8061204200510182

5/16/2018 8061204200510182 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/8061204200510182 1/21

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

Akhir-akhir ini penelitian tentang pembuatan komposit dari silika gel banyak

diaplikasikan sebagai padatan pendukung untuk keperluan adsorpsi. Pemilihan silika

gel sebagai padatan pendukung antara lain karena silika gel relatif stabil, tidak

termampatkan, serta adanya gugus silanol dan gugus siloksan yang terdapat pada silika

gel yang memungkinkan untuk dimodifikasi dengan senyawa lain membentuk

komposit (Mahan and Helcombe, 1992).

Senyawa organik yang digunakan pada proses sol gel sangat menentukan material

yang terbentuk. Penentuan ukuran pori dapat dikontrol dengan pemilihan jenis amina

rantai panjang jika menggunakan senyawa organik amina. Pembuatan material porous

hibrid dengan menggunakan amina rantai panjang dapat diperoleh material nanoporous

dengan diameter tertentu yang dikehendaki. Amina rantai panjang yang ditambahkan

pada sintesis material porous hibrid disebut’micelle expander’ atau’ swelling agent’

(penggelembung) (Krug, 2000).Burleigh, (2001), melakukan penelitian Periodic Mesoporous

Organosilikas(PMO) yang di sintesis secara kondensasi dengan

bis(triethoxysilyl)ethane(BTSE) dan N-(2-aminoethyl)-3-aminopropiltrimetoksisilan

(AAPTS) pada kondisi suhu ruang. Pada penelitian tersebut cetyltrimetilammonium

klorida (CTAC) sebagai supramolekul templat. Percobaan dilakukan dengan

menvariasikan penambahan AAPTS ke dalam campuran dan didapatkan pengaruh

adanya penambahan surfaktan terhadap perubahan struktur. Surfaktan templat berhasil

dihilangkan dengan ekstraksi menggunakan etanol yang diasamkan (HCl) dan dapat

dikarakterisasi dari perbedaan absorpsi gas nitrogen, analisis elemental, analisis

gravimetri. Pengaruh penambahan templat surfaktan pada PMO ditunjukkan dengan

tajamnya puncak menurut metode Barret-Joyner-Halenda (BJH) dengan distribusi

ukuran pori 26 Å. Pengaruh penggunaan surfaktan templat menunjukkan peningkatan

dua kali lebih besar pada luas permukaan dan mendekati tiga kali yang menunjukkan

peningkatan pada volume pori dibandingkan sampel yang tidak diberi templat.

7

5/16/2018 8061204200510182 - slidepdf.com


Nagata, et al, tahun 1999, mensintesis komposit silika gel dengan zirkonium

fosfat(ZrP) dan proppilimidazol(Im) membentuk SiZrP dan Silm. Kedua komposit

memberikan karakteristik yang berbeda, pada SiZrP terbentuk luas permukaan yang

lebih besar sedangkan pada Silm luas permukaan menjadi lebih kecil. Kedua komposit

tersebut digunakan untuk ekstraksi ion logam Cd, Pb dan Hg dalam larutan. Dalam

sistem SiZrP proses adsorpsi ion logam terjadi karena sifat ion exchange sedangkan

dalam Silm logam berikatan koordinasi dengan grup propylimidazol. Hasil ekstraksi

yang diperoleh, terjadi peningkatan untuk Silm mencapai 82,11% dan SiZrP mencapai

hampir 100%.

Tuel, A (1999), telah memodifikasi dari material mesoporous Silika dengan

penggabungan logam Ti, Zr dan V ke dalam rangkaian. Dengan penambahan titanium

ke dalam campuran hasil sintesis dapat meningkatkan ukuran unit sel dan ketebalan

dinding pada rangkaian material mesoporous. Biasanya spektra disekitar λ 210 nm

pada UV-vis diasumsikan sebagai spesies Ti yang mempunyai koordinasi empat yang

terikat dengan Si di dalam rangkaian silika. Sedangkan panjang gelombang yang lebih

tinggi kemungkinan adalah keadaan Ti dengan koordinasi yang lebih tinggi

(koordinasi lima atau koordinasi enam). Ini menunjukkan Ti pada koordinasi lima danenam tidak terhidrasi sehingga dapat membentuk susunan TiO2 kecil yang menempel

di dalam dinding silika pada material mesoporous. Ti dan Zr relative stabil sedangkan

V dapat dengan mudah terlepas dari rangkaian Silika.

1. Silika Gel, Sifat dan Kelarutannya

Silika gel tergolong sebagai silika amorphous yang terdiri dari partikel-partikel

dalam bentuk polimer (SiO2)n. Atom Si pada silika gel berikatan kovalen terhadap

empat atom O dalam susunan tetrahedral. Setiap atom O tersebut berikatan kovalen

dengan atom Si yang lain membentuk gugus fungsional siloksan (-Si-O-Si-) dan

silanol (-Si-OH). Pada umumnya panjang ikatan Si-O ± 0,16 nm dan sudut ikatan Si-

O-Si sekitar 1480 (Othmer, 1992 : 1006).

