PREPARASI DAN KARAKTERISASI LIMBAH BIOMATERIAL CANGKANG KERANG DARAH (ANADARA GRANOSA) DARI PANTAI MUARA GADING MAS SEBAGAI BAHAN DASAR BIOKERAMIK (Skripsi)
Oleh AYU SEVTIA ANGGRAINI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2016
ABSTRACT
PREPARATION AND CHARACTERIZATION WASTE BIOMATERIAL COCKLE SHELLS (ANADARA GRANOSA) FROM MUARA GADING MAS SEA AS BASIC MATERIALS BIOCERAMIC
By Ayu Sevtia Anggraini
This preparationhas been done for cockle shells (Anadara granosa) with the aims from this preparation are to determine the effect of calcination temperature on the functional groups, microstructure, crystal structure and thermal analysis of materials for bioceramics. The cockle shellssamples obtained by preparation. Cockle shells that has been prepared then calcined at thedifferent temperatures of 500 °C, 800 °C and 1000 °C, and then characterized. Thermal analysis by DTA / TG mass shrinkage difference occurs with calcium carbonate shells commercial was 2.17%. The results of FTIR shown in the sample before calcination are functional groups such as O-H, C-H, C-O and Co32-. After calcination shown the functional groups such as O-H, C-H and Ca-O. The results of XRD analysis showed before calcination have phase aragonite in calcium carbonate phase. Calcium carbonate becomes calcium oxide after calcinations at a temperature of 800 °C. SEM characterization results shown the sample results have a surface structure and a different particle size, which before calcination and after calcination. The result of EDS characterization indicates that the largest content contained in the sample is Ca.
Keywords: cockleshells (Anadara granosa), calcinations, calcium carbonate, calcium oxide.
i
ABSTRAK
PREPARASI DAN KARAKTERISASI LIMBAH BIOMATERIAL CANGKANG KERANG DARAH (ANADARA GRANOSA) DARI PANTAI MUARA GADING MAS SEBAGAI BAHAN DASAR BIOKERAMIK
Oleh Ayu Sevtia Anggraini
Telah dilakukan preparasi cangkang kerang darah (Anadara granosa) dengan tujuan untuk mengetahui pengaruh suhu kalsinasi terhadap gugus fungsional, mikrostruktur, struktur kristal dan sifat termal bahan pembuatan biokeramik. Cangkang kerang darah yang digunakan diperoleh dengan mempreparasi sampel. Cangkang kerang darah yang telah dipreparasi kemudian dikalsinasi pada suhu yang berbeda yaitu 500 °C, 800 °C dan 1000 °C, lalu dikarakterisasi. Analisis dengan DTA/TG terjadi selisih penyusutan massa cangkang kerang dengan kalsium karbonat komersil sebesar 2,17 %. Karakterisasi dengan FTIR menunjukkan dalam sampel sebelum kalsinasi terdapat gugus fungsi O-H, C-H, C-O dan CO32-. Setelah kalsinasi menunjukkan gugus fungsi O-H, C-H dan Ca-O. Hasil analisis XRD menunjukkan sebelum kalsinasi memiliki fasa kalsium karbonat fasa aragonite. Setelah kalsinasi kalsium karbonat terdekomposisi menjadi kalsium oksida pada suhu 800 °C. Hasil karakterisasi menggunakan SEM memperlihatkan hasil sampel memiliki struktur permukaan dan ukuran partikel yang berbeda, yang sebelum kalsinasi dan setelah kalsinasi. Hasil karakterisasi EDS menunjukkan bahwa kandungan terbesar yang terdapat pada sampel adalah Ca.
Kata kunci: Cangkang kerang darah (Anadara granosa), kalsinasi, kalsium karbonat, kalsium oksida.
ii
PREPARASI DAN KARAKTERISASI LIMBAH BIOMATERIAL CANGKANG KERANG DARAH (ANADARA GRANOSA) DARI PANTAI MUARA GADING MAS SEBAGAI BAHAN DASAR BIOKERAMIK
Oleh Ayu Sevtia Anggraini
Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar SARJANA SAINS pada Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2016
RIWAYAT HIDUP
Penulis yang bernama lengkap Ayu Sevtia Anggraini, dilahirkan di Mulya Kencana-Tulang Bawang pada tanggal 18 September 1993 dari pasangan berbahagia Bapak Sumardi dan Ibu Suparmi sebagai anak ke satu dari dua bersaudara.
Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar di SD Negeri 3 Kotagajah pada tahun 2006, melanjutkan pendidikan Sekolah Menengah Pertama di SMP Negeri 2 Kotagajah tahun 2008, dan Sekolah Menengah Atas di SMA Negeri 1 Kotagajah pada tahun 2011. Pada tahun yang sama penulis diterima sebagai mahasiswa di Universitas Lampung, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam melalui jalur PMPAP.
Selama menjadi mahasiswa penulis aktif dalam Himpunan Mahasiswa Fisika Universitas Lampung anggota kaderisasi HIMAFI. Penulis pernah menjadi asisten Praktikum Fisika Dasar I dan Praktikum Biokeramik. Penulis melaksanakan Praktik Kerja Lapangan (PKL) di PT. Semen Baturaja (Persero) Tbk, Site Panjang, Bandar Lampung pada tahun 2014 dengan judul “Analisa Pengaruh SO3 Terhadap Uji Pengikatan Semu (False Set) Pada Semen OPC “.
vii
MOTTO
Tak Selamanya yang Kita Harapkan Akan Terwujud dan Tak Selamanya yang Kita Takutkan Akan Terjadi, Percayakan pada Allah (Ayu Sevtia Anggraini)
Kita Ibaratkan Hujan adalah Air Mata dan Panas adalah Sebuah Perjuangan. Maka Butuh Keduanya untuk Melihat Pelangi yang Indah (Hendra Permana)
Anda Boleh Lelah, Anda Boleh Putus Asa Tapi Anda Tidak Boleh BERHENTI!!!!!!!
viii
PERSEMBAHAN
Dengan ketulusan dan rasa syukur kepada Allah SWT kupersembahkan karya ku ini kepada:
“ Kedua orang tua ku (Sumardi dan Suparmi) motivator terbesar dalan hidupku yang telah memberikan kasih sayang, dukungan materi, semangat serta mendoakan bagi kesuksesan dan keberhasilan anaknya”
“Adikku tercinta (Bella Friana Sadinda) yang telah memberikan motivasi untuk menyelesaikan skripsi ini”
“Fisika 2011”
“Almamater Tercinta”
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan kesehatan dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Preparasi Dan Karakterisasi Limbah Biomaterial Cangkang Kerang Darah (Anadara granosa) Dari Pantai Muara Gading Mas Sebagai Bahan Dasar Biokeramik”. Adapun tujuan penulisan skripsi ini adalah sebagai salah satu persyaratan untuk mendapatkan gelar S1 dan juga melatih mahasiswa untuk berpikir cerdas dan kreatif dalam menulis karya ilmiah.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam skripsi ini, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun. Akhir kata, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua.
Bandar Lampung, April 2016 Penulis,
Ayu Sevtia Anggraini
x
SANWACANA
Penulisan skripsi ini tentu tidak terlepas dari bantuan semua pihak yang tulus membantu, membimbing dan mendoakan. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada:
1. Ibu Dra. Dwi Asmi, M.Si., Ph.D sebagai pembimbing yang tulus mengajari dan membantu
penulis
dalam
penelitian,
membimbing
dan
memberikan
pemahaman. 2. Bapak Drs. Pulung Karo Karo, M.Si sebagai dosen penguji yang telah memberikan masukan dan koreksi dalam penyelesaian skripsi ini. 3. Bapak Drs. Syafriadi selaku Pembimbing Akademik. 4. Ibu Dr. Yanti Yulianti, M.Si selaku Ketua Jurusan Fisika FMIPA Unila. 5. Bapak Prof. Drs. Warsito, S.Si., DEA., Ph. D selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Unila. 6. Teman penelitianku Desty Wulan Neniaty, Laras Pancawati dan Ulil Ulfah, terimakasih atas kerjasama, dan bantuannya selama penelitian, banyak hal yang sudah kita lalui bersama. 7. Teman-teman Fisika 2011: Dita, Ratna, Luluk, Nindy, Umi R, Dewi, Shella, Nika, dan semua yang tidak bisa disebutkan satu per satu terimakasih untuk kebersamaan selama ini. 8. Seperjuanganku Ellin, Leni, Aya, Gesty, Ria, Ita yang lebih dulu mendapat gelar, terimakasih atas semangat dan dukungannya selama ini. 9. Kakak tingkat Fisika FMIPA Unila: Alvy (Rival), Vina, Irene, Helrita, Mb Jayanti, terimakasih untuk dukungan, perhatian dan bantuannya. 10. Adik tingkat Fisika FMIPA Unila: Mona, Diah, Rosa, Jayanti, Tiwi, terimakasih untuk dukungan dan bantuannya. xi
11. Keluarga kostan Wisma Rizky: Bp Nurdin, Ibu Nur, Ratna, Selvi, Sylvia, Diana, Widya, Yunsi, Desi dan semua yang tidak bisa disebutkan satu per satu, terimakasih untuk kebersamaan dan kekeluargaan yang terjalin selama ini. 12. Keluarga 40 hari (MGM-KKN): Lidya dan Duwi terimakasih masih memberi semangat walau jarang jumpa. 13. Johan Setiawan, terimakasih atas semua kasih, semangat, doa, pengertian, waktu, dan dukungan dalam penyelesaian skripsi ini, serta yang telah banyak mengajariku pemikiran yang lebih dewasa. 14. Hendra Permana, terimakasih selalu siap siaga untuk memberi nasehat, atas pengertian, waktu luang dan semua bantuan yang diberikan. 15. Kakak serta adik di Jurusan Fisika FMIPA Unila. 16. Semua pihak yang terlibat dalam penyelesaian skripsi ini.
