## INTERCALATION OF CLAY BY SURFACTANT AND ITS APPLICATION AS ADSORBENT OF LEAD ION (Pb 2+ )
Interkalasi Surfaktan terhadap Lempung dan Pemanfaatannya sebagai Adsorben Ion Pb 2+
Serly. J. Sekewael 1 , Helna. Tehubijuluw 1 , Isabella Carolina Lefmanut 1
1 Chemistry Department, Faculty of Mathematics and Natural Sciences Pattimura University, Kampus Poka, Jl. Ir. M. Putuhena, Ambon 97134
Received:  June 2015 Published: July 2015

## ABSTRACT
Research  on  natural  clay  intercalation  with  a  surfactant  has  been  done.  The  surfactant  used  is  a  quaternary ammonium  salt  type  is  cetil  trimethyl  ammonium  bromide  (CTAB).  Intercalation  process  is  carried  out  by stirring  a  suspension  of  clay  and  quaternary  ammonium  salt  for  24  hours.  After  the  intercalation  process, palmitic acid are  added, then the  intercalated clay  is used as an adsorbent  ion Pb 2+ distance  between  layers of clay after  intercalated can  be analyzed using X-ray diffraction. The distance between the  layers  increases  from 15.99 to 19.45Å. Intercalated surfactant used to adsorb metals Pb 2+ ions in solution with a variety of conditions such as contact time and concentration. The results of the analysis indicated using  AAS then used to determine the adsorption capacity  based on the optimum contact time optimum concentration and absorption. Adsorption capacity is equal to 8.092 mg/g.
Keywords : adsorption, CTAB, intercalation, clay, surfactan.

