1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

Semburan Lapindo atau Lumpur Sidoarjo, adalah peristiwa menyemburnya

lumpur panas di lokasi pengeboran Lapindo Brantas Inc di Dusun Balongnongo

Desa Renokenongo, Kecamatan Porong, Kabupaten Sidoarjo, Jawa Timur, sejak

tanggal 29 Mei 2006. Semburan lumpur panas yang telah terjadi selama 4 tahun ini

menyebabkan tergenangnya kawasan pemukiman, pertanian, dan perindustrian di tiga

kecamatan di sekitarnya, serta mempengaruhi aktivitas perekonomian di Jawa Timur

(Wibisono, 2006).

Lumpur Lapindo memiliki kandungan beberapa oksida, antara lain SiO2,

Al2O3, Fe2O3, TiO2, CaO, MgO, Na2O, K2O dan SO2 dengan kandungan Alumina

(Al2O3) sebesar 18,27%, hal ini didasarkan pada penelitian Aristianto (2006).

Gunradi dan Joko (2007) juga telah melakukan penelitian yang sama terhadap lumpur

Lapindo, bahwa Al2O3 digolongkan sebagai major elemen, karena kadungan Al2O3

sebesar 17,08 18,95%. Setyowati (2007) memanfaatkan tingginya kadar silika

dalam lumpur lapindo sehingga sangat mendukung untuk digunakan sebagai bahan

pembuatan keramik dan genteng keramik.

Uji coba pemanfaatan lumpur Lapindo sebagai bahan keramik telah dilakukan

juga oleh Satria (2010). Lumpur terlebih dahulu diekstrak dengan aquades agar

garam-garam larut air dapat dihilangkan kemudian dibuat keramik. Keramik juga

dibuat dari lumpur tanpa perlakuan ekstraksi, kemudian dicetak di dalam cetakan

2

berbentuk silinder berdiameter 0,8 cm dan tinggi 1,5 cm. Keramik kemudian

dikalsinasi hingga suhu 1200 oC dengan kenaikan suhu secara bertahap. Pemanasan

secara bertahap dimaksudkan agar pengeringan dan pelepasan molekul air pada

sampel keramik lebih merata, sehingga mengurangi kerusakan atau keretakan pada

keramik sebelum memadat dan mengeras, kemudian keduanya dibandingkan. Hasil

uji kekerasan dan densitas menunjukkan nilai lebih tinggi bila lumpur diekstraksi

terlebih dahulu. Dilihat dari kandungan mineralnya maka lumpur Lapindo bisa

dijadikan kandidat bahan untuk pembuatan keramik berpori.

Saat ini keramik berpori dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, antara lain

sebagai penyokong katalis, pemurnian air, filtrasi (udara, gas dan cairan), dan

sebagainya. Nainggolan (2008) membuat keramik berpori dengan bahan organik

berupa cangkang kelapa sebagai aditif atau cetakan pori. Keramik yang dibuat

dimanfaatkan sebagai filter gas buang kendaraan. Bahan organik ini ditambahkan ke

dalam bahan dasar keramik berupa clay dan feldspar kemudian dicetak dengan

ukuran diameter 2,19 cm dan tinggi 1,30 cm. Hasil peneltian ini menunjukkan bahwa

semakin banyak bahan organik yang ditambahkan akan meningkatkan porositas dan

menurunkan densitas dari keramik. Tak jauh berbeda dengan penelitian Subiyanto

(2003) yang meneliti pengaruh suhu sintering dalam proses pembentukan ikatan

dalam keramik. Suhu sintering bervariasi mulai dari suhu 900 oC, 1000

oC, 1100

oC

dan 1200 oC. Karakter struktur mikro dan kekuatan keramik yang baik diperlihatkan

oleh suhu sinter 1200 oC.

Pembuatan dan penelitian tentang keramik berpori dengan metode yang

berbeda antara lain dilakukan oleh Manap (2010). Manap membuat keramik dari

3

bahan alam yaitu sekam padi dan ragi sebagai cetakan pori. Sekam padi sebelum ke

tahap selanjutnya ditanur pada suhu 900 oC hingga berbentuk abu. Dengan

kandungan silika yang tinggi, abu sekam padi dijadikan precursor dalam pembuatan

keramik berpori. Proses selanjutnya adalah kalsinasi dengan pemanasan bertingkat

dengan berbagai rentang suhu. Pemanasan ini bertujuan untuk melihat pengurangan

campuran organik secara bertahap serta karakter pori yang terbentuk dari setiap tahap

pemanasan (Rungrodnimitchai dkk, 2009).

Bahan organik yang digunakan sebagai cetakan pori dalam penelitian ini

adalah tanin. Tanin merupakan senyawa polifenol dari golongan flavonoid yang

merupakan hasil dari metabolit sekunder tumbuhan. Beberapa tumbuhan yang

mengandung tanin adalah jenis bakau-bakauan atau jenis-jenis dari Hutan Tanaman

Industri seperti akasia (Acacia sp), ekaliptus (Eucalyptus sp), pinus (Pinus sp) dan

sebagainya. Selain itu tanin juga terdapat dalam tanaman teh (Risnasari, 2002).

Wasrin (2000) memanfaatkan tanin dari kulit kayu Acacia decurrens sebagai bahan

perekat dalam pembuatan papan serat. Tanin terbaik sebagai perekat diperoleh dari

ekstraski serbuk kulit kayu selama 3 jam pada suhu 80 oC. keteguhan papan serat

yang dihasilkan memenuhi persyaratan British Standard.

Dari beberapa uraian di atas maka dalam penelitian ini dibuat keramik berpori

dari lumpur Lapindo dengan tanin sebagai cetakan pori. Pemilihan tanin karena selain

memiliki ukuran molekul besar dengan berat molekul yang mencapai angka 3000

sampai 20000 juga karena bisa berperan sebagai perekat. Kemampuan tanin sebagai

perekat ini diharapkan mampu mengikat butiran partikel lumpur lapindo menjadi

lebih stabil dan mudah untuk dicetak dan disintering. Ketika disintering dengan suhu

4

bertahap, tanin akan mulai terdekomposisi pada suhu 300 oC dan pada suhu 800

oC

ikatan C-H pada gugus fenolik terputus (Sumin dkk, 2002). Pada proses ini tanin

akan terurai dan meninggalkan pori pada keramik yang dibuat dari lumpur Lapindo.

Penelitian ini mengkaji variasi penambahan tanin terhadap ukuran pori dan

kekerasan yang terbentuk. Keramik yang dihasilkan selanjutnya dikarakterisasi

berupa susut bakar, uji densitas, diameter pori, gambar mikro penampang pori, uji

difraksi sinar-X, uji kekerasan keramik, dan uji asam Bronsted.

1.2.Rumusan Masalah

Dari latar belakang yang telah diuraikan, rumusan masalah yang diajukan

adalah sebagai berikut:

1. Bagaimanakah pengaruh penambahan tanin sebagai cetakan pori terhadap

karakter fisik dan kimia keramik berpori yang dibuat dari lumpur Lapindo?

2. Bagaimanakah pengaruh pemanasan bertahap terhadap oksidasi bahan organik

tanin sebagai cetakan pori pada keramik berpori dari lumpur Lapindo?

1.3.Batasan Masalah

Adapun batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Sampel lumpur Lapindo diambil di bagian pinggir tanggul di Desa Siring

Kecamatan Porong.

2. Tanin yang digunakan sebagai cetakan pori adalah bahan murni.

3. Ekstraksi pengurangan senyawa garam-garam larut air dengan metode yg telah

dilakukan oleh Satria (2011).

5

4. Variasi penambahan tanin sebagai cetakan pori dengan batasan 0% sampai 40%

dengan interval 10%.

5. Pemanasan bertahap atau suhu sintering mulai dari suhu 28 oC sampai dengan

1200 oC untuk masing-masing sampel dengan variasi tanin yang berbeda.

6. Karakterisasi keramik berpori lumpur Lapindo meliputi analisa XRF, uji DTA,

susut bakar, uji densitas, uji diameter pori, gambar mikro penampang pori, uji

difraksi sinar-X, uji kekerasan keramik, dan uji asam Bronsted.

1.4.Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian yang dilakukan adalah:

1. Mengetahui pengaruh variasi penambahan tanin dalam batasan 0% sampai 40%

dengan interval 10% terhadap karakter fisik yang meliputi susut bakar, densitas,

diameter pori, dan kekerasan, serta sifat kimia keramik yang meliputi asam

Bronsted.

2. Mengetahui pengaruh pemanasan bertahap mulai dari suhu 28 oC hingga 1200 oC

terhadap bahan organik tanin sebagai cetakan pori untuk masing-masing sampel

keramik dengan batasan 0% sampai 40%, dilihat dari penurunan massa serta

gambar mikro penampang pori setelah sintering.

6

1.5.Manfaat Penelitian

Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Pemanfaatan lumpur Lapindo sebagai bahan pembuatan keramik berpori dan

tanin sebagai catakan pori.

2. Memperoleh informasi tentang karakter fisik dan kimia keramik berpori yang

dibuat dari lumpur Lapindo dengan tanin sebagai cetakan pori.

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Sifat Kimia dan Fisika Lumpur Lapindo

Pada tahun 2006 lumpur mulai menyembur di daerah Porong, Sidoarjo.

Lumpur panas yang keluar dari perut bumi memiliki volume sangat besar yang keluar

menimbulkan berbagai dampak buruk pada kehidupan sosial, ekonomi dan kesehatan

masyarakat Sidoarjo pada khususnya. Penelitian oleh Balai Besar Keramik telah

dilakukan untuk mengetahui komponen kimia dari lumpur Porong. Detailnya dapat

dilihat pada Tabel 2.1

Tabel 2.1. Prosentase komposisi Lumpur Kering didapatkan dengan analisa

kimia (Balai Besar Keramik)

Oksida Prosentase Oksida Prosentase Oksida Prosentase

SiO2 53.08 Na2O 2.97 P2O5 -

Al2O3 18.27 K2O 1.44 SO3 -

Fe2O3 5.6 TiO2 0.57 SO2 2.96

CaO 2.07 MgO 2.89 Senyawa lain 10.15

2.1.1. Sifat Kimia Lumpur Lapindo

Berbagai penelitian mengenai unsur yang terkandung dalam lumpur Lapindo

telah dilakukan, antara lain oleh Aristianto (2006) dan Joko (2007). Selain itu

Seminar Nasional Teknik Kimia (SNTK) juga menyajikan hasil penelitian pada 2009

mengenai kandungan unsur lumpur Lapindo.

8

Tabel 2.2. Kandungan Unsur-Unsur Lumpur Lapindo Menggunakan AAS

(Seminar Nasional Teknik Kimia, 2009)

No Parameter Hasil Pengukuran (ppm)

1 Al 138.098,427

2 Ca 1.175,506

3 Cr 14,377

4 Mn 653,846

5 Pb 105,169

6 Si 236.817,104

7 Zn 330,927

Triwulan dkk (2007) melakukan penelitian komposisi kimia yaitu kandungan

oksida dan logam. Hasilnya menunjukkan kecenderungan bahwa semakin tinggi

kadar silikanya maka kadar aluminanya akan semakin rendah. Dengan tingginya

kadar alumina (Al2O3 sekitar 19%) dapat dipastikan lumpur Lapindo mengandung

mineral feldspar. Disamping mengandung oksida silika dan alumina, lumpur Lapindo

juga mengandung besi oksida sekitar 4,95 6,02% dan menunjukkan kehadiran

serpih merah (red shales). Hal ini akan menjadi tidak normal apabila kandungan

besinya melebihi 12%. Dengan tingginya kandungan alumina dan silika dalam

lumpur Lapindo, maka dapat dijadikan sebagai bahan pembuat keramik. Garam-

garam sederhana yang bukan merupakan komponen utama keramik juga merupakan

bagian dari lumpur Lapindo yang telah dilaporkan oleh United Nations tahun 2006

(Tabel 2.3).

