Pengaruh Variasi Campuran Dan Holding Time Terhadap Keramik Berpori Berbahan Dasar Tanah Lempung Dan Arang Aktif Sebagai Filter Uap Air

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Lempung (Tanah liat)

Lempung atau tanah liat adalah partikel mineral berkerangka dasar silikat yang
berdiameter kurang dari 4 milimeter. Lempung mengandung leburan silika
dan/atau aluminium yang halus. Unsur-unsur ini : silika, oksigen dan aluminium
adalah unsur yang paling banyak menyusun kerak bumi. Lempung terbentuk oleh
proses pelapukan batuan silika oleh asam karbonat dan sebagian dihasilkan dari
aktivitas panas bumi. Lempung membentuk gumpalan keras saat kering dan
lengket apabila basah terkena air. Sifat ini ditentukan oleh jenis mineral lempung
yang mendominasinya. Mineral lempung digolongkan berdasarkan susunan
lapisan oksida silikon dan oksida aluminium yang membentuk kristalnya. Kata
“lempung” memiliki definisi yang saling bertentangan (Bergaya, 2000). Pada satu
sisi kata lempung digunakan sebagai definisi segala partikel tanah yang lebih kecil
dari 2µm, tetapi di sisi lain termasuk juga kelompok besar microcrystalline.
Menurut ahli mineralogi, mineral lempung adalah mineral silikat berlapis
(pilosilikat) atau mineral lain yang bersifat liat (plasticity) dan mengalami
pengerasan saat dipanaskan atau dalam keadaan kering. Istilah lempung
digunakan di Amerika Serikat dan International Society of Soil Science untuk

menyatakan suatu batuan atau partikel mineral yang terdapat pada tanah (soil)
dengan diameter kurang dari 0,002 mm. Sedangkan menurut sedimentologis,
partikel lempung berukuran kurang dari 0,004 mm.
Seringkali, clay disamakan dengan lempung, padahal clay berbeda dengan
lempung. Lempung dan clay adalah fraksi-fraksi butiran yang membentuk tekstur
tanah. Menurut Haridjadja (1980) tekstur tanah adalah distribusi besar butir-butir
tanah atau perbandingan secara relatif dari besar butir-butir tanah. Butir-butir
tersebut adalah pasir, debu dan liat. Gabungan dari ketiga fraksi tersebut
dinyatakan dalam persen dan disebut sebagai kelas tekstur. Pada umumnya tanah
asli merupakan campuran dari butiran-butiran yang mempunyai ukuran yang

Universitas Sumatera Utara

8

berbeda-beda (Braja,1993). Tekstur tanah menunjukkan kasar halusnya tanah.
Kelas tekstur tanah dikelompokkan berdasarkan perbandingan banyaknya butirbutir pasir, debu dan liat. Tanah-tanah yang bertekstur pasir mempunyai luas
permukaan yang kecil sehingga sulit menyerap (menahan) air dan unsur hara.
Tanah-tanah bertekstur liat mempunyai luas permukaan yang besar sehingga
kemampuan

menahan

air

dan

menyediakan

unsur

hara

tinggi

(Hardjowigeno,1995). Braja (1993) menyatakan bahwa kelas tekstur dapat
ditetapkan denganmenggunakan diagram segi tiga tekstur menurut USDA dalam
Gambar 2.1. Sistem ini didasarkan pada ukuran batas dari butiran tanah yang
meliputi:
a. Pasir : butiran dengan diameter 2,0 s.d. 0,05 mm

b. Debu : butiran dengan diameter 0,05 s.d. 0,002 mm
c. Clay : butiran dengan diameter lebih kecil dari 0,002 mm

Gambar 2.1 Segitiga Tekstur Tanah

Paling tidak ada dua alasan yang menjadikan mineral lempung sangat aktif
dalam proses di alam dan menjadi kunci untuk aplikasi yang sangat luas. (a)
Permukaan yang sangat luas yang muncul dari partikel yang berukuran sangat

Universitas Sumatera Utara

9

kecil (skala nano) dan (b) Fakta bahwa partikel tersebut bermuatan elektrik, yang
akhirnya membuat interaksi elektrostatisnya relatif kuat.

2.2 Jenis-jenis Lempung

Klasifikasi lempung ada beberapa jenis yaitu :
a) Klasifikasi lempung berdasarkan batuan induk pelapukannya

1) Lempung primer atau lempung residual terbentuk dari permukaan batuan
induk.Sangat jarang dijumpai dibandingkan dengan lempung sekunder
(yang dipindahkan atau diendapkan), tetapi pada umumnya lebih putih dari
lempung sekunder dan bebas dari bahan pengotor. Karena lempung ini
berasal dari pelapukan yang dibawa oleh air tanah dan tidak berpindah
tempat, maka ukuran partikelnya akan bermacam-macam dan lempung ini
biasanya tidaklah plastis dan sangat kaku. Kebanyakan kaolin adalah
lempung primer.
2) Lempung sekunder adalah jenis lempung yang telah mengalami
perpindahan lokasi yang dibawa dari banyak sumber oleh air (aluvial),
atau angin (aeolian) atau oleh gletser (glacial). Banyak tipe lempung
sekunder yang mengandung bahan organik (carbonaceous) dan bahan
pengotor lain (besi, pasir kuarsa, mika dan lain lain). Beberapa jenis kaolin
yang bersifat plastis adalah golongan lempung sekunder. Contoh lempung
sekunder yang lain adalah : ball lempung, stoneware lempung,
firelempung, earthenware lempung, slip lempungs dan volcanic lempung.
b) Klasifikasi lempung berdasarkan susunan lapisan tetrahedral dan oktehedral.
1) Lempung tipe 1 : 1
Lempung tipe ini terdiri dari 1 lembar silika yang berbentuk tetrahedral
dan 1 lembar alumina atau magnesium oksida yang berbentuk oktahedral.

