dari kata Benton Shale, yakni nama tempat

lempung ini pertama kali ditemukan.

Ross dan Shannon (1926) mendefinisikan Bentonit sebagai batuan yang

tersusun oleh suatu lempung kristalin (seperti mineral lempung) yang terbentuk akibat

devitrifikasi yang diikuti dengan alterasi kimiawi suatu material yang bersifat gelas

(glassy)yang biasanya berupa tufa gelas atau abu vulkanik, dan mengandung berbagai

macam butiran kristal, seperti feldspar (umumnya ortoklas dan oligoklas), biotit, kaca,

piroksen, zirkon, dan mineral-mineral lainnya seperti yang terkandung dalam batuan-

batuan vulkanik. (Stanley, J. Lefond, 1975).

Bentonit adalah istilah perdagangan untuk sejenis lempung yang banyak

mengandung mineral Montmorilonit (sekitar 85%), yaitu suatu mineral hasil

pelapukan, pengaruh hidrothermal, atau akibat transformasi/ devitrifikasi dari tufa

gelas yang diendapkan di dalam air dalam suasana alkali. Fragmen sisanya pada

umumnya terdiri dari campuran mineral kuarsa/ kristobalit, feldspar, kalsit, gypsum,

kaolinit, plagioklas, illit, dan lain sebagainya.

(Zulkarnaen, Wardoyo S., Marmer D.H., 1990).

Lempung merupakan salah satu komponen tanah yang tersusun atas senyawa

alumina silikat dengan ukuran partikel yang lebih kecil dari 2m. Struktur dasarnya

merupakan filosilikat atau lapisan silikat yang terdiri dari lembaran tetrahedral

silisium-oksigen dan lembaran oktahedral aluminium-oksigen-hidroksida.

(Lestari S., 2002).



13/78

2.1.1. Proses Terjadinya Bentonit di Alam

Secara Umum, asal mula terjadinya endapan bentonit ada 4 (empat), yaitu:

1. Terjadi karena proses pelapukan batuan.

Faktor utama yang menyebabkan pelapukan batuan adalah komposisi

kimiawi mineral batuan induk, dan kelarutannya dalam air. Mineral-mineral utama

dalam pembentukan bentonit adalah plagioklas, kalium-feldspar, biotit, muskovit,

serta sedikit kandungan senyawa alumina dan ferromagnesia. Secara umum, faktor

yang mempengaruhi pelapukan batuan ini adalah iklim, jenis batuan, relief, dan

tumbuh-tumbuhan yang berada di atas batuan tersebut.

Pembentukan bentonit sebagai hasil pelapukan batuan dapat juga

disebabkan oleh adanya reaksi antara ion-ion Hidrogen yang terdapat di dalam air,

dan di dalam tanah dengan persenyawaan silikat yang terdapat di dalam batuan.

2. Terjadi karena proses hidrothermal di alam.

Proses hidrothermal mempengaruhi alterasi yang sangat lemah, sehingga

mineral-mineral yang kaya akan Magnesium, seperti hornblende dan biotitcenderung membentuk mineral klorit. Pada alterasi lemah, kehadiran unsur-unsur

logam alkali dan alkali tanah (kecuali Kalium), mineral mika, ferromagnesia,

feldspar, dan plagioklas pada umumnya akan membentuk montmorilonit, terutama

disebabkan karena adanya unsur Magnesium.

Larutan hidrothermal merupakan larutan yang bersifat asam dengan

kandungan klorida, sulfur, karbon dioksida, dan silika. Larutan alkali iniselanjutnya akan terbawa keluar dan bersifat basa, dan akan tetap bertahan selama

unsur alkali tanah tetap terbentuk sebagai akibat penguraian batuan asal. Pada

alterasi lemah, adanya unsur alkali tanah akan membentuk bentonit.

3. Terjadi karena proses transformasi dan devitrifikasi mineral-mineral dari gunung

berapi.

Proses transformasi (pengubahan) abu vulkanis yang mempunyai

komposisi gelas akan menjadi mineral lempung (mengalami devitrifikasi secara



14/78

perlahan-lahan) yang lebih sempurna, terutama pada daerah danau, lautan, dan

cekungan sedimentasi. Transformasi dari gunung berapi yang sempurna akan

terjadi apabila debu gunung berapi diendapkan dalam cekungan seperti danau dan

air. Bentonit yang berasal terjadi akibat proses transformasi pada umumnya

bercampur dengan sedimen laut lainnya yang berasal dari daratan, seperti batu

pasir dan danau.

4. Terjadi karena proses pengendapan batuan.

Proses pengendapan bentonit secara kimiawi dapat terjadi sebagai

endapan sedimen dalam suasana basa (alkali) yang sangat silika (Authegenic

neoformation), dan terbentuk pada cekungan sedimen yang bersifat basa, dimana

unsur pembentuknya antara lain: karbonat, silika pipih, fosfat laut, dan unsur

lainnya yang bersenyawa dengan unsur Aluminium dan Magnesium.

(Proyek Kerja Dinas Pertambangan Daerah Sumatera Utara 2000/2001, 2001).

2.1.2. Komposisi Bentonit

Berdasarkan hasil analisis terhadap sampel bentonit yang diambil langsung di

lapangan, diperoleh komposisi bentonit adalah sebagai berikut:

Kalsium oksida (CaO) 0,23%,

Magnesium oksida (MgO) 0,98%,

Aluminium oksida (Al2O3) 13,45%,

Ferri oksida (Fe2O3) 2,18%,

Silika (SiO2) 74,9%,

Kalium oksida (K2O) 1,72%,

Air (H2O) 4%.

2.1.3. Sifat-sifat Umum Bentonit

Sifat-sifat umum dari bentonit adalah:



15/78

1. Memiliki kilap lilin,

2. Memiliki warna yang cukup bervariasi, mulai dari warna dasar putih, hijau muda

kelabu, merah muda dalam keadaan segar, dan akan berubah warna menjadi krem

apabila telah melapuk, dan lama-kelamaan akan menjadi kuning dengan sedikit

kemerahan, atau kecoklatan, serta hitam keabu-abuan, tergantung pada jenis dan

jumlah fragmen mineralnya,

3. Bersifat sangat lunak, dan plastis, memiliki porositas yang tinggi, ringan, mudah

pecah, terasa seperti sabun, mudah menyerap air, dan dapat melakukan pertukaran

ion (Ion exchanging),

4. Mempunyai berat jenis berkisar antara 2,4-2,8 g/ml. (Soedjoko T.S., 1987).

2.1.4. Jenis-jenis Bentonit

Ada 2 (dua) jenis bentonit yang banyak dijumpai, yaitu:

3. Swelling Bentonite (bentonit yang dapat mengembang), atau sering juga disebut

bentonit jenis Wyoming atau Na-bentonit, yaitu jenis mineral montmorilonit yang

mempunyai Lapisan partikel air tunggal (Single Water Layer Particles), yangmengandung kation Na+yang dapat dipertukarkan. Bentonit jenis ini mempunyai

kemampuan mengembang hingga 8 (delapan) kali apabila dicelupkan ke dalam

air, dan tetap terdispersi beberapa waktu di dalam air. Dalam keadaan kering,

berwarna putih, atau kuning gading, sedangkan dalam keadaan basah dan terkena

sinar matahari akan berwarna mengkilap. Perbandingan antara kation Na+ dan

kation Ca+ yang terdapat di dalamnya sangat tinggi, serta suspensi koloidalnya

mempunyai pH 8,5 sampai 9,8. Kandungan Na2O dalam bentonit jenis ini, padaumumnya lebih besar dari 2%.

Karena sifat-sifat yang dimilikinya, maka bentonit jenis ini dapat

digunakan sebagai bahan lumpur bor, penyumbat kebocoran bendungan, bahan

pencampur cat, sebagai bahan baku farmasi, bahan perekat pada pasir cetak dalam

industri pengecoran, dan lain sebagainya.

4. Non Swelling Bentonite (Bentonit yang kurang dapat mengembang), atau sering

juga disebut Ca-bentonit, yaitu jenis mineral montmorilonit yang kurang dapat



16/78

mengembang apabila dicelupkan di dalam air, namun setelah diaktifkan dengan

asam, maka akan memiliki sifat menyerap sedikit air, dan akan cepat mengendap

tanpa membentuk suspensi. pH-nya sekitar 4,0-7,1. Daya tukar ionnya juga cukup

besar. Bentonit jenis ini mengandung Kalsium dan Magnesium yang relatif lebih

banyak dibandingkan dengan kandungan Natriumnya.

Karena sifat-sifat yang dimilikinya, maka bentonit jenis ini dapat

digunakan sebagai bahan penyerap (pemucat) warna (Bleaching Earth).

(Soedjoko T.S., 1987).

2.1.5. Kegunaan Bentonit

Pemanfaatan bentonit dalam bidang industri, sangat erat kaitannya dengan sifat yang

dimiliki oleh bentonit itu sendiri, yaitu:

a. Komposisi dan jenis mineral.

Untuk mengetahui komposisi dan jenis mineral yang terkandung dalam

bentonit, dilakukan pengujian dengan menggunakan Difraksi Sinar-X. Tujuannya

adalah untuk mengetahui secara kualitatif komposisi mineral yang terkandung di

dalamnya.

b. Sifat Kimia.

Pengujian terhadap beberapa sifat kimia yang terkandung di dalam

bentonit perlu dilakukan untuk mengetahui kualitas (mutu) yang dimilikinya.

c. Sifat Teknologi.