9

Tabel 2.3. Komposisi Garam-Garam dalam Lumpur Lapindo

(United Nations, 2006)

Sample Name Cl

-

(mg/L)

NH4+

(mg/L)

NO3-

(mg/L)

SO42-

(mg/L)

PO4

(mg/L)

Mud 2 624,9 4,48 0,000 0,224 0,299

Mud 3+4 mix 876,9 5,96 0,000 6,308 0,0466

Mud 5+6 mix 1264,8 6,765 0,000 17,721 0,0218

Soil 7 5,1 0,061 0,064 11,023 1,3449

Soil 8 7,7 0,101 0,643 13,685 1,4397

2.1.2. Sifat Fisika Lumpur Lapindo

Agustanto (2007) melakukan pengujian berat jenis lumpur Lapindo yang

menunjukkan bahwa lumpur Lapindo memiliki berat jenis berkisar antara 1,24 1,37.

Hasil ini menunjukkan bahwa lumpur Lapindo tergolong cukup berat karena adanya

kandungan berbagai oksida karena oksida silika, kalsium, natrium dan kalium

mempunyai densitas yang berat dan menyebabkan lumpur juga mempunyai densitas

yang berat. Di samping itu, secara fisik lumpur mempunyai ukuran partikel yang

halus, sehingga ruang yang ditempati akan semakin kecil, dan jarak antar partikel

semakin kecil, sehingga dalam satuan volume tertentu akan ditempati partikel lebih

banyak.

Dari hasil analisa keseragaman butir lumpur Lapindo menunjukkan

keseragaman butir (grain size), hal ini menunjukkan bahwa clay merupakan

komponen terbesar (sekitar 81,5%), mengindikasikan butiran lumpur sangat halus.

Dengan ukuran seperti ini memungkinkan pertikel menyusun diri dengan rapat

sehingga tidak mudah disisipi oleh molekul lain (misalnya molekul air). Tetapi

10

dengan pengadukan, tumbukan antar partikel akan intensif, sehingga apabila ada

aliran alir yang cukup kuat, secara perlahan partikel lumpur akan saling terlepas.

Scanning Electron Microscope (SEM) alat yang digunakan Timnas PSLS

(2006) untuk memperoleh gambaran pengujian sifat fisika lainnya. Pengujian ini

untuk memperoleh gambaran susunan partikel lumpur secara mikro. Pengujian telah

dilakukan dengan perbesaran 150; 600; 1.000; 2.500, 5000; dan 10.000 kali.

Gambar 2.1 Perbesaran Lumpur 150,

600, 1.000 dan 2.500 kali

Penampang lumpur dengan perbesaran 1.000 kali (Gambar 2.1) mulai

menunjukkan gambaran bahwa struktur kristalnya merupakan lempeng dalam satuan

10 m dan mulai kelihatan adanya poros. Perbesaran penampang partikel sampai

2.500 kali memperlihatkan bahwa partikel lumpur mempunyai bentuk kristal berupa

11

lempeng. Pada perbesaran ini belum dapat diukur tebal lempengnya, tetapi sudah

jelas adanya poros di antara lempeng (Timnas PSLS, 2006).

Jadi secara makro, lumpur tidak akan mengendap menjadi seperti semen

(cementing), tetapi karena lempeng kristalnya tipis dan permukaannya luas, maka

dibutuhkan energi sebesar luas permukaan lempeng dikalikan dengan ketebalan

lempeng kali lipat dibanding dengan bentuk kristal kubus. Adanya rongga paling

kurang 30% memungkinkan air menyusup ke dalam rongga. Atas dasar ini, untuk

menghanyutkan lumpur dengan air adalah upaya yang masuk akal (Timnas PSLS,

2006).

2.2.Keramik

Keramik berasal dari kata Ceramos yang berarti batuan yang berasal dari

pegunungan, dan selanjutnya menjadi kata ceramics yang dalam bahasa Inggris

berarti bahan inorganik dan metalik yang merupakan campuran metal dan non metal

yang terikat secara ionik dan kovalen (Sembiring, 1995).

2.2.1. Kategori dan sifat Keramik

Keramik merujuk kepada kategori bahan anorganik yang secara luas memiliki

kekerasan dan kerapuhan tinggi (dekat dengan berlian pada skala Moh), menonjolkan

ketahanan terhadap panas dan korosi, dan sebagai isolator listrik dan panas. Adapun

beberapa senyawa organik yang dikategorikan dalam keramik karena beberapa

derajat kristalinitasnya. Seringkali bahan-bahan ini menunjukkan daerah amorf dan

polikristalin, dengan menunjukkan perubahan mendadak dalam orientasi kristal di

batas butir individu dalam perpanjangan kisi (Fahlman, 2011).

12

Bahan keramik terdiri dari fasa kompleks yang merupakan senyawa unsur

logam dan nonlogam yang terikat secara ionik maupun kovalen. Keramik pada

umumnya mempunyai struktur kristalin dan sedikit elektron bebasnya. Susunan kimia

keramik sangat bermacam-macam yang terdiri dari senyawa sederhana hingga

campuran beberapa fasa kompleks. Hampir semua keramik merupakan senyawa

antara unsur-unsur elektropositif dan elektronegatif. Keramik mempunyai sifat-sifat

antara lain mudah pecah dan ketahanan rendah. Kekuatan dan ikatan keramik

menyebabkan tingginya titik lebur, kerapuhan, daya tahan terhadap korosi, rendahnya

konduktivitas termal dan tingginya kekuatan kompressif dari material tersebut.

Keramik secara umum dapat ditunjukkan oleh rumus kimia SiO2, Al2O3, CaO, Na2O,

TiC, UO2, PbS, MgSiO3, dan lain-lain (Joskar, 2009).

Definisi keramik terbaru mencakup semua bahan bukan logam dan anorganik

yang berbentuk padat. Umumnya senyawa keramik lebih stabil dalam lingkungan

termal dan kimia dibandingkan elemennya. Oleh karena itu sifat keramik juga

tergantung pada lingkungan geologi dimana bahan diperoleh. Secara umum

strukturnya sangat rumit dengan sedikit elektron-elektron bebas (Hardjito dkk, 2005).

Ada tiga kategori keramik: oksida (contohnya alumina, zirconia), nonoksida

(karbida, boride, nitride, dan silisida) dan komposit dari oksida dan nonoksida.

Keramik zirkonia termasuk kategori keramik oksida. Keramik zirkonia

digunakan dalam bidang kedokteran gigi yang dikarakterisasi dengan sifat kekuatan

yang sangat tinggi berdasarkan pada efek transformasi fasa, seperti transformasi

tegangan terinduksi dari fasa tetragonal ke monoklinik pada partikel zirconia

metastabil (Joachim dkk, 2006).

13

2.2.2. Manfaat Keramik

Keramik banyak digunakan dalam berbagai bidang terutama dalam bidang

konstruksi dan rumah tangga. Pada umumnya keramik banyak dipakai sebagai

peralatan rumah tangga seperti periuk, belanga, kendi dan berbagai jenis gerabah

lainnya. Selain itu banyak pula yang menggunaannya sebagai barang-barang seni dan

dekorasi, misalnya guci, vas bunga, piring dan gelas hias. Bahan-bahan bangunan

juga banyak yang terbuat dari keramik seperti batu bata, tegel, ubin dan sebagainya.

Karena sifatnya yang tahan panas, tidak korosi dan bersifat isolator, keramik

digunakan sebagai bahan pembuatan komponen elektronika misalnya untuk resistor,

kondensator dan dioda.

Material keramik menawarkan stabilitas kimia dan termal yang tinggi, oleh

karenanya berpotensi sebagai kandidat bahan yang dapat digunakan pada suhu tinggi

dalam lingkungan ekstrim, dimana logam tidak dapat digunakan. Dalam aplikasi

energi masa depan, pada proses dengan suhu tinggi > 1200 oC diperlukan untuk

meningkatkan efisiensi, untuk mengurangi konsumsi bahan bakar, dan mengurangi

emisi. Dengan tujuan untuk mencapai sasaran, material keramik baru dan proses

pembuatannya untuk struktur yang kompleks sedang dalam pengembangan

(Heidenreich dkk, 2008).

2.3.Keramik Berpori

Keramik memiliki sifat-sifat yang dibutuhkan sebagai filter antara lain tahan

korosi, tidak bereaksi dengan campuran yang dipisahkan serta pori dan kekuatannya

dapat diatur. Porositas dapat diatur antara lain dengan menambahkan bahan aditif

14

seperti serbuk kayu dan bahan lain misalnya grog yang dapat menghasilkan gas pada

saat dibakar sehingga meninggalkan rongga yang disebut pori. Hasil pengukuran

keramik cordierite berpori menunjukkan bahwa densitas berkisar 0,75-1,17 gr/cm3,

porositas 58, kekuatan patah 0,5-2 MPa, kekerasan (HV) 0,3-1,8 GPa (Sebayang,

2006).

Dalam beberapa tahun terakhir, keramik berpori menjadi material yang

penting untuk berbagai aplikasi seperti isolasi termal dan/atau suara, absorpsi, filtrasi,

dan sebagai katalis. Berbagai jenis material dan metode telah dipelajari terkait dengan

preparasi keramik berpori (Mizutani, 2004).

Membran keramik berpori telah manjadi perhatian dalam beberapa dekade

terakhir terkait dengan kemampuan uniknya yang dapat digunakan di bawah

lingkungan ekstrim. Membran keramik secara teknik memiliki peranan penting pada

pemisahan dan filtrasi disamping reaksi katalitik, karena memiliki stabilitas kimia

dan termal yang tinggi, dapat digunakan dalam jangka waktu yang lama dan good

defouling properties jika dibandingkan dengan membran polimer. Beberapa peneliti

telah melaporkan perkembangan sintesis dan mikro struktur membran keramik dan

kegunaannya. Kesulitan terbesar selama pembuatan membran keramik berpori adalah

efisiensi kombinasi dan selektifitas bahan yang digunakan. Ada beberapa cara untuk

mempersiapkan membran keramik berpori berdasarkan pada tipe material yang

digunakan dan karakteristik struktur yang diperlukan (porositas, ukuran pori dan

ketebalan).

15

Swedish Ceramic Institute dapat membuat keramik berpori dengan tehnik

yang berbeda yang dinamakan tehnik protein suspensi hingga memperoleh porositas

antara 50-80% dari volume keramik. Refractron Technologies Corp New York USA

adalah badan yang meneliti dan memproduksi keramik berpori, dimana mereka

memproduksi keramik berpori dengan karakteristik standar porositas antara 40-50%

sedangkan HP Technical Ceramics memproduksi keramik berpori dengan standar

porositas 35-50% (Joskar, 2009).

Beberapa aplikasi keramik berpori:

1. Filtrasi udara, gas, dan cairan.

2. Penyokong katalis

3. Proses difusi

4. Penyokong membran

5. Pemurnian

Beberapa sifat keramik berpori:

1. Tahan terhadap temperatur ringgi hingga di atas 1700 F

2. Tidak mudah teroksidasi

3. Tidak mdah terkorosi

4. Tahan terhadap kejutan termal

5. Tahan abrasi

16

2.4. Tanin sebagai cetakan pori

Tannin didefinisikan sebagai senyawa fenolik larut air yang memiliki berat

molekul antara 500 dan 3000, memberikan reaksi fenolik umum dan memiliki sifat

khusus seperti kemampuan untuk mengendapkan alkaloid, gelatin dan protein lainnya

(Haggerman, 2002).

Tanin dapat dijumpai pada hampir semua jenis tumbuhan hijau di seluruh

dunia baik tumbuhan tingkat tinggi maupun tingkat rendah dengan kadar dan kualitas

yang berbeda-beda. Menurut Markham dalam Risnasari (2002), sebagian besar

flavonoid yang berasal dari hasil biosintesa (kira-kira 2% dari seluruh karbon yang

difotosintesis oleh tumbuhan) diubah menjadi tanin, sehingga flavonoid tersebut

merupakan salah satu fenol alam yang terbesar.