Yang termasuk dalam kelompok ini adalah kaolinite.
2) Lempung tipe 2 : 1
Lempung tipe ini terdiri dari 1 lembar silika yang berbentuk tetrahedral
dan 2 lembar alumina atau magnesium oksida yang berbentuk oktahedral.
Yang termasuk dalam kelompok ini adalah smektit.

Universitas Sumatera Utara

10

Gambar 2.2 Diagram Struktur Lapisan Oktahedron

Gambar 2.3 Diagram Struktur Lapisan Tetrahedron
Struktur dasar kristal pada mineral lempung terdiri atas satu atau dua
lapisan silikon dioksida dengan satu lembaran aluminium oksida atau magnesium
oksida. Di dalam lapisan silika, unit dasarnya adalah silika tetrahderon.Pada
struktur silika tetrahedron, atom silika terikat pada 4 atom oksigen. Jika tiap
tetrahedron membagi 3 dari 4 oksigen lain maka akan terbentuk struktur
heksagonal yang disebut lapisan tetrahedral. Unit dasar alumina atau magnesium
adalah oktahedron. Oktahedron ini dibentuk oleh aluminium atau magnesium dan

ion hodroxide. Atom aluminium atau magnesium terikat pada 6 atom oksigen.
Tiap oktahedron membagi seluruh 6 atom oksigennya untuk membentuk struktur
heksagonal yang disebut lapisan oktahedral. Dalam lapisan ini bisa terdapat atom
aluminium saja, magnesium saja atau keduanya.
c) Klasifikasi lempung berdasarkan kandungan mineral dan komposisi
1) Mineral Kaolin
Struktur dasar mineral kaolin (yang termasuk di dalamnya kaolinite,
dickite, nacrite dan halloysite) yaitu satu lembar lapisan lapisan tetrahedral

Universitas Sumatera Utara

11

dan satu lembar lapisan oktahedral. Kedua lapisan ini bergabung
membentuk sebuah unit dimana ujung-ujung dari lapisan silika tetrahedron
bergabung dengan lapisan oktahedron. Semua puncak oksigen dari lapisan
silika tetrahedron menunjuk ke arah yang sama sehingga gugus
oksigen/hidroksil (yang dapat saja muncul untuk menyeimbangkan
muatannya) digunakan secara bersama oleh silikon pada lapisan
tetrahedral dan oleh aluminium pada lapisan oktahedral. Rumus struktural

dari kaolinite adalah Al4Si4O10(OH)8 dan komposisi kimia secara teoritis
yaitu SiO2 = 46,54 %, Al2O3 =39,50 %dan H2O = 13,96 %. Mineralmineral dari kelompok kaolin seperti kaolinite, dickite, nacrite dan
halloysite mengandung lapisan tipe 1 : 1 yang merupakan kombinasi
lapisan oktahedral dan tetrahedral yang terus bersambung pada arah
sumbu a dan b dan saling tumpang tindih pada arah sumbu c. Ketebalan
unit lapisan ini adalah 7,13 A0.
O

OH

Al

Si

Gambar 2.4 Diagram Struktur Kaolinite

Universitas Sumatera Utara

12

2) Mineral Smectite
Mineral umum yang termasuk golongan smectite yaitu natrium
montmorillonite,

kalsium

monmorillonite,

nontronite

(besi

montmorillonite), hectorite (litium montmorillonite) dan beidellite
(aluminium montmorillonite). Mineral smectite merupakan komposisi
gabungan dari dua lapisan silika tetrahedral dengan satu lapisan oktahedral
sebagai pusat dan membentuk lapisan mineral tipe 2 : 1. Molekul air dan
kation – kation mengisi ruang antara lapisan 2 : 1.
Rumus

teoritis

smectite

adalah

(OH)4Si8Al4O20.NH2O

(antarlapisan) dan komposisi teoritis tanpa materi antarlapisan adalah SiO2
= 66,7 %, Al2O3 = 28,3 % dan H2O = 5 %. Bagaimanapun juga, pada
smectite terdapat materi/unsur pengganti yang harus diperhatikan pada
lapisan oktahedral dan beberapa pada lapisan tetrahedral. Pada lapisan
tetrahedral terdapat penggantian silikon menjadi aluminium hingga 15 %
(Grim, 1968) dan pada lapisan oktahedral aluminium digantikan
magnesium dan besi.

Gambar 2.5 Diagram Struktur Smectite

Universitas Sumatera Utara

13

3) Mineral Illite
Illite adalah mineral mika tanah liat yang dinamakan oleh Grim et. al
(1937). Strukturnya adalah lapisan 2 : 1 dimana kation antar lapisannya
adalah kalium. Ukuran, muatan dan bilangan koordinasi dari kalium
menyesuaikan diri pada cincin heksagonal oksigen yang berbatasan
dengan lapisan silika tetrahedral. Hal ini memberikan sambungan yang
kuat dari ikatan ionik yang menahan tiap-tiap lapisan secara bersama-sama
pada strukturnya dan mencegah molekul air untuk mengisi posisi
antarlapisan seperti pada smectite. Illite berbeda dengan muscovite yang
mengkristal secara baik yaitu lebih sedikit penggantian Si4+ menjadi Al3+
pada lapisan tetrahedral. Pada muscovite, ¼ dari ion Si

4+

digantikan oleh

Al3+ sedangkan pada illite hanya 1/6 saja. Pada lapisan oktahedral dapat
juga terjadi penggantian ion Al 3+ oleh Mg2+ dan Fe2+. Jarak antarbidang
d(001) dari illite adalah 10 Ao.

