Pengetsaan Sio2 Bentonit Alam Terpilar Sebagai Katalis Gas Hidrogen Dari Air
Pengetsaan SiO2 Bentonit Alam Terpilar sebagai Katalis Gas Hidrogen dari Air
(Minto Supeno, Seri Bima Sembiring, Basuki W., H.R. Brahmana)
PENGETSAAN SiO2 BENTONIT ALAM TERPILAR SEBAGAI
KATALIS GAS HIDROGEN DARI AIR
Minto Supeno, Seri Bima Sembiring, Basuki W., H.R. Brahmana
Departemen Kimia FMIPA
Universitas Sumatera Utara
Jl. Bioteknologi No. 1 Kampus USU Medan 20155
Abstrak
Berdasarkan analisis, maka bentonit Kecamatan Padang Tualang, Kabupaten Langkat merupakan jenis NaBentonit. Bentonit ini dijenuhi dengan larutan Natrium Klorida NaCl 1 M selama 1(satu) hari, tujuannya
memperkaya Na-Bentonit. Na-Bentonit selanjutnya diaktivasi menggunakan Asam Sulfat (0,5-2) M selama 24
jam lalu dikeringkan. Material ini didiinterkalasi dan dipilarisasi menggunakan larutan Ti 0,82 M dan
dikalsinasi pada suhu 350 oC. Menghasilkan bentonit terpilar TiO2 dan dianalisa menggunakan XRD, FTIR,
Luas Permukaan (BET) dan SEM, dari data-data tersebut maka aktivasi untuk bentonit terpilar yang baik pada
konsentrasi 1,5 M Asam Sulfat.
Pengetsaan bentonit terpilar TiO2 menggunakan larutan (HNO3/HF/CH3COOH/I2). Maksud pengetsaan ini
untuk memperbanyak hole pada jarak antar layer dalam silikat, selanjutnya dipanaskan pada 400-500 oC selama
1 jam. Hasil etsa pada 450oC menghasilkan material luas permukaan terbesar 92,01 m2/g dan volum pori 0,044
cc/g, dan di foto SEM.
Dua bentonit yaitu Bentonit terpilar-TiO2, Bentonit terpilar yang telah dietsa masing-masing 4 gr dimasukkan
dalam wadah berisi air 10 ml dan dihubungkan dengan manometer, lalu disinari dengan ultra violet pada
panjang gelombang 180 nm untuk dilakukan uji terbentuknya gas hidrogen. Berdasarkan penemuan ini bentonit
terpilar yang telah dietsa dapat menghasilkan gas hidrogen dengan total gas 78,5% selama 4 hari penyinaran
UV.
Kata kunci: Bentonit Terpilar, Etching, Katalis
PENDAHULUAN
Serbuk fotokatalis semikonduktor telah
banyak dipelajari, ditemukan bahwa aktivitas
dari fotokatalis ini semakin baik dengan
turunnya ukuran partikel yang menyebabkan
kenaikkan luas permukaan. Penurunan pada
ukuran partikel di bawah antara 5–10 nm
menyebabkan perubahan struktur pita energi
menjadi semikonduktor yang dikenal sebagai
efek samping kwantum. Penelitian lebih
lanjut
telah
dilakukan
menghasilkan
fotokimia dari berbagai macam ukuran dan
bentuk, partikel semikonduktor kolokogenide
seperti CdS, ZnS, CdSe, GgSe, ZnSe dan
semikonduktor Oksida dari jenis ZnO, Fe2O3,
TiO2 telah banyak digunakan untuk
fotokatalis untuk memproduksi hidrogen dari
air (Hirokazu Miyoshi,1989).
Prinsip mengubah permukaan dan poripori bentonit, adalah dengan melarutkan
logam-logam yang terdapat pada pori
bentonit dengan suatu asam dan karena
logam sudah larut maka pori-pori menjadi
lebih luas. Metode lain untuk memperluas
pori dengan cara pemilaran, dalam hal ini
pori-pori bentonit yang mengandung logam
Na dan K diinterkalasi dengan kation logam
yang diameternya lebih besar sehingga pori
tersebut mengembang, selanjutnya dikalsinasi
pada suhu (300-500)oC (Bask,1992, Long
dan Yang, 1999). Logam-logam akan
membentuk oksida-oksida yang berikatan
dengan antarlapis, menghasilkan bentonit
terpilar (Mihai Palverejen 2002). Melalui
teknik ini porositas bentonit akan menjadi
besar, oksida-oksida logam sebagai agen
pemilar dapat digunakan untuk katalis.
31
Jurnal Sains Kimia
Vol. 11, No.1, 2007: 31-36
Pada penelitian ini dilakukan interkalasi
pori-pori bentonit menggunakan TiO2 dan
suhu kalsinasi dari 300–500 oC Untuk
menghasilkan bentonit terpilar–TiO2 Bagian
isolator yaitu oksida-oksidanya dapat dietsa
untuk menghilangkan oksida-oksida dengan
menggunakan campuran HF/H2O/NH4F atau
HF/HNO3/H2O atau dapat juga menggunakan
CF4/H2 yang menghasilkan lapisan silikon
yang bebas dari oksida dan silikon ini
selanjutnya
dietsa
dengan
larutan
HF/HNO3/CH3COOH/I2 sehingga silikon
akan terlarut. Besarnya luas permukaan yang
dihasilkan tergantung waktu yang digunakan
untuk mengetsa. Semakin lama waktu
digunakan SiO2 atau Si larut semua, hal
demikian tidak diharapkan sehingga waktu
yang digunakan untuk mengetsa perlu
dikontrol (Wouter I, 1999; SM Sze, 1997).