Haslam memiliki beberapa istilah polifenol pengganti yang lebih baru untuk

"tannin", dalam upaya untuk menekankan banyaknya karakteristik kelompok fenolik

dari senyawa ini. Dia mencatat bahwa berat molekul setinggi 20.000 telah dilaporkan,

dan kompleks tanin tidak hanya dengan protein dan alkaloid, tetapi juga dengan

polisakarida tertentu. Istilah tanin lebih disukai karena menekankan karakter yang

menetapkan tanin terpisah dari semua fenolat lain, seperti kemampuan untuk

mengendapkan protein.

Proanthocyanidins (tanin terkondensasi) merupakan polimer flavonoid.

Flavonoid adalah kelompok beragam metabolit berdasarkan sistem cincin heterosiklik

berasal dari fenilalanin (B) dan biosintesis poliketida (A). Meskipun jalur biosintesis

untuk sintesis flavanoid dipahami dengan baik, langkah-langkah menuju kondensasi

17

dan polimerisasi belum bisa dijelaskan. Kerangka flavonoid huruf standar untuk

menandai cincin dan penomoran, ditunjukkan pada gambar 2.2 dan 2.3.

Gambar 2.2. cincin flavonoid

Tanin terkondensasi yang paling banyak dipelajari didasarkan pada flavan-3-ol, yaitu

(-)-epikatekin, dan (+)-katekin.

(A)

(B)

Gambar 2.3 Flavan-3-ol: epikatekin (A) dan katekin (B)

2.4.1. Beberapa Jenis Tanin yang digunakan sebagai Cetakan Pori

a) Ellagitannin and Dehydroellagitannin

Ellagitannin memeiliki gugus hexahydroxydiphenoyl (HHDP), dan

dehydroellagitannins memiliki gugus dehydrohexahydroxydiphenoyl (DHHDP) yang

18

merupakan modifikasi oksidatif gugus HHDP congener mengesterifikasi gugus

hidroksil dalam karbohidrat atau inti siklitol. Beberapa dehydroellagitannins, seperti

geraniin, berbentuk Kristal.

b) Oligomer Ellagitannin and Dehydroellagitannin

Agrimoniin. Dimer ini diisolasi bersama dengan potentillin, unit monomer dari

agrimoniin, dan pedunculagin dari Agrimonia pilosa dan Potentilla kleiniana,

keduanya termasuk Rosaceae. Ikatan -glukosidik dalam agrimoniin dan

potentillin terlihat. Agrimoniin adalah salah satu oligomer yang menunjukkan

host mediasi aktivitas anti-tumor. Agrimoniin juga ditemukan pada spesies

Agrimonia, Rosa, Potentilla dan beberapa Rosaceae genera lainnya.

Gemin A. Dimer ini diisolasi dari Geum japonicum, dan ditemukan secara khusus

dalam spesies Geum, sedangkan agrimoniin terdapat di beberapa genera

Rosaceae. Coriariin A. Dimer ini memiliki poten mediasi host aktivitas antitumor

yang kuat, dan diisolasi dari Coriaria japonica.

Oligomer yang lebih tinggi (pentamer). Pentameric ellagitannins melastoflorin

A-D, diisolasi dari Monochaetum multiflorum, tumbuhan melastomataceous.

Meskipun produk dari oligomer yang lebih tinggi, trimer, tetramer dan pentamer,

umumnya lebih rendah dibandingkan dari dimernya. Kehadiran heksamer dan

heptamer diusulkan berdasarkan pada analisis HPLC-MS. Kegiatan host mediasi

anti tumor dari oligomer yang lebih tinggi agak kurang kuat dibandingkan dengan

beberapa dimer.

19

Gambar 2.4. Oligomer Ellagitannin

2.4.2. Sifat Fisika dan Kimia Tanin Tumbuh-tumbuhan

Menurut Browning (1966) sifat utama tanin tumbuh-tumbuhan tergantung

pada gugusan phenolik-OH yang terkandung dalam tanin, dan sifat tersebut secara

garis besar dapat diuraikan sebagai berikut:

a) Sifat kimia tanin

Tanin memiliki sifat umum, yaitu memiliki gugus phenol dan bersifat koloid.

Karena itu di dalam air bersifat koloid dan asam lemah.

Semua jenis tanin dapat larut dalam air. Kelarutannya besar, dan akan

bertambah besar apabila dilarutkan dalam air panas. Begitu juga tanin akan

20

larut dalam pelarut organik seperti metanol, etanol, aseton dan pelarut organik

lainnya.

Dengan garam besi memberikan reaksi warna. Reaksi ini digunakan untuk

menguji klasifikasi tanin, karena tanin dengan garam besi memberikan warna

hijau dan biru kehitaman. Tetapi uji ini kurang baik, karena selain tanin yang

dapat memberikan reaksi warna, zat-zat lain juga dapat memberikan warna

yang sama.

Tanin akan terurai menjadi pyrogallol, pyrocatechol dan phloroglucinol bila

dipanaskan sampai suhu 98,89 0C - 101,67

0C.

Tanin dapat dihidrolisis oleh asam, basa dan enzim.

Ikatan kimia yang terjadi antara tanin-protein atau polimer-polimer lainnya

terdiri dari ikatan hidrogen, ikatan ionik dan ikatan kovalen.

b) Sifat fisik tanin

Umumnya tanin mempunyai berat molekul tinggi dan cenderung mudah

dioksidasi menjadi suatu polimer, sebagian besar tanin bentuknya amorf dan

tidak mempunyai titik leleh.

Tanin berwarna putih kekuning-kuningan sampai coklat terang, tergantung

dari sumber tanin tersebut.

Tanin berbentuk serbuk atau berlapis-lapis seperti kulit kerang, berbau khas

dan mempunyai rasa sepat (astrigent).

Warna tanin akan menjadi gelap apabila terkena cahaya langsung atau

dibiarkan di udara terbuka.

21

Tanin mempunyai sifat atau daya bakterostatik, fungistatik dan merupakan

racun.

2.5. Pembentukan Keramik

Berbagai cara dapat dilakukan pada proses pembentukan keramik, antara lain:

(Nainggolan, 2008)

2.5.1. Die Pressing

Pada proses ini bahan keramik dihaluskan hingga membentuk bubuk, lalu

dicampur dengan pengikat (binder) organik kemudian di masukkan ke dalam cetakan

dan ditekan hingga mencapai bentuk padat yang cukup kuat. Metode die pressing

digunakan dalam penelitian ini karena umumnya digunakan dalam pembuatan ubin,

keramik elektronik atau produk dengan cukup sederhana, dan metode ini cukup

murah.

2.5.2. Rubber Mold Pressing

Metode ini dilakukan untuk menghasilkan bubuk padat yang tidak seragam

dan disebut rubber mold pressing karena dalam pembuatannya ini menggunakan

sarung yang terbuat dari karet. Bubuk dimasukkan kedalam sarung karet kemudian di

bentuk dalam cetaan hidrostatis.

2.5.3. Extrusion Molding

Pembentukan keramik pada metode ini melalui lobang cetakan. Metode ini

biasa digunakan untuk membuat pipa saluran, pipa reactor atau material lain yang

22

memiliki suhu normal untuk penampang lintang tetap.

2.5.4. Slip Casting

Metode ini dilakukan untuk memperkeras suspensi dengan air dan cairan

lainnya, di tuang kedalam plester berpori, air akan diserap dari daerah kontak

kedalam cetakan dan lapisan lempung yang kuat terbentuk.

2.5.5. Injection Molding

Bahan yang bersifat plastis diinjeksikan dan dicampur dengan bubuk pada

cetakan. Metode ini banyak digunakan untuk memproduksi benda benda yang

mempunyai bentuk yang komplek.

2.6. Sintering

Sintering adalah teknik pengolahan yang digunakan untuk menghasilkan

kepadatan material yang dikendalikan, dan komponen dari logam dan/atau bubuk

keramik dengan menerapkan energi panas (Kang, 2005). tujuan dari sintering adalah

untuk memadatkan bubuk keramik hingga permukaannya kecil. Hal ini dikarenakan

butiran-butiran dari sampel saling menyatu membentuk ikatan yang kuat

(Nainggolan, 2008).

Untuk memperoleh sifat yang diperlukan dilakukan dengan menghilangkan

kandungan air yang terdaapt dalam sampel. Hal ini dilakukan dengan memanaskan

sampel pada suhu tertentu sehingga diperoleh keramik yang kuat dan padat. Selama

pembakaran bahan keramik, terdapat dua perubahan penting yaitu perubahan bentuk

pori tanpa mengalami perubahan ukuran dan perubahan bentuk dan ukuran pori.

23

Secara keseluruhan, kedua perubahan tersebut menyebabkan porositas

berkurang pada keramik umumnya, reaksi tersebut dapat berupa reaksi keadaan padat

membentuk fase baru. Proses terjadinya perubahan tersebut dapat dijelaskan pada

Gambar 2.5 dan 2.6.

Gambar 2.5. Perubahan dan bentuk ukuran pori

Sebagai model untuk menggambarkan terjadinya proses sintering, pada

Gambar 2.6 ditunjukkan dua buah butiran yang saling bersinggungan. Antara kedua

partikel terdapat leher dengan radius kelengkungan (P). tekanan uap pada daerah

leher lebih rendah daripada tekanan uap pada permukaan butiran. Akibat perbedaan

tersebut, material pada permukaan butiran cenderung pindah ke daerah leher dengan

evaporasi kondensasi. Akibat adanya perpindahan material, maka bentuk pori

semakin mendekati bentuk pola dan ukuran yang lebih kecil.

Pembakaran keramik pada umumnya menghasilkan porositas kecil pada

temperatu tinggi.

Gambar 2.6. Tahap awal sintering dengan cara evaporasi dan kondensasi

Perubahan bentuk pori

Perubahan bentuk

dan ukuran pori

24

Struktur pori dapat diperoleh dengan beberapa cara:

a. Proses pembakaran berlangsung dengan cara yang sama. Struktur pori akan

terbentuk dengan baik dengan luas permukaan yang besar.

b. Campuran partikel aditif berdiameter lebih dari 20 mm dicampur dengan

serbuk keramik, maka setelah pembentukan dan pembakaran akan dihasilkan

ukuran pori yang bersesuaian. Partikel-partikel campuran serbuk keramik

dengan campuran aditif akan memerlukan lebih dari 20% volum bila porositas

masih ada.

Porositas yang tinggi dapat diamati dari banyaknya partikel yang saling terikat.

Porositas yang kontinu dan tidak kontinu aka bersesuaian dengan komposisi binder

dan sedikit perubahan pada saat pembentukan dan pembakaran. Bahan dengan pori

lebar dapat dihasilkan dengan cara ini.

2.7. Difraksi Sinar-X

Peristiwa hamburan yang terjadi apabila sinar-X datang pada atom-atom

dalam bidang kristal disebut difraksi. Pada tahun 1912, fisikawan Jerman Max Van

Laue menyatakan bahwa jika kristal tediri dari barisan-barisan atom-atom yang

teratur dan sinar-X adalah gelombang elektromagnetik yang mempunyai panjang

gelombang yang sama dengan jarak antar atom pada kristal, maka kristal tersebut

dapat mendifraksikan sinar-X.

Berkas sinar x monokromatik yang ditembakkan pada sebuah kristal akan

dihamburkan kesegala arah. Akan tetapi karena keteraturan letak atom-atom, pada

arah tertentu gelombang yang terhambur itu akan berinterferensi konstruktif,

25

sedangkan yang lain akan berinterferensi destruktif. Atom-atom dalam kristal dapat

dipandang sebagai unsur yang membentuk keluarga bidang datar.

Metode difraksi sinar-X memegang peranan yang sangat penting untuk

analisis padatan kristalin yaitu untuk meneliti ciri utama struktur kristal (parameter

kisi) dan untuk mengetahui rincian lain, misalnya susunan berbagai jenis atom dalam

kristal, keberadaan cacat, ukuran butiran dan sub butiran, orientasi, ukuran dan

kerapatan presipitat.

