analisa situs asam bronsted pada keramik berpori...

14 | Jurnal Sangkareang Mataram ISSN No. 2355-9292

Volume 3, No.3, September 2017 http://www.untb.ac.id/september-2017/

ANALISA SITUS ASAM BRONSTED PADA KERAMIK BERPORI DARI LUMPUR LAPINDO

Oleh :

M. Ali IlyasDosen pada Fakultas Teknik UNTB

Abstrak: Lumpur Lapindo merupakan material dengan kandungan alumina dan silika yang tinggi danbahan ini tersedia cukup melimpah, sedangkan tanin merupakan senyawa organik polifenol hasil metabolitsekunder tanaman hijau. Karena kandungan alumina dan silika yang tinggi, maka lumpur Lapindo bisasebagai kandidat bahan pembuatan keramik. Keramik yang baik adalah keramik dari bahan yang tidakmengandung garam-garam larut air, sehingga sebelum melakukan pembuatan keramik terlabih dahulumenghilangkan garam-garam larut air. Dalam penelitian ini keramik yang dibuat adalah keramik berporidengan metode pembuatan yang mirip dengan metode die pressing, sedangkan kadar tanin yangdigunakan dalam pembuatan keramik dari lumpur Lapindo adalah 30%. Pokok pada penelitian ini adalahanalisa sifat kimia yaitu keasaman Bronsted permukaan. Berdasarkan hasil uji SEM pada berbagaiperbesaran tampak adanya berbagai bentuk dan ukuran pori, yang didominasi oleh ukuran makropori.Berdasarkan hasil analisa dengan FT-IR pada panjang gelombang 775 – 735 cm-1 menunjukkan bahwaterdapat vibrasi Si-O-Al yang memperlihatkan situs asam Bronsted.

Kata kunci: lumpur Lapindo, tanin, die pressing, situs asam Bronsted

PENDAHULUAN

Semburan lumpur Lapindo di Porong Sidoarjosangat merugikan masyarakat sekitar dandampaknya masih sangat terasa hingga sekarang.Pemanfaatannya masih dirasa sangat perludiperhatikan menjadi sesuatu yang berguna, salahsatunya menjadi bahan pembuatan keramik.Penelitian ini bertujuan untuk membuat keramikberpori dengan tanin sebagai cetakan pori, denagnfokus perhatian adalah sifat kimia keramik, yaitusifat asam Bronsted. Berdasarkan penelitian yangdilakukan oleh Aristanto (2006) Lumpur Lapindomemiliki kandungan beberapa oksida, antara lainSiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, CaO, MgO, Na2O, K2Odan SO2 dengan kandungan Alumina (Al2O3)sebesar 18,27%. Sementara itu Gunradi dan Joko(2007) juga telah melakukan penelitian yang samaterhadap lumpur Lapindo, dan mengemukakanbahwa major element lumpur Lapindo adalahAl2O3 dengan kadar sebesar 17,08 – 18,95%.Menurut Styowati (2007), lumpur Lapindo bisadimanfaatkan sebagai bahan pembuatan keramikdan genteng karena tingginya kadar silika.

Abad ke-20 teknologi keramik sudah sangatberkembang, keramik tidak hanya dimanfaatkansebagai bahan infrastruktur. Jenisnya pun beragam,salah satunya adalah keramik berpori.Pemanfaatannya antara lain sebagai penyokongkatalis, pemurnian air, filtrasi (udara, gas dancairan), dan sebagainya.

Nainggolan (2008) membuat keramik berporidengan bahan organik berupa cangkang kelapasebagai aditif atau cetakan pori. Keramik yangdibuat dimanfaatkan sebagai filter gas buang

kendaraan. Bahan organik ini ditambahkan kedalam bahan dasar keramik berupa clay danfeldspar kemudian dicetak dengan ukuran diameter2,19 cm dan tinggi 1,30 cm. Hasil peneltian inimenunjukkan bahwa semakin banyak bahanorganik yang ditambahkan akan meningkatkanporositas dan menurunkan densitas dari keramik.Tak jauh berbeda dengan penelitian Subiyanto(2003) yang meneliti pengaruh suhu sinteringdalam proses pembentukan ikatan dalam keramik.Suhu sintering bervariasi mulai dari suhu 900 oC,1000 oC, 1100 oC dan 1200 oC. Karakter strukturmikro dan kekuatan keramik yang baikdiperlihatkan oleh suhu sinter 1200 oC.