Gambar 2.6 Diagram Struktur Illite

Universitas Sumatera Utara

14

4) Chlorite
Chlorite umumnya muncul dalam bentuk serpihan dan juga di dalam
lempung yang bercampur dengan lapisan batu bara. Mineral liat chlorite
berbeda dengan chlorite yang mengkristal secara baik dalam hal adanya
susunan acak dari lapisannya dan juga adanya hidrasi. Chlorite adalah
mineral dengan tipe lapisan 2 : 1 dengan satu lapisan brusit (Mg(OH) 2)
pada antarlapisannya. Banyak jenis kation pengganti pada chlorite, namun
yang paling umum adalah Mg2+, Fe2+, Al3+ dan Fe3+. Komposisi umum
chlorite yaitu (OH)4(SiAl)8(MgFe)6O20. Lapisan yang menyerupai brusit
pada posisi antarlapisan mempunyai komposisi (MgAl) 6(OH)12. Jarak
antar bidang d(001) dari chlorite kurang lebih 14 Ao.

Gambar 2.7 Diagram Struktur Chlorite

Universitas Sumatera Utara

15

5) Palygorskite (Attapulgite) : Sepiolite
Istilah palygorskite dan attapulgite adalah sinonim, tetapi Komite
Nomenklatur Internasional (International Nomenclature Committee) telah
mengumumkan bahwa nama yang lebih baik digunakan adalah
palygorskite. Bagaimanapun, istilah attapulgite masih digunakan terutam
oleh mereka yang bekerja di bidang pertambangan, pengolahan dan
penggunaan mineral liat. Palygorskite dan sepiolite adalh silika tipe
lapisan 2 : 1. Lapisan tetrahedral dihubungkan tak terbatas pada dua
dimensi. Namun, jenis tanah liat ini berbeda secara struktur dari mineral
liat yang lain yaitu bahwa lapisan oktahedralnya sambung menyambung
hanya pada satu dimensi dan lapisan tetrahedralnyadibagi menjadi pitapita oleh pembalikan perodik dari baris-baris tetrahedron. Pada
palygorskite, dimensi dari salurannya kira-kira antara 4 Ao sampai 6 Ao
dan pada sepiolite kira-kira 4 Ao sampai 9,5 Ao. Kedua jenis mineral liat
ini adalah jenis magnesium silika tetapi palygorskite mempunyai
kandungan alumina lebih tinggi. Rumus umum palygorskite adalah
(OH2)4Mg5Si8O20.4H2O.

Rumus

umum

untuk

sepiolite

adalah

(OH2)4(OH)4Mg8Si12O30.8H2O.

Gambar 2.8 Diagram Struktur Palygorskite dan Sepiolite

Universitas Sumatera Utara

16

Pada penelitian ini tanah lempung yang digunakan adalah tanah lempung dari
Desa Iraonogeba Kecamatan Moroó Kabupaten Nias Barat Provinsi Sumatera
Utara yang dalam bahasa derah setempat sering juga disebut dengan gambo.
Pemilihan jenis lempung ini didasarkan atas karakteristik dari tanah lempung ini
yaitu berwarna putih keabu-abuan dan tidak mudah kering ketika musim kemarau.
Tanah lempung ini pada umumnya digunakan sebagai bahan dasar pembuatan
periuk tanah yang dalam bahasa daerah setempat disebut dengan bowoa tanö.
Karakteristik dari jenis tanah lempung ini telah dilakukan dengan melakukan
pengamatan morfologi permukaan SEM dan kandungan unsur dengan
menggunakan EDX. Hasil pengamatan morfologi permukaan dari tanah lempung
ini memperlihatkan bahwa ukuran butiran yang beragam karena belum dilakukan
pengayakan ketika pengamatan SEM dan memiliki pori-pori yang beragam
bentuk serta ukurannya.Dari hasil pembacaan kandungan unsur dapat dilihat
bahwa unsur-unsur yang terdapat pada tanah lempung ini adalah unsur O =
49,75% ; Si = 26,03% ; Al = 13,15% ; Fe = 4,46% ; K = 3,42% ; Mg = 1,66% ;
Na = 1,16% ; Ti = 0,37%. (Lampiran C)

2.3 Arang Aktif

Arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95% karbon,
dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada
suhu tinggi. Ketika pemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadi
kebocoran udara di dalam ruangan pemanasan sehingga bahan yang mengandung
karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi. Arang selain
digunakan sebagai bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai adsorben
(penyerap). Daya serap ditentukan oleh luas permukaan partikel dan kemampuan
ini dapat menjadi lebih tinggi jika terhadap arang tersebut dilakukan aktifasi
dengan aktivator bahan-bahan kimia ataupun dengan pemanasan pada temperatur
tinggi. Dengan demikian, arang akan mengalami perubahan sifat-sifat fisika dan
kimia. Arang yang demikian disebut sebagai arang aktif.
Arang aktif dibagi atas 2 tipe, yaitu arang aktif sebagai pemucat dan sebagai
penyerap uap. Arang aktif sebagai pemucat, biasanya berbentuk powder yang

