SINTESIS PILLARED-BENTONITE DAN APLIKASINYA

pilarisasi adalah penyisipan molekul, ion atau senyawa berukuran besar dan rigid ke dalam antar lapis senyawa berstruktur lapis seperti lempung Bentonit sehingga terbentuk suatu bahan berstruktur pori dengan sifat-sifat fisiko kimiawi yang baik. Pilarisasi menjadi mungkin apabila terjadi kombinasi yang tepat antara bahan inang dan tamu. Dalam penelitian ini digunakan Bentonit (montmorillonit) sebagai bahan inang dan berbagai oksida anorganik sebagai pilar. Bentonit (Montmorillonit) merupakan mineral lempung berstruktur lapis dengan tipe 2: 1. Lempung Bentonit memiliki lapisan-lapisan silikat bermuatan negatif dengan kation-kation di dalam antar lapisnya dan memiliki kemampuan mengembang, sifat penukar ion, luas permukaan yang besar dan sebagainya sehingga kajian proses-proses fotokromisme dan non linear optik sangat menarik untuk dipelajari. Dalam laporan penelitian tahun kedua ini dibahas sintesis lempung terpilar dengan menggunakan bahan baku Bentonit sebagai bahan berstruktur lapis dan oksida-oksida anorganik Fe203 dan Al203 sebagai pilar serta aplikasi bahan tersebut sebagai bahan fotofungsional dan non linear optik. Sintesis Fe203 -Pillared Bentonite (Perbaikan), Sintesis Bentonit Terpilar Oksida Besi diawali dengan pembuatan suspensi Na-Bentonit, yang dibuat dari pencampuran 8 9 Na-Bentonit dengan 400 mL air bebas ion (perbandingan 2% berat) yang diikuti dengan pengadukan selama 24 jam tanpa pemanasan. Suspensi Na-Bentonit selanjutnya ditambahkan ke dalam larutan oligomer (agen pemilar besi) secara bertetes-tetes sampai habis kemudian diaduk selama 24 jam pada temperatur kamar. Setelah pengadukan 24 jam selesai dilakukan maka larutan hasil interkalasi ini didiamkan pad a temperatur kamar selama 24 jam, kemudian dilakukan sentrifugasi satu kali selama 20 menit. Sentrifugasi yang dilakukan bertujuan untuk memisahkan Fe-Bentonit dari larutan oligomer. Fe-Bentonit yang diperoleh selanjutnya disaring dengan penyaring Buchner dan sedimen yang diperoleh dicuci beberapa kali dengan air bebas ion sampai jernih dan filtrat bebas dari ion klorida. Pengujian dilakukan dengan larutan AgN03 yang diteteskan ke dalam filtrat hasil penyaringan. Tes negatif filtrat terhadap larutan AgN03 yang ditandai dengan tidak terbentuknya endapan putih AgCl, menunjukkan bahwa sedimen tersebut telah bebas dari ion klorida. Sedimen yang diperoleh dikeringkan dalam oven pada temperatur 100°C kemudian digerus dan diayak 270 mesh. Selanjutnya dikalsinasi pada temperatur 200°C selama 10 jam. Hasil kalsinasi yang diperoleh sebanyak 5 g dan diberi nama Fe203-Pillared Bentonite. Sintesis Al203-Pillared Bentonite, sebanyak 5 g lempung bentonit didispersikan ke dalam 250 mL air bebas ion dan diaduk selama 2 jam. Suspensi ini kemudian direaksikan dengan larutan pemilar yang telah didiamkan selama 10 hari -selama 2 jam pada temperatur kamar. Larutan pemilar dibuat dengan mereaksikan larutan AlCl36H2O 0,4 M dengan larutan NaOH 0,4 M (rasio OH/Al = 2,0). Hasil reaksi lempung dengan agen pemilar dibiarkan selama 24 jam dan kemudian disaring sambil dicuci dengan air bebas ion. Setelah lempung bebas ion chlor, kemudian lempung dikalsinasi selama 2 jam pada suhu 250, 350 dan 400°C. Produk kalsinasi dikarakterisasi dengan alat karakterisasi, seperti XRD, FTIR, dan Gas Sorption Analyzer. Sintesis Bentonite-Azobenzena dan reaksi fotokromismenya, sebanyak 3,0 gram Na-Bentonit yang telah didispersikan ke dalam air, dimasukkan ke dalam larutan azobenzena 0,02 M. Larutan azobenzena dibuat dengan cara melarutkan 0,656 gram azobenzena ke dalam 30 mL akuades dan 120 mL etanol 80%. Sistem