Susunan tetrahedral partikel (SiO2)n pada silika gel berbentuk tidak teratur dan

dapat membentuk kerangka tiga dimensi yang lebih besar. Sifat keasaman silika gel

sebagai asam bronsted sebanding denga keasaman asam asetat (Ka = 1,75. 10 -5)

8

5/16/2018 8061204200510182 - slidepdf.com


sehingga silika gel juga dapat berperan sebagai basa bronsted yang relatif kuat dengan

adanya gugus aktif hidroksil. Pada silika gel terdapat dua jenis gugus aktif hidroksil (-

OH) (Sriver,1990:357), yaitu:

1.Gugus –OH bebas, jarak antara –OH dengan –OH lainnya 0,50-0,52 nm

2. Gugus –OH terikat, dengan jarak –OH dengan –OH yang lain antara

0,25-0,26 nm dan dapat berinteraksi melalui ikatan hidrogen.

Silika gel umumnya disintesis dengan cara presipitasi larutan silikat dan sol

silikat. Pada tahun 1998, Ishizaki melakukan sintesis silika gel dari alkoksida

tetrametoksisilan (TEOS) yang dikatalisis dengan HCl dengan konsentrasi tinggi pada

pelarut alkoholik yang mengandung sedikit air. Dari sintesis tersebut, semakin tinggi

konsentrasi HCl yang digunakan saat kondensasi maka akan diperoleh silika gel

dengan luas permukaan lebih besar (Ishizaki, 1998:74).

Pori-pori silika gel tergantung pada kondisi preparasinya pada rata-rata

berdiameter 7.103-1,8.103 Å sedangkan luas permukaan silika gel antara 450-530 m2/g,

dan densitasnya sekitar 0,67-0,75 g/cm2. Luas permukaan silika gel biasanya akan

bertambah dengan kenaikan ukuran pori-pori silika gel. Adanya gugus aktif dan sifat-

sifat fisik silika gel tersebut maka silika gel secara umum sering digunakan sebagaiadsorben, desikan dan pengisi pada kromatografi (sebagai fase diam) (Ishizaki, 1998).

Silika gel murni dengan adanya gugus silanol dan siloksan telah dilaporkan dapat

mengabsorbsi ion logam keras seperti Na+, Mg2+, Ca2+, dan Fe2+ (Jansen, 1992 : 132).

Kelarutan silika gel dalam air pada suhu 25 0 C adalah 20-150 ppm SiO2 (1,2-2,2

mmol/kg). Variasi kelarutan silika gel disebabkan adanya perbedaan ukuran partikel,

derajat hidrasi dan kemurnian. Silika gel dalam air larut atau terpolimerisasi dengan

persamaan reaksi (Othmer, 1992:1015):

SiO2 (s) + 2H2O (l) H4SiO4 (aq)

Harga pH pada lingkungan silika gel akan mempengaruhi keadaan muatan listrik,

pada keadaan lingkungan asam silika gel memiliki muatan netto positif dan sebaliknya

pada keadaan lingkungan basa silika gel memilki muatan netto negatif.

9

5/16/2018 8061204200510182 - slidepdf.com


Pada pH dibawah 9, silika gel memiliki kelarutan rendah yaitu hanya 100-140

mg/l dan diatas pH 9 kelarutan silika gel akan meningkat dengan kenaikan derajat

ionisasi dari asam monosilikat (Kaim and Schwederski, 1994). Mekanisme pelarutan

silika gel pada keadaan lingkungan basa dipercepat oleh bentuk koordinasi –OH pada

atom Si diatas empat yang akan semakin banyak keberadaannya pada pH tinggi.

Adanya atom Si dengan bilangan koordinasi lebih dari empat akan menyebabkan

melemahnya ikatan siloksan didekatnya sehingga ikatan Si-O pada tempat tersebut

akan putus dan terhidrolisis menjadi silanol dan terbentuk spesies Si(OH)4(aq) atau

H2SiO4(aq) yang disebut sebagai asam monosilikat dengan pelarutan seperti pada

persamaan reaksi (Ishizaki, 1998).

Si-O-Si(OH)4(s) + OH SiO2(OH)2(aq) + H2O + SiOH(s)

Si-O-Si(OH)4(s) + H+ SiOH4(aq) + SiOH (s)

2. Titanium dioksida

Titanium, unsur logam golongan IVB, mempunyai titik leleh 1675 oC dan berat

atom 47,90. Titanium mempunyai konfigurasi elektron 3d

2

4s

2

. Energi untuk mengeluarkan 4 elektron begitu besar sehingga ion Ti4+ praktis tidak ada secara bebas.

Senyawaan titanium (IV) merupakan senyawa kovalen. Titanium dioksida (TiO2)

mempunyai berat molekul 79,90. Warnanya bervariasi tergantung sumbernya, tetapi

putih ketika dimurnikan dan dijual secara komersial, mengalami dekomposisi pada

1640 oC sebelum meleleh, densitas 4,26 g/cm3, tidak larut dalam air, tetapi larut dalam

H2SO4 atau alkalis (Cotton, 1989).

Suatu senyawa titanium tetraklorida yang tersedia adalah sebagai cairan kental

tak berwarna yang mudah mengalami oksidasi dengan oksida dari air. Dengan reaksi

sebagai berikut:

TiCl4 + 2H2O TiO2 + 4HCl

Titanium oksida sangat stabil pada temperatur tinggi dan bereaksi lambat.