Semoga atas segala bantuan, doa, motivasi, dan dukungan menjadi yang terbaik untuk penulis, dan kiranya semuanya diridhoi Allah SWT. Penulis berharap kiranya skripsi ini bermanfaat bagi semuanya.
Bandar Lampung, April 2016 Penulis
Ayu Sevtia Anggraini
xii
DAFTAR ISI
halaman ABSTRACT ......................................................................................................... i ABSTRAK ........................................................................................................... ii HALAMAN JUDUL ........................................................................................... iii HALAMAN PERSETUJUAN ........................................................................... iv HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................. v PERNYATAAN ................................................................................................... vi RIWAYAT HIDUP ............................................................................................. vii MOTTO ............................................................................................................... viii PERSEMBAHAN ................................................................................................ ix KATA PENGANTAR ......................................................................................... x SANWACANA .................................................................................................... xi DAFTAR ISI ........................................................................................................ xiii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xv DAFTAR TABEL ............................................................................................... xviii I.
PENDAHULUAN A. Latar Belakang .......................................................................................... B. Rumusan Masalah ..................................................................................... C. Batasan Masalah ........................................................................................ D. Tujuan Penelitian....................................................................................... E. Manfaat Penelitian.....................................................................................
1 4 5 5 5
II. TINJAUAN PUSTAKA A. Kerang Darah (Anadara granosa)............................................................. 7 1. Mengenal Kerang Darah ..................................................................... 7 2. Klasifikasi dan Morfologi Kerang Darah ............................................ 7 3. Penelitian Terkait Pemanfaatan Limbah Cangkang ............................ 10 B. Kalsium Karbonat (CaCO3) ...................................................................... 12 C. Kalsinasi ................................................................................................... 14 D. Biokeramik ................................................................................................ 14 E. Biomaterial ................................................................................................ 15 F. Karakterisasi Material ............................................................................... 15 1. Differential Thermal Analysis (DTA) ................................................. 16 2. Fourier Transform Infra Red (FTIR) .................................................. 17 3. X-Ray Diffraction (XRD) .................................................................... 18
xiii
4. Scanning Electron Microscopy (SEM) ............................................... 20 III. METODE PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Penelitian ................................................................... 24 B. Alat dan Bahan Penelitian ......................................................................... 24 C. ProsedurPenelitian ..................................................................................... 25 D. Diagram Alir ............................................................................................. 26 1. Preparasi Bahan Dasar .......................................................................... 27 2. Pengeringan Cangkang Kerang Darah ................................................. 27 3. Pencucian Sampel Pada Larutan........................................................... 27 4. Karakterisasi DTA (Differential Thermal Analysis) ........................... 28 5. Karakterisasi FTIR (Fourier Transform Infra Red) ............................ 28 6. Karakterisasi XRD (X-Ray Diffraction) .............................................. 30 7. Karakterisasi SEM (Scanning Electron Microscopy) .......................... 31
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Preparasi Cangkang Kerang Darah .................................................. 32 B. Hasil Karakterisasi Sampel ....................................................................... 34 1. Analisis Differential Thermal Analysis (DTA/TG) .............................. 34 2. Analisis X-Ray Diffraction (XRD) ....................................................... 38 3. Analisis Fourier Transform Infra Red (FTIR) ..................................... 46 4. Analisis Scanning Electron Microscopy (SEM-EDS) .......................... 57 V. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan.................................................................................................68 B. Saran...........................................................................................................69 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar
halaman
2.1 Struktur Morfologi Pelecypoda ..................................................................... 9 2.2 Penampang Melintang Cangkang dan Mantel Kerang Darah ....................... 10 2.3 Analisis Differential Thermal Analysis (DTA) ............................................. 16 2.4 Pengaturan Eksperimental Untuk FTIR ........................................................ 17 2.5 Hukum Bragg Sinar X ................................................................................... 19 2.6 Diagram Skematik Scanning Electron Microscopy (SEM) .......................... 22 3.1 Diagram Alir Penelitian ................................................................................ 26 4.1 Cangkang Kerang Darah yang telah Dibersihkan (a) Menggunakan Air Biasa dan (b) Menggunakan Larutan H2SO4 .......................................................... 32 4.2 Cangkang Kerang Darah (a) Sebelum Dikalsinasi, (b) Kalsinasi Suhu 500 °C, (c) Suhu 800 °C dan (d) Suhu 1000 °C ......................................................... 33 4.3 Hasil DTA Serbuk Cangkang Kerang Darah ................................................ 34 4.4 Hasil TGA Serbuk Cangkang Kerang Darah ................................................ 35 4.5 Hasil DTA Kalsium Karbonat Komersil ....................................................... 36 4.6 Hasil TGA Kalsium Karbonat Komersil ....................................................... 36 4.7 Perbandingan DTA (a) Cangkang Kerang dan (b) Kalsium Karbonat ......... 37 4.8 Perbandingan TG (a) Cangkang Kerang dan (b) Kalsium Karbonat ............ 38 4.9 Hasil XRD Cangkang Kerang Darah Sebelum Kalsinasi ............................. 39 4.10 Hasil XRD Cangkang Kerang Darah Kalsinasi 500 C ............................... 40 xv
4.11 Hasil XRD Cangkang Kerang Darah Kalsinasi Suhu 800 C ..................... 41 4.12 Hasil XRD Cangkang Kerang Darah Kalsinasi Suhu 1000 C ................... 42 4.13 Hasil XRD Cangkang Kerang Darah (a) Sebelum Dikalsinasi, (b) Kalsinasi Suhu 500 °C, (c) Suhu 800 °C dan (d) Suhu 1000 °C ................................ 43 4.14 Hasil XRD Kalsium Karbonat Komersil Sebelum Dikalsinasi ................... 44 4.15 Hasil XRD Kalsium Karbonat Komersil Kalsinasi Suhu 500 C ............... 44 4.16 Hasil XRD Kalsium Karbonat Komersil Kalsinasi Suhu 800 C ............... 46 4.17 Hasil XRD Kalsium Karbonat Komersil Kalsinasi Suhu 1000 C .............. 46 4.18 Hasil XRD Kalsium Karbonat Komersil (a) Sebelum Kalsinasi, (b) Kalsinasi Suhu 500 °C, (c) Suhu 800 °C dan (d) Suhu 1000 °C ................................ 47 4.19 Hasil FTIR Cangkang Kerang Darah Sebelum Kalsinasi ........................... 47 4.20 Hasil FTIR Cangkang Kerang Darah Kalsinasi Suhu 500 °C ..................... 49 4.21 Hasil FTIR Cangkang Kerang Darah Kalsinasi Suhu 800 °C .................... 50 4.22 Hasil FTIR Cangkang Kerang Darah Kalsinasi Suhu 1000 °C .................. 51 4.23 Hasil FTIR Cangkang Kerang Darah (a) Sebelum Kalsinasi, (b) Kalsinasi Suhu 500 °C, (c) Suhu 800 °C, dan (d) Suhu 1000 °C ................................ 52 4.24 Hasil FTIR Serbuk Kalsium Karbonat Komersil Sebelum Dikalsinasi ...... 53 4.25 Hasil FTIR Serbuk Kalsium Karbonat Komersil Kalsinasi 500 °C ............ 54 4.26 Hasil FTIR Serbuk Kalsium Karbonat Komersil Kalsinasi 800 °C ............ 55 4.27 Hasil FTIR Serbuk Kalsium Karbonat Komersil Kalsinasi 1000 °C .......... 56 4.28 Hasil FTIR Serbuk Kalsium Karbonat Komersil (a) Sebelum Kalsinasi, (b) Kalsinasi 500 °C, (c) 800 °C dan (d) 1000 °C ............................................ 57
xvi
4.29 Hasil SEM Cangkang Kerang Darah Perbesaran 5000x (a) Sebelum Dikalsinasi, (b) Kalsinasi Suhu 500 °C, (c) Suhu 800 °C dan (d) Suhu 1000 °C ................................................................................................................ 58 4.30 Hasil EDS Cangkang Kerang Darah Sebelum Dikalsinasi .......................... 60 4.31 Hasil EDS Cangkang Kerang Darah Kalsinasi Suhu 500 °C ...................... 61 4.32 Hasil EDS Cangkang Kerang Darah Kalsinasi Suhu 800 °C ..................... 62 4.33 Hasil EDS Cangkang Kerang Darah Kalsinasi Suhu 1000 °C ................... 62 4.34 Hasil SEM Serbuk Kalsium Karbonat Komersil Perbesaran 5000x (a) Sebelum Dikalsinasi, (b) Kalsinasi Suhu 500 °C, (c) Suhu 800 °C dan (d) Suhu 1000 °C .............................................................................................. 63 4.35 Hasil EDS Kalsium Karbonat Komersil Sebelum Dikalsinasi ................... 64 4.36 Hasil EDS Kalsium Karbonat Komersil Kalsinasi Suhu 500 °C ................ 65 4.37 Hasil EDS Kalsium Karbonat Komersil Kalsinasi Suhu 800 °C ................. 66 4.38 Hasil EDS Kalsium Karbonat Komersil Kalsinasi Suhu 1000 °C ............... 66
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel
halaman
2.1 Sifat-sifat fisika dan kimia kalsium karbonat (CaCO3) .................................. 13
xviii
1
I.
