ISSN 1907-9850

INTERKALASI BENZALKONIUM KLORIDA KE DALAM MONTMORILLONIT TERAKTIVASI ASAM DAN PEMANFAATANNYA UNTUK MENINGKATKAN KUALITAS MINYAK DAUN CENGKEH

P. Suarya dan I N. Simpen

Jurusan Kimia FMIPA Universitas Udayana, Bukit Jimbaran

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian mengenai interkalasi surfaktan ke dalam lempung montmorillonit teraktivasi asam dan penerapannya sebagai adsorben dalam meningkatkan kualitas minyak daun cengkeh. Asam yang digunakan untuk aktivasi adalah asam sulfat 1,5 M dan surfaktan untuk interkalasi adalah benzalkonium klorida (BKC) dengan variasi konsentrasi 0; 0,1; 0,5; 1; dan 2% (v/v). Hasil penelitian menunjukkan terjadinya perubahan basal spasing d001 untuk adsorben S0-0; Sa-0; Sa-0,1; Sa-0,5; Sa-1; dan Sa-2 secara berturut-turut adalah 15,15548; 15,40269; 15,20580; 14,62099; 14,77594; dan 14,74415 Å. Nilai luas permukaan berturut-turut untuk adsorben S0-0; Sa-0; Sa-0,1; Sa-0,5; Sa-1; dan Sa-2 adalah 26,2239; 27,4035; 26,0482; 26,4557; 27,7885; dan 26,6809 m2/g. Sedangkan keasaman permukaan tertinggi dimiliki oleh Sa-0,1 yaitu sebesar 1,0135 ± 0,01100 mmol/g. Tiap gram adsorben Sa-0,1 memilikikapasitas adsorpsi tertinggi untuk menjernihkan 20,0 mL minyak daun cengkeh. Dengan waktu pengadukan 120 menit, adsorben mampu meningkatkan kejernihan serta komposisi eugenol dalam minyak daun cengkeh.

Kata kunci : lempung montmorillonit, aktivasi asam, surfaktan benzalkonium klorida, minyak daun cengkeh

ABSTRACT

This research was conducted to observe the surfactant intercalation into acid-activated montmorillonite clay. This clay was applied as adsorbent for increasing the quality of clove leaf oil. The acid used as an activation was 1.5 M sulphuric acid and the surfactant for intercalation was Benzalkonium Chloride (BKC) with concentration variation (0; 0.1; 0.5; 1; and 2%). The result of the reseach showed that the changes of basal spacing d001 for S0-0; Sa-0; Sa-0,1; Sa-0,5; Sa-1; and Sa-2 were 15.15548; 15.40269; 15.20580; 14.62099; 14.77594; and 14.74415 Å respectively. The surface area for S0-0; Sa-0; Sa-0,1; Sa-0,5; Sa-1; and Sa-2 were 26.2239; 27.4035; 26.0482; 26.4557; 27.7885; and 26.6809 m2/g respectively. The Sa-0,1 adsorbent had the highest surface acidity (1.0135 ± 0.01100 mmol/g). Every gram of adsorbent Sa-0,1 had the highest adsorption capacity to clarify 20.0 mL clove leaf oil at 120 minutes contact time. After adsorption by Sa-0,1 the clove leaf oil was clearer and contained higher concentration of eugenol than before adsorption.

Keywords : montmorillonite clay, acid-activated, surfactant benzalkonium chloride, clove leaf oil

PENDAHULUAN

Montmorillonit termasuk mineral lempung yang memiliki sifat mudah mengembang, memiliki kation-kation yang dapat dipertukarkan dan luas permukaan yang cukup besar. Sifat-sifatnya tersebut menjadikan

montmorillonit cocok dimanfaatkan sebagai adsorben. Namun lempung montmorillonit tanpa dimodifikasi terlebih dahulu, bila diaplikasikan sebagai adsorben memberikan hasil yang kurang maksimal. Hal ini disebabkan oleh sifatnya yang mudah menyerap air sehingga kurang stabil jika digunakan sebagai bahan penjerap. Selain itu

pori-pori yang dimilikinya sering tidak seragam (Wijaya, 2003). Kelemahan tersebut dapat diatasi melalui proses aktivasi menggunakan asam mineral sehingga dihasilkan lempung dengan situs aktif yang lebih besar, dan keasamaan permukaan yang tinggi, yang mengakibatkan kemampuan adsorpsi menjadi lebih tinggi dibandingkan sebelum diaktivasi (Komadel dalam Suarya, 2008). Modifikasi lempung juga dapat dilakukan dengan cara menyisipi bahan lain ke dalam antarlapis lempung dengan metode interkalasi. Interkalasi merupakan suatu proses penyisipan spesies kimia secara reversibel ke dalam antarlapis suatu struktur yang mudah mengembang (antarlapis silikat montmorillonit) tanpa merusak strukturnya. Interkalasi didasari atas pertukaran kation yang terdapat pada antarlapis lempung, seperti Na+, K+, dan Ca2+. Interkalasi ke dalam struktur lempung mengakibatkan peningkatan luas permukaan, basal spacing (jarak dasar antarlapis silikat montmorillonit), dan keasaman permukaan yang berpengaruh terhadap daya adsorpsinya (Sekarini, 2005).