Jika teknik pengetsaan ini tercapai maka
permukaan dan pori-pori bentonit terpilar
menjadi
lebih
besar
yang
diduga
menghasilkan makropori bentonit terpilar.
Pemilaran dengan menggunakan TiO2 dan
pengetsaan Silikat bentonit ini dapat
mengubah
sifat
fisik
dan
kimia,
meningkatkan basal spasing (d001), luas
permukaan spesifik, volume total, keasaman
permukaan dan menurunkan rerata jejari
pori.
Bentonit terpilar TiO2 yang dietsa ini
dapat menjadi katalis dalam proses
pembentukan gas hidrogen dari air.
METODE PENELITIAN
Lempung bentonit dengan komposisi
SiO2 61,02%; Al2O3 15,21%; Fe2O3 4,89%;
TiO2 0,62%; CaO 2,08%; MgO 1,94%, K2O
0,46%, Na2O 3,45%, hilang pijar 10,31%
Berdasarkan komposisi ini maka bentonit
Kecamatan Padang Tualang, Kabupaten
Langkat, jenis Na-Bentonit. Bentonit ini
diayak hingga lolos ayakan 100 mesh
kemudian dicuci dengan akuades beberapa
kali dan disaring dengan penyaring vakum
dan dikeringkan dalam oven pada temperatur
32
100oC selama 5 jam, setelah kering lempung
bentonit dikeringkan dan digerus sampai
halus dan diayak menggunakan ayakan 100
mesh.
Penyediaan Na-Bentonit
Seratus gram lempung bentonit dari
(3.3) selanjutnya didispersikan ke dalam 1,5
L larutan NaCl 1M perendaman dilakukan
selama 1 minggu di mana setiap dua hari
sekali larutan NaCl diganti dengan yang
baru. Pada setiap penggantian larutan
dilakukan pengadukan selama 24 jam dengan
pemanasan 60-70oC selama 4 jam kemudian
dilakukan pencucian sampai terbebas dari ion
klorida, hal ini dilakukan sampai uji negatif
terhadap perak nitrat. Penyaringan dilakukan
menggunakan
penyaring
vakum
dan
dikeringkan bentonit dalam oven 100oC,
setelah kering digerus dan diayak
menggunakan ayakan 100 mesh.
Selanjutnya
penjenuhan
bentonit
dilakukan menggunakan NaCl 6 M sambil
diaduk selama 24 jam, kemudian disaring
dengan penyaring vakum dan dicuci dengan
akuades sampai terbebas dari ion klorida hal
ini dibuktikan uji negatif terhadap AgNO3.
Selanjutnya dikeringkan dalam oven pada
suhu 100oC. Setelah kering digerus sampai
halus kemudian diayak menggunakan ayakan
100 mesh. Hasil penjenuhan lempung
bentonit ini dinamakan Na-Bentonit.
Aktivasi Na-Bentonit dengan Asam
Masing-masing 35 gram bentonit-Na
didispersikan ke dalam 150 ml larutan asam
sulfat 0,5; 1; 1,5; 2,0 M sambil diaduk
dengan penagaduk magnit selama 6 jam.
Aktivasi asam dilakukan selama 24 jam
kemudian disaring dengan penyaring vakum
dan dicuci dengan akuades panas sampai
terbebas dari ion sulfat, hal ini ditunjukkan
uji negatif terhadap BaCl2. Na-bentonit
teraktivasi asam kemudian dikeringkan
dalam oven pada suhu 100oC. Setelah kering
digerus sampai halus kemudian diayak
menggunakan ayakan ukuran 100 mesh
Pengetsaan SiO2 Bentonit Alam Terpilar sebagai Katalis Gas Hidrogen dari Air
(Minto Supeno, Seri Bima Sembiring, Basuki W., H.R. Brahmana)
Interkalasi dan Pilarisasi Na-Bentonit
Ditimbang masing-masing 30 gram
lempung Na-bentonit lalu didespersikan
kedalam 1,5 l air bebas ion (Akuabides) dan
diaduk dengan pengaduk magnit selama 6
jam. Kemudian ke dalam masing-masing NaBentonit dituangkan sedikit demi sedikit
larutan komplek Ti 0,82 M, sambil diaduk
dengan pengaduk magnit selama 10 jam.
Hasil
interkalasi
dipisahkan
dengan
penyaring vakum kemudian dicuci beberapa
kali dengan air bebas ion sampai terbebas ion
klorida. Pencucian dihentikan jika filtrat diuji
dengan perak nitrat tidak membentuk
endapan putih. Lempung bentonit yang telah
diinterkalasi
dengan
kompleks
Ti
o
dikeringkan dalam oven pada suhu 100 C.
Setelah kering digerus sampai halus dan
diayak dengan ayakan 100 mesh selanjutnya
dikalsinasi pada suhu 350oC (Bask, 1992,
Long dan Yang, 1999).
Pengetsaan Bentonit – TiO2
Etching SiO2 dan Si Pada Bentonit
menggunakan larutan Kimia, 20 g Bentonit
terpilar ini selanjutnya dilarutkan dengan
campuran (28 ml HF + 170 ml H2O + 113 g
NH4F) selama 2- 10 menit tujuan untuk
mengetsa silika, selanjutnya dipisahkan dan
sedimen dikeringkan 100 0C dalam kondisi
N2. 20 g sedimen selanjutnya direndam
dalam larutan (1 ml HF + 5 ml HNO3 + 2 ml
CH3COOH + 0,3 g I2/250ml H2O) selama 5–
10 menit yang bertujuan mengikis Silikon.