Universitas Sumatera Utara

17

sangat halus, diameter pori mencapai 1000A0, digunakan dalam fase cair,
berfungsi untuk memindahkan zat-zat penganggu yang menyebabkan warna dan
bau yang tidak diharapkan, membebaskan pelarut dari zat-zat penganggu dan
kegunaan lain yaitu pada industri kimia. Diperoleh dari serbuk-serbuk gergaji,
ampas pembuatan kertas atau dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan
mempunyai struktur yang lemah. Arang aktif sebagai penyerap uap, biasanya
berbentuk granular atau pellet yang sangat keras diameter pori berkisar antara 10200 A0 , tipe pori lebih halus, digunakan dalam fase gas, berfungsi untuk
memperoleh kembali pelarut, katalis, pemisahan dan pemurnian gas. Diperoleh
dari tempurung kelapa, tulang, batubata atau bahan baku yang mempunyai bahan
baku yang mempunyai struktur keras.
Sifat arang aktif yang paling penting adalah daya serap. Dalam hal ini, ada
beberapa faktor yang mempengaruhi daya serap adsorpsi, yaitu :
1. Sifat Adsorben
Arang aktif yang merupakan adsorben adalah suatu padatan berpori, yang
sebagian besar terdiri dari unsur karbon bebas dan masing- masing berikatan
secara kovalen. Dengan demikian, permukaan arang aktif bersifat non polar.
Selain kompisisi dan polaritas, struktur pori juga merupakan faktor yang penting
diperhatikan. Struktur pori berhubungan dengan luas permukaan, semakin kecil
pori-pori arang aktif, mengakibatkan luas permukaan semakin besar. Dengan
demikian kecepatan adsorpsi bertambah. Untuk meningkatkan kecepatan adsorpsi,
dianjurkan agar menggunakan arang aktif yang telah dihaluskan. Jumlah atau
dosis arang aktif yang digunakan, juga diperhatikan.
2. Sifat Serapan
Banyak senyawa yang dapat diadsorpsi oleh arang aktif, tetapi kemampuannya
untuk mengadsorpsi berbeda untuk masing- masing senyawa. Adsorpsi akan
bertambah besar sesuai dengan bertambahnya ukuran molekul serapan dari stuktur
yang sama, seperti dalam deret homolog. Adsorpsi juga dipengaruhi oleh gugus
fungsi, posisi gugus fungsi, ikatan rangkap, struktur rantai dari senyawa serapan.
3. Temperatur
Dalam pemakaian arang aktif dianjurkan untuk menyelidiki.temperatur pada saat
berlangsungnya proses. Karena tidak ada peraturan umum yang bisa diberikan

Universitas Sumatera Utara

18

mengenai temperatur yang digunakan dalam adsorpsi. Faktor yang mempengaruhi
temperatur proses adsoprsi adalah viskositas dan stabilitas thermal senyawa
serapan. Jika pemanasan tidak mempengaruhi sifat-sifat senyawa serapan, seperti
terjadi perubahan warna maupun dekomposisi, maka perlakuan dilakukan pada
titik didihnya. Untuk senyawa volatil, adsorpsi dilakukan pada temperatur kamar
atau bila memungkinkan pada temperatur yang lebih kecil.
4. pH (Derajat Keasaman)
Untuk asam-asam organik adsorpsi akan meningkat bila pH diturunkan, yaitu
dengan penambahan asam-asam mineral. Ini disebabkan karena kemampuan asam
mineral untuk mengurangi ionisasi asam organik tersebut. Sebaliknya bila pH
asam organik dinaikkan yaitu dengan menambahkan alkali, adsorpsi akan
berkurang sebagai akibat terbentuknya garam.
5. Waktu Singgung
Bila arang aktif ditambahkan dalam suatu cairan, dibutuhkan waktu untuk
mencapai kesetimbangan. Waktu yang dibutuhkan berbanding terbalik dengan
jumlah arang yang digunakan. Selain ditentukan oleh dosis arang aktif,
pengadukan juga mempengaruhi waktu singgung. Pengadukan dimaksudkan
untuk memberi kesempatan pada partikel arang aktif untuk bersinggungan dengan
senyawa serapan. Untuk larutan yang mempunyai viskositas tinggi, dibutuhkan
waktu singgung yang lebih lama.
Pada penelitian ini arang aktif yang digunakan adalah arang aktif
Aquasorb® 1000. Arang aktif Aquasorb ® 1000 adalah media kerja yang
berbentuk butiran-butiran karbon aktif yang dibuat dengan aktivasi uap dari
batubara bitumen yang mutunya diseleksi. Produk arang aktif ini memiliki bahan
adsorbent dengan nilai densitas yang tinggi dan menghasilkan volume
pengaktivasi yang maksimum. Arang aktif ini memiliki karakteristik antara lain
sebagai berikut luas permukaan = 950 m 2/g ; total volume pori = 0,88 cm3/g ;
apparent density = 500 kg/m3 ; pH = 8 ; ball pan hardness number = 96%.
(Lampiran D)

Universitas Sumatera Utara

19

2.4 Keramik

Keramik didefinisikan sebagai seni dan ilmu membuat dan menggunakan partikel
padat yang mempunyai bagian material inorganik nonmetalik sebagai komponen
terpentingnya (Kingery et al., 1976). Keramik adalah bahan yang keras, memiliki
senyawa polikristalin, biasanya inorganik, termasuk silika, metalik oksida, karbida
dan bahan bahan hidrida, sulfida dan seleneida. Oksida seperti Al 2O3, MgO, SiO2
dan ZrO2 mengandung bahan metalik dan unsur nonmetalik serta garam ionik
seperti NaCl, CsCl dan ZnS.
Keramik berasal dari bahasa Yunani keramos/keramikos yang berarti
periuk atau belanga yang terbuat dari tanah yang dibakar. Keramik adalah semua
benda-benda yang terbuat dari tanah liat/lempung yang mengalami suatu proses
pengerasan dengan pembakaran suhu tinggi. Pengertian keramik yang lebih luas
dan umum adalah “bahan yang dibakar tinggi” termasuk di dalamnya semen,
gips, metal dan lainnya. Sebelum diproses menjadi keramik, segi penting sifat
bubuk mineralnya adalah ukuran partikel (yang mengganti sifat akhir) serta
distribusi sifat partikel (mempengaruhi rapatan).
Secara umum keramik merupakan paduan antara logam dan non logam ,
senyawa paduan tersebut memiliki ikatan ionik dan ikatan kovalen yang memiliki
sifat-sifat sebagai berikut :
a. Sifat Mekanik
Keramik merupakan material yang kuat, keras dan juga tahan
korosi.Selain itu keramik memiliki kerapatan yang rendah dan juga titik lelehnya
yang

tinggi.Keterbatasan

utama

keramik

adalah

kerapuhannya,

yakni

kecenderungan untuk patah tiba-tiba dengan deformasi plastik yang sedikit. Di
dalam keramik, karena kombinasi dari ikatan ion dan kovalen, partikelpartikelnya tidak mudah bergeser.
Faktor rapuh terjadi bila pembentukan dan propagasi keretakan yang
cepat. Dalam padatan kristalin, retakan tumbuh melalui butiran (trans granular)