Sinar-X adalah suatu radiasi elektromagnetik yang mempunyai energi pada

kisaran 200 eV hingga 1 MeV. Energi sebesar ini berhubungan dengan panjang

gelombang antara 10 nm hingga 1 pikometer, sehingga kisaran panjang gelombang

sinar-X tersebut sangat cocok digunakan untuk mempelajari jarak antara atom di

dalam kristal umumnya dalam kisaran 0,2 nm (2).

Menurut W.L. Bragg (1913), gelombang-gelombang datang pada atom akan

dihamburkan oleh bidang bidang atom yang sejajar seperti itunjukkan Gambar 2.7

berikut,

Gambar 2.7. Hamburan sinar-X

26

Atom atom dalam kristal menghamburkan sinar-X kesegala arah, akan tetapi

dari efek interferensi penguatan (konstruktif) berkas difraksi hanya terjadi pada sudut

tertentu. Sering juga digunakan istilah refleksi Bragg dikaitkan dengan kenyataan

bahwa sudut datang sama dengan sudut pantul tetapi proses fisisnya bukanlah

pemantulan, melainkan efek hamburan bersama. Secara trigonometri dengan

mengikuti persyaratan terjadinya interferensi konstruktif akan diperoleh persamaan :

n = 2d sin .......................................................(2.1)

Persamaan ini dinamakan persamaan Bragg, dimana n adalah orde difraksi,

adalah panjang gelombang yang digunakan, d adalah jarak antara bidang dua atom,

sedang sudut adalah sudut antar bidang-bidang atom dengan arah berkas datang

atau berkas difraksi.

Difraktometer sinar-X merupakan instrumen penting untuk mendeteksi

struktur kristal sederhana. Tingkat atom yang berbeda memiliki indeks Miller yang

bervariasi, memberi peningkatan terhadap puncak difraksi ketika kondisi dari

persamaan Bragg terpenuhi.

2.8. Spektrometer Fluoresensi Sinar-X (XRF)

Spektroskopi Fluoresensi sinar-X (XRF) menyelidiki unsur kimia spesimen

dengan mendeteksi karakteristik pancaran sinar-X dari spesimen setelah diradiasi

oleh sinar-X utama yang berenergi tinggi. Karakteristik sinar-X dapat dianalisa

melalui salah satu dari panjang gelombag atau energi. Dengan demikian ada dua tipe

XRF yaitu spektroskopi panjang gelombang dispersiv atau wavelength dispersive

spectroscopy (WDS) dan spektroskopi energy dispersiv atau energy dispersive

27

spectroscopy (EDS). Gambar 2.8 mengilustrasikan secara skematik persamaan dan

perbedaan instrumen WDS dan EDS. Instrumen XRF terdiri dari tiga bagian utama

yaitu sumber sinar-X, sistem deteksi, koleksi data dan sistem proses.

Gambar 2.8. komponen utama WDS dan EDS

Sumber sinar-X menghasilkan siar-X utama untuk mengeksitasi atom

spesimen. Sumber sinar-X yang digunakan sama dengan yang digunakan pada XRD.

Tabung sinar-X dioperasikan pada daya 0,5 3 kW dengan tegangan tinggi 30 50

kV. Alasan menggunakan tegangan tinggi adalah untuk memastikan bahwa potensial

kritis dari karakteristik sinar-X unsur dalam spesimen dapat dilampaui. Rasio

optimum dari tabung tegangan ke potensial kritis berkisar antara 3 5. Radiasi sinar-

X dihasilkan dengan menumbukkan elektron dengan target logam pada tabung.

Logam target meliputi Cr, Rh, W, Ag, Au dan Mo (Leng, 2008).

Prinsip dari analisis XRF hampir sama dengan XRD, yaitu menembakkan

radiasi foton elektromagnetik ke material yang diteliti. Radiasi elektromagnetik yang

dipancarkan akan berinteraksi dengan elektron yang berada di kulit K suatu unsur.

Elektron yang berada di kulit K akan memiliki energi kinetik yang cukup untuk

melepaskan diri dari ikatan inti, sehingga elektron itu akan terpental keluar

(Setiabudi, 2010)

28

Kelebihan dari metode XRF adalah dapat menentukan kandungan mineral

dalam bahan biologik maupun dalam material secara langsung, akurasi yang tinggi,

dan dapat menentukan unsur dalam material tanpa adanya standar. Kelemahan dari

metode XRF adalah tidak dapat mengetahui senyawa apa yang dibentuk oleh unsur-

unsur yang terkandung dalam material yang akan kita teliti dan tidak dapat

menentukan struktur dari atom yang membentuk material itu.

2.9.Scanning Electron Microscope (SEM)

Scanning Electron Microscope (SEM) merupakan tipe mikroskop elektron

yang penggunaanya paling luas. Memeriksa struktur mikroskopi dengan memindai

permukaan material, mirip dengan mikroskop confocal tapi dengan resolusi yang

lebih tinggi dan kedalaman yang lebih besar. Gambar SEM terbentuk dengan

memfokuskan berkas elektron yang memindai permukaan spesimen tidak terbentuk

oleh pencahayaan seketika dari seluruh bidang seperti pada TEM (Leng, 2008).

Gambar 2.9. Skema SEM (http://science.howstuffworks.com/scanning-electron-

microscope2.htm)

2 1

3 4

8

7

6 5

9

11 10

12

29

Keterangan gambar:

1. Sumber elektron (electron gun)

2. Ruang vakum

3. Anoda

4. Lensa kondensator

5. Berkas elektron

6. Lensa kondensator

7. Lensa objektif

8. Ruang sampel

9. Detektor elektron hamburan balik

10. Detektor sinar-X

11. Detektor elektron sekunder

12. Sampel.

Fitur yang paling penting dari SEM adalah penampilan tiga dimensi dari

gambar yang dihasilkan karena kedalamannya yang tinggi. Sebagai contoh,

kedalaman dapat mencapai urutan puluhan mikrometer pada perbesaran 103 dan

urutan mikrometer di 104 perbesaran (Leng, 2008).

Dalam SEM, berkas elektron diemisikan dari sumber elektron (electron gun)

terkondensasi agar menghasilkan penelitian yang baik untuk pemindaian permukaan.

Keuntungan sistem SEM adalah menggunakan sumber emisi (emission gun) karena

tingkat kecerahan emisi yang tinggi. Berkas yang cerah memegang peranan penting

dalam kualitas gambar yang dihasilkan. Tegangan untuk menghasilkan berkas

elektron berkisar antara 1-40 kV.

30

Scanning Electron Microscope terdiri dari dua bagian utama, kolom elektron

dan detektor electron. Dalam kolom elektron, katoda elektron menghasilkan berkas

elektron, yang darahkan oleh lensa kondensator elektromagnetik, difokuskan oleh

lensa objektif, yang pada akhirnya diarahkan untuk memindai sampel oleh gulungan

pemindai. Sampel menghasilkan emisi elektron setelah dipindai oleh elektron primer

dan dikumpulkan oleh detektor sebagai gambar sampel pada mikroskop (Lee, 1993).

Berkas elektron dapat berinteraksi dengan medan Coulomb (muatan listrik)

dari inti dan elektron pada spesimen. Interaksi ini bertanggung jawab atas beberapa

jenis sinyal seperti: backscattered electrons, secondary electrons, sinar-X, dan

elektron Auger. Namun yang menjadi pusat perhatian adalah backscattered electrons

dan secondary electrons (Hafner, 2007)

Gambar 2.10. Berkas elektron pada sampel

2

3

1

4 6

5

Sampel

31

Keterangan gambar:

1. Berkas elektron

2. Cathadoluminescence

3. Elektron hamburan balik

4. Elektron sekunder

5. Sinar-X

6. Elektron Auger

Tumbukan inelastis terjadi apabila berkas electron berinteraksi dengan medan

listrik dari elektron pada sampel. Menghasilkan transfer energi ke atom sampel dan

potensial yang menyebabkan elektron sampel meninggalkan lintasannya sebagai

secondary electron (SE). SE ini dikatakan memiliki energi kurang dari 50 eV. Jika

kekosongan karena penciptaan sebuah elektron sekunder diisi dari tingkat orbital

yang lebih tinggi, karakteristik X-Ray akan dihasilkan dari transisi energi tersebut.

Gambar 2.11. Proses terjadinya elektron sekunder (tumbukan inelastis)

Tumbukan elastis terjadi ketika berkas electron berinteraksi dengan medan listrik dari

32

inti atom sampel, menghasilkan perubahan arah berkas elektron tanpa terjadinya

perubahan energi berkas elektron (< 1eV). Apabila penyebaran berkas elektron

dipantulkan kembali keluar spesimen, dinamakan backscattered electron (BSE). BSE

dapat memiliki rentang energi dari 50 eV hampir sama dengan berkas dari sumber

elektron.

Gambar 2.12. Tumbukan elastis pada proses hamburan balik

2.10. Porositas

Mayoritas material memiliki tingkatan pori, sebenarnya tergolong sulit untuk

menemukan atau membuat padatan yang benar-benar tidak berpori. Sifat fisik yang

dikenal antara lain densitas, konduktivitas termal dan kekuatan semuanya bergantung

pada struktur pori dari padatan dan kontrol porositas merupakan hal penting dalam

industri seperti pada desain katalis, industri adsorben, membran dan keramik.

Selanjutnya porositas merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi terhadap

reaktivitas kimia padatan dan interaksi fisik dengan gas dan cairan.

Material padat yang terdiri atas rongga, saluran atau celah kemungkinan

Hamburan

balik

elektron

Hamburan

elektron

elastis

33

diperhatikan sebagai pori. Dengan bantuan Gambar 2.13 Klasifikasi dapat dilakukan

berdasarkan keberadaannya terhadap cairan luar. Dari sudut pandang ini, kategori

pertama dari pori terisolasi total dari tetangganya, sebagai daerah (a), yang

digambarkan sebagai pori tertutup. Pori ini mempengaruhi sifat makroskopis,

densitas yang besar, kekuatan mekanik dan konduktivitas termal, tetapi tidak aktif

dalam proses sebagai aliran cairan dan adsorpsi gas. Di sisi lain, pori yang memiliki

celah yang tersambung ke permukaan luar seperti (b) (c) (d) (e) dan (f), dijelaskan

sebagai pori terbuka. Beberapa pori hanya terbuka pasa satu ujung seperti pada (b)

dan (f), yang lainnya kemungkinan terbuka dan memiliki dua ujung (pori terusan),

seperti pada sekitar (e). pori juga di bagi berdasarkan bentuknya: ada yang berbentuk

silinder (pada (c) dan (f)), berbentuk botol (b), bentuk corong (d) atau berbentuk

belahan. Selain pori, ada juga kekasaran pada permukaan luar yang diperlihatkan

pada sekitar (g), namun tidak tergolong ke dalam pori (Rouquerol, dkk, 1994).

Gambar 2.13. Skema penampang dari padatan berpori

34

Dalam menggunakan sebagian besar padatan berpori, ukuran pori adalah

parameter utama, maka sejumlah metode dikembangkan bertujuan untuk melakukan

analisa ukuran pori. Ukuran pori memiliki arti yang tepat ketika bentuk geometris

dari pori didefinisikan dengan baik dan telah dikenal sebelumnya (misalnya

berbentuk silinder dan celah). Untuk menghindari perubahan menyesatkan dalam

skala ketika membandingkan silinder dan pori berbentuk celah, ukuran yang

digunakan adalah diameter pori silinder (bukan jari-jari) sebagai lebar pori.

Perbedaan dan ukuran pori yang diadopsi dari dokumen IUPAC:

1. Mikropori memiliki diameter kurang dari 2 nm.

2. Mesopori memiliki diameter antara 2 dan 50 nm.

3. Makropori memiliki diameter lebih dari 50 nm.

2.11. Karakterisasi Keramik

Karakterisasi keramik berpori yang dibuat dari lumpur lapindo meliputi Susut

bakar, uji densitas, uji porositas (volume pori dan diameter pori), struktur mikro, uji

difraksi sinar-X, uji kekerasan keramik, dan uji keasaman brownsted.