Pemanfaatan bentonit berkaitan dengan sifat teknologi yang dimiliki

bentonit tersebut, yaitu antara lain: sifat pemucatan, sifat bagian suspensi, sifat

mengikat dan melapisi untuk pembuatan makanan ternak dan industri logam.



17/78


18/78

1. Secara Pemanasan (heat activation and extrusion). Pada proses ini, bentonit

dipanaskan pada temperatur 300-350oC untuk memperluas permukaan butiran

bentonit.

2. Secara Kontak asam.

Tujuan dari aktivasi kontak asam adalah untuk menukar kation Ca+yang

ada dalam Ca-bentonit menjadi ion H+dan melepaskan ion Al, Fe, dan Mg dan

pengotor-pengotor lainnya dari kisi-kisi struktur, sehingga secara fisiknya,

bentonit tersebut menjadi lebih aktif. Untuk keperluan tersebut, asam sulfat dan

asam klorida adalah zat kimia yang umum digunakan. Selama proses bleaching

tersebut, Al, Fe, dan Mg larut dalam larutan, kemudian terjadi penyerapan asam ke

dalam struktur bentonit, sehingga rangkaian struktur (framework) mempunyai area

yang lebih luas. Proses pelepasan Al dari bentonit disajikan dalam persamaan

berikut ini:

(Al4)(Si8)O20(OH)4 + 3 H+ (Al3)(Si8)O20(OH)2 + Al

3+ + 2 H2O

(Al4)(Si8)O20(OH)4 + 6 H+ (Al2)(Si8)O20(OH)2 + 2 Al

3+ + 4 H2O

Pada kondisi di atas, separuh dari atom Al berpindah dari struktur,

bersama dengan gugus hidroksil. Menurut Thomas, Hickey, dan Stecker, atom-

atom Al yang tersisa masih terkoordinasi dalam rangkaian tetrahedral dengan

4 (empat) atom oksigen tersisa.

Perubahan dari gugus oktahedral menjadi tetrahedral membuat kisi kristal

bermuatan negatif pada permukaan kristal, sehingga dapat dinetralisir oleh ionHidrogen. Pada proses aktivasi selanjutnya terjadi pelarutan lebih banyak lagi.

Persamaan reaksinya dapat dituliskan sebagai berikut ini:

2 H+

(Al2)(Si8)O20(OH)4 + 3 H+ Al3+ + (Al)(Si8H4)O20

2 H+

(Al2)(Si8)O20(OH)4 + 6 H+ 2 Al3+ + (Si8H8)O20



19/78

Sementara proses pengolahan bentonit dapat dilihat secara skematis berikut

ini:

Bentonit Alam

(Zulkarnaen, Wardoyo S., Marmer D.H., 1990).

Setelah bentonit selesai diaktivasi dan diolah, maka bentonit tersebut siap

untuk digunakan untuk beberapa aplikasi selanjutnya, yaitu:1. Bentonit Sebagai Bahan Penyerap (Adsorben) atau Bahan Pemucat pada Industri

Minyak Kelapa Sawit.

Proses penyerapan zat warna (pigmen) merupakan proses yang sering

digunakan, seperti penyerapan zat warna pada minyak hewani, minyak nabati,

minyak bumi, dan lain-lain. Untuk keperluan tersebut dibutuhkan suatu bahan

penyerap yang tepat dan murah.

Dalam keadaan awal, bentonit mempunyai kemampuan tinggi untuk

menjernihkan warna. Kemampuan penyerapan warna ini dapat ditingkatkan

melalui proses pengolahan dan pemanasan.

Berdasarkan kandungan alumino silikat hidrat yang terdapat dalam

bentonit, maka bentonit tersebut dapat dibagi atas 2 (dua) golongan, yaitu:

Activated Clay, merupakan lempung yang mempunyai daya pemucatan yang

rendah,

Asam- Asam sulfat- Asam klorida

Basa- Soda abu- Soda api

Bentonit aktif- Bahan penyerap

(Bleaching earth)

Bentonit aktif- Bahan perekat- Bahan pengisi- Bahan lumpur bor



20/78

Fullers earth, biasanya digunakan sebagai bahan pembersih bahan wool dari

lemak.

Fullers earthadalah sejenis lempung yang secara alami mempunyai sifat

daya serap terhadap zat warna pada minyak, lemak, dan pelumas. Karakteristik

dari lempung jenis ini adalah mempunyai kandungan air yang tinggi, plastisitas

yang rendah, dan struktur yang berlapis-lapis. Sebagian besar fullers earth

menunjukkan perbandingan silika terhadap alumina antara 4-6. Sifat alami lain

adalah pH antara 6,5-7,5; dengan porositas 60-70%, dan luas permukaan butiran

170-200. Mineral ini pada umumnya didominasi oleh mineral montmorilonit,

atapulgit, dengan mineral ikutan berupa kaolinit, halloysit dan illit.

Proses penyerapan zat warna organik yang terdapat dalam minyak, lemak,

dan pelumas terdiri atas penyerapan fisika dan kimia. Penyerapan secara kimia

pada prinsipnya adalah merusak zat warna dengan penambahan oksidator,

misalnya Hidrogen peroksida. Penyerapan secara fisika adalah karena kontak

antara permukaan butiran pada kondisi tertentu, yang meliputi temperatur, waktu

kontak, pengadukan dan konsentrasi yang dinyatakan oleh persamaan

Friendleuich.

Proses pemucatan kelapa sawit dengan menggunakan Adsorben, pada

prinsipnya adalah merupakan proses adsorbsi, dimana pada umumnya minyak

kelapa sawit dipucatkan dengan kombinasi antara adsorben dengan pemanasan.

Hal inii disebabkan karena minyak kelapa sawit adalah salah satu minyak nabati

yang sulit untuk dipucatkan karena mengandung pigmen beta-karotenoid yang

tinggi dibandingkan dengan minyak biji-bijian lainnya.

Penggunaan adsorben dengan pemanasan yang dilakukan dalam proses

pemucatan ini tidak selalu sama untuk semua produk pengolahan minyak kelapa

sawit, tetapi tergantung kepada kondisi minyak kelapa sawit, proses pabrik dan

sifat adsorben yang digunakan.

Pada umumnya, penggunaan adsorben adalah 1-5% dari massa minyak

dengan pemanasan pada suhu 120oC selama 1 jam. Dalam hal ini, adsorben yang



21/78

sering digunakan adalah bentonit (dalam hal ini berfungsi sebagai bleaching earth

(tanah pemucat), dan arang aktif (activated charcoal).

Bahan pemucat ini merupakan sejenis tanah dengan komposisi utama

terdiri dari Silikat, air terikat, serta ion-ion Kalsium, Magnesium oksida, dan Besi

oksida. Daya pemucatan Bleaching earth ditimbulkan oleh adanya ion-ion Al3+

pada permukaan partikel adsorben yang dapat mengadsorbsi partikel zat warna

(pigmen). Sementara daya pemucatan tersebut tergantung pada perbandingan

antara komponen SiO2dan AlO2yang terdapat dalamBleaching earthtersebut.

Aktivasi adsorben dengan asam mineral (misalnya HCl/ H2SO4) akan

mempertinggi daya pemucatan, karena asam mineral tersebut akan bereaksi, dan

melarutkan komponen, berupa tar, garam Ca, dan Mg yang menutupi pori-pori

adsorben. Di samping itu, asam mineral melarutkan Al2O3, sehingga menaikkan

perbandingan jumlah SiO2dan Al2O3dari (2-3) : 1, menjadi (5-6) : 1.

Bentonit yang telah ditambang diangkut ke tempat penampungan

sementara (stock pile). Bentonit dalam bentuk bongkahan atau lepas, baik dalam

kondisi basah maupun kering dilakukan penirisan dan pengeringan. Kemudiandimasukkan ke dalam reaktor (aktivasi) dengan menambahkan air dan asam sulfat.

Langkah selanjutnya adalah pencucian untuk menghilangkan kotoran-kotoran

yang melekat pada mineral montmorilonit untuk selanjutnya akan masuk ke dalam

Thickener. Media pemisahannya adalah air. Setelah itu, akan masuk ke dalam

proses penyaringan oleh air dan dilakukan pengeringan.

Bentonit yang telah kering dimasukkan ke proses pengerusan untukmendapatkan ukuran butiran kurang lebih 200 mesh.

2. Bentonit Sebagai Katalis.

Penggunaan lempung sebagai katalis telah lama diperkenalkan, yaitu pada

proses perengkahan minyak bumi dengan menggunakan mineral montmorillonit

yang telah diasamkan. Namun, penggunaan lempung sebagai katalisa memiliki

kelemahan, yaitu tidak tahan terhadap suhu tinggi. Oleh karena itu, diperkenalkan



22/78

jenis material baru, yakni Lempung Terpilar yang memiliki stabilitas thermal

relatif lebih tinggi dari material asal.

3. Bentonit Sebagai Bahan Penukar Ion.

Pemanfaatan bentonit sebagai bahan penukar ion didasarkan pada sifat

permukaan bentonit yang bermuatan negatif, sehingga kation-kation dapat terikat

secara elektrostatik pada permukaan bentonit. Sifat ini juga merupakan hal yang

penting dalam pengubahan Ca-bentonit menjadi Na-bentonit. Bentonit di

Indonesia memiliki daya penukar kation dengan ukuran kapasitas tukar kation

(KTK) yang berbeda-beda untuk masing-masing daerah, yaitu berkisar antara 50-

100 meq/ 100g. Hal ini disebabkan karena perbedaan komposisi kandungan

kimianya.