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Kecamatan Labuhan Maringgai merupakan salah satu Kecamatan yang ada di Kabupaten Lampung Timur. Menurut sumber Lampung Timur dalam angka (2012) luas wilayah Kecamatan Labuhan Maringgai adalah 19.498,73 hektar dengan jumlah desa sebanyak 11 desa. Berdasarkan Peraturan Daerah Kabupaten Lampung Timur (2012) tentang rencana tata ruang wilayah menyebutkan bahwa luas kawasan pertanian untuk Kecamatan Labuhan Maringgai kurang lebih 2.886 hektar dan luas kawasan pantai berhutan bakau di Kecamatan Labuhan Maringgai kurang lebih 3.202 hektar. Didalam Peraturan Daerah Kabupaten Lampung Timur Nomor 4 Tahun 2012 disebutkan bahwa perkotaan Labuhan Maringgai berfungsi sebagai pusat pengembangan perdagangan dan jasa pendukung kegiatan pertanian serta
pusat
pengembangan
perikanan.
Pengembangan
kawasan
berupa
pengembangan kegiatan pariwisata, perikanan dan perkampungan nelayan yang meliputi wilayah pesisir yang terdapat di Kecamatan Labuhan Maringgai yaitu Desa Muara Gading Mas. Sentra pengolahan hasil laut dipusatkan di Kecamatan Labuhan Maringgai di desa Muara Gading Mas dan desa Margasari. Desa Muara Gading Mas merupakan desa yang terletak di wilayah pesisir laut Kecamatan Labuhan Maringgai. Sebagian besar masyarakat kawasan Muara Gading Mas berkecimpung di sektor kelautan dan perikanan terutama nelayan,
2
pembudidayaan
dan
pengolahan
ikan.
Berdasarkan
Badan
Perencanaan
Pembangunan Daerah Kabupaten Lampung Timur (2003) wilayah laut yang berada di Kabupaten Lampung Timur meliputi areal seluas 1.152 Km2 termasuk pantai Muara Gading Mas. Pantai Muara Gading Mas memiliki hasil laut yang melimpah, diantaranya adalah ikan, udang, cumi-cumi, kepiting, remis, rajungan dan kerang. Menurut Suwignyo, dkk (2005) jenis kerang yang sering menjadi konsumsi masyarakat yaitu kerang darah (Anadara granosa), kerang bulu (Anadara antiquata) dan kerang hijau (Mytilus virdis). Kerang darah (Anadara granosa) merupakan salah satu jenis kerang yang dihasilkan dari pantai Muara Gading Mas. Kerang darah (Anadara granosa) adalah spesies kerang yang hidup di daerah pantai berpasir atau berlumpur. Kerang darah yang dikenal sebagai cockle ini merupakan kelompok kerang yang memiliki belahan cangkang yang melekat satu sama lain pada batas cangkang. Lapisan luar cangkang umumnya berwarna putih dan berselaputkan suatu lapisan berwarna kecokelatan (Ghufran, 2011). Disebut kerang darah karena kelompok kerang ini memiliki pigmen darah merah atau haemoglobin yang disebut bloody cockles, sehingga kerang ini dapat hidup pada kondisi kadar oksigen yang relatif rendah (Nurjanah, dkk, 2005). Kerang darah (Anadara granosa) memiliki beberapa kegunaan, salah satunya adalah diolah sebagai makanan. Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan Nurjanah, dkk (2005) kandungan pada daging kerang darah mentah berupa protein sebesar 19,48 %, air 74,37 %, dan lemak 2,48 %, sedangkan pada daging kerang darah rebus kandungan protein sebesar 23,23 %, air 65,69 %, dan lemak 7,01 %. Peningkatan
3
nilai kandungan pada protein dan lemak karena penurunan kadar air yang disebabkan oleh proses pemanasan sehingga air bebas terlepas dari bahan. Menurut Afranita, dkk (2014) cangkang kerang darah yang merupakan bahan sisa produksi bahan makanan dapat menimbulkan limbah. Hafisko, dkk (2014) mengungkapkan sebagian besar kandungan mineral dalam cangkang adalah kalsium yang dapat digunakan untuk mensintesis hidroksiapatit. Senyawa hidroksiapatit ini disintesis dari kalsium dan fosfat. Sumber kalsium dapat diperoleh dengan memanfaatkan limbah cangkang, salah satunya adalah cangkang kerang darah (Anadara granosa). Kalsium fosfat merupakan bahan keramik biomaterial yang baik untuk tulang karena bersifat bioaktif dan memiliki biokompatibilitas yang baik karena memiliki komposisi yang sama dengan tulang. Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan Mohamed et al (2012) diketahui kandungan kalsium pada cangkang kerang darah (Anadara granosa) sebesar 28,85 % , sedangkan hasil penelitian yang dilakukan oleh Islam et al (2011) diperoleh kandungan kalsium sebesar 45,08 %. Senyawa utama yang ada dalam cangkang kerang darah adalah kalsium karbonat (Lesbani, dkk, 2013). Kalsium karbonat adalah salah satu mineral nonsilikat yang paling luas tersebar. Berbagai bentuk kalsium karbonat dikenal sebagai kalsit, aragonit, batu kapur, batu pualam dan kapur tembok. Perbedaan dalam cara pembentukannya menyebabkan keenam mineral itu berbeda dalam penampilan dan kegunaannya. Meskipun rupanya berbeda-beda, semua bentuk ini adalah kalsium karbonat (Keenan, 1992). Hasil penelitian yang dilakukan Mohamed et al (2012) diperoleh hasil bahwa pada cangkang kerang darah (Anadara granosa) mengandung kalsium karbonat sebesar 98,99 %, sedangkan
4
hasil penelitian Bharatham et al (2014) kandungan kalsium karbonat pada cangkang kerang darah (Anadara granosa) sebesar 95,7 % atau 96 %. Berdasarkan beberapa hasil penelitian yang telah dilakukan, limbah dari cangkang kerang darah (Anadara granosa) dapat dimanfaatkan diantaranya adalah pemanfataan limbah cangkang kerang darah (Anadara granosa) dalam sintesis nanohidroksiapatit sebagai bone implan untuk kerusakan tulang (Hafisko, dkk, 2014), sintesis dan karakterisasi kalsium karbonat (kalsit) partikel nano dari cangkang kerang menggunakan kitosan sebagai prekursor (Hariharan et al, 2014) , pemanfaatan limbah cangkang kerang darah (Anadara granosa) dalam produksi biodiesel dari minyak sawit (Boey et al, 2011) dan karakterisasi cangkang kerang kalsium karbonat biokeramik untuk aplikasi rekayasa jaringan tulang (Hoque et al, 2013). Berdasarkan uraian di atas maka mendorong penulis untuk melakukan penelitian preparasi dan karakterisasi limbah biomaterial cangkang kerang darah (Anadara granosa) dari pantai Muara Gading Mas sebagai bahan dasar biokeramik. Dengan melakukan analisis karakterisasi menggunakan Differential Thermal Analysis (DTA/TG) untuk mengetahui analisis termal, X-Ray Difraction (XRD) untuk mengetahui struktur kristal, Scanning Electron Microscopy (SEM) untuk mengetahui mikrostruktur dan Fourier Transform Infra-Red (FTIR) untuk mengetahui gugus fungsional.
B. Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Bagaimana mempreparasi limbah cangkang kerang darah (Anadara granosa)?
5
2. Bagaimana pengaruh suhu kalsinasi terhadap karakterisasi limbah biomaterial cangkang kerang darah (Anadara granosa)?
C. Batasan Masalah Pada penelitian ini dilakukan pengujian dan pengamatan dengan batasan masalah sebagai berikut: 1. Bahan dasar pembuatan biokeramik menggunakan bahan dasar dari cangkang kerang darah (Anadara granosa) berasal dari pantai Muara Gading Mas. 2. Kalsinasi bahan pada suhu 500 °C, 800 °C dan 1000 °C. 3. Karakterisasi bahan yang digunakan meliputi XRD, DTA/TG, SEM dan FTIR.
D. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh suhu kalsinasi cangkang kerang darah (Anadara granosa) sebagai bahan dasar pembuatan biokeramik meliputi: 1. Mensintesis bahan dasar biokeramik dengan menggunakan bahan dasar limbah cangkang kerang darah (Anadara granosa). 2. Mengetahui pengaruh suhu kalsinasi terhadap gugus fungsional, mikrostruktur, struktur kristal dan sifat termal bahan pembuatan biokeramik menggunakan bahan dasar dari cangkang kerang darah dengan teknik FTIR, SEM, XRD dan DTA.
E. Manfaat Penelitian Manfaat dari dilakukannya penelitian ini adalah: 1. Dapat mensintesis dan mengetahui gugus fungsi, mikrostruktur, struktur kristal dan sifat termal pembuatan biokeramik menggunakan bahan dasar dari
6
cangkang kerang darah (Anadara granosa) dengan perbedaan kenaikan suhu kalsinasi 500 °C, 800 °C dan 1000 °C. 2. Menjadi bahan acuan bagi penelitian berikutnya yang ingin meneruskan mengenai pembuatan bahan dasar biokeramik dari bahan baku cangkang kerang darah (Anadara granosa) dengan perlakuan yang sama. 3. Hasil penelitian ini dapat digunakan sebagai alternatif dalam pemilihan bahan dasar untuk pembuatan biokeramik.
7
II.
TINJAUAN PUSTAKA
A. Kerang Darah (Anadara granosa) 1. Mengenal Kerang Darah (Anadara granosa) Kerang darah, kerang dagu, kopiri atau kosa yang dikenal sebagai cockle adalah sekelompok kerang yang memiliki belahan cangkang yang sama melekat satu sama lain pada batas cangkang. Cangkang berukuran sedikit lebih panjang dibanding tingginya tonjolan (umbo). Setiap belahan cangkang memiliki 19-23 cm. Lapisan luar cangkang umumnya berwarna putih, berselaputkan suatu lapisan berwarna kecokelatan. Pada spesies Anadara granosa, jalur-jalur radier terputusputus. Lapisan dalam cangkang umumnya berwarna putih keruh. Kerang darah hidup terbenam dibawah permukaan tanah pada kedalaman perairan 0-1 m, serta memiliki substrat pasir berlumpur. Pertumbuhan kerang darah tergolong lambat, hanya 0,098 mm/hari. Kerang darah memakan makanan dengan cara menyaring (filter feeder) (Ghufran, 2011).
2. Klasifikasi dan Morfologi Kerang Darah (Anadara granosa) Kelas Pelecypoda atau Bivalvia meliputi kerang, tiram, remis dan sebangsanya. Pada dasarnya Pelecypoda mempunyai cangkang setangkup dan sebuah mantel yang berupa dua daun telinga atau cuping yang simetri bilateral. Kerang tidak mempunyai radula seperti Gastropoda dan tidak mempunyai kepala atau tentakel
8
yang nyata. Kerang darah (Anadara granosa) merupakan jenis kerang yang termasuk kedalam kelas Pelecypoda dan dapat diklasifikasikan sebagai berikut: Kingdom
: Animalia
Filum
: Mollusca
Kelas
: Pelecypoda / Bivalvia
Sub Kelas
: Lamelladibranchia
Ordo
: Taxodonta
Family
: Arcidae
Genus
: Anadara
Spesies
: Anadara granosa
Tiram, kerang dan sebangsanya mempunyai dua cangkang di kedua sisi tubuh yang disebut tangkup (valve) (Romimohtarto dan Juwana, 2001). Cangkang terdiri dari dua bagian seperti pada Gambar 2.1, kedua cangkang tersebut disatukan oleh suatu sendi elastis yang disebut hinge (terletak di permukaan dorsal). Bagian dari cangkang yang membesar atau menggelembung dekat sendi disebut umbo (bagian cangkang yang umurnya paling tua). Disekitar umbo terdapat garis konsentrasi yang menunjukkan garis interval pertumbuhan dan sel epitel bagian luar dari mantel menghasilkan zat pembuat cangkang.
9
Gambar 2.1. Struktur morfologi Pelecypoda (Rusyana, 2013).
Cangkang terdiri dari 3 lapisan seperti pada Gambar 2.2 yaitu: a) Periostrakum Lapisan tipis paling luar yang terbuat dari bahan organik konkiolin, sering tidak ada pada bagian umbo. b) Prismatik Lapisan bagian tengah yang terbuat dari kristal-kristal kapur (kalsium karbonat). c) Nakreas Lapisan bagian dalam yang terbuat dari kristal-kristal kalsium karbonat dan mengeluarkan bermacam-macam warna jika terkena cahaya. Sering juga disebut lapisan mutiara. Lapisan nakreas dihasilkan oleh seluruh permukaan mantel, sedangkan lapisan periostrakum dari lapisan prismatik dihasilkan oleh bagian tepi mantel (Rusyana, 2013).
10
Gambar 2.2. Penampang melintang cangkang dan mantel kerang darah (Anadara granosa) (Rusyana, 2013).
3. Penelitian Terkait Pemanfaatan Limbah Cangkang Kerang Darah Penelitian mengenai pemanfaatan limbah cangkang kerang darah (Anadara granosa) sebelumnya pernah dilakukan oleh Muntamah (2011) yaitu sintesis dan karakterisasi hidroksiapatit dari limbah cangkang kerang darah (Anadara granosa). Pada penelitian ini dilakukan sintesis hidroksiapatit menggunakan kalsium dari limbah cangkang kerang darah karena limbah cangkang kerang darah banyak terdapat di Indonesia. Metode sintesis yang digunakan adalah metode kering dan metode basah. Hasil penelitian ini diperoleh cangkang kerang darah yang digunakan untuk sintesis dikalsinasi pada suhu 1000°C selama 24 jam untuk menghasilkan kalsium oksida yang merupakan bahan dasar sintesis hidroksiapatit. Kadar kalsium dalam cangkang kerang dari hasil kalsinasi pada suhu 1000 °C selama 24 jam diperoleh sebesar 61,23 % berdasarkan bobot kering yang diukur dengan menggunakan Atomic Absorption Spectrometer (AAS). Sedangkan hasil
11
identifikasi EDX untuk metode kering memperlihatkan komposisi hasil sintesis yang didominasi oleh kalsium hingga 23 % dan untuk metode basah komposisi kalsium sebesar 27 %. Selain penelitian yang dilakukan Muntamah, penelitian menggunakan limbah cangkang kerang darah dilakukan oleh Islam et al (2011). Penelitian ini dilakukan karakterisasi kalsium karbonat dan polymorphs dari cangkang kerang darah (Anadara granosa). Hasil penelitian ini diperoleh besarnya kandungan kalsium pada cangkang kerang darah dengan menggunakan EDX sebesar 45,08 %. Pada cangkang kerang darah selain kandungan kalsium terdapat kandungan kalsium karbonat yang cukup besar. Mohamed et al (2012) melakukan penelitian terkait dekomposisi kalsium karbonat pada cangkang kerang darah yang memperoleh hasil bahwa analisis menggunakan X-ray Fluorescence (XRF) diperoleh besarnya kandungan kalsium karbonat sebesar 98,99 % dan analisis struktur kristal menggunakan X-ray Diffraction (XRD) menjelaskan bahwa cangkang kerang darah terdiri dari aragonite. Ini adalah salah satu jenis bentuk kristal kalsium karbonat selain calcite dan vaterite. Meskipun calcite adalah bentuk kristal kalsium karbonat paling stabil, aragonit memiliki kepadatan lebih tinggi dan kekerasan yang tinggi. Selain penelitian Mohamed, penelitian menggunakan cangkang kerang darah dilakukan oleh Bharatham et al (2014) yaitu pemanfaatan limbah cangkang kerang darahyang berpotensi sebagai biomaterial. Berdasarkan hasil analisis menggunakan XRD menghasilkan struktur kristalografi dari kalsium karbonat berbentuk aragonite dan hasil analisi FTIR menunjukkan bahwa kerang jenis Mollusca memiliki karakterisasi mineral dan fisika kimia hampir sama serta memiliki kandungan kalsium karbonat sebesar
12
95,7 % atau 96 % sehingga berpotensi untuk digunakan sebagai bahan rekayasa jaringan tulang.
B. Kalsium Karbonat (CaCO3) Kalsium karbonat adalah salah satu mineral nonsilikat yang paling luas tersebar. Sebagai batu kapur, kalsium karbonat merupakan bahan mentah untuk produkproduk yang berguna, yaitu kapur dan kapur mati (kapur yang telah dicampur air). Kalsium karbonat mengendap bila karbon dioksida dialirkan bergelembung melalui suatu larutan air kapur. Berbagai bentuk kalsium karbonat dikenal sebagai calcite, aragonite, batu kapur, batu pualam dan kapur tembok (Keenan, 1992).
Sifat-sifat kimia kalsium karbonat (CaCO3) adalah: 1. Tidak mudah terbakar dan bersifat stabil. 2. Dapat diperoleh secara alami dalam bentuk barang tambang berupa kapur. 3. Merupakan endapan yang dapat diperoleh dari reaksi antara kalsium klorida dan natrium karbonat. CaCl2 + Na2CO3→ CaCO3 + 2NaCl
(2.1)
4. Bereaksi dalam air CaCO3 + 2H2O → Ca(OH)2 + H2O + CO2
(2.2)
5. Bereaksi dengan asam sulfat membebaskan CO2. CaCO3 + H2SO4→ CaSO4 + H2O + CO2
(2.3) (Patnaik, 2003).