Simpen (2001) melaporkan lempung montmorillonit teraktivasi asam sulfat 1,5 M terpilar TiO2 memiliki luas permukaan dan keasaman permukaan yang relatif lebih tinggi daripada lempung tanpa dimodifikasi. Hasil penelitian Susianah (2005) menunjukkan kenaikan konsentrasi surfaktan benzalkonium klorida (BKC) meningkatkan sifat hidrofobisitas adsorben lempung montmorillonit hasil interkalasi, sehingga dihasilkan adsorben dengan kapasitas adsorpsi tertinggi terhadap pengotor minyak daun cengkeh. Namun dalam penelitian Susianah belum melakukan aktivasi lempung dengan asam sulfat sebelum proses interkalasi BKC.

Minyak daun cengkeh merupakan minyak atsiri yang mempunyai banyak kegunaan. Umumnya minyak daun cengkeh dimanfaatkan sebagai obat sakit gigi, obat gosok, pemberi aroma (flavor) pada beberapa jenis produk pangan misalnya permen karet, bahan baku untuk sintesis isoeugenol dan vanilin, bahan baku parfum dan dimanfaatkan dalam bidang farmasi. Kualitas minyak daun cengkeh dapat ditinjau dari warna minyak maupun kandungan eugenolnya yang merupakan

komponen utama minyak daun cengkeh (Susianah, 2005). Minyak daun cengkeh yang diproduksi petani kualitasnya masih rendah, sehingga harganyapun relatif murah. Adapun penyebab rendahnya kualitas ini karena minyak daun cengkeh yang dihasilkan masih mengandung pengotor (berupa zat warna organik maupun anorganik) sehingga minyak berwarna coklat kehitaman (Suarya, 2005). Oleh karena itu, perlu dilakukan upaya perjernihan untuk mengurangi kandungan pengotor, agar kualitas minyak daun cengkeh menjadi lebih baik (warna cairan jernih serta kandungan eugenol tidak mengalami penurunan), sehingga nilai ekonomisnya menjadi lebih tinggi.

Pada penelitian ini akan dipelajari metode interkalasi surfaktan BKC ke dalam struktur lempung montmorillonit yang telah teraktivasi asam sulfat 1,5 M dan uji adsorpsinya pada minyak daun cengkeh. Surfaktan BKC dipilih sebagai spesies kimia yang akan diinterkalasi ke dalam antarlapis lempung, karena merupakan surfaktan jenis kationik, dimana muatan positif dari surfaktan akan berikatan dengan muatan negatif dari lempung. Keberhasilan interkalasi ke dalam struktur lempung montmorillonit yang telah teraktivasi asam sulfat 1,5 M diharapkan menjadikan lempung ini efektif sebagai adsorben untuk meningkatkan kualitas minyak daun cengkeh.

MATERI DAN METODE

Bahan

Bahan-bahan yang diperlukan dalam penelitian ini meliputi: lempung montmorillonit dari PT. BRATACO, H2SO4 (98% v/v, BJ = 1,84 kg/L), benzalkonium klorida (BKC) 80%, AgNO3, NaOH, HCl (37% (v/v), BJ = 1,18 kg/L), indikator pp 0,2% (v/v), H2C2O4.2H2O, BaCl2.2H2O, larutan metilen biru, akuades, standar eugenol dan minyak daun cengkeh dari Desa Sambangan, Singaraja.

Peralatan

Alat yang diperlukan meliputi peralatan gelas dan peralatan pendukung lainya. Adapun alat yang digunakan dalam analisis meliputi

spektrofotometer UV-Vis, difraktometer sinar-X, dan kromatografi gas.