2.11.1. Susut Bakar Keramik Berpori

Nainggolan (2008) melakukan pengukuran susut bakar pada sampel uji

berbentuk pelet (silinder pejal kecil) dan silinder berongga. Susut bakar terdiri dari

dua bagian yaitu:

a. Susut bakar volum, yaitu perbandingan perubahan volum (V) dengan volume

sampel sebelum dilakukan pembakaran (V0).

35

(2.2)

b. Susut bakar massa, yaitu perbandingan perubahan massa (m) dengan massa

sampel sebelum dilakukan pembakaran (m0).

(2.3)

Dimana: V0 = volume sampel sebelum dibakar (cm3)

Vs = volume sampel setelah dibakar (cm3)

m0 = massa sampel sebelum dibakar (gram)

ms = massa sampel setelah dibakar (gram)

Susut bakar umumnya terjadi akibat hlangnya air akibat penguapan dan hilangnya zat

adiktif dari dalam keramik dan butiran kecil menyatu aktif terhadap butiran besar.

Kekosongan yang terjadi akan diisi oleh bagan fluks (pelebur). Hal inilah yang

menyebabkan berkurangnya massa dan volume sampel.

2.11.2. Karakterisasi Kekerasan Keramik

Sifat mekanik pada tingkat makroskopik bahan berpori sangat diatur oleh

struktur mikronya yang dicirikan oleh perilaku mekanik, pengaturan geometris,

ukuran dan bentuk pori yang tersaji dalam mikrostruktur. Optimalisasi sifat mekanik

makroskopik dapat dicapai dengan mengadaptasi struktur mikro secara hati-hati. Ada

banyak penyelidikan, di mana pengaruh porositas bahan, ukuran rongga, jumlah dan

modus distribusi pada kekuatan, termal, penyaringan dan sifat lainnya telah diselidiki

(Zeleniakien dkk, 2003).

Kekerasan didefenisikan sebagai ketahanan bahan terhadap penetrasi pada

permukaan, namun pada umumnya kekerasan menyatakan ketahanan terhadap

36

deformasi plastis karena pada bahan yang ulet kekerasan memiliki hubungan yang

sejajar dengan kekuatan. Untuk menguji kekerasan suatu material bisa digunakan

berbagai macam cara, salah satu diantaranya adalah metode Vicker.

Pengujian kekerasan dilakukan dengan alat digital Equotip Hardness Tester,

dimana hasilnya dapat dibaca secara langsung dan diperoleh dalam satuan HB

(Hardness of Brinnel) yang dapat dikorelasikan nilainya ke satuan Hardness of

Vickers dari tabel korelasi nilai kekerasan Brinell, Rockwell dan Vickers (Joskar,

2009).

Menurut metoda Vickers (HV) pengukuran kekerasan digunakan persamaan

berikut:

(2.4)

dimana P adalah beban penekan (kgf), dan D adalah panjang diagonal jejak indentor

(mm).

Alat yang digunakan pada uji kekerasan adalah Equotip Hardness, alat uji ini

diperkenalkan pada tahun 1977, dengan satuan pengukurannya disebut Leeb Value

sesuai dengan nama penemunya Dietmar Leeb, menggunakan baterai dalam

mengoperasikannya dan bekerja secara otomatis (digital), penggunaanya sangat

praktis sesuai dengan bentuknya yang kecil dan sederhana dan dapat dibawa

kemanapun (George F. Vander Voort, 1984).

37

2.11.3. Karakterisasi Pori dengan Metode Bubble Point

Bubble point merupakan salah satu metode sederhana untuk karakterisasi

ukuran pori maksimum pada membran dengan menentukan tekanan minimum yang

diberikan hingga terbentuk gelembung udara di permukaan membran (Fane, 1996).

Skema susunan alat seperti pada Gambar 2.14.

Gambar 2.14. Skema alat metode bubble point

Bagian atas diisi oleh cairan (misalnya air) yang akan berinteraksi dengan membran

berpori. Bagian bawah beriisi udara dan ketika tekanan udara diberikan terus menerus

maka gelembung udara akan menembus membran selama membran tersebut

diberikan tekanan tertentu. Hubungan antara tekanan dan jari-jari pori ditunjukkan

pada persamaan 2.5.

rp = (2/P) cos (2.5)

Dimana rp merupakan jari-jari pori dan tegangan permukaan cairan yang digunakan.

Diketahui air sebesar 72 x 10-3 N/m dan etanol sebesar 22,3 x 10-3 N/m. Nilai cos

diasumsikan sama dengan satu karena gelembung udara akan muncul melalui pori

yang setara dengan ukuran jari-jarinya. Untuk mengetahui P maka digunakan

persamaan 2.6.

38

P = (Vi / Vf) x 105 Nm

-2 .. ..(2.6)

Dimana Vi merupakan volume awal udara dan Vf adalah volume akhir ketika

gelembung mulai muncul.

2.11.4. Uji Asam Bronsted

Lumpur lapindo mengandung sebagian besar aluminosilikat sehingga dalam

bentuk padatan akan mamiliki permukaan asam. Beberapa reaksi penting yang

melibatkan keasaman Lewis dari senyawa anorganik terjadi pada permukaan padatan.

Seperti pada permukaan asam dengan luas permukaan yang tinggi dan situs asam

Lewis yang digunakan sebagai katalis dalam industri perminyakan untuk isomerisasi

dan alkilasi senyawa aromatik. Keasaman permukaan juga penting dalam kimia tanah

dan air alami.

Contohnya pada alumina (Al2O3), yang memiliki permukaan asam karena

keberadaan Al dengan muatan (+3). Ketika aluminium oksida hidro baru diendapkan

setelah dipanaskan di atas 150 oC, dehidrasi dimulai dan mengalami perubahan

permukaan seperti: (Upadhya, 2001)

Gambar 2.15. Dehidrasi permukaan alumina

Ion Al3+

terbentuk di permukaan bertindak sebagai asam Lewis dan ion O2 tak

terprotonasi yang terbentuk bertindak sebagai basa Lewis.

39

Berbeda dengan alumina, aluminosilikat dapat memperlihatkan keasaman

kuat Bronsted. Pembentukan situs asam mungkin dianggap sebagai kondensasi Si

unit Si(OH)4 dengan unit aluminium hidrous, H2O.Al(OH)3. Jadi

Gambar 2.16 pembentukan situs asam Bronsed

Proses ini menghasilkan sebuah situs asam kuat Bronsted dimana proton

dipertahankan untuk menyeimbangkan muatan positif dari ion Al3+

. Penentuan

keasaman ditentukan dengan penggabungan gravimetri dan spektroskopi inframerah

(Triyono dkk, 1990).

2.11.5. Uji Densitas

Densitas pada material didefinisikan sebagai: massa per satuan volum,

pengukurannya dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

(2.7)

Dalam prakteknya kadang-kadang sampel yang akan diukur mempunyai

bentuk dan ukuran yang tidak teratur, sehingga penentuan volum mengalami

kesulitan dan kerapatannya diragukan. Pengukuran massa jenis memberikan hasil

yang lebih akurat dan dapat dilakukan dengan prinsip Archimedes (Debora, 2008).

40

2.11.6. Analisa Termal dengan DTA

Diferensial analisis termal (DTA), merupakan metode yang kurang akurat

atau definitif, namun memiliki peranan yang penting di antara teknik-teknik yang

memungkinkan karakterisasi bahan. Metode ini terbatasi oleh sensitifitas alat, kurva

diferensial termal merekam semua transformasi panas yang diserap dan dilepaskan.

Beberapa proses ini termasuk dehidrasi tanah liat, dekarbonasi karbonat, perubahan

reversibel dari - ke -kuarsa, pembakaran bahan, dan rekombinasi elemen menjadi

bentuk yang lebih stabil. Teknik ini dapat digunakan untuk mengidentifikasi sejumlah

senyawa yang cukup murni dan untuk mengikuti perubahan dalam campuran untuk

tujuan pengendalian (Rowland, 1990).

DTA mendeteksi pelepasan dan penyerapan panas, yang diasosiasikan dengan

peruahan kimia dan fisika pada saat sampel dipanaskan atau didinginkan, seperti

informasi yang penting untuk pemahaman sifat termal dari material. Menganalisa

dekomposisi material gelas, perubahan fasa kristalin, reaksi kimia dan suhu transisi

gelas merupakan beberapa sifat yang dapat diukur dengan DTA. Rentang suhu

instrumen biasanya dari suhu kamar sampai 1000 oC.

41

Gambar 2.17. Grafik DTA

Dari jenis grafik DTA seperti pada Gambar 2.17, kita dapat mengidentifikasi suhu

transisi gelas (Tg), kristalisasi (Tb), suhu cair ditunjukkan sebagai Tl.

DTA terdiri dari pemegang sampel yang terdiri dari termokopel, wadah

sampel dan satu blok keramik atau logam, tungku, seorang programmer suhu; dan

sistem perekaman. Fitur utama adalah keberadaan dua termokopel dihubungkan

dengan voltmeter. Satu termokopel ditempatkan dalam bahan inert seperti Al2O3,

sementara yang lain ditempatkan dalam sampel dari bahan yang diteliti. Karena suhu

meningkat, akan ada defleksi singkat voltmeter jika sampel sedang mengalami

transisi fase. Hal ini terjadi karena masukan dari panas akan meningkatkan suhu zat

inert, tetapi akan dimasukkan sebagai panas laten dalam fase perubahan materi.

Kurva TG tanin yang yang berasal dari pohon cemara diperlakukan selama 10

menit di dalam oven dengan masing-masing kekerasannya seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 2.18.

42

Gambar 2.18. Termogram analisa tanin

Berdasarkan literatur, mekanisme dekomposisi termal dari tanin meliputi 3 tahap.

Tahap pertama adalah peningkatan densitas ikatan silang, yang terjadi dari suhu 300

sampai 500 oC. tahap kedua adalah dari 400 sampai 800

oC, yang melibatkan

peningkatan vibrasi molekul dengan suhu. Pada tahap ini jaringan ikatan silang

mengalami kerusakan. Tahap ketiga adalah dari 560 sampai 800 oC yang melibatkan

pemecahan gugus C-H pada gugus fenol (Sumin, 2002).

43

BAB III

KONSEP PENELITIAN DAN HIPOTESIS

3.1. Konsep Penelitian

Semburan lumpur Lapindo yang terjadi di Sidoarjo pada tahun 2006

menimbulkan berbagai dampak. Dampak dari semburan ini paling dirasakan oleh

masyarakat tiga kecamatan sekitar semburan karena menyebabkan tergenangnya

kawasan pemukiman, pertanian, dan perindustrian, serta mempengaruhi aktivitas

perekonomian di Jawa Timur pada umunya. Berbagai upaya telah dilakukan untuk

menghentikan semburan lumpur oleh pihak PT. Lapindo. Salah satunya adalah

dengan mengalirkan lumpur ke sungai Porong yang bermuara ke laut.

Berbagai penelitian tentang kandungan lumpur Lapindo telah banyak

dilakukan. Terdapat beberapa oksida seperti SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, CaO, MgO,

Na2O, K2O dan SO2. Silika dan alumina merupakan oksida dengan jumlah terbanyak

dibandingkan dengan oksida lain. Melihat beberapa kandungan oksida dari lumpur

Lapindo, maka lumpur ini bisa dijadikan kandidat bahan untuk pembuatan keramik.

Selain itu, terdapat beberapa garam sederhana yang bukan merupakan komposisi

keramik. Keberadaan garam ini akan sangat mengganggu apabila lumpur Lapindo

dijadikan bahan baku pembuatan keramik, terutama pada aspek kekerasan. Oleh

karena itu perlu dilakukan ekstraksi untuk mengurangi garam-garam sederhana

sebelum lumpur dicetak menjadi keramik.