Selanjutnya dipanaskan 400-500oC. Dengan
teknik demikian akan dihasilkan bentonit
terpilar makropori
Pengetsaan Bentonit Terpilar-TiO2 yang
dikalsinasi pada Suhu 400-500 oC
Bentonit Terpilar-TiO2 yang dikalsinasi
pada suhu 400oC diambil sebanyak 35 g,
kemudian dimasukkan ke dalam wadah
plastik. Selanjutnya ditambahkan larutan
pengetsa (campuran antara: 3ml HF(p) + 5ml
HNO3 (p) + 3ml CH3COOH (glasial)/0,3 g I2/250
ml H2O). 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 suhu
400, 450, 500 oC selama 1 jam. Kemudian
hasilnya dianalisis dengan foto SEM dan
Surface Area Analiser.
Pengujian Gas Hidrogen
4 gr bentonit terpilar TiO2 dan bentonit
terpilar TiO2 yang dietsa masing-masing
dimasukkan dalam erlemeyer 25 ml yang
telah berisi 10ml air, lalu dihubungkan
dengan manometer. Erlemeyer disinari
dengan
Ultraviolet
dengan
panjang
gelombang 180 nm, penyinaran dilakukan
selama 1 minggu. Gas yang terbentuk
ditandai bergesernya manometer U.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan analisa komposisi bentonit
Kabupatan Langkat, maka bentonit di atas
termasuk jenis Na-Bentonit atau swelling,
bentonit ini seterusnya dikeringkan dalam
oven pada 100oC dalam oven dan digerus dan
diayak hingga lolos ayakan 100 mesh.
Bentonit ini lalu direndam dalam NaCl 1M
selama 1 minggu, supaya terjadi pengkayaan
Na-bentonit setelah terbentuk natrium
bentonit maka dimasukan oven 100 oC
sampai kering setelah kering diayak hingga
lolos ayakan 100 mesh. Tahap terakhir
pengkayaan natrium bentonit dengan
mendispersikan larutan NaCL 6 M atau NaCl
jenuh selama 24 jam, lalu dicuci dan
dikeringkan 100oC, material ini dinamakan
Na-Bentonit.
Na-Bentonit selanjutnya didispersikan
ke dalam beberapa larutan Asam sulfat 0,5;
1; 1,5; 2 M, diaduk dengan pengaduk magnit,
aktivasi dilakukan selama 24 jam, disaring
dengan penyaring vakum lalu dikeringkan
33
Jurnal Sains Kimia
Vol. 11, No.1, 2007: 31-36
dalam oven, tujuan aktivasi ini adalah
meningkatkan jarak antar layer Na-Bentonit
sehingga menjadi lebih besar.
Setelah jarak antar layer Na-Bentonit
membesar baru dilakakukan interkalasi dan
pilarisasi di mana Na-Bentonit teraktivasi
didespersikan larutan komplek Ti 0,82 M
sambil diaduk dengan pengaduk magnit
selama 18 jam. Hasil interkalasi ini
dipisahkan dengan pompa vakum, tujuan
intekalasi untuk memasukan kompleks Ti
kedalam jarak antar layer bentonit,
selanjutnya di kalsinasi 350oC untuk
membentuk pilar oksida yang lebih kokoh.
Analisa dilakukan dengan difraksi sinarX, dengan menggunakan metode bubuk yang
diradiasikan oleh Cu Kα, masing-masing 2
gram bentonit terpilar TiO2 dan lempung
teraktivasi diisikan ke dalam tempat sampel
kemudian dibuat difraktogram dengan
λ=1,5425 A
Berdasarkan hasil pengukuran basal
spasing (d001) ada peningkatan basal spacing
pada bentonit terpilar –TiO2 yang
menggunakan aktivasi asam 1M, sedangkan
yang menggunakan aktivasi lebih besar 1,5
M bentonit terpilar TiO2 mengalami
kerusakan, hal ini dapat dilihat dari data
difraksi sinar X. Peningkatan basal spasing,
akan diikuti peningkatan luas permukaan,
peningkatan porositas dan volum total.
Gambar 1. Hasil Difraktogram untuk Na-Bentonit
Dari hasil difraktogram Gambar 1, dapat
diperoleh informasi bahwa bentonit ini masih
34
mengandung kaolinit, kuarsa, dan mika. Hal
ini dapat dilihat dari Tabel 1 di bawah ini:
Tabel 1. Beberapa Mineral yang
Analisa Difraksi Sinar-X
Terdapat
pada
Jenis mineral
Na-Bentonit
d (A)
14,91
13,88
4,70
3,04
2- Theta
5,92
6,36
18,84
29,28
Kaolinit
8,27
3,57
2,32
10,68
24,88
38,68
Kuarsa
4,07
2,51
21,80
35,68
Mika
3,34
3,34
Berdasarkan Tabel 1, maka Na-Bentonit
ditandai dengan puncak pada 2-theta yaitu:
5,92; 6,36; 18,84; 29,28 dengan basal
spacing d (A): 14,91; 13,88; 4,70; 3,04 dan
puncak lain merupakan kaolinit, kuarsa, mika
artinya bentonit ini belum diperkaya
sehingga masih ada pengotornya.
Gambar 2. Hasil Difraktogram
Terpilar–TiO2
untuk
Bentonit
Dari difraktogram ini (Gambar 2) dapat
diberikan informasi mengenai perubahan
Pengetsaan SiO2 Bentonit Alam Terpilar sebagai Katalis Gas Hidrogen dari Air
(Minto Supeno, Seri Bima Sembiring, Basuki W., H.R. Brahmana)
pada sudut 5 theta terjadi perubahan jarak
antar lapis dari Na-Bentonit menjadi bentonit
terpilar-TiO2 karena pengamatan atau
perubahan bentonit terpilar didaerah sudut
theta 0–5. Dari Gambar 1 dan Gambar 2 telah
terjadi perubahan puncak intensitas dan
berubahnya jarak antar lapis d001.