Dalam penelitian ini, sifat kimia dari keramikberupa sifat asam Bronsted akan dikaji lebihmendalam. Uji sifat asam Bronsted dilakukandengan instrumen Infrared Spetroscopy (IR).

METODE PENELITIAN

a. Alat dan Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian iniadalah lumpur yang diambil di daerah semburanpanas Lumpur Lapindo Porong di Desa SiringKecamatan Porong pada koordinat 7o31’39,72” LS,112o42’14,58” BT, tawas [KAl(SO4)2], danaquades. Sedangkan tanin yang digunakan adalahtanin murni dari Riedel-de Haȅn.

Alat-alat yang digunakan antara lain mortar,OvenFisher Scientific 655 F, Tanur Naberthermmodel N-31, desikator, neraca analitis Mettler,botol semprot, bola hisap, ayakan 40 dan dan 60

ISSN No. 2355-9292 Jurnal Sangkareang Mataram| 15

http://www.untb.ac.id/september-2017/ Volume 3, No. 3, September 2017

mesh, seperangkat alat sentrifugasi lengkap dengantabung sentrifugasi, magnetic stirrer, seperangkatperalatan gelas, pipet tetes, pipet, 5mL, 10mL dancorong Buchner, shaker, FT-IR Shimadzu,Scanning Electron Microscopy (SEM) FEI TypeInspect S50, XRD PAN analytical X’pert PRO,DTA lainsesiss.

b. Preparasi Sampel Lumpur Lapindo

Sekitar 1,5 – 2 kg sampel Lumpur Lapindobasah dikeringkan di dalam oven pada suhu 110 oCselama 24 jam untuk menghilangkan kandunganair. Sampel yang sudah kering berwarna abu-abugelap, kemudian sampel ditumbuk halus di dalammortar dan diayak dengan ayakan berukuran 60mesh sehingga didapatkan sampel yang berbentukbutiran halus.

Penentuan lama pengocokan dan jumlahpelarut untuk mengurngi garam-garam Na+, K+,dan Mg+ dilakukan menurut prosedur ekstraksigaram-garam larut air yang telah dilakukan olehSatria (2011).

c. Pembuatan Keramik Berpori

Keramik dibuat dengan prosentase tanin 0%,dan 30% dari berat total. Cetakan yang digunakandalm pembuatan keramik ini adalah cetakanberbentuk silinder dengan diameter 1,6 cm dantinggi 1,55 cm. Lumpur yang digunakan padapembuatan keramik dengan presentase tanin 0%adalah 5 gram, sedangkan berat total dari campuranlumpur kering dan tanin dengan 30% tanin adalahmasing-masing 5,5 gram. Pembuatana keramikdilakukan dengan metode yang mirip denganmetode die pressing, dimana bahan keramik dalambentuk bubuk dicampur dengan binder ataupengikat. Bahan yang berperans ebagai binderadalah tanin. Untuk keramik dengan 0% tanindibuat dengan meninbang 5 gram lumpur lapindoyang sudah dihaluskan kemudian ditetesi air sedikitdemi sedikit dan dihomogenkan selama 10 menitagar mudah dibentuk dan dicetak. Sedangkan untukkeramik dengan 30% tanin dibuat denganmencampurkan lumpur Lapindo seberat 3,85 gramdan tanin seberat 1,65 gram

Lumpur yang sudah dicetak tadi diangin-anginkan selama 24 jam. Setelah diangin-anginkan,dilepas dari cetakan sehingga berbentuk keramikmentah yang kemudian disintering denganperlakuan temperatur dan waktu yaitu 28 oC - 50 oCselama 30 menit, 50 oC – 100 oC selama 30 menit,100 oC – 100 oC selama 60 menit, 100 oC – 150 oCselama 15 menit, 150 oC – 200 oC selama 15 menit,sampai dengan 1200 oC dengan masing-masinginterval 50 oC/15 menit.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil yang diperoleh dari beberapa parameteryang dijadikan obyek penelitian, diantaranyaterlihat dari gambar 1. Hasil yang diperoleh berupakarakterisasi sampel keramik berpori lumpurLapindo yang, Uji DTA, penampang pori(menggunakan SEM), dan identifikasi situs asamBronsted dengan FT-IR.