Cara Kerja

Lempung montmorillonit yang sudah bersih diayak dengan ayakan berukuran 125 μm (S0-0). Sebanyak 200 gram S0-0 dimasukkan ke dalam 1000 mL larutan H2SO4 1,5 M sambil diaduk dengan pengaduk magnet. Aktivasi dilakukan selama 24 jam, kemudian disaring dan dicuci dengan air panas (sampai uji negatif terhadap larutan BaCl2), dikeringkan dalam oven pada temperatur 110-1200C, didinginkan dalam desikator sampai mendapatkan berat lempung yang konstan. Selanjutnya lempung tersebut digerus, diayak menggunakan ayakan ukuran 125 μm, diberi kode (Sa-0).

Sa-0 yang diperoleh, kemudian dibagi menjadi 5 bagian, setiap bagian masing-masing dimasukkan ke dalam 800 mL akuades, diaduk dengan pengaduk magnet selama 5 jam (suspensi lempung). Selanjutnya secara berturut-turut suspensi ditambahkan sedikit demi sedikit larutan surfaktan BKC dengan konsentrasi 0,1; 0,5; 1; dan 2% (v/v), kemudian diaduk dengan pengaduk magnet selama 24 jam. Kemudian lempung-lempung itu disaring dan dicuci dengan akuades hingga bebas dari ion klorida (uji negatif terhadap AgNO3), dikeringkan dalam oven pada temperatur 110-1200C, didinginkan dalam desikator sampai mendapatkan berat lempung yang konstan. Selanjutnya lempung tersebut digerus, diayak menggunakan ayakan ukuran 125 μm, berturut-turut diberi kode Sa-0,1; Sa-0,5; Sa-1; dan Sa-2.

Karakterisasi adsorben S0-0; Sa-0; Sa-0,1; Sa-0,5; Sa-1; dan Sa-2 dilakukan dengan metode difraksi sinar-X untuk menentukan perubahan basal spacing d001, spektrofotometer UV-Vis dengan metode metilen biru untuk mengukur luas permukaan, serta keasaman permukaan adsorben diukur menggunakan metode titrasi asam-basa.

Aplikasi hasil penelitian ini yaitu digunakan sebagai adsorben pengotor minyak daun cengkeh. Akan dicari adsorben yang terbaik diantara S0-0; Sa-0; Sa-0,1; Sa-0,5; Sa-1; and Sa-2 yang dapat memberikan kapasitas adsorpsi

tertinggi berdasarkan berat adsorbat yang dapat diserap dan kandungan eugenol dalam minyak daun cengkeh setelah diadsorpsi yang dianalisis dengan GC. Dilakukan juga kajian terhadap variasi waktu adsorpsi dan volume optimum minyak daun cengkeh.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Kapasitas Adsorpsi Maksimum Adsorben

Suatu adsorben dikatakan mempunyai kapasitas adsorpsi maksimum, bila minyak daun cengkeh hasil adsorpsinya memiliki tingkat kejernihan tinggi, kandungan eugenolnya tidak menurun, dan adsorben tersebut dapat menyerap adsorbat maksimum. Pada Gambar 1 terlihat minyak daun cengkeh setelah diadsorpsi oleh adsorben S0-0 untuk MS0-0; Sa-0 untuk MSa-0; dan seterusnya. Gambar tersebut menunjukkan, MSa-0 dan MSa-0,1 memiliki tingkat kejernihannya relatif lebih tinggi, dibandingkan dengan minyak daun cengkeh sebelum diadsorpsi (M0). Pada data berat adsorbat (Gambar 2) menunjukkan, adsorben Sa-0,1 menyerap adsorbat terbanyak, yaitu 1190,27 mg adsorbat tiap gram adsorban.

Gambar 1. Berat Adsorbat yang Terserap oleh Adsorben

Dari data kromatografi gas, diketahui bahwa kandungan eugenol dalam minyak MSa-0,1 >M0 >MSa-0. Kapasitas adsorpsi tiap-tiap adsorben dipengaruhi oleh sifat fisiko-kimianya, antara lain basal spacing, luas permukaan dan keasaman permukaan (Simpen, 2001; Wijaya, dkk., 2003; Sekarini, 2005). Pernyataan tersebut mendukung bahwa kapasitas adsorpsi Sa-0,1 lebih tinggi daripada S0-0 dan adsorben yang lain.