Stabilitas ini dikarenakan oleh kuatnya ikatan antara ion titanium tetravalen dan ion-

ion oksigen bivalen. Efek stabilitas dapat diGambarkan sebagai sebuah screening

10

5/16/2018 8061204200510182 - slidepdf.com


(layar-layar) ion-ion titanium dengan 6 ion-ion oksigen dalam struktur kristal

ditunjukkan oleh Gambar 1. Sejumlah oksigen dengan berat yang bisa ditimbang

(weighable) dapat dipindahkan dengan agen pereduksi tapi hanya dengan suhu

beberapa ribu derajat (centigrade). Titanium oksida dapat kehilangan sejumlah kecil

oksigen (unweighable) ketika berinteraksi dengan energi radian. Oksigen ini mudah

bergabung lagi sebagai bagian dari reaksi fotokimia reversibel, terutama jika tidak ada

material pengoksidasi. Hilangnya sejumlah oksigen ini sangat penting karena dapat

menyebabkan perubahan yang nyata terhadap sifat-sifat optik dan elektriknya sebagai

pigmen (Kampfer, 1973)

Gambar 1. Struktur kristal anatase TiO2

Meskipun TiO2 tidak menyerap cahaya tampak, ia menyerap radiasi UV.

Absorbsi UV olehnya dapat mennyebabkan terjadinya radikal hidroksil yang

menyebabkan pigmen sebagai fotokatalis. Reaktivitas TiO2 terhadap asam tergantung

temperatur saat dipanaskan. TiO2 yang baru mengendap larut dalam asam klorida yang

terkonsentrasi. Bagaimanapun TiO2 yang telah dipanaskan pada 900oC hampir semua

tidak larut dalam asam, kecuali larutan sulfur panas dimana kelarutannya meningkat

dengan penambahan ammonium sulfat untuk menaikan titik didih asam dan HF (Kirk-

Othmer, 1993).

Titanium oksida yang terkalsinasi pada 900oC hampir semua tidak larut dalam

alkali, tetapi larut dalam lelehan natrium dan kalium hidroksida, karbonat atau borat.

Titanium dioksida ditemukan terbatas dan aplikasinya selama ini khususnya sebagai

katalis atau pendukung katalis (catalist support ).

TiO2 bersifat amfoter walaupun tidak terlalu larut dalam bentuk asam maupun

basa, tetapi larut secara lambat dalam H2SO4 pekat dan membentuk kristal sulfat

11

5/16/2018 8061204200510182 - slidepdf.com


( Petrucci, 1998). TiO2 dengan alkali cair akan membentuk titanat, sedangkan

penambahan OH- pada larutan Ti4+ sering dianggap paling baik untuk membentuk TiO2

hidrat dan bukan hidroksida sejati dan larut dalam NaOH pekat (Cotton, 1989).

3. Sintesis Komposit dengan Proses Sol-Gel

Sintesis material komposit anorganik-organik melibatkan suatu proses preparasi

yang dapat dilakukan dengan dua proses yaitu proses sol-gel dan proses termal. Dari

kedua proses tersebut, yang sering digunakan adalah proses sol-gel. Karena proses sol-

gel mempunyai kelebihan dari pada proses termal, yaitu pada tahap pembentukan

jaringan polimer anorganik dapat terjadi pada temperatur relatif rendah atau pada

temperatur kamar (Schmidt, 1998: 333). Suatu larutan sol-gel diproses dengan diawali

oleh suatu larutan sol dimana kemudian menjadi gel. Larutan tersebut dapat

dipreparasi baik dari komponen garam anorganik atau organik, yang mengalami

hidrolisis dan kondensasi untuk membuat sol atau gel. Proses ini juga digunakan untuk

membuat material berpori (Ishizaki, 1998: 67).

Bahan awal yang biasa dipakai dalam proses sol-gel untuk sintesis silika gel atau

modifikasinya yaitu senyawa alkoksida, dalam hal ini sering dipakai adalah alkoksida berupa beberapa tetraalkoksisilan dan turunannya seperti ditunjukkan oleh Gambar 2.

Proses sol-gel ini melibatkan tiga macam reaksi, yaitu reaksi hidrolisis, reaksi

kondensasi dan reaksi depolimerisasi. Ketiga reaksi tersebut sangat tergantung pada

kondisi pH dimana akan mempengaruhi sifat-sifat porositas gel yang terbentuk.

Reaksi hidrolisis dapat terjadi baik pada kondisi asam maupun basa, sedangkan

pada pH netral reaksi yang dominan adalah kondensasi. Untuk sistem SiO2 kecepatan

kondensasi akan maksimum pada pH mendekati netral dan akan minimum pH sekitar

2. reaksi depolimerisasi merupakan proses yang sangat lambat pada pH rendah dalam

larutan alkohol serta jika digunakan senyawa organik alkoksida. Jadi depolimerisasi

akan berjalan dengan baik pada pH diatas netral tetapi tidak terlalu basa (Ishizaki,

1998 : 67-74).

H3CO OCH3 H5C2O OC2H5

Si Si

12

5/16/2018 8061204200510182 - slidepdf.com



Tetrametoksisilan Tetraetoksisilan

H3CO OCH2CH2CH2Cl H5C2O CH2CH2

Si Si


3-Kloropropiltrimetoksisilan 3-Isosianatotrietoksisilan

Gambar

2. Beberapa turunan tetrametoksisilan dan

tetraetoksisilan

Sifat fisik material komposit anorganik organik yang terbentuk meliputi pori-pori

dan luas permukaan juga sangat dipengaruhi oleh kondisi pH selama berlangsungnya

proses sol-gel. Klasifikasi material berpori (porous material) menurut IUPAC adalah

mikropori (microporous, diameter pori < 20 Å), mesopori (mesoporous, 20Å <

diameter pori > 500Å) dan makropori (macroporous, diameter porinya > 500Å).