Dari data difraksi sinar–x di atas
(Gambar 1) dan (Gambar 2) dapat ditentukan
jarak antar lapis, juga sebagai tanda pengenal
dalam mengidentifikasi jenis-jenis mineral
liat, untuk menghitung jarak antar lapis (d)
mineral bentonit dapat digunakan rumus
Bragg:
nλ = 2 d Sin θ
nλ
d=
2 sin θ
di mana:
d = jarak antara bidang-bidang atom kristal
λ = panjang gelombang (1 A = 10-10m)
θ = Sudut difraksi
n = order difraksi
Jarak antar lapis (d) untuk Na-Bentonit
n =1
λ = panjang gelombang (1 A = 10-10m)
2 θ = 5,920, θ = 2,960
−10Q
1x1,5410
d=
2 sin θ
d = 14,917 A
(b) Bentonit terpilar TiO2 menggunakan
asam sulfat 2,5 M dapat dihitung sebagai
berikut:
n=1
λ = 1,54 x 10-10m
2 θ= 5,920 θ = 2,960
d = 16, 9807 A
Selanjutnya perubahan jarak antar lapis
(Δd) adalah:
(Δd) = d(b) - d(a)
= 16,980 - 14,916
= 2,0633 A
Berdasarkan analisa difraksi sinar x
maka dengan interkalasi dan pilarisasi
menambah, meningkatkan porositas dengan
basal spasing = 2,06 A.
Tabel 2. Hasil Perhitungan Basal Spacing (d) dari
Bentonit Terpilar yang Menggunakan
Berbagai Konsentrasi Asam Sulfat
Konsentrasi H2SO4 (M)
Basal Spacing d001
Na-Bentonit
0,5 M
1M
1,5 M
2,0 M
14,9167
15,6566
13,8857
16,8857
9,0554
Berdasarkan data Tabel 2, maka
pilarisasi telah berhasil pada konsentrasi 1,5
M H2SO4 dengan d = 16,98039 A, berarti
pilarisasi TiO2 telah meningkatkan jarak
antar lapis sebesar d = 2,0633 A. Selanjutnya
dilakukan analisa menggunakan data FTIR
dihasilkan sebagai berikut:
Tabel 2. Analisa Gugus dari FTIR
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
Gugus
SiOH Tidak murni
TiOH pada Kisi pinggir
Jembatan TiOH pada (110), adsorpsi H2O
Terminal TiOH pada (110)
Jembatan asam TiOH
TiOH pada (100)
TiOH pada (110)
TiO2
Serapan cm-1
3898
3701
3445
3622
3680 dan 3620
3587
3445
796
35
Jurnal Sains Kimia
Vol. 11, No.1, 2007: 31-36
Berdasarkan
pengujian
penyinaran
ultraviolet pada panjang gelombang 180 nm
pada wadah yang berisi bentonit terpilar dan
bentonit terpilar yang dietsa dihasilkan gas
hidrogen dengan total gas 60,4% dan 78,5%.
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
1. Bentonit terpilar TiO2 dibuat dari jenis
natrium bentonit dapat meningkatkan
basal spacing, luas permukaan, volum
pori total.
2. Bentonit terpilar TiO2 yang dietsa dapat
sebagai katalis.
Saran
Perlu diteliti gas hidrogen dari air ini
dapat digunakan sebagai reaksi reduksi Dglukosa menjadi sorbitol
DAFTAR PUSTAKA
Barrer. R. M., 2002, “Zeolites And Clay Minerals as
Sorbent and Molecular Sieves”, Academic
Press, London.
Cool P., Vansant E.F., 2002, “Pillared Clays:
Preparation,
Characterization,
and
Application”,
Laboratory
of
Inorganic
Chemistry, Department of Chemistry, University
of Antwerp (UIA), Belgium, pages: 265-286.
http://www.Memsnet.org//mems//beginner/etch. Html,
2004, “Etching Processes”.
http://pearl 1. Lanl.gov/piriodi/elements/14. html,
2004, “Silicon”.
I. Palinko. K Lazar and I Kiricsi, 1999. “Cationic
Mixed Pillared Layer Clay: Infrared and
Massbouer Characteristics of the Pillaring
Agent and Pillared Structures in Fe, Al and
Cr, Al Pillared Bentonite”, J of Molecular
Structure, 410-411.
Jui–Ming Yeh. Shir–Joe Lou. 2002, “Anticorrosively
Enhanced
PMMA–Clay
Nanocomposite
Material with Quaternary Alkylphosphonium
Salt as an Intercalating Agent”, Chem. Mater.
14, 154-161.
Kharitonova G.V. Shein E.V. Vityazev V.G. Lapekina
C.I. 2004, “Water Vapour Adsorption by Soil
Aggregate Fractions”, Journal of International
Agrophysics, Vol. 19, pages: 47-52, Russia.
36
Mihai Palverejem, Yu Liu and Thomas Pinnavaia,
2002
“Aluminated
of
Porous
Clay
Hetrostructure (PCH) Assembled from
Synthetic
Saponite
Clay:Porous
as
Supermicroporous to small mesoporous acid
chatalist”, Chem. Mater. 12., 2283-2288.
M. H. Al-Qunaibit., W. K. Mekhemer., 2004, “The
Adsorption of Cu (II) Ion on Bentonite–a
Kinetic Study”, J. Colloid And Interface
Science. P 2 (1-6).
Proyek Kerja Dinas Pertambangan Daerah Sumatera
Utara, 1999/2000, “Pengukuran Pencadangan
Wilayah Pertambangan Bahan Galian
Golongan C Komoditi Bentonit di Desa Tapus
Kecamatan Saipar Dolok Hole, Kabupaten
Tapanuli Selatan”, Medan.