Gambar 1 menunjukkan suhu terjadinyapengurangan berat keramik dan terjadinyaperubahan fasa beberapa mineral. Laju pemanasanpada analisa DTA adalah 10 oC/menit dengan beratsampel yang dianalisa adalah 90,29 mg.

Tabel 1. Interpretasi Hasil Analisa TermalKeramik Mentah MenggunakanTGA/DTA

Berdasarkan interpretasi hasil analisa termalpada tabel 1, Tahap sintering dilakukan denganmenahanan suhu selama 60 menit pada suhu 100oC, 350 oC, dan 800 oC. pada suhu 100 oC terjadipenguapan air pada sistem keramik, hal ini terlihatdari pengurangan massa sebesar 6%. Kemudianpada suhu 300 sampai 500 oC, terjadi curing ataupengerasan pada badan keramik dan tanin, sertaterjadi pelepasan air hidrat yang terikat padamineral. Pada suhu ini terjadi juga perubahan taninmenjadi bentuk amorf. Pada suhu 800 oC ditahanselama 60 menit untuk memaksimalkan penguraiantanin, karena pada suhu 560 – 800 oC ikatan antaraC-H dalam gugus fenolik pada tanin akan pecah.Tanin yang terurai karena pemanasan akanmeninggalkan pori dalam berbagai ukuran. Padasuhu 800 oC hingga 1180 oC tidak terjadi



pengurangan berat keramik secara signifikankarena pada rentang suhu ini hanya terjadiperubahan fasa pada keramik. Pemanasandilakukan dengan laju pemanasan 50 oC per 15menit hingga suhu 1180 oC. Ketika mencapai suhu1180 oC ditahan lagi selama 60 menit. Pemanasandilakukan hingga suhu 1180 oC karena transformasifasa θ-Al2O3 menjadi α-Al2O3 (korundum) terjadidi atas suhu 1000 oC. Untuk aluminosilikat(Al2SiO5) stabil hingga suhu 1250 oC dalam bentukamorf. Pada 573 °C, α-quartz berubah menjadi β-quartz, umumnya kedua bentuk ini memilikistruktur yang sama. Pemanasan quartz pada 867 °Cterjadi perubahan dari β-quartz ke β-tridimit(Shackelford dan Doremus, 2008). Perubahan fasasebelum dan setelah sintering dapat dilihat padatabel 3.

Tabel 2. Hasil analisa XRD keramik sebelum dansesudah sintering

Gambar 2. Struktur mikro keramik dengan 30%tanin a (sebelum sintering), b (setelahsintering) dengan perbesaran 100, 500,1000, 2500, 5000, dan 10.000 kali

Berdasarkan hasil pemindaian SEM padaberbagai perbesaran, terlihat perbedaan antarakeramik sebelum sintering dan setelah sintering.Perbedaan ini mulai terlihat pada perbesaran1000X yang memperlihatkan banyaknya pori padabadan keramik, dan pada perbesaran 10000Xterlihat jelas ukuran dan bentuk pori yangmemperlihatkan ukuran makropori serta bentukyang bervariasi. Hasil analisa dengan SEMmemperlihatkan adanya pori terbuka dan tertutup.Sifat kimia berupa situs asam Bronsted pada

keramik berpori dari lumpur Lapindo dianalisasecara kualitatif dengan FT-IR. Pembentukan situsasam mungkin dianggap sebagai kondensasi unitSi(OH)4 dengan unit aluminium hidrous,H2O.Al(OH)3. Dasar dari analisa FT-IR adalahmenggunakan vibrasi molekul sebagai kunci untukstruktur. Keadaan vibrasi dari ikatan terjadi padakeadaan tetap, atau terkuantitas pada tingkat energitertentu. Panjang gelombang eksak dari absorpsioleh suatu ikatan tertentu, bergantung pada jenisgetaran dari ikatan tersebut. Oleh karena itu, tipeikatan yang berlainan (C-H, C-C, O-H, dansebagainya) menyerap radiasi infra merah padapanjang gelombang yang berlainan (Fessenden,2004). Gambar 6 memperlihatkan spektra IR darikeramik tanpa tannin.

