ISOTERM ADSORPSI KATION Mg(II) OLEH SILIKA GEL DARI BAGASSE TEBU
SKRIPSI
Diajukan kepada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan guna Memperoleh Gelar Sarjana
Oleh: Muthia Khadijah 12307141019
PROGRAM STUDI KIMIA JURUSAN PENDIDIKAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA 2016
i
HALAMAN PERSETUJUAN
Skripsi yang be{udul "Isoterm Adsorpsi IGtion Mg(ll) oleh Silika Gel dan Bagasse'feb]d' yang disrxun oleh Muthia Khadijah, NIM 12307141019 ini telah disetuiui oleh pembimbing untuk diujikan.
Yogyakart4 9 Oktober 2016
-d;*
Mengetahui,
NIP. 19680629 199303
Dr. Siti Suldsni. M.S. NrP. 19s11219197803 2 00r
1 001
11
HALAMAN MOTTO
“Boleh jadi kamu membenci sesuatu, padahal ia amat baik bagimu, dan boleh jadi (pula) kamu menyukai sesuatu, padahal ia amat buruk bagimu. Allah mengetahui, sedang kamu tidak mengetahui.” (QS. Al-Baqarah: 216)
“Man Jadda Wa Jada”
(Siapa yang bersungguh-sungguh akan berhasil) “Man Shobaro Zafiro” (Siapa yang bersabar akan beruntung) “Man Saaro 'Alaa Darbi Washola” (Siapa yang berjalan
di jalur-Nya akan sampai)
v
HALAMAN PERSEMBAHAN Alhamdulillah.. Alhamdulillah.. Alhamdulillahirabbil’alamin.. Sujud syukur ku persembahkan kepada Allah yang Maha Pengasih dan Maha Penyayang. Atas karunia serta kemudahan yang Engkau berikan padaku akhirnya Tugas Akhir Skripsi ini dapat terselesaikan. Karya tulis sederhana ini, Ku persembahkan untuk Ayah Ibu dan keluargaku tercinta yang tiada hentinya selama ini memberiku nasihat, doa, dukungan, kasih sayang serta pengorbanan yang tak mungkin dapat ku balas hanya dengan selembar kertas bertuliskan kata cinta dan persembahan ini.
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena dengan rahmat, karunia, serta taufik dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir Skripsi (TAS) yang berjudul “Isoterm Adsorpsi Kation Mg(II) oleh Silka Gel dari Bagasse Tebu”. Dalam menyelesaikan laporan ini penulis banyak mendapatkan bimbingan, pengarahan, dan bantuan yang sangat berharga dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terimakasih kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Rochmat Wahab, M.PD. M.A selaku Rektor Universitas Negeri Yogyakarta. 2. Bapak Dr. Hartono selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta. 3. Bapak Jaslin Ikhsan, Ph.D sebagai Ketua Jurusan Pendidikan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta, sekaligus Dosen Penguji Pendamping yang telah memberikan pertanyaan, saran dan nasihat untuk penulis dalam menyelesaikan tugas akhir skripsi. 4. Ibu Dr. Siti Sulastri, M.S. selaku Dosen Pembimbing saya yang telah banyak memberi saran dan nasihat untuk penulis dalam menyelesaikan tugas akhir skripsi. 5. Ibu Prof. Dr. Endang Widjajanti LFX selaku Penguji Utama yang telah memberikan saran, masukan, dan nasihat bagi penulis dalam menyelesaikan tugas akhir skripsi.
vii
6. Bapak Erfan Priyambodo, M.Si selaku Dosen Pembimbing Akademik dan Sekretaritaris Penguji yang telah memberikan bimbingan, nasehat, serta saran kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir skripsi. 7. Orang tua dan keluarga yang selalu mendoakan, mendukung, dan memberi semangat dalam melaksanakan kegiatan dan penyelesaian Tugas Akhir Skripsi. 8. Seluruh pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir Skripsi ini. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir skripsi ini masih jauh dari kata sempurna. Oleh sebab itu, penulis mengharap kritik dan saran yang membangun demi kesempurnaan tugas akhir ini. Semoga tugas akhir skripsi ini dapat digunakan sebagaimana mestinya dan bermanfaat bagi pembaca dan penulis dalam perbaikan pendidikan di masa yang akan datang.
Yogyakarta, 26 September 2016
Penulis
viii
DAFTAR ISI
Halaman HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................. ii HALAMAN PERNYATAAN .............................................................................. iii HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................. iv HALAMAN MOTTO ........................................................................................... v HALAMAN PERSEMBAHAN .......................................................................... vi KATA PENGANTAR ......................................................................................... vii DAFTAR ISI ......................................................................................................... ix DAFTAR TABEL ............................................................................................... xii DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xiii DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xiv ABSTRAK ........................................................................................................... xv ABSTRACT ........................................................................................................ xvi BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1 A. Latar Belakang Masalah ................................................................................. 1 B. Identifikasi Masalah ....................................................................................... 3 C. Pembatasan Masalah ...................................................................................... 3 D. Rumusan Masalah .......................................................................................... 4 E. Tujuan Penelitian ........................................................................................... 4 F. Manfaat Penelitian ......................................................................................... 4 BAB II KAJIAN TEORI ...................................................................................... 6 A. Deskripsi Teori ............................................................................................... 6 1. Tebu ........................................................................................................ 6 2. Unsur Makro Mg2+ dalam tanaman ........................................................ 7 3. Silika Gel ................................................................................................ 8 5. Metode Sol-Gel..................................................................................... 12 6. Adsorpsi ................................................................................................ 13
ix
7. Kesetimbangan Adsorpsi ...................................................................... 16 8. Difraksi Sinar-X ................................................................................... 21 9. Spektroskopi FTIR .............................................................................. 23 10. Spektroskopi Serapan Atom (SSA) ................................................... 26 B. Penelitian yang Relevan ............................................................................... 29 C. Kerangka Berpikir ........................................................................................ 30 BAB III METODE PENELITIAN .................................................................... 31 A. Subyek dan Obyek Penelitian ...................................................................... 31 B. Variabel Penelitian ....................................................................................... 31 C. Tahapan Pelaksanaan ................................................................................... 31 1. Alat ....................................................................................................... 31 2. Bahan .................................................................................................... 32 3. Prosedur Penelitian ............................................................................... 32 D. Pengelolaan Data.......................................................................................... 36 1. Teknik Pengumpulan Data ................................................................... 36 2. Teknik Analisis Data ............................................................................ 37 BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHSAN ..................................... 40 A. Hasil Penelitian ............................................................................................ 40 1. Hasil Sintesis Silika Gel dari Bagasse tebu ......................................... 40 2. Hasil Analisis Secara Difraksi Sinar-X (XRD) .................................... 40 3. Hasil Analisis Secara Spektroskopi FTIR ............................................ 41 4. Kesetimbangani Kation Mg2+ oleh Silika Gel pada Berbagai Konsentrasi Sorbat ................................................................................ 42 5. Model Isoterm Adsorpsi Kation Mg2+ oleh Silika Gel ........................ 43 B. Pembahasan .................................................................................................. 46 1. Hasil Sintesis Silika Gel dari Bagasse tebu ......................................... 46 2. Hasil Karakterisasi Secara Difraksi Sinar-X ........................................ 53 3. Hasil Karakterisasi Secara Spektroskopi FTIR .................................... 53 4. Kesetimbangan Adsorpsi Kation Mg2+ oleh Silika Gel pada Berbagai Konsentrasi Sorbat ................................................................ 55 5. Model Isoterm Adsorpsi Kation Mg2+ oleh Silika Gel ......................... 56 x
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 59 A. Kesimpulan .................................................................................................. 59 B. Saran ............................................................................................................. 59 DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 60 LAMPIRAN ......................................................................................................... 68
xi
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Serapan Karakteristik Senyawa-Senyawa Organo-Silikon ..................... 25 Tabel 2. Interpretasi Spektra FTIR Silika Kiesel Gel 60 Merck dan Silika Gel ... 54 Tabel 3. Parameter Isoterm Sorpsi ........................................................................ 57
xii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Struktur Kimia Silika Gel ...................................................................... 9 Gambar 2. Kurva Isoterm Adsorpsi Freundlich .................................................... 17 Gambar 3. Ilustrasi Adsorpsi pada Isoterm Langmuir .......................................... 19 Gambar 4. Kurva Isoterm Adsorpsi Langmuir ..................................................... 20 Gambar 5. Proses Atomisasi ................................................................................. 26 Gambar 6. Kurva Kalibrasi ................................................................................... 27 Gambar 7. Hasil Karakterisasi Secara Difraksi Sinar-X Silika Gel ...................... 41 Gambar 8. Spektra FTIR (a) silika Kiesel gel 60 Merck, (b) silika gel dari Bagasse Tebu ...................................................................................... 42 Gambar 9. Grafik Hubungan Antara Daya Adsorpsi Silika dari Bagasse Tebu Terhadap Konsentrasi Awal Mg2+ ...................................................... 43 Gambar 10. Pola Isoterm Langmuir Adsorpsi Ion Mg2+....................................... 45 Gambar 11. Pola Isoterm Freundlich Adsorpsi Ion Mg2+ ..................................... 45 Gambar 12. Reaksi Pembentukan Silika Gel ........................................................ 51
xiii
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Perhitungan Sintesis Silika Gel ........................................................ 69 Lampiran 2. Perhitungan Larutan Eksperimen Adsorpsi ...................................... 71 Lampiran 3. Pembuatan Kurva Standar Larutan Mg2+ ......................................... 76 Lampiran 4. Perhitungan Parameter Isoterm Freundich dan Langmuir ................ 77 Lampiran 5. Skema Penelitian .............................................................................. 82 Lampiran 6. Hasil Karakterisasi Secara XRD, FTIR, dan AAS ........................... 86 Lampiran 7. Dokumentasi Penelitian .................................................................... 89
xiv
Isoterm Adsorpsi Kation Mg(II) oleh Silika Gel dari Bagasse Tebu Oleh : Muthia Khadijah NIM 12307141019 Pembimbing : Dr. Siti Sulastri, M.S. ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk menentukan karakter silika gel dari bagasse tebu, mengetahui pengaruh konsentrasi Mg2+ terhadap daya adsorpsi, serta mengetahui model isoterm adsorpsi kation Mg2+ oleh silika gel. Silika gel dari bagasse tebu telah dibuat melalui proses sol-gel dengan cara menambahkan HCl 1 M ke dalam larutan natrium silikat hingga pH 7 dan terbentuk gel. Gel yang terbentuk dikeringkan menggunakan oven pada suhu 80oC. Silika gel yang didapat dikarakterisasi secara XRD, FTIR, serta diuji kemampuannya untuk adsorpsi kation Mg2+ pada berbagai konsentrasi. Hasil karakterisasi secara Difraksi Sinar-X menunjukkan bahwa silika gel berstruktur amorf, sedangkan untuk karakterisasi FTIR menunjukkan bahwa silika gel telah berhasil disintesis ditandai dengan munculnya puncak serapan pada panjang gelombang 1097,43 yang mengindikasikan adanya gugus Si-O dan puncak serapan pada panjang gelombang 3472,39 yang mengindikasikan adanya gugus –OH. Analisa AAS menunjukkan bahwa penambahan konsentrasi Mg2+ menyebabkan daya adsorpsi silika meningkat. Model isoterm yang sesuai pada adsorpsi silika gel adalah isoterm Langmuir. Hal ini dikarenakan harga R isoterm Langmuir lebih besar daripada harga R pada isotherm Freundlich, yaitu sebesar 0.952. . Kata Kunci: adsorpsi Mg(II), silika, silika gel
xv
Isotherm Adsorption of Mg(II) Kation by Gel Silica from Sugarcane Bagasse By : Muthia Khadijah NIM 12307141019 Supervisior : Dr. Siti Sulastri, M.S. ABSTRACT This research aims to determine the character of gel silica from sugarcane bagasse, to determine the effect of Mg2+ concentration on the adsorption capacity, and to determine the model of adsorption isotherms Mg2+ cation by gel silica. Gel silica from sugarcane bagasse have been prepared through sol-gel method with addition of HCl 1 M to a solution of sodium silicate until pH 7 and formed gel. The gel dried in oven at 80 °C. Gel silica were characterized with XRD, FTIR and used for Mg2+ adsorption for various concentrations. The results of X-Ray Diffraction characterization showed that gel silica had amorphous structure, while the results of FTIR showed that the gel silica have been successfully synthesized which were indicated by the appearance of absorption peaks at wavelengths of 1097.43 indicating the Si-O group and the absorption peak at a wavelength of 3472.39 indicating the -OH group. AAS analysis showed that increasing the concentration of Mg2+ cation caused the increasing adsorption capacity of silica. Isotherm model suitable of adsorption gel silica is Langmuir isotherm, from which the value of R Langmuir isotherm is greater than the value of R on Freundlich isotherm that is 0.952.
