Membandingkan Serapan Benzema Oleh Montmorillont dan Oleh Komposit Krom-Oksida Montmorillonit.
BAB I
PENDAHULUAN
Montmorillonit
Diantara berbagai jenis mineral lempung, kelompok smektit khususnya montmorillonit
merupakan jenis mineral yang kelimpahannya di alam cukup banyak. Mineral montmorillonit
dapat ditemukan dalam tanah bentonit. Montmorillonit kualitas komersial sering juga dinamakan
bentonit. Tanah bentonit mengandung kurang lebih 85% montmorillonit. Bentonit satu dengan
bentonit lainnya juga dapat mengandung komposisi montmorillonit yang berbeda. Hal ini
dipengaruhi oleh proses terbentuknya di alam. Pengamatan secara visual, lempung
montmorilonit mempunyai ciri-ciri berwarna pucat dengan penampakan putih kadang-kadang
kekuningan, hijau muda, merah muda bahkan seperti kecoklatan dan bila dirasa terasa licin dan
lunak seperti sabun kalau dimasukkan ke dalam air akan menghisap air (Riyanto, 1994).
Montmorillonit memiliki rumus empiris: Nax(Al(2-x)Mgx)(Si4O10)(OH)2.zH2O Unsur-unsur kimia
yang terkandung dalam montmorillonit umumnya didominasi oleh Na, Ca, Al, Si, H dan O. Selain itu
komposisi oksida montmorillonit tersusun atas 1,13% Na2O, 1,02% CaO, 18,57%Al2O3, 43,77% SiO2 dan
36,9%H2O. Struktur montmorillonit terdiri atas dua lembar tetrahedral silika dengan satu lembar
oktahedral alumina yang berada dipusatnya. Lembaran tetrahedral dan oktahedral saling berikatan,
membentuk suatu lapisan. Lapisan tersebut bertumpuk satu terhadap yang lainnya. Struktur tiga
dimensi dari montmorillonit ditunjukkan pada gambar II.3.
Kation-kation yang dapat ditukarkan,
Gambar II.3 Struktur tiga dimensi dari montmorillonit
(Ogawa, 1992; Wijaya, 1993)
Dua tipe struktur telah diusulkan untuk montmorillonit yaitu struktur menurut (1) Hoffman dan
Endell dan (2) Edelman dan Favejee (Goenadi, 1982). Kedua teori ini menunjukkan kemiripan dalam hal
struktur unit sel yang dianggap simetris. Satu lembar Al-Oktahedral terselip diantara dua lembar Sitetrahedral, disebut juga liat lapis 2:1. Lapisan-lapisan kristal dilaporkan bertumpuk dalam pola acak,
sedang beberapa dari mineral tersebut bahkan berbentuk serat, seperti hektorit. Ikatan antara lapisan
relatif lemah mempunyai ruang antar lapisan yang dapat mengembang jika kandungan air meningkat.
Perbedaan antara struktur nenurut Hoffman dan Endell dengan struktur Edelman dan Favajee adalah
dalam hal penyusunan jaringan silika tetrahedral seperti yang dilukiskan pada gambar II.4
b
a
Gambar II.4 (a) Model struktur montmorillonit menurut Edelman dan Favajee, dan
(b) Model struktur montmorillonit menurut Hoffman dan Endell
(Goenadi, 1982)
Edelman dan Favajee (dalam Goenadi,1982) berpendapat bahwa susunan alternatif dari silika
tetrahedral terwujud dengan ikatan Si-O-Si bersudut 180o, dengan bidang dasar terdiri dari gugusan OH
yang diikat oleh silika di dalam tetrahedral .
Dalam lembar tetrahedral, sebagian dari Si valensi empat dapat tergantikan oleh Al valensi tiga.
Sedangkan dalam lembar oktahedral, Al valensi tiga dapat digantikan oleh Mg valensi dua. Atom-atom Al
juga dapat digantikan oleh Fe,Cr,Zn, dan atom-atom lain. Ukuran yang hampir sama dari atom-atom
pengganti memungkinkan untuk terjadinya substitusi isomorfik. Dalam banyak mineral sebuah atom
dengan muatan positif lebih rendah menggantikan atom dengan muatan positif lebih tinggi
menyebabkan kekurangan muatan positif, atau dengan kata lain kelebihan muatan negatif. Kelebihan
muatan negatif pada lapisan diimbangi oleh
adsorpsi kation-kation pada permukaan lapisan yang
terlalu besar bila diterima di dalam kristal (Goenadi, 1982)
Bisa berubah besarnya
karena adanya air
Gambar II.5 Susunan lapisan montmorillonit dengan kation terhidrat di
dalam lapisannya (Cool dan Vansant, 1998)
Komponen-komponen didalam lapisan tidak terikat kuat, sehingga jika kontak dengan air, maka
ruang diantara lapisan mineral mengembang menyebabkan volume liat dapat berlipat dua, dengan
demikian jarak dasar (basal spacing) montmorillonit akan meningkat (Gambar II.5). Beberapa peneliti
mencatat bahwa meningkatnya jarak dasar dapat berlangsung perlaahan-lahan, suatu tanda
pembentukan kulit hidrasi disekeliling kation-kation yang terdapat diantara lapisan.
Identifikasi montmorillonit yang telah dikeringkan pada temperatur 105 oC dengan analisis
difraksi sinar-X biasanya dicirikan oleh puncak difraksi jarak dasar d001 sebesar 10 Å (Goenadi,1982).