Universitas Sumatera Utara

20

dan sepanjang bidang cleavage (keretakan) dalam kristalnya. Permukaan tempat
putus yang dihasilkan mungkin memiliki tekstur yang penuh butiran atau kasar.
Material yang amorf tidak memiliki butiran dan bidang kristal yang teratur,
sehingga permukaan putus kemungkinan besar terjadi. Kekuatan tekan penting
untuk keramik yang digunakan untuk struktur seperti bangunan.Kekuatan tekan
keramik biasanya lebih besar dari kekuatan tariknya. Untuk memperbaiki sifat ini
biasanya keramik di-pretekan dalam keadaan tertekan
b. Sifat Termal
Sifat termal bahan keramik adalah kapasitas panas, koefisien ekspansi
termal, dan konduktivitas termal. Kapasitas panas bahan adalah kemampuan
bahan untuk mengabsorbsi panas dari lingkungan. Panas yang diserap disimpan
oleh padatan antara lain dalam bentuk vibrasi (getaran) atom/ion penyusun
padatan tersebut.
Keramik biasanya memiliki ikatan yang kuat dan atom-atom yang ringan.
Jadi getaran-getaran atom-atomnya akan berfrekuensi tinggi dan karena
ikatannya kuat maka getaran yang besar tidak akan menimbulkan gangguan yang
terlalu banyak pada kisi kristalnya.
Sebagian besar keramik memiliki titik leleh yang tinggi, artinya walaupun
pada temperatur yang tinggi material ini dapat bertahan dari deformasi dan dapat
bertahan dibawah tekanan tinggi. Akan tetapi perubahan temperatur yang besar
dan tiba-tiba dapat melemahkan keramik. Kontraksi dan ekspansi pada perubahan
temperatur tersebutlah yang dapat membuat keramik pecah.
c. Sifat elektrik
Sifat listrik bahan keramik sangat bervariasi.Keramik dikenal sangat baik
sebagai insulator. Beberapa sifat isolator keramik (seperti BaTiO 3) dapat
dipolarisasi dan digunakan sebagai kapasitor. Keramik lain menghantarkan
elektron bila energi ambangnya dicapai dan oleh karena itu disebut
semikonduktor. Tahun 1986, keramik jenis baru yakni superkonduktor
temperatur kritis ditemukan. Bahan jenis ini di bawah suhu kritisnya memiliki
hambatan = 0. Akhirnya keramik yang disebut sebagai sebagai piezoelektrik
dapat menghasilkan respons listrik akibat tekanan mekanik atau sebaliknya
isolator. Elektron valensi dalam keramik tidak berada di pita konduksi, sehingga

Universitas Sumatera Utara

21

sebagian besar keramik adalah isolator. Namun, konduktivitas keramik dapat
ditingkatkan dengan memberikan ketakmurnian. Energi termal juga akan
mempromosikan elektron ke pita konduksi, sehingga dalam keramik,
konduktivitas meningkat (hambatan menurun) dengan kenaikan suhu.
Beberapa keramik memiliki sifat piezoelektrik, atau kelistrikan tekan.Sifat
ini merupakan bagian bahan “canggih” yang sering digunakan sebagai sensor.
Dalam bahan piezoelektrik, penerapan gaya atau tekanan dipermukaannya akan
menginduksipolarisasi dan akan terjadi medan listrik, jadi bahan tersebut
mengubah tekananmekanis menjadi tegangan listrik. Bahan piezoelektrik
digunakan untuk tranduser,yang ditemui pada mikrofon, dan sebagainya.Dalam
bahan keramik, muatan listrik dapat juga dihantarkan oleh ion-ion.Sifat ini dapat
diubah-ubah dengan merubah komposisi, dan merupakan dasar banyak aplikasi
komersial, dari sensor zat kimia sampai generator daya listrik skala besar.Salah
satu teknologi yang paling prominen adalah sel bahan bakar.
d. Sifat Optik
Bila cahaya mengenai suatu obyek cahaya dapat ditransmisikan,
diabsorbsi, atau dipantulkan. Bahan bervariasi dalam kemampuan untuk
mentransmisikan cahaya, dan biasanya dideskripsikan sebagai transparan,
translusen, atau opaque. Material yang transparan, seperti gelas mentransmisikan
cahaya dengan difus, seperti gelasterfrosted, disebut bahan translusen. Batuan
yang opaque tidak mentransmisikan cahaya. Dua mekanisme penting interaksi
cahaya dengan partikel dalam padatan adalah polarisasi elektronik dan transisi
elektron antar tingkat energi. Polarisasi adalah distorsi awan elektron atom oleh
medan listrik dari cahaya. Sebagai akibat polarisasi, sebagian energi
dikonversikan menjadi deformasi elastik (fonon), dan selanjutnya panas.
e. Sifat kimia
Salah satu sifat khas dari keramik adalah kestabilan kimia. Sifat kim
ia dari permukaan keramik dapat dimanfaatkan secara positif. Arang aktif, silika
gel, zeolit, dsb, mempunyai luas permukaan besar dan dipakai sebagai bahan
pengabsorb.