Keywords: adsorption of Mg (II), silica, gel silica
xvi
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Ampas atau bagasse tebu adalah zat yang didapatkan dari sisa pengolahan tebu pada industri pengolahan gula pasir. Proses produksi gula menghasilkan bagasse tebu sebesar 90%, gula yang dimanfaatkan hanya 5% dan sisanya berupa tetes tebu (molase) dan air (Witono, 2003). Bagasse tebu merupakan limbah pabrik gula yang pemanfaatannya belum maksimal. Bagasse tebu mengandung serat (selulosa, pentosan, dan lignin), abu, dan air (Syukur, 2006). Beberapa penelitian dilakukan agar nilai dan fungsi dari bagasse tebu semakin bertambah, misalnya digunakan sebagai biomassa (Worathanakul dkk., 2009), untuk membuat silika aerogel (Akhinov, 2010; Arizanova, 2012; Nazriati, 2011), sebagai sumber energi pembakaran (Saechu, 2009), untuk bahan bata (Madurwar et. al., 2014) dan sebagai adsorben (Kanawade, 2011). Kaur (2008) mengemukakan bahwa bagasse tebu juga dapat dimanfaatkan sebagai adsorben logam berat seperti Zn2+ (90%), Cd2+ (70%), Pb2+ (80%), dan Cu2+ (55%). Penelitian ini dimaksudkan untuk memanfaatkan silika yang terkandung dalam bagasse, yang persentasenya sangat tinggi, yaitu berkisar 70-80% dari abu kering bagasse (Susila, 2011) menjadi pengemban unsur hara (kation) yang kuat, sehingga tidak serta merta dilepaskan kembali. Ekstraksi SiO2 dari bagasse tebu ini dilakukan dengan menggunakan NaOH untuk menghasilkan larutan Na2SiO3 (Angelina Rosmawati dkk., 2013) sebagai prekursor gel. Larutan Na2SiO3 kemudian ditambahkan dengan HCl 1
hingga pH 7 agar diperoleh gel (Dian Meirawati dkk., 2013). Selain dapat menjadi penjerap yang baik, silika juga mampu melepaskan kembali (desorpsi) sorbat yang telah diikatnya dengan laju tertentu. Potensi silika yang memiliki kemampuan melepaskan kembali sorbat yang diikatnya dapat diimplementasikan terhadap laju unsur hara yang lambat, dimana unsur hara yang telah terjerap oleh silika dapat dilepaskan secara perlahan sesuai dengan laju penyerapan tanaman. Hal tersebut dapat diaplikasikan melalui prinsip pupuk Slow Release Fertilizer (SRF). Kation magnesium (Mg2+) merupakan kation yang dibutuhkan oleh tanaman. Magnesium diambil tanaman dalam bentuk ion Mg2+, berperan sebagai penyusun klorofil (satu-satunya mineral), tanpa klorofil fotosintesis tanaman tidak akan berlangsung, dan sebagai aktivator enzim. Kadar magnesium yang diperlukan untuk tanaman berbeda-beda. Secara umum magnesium rata-rata menyusun 0,2% bagian tanaman (Hanafiah, 2005). Kadar magnesium yang berbeda menyebabkan daya adsorpsi Mg2+ pada tanaman berbeda. Ketersediaan magnesium dapat terjadi akibat proses pelapukan mineral-mineral yang mengandung magnesium. Selanjutnya, akibat proses tadi maka magnesium akan terdapat bebas di dalam larutan tanah. Ketersediaan magnesium bagi tanaman akan berkurang pada tanah-tanah yang mempunyai
kemasaman
tinggi
(Nurjahati
dkk.,
1986).
Kekurangan
magnesium akan mengakibatkan perubahan warna yang khas pada daun dan pengguguran daun sebelum waktunya (Foth, 1994).
2
Berdasarkan uraian singkat di atas, melalui penelitian ini peneliti ingin mengkaji model isoterm adsorpsi kation Mg2+ oleh sorben silika gel dari bagasse tebu.
B. Identifikasi Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan diatas, pokok permasalahan yang dapat diidentifikasi dalam penelitian ini adalah: 1. Jenis adsorben yang digunakan dalam penelitian. 2. Jenis adsorbat yang diteliti dalam penelitian. 3. Variasi konsentrasi Mg2+ yang digunakan selama proses adsorpsi.
C. Pembatasan Masalah Berdasarkan identifikasi masalah diatas, maka perlu diberikan pembatasan masalah, yaitu: 1. Jenis adsorben yang digunakan dalam penelitian ini adalah silika gel yang berasal dari baggasse tebu, yang didapat dari pedagang es Sunday Morning. 2. Jenis adsorbat yang digunakan dalam penelitian ini adalah kation Mg2+. 3. Konsentrasi Mg2+ divariasi dengan cara menambahkan larutan Mg2+ sebanyak 1, 3, 4, 5, 5, dan 5 ml.
3
D. Rumusan Masalah Berdasarkan pembatasan masalah diatas, maka rumusan masalah dari penelitian ini adalah: 1. Bagaimana karakter silika gel dari bagasse tebu? 2. Bagaimanana pengaruh konsentrasi kation Mg2+ terhadap daya adsorpsi Mg2+ oleh silika gel dari bagasse tebu? 3. Bagaimana model isoterm yang sesuai untuk adsorpsi kation Mg2+ oleh silika gel dari bagasse tebu?
E. Tujuan Penelitian Berdasarkan rumusan masalah diatas, maka tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Mengetahui karakter silika gel dari bagasse tebu. 2. Mengetahui pengaruh konsentrasi kation Mg2+ terhadap daya adsorpsi Mg2+ oleh silika gel dari bagasse tebu. 3. Mengetahui model isoterm yang sesuai untuk adsorpsi kation Mg2+ oleh silika gel dari bagasse tebu.
F. Manfaat Penelitian Adapun manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
4
1. Bagi peneliti a. Memberikan informasi tentang karakter silika dari Bagasse Tebu b. Memberikan informasi tentang pengaruh konsentrasi kation Mg2+ terhadap daya adsorpsi Mg2+ oleh silika gel dari bagasse tebu. c. Memberikan informasi tentang model isoterm yang sesuai untuk adsorpsi kation Mg2+ oleh silika gel dari bagasse tebu. 2. Bagi masyarakat Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberi manfaat untuk masyarakat sebagai upaya meningkatkan nilai ekonomis bagasse tebu, sehingga limbah hasil produksi gula tidak mencemari lingkungan. 3. Bagi akademisi Hasil
penelitian
dapat
dijadikan
referensi
selanjutnya terkait sintesis silika dari bagasse tebu.
5
untuk
penelitian
BAB II KAJIAN TEORI
A. Deskripsi Teori 1. Bagasse Tebu Tebu (Sacharum officinarum, Linn.) merupakan tanaman bahan baku pembuatan gula yang hanya dapat ditanam di daerah beriklim tropis. Umur tanaman sejak ditanam sampai bisa dipanen mencapai kurang lebih satu tahun. Tebu termasuk keluarga Graminae atau rumput-rumputan dan cocok ditanam pada daerah dengan ketinggian 1 sampai 1.300 meter di atas permukaan air laut. Di Indonesia terdapat beberapa jenis tebu, di antaranya tebu hitam (cirebon), tebu kasur, POJ 100, POJ 2364, EK 28, dan POJ 2878. Tebu dari perkebunan diolah menjadi gula di pabrik gula. Dalam proses produksi gula, dari setiap tebu yang diproses, dihasilkan bagasse tebu sebesar 90%, gula yang dimanfaatkan hanya 5% dan sisanya berupa tetes tebu (molase) dan air (Witono, 2003). Bagasse tebu adalah bahan sisa berserat dari batang tebu yang telah mengalami ekstraksi niranya dan banyak mengandung parenkim serta tidak tahan disimpan karena mudah terserang jamur. Serat sisa dan bagasse tebu kebanyakan digunakan sebagai bahan bakar untuk menghasilkan energi yang diperlukan untuk pembuatan gula (Slamet, 2004). Bagasse tebu merupakan limbah pabrik gula yang sangat mengganggu apabila tidak dimanfaatkan. Bagasse tebu mengandung serat (selulosa, pentosan, dan lignin), abu, dan air (Syukur, 2006). Adanya serat
6
memungkinkan digunakannya bagasse tebu sebagai pakan ternak, tetapi adanya lignin dengan kandungan cukup tinggi (19.7%) dan kadar protein yang rendah (28%) menyebabkan penggunaannya sangat terbatas (Balai Informasi Pertanian, 2005). Pentosan merupakan salah satu polisakarida yang terdapat dalam bagasse tebu dengan persentase sebesar 20-27%. Kandungan pentosan yang cukup tinggi tersebut memungkinkan bagasse tebu diolah menjadi furfural yang memiliki aplikasi cukup luas dalam beberapa industri terutama untuk mensintesis senyawa-senyawa turunannya seperti furfuril alkohol, furan dan lain-lain (Witono, 2003). Kaur (2008) mengemukakan bahwa bagasse tebu juga dapat dimanfaatkan sebagai adsorben logam berat seperti Zn2+ (90%), Cd2+ (70%), Pb2+ (80%), dan Cu2+ (55%).
2. Unsur Makro Mg2+ dalam tanaman Unsur hara Mg2+ merupakan unsur hara makrosekunder yang berperan penting sebagai bahan pembentuk molekul klorofil dan komponen enzim esensial (Rankine dan Fairhurst, 1999; dan Havlin et. al., 2004). Kekurangan elemen ini dapat dilihat dengan menguningnya daun. Jumlah
magnesium
ditentukan
dengan
mengukur
kuantitas
magnesium pada permukaan partikel tanah. Jumlah magnesium optimal pada tanah didapatkan 51 – 250 ppm untuk pasir dan 101 – 500 ppm untuk semua jenis tanah. Sumber magnesium dapat diperoleh dari dolomitic lime, garam epsom, kieserite, dan potassium magnesium sulfat (Schulte, 2004).
7
3. Silika Gel Silika adalah senyawa hasil polimerisasi asam silikat yang tersusun tidak teratur dari gelobula-gelobula rantai satuan SiO4 tetrahedral dan beragregasi membentuk kerangka tiga dimensi yang lebih besar (sekitar 125 µm) dengan formula umum SiO2. Di alam senyawa silika ditemukan dalam beberapa bahan alam seperti pasir, kuarsa, gelas, dan sebagainya. Silika sebagai senyawa yang terdapat di alam berstruktur kristalin, sedangkan sebagai senyawa sintetis adalah amorf (Siti dan Susila, 2010). Menurut Bhatia silika mempunyai kelebihan dibandingkan dengan bahan lain, yaitu bersifat inert, hidrofobik, dan transparan (Sriyanti, 2005). Silika gel merupakan padatan anorganik yang memiliki kestabilan termal dan kestabilan mekanik yang cukup dan relatif tak mengembang dalam pelarut organik (Sriyanti dkk., 2005). Silika gel merupakan suatu bentuk dari silika yang dihasilkan melalui penggumpalan sol natrium silikat. Sol mirip agar–agar ini dapat didehidrasi sehingga berubah menjadi padatan atau butiran mirip kaca yang bersifat tidak elastis. Sifat ini menjadikan silika gel dimanfaatkan sebagai zat penyerap, pengering dan penopang katalis. Silika gel dapat mencegah terbentuknya kelembaban yang berlebihan sebelum terjadi (Sri Hartuti, 2011). Rumus kimia silika gel secara umum adalah SiO2.xH2O. Struktur satuan mineral silika pada dasarnya mengandung kation Si4+ yang terkoordinasi secara tetrahedral dengan anion O2-. Susunan tetrahedral SiO4 pada silika gel ini tidak beraturan seperti yang terlihat pada Gambar 1.