Sukatendel, P dan Supeno, M.,2002. “Studi Bentonit
Terpilar Jenis Wyoming dan Non Wyoming
Sumatera Utara”, Laporan Penelitian Medan.
(Minto Supeno, Seri Bima Sembiring, Basuki W., H.R. Brahmana)
PENGETSAAN SiO2 BENTONIT ALAM TERPILAR SEBAGAI
KATALIS GAS HIDROGEN DARI AIR
Minto Supeno, Seri Bima Sembiring, Basuki W., H.R. Brahmana
Departemen Kimia FMIPA
Universitas Sumatera Utara
Jl. Bioteknologi No. 1 Kampus USU Medan 20155
Abstrak
Berdasarkan analisis, maka bentonit Kecamatan Padang Tualang, Kabupaten Langkat merupakan jenis NaBentonit. Bentonit ini dijenuhi dengan larutan Natrium Klorida NaCl 1 M selama 1(satu) hari, tujuannya
memperkaya Na-Bentonit. Na-Bentonit selanjutnya diaktivasi menggunakan Asam Sulfat (0,5-2) M selama 24
jam lalu dikeringkan. Material ini didiinterkalasi dan dipilarisasi menggunakan larutan Ti 0,82 M dan
dikalsinasi pada suhu 350 oC. Menghasilkan bentonit terpilar TiO2 dan dianalisa menggunakan XRD, FTIR,
Luas Permukaan (BET) dan SEM, dari data-data tersebut maka aktivasi untuk bentonit terpilar yang baik pada
konsentrasi 1,5 M Asam Sulfat.
Pengetsaan bentonit terpilar TiO2 menggunakan larutan (HNO3/HF/CH3COOH/I2). Maksud pengetsaan ini
untuk memperbanyak hole pada jarak antar layer dalam silikat, selanjutnya dipanaskan pada 400-500 oC selama
1 jam. Hasil etsa pada 450oC menghasilkan material luas permukaan terbesar 92,01 m2/g dan volum pori 0,044
cc/g, dan di foto SEM.
Dua bentonit yaitu Bentonit terpilar-TiO2, Bentonit terpilar yang telah dietsa masing-masing 4 gr dimasukkan
dalam wadah berisi air 10 ml dan dihubungkan dengan manometer, lalu disinari dengan ultra violet pada
panjang gelombang 180 nm untuk dilakukan uji terbentuknya gas hidrogen. Berdasarkan penemuan ini bentonit
terpilar yang telah dietsa dapat menghasilkan gas hidrogen dengan total gas 78,5% selama 4 hari penyinaran
UV.
Kata kunci: Bentonit Terpilar, Etching, Katalis
PENDAHULUAN
Serbuk fotokatalis semikonduktor telah
banyak dipelajari, ditemukan bahwa aktivitas
dari fotokatalis ini semakin baik dengan
turunnya ukuran partikel yang menyebabkan
kenaikkan luas permukaan. Penurunan pada
ukuran partikel di bawah antara 5–10 nm
menyebabkan perubahan struktur pita energi
menjadi semikonduktor yang dikenal sebagai
efek samping kwantum. Penelitian lebih
lanjut
telah
dilakukan
menghasilkan
fotokimia dari berbagai macam ukuran dan
bentuk, partikel semikonduktor kolokogenide
seperti CdS, ZnS, CdSe, GgSe, ZnSe dan
semikonduktor Oksida dari jenis ZnO, Fe2O3,
TiO2 telah banyak digunakan untuk
fotokatalis untuk memproduksi hidrogen dari
air (Hirokazu Miyoshi,1989).
Prinsip mengubah permukaan dan poripori bentonit, adalah dengan melarutkan
logam-logam yang terdapat pada pori
bentonit dengan suatu asam dan karena
logam sudah larut maka pori-pori menjadi
lebih luas. Metode lain untuk memperluas
pori dengan cara pemilaran, dalam hal ini
pori-pori bentonit yang mengandung logam
Na dan K diinterkalasi dengan kation logam
yang diameternya lebih besar sehingga pori
tersebut mengembang, selanjutnya dikalsinasi
pada suhu (300-500)oC (Bask,1992, Long
dan Yang, 1999). Logam-logam akan
membentuk oksida-oksida yang berikatan
dengan antarlapis, menghasilkan bentonit
terpilar (Mihai Palverejen 2002). Melalui
teknik ini porositas bentonit akan menjadi
besar, oksida-oksida logam sebagai agen
pemilar dapat digunakan untuk katalis.
31
Jurnal Sains Kimia
Vol. 11, No.1, 2007: 31-36
Pada penelitian ini dilakukan interkalasi
pori-pori bentonit menggunakan TiO2 dan
suhu kalsinasi dari 300–500 oC Untuk
menghasilkan bentonit terpilar–TiO2 Bagian
isolator yaitu oksida-oksidanya dapat dietsa
untuk menghilangkan oksida-oksida dengan
menggunakan campuran HF/H2O/NH4F atau
HF/HNO3/H2O atau dapat juga menggunakan
CF4/H2 yang menghasilkan lapisan silikon
yang bebas dari oksida dan silikon ini
selanjutnya
dietsa
dengan
larutan
HF/HNO3/CH3COOH/I2 sehingga silikon
akan terlarut. Besarnya luas permukaan yang
dihasilkan tergantung waktu yang digunakan
untuk mengetsa. Semakin lama waktu
digunakan SiO2 atau Si larut semua, hal
demikian tidak diharapkan sehingga waktu
yang digunakan untuk mengetsa perlu
dikontrol (Wouter I, 1999; SM Sze, 1997).
Jika teknik pengetsaan ini tercapai maka
permukaan dan pori-pori bentonit terpilar
menjadi
lebih
besar
yang
diduga
menghasilkan makropori bentonit terpilar.