4. Bentonit Sebagai Lumpur Bor.

Penggunaan utama mineral lempung adalah pada industri lumpur bor,

yaitu sebagai lumpur pemilar dalam pengeboran minyak bumi, gas bumi, serta uap

panas bumi.

Bentonit yang telah ditambang, dipersiapkan untuk proses pengolahan,

dimana jika kondisinya masih basah, harus ditiriskan terlebih dahulu, sedangkan

jika kondisinya telah kering, maka dapat langsung dilakukan penghancuran.

Setelah mencapai ukuran tertentu, maka dilakukan proses pengeringan kembali,

dimana sumber panas untuk pengeringan tersebut berasal dari energi listrik.

Langkah selanjutnya adalah, setelah butiran bentonit telah sesuai dengan ukuran

tertentu, maka dimasukkan ke dalam reaktor untuk proses aktivasinya. Dalam halini, fraksi pasir harus sudah hilang untuk mempertinggi kualitas bentonit sebagai

lumpur pengeboran. Ke dalam reaktor aktivasi dimasukkan sejumlah air dan

H2SO4. Setelah proses ini selesai, maka dilakukan pengeringan kembali dengan

sumber panas dari energi listrik. Tahap berikutnya adalah penggerusan untuk

mencapai ukuran butiran halus bentonit (200 mesh) sebelum dimasukkan ke dalam

siklon. Hasil siklon berupa produk dicampur dengan reagen CMC, dan ditampung

di Silo.



23/78

Aktivasi bentonit untuk lumpur bor adalah merupakan suatu perlakuan

untuk mengubah Ca-bentonit menjadi Na-bentonit dengan penambahan bahan

alkali. Bahan alkali yang umum digunakan adalah Natrium karbonat dan Natrium

hidroksida. Dengan perubahan tersebut, diharapkan sifat hidrasi, dispersi, reologi,

swelling, dan lain-lain akan berubah, sehingga dapat dimanfaatkan sebagai bahan

lumpur bor.

Persyaratan bentonit untuk lumpur bor menurut API (American

Petroleum Institute) adalah sebagai berikut:

Kekentalan suspensi bentonit untuk 10g dalam 350 ml air adalah 8,

Dapat lewat melalui penyaringan melalui kertas saring (filter), yakni untuk

larutan 10g dalam 350 ml air, harus lebih kecil dari 14 ml,

Sisa tertampung oleh ayakan 200 mesh adalah < 2,5%,

Kandungan uap air (kelembaban) adalah < 12%.

Sementara persyaratan bentonit untuk lumpur bor menurut OCMA (Oil

Companies Materials Association) adalah sebagai berikut:

Kekentalan suspensi bentonit untuk 6,5g dalam 100 ml air adalah 15, Dapat lewat melalui penyaringan melalui kertas saring (filter), yakni untuk

larutan 6,5g dalam 100 ml air, harus lebih kecil dari 15 ml,

Sisa tertampung oleh ayakan 200 mesh adalah


24/78

yang banyak terdapat dibeberapa wilayah di Indonesia. Bentonit mempunyai sifat

fisik dan sifat teknik yang buruk jika digunakan sebagai bahan konstruksi.

Bentonit juga bersifat ekspansif, yang mempunyai kemampuan mengembang

cukup besar bila kondisinya jenuh, akibat Compressibility-nya tinggi dan sulit

memadatkannya, sehingga bentonit jenuh ini tidak akan mampu memikul gaya

gaya yang bekerja padanya.

Pemakaian bentonit sebagai bahan konstruksi bangunan haruslah

dikombinasikan dengan suatu bahan tertentu untuk memperbaiki sifat-sifat

bentonit tersebut sebelum digunakan. Salah satu bahan yang dapat digunakan

adalah kapur, yang merupakan sisa atau limbah industri gas asetilen. Limbah pada

proses pengolahan asetilen berbentuk butiran halus yang masih mengandung air.

Secara fisik, limbah ini menyerupai kapur, sedangkan secara kimia, limbah ini

mengandung oksida-oksida logam, dan persenyawaan kimia lainnya.

Berdasarkan sifat fisik dan komposisi kimianya, limbah ini dapat

digunakan sebagai bahan aditif kimia dalam stabilitas tanah. Karena dengan

kandungan: 70,90% Kalsium hidrat; 0,31% Magnesium oksida; 0,66% Silika;2,56% Alumina; 1,76% Besi oksida; pH 12,5, dan kadar air 3,76%, maka limbah

ini memenuhi syarat untuk dapat digunakan sebagai bahan alternatif pengganti

kapur yang merupakan salah satu bahan aditif kimia yang digunakan untuk

stabilisasi tanah.

6. Bentonit Sebagai Bahan Perekat Pasir Cetak.

Untuk keperluan pasir cetak, teknik pengolahannya cukup sederhana,yaitu:

Bentonit yang telah ditambang, dipersiapkan untuk proses pengolahan,

dimana jika kondisinya masih basah, maka perlu dilalukan penirisan untuk

mengurangi kadar airnya. Sedangkan jika kondisinya telah kering, maka telah siap

untuk dilakukan pengeringan selanjutnya, dimana sumber panas berasal dari

energi listrik.



25/78

Tahap berikutnya adalah penggerusan untuk memperkecil ukuran butiran,

sampai 200 mesh. Hasil penggerusan ini diproses lebih lanjut di dalam siklon.

Setelah proses siklon selesai, maka bentonit sebagai bahan perekat pada

pembuatan pasir cetak disimpan di silo.

7. Bentonit Untuk Pembuatan Tambahan Makanan Ternak (Urea Mollases Block).

Untuk dapat digunakan dalam pembuatan tambahan makanan ternak,

bentonit harus memenuhi persyaratan sebagai berikut:

Kandungan bentonit yang digunakan dalam pembuatan tambahan makanan

ternak < 30%,

Ukuran butiran bentonit adalah 200 mesh,

Memiliki daya serap >60%,

Memiliki kandungan mineral montmorilonit sebesar 70%.

8. Bentonit Untuk Industri Kosmetik.

Untuk dapat digunakan dalam industri kosmetik, bentonit harus

memenuhi persyaratan sebagai berikut:

Mengandung mineral magnesium silikat (Ca-bentonit), Mempunyai pH netral,

Kandungan air dalam bentonit adalah


26/78

dan oksigen yang terletak di antara 2 (dua) lapisan silikon dan oksigen. Kandungan air

kristalnya juga bervariasi, sehingga jarak antar partikelnya dapat berubah-ubah,

sehingga dapat mengembang (swelling). (Mark, 1967).

2.2.1. Struktur Mineral Montmorilonit

Adapun Rumus Umum Kimia dari montmorilonit itu sendiri, yaitu:

[Al2O3 . 4SiO2 x H2O]. Molekul montmorilonit terdiri dari lapisan-lapisan yang

berjarak beberapa Amstrong. Salah satu lapisan berbentuk silika terkoordinasi dan

dikombinasikan dengan lapisan alumina dan magnesia yang oktahedral. Struktur

montmorilonit dapat dilihat pada gambar 2.1berikut ini:

Gambar 2.1 Struktur Montmorilonit.

(Mark, 1967).

Partikel montmorilonit sangatlah kecil, sehingga strukturnya hanya dapat

disimpulkan melalui penelitian menggunakan Difraksi Sinar-X(X-Ray Difraction).

Pada gambar 2.2 di bawah ini, menunjukkan sketsa diagram dari struktur

montmorilonit. Kation yang dapat dipertukarkan dapat terjadi di antara lapisan silika

dan ruang sumbu alumino silikat dari montmorilonit tersebut yang terhidrasi

sempurna, tergantung pada ukuran kation-kation antar lapisan.



27/78

Gambar 2.2 Sketsa Diagram Struktur Montmorilonit.

(Grim, 1961).

2.2.2. Hidrasi pada Mineral Montmorilonit

Secara teori dapat diterangkan, bahwa susunan partikel lempung umumnya terdiri dari

atas lapisanlapisan yang bertumpuk seperti tumpukan kartu. Tumpukan tersebut

terdiri dari lapisan silikat, alumina, dan terdapat di dalamnya gugusan hidrosil serta

logamlogam. Bila tersuspensi di dalam air akan memperbesar jarak antara lapisan

sampai beberapa angstrom, dan ini berarti akan meningkatkan daya mengembang

(swelling) dari lempung tersebut. Jenis lempung yang terbaik yang berkenaan dengan

hal ini adalah jenis Na-montmorilonit. Di dalam air, lempung jenis ini akan



28/78

mengembang sampai lapisanlapisan tersebut terpisah dari kelompoknya dan

membentuk suspensi.

Jarak antar lapisan pada Na-bentonit kering adalah 9,8 , sedangkan pada

Ca-bentonit adalah 12,1 . Pada saat terjadinya hidrasi yang disebabkan oleh udara

yang lembab ataupun suatu kondisi yang berair, maka jarak tersebut akan bertambah.

Pada Ca-bentonit menjadi 17 dan pada Na-bentonit akan bertambah menjadi

17 40 dan selanjutnya, tumpukan tersebut akan berpisah dan membentuk suspensi.

Gambar 2.3menyajikan mekanisme hidrasi dan dispersi pada Ca-bentonit.

Gambar 2.3 Mekanisme Hidrasi dan Dispersi pada Ca-bentonit.

(Figureas F., 1988).

2.3.