Dalam kondisi kering udara, mineral ini mempunyai sejumlah air dalam ruang antar lapis, dengan jarak
dasar d001 sekitar 12,4-14 Å, setelah penyisipan (interkalasi) dengan etilen glikol atau gliserol, jarak dasar
d001 mengembang menjadi 17,0 Å. Terdapat laporan-laporan dalam literatur yang mengisyaratkan
bahwa jarak tersebut dapat diperbesar tanpa batas tergantung tingkat hidrasi.
BAB II
MEMBANDINGKAN SERAPAN BENZENA OLEH MONTMORILONIT DAN OLEH
KOMPOSIT KROM OKSIDA MONTMORILONIT
Dalam mempelajari kemampuan serapan benzena oleh komposit krom oksida montmorillonit
dibandingkan terhadap kemampuan sorpsi benzen oleh montmorillonit diawali dengan penentuan
waktu kesetimbangan optimum serapan benzena. Untuk mengetahui kondisi optimum penyerapan
senyawa benzena yang merupakan senyawa organik hidrofobik non ionik oleh montmorillonit terpilar
oksida krom, dilakukan pengujian serapan optimum Cr2O3.-montmorillonit terhadap benzena. Pengujian
ini dilakukan dalam rentang waktu 1 hingga 4 hari.
Berdasarkan hasil pengamatan, diperoleh hasil bahwa jumlah benzena yang terserap oleh Cr2O3montmorillonit semakin meningkat dengan semakin lamanya waktu sorpsi atau lama pengocokan
(shaking) senyawa benzena dalam suspensi Cr2O3-montorillonit, dan kesetimbangan tercapai pada hari
ke-3 (gambar IV.6)
Pengukuran serapan benzena oleh Cr2O3-montmorillonit diperoleh melalui metode kromatografi
cair kinerja tinggi (High Pressure Liquid Chromatography / HPLC). Pengukuran didasarkan pada metode
komparatif, yakni dengan membandingkan luas area dari serapan benzena oleh Cr2O3-montmorillonit
relatif terhadap luas area serapan benzena oleh blangko pada berbagai variasi waktu mulai dari 1 hingga
4 hari.
Jumlah benzena yang terserap (mg/g)
80
60
40
20
0
0
1
2
3
4
5
Waktu (hari)
Gambar IV.6 Waktu kesetimbangan optimum sorpsi benzena
oleh komposit krom oksida-montmorillonit
Studi kinetik serapan fenantrena (senyawa organik hidrofobik nonionik) oleh lempung smektit
yang telah dilakukan beberapa peneliti sebelumnya, juga mendapati kondisi kesetimbangan maksimum
serapan fenantrena terjadi pada hari ketiga (72 jam) (Hundal, dkk. 2001).
Untuk mempelajari kemampuan adsorpsi montmorillonit terpilar oksida krom dilakukan
pengujian serapan senyawa benzena dalam suspensi Cr2O3-montmorillonit dengan berbagai variasi
konsentrasi benzena. Sebagai pembanding dilakukan pula pengujian serapan benzena oleh
montmorillonit dengan kondisi reaksi yang sama dengan pengujian serapan benzena pada Cr2O3montmorillonit. Pada gambar IV.7 disajikan grafik hasil pengukuran serapan benzena oleh
montmorillonit dan montmorillonit terpilar oksida krom dengan metode HPLC berdasarkan data pada
lampiran
Berat (mg) benzen yang tersorpsi
per gram lempung (x/m)
60
40
20
0
0
500
1000
1500
2000
Konsentrasi benzena awal (Co) g/L
Lempung montmorillonit
Komposit krom oksida mont
.
Gambar IV.7 Jumlah benzena terserap per gram lempung pada montmorillonit dan komposit krom
oksida-montmorillonit dalam berbagai variasi konsentrasi benzena.
Pada gambar IV.7 diatas terlihat bahwa jumlah benzena yang terserap per gram montmorillonit
semakin meningkat dengan semakin tingginya konsentrasi benzena. Nampak pula bahwa jumlah
benzena terserap dalam komposit krom oksida-montmorillonit menunjukkan kecenderungan yang
relatif lebih sedikit dibandingkan terhadap jumlah benzena yang terserap oleh montmorillonit, pada
kondisi reaksi yang sama dan konsentrasi benzena yang tertentu.
Proses sorpsi larutan oleh suatu adsorben melibatkan kesetimbangan antara pelarut yang
teradsorpsi dan zat terlarut dengan pelarut dan zat terlarut teradsorpsi, hal ini dapat dinyatakan sebagai
berikut :
(N1S) + (N2)
(N1) + (N2S)
Dimana, : (N1S) = solven teradsorpsi, (N2) = solut dalam larutan, (N1) = solven dalam larutan, (N2S) = solut
teradsorpsi. Banyaknya zat terlarut yang teradsorpsi selain ditentukan oleh konsentrasi zat terlarut, juga
ditentukan oleh kecenderungan zat terlarut untuk teradsorpsi dibandingkan dengan pelarut, dengan
demikian terdapat kompetisi
adsorpsi antara pelarut dan zat terlarut. Komposit krom oksida-
montmorillonit memiliki kemampuan yang lebih sedikit untuk menyerap benzena yang terlarut di dalam
air, hal ini dapat disebabkan oleh kecenderungan pelarut (air) lebih besar daripada benzena untuk
teradsorpsi pada komposit krom oksida-montmorillonit, dibandingkan jika teradsorpsi pada lempung
monmorillonit. Jadi meskipun luas permukaan spesifik pada komposit krom oksida-montmorillonit lebih
besar daripada luas permukaan spesifik pada lempung montmorillonit, tetapi peluang kontak atau
interaksi yang meningkat dari molekul benzena diimbangi oleh kecenderungan yang lebih besar dari
molekul air untuk teradsorpsi lebih kuat pada permukaan Cr2O3-montmorillonit. Hal ini dapat dikaitkan
dengan hadirnya pilar Cr2O3.