Pemilaran dengan menggunakan TiO2 dan
pengetsaan Silikat bentonit ini dapat
mengubah
sifat
fisik
dan
kimia,
meningkatkan basal spasing (d001), luas
permukaan spesifik, volume total, keasaman
permukaan dan menurunkan rerata jejari
pori.
Bentonit terpilar TiO2 yang dietsa ini
dapat menjadi katalis dalam proses
pembentukan gas hidrogen dari air.
METODE PENELITIAN
Lempung bentonit dengan komposisi
SiO2 61,02%; Al2O3 15,21%; Fe2O3 4,89%;
TiO2 0,62%; CaO 2,08%; MgO 1,94%, K2O
0,46%, Na2O 3,45%, hilang pijar 10,31%
Berdasarkan komposisi ini maka bentonit
Kecamatan Padang Tualang, Kabupaten
Langkat, jenis Na-Bentonit. Bentonit ini
diayak hingga lolos ayakan 100 mesh
kemudian dicuci dengan akuades beberapa
kali dan disaring dengan penyaring vakum
dan dikeringkan dalam oven pada temperatur
32
100oC selama 5 jam, setelah kering lempung
bentonit dikeringkan dan digerus sampai
halus dan diayak menggunakan ayakan 100
mesh.
Penyediaan Na-Bentonit
Seratus gram lempung bentonit dari
(3.3) selanjutnya didispersikan ke dalam 1,5
L larutan NaCl 1M perendaman dilakukan
selama 1 minggu di mana setiap dua hari
sekali larutan NaCl diganti dengan yang
baru. Pada setiap penggantian larutan
dilakukan pengadukan selama 24 jam dengan
pemanasan 60-70oC selama 4 jam kemudian
dilakukan pencucian sampai terbebas dari ion
klorida, hal ini dilakukan sampai uji negatif
terhadap perak nitrat. Penyaringan dilakukan
menggunakan
penyaring
vakum
dan
dikeringkan bentonit dalam oven 100oC,
setelah kering digerus dan diayak
menggunakan ayakan 100 mesh.
Selanjutnya
penjenuhan
bentonit
dilakukan menggunakan NaCl 6 M sambil
diaduk selama 24 jam, kemudian disaring
dengan penyaring vakum dan dicuci dengan
akuades sampai terbebas dari ion klorida hal
ini dibuktikan uji negatif terhadap AgNO3.
Selanjutnya dikeringkan dalam oven pada
suhu 100oC. Setelah kering digerus sampai
halus kemudian diayak menggunakan ayakan
100 mesh. Hasil penjenuhan lempung
bentonit ini dinamakan Na-Bentonit.
Aktivasi Na-Bentonit dengan Asam
Masing-masing 35 gram bentonit-Na
didispersikan ke dalam 150 ml larutan asam
sulfat 0,5; 1; 1,5; 2,0 M sambil diaduk
dengan penagaduk magnit selama 6 jam.
Aktivasi asam dilakukan selama 24 jam
kemudian disaring dengan penyaring vakum
dan dicuci dengan akuades panas sampai
terbebas dari ion sulfat, hal ini ditunjukkan
uji negatif terhadap BaCl2. Na-bentonit
teraktivasi asam kemudian dikeringkan
dalam oven pada suhu 100oC. Setelah kering
digerus sampai halus kemudian diayak
menggunakan ayakan ukuran 100 mesh
Pengetsaan SiO2 Bentonit Alam Terpilar sebagai Katalis Gas Hidrogen dari Air
(Minto Supeno, Seri Bima Sembiring, Basuki W., H.R. Brahmana)
Interkalasi dan Pilarisasi Na-Bentonit
Ditimbang masing-masing 30 gram
lempung Na-bentonit lalu didespersikan
kedalam 1,5 l air bebas ion (Akuabides) dan
diaduk dengan pengaduk magnit selama 6
jam. Kemudian ke dalam masing-masing NaBentonit dituangkan sedikit demi sedikit
larutan komplek Ti 0,82 M, sambil diaduk
dengan pengaduk magnit selama 10 jam.
Hasil
interkalasi
dipisahkan
dengan
penyaring vakum kemudian dicuci beberapa
kali dengan air bebas ion sampai terbebas ion
klorida. Pencucian dihentikan jika filtrat diuji
dengan perak nitrat tidak membentuk
endapan putih. Lempung bentonit yang telah
diinterkalasi
dengan
kompleks
Ti
o
dikeringkan dalam oven pada suhu 100 C.
Setelah kering digerus sampai halus dan
diayak dengan ayakan 100 mesh selanjutnya
dikalsinasi pada suhu 350oC (Bask, 1992,
Long dan Yang, 1999).
Pengetsaan Bentonit – TiO2
Etching SiO2 dan Si Pada Bentonit
menggunakan larutan Kimia, 20 g Bentonit
terpilar ini selanjutnya dilarutkan dengan
campuran (28 ml HF + 170 ml H2O + 113 g
NH4F) selama 2- 10 menit tujuan untuk
mengetsa silika, selanjutnya dipisahkan dan
sedimen dikeringkan 100 0C dalam kondisi
N2. 20 g sedimen selanjutnya direndam
dalam larutan (1 ml HF + 5 ml HNO3 + 2 ml
CH3COOH + 0,3 g I2/250ml H2O) selama 5–
10 menit yang bertujuan mengikis Silikon.