Lempung Terpilar (Pillared Inter Layered Clay/ PILC)

Lempung Terpilar (PILC) adalah sebuah kelas yang menarik dari material-material

dengan ukuran pori yang kecil secara 2 dimensi. Oleh karena Lempung Terpilar

(PILC) mempunyai luas permukaan yang tinggi dengan porositas yang tetap, maka

sangat baik digunakan untuk adsorbsi dan sebagai katalis. Sejak pori-pori Lempung

Terpilar (PILC) dapat dilokalisasikan ke dalam daerah pori yang kecil, substrat ini

membentuk sebuah jembatan antara mikropori zeolit pada suatu sisi, dengan padatan

mesopori dan makropori anorganik (seperti silika dan alumina) pada sisi lainnya.



29/78

Sejarah dari Lempung Terpilar (PILC) dimulai pada tahun 1955, namun studi

intensifnya yang pertama dinyatakan sekitar pada tahun 1980. Selama perintisan kerja

ini, kation organik dan pilar organometalik adalah yang terutama digunakan.

Sekarang, kation polioksida anorganik merupakan yang paling baik, karena stabil pada

suhu tinggi. Dengan cara mengubahnya secara alami, ukuran pilar dan porositas, maka

akan didapatkan Lempung Terpilar (PILC) yang berbeda. Pori-porinya

dikombinasikan dengan bahan-bahan antar pilar dengan bahan dasar lempung, sangat

penting dalam berbagai aplikasi seperti adsorbsi gas, reaksi-reaksi katalitik, dan lain

sebagainya.

Preparasi pertama Lempung Terpilar (PILC) menggunakan ion tetra-alkil-

amonium dan menghasilkan lempung yang mengembang yang dapat berfungsi

sebagai penyaring molekuler (molecular sieves) untuk adsorbsi molekular organik.

Montmorilonit yang telah diinterkalasi oleh 1,4-diazobisiklo 2,2,2 oktana ditemukan

memiliki sifat penyaring molekul dan aktivitas katalitik yang baik untuk reaksi

esterifikasi asam karboksilat. Stabilitas thermal lempung organik ini lebih rendah dari

300oC sehingga membatasi penggunaannya sebagai katalis. Kebutuhan dunia industri

terhadap masalah material yang memiliki sifat katalitik berkembang sangat cepat,sehingga memacu munculnya material Lempung Terpilar kation polioksida yang

stabil di atas suhu 600oC.

Preparasi Lempung Terpilar (PILC) atau Cross-Lined Smectite (CLS)

didasarkan pada fenomena mengembang (swelling) yang merupakan sifat khas

smektit. Mengembang (swelling) dimungkinkan terjadi karena lapisan/ layer paralel

dari struktur ini terikat satu sama lain oleh gaya elektrostatik, sehingga ia dapatmengembang oleh penetrasi spesies polar antar lapisannya.

(Cool P., Vansant E.F., 2002).

2.3.1. Prinsip Pilarisasi Lempung Terpilar

Meskipun lempung sangat luas penggunaannya dalam berbagai macam aplikasi

(sebagai katalis, adsorbsi, dan pertukaran ion), kekurangannya adalah mempunyai



30/78

porositas yang tetap. Smektit akan mengembang pada saat terjadi hidrasi, namun pada

saat terjadinya dehidrasi, layer akan terbuka, dan pada permukaan antar layer tidak

akan memungkinkan terjadinya proses kimia.

Untuk menghindari hal tersebut, beberapa peneliti menemukan cara untuk

membuka lapisan-lapisan lempung, yakni dengan memasukkan berupa pilar yang

stabil ke dalam daerah antar lapisan lempung tersebut. Dengan cara tersebut, maka

akan diperoleh volume pori lempung yang tinggi. Lempung Terpilar (PILC)

mempunyai porositas selama terjadinya proses hidrasi dan dehidrasi. Hal ini dapat

dilihat pada gambar 2.4berikut ini:

Gambar 2.4 Hidrasi dan Dehidrasi yang terjadi pada Lempung dan Lempung

Terpilar (PILC). (Occeli M.L., Robson H.E., 1992).

Prinsip pilarisasi ini diperbaharui oleh Barrer dan McLeod yangmenunjukkan porositas yang tetap dalam Montmorilonit, dengan mengganti ion-ion

alkali dengan ion tetraalkil amonium. Selama terjadinya krisis minyak (1973),

Lempung Terpilar (PILC) ini mendapat perhatian khusus para peneliti dalam bidang

katalisis, dimana mereka menemukan Lempung Terpilar (PILC) dengan porositas

tinggi, namun tidak stabil pada suhu tinggi. Untuk menghadapi ketidak stabilan

thermal Lempung Terpilar (PILC) ini, maka Brindley, dan Sempels, serta Vaughan

mulai mengembangkan Lempung Terpilar (PILC) anorganik. Studi pertama yang

sangat mendasar dalam hal Lempung Terpilar (PILC) anorganik ini muncul pada



31/78

akhir tahun 1970an. Tipe Lempung Terpilar (PILC) ini tetap mendapatkan perhatian

sejak ditemukan stabil pada suhu tinggi, di atas 773oK.

Konsep pilarisasi ini pada dasarnya sederhana, dan terdiri atas 2 (dua)

langkah utama. Langkah pertama, kation-kation kecil antar lapisan digantikan dengan

ion-ion yang lebih besar. Langkah kedua (langkah kalsinasi), yakni menempatkan

prekursor kation polioksida anorganik ke dalam lapisan antar lapisan lempung,

stabilisasi terhadap pilar logam oksida, serta mengikatnya secara kuat ke dalam layer-

layer lempung. Konsep pilarisasi ini dapat dilihat pada gambar 2.5berikut ini:

Gambar 2.5 Prinsip Pilarisasi pada Lempung Terpilar (PILC).

(Barrer R.M., 1978).

2.3.2.

Jenis-jenis Agen Pemilar (Prekursor)

Beberapa agen pemilar dapat dilihat pada tabel 2.1di bawah ini:

Tabel 2.1 Beberapa Agen Pemilar

Kelas Contoh

Kation-kation organik Alkil amonium

Dialkil amonium



32/78

Kompleks organologam Co(en)33+

Kompleks M(2,2bipiridin)

Kompleks M(O-penantrolin)

Si(acac)33+

Fe3O(OCOCH3)6CH3COOH+

Senyawa-senyawa kluster logam Nb6Cl12n+,Ta6Cl12

n+ , Mo8Cl84+

Kation-kation polioksida Al13O4(OH)24(H2O)127+

Zr4(OH)8(H2O)168+

(TiO)8(OH)124+

Crn(OH)m(3n-m)+

Garam Fe-hidrolis

Sol-sol oksida Sol TiO2-,TiO2-SiO2

Si2Al4O6(OH)8atau imogolit

Pilar-pilar oksida campuran Fe/Al

Fe/Cr, Fe/Zr

La/Al

GaAl12O4(OH)24(H2O)127+

Cr/AlLaNiOx

(Cool P., Vansant E.F., 2002).

Penggunaan reaktan organik sebagai agen pemilar telah lama dilaporkan oleh

Barrer. Pinnavaia telah melaporkan interkalasi smektit menggunakan kompleks

organometalik, dimana stabilitas struktur mencapai suhu 450oC. Kation logam

hidroksida polinuklear menghasilkan spasi/ jarak yang lebih tinggi, mencapai 15 ,sehingga memiliki stabilitas pada suhu tinggi..

Prinsipnya, berbagai ion bermuatan positif digunakan sebagai agen pemilar.

Interkalasi ion kromium dan titanium menghasilkan lempung dengan ukuran pori yang

besar. Interkalasi menggunakan kation Al-hidroksida telah dipelajari secara

mendalam. Pertama kali digunakan teknik potensiometrik yang memperkirakan

pembentukan oligomer, seperti Al6(OH)153+

atau Al8(OH)204+

. Dengan menggunakansmall-angle X-Ray Scattering, Rausch dan Bale mengusulkan: untuk ratio OH/Al



33/78

antara 1 dan 2,5; formasi spesies polimer [Al13O4(OH)24(H2O)12]7+. Spesies polimer

ini tersusun atas 12 Al oktahedral dan satu pusat Al tetrahedral, seperti pada gambar

2.6berikut ini:

Gambar 2.6 Struktur Spesies Polimer Al13(a), Zr4(b), dan Si8(c).

(Pinnavaia, 1985.

Pada kasus Zirkonil klorida, secara umum disetujui bahwa hidrolisis parsial

garam menghasilkan kation tetrometrik [Zr4(OH)8(H2O)16]8+. Analisis larutan dengan

menggunakan small-angle X-Ray Scattering menunjukkan hal tersebut. Tetromer ini

juga ditemukan sebagai unit struktural padatan. Situasi ini analog dengan kasus Al,

dimana terdapat kemungkinan bahwa kation ini akan menjadi spesies utama dalam

larutan, dengan adanya kompleks logam yang berat molekunya lebih besar.

Pendekatan yang berbeda telah diajukan oleh Lewis dengan menggunakan

senyawa organosilika yang bermuatan positif. Struktur silikat tiga dimensi seperti



34/78

yang ditunjukkan pada gambar di atas dikenal sebagai polihedral oligosilsesquioxanes.

Struktur tersebut terdiri dari skeleton polihedral silikon oksidagen yang mengandung

substituen organik, atau anorganik yang terikat pada atom silikon. Z merupakan

moiety organik yang mengandung spesies kationik (ion amonium, phospin, dan

pirimidin) yang memungkinkan terjadinya pertukaran ion. Selanjutnya, Kalsinasi

terhadap material terinterkalasi akan mendekomposisi senyawa organik dan

membentuk pilar, sehingga struktur layer menjadi lebih stabil. (Plee, 1985).

Di bawah ini akan diberikan gambar2.7 yang menunjukkan beberapa hasil

Lempung Terpilar (PILC) dengan menggunakan agen pemilar (prekursor) yangberbeda.