Kalau

oksida

logam

dipanaskan

pada

kira-kira

5000C,

permukaannya menjadi bersifat asam atau bersifat basa. Alumina, zeolit,
lempung asam atau S2O2 – TiO2 demikian juga berbagai oksida biner dipakai

Universitas Sumatera Utara

22

sebagai katalis, yang memanfaatkan aksi katalitik dari titik bersifat asam dan basa
pada permukaan.
f. Sifat fisik
Sebagian besar keramik adalah ikatan dari karbon, oksigen atau nitrogen
dengan material lain seperti logam ringan dan semilogam. Hal ini menyebabkan
keramik biasanya memiliki densitas yang kecil. Sebagian keramik yang ringan
mungkin dapat sekeras logam yang berat. Keramik yang keras juga tahan
terhadap gesekan. Senyawa keramik yang paling keras adalah berlian, diikuti
boron nitrida pada urutan kedua dalam bentuk kristal kubusnya. Aluminum
oksida dan silikon karbida biasa digunakan untuk memotong, menggiling,
menghaluskan dan menghaluskan material-material keras lain.

2.5 Keramik Berpori

Keramik berpori merupakan keramik yang mempunyai pori-pori dengan
distribusi ukuran tertentu dan porositas yang relatif tinggi, secara luas keramik
berpori insulasi termal dan sebagai bahan bangunan. Material yang biasa
digunakan sebagai bahan baku keramik berpori adalah lempung dan senyawa
oksida seperti alumina (Al2O3), silika (SiO2), titania(TiO2), dan zirkonia (ZrO2).
Pada umumnya penggunaan keramik berpori dengan ukuran pori sekitar 10800µm sebagai filter, sedangkan keramik dengan ukuran pori hingga 0,1 nm
sebagai membran menggunakan material dengan kandungan alumina yang tinggi
karena alumina mempunyai keunggulan pada kekuatan,

kekerasan dan

ketahanan terhadap tekanan, panas, maupun bahan kimia. Lempung mengandung
hidrated aluminium silica (Al2O3,SiO2,H2O) yang berfungsi mempermudah
proses pembentukan keramik, mempunyai sifat plastis mudah

dibentuk,

mempunyai daya ikat bahan baku tidak plastis, dan juga dicampur dengan
kuarsa yang merupakan bentuk lain dari silika yang bertujuan untuk mengurangi
retak-retak dalam pengeringan.
Berdasarkan banyaknya pori, maka keramik berpori digolongkan dalam dua
bagian besar

Universitas Sumatera Utara

23

1. Keramik mikropori yaitu keramik berpori yang mempunyai nilai porositas
50%.
Sedangkan berdasarkan ukuran porinya, maka keramik berpori terbagi atas
1. Microporous ceramic yaitu keramik yang memiliki ukuran pori lebih kecil
dari 2 nm (d< 2 nm).
2. Mesoporous ceramic yaitu keramik yang memiliki ukuran pori di antara 2
nm dan 50 nm (2 nm < d < 50 nm).
3. Macroporous ceramic yaitu keramik yang memiliki ukuran pori lebih
besar dari 50 nm ( d > 50 nm).
Ukuran pori-pori keramik berpori sangat penting karena mempengaruhi
masuknya partikel yang akan difilter. Ukuran pori-pori yang efektif ditentukan
oleh lubang minimum dalam saluran atau pori-pori, sifat ini ditentukan oleh
ukuran pori-pori yang intrinsik pada keramik dimana ukuran pori yang memenuhi
standar sebagai filter berkisar antara 0,25- 90 µm, densitas 1,104 – 1,7 g/cm3,
porositas 23 - 80% (Ebele,2014).
Aktivasi adalah perlakuan terhadap lempung yang bertujuan untuk
memperbesar pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon atau
mengoksidasi molekul permukaaan sehingga lempung mengalami perubahan
sifat baik sifat fisika maupun kimiawinya. Ada 2 jenis aktivasi yang dapat
dilakukan untuk menghasilkan keramik berpori dari bahan dasar lempung yaitu
1. Aktivasi fisika yaitu proses memperluas pori lempung dengan bantuan
panas, uap dan gas CO2. Aktivasi fisika sering juga disebut dengan
kalsinasi.
2. Aktivasi kimia yaitu aktivasi yang dilakukan dengan menggunakan bahan
kimia yang dinamakan aktivator.
Aktivasi bertujuan untuk membuka ruang interlayer dan menghilangkan
pengotor-pengotor yang berada di bagian internal lempung. Lempung umumnya
banyak mengandung kation dalam ruang antar lapis, sehingga perlu dilakukan
penyeragaman kation yang mana kation yang umum digunakan adalah kation dari
golongan alkali dan alkali tanah. Penelitian penelitian pada umumnya akan

Universitas Sumatera Utara

24

mempertukarkan kation-kation yang ada dalam interlayer lempung seperti Na +,
K+, dan Ca2+dengan kation H+ dari asam sulfat, sehingga kation-kation yang ada
pada interlayer menjadi seragam (Auliah Army, 2009). Pemanasan menyebabkan
pori-pori lempung terbuka sehingga dapat mempermudah proses pelarutan
pengotor-pengotor yang terperngkap di dalam pori lempung, dan dengan adanya
pemanasan, maka akan terbentuk asam Bronsted dan Lewis (Sahara, 2011).
Terbentuknya situs asam Brөnsted dapat disebabkan oleh adanya serah terima
proton di dalam lempung karena berkurangnya jumlah molekul air pada ruang
antar lapis dan sebagian molekul air telah mengalami dehidrasi pada kationkation antar lapis. Pada pemanasan suhu tinggi, permukaan lempung akan
mengalami dehidroksilasi sehingga situs asam Brөnsted diubah menjadi asam
Lewis.
Pada aktivasi termal, temperatur tinggi dapat menghilangkan molekul air
dan pengotor lainnya. Luas permukaan naik dengan naiknya temperatur yang
disebabkan oleh hilangnya molekul air terserap dan terhidrat serta senyawa
organik yang mudah menguap yang terikat pada permukaan bentonit alam, akan
tetapi kalsinasi pada pada temperatur yang lebih tinggi dapat merubah sifat fisika
dan kimia dari bentonit (Purkait et.al , 2009). Perubahan struktur dan komposisi
selama pemanasan bisa bervariasi tergantung pada komposisi kimia lempung
alam dan waktu pemanasan (Wu et. al, 2013). Pemanasan berlebih akan
menimbulkan jarak yang pendek pada struktur dan interlayer lempung (Bergaya
et. al, 2006), kecilnya jarak interlayer akan menyebabkan difusi partikel lebih
dekat ke atom lainnya sehingga mempengaruhi luas permukaan.
Menurut Sahara (2011) lempung