13
Tabel 2.1. Sifat-Sifat Fisika dan Kimia Kalsium Karbonat (CaCO3). Bentuk
Padat
Warna
Abu-abu muda
Bau
Tidak berbau
Ambang bau
Tidak berlaku
pH
9,5-10,5 pada 100 g/l 20 oC (bubur)
Titik lebur
825 oC (penguraian)
Titik didih/rentang didih
Tidak berlaku
Titik nyala
Tidak menyala
Laju penguapan
Tidak tersedia informasi
Sifat mudah-menyala
Tidak berlaku
(padatan,gas) Batas ledakan bawah
Tidak berlaku
Batas ledakan atas
Tidak berlaku
Tekanan uap
Tidak tersedia informasi
Berat jenis uap relatif
Tidak tersedia informasi
Berat jenis relatif
Tidak tersedia informasi
Kelarutan dalam air
0,014 g/l pada 20 oC
Koefisien partisi (n-oktanol/air)
Tidak tersedia informasi
Suhu swa-sulut/suhu penyulutan
Tidak tersedia informasi
otomatis Suhu penguraian
Ca 825 oC
Viskositas, dinamis
Tidak tersedia informasi
Sifat peledak
Tidak diklasifikasikan sebagai mudah meledak
Sifat oksidator
Tidak ada
Suhu menyala
Tidak mudah terbakar
Densitas curah
Ca 400-1400 kg/m3
Sumber: Anonim, 2012.
14
C. Kalsinasi Kalsinasi merupakan pengkomposisian senyawa keramik yang berbentuk serbuk atau padatan pada suhu dibawah titik leleh dengan tujuan untuk membuang komposisi yang tidak diperlukan. Proses kalsinasi adalah proses pembakaran tahap awal yang merupakan reaksi dekomposisi secara endhothermic dan berfungsi untuk melepaskan gas-gas dalam bentuk karbonat atau hidroksida sehingga menghasilkan serbuk dalam bentuk oksida dengan kemurnian yang tinggi. Kalsinasi dilakukan pada suhu tinggi yang suhunya tergantung pada jenis bahannya. Kalsinasi diperlukan sebagai penyiapan serbuk keramik untuk diproses lebih lanjut dan juga untuk mendapatkan ukuran partikel yang optimum serta menguraikan senyawa-senyawa dalam bentuk garam atau dihidrat menjadi oksida, membentuk fase kristal (Jonghe dan Rahaman, 2003).
D. Biokeramik Biokeramik adalah salah satu jenis material keramik lanjutan yang didefiniskan sebagai produk keramik atau komponen yang digunakan dalam medical dan dental industry, terutama sebagai implant ataupun organ pengganti. Biokeramik dapat digunakan didalam tubuh tanpa adanya penolakan dari tubuh karena adanya sifat biocompatibility, chemical stability, kepadatan rendah, ketahanan arus yang tinggi dan memiliki komposisi yang sama dengan fase mineral dari jaringan keras dalam tubuh manusia (tulang dan gigi) (Herliansyah, dkk, 2010). Para ilmuwan sedang menyelidiki penggunaan teknik manufaktur lama dan baru untuk membuat biokeramik lebih bentuk kompleks. Teknik ini berkisar dari teknik tembikar dengan metode manufaktur terbaru untuk suhu tinggi keramik. Tujuan utama teknik ini adalah partikel fabrikasi biokeramik atau perangkat
15
dalam bentuk yang diinginkan dengan cara konsisten. Teknik ini digunakan untuk membuat biokeramik penggantian jaringan keras atau integrasi perangkat dalam jaringan sekitarnya. Penggantian jaringan keras biokeramik akan digunakan untuk menahan beban. Oleh karena itu dibutuhkan implan biokeramik dengan kepadatan dan kekuatan yang cocok untuk meniru tulang. Kepadatan biokeramik sangat menentukan kekuatan keseluruhan. Teknik yang digunakan untuk memproduksi biokeramik padat adalah injection molding, pengecoran gel, mikroemulsi biocontinuous, mikroemulsi terbalik, emulsi dan aditif (Billotte, 2000).
E. Biomaterial Biomaterial adalah semua material yang digunakan untuk menggantikan atau memperbaiki fungsi jaringan tubuh. Biomaterial banyak digunakan dibidang kesehatan. Material yang digunakan sebagai biomaterial harus biokompatibel dan memiliki sifat fisik dan mekanik yang memadai sebagai pengganti atau pengganda dari jaringan tubuh. Secara umum biomaterial dibagi menjadi 2 jenis yaitu biomaterial sintetik dan biomaterial alami. Sebagian besar biomaterial sintetik digunakan untuk implantasi. Pada umumnya material yang digunakan dibagi menjadi beberapa kategori yaitu logam, keramik, polimer dan komposit. Sedangkan biomaterial alam memiliki keuntungan yaitu material ini hampir sama dengan material yang ada pada tubuh (Davis, 2003).
F. Karakterisasi Material Beberapa teknik karakterisasi digunakan untuk mengetahui karakteristik dari material yang dihasilkan pada penelitian ini antara lain Differential Thermal
16
Analysis (DTA), Fourier Transform Infra-Red (FTIR), X-Ray Diffraction (XRD), dan Scanning Electron Microscopy (SEM).
1. Differential Thermal Analysis (DTA) Analisis termal DTA digunakan untuk mengukur perubahan aliran energi. Pada metode tersebut dapat dilakukan pemanasan dan pendinginan terprogram, akan tetapi umumnya operasi dilakukan dengan menaikkan temperatur secara perlahanlahan. Ruang sampel dapat mengandung udara, oksigen, nitrogen, argon dan lainlain atau vakum. Sampel dalam jumlah beberapa puluh miligram cukup memadai. DTA menampilkan perubahan yang terjadi selama pemanasan sampel yang meliputi pelepasan atau absorpsi energi.
Gambar 2.3. Analisis termal diferensial (DTA) (Smallman dan Bishop, 2000).
Diagram pada Gambar 2.3, sampel S dan material pembanding R yang inert secara kimiawi dan termal (alumina sinter atau silika yang diendapkan) ditempatkan dalam blok pemanas dan dipanaskan perlahan-lahan. Termokopel di S dan R dihubungkan berlawanan dan perbedaan temperatur antar termokopel diperkuat dan digambarkan terhadap temperatur. Daerah puncak merupakan fungsi perubahan entalpi dan karakteristik massa dan termal dari sampel S. DTA
17
umumnya dianggap sebagai metode semi kuantitatif atau metode kualitatif (Smallman dan Bishop, 2000).
2. Fourier Transform Infra-Red (FTIR) Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) adalah salah satu dari dua getaran spektroskopi (infrared dan raman) teknik yang banyak digunakan dalam industri. FTIR memberikan informasi kualitatif, semi kuantitatif dan kuantitatif pada struktur kimia dan karakteristik fisik. Sampel padat, cair atau gas dapat dianalisis dalam jumlah besar atau bentuk film tipis.
Gambar 2.4. Pengaturan eksperimental untuk FTIR (Nasrazadani et al, 2010).
Intensitas sinar berinteraksi dengan sampel rasio intensitas I/Io sebagai fungsi dari frekuensi cahaya yang memberikan spektrum dalam tiga bentuk yaitu sebagai transmitansi, reflektansi dan absorbansi. Banyaknya getaran yang terjadi bersamaan menghasilkan penyerapan spektrum yang kompleks yang merupakan karakteristik unik dari kelompok fungsional yang terdiri dari molekul dan atom. Sebuah detektor digunakan untuk membaca intensitas cahaya setelah berinteraksi
18
dengan sampel. Pengaturan dari FTIR ditunjukkan dalam Gambar 2.4 (Nasrazadani et al, 2010). Atom molekul bergetar dengan berbagai cara, tetapi selalu pada tingkat energi yang tercatu. Perlakuan atom-atom sebuah molekul beratom banyak sebagai bola yang terangkai oleh pegas yang fleksibel, hukum gerak menyatakan bahwa akan ada 3n-6 cara (ragam) getaran. Energi getaran rentang untuk molekul organik bersesuaian dengan radiasi inframerah dengan bilangan gelombang antara 1200 dan 4000 cm-1. Bagian dari spektrum inframerah ini berguna untuk mendeteksi adanya gugus fungsi dalam senyawa organik. Daerah ini sering dinyatakan sebagai daerah gugus fungsi karena kebanyakan gugus fungsi yang dianggap penting oleh para kimiawan organik mempunyai serapan khas dan nisbi tetap pada panjang gelombang tersebut. Daerah spektrum inframerah pada frekuensi di bawah 1600 cm-1 biasanya memperlihatkan banyak puncak. Terlalu banyaknya puncak sehingga tak dapat menafsirkannya secara lengkap, akan tetapi cakupan spektrum sangat berguna dalam analisis akhir cuplikan. Puncak adalah khas untuk senyawa tertentu, sehingga bagian spektrum tersebut biasanya dinyatakan sebagai daerah sidik jari. Spektrum inframerah dapat diperoleh dari cuplikan berupa padatan, cairan atau gas. Sebuah sifat khas metode ini ialah bahwa kaca tidaklah tembus cahaya dalam radiasi inframerah (Pineet al, 1988).