Umumnya mikropori gel dengan luas permukaan tinggi dapat terbentuk pada pHrendah sedangkan mesopori gel dengan luas permukaan rendah dapat terbentuk pada

pH tinggi (Ishizaki, 1998 :7;74).

Selain penggunaan senyawa organik penghubung, faktor yang dapat

mempengaruhi pori-pori adalah derajat kondensasi. Penggunaan katalis basa

memberikan produk kondensasi lebih banyak dibandingkan penggunaan katalis asam

sehingga bila menggunakan katalis basa akan diperoleh material dengan pori-pori yang

lebih besar. Proses sol-gel sangat sensitif terhadap faktor-faktor pH, katalis,

temperatur, pelarut dan waktu pengadukan, sehingga harus dilakukan kontrol untuk

mendapatkan struktur dan pori-pori yang diinginkan (Shea and loy, 2001 : 3306-3319).

4. Surfaktan Polyoxyethylene (20) Sorbitan Monooleate (Tween 80)

Surfaktan atau agen pengaktif permukaan mempunyai sifat fisikakimia untuk

mengurangi tegangan antar muka pada konsentrasi rendah. Hal ini berbeda dengan

garam-garam anorganik yang dapat meningkatkan tegangan antar muka. Karena

13

5/16/2018 8061204200510182 - slidepdf.com


kemampuannya ini, surfaktan digunakan sebagai pengemulsi (emulsifier ), detergen,

agen pendispersi, agen pembusa, agen pembasah dan agen penetrasi. Suatu surfaktan

memiliki suatu ion lawan (counter ion) yang memiliki muatan ion yang berlawanan

dengan ion yang ada pada gugus kepala surfaktan. Ion lawan ini berfungsi untuk

menyeimbangkan interaksi elektrostatis untuk membentuk satu misel. Misel adalah

kumpulan dari surfaktan-surfaktan yang membentuk satu kesatuan dengan interaksi

elektrosttis yang seimbang.

Semua tipe senyawa yang berfungsi sebagai surfaktan memiliki sifat ampifil,

yaitu molekul yang memiliki bagian hidrofobik/lipofilik yang nonpolar dan bagian

hidrofilik / lipofobik yang polar, sehingga sebagian bersifat hidrofilik dan sebagian

hidrofobik. Bagian yang hidrofilik sering disebut sebagai gugus kepala dan bagian

yang hidrofobik disebut sebagai gugus ekor yang berupa rantai karbon yang relatif

panjang. Dengan demikian dapat dipahami bahwa kepala surfaktan dapat akan larut

dalam air dan ekor surfaktan akan larut dalam minyak/ hidrokarbon. Semakin panjang

rantai karbon suatu surfaktan, maka kelarutannya dalam fase air semakin

berkurang/kelarutannya dalam fase minyak/hidrokarbon akan semakin bertambah.

Ukuran panjang/pendeknya rantai karbon suatu surfaktan berhubungan erat dengan

sifat hidrofilisitas atau hidrofobisitasnya, sehingga makin panjang rantai karbonnya

maka surfaktan akan semakin larut dalam fase minyak/hidrokarbon.

Surfaktan dapat dikalsifikasikan kedalam empat kelompok berdasarkan muatan

yang ada pada gugus kepala polarnya: Surfaktan anionik, kationik, nonionik dan

amfoter (Moroi, 1992 : 7). Surfaktan anionik adalah jenis surfaktan yang gugus

kepalanya bermuatan negatif, surfaktan kationik adalah jenis surfaktan yang gugus

kepalanya bermuatan positif, jika gugus kepala surfaktan tidak bermuatan makadigolongkan pada surfaktan nonionik, dan jika gugus kepalanya sekaligus bermuatan

(+) dan (-) maka digolongkan pada surfaktan amfoter.

Surfaktan adalah senyawa organik yang mempunyai gugus polar dan nonopolar.

Dengan naiknya konsentrasi, surfaktan akan membentuk misel. Dalam misel gugus

polar berada pada permukaan sedangkan gugus nonpolarnya berada di dalam.

Surfaktan dapat berfungsi sebagai cetakan untuk pembentukan struktur mesopori.

14

5/16/2018 8061204200510182 - slidepdf.com


Dalam aluminosilikat mesopori, surfaktan berada di dalam pori-pori. Interaksi antara

surfaktan dengan dinding mesopori adalah interaksi coloumb, van der waals dan atau

ikatan hidrogen (Davis et al , 1995). Surfaktan dengan gugus hidrofiliknya berupa

polyoxyethelene dan gugus hidrofobiknya berupa sorbitan biasa dikenal dengan nama

tween. Sedangkan jenis-jenis tween dibedakan berdasarkan gugus-gugus organik yang

terikat ditunjukkan oleh Tabel 1. Pada tween 80 gugus organik yang terikat adalah

monooleate. Tween 80 merupakan senyawa organik yang dapat berfungsi sebagai

surfaktan templat, penggelembung, atau sebagai micelle expander . Tween 80

merupakan nama yang digunakan di dunia perdagangan sedangkan nama kimianya

adalah polyoxyethilene (20) sorbitan monooleate. Struktur kimia senyawa Tween 80

ditunjukkan oleh Gambar 3. Tween 80 mempunyai harga HLB ( Hidrofilik Lipofilik

Balance) 15, dan dapat membentuk misel pada kondisi minyak dalam air (M/A).

Larutan ini berwarna kuning, dapat terlarut dalam asam, dalam alkali, dan dalam

pelarut organik. Tween 80 biasanya terdapat pada obat-obatan, makanan, kosmetik dan

tekstil yang berfungsi sebagai pengemulsi.