## PENDAHULUAN
Salah  satu  daerah  di  Indonesia  yang memiliki potensi lempung cukup besar  adalah di Maluku.  Di  Pulau  Ambon,  banyak  terdapat  di Desa  Latuhalat  dan  Desa  Tawiri  yang  sering dimanfaatkan untuk pembuatan batu bata. Selain itu  juga  tersebar  di  Desa  Ouw  (Pulau  Saparua) yang sering dimanfaatkan oleh masyarakat untuk kerajinan keramik (pembuatan sempe).
Tanah  lempung  ditinjau  dari  komposisi penyusunnya  adalah  tanah  dengan  kandungan liat  7-12%,  debu  28-50%  dan  pasir  kurang  dari 52%.  Lempung  adalah  material  yang  diameter butirannya < 0.002 mm (Hanafiah, 2007).
Dalam  bidang  industri,  mineral    lempung digunakan  sebagai  bahan  pembantu  katalis, adsorben dan sebagai resin untuk pertukaran ion. Butiran  lempung,  merupakan  kumpulan  butiran mineral yang bersifat mikroskopis dan berbentuk serpihan  atau  pelat-pelat.  Mineral  ini  bersifat plastis,  kohesif  dan  mempunyai  kemampuan menyerap ion-ion.
Sifat-sifat  tersebut  sangat  dipengaruhi  oleh kandungan  air  dalam  tanah.  Gukler  menyatakan bahwa mineral lempung adalah batuan halus dari karang  yang  menjadi  plastis  bila  lembab,  keras seperti  karang  bila  kering,  dan  jika  dipanaskan keras  seperti  karang  permanen  (Gondok,  2000). Mineral  lempung  dalam  keadaan  awalnya, memiliki  daya  serap  yang  rendah.  Tetapi  bila dimodifikasi akan meningkatkan luas permukaan lempung,  sehingga  lebih  efektif  sebagai  bahan penjerap (adsorben).
Mineral lempung di alam memiliki kelemahan  yaitu  rusaknya  struktur  lapis  dan hilangnya porositas karena pemanasan pada suhu tinggi.  Hal  ini  dapat  diatasi  dengan  melakukan proses  penyisipan  ion  atau  molekul  ke  dalam interlayer yang dikenal dengan proses interkalasi.  Berbagai  macam  kation  dapat digunakan sebagai agen, antara lain ion-ion alkil ammonium,  kation  amina  bisiklis,  dan  beberapa kation  kompleks  seperti  khelat  serta  kation hidroksi logam polinuklir dari Al, Zr, Ti, Fe, dan lain-lain. Lempung terinterkalasi memiliki beberapa  kelebihan,  antara  lain  stabilitas  termal
1
yang  lebih  tinggi,  volume  pori  dan  luas permukaan yang lebih besar (Sunarso, 2007).
Salah  satu  metode  modifikasi  lempung secara  kimia  yaitu  interkalasi  surfaktan  ionik  ke dalam  rongga  antarlapis  lempung.  Penambahan surfaktan bertujuan untuk membuka rongga pada antarlapis  lempung  sehingga  mudah  untuk diinterkalasi  lebih  lanjut  dengan  kation  logam. Dengan  adanya  surfaktan  diharapkan  akan mampu  meningkatkan  porositas  serta  luas permukaan  dibandingkan  dengan  lempung  tanpa surfaktan (Sunarso, 2007).
Surfaktan  kationik  seperti  garam  amonium kuarterner  merupakan  senyawa  organik  yang dapat digunakan dalam modifikasi lempung yang akan  membentuk  kompleks  lempung-surfaktan yang  dapat  digunakan  sebagai  adsorben  logam berat  dalam  larutan  encer.  Senyawa  kationik  ini akan  menggantikan  kation-kation  permukaan lempung  dan  mengubah  permukaan  lempung menjadi sangat hidrofobik. Modifikasi permukaan  lempung  lebih  lanjut  digunakan untuk  menjangkar  ligan-ligan  seperti  asam palmitat  melalui  interaksi  hidrofobik.  Asam palmitat  atau  ligan  tersebut  akan  membentuk senyawa  kompleks  dengan  ion  Pb 2+ yang teradsorpsi (Widihati, 2009).
Adanya sifat unggul dari lempung terinterkalasi menjadikan material tersebut potensial  untuk  digunakan  sebagai  adsorben. Beberapa senyawa lempung termodifikasi montmorilonit
terpilar besi-oksida, montmorilonit  terinterkalasi  tetraetil  ortosilikat, lempung  terinterkalasi  surfaktan,  serta  lempung termodifikasi lainnya telah dibuat untuk mengadsorpsi  logam-logam  berat  melalui  proses pertukaran  kation.  Modifikasi  lempung  dengan senyawa-senyawa organik
menghasilkan kompleks yang dapat digunakan sebagai adsorben,  salah  satunya  sebagai  adsorben  ion Pb 2+ .
Timbal  (Pb)  merupakan  salah  satu  logam berat  yang  berbahaya  bagi  kesehatan  manusia. Logam  ini  perlu  mendapat  perhatian  khusus karena  sifatnya  yang  toksik  (beracun)  terhadap manusia.  Timbal  banyak  digunakan  dalam kehidupan  sehari-hari.  Timbal  digunakan  dalam bensin    untuk  menaikkan  bilangan  oktan.  Selain itu  juga  timbal  digunakan  dalam  cat,  baterai, pembungkus  kabel,  pipa  air,  serta  lapisan mangkuk  atau  panci.  Sehingga  kontaminasi
timbal  dapat  terjadi  melalui  konsumsi  makanan, minuman,  udara,  air,  serta  debu  yang  tercemar Pb.  Keracunan  yang  disebabkan  oleh  logam  Pb dalam  tubuh  dapat  mempengaruhi  organ-organ tubuh  antara  lain  sistem  saraf,  ginjal,  sistem reproduksi,  dan  jantung.  Logam  Pb  dapat menyebabkan  gangguan  pada  otak,  sehingga anak  mengalami  gangguan  kecerdasan  dan mental.
Untuk  mengoptimalkan  fungsi  lempung sebagai  adsorben,  maka  dilakukan  penelitian untuk  menginterkalasi  lempung  menggunakan surfaktan. Lempung yang digunakan berasal dari Desa  Ouw  (Pulau  Saparua).  Menurut  penelitian Bijang  (2009)  lempung  asal  Desa  Ouw mengandung  mineral  montmorilonit  sehingga baik untuk diinterkalasi dan selanjutnya diaplikasikan untuk proses adsorpsi logam.

