Kegunaan Bentonit Bentonit Aceh

2.1.3 Kegunaan Bentonit

Bentonit terutama digunakan dalam dalam pengecoran pasir, lumpur bor, pengecoran logam, absorben, sebagai campuran berbagai komposit, bahan makanan untuk unggas dan hewan peliharaan, penjernihan, pembuatan makanan, kosmetik dan obat-obatan. Bentonit telah digunakan untuk penjernihan cairan terutama anggur putih dan jus. Bentonit juga merupakan adsorben yang paling banyak digunakan, juga berfungsi sebagai zat pemutih bleaching dan katalis. Sekitar 6 juta ton bentonit diproduksi setiap tahunnya Utracki, 2004.

2.1.4 Bentonit Aceh

Provinsi Nanggroe Aceh Darussalam yang terletak di ujung Barat Laut Pulau Sumatera, luasnya mencakup 12,26 Pulau Sumatera atau totalnya sekitar 55.390 km 2 . Provinsi ini memiliki 23 kota kabupaten dengan berbagai kekayaan alamnya seperti minyak bumi dan gas alam. Disamping itu Aceh juga terkenal dengan sumber hutan dan mineralnya. Jenis bahan galian yang termasuk kelompok mineral logam dan non logam. Kandungan mineral daerah Aceh cukup potensial, hal ini disebabkan oleh faktor geologi, terutama karena berada pada jalur patahan Sumatera dan adanya jalur tunjaman subduction zone di sebelah barat Sumatra yang masih aktif sampai saat ini, akibat tujaman tersebut sebagian batuannya mengalami mineralisasi. Bahan galian logam dan bukan logam di Aceh banyak yang belum di kembangkan dan dioptimalkan. Beberapa bahan galian logam, seperti emas, tembaga, mangan, besi, timbal, pasir besi, belerang, batu bara, timah dan nikel dan bahan galian non logam yang banyak terdapat di Aceh diantaranya adalah pasir kuarsa, lempung, sirtu, andesit, felspar, batu gamping, batu sabak, bentonit dan gabro, granit, basal, kuarsit, diorin dan andesit. Daerah-daerah yang mempunyai bentonit di Aceh adalah Kabupaten Aceh Utara, Kabupaten Bener Meriah, Kabupaten Sabang, Kabupaten Aceh Tengah, dan Kabupaten Simeulue http:bisnis investasi. Acehprov.go.id pertambangan.php. Kabupaten Bener Meriah dengan Ibukotanya Simpang Tiga Redelong terletak antara 40 33‘50‖ - 40 54‘50‖ δintang Utara dan 960 40‘75‖ – 970 17‘50‖ Bujur Timur Universitas Sumatera Utara dengan tinggi rata-rata di atas permukaan laut 100 - 2.500 meter. Kabupaten yang memiliki luas 1.919,69 km2 terdiri dari 10 kecamatan,dan 23 kampung http:www.benermeriahkab.go.idindex.phptata-ruanggeografi-tofologi. Gambar 2.2. Peta Kabupaten Bener Meriah Provinsi Nanggroe Aceh Darussalam Secara adminitratif, batas-batas wilayah Kabupaten Bener Meriah adalah sebagai berikut : di sebelah barat berbatasan dengan kabupaten Aceh Tengah, di sebelah Timur berbatasan dengan kabupaten Aceh Timur, di sebelah Utara dengan kabupaten Aceh Utara dan Bireuen, dan di sebelah selatan dengan kabupaten Aceh Tengah. Secara geografis daerah ini terletak pada posisi koordinat 96 o 40‘ 15‘‘ – 97 o 19‘ 19‘‘ Bujur timur dan 4 o 34‘ 42‘‘ – 4 o 58‘ 13‘‘ δintang Utara. Desa Negeri Antara merupakan Universitas Sumatera Utara salah satu desa yang terletak di kecamatan Rime Gayo, kecamatan ini berbatasan langsung dengan Kabupaten Bireuen. Hasil inventarisasi dan evaluasi Pusat Sumber Daya Geologi, Badan Geologi, Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral 2010, baik dari pengamatan lapangan serta analisa laboratorium, di Kabupaten Bener Meriah, geologi yang teramati sebanyak 8 formasi dari 28 formasi dan terdapat 23 lokasi bahan galian bukan logam berupa: andesit, bentonit, batu gamping, feldspar, granit, diorit, lempung, magnesit, batu mulia nephrit, serpentinit, sirtu dan tras. Endapan bentonit untuk Desa Negeri Antara sampai saat ini belum diteliti.

