Interkalasi Agen Pemilar Zr

50 Gambar 2.11. Ilustrasi dari Beberapa Hasil Lempung Terpilar dengan Menggunakan Prekursor agen pemilar yang Berbeda: A Al- PILC, B Zr-PILC, C Ti-PILC, dan D Fe-PILC Vansant, 1998

2.3.3. Interkalasi Agen Pemilar

Al–lempung dan Zr–lempung dapat dipertimbangkan sebagai sebuah model sehingga preparasinya lebih mendetil 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. Minto Supeno: Bentonit Alam Terpilar Sebagai Material Katalis Co-Katalis Pembuatan Gas Hidrogen Dan Oksigen Dari Air, 2007. USU e-Repository © 2008 51 Secara umum, berbagai spesies ion terdapat dalam larutan seperti Al 13 7+ , Al 3+ , Al 8 4+ dan H + . Proses yang terjadi dapat dijelaskan sebagai kompetisi antara ion ini dengan kation asli lempung. Selektivitas pertukaran kation dalam silikat tergantung pada muatan dan ukuran kation. Selektivitas akan tinggi apabila kation bermuatan besar dan laju pertukaran menjadi lebih rendah untuk spesies yang lebih meruah. Dapat diperkirakan bahwa pada kesetimbangan termodinamik, kation Al 13 7+ dan Zr 4 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. Al dan Zr yang terdapat pada keadaan 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 spacing dan 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 makro kation 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 termal dari 2 dua sampel yang berbeda dapat dilihat pada Tabel 2.5 berikut ini: Minto Supeno: Bentonit Alam Terpilar Sebagai Material Katalis Co-Katalis Pembuatan Gas Hidrogen Dan Oksigen Dari Air, 2007. USU e-Repository © 2008 52 Tabel 2.5. Evolusi Luas Permukaan 2 dua Zr-PILC Kalsinasi pada Temperatur yang Berbeda Luas Permukaan m 2 g setelah Kalsinasi pada Suhu Sampel 250°C 500°C 700°C Zr-PILC 360 260 205 Zr-PILC 280 210 130 Pengaruh distribusi pilar dalam lempung terhadap stabilitas termal Lempung Terpilar PILC dapat dijelaskan dengan fakta jarak rata-rata antar pilar, sehingga dapat memfasilitasi sintering yang tergantung pada distribusi ini. Jadi, dapat dihipotesis bahwa stabilitas termal merupakan determinasi tidak langsung dari distribusi pilar yang tergantung pada kondisi eksperimen pertukaran ion. Secara garis besar, pengaruh temperatur yang digunakan terhadap penampilan pertukaran ion telah diselidiki oleh Bartley dan Burch. Keduanya mengamati stabilitas termal yang lebih baik untuk Zr–lempung yang dipreparasi melalui refluks terhadap larutan ZrOCl 2 dengan lempung. Kation dari lempung juga menunjukkan beberapa pengaruh, seperti ditunjukkan pada Tabel 2.6 dalam kasus Zr–lempung dan Al–lempung. Pada Zr– lempung, stabilitas termal 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 500°C. Dapat dikatakan, bahwa luas permukaan sedikit lebih tinggi pada sampel yang dipreparasi dari bentuk Ca–lempung. Pada kasus Al–lempung, pengaruh kation lempung terhadap Minto Supeno: Bentonit Alam Terpilar Sebagai Material Katalis Co-Katalis Pembuatan Gas Hidrogen Dan Oksigen Dari Air, 2007. USU e-Repository © 2008 53 tekstur material yang dihasilkan juga sangat jelas. Difraksi Sinar-X tidak merefleksikan variasi terlalu banyak tetapi luas permukaan menunjukkan interkalasi lempung yang lebih baik bila kation lempung memiliki muatan positif yang lebih besar. Pengaruh ini dapat dijelaskan melalui kompetisi antara kation asal dengan agen pemilar. Selektivitas pertukaran kation meningkat dengan meningkatnya muatan sehingga kompetisi antara Na + dengan Al 13 7+ lebih baik atau lebih menguntungkan terhadap inkorporasi Al dibandingkan dengan kompetisi antara Ce 3+ dengan Al 13 7+ . Dengan tidak adanya kompetisi ion, Al 13 7+ bertukar secara cepat dan akan bergerak ke pusat partikel. Penggunaan kompetisi ion, seperti Cl 3+ , akan menurunkan kekuatan adsorbsi dan daya kation Al 13 7+ dalam partikel sehingga menghasilkan distribusi kation yang homogen dan luas permukaan yang lebih besar. Tabel 2.6. Pengaruh Kation Asal Lempung terhadap Sifat Tekstur Lempung Terpilar PILC a 250°C 400°C 500°C b Kation Asal d 001 Å 25°C S m 2 g d 001 Å d ’ 001 Å S m 2 g Zr-montmorilonit Na 21,5 288 21 Rusak - Ca 21 323 21 18,0 284 Al-montmorilonit Na-Ca 20 18,4 329 Li 20 18,0 295 Ca 20 18,2 453 La 20 18,6 430 Kozo Ishisaki, 1998 Minto Supeno: Bentonit Alam Terpilar Sebagai Material Katalis Co-Katalis Pembuatan Gas Hidrogen Dan Oksigen Dari Air, 2007. USU e-Repository © 2008 54 Keterangan: a Jenis lempung yang digunakan adalah Na–bentonit b Zr–montmorilonit dikalsinasi pada suhu 500°C dan Al–montmorilonit dikalsinasi pada suhu 400°C.

2.3.4. Preparasi Lempung Terpilar