8
Menurut Aergerter, silika gel memiliki karakteristik yang unik, yaitu porositas tinggi (80-90%), dengan densitas rendah (0,003-0,35 g/cm3), konduktivitas termal rendah (< 0,005 W/mK), indeks bias rendah (~1.05), dan luas permukaan yang tinggi (500-1600 m2/g) (Angelina Rosmawati dkk., 2013).
Gambar 1. Struktur Kimia Silika Gel Menurut Scott (1993), pembuatan silika gel dapat dilakukan melalui beberapa tahapan, yaitu : a. Pembentukan natrium silikat (Na2SiO3) dari reaksi SiO2 yang terdapat dalam suatu bahan dengan NaOH. b. Reaksi pembentukan silika hydrosol dari reaksi antara Na2SiO3 dengan asam. c. Reaksi pembentukan silika hidrogel, yaitu polimerisasi asam silikat. Pemanasan silika hidrogel menghasilkan silika gel. Natrium silikat dapat diubah menjadi silika gel dengan proses kondensasi dan hidrolisis menggunakan pelarut, baik polar maupun non polar. Natrium silikat terbentuk dengan mengekstraksi silika pada keadaan alkalis (Uhlmann and Kreidhl, 1980). Salah satu pereaksi yang digunakan 9
dalam sintesis silika gel adalah natrium hidroksida. Penggunaan natrium hidroksida sebagai pereaksi dikarenakan natrium hidroksida merupakan pereaksi yang sangat kuat dan cenderung untuk membentuk buih saat dipanaskan karena sifatnya yang mudah menyerap air atau hidroskopis (Johnson dkk., 1991). Reaksi hidrolisis berlangsung secara baik pada kondisi asam. Pengasaman terhadap larutan natrium silikat akan membentuk silika hydrosol yang apabila didiamkan akan membentuk hidrogel. Pemanasan pada suhu 100oC mengakibatkan dehidrasi pada hidrogel dan terbentuklah silika gel (SiO2.xH2O). Silika gel dibagi menjadi tiga tipe, yaitu regular density gel diproduksi dengan pencampuran di media asam, mempunyai diameter sangat kecil dan specific surface area yang sangat tinggi. Jenis yang kedua adalah intermedite density gel yang mempunyai ukuran diameter 12-16 nm dan memiliki SSA 300 – 350 m2/g. Jenis ketiga adalah low density gel. Penggunaan produk ini untuk mencegah timbulnya jamur, bau dan kelembaban (Welveni, 2010). Menurut Oscik, sifat silika gel ditentukan oleh orientasi dari ujung tempat gugus hidroksil berkombinasi (Siti dan Susila, 2010). Pada silika gel terdapat dua jenis gugus aktif hidroksil (-OH) (Shriver,1990), yaitu: 1. Gugus –OH bebas, jarak antara –OH dengan –OH lainnya 0,50-0,52 nm 2. Gugus –OH terikat, dengan jarak –OH dengan –OH yang lain antara 0,25-0,26 nm dan dapat berinteraksi melalui ikatan hidrogen.
10
Adanya gugus aktif dan sifat-sifat fisik silika gel tersebut maka silika gel secara umum sering digunakan sebagai adsorben, desikan dan pengisi pada kromatografi (sebagai fase diam) (Ishizaki et. al., 1998). Kelemahan silika gel adalah jenis situs aktif silika gel hanya berupa gugus silanol (-SiOH) dan siloksan (Si-O-Si). Silika gel murni dengan adanya gugus silanol dan siloksan telah dilaporkan dapat mengabsorbsi ion logam keras seperti Na+, Mg2+, Ca2+, dan Fe2+ (Cestari, 2000). Menurut Tokman, gugus silanol ini mempunyai sifat keasaman yang rendah, disamping mempunyai oksigen sebagai atom donor yang sifatnya lemah (Siti dan Susila, 2010). Menurut Morrow dan Gay gugus siloksan ada dua macam, yaitu Si-O-Si rantai lurus dan gugus siloksan yang membentuk struktur lingkar dengan empat anggota (Siti dan Susila, 2010),. Jenis Si-O-Si rantai lurus tidak reaktif dengan pereaksi pada umumnya, tetapi sangat reaktif terhadap senyawa logam alkali. Jenis gugus siloksan yang membentuk lingkar dengan empat anggota mempunyai reaktivitas yang tinggi, dapat mengadakan kemisorpsi dengan air, amoniak dan metanol. Reaksi dengan air akan menghasilkan dua gugus Si-OH, reaksi dengan amonia akan menghasilkan gugus Si-NH2 dan silanol, sedangkan reaksi dengan metanol akan menghasilkan gugus silanol dan Si–O-CH3. Jumlah gugus silanol dan gugus siloksan yang ada pada permukaan silika gel tidak sebanding dengan kemampuan adsorpsi. Kemampuan adsorpsi silika gel tergantung pada distribusi gugus OH per unit area adsorben.
11
4. Metode Sol-Gel Metode sol-gel adalah metode preparasi padatan dengan teknik temperatur rendah yang melibatkan transisi dari suatu sistem dengan partikel-partikel mikroskopik yang terdispersi dalam suatu cairan (sol) menjadi material makroskopik (gel). Prinsip dari metode sol gel yaitu penambahan bahan yang dimobilisasikan pada saat matriks berbentuk sol menuju ke arah pembentukan padatan (gel) (Agus dkk., 2013). Menurut Ihda dkk. (2012), silika dapat disintesis dengan metode solgel karena metode ini pembuatannya mudah. Selain
itu, hasil sintesis
dengan metode sol gel juga memiliki homogenitas yang tinggi (Sriyanti, 2005). Penelitian tentang sol-gel yang telah ada menunjukkan bahwa proses sol-gel tidak hanya menghasilkan material yang homogen, tetapi dapat juga digunakan untuk sintesis berbagai macam material campuran antara organik dan anorganik (Bandyopadhyay et al., 2005). Metode sol-gel juga lebih unggul dibandingkan dengan metode yang lain karena untuk memperoleh komposit padat yang homogen dilakukan melalui proses gelasi sol pada suhu ruang (Lee Chou dkk., 2007). Proses sol-gel diawali dengan mengasamkan larutan natrium silikat hingga terbentuk gel karena silika memiliki kelarutan yang tinggi, yaitu pada pH lebih dari 10 (Scott, 1993). Penambahan asam bertujuan untuk mendapatkan silika hidrosol (H2SiO3) diikuti reaksi pembentukan sol asam Si(OH)4 selanjutnya dikeringkan akan membentuk silika gel. Reaksi yang terjadi dapat digambarkan sebagai berikut:
12
Na2SiO3 + 2HCl H2SiO3 + 2NaCl
(1)
H2SiO3 + H2O Si(OH)4
(2)
Penambahan HCl pada larutan Na2SiO3 mengakibatkan terjadinya penurunan pH, sehingga konsentrasi H+ dalam Na2SiO3 semakin meningkat. Hal ini menyebabkan silikat berubah menjadi asam silikat (H2SiO3). Pada kondisi ini sebagian gugus siloksan (S-O-) membentuk gugus silanol (Si-(OH)4). Gugus ini terpolimerasi membentuk ikatan silang Si-O-Si hingga terbentuk gel silika melalui proses kondensasi. Pada penelitian ini, pengasaman
natrium silikat yang dilakukan
menggunakan asam klorida. Menurut Sriyanti (2005), pengasaman natrium silikat dengan HCl menyebabkan pembentukan gel yang sangat cepat, hal ini terjadi di sekitar pH 9-7. Penambahan HCl terus menerus akan menyebabkan gel melarut kembali.
5. Adsorpsi Adsorpsi adalah peristiwa menempelnya atom atau molekul suatu zat pada permukaan zat lain karena ketidakseimbangan gaya dalam permukaan. Zat yang teradsorpsi disebut adsorbat dan zat pengadsorpsi disebut adsorben (Atkins, 1997). Adsorpsi terjadi karena adanya gaya tarik menarik antara molekul adsorbat dengan tempat-tempat aktif di permukaan adsorben. Mekanisme peristiwa adsorpsi berlangsung sebagai berikut: molekul adsorbat berdifusi melalui suatu lapisan batas ke permukaan luar adsorben (difusi eksternal), sebagian ada yang teradsorpsi di permukaan luar,
13
sebagian besar berdifusi lanjut ke dalam pori-pori adsorben (difusi internal). Bila kapasitas adsorpsi masih sangat besar, sebagian besar akan teradsorpsi dan terikat di permukaan, namun bila permukaan sudah jenuh atau mendekati jenuh dengan adsorbat, dapat terjadi dua hal. 1. Terbentuk lapisan adsorpsi kedua dan seterusnya di atas adsorbat yang telah terikat di permukaan, gejala ini disebut adsorpsi multilayer. 2. Tidak terbentuk lapisan kedua dan seterusnya sehingga adsorbat yang belum teradsorpsi berdifusi keluar pori dan kembali ke arus fluida (Sihombing, 2007). Terdapat dua jenis adsorpsi, yaitu adsorpsi secara fisik (fisisorpsi) dan adsorpsi secara kimia (kimisorpsi). Kedua metode ini terjadi apabila molekul-molekul dalam fase cair diikat pada permukaan suatu fase padat sebagai akibat dari gaya tarik-menarik pada permukaan padatan (adsorben). Bila gaya pengikatan pada permukaan merupakan gaya van der Waals, reaksinya dapat balik, multilayer, dan tidak ada transfer elektron, maka peristiwa adsorpsinya disebut fisisorpsi. Molekul terikat sangat lemah dan energi yang dilepaskan pada adsorpsi fisika relatif rendah sekitar 20 kJ/mol (Castellan, 1983). Bila gaya pengikatannya merupakan interaksi kimiawi (ikatan kimia atau ikatan kovalen), artinya terjadi rekonfigurasi dan transfer elektron antara adsorbat dan adsorben, monolayer, dan reaksinya tidak dapat balik, maka peristiwa adsorpsinya disebut kemisorpsi. Molekul yang terkemisorpsi dapat terpisah karena valensi atom permukaan yang tak terpenuhi (Atkins, 1997).
14
Beberapa faktor yang mempengaruhi adsorpsi antara lain (Asep Saepudin, 2009): 1. Sifat fisika dan kimia adsorben, yaitu luas permukaan, pori-pori, dan komposisi kimia. Semakin luas permukaan adsorben maka semakin banyak adsrobat yang teradsorpsi sebab semakin banyak pula situs-situs aktif yang tersedia pada adsorben untuk kontak dengan adsorbat. Luas permukaan sebanding dengan jumlah situs aktif adsorben. 2. Sifat fisika dan kimia adsorbat, yaitu ukuran molekul, polaritas molekul, dan komposisi kimia. Molekul yang besar akan lebih mudah teradsorpsi daripada molekul yang kecil, namun pada difusi pori molekul-molekul yang besar akan mengalami kesulitan untuk teradsorpsi akibat konfigurasi yang tidak mendukung. Sehingga adanya batas ukuran molekul tertentu pada setiap adsorpsi. 3. Konsentrasi adsorbat dalam fase cair (larutan). Konsentrasi adsorbat yang tinggi akan menghasilkan daya dorong (driving force) yang tinggi bagi molekul adsorbat untuk masuk ke dalam situs aktif adsorben. 4. Sifat fase cair, seperti pH dan temperatur. Suhu akan mempengaruhi kecepatan proses adsorpsi. pH mempengaruhi terjadinya ionisasi ion hidrogen dan ion ini sangat kuat
15
teradsorpsi. Asam organik lebih mudah teradsorpsi pada pH rendah sedangkan basa organik terjadi pada pH tinggi. 5. Lamanya proses adsorpsi tersebut berlangsung. Waktu pengadukan yang relatif lama akan memberikan waktu kontak yang lebih lama terhadap adsorben untuk berinteraksi dengan adsorbat.