Dalam adsorpsi interfase padat-gas pada tekanan rendah, mekanismenya tergantung pada sifat
gaya yang bekerja antara molekul-molekul adsorben dan adsorbat. sedangkan mekanisme molekuler
adsorpsi zat tertentu dari larutan pada suatau adsorben jauh lebih rumit. Gambar IV.8 memperlihatkan
skema interaksi molekuler yang terjadi dalam adsorpsi.
(b)
(a)
permukaan adsorben
permukaan adsorben
Gambar IV.8 Skema interaksi molekuler dalam adsorpsi :
(a) fase gas
(b) larutan biner
Dalam kasus yang paling sederhana, yaitu adsorpsi larutan biner, mekanismenya tergantung pada
faktor-faktor sebagai berikut :
1. gaya yang bekerja diantara molekul-molekul adsorbat (Z) dan permukaan adsorben
2 gaya yang bekerja diantara molekul-molekul pelarut (S) dan permukaan adsorben
3. gaya yang bekerja diantara molekul-molekul komponen larutan (Z dan S) baik
dalam lapisan permukaan maupan dalam fase ruahnya.
Penyelidikan mekanisme molekuler adsorpsi pada interfase padat-larutan menghadapi baanyak
kesulitan karena kompleksitas sistem yang ada. Komponen pelarut pada adsorpsi larutan seringkali
mempunyai pengaruh yang menentukan terhadap sifat maupun besarnya adsorpsi. Interaksi antara
molekul adsorben dan adsorbat pada fase gas juga berlaku pada molekul-molekul pelarut. Interaksi yang
kuat antara molekul-molekul pelarut dengan permukaan adsorben dapat memblokir situs-situs aktif
adsorben dan akibatnya akan menurunkan adsorpsi zat terlarut. Demikian juga interaksi molekul yang
kuat diantara komponen larutan dalam fase ruahnya umumya mempunyai pengaruh negatif yang
berarti terhadap interaksinya dengan permukaan adsorben. Kelarutan suatu zat dalam pelarut juga
mempunyai pengaruh terhadap besar kecilnya adsorpsi. Pada umumya zat-zat dengan kelarutan yang
tinggi akan teradsorpsi lebih sukar pada suatu adsorben dibandingkan dengan zat yang kelarutannya
rendah.
Berdasarkan uraian-uraian diatas, jelas bahwa adsorpsi pada interfase padat- cair, dalam hal ini
adsorpsi larutan, sifat maupun besarnya adsorpsi sangat tergantung pada berbagai faktor. Selain kondisi
eksperimental, seperti temperatur dan pH, faktor kelarutan, struktur adsorben dan adsorbat serta
pelarut sangat menentukan besarnya adsorpsi. Oleh karena itu, mekanisme molekuler adsorpsi masih
jauh dari .pemahaman sepenuhnya (Oscik, 1982).
Meskipun mekanisme molekuler adsorpsi larutan sangat rumit dan kompleks, tetapi disini akan
coba dipaparkan secara garis besar beberapa hal berkenaan dengan fenomena adsorpsi benzena oleh
komposit
krom oksida-montmorillonit dan oleh lempung
montmorillonit. Keasaman permukaan
berpengaruh terhadap kemampuan adsorpsi larutan benzena didalam air. Komposit krom oksidamontmorillonit memiliki keasaman permukaan yang lebih besar daripada lempung montmorillonit, hal
ini disebabkan karena pada saat pembentukan Cr2O3 dari oligomer polioksikromium juga dilepaskan ion
H+. Ion-ion hidrogen yang terlepas ini akan dijerap lebih kuat daripada ion-ion monovalen lainnya atau
ion-ion divalen (Goenadi, 1982). Kuatnya serapan ion-ion hidrogen oleh permukaan montmorillomit
yang bermuatan negatif kemungkinan disebabkan oleh kerapatan muatan ion hidrogen yang tinggi, dan
juga oleh pembentukan ikatan kovalen dengan atom O pada permukaan lempung, ikatan kovalen yang
terbentuk ini merupakan ikatan kovalen polar, sehingga molekul-molekul H2O yang juga bersifat polar
akan lebih mudah terserap pada montmorillonit yang dimodifikasi, daripada benzena. Sedangkan pada
montmorillonit yang belum dimodifikasi, atom O pada permukaan lempung juga cenderung untuk
mengikat atom H pada benzena karena gugus-gugus C-H pada benzena diaktifkan, yang kemudian
membentuk ikatan hidrogen dengan oksigen dari permukaan siloksan mineral lempung (Goenadi, 1982).
Meningkatnya keasaman pada komposit krom oksida-montmorillonit juga disebabkan oleh
logam Cr mempunyai orbital d yang dapat berperan sebagai situs asam yang dapat mengikat atom O
dengan menerima pasangan elektron bebas dari atom O pada molekul H2O, ini juga bisa menjadi alasan
bahwa montmorillonit yang dimodifikasi memiliki kemampuan adsorpsi benzena, yang lebih rendah
daripada lempung montmorillonit.