3. X-Ray Diffraction (XRD) Pada tahun 1912 seorang ahli fisika Jerman bernama Max Von Laue mengemukakan bahwa sebuah kristal dapat berperan sebagai difraksi tiga dimensional asal panjang gelombang dari radiasi sama besarnya dengan kekuatan
19
jarak antara partikel-partikel dalam zat padat. Keadaan ini dipenuhi oleh sinar X, yang mempunyai panjang gelombang kira-kira 0,1 nm (100 pm atau 1 Å).
Gambar 2.5. Hukum Bragg Sinar X (Brady, 1999).
Bila sebuah kristal disiram oleh sinar X, setiap atom dari kristal dalam jalan sinar X akan mengabsorbsi sebagian dari energinya, kemudian akan dipantulkannya kembali ke segala arah. Setiap atom merupakan sumber pengeluaran gelombang kecil sekunder dan sinar X dikatakan akan disebarkan oleh atom-atom. Pengeluaran gelombang kedua dari berbagai sumber akan saling mempengaruhi, saling memperkuat atau menghilangkan. Dua orang ahli dari Inggris, William Bragg dan putranya Lawrence mencoba mengerjakan fraksi dari sinar X seperti suatu refleksi. Dalam percobaan Bragg, sinar X yang menembus kristal dianggap sedang direfleksi oleh lapisan partikel-partikel yang berulangulang dalam zatnya seperti pada gambar diatas. Bragg menunjukkan bahwa untuk melihat adanya intensitas pada sinar X yang keluar, suatu hubungan yang relatif
20
sederhana harus dipenuhi. Hubungan ini yang dikenal sebagai persamaan Bragg adalah: 2d sin θ = nλ
(2.4)
Dimana d adalah ruang antara lapisan yang berulang yang memantulkan sinar X, θ sudut dimana sinar X masuk dan keluar dari lapisan-lapisan bersangkutan, λ adalah panjang gelombang dari sinar X dan n adalah bilangan bulat (n = 1, 2, 3 dan sebagainya). Persamaan Bragg ini berguna sebagai dasar untuk mempelajari struktur kristal dengan cara difraksi oleh sinar X (Brady, 1999). Analisis bahan dalam bentuk serbuk halus merupakan cara penelitian dengan sinar-x yang paling banyak diterapkan. Berkas sinar-x yang sejajar diarahkan pada serbuk karena terdapat partikel serbuk dalam jumlah yang cukup banyak dengan orientasi yang berbeda, berkas yang terdifraksi akan membentuk kerucut difraksi dengan sudut 2θ. Kerucut difraksi mengenai pita film pada dua tempat, masingmasing membentuk sudut 2θ dengan garis berkas keluar-masuk. Diperoleh kerucut terpisah (atau sepasang garis difraksi) untuk setiap nilai dhkl tertentu. Jadi, letak garis difraksi dapat ditentukan dan jarak d dapat dihitung dengan menggunakan persamaan nλ=2d sinθ. Difraksi sinar-x adalah sarana yang serbaguna dalam penentuan struktur intern bahan (Vlack, 1980).
4. Scanning Electron Microscopy (SEM) Scanning Electron Microscopy (SEM) adalah alat deteksi yang menggunakan sinar elektron berenergi tinggi untuk melihat objek pada skala yang sangat kecil. Scanning Electron Microscopy (SEM) adalah microscope yang menggunakan hamburan elektron dalam membentuk bayangan. SEM menghasilkan bayangan
21
dengan resolusi yang tinggi, yang maksudnya adalah pada jarak yang sangat dekat tetap dapat menghasilkan perbesaran yang maksimal tanpa memecahkan gambar. SEM terdiri dari dua bagian utama, yaitu konsol elektronik dan kolom electron. Pada konsol terdapat tombol-tombol yang berguna untuk mengatur fokus, perbesaran, dan intensitas gambar pada tampilan layar. Kolom merupakan tempat berkas elektron dihasilkan, difokuskan ke suatu titik kecil dan di scan melewati sampel untuk membuat sinyal yang dapat mengontrol intensitas gambar pada layar.
Gambar 2.6. Diagram skematik scanning electron microscopy (SEM) (Zhou dan Wang, 2006). Sistem SEM modern membutuhkan penembak elektron yang menghasilkan elektron stabil dengan arus tinggi, tempat ukuran kecil, penyesuaian energi dan dispersi energi kecil. Beberapa jenis penembak elektron digunakan dalam sistem SEM dan kualitas elektron beam yang bervariasi. Penembak elektron SEM
22
pertama umumnya digunakan tungsten hairpin atau Lantanum Hexaboride (LaB6) katoda. Penembak elektron tungsten banyak digunakan dalam banyak aplikasi terutama untuk pembesaran. Penembak elektron yang banyak digunakan terdiri dari tiga bagian, yaitu filamen berbentuk V penjepit tungsten (katoda), sebuah silinder wehnelt dan anoda seperti pada Gambar 2.6 filamen tungsten berdiameter sekitar 100 m. Filamen berbentuk V dipanaskan sampai suhu lebih dari 2800 oK dengan menerapkan arus filamen tersebut elektron dapat terlepas dari permukaan ujung filamen. Sebuah potensi negatif bervariasi dalam kisaran 0,1-30 kV diterapkan pada tungsten dan wehnelt silinder dengan tegangan tinggi. Sebagai anoda, medan listrik antara filamen dan plat anoda mempercepat elektron menuju anoda di emisi termionik. Elektron memiliki lintasan luas menyebar dari filamen tip. Sebuah potensi negatif antara silinder wehnelt dan filamen disebut bias (Zhou and Wang, 2006).
24
III.
METODOLOGI PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilakukan pada bulan Juni sampai dengan Desember 2015 di Laboratorium Fisika Material FMIPA Unila. Kalsinasi dan uji DTA/TG dilakakukan di Laboratorium Biomassa Kimia FMIPA Unila. Uji XRD dan FTIR dilakukan di Laboratorium UIN Jakarta. Uji SEM-EDX dilakukan di Laboratorium Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi Kelautan (P3GL), Bandung.
B. Alat dan Bahan Penelitian Adapun alat yang digunakan pada penelitian ini diantaranya yaitu oven untuk mengeringkan bahan, panci untuk merebus cangkang kerang darah, sikat untuk membersihkan cangkang kerang darah, blender sebagai penghancur cangkang kerang darah, baskom untuk mencuci cangkang kerang darah dengan larutan, mortar dan pestle untuk menggerus cangkang kerang darah setelah di blender, ayakan untuk mengayak bubuk cangkang kerang darah setelah digerus, ball mill untuk menggiling bubuk cangkang kerang darah agar lebih halus dan alat-alat karakterisasi seperti Fourier Transform Infrared (FTIR), SEM (Scanning Electron Microscopy), X-RayDiffraction (XRD), dan Differential Thermal Analysis (DTA). Sedangkan bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu cangkang kerang
25
darah (Anadara granosa), H2SO4, aquades, ethanol dan kalsium karbonat komersil.
C. Prosedur Penelitian Adapun prosedur pada penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Mengeluarkan bagian dalam cangkang dan membersihkan cangkang hingga bersih. 2. Membersihkan cangkang dari kotoran yang ada dengan menggunakan air bersih secara berulang-ulang. 3. Merebus cangkang selama 5 jam. 4. Mengeringkan dalam oven pada suhu 100°C selama 3 jam. 5. Membuat larutan H2SO4 dengan komposisi 5 %:95 % (5 % H2SO4 dan 95 % aquades). 6. Membersihkan bagian yang menempel pada cangkang menggunakan larutan tersebut dengan cara disikat. 7. Mencuci dengan air hingga bersih. 8. Mengeringkan dalam oven pada suhu 250 °C selama 3 jam. 9. Kemudian diblender hingga halus, diayak menggunakan ayakan dan digerus 3 jam menggunakan mortar dan pestle. 10. Menggiling bubuk cangkang kerang darah dengan menggunakan alat ball mill selama 2 jam. 11. Bahan siap untuk digunakan. 12. Mengkarakterisasi bahan dasar dengan DTA untuk cangkang kerang darah dan bahan komersil.
26
13. Mengkalsinasi bahan pada suhu 500 °C, 800 °C dan 1000 °C dengan waktu penahanan 3 jam. Melakukan hal yang sama pada kalsium karbonat komersil. 14. Mengkarakterisasi XRD, SEM-EDX dan FTIR bahan yang sudah dikalsinasi.
D. Diagram Alir Prosedur penelitian dapat dijelaskan melalui diagram alir seperti ditunjukkan pada Gambar 3.1. Mulai
Pengambilan cangkang kerang darah (Anadara granosa)
Dibersihkan menggunakan air dan dioven suhu 100 °C
Dibersihkan menggunakan larutan H2SO4 dan dioven suhu 250 °C
Ball milling selama 2 jam
Serbuk cangkang kerang
Tanpa kalsinasi
FTIR
DTA
XRD
Kalsinasi
SEM
FTIR
Selesai Gambar 3.1. Diagram alir penelitian.