## METODOLOGI Bahan
Bahan-bahan yang digunakan adalah Lempung  asal  Desa  Ouw,  Kabupaten  Maluku Tengah;  Asam  palmitat;  Garam  amonium kuartener  jenis  N-cetyl  trimetil  amnonium bromida ((C 16 H 33 )N(CH 3 ) 3 Br); Akuabides; Akuades;  Kertas  saring  Whatman  42;  Larutan Pb(NO 3 ) 2 .

## Alat
Alat-alat yang digunakan adalah Spektrofotometer  Serapan  Atom  (SSA);  X-ray difractometer (XRD); Ayakan 100 mesh; Batang pengaduk;  Lumpang  dan  alu; Shaker ;  Oven; Penyaring  Buchner;  Pompa  vakum;  Timbangan analitik; Seperangkat alat gelas;

## Prosedur Kerja Persiapan lempung
Lempung  diambil,  dicuci  dengan  air beberapa  kali,  kemudian  disaring  hingga didapatkan lempung yang benar-benar bebas dari pengotor seperti pasir,  kerikil dan  akar tanaman. Setelah  pencucian,  lempung  dikeringkan  selama 2  jam  dalam  oven  dengan  suhu  120 o C.  Sampel yang  sudah  kering  digerus  dan  diayak  dengan ukuran  100  mesh.  Kemudian  dianalisis  dengan XRD.
1

## Proses interkalasi
Lempung  sebanyak  10  g  dilarutkan  ke dalam 1000 mL akuabides, diaduk selama 5 jam untuk membuat suspensi lempung. Setelah 5 jam suspensi  lempung  dimasukkan  garam  amonium kuartener  jenis  N-cetyl  trimetil  amonium bromida  sebanyak  4,0049  g  dan  diaduk  selama 24  jam.  Selanjutnya  asam  palmitat  sebanyak 4,0062 g dimasukkan ke dalam suspensi tersebut, diaduk  selama  48  jam.  Kemudian  campuran disaring  dengan  penyaring  Buchner,  dicuci dengan  akuades  dan  dikeringkan  dalam  oven pada  suhu  120 o C.  Setelah  kering  lempung termodifikasi tersebut digerus dan diayak dengan ukuran  100  mesh  kemudian  dianalisis  dengan XRD.

## Pembuatan larutan standar Pb
Larutan  Pb(NO 3 ) 2 dengan  konsentrasi  40 ppm,  60  ppm,  80  ppm,  100  ppm,  dan  120  ppm dibuat dengan mengambil masing-masing 4, 6, 8, 10,  dan  12  mL  larutan  Pb(NO 3 ) 2 1000  ppm  dan diencerkan  dengan  akuades  pada  labu  takar  100 mL.

## Penentuan waktu optimum
Ke  dalam  5  buah  erlenmeyer  100  ml masing-masing  dimasukkan  0,25  g  lempung yang terinterkalasi. Kemudian  ke dalam masing- masing erlenmeyer tersebut ditambahkan adsorbat  25  mL  Pb(NO 3 ) 2 80  ppm.  Campuran diaduk  dengan  waktu  yang  berbeda-beda  yaitu selama  10,  20,  40,  80,  dan  120  menit. Selanjutnya disaring dan filtratnya diukur dengan SSA.  Absorbansi  yang  terbaca  kemudian dimasukkan  ke  dalam  persamaan  regresi  untuk menghitung  konsentrasi  Pb(II)  dalam  filtrat. Untuk  mengetahui  waktu  optimum  dibuat  grafik antara  banyaknya  Pb(II)  yang  teradsorpsi  per gram adsorben dan waktu yang diberikan. Waktu optimum  ditentukan  dari  grafik  di  mana  waktu memberikan  konsentrasi  Pb(II)  tertinggi  yang teradsorpsi.

## Penentuan konsentrasi optimum serapan
Lempung terinterkalasi sebanyak 0,25 g dimasukkan  ke  dalam  25  mL  larutan  Pb  (II) dengan  konsentrasi  awal  larutan  masing-masing 40  ppm,  60  ppm,  80  ppm,  100  ppm,  dan  120 ppm.  Kemudian  dikocok  dengan shaker pada kecepatan 200 rpm. Perlakuan ini dilakukan pada
waktu  kontak  optimum  selanjutnya  disaring  dan filtratnya diukur dengan SSA. Konsentrasi Pb(II) optimum  yang  diserap  diperoleh  dengan  cara membuat  kurva  antara  jumlah  Pb(II)  yang teradsorpsi oleh adsorben (mg/g) dan konsentrasi ion Pb(II) dalam larutan.