dispersi diaduk sambi! dipanaskan pada temperatur 70°C selama 24 jam. Setelah pengadukan selesai, dispersi disaring dan bagian padatnya dikeringkan. Padatan kering yang diperoleh dikarakterisasi dengan spektrofotometer IR, XRD dan Gas Sorption Analysis dan selanjutnya didispersikan kembali ke dalam akuadest, diaduk selama beberapa hari, kemudian diambil beberapa mL dengan pipet dan diteteskan ke atas kaca preparat untuk kepentingan studi fotokromisme. Film yang terbentuk diradiasi dengan lampu ultraviolet dan diamati perubahan absorbansinya dengan bantuan spektrofotometer. Sintesis Pillared-Bentonite-Azobenzena dan reaksi fotokromismenya, Kedalam bentonit terpilar oksida titan dan aluminium diinterkalasikan spesies fotokromik, azobenzena (tersedia secara komersial) dengan metoda padat-cair (pillared bentonite didispersikan kedalam larutan jenuh azobenzena dalam aseton). Produk yang terbentuk dikarakterisasi dengan bantuan spektrofotometer IR. Tahap selanjutnya dibuat film tipis dari produk tersebut dengan cara mendispersikannya kedalam air kemudian diteteskan diatas kaca preparat. Film tersebut diradiasi dengan sinar ultra violet yang berasal dari lampu merkuri pada panjang gelombang 400 nm selama beberapa menit. Perubahan reaktan menjadi fotoproduk ( perubahan transcis) diikuti dengan spektrofotometer uv. Dalam penelitian ini akan digunakan juga pazobenzena murni sebagai pembanding. Sintesis Bentonite-para-Nitroanilin dan reaksi SHG (Second Harmonic Generation)-nya, H-Bentonit yang diperoleh dari pengasaman Na-Bentonit dipergunakan sebagai bahan inang senyawa p-Nitroanilin. 16 gram p-nitroanilin dilarutkan ke dalam 250 mL etanol absolut sehingga diperoleh larutan p-nitroanilin dalam etanol dengan konsentrasi 0,4 M. Ke daiam larutan etanol tersebut didispersikan 10 gram H-Bentonit. diaduk selama 4 hari di bawah pengaruh medan listrik, kemudian disaring dan dikeringkan. Produk yang diperoieh dicuci dengan n-heksan beberapa kali kemudian dikeringkan. Setelah kering bahan tersebut didispersikan ke dalam air. Dari sistem dispersi itu dengan bantuan pipet diambil beberapa mL kemudian diteteskan ke atas kaca preparat, dikeringkan dengan diangin-angin sehingga terbentuk suatu film tipis. Filim ini dipergunakan untuk studi SHG. Sintesis Pillared-Bentonite-para-Nitroanilin dan reaksi SHG (Second Harmonic Generation)-nya, Para-nitroanilin (tersedia secara komersial) diinterkalasikan kedalam Bentonit terpilar oksida titan dan aluminium. Agar arah dipole p-nitroanilin menjadi teratur. maka proses interkalasi harus dilakukan di dalam medan listrik. Apabila tidak ada medan listrik, arah dipole p-nitroanilin cenderung tidak teratur. Ketidak teraturan dipol menyebabkan p-nitroanilin tidak memperlihatkan gejala SHG. Setelah p-nitroanilin terinterkalasi kedalam pori-pori pillared bentonite, selanjutnya diradiasi dengan sinar laser dengan panjang gelombang 1,34 mm (tersedia di Lab Fisika-UGM). Frekuensi sinar laser sebelum dan sesudah radiasi dicatat. Hasil dan Pembahasan Sintesis Bentonite Terpilar Fe203 (Perbaikan), hasil karakterisasi dengan metode difraksi sinar-x memperlihatkan adanya pelebaran refleksi di daerah refleksi bidang 001 yang mengindikasikan terbentuknya struktur rumah kartu. Proses pilarisasi juga menyebabkan peningkatan luas permukaan spesifik serta volume total pori. Luas permukaan spesifik dari Bentonit terpilar Fe203 lebih besar dari pada luas permukaan spesifik Na-Bentonit. Hal ini terjadi karena selain adanya proses pilarisasi juga terbentuk struktur rumah kartu. Proses pilarisasi menyebabkan timbulnya pori baru dengan ukuran mikropori, sedangkan struktur rumah kartu menyebabkan