2. 1. 5 Modifikasi Bentonit

Clay biasanya mengandung muatan negatif yang memungkinkan terjadinya reaksi pertukaran kation. Muatan ini berasal dari satu atau lebih dari beberapa reaksi yang berbeda. Sumber utama dari muatan negatif tersebut, yaitu substitusi isomorfis dan disosiasi dari gugus hidroksil yang terbuka. Ion-ion yang dapat dipertukarkan adalah ion-ion yang berada di sekitar mineral lempung silika alumina. Reaksi pertukaran ion bersifat stoikiometris dan berbeda dengan penyerapan atau sorpsi dan desorpsi. Pertukaran ion adalah suatu proses dimana kation yang biasanya terdapat pada antarlapis kristal digantikan oleh kation dari larutan. Dalam air, kation pada permukaan lapisan menjadi lebih mudah digantikan oleh kation lain yang terdapat dalam larutan, yang dikenal dengan‖exchangeable cation‖. Kemampuan tersebut dinyatakan dalam mili equivalent per 100 gram clay kering yang disebut cation exchange capacity CEC atau kapasitas tukar kation KTK. Kapasitas tukar kation KTK tanah didefinisikan sebagai kapasitas tanah untuk menyerap dan mempertukarkan kation. Harga KTK mineral clay bervariasi menurut tipe dan jumlah koloid dalam clay tersebut. Tabel 2.2 menunjukkan harga rata-rata KTK berbagai mineral clay. Diantara mineral-mineral yang lain, montmorilonit mempunyai harga KTK yang paling tinggi. Faktor utama tingginya harga KTK pada montmorilonit yaitu Universitas Sumatera Utara pemutusan ikatan dan substitusi dalam struktur kristal. Pemutusan ikatan di sekitar sudut satuan silika-alumina dalam montmorilonit akan menimbulkan ketidakseimbangan muatan permukaan. Substitusi Al 3+ untuk Si 4+ dalam lembar tetrahedral dan substitusi ion-ion valensi lebih rendah, terutama Mg 2+ untuk Al 3+ dalam lembar oktahedral menghasilkan muatan yang tidak seimbang pada satuan struktur montmorilonit Galimberti, 2011. Tabel 2.2 Harga Rata-Rata Kapasitas Tukar Kation Jenis Mineral KTK mek100 gram Montmorillonit 80-120 Hektorit 120 Saponit 85 Vermikulit 150 Kaolinit 3-15 Sepiolit-palygorskit 20-30 Allophan 25 Imogolit 17-40 Sumber: Galimberti, 2011

2. 1. 6 Interkalasi Bentonit

Salah satu kekurangan clay adalah sifatnya yang hidrofilik sehingga dapat menyebabkan aglomerasi mineral clay dalam matriks polimer yang bersifat hidrofobik. Kekurangan ini dapat diatasi dengan menginterkalasikan kation organik seperti asam amino atau alkil amonium membentuk organoclay yang bersifat hidrofobik. Peningkatkan basal spacing setelah proses interkalasi juga dapat meningkatkan kemampuan difusi polimer atau prekursor polimer ke dalam interlayer clay. Interkalasi didasari atas pertukaran kation yang terdapat pada antar lapis lempung, seperti Na + , K + , dan Ca 2+ . Interkalasi ke dalam struktur lempung mengakibatkan peningkatan luas permukaan, basal spacing jarak dasar antar lapis silikat montmorillonit, dan keasaman permukaan yang berpengaruh terhadap daya adsorpsinya. Proses interkalasi ini dapat mengakibatkan pori-pori lempung semakin besar dan homogen, antar Universitas Sumatera Utara lapisnyapun menjadi lebih stabil daripada sebelum diinterkalasi. Skema terjadinya proses interkalasi ditunjukkan dalam Gambar 2.3 Gatos, et.al, 2010. Tujuan dari interkalasi adalah untuk: 1. Memperluas jarak interlayer 2. Mengurangi interaksi solid-solid antara lempung