## Penentuan kapasitas adsorpsi
Lempung terinterkalasi sebanyak 0,25 g dimasukkan  ke  dalam  erlenmeyer  100  mL. Kemudian  ditambahkan  25  mL  larutan  Pb  (II) dengan  konsentrasi  optimum  yang  didapat  dan diaduk selama waktu optimum adsorpsi. Selanjutnya disaring dan filtratnya diukur dengan SSA.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengayakan  lempung  dengan  ukuran  100 mesh  dibutuhkan  untuk  selanjutnya  dianalisis dengan  XRD.  Analisis  dengan  XRD  dilakukan terhadap  lempung  sebelum  diinterkalasi  dan sesudah diinterkalasi surfaktan (Gambar 1).
Proses interkalasi dilakukan dengan menambahkan  surfaktan  kationik  ke  dalam suspensi lempung.
Gambar 1. (a) Difraktogram lempung alam sebelum diinterkalasi surfaktan. (b) Difraktogram lempung alam setelah diinterkalasi surfaktan
Dalam  penelitian  ini,  surfaktan  yang digunakan  adalah  jenis  garam  ammonium kuartener Cetyl  Trimethyl  Ammonium  Bromide (CTAB). Campuran diaduk selama 24 jam.
Selanjutnya,  lempung  terinterkalasi  tersebut ditambahkan  asam  palmitat  dan  diaduk  selama 48  jam.  Asam  palmitat  masuk  melalui  interaksi
1
hidrofobik dan berperan sebagai ligan yang akan membentuk  kompleks  dengan  ion  Pb  (II)  yang diadsorpsi melalui ikatan koordinasi.
Perubahan  jarak  dasar  antar  lapis  dari mineral-mineral yang terkandung dalam lempung  alam  disajikan  dalam  Tabel  1  berikut ini.Berdasarkan  Tabel  1  dapat  dilihat  bahwa yang  mengalami  peningkatan  jarak  dasar  hanya kaolinit  dan  montmorilonit.  Peningkatan  yang cukup  besar  terjadi  pada  montmorilonit  yaitu sebesar  3,46  Ǻ.  Hal  ini  disebabkan  oleh kemampuan swelling pada  saat  interkalasi. Lapisan-lapisan silikat pada montmorilonit dapat terbuka  semakin  lebar  ketika  kation-kation  yang Peningkatan  jarak  dasar  dan  luas  permukaan  ini
sangat  berpengaruh  terhadap  peningkatan  daya adsorpsi lempung alam.

## Waktu Optimum Adsorpsi
Waktu  optimum  adsorpsi  dapat  ditentukan berdasarkan  konsentrasi  sisa  adsorbat  di  dalam larutan  dengan  menggunakan  metode  SSA.  Dari konsentrasi sisa (konsentrasi pada kesetimbangan,
C e ) kemudian dihitung konsentrasi  adsorpsinya  (C ads )  Hasil  analisisnya disajikan dalam Tabel 2.
Salah  satu  variabel  yang  penting  dalam adsorpsi  adalah  waktu  kontak.  Variasi  waktu kontak  dilakukan  untuk  menentukan  waktu kontak optimum di mana diperoleh kesetimbangan  antara  adsorben  dengan  adsorbat
Tabel 1.  Data pergeseran jarak dasar d 001 pada mineral lempung
Tabel 2.Data adsorpsi ion Pb 2+ dengan variasi waktu kontak oleh lempung terinterkalasi surfaktan dengan menggunakan metode SSA
ada tertukar oleh spesies pemilar yang ukurannya lebih  besar.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  garam ammonium  kuartener  sebagai  interkalat  telah masuk  dan  mengisi  rongga  antar  lapis  lempung sehingga memperbesar luas permukaannya.
di  mana  lempung  terinterkalasi  bersifat  jenuh terhadap  ion  Pb(II).  Pengaruh  waktu  kontak terhadap adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 2.
Dari  Tabel  2  dan  Gambar  2  menunjukkan pada  waktu  kontak  20  menit  terjadi  penurunan kapasitas adsorpsi. Menurunnya kapasitas adsorpsi kemungkinan disebabkan lempung tidak
1
menjerap  adsorbat  dengan  baik.  Hal  ini diperkirakan  karena  adanya  kesalahan  dalam penelitian yang disebabkan oleh beberapa faktor. Hasil  analisis  dengan  SSA  menunjukkan  bahwa waktu  optimum  adsorpsi  ada  pada  80  menit waktu  kontak,  dengan  ion  Pb  (II)  teradsorpsi 77,022  ppm  dengan  kapasitas  adsorspsi  sebesar 7,702  mg/g.  Sedangkan  pada  waktu  kontak  120 menit,  kapasitas  adsorpsinya  menurun  menjadi 7,658 mg/g. Kondisi kesetimbangan diperkirakan tercapai  setelah  waktu  kontak  40  menit,  dan mencapai  adsorpsi  maksimalnya  pada  waktu kontak 80 menit. Setelah kondisi kesetimbangan, daya  serapnya  menurun,  yang  menunjukkan bahwa  lempung  telah  jenuh  terhadap  ion  Pb 2+ sehingga  meskipun  waktu  kontak  ditambah, tidak  meningkatkan  jumlah  ion  Pb 2+ yang teradsorpsi.  Dapat  disebabkan  pula  karena terjadinya  desorpsi  ion  Pb 2+ dari  permukaan lempung.
Gambar 2.   Kurva kapasitas adsorpsi vs t untuk penentuan waktu kontak optimum