adanya pori dengan ukuran mesopori sehingga memberikan kontribusi terhadap peningkatan luas permukaan spesifik. Hal ini didukung dari data volume total pori yang menunjukkan bahwa volume total pori pada Bentonit terpilar Fe203 lebih besar daripada volume total pori dari Na-Bentonit, yang berarti bahwa pilarisasi Fe203 ke dalam antar lapis silikat dapat meningkatkan porositas Bentonit. Sintesis lempung terpilar Al203, Hasil karakterisasi difraksi sinar-x memperlihatkan bahwa pilarisasi menyebabkan kenaikan jarak bidang 001, sedangkan analisis infra merah tidah dapat dipergunakan sebagai acuan untuk menentukan apakah pilarisasi sudah berhasil atau belum. Data analisis yang mendukung hasil difraksi sinar-x adalah analisis porosimetri. Masing-masing lempung terpilar oksida aluminium yang telah didapatkan kemudian dikalsinasi lebih lanjut pada temparatur 350 dan 400°C. Hal yang sarna juga dilakukan terhadap Na-Bentonit. Dari hasil karakterisasi dengan metode difraksi sinar-x tampak bahwa Na-Bentonit relatif tidak stabil terhadap pemanasan di atas 250°C, sedangkan Bentonit terpilar oksida aluminium masih cukup stabil sampai temperatur 400°C. Sintesis Bentonite-Azobenzena dan reaksi fotokromismenya, Interkalasi Azobenzena ke dalam antarlapis bentonit mengakibatkan perubahan basal spacing bentonit dari 14,78 Å menjadi 16,34 Å. Interkalasi juga mengakibatkan penurunan luas permukaan spesifik bentonit dari 90,06 m2/g menjadi 9,74 m2/g serta volume total pori bentonit dari 60,93 x 10-3 mL/g menjadi 13,47 x 10-3 mL/g. Keberhasilan ineterkalasi azobenzena juga dapat dilihat walaupun tidak begitu tajam- dari spektra inframerah senyawa komposit AzobenzenaNa-Bentonit. Studi fotokromisme terhadap sistem komposit tidak berhasil karena sistem film yang diperoleh tidak begitu baik kualitasnya serta intensitas radiasi ultravolet yang dipergunakan kurang begitu kuat sehingga kemungkinan fotoproduk yang terbentuk sangat sedikit dan juga kurang stabil. Sintesis TiO2-Pillared Bentonite-Azobenzena dan Reaksi Fotokromismenya, hasil karakterisasi dengan spektroskopi inframerah terhadap TiO2-Bentonit, TiO2-Bentonitt-azobenzena dan azobenzena terlihat bahwa terjadi peningkatan kuat ikatan antara 0 dan Al setelah senyawa azobenzena masuk dalam lempung bentonit terpilar TiO2. Hal tersebut ditandai dengan bergesemya bilangan gelombang dari 470,6 cm-1 menjadi 478,3 cm-1 dan diperkuat oleh adanya pergeseran bilangan gelombang dari 530,4 cm-1 menjadi 536,2 cm-1. Bergesemya bilangan gelombang dari 1049,2 cm-1 menjadi 1051 cm-1 dan diperkuat oleh pergeseran bilangan gelombang dari 530,4 cm-1 menjadi 536,2 cm-1 menyatakan bahwa kekuatan ikatan Si-O juga mengalami peningkatan. Tingkat kenaikan kekuatan belum dapat dijelaskan secara kualitatif. Terjadinya penurunan serapan pada bilangan gelombang dari 3438,3 cm-1 menjadi 3423,4 cm-1 menyatakan bahwa te~adi melemahnya kuat ikatan OH, sehingga dimungkinkan terjadi penurunan kadar air dalam lempung bentonit terpilar TiO2 setelah azobenzena terinklusi. Hasil analisis terhadap porositas bentonit terpilar TiO2 dan TiO2-bentonitazobenzena menunjukkan bahwa sebagian azobenzena telah terinklusi ke dalam bentonit terpilar TiO2. Hal ini ditandai oleh penurunan luas permukaan spesifik (dari 222,09 m2/g menjadi 171,42 m2/g) yang berarti terjadi penurunan luas permukaan spesifik sebesar 22.82 %, didukung pula oleh penurunan volume total pori (dari 182,23x10-3 cc/g menjadi 141,47x10-3 cc/g) yang berarti terjadi penurunan sebesar 22,37%. Untuk mengetahui letak azobenzena dalam pori lempung bentonit terpilar TiO2. maka dilakukan analisis distribusi pori lempung bentonit terpilar TiO2 dan