6. Kesetimbangan Adsorpsi Kesetimbangan adsorpsi adalah suatu keadaan dimana tidak terjadi lagi perubahan konsentrasi adsrobat. Kesetimbangan adsorpsi dapat ditunjukkan dengan cara menganalisis kurva isoterm adsorpsi. Kurva ini merupakan fungsi konsentrasi zat terlarut yang terjerap pada padatan terhadap konsentrasi larutan. Adsorpsi fase cair-padat pada umumnya menganut tipe isoterm Freundlich dan Langmuir (Atkins, 1997). Adsorben yang baik memiliki kapasitas adsorpsi dan persentase penjerapan yang tinggi. Kapasitas adsorpsi dapat dihitung dengan menggunakan rumus: Q=(
𝐶1−𝐶2 𝑚
(1)
)𝑥𝑉
Persentase penjerapan dapat dihitung menggunakan rumus: Jumlah ion teradsorpsi (%) =
𝐶1−𝐶2 𝐶1
Keterangan: Q = kapasitas adsorpsi per bobot molekul (mol/g) V = volume larutan (ml) C1 = konsentrasi awal larutan (mol/L)
16
𝑥 100%
(2)
C2 = konsentrasi larutan saat setimbang (mol/L) m = bobot adsorben (g)
a. Model Isoterm Freundlich Model isoterm yang paling umum digunakan adalah model isoterm Freundlich. Model ini menggambar proses adsorpsi yang terjadi secara fisisorpsi pada banyak lapisan Model isoterm adsorpsi Freundlich mengasumsikan bahwa terdapat lebih dari satu lapisan permukaan (multilayer) dan situs bersifat heterogen, yaitu adanya perbedaan energi pengikat pada tiap-tiap situs (Schnoor, 1996). Kurva pada model isoterm Freundlich merupakan hubungan antara log qe terhadap log Ce seperti yang disajikan pada Gambar 3 berikut:
Log qe
Gambar 2. Kurva Isoterm Adsorpsi Freundlich (Murni, 2009) qe adalah jumlah zat terlarut per gram adsorben (mol/g) dan Ce adalah konsentrasi zat terlarut dalam larutan (mol/L), sehingga dari konsep tersebut dapat diperoleh persamaan sebagai berikut. 𝑋𝑚 / m = Kf. 𝐶𝑒 1/𝑛 log (𝑋𝑚 / m) = log Kf + 1/n. log Ce 17
(3)
log qe = log Kf + 1/n . log Ce Keterangan: 𝑋𝑚
= jumlah zat yang diadsorpsi (mol)
m
= berat adsorben (g)
qe
= jumlah adsorbat yang teradsorp oleh adsorben pada saat setimbang (mol/g)
𝐶e
= konsentrasi zat pada saat setimbang (mol/L) Berdasarkan persamaan tersebut, jika dibuat kurva log qe terhadap
log Ce akan diperoleh persamaan linier dengan intersep log k dan kemiringan 1/n, sehingga nilai k dan n dapat diketahui (Murni, 2009). KF adalah indikator kapasitas adsorpsi, dan n adalah intensitas adsorpsi (Tony, 1985). Berdasarkan isoterm ini, akan diketahui kemampuan adsorben untuk menyerap kation. Apabila harga 0<1/n<1 maka dapat dinyatakan bahwa adsorpsi bersifat favorabel dan menandakan adsorpsi yang kooperatif. Kekuatan interaksi antara adsorben dan adsorbat dapat dilihat dari nilai 1/n, semakin kecil nilai 1/n maka semakin kuat interaksi antara adsorben dengan adsorbat. Kemampuan relatif dari suatu adsorben dalam mengadsorpsi adsorbat dapat dilihat dari nilai KF, semakin besar nilai KF maka semakin besar kemampuan suatu adsorben dalam mengadsorpsi (Delle, 2001).
b. Model Isoterm Langmuir Model isoterm Langmuir menggambarkan bahwa hanya terdapat satu lapisan adsorpsi dengan asumsi sejumlah tertentu sisi aktif adsorben 18
yang ada pada permukaan memiliki energi yang sama, serta adsorpsi bersifat balik (Atkins, 1997). Menurut Sriyanti (2005), permukaan adsorben terdiri atas situs aktif, pada model isoterm ini semua adsorbat hanya teradsorpsi pada situs aktif dan tidak terjadi interaksi antar adsorbat,
sehingga
yang
terbentuk
adalah
lapisan
adsorpsi
monomolekuler dengan jumlah molekul yang teradsorpsi tidak akan melebihi jumlah situs aktif. Tipe isoterm Langmuir merupakan proses adsorpsi
yang
berlangsung secara kemisorpsi satu lapisan. Adsorpsi satu lapisan terjadi karena ikatan kimia biasanya bersifat spesifik, sehingga permukaan adsorben mampu mengikat adsorbat dengan ikatan kimia. Model isoterm adsorpsi Langmuir didasarkan atas beberapa asumsi, yaitu: (a) pada masing-masing situs aktif hanya dapat mengadsorpsi satu molekul saja, dengan demikian adsorpsi terbatas pada pembentukan lapis tunggal (monolayer), illustrasinya dapat dilihat pada Gambar 3. (b) panas adsorpsi tidak tergantung pada penutupan permukaan, dan (c) semua situs dan permukaannya bersifat homogen (Oscik, 1982).
Gambar 3. Ilustrasi Adsorpsi pada Isoterm Langmuir Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat diturunkan secara teoritis dengan menganggap terjadinya kesetimbangan antara molekul-
19
molekul zat yang diadsorpsi pada permukaan adsorben dengan molekulmolekul zat yang tidak teradsorpsi. Persamaan isoterm adsorpsi Langmuir dapat dituliskan sebagai berikut: 𝐶𝑒 𝑞𝑒
=𝑞
1 𝑚𝑎𝑥 .𝐾𝐿
+𝑞
𝐶𝑒
(4)
𝑚𝑎𝑥
Keterangan: 𝐶𝑒 = konsentrasi Mg2+ pada saat setimbang (mol/L) qe = jumlah adsorbat yang teradsorp oleh adsorben pada saat setimbang (mol/g) 𝑞𝑚𝑎𝑥 = kapasitas adsorpsi maksimum (mol/g) 𝐾𝐿 = konstanta isoterm Langmuir (L/mol)
Ce/qe
Gambar 4. Kurva Isoterm Adsorpsi Langmuir (Murni, 2009) Besar kecilnya nilai qmax dan KL dapat diketahui dengan cara mensubtitusikan persamaan linear yang diperoleh dari kurva hubungan Ce/N terhadap Ce (Gambar 4) ke dalam persamaan 4 (Murni Handayani dan Eko Sulistiyono, 2009; Maria Angela dkk., 2015).
20
7. Difraksi Sinar-X (X-Ray Diffraction/XRD) Difraksi Sinar-X merupakan salah satu metode karakterisasi material yang paling tua dan paling sering digunakan hingga saat ini. Teknik ini digunakan untuk mengidentifikasi suatu material berdasarkan fasa kristalin dalam
material dengan cara menentukan parameter kisi dan untuk
menganalisis sifat-sifat struktur (seperti stress, ukuran butir, fasa komposisi orientasi kristal, dan cacat kristal) dari tiap fasa. (Auda, 2009). Metode ini menggunakan seberkas sinar-X yang terdifraksi seperti sinar yang direfleksikan dari setiap bidang, berturut-turut dibentuk oleh atom-atom kristal dari material tersebut. Pola difraksi yang terbentuk menyatakan karakteristik dari sampel. Susunan ini diidentifikasi dengan membandingkannya dengan sebuah data base internasional (Zakaria, 2003). Prinsip kerja XRD adalah jika seberkas sinar-X di jatuhkan pada sampel kristal, maka bidang kristal itu akan membiaskan sinar-X yang memiliki panjang gelombang sama dengan jarak antar kisi dalam kristal tersebut. Sinar yang dibiaskan akan ditangkap oleh detektor kemudian diterjemahkan sebagai puncak difraksi. Semakin banyak bidang kristal yang terdapat pada sampel, makin kuat intensitas pembiasan yang dihasilkannya (Auda, 2009). Apabila suatu bahan dikenai sinar-X maka intensitas sinar-X yang ditransmisikan lebih kecil dari intensitas sinar datang. Hal ini disebabkan adanya penyerapan oleh bahan dan juga penghamburan oleh atom-atom dalam material tersebut. Berkas sinar yang dihantarkan tersebut ada yang
21
saling menghilangkan karena fasenya berbeda dan ada juga yang saling menguatkan karena fasenya sama (Jamaluddin, 2010). Berkas sinar-X yang saling menguatkan disebut berkas difraksi. Persyaratan yang harus dipenuhi agar berkas sinar-X yang dihamburkan merupakan berkas difraksi dikenal sebagai Hukum Bragg. Hukum Bragg menyatakan bahwa perbedaan lintasan berkas difraksi sinar-X harus merupakan kelipatan panjang gelombang. Dasar dari penggunaan XRD untuk mempelajari kisi kristal berdasarkan persamaan Bragg berikut (Ismunandar, 2006): nλ = d.sinθ
(5)
Keterangan: n = bilangan bulat (1, 2, 3, ..dst) d = jarak antara dua bidang kisi (nm) θ = sudut antara sinar datang dengan bidang normal λ = panjang gelombang sinar-X yang digunakan (nm) Hasil yang didapatkan dari difraksi sinar-X adalah berupa puncakpuncak intensitas dan bentuk puncak difraksi dengan sudut hamburan (2θ) tertentu. Tingkat kristalinitas struktur komponen ditunjukkan oleh tinggi rendahnya intensitas puncak. Analisa secara XRD pada penelitian ini bertujuan untuk mengetahui struktur serbuk silika hasil sintesis.
22
8. Spektroskopi FTIR Metode spektroskopi FTIR digunakan untuk mengidentifikasi gugusgugus fungsional yang terdapat pada suatu molekul, seperti silika gel. Selain itu, spektrum FTIR memiliki kegunaan yang lebih penting yaitu untuk memberikan keterangan tentang suatu molekul. Setiap gugus fungsional pada suatu molekul memiliki serapan yang karakteristik pada bilangan gelombang
tertentu
sehingga
dapat
diidentifikasi
secara
kualitatif
menggunakan spektroskopi FTIR (Hardjono, 1992). Spektroskopi FTIR adalah teknik pengukuran untuk mengumpulkan spektrum FTIR. Energi yang diserap sampel pada berbagai frekuensi sinar inframerah direkam, kemudian diteruskan ke interferometer. Sinar pengukuran sampel diubah menjadi interferogram. Perhitungan secara matematika untuk sinyal tersebut akan menghasilkan spekrum yang identik pada spektroskopi FTIR. Spektrofotometer FTIR terdiri dari 5 bagian utama, yaitu (Griffiths,1975): a. Sumber sinar, yang terbuat dari filamen Nerst atau globar yang dipanaskan menggunakan listrik hingga temperatur 1000-1800 oC. b. Beam splitter, berupa material transparan dengan indeks relatif, sehingga menghasilkan 50% radiasi akan direfleksikan dan 50% radiasi akan diteruskan. c. Interferometer, merupakan bagian utama dari FTIR yang berfungsi untuk membentuk interferogram yang akan diteruskan menuju detektor.