Gambar 3. Spektra IR keramik dengan jumlah tanin0%

Hubungan antara transmitan persen (%T) danbilangan gelombang dari keramik dengan jumlahtanin 0% dapat dilihat dari spectra IR pada Gambar6, sedangkan tabel 4 menunjukkan daerah serapanuntuk berbagai vibrasi Si-O dan Si-O-Al.

Gambar 4. Diambil dari Journal of PhysicalChemistry C 114 (2010) 8363-8374 &Chemical Communications 46 (2010)3466-469.

Tabel 3. Vibrasi beberapa gugus kimia (Hlavaydkk, 1978)

ISSN No. 2355-9292 Jurnal Sangkareang Mataram| 17

http://www.untb.ac.id/september-2017/ Volume 3, No. 3, September 2017

Pada Tabel 4 yang berisi beberapa jenisvibrasi digunakan untuk menyesuaikan serapanpada spektra IR Gambar 6. Daerah serapan 900 –1200 cm-1 terjadi overlapping antara vibrasiregangan simetris Si–O feldspar dan quartz,overlapping ini menyebabkan pelebaran puncakpada spektra. Menurut Hlavay dkk (1978) silikaamorf dengan vibrasi tekuk simetri biasanyaterlihat pada 695 cm-1, namun pada spektra sampelkeramik getaran tekuk simetri ini terlihat pada694,33 cm-1. Hal ini disebabkan karena prosessintering dengan pemanasan bertahap sampai 1180oC yang mengubah silika dari bentuk amorfmenjadi kristalin sehingga mempengaruhi serapan.Pada spektra IR keramik, terlihat puncak pada794,62 dan 694,33 cm-1 yang menunjukkan padadaerah ini terdapat terdapat kumpulan berbagaivibrasi Si–O–Al antara 775 – 735 cm-1, dan sistemini menunjukkan mineral alumina silika.

Unit Si(OH)4 dengan unit aluminium hidrous,H2O.Al(OH)3 memungkinkan pembentukan situsasam Bronsted dimana proton dipertahankan untukmenyeimbangkan muatan positif dari ion Al3+,maka gugus Si-OH pada situs asam Bronsted inidibaca pada serapan 3400,27 cm-1 dalam spektrasampel keramik. Hal ini menginformasikan gugusSiOH mirip dengan alkohol (3700 – 3200 cm-1).Seperti halnya alkohol karakteristik serapanbergantung pada derajat ikatan hidrogen(Silverstein, 1984). Berdasarkan uraian tersebutmaka pada keramik dari lumpur Lapindo terdapatsitus asam Bronsted.

Keramik dibuat berpori bertujuan untukmeningkatkan luas permukaan, semakin banyakpori maka luas permukaan semakin luas, yangberarti situs asam Bronsted semakin maksimal.Keramik berpori dari lumpur Lapindo ini dapatdijadikan sebagai katalis polimerisasi polipropilena(Triyono dkk, 1990). Kegunaan yang lebih luasadalah sebagai katalis pada penyulingan minyak,industri petrokimia sebagai katalis untuk memecahikatan karbon-karbon, isomerisasi dan algomerisasialkena, dan alkilasi aromatis.

PENUTUP

Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian iniadalah pada pemanasan lumpur Lapindo menjadikeramik terjadi transformasi fasa θ-Al2O3 menjadiα-Al2O3 (korundum) terjadi di atas suhu 1000 oC.