Perkembangan material berpori khususnya keramik berpori dari tahun ke tahun

mengalami peningkatan dan dimanfaatkan dalam berbagai keperluan, antara lain

44

sebagai penyokong katalis, pemurnian air, filtrasi (udara, gas dan cairan), dan

sebagainya. Keramik berpori telah dikembangkan dengan berbagai metode yang

berbeda untuk aplikasi yang berbeda pula. Beberapa metode yang dikenal antara lain

metode sol gel, gel casting, slip casting, rubber mold pressing, die pressing, extrusion

molding, dan sebagainya.

Penelitian ini bertujuan untuk membuat keramik berpori dengan tanin sebagai

cetakan pori dengan metode die pressing. Pemilihan bahan organik tanin didasarkan

pada sifat-sifat kimia dan fisikanya serta keberadaannya yang melimpah di alam.

Tanin berasal dari metabolit sekunder tumbuhan hijau tingkat tinggi dan ada beberapa

yang berasal dari tumbuhan tingkat rendah. Tanin merupakan golongon flavonoid

dengan berat molekul besar yang mncapai 20.000, memiliki sifat mulai

terdekomposisi pada suhu 300 oC dan pada suhu 800

oC ikatan C-H pada gugus

fenolik terputus. Pada proses ini tanin akan terurai dan meninggalkan pori pada

keramik yang dicetak dari lumpur Lpindo. Pemilihan tanin sebagai bahan organik

pencetak pori karena dalam beberapa penelitian sebelumnya tanin digunakan sebagai

bahan perekat. Bahan keramik akan terikat dengan baik serta lebih stabil dengan

adanya tanin yang merekatkan partikel lumpur penyusun keramik sebelum

disinterring.

Keramik berpori dari lumpur Lapindo dibuat berdasarkan HP Technical

Ceramics dengan standar porositas 35-50%. Keramik dicetak ke dalam wadah atau

cetakan berbentuk silinder dengan diameter 1,6 cm dan tinggi 1,55 cm. sebelum

dicetak sampel lumpur Lapindo dan tanin dalam bentuk serbuk dicampur dan di

homogenkan selama 5 sampai 10 menit dengan perbandingan antara sampel lumpur

45

dan tanin bervariasi mulai dari 0%, 10%, 20%, 30% dan 40% tanin. Perbedaan

komposisi tanin ini bertujuan untuk melihat beberapa karakter karamik stelah

disintering dengan suhu bertahap mulai dari suhu 28 oC sampai 1200

oC. dengan

adanya variasi penambahan tanin ini akan menunjukkan porositas berbeda yang

terbentuk setelah disintering serta karakter yang berbeda dari kekerasan dan densitas.

Uji densitas dilakukan dengan prinsip hukum Archimedes, uji diameter pori dengan

metode bubble point, gambar mikro penampang pori dengan SEM, uji difraksi sinar-

X untuk mengetahui mineral serta parameter kisi, uji kekerasan dengan Equotip

Hardness Tester, serta uji asam Bronsted dengan spektroskopi inframerah.

3.2. Hipotesis

Berdasarkan uraian di atas, maka hipotesis dari penelitian ini adalah keramik

yang dibuat dari lumpur Lapindo dengan variasi tanin sebagai cetakan pori akan

memiliki karakter yang berbeda. Semakin banyak jumlah tanin sebagai cetakan pori,

akan meningkatkan intensitas pori, tetapi menurunkan kekerasan keramik.

46

BAB IV

METODOLOGI PENELITIAN

4.1. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Anorganik, Laboraorium

Kimia Fisika Jurusan Kimia Fakultas MIPA, Laboratorium Karakterisasi Jurusan

Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya, dan Laboratorium Bersama

Universitas Negeri Malang pada bulan Oktober 2011 sampai dengan bulan Desember

2011.

4.2. Alat dan Bahan Penelitian

4.2.1. Sampel Penelitian

Sampel yang digunakan dalam penelitian adalah Lumpur Lapindo yang

diambil di daerah semburan panas Lumpur Lapindo Porong di Desa Siring

Kecamatan Porong pada koordinat 7o3139,72 LS, 112o4214,58 BT. Koordinat

diperoleh dengan GPS Nokia 5230 Nuron yang disesuaikan dengan Google Earth

Real Time GPS Integrated. Sampel lumpur Lapindo yang telah didapatkan berwarna

coklat keabu-abuan, diletakkan dalam wadah sampel.

4.2.2. Bahan-bahan Penelitian

Bahan-bahan kimia yang digunakan dalam penelitian ini adalah tawas

[KAl(SO4)2], dan aquades.

47

4.2.3. Alat-alat Penelitian

Alat-alat yang digunakan di laboratorium anorganik Universitas Brawijaya

antara lain mortar, Oven Fisher Scientific 655 F, Tanur Nabertherm model N-31,

desikator, neraca analitis Mettler, botol semprot, bola hisap, ayakan 40 dan dan 60

mesh, seperangkat alat sentrifugasi lengkap dengan tabung sentrifugasi, magnetic

stirrer, seperangkat peralatan gelas, pipet tetes, pipet, 5 mL, 10 mL dan corong

Buchner, shaker (laboratorium Kimia Fisik UB), FT-IR Shimadzu, Hardness Tester

HLN-11A dengan Device Impact tipe D (laboratorium Karakterisasi Jurusan Teknik

Mesin Fakultas Teknik UB). Alat yang digunakan di Laboratorium Bersama

Universitas Negeri Malang antara lain Scanning Electron Microscopy (SEM) FEI

Type Inspect S50, XRD PANanalytical Xpert PRO, XRF PANanalytical type

Minipal 4, DTA lainsesiss.

4.3. Tahapan Penelitian

Tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah:

1. Preparasi sampel Lumpur Lapindo yang meliputi ekstraksi logam-logam terlarut

serta analisa logam dengan XRF

2. Persiapan tanin sebagai cetakan pori

3. Pembuatan keramik dengan metode die pressing

4. Karakterisasi keramik yang meliputi uji XRF, Uji DTA, susut bakar, uji diameter

pori, uji densitas, uji kekerasan keramik, gambar mikro penampang pori, uji

difraksi sinar-X, dan uji asam bronsted.

48

4.4. Prosedur Penelitian

4.4.1. Preparasi Sampel Lumpur Lapindo

Sampel Lumpur Lapindo basah sekitar 1.5 2 kg dikeringkan di dalam oven

pada suhu 110 oC selama 24 jam untuk menghilangkan kandungan air. Sampel

berwarna abu-abu gelap. Kemudian sampel ditumbuk halus di dalam mortar

kemudian diayak dengan ayakan berukuran 60 mesh sehingga didapatkan sampel

yang berbentuk butiran halus.

4.4.2. Penentuan Lama Pengocokan dan Jumlah Pelarut Pada Pengurangan

Garam-Garam Na+, K

+, dan Mg

2+

Penentuan lama pengocokan dan jumlah pelarut untuk mengurngi garam-

garam Na+, K

+, dan Mg

+ dilakukan menurut prosedur ekstraksi garam-garam larut air

yang telah dilakukan oleh Satria (2011).

4.4.4. Tanin sebagai cetakan pori

Tanin yang digunakan dalam penelitian ini adalah tanin murni dari Riedel-de

Han.

4.4.5. Pembuatan Keramik

Keramik yang dibuat dengan prosentase tanin bervariasi mulai dari 0%, 10%,

20%, 30% dan 40% dari berat total. Cetakan yang digunakan dalm pembuatan

keramik ini adalah cetakan berbentuk silinder dengan diameter 1,6 cm dan tinggi 1,55

cm. Berat total dari campuran lumpur kering dan tanin dengan prosentase 0-20%

adalah 5 gram, sedangkan berat total dari campuran lumpur kering dan tanin dengan

30% dan 40% tanin adalah masing-masing 5,5 gram dan 6 gram. Pembuatana

49

keramik dilakukan dengan metode die pressing, dimana bahan keramik dalam bentuk

bubuk dicampur dengan binder atau pengikat. Bahan yang berperans ebagai binder

adalah tanin. Untuk keramik dengan 0% tanin dibuat dengan meninbang 5 gram

lumpur lapindo yang sudah dihaluskan kemudian ditetesi air sedikit demi sedikit dan

dihomogenkan selama 10 menit agar mudah dibentuk dan dicetak. Keramik dengan

10% tanin dibuat dengan menimbang sampel lumpur Lapindo sebanyak 4,5 gram

kemudian ditambahkan 0,5 gram tanin yang berbentuk bubuk atau butiran halus,

setelah itu dihomogenkan selama 5 menit dan ditambahkan air sedikit demi sedikit

sambil dihomogenkan kembali selam 10 menit. Setelah homogen sampel dibentuk

dan ditempatkan ke dalam cetakan. Keramik dengan 20% tanin dibuat dengan cara

yang sama tapi dengan perbandingan lumpur dan tanin yang berbeda yakni 4 gram

lumpur dan 1 gram tanin. Sedangkan untuk keramik dengan 30% yaitu perbandingan

lumpur dan tanin masing-masing 3,85 gram dan 1,65 gram dengan berat total 5,5

gram. Terakhir adalah keramik dengan 40% tanin. Dibuat dengan campuran lumpur

dan tanin masing-masing 3,6 gram dan 2,4 gram.

Lumpur dengan variasi tanin yang sudah dicetak kemudian diangin-anginkan

selama 24 jam. Setelah diangin-anginkan, dilepas dari cetakan sehingga berbentuk

keramik mentah yang kemudian disintering dengan perlakuan temperatur dan waktu

yaitu 28 oC - 50

oC selama 30 menit, 50

oC 100 oC selama 30 menit, 100 oC 100

oC selama 60 menit, 100

oC 150 oC selama 15 menit, 150 oC 200 oC selama 15

menit, sampai dengan 1200 oC dengan masing-masing interval 50

oC/15 menit. Pada

suhu 350 oC dan 800

oC ditahan selama satu jam.

Pemanasan secara bertahap

dimaksudkan agar pengeringan dan pelepasan molekul air pada sampel keramik lebih

50

merata, sehingga mengurangi kerusakan atau keretakan pada keramik sebelum

memadat dan mengeras. Pemanasan hingga suhu di atas 1000 oC dimaksudkan untuk

menghilangkan tanin dari dalam keramik sebagai cetakan pori. Kemudian dilakukan

penimbangan keramik secara teliti dilakukan sebelum dan sesudah sintering.

4.4.6. Karakterisasi Keramik

Karakterisasi keramik berpori yang dibuat dari lumpur lapindo meliputi uji

XRF, Uji DTA, susut bakar, uji porositas (diameter pori), uji densitas, uji kekerasan

keramik, struktur mikro (SEM), uji difraksi sinar-X, dan uji keasaman brownsted.

a) Analisa Kadar Logam Sampel Lumpur Lapindo

Analisa kadar logam bahan baku lumpur Lapindo dilakukan sebelum dan

sesudah ekstrasksi logam dan garam terlarut menggunakan XRF (X-ray fluorescence

spectrometry)

b) Analisa Termal dengan DTA

Analisa termal dilakukan untuk menentukan perlakuan suhu dan waktu pada

saat sintering dan untuk mengetahui suhu tanin mulai mengalami degradasi. Analisa

termal dilakukan menggunakan DTA. Tanin dan keramik mentah yang akan dianalisa

diletakkan dalam cawan yang digantung dalam reaktor. Gantungan cawan

dihubungkan dengan timbangan digital untuk mengukur perubahan massa keramik

terhadap fungsi suhu.

51

c) Susut Bakar

Susut bakar pada sampel keramik yang disintering memiliki perbedaan sesuai

dengan kandungan air dan bahan organik sebagai cetakan pori yang ada pada bahan

keramik. Susut bakar menyebabkan hilangnya kandungan air dan senyawa organik

dalam bahan keramik. Volume yang menjadi kecil disebabkan oleh kekosongan

bekas kandungan air dan senyawa organik.