Benzena yang teradsorpsi pada lempung montmorillonit, lebih banyak daripada yang
teradsorpsi pada komposit krom oksida-montmorillonit, hal ini mungkin juga disebabkan karena
perbedaan orientasi molekul-molekul benzena yang terserap pada permukaan adsorben. Benzena yang
terserap dapat memiliki orientasi horisontal dan orientasi vertikal. Orientasi horisontal benzena untuk
satu
olekul e ze a
e iliki luas per ukaa ya g aka
e e pati adsor e adalah sekitar
Ǻ2
da orie tasi vertikal u tuk satu
olekul e ze a adalah sekitar
Ǻ2 (Gregg dan Sing,1982). Jadi
apabila benzena yang teradsorpsi memiliki orientasi horisontal maka akan menempati luas permukaan
adsorben yang lebih besar daripada jika orientasinya vertikal, dengan tinggi lapisan benzena yang
teradsorpsi se ara horiso tal adalah sekitar ,
vertikal adalah sekitar ,
Ǻ, da ti ggi lapisa
e ze a ya g teradsorpsi se ara
Ǻ.
Pada proses adsorpsi benzena oleh lempung montmorillonit, molekul benzena akan masuk
kedalam antar lapis montmorillonit, dan teradsorpsi dengan orientasi yang lebih bebas karena lempung
montmorillonit dapat mengembang cukup lebar tergantung tingkat hidrasi, dan juga dapat melebihi
jarak ,
Ǻ, hal i i
e u gki ka orie tasi
olekul e ze a teradsorpsi se ara vertikal disa pi g juga
teradsorpsi secara horisontal. Adsorpsi secara vertikal akan membutuhkan luas permukaan adsorben
yang lebih sedikit, sehingga jumlah molekul yang teradsorpsi menjadi lebih banyak. Sedangkan pada
mikropori antarlapis komposit krom oksida-montmorillonit, orientasi molekul yang mungkin hanya
orientasi horisontal karena pilar Cr2O3 bersifat permanen dan kaku yang menyebabkan jarak antar lapis
tidak bisa mengembang. Dengan demikian adsorpsi benzena dengan orientasi vertikal pada
montmorillonit yang dimodifikasi hanya mungkin terjadi pada mikropori yang lebih besar dari mikropori
antar lapis (d001), pada mesopori, makropori dan permukaan eksternal. Mekanisme molekuler yang
sesungguhnya dari adsorpsi ini tidak dapat ditentukan karena pengukuran yang dilakukan disini bersifat
makroskopis.
Hubungan antara banyaknya zat yang teradsorpsi dan konsentrasi zat dalam larutan pada
temperatur konstan, dipelajari dengan persamaan isoterm Freundlich, dan diperoleh kurva adsorpsi
yang diperlihatkan pada gambar IV.9. Dari gambar IV.9 dapat dilihat bahwa nilai k atau kapasitas
adsorpsi dari komposit krom oksida- montmorillonit lebih besar dari kapasitas adsorpsi lempung
montmrillonit, hal ini bersesuaian dengan luas permukaan adsorben. Sedangkan nilai n atau derajat
kelinieran untuk komposit krom oksida montmorillonit lebih kecil dari lempung montmorillonit hal ini
berkaitan dengan ikatan yang lebih lemah antara benzena teradsorb dengan adsorben Cr2O3montmorillonit daripada dengan lempung montmorillonit.
R² = 0.837
100
(a)
x/m
80
60
40
20
0
0
500
1000
1500
Ceq
25
x/m
(b)
y = 0,2232x0,5407
20
15
10
5
0
0
500
1000
Ceq
1500
2000
Gambar : IV.9 Bentuk kurva adsorpsi dari sampel (a) montmorillonit
(b) komposit krom oksida montmorillonit.
Secara empiris, adsorpsi isotermal montmorilonit dan komposit krom oksida-montmorilonit
lebih mengikuti persamaan non linier seperti yang ditampilkan pada gambar IV.10, namun tidak ada
makna fisik yang dapat dijelaskan dari setiap konstanta yang muncul pada kedua persamaan tersebut.
y = 20.65ln(x) - 90.28
R² = 0.979
60
50
x/m
40
30
20
10
0
0
200
400
600
Ceq
800
1000
1200
25
x/m
20
y = 9E-06x2 + 0.000x + 2.515
R² = 0.980
15
10
5
0
0
500
1000
1500
2000
Ceq
Gambar : IV.10 bentuk kurva adsorpsi dari sampel (a) montmorillonit (b) komposit
oksida montmorillonit.
BAB V
krom
KESIMPULAN
Kemampuan komposit krom oksida-montmorillonit untuk menyerap benzena terlarut dalam air, lebih
sedikit daripada montmorillonit sebelum dimodifikasi.
DAFTAR PUSTAKA
Cool, P., Vansant, E.F., 1998, Pillared Clays : Preparation, Characterization and Applications, Catal. Rev.,
Sci.Eng., 3, 265-285.
Goenadi, D.H., 1982, Dasar-Dasar Kimia Tanah, Terjemahan dari Tan, K.H., Edisi Pertama, 93-193,
Gadjah Mada University Press, Yogyakarta
Hundal, L.S., Thompson, M.L., Laird, D.A., Carmo, A.M., 2001, Sorption of Phenanthrene by Reference
Smectites, Environ. Sci. Technol., 35, 3456-3461
Ogawa, M., 1992, Preparation of Clay-Organic Intercalation Compounds by Solid-solid Reaction and Their
Application to Photo–Functional Material, Dissertation, Waseda University, Tokyo.
Oscik, J., 1982, Adsorption, Translation Editor Cooper, I.L., First Edition, 123-127, 198, Ellis Horwood
Limited, Chichester.
Riyanto, A., 1994, Bahan Galian Industri Bentonit, 1-15, Direktorat Jendral Pertambangan Umum, Pusat
Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral, Bandung.
Wijaya, K., 1993, The Preparation of Pillared Saponite-Salicylideneaniline Intercalation Compounds and
Their Photo-Functional Properties, Master Thesis, Waseda University, Tokyo.