Untuk aluminosilikat (Al2SiO5) stabil hingga suhu1250 oC dalam bentuk amorf. Keramik ini memlikipori yang dicetak oleh tanin menghasilkan berbagaijenis dan ukuran pori. Dengan adanya pori akanmeningkatkan luas permukaan dari keramik.Analisa secara kualitatif dengan menggunakan FT-IR memperlihatkan serapan Si–O–Al antara 775 –735 cm-1, serta Si-OH pada serapan 3400,27 cm-1

yang menunjukkan mineral alumina silika dengansitus asam Bronsted. Dengan adanya situs asamBronsted, maka keramik berpori ini bisadimanfaatkan sebagai katalis polimerisasipolipropilena, penyulingan minyak, industripetrokimia sebagai katalis untuk memecah ikatankarbon-karbon, isomerisasi dan algomerisasialkena, dan alkilasi aromatis.

DAFTAR PUSTAKA

Browning, B. L. 1966. Methods of WoodChemistry. Vol I, II. IntersciencePublishers. New York.

Hensel, Katsura, dan Mizuno. 2005. DCMicrodischarges Inside PorousCeramics. Ieee Transactions on PlasmaScience, Vol. 33, No. 2, April 2005

Hlavay. 1976. Characterization of the Particle Sizeand the Crystallinity of Certain Mineralsby IR Spectrophotometry and OtherInstrumental Methods-II Investigationson Quartz and Feldspar. VeszpremUniversity of Chemical EngineeringVeszprem, 8201 Hungary

Joko dan Gunradi. 2007. Penelitian EndapanLumpur Di Daerah Porong KabupatenSidoarjo Provinsi Jawa Timur.Proceeding Pemaparan Hasil KegiatanLapangan Dan Non Lapangan Tahun2007 Pusat Sumber Daya Geologi.Kabupaten Sidoarjo.

Manap, N.R.A dan Jais, U.S. 2010. BiologicallySelf-Assembled Porous Ceramic asThermal Insulating Additive in Water-Based Paint. Malaysia: UniversitiTeknologi MARA. Solid State Scienceand Technology, Vol. 18, No 1 (2010)317-324 ISSN 0128-7389

Nainggolan. 2008. Pembuatan Keramik Berporidengan Aditif Cangkang Kelapa SebagaiFilter Gas Buang Kendaraan Bermotor.Medan: Universitas Sumatera Utara.

Poduval, D. G. 2011. On the Role of Acidity inAmorphous Silica-alumina BasedCatalysts. Eindhoven: Technische



Universiteit Eindhoven DOI:10.6100/IR709047

Satria, Rendy. 2011. Studi Pengaruh Kadar Mg,Na, dan K pada Bahan Baku TerhadapKarakter Keramik yang Dibuat DariLumpur Porong. Malang: Jurusan KimiaFakultas Matematika dan IlmuPengetahuan Alam UniversitasBrawijaya.

Setyowati. 2007. Penggunaan Campuran LumpurLapindo Terhadap Peningkatan KualitasGenteng Keramik. Malang: JurusanTeknik Sipil, Fakultas Teknik UniversitasBrawijaya.

Shackelford dan Doremus. 2008. Ceramic andGlass Materials. University of California,Davis Dept. Chemical Engineering &Materials Science 1 Shields AvenueDavis, CA 95616.

Subiyanto dan Subowo. 2004. PengaruhTemperatur Sintering terhadap SifatMekanik Keramik Insulator Listrik.Surabaya: Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS

Sumin, Lee, Kim, dan Young. 2002. ComparisonStudi of Thermal DecompositionCharacteristic of Wattle and PineTannin-based Adhesives. MokchaeKonghak 30 (3): 34 – 41. 2002.Triyono,Bambang, dan Utoro. 1990. TanahLempung Aktif sebagai KatalisPolimerisasi Polipropilena. Yogyakarta:Program Studi Ilmu Kimia, FakultasPasca Sarjana Universitas Gadjah Mada.

Wasrin. 2000. Pemanfaatan Tnin Kulit KayuAcacia decurrens Willd. SebagaiBaku Perekat untuk PembuatanPapan Serat. J. II. Pert. Indo. Vol.9(1). 2000

analisa situs asam bronsted pada keramik berpori...

Documents