3. Meningkatkan interaksi antara lempung dan matriks Utracki, 2004.

Gambar 2.3 Skema dari: a clay dan b organo modified clay, dimana R dapat digantikan dengan komponen kimia lain Jenis nanokomposit yang terbentuk akibat interaksi polimer dengan lapisan silikat dapat dilihat dalam Gambar 2.4 Galimberti, et al, 2011. Universitas Sumatera Utara Gambar 2.4 Jenis-jenis komposit: a mikrokomposit, fase terpisah; b nanokomposit eksfoilasi ; c nanokomposit interkalasi; d nanokomposit interkalasi dan flokulasi Pada Gambar 2.4.a Clay termodifikasi tidak tersebar dalam matriks karet secara efisien. Terjadi penggumpalan dimana terjadi tumpukan lapisan clay. Hal ini biasa terjadi pada mikrokomposit. Nanokomposit Gambar 2. 5.b-d dengan adanya partikel clay dalam ukuran nano, penyebaran lempung dalam matriks jauh lebih efisien, dimana dapat terjadi lapisan tunggal ataupun berupa tumpukan dari beberapa lamella Galimberti et al, 2011 Lapisan silikat dari montmorillonit yang dapat diinterkalasi dan dieksfoliasi menjadikannya banyak digunakan sebagai pengisi nanokomposit diantaranya untuk meningkatkan sifat termal Leszczynska, 2007, penyerapan air, dan dapat mengurangi sifat flammabilitas dari nanokomposit tersebut Qin, et al, 2004, meningkatkan sifat mekanik Ding, et al., 2005 ; Kim dan Hoang, 2006; Sharma, 2009, meningkatkan sifat fire retardancy Wang, et al, 2011, dan meningkatkan derajat degradasi Shi, et al, 2007.