## Konsentrasi Maksimum Serapan
Variasi konsentrasi dilakukan untuk menentukan  konsentrasi  maksimum  serapan selama  waktu  kontak  optimum.  Konsentrasi mula-mula Pb (II) yang digunakan adalah 40, 60, 80,  100,  dan  120  ppm.  Berikut  ini  adalah  data hasil  analisis  dengan  metode  SSA  yang ditunjukkan pada Tabel 3.
Dengan variasi konsentrasi dapat ditentukan konsentrasi  maksimum  serapan  selama  waktu kontak optimum yang diperoleh,  yaitu 80 menit. Penjerapan  meningkat  pada  setiap  variasi konsentrasi    dan  peningkatan  penjerapan mencapai nilai maksimum pada 120 ppm.
Hubungan konsentrasi awal adsorbat dengan  kapasitas  adsorpsi  yang  diperoleh ditunjukkan  pada  Gambar  3.  Gambar  3 memperlihatkan  bahwa  konsentrasi  maksimum serapan  selama  waktu  optimum  80  menit  adalah 120  ppm  dengan  kapasitas  adsorpsi  sebesar 11,737 mg/g. Konsentrasi serapan yang diperoleh  belum  mencapai  titik  optimum sehingga  belum  dapat  diketahui  kapasitas optimum lempung terinterkalasi  surfaktan dalam menjerap  ion  Pb 2+ .  Kurva  yang  diperoleh  belum menunjukkan  titik  kesetimbangan  di  mana lempung mencapai kejenuhan dalam menjerap yang  ditandai  dengan  menurunnya  kapasitas serapan. Tetapi kapasitas adsorpsi yang diperoleh  cukup  besar.  Hal  ini  disebabkan  luas permukaan  lempung  yg  semakin  besar  akibat peningkatan  jarak  dasar  antar  lapis  lempung setelah diinterkalasi dengan surfaktan.
Tabel 3. Data adsorpsi ion logam Pb 2+ dengan variasi konsentrasi oleh lempung terinterkalasi surfaktan dengan menggunakan metode SSA
1
Gambar 3.  Kurva kapasitas adsorpsi vs C 0 untuk penentuan konsentrasi maksimum serapan
Gambar 3 memperlihatkan bahwa
konsentrasi  maksimum  serapan  selama  waktu optimum  80  menit  adalah  120  ppm  dengan kapasitas adsorpsi sebesar 11,737 mg/g. Konsentrasi  serapan  yang  diperoleh  belum mencapai  titik  optimum  sehingga  belum  dapat diketahui kapasitas optimum lempung terinterkalasi surfaktan dalam menjerap ion Pb 2+ . Kurva  yang  diperoleh  belum  menunjukkan  titik kesetimbangan  di  mana  lempung  mencapai kejenuhan dalam menjerap yang ditandai dengan menurunnya  kapasitas  serapan.  Tetapi  kapasitas adsorpsi  yang  diperoleh  cukup  besar.  Hal  ini disebabkan luas permukaan lempung yg semakin besar  akibat  peningkatan  jarak  dasar  antar  lapis lempung setelah diinterkalasi dengan surfaktan.