PENDAHULUAN
Montmorillonit
Diantara berbagai jenis mineral lempung, kelompok smektit khususnya montmorillonit
merupakan jenis mineral yang kelimpahannya di alam cukup banyak. Mineral montmorillonit
dapat ditemukan dalam tanah bentonit. Montmorillonit kualitas komersial sering juga dinamakan
bentonit. Tanah bentonit mengandung kurang lebih 85% montmorillonit. Bentonit satu dengan
bentonit lainnya juga dapat mengandung komposisi montmorillonit yang berbeda. Hal ini
dipengaruhi oleh proses terbentuknya di alam. Pengamatan secara visual, lempung
montmorilonit mempunyai ciri-ciri berwarna pucat dengan penampakan putih kadang-kadang
kekuningan, hijau muda, merah muda bahkan seperti kecoklatan dan bila dirasa terasa licin dan
lunak seperti sabun kalau dimasukkan ke dalam air akan menghisap air (Riyanto, 1994).
Montmorillonit memiliki rumus empiris: Nax(Al(2-x)Mgx)(Si4O10)(OH)2.zH2O Unsur-unsur kimia
yang terkandung dalam montmorillonit umumnya didominasi oleh Na, Ca, Al, Si, H dan O. Selain itu
komposisi oksida montmorillonit tersusun atas 1,13% Na2O, 1,02% CaO, 18,57%Al2O3, 43,77% SiO2 dan
36,9%H2O. Struktur montmorillonit terdiri atas dua lembar tetrahedral silika dengan satu lembar
oktahedral alumina yang berada dipusatnya. Lembaran tetrahedral dan oktahedral saling berikatan,
membentuk suatu lapisan. Lapisan tersebut bertumpuk satu terhadap yang lainnya. Struktur tiga
dimensi dari montmorillonit ditunjukkan pada gambar II.3.
Kation-kation yang dapat ditukarkan,
Gambar II.3 Struktur tiga dimensi dari montmorillonit
(Ogawa, 1992; Wijaya, 1993)
Dua tipe struktur telah diusulkan untuk montmorillonit yaitu struktur menurut (1) Hoffman dan
Endell dan (2) Edelman dan Favejee (Goenadi, 1982). Kedua teori ini menunjukkan kemiripan dalam hal
struktur unit sel yang dianggap simetris. Satu lembar Al-Oktahedral terselip diantara dua lembar Sitetrahedral, disebut juga liat lapis 2:1. Lapisan-lapisan kristal dilaporkan bertumpuk dalam pola acak,
sedang beberapa dari mineral tersebut bahkan berbentuk serat, seperti hektorit. Ikatan antara lapisan
relatif lemah mempunyai ruang antar lapisan yang dapat mengembang jika kandungan air meningkat.
Perbedaan antara struktur nenurut Hoffman dan Endell dengan struktur Edelman dan Favajee adalah
dalam hal penyusunan jaringan silika tetrahedral seperti yang dilukiskan pada gambar II.4
b
a
Gambar II.4 (a) Model struktur montmorillonit menurut Edelman dan Favajee, dan
(b) Model struktur montmorillonit menurut Hoffman dan Endell
(Goenadi, 1982)
Edelman dan Favajee (dalam Goenadi,1982) berpendapat bahwa susunan alternatif dari silika
tetrahedral terwujud dengan ikatan Si-O-Si bersudut 180o, dengan bidang dasar terdiri dari gugusan OH
yang diikat oleh silika di dalam tetrahedral .
Dalam lembar tetrahedral, sebagian dari Si valensi empat dapat tergantikan oleh Al valensi tiga.
Sedangkan dalam lembar oktahedral, Al valensi tiga dapat digantikan oleh Mg valensi dua. Atom-atom Al
juga dapat digantikan oleh Fe,Cr,Zn, dan atom-atom lain. Ukuran yang hampir sama dari atom-atom
pengganti memungkinkan untuk terjadinya substitusi isomorfik. Dalam banyak mineral sebuah atom
dengan muatan positif lebih rendah menggantikan atom dengan muatan positif lebih tinggi
menyebabkan kekurangan muatan positif, atau dengan kata lain kelebihan muatan negatif. Kelebihan
muatan negatif pada lapisan diimbangi oleh
adsorpsi kation-kation pada permukaan lapisan yang
terlalu besar bila diterima di dalam kristal (Goenadi, 1982)
Bisa berubah besarnya
karena adanya air
Gambar II.5 Susunan lapisan montmorillonit dengan kation terhidrat di
dalam lapisannya (Cool dan Vansant, 1998)
Komponen-komponen didalam lapisan tidak terikat kuat, sehingga jika kontak dengan air, maka
ruang diantara lapisan mineral mengembang menyebabkan volume liat dapat berlipat dua, dengan
demikian jarak dasar (basal spacing) montmorillonit akan meningkat (Gambar II.5). Beberapa peneliti
mencatat bahwa meningkatnya jarak dasar dapat berlangsung perlaahan-lahan, suatu tanda
pembentukan kulit hidrasi disekeliling kation-kation yang terdapat diantara lapisan.
Identifikasi montmorillonit yang telah dikeringkan pada temperatur 105 oC dengan analisis
difraksi sinar-X biasanya dicirikan oleh puncak difraksi jarak dasar d001 sebesar 10 Å (Goenadi,1982).