35/78

Gambar 2.7 Ilustrasi dari beberapa hasil Lempung Terpilar dengan Menggunakan

agen pemilar (prekursor) yang berbeda: Al-PILC (A), Zr-PILC (B),

Ti-PILC (C), dan Fe-PILC (D). (Cool P., Vansant E.F., 2002).

2.3.3. Interkalasi Agen Pemilar

Al-lempung dan Zr-lempung dapat dipertimbangkan sebagai sebuah model, sehingga

preparasinya lebih mendetail, dan diskusinya difokuskan pada kedua sistem ini. Proses

kimia yang terjadi adalah pertukaran ion (Ion Exchanging). Dapat diprediksikan

kemudian bahwa faktor fisika dan kimia akan mempengaruhi derajat pertukaran dan

distribusi kation dalam partikel lempung. Faktor tersebut antar lain: konsentrasi dan

pH larutan, adanya kation lain di satu sisi dan batas difusi di sisi lain.

Secara umum, berbagai spesies ion terdapat dalam larutan, seperti Al137+,,

Al3+

, Al84+

dan H+

. Proses yang terjadi dapat dijelaskan sebagai kompetisi antara ionini dengan kation asli lempung. Selektivitas pertukaran kation dalam silikat tergantung

pada muatan dan ukuran kation. Selektivitas akan tinggi apabila aktion bermuatan

besar, dan laju pertukaran menjadi lebih rendah untuk spesies yang lebih meruah.

Dapat diperkirakan bahwa pada kesetimbangan termodinamik, kation Al137+dan Zr4

8+

akan mengalami pertukaran secara spesifik, meskipun situasi intermediet mungkin

saja berbeda bila kation ini memiliki ukuran yang besar, yang seharusnya dapat

dikeluarkan dari lempung.



36/78

Al dan Zr yang terdapat pada keadaan dasar (steady state) tidak tergantung

pada kondisi eksperimen, kecuali pH yang mengontrol distribusi spesies ionik dalam

larutan. Hal ini dapat diamati dengan membandingkan hasil yang berbeda dalam

literatur, yaitu d(001)spacingdan luas permukaan (surface area).

Distribusi spesies polimer kationik dalam partikel tergantung pada batas

difusi dan kompetisi dengan kation lain, dan hal ini lebih sulit untuk direproduksi,

karena tergantung pada kondisi eksperimen. Pertukaran kation makro Zr dalam

lempung montmorilonit merupakan suatu proses random, seperti ditunjukkan dengan

evolusi garis (001). Inisial sampel adalah sangat kristalin, dan garis (001) pertama

yang melebar dan menurun intensitasnya selama pertukaran ion, selanjutnya

meningkat dan menajam saat derajat pertukaran meningkat.

Luas permukaan juga berpengaruh, yaitu akan menurun apabila ukuran

partikel lempung meningkat. Menarik untuk dicatat bahwa stabilitas thermal dari 2

(dua) sampel yang berbeda dapat dilihat pada tabel 2.2berikut ini:

Tabel 2.2 Evolusi Luas Permukaan 2 (dua) Zr-PILC Kalsinasi pada

Temperatur yang berbeda

Luas Permukaan (m2/g) setelah kalsinasi pada suhuSampel

250oC 500oC 700oC

S 360 260 205

V 280 210 130

Pengaruh distribusi pilar dalam lempung terhadap stabilitas thermal Lempung

Terpilar (PILC) dapat dijelaskan dengan fakta jarak rata-rata antar pilar, sehingga

dapat memfasilitasi sintering, yang tergantung pada distribusi ini. Jadi, dapat



37/78

dihipothesis bahwa stabilitas thermal merupakan determinasi tidak langsung dari

distribusi pilar yang tergantung pada berbagai kondisi eksperimen pertukaran ion.

Secara garis besar, pengaruh temperatur yang digunakan terhadap

penampilan pertukaran ion telah diselidiki oleh Bartley dan Burch. Keduanya

mengamati stabilitas thermal yang lebih baik untuk Zr-lempung yang dipreparasi

melalui refluks terhadap larutan ZrOCl2dengan lempung. (Burch R., 1997).

Kation dari lempung juga menunjukkan beberapa pengaruh, seperti

ditunjukkan pada tabel 2.3 dalam kasus Zr-lempung dan Al-lempung. Pada

Zr-lempung, stabilitas thermal sangat jelas berpengaruh, dan struktur lempung

terinterkalasi rusak pada suhu yang lebih rendah bila padatan dipreparasi dari bentuk

Na-lempung menggunakan jenis lempung yang sama. Pada sampel ini, garis (001)

tidak muncul melalui kalsinasi pada suhu 500oC. Dapat dikatakan, bahwa luas

permukaan sedikit lebih tinggi pada sampel yang dipreparasi dari bentuk Ca-lempung.

Pada kasus Al-lempung, pengaruh kation lempung terhadap tekstur material yang

dihasilkan juga sangat jelas. Difraksi Sinar-X tidak merefleksikan variasi terlalu

banyak, tetapi luas permukaan menunjukkan interkalasi lempung yang lebih baik bilakation lempung memiliki muatan positif yang lebih besar. Pengaruh ini dapat

dijelaskan melalui kompetisi antara kation asal dengan agen pemiliar. Selektivitas

pertukaran kation meningkat dengan meningkatnya muatan, sehingga kompetisi antara

Na+ dengan Al137+ lebih baik atau lebih menguntungkan terhadap inkorporasi Al,

dibandingkan dengan kompetisi antara Ce3+ dengan Al137+. Dengan tidak adanya

kompetisi ion, Al137+ bertukar secara cepat, dan akan bergerak ke pusat partikel.

Penggunaan kompetisi ion, seperti Ce

3+

, akan menurunkan kekuatan adsorbsi dandaya kation Al13

7+ dalam partikel, sehingga menghasilkan distribusi kation yang

homogen dan luas permukaan yang lebih besar.

Tabel 2.3 Pengaruh Kation Asal Lempung terhadap Sifat Tekstur Lempung

Terpilar (PILC) (a)

250oC 400oC / 500oC (b)Kation

Asal

d(001)

(25oC) S d(001) d(001) S



38/78


39/78

2.3.4.1.Lempung Induk

Lempung induk selalu berada dalam bentuk Na-lempung pada saat dipergunakan

sebagai bahan dasar (substrat) untuk pilarisasi. Seperti yang telah diketahui, Na+

sebagai ion penyeimbang muatan menghasilkan hidrasi yang baik, pada gilirannya

akan memfasilitasi proses interkalasi prekursor-prekursor pemilar. Pada lempung alam

yang ukuran fraksinya 2m, juga masih mengandung pengotor-pengotor, dapat dipisahkan secara

sentrifugasi.

Smektit hektorit alam yang dapat diperoleh dari Clay Repository of the Clay

Minerals Society, masih mengandung pengotor karbonat. Untuk menghilangkan

pengotor ini, hektorit tersebut perlu ditambahkan dengan larutan Natrium asetat/ asam

asetat pada pH 4, sehingga pengotor karbonat diubah bentuknya menjadi H2CO3, yang

selanjutnya akan dibebaskan menjadi H2O dan CO2 di dalam larutan. Setelahdipisahkan dari pengotor karbonatnya, hektorit ini kemudian dimasukkan ke dalam

laruran jenuh NaCl, kemudian dicuci dengan air suling untuk menghilangkan ion-ion

kloridanya, sehingga akan diperoleh Na-hektorit. Laponit sintetik yang dapat

diperoleh dariLaporte Inorganicstelah tersedia dalam bentuk Na-laponit yang bebas

dari pengotor-pengotornya.

2.3.4.2.Larutan Pemilar

Larutan pemilar untuk Al dan Zr telah ditemukan. Dalam Metode Lahav,

AlCl3 0,2 M dihidrolisis dengan NaOH 0,2, menghasilkan perbandingan

OH/Al 2,33 pada pH 4. Konsentrasi akhir larutan Al adalah 0,07 M. Proses akhir

dilakukan pada kondisi refluks selama 24 jam.



40/78

Untuk larutan pemilar Zr, digunakan ZrOCl2.8H2O 0,1 M. Proses akhir juga

dilakukan pada kondisi refluks, dan pH larutan akhir didapatkan mendekati 1.

2.3.4.3.Reaksi Pertukaran Ion

Proses Interkalasi dilakukan dengan menambahkan lempung (dalam bentuk tepung

atau suspensi) ke dalam larutan pemilar. Mekanisme ini didasarkan pada proses

pertukaran antara ion-ion Na+ (antar lapisan/ layer lempung) dengan agen pemilar

(prekursor), yaitu ion-ion Al atau Zr.

2.3.4.4.Pencucian dan Pengeringan

Setelah reaksi pertukaran ion, Lempung Terpilar (PILC) dipisahkan dari larutan secara

sentrifugasi, dan mencucinya dengan air demineralisata, untuk membuang larutan

pemilar dan ion-ion Cl-. Sangat penting artinya mencuci Lempung Terpilar (PILC)

tersebut untuk meningkatkan kualitas dari Lempung Terpilar (PILC) itu. Hal inimendukung distribusi homogen pilar antar lapisan/ layer, menghasilkan jarak antar

lapisan lempung meningkat (dari 12 tanpa pencucian menjadi 18 setelah

pencucian).