SEM
XRD
27
Berikut ini adalah uraian penjelasan mengenai diagram alir yang ditunjukkan pada Gambar 3.1 1. Preparasi Bahan Dasar Cangkang kerang darah sebagai sampel pada awalnya masih kotor. Untuk mendapatkan sampel yang diinginkan agar dapat diteliti melalui suatu proses dengan cara mengkarakterisasi bahan, sehingga perlu dilakukan preparasi bahan terlebih dahulu. Preparasi bahan dimulai dari memilih bentuk cangkang kerang darah dengan ukuran dan struktur yang sesuai sebagai bahan penelitian. Kemudian membersihkan kotoran-kotoran pada cangkang dan mencuci berulangulang menggunakan air bersih. 2. Pengeringan Cangkang Kerang Darah Setelah diperoleh bahan dasar sebagai sampel penelitian, dilakukan perebusan cangkangmenggunakan panci selama 5 jam dan pengeringan dengan oven pada suhu 100 °C selama 3 jam. 3. Pencucian Sampel Pada Larutan Hasil cangkang kerang darah yang diperoleh pada tahapan sebelumnya kemudian dicuci menggunakan larutan H2SO4 dengan komposisi 5 % H2SO4 dan 95 % aquades yang bertujuan untuk menghilangkan kotoran yang menempel pada cangkang dengan cara disikat. Berikutnya mencuci bersih menggunakan air bersih. Tahap selanjutnya mengeringkan dalam oven pada suhu 250 °C selama 3 jam. Kemudian cangkang diblender hingga halus, diayak, digerus 3 jam menggunakan mortar dan pestle dan digiling menggunakan alat ball mill selama 2 jam untuk mendapatkan bubuk cangkang kerang darah yang lebih halus. Bahan siap untuk digunakan.
28
4. Karakterisasi DTA (Differential Thermal Analysis) Karakterisasi menggunakan DTA (Differential Thermal Analysis) dilakukan untuk menganalisis sifat termal dan stabilitas bahan. Langkah-langkah yang dilakukan dalam proses DTA adalah: a.
Menyiapkan cawan platina kosong untuk digunakan sebagai sampel referensi dan memasukkan serbuk sampel hidroksiapatit kedalam cawan platina sebagai sampel yang akan diuji.
b.
Meletakkan kedua cawan platina pada posisi vertikal di sampel holder dengan memutar posisi furnace kearah sampel holder yang dilanjutkan dengan mengatur setting temperatur yaitu Tstart= 50°C, Tpengukuran= 1000 °C heating read (kenaikan suhu = 10 °C/menit).
c.
Kemudian menekan tombol power furnace pada posisi “ON” untuk pemanasan akan bekerja sesuai dengan program yang telah diatur, saat inilah grafik pada monitor komputer akan terlihat dan akan diamati sampai temperatur Tpengukuran tercapai menurut program yang telah diatur. Apabila Tpengukuran telah tercapai maka power furnace dapat dimatikan yaitu pada posisi “OFF” dan selanjutnya melakukan print hasil pengukuran.
5. FTIR (Fourier Transform Infra Red) Karakterisasi menggunakan FTIR (Fourier Transform Infra Red) dilakukan untuk mengetahui gugus fungsi bahan. Langkah-langkah yang dilakukan dalam proses FTIR adalah: a. Menimbang sampel halus sebanyak ± 0,1 gram. b. Menimbang sampel padat (bebas air) dengan massa ± 1 % dari berat KBr.
29
c. Mencampur KBr dan sampel ke dalam mortal dan mengaduk hingga keduanya rata. d. Menyiapkan cetakan pellet, mencuci bagian sampel, base dan tablet frame dengan kloroform. e. Memasukkan sampel KBr yang telah dicampur dengan set cetakan pellet. f. Menghubungkan dengan pompa vakum untuk meminimalkan kadar air. g. Meletakkan cetakan pompa hidrolik dan memberikan tekanan sebesar ± 8 gauge. h. Menghidupkan pompa vakum selama 15 menit. i. Mematikan pompa vakum, kemudian menurunkan tekanan dalam cetakan dengan cara membuka keran udara. j. Melepaskan pellet KBr yang telah terbentuk dan menempatkan pellet KBr pada tablet holder. k.
Menghidupkan
alat
dengan
mengalirkan
sumber
arus
listrik,
alat
interferometer dan komputer. l.
Mengklik ”shortcut FTIR 8400” pada layar komputer yang menandakan program interferometer.
m. Menempatkan sampel dalam alat interferometer, kemudian mengklik FTIR 8400 pada komputer dan mengisi data. n.
Mengklik “sampel star” untuk memulai dan untuk memunculkan harga gelombang mengklik ”Clac” pada menu, kemudian mengklik “peak table” kemudian mengklik ”OK”.
o.
Mematikan komputer, alat interferometer dan sumber listrik.
30
6. XRD (X-Ray Diffraction) Karakterisasi menggunakan XRD (X-Ray Diffraction) dilakukan untuk mengetahui struktur kristal bahan. Langkah-langkah yang dilakukan dalam proses XRD adalah: a. Menyiapkan sampel yang akan dianalisis, kemudian merekatkannya pada kaca dan memasang pada tempatnya berupa lempeng tipis berbentuk persegi panjang (sampel holder) dengan lilin perekat. b. Memasang sampel yang telah disimpan pada sampel holder kemudian meletakkannya pada sampel stand dibagian goniometer. c. Memasukkan parameter pengukuran pada software pengukuran melalui komputer pengontrol, yaitu meliputi penentuan scan mode, penentuan rentang sudut, kecepatan scan cuplikan, memberi nama cuplikan dan memberi nomor urut file data. d. Mengoperasikan alat difraktometer dengan perintah “start” pada menu komputer, dimana sinar-X akan meradiasi sampel yang terpancar dari target Cu dengan panjang gelombang 1,5406 Å. e.
Melihat hasil difraksi pada komputer dan itensitas difraksi pada sudut 2 tertentu dapat dicetak oleh mesin printer.
f.
Mengambil sampel setelah pengukuran cuplikan selesai.
g.
Data yang terekam berupa sudut difraksi (2 ), besarnya intensitas (I), dan waktu pencatatan perlangkah (t).
h.
Setelah data diperoleh analisis kualitatif dengan menggunakan searchmatch analisys yaitu membandingkan data yang diperoleh dengan data standard (data base PDF = Power Diffraction File data base).
31
7. SEM (Scanning Electron Microscopy) Karakterisasi SEM dilakukan untuk mengetahui mikrostruktur bahan. Langkahlangkah dalam proses SEM adalah: a.
Memasukkan sampel yang akan dianalisa ke vacuum column, dimana udara akan dipompa keluar untuk menciptakan kondisi vakum. Kondisi vakum ini diperlukan agar tidak ada molekul gas yang dapat mengganggu jalannya elektron selama proses berlangsung.
b.
Elektron ditembakkan dan akan melewati berbagai lensa yang ada menuju ke satu titik di sampel.
c.
Sinar elektron tersebut akan dipantulkan ke detektor lalu ke amplifier untuk memperkuaat signal sebelum masuk ke komputer untuk menampilkan gambar atau image yang diinginkan.
68
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut: 1. Selisih penyusutan massa sampel dari hasil analisis DTA/TG pada cangkang kerang darah dengan kalsium karbonat komersil sebesar 2,17 % karena kenaikan suhu di atas 400 °C. 2. Hasil analisis XRD sebelum dikalsinasi pada cangkang kerang darah mengandung kalsium karbonat dengan fasa aragonite, sedangkan pada kalsium karbonat komersil memiliki fasa calcite. Setelah dikalsinasi pada suhu 800 °C dan 1000 °C pada cangkang kerang darah dan kalsium karbonat komersil mengandung kalsium oksida serta muncul kalsium hidroksida dikarenakan reaksi antara kalsium oksida dengan uap air di udara. 3. Hasil analisis FTIR sebelum dikalsinasi pada cangkang kerang darah menunjukkan gugus karbonat fasa aragonite, sedangkan pada kalsium karbonat komersil menunjukkan fasa calcite. Setelah dikalsinasi pada suhu 800 °C dan 1000 °C pada cangkang kerang darah dan kalsium karbonat komersil menunjukkan gugus Ca-O, C-H dan O-H. Hilangnya gugus karbonat dikarenakan proses kalsinasi serta munculnya gugus O-H karena proses karbonasi.
69
4. Hasil analisis SEM sebelum dikalsinasi pada cangkang kerang darah menunjukkan bentuk rod-like, sedangkan pada kalsium karbonat komersil menunjukkan bentuk cube-like. Setelah dikalsinasi pada suhu 800 °C dan 1000 °C ukuran partikel pada cangkang kerang darah dan kalsium karbonat komersil menjadi berubah, hal ini dikarenakan proses kalsinasi. 5. Hasil analisis EDS sebelum kalsinasi pada cangkang kerang darah dan kalsium karbonat komersil menunjukkan kandungan terbesar adalah unsur Ca, selain itu terdapat unsur lain berupa O, Cu, Al, Mg, Sr. Setelah proses kalsinasi persentasi dari unsur-unsur tersebut mengecil dan muncul senyawa CaO. B. Saran Pada penelitian selanjutnya diharapkan lebih berhati-hati dalam memperlakukan sampel setelah dikalsinasi agar sampel tidak terkontaminasi dengan udara sehingga diperoleh hasil yang lebih baik dan dapat digunakan untuk bahan dasar biokeramik.