23
d. Daerah cuplikan, dimana cuplikan masuk ke dalam daerah cuplikan dan masing-masing menembus sel cuplikan secara bersesuaian. e. Detektor berfungsi mengubah sinyal radiasi FTIR menjadi sinyal listrik. Selain itu, detektor dapat mendeteksi adanya perubahan panas yang terjadi karena adanya pergerakan molekul. Mekanisme yang terjadi pada alat FTIR dapat dijelaskan sebagai berikut: sinar yang datang dari sumber sinar akan diteruskan, kemudian akan dipecah oleh pemecah sinar menjadi dua bagian sinar yang saling tegak lurus. Sinar ini kemudian dipantulkan oleh dua cermin yaitu cermin diam dan cermin bergerak. Sinar hasil pantulan kedua cermin akan dipantulkan kembali menuju pemecah sinar untuk saling berinteraksi. Sebagian sinar akan diarahkan menuju cuplikan dan sebagian menuju sumber. Gerakan cermin yang maju mundur akan menyebabkan sinar yang sampai pada detektor akan berfluktuasi. Sinar akan saling menguatkan ketika kedua cermin memiliki jarak yang sama terhadap detektor, dan akan saling melemahkan jika kedua cermin memiliki jarak yang berbeda. Fluktuasi sinar yang sampai pada detektor ini akan menghasilkan sinyal pada detektor yang disebut interferogram. Interferogram ini akan diubah menjadi spektra FTIR dengan bantuan komputer berdasarkan operasi matematika (Tahid, 1994). Berdasarkan penelitian Siti Sulastri (2013), silika gel yang diperoleh dari abu sekam padi memiliki puncak-puncak serapan yang menunjukkan adanya gugus fungsi silanol (≡Si-OH) dan siloksan (=Si-O-Si=).
24
Karakterisasi ini diharapkan dapat digunakan untuk indikasi kualitatif keberhasilan sintesis silika gel. Serapan karakteristik senyawa-senyawa karbon-silikon ditunjukkan pada Tabel 1. Tabel 1. Serapan Karakteristik Senyawa-Senyawa Organo-Silikon (Hardjono, 1992) Gugus Fungsional Frekuensi (cm-1) Panjang Gelombang(μm) 2230-2150
4,48- 4,65
890-860
11,24-11, 63
3390-3200
2,95- 3, 13
870-820
11,49-12, 20
Si-O
1110-100
9,01- 10, 00
SO-O-Si (disiloksan)
1053
9,50
1080
9,26
1025
9,76
Si-O-Si (trimersiklis)
1020
9,80
Si-O-Si (tetramersiklis)
1082
9,42
Si-OCH3
1090-1050
9,18- 9, 52
Si-OC2H5
1090
9,18
Si-C
890-690
11,24-14, 49
1260
7,93
820-800
12,21-12, 50
1260
7,93
840
11,90
1632
6,13
1428
7,00
1125
8,89
Si-H
Si-OH
Si-O-Si (linier)
Si-CH3
Si(CH3)2
Si-C6H5
25
9. Spektroskopi Serapan Atom (SSA) Spektroskopi serapan atom (SSA) adalah analisis kuantitatif terhadap unsur-unsur logam. Alat yang digunakan untuk analisis secara spektroskopi serapan atom disebut Spektrofotometer Serapan Atom. Alat ini memiliki sensitifitas yang sangat tinggi, sehingga sering dijadikan sebagai pilihan utama dalam menganalisis unsur logam yang konsentrasinya sangat kecil (ppm bahkan ppb). Prinsip dasar pengukuran dengan SSA adalah penyerapan energi (sumber cahaya) oleh atom-atom dalam keadaan dasar menuju ke keadaan tereksitasi. Pembentukan atom-atom dalam keadaan dasar atau proses atomisasi pada umumnya dilakukan dalam nyala. Cuplikan yang mengandung logam M sebagai ion M+ dalam bentuk larutan garam M+ dan A- akan melalui serangkaian proses dalam nyala, sebelum akhirnya menjadi atom logam dalam keadaan dasar M0 seperti terlihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Proses Atomisasi (Welz, 1985)
26
Atom-atom dalam keadaan dasar (Mo) akan menyerap sumber energi berupa lampu katoda berongga. Jumlah energi yang diserap adalah sebanding dengan populasi atau konsentrasi atom-atom dalam sampel (Welz, 1985). Penentuan konsentrasi unsur logam dalam sampel dapat dilakukan dengan bantuan kurva kalibrasi yang merupakan aluran antara absorbansi terhadap konsentrasi larutan standar. Kurva kalibrasi dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Kurva Kalibrasi Hal ini sesuai dengan Hukum Lambert-Beer yang menyatakan bahwa jumlah energi yang diserap (absorbansi) adalah sebanding dengan konsentrasi (C). Hukum Lambert-Beer dapat dilihat pada persamaan 6 (Khopkar, 2003) . (6)
A=ϵ.b.c Keterangan: A = absorbansi b = tebal larutan (tebal kuvet diperhitungkan juga umumnya 1 cm) c = konsentrasi larutan yang diukur
27
ε = tetapan absorptivitas molar (jika konsentrasi larutan yang diukur dalam molar) Hukum Lambert –Beer terpenuhi apabila kurva baku berupa garis lurus dan nilai R yang dihasilkan dari persamaan linear memiliki rentang 0.7-1.0. Berdasarkan persamaan linear maka diperoleh slope yang merupakan nilai ε (tetap absorptivitas molar). Menurut Dachriyanus (2004), Hukum Lambert-Beer terbatas karena sifat kimia dan faktor instrumen. Penyebab non linearitas ini adalah: a. Deviasi koefisien ekstingsi pada konsentrasi tinggi (>0,01 M), yang disebabkan oleh interaksi elektrostatik antara molekul karena jaraknya yang terlalu dekat. b. Hamburan cahaya karena adanya partikel dalam sampel. c. Flouresensi atau fosforesensi sampel. d. Berubahnya indeks bias pada konsentrasi yang tinggi. e. Pergeseran kesetimbangan kimia sebagai fungsi dari konsentrasi. f. Radiasi
non-monokromatik;
deviasi
bisa
digunakan
dengan
menggunakan bagian datar pada absorban yaitu pada panjang gelombang maksimum. g. Kehilangan cahaya.
28
B. Penelitian yang Relevan Menurut Siti Sulastri (2013), dalam penelitiannya yang berjudul “Sintesis dari Abu Sekam Padi Melalui Proses Sol Gel sebagai Penukar Kation Logam Berat dalam Larutan” menyebutkan bahwa adanya puncak serapan gugus fungsi silanol (≡Si-OH) dan siloksan (=Si-O-Si=) pada silika gel saat dikarakterisasi menggunakan spektrofotometer FTIR. Menurut Fahmiati dkk. (2006) dalam penelitiannya yang berjudul “Termodinamika Adsorpsi Cd(II), Ni(II) dan Mg(II) pada Silika Gel yang Terimobilisasi dengan 3-Merkapto-1,2,4-triasol” juga menyebutkan bahwa pola adsorpsi ion Mg2+ pada adsorben silika gel mengikuti isoterm adsorpsi Langmuir yang membentuk lapis tunggal. Penelitian yang telah dilakukan oleh Isni Rosetya (2009) berjudul “Modifikasi Silika Gel dari Abu Sekam Padi dengan Gugus Sulfonat Melalui Senyawa Epoksi untuk Adsorpsi Ion Logam Magnesium dan Besi” menyebutkan bahwa silika gel dari abu sekam padi dapat digunakan untuk adsorpsi Mg2+ dan Fe3+. Silika gel memiliki kemampuan adsorpsi terhadap Mg2+ sebesar 1,154 mmol/g. Pada penelitian ini dilakukan sintesis silika gel dari bagasse tebu melalui proses sol-gel. Silika gel yang diperoleh digunakan untuk adsorpsi kation Mg2+ pada berbagai konsentrasi. Data adsorpsi kation Mg2+ ini diolah untuk menentukan model isoterm adsorpsi yang sesuai pada adsorben silika gel.
29
C. Kerangka Berpikir Penelitian ini dimaksudkan untuk memanfaatkan silika yang terkandung dalam bagasse tebu, yang persentasenya sangat tinggi, yaitu berkisar 70-80% (Susila, 2011) menjadi pengemban unsur hara (kation) yang kuat (dalam penelitian ini kation Mg2+), sehingga tidak serta merta dilepaskan kembali. Selain dapat menjadi penjerap yang baik, silika juga mampu melepaskan kembali (desorpsi) sorbat yang telah diikatnya dengan laju tertentu. Potensi silika yang memiliki kemampuan melepaskan kembali sorbat yang diikatnya dapat diimplementasikan terhadap laju Mg2+ yang lambat, dimana Mg2+ yang telah terjerap oleh silika dapat dilepaskan secara perlahan sesuai dengan laju penyerapan tanaman. Hal tersebut dapat diaplikasikan melalui prinsip pupuk Slow Release Fertilizer (SRF). Semakin besar daya jerap dan kekuatan ikatan, maka semakin baik adsorben dimanfaatkan sebagai bahan pupuk Slow Release Fertilizer (SRF) karena dapat menjerap unsur hara yang dibutuhkan dan melepaskannya secara perlahan. Jika sintesis silika menghasilkan struktur amorf serta penjerapan maksimum atau laju desorpsi unsur hara yang lambat, maka diharapkan hasil sintesis ini dapat dijadikan sebagai bahan dasar untuk pembuatan pupuk Slow Release Fertilizer (SRF).
30
BAB III METODE PENELITIAN A. Subyek dan Obyek Penelitian 1. Subyek dari penelitian ini adalah silika gel hasil sintesis dari bagasse tebu. 2. Obyek penelitian ini adalah kesetimbangan adsorpsi dari silika gel terhadap adsorpsi kation Mg2+.
B. Variabel Penelitian 1. Variabel bebas: konsentrasi kation Mg2+ (jumlah larutan kation Mg2+ yang ditambahkan adalah 1, 3, 4,5, 5, dan 5 mL) 2. Variabel terikat: model isoterm adsorpsi dari silika gel.. 3. Variabel terkontrol: massa adsorben 0,2 gram, pH 5, suhu 25 oC dan waktu adsorpsi 30 menit.
C. Tahapan Pelaksanaan 1. Alat a. Alat-alat gelas b. Ayakan 200 mesh c. Lumpang porselen dan alu d. Penyaring Buchner e. Kertas saring Whatman No. 42 f. Shaker g. Magnetic stirrer dan pemanas h. Timbangan analitik i. Oven
31
j. Muffle Furnace k. Termometer l. pH-meter atau pH-stick m. Alumunium foil n. Spektrofotometer FTIR o. Difraktometer Sinar-X p. Spektrofotometer Serapan Atom
2. Bahan a. Bagasse tebu b. Kristal NaOH p.a. Merck c. Larutan HCl p.a. Merck d. Aqua demineralisata e. Larutan HCl 0,01 M dan NaOH 0,01 M untuk penyesuaian pH f. Kristal Mg(NO3)2 . 6H2O sebagai sumber Mg2+
3. Prosedur Penelitian Pembuatan Larutan a. Larutan NaOH 1 M sebanyak 1000 mL Ditimbang 40 gram kristal NaOH, selanjutnya dilarutkan dengan aqua demineralisata dalam labu takar 1000 mL hingga tanda batas. Larutan NaOH 1 M siap digunakan. b. Larutan HCl 1 M sebanyak 1000 mL
32
Larutan HCl p.a diambil sebanyak 83 mL, selanjutnya dimasukkan dalam labu takar 1000 mL dan dilarutkan dengan aqua demineralisata hingga tanda batas. Larutan HCl 1 M siap digunakan. c. Larutan HCl 0,1 M sebanyak 1000 mL Larutan HCl 1 M diambil sebanyak 100 mL, selanjutnya dimasukkan dalam labu takar 1000 mL dan dilarutkan dengan aqua demineralisata hingga tanda batas. Larutan HCl 0,1 M siap digunakan. d. Larutan HCl 0,01 M sebanyak 1000 mL Larutan HCl 1 M diambil sebanyak 10 mL, selanjutnya dimasukkan dalam labu takar 1000 mL dan dilarutkan dengan aqua demineralisata hingga tanda batas. Larutan HCl 0,01 M siap digunakan. Perhitungan secara rinci untuk pembuatan larutan yang digunakan dapat dilihat pada Lampiran 1 (halaman 71).