Penyusutan volum sampel diketahui dari hasil selisih pengukuran untuk

masing-masing diameter dan tinggi sampel sebelum dan sesudah pembakaran. Alat

ukur yang digunakan adalah jangka sorong dan penggaris. Untuk mengetahui susut

massa dilakukan dengan mengukur selisih massa sebelum dan sesudah pembakaran

yang ditimbang menggunakan neraca analitik. Susut volum dan susut massa diukur

berdasarkan persamaan 2.2 dan 2.3.

d) Uji Densitas

Uji densitas dapat dilakukan dengan metode yang didasari hukum

Archimedes. Prinsip dari metode ini adalah mengukur massa air yang berpindah

akibat adanya desakan dari keramik yang dimasukkan ke dalam gelas Erlenmeyer.

berisi air. Terlebih dahulu ditimbang gelas Erlenmeyer kosong 100 mL, keramik A +

gelas Erlenmeyer kosong 100 mL, serta keramik A + gelas Erlenmeyer 100 mL yang

telah ditambahkan air sampai dengan tanda batas. Setelah itu densitasnya dihitung

dengan menggunakan rumus sebagai berikut: (Satria, 2010)

(4.1)

52

Dimana: m = massa keramik

V = volume keramik

Untuk mendapatkan data m dan V yang dibutuhkan maka dilakukan

penimbangan:

X = gelas erlenmeyer 100 mL kosong

Y = gelas erlenmeyer 100 mL + keramik

Z = gelas erlenmeyer 100 mL + keramik + akuades sampai tanda batas

maka:

m = Y X

V = 100 - Z Y air

sehingga persamaan di atas berubah menjadi:

(4.2)

e) Uji Porositas (Diameter Pori)

Karakterisasi diameter pori dilakukan menggunakan metode bubble point.

Skema alat metode ini ditunjukkan pada Gambar 2.14. Keramik diletakkan di filter

holder kemudian dibasahkan dengan akuades. Syringe diisi dengan udara 20 mL dan

dihubungkan dengan filter holder. Diberikan tekanan pada syringe (udara) hingga

gelembung udara muncul di permukaan keramik. Dicatat berapa volume yang

dibutuhkan hingga terbentuk gelembung udara, dihitung jari-jari pori berdasarkan

pada persamaan 2.5 dan 2.6.

53

f) Gambar Mikro Penampang Pori

Gambar mikro penampang pori dapat dikarakterisasi secara kualitatif dengan

menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM). Alat ini memiliki ketelitian dan

perbesaran yang tinggi dalam menampilkan gambar sampel dalam bentuk tiga

dimensi. Berbagai jenis pori yang sudah dikenal antara lain pori tertutup dan pori

terbuka. Berdasarkan bentuknya pori dibagi menjadi bentuk silinder, bentuk botol,

bentuk corong atau belahan.

g) Uji Difraksi Sinar-X (XRD)

Uji difraksi sinar-X bertujuan untuk mengetahui berbagai parameter dalam

material padat, antara lain untuk meneliti ciri utama struktur kristal (parameter kisi)

dan untuk mengetahui rincian lain, misalnya susunan berbagai jenis atom dalam

kristal, keberadaan cacat, ukuran butiran dan sub butiran, orientasi, ukuran dan

kerapatan presipitat.

h) Uji Kekerasan Keramik

Uji kekerasan keramik berguna untuk mengetahui ketahanan bahan terhadap

penetrasi pada permukaan, namun pada umumnya kekerasan menyatakan ketahanan

terhadap deformasi plastis karena pada bahan yang ulet kekerasan memiliki hubungan

yang sejajar dengan kekuatan. Pengujian kekerasan dilakukan dengan menempatkan

keramik berpori di bawah alat Equotip Hardness Tester. Keramik yang akan diuji

dihaluskan permukaannya menggunakan polising machine. Keramik diletakkan pada

dudukan dan dipastikan stabil. Hv dihitung berdasarkan persamaan 2.4. pengukuran

54

dilakukan pada 3-4 titik pada badan keramik untuk memperoleh keseragaman

pengukuran.

i) Uji Asam Bronsted

Lumpur Lapindo mengandung sebagian besar aluminosilikat sehingga dalam

bentuk padatan akan mamiliki permukaan asam. Oleh karena itu penentuan sifat asam

ditentukan dengan spektroskopi inframerah. Pengujian IR dilakukan dengan

menggerus keramik yang sudah disinterring kemudian dibentuk seperti pellet untuk

dianalisa.

55

BAB V

HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari penelitian ini didapatkan hasil yang diperoleh dari beberapa parameter

yang dijadikan obyek penelitian. Hasil yang diperoleh berupa karakterisasi sampel

keramik berpori lumpur Lapindo yang meliputi uji XRF, Uji DTA, susut bakar, uji

porositas (diameter pori), uji densitas, uji kekerasan keramik, gambar mikro

penampang pori (menggunakan SEM), uji difraksi sinar-X, dan identifikasi situs

asam Bronsted dengan FT-IR.

5.1. Penentuan Suhu Sintering dengan Analisa DTA Keramik berpori dari

Lumpur Lapindo

Hasil analisa termal keramik mentah 30% ditunjukkan pada Gambar 5.1.

Gambar 5.1. Termogram analisa termal keramik mentah 30% tanin menggunakan

TGA/DTA. Keterangan : ( ) TGA, ( ) DTA, dan ( ) suhu

1

2

3

56

Penentuan suhu sintering dalam penelitian ini dilakukan setelah analisa termal

keramik dengan 30% tanin menggunakan TGA/DTA. Data hasil pengukuran

menunjukkan suhu terjadinya pengurangan berat keramik dan terjadinya perubahan

fasa beberapa mineral. Laju pemanasan pada analisa DTA adalah 10 oC/menit dengan

berat sampel yang dianalisa adalah 90,29 mg.

Tabel 5.1. Interpretasi Hasil Analisa Termal Keramik Mentah Menggunakan

TGA/DTA

No. Suhu

(oC)

Interpretasi Penyusutan

massa

1 100 Lepasnya air pada sistem keramik 6%

2 350

Pengerasan pada badan keramik dan tanin, serta

lepasnya air hidrat. 24,18%

3 800

Degradasi termal pada tanin yang ditandai pemecahan

ikatan C-H pada gugus fenol dan pembentukan CO2. 42,72%

Dari Tabel 5.1 tentang interpretasi hasil analisa termal, dilakukan berbagai perlakuan

suhu terhadap keramik mentah yang disinter. Tahap sintering dilakukan dengan

menahanan suhu selama 60 menit pada suhu 100 oC, 350

oC, dan 800

oC. pada suhu

100 oC terjadi penguapan air pada sistem keramik, hal ini terlihat dari pengurangan

massa sebesar 6%. Kemudian Pada suhu 300 sampai 500

oC, terjadi curing atau

pengerasan pada badan keramik dan tanin, serta terjadi pelepasan air hidrat yang

terikat pada mineral. Pada suhu ini terjadi juga perubahan tanin menjadi bentuk

amorf. Pada suhu 800 oC ditahan selama 60 menit untuk memaksimalkan penguraian

tanin, karena pada suhu 560 800 oC ikatan antara C-H dalam gugus fenolik pada

tanin akan pecah. Pada suhu 800 oC hingga 1180

oC tidak terjadi pengurangan berat

keramik secara signifikan karena pada rentang suhu ini hanya terjadi perubahan fasa

57

pada keramik. Pemanasan dilakukan dengan laju pemanasan 50 oC per 15 menit

hingga suhu 1180 oC. Ketika mencapai suhu 1180

OC ditahan lagi selama 60 menit.

Pemanasan dilakukan hingga suhu 1180 oC karena transformasi fasa -Al2O3 menjadi

-Al2O3 (korundum) terjadi di atas suhu 1000 oC. Untuk aluminosilikat (Al2SiO5)

stabil hingga suhu 1250 oC dalam bentuk amorf. Pada 573 C, -quartz berubah

menjadi -quartz, umumnya kedua bentuk ini memiliki struktur yang sama.

Pemanasan quartz pada 867 C terjadi perubahan dari -quartz ke -tridimit

(Shackelford dan Doremus, 2008). Perubahan fasa sebelum dan setelah sintering

dijelaskan pada bagian 5.2 tentang hasil analisa dengan XRD.

5.2. Sifat Fisik dan kimia Keramik Berpori dari Lumpur Lapindo

5.2.1. Analisa Sifat Fisik

Nainggoalan (2008) menyebutkan susut bakar umumnya terjadi akibat

hilangnya air akibat penguapan dan hilangnya zat aditif dari dalam keramik dan

butiran kecil menyatu aktif terhadap butiran besar. Kekosongan yang terjadi akan

diisi oleh bagian fluks (pelebur). Hasil analisa susut bakar keramik berpori dari

lumpur Lapindo dilakukan dengan mengukur volume dan menimbang massa sebelum

dan sesudah sintering. Keramik berpori lumpur Lapindo ini dicetak dengan

menggunakan cetakan berbentuk silinder dengan diameter 1,6 cm dan tinggi 1,55 cm

dan untuk analisa susut bakar digunakan persamaan 2.7 dan 2.8. Hasil yang diperoleh

dari analisa susut bakar ini dapat dilihat dari grafik susut volume dan susut massa

pada Gambar 5.2.

58

Gambar 5.2. Grafik hubungan prosentase susut volume dan massa dengan

prosentase jumlah tanin

Tanin yang digunakan sebagai cetakan pori pada pembuatan keramik berpori

juga berguna sebagai perekat (Warsin 2000). Tanin akan mengikat partikel lumpur

Lapindo setelah diberi air pada saat pencetakan sehingga meningkatkan kekuatan

keramik sebelum disintering, berbeda dengan keramik tanpa tanin yang cenderung

rapuh dan mudah pecah. Tanin juga akan memberikan warna hijau dan biru

kehitaman bila bereaksi dengan besi (Browning 1996).

Keramik berpori yang dibuat dari lumpur Lapindo disintering hingga suhu 1180

oC, keramik sebelum dan sesudah sintering memperlihatkan perbedaan volume yang

cukup signifikan. Keramik dengan prosentase tanin 10% sampai 40% dengan interval

10% mengalami susut bakar (massa dan volume) yang relatif meningkat dengan

prosentase berbeda seperti yang terlihat pada Tabel 5.2.

17,32

27,75

35,185

41,115

50,155

-48,075

13,23 18,515

37,7

49,685

-60

-40

-20

0

20

40

60

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50

susu

t m

assa

(%

)

jumlah tanin (%)

susu

t vo

lum

e (

%)

susut massa

susut volume

59

Tabel 5.2. Hasil analisa sifat fisik keramik berpori

jumlah

tanin

(%)

% susut

massa

% susut

volume densitas

Kekerasan

(Hv)

Diameter

pori (m)

0 17.32 -48.075 4.42 99.07 2.82

10 27.75 13.23 2.82 71.245 2.77

20 35.185 18.515 2.175 55.83 2.72

30 41.115 37.7 1.525 42.02 2.65

40 50.155 49.685 1.18 39.5 2.58

Dari data ini terlihat prosentase penyusutan volume dan massa semakin meningkat

seiring dengan peningkatan jumlah tanin dalam keramik (Gambar 5.2), penyusutan

ini disebabkan karena tanin yang dicetak bersama sampel lumpur Lapindo mengalami

pembakaran dan terurai pada saat sintering. Dalam penelitian Sumin (2002),

diperoleh data DTA bahwa tanin akan mengalami pemecahan ikatan C-H pada suhu

560 800 oC. Pada keramik tanpa tanin tidak terjadi penyusutan volume melainkan

terjadi peningkatan volume. Peningkatan volume ini diperkirakan karena tingginya

kadar Fe dalam bentuk oksida besi (Fe2O3) pada sampel lumpur Lapindo, berdasarkan

hasil analisa XRF yaitu sekitar 25,9% (lampiran 6.6). Hasil analisa XRF untuk

lumpur sebelum ekstraksi memperlihatkan 3 unsur logam terbesar dengan nilai

prosentase di atas 10% adalah Si, Fe, dan Al dengan masing-masing 40,1%, 28,8%,

dan 15%. Unsur logam ini terdapat pada sampel lumpur Lapindo dalam bentuk

oksida yang lebih lanjut dijelaskan pada bagian hasil analisa dengan XRD. Dengan

mengetahui bahwa kandungan Si sebagai Silika dan Al sebagai alumina, maka

lumpur Lapindo layak digunakan sebagai bahan pembuat keramik. Setelah dilakukan

ekstraksi, komposisi masing-masing 3 unsur tersebut mengalami peruberubahan

60

dengan nilai 45,6% Si, 14% Al, dan 25,9% Fe. Prosentase Al dan Fe mengalami

penurunan sedangkan Si mengalami peningkatan.