O

O-x(CH2-CH2-O)-H

O-w(CH2-CH2-O)-H

O-y(CH2-CH2-O)-H

O-(CH2-CH2-O)z

iiO

Gambar 3. Struktur Tween 80 = Polyoxyethelene Sorbitan (20) Monooleate

Spesifikasi : Formula :

C84H124O27 (w + x + y + z = 20);Berat molekul:

1310 gr/mol; Tipe : non-ionik polyethelene;

Sifat fisik : cairan kuning jernih larut dalam air, 10%

(w/v); Dalam peroksida (H2O2) : ≤ 2 ppm; Konduktivitas : ± 50

mS; Aldehid :

≤ 0,02 mg/mL;

Kestabilan : pada suhu 4 0 C selama 24 bulan, dalam gas N2 dan terlindung dari cahaya

matahari (Sumber: www.Materialanorganic.com )

15

http://www.materialanorganic.com/



5/16/2018 8061204200510182 - slidepdf.com


Tabel 1. Series produk Tween

Produks Keterangankimia HLB Warna danFase pada25 0C

Viskositas pada25 0C atau titik uap

Tween 20 POE (20)Sorbitan

monolaurate

16,7 Cairankuning

330

Tween 21 POE (4) Sorbitanmonolaurate

13,3 Cairankuning

600


monopalmitat

15,6 Gel kuning 500

Tween 60 POE (20)Sorbitanmonostearat

14,9 Cairankuning 550

Tween 60K (Kosher grade)

POE (20)Sorbitan

monostearat

14,9 Cairankuning

550

Tween 61 POE (4) Sorbitanmonostearat

9,6 Padatancoklat

38

Tween 65 POE (20)Sorbitan tristearat

10,5 Padatancoklat

33

Tween 65K

(Kosher grade)

POE (20)

Sorbitan tristearat

10,5 Padatan

coklat

33


monooleate

15 Cairankuning

425

Tween 80K (Kosher grade)

POE (20)Sorbitan

monooleat

15 Cairankuning

425

Tween 81 POE (5) Sorbitanmonooleat

10 Cairankuningsawo

450

Tween 85 POE (20)Sorbitan trioleat

11 Cairankuningsawo

315

Sumber: www.surfaktan.com

16

http://www.surfaktan.com/



5/16/2018 8061204200510182 - slidepdf.com


5. Surfaktan Polyoxyethelene (20) Sorbitan Monooleate sebagai pencetak

pori

Surfaktan berperan sebagai senyawa templat didalam rangkaian material

komposit yang diharapkan dapat mencetak pori. Surfaktan yang terjebak didalam

rangkaian material komposit harus dihilangkan agar menghasilkan pori yang lebih

seragam.

Penghilangan surfaktan dapat dilakukan dengan menggunakan metode kalsinasi

maupun metode ekstraksi (Schmidt, et al, 1994). Sedangkan dalam penelitian ini

metode yang digunakan adalah metode ekstraksi. Ekstraksi merupakan proses

pemisahan di mana suatu zat terdistribusi didalam dua pelarut yang tidak bercampur.

Distribusi suatu senyawa antara dua fase cair yang tidak bercampur tergantung pada

interaksi fisik dan kimia antara pelarut dan senyawa terlaru dalam dua fase (Sudjadi,

1998).

Penghilangan surfaktan dengan metode ekstraksi dilakukan dengan menggunakan

pelarut yang paling sedikit terdiri dari satu senyawa polar dan satu kation donor

(Monnier et al , 1998).

Jika surfaktan ada di dalam komposit SiO2-TiO2 maka dapat dilarutkan denganmenggunakan paling sedikit satu senyawa polar dan satu kation donor. Proses

penghilangan surfaktan dengan menggunakan metode ekstraksi ditunjukkan oleh

Gambar 4. Kemampuan ekstraksi dapat dimodifikasi dengan penambahan suatu

senyawa dengan kemampuan yang berbeda untuk senyawa terlarut.

Gambar 4. Hilangnya surfaktan menggunakan metode ekstraksi (Moller et al ,

1998).

17

5/16/2018 8061204200510182 - slidepdf.com


6. Mekanisme Pembentukan Bahan Mesopori

Dalam sistem biner yang sederhana antara surfaktan dengan air, molekul

surfaktan merupakan komponen yang sangat aktif. Pada konsentrasi rendah, surfaktan

berbentuk monomolekul. Dengan naiknya konsentrasi, molekul surfaktan berkumpul

bersama membentuk misel yang bertujuan menurunkan entropi sistem.

Konsentrasi mula-mula dimana monomolekul berkumpul membentuk misel

disebut KKM (konsentrasi kritis misel). Pada konsentrasi yang semakin tinggi, misel

akan mengalami perubahan bentuk menjadi fase heksagonal, kubik atau lamellar

seperti ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 5. Urutan fase biner surfaktan air (lawrence et al , 1995)

Fase utama dari surfaktan tidak hanya tergantung pada konsentrasi saja tetapi juga

pada sifat alamiahnya sendiri (panjang rantai karbon hidrofobik, dan gugus hidrofilik),

dan parameter lingkungan (pH, temperatur, kekuatan ion). Umumnya KKM menurun

dengan naiknya panjang surfaktan, valensi ion pusat, dan kekuatan ion dalam larutan.

Sebaliknya, KKM naik karena naiknya jarak ion pusat, pH dan temperatur (Davis and

Burkett,1995). Bentuk misel sebagai cetakan pori dapat diperlihatkan pada Gambar 6.