Sintesis Silika Gel dari Bagasse Tebu a. Preparasi Sampel Bagasse Tebu 1) Mengeringkan sampel tebu dalam terik matahari selama satu hari kemudian dibakar. 2) Sampel diabukan di dalam muffle furnace pada suhu 600oC selama 5 jam. 3) Sampel hasil pengabuan ditumbuk dan diayak pada ukuran 100 mesh hingga diperoleh sampel bagasse halus. b. Pembuatan Natrium Silikat dari Bagasse tebu
33
1) 20 gram abu bagasse yang telah dihaluskan direndam dalam 1 liter 0,1 M HCl. 2) Campuran diaduk dengan magnetic stirrer selama 2 jam, dan dibiarkan semalam. 3) Campuran disaring dengan penyaring Buchner, dan dicuci dengan air sampai netral. 4) Hasil pencucian dikeringkan dalam oven pada suhu 80oC sampai massa konstan. 5) 6 gram abu bagasse yang telah dicuci HCl direaksikan dengan larutan 1 M NaOH dalam wadah teflon. 6) Campuran dipanaskan sampai mendidih selama 1 jam sambil diaduk dengan magnetic stirrer. 7) Filtrat dipisahkan dari endapannya dengan menyaring campuran menggunakan kertas saring Whatman no. 42. Cairan yang diperoleh adalah natrium silikat. c. Pembuatan sorben silika gel 1) Menambahkan 0,1 M HCl tetes demi tetes ke dalam larutan natrium silikat hasil sintesis sambil diaduk hingga pH netral dan terbentuk gel. 2) Campuran dibiarkan selama 18 jam. 3) Hasilnya ditambah 20 mL aquades dan diaduk selama 15 menit. 4) Endapan dipisahkan dari larutannya melalui proses penyaringan dengan penyaring Buchner dan kertas saring Whatman no. 42. sehingga diperoleh silika gel.
34
5) Gel silika yang diperoleh, dikeringkan dalam oven pada suhu 80oC, kemudian ditimbang sampai massa konstan. d. Adsorpsi Mg2+ oleh silika gel 1) Pembuatan larutan Mg(NO3)2. 6H2O untuk eksperimen adsorpsi a) Larutan 0,1 M Mg2+ Melarutkan 2,565 gram kristal Mg(NO3)2
.
6H2O dalam aqua
demineralisata kemudian diencerkan menggunakan labu ukur 100 mL hingga tanda batas. Hasil yang diperoleh adalah 100 mL larutan Mg2+ 0,1 M. b) Larutan 0,001 M Mg2+ Memasukkan 1 mL larutan 0,1 M Mg(NO3)2 . 6H2O ke dalam labu ukur 100 mL. Kemudian diencerkan hingga tanda batas. Hasil yang diperoleh adalah 100 mL larutan 0,001 M Mg2+. Perhitungan secara rinci untuk pembuatan larutan Mg2+ dapat dilihat pada Lampiran 2 (halaman 73). 2) Adsorpsi kation Mg2+ oleh silika gel dari bagasse tebu pada berbagai variasi konsentrasi. Prosedur adsorpsi yang dilakukan berdasarkan pada prosedur penelitian Jaslin Ikhsan dkk. (2015), yaitu sebagai berikut: 1) Sorben silika gel dengan massa 0,2 gram dilarutkan dalam 200 mL aqua demineralisata pada suhu konstan dan diaduk dengan magnetic stirrer. pH suspensi dipertahankan pada pH 5 dengan meneteskan HCl dan NaOH.
35
2) Larutan 0,001 M Mg2+, ditambahkan sedikit demi sedikit (1, 3, 4, 5, 5, dan 5 mL) ke dalam campuran suspensi. 3) Pada setiap penambahan larutan 0,001 M Mg2+, pH dipertahankan pada pH 5 dengan menambahkan HCl dan NaOH kemudian diaduk selama 30 menit. 4) 5 mL sampel diambil lalu disaring, kemudian filtratnya dianalisis secara AAS untuk mengetahui konsentrasi Mg2+. Perbedaan konsentrasi awal dan konsentrasi sisa Mg2+ merupakan jumlah Mg2+ yang terjerap oleh silika gel pada konsentrasi tersebut.
D. Pengelolaan Data 1. Teknik Pengumpulan Data Data yang diperoleh dari penelitian ini berupa data kualitatif maupun kuantitatif. a. Data Kualitatif Data kualitatif yang diperoleh adalah data hasil analisis secara XRD dan secara spektroskopi FTIR. Data hasil analisis secara XRD digunakan untuk mengetahui struktur silika gel Sedangkan data hasil analisis secara FTIR digunakan untuk mengetahui gugus-gugus fungsi yang terkandung di dalam silika gel untuk memastikan berhasil atau tidaknya proses sintesis.
36
b. Data Kuantitatif Data kuantitatif diperoleh dari data hasil analisis secara AAS. Data yang dihasilkan berisi informasi tentang pengukuran konsentrasi (kadar) sorbat yaitu kation Mg2+. Data yang diperoleh berupa data konsentrasi Mg2+ sebelum dan sesudah adsorpsi. Data sorpsi tersebut kemudian dianalisis untuk membandingkan daya adsorpsi dan konstanta keseimbangan. Data dari hasil penelitian tersebut diolah secara kuantitatif untuk menentukan nilai konstanta keseimbangan (k).
2. Teknik Analisis Data a. Penentuan konsentrasi larutan Mg2+ Konsentrasi larutan Mg2+ setelah proses adsorpsi dapat diketahui dengan mensubstitusikan pada persamaan garis linier yang diperoleh dari kurva standar. Kurva standar merupakan kurva hubungan antara konsentrasi larutan standar dengan hasil absorbansi standar. Masing-masing harga absorbansi larutan sampel yang dihasilkan dari pengukuran secara AAS disubstitusikan ke dalam persamaan linear yang didapat dari kurva standar: Y= a + bX 𝑋=
(7)
(𝑌−𝑎) 𝑏
Berdasarkan persamaan 7 maka konsentrasi larutan Mg2+ dalam larutan dapat ditentukan. Perhitungan dilakukan secara
37
otomatis oleh program komputerisasi dari alat Spektrofotometer Serapan Atom. b. Penentuan jumlah ion Mg2+ terikat (dalam %) Jumlah ion Mg2+ terikat (dalam %) dihitung dengan menggunakan data konsentrasi sisa tersebut. Jumlah ion Mg2+ terikat (dalam %) dihitung dengan persamaan berikut: Jumlah ion Mg2+ terikat (dalam %) =
(Cawal – Csisa ) C awal
(8)
x 100%
c. Perhitungan daya adsorpsi (N) Penentuan daya adsorpsi dihitung dengan persamaan sebagai berikut: N=
M teradsorp massa adsorben – total volume diambil x
massa adsorben Volume suspensi
(9)
Keterangan: N = Jumlah adsorbat teradsorp oleh adsorben pada saat setimbang (mol/gram adsorben) M = Jumlah ion Mg2+ terikat (mol) d. Penentuan Model Isoterm Adsorpsi Model isoterm adsorpsi ditentukan berdasarkan dua model isoterm yaitu Langmuir dan Freundlich. Model isoterm adsorpsi yang sesuai ditentukan dari nilai R (pada grafik) yang paling besar. Persamaan model isoterm Langmuir dan Freundlich dapat dilihat pada persamaan 9 dan 10.
38
Persamaan Isoterm Langmuir 𝐶𝑒 𝑞𝑒
=𝐾
1 𝐿 .𝑞 𝑚𝑎𝑥
+𝑞
𝐶𝑒
(10)
𝑚𝑎𝑥
Keterangan: 𝐶𝑒 = Konsentrasi Mg2+ pada saat setimbang (mol/L) q3 = Jumlah adsorbat yang teradsorp oleh adsorben pada saat setimbang (mol/g) 𝑞𝑚𝑎𝑥 = Kapasitas adsorpsi maksimum (mol/g) 𝐾𝐿 = Konstanta isoterm Langmuir (L/mol) Persamaan Isoterm Freundlich 1
log qe = log 𝐾𝐹 + 𝑛 log 𝐶𝑒
(11)
Keterangan: 𝐶𝑒 = Konsentrasi Mg2+ pada saat setimbang (mol/L) qe = Jumlah adsorbat yang teradsorp oleh adsorben pada saat setimbang (mol/g) 𝑛 = Kapasitas atau intensitas adsorpsi 𝐾𝐹 = Konstanta isoterm Freundlich (L/g)
39
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN A. Hasil Penelitian 1. Hasil Sintesis Silika Gel dari Bagasse tebu Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah bagasse tebu. Bagasse tebu diperoleh dari penjual es tebu Sunday Morning. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh silika gel dari bagasse tebu. Tahap pertama dalam penelitian ini adalah preparasi sampel. Bagasse tebu dibakar lalu diabukan dalam muffle furnace pada suhu 600oC, diperoleh abu bagasse tebu berwarna putih. Selanjutnya abu direaksikan dengan NaOH menghasilkan natrium silikat. Natrium silikat ini yang digunakan sebagai prekursor dalam pembuatan silika gel. Silika gel yang diperoleh berbentuk serbuk berwarna putih. Hasil sintesis silika dari bagasse tebu tersebut dikarakterisasi secara difraksi sinar X dan spektoskopi FTIR. Karakterisasi secara difraksi sinar X bertujuan untuk mengetahui struktur kristal dari silika, sedangkan karakterisasi secara spektroskopi FTIR bertujuan untuk mengetahui gugus fungsi pada berbagai silika sehingga dapat diketahui keberhasilan sintesis. 2. Hasil Analisis Secara Difraksi Sinar-X (XRD) Karakterisasi secara difraksi sinar-X bertujuan untuk mengetahui struktur silika hasil sintesis. Pada penelitian ini diperoleh silika berstruktur amorf. Hasil karakterisasi secara difraksi sinar-X dapat ditunjukkan pada Gambar 7:
40
700
Intensity (cps)
600 500 400 300
Silika Gel
200 100 0 0
100 200 2-tetha (deg)
300
Gambar 7. Hasil Karakterisasi Secara Difraksi Sinar-X Silika Gel
3. Hasil Analisis Secara Spektroskopi FTIR Karakterisasi secara spektroskopi FTIR bertujuan untuk mengetahui gugus fungsi yang terdapat pada silika hasil sintesis sehingga dapat dipastikan keberhasilan proses sintesis. Munurut Silverstein, hasil analisis gugus fungsi secara FTIR pada silika gel dari bagasse tebu kemudian dibandingkan dengan spektra inframerah silika Kiesel gel tipe 60 Merck sebagai standar (Sriyanti dkk., 2005) ditampilkan pada Gambar 8.
41
(a)
(b)
Gambar 8. Spektra FTIR (a) silika Kiesel gel 60 Merck, (b) silika gel dari Bagasse Tebu 4. Kesetimbangan Adsorpsi Kation Mg2+ oleh Silika Gel pada Berbagai Konsentrasi Sorbat Variabel tetap pada eksperimen ini adalah suhu, waktu pengadukan, pH, dan massa adsorben. Pada penelitian ini dilakukan pada suhu 25oC dengan lama pengadukan 30 menit dan pH dibuat tetap yaitu 5. Sebanyak 0,2 gram adsorben dilarutkan ke dalam aqua dimineralisata, kemudian ditambahkan larutan 0,001 M Mg2+. Konsentrasi Mg2+ divariasi dengan menambahkan larutan Mg2+ ke dalam aqua dimineralisata sebanyak 1, 4, 8, 13, 18, dan 23 mL. Grafik hubungan antara daya adsorpsi sorben silika gel terhadap konsentrasi awal Mg2+ dapat dilihat pada Gambar 8. Perhitungan terlampir pada Lampiran 4 (halaman 79). 42
Daya adsorpsi (mol/gram)
2.5E-04 2.0E-04 1.5E-04 1.0E-04 5.0E-05 0.0E+00 0.0E+00
5.0E-04
1.0E-03
1.5E-03
2.0E-03
2.5E-03
Konsentrasi awal Mg2+ (M) Gambar 9. Grafik Hubungan Antara Daya Adsorpsi Silika dari Bagasse Tebu Terhadap Konsentrasi Awal Mg2+
5. Model Isoterm Adsorpsi Kation Mg2+ oleh Silika Gel Penentuan model isoterm adsorpsi diperoleh dari eksperimen adsorpsi pada berbagai variasi konsentrasi adsorbat. Model isoterm adsorpsi yang sering digunakan adalah isoterm Langmuir dan isoterm Freundlich. Penentuan isoterm adsorpsi Langmuir dilakukan dengan menganalisis kurva hubungan antara Ce (konsentrasi Mg2+ saat kesetimbangan) terhadap Ce/qe (konsentrasi Mg2+ saat kesetimbangan/daya adsorpsi) sesuai dengan persamaan 12. Penentuan
isoterm adsorpsi Freundlich ditentukan
dari
kurva hubungan antara log Ce terhadap log qe sesuai dengan persamaan 13. Kurva yang menunjukkan harga R yang paling mendekati 1 merupakan isotermal adsorpsi Mg2+ yang paling sesuai.
