KATA PENGANTAR. Assalamu alaikum Wr.Wb. Alhamdulillahirobbil alamiin, buku Adsorpsi dan Katalisis Menggunakan Material berbasis Clay ini telah

(1)

(2)

(3)

(4)

GRAHA ILMU

Ruko Jambusari 7A Yogyakarta 55283

Telp: 0274-4462135; 0274-882262; Fax: 0274-4462136 E-mail: [email protected]

Hak Cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memper banyak atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apa pun, secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotokopi, merekam, atau dengan teknik perekaman lainnya, tanpa izin tertulis dari penerbit.

ISBN: 978-602-262-127-0 Cetakan ke I, tahun 2014

(5)

Assalamu’alaikum Wr.Wb.

A

lhamdulillahirobbil’alamiin, buku Adsorpsi dan Katalisis Menggunakan Material berbasis Clay ini telah

terselesaikan. Buku ini tersusun melalui berbagai eksplorasi literatur yang berkaitan dengan penelitian yang kami tekuni selama kurun waktu lebih dari 10 (sepuluh) tahun. Pemilihan materi adsorpsi dan katalisis bebasis clay didasarkan pada banyaknya penelitian clay alam Indonesia sebagai salah satu apresiasi melimpahnya kekayaan sumber daya alam mienral clay. Namun di sisi lain, publikasi ilmiah dan eksistensi literatur dalam bentuk buku belum banyak ditemui. Berlatar belakang tersebut, buku ini berusaha menyajikan dasar-dasar dan data-data publikasi dengan harapan dapat digunakan guna pengembangan penelitian terkait di masa mendatang.

Sebagai salah satu bahan ajar, buku ini mendukung berbagai mata kuliah di tingkat perguruan tinggi khususnya bidang kimia, teknik kimia, teknologi material dan lingkungan. Mata kuliah seperti Kimia Katalis, Kimia Lingkungan dan Teknologi Bersih merupakan mata kuliah-mata kuliah yang didukung oleh buku ini di samping kegunaannya sebagai literatur dalam kegiatan praktikum dan penelitian mahasiswa.

Sebagai penutup, buku ini tentu masih memerlukan banyak perbaikan sehingga kritik, saran dan ide dari pembaca sangat kami harapkan guna penyempurnaan buku ini di masa-masa mendatang.

Wassalamu’alaikum Wr.Wb.

Penulis Is Fatimah

(6)

(7)

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR v

DAFTAR ISI vii

DAFTAR GAMBAR ix

DAFTAR TABEL xv

BAB 1 CLAY: KLASIFIKASI CLAY DAN STRUKTUR DASAR 1

1.1 Klasifikasi Clay 1

1.2 Smektit dan Montmorillonit 5

1.3 Struktur dan Sifat Permukaan Clay 8

BAB 2 TEORI ADSORPSI DAN KATALISIS 11

2.1. Dasar Adsorpsi 11

2.2 Kinetika Adsorpsi 15

2.3 Isoterm Adsorpsi 17

2.4 Katalis Heterogen 32

Pustaka 35

BAB 3 KARAKTERISASI CLAY SEBAGAI MATERIAL ADSORBEN DAN KATALIS 37

3.1 Analisis Menggunakan XRD 37

3.2 Evaluasi Porositas 42

3.3 Analisis Kapasitas Tukar Kation/Cation Exchange Capacity (CEC) 45

3.4 Analisis Spektrofotometri DRUV-Vis 46

(8)

viii Adsorpsi dan Katalisis Menggunakan Material Berbasis Clay

3.6 Analisis Morfologi Permukaan dan Energy Dispersive X-Ray (EDX) 48

3.7 Analisis Elemental 49

Pustaka 50

BAB 4 AKTIVASI DAN MODIFIKASI CLAY 51

4.1 Aktivasi 51 4.2 Aktivasi Mineral Montmorillonit Indonesia 56 4.3 Aktivitas Adsorpsi dan Katalisis Clay Teraktivasi Asam 58 4.4 Pertukaran dengan Kation Logam 61 4.5 Pilarisasi 63 4.6 Pembentukan Organoclay 70 4.7 Modifikasi Sinergis 75 Pustaka 76

BAB 5 KEASAMAN PERMUKAAN CLAY 81

5.1 Dasar Keasaman Permukaan Clay 81

5.2 Karakterisasi Keasaman Clay 82

5.2 Keasaman Permukaan Clay Termodifikasi 91

5.3 Aktivitas Katalisis Asam oleh Clay dan Clay Termodifikasi 94

Pustaka 96

BAB 6 PILARISASI CLAY DENGAN OKSIDA LOGAM 99

6.1 Pilarisasi dengan Oksida Aluminium 101 6.2 Pilarisasi Clay dengan TiO₂ 112 6.3 Pilarisasi dengan ZrO₂ 120 6.4 Preparasi Clay Terpilar Fe₂O₃ 125 6.5 Preparasi Clay Terpilar Cr₂O₃ 127 6.6 Preparasi Clay Terpilar Silika 128 6.7 Pilarisasi Clay dengan Gabungan Oksida Logam dan Clay Terpilar Sebagai Pengemban Logam 130 6.7. Pilarisasi Clay dengan Oksida Logam dan Pre-Treatment Surfaktan 130 Pustaka 130

BAB 7 AKTIVITAS KATALITIK CLAY TERMODIFIKASI LOGAM 135

7.1. Reaksi Katalisis Asam 135

7.2 Aktivitas pada Reaksi Reduksi-Oksidasi 160

(9)