Gambar 6. Bentuk pori-pori yang yang dapat terjadi: a. bentuk lingkaran

b.bentuk kubus c.bentuk heksagonal

(Sumber: www.materialanorganic.com)

7. Sifat Material Berpori

18

a b c




5/16/2018 8061204200510182 - slidepdf.com


Material anorganik umumnya sebagai karakterisitas material berpori sehigga

material komposit yang terbentuk dalam sintesis ini juga merupakan material berpori

dengan sifat fisik tertentu.

Sifat permukaan material berpori dapat ditentukan dengan dua karakter, yaitu

karakter kimia dan karakter fisika. Karakter fisika ini dikenal sebagai struktur mikro

permukaan yang terdiri dari luas permukaan spesifik dan pori-pori zat padat.

Pengukuran kedua faktor tersebut merupakan bagian yang penting pada setiap

karakterissasi padatan baik sebagai katalis maupun adsorben. Metode yang digunakan

untuk menentukan luas permukaan dari material padatan didasarkan pada fenomena

adsorpsi lapis tunggal (monolayer ) yang berlangsung pada suhu tetap sehigga sering

disebut sebagai adsorpsi isotermis.

Teori BET (Brunauer-Emmet-Teller) dengan rumus seperti pada persamaan (I),

merupakan teori yang sering digunakan pada penentuan luas permukaan dan ukuran

pori.

1 1 C-1 P

W[(Po/P)-1] wmC wmC Po ............................... (i)

Keterangan : W = volume gas yang diadsorpsi pada tekanan relatif (Po/P)wm = volume gas yang diadsorpsi pada lapis tunggal

C = konstanta BET

Po = tekanan uap jenuh adsorbat

Berdasarkan teori BET adsorbat yang digunakan adalah gas nitrogen dan adsorpsi

isotermisnya berlangsung pada suhu 77K dengan tekanan relatif dibatasi pada rentang

0,005-0,350. dari persamaan (i) dapat dibuat kurva antara 1/W[(Po/P-1] lawan (Po/P)

yang akan menghasilkan garis lurus. Selanjutnya harga Wm dan C dapat dihitung dari

harga slope (s) dan intersep (i) seperti pada persamaan (ii) dan (iii)..

wm = 1/s+ I .....................................................................................................(ii)

C = s/i + 1....................................................................................................(iii)

Pengukuran luas permukaan, SBET (m2/g) menggunakan teori BET dari harga wm

menurut persamaan (iv) (Lowell and Shields, 1984 : 17-23).

SBET = wm Ň A/M.........................................................................................(iv)

Keterangan : N = bilangan Avogrado (6,023. 1023 molekul/mol)

19

5/16/2018 8061204200510182 - slidepdf.com


A = tampang lintang gas N2 pada 77K (16,2 Å2)

wm = volume gas yang diadsorppada lapis tunggal

M = berat molekul gas nitrogen

Pada dasarnya permukaan nyata zat padat tidak pernah memiliki bentuk yang

sempurna dan teratur, hampir selalu ada celah dan retakan, rongga atau saluran yang

menembus jauh ke dalam sehingga ini memberikan sumbangan pada luas permukaan

dalam (internal). Retakan yang dangkal dan lekukan di lain pihak memberikan

sumbangan pada luas permukaan luar (eksternal).

Padatan yang berpori dapat dikarakterisasi dengan metode adsorbsi gas. Dua

teknik umum untuk mengGambarkan pori-pori adalah penentuan volume total pori-

pori dan distribusi (rata-rata) ukuran pori. Volume total pori adalah volume gas yang

diadosrpsi pada tekanan jenuhnya. Untuk menguji pori-pori bahan padatan, umumnya

menggunakan persamaan kelvin yang menghubungkan tekanan jenuh cairan dalam

permukaan pori atau kapiler dengan tekanan jenuh yang sama pada bidang permukaan.

Berdasarkan metode BJH (Barrett- Joyner-Hallenda) perhitungan ukuran pori

dilakukan sdengan asumsi bahwa geometri pori berbentuk silindris sehingga bentuk

persamaan Kelvin untuk gas N2 sebagai adsorbat dengan titik didih normal 77 K seperti pada persamaan (v).

r k = 4,15/log (Po/P) Å..................................................................................(v)

Jari-jari kelvin (r k ) adalah jari-jari pori-pori ketika terjadi pada tekanan relatif

Po/P. Karena sebelum kondensasi peristiwa adsorpsi telah terjadi diatas dinding pori

dengan ketebalan t sehingga r k tidak mengGambarkan jari-jari pori yang sebenarnya.

Metode yang lebih sesuai untuk menyatakan t telah diajukan oleh Halsey, dalam

bentuk persamaan (vi).

t(A) = 3,35 [ 5/ 2,303 log (Po/P)]⅓ ..............................................................(vi)

Dengan demikian untuk menghitung distribusi ukuran pori diberikan pada

persamaan (VII).

r p= r k +t...........................................................................................................(vii)

20

5/16/2018 8061204200510182 - slidepdf.com


Untuk memperoleh volume pori komulatif (Vp) dihitung dari volume gas N2 yang

teradsorb (Vgas ) seperti pada persamaan (viii) dan (ix) kemudian untuk menghitung

luas permukaan pori digunakan persamaan (x) (Lowelland Shield, 1984 : 62-67).