43
Persamaan Isoterm Langmuir: 𝐶𝑒 𝑞𝑒 𝐶𝑒 𝑞𝑒
=𝐾
=𝐾
Y=
1 𝐿 .𝑞 𝑚𝑎𝑥
1 𝐿 .𝑞 𝑚𝑎𝑥
a
+𝑞
+𝑞
𝐶𝑒 𝑚𝑎𝑥
1 𝑚𝑎𝑥
𝑥 𝐶𝑒
+ b
(12)
x
𝐶𝑒 = Konsentrasi Mg2+ pada saat setimbang (mol/L) qe = Jumlah adsorbat yang teradsorp oleh adsorben pada saat setimbang (mol/g) 𝑞𝑚𝑎𝑥 = Kapasitas adsorpsi maksimum (mol/g) 𝐾𝐿 = Konstanta isoterm Langmuir (L/mol) Persamaan Isoterm Freundlich: 1
log qe = log 𝐾𝐹 + 𝑛 log 𝐶𝑒 Y
=
a
(13)
+ b x
𝐶𝑒 = Konsentrasi Mg2+ pada saat setimbang (mol/L) qe = Jumlah adsorbat yang teradsorp oleh adsorben pada saat setimbang (mol/g) 𝑛 = Kapasitas atau intensitas adsorpsi 𝐾𝐹 = Konstanta isoterm Freundlich (L/g) Pola isoterm Langmuir dan isoterm Freundlich oleh silika gel ditunjukkan pada Gambar 10 dan Gambar 11. Perhitungan dapat dilihat pada Lampiran 4 (halaman 79).
44
Ce/qe (g/L)
9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 -1.0 0.0E+00
y = 19034x - 1.778 R² = 0.906
1.0E-04
2.0E-04
3.0E-04
4.0E-04
5.0E-04
Ce (mol/L) Gambar 10. Pola Isoterm Langmuir Adsorpsi Ion Mg2+
0.0 -4.0
-3.0
-2.0
-1.0
-1.0 -2.0
Log qe (mol/g)
-5.0
-3.0
0.0
1.0 y = -0.662x - 6.371 R² = 0.732
-4.0 -5.0 -6.0 Log Ce (mol/L)
-7.0
Gambar 11. Pola Isoterm Freundlich Adsorpsi Ion Mg2+
45
B. Pembahasan 1. Hasil Sintesis Silika Gel dari Bagasse tebu a. Silika gel Tahap pertama dalam penelitian ini adalah preparasi sampel. Preparasi bagasse tebu dilakukan berdasarkan penelitian Miftakhul Huda. (2012). Bagasse tebu dikeringkan dibawah sinar matahari selama sehari untuk mengeliminasi kandungan air dalam bagasse tebu dengan menguapkan air dari permukaan sehingga memudahkan tahap pembakaran. Pengeringan dengan sinar matahari menyebabkan penyebaran panas ke dalam bahan berlangsung secara bertahap dan menyeluruh sehingga penguapan air ke udara lebih merata. Tidak demikian halnya dengan pengeringan dengan oven. Ketika bahan mulai terkena panas dari oven, laju
pengeringan
berlangsung
secara
cepat,
sehingga
saat
laju
pengeringan mulai menurun, masih tersisa kandungan air pada bahan. Adanya sisa kandungan air dalam abu bagasse tebu dapat menghalangi proses difusi komponen kimia yang terkandung dalam bagasse tebu saat dipanaskan (Harsono, 2002). Selanjutnya bagasse tebu dibakar, menghasilkan abu bagasse tebu berwarna hitam. Abu tersebut ditumbuk hingga halus untuk memperkecil ukuran abu agar mempermudah tahap pengabuan. Selanjutnya, abu bagasse tebu diabukan dengan muffle furnace pada suhu 600oC selama 5 jam. Tahap pengabuan bagasse tebu bertujuan untuk menghilangkan fraksi organik
46
(pengotor) yang ada di dalam bagasse tebu, sehingga yang tersisa hanya fraksi anorganiknya saja. Selain itu aktivasi fisik dengan cara pemanasan bertujuan untuk membuka dan menambah pori-pori silika gel dan meningkatkan luas permukaan silika gel sehingga kapasitas penyerapannya menjadi bertambah besar. Pengabuan dilakukan pada temperatur di bawah 800oC untuk mencegah terjadinya transformasi silika yang berstruktur amorf menjadi kristalin, dan di atas 500oC untuk mempercepat waktu pembakaran. Semakin rendah temperatur pembakaran maka waktu yang diperlukan untuk menghasilkan abu bagasse tebu berwarna putih menjadi lebih lama. Hal ini dikarenakan pembakaran fraksi organik dalam bagasse tebu pada temperatur yang rendah memiliki kecepatan pembakaran yang rendah (Chakraverty et.al., 1988). Temperatur yang dikontrol dengan baik dan lingkungan yang sesuai saat pembakaran dapat menghasilkan kualitas abu bagasse tebu yang lebih baik karena ukuran partikel dan luas spesifik permukaannya dipengaruhi oleh kondisi pembakaran. Bagasse tebu yang terbakar sempurna akan berwarna abu hingga putih, sementara abu bagasse tebu yang tidak terbakar sempurna akan berwarna hitam (Chakraverty et. al., 1988). Abu tersebut diayak menggunakan ayakan 200 mesh agar diperoleh abu dengan ukuran yang sama dan memperluas permukaan dari silika gel. Reaksi pengabuan yang terjadi menurut Nuryono dkk., (2004) adalah sebagai berikut: (Zat berisi C, H, O dan Si) (s) + O2 → CO2(g) + H2O(g) + SiO2(s) (3)
47
Sebanyak
20 gram abu bagasse tebu yang diperoleh dari tahap
pengabuan direndam dengan 1 liter HCl 0,1 M. Abu bagasse harus diaktifkan dengan larutan asam untuk menghilangkan oksida logam dan komponen dalam abu bagasse tebu yang tidak diperlukan sekaligus meningkatkan porositas dan aktivitas adsorpsi (Savita, 1997).
Zat -zat
anorganik dalam bagasse tebu seperti mineral-mineral dalam jumlah yang sedikit dapat dihilangkan melalui perlakuan dengan H2SO4, HCl, atau HNO3. Menurut Chandrasekhar et. al. (2006), asam klorida merupakan bahan kimia yang sangat efektif untuk mengurangi zat-zat anorganik yang terdapat di dalam bagasse tebu. Abu hasil rendaman HCl disaring dengan penyaring Buchner kemudian dicuci sampai netral lalu dikeringkan dalam oven pada suhu 80oC sampai massa konstan. Hasil yang diperoleh dari 20 gram abu bagasse tebu setelah direndam HCl adalah 12,123 gram. Berat abu bagasse tebu yang hilang merupakan berat komponen pada abu bagasse tebu yang tidak diperlukan. Selanjutnya, 6 gram abu yang telah direndam HCl direaksikan dengan 200 ml NaOH 1 M. Campuran dipanaskan hingga mendidih sambil diaduk dengan pengaduk magnet (magnetik stirer) pada kecepatan konstan selama 1 jam. Pengadukan dilakukan untuk mempercepat pencampuran antara NaOH dan abu. Natrium hidroksida digunakan pada penelitian ini karena silika larut dalam larutan alkali terutama NaOH. Pada SiO2, elektronegativitas atom O yang tinggi menyebabkan Si lebih elektropositif
48
dan terbentuk intermediet [SiO2OH]- yang tidak stabil, kemudian terjadi dehidrogenasi dan ion hidroksil yang kedua akan berikatan dengan hidrogen membentuk molekul air. Menurut Nuryono dan Narsito (2006), pada sistem ini terdapat anion silikat sebagai gugus reaktif dengan ion natrium sebagai penyeimbang muatan. Dua ion Na akan menyeimbangkan muatan negatif yang terbentuk dan berinteraksi dengan ion SiO32- sehingga terbentuk natrium silikat (Na2SiO3). Persamaan reaksi pembentukan larutan natrium silikat dapat dilihat pada persamaan 4. SiO2 (s) + 2 NaOH(aq) Na2SiO3(aq) + H2O (l)
(4)
Proses yang terjadi adalah pelarut NaOH menembus kapiler-kapiler dalam abu dan melarutkan silika. Selanjutnya, dengan cara difusi akan terjadi keseimbangan konsentrasi antara larutan silika yang ada dalam abu tersebut dengan larutan NaOH. Adanya gaya adhesi antara silika dengan NaOH menyebabkan terjadi pemisahan larutan yang mengandung silika dalam kuantitas tertentu didalam abu. Larutan silika yang terbentuk ini adalah natrium silikat yang merupakan reaksi antara NaOH dan silika pada abu bagasse tebu (Welveni, 2010). Larutan natrium silikat yang diperoleh sebanyak 180 mL. Larutan ini berwarna bening kekuningan. Larutan yang diperoleh merupakan prekursor dari pembuatan silika gel. Setelah itu, larutan natrium silikat disaring dengan kertas saring Whatman 42. Filtrat natrium silikat didinginkan pada suhu kamar.