## Kapasitas Adsorpsi
Penentuan  kapasitas  adsorpsi  dilakukan untuk mengetahui kemampuan lempung terinterkalasi  surfaktan  dalam  mengadsorpsi  ion logam  Pb 2+ .  Pada  tahap  ini  proses  adsorpsi dilakukan selama waktu optimum yaitu 80 menit dengan  konsentrasi  adsorbat  120  ppm  dan konsentrasi  sisa  adsorpsi  sebesar  39,079  ppm Kapasitas  adsorpsi  diperoleh  melalui  Persamaan 1.
.......................(Pers. 1)
Keterangan:
A  =  Jumlah  Pb  (II)  yang  teradsorpsi  oleh lempung (mg/g).
C 1 = Konsentrasi awal Pb(II) (ppm) C 2 =  Konsentrasi  Pb(II)  yang  tersisa  di  dalam filtrat (ppm) V = Volume yg digunakan (mL) B = Berat lempung yang digunakan (g).
Dengan menggunakan Persamaan 1, diperoleh  kapasitas  adsorpsinya  sebesar  8,092 mg/g.  Kapasitas  adsorpsi  yang  diperoleh  setelah lempung  diinterkalasi  dengan  surfaktan  cukup baik.  Hal  ini  dapat  dibandingkan  dengan  hasil penelitian  Widihati  (2009)  yang  menunjukkan bahwa  lempung  tanpa  interkalasi  memiliki kapasitas adsorpsi yang lebih kecil dibandingkan dengan  lempung  terinterkalasi  surfaktan,  yaitu hanya  1,9565  mg/g.  Peningkatan  kapasitas adsorpsi disebabkan karena lempung terinterkalasi telah membentuk senyawa kompleks  dengan  garam  ammonium  kuartener yang  menjadi  interkalatnya  yang  kemudian menjangkar  asam  palmitat  sebagai  ligannya melalui  interaksi  hidrofob.  Ligan-ligan  tersebut kemudian akan mengikat ion Pb(II). Peningkatan kapasitas  adsorpsi  juga  disebabkan  karena meningkatnya  jarak  antar  lapis  lempung  yang dengan  sendirinya  juga  meningkatkan  luas permukaan lempung (Widihati, 2009).

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian,  maka  dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Interkalasi  garam  ammonium  kuartener  ke dalam  antar  lapis  lempung  meningkatkan jarak dasar sebesar 3,46 Ǻ.
2. Waktu  kontak  optimum  adsorpsi  ion  Pb 2+
oleh lempung terinterkalasi surfaktan diperoleh  selama  waktu  kontak  80  menit, konsentrasi  maksimum  serapan  120  ppm, dan kapasitas adsorpsi sebesar 8,092 mg/g.

## DAFTAR PUSTAKA
Bijang, C. M, 2009. Karakterisasi Lempung Asal Desa  Ouw-Saparua  Maluku.  Seminar Nasional FMIPA UNPATTI, Ambon Gondok,  Y.,  2000,  Penyerapan  Kation  Logam Berat  Timbal,  Nikel  dan  Kobalt  dengan menggunakan Mineral Clay  Abu-Abu dan Merah-Kuning, Sainstek  ( III), 1-7.
Hanafiah,  K.A.,  2007, Dasar-dasar  Ilmu  Tanah , Divisi  Buku  Perguruan  Tinggi,  PT.  Raja Grafindo: Jakarta.
Sunarso,  2007, Lempung  Kita  yang  Terlupakan , http://ppsdms.org/lempung-kita-yang- terlupakan-2.htm (akses tanggal 18
November 2010).
Widihati,  I.  A. G., 2009, Adsorpsi Ion Pb 2+ oleh Lempung  Terinterkalasi  Surfaktan, Jurnal Kimia, FMIPA,  Universitas  Udayana,
Bukit Jimbaran.