lempung bentonit terpilar TiO2-azobenzena. Studi fotokromisme terhadap sistem komposit ini tidak membawa hasil yang memuaskan karena seperti kasus terdahulu, film yang terbentuk kurang bagus kualitasnya.serta intensitas sinar ultraviolet yang digunakan sebagai peradiasi kurang tinggi sehingga fotoproduk yang terbentuk sangat sedikit dan kurang stabil sehingga cenderung untuk kembali ke bentuk reaktannya. Sintesis Al203-Pillared Bentonite-Azobenzena dan reaksi fotokromismenya, reaksi antara azobenzena dengan Al203-Bentonit menghasilkan suatu suspensi yang berwama kuning disebabkan oleh gugus berwama azo pada senyawa azobenzena tersebut. Sifat hidrofob yang terdapat pada Al203-bentonit merupakan salah satu parameter di dalam pengintroduksian azobenzena ke dalam porinya. Secara umum modifikasi sifat hidrofob pada lempung adalah untuk menjadikannya lebih bersifat organofilik. Dengan kondisi seperti ini lempung menjadi lebih selektif untuk mengadsorp senyawa organik. Metode analisis utama yang digunakan untuk mengarakterisasi Al203-bentonit yang telah terinklusi azobenzena adalah melalui analisis sorpsi gas serta spektroskopi inframerah. Analisis sorpsi gas akan memberikan informasi mengenai keadaan porositas dari sistem lempung-azobenzena dibandingkan dengan lempung dalam keadaan terpilar saja. Sistem tersebut seringkali disebut sebagai hybrid material. Data tersebut menunjukkan terjadinya penurunan luas permukaan spesifik dari sekitar 170 m2/g menjadi 164 m2/g. Sementara itu hasil volume pori berkurang menjadi 0.08 mL/g dari 0,09 mL/g. Hal ini membuktikan bahwa proses interkalasi telah berhasil memasukkan senyawa organik azobenzena ke dalam pori-pori lempung terpilar. Namun berdasarkan data yang diperoleh, tidak ada bukti pendukung yang signifikan yang dapat menerangkan bag aim ana keadaan molekular senyawa tersebut di dalam pori lempung. Studi fotokromisme terhadap sistem komposit ini tidak membawa hasil yang memuaskan karena seperti kasus terdahulu, film yang terbentuk kurang bagus kualitasnya serta intensitas sinar ultraviolet yang digunakan sebagai peradiasi kurang tinggi sehingga fotoproduk yang terbentuk sangat sedikit dan kurang stabil sehingga cenderung untuk kembali ke bentuk reaktannya. Sintesis Bentonite-para-Nitroanilin dan reaksi SHG (Second Harmonic Generation)-nya, hasil karakterisasi dengan x-ray, FTIR dan serapan gas nitrogen terhadap bentonit dan senyawa komposit bentonit-para nitroanilin menunjukkan bahwa para-nitroanilin telah terinterkalasi dengan baik di galeri bentonit (montmorillonit). Studi SHG terhadap sistem komposit ini tidak membawa hasil yang memuaskan karena film yang terbentuk tidak bag us kualitasnya. Sintesis TiO2-Pillared-Bentonite-para-Nitroanilin dan reaksi SHG (Second Harmonic Generation)-nya, pada tahap ini pori-pori lempung bentonit terpilar TiO2 dimanfaatkan sebagai inang senyawa p-nitroanilin melalui sebuah metode inklusi. Proses inklusi dilakukan dengan cara mendispersikan lempung bentonit terpilar TiO2 ke dalam larutan p-nitroanilin-etanol sambil diberi tegangan searah 1,5 V. Pemberian tegangan searah bertujuan supaya keberadaan senyawa p-nitroanilin di dalam pori-pori lempung terpilar mempunyai orientasi penataan yang seragam sehingga dapat menunjukkan gejala efek SHG. Analisis spektroskopi inframerah dilakukan untuk mengetahui keberadaan senyawa p-nitroanilin pada lempung terpilar TiO2. Selanjutnya untuk mengetahui bahwa senyawa p-nitroanilin telah terinklusi ke dalam pori-pori atau hanya teradsorpsi pada permuakaan lempung terpilar TiO2 dilakukan analisis luas permukaan dan porositas dengan Gas Sorption Analyzer. Dari spektra diatas terlihat