Dalam kondisi kering udara, mineral ini mempunyai sejumlah air dalam ruang antar lapis, dengan jarak
dasar d001 sekitar 12,4-14 Å, setelah penyisipan (interkalasi) dengan etilen glikol atau gliserol, jarak dasar
d001 mengembang menjadi 17,0 Å. Terdapat laporan-laporan dalam literatur yang mengisyaratkan
bahwa jarak tersebut dapat diperbesar tanpa batas tergantung tingkat hidrasi.
BAB II
MEMBANDINGKAN SERAPAN BENZENA OLEH MONTMORILONIT DAN OLEH
KOMPOSIT KROM OKSIDA MONTMORILONIT
Dalam mempelajari kemampuan serapan benzena oleh komposit krom oksida montmorillonit
dibandingkan terhadap kemampuan sorpsi benzen oleh montmorillonit diawali dengan penentuan
waktu kesetimbangan optimum serapan benzena. Untuk mengetahui kondisi optimum penyerapan
senyawa benzena yang merupakan senyawa organik hidrofobik non ionik oleh montmorillonit terpilar
oksida krom, dilakukan pengujian serapan optimum Cr2O3.-montmorillonit terhadap benzena. Pengujian
ini dilakukan dalam rentang waktu 1 hingga 4 hari.
Berdasarkan hasil pengamatan, diperoleh hasil bahwa jumlah benzena yang terserap oleh Cr2O3montmorillonit semakin meningkat dengan semakin lamanya waktu sorpsi atau lama pengocokan
(shaking) senyawa benzena dalam suspensi Cr2O3-montorillonit, dan kesetimbangan tercapai pada hari
ke-3 (gambar IV.6)
Pengukuran serapan benzena oleh Cr2O3-montmorillonit diperoleh melalui metode kromatografi
cair kinerja tinggi (High Pressure Liquid Chromatography / HPLC). Pengukuran didasarkan pada metode
komparatif, yakni dengan membandingkan luas area dari serapan benzena oleh Cr2O3-montmorillonit
relatif terhadap luas area serapan benzena oleh blangko pada berbagai variasi waktu mulai dari 1 hingga
4 hari.
Jumlah benzena yang terserap (mg/g)
80
60
40
20
0
0
1
2
3
4
5
Waktu (hari)
Gambar IV.6 Waktu kesetimbangan optimum sorpsi benzena
oleh komposit krom oksida-montmorillonit
Studi kinetik serapan fenantrena (senyawa organik hidrofobik nonionik) oleh lempung smektit
yang telah dilakukan beberapa peneliti sebelumnya, juga mendapati kondisi kesetimbangan maksimum
serapan fenantrena terjadi pada hari ketiga (72 jam) (Hundal, dkk. 2001).
Untuk mempelajari kemampuan adsorpsi montmorillonit terpilar oksida krom dilakukan
pengujian serapan senyawa benzena dalam suspensi Cr2O3-montmorillonit dengan berbagai variasi
konsentrasi benzena. Sebagai pembanding dilakukan pula pengujian serapan benzena oleh
montmorillonit dengan kondisi reaksi yang sama dengan pengujian serapan benzena pada Cr2O3montmorillonit. Pada gambar IV.7 disajikan grafik hasil pengukuran serapan benzena oleh
montmorillonit dan montmorillonit terpilar oksida krom dengan metode HPLC berdasarkan data pada
lampiran
Berat (mg) benzen yang tersorpsi
per gram lempung (x/m)
60
40
20
0
0
500
1000
1500
2000
Konsentrasi benzena awal (Co) g/L
Lempung montmorillonit
Komposit krom oksida mont
.
Gambar IV.7 Jumlah benzena terserap per gram lempung pada montmorillonit dan komposit krom
oksida-montmorillonit dalam berbagai variasi konsentrasi benzena.
Pada gambar IV.7 diatas terlihat bahwa jumlah benzena yang terserap per gram montmorillonit
semakin meningkat dengan semakin tingginya konsentrasi benzena. Nampak pula bahwa jumlah
benzena terserap dalam komposit krom oksida-montmorillonit menunjukkan kecenderungan yang
relatif lebih sedikit dibandingkan terhadap jumlah benzena yang terserap oleh montmorillonit, pada
kondisi reaksi yang sama dan konsentrasi benzena yang tertentu.
Proses sorpsi larutan oleh suatu adsorben melibatkan kesetimbangan antara pelarut yang
teradsorpsi dan zat terlarut dengan pelarut dan zat terlarut teradsorpsi, hal ini dapat dinyatakan sebagai
berikut :
(N1S) + (N2)
(N1) + (N2S)
Dimana, : (N1S) = solven teradsorpsi, (N2) = solut dalam larutan, (N1) = solven dalam larutan, (N2S) = solut
teradsorpsi. Banyaknya zat terlarut yang teradsorpsi selain ditentukan oleh konsentrasi zat terlarut, juga
ditentukan oleh kecenderungan zat terlarut untuk teradsorpsi dibandingkan dengan pelarut, dengan
demikian terdapat kompetisi
adsorpsi antara pelarut dan zat terlarut. Komposit krom oksida-
montmorillonit memiliki kemampuan yang lebih sedikit untuk menyerap benzena yang terlarut di dalam
air, hal ini dapat disebabkan oleh kecenderungan pelarut (air) lebih besar daripada benzena untuk
teradsorpsi pada komposit krom oksida-montmorillonit, dibandingkan jika teradsorpsi pada lempung
monmorillonit. Jadi meskipun luas permukaan spesifik pada komposit krom oksida-montmorillonit lebih
besar daripada luas permukaan spesifik pada lempung montmorillonit, tetapi peluang kontak atau
interaksi yang meningkat dari molekul benzena diimbangi oleh kecenderungan yang lebih besar dari
molekul air untuk teradsorpsi lebih kuat pada permukaan Cr2O3-montmorillonit. Hal ini dapat dikaitkan
dengan hadirnya pilar Cr2O3.