Pengeringan juga merupakan parameter penting dalam pembuatan Lempung

Terpilar (PILC). Pengeringan yang baik akan menghasilkan Lempung Terpilar (PILC)

dengan Struktur Bangunan Kartu (Card House Structure). Struktur ini terlihat padalempung laponit. Lempung Terpilar (PILC) yang telah kering memiliki mesoporositas

yang tinggi, namun kristalinitasnya rendah.

Beberapa metode telah diajukan untuk mengeringkan produk interkalasi, di

antaranya adalah pengeringan dengan sistem semprot atau diovenkan, dan metode

freeze drying. Pinnavaia membandingkan metode ini dengan mengamati pengaruh

metode yang digunakan terhadap porositas. Pengeringan di udara mengarah pada

produk seperti zeolit yang tidak mengabsordsi 1,3,5-trietil benzen, dengan diameter



41/78

kinetik 9,2 dan 10,4 . Sedangkan lempung yang menggunakan metode freeze

dryingmenunjukkan absorbsi yang besar untuk reaktan terebut, atau memiliki ukuran

porositas yang tinggi. Pengeringan dalam oven dapat memadatkan lempung, sehingga

menjadi sangat teraglumerasi.

2.3.4.5.Kalsinasi

Langkah kalsinasi yang dilakukan pada temperatur 573-773 oK mengubah prekursor

kation polioksida Al dan Zr menjadi pilar-pilar Aluminium oksida dan Zirkonium

oksida. Proses pemanasan sangat diperlukan untuk mendapatkan Lempung Terpilar

(PILC) yang stabil dengan mikroporositas yang permanen, tanpa memperhatikan

fenomena mengembang dan hidrolisis. Selama proses kalsinasi, berlangsung reaksi

dehidrasi dan dehidroksidasi terhadap prekursor pemilar bermuatan yang akan

menghasilkan partikel-partikel oksida yang netral.

Persamaan reaksi dalam kesetimbangan elektrik diperoleh dengan

melepaskan proton selama konversi pada temperatur naik:

[Al13O4(OH)24(H2O)12]7+ 6,5 Al2O3+ 20,5 H2O + 7 H

+

[Zr4(OH)8(H2O)16]8+ 4 ZrO2+ 16 H2O + 8 H

+

2.3.5. Delaminasi

Pada struktur partikulat smektit, lapisannya terpisah dan tidak mempunyai strukturrange yang panjang, sehingga dapat diamati. Efek ini semakin jelas pada dilusi yang

tinggi. Saat pertukaran ion dan pengeringan produk, menghasilkan disordered

structure, yang dikarakterisasi dengan luas permukaan (surface area analyser), dan

tidak adanya garis Difraksi Sinar-X (001) yang dapat dijelaskan sebagai struktur

bangunan kartu (Card House Structure). Produk ini memiliki stuktur makropori yang

dengan mudah mengadsorbsi 1,3,5-trietil benzen dari fase gas. Delaminasi merupakan

sifat yang unuk dari struktur layer, yang memberi tambahan kemungkinanpenyesuaian porositas pada penggunaannya sebagai katalis.



42/78

2.3.6. Modifikasi Lempung Terpilar

Untuk tujuan adsorbsi dan pemisahan, tambahan modifikasi Lempung Terpilar (PILC)

kadang kala sangat diperlukan. Aplikasi ini membutuhkan kapasitas adsorbsi yang

tinggi, selektivitas terhadap molekul-molekul gas, dan kekuatan adsorbsi yang tinggi.

Modifikasi ini dapat dilakukan selama sintesis atau setelah sintesis Lempung Terpilar

(PILC) tersebut.

Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk meningkatkan porositas Lempung

Terpilar/ PILC (dalam hal ini dilakukan modifikasi) adalah dengan cara pra-adsorbsi

dari molekul-molekul awal ke dalam reaksi pertukaran ion dengan agen pemilar

(prekursor). Ion-ion n-alkil amonium lebih dahulu dipertukarkan dengan Na-lempung

dalam suatu massa yang lebih rendah dari massa kapasitas tukar kation (Cation

Exchanged Capacity/ CEC). Sebagai hasilnya, densitas pilar menurun semenjak jarak

antar lapisan/ layer Lempung Terpilar (PILC) bertindak sebagai templet. Selama

proses kalsinasi, molekul-molekul templet organik dibuang, dan diperoleh distribusi

pilar yang homogen.

Heylen et al., melaporkan bahwa luas permukaan (Surface area) dan volume

mikropori pada Lempung Terpilar-Fe (Fe-PILC) yang disintesis (dimodifikasi) dengan

menggunakan Butil amonium sebagai templet adalah 2,5 kali lebih besar jika

dibandingkan dengan Lempung Terpilar-Fe (Fe-PILC) yang tidak dimodifikasi. Suatu

peningkatan yang juga penting dapat dilihat dari kapasitas adsorbsinya terhadap gas

N2, O2, dan CO pada temperatur 194oK, (Peq= 4,5 x 10

4 Pa), telah diteliti pada

Lempung Terpilar-Fe (Fe-PILC) yang disintesis (dimodifikasi) dengan menggunakanButil amonium sebagai templet (BuA-Fe-PILC), dimana didapatkan: kapasitas

adsorbsi untuk gas N2= 0,23 mmol/g; untuk gas O2= 0,17 mmol/g; dan untuk

gas CO= 0,30 mmol/g. Sedangkan pada Lempung Terpilar-Fe (Fe-PILC) yang tidak

dimodifikasi, didapatkan: kapasitas adsorbsi untuk gas N2= 0,00 mmol/g; untuk gas

O2= 0,03 mmol/g; dan untuk gas CO= 0,27 mmol/g.



43/78

2.3.7. Lempung Terpilar versus Lempung Berlapis

Struktur Bangunan Kartu (Card House Structure) biasanya digunakan untuk

menggambarkan struktur lempung berlapis. Hal ini membedakan struktur Face-to-

Face lamelar pada Lempung Terpilar (PILC) yang menyerupai struktur kue dadar.

Struktur kedua lempung ini dapat dilihat pada gambar 2.8berikut ini:

Gambar 2.8 Struktur Lempung Terpilar/ PILC (kiri), dan Struktur Lempung

Berlapis

2.3.8. Aplikasi dari Lempung Terpilar

Aplikasi utama dari Lempung Terpilar (PILC) adalah pada bidang Katalitik dan

Adsorpsi. Sifat Keasaman (Acidity) Lempung Terpilar (PILC) sangat penting dalammengontrol reaksi katalitik. Lempung Terpilar (PILC) menunjukkan sifat keasaman

Lewis, dan juga Bronsted-Lowry. Pilar yang terdapat pada Lempung Terpilar (PILC)

adalah sumber utama untuk sifat keasaman Lewis, sementara gugus Hidroksida (OH)

yang terdapat pada Lempung Terpilar (PILC) tersebut menyumbangkan sifat

keasaman Bronsted-Lowry. Pada Lempung Terpilar yang mengandung kation Al3+

yang berkoordinasi 3 dan tersubstitusi untuk Si4+ dalam lapisan T (T-layer), Al3+

bertindak sebagai Asam Lewis. Namun, ketika hidrasi terjadi (dalam Lempung



44/78

Terpilar/ PILC tersebut), Al3+ diubah ke bentuk Al terkoordinasi oktahedral oleh

keasaman Bronsted-Lowry.

Beberapa reaksi yang dikatalisis oleh asam yang terkandung dalam Lempung

Terpilar (PILC) di antaranya:

Pemecahan Kumene (Cumene Cracking) dilakukan sebagai reaksi pengujian

terhadap keasaman Bronsted-Lowry.

Oligomerisasi poli-propilen dikatalisis oleh bagian Asam Lewis pada

montmorilonit terpilar-Al (Al-pillared Montmorillonite).

Pada Reaksi Disproporsionasi terhadap Trimetil benzen yang mungkin akan

menghasilkan Durene (1,2,4,5- tetrametil benzen), bagian Asam Lewis pada

Lempung Terpilar (PILC) mengkatalisis reaksi ini, sementara dalam reaksi

isomerisasi Trimetil benzen (Reaksi samping), bagian Asam Bronsted-Lowry

pada Lempung Terpilar (PILC) juga ikut berperan.

Pada proses pemisahan gas N2, dan O2 dari udara yang dilakukan melalui

destilasi kriogenik dan melalui adsorpsi tekanan putar (Pressure Swing Adsorption/

PSA), penggunaan Lempung Terpilar (PILC) sebagai alternatif juga menarik sebagai

penyaring molekul Carbon, dan Lempung Terpilar (PILC) ini digunakan sebagaiadsorben dalam teknik PSA ini. Kapasitas dan selektivitas terhadap komponen-

komponen udara adalah sifat Lempung Terpilar (PILC) yang sangat berguna dalam

aplikasi adsorpsi gas.

2.4. Proses Etsa (Etching)terhadap Silikon

Untuk material-material semikonduktor, pengetsaan kimia secara basah biasanyaberlangsung melalui oksidasi, yang diikuti dengan penguraian oksida dalam suatu

reaksi kimia. Untuk Silikon, bahan pengetsa (etchants) yang lazim digunakan adalah

campuran antara, Asam fluorida (HF), Asam Nitrat (HNO3), dan Asam Asetat

(CH3COOH). Reaksi berlangsung dengan mengubah Silikon dari keadan teroksidasi

ke tingkat oksidasi yang lebih tinggi:

Si + 2 h Si2+ (a)



45/78

Dalam reaksi oksidasi ini, dibutuhkan lubang (h+). Oksidator utama dalam pengetsaan

semikonduktor adalah ion OH-, dimana ion OH- tersebut dihasilkan dari reaksi

disosiasi air (H2O):

H2O OH- + H+ (b)

Si2+dalam reaksi (a)bereaksi dengan OH-, menghasilkan:

Si2+ + 2 OH- Si(OH)2 (c)

Kemudian, akan membebaskan Hidrogen untuk membentuk SiO2:

Si(OH)2 SiO2 + H2 (d)

Asam fluorida (HF) digunakan untuk melarutkan SiO2:

SiO2 + 6 HF H2SiF6 + H2O (e)

Dimana H2SiF6dapat larut dalam air.