Selanjutnya dipanaskan 400-500oC. Dengan
teknik demikian akan dihasilkan bentonit
terpilar makropori
Pengetsaan Bentonit Terpilar-TiO2 yang
dikalsinasi pada Suhu 400-500 oC
Bentonit Terpilar-TiO2 yang dikalsinasi
pada suhu 400oC diambil sebanyak 35 g,
kemudian dimasukkan ke dalam wadah
plastik. Selanjutnya ditambahkan larutan
pengetsa (campuran antara: 3ml HF(p) + 5ml
HNO3 (p) + 3ml CH3COOH (glasial)/0,3 g I2/250
ml H2O). 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 suhu
400, 450, 500 oC selama 1 jam. Kemudian
hasilnya dianalisis dengan foto SEM dan
Surface Area Analiser.
Pengujian Gas Hidrogen
4 gr bentonit terpilar TiO2 dan bentonit
terpilar TiO2 yang dietsa masing-masing
dimasukkan dalam erlemeyer 25 ml yang
telah berisi 10ml air, lalu dihubungkan
dengan manometer. Erlemeyer disinari
dengan
Ultraviolet
dengan
panjang
gelombang 180 nm, penyinaran dilakukan
selama 1 minggu. Gas yang terbentuk
ditandai bergesernya manometer U.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan analisa komposisi bentonit
Kabupatan Langkat, maka bentonit di atas
termasuk jenis Na-Bentonit atau swelling,
bentonit ini seterusnya dikeringkan dalam
oven pada 100oC dalam oven dan digerus dan
diayak hingga lolos ayakan 100 mesh.
Bentonit ini lalu direndam dalam NaCl 1M
selama 1 minggu, supaya terjadi pengkayaan
Na-bentonit setelah terbentuk natrium
bentonit maka dimasukan oven 100 oC
sampai kering setelah kering diayak hingga
lolos ayakan 100 mesh. Tahap terakhir
pengkayaan natrium bentonit dengan
mendispersikan larutan NaCL 6 M atau NaCl
jenuh selama 24 jam, lalu dicuci dan
dikeringkan 100oC, material ini dinamakan
Na-Bentonit.
Na-Bentonit selanjutnya didispersikan
ke dalam beberapa larutan Asam sulfat 0,5;
1; 1,5; 2 M, diaduk dengan pengaduk magnit,
aktivasi dilakukan selama 24 jam, disaring
dengan penyaring vakum lalu dikeringkan
33
Jurnal Sains Kimia
Vol. 11, No.1, 2007: 31-36
dalam oven, tujuan aktivasi ini adalah
meningkatkan jarak antar layer Na-Bentonit
sehingga menjadi lebih besar.
Setelah jarak antar layer Na-Bentonit
membesar baru dilakakukan interkalasi dan
pilarisasi di mana Na-Bentonit teraktivasi
didespersikan larutan komplek Ti 0,82 M
sambil diaduk dengan pengaduk magnit
selama 18 jam. Hasil interkalasi ini
dipisahkan dengan pompa vakum, tujuan
intekalasi untuk memasukan kompleks Ti
kedalam jarak antar layer bentonit,
selanjutnya di kalsinasi 350oC untuk
membentuk pilar oksida yang lebih kokoh.
Analisa dilakukan dengan difraksi sinarX, dengan menggunakan metode bubuk yang
diradiasikan oleh Cu Kα, masing-masing 2
gram bentonit terpilar TiO2 dan lempung
teraktivasi diisikan ke dalam tempat sampel
kemudian dibuat difraktogram dengan
λ=1,5425 A
Berdasarkan hasil pengukuran basal
spasing (d001) ada peningkatan basal spacing
pada bentonit terpilar –TiO2 yang
menggunakan aktivasi asam 1M, sedangkan
yang menggunakan aktivasi lebih besar 1,5
M bentonit terpilar TiO2 mengalami
kerusakan, hal ini dapat dilihat dari data
difraksi sinar X. Peningkatan basal spasing,
akan diikuti peningkatan luas permukaan,
peningkatan porositas dan volum total.
Gambar 1. Hasil Difraktogram untuk Na-Bentonit
Dari hasil difraktogram Gambar 1, dapat
diperoleh informasi bahwa bentonit ini masih
34
mengandung kaolinit, kuarsa, dan mika. Hal
ini dapat dilihat dari Tabel 1 di bawah ini:
Tabel 1. Beberapa Mineral yang
Analisa Difraksi Sinar-X
Terdapat
pada
Jenis mineral
Na-Bentonit
d (A)
14,91
13,88
4,70
3,04
2- Theta
5,92
6,36
18,84
29,28
Kaolinit
8,27
3,57
2,32
10,68
24,88
38,68
Kuarsa
4,07
2,51
21,80
35,68
Mika
3,34
3,34
Berdasarkan Tabel 1, maka Na-Bentonit
ditandai dengan puncak pada 2-theta yaitu:
5,92; 6,36; 18,84; 29,28 dengan basal
spacing d (A): 14,91; 13,88; 4,70; 3,04 dan
puncak lain merupakan kaolinit, kuarsa, mika
artinya bentonit ini belum diperkaya
sehingga masih ada pengotornya.
Gambar 2. Hasil Difraktogram
Terpilar–TiO2
untuk
Bentonit
Dari difraktogram ini (Gambar 2) dapat
diberikan informasi mengenai perubahan
Pengetsaan SiO2 Bentonit Alam Terpilar sebagai Katalis Gas Hidrogen dari Air
(Minto Supeno, Seri Bima Sembiring, Basuki W., H.R. Brahmana)
pada sudut 5 theta terjadi perubahan jarak
antar lapis dari Na-Bentonit menjadi bentonit
terpilar-TiO2 karena pengamatan atau
perubahan bentonit terpilar didaerah sudut
theta 0–5. Dari Gambar 1 dan Gambar 2 telah
terjadi perubahan puncak intensitas dan
berubahnya jarak antar lapis d001.