DAFTAR PUSTAKA
Afranita, G., Anita, S., dan Hanifah, T.A. 2014. Potensi Abu Cangkang Kerang Darah (Anadara granosa) sebagai Adsorben Ion Timah Putih. Jurnal Online Mahasiswa. Vol.1. No.1. Hal: 1-5.
Anonim. 2012. Lembar Data Keselamtan Bahan. Jakarta: Merck Indonesia. Arifin, F., dan Martomi, S. 2009. Keramik (Advance Ceramics) sebagai Material Alternatif di Bidang Kesehatan. Abstrak. Jurnal Austenit. Vol.1. No.1. Hal: 1-7.
Billotte, W.G. 2000. The Biomedical Engineering Handbook: Second Edition. Boca Raton: CRC Press LLC.
Bharatham, H., Zakaria, Md.Z.A.B., Perimal, E.K., Yusof, L.M., and Hamid, M. 2014. Mineral and Physiochemical Evaluation of Cockle Shell (Anadara granosa) and Other Selected Molluscan Shell as Potential Biomaterials. Sains Malaysiana. Vol.43. No.7. Pp:1023-1029.
Boey, P.L., Maniam, G.P., Hamid, S.A., and Ali, D.M.H. 2011. Utilization of Waste Cockle Shell (Anadara Granosa) in Biodiesel Production from Palm Olein: Optimization using Response Surface Methodology. Fuel. Vol.90. Pp: 2352-2358.
Brady, J.E. 1999. Kimia Universitas Asas dan Struktur. Jakarta: Binarupa Aksara.
Davis, J.R. 2003. Handbook Of Materials For Medical Devices. USA: ASM International, Material Park.
Ghufran, M. 2011. Budidaya 22 Komoditas Laut untuk Konsumsi Lokal dan Ekspor. Yogyakarta: Lily Publisher.
Hafisko, H., Ardiyanto dan Trixi, M. 2014. Pemanfataan Limbah Cangkang Kerang Darah (Anadara Granosa) dalam Sintesis Nanohidroksiapatit sebagai Bone Implan Untuk Kerusakan Tulang. Program Kreatifitas Mahasiswa. Bogor: Institut Pertanian Bogor. 3 hlm.
Hamester, M.R.R., Balzer, P.S, and Becker, D. 2012. Characterization of Calcium Carbonate Obtained from Oyster and Mussel Shells and Incorporation in Polypropylene. Materials Research. Vol.15. No.2. Pp: 204-208.
Hariharan, M., Varghese, N., Cherian, Dr.A.B., Sreenivasan, Dr.P.V., Paul, J., and Antony, A. 2014. Synthesis and Characterisation of CaCO3 (Calcite) Nano Particles from Cockle Shells using Chitosan as Precursor. Scientific and Research Publications. Vol.4. Pp: 1-5.
Herliansyah, M.K., Suyitno dan Dewo, P. 2010. Produksi Hidroxyapatite Bone Graft dari Bahan Baku Alami Lokal untuk Pengganti Bone Filler Import pada Aplikasi Biomedis. Abstrak. Yogyakarta: Universitas Gajah Mada.
Hoque, Md.E., Shehryar, M., and Islam, K.Md.N. 2013. Processing and Characterization of Cockle Shell Calcium Carrbonate (CaCO3) Bioceramic for Potential Application in Bone Tissue Engineering. Material Science & Engineering. Vol.2. Pp: 1-5. Hu, S., Wang, Y., and Han, H. 2011. Utilization of Waste Freshwater Mussel Shell As An Economic Catalyst for Biodiesel Production. Biomass and Bioenergy. Vol.35. Pp: 3627-3625.
Islam, Kh.N., Zuki, Md., Noordin, M.M., Zobir, M., Rahman, N.S.B.A., and Ali, Md.E. 2011. Characterisation of Calcium Carbonate and its Polymorphs from Cockle Shells (Anadara granosa). Powder Technology. Vol.213. Pp: 188-191.
Jonghe, L.C.De and Rahaman, M.N. 2003. Handbook of Advanced Ceramics. USA: University of Missouri-Rolla.
Keenan, C.W., Kleinfelter, D.C., and Wood, J.H. 1992. Ilmu Kimia Untuk Universitas. Jakarta: Erlangga.
Lesbani, A., Kurniawati, R., dan Mohadi, R. 2013. Produksi Biodiesel Melalui Reaksi Transesterifikasi Minyak Jelantah dengan Katalis Cangkang
Kerang Darah (Anadara granosa) Hasil Dekomposisi. Cakra Kimia Indonesian E-Journal of Applied Chemistry. Vol.1. Hal: 1-7.
Muntamah. 2011. Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit dari Limbah Cangkang Kerang Darah (Anadara granosa, sp). Skripsi. Bogor: Institut Pertanian Bogor.
Mohamed, M., Rashidi, N.A., Yusup, S., Teong, L.K., Rashid, U., and Ali, R.M. 2012. Effects of Experimental Variables on Conversion of Cockle Shell to Calcium Oxide using Thermal Gravimetric Analysis. Journal of Cleaner Production. Vol.37. Pp: 394-397.
Mohamed, M., Yusup, S., and Maitra, S. 2012. Decomposition Study of Calcium Carbonate in Cockle Shell. Engineering Science and Technology. Vol.7. Pp: 1-10.
Nasrazadani, S., Mielke, D., Springfield, T., and Ramasamy, N. 2010. Practical Applications of FTIR to Characterize Paving Materials. Texas: University of North Texas.
Nurjanah, Z., dan Kustiyariyah. 2005. Kandungan Mineral dan Proksimat Kerang Darah (Anadara granosa) yang diambil dari Kabupaten Boalemo, Gorontalo. Buletin Teknologi Hasil Perikanan. Vol.8. Hal: 15-24.
Patnaik, P. 2003. Handbook of Inorganic Chemicals. USA: Mc Graw-Hill. Pine, S.H., Hendrickson, J.B., Cram, D.J., dan Hammond, G.S. 1988. Kimia Organik 1. Bandung: ITB.
Qoniah, I., dan Prasetyoko, D. 2011. Penggunaan Cangkang Bekicot Sebagai Katalis Untuk Reaksi Transesterifikasi Refined Palm Oil. Prosiding Skripsi. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh November.
Rashidi, N.A., Mohamed, M., and Yusup, S. 2012. The Kinetic Model of Calcination and Carbonation of Anadara Granosa. International Journal of Renewable Energy Research. Vol.2. No.3. Pp: 497-503.
Romimohtarto, K., dan Juwana, S. 2001. Biologi Laut Ilmu Pengetahuan Tentang Biota Laut. Jakarta: Djambatan.
Ruiz, M.G., Hernandez, J., Banos, L., Montes, J.N., and Garcia, M.E.R. 2009. Characterization of Calcium Carbonate, Calcium Oxide and Calcium Hydroxide as Starting Point to the Improvement of Lime for Their Use in Construction. Journal of Materials In Civil Engineering. Vol.21. Pp: 694-698.
Rujitanapanich, S., Kumpapan, P., and Wanjanoi, P. 2014. Synthesis of Hydroxyapatite from Oyster Shell Via Precipitation. Energy Procedia. Vol.56. Pp: 112-117.
Rusyana, A. 2013. Zoologi Invertebrata (Teori dan Praktek). Bandung: Alfabeta. Smallman, R.E., dan Bishop, R.J. 2000. Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa Material Edisi Keenam. Jakarta: Erlangga.
Suwignyo, S., Widigdo, B., dan Wardianto, Y. 2005. Avertebrata Air Jilid 1. Jakarta: Penebar Swadaya.
Umbreit, M.H., and Jedrasiewicz, A. 2000. Application of Infrared Spectrophotemetry to the Identification of Inorganic Substances in Dosage Forms of Antacida Group. Acta Poloniae Pharmaceutica. Vol.57. No.2. Pp: 83-91.
Vlack, L.H.V. 1980. Ilmu dan Teknologi Bahan (Ilmu Logam dan Bukan Logam). Jakarta: Erlangga.
Xie, A.J., Shen, Y.H., Zhang, C.Y., Yuan, Z.W., Zhu, X.M., and Yang, Y.M. 2005. Crystal Growth of Calcium Carbonate With Various Morphologies in Different Amino Acid System. Journal of Crystal Growth. Vol: 285. Pp: 436-443.
Zuhra, Husin. H., Hasfita, F., dan Rinaldi, W. 2015. Preparasi Katalis Abu Kulit Kerang Untuk Transesterifikasi Minyak Nyamplung Menjadi Biodiesel. Agritech. Vol.35. No.1. Hal: 69-77.
Zhou, W., and Wang, Z.L. 2006. Scanning Microscopy for Nanotechnology Techniques and Applications. USA: Springer.