Dalam adsorpsi interfase padat-gas pada tekanan rendah, mekanismenya tergantung pada sifat
gaya yang bekerja antara molekul-molekul adsorben dan adsorbat. sedangkan mekanisme molekuler
adsorpsi zat tertentu dari larutan pada suatau adsorben jauh lebih rumit. Gambar IV.8 memperlihatkan
skema interaksi molekuler yang terjadi dalam adsorpsi.
(b)
(a)
permukaan adsorben
permukaan adsorben
Gambar IV.8 Skema interaksi molekuler dalam adsorpsi :
(a) fase gas
(b) larutan biner
Dalam kasus yang paling sederhana, yaitu adsorpsi larutan biner, mekanismenya tergantung pada
faktor-faktor sebagai berikut :
1. gaya yang bekerja diantara molekul-molekul adsorbat (Z) dan permukaan adsorben
2 gaya yang bekerja diantara molekul-molekul pelarut (S) dan permukaan adsorben
3. gaya yang bekerja diantara molekul-molekul komponen larutan (Z dan S) baik
dalam lapisan permukaan maupan dalam fase ruahnya.
Penyelidikan mekanisme molekuler adsorpsi pada interfase padat-larutan menghadapi baanyak
kesulitan karena kompleksitas sistem yang ada. Komponen pelarut pada adsorpsi larutan seringkali
mempunyai pengaruh yang menentukan terhadap sifat maupun besarnya adsorpsi. Interaksi antara
molekul adsorben dan adsorbat pada fase gas juga berlaku pada molekul-molekul pelarut. Interaksi yang
kuat antara molekul-molekul pelarut dengan permukaan adsorben dapat memblokir situs-situs aktif
adsorben dan akibatnya akan menurunkan adsorpsi zat terlarut. Demikian juga interaksi molekul yang
kuat diantara komponen larutan dalam fase ruahnya umumya mempunyai pengaruh negatif yang
berarti terhadap interaksinya dengan permukaan adsorben. Kelarutan suatu zat dalam pelarut juga
mempunyai pengaruh terhadap besar kecilnya adsorpsi. Pada umumya zat-zat dengan kelarutan yang
tinggi akan teradsorpsi lebih sukar pada suatu adsorben dibandingkan dengan zat yang kelarutannya
rendah.
Berdasarkan uraian-uraian diatas, jelas bahwa adsorpsi pada interfase padat- cair, dalam hal ini
adsorpsi larutan, sifat maupun besarnya adsorpsi sangat tergantung pada berbagai faktor. Selain kondisi
eksperimental, seperti temperatur dan pH, faktor kelarutan, struktur adsorben dan adsorbat serta
pelarut sangat menentukan besarnya adsorpsi. Oleh karena itu, mekanisme molekuler adsorpsi masih
jauh dari .pemahaman sepenuhnya (Oscik, 1982).
Meskipun mekanisme molekuler adsorpsi larutan sangat rumit dan kompleks, tetapi disini akan
coba dipaparkan secara garis besar beberapa hal berkenaan dengan fenomena adsorpsi benzena oleh
komposit
krom oksida-montmorillonit dan oleh lempung
montmorillonit. Keasaman permukaan
berpengaruh terhadap kemampuan adsorpsi larutan benzena didalam air. Komposit krom oksidamontmorillonit memiliki keasaman permukaan yang lebih besar daripada lempung montmorillonit, hal
ini disebabkan karena pada saat pembentukan Cr2O3 dari oligomer polioksikromium juga dilepaskan ion
H+. Ion-ion hidrogen yang terlepas ini akan dijerap lebih kuat daripada ion-ion monovalen lainnya atau
ion-ion divalen (Goenadi, 1982). Kuatnya serapan ion-ion hidrogen oleh permukaan montmorillomit
yang bermuatan negatif kemungkinan disebabkan oleh kerapatan muatan ion hidrogen yang tinggi, dan
juga oleh pembentukan ikatan kovalen dengan atom O pada permukaan lempung, ikatan kovalen yang
terbentuk ini merupakan ikatan kovalen polar, sehingga molekul-molekul H2O yang juga bersifat polar
akan lebih mudah terserap pada montmorillonit yang dimodifikasi, daripada benzena. Sedangkan pada
montmorillonit yang belum dimodifikasi, atom O pada permukaan lempung juga cenderung untuk
mengikat atom H pada benzena karena gugus-gugus C-H pada benzena diaktifkan, yang kemudian
membentuk ikatan hidrogen dengan oksigen dari permukaan siloksan mineral lempung (Goenadi, 1982).
Meningkatnya keasaman pada komposit krom oksida-montmorillonit juga disebabkan oleh
logam Cr mempunyai orbital d yang dapat berperan sebagai situs asam yang dapat mengikat atom O
dengan menerima pasangan elektron bebas dari atom O pada molekul H2O, ini juga bisa menjadi alasan
bahwa montmorillonit yang dimodifikasi memiliki kemampuan adsorpsi benzena, yang lebih rendah
daripada lempung montmorillonit.