2. 2 Surfaktan

Surfaktan merupakan suatu molekul yang sekaligus memiliki gugus hidrofilik dan gugus lipofilik sehingga dapat mempersatukan campuran yang terdiri dari air dan Universitas Sumatera Utara minyak. Surfaktan adalah bahan aktif permukaan. Aktifitas surfaktan diperoleh karena sifat ganda dari molekulnya. Molekul surfaktan memiliki bagian polar yang suka akan air hidrofilik dan bagian non polar yang suka akan minyaklemak lipofilik. Bagian polar molekul surfaktan dapat bermuatan positif, negatif atau netral. Sifat rangkap ini yang menyebabkan surfaktan dapat diadsorbsi pada antar muka udara-air, minyak-air dan zat padat-air, membentuk lapisan tunggal dimana gugus hidrofilik berada pada fase air dan rantai hidrokarbon ke udara, dalam kontak dengan zat padat ataupun terendam dalam fase minyak. Umumnya bagian nonpolar lipofilik adalah merupakan rantai alkil yang panjang, sementara bagian yang polar hidrofilik mengandung gugus hidroksil. Gugus hidrofilik pada surfaktan bersifat polar dan mudah bersenyawa dengan air, sedangkan gugus lipofilik bersifat non polar dan mudah bersenyawa dengan minyak. Pada molekul surfaktan, salah satu gugus harus lebih dominan jumlahnya. Bila gugus polarnya yang lebih dominan, maka molekul-molekul surfaktan tersebut akan diabsorpsi lebih kuat oleh air dibandingkan dengan minyak. Akibatnya tegangan permukaan air menjadi lebih rendah sehingga mudah menyebar dan menjadi fase kontinu. Demikian pula sebaliknya, bila gugus nonpolarnya lebih dominan, maka molekul- molekul surfaktan tersebut akan diabsorpsi lebih kuat oleh minyak dibandingkan dengan air. Akibatnya tegangan permukaan minyak menjadi lebih rendah sehingga mudah menyebar dan menjadi fase kontinu. Penambahan surfaktan dalam larutan akan menyebabkan turunnya tegangan permukaan larutan. Setelah mencapai konsentrasi tertentu, tegangan permukaan akan konstan walaupun konsentrasi surfaktan ditingkatkan. Klasifikasi surfaktan berdasarkan muatannya dibagi menjadi empat golongan yaitu: 1 Surfaktan anionik yaitu surfaktan yang bagian alkilnya terikat pada suatu anion. Contohnya adalah garam alkana sulfonat, garam olefin sulfonat, garam sulfonat asam lemak rantai panjang. Universitas Sumatera Utara 2 Surfaktan kationik yaitu surfaktan yang bagian alkilnya terikat pada suatu kation. Contohnya garam alkil trimethil ammonium, garam dialkil-dimethil ammonium dan garam alkil dimethil benzil ammonium. 3 Surfaktan nonionik yaitu surfaktan yang bagian alkilnya tidak bermuatan. Contohnya ester gliserin asam lemak, ester sorbitan asam lemak, ester sukrosa asam lemak, polietilena alkil amina, glukamina, alkil poliglukosida, mono alkanol amina, dialkanol amina dan alkil amina oksida. 4 Surfaktan amfoter yaitu surfaktan yang bagian alkilnya mempunyai muatan positif dan negatif. Contohnya surfaktan yang mengandung asam amino, betain, fosfobetain Myer, 2006. Mekanisme adsorpsi surfaktan ke dalam molekul bentonit untuk membentuk organobentonit tergantung kepada struktur kimia, jenis dan jumlah gugus fungsi yang ada. Adsorbsi berbagai jenis surfaktan ke permukaan partikel bentonit dapat terjadi dengan mekanisme sebagai berikut: a. Bentonit yang bermuatan negatif akan berikatan kuat dengan molekul bermuatan positif. Dengan demikian surfaktan kationik akan teradsorbsi dengan gaya elektrostatis. b. Surfaktan nonionik teradsorbsi ke partikel-partikel bentonit dengan adanya ikatan hidrogen dan gaya van der Waals. c. Secara teori, surfaktan anionik dapat teradsorbsi pada bagian ujung struktur bentonit yang bermuatan positif. Tingkat adsorpsi pada bagian ini relatif lebih kecil jika dibandingkan dengan adsorpsi oleh surfaktan kationik Hower, 1970. Beberapa penelitian menyimpulkan surfaktan anionik tidak teradsopsi sama sekali ke permukaan bentonit Law and Kunze, 1968; Schott, 1968 ataupun teradsorpsi dalam jumlah yang sangat kecil Wayman, 1963; Hower, 1970. Meskipun gugus sulfonat bermuatan negatif, namun perbandingan gugus sulfonat ini relatif sedikit jika dibandingkan dengan rantai hidrokarbonnya.. Universitas Sumatera Utara Mao, et al 2010 menyimpulkan bahwa interkalasi surfaktan ke dalam lapisan bentonit terjadi dengan dua gaya: a gaya van der Waals diantara rantai hidrokarbon dan b gaya elektrostatis antara gugus hidrofilik surfaktan. Penambahan muatan yang berlawanan meningkatkan gaya van der Waals antara rantai hidrokarbon dan mengurangi gaya elektrostatis.