Tabel 1. Perbandingan Karakter Sifat Fisiko-kimia Adsorben

Karakter

Adsorben

Basal spacing d001 (Å)

Luas permukaan (m2/g)

Keasaman

Permukaan (mmol/g)

S0-0

15,15548

26,2239

0,5000 ± 0,02190

Sa-0

15,40269

27,4035

0,9306 ± 0,00052

Sa-0,1

15,20580

26,0482

1,0135 ± 0,01100

Sa-0,5

14,62099

26,4557

0,9121 ± 0,00012

Sa-1

14,77594

27,7885

0,6455 ± 0,00000

Sa-2

14,74415

26,6809

0,7787 ± 0,00046


Hal tersebut dikarenakan Sa-0,1 memiliki sifat fisiko-kimia yang relatif lebih baik daripada adsorben yang lain. Pada Tabel 1 menunjukkan bahwa, adsorben Sa-0 dan Sa-0,1 mempunyai basal spacing d001 dan keasaman permukaan yang relatif lebih tinggi dibandingkan dengan S0-0; Sa-0,5; Sa-1; dan Sa-2, sedangkan Sa-0 memiliki basal spacing d001 dan luas permukaan yang lebih tinggi dibandingkan dengan Sa-0,1. Walaupun demikian Sa-0 tidak dapat mempertahankan kandungan eugenol yang terdapat dalam minyak daun cengkeh yang diadsorpsinya (kandungan eugenol MSa-0 < M0). Sedangkan Sa-0,1 memiliki keasaman permukaan yang paling tinggi, sehingga tersedia situs aktif yang cukup, yang dapat mengikat molekul pengotor secara maksimum, dan mampu meningkatkan kandungan eugenol yang terdapat dalam minyak daun cengkeh yang diadsorpsinya (eugenol MSa-0,1 > M0). Sedangkan S0-0; Sa-0,5; Sa-1; dan Sa-2 tidak efektif digunakan sebagai adsorben untuk meningkatkan kejernihan minyak daun cengkeh, karena warna minyak hasil adsorpsinya (MS0-0; MSa-0,5; MSa-1; MSa-2) masih mendekati warna minyak yang tanpa diadsorpsi (M0), berwarna kecoklatan (tidak jernih). Penyebab terjadinya hal ini, diduga karena sifat fisiko-kimia S0-0; Sa-0,5; Sa-1; dan Sa-2 kurang baik dibandingkan Sa-0 dan Sa-0,1. Walaupun Sa-1 memiliki luas permukaan tertinggi, tetapi tidak didukung dengan keasaman permukaan dan basal spacing d001 yang tinggi pula, sehingga daya adsorpsinya menjadi lebih rendah. Dengan demikian dari tingkat kejernihan, kandungan eugenol dalam minyak daun cengkeh hasil adsorpsi, dan data berat adsorbat, Sa-0,1 cocok digunakan sebagai

adsorben untuk meningkatkan kualitas minyak daun cengkeh. Selanjutnya adsorben Sa-0,1 digunakan untuk menentukan waktu dan volume adsorpsi optimum.

Waktu dan Volume Adsorpsi Optimum

Tujuan penentuan waktu dan volume optimum adsorpsi adalah untuk mengetahui waktu minimum dibutuhkan sejumlah adsorben untuk dapat menjernihkan minyak daun cengkeh, dan volume maksimum minyak daun cengkeh yang masih dapat dijernihkan sejumlah tertentu adsorben, tanpa mengurangi kualitas dari minyak daun cengkeh hasil adsorpsi.

Berdasarkan data berat adsorbat pada Gambar 2, waktu minimum yang menghasilkan berat adsorbat terbanyak adalah pada waktu adsorpsi 120 menit.

Gambar 2. Berat Adsorbat yang Terserap oleh Sa-0,1 pada Variasi Waktu Adsorpsi

Pada Gambar 3, menggambarkan bahwa dalam volume 10,0 mL minyak daun cengkeh, adsorben Sa-0,1 dapat menyerap 828,40 mg/g, sedangkan pada volume 20,0 mL terserap 800 mg adsorbat tiap adsorbennya. Kemudian dengan peningkatan volume minyak daun cengkeh (30,0 s/d 50,0 mL) terjadi penurunan berat adsorbat. Sehingga dalam 10,0 mL minyak daun cengkeh, adsorben Sa-0,1 dapat menyerap adsorbat terbanyak. Namun dengan hanya volume 10,0 mL minyak daun cengkeh tidak efektif jika dijadikan volume optimum adsorpsi (volume terlalu sedikit). Dengan demikian, yang dapat dikatakan sebagai volume maksimum yang masih dapat dijernihkan oleh adsorben yaitu pada volume 20,0 mL minyak daun cengkeh, mengingat bahwa kejernihan minyak pada volume adsorpsi tersebut memiliki tingkat kejernihan yang relatif lebih tinggi, dibandingkan dengan volume 30,0; 40,0; dan 50,0 mL.