-oo0oo-ix Daftar Gambar

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Struktur tetrahedral dan oktahedral 3 Gambar 1.2 Contoh struktur trioktahedral dan dioktahedral 4 Gambar 1.3 Struktur clay 2:1 4 Gambar 1.4 Skema trioktahedral 5 Gambar 1.5 Pola XRD montmorillonit dengan perlakuan glikolasi dan pemanasan 6 Gambar 1.6 Representasi struktur montmorillonit 7 Gambar 2.1 Perbedaan interaksi adsorbat dan adsorben dalam fisisorpsi(a) dan kemisorpsi (b) (Mortimer, 2000) Gambar 2.2 Mekanisme katalisis adsorpsi, interaksi permukaan dan desorpsi 14 Gambar 2.3 Ilustrasi interaksi logam dan substrat teradsorpsi 15 Gambar 2.4 Plot kinetika adsorpsi (a) pseudo orde satu (b) pseudo orde dua dan Model-model Elovich (c) dari adsorpsi naftalena menggunakan DTMA-sepiolit (Gök et al., 2008- Ijin cetak ulang dari Elsevier Publisher) 17 Gambar 2.5 Ilustrasi mekanisme Langmuir 18 Gambar 2.6 Plot isoterm Langmuir 19 Gambar 2.7 Struktur alizarin red (AR) dan Basic violet (BV) 20 Gambar 2.8 Isoterm Langmuir adsorpsi AR oleh organoclay (Baskaralingam et al (2006)) 20 Gambar 2.9 Efek konstanta kesetimbangan adsorpsi terhadap fraksi penutupan pada variasi tekanan sistem Gambar 2.10 Bentuk plot isoterm Freundlich 22 Gambar 2.11 Ilustrasi adsorpsi pada isoterm BET(Sumber: Augustine, 1999) 23 Gambar 2.12 Variasi bentuk isoterm gas (Sumber: Augustine, 1999) 23 Gambar 2.13 Variasi hysterisis loop (Sumber : Augustine, 1999) 24 Gambar 2.14 Katalisis dalam reaksi 26

(10)

x Adsorpsi dan Katalisis Menggunakan Material Berbasis Clay Gambar 2.15 Pengaruh katalis pada koordinat reaksi 27 Gambar 2.16 Distribusi Maxwell energi kinetik reaksi tanpa dan dengan katalis 27 Gambar 2.17 Skematika kerja katalis SCR (Sumber: Augustine, 1999) 28 Gambar 2.18 Representasi skematik pengembanan oksida logam (A) dan efek sintering pada oksida logam tak teremban (B). (diadaptasi dari Santen et al., 1999) 30

Gambar 2.19 Skema dispersi V₂O₅ pada smektit terpilar aluminium 31

Gambar 2.20 Proses adsorpsi dalam reaksi pembentukan amoniak 34

Gambar 2.21 Mekanisme dehidrasi dan dehidroksilasi oleh Al₂O₃(Sumber :Spivey dan

Dooley, 2010) 34 Gambar 3.1 Pola refleksi XRD (a) hektorit (b) plagiorskit 38 Gambar 3.2 Pola XRD hektorite dan saponit pada variasi kelembaban relatif (Karmous et al., 2009) 40 Gambar 3.3 Perbandingan difraktogram montmorillonit dan saponit sebelum dan sesudah glikolasi (kode EG menandakan sampel setelah perlakuan menggunakan etilen glikol) 41 Gambar 3.4 Pengaruh glikolasi dan pemanasan terhadap pola XRD saponit 42 Gambar 3.5 Klasifikasi Isoterm Adsorpsi-Desorpsi BDDT (Sing et al., 1985,) 43 Gambar3.6 Klasifikasi hysterisis loop (Sing et al., 1985, Kaneko, 1994) 44 Gambar 3.7 Kurva korelasi CEC dan luas permukaan spesifik 46 Gambar 3.8 Model interaksi asam-basa piridin dengan keasaman permukaan padatan (sumber: Busca, 1999) 38 Gambar 3.9 Profil SEM saponit (Cölak et al., 2000) 49 Gambar 4.1 Skema modifikasi Clay 51 Gambar 4.2 Skema modifikasi clay melalui pengasaman (Sumber: Hussin et al., 2011) [ atas ijin Elsevier] 52 Gambar 4.3 Perbandingan XRD montmorillonit dan saponit hasil aktivasi asam dengan variasi konsentrasi asam dan waktu aktivasi. (Okada et al., 2008) [ atas ijin Elsevier]. 53 Gambar 4.4 Hasil analiss FTIR terhadap montmorilllonit teraktivasi asam klorida pada variasi waktu (Majedova et al., 1998) [ atas ijin Elsevier]. 54 Gambar 4.5 Pengaruh perlakuan termal dan asam terhadap smektit (Tamayo et al., 2012 [atas ijin Elsevier) Gambar 4.6 Spektrum FTIR montmorillonit dengan perlakuan termal dan asam terhadap smektit (Tamayo et al., 2012- atas ijin Elsevier) 55 Gambar 4.7 Pengaruh jenis asam pada aktivasi montmorillonit alam dari Boyolali (Fatimah et al., 2006) 56 Gambar 4.8 Distribusi ukuran pori montmorillonit alam asam Boyolali dengan variasi jenis asam (Fatimah et al., 2006) 57