Perubahan logam dengan prosentase kurang dari 10% persen dapat dilihat pada

Lampiran 5.1. Dengan tingginya kandungan logam pada lumpur Lapindo

menyebabkan massa jenisnya juga lebih besar dari massa jenis air yaitu berkisar 1,24

1,37 (Agustanto, 2007). Tingginya kadar Fe pada sampel lumpur akan berpengaruh

pada kekerasan dan warna keramik setelah sintering.

Bertambahnya volume keramik 0% tanin dapat dijelaskan dengan hasil analisa

XRD yang tertera pada Tabel 5.3.

Tabel 5.3. Hasil analisa XRD keramik sebelum dan setelah sintering

no. senyawa fasa

% fasa sistem kristal parameter sel

sebelum

sintering

setelah

sintering

sebelum

sintering

setelah

sintering

sebelum

sintering

setelah

sintering

1 SiO2 Quartz 9,60% 14,20% heksagonal heksagonal a=4,8362

c=5,3439

a=4,9160

c=5,4054

2 Al2O3 Corundum 26,70% 15,70% heksagonal heksagonal a=4,7570

c=12,9877

a=4,7602

c=12,9933

3 Fe2O3 Hematite 7,50% 6% rombohedral heksagonal a=5,4200 a=5,0380

c=13,7720

4 Al2SiO5 Andalusite 34,30% 25,30% ortorombik ortorombik

a=7,7980

b=7,9031

c=5,5566

a=7,8355

b=7,9289

c=5,5611

5 Al2Si2O5(OH)4 Kaolinite 21,90% 38,90% triklinik triklinik

a=5,1554

b=8,9448

c=7,4048

a=5,1554

b=8,9448

c=7,4048

Hasil analisa XRD keramik memperlihatkan oksida besi (Fe2O3) dengan fasa

hematit muncul pada sudut 2 = 56,3o dengan prosentase fasa 7,5% pada keramik

sebelum sintering. Perubahan sudut 2 terjadi setelah sintering keramik, dan Fe2O3

muncul pada 69,43o. Selain perubahan sudut 2, terjadi juga penurunan prosentase

fasa menjadi 6%. Hal ini disebabkan karena selama proses sintering hingga suhu di

61

atas 1180 oC berakibat pada berubahnya sistem kristal pada oksida besi, dari

rombohedral dengan parameter sel a=5,4200 menjadi heksagonal dengan

parameter sel a=5,0380 , c=13,7720 . Menurut Cornell dan Schwertmann (2003),

pada sistem rombohedral hanya terdapat dua unit Fe2O3 dalam satu sel, sedangkan

pada sistem heksagonal terdapat enam unit Fe2O3 dalam satu sel. Dengan adanya

perubahan sistem Kristal dan parameter sel, diperkirakan pengaruh terhadap volume

keramik secara makro adalah membesar dan menyebabkan keramik dengan tanin 0%

mengalami penambahan volume setelah sintering.

Perubahan parameter sel terjadi pada semua oksida dan mineral pada keramik,

namun perubahan yang paling signifikan terlihat pada oksida besi. Pada silika terjadi

perubahan sebelum sintering dari -quartz menjadi -tridimit setelah sintering. hal ini

ditandai dengan perubahan parameter sel.

Berbeda dengan diameter pori, kekerasan dan massa jenis menunjukkan

penurunan nilai, mulai dari prosentase tanin 0% sampai 40%. Hal dapat dilihat pada

Gambar 5.3 dan 5.4.

62

Gambar 5.3. Grafik masa jenis dan diameter pori keramik

Penentuan diameter pori dilakukan dengan menggunakan metode bubble

point, sedangkan penentuan massa jenis dilakukan dengan menggunakan persamaan

2.7 dan 4.2 yang dikenal dengan hukum Archimedes.

Seperti yang dijelaskan sebelumnya, volume keramik tanpa tanin menjadi

lebih besar setelah disintering. Hal ini akan berpengaruh juga pada diameter pori,

massa jenis, dan kekerasan keramik yang terbentuk selama proses sintering karena

adanya oksida besi berupa Fe2O3. Clay yang juga terdiri atas kaolin dan feldspar

menurut Diamond (1970) memiliki diameter pori 10 nm sampai 10.000 nm,

sedangkan menurut IUPAC apabila suatu pori memiliki diameter lebih besar dari 50

nm maka pori tersebut digolongkan ke dalam makropori. Hasil dari penelitian ini

memperlihatkan bahwa diameter pori keramik dari lumpur Lapindo yang dianalisa

4,42

2,82

2,175

1,525

1,18

2,82

2,77

2,72

2,65

2,58

2,55

2,6

2,65

2,7

2,75

2,8

2,85

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 10 20 30 40 50

mas

sa je

nis

(gr

/cm

3

jumlah tanin (%)

dia

me

ter

po

ri (

m)

Massa jenis (gr/cm3)

diameter pori (m)

63

dengan metode bubble point berada dalam katergori makropori, dan keramik

berdasarkan hasil analisa XRD terdiri dari kaolin dan aluminosilikat. Adanya tanin

yang berperan sebagai cetakan pori sekaligus perekat antarpartikel lumpur Lapindo

menyebabkan keramik tidak merekah pada saat sintering dan menghasilkan pori yang

cenderung semakin kecil sesuai dengan semakin banyaknya prosentase tanin yang

ditambahkan ke dalam keramik. Untuk massa jenis keramik, semakin banyak tanin

akan menyebabkan semakin banyak ruang kosong berupa pori dengan berbagai

ukuran dan bentuk setelah sintering seperti yang diperlihatkan pada Gambar 5.4.

dengan adanya pori ini akan menyebabkan pengurangan massa yang berpengaruh

pada pengurangan massa jenis. Penentuan jumlah penambahan tanin ini berdasarkan

penelitian oleh HP Technical Ceramics yang memproduksi keramik berpori dengan

standar porositas 35-50%

a1. 100 X

b1. 100 X

a2. 500 X

b2. 500 X

64

a3. 1000 X

b3. 1000 X

a4. 2500 X

b4. 2500 X

a5. 5000 X

b5. 5000 X

a6. 10000 X

b6. 10000 X

Gambar 5.4. Struktur mikro keramik dengan 30% tanin a (sebelum sintering),

b (setelah sintering) dengan perbesaran 100, 500, 1000, 2500, 5000, dan 10.000

kali.

65

Berdasarkan hasil analisa gambar mikro dengan menggunakan SEM pada

Gambar 5.4, terlihat perbedaan antara keramik sebelum sintering dan setelah

sintering. Perbedaan ini mulai terlihat pada perbesaran 1000X yang memperlihatkan

banyaknya pori pada badan keramik, dan pada perbesaran 10000X terlihat jelas

ukuran dan bentuk pori yang memperlihatkan ukuran makropori serta bentuk yang

bervariasi. Hasil analisa dengan metode bubble point dan SEM memperlihatkan

adanya pori terbuka dan tertutup. Adanya pori ini menyebabkan terbentuknya jarak

atau ruang antar pertikel penyusun keramik yang menyebabkan menurunnya

kekerasan mulai dari keramik dengan tanin 0% sampai 40%. Nilai kekerasan yang

paling tinggi (skala Vickers) ditunjukkan oleh keramik dengan prosentase tanin 0%

karena pada kondisi ini intesitas pori sangat sedikit karena tidak ada tanin yang

menghalagi interaksi antarpartikel selama proses sntering.

Gambar 5.5. Grafik hubungan kekerasan keramik dengan variasi tanin

.

99,07

71,245

55,83

42,02 39,5

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50

Ke

kera

san

(H

v)

Prosentase tanin

66

Dari hasil analisa gambar mikro dan bubble point dapat diketahui bahwa

urkuran pori adalah dalam kategori makropori. Keramik alumina silika dengan

ukuran seperti ini dapat dijadikan sebagai sistem katalis plasma hibrid. Penelitian

Hensel dkk (2005) memperlihatkan bahwa ukuran diameter pori antara 10-15 m

menunjukkan lucutan plasma paling stabil dan efektif apabila digunakan untuk

mengurangi emisi gas buang kendaran berupa nitrogen oksida dan hidrokarbon.

5.2.2. Analisa Sifat Kimia

Analisa kualitatif dengan FT-IR dilakukan untuk mengetahui sifat kimia berupa

situs asam Bronsted pada keramik berpori dari lumpur Lapindo. Aluminosilikat dapat

memperlihatkan situs asam Bronsted. Pembentukan situs asam mungkin dianggap

sebagai kondensasi Si unit Si(OH)4 dengan unit aluminium hidrous, H2O.Al(OH)3.

Prinsip dari analisa FT-IR adalah menggunakan vibrasi molekul sebagai kunci

untuk struktur. Keadaan vibrasi dari ikatan terjadi pada keadaan tetap, atau

terkuantitas pada tingkat energi tertentu. Panjang gelombang eksak dari absorpsi oleh

suatu ikatan tertentu, bergantung pada jenis getaran dari ikatan tersebut. Oleh karena

itu, tipe ikatan yang berlainan (C-H, C-C, O-H, dan sebagainya) menyerap radiasi

infra merah pada panjang gelombang yang berlainan (Fessenden, 2004). Gambar 5.6

memperlihatkan spektra IR dari keramik yang dibuat dari lumpur Lapindo dengan 0%

tanin.

67

Gambar 5.6. Spektra IR keramik dengan jumlah tanin 0%

Dari spectra IR pada Gambar 5.6 dapat dilihat hubungan antara transmitan

persen (%T) dan bilangan gelombang dari keramik dengan jumlah tanin 0%. Tabel

5.4 menunjukkan daerah serapan untuk berbagai vibrasi Si-O dan Si-O-Al.

Tabel 5.4. vibrasi beberapa gugus kimia (Hlavay dkk, 1978)

Sampel Gugus Bilangan gelombang (cm-1

)

Quartz

Feldspar

SiO vibrasi regangan asimetris SiO vibrasi regangan simetris SiO vibrasi tekuk simetris SiO vibrasi tekuk asimetris SiO vibrasi regangan asimetris SiOAl kumpulan vibrasi SiO vibrasi tekuk simetris SiO vibrasi tekuk asimetris AlO vibrasi koordinasi

1175 1100 802 785 695

516 470 1200 950 775 735 570

538

648

Beberapa jenis vibrasi pada gugus yang tersaji dalam Tabel 5.4 digunakan

untuk menyesuaikan serapan pada spektra IR pada Gambar 5.10. Pada daerah serapan

900 1200 cm-1 terjadi overlapping antara vibrasi regangan simetris SiO feldspar

dan quartz, overlapping ini menyebabkan pelebaran puncak pada spektra. Menurut

68

Hlavay dkk (1978) silika amorf dengan vibrasi tekuk simetri biasanya terlihat pada

695 cm-1

, namun pada spektra sampel keramik getaran tekuk simetri ini terlihat pada

694,33 cm-1

. Hal ini disebabkan karena proses sintering dengan pemanasan bertahap

sampai 1180 oC

yang mengubah silika dari bentuk amorf menjadi kristalin sehingga

mempengaruhi serapan. Pada spektra IR keramik, terlihat puncak pada 794,62 dan

694,33 cm-1

yang menunjukkan pada daerah ini terdapat terdapat kumpulan berbagai

vibrasi SiOAl antara 7