bahwa p-nitroanilin telah berada pada lempung bentonit terpilar TiO2 yang ditunjukkan oleh vibrasi rentangan asimetri N-O pada bilangan gelombang 1541,0 cm-1 dan serapan khas aromatis benzena pada bilangan gel om bang 1508,2 cm-1. Karakterisasi secara porosimetri menunjukkan bahwa p-nitroanilin telah terinklusi ke dalam lempung bentonit terpilar TiO2 dan telah menutupi permukaan pori. Hal ini ditandai oleh penurunan luas permukaan spesifik sebesar 12,073 m2/g dan berkurangnya volume total pori sebesar 4,771 x 10-3 cm3/g. Bertambahnya rerata jejari pori sebesar 0,422 A setelah p-nitroanilin terinklusi menunjukkan bahwa pilar TiO2 yang terbentuk bersifat rigid. Studi non linear optic terhadap bahan ini tidak berhasil karena film yang dibuat memiliki kualitas yang tidak memadai untuk studi non linear optic. Sintesis Al203-Pillared-Bentonite-para-Nitroanilin dan reaksi SHG (Second Harmonic Generation)-nya, analisis spektoskopi infiamerah dilakukan untuk mengetahui keberadaan p-nitroanilin pad a lempung terpilar, namun tidak dapat diketahui apakah p-nitroanilin telah terinterkalasi atau hanya teradsorb pada permukaan lempung terpilar, oleh karena itu dilakukan pula analisis luas permukaan dan porositas. Data spektra inframerah menunjukkan bahwa p-nitroanilin telah terdapat pada lempung terpilar Al203, dengan serapan pada bilangan gelombang 1488,9 cm-1 yang dihasilkan oleh regangan cincin C=C, dan pada bilangan gelombang 1307,6 cm-1 yang dihasilkan oleh tekukan N-H dan regangan C-N. Data analisis porosimteri menunjukkan bahwa p-nitroanilin telah terinterkalasi ke dalam lempung terpilar Al203 dan telah menutupi permukaan pori. Hal ini ditandai oleh penurunan luas permukaan spesifik yang sangat drastis setelah pNA terinterkalasi ke dalam lempung terpilar, yaitu dari Luas Permukaan Spesifik =156,31 m2/g untuk lempung terpilar Al203 menjadi hanya sebesar 13,38 m2/g setelah pNA terinterkalasi. Fakta di atas didukung pula oleh data yang menunjukkan berkurangnya volume pori total yaitu dari Volume Total Pori = 85,02.10-3 cc/g sebelum pNA masuk menjadi 13,52.10-3 cc/g setelah pNA masuk ke dalam pori. Studi SHG terhadap sistem komposit ini tidak berhasil karena film yang terbentuk tidak memiliki transparansi yang baik serta kristalinitasnya relatif tidak begitu tinggi. Kesimpulan yang dapat ditarik dari penelitian ini adalah sebagai berikut: Bentonit terpilar oksida besi kemungkinan memiliki struktur rumah kartu (house of cards structure) yang ditandai oleh refleksinya yang melebar dalam difraktogram bentonit terpilar oksida besi. HasH ini sesuai dengan penelitian tahun pertama yang juga memperlihatkan fenomena struktur rumah kartu untuk bentonit terpilar oksida . besi. Walaupun terbentuk struktur rumah kartu namun bentonit terpilar oksida besi memiliki luas permukaan dan volume total pori yang lebih besar daripada bentonit tak terpilar. Bentonit terpilar oksida aluminium memiliki basal spacings, luas permukaan serta volume total yang lebih tinggi daripada bentonit tak terpilar. Baik benton it tak terpilar maupun bentonit terpilar memiliki kemampuan menadsorp senyawa fotokromik azobenzena serta. senyawa non linear optik paranitroanilin. Intensitas peradiasi sinar ultraviolet yang dipergunakan tidak cukup tinggi sehingga gejala reaksi fotokromik pada bentonit tak terpilar maupun terpilar tidak teramati. Senyawa komposit p-nitroanilin-Bentonit tak Terpilar dan p-nitroanilin-Bentonit Terpilar yang terbentuk memiliki kristalinitas serta transparansi yang kurang memenuhi syarat untuk pengamatan gejala non linear optic sehingga hasil pengamatan dengan laser tidak dapat dipertanggung-jawabkan secara ilmiah.