∆Vliq = ∆Vgas / 22,4.103 x 34,6 = ∆Vgas (1,54 x 10-3)cm3.....................(viii)

Vp = (r p/r k )2 [∆Vliq - (∆t ∑S)(10-4)]cm3.....................................................(ix)

S = 2Vp/r p x 10 4 (m2)..............................................................................................................................................................................................................

................................................................................................................................(x)

8. Metode T-Plot

Pada perlakuan isotherm perubahan tekanan yang besar pada saat awal

kemungkinan menyebabkan suatu padatan memiliki luas permukaan yang tinggi.

Perubahan tertinggi pada awal ditemukan pada material dengan sedikit pori yang

berukuran meso dan sebagian besar luas permukaannya sangat kecil (mikro) pori.

Untuk mengetahui beberapa sifat dari suatu material maka digunakan metode yang

dikenal dengan metode T-Plot.

T-Plot diperkenalkan oleh de Boer, yang bertujuan untuk mengukur luas

permukaan dari metode Prior Brunaur, Emmet dan Teller, kira-kira tahun 1929,

berkembang penggunaannya kira-kira 1965. Versi yang terakhir sama dengan yang ada

hingga sekarang dan beberapa material berserta turunannya ditemukan sebelum 1991.

Sayangnya, analisis ini memerlukan data isotherm yang diperoleh untuk

menghitung luas permukaan mesopori dan mikropori. Hal ini dapat terlihat pada

material dengan perbandingan besarnya luas permukaan mikropori, ditunjukkan

dengan besarnya perubahan tekanan pada saat awal (volume pada saat awal naik

secara mendadak), atau juga secara relatif dengan terjadi perubahan plot isotherm yang

mendatar pada saat awal dari setiap kenaikan tekanan relatif pada setiap unitnya, yakni

pada pada akhir percobaan isotherm besarnya luas permukaan mesopori ditunjukkan

dengan adanya perubahan tekanan yang besar (volume naik secara mendadak) pada

akhir isotherm.

21

5/16/2018 8061204200510182 - slidepdf.com


Persamaan T-Plot digunakan untuk memperkirakan ukuran mesopori dan

mikropori dengan menghitung luas permukaan total dari suatu material, yakni sebuah

pori terisi oleh adsorban yang menyebabkan suatu kondisi menurun sehingga

memperbesar permukaan. Energi yang diperlukan untuk memperbesar sebuah bulatan

secar mendadak dan perubahan kadar molar yang sangat kecil diperoleh dengan

persamaan:

(µ0-µ)*δn = σ*δs = 8*πδ*r*δr...................................................................(xi)

V *δn = 4*π*r 2*δr.........................................................................................(xii)

maka;

(µ0-µ) =r

V **2 σ .........................................................................................(xiii)

dimana;

µ = Pontential kimia

s = Luas permukaan

n = mol

V = Volume molar

σ = Surface tension

r = jari-jari

µ0 = µ0 + R*T*Ln(P0)....................................................................................(xiv)

µI = µ

0

+ R*T*Ln(Pi)....................................................................................(xv)sehingga;

)( Pi

P Ln

=T Rr

V

**

**2 σ .....................................................................................(xvi)

Yang selanjutnya dikenal dengan persamaan Kelvin.

T-Plot digunakan untuk menyelesaikan pengisian pori oleh adsorben dalam

material dengan persamaan:

22

5/16/2018 8061204200510182 - slidepdf.com


r i = ti +

)(**

**2

Pi

P

LnT R

V

σ

..............................................................................(xvii)

Persamaan ini dirubah menjadi;

t =

21

034.0)log(

99.13

÷ Pi

P ...........................................................................(xviii)

Dimana t adalah thickness (ketebalan) dari sebuah lapisan teradsorb. Sehingga,

jari-jari pori dapat ditentukan dengan adanya pengisian gas nitrogen yang terserap,

volume adsorbet dapat terukur secra cepat yakni perubahan tekanan relatif pada

isotherm BET. Persamaan ini lebih sederhana dalam penggunaannya daripada

persamaan Kelvin, dan dapat diperoleh sebuah harga r untuk mengoreksi persamaan t.

Lebih jelasnya, pori-pori yang paling kecil dapat terukur tergantung pada belahan

molekul yang menyerap. Plot dari volume teradsorbed total (Vi) (diambil dari data

BET) versus harga t (dalam satuan amstrong unit) pada masing-masing daerah tekanan

relatif akan memberikan keterangan :

Intersep pada r = 0 ; volume pori-pori yang mengadsorbsi yakni volume

mikropori

Jika dibawah Pi/P0 = 0,1; slope ; d[volume adsorbate/d(r)](0-r) data plot

memberikan luas permukaan total.

Diatas Pi/P0 = 0,1; slope memberi luas permukaan mesopori.

23

5/16/2018 8061204200510182 - slidepdf.com


B. Kerangka Pemikiran

Silika gel yang dimodifikasi dengan TiCl4 akan menghasilkan SiO2-TiO2. TiCl4

merupakan suatu senyawa yang cukup reaktif dan mudah terhidrolisis membentuk

TiO2 (endapan berwarna kuning) dengan melepas gas Cl2. Maka supaya hidrolisis

TiCl4 terkontrol atau dapat ditekan pada tekanan atmosfir dengan menambahkan

isobutanol. SiO2-TiO2 yang terbentuk akan merubah sifat-sifat yang dimiliki pada silika

gel sebelumnya. Pada proses sol-gel, reaksi yang terjadi berasal dari polimer silika gel

dengan TiCl4 (dalam isobutanol) dengan media pelarut metanol dan air, HCl. Silika gel

yang berbentuk polimer akan terputus membentuk monomer, dimmer, trimer – Si –

OH (dipolimerisasi), begitu juga pada TiCl4 akan melepas ion Cl – nya sehingga Ti

dimungkinkan dapat terikat pada atom O gugus silanol atau siloksan pada silika gel.