Benzena yang teradsorpsi pada lempung montmorillonit, lebih banyak daripada yang
teradsorpsi pada komposit krom oksida-montmorillonit, hal ini mungkin juga disebabkan karena
perbedaan orientasi molekul-molekul benzena yang terserap pada permukaan adsorben. Benzena yang
terserap dapat memiliki orientasi horisontal dan orientasi vertikal. Orientasi horisontal benzena untuk
satu
olekul e ze a
e iliki luas per ukaa ya g aka
e e pati adsor e adalah sekitar
Ǻ2
da orie tasi vertikal u tuk satu
olekul e ze a adalah sekitar
Ǻ2 (Gregg dan Sing,1982). Jadi
apabila benzena yang teradsorpsi memiliki orientasi horisontal maka akan menempati luas permukaan
adsorben yang lebih besar daripada jika orientasinya vertikal, dengan tinggi lapisan benzena yang
teradsorpsi se ara horiso tal adalah sekitar ,
vertikal adalah sekitar ,
Ǻ, da ti ggi lapisa
e ze a ya g teradsorpsi se ara
Ǻ.
Pada proses adsorpsi benzena oleh lempung montmorillonit, molekul benzena akan masuk
kedalam antar lapis montmorillonit, dan teradsorpsi dengan orientasi yang lebih bebas karena lempung
montmorillonit dapat mengembang cukup lebar tergantung tingkat hidrasi, dan juga dapat melebihi
jarak ,
Ǻ, hal i i
e u gki ka orie tasi
olekul e ze a teradsorpsi se ara vertikal disa pi g juga
teradsorpsi secara horisontal. Adsorpsi secara vertikal akan membutuhkan luas permukaan adsorben
yang lebih sedikit, sehingga jumlah molekul yang teradsorpsi menjadi lebih banyak. Sedangkan pada
mikropori antarlapis komposit krom oksida-montmorillonit, orientasi molekul yang mungkin hanya
orientasi horisontal karena pilar Cr2O3 bersifat permanen dan kaku yang menyebabkan jarak antar lapis
tidak bisa mengembang. Dengan demikian adsorpsi benzena dengan orientasi vertikal pada
montmorillonit yang dimodifikasi hanya mungkin terjadi pada mikropori yang lebih besar dari mikropori
antar lapis (d001), pada mesopori, makropori dan permukaan eksternal. Mekanisme molekuler yang
sesungguhnya dari adsorpsi ini tidak dapat ditentukan karena pengukuran yang dilakukan disini bersifat
makroskopis.
Hubungan antara banyaknya zat yang teradsorpsi dan konsentrasi zat dalam larutan pada
temperatur konstan, dipelajari dengan persamaan isoterm Freundlich, dan diperoleh kurva adsorpsi
yang diperlihatkan pada gambar IV.9. Dari gambar IV.9 dapat dilihat bahwa nilai k atau kapasitas
adsorpsi dari komposit krom oksida- montmorillonit lebih besar dari kapasitas adsorpsi lempung
montmrillonit, hal ini bersesuaian dengan luas permukaan adsorben. Sedangkan nilai n atau derajat
kelinieran untuk komposit krom oksida montmorillonit lebih kecil dari lempung montmorillonit hal ini
berkaitan dengan ikatan yang lebih lemah antara benzena teradsorb dengan adsorben Cr2O3montmorillonit daripada dengan lempung montmorillonit.
R² = 0.837
100
(a)
x/m
80
60
40
20
0
0
500
1000
1500
Ceq
25
x/m
(b)
y = 0,2232x0,5407
20
15
10
5
0
0
500
1000
Ceq
1500
2000
Gambar : IV.9 Bentuk kurva adsorpsi dari sampel (a) montmorillonit
(b) komposit krom oksida montmorillonit.
Secara empiris, adsorpsi isotermal montmorilonit dan komposit krom oksida-montmorilonit
lebih mengikuti persamaan non linier seperti yang ditampilkan pada gambar IV.10, namun tidak ada
makna fisik yang dapat dijelaskan dari setiap konstanta yang muncul pada kedua persamaan tersebut.
y = 20.65ln(x) - 90.28
R² = 0.979
60
50
x/m
40
30
20
10
0
0
200
400
600
Ceq
800
1000
1200
25
x/m
20
y = 9E-06x2 + 0.000x + 2.515
R² = 0.980
15
10
5
0
0
500
1000
1500
2000
Ceq
Gambar : IV.10 bentuk kurva adsorpsi dari sampel (a) montmorillonit (b) komposit
oksida montmorillonit.
BAB V
krom
KESIMPULAN
Kemampuan komposit krom oksida-montmorillonit untuk menyerap benzena terlarut dalam air, lebih
sedikit daripada montmorillonit sebelum dimodifikasi.
DAFTAR PUSTAKA
Cool, P., Vansant, E.F., 1998, Pillared Clays : Preparation, Characterization and Applications, Catal. Rev.,
Sci.Eng., 3, 265-285.
Goenadi, D.H., 1982, Dasar-Dasar Kimia Tanah, Terjemahan dari Tan, K.H., Edisi Pertama, 93-193,
Gadjah Mada University Press, Yogyakarta
Hundal, L.S., Thompson, M.L., Laird, D.A., Carmo, A.M., 2001, Sorption of Phenanthrene by Reference
Smectites, Environ. Sci. Technol., 35, 3456-3461
Ogawa, M., 1992, Preparation of Clay-Organic Intercalation Compounds by Solid-solid Reaction and Their
Application to Photo–Functional Material, Dissertation, Waseda University, Tokyo.
Oscik, J., 1982, Adsorption, Translation Editor Cooper, I.L., First Edition, 123-127, 198, Ellis Horwood
Limited, Chichester.
Riyanto, A., 1994, Bahan Galian Industri Bentonit, 1-15, Direktorat Jendral Pertambangan Umum, Pusat
Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral, Bandung.
Wijaya, K., 1993, The Preparation of Pillared Saponite-Salicylideneaniline Intercalation Compounds and
Their Photo-Functional Properties, Master Thesis, Waseda University, Tokyo.