Lubang (h+)dalam reaksi (a)dihasilkan dari suatu reaksi autokatalitik yang

dapat dijelaskan sebagai berikut: dalam reaksi antara HNO2dengan HNO3dalam air,akan dihasilkan:

HNO2 + HNO3 2 NO2- + 2 h+ + 2 H2O (f)

2 NO2- + 2 H

+ 2 HNO2 (g)

HNO2yang dihasilkan dalam reaksi (g) akan kembali bereaksi dalam reaksi

(f), sehingga didapatkan reaksi akhir (overall reaction) sebagai berikut:

Si + HNO3 + 6 HF H2SiF6 + HNO2 + H2O + H2 (h)

Tabel 2.4 berikut ini memperlihatkan beberapa jenis bahan pengetsa(etchants) lainnya untuk semikonduktor dari bahan Silikon (Si):

Tabel 2.4 Beberapa Jenis Bahan Pengetsa (etchants) untuk Semikonduktor dari

Bahan Silikon (Si)

No. Formula Nama

1. 1 ml HF, 1 ml C2O3(5M) Sirtl

2. 1 ml HF, 3 ml HNO3, 1 ml CH3COOH Dash

3. 2 ml HF, 1 ml K2Cr2O7 (0.15M) Secco



46/78

2 ml HF, 1 ml Cr2O3 (0.15M) Secco

4. 200 ml HF, 1 HNO3

5. 60 ml HF, 30 ml HNO3

60 ml H20

60 ml CH3COOH, 30 ml

(1g CrO3dalam 2 ml H20)

Jenkins

Wright

6. 2 ml HF, 1 ml HNO3, 2 ml AgNO3 (0.65M

dalam H20)

Silver

7. 5 g H5IO6, 5 mg KI dalam 50 ml H2O, 2 ml HF Sponheimer

Mills

8. Shipley 112

9. 6 ml HF, 19 ml HNO3

10. (150g/l 1.5M, CrO3dalam H20) dan HF 1:1 Yang

11. 600 ml HF, 300 ml HNO328g Cu(NO3)2, 3 ml H20 Copper Etch

12. 1000 ml H2O, 1 ml (1.0N) KOH, 3.54g KBr,

708g KbrO3

13. 55g CuSO4, SH20, 950 ml H20, 50 ml HF Copper

Displacement

14. 1 ml HF, 3 ml HNO3 White

15. 3 ml HF, 5 ml HNO3, 3 ml CH3COOH CP-4

16a.

16b.

16c.

16d.

25 ml HF, 18 ml HNO3,

5 ml CH3COOH/ 1g Br2

10 ml H20, 1g Cu(NO3)2

100 ml HF; 1 ml dalam 5 ml HNO3

50 ml Cu(NO3)2; 1 ml dalam 2 ml HF

4% NaOH + 40 NaClO hingga H2habis dari Si

SD1

17. 300 ml HNO3, 600 ml HF 2 ml Br2, 24g Cu(NO3)2

larutkan 10:1 dengan H2O

Sailer

18. a) 75g CrO3 dalam 1000 ml H2O (bagian 1).

Campurkan (bagian 1) dengan 48% HF

Schimmel



47/78

(bagian 2)

b) Campurkan (bagian 1) dengan (bagian 2) ke

dalam 1.5 bagian H2O

19. 5g H5IO6, 50 ml H2O, 2 ml HF, 5mg KI Periodic HF

www.virginiasemi.com, [email protected]

2.5.

Mikroskop Elektron Payaran (SEM)

Struktur permukaan suatu benda uji dapat dipelajari dengan menggunakan mikroskop

elektron payaran, karena jauh lebih mudah untuk mempelajari struktur permukaan ini

secara langsung.

Dengan berkas sinar elektron difokuskan ke suatu titik dengan diameter

sekitar 100 dan digunakan untuk melihat permukaan dalam suatu layar. Elektron-

elektron dari benda uji difokuskan dengan suatu elektroda elektrostatik pada suatu alat

http://www.virginiasemi.com/mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]://www.virginiasemi.com/


48/78

pemantul yang dimiringkan. Sinar yang dihasilkan diteruskan melalui suatu pipa sinar

pantulan ke suatu alat pembesar foto dan sinyal yang dapat digunakan untuk

memodulasikan terangnya suatu titik osiloskop yang melalui suatu layar dengan

adanya persesuaian dengan berkas sinar elektron pada permukaan benda uji

(Gambar 2.9). Gambaran yang diperoleh pada layar osiloskop sama dengan

gambaran optik, dan biasanya benda uji digeser ke arah kolektor pada sudut kecil 30o

terhadap horizontal, untuk alat yang umum dipakai.

Sebagai pengertian awal, mikroskop elektron payaran menggunakan

hamburan balik elektron-elektron (dengan E = 30 kV, yang merupakan energi datang),

dan elektron-elektron sekunder (dengan E = 100 eV) yang dipantulkan dari benda uji.

Gambar 2.9 Pemencaran elektron-elektron yang datang oleh lempengan tipis

dengan spesimen yang bulky ditransmisikan, berkas yang dipencarkan

secara elastis dan inelastis diserap.

Karena elektron-elektron sekunder mempunyai energi yang lebih rendah,maka elektron-elektron tersebut dapat dibelokkan membentuk sudut dan menimbulkan

bayangan topografi. Intensitas dari hamburan balik elektron-elektron yang cenderung

tertimbun karena dengan energinya yang lebih tinggi, maka tidak mudah untuk

dikumpulkan oleh sistem kolektor normal seperti yang digunakan pada elektron

mikroskop payaran. Jika elektron-elektron sekunder terkumpul, maka kisi di depan

detektor akan mengalami kemiringan sekitar 200 eV. (Smallman, 1991).



49/78

BAB III

BAHAN DAN METODE PENELITIAN

3.1. Alat-alat

1. Neraca Analitis Metler P.M. 400

2. Alu dan Mortir

3. Gelas Beaker Pyrex

4. Labu Erlenmeyer Pyrex

5. Spatula

6. Ayakan 400 Mesh

7. Labu Takar Pyrex

8. Hot Plate Fisher

9. Alat Tanur Fisher

10.Gelas Ukur Pyrex

11.Gelas Ukur Plastik12.Pipet Tetes Plastik

13.Pengaduk Plastik

14.Wadah Plastik

15.SEM (Scanning Electron Microscope)

16.Surface Area Analyser

3.2. Bahan-bahan

1. Bentonit Alam Malaysia

2. NaCl(s)

3. H2SO4(p) p.a. Merck

4. FeCl3. 6 H2O(s)

5. Aquadest

6. Aqua Bidestilata



50/78

7. HF p.a. Merck

8. HNO3 p.a. Merck

9. CH3COOH (glasial) p.a. Merck

3.3. Pembuatan Reagensia

3.3.1. Pembuatan Larutan NaCl 1 M

1. Ditimbang dengan tepat sebanyak 14,61 g NaCl(s), dimasukkan ke dalam

labu takar 250 ml.

2. Dilarutkan dengan aquadest sampai garis tanda, kemudian dihomogenkan.

3.3.2. Pembuatan Larutan NaCl 6 M

1. Ditimbang dengan tepat sebanyak 87,66 g NaCl(s), dimasukkan ke dalam

labu takar 250 ml.2. Dilarutkan dengan aquadest sampai garis tanda, kemudian dihomogenkan.

3.3.3. Pembuatan Larutan NaCl Jenuh

1. Dimasukkan sebanyak 250 ml Aquadest ke dalam gelas beaker.

2. Kemudian dimasukkan NaCl(s)sambil diaduk sampai didapatkan LarutanNaCl Jenuh.

3.3.4. Pembuatan Larutan H2SO41 M

1. Diukur dengan tepat sebanyak 13,60 ml H2SO4(p), dimasukkan ke dalam

labu takar 250 ml.




51/78

3.3.5. Pembuatan Larutan FeCl31 M

1. Ditimbang dengan tepat sebanyak 67,57 g FeCl3. 6 H2O(s),dimasukkan ke

dalam labu takar 250 ml.


3.3.6. Pembuatan Larutan Bahan Pengetsa (Etchants)

1. Disediakan wadah plastik yang bersih.

2. Diukur dengan tepat sebanyak 3 ml HF (p), dimasukkan ke dalam wadah

plastik.

3. Ditambahkan sebanyak 5 ml HNO3 (p), sambil diaduk.

4. Ditambahkan sebanyak 3 ml CH3COOH (glasial), sambil diaduk.

5. Dalam pembuatan larutan bahan pengetsa ini, semua peralatan yang

digunakan harus terbuat dari bahan plastik, jangan terbuat dari bahan

gelas/ kaca, karena dalam pembuatan larutan bahan pengetsa ini digunakan

HF yang dapat melarutkan gelas/ kaca.

3.4. Prosedur Penelitian

3.4.1. Pengambilan Sampel Bentonit

Bentonit alam Malaysia dihaluskan dan diayak dengan menggunakan

ayakan 400 mesh. Bentonit yang telah halus tersebut diambil sebanyak 5 g untukdianalisis dengan foto SEM (Scanning Electron Microscope) dan Surface Area

Analyser. Sisanya digunakan dalam pembuatan Bentonit Terpilar-Fe2O3berikutnya.