teraktivasi asam dan lempung yang

teregenerasi dan teraktivasi panas memiliki luas permukaan spesifik dan volume
total pori yang jauh lebih tinggi jika dibandingkan dengan lempung tanpa
perlakuan, tetapi berbanding terbalik dengan jari-jari pori. Ini sesuai dengan
rumus perhitungan jari-jari pori dimana jari-jari pori berbanding terbalik dengan
luas permukaan spesifik. Pada lempung yang teregenerasi tanpa aktivasi panas
terjadi peningkatan luas permukaan spesifik dan volume total pori.

Universitas Sumatera Utara

25

Proses pembentukan keramik dapat dilakukan dengan berbagai cara antara
lain :
a. Die pressing
Pada proses ini bahan keramik dihaluskan hingga membentuk bubuk, lalu
dicampur dengan pengikat (binder) organic, kemudian dimasukkan kedalam
cetakan dan ditekan hingga mencapai bentuk padat yang cukup kuat. Metode ini
umumnya digunakan dalam pembuatan ubin, keramik elektronik, atau produksi
dengan cukup sederhana karena metode ini cukup murah.
b. Rubber mold pressing
Metode ini dilakukan untuk menghasilkan bubuk padat yang tidak seragam dan
disebut rubber mold pressing, karena dalam pembuatannya menggunakan sarung
yang terbuat dari karet. Bubuk dimasukkan kedalam sarung karet, kemudian
dibentuk kedalam cetakan hidrostatis.
c. Extrusion Molding.
Pembentukan keramik pada metode ini melalui lubang cetakan. Metode ini bisa
digunakan untuk membuat pipa saluran, pipa reaktor, atau material lain yang
memiliki suhu normal untuk penampang lintang tetap.
d. Slip Casting
Metode ini dilakukan untuk memperkeras suspensi dengan air dari cairan lainnya,
dituang kedalam plaster berpori, air akan diserap dari daerah kontak kedalam
cetakan dan lapisan yang kuat akan terbentuk.
e. 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 kompleks.

2.6 Pengujian Sifat Fisis Keramik
2.6.1

Serapan Air

Penyerapan air merupakan suatu proses dimana suatu partikel terperangkap ke
dalam struktur suatu media dan seolah-olah menjadi bagian dari kesuluruhan
media tersebut. Daya serap yang dimaksud adalah kemampuan bahan untuk

Universitas Sumatera Utara

26

menyerap air per satuan luas permukaan bahan.Daya serap bahan sebanding
dengan porositas bahan, semakin besar porositas bahan maka daya serap semakin
besar, demikian pula sebaiknya. Perolehan nilai penyerapan air

dengan

menggunakan metode percobaan Archimedes dapat diperoleh dengan :
................................................(Persamaan 2.1)
Dimana :

Mk

=

massa kering sampel setelah dibakar (gram).

Mb

=

massa basah sampel setelah direndam dalam
air selama 24 jam dan dibiarkan 5 jam
setelah dikeluarkan dari air (gram).

2.6.2

Porositas

Porositas dapat diartikan sebagai fraksi ruang kosong di dalam padatan berpori.
Perolehan nilai porositas dengan menggunakan percobaan Archimedes dapat
diperoleh dengan menggunakan persamaan
....................................................(Persamaan 2.2)
Dimana :
Mk

=

massa sampel kering setelah dibakar (gram)

Mb

=

massa basah sampel setelah direndam dalam
air selama 24 jam dan dibiarkan 5 jam
setelah dikeluarkan dari air (gram).

Vt

=

volume sampel setelah dibakar (cm3)

ρair

=

massa jenis air (1 gram/cm3)

2.7 Pengujian Sifat Mekanis keramik
2.7.1 Kuat tekan
Kuat tekan suatu material didefinisikan sebagai kemampuan material dalam
menahan beban atau gaya mekanis sampai terjadinya kegagalan (failure).
Pengujian dilakukan dengan menggunakan alat uji tekan. Kuat tekan sampel dapat
dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
...................................................................(Persamaan 2.3)
Dimana :

P

=

kuat tekan/compressive strength (kgf/cm2)

Universitas Sumatera Utara

27

2.7.2

F

=

beban maksimum(kgf)

A

=

luas bidang permukaan (cm2)

Kekerasan

Kekerasan suatu material merupakan ketahanan suatu material terhadap gaya
penekanan dari material yang lebih keras. Prinsip pengujian kekerasan ini yaitu
pada permukaan material dilakukan penekanan dengan parameter (diameter,
beban dan waktu). Pengujian kekerasan dilakukan dengan metode uji Vickerness
menggunakan alat Hardness Tester Tokyo Japan Matsuzawa Seiki yang hasilnya
dapat langsung dibaca dan diperoleh dalam satuan Hardness of Vickers dengan
menggunakan persamaan berikut
...........................................................................(Persamaan 2.4)
Keterangan : Hv = Hardness of Vickers (kgf/mm2)
F = beban yang diberikan (kgf)
d = panjang diagonal sampel (mm)