Dari data difraksi sinar–x di atas
(Gambar 1) dan (Gambar 2) dapat ditentukan
jarak antar lapis, juga sebagai tanda pengenal
dalam mengidentifikasi jenis-jenis mineral
liat, untuk menghitung jarak antar lapis (d)
mineral bentonit dapat digunakan rumus
Bragg:
nλ = 2 d Sin θ
nλ
d=
2 sin θ
di mana:
d = jarak antara bidang-bidang atom kristal
λ = panjang gelombang (1 A = 10-10m)
θ = Sudut difraksi
n = order difraksi
Jarak antar lapis (d) untuk Na-Bentonit
n =1
λ = panjang gelombang (1 A = 10-10m)
2 θ = 5,920, θ = 2,960
−10Q
1x1,5410
d=
2 sin θ
d = 14,917 A
(b) Bentonit terpilar TiO2 menggunakan
asam sulfat 2,5 M dapat dihitung sebagai
berikut:
n=1
λ = 1,54 x 10-10m
2 θ= 5,920 θ = 2,960
d = 16, 9807 A
Selanjutnya perubahan jarak antar lapis
(Δd) adalah:
(Δd) = d(b) - d(a)
= 16,980 - 14,916
= 2,0633 A
Berdasarkan analisa difraksi sinar x
maka dengan interkalasi dan pilarisasi
menambah, meningkatkan porositas dengan
basal spasing = 2,06 A.
Tabel 2. Hasil Perhitungan Basal Spacing (d) dari
Bentonit Terpilar yang Menggunakan
Berbagai Konsentrasi Asam Sulfat
Konsentrasi H2SO4 (M)
Basal Spacing d001
Na-Bentonit
0,5 M
1M
1,5 M
2,0 M
14,9167
15,6566
13,8857
16,8857
9,0554
Berdasarkan data Tabel 2, maka
pilarisasi telah berhasil pada konsentrasi 1,5
M H2SO4 dengan d = 16,98039 A, berarti
pilarisasi TiO2 telah meningkatkan jarak
antar lapis sebesar d = 2,0633 A. Selanjutnya
dilakukan analisa menggunakan data FTIR
dihasilkan sebagai berikut:
Tabel 2. Analisa Gugus dari FTIR
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
Gugus
SiOH Tidak murni
TiOH pada Kisi pinggir
Jembatan TiOH pada (110), adsorpsi H2O
Terminal TiOH pada (110)
Jembatan asam TiOH
TiOH pada (100)
TiOH pada (110)
TiO2
Serapan cm-1
3898
3701
3445
3622
3680 dan 3620
3587
3445
796
35
Jurnal Sains Kimia
Vol. 11, No.1, 2007: 31-36
Berdasarkan
pengujian
penyinaran
ultraviolet pada panjang gelombang 180 nm
pada wadah yang berisi bentonit terpilar dan
bentonit terpilar yang dietsa dihasilkan gas
hidrogen dengan total gas 60,4% dan 78,5%.
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
1. Bentonit terpilar TiO2 dibuat dari jenis
natrium bentonit dapat meningkatkan
basal spacing, luas permukaan, volum
pori total.
2. Bentonit terpilar TiO2 yang dietsa dapat
sebagai katalis.
Saran
Perlu diteliti gas hidrogen dari air ini
dapat digunakan sebagai reaksi reduksi Dglukosa menjadi sorbitol
DAFTAR PUSTAKA
Barrer. R. M., 2002, “Zeolites And Clay Minerals as
Sorbent and Molecular Sieves”, Academic
Press, London.
Cool P., Vansant E.F., 2002, “Pillared Clays:
Preparation,
Characterization,
and
Application”,
Laboratory
of
Inorganic
Chemistry, Department of Chemistry, University
of Antwerp (UIA), Belgium, pages: 265-286.
http://www.Memsnet.org//mems//beginner/etch. Html,
2004, “Etching Processes”.
http://pearl 1. Lanl.gov/piriodi/elements/14. html,
2004, “Silicon”.
I. Palinko. K Lazar and I Kiricsi, 1999. “Cationic
Mixed Pillared Layer Clay: Infrared and
Massbouer Characteristics of the Pillaring
Agent and Pillared Structures in Fe, Al and
Cr, Al Pillared Bentonite”, J of Molecular
Structure, 410-411.
Jui–Ming Yeh. Shir–Joe Lou. 2002, “Anticorrosively
Enhanced
PMMA–Clay
Nanocomposite
Material with Quaternary Alkylphosphonium
Salt as an Intercalating Agent”, Chem. Mater.
14, 154-161.
Kharitonova G.V. Shein E.V. Vityazev V.G. Lapekina
C.I. 2004, “Water Vapour Adsorption by Soil
Aggregate Fractions”, Journal of International
Agrophysics, Vol. 19, pages: 47-52, Russia.
36
Mihai Palverejem, Yu Liu and Thomas Pinnavaia,
2002
“Aluminated
of
Porous
Clay
Hetrostructure (PCH) Assembled from
Synthetic
Saponite
Clay:Porous
as
Supermicroporous to small mesoporous acid
chatalist”, Chem. Mater. 12., 2283-2288.
M. H. Al-Qunaibit., W. K. Mekhemer., 2004, “The
Adsorption of Cu (II) Ion on Bentonite–a
Kinetic Study”, J. Colloid And Interface
Science. P 2 (1-6).
Proyek Kerja Dinas Pertambangan Daerah Sumatera
Utara, 1999/2000, “Pengukuran Pencadangan
Wilayah Pertambangan Bahan Galian
Golongan C Komoditi Bentonit di Desa Tapus
Kecamatan Saipar Dolok Hole, Kabupaten
Tapanuli Selatan”, Medan.
Sukatendel, P dan Supeno, M.,2002. “Studi Bentonit
Terpilar Jenis Wyoming dan Non Wyoming
Sumatera Utara”, Laporan Penelitian Medan.