3.4.2. Pembuatan Bentonit Terpilar-Fe2O3

Bentonit dengan kehalusan 400 mesh diambil sebanyak 75 g, kemudian direndam

dalam 250 ml larutan NaCl 1 M selama 7 hari, dimana setiap 2 hari,



52/78

larutan NaCl 1 M diganti dengan larutan NaCl 1 M yang baru. Kemudian, endapan

dipisahkan dari larutannya dengan cara dekantasi. Selanjutnya, endapan tersebut

direndam lagi dalam 250 ml larutan NaCl 6 M selama 2 hari. Kemudian, endapan


direndam lagi dalam 250 ml larutan NaCl jenuh selama 7 hari, dimana setiap 2 hari,

larutan NaCl jenuh diganti dengan larutan NaCl jenuh yang baru. Kemudian, endapan


dicuci dengan 250 ml Aqua Bidestilata untuk menghilangkan sisa ion kloridanya,

kemudian dikeringkan di bawah sinar matahari. Bentonit ini disebut Na-bentonit.

Selanjutnya, Na-bentonit tersebut direndam dalam 250 ml larutan H2SO41 M selama

1 hari, kemudian didekantasi. Endapan dikeringkan di bawah sinar matahari.

Selanjutnya, endapan tersebut direndam dalam 250 ml larutan FeCl3 1 M selama

1 hari, kemudian didekantasi. Endapan dicuci dengan 250 ml Aqua Bidestilata untuk

menghilangkan sisa ion kloridanya, kemudian dikeringkan di bawah sinar matahari.

Selanjutnya, endapan tersebut dibagi ke dalam 3 bagian. Bagian 1 ditanur (kalsinasi)

pada suhu 400oC, Bagian 2 ditanur (kalsinasi) pada suhu 450oC, dan Bagian 3 ditanur

(kalsinasi) pada suhu 500oC. Proses kalsinasi ini menghasilkan

Bentonit Terpilar-Fe2O3. Bentonit Terpilar-Fe2O3 yang telah dikalsinasi pada suhu400oC, 450oC, dan 500oC tersebut masing-masing dibagi lagi ke dalam 2 bagian.

Masing-masing Bagian 1 untuk dianalisis dengan foto SEM (Scanning Electron

Microscope) dan Surface Area Analyser, dan masing-masing Bagian 2 digunakan

untuk Pengetsaan berikutnya.

3.4.3.

Pengetsaan Bentonit Terpilar-Fe2O3

3.4.3.1. Pengetsaan Bentonit Terpilar-Fe2O3yang dikalsinasi pada suhu 400oC.

Bentonit Terpilar-Fe2O3 yang dikalsinasi pada suhu 400oC diambil sebanyak 5 g,

kemudian dimasukkan ke dalam wadah plastik. Selanjutnya ditambahkan Larutan

Pengetsa (Campuran antara: 3ml HF(p) + 5ml HNO3 (p) + 3ml CH3COOH (glasial) ).

Kemudian diaduk dengan menggunakan pengaduk plastik selama 10 menit. Setelah

10 menit, endapan dipisahkan dari larutannya dengan cara dekantasi menggunakan



53/78

pipet tetes plastik. Endapan yang diperoleh dinetralkan pH-nya dengan menggunakan

Aqua Bidestilata, kemudian didekantasi menggunakan pipet tetes plastik. Endapan

yang diperoleh ditanur pada suhu 400oC selama 1 jam. Kemudian hasilnya dianalisis

dengan foto SEM (Scanning Electron Microscope)dan Surface Area Analyser.





Kemudian diaduk dengan menggunakan pengaduk plastik selama 10 menit. Setelah

10 menit, endapan dipisahkan dari larutannya dengan cara dekantasi menggunakan









Kemudian diaduk dengan menggunakan pengaduk plastik selama 10 menit. Setelah10 menit, endapan dipisahkan dari larutannya dengan cara dekantasi menggunakan







54/78

3.5. Bagan Penelitian

3.5.1. Pengambilan Sampel Bentonit

100 g Bentonit Alam

dihaluskandiayak dengan menggunakan ayakan 400 mesh

Bentonit dengan Kehalusan 400 mesh

diambil 5 g

Sisa Bentonit dengan Kehalusan 400 mesh 5 g Bentonit dengan Kehalusan 400 mesh

dikarakterisasi

- SEM- Surface

Area

Analyser



55/78

3.5.2. Pembuatan Bentonit Terpilar-Fe2O3

75 g Bentonit (400 mesh)

direndam dalam 250 ml larutan NaCl 1 M selama 7 hari,setiap 2 hari larutan NaCl 1 M diganti dengan cara dekantasi

Endapan Filtrat

direndam dalam 250 ml larutan NaCl 6 M selama 2 harididekantasi

Endapan Filtratdirendam dalam 250 ml larutan NaCl jenuh selama 7 hari,setiap 2 hari larutan NaCl jenuh diganti dengan cara dekantasi

Endapan Filtratdirendam dalam 250 ml Aqua Bidestilatadidekantasi

Endapan Filtratdikeringkan di bawah sinar matahari

dikarak-

terisasi

dikarak-

terisasi

dikarak-

terisasi

Na-Bentonitditambahkan 250 ml larutan H2SO4 1 Mdiadukdidiamkan selama 1 harididekantasi

Endapan Filtrat

dikeringkan di bawah sinar matahari

Endapan ditambahkan 250 ml larutan FeCl3 1 Mdiadukdidiamkan selama 1 harididekantasi

Endapan Filtratdirendam dalam 250 ml Aqua Bidestilatadidekantasi

FiltratEndapandikeringkan di bawah sinar mataharidibagi ke dalam 3 bagian

Bentonit Terpilar-Fe2O3 Bentonit Terpilar- Fe2O3 Bentonit Terpilar- Fe2O3

dibagi ke dalam 2bagian



Bagian 2.A Bagian 2.B Bagian 3.BBagian 1.A Bagian 1.B Bagian 3.A

untuk

peng-etsa-anselan-utnya

untuk

peng-etsa-anselan-utnya

untuk

peng-etsa-anselan-

Bagian 2 Bagian 3Bagian 1

utnya

ditanur (kalsinasi)pada suhu 400oCselama 5 jam



- SEM- Surface

Area

Analyser

- SEM- Surface

Area

Analyser

- SEM- Surface

Area

Analyser



56/78

3.5.3. Pengetsaan Bentonit Terpilar-Fe2O3

3.5.3.1. Pengetsaan Bentonit Terpilar-Fe2O3yang Dikalsinasi pada Suhu 400oC

5 g Bentonit Terpilar-Fe2O3Bagian 1.B.

dimasukkan ke dalam wadah plastikditambahkan campuran:( 3 ml HF (p)+ 5 ml HNO3 (p) + 3 ml CH3COOH (glasial))diaduk selama 10 menit dengan pengaduk plastikdidekantasi dengan menggunakan pipet tetes plastik

ditambahkan Aqua Bidestilata sampai pH = 7didekantasi dengan menggunakan pipet tetes plastik

Endapan Filtrat

ditanur pada suhu 400 C selama 1 jam

Endapan Filtrat

Endapan

dikarakterisasi

- SEM

- SurfaceArea

Analyser



57/78





Endapan Filtrat


Endapan Filtrat

Endapan

dikarakterisasi

- SEM- Surface

Area

Analyser



58/78





Endapan Filtrat


Endapan Filtrat

Endapan

dikarakterisasi

- SEM- Surface

Area

Analyser



59/78

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1.Hasil Penelitian

4.1.1. Foto SEM (Scanning Electron Microscope) dan Data Surface AreaAnalyser untuk Bentonit Alam

Hasil Analisis Foto SEM untuk Bentonit Alam dapat dilihat pada Gambar 4.1berikut

ini:

Gambar 4.1 Foto SEM untuk Bentonit Alam

Sementara Luas Permukaan (Surface Area) untuk Bentonit Alam didapatkan:

83,3018 m2/g (Data A).

4.1.2. Foto SEM (Scanning Electron Microscope) dan Data Surface AreaAnalyser untuk Bentonit Terpilar-Fe2O3



60/78

4.1.2.1. Foto SEM (Scanning Electron Microscope) dan Data Surface AreaAnalyser untuk Bentonit Terpilar-Fe2O3 yang dikalsinasi

pada suhu 400oC

Hasil Analisis Foto SEM untuk Bentonit Terpilar-Fe2O3yang dikalsinasi pada suhu

400oC dapat dilihat pada Gambar 4.2berikut ini:

Gambar 4.2 Foto SEM untuk Bentonit Terpilar-Fe2O3 yang dikalsinasi pada suhu

400

o

C

Sementara Luas Permukaan (Surface Area) untuk

Bentonit Terpilar-Fe2O3 yang dikalsinasi pada suhu 400oC didapatkan:

86,8939 m2/g (Data B).

4.1.2.2. Foto SEM (Scanning Electron Microscope) dan Data Surface AreaAnalyser untuk Bentonit Terpilar-Fe2O3 yang dikalsinasi

pada suhu 450oC



61/78

Hasil Analisis Foto SEM untuk Bentonit Terpilar-Fe2O3yang dikalsinasi pada suhu

450oC dapat dilihat pada Gambar 4.3berikut ini:

Gambar 4.3 Foto SEM untuk Bentonit Terpilar-Fe2O3 yang dikalsinasi pada suhu

450oC

Sementara Luas Permukaan (Surface Area) untuk

skripsi bentonit

Documents