900    828.40

800

800

700

600

500

400

300

200

100

0

10        20        30        40        50

Volume Adsorpsi (mL)

Gambar 3. Berat Adsorbat yang Terserap oleh Sa-0,1 pada Variasi Volume Adsorpsi

Berdasarkan data-data pendukung di atas, dapat dinyatakan bahwa tiap gram adsorben Sa-0,1 memiliki kapasitas adsorpsi tertinggi terhadap pengotor dalam 20,0 mL minyak daun cengkeh dengan waktu pengadukan 120 menit, yang menghasilkan tingkat kejernihan serta kandungan eugenol dalam minyak daun cengkeh hasil adsorpsinya tidak mengalami penurunan, dibandingkan minyak daun cengkeh sebelum diadsorpsi.

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

  • 1.    Pengaruh interkalasi variasi konsentrasi BKC ke dalam montmorillonit teraktivasi asam sulfat 1,5 M terhadap sifat fisiko-kimianya, antara lain :

  • a)    Terjadi peningkatan basal spacing d001 pada lempung montmorillonit teraktivasi H2SO4 1,5 M (Sa-0) dan lempung montmorillonit teraktivasi H2SO4 1,5 M terinterkalasi BKC 0,1%   (Sa-0,1),

dibandingkan lempung montmorillonit tanpa dimodifikasi (S0-0).

  • b)    Luas permukaan tertinggi dimiliki oleh montmorillonit teraktivasi H2SO4 1,5 M terinterkalasi BKC 1% (Sa-1), sebesar 27,7885 m2/g.

  • c)    Lempung Sa-0,1 mempunyai keasaman permukaan tertinggi, 1,0135 ± 0,0110 mmol/g.

  • 2.    Tiap gram adsorben Sa-0,1 memiliki kapasitas adsorpsi tertinggi terhadap pengotor dalam 20,0 mL minyak daun cengkeh dengan waktu adsorpsi optimum selama 120 menit.

Saran

  • 1.    Perlu dilakukan kajian mengenai pengaruh suhu pemanasan pada saat interkalasi BKC ke dalam lempung montmorillonit terhadap kapasitas adsorpsinya.

  • 2.    Perlu dilakukan kajian mengenai analisis luas permukaan adsorben dengan Gas Soption Analyzer.

  • 3.    Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai identifikasi adsorbat hasil serapan adsorben.

UCAPAN TERIMA KASIH

Terima kasih penulis ucapkan kepada Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan Nasional yang telah memberikan dana penelitian dan kepada Ni Ketut Esati, S.Si. atas bantuannya dalam pengumpulan data.

DAFTAR PUSTAKA

McNair, H.M., and E.J. Bonelli, 1988, Dasar Kromatografi Gas, cet. 5, a.b. Padmawinata, K., ITB, Bandung

Nurdin, A., Mulyana, A., dan Hadi, S., 2001, Isolasi Eugenol dari Minyak Daun Cengkeh Skala Pilot Plant, Jurnal Sains dan Teknologi Indonesia, 3(9), 58-62

Sastrohamidjojo, H., 2004, Kimia Minyak Atsiri, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta

Sekarini, N.W., 2005, Studi Interkalasi Lempung Bentonit dengan Garam Amonium Kuarterner dan Pemanfaatannya sebagai Pengikat Ion Pb2+, Skripsi, Jurusan Kimia FMIPA Universitas Udayana, Bukit Jimbaran

Simpen, I.N., 2001, Interkalasi Lempung Bentonit dan Pemanfaatannya (Kajian Pustaka), Review Kimia, 4(2), 1-5

Simpen, I.N., 2001, Preparasi dan Karakterisasi Lempung Montmorillonit Teraktivasi Asam Terpilar TiO2, Tesis, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta

Suarya, P., 2008, Adsorpsi Pengotor Minyak Daun Cengkeh oleh Lempung Teraktivasi Asam, Review Kimia, 2(1), 19-24

Suarya, P., 2005, Preparasi Lempung Terpilar Besi Oksida dan Pemanfaatannya Sebagai Adsorben Pengotor Minyak Daun Cengkeh, Tesis, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta

Susianah, T., 2005, Interkalasi Surfaktan Kationik ke dalam Struktur Antarlapis Lempung Bentonit dan Pemanfaatannya sebagai Adsorben Pengotor Minyak Daun Cengkeh, Tesis, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta

Tan, K.H., 1991, Dasar-dasar Kimia Tanah, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta

Wijaya, K., Mudasir, Tahir, I., dan Asean, F., 2003, Inklusi Senyawa p-Nitroanilin Suarya, P., 2008, Adsorpsi Pengotor Minyak Daun Cengkeh oleh Lempung Teraktivasi Asam, Review Kimia, 2(1), 19-24

46