Ion Cl - akan mengikat atom H dari gugus silanol dan menghasilkan gas HCl.

Kemudian terjadi reaksi polimerisasi dengan ditambahkan air membentuk material

homogen SiO2-TiO2. Ukuran pori-pori pada silika gel yaitu berada pada mesoporous,

20Å < diameter pori > 500Å, pori pori ini cukup besar tetapi tidak terdistribusi secara

merata. Dengan adanya surfaktan tween 80 dimaksudkan sebagai surfaktan template

(pencetak pori) diharapkan akan mencetak pori-pori yang seragam. Surfaktan terdiridari bagian hidrofobik dan hidrofilik, bila berada dalam media pelarut polar akan

membentuk gumpalan yang disebut dengan misel. Misel-misel ini diharapkan terjebak

di dalam rangkaian polimer ketika dilakukan proses sol-gel. Selanjutnya misel-misel

dari surfaktan ini dihilangkan dengan direfluks dalam etanol yang diasamkan. Misel ini

diharapkan akan meninggalkan lubang –lubang yang disebut pori-pori yang lebih baik

dari sebelumnya. Penggunaan pelarut akan mempengaruhi keadaan spesies-spesies

yang ada dalam pelarut. Jika digunakan pelarut metanol maka sebagian dari gugus – OH

pada silika gel atau pada silika terlarut dapat tersubstitusi oleh gugus metoksi yang

tersedia dalam pelarut sehingga kemungkinan akan terbentuk spesies

metoksisilan.spesies-spesies tersebut merupakan bentuk alkoksisilan yang bersifat

reaktif dimana ikatan yang terjadi mudah putus sehingga mudah membentuk spesies-

spesies turunannya dengan mengganti gugus metoksi dengan gugus yang lain. Pada

pembuatan bentuk sol-gel diperlukan kondisi pH dan pelarut yang tepat agar diperoleh

sol-gel yang baik. Hal ini disebabkan karena proses dipolimerisasi dan polimerisasi

24

5/16/2018 8061204200510182 - slidepdf.com


yang terjadi dipengaruhi oleh pH larutan sehingga digunakan suatu katalis asam.

Katalis asam yang dipakai adalah HCl. Sebagai media pelarut dalam pembuatan sol-

gel untuk sintesis komposit ini digunakan pelarut polar seperti metanol dan air melalui

reaksi hidrolisis. Kemungkinan reaksi pembentukan material komposit Homogen SiO2-

TiO2 dengan proses sol gel ditunjukkan oleh Gambar 7.

Sedangkan karakterisasi digunakan alat-alat seperti UV/VIS, IR, XRD, DTA dan

SAA. Penggunaan UV/VIS dimaksudkan untuk mengetahui sifat material terhadap

absorbsi λ UV atau pada λ VIS apabila material transparan. Sedangkan untuk alat IR

digunakan untuk mengetahui gugus-gugus yang terikat yang terjadi dalam material

komposit tersebut baik antara Si-O-Si, Si-O-Ti dan Si-OH atau Ti-OH. Alat XRD

digunakan untuk menghitung d-Spasi antar layer pada SiO2-TiO2 dengan

membandingkan data dari file JCPDS-nya. Pada alat DTA akan memberi informasi

mengenai tween 80 yang terikat pada silika dan tween 80 yang sudah lepas dari silika.

Dan juga memberikan informasi mengenai reaksi yang terjadi ketika material komposit

dipanaskan pada suhu-suhu tertentu. Sedangkan pada alat SAA digunakan untuk

mengetahui luas permukaan material komposit yang terbentuk, distribusi diameter pori

dan adsorbsi N2.

O O ClSi O

25

5/16/2018 8061204200510182 - slidepdf.com


O O Si Cl Ti ClHO Si O

O Cl

HO O Si OHHOSilika gel

Metanol

HClisobutanol

OH

X Si OMe

OMe

MeO OH

Si O Ti O Si

MeO OH

HO(CH2CH2O)w (OCH2CH2)xOH

CH(OCH2CH2)yOHO

Kondensasi - H2O CH2O(CH2CH2O)z-1 O C (CH2)7CH CH (CH)7CH3

MeO Ti OSi

MeO Si O TiGelasi

Keterangan : = Tween 80

Gambar 7. Reaksi pembentukan Material Homogen SiO2-TiO2 tween 80

C. Hipotesis

26

Material Porous hybrid Anorganic-Organik yang baru

Tween 80 dihilangkan

Tween 80 = Polyoxyethelene(20) Sorbitan Monooleate

5/16/2018 8061204200510182 - slidepdf.com


1. Proses sol-gel dapat digunakan untuk sintesis SiO2-TiO2 tween 80 dengan

katalis HCl 10-1 M pada suhu ±60 0C.

2. Komposit SiO2-TiO2 dan tween 80 yang terbentuk akan memberikan

karakteristik yang berbeda dari material awalnya yaitu silika gel dan SiO2-

TiO2 kontrol .

3. Komposit SiO2-TiO2 dan Tween 80 yang terbentuk dapat memperoleh

tingkat keseragaman pori yang lebih baik dari material kontrolnya.

27

8061204200510182

Documents