2.8 Analisa Mikrostruktur Keramik
2.8.1 SEM-EDX (Scanning Electron Microscope Energy Dispersive X-Ray
Spectrometer)
SEM menggunakan elektron sebagai sumber pencitraan. Scanning
Electron Microscope atau SEM merupakan mikroskop elektron yang banyak
digunakan dalam ilmu pengetahuan material. SEM banyak digunakan karena
memiliki kombinasi yang unik, mulai dari persiapan spesimen yang simple dan
mudah, kapabilitas tampilan yang bagus serta fleksibel. Pancaran berkas yang
jatuh pada pada sampel akan dipantulkan dan difraksikan. Adanya elektron yang
terdifraksi dapat diamati dalam bentuk pola-pola difraksi.Pola-pola difraksi yang
tampak sangat bergantung pada bentuk dan ukuran sel satuan dari sampel.
Elektron diemisikan dari katoda (electron gun) melalui efek fotolistrik dan
dipercepat melalui anoda. Filamen yang digunakan biasanya adalah tungsten atau
lanthanum hexaboride (LaB6). Scanning coil akan mendefleksikan berkas elektron
menjadi sekumpulan array (berkas yang lebih kecil), disebut scanning beam dan
lensa obyektif (magnetik) akan memfokuskannya pada permukaan sampel. SEM

Universitas Sumatera Utara

28

dipakai untuk mengetahui struktur mikro suatu material meliputi tekstur,
morfologi, komposisi dan informasi kristalografi permukaan partikel. Morfologi
yang diamati oleh SEM berupa bentuk, ukuran dan susunan partikel. Syarat agar
SEM dapat menghasilkan citra yang tajam adalah permukaan benda harus bersifat
sebagai pemantul elektron atau dapat melepaskan elektron ketika ditembak
dengan berkas elektron. Material yang memiliki sifat demikian adalah logam. Jika
permukaan logam diamati di bawah SEM maka profil permukaan akan tampak
dengan jelas. Untuk benda keramik berpori maka permukaan material tersebut
harus dilapisi dengan logam sehingga menghasilkan citra yang tajam. Pengamatan
diantaranya adalah untuk mengetahui ukuran, bentuk dan distribusi pori yang
terbentuk serta unsur penyusun keramik.

2.9 Uji Daya Adsorpsi Uap Air

Adsorpsi atau penyerapan adalah suatu proses yang terjadi ketika suatu fluida,
cairan

maupun

gas,

terikat

kepada

suatu

padatan

atau

cairan

(zat

penyerap/adsorben) dan akhirnya membentuk suatu lapisan tipis atau film (zat
terserap/adsorbat) pada permukaannya. Berbeda dengan absorpsi yang merupakan
penyerapan fluida oleh fluida lainnya dengan membentuk suatu larutan, adsorpsi
secara umum adalah proses penggumpalan substansi terlarut (soluble) yang ada
dalam larutan, oleh permukaan zat atau benda penyerap, di mana terjadi suatu
ikatan kimiafisika antara substansi dengan penyerapnya. Definisi lain menyatakan
adsorpsi sebagai suatu peristiwa penyerapan pada lapisan permukaan atau antar
fasa, di mana molekul dari suatu materi terkumpul pada bahan pengadsorpsi atau
adsorben.
Adsorpsi dibedakan menjadi dua jenis, yaitu
1. Adsorpsi fisika adalah proses interaksi antara adsorben dengan adsorbat yang
disebabkan oleh gaya Van Der Waals. Adsorpsi fisika terjadi jika daya tarik
menarik antara zat terlarut dengan adsorben lebih besar dari daya tarik
menarik antara zat terlarut dengan pelarutnya. Kerena gaya tarik menarik
yang lemah tersebut maka zat yang terlarut akan diadsorpsi pada permukaan
adsorben. Adsorpsi fisika biasanya terjadi pada temperatur rendah sehingga

Universitas Sumatera Utara

29

keseimbangan antara permukaan solid dengan molekul fluida biasanya cepat
tercapai dan bersifat reversibel.
2. Adsorpsi kimia adalah reaksi yang terjadi antara zat padat dengan zat terlarut
yang teradsorpsi. Adsorpsi ini bersifat spesifik dan melibatkan gaya dan kalor
yang sama dengan panas reaksi kimia. Menurut Langmuir, molekul
teradsorpsi ditahan pada permukaan oleh ikatan valensi yang tipenya sama
dengan yang terjadi antara atom-atom dalam molekul. Ikatan kimia tersebut
menyebabkan pada permukaan adsorbent akan terbentuk suatu lapisan film.
Adsorpsi memiliki kecepatan. Kecepatan adsorpsi adalah banyaknya zat yang
teradsorpsi per satuan waktu. Kecepatan adsorpsi mempengaruhi kinetika
adsorpsi. Kinetika adsorpsi adalah laju penyerapan suatu fluida oleh adsorben
dalam jangka waktu tertentu. Faktor-faktor yang mempengaruhi banyak
sedikitnya zat yang teradsorpsi di pengaruhi oleh
Kecepatan Adsorpsi
Macam adsorben
Macam zat yang diadsorpsi (adsorbat)
Luas permukaan adsorben
Konsentrasi zat yang diadsorpsi (adsorbat)
Temperatur
Pada penelitian ini, uji daya adsorpsi uap air dilakukan dengan menggunakan
kit filter yang dilengkapi dengan sensor hidrogen TGS821 yang hasil
pembacaanya dapat dilihat pada layar monitor yang berupa nilai konsentrasi
hidrogen dan tegangan keluaran.

Universitas Sumatera Utara