2.2.1 Cetiltrimetilamonium Bromida CTAB

CTAB merupakan surfaktan kationik dengan rumus molekul C 19 H 42 BrN, dengan berat molekul 364,45 gmol. Berbentuk serbuk putih, titik lebur 237-243 o C. Sebagai surfaktan, CTAB banyak digunakan sebagai buffer larutan untuk mengekstraksi DNA dan sebagai pemodifikasi permukaan dalam pembuatan komposit clay. Gambar. 2.5. Rumus Molekul CTAB Permukaan clay yang bermuatan negatif dapat dimodifikasi dengan surfaktan melalui reaksi pertukaran ion. Modifikasi ini menyebabkan clay yang semula hidrofilik menjadi organofilik. Banyak penelitian memodifikasi bentonit dengan menggunakan alkil amoniun kuarterner sebagai surfaktan kation salah satunya menggunakan CTAB. Reaksi pertukaran ion memudahkan surfktan kationik terinterkalasi ke dalam lapisan clay, sehingga menambah jarak basal spacing antarlapis clay Boyd, 2001. Polaritas mineral clay dapat diganti dengan kation organik, dimana ion logam anorganik melepaskan muatan negatif pada lapisan silikat. Reaksi antara CTAB dengan bentonit ditunjukkan sebagai berikut: C 19 H 42 N + Br + + Na + - bentonit  C 19 H 42 N + - bentonit + Na + Br - ……………... 2.1 Secara umum, reaksi antara garam ammonium dengan Natrium bentonit diilustrasikan pada Gambar 2. 6 Galimberti, 2011. Universitas Sumatera Utara Gambar 2.6. Reaksi antara Garam Ammonium dengan Na-bentonit 2. 2. 2 Polietilen Glikol PEG PEG termasuk golongan polieter yang banyak digunakan dalam industri obat-obatan. Selain itu PEG juga berfungsi sebagai surfaktan nonionik. Rumus molekulnya H-O- CH 2 -CH 2 n-OH dengan berat molekul bervariasi. Gambar. 2.7. Rumus Molekul PEG Sebagai surfaktan nonionik. PEG akan teradsorbsi ke partikel-partikel bentonit dengan adanya ikatan hidrogen. Dengan adanya ikatan hidrogen ini, gaya tarik elektrostatis akan berkurang Wayne, 2006. Shen 2001, dalam percobaannya menyimpulkan bahwa penggunaan PEG sebagai surfaktan nonionik lebih stabil dan memiliki kapasitar tukar ion yang lebih besar dibandingkan dengan surfaktan kationik. Si Si Si Si O O O O O O O O H-O-CH 2 -CH 2 -n H-O-CH 2 -CH 2 -n H-O-CH 2 -CH 2 -n H-O-CH 2 -CH 2 -n O O O O O O O O Universitas Sumatera Utara Si Si Si Si Gambar 2.8. Modifikasi bentonit dengan adanya ikatan hidrogen PEG berikatan dengan SiO 2 bentonit dan membentuk antar lapis bentonit yang lebih besar setelah dimodifikasi Gambar 2.8 menjelaskan mekanisme modifikasi bentonit dengan adanya ikatan hidrogen pada molekul PEG, menyebabkan PEG dapat terinterkalasi ke permukaan bentonit. 2. 2. 3 Sodium Dodesil Sulfat SDS SDS merupakan surfaktan anionik dengan rumus molekul CH 3 CH 2 11 SO 3 Na dan berat molekul 288,372 gmol. SDS banyak digunakan sebagai bahan pembuatan detergen. SDS tidak bersifat karsinogenik walaupun mudah mengiritasi kulit. Gambar. 2.9. Rumus Molekul Sodium Dodesil Sulfat Surfaktan anionik bermuatan negatif sehingga sulit untuk bereaksi ke dalam lapisan bentonit. Zhang, et al 2010 dan Chen, et al 2011 mengemukakan bahwa surfaktan anionik dapat masuk ke dalam lapisan bentonit sebagai pasangan ion dengan proton ion H3O + dan Na + ataupun Ca 2+ sebagai ion penukar. Secara teori, surfaktan anionik dapat teradsorbsi pada bagian ujung struktur bentonit yang bermuatan positif meskipun tingkat adsorpsi pada bagian ini relatif lebih kecil jika dibandingkan dengan adsorpsi oleh surfaktan kationik Hower, 1970. Universitas Sumatera Utara Secara teori, surfaktan anionik dapat teradsorbsi pada bagian ujung struktur bentonit yang bermuatan positif meskipun tingkat adsorpsi pada bagian ini relatif lebih kecil jika dibandingkan dengan adsorpsi oleh surfaktan kationik Hower, 1970. Surfaktan anionik bermuatan negatif sehingga sulit untuk bereaksi ke dalam lapisan bentonit. Zhang, et al 2010 dan Chen, et al 2011 mengemukakan bahwa surfaktan anionik dapat masuk ke dalam lapisan bentonit sebagai pasangan ion dengan proton ion H 3 O + dan Na + ataupun Ca 2+ sebagai ion penukar. Gambar 2.9 menunjukkan modifikasi bentonit oleh SDS. a bentonit b penyisipan molekul SDS di antara permukaan partikel bentonit c terjadi peningkatan jarak antar lapis bentonit dengan adanya interkalasi SDS Gambar 2.10 Modifikasi permukaan bentonit oleh molekul SDS Universitas Sumatera Utara

2.3 Karet Alam