49
Tahap selanjutnya adalah tahap sol-gel. Proses sol gel dimulai dengan mengasamkan 100 mL larutan natrium silikat sambil diaduk dengan magnetic stirrer sampai terbentuk gel karena silika mempunyai kelarutan yang tinggi pada pH > 10 ( Scott, 1993). Menurut Ilham Pratomo dkk. (2010), penambahan HCl 1 M pada larutan natrium silikat dengan teknik pengadukan dapat meningkatkan kadar silika yang dihasilkan. Pada kondisi awal, larutan natrium silikat bersifat sangat basa (pH 11-12) dalam bentuk Si-O- sehingga kondensasi tidak dapat berlangsung (Agus Prastiyanto dkk., 2010). Setelah penambahan asam yang berlebih menyebabkan berkurangnya gugus Si-O- dan bertambahnya gugus Si-OH. Penambahan HCl 1 M pada larutan Na2SiO3 dilakukan tetes demi tetes hingga pH 7. Pada penelitian ini, HCl yang diperlukan untuk mendapatkan larutan natrium silikat dengan pH 7 sebanyak 310 ml. Menurut Sriyanti dkk. (2005) penambahan HCl pada larutan natrium silikat menyebabkan pembentukan gel yang sangat cepat, terjadi di sekitar pH 9-7, namun jika HCl ditambahkan terus menerus maka gel akan melarut kembali. Pada penelitian ini, asam yang digunakan adalah asam klorida 1 M, karena asam klorida merupakan asam yang bersifat non oksidator sehingga, asam ini tidak dapat mengoksidasi bahan-bahan organik, dalam hal ini adalah abu bagasse tebu. Apabila digunakan asam lain yang bersifat oksidator, maka abu bagasse tebu dapat dioksidasi. Abu tersebut akan habis dan menyebabkan tidak dapat dilakukan proses pemurnian menjadi silika. Penambahan HCl hingga pH 7 pada larutan natrium silikat terjadi
50
pembentukan H2SiO3. Reaksi yang terjadi dapat digambarkan sebagai berikut: (5)
Na2SiO3(aq) + 2HCl(aq) ⟶ H2SiO3(aq) + 2NaCl(aq)
Gel yang terbentuk kemudian didiamkan selama 18 jam. Agar gel yang dihasilkan terbentuk secara sempurna. Selanjutnya, gel ditambahkan aqua demineralisata sebanyak 40 ml sehingga menghasilkan reaksi pembentukan sol asam Si(OH)4. Reaksi yang terjadi dapat digambarkan sebagai berikut: (6)
H2SiO3(aq) + H2O(l) ⟶ Si(OH)4(aq)
Reaksi pembentukan silika gel digambarkan pada Gambar 12 (Scott,1993). OH
HO
Si
OH
OH
+
H+
HO
OH
OH2+ +
HO
HO
OH
OH
Si
+ O
Si
OH
H
OH
OH
OH
-H+
OH
Si
OH
OH -H2O
Si
OH
HO
Si
OH
OH
O
Si
OH
OH
Gambar 12. Reaksi Pembentukan Silika Gel Penambahan HCl 1 M pada larutan Na2SiO3 mengakibatkan terjadinya penurunan pH, sehingga konsentrasi H+ dalam Na2SiO3 semakin meningkat. Hal ini menyebabkan silikat berubah menjadi asam silikat (H2SiO3) yang menyebabkan sebagian gugus siloksan (S-O-) membentuk gugus silanol (Si-(OH)4). (Si-(OH)4) terpolimerasi dengan membentuk 51
ikatan silang ≡Si-O-Si≡ hingga terbentuk gel silika melalui proses kondensasi, sesuai persamaan reaksi di bawah ini: ≡Si-O- + H+ ⟶ ≡Si-OH ≡Si-OH + ≡Si-O- ⟶ ≡Si-O-Si≡ + OH-
(7)
Menurut Sriyanti dkk. (2005), asam silikat bebas akan membentuk suatu dimer, trimer, hingga terbentuk polimer asam silikat. Agregat polimer akan bergabung membentuk bola polimer yang disebut primary silica particle. Primary silica particle pada ukuran tertentu akan mengalami kondensasi membentuk fasa padatan yang disebut alkogel. Alkogel yang didiamkan akan mengalami pelepasan NaCl sehingga dihasilkan gel yang kaku disebut hidrogel. Gel yang terbentuk disaring dengan penyaring Buchner kemudian dicuci dengan aquades. Pencucian dengan aquades bertujuan agar gel bebas dari ion Cl- yang terbentuk dari penambahan HCl tadi. Jika larutan hasil pencucian direaksikan dengan AgNO3 menghasilkan filtrat yang berwarna keruh maka disimpulkan masih adanya ion Cl- di dalam gel. Pencucian dilakukan sampai larutan hasil pencucian tetap bening jika direaksikan dengan AgNO3. Setelah bebas dari ion Cl-, residu dikeringkan dalam oven pada suhu 80oC sampai massa konstan. Serbuk yang dihasilkan merupakan silika gel kering atau xerogel yang akan digunakan sebagai adsorben. Selanjutnya, silika gel digerus menggunakan mortar agar memperluas permukaan pori silika sebelum digunakan untuk adsorben.
52
2. Hasil Analisis Secara Difraksi Sinar-X Analisa secara difraksi sinar-X ini bertujuan untuk mengetahui struktur dari serbuk silika hasil sintesis. Berdasarkan hasil analisis secara difraksi sinar-X, dapat dinyatakan bahwa silika gel memiliki puncak landai pada sudut 2θ = 22 dan 20,96. Menurut Kalaphaty (2000), puncak di sekitar 2θ = 21-22 menunjukkan puncak untuk silika. Sedangkan bukit yang landai ini menunjukkan bahwa abu bagasse tebu memiliki struktur padatan amorf. Struktur amorf dalam silika gel dari bagasse tebu sangat bergantung pada suhu pengabuan saat pemurnian silika.
3. Hasil Analisis Secara Spektroskopi FTIR Tujuan analisis menggunakan spektrofotometer FTIR adalah untuk mengidentifikasi gugus-gugus fungsi yang terdapat pada silika gel sehingga -gugus fungsi memiliki karakteristik serapan di daerah inframerah yang ditunjukkan dengan bilangan gelombang tertentu sehingga dapat dengan mudah untuk mengidentifikasi secara kualitatif. Spektra FTIR silika dari bagasse tebu dibandingkan dengan silika Kiesel gel 60 dari Merck sebagai silika pembanding. Spektra FTIR silika Kiesel gel 60 dari Merck dan silika gel ditunjukkan pada Gambar 8 (halaman 44). Tabel yang menunjukkan gugus-gugus fungsi pada spektra hasil sintesis ditunjukkan pada Tabel 2.
53
Tabel 2. Interpretasi Spektra FTIR Silika Kiesel Gel 60 Merck dan Silika Gel Bilangan Gelombang (cm-1) Gugus Fungsional
Silika Kiesel Gel 60 Merck
Vibrasi ulur –OH dari Si-OH
Silika gel
3448,5
3472,39
1101,3
1097,43
800,4
799,06
1637,5
1639,88
Vibrasi ulur Si-O dari Si-OH
970,1
970
Vibrasi tekuk Si-O-Si
472,5
465,57
Vibrasi ulur –CH2
-
-
Vibrasi ulur –SH
-
-
Vibrasi –SO dari –SO3H
-
-
Vibrasi ulur asimetris Si-O dari Si-O-Si Vibrasi ulur simetris Si-O dari Si-O-Si Vibrasi tekuk –OH dari molekul air
Berdasarkan Tabel 2, hasil spektra FTIR silika gel dari bagasse tebu menunjukkan kemiripan dengan spektra silika pembanding yaitu silika Kiesel gel 60 Merck. Pada spektra keduanya terdapat pita-pita serapan pada bilangan gelombang yang hampir sama. Pita lebar dengan puncak pada bilangan gelombang 3472,39 cm-1 mengindikasikan adanya gugus -OH pada silanol. Pelebaran pita terjadi karena gugus fungsi -OH dan air terserap pada permukaan silika melalui ikatan hidrogen. Munculnya pita serapan pada 1097,43 cm-1 merupakan vibrasi ulur asimetri dari –Si-O pada siloksan, sedangkan pita serapan pada bilangan
54
gelombang 799,06 cm-1 merupakan vibrasi ulur simetri dari –Si-O yang ada pada siloksan (Silverstein, 1991). Munculnya pita serapan pada 970 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi ulur Si-O pada gugus silanol. Vibrasi tekuk gugus –OH pada molekul air yang terikat ditunjukkan pada bilangan gelombang 1639,88 cm-1, sedangkan vibrasi tekuk dari gugus siloksan (SiO-Si) ditunjukkan pada bilangan gelombang 465,57 cm-1 (Hardjono, 1992). Secara umum, gugus fungsional pada silika gel adalah silanol (SiOH) dan siloksan (Si-O-Si). Adanya kemiripan pola serapan pada silika gel hasil sintesis dan silika pembanding untuk gugus silanol dan siloksan dapat disimpulkan bahwa silika gel dari bagasse tebu memiliki kemiripan gugus fungsional dengan Kiesel gel 60. Hal ini menunjukkan bahwa bagasse tebu dapat dijadikan bahan untuk pembuatan silika gel.
4. Kesetimbangan Adsorpsi Silika Gel terhadap Kation Mg2+ Kesetimbangan adsorpsi adalah suatu keadaan dimana tidak terjadi lagi perubahan konsentrasi adsorbat baik dalam fasa cair maupun pada adsorben. kemampuan
Kesetimbangan maksimum
adsorpsi
digunakan
untuk
adsorben
dalam
mengikat
mengetahui adsorbat.
Kesetimbangan adsorpsi dapat diketahui dari eksperimen pengikatan kation Mg2+ oleh silika gel pada berbagai variasi konsentrasi sorbat. Variabel tetap pada eksperimen ini adalah suhu, waktu pengadukan, pH, massa adsorben. Pada penelitian ini dilakukan pada suhu 25oC dengan lama pengadukan 30 menit dan pH dibuat tetap yaitu 5. Sebanyak 0,2 gram
55
adsorben dilarutkan ke dalam aqua dimineralisata, kemudian ditambahkan larutan
0,001
M
Mg2+.
Konsentrasi
Mg2+
divariasikan
dengan
menambahkan larutan Mg2+ ke dalam aqua dimineralisata, sebanyak 1, 4, 8, 13, 18, dan 23 mL. Berdasarkan hasil perhitungan dari data yang diperoleh, didapatkan grafik hubungan antara konsentrasi awal Mg2+ dengan daya adsorpsi yang ditunjukkan pada Gambar 9 (halaman 45). Berdasarkan grafik dapat disimpulkan bahwa semakin besar konsentrasi awal Mg2+ maka semakin besar daya ikat adsorpsinya.
5. Model Isoterm Adsorpsi Kation Mg2+ oleh Silika Gel Kesetimbangan
adsorpsi
dapat
ditunjukkan
dengan
cara
menganalisis kurva isoterm adsorpsi. Kurva ini merupakan fungsi konsentrasi zat terlarut yang terjerap pada padatan terhadap konsentrasi larutan. Adsorpsi fase cair-padat pada umumnya menganut tipe isoterm Freundlich dan Langmuir (Atkins, 1997). Menurut Serly Sekewael dkk. (2013), pola isoterm adsorpsi dapat menentukan kapasitas atau kemampuan jerap adsorben. Menurut Kusmiyati dkk. (2012) jumlah adsorbat yang teradsorp per satuan berat adsorben meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi. Penentuan model isoterm adsorpsi diperoleh dari eksperimen pada berbagai variasi konsentrasi adsorbat. Pola isoterm Langmuir diperoleh berdasarkan grafik hubungan Ce terhadap Ce/qe, sedangkan isoterm
56
Freundlich berdasarkan grafik hubungan antara log Ce terhadap log qe. Ce merupakan konsentrasi sisa Mg2+ yang tidak teradsorpsi, dan qe adalah jumlah adsrobat yang teradsorp oleh adsorben pada keadaan setimbang. Nilai Ce dan qe diperoleh berdasarkan perhitungan yang dapat dilihat pada Lampiran 4 (halaman 98). Grafik isoterm Langmuir dan isoterm Freundlich yang diperoleh dapat dilihat pada Gambar 10 dan Gambar 11 (halaman 47). Persamaan garis yang diperoleh pada pola isoterm Langmuir dan 𝐶
Freundlich, kemudian diinterpretasikan pada pesamaan 𝑞𝑒𝑒 = 𝑞 untuk isoterm Langmuir dan log qe = log 𝐾𝐹 +
1 𝑛
1 𝑚𝑎𝑥
.𝐾𝐿
+𝑞
𝐶𝑒 𝑚𝑎𝑥
log 𝐶𝑒 untuk isoterm
Freundlich, sehingga akan diperoleh parameter isoterm adsorpsi pada Tabel 3. Tabel 3. Parameter Isoterm Sorpsi Parameter Isoterm Isoterm Langmuir Adsorpsi
Isoterm Freundlich
qmax (mol/g)
5,254 x 10-5
-
KL (L/mol)
-10705,3
-
KF (L/g)
-
4,256 x 10-7
1/n
-
-0,662
n
-
-1,511
R
0,952
0,856
Parameter dalam menentukan model isoterm adsorpsi yang sesuai adalah yang dalam perhitungan memberikan harga koefisien relasi (R) paling tinggi. Berdasarkan tabel tersebut dapat diketahui bahwa model
57
isoterm Langmuir lebih sesuai dari model isoterm Freundlich karena harga koefisien korelasi (R) model isoterm Langmuir lebih besar dibandingkan model isoterm Freundlich pada silika gel maupun . Pada isoterm Langmuir, harga qmaks yang diperoleh sebesar 5,254 x 10-5 mol/g, sedangkan untuk sebesar -1,264 x 10-4 mol/g. Harga qmaks menunjukkan kapasitas adsorpsi maksimum. Harga KL yang diperoleh pada silika gel sebesar -10705,3 L/mol sedangkan untuk sebesar 35537,65 L/mol. Nilai KL ini menunjukkan tetapan kesetimbangan adsorpsi isotrem Langmuir. Pada isoterm Langmuir, harga koefisien relasi (R) mendekati 1, hal ini menunjukkan bahwa adsorben silika gel yang disintesis dari abu bagasse tebu cukup efektif untuk adsorpsi ion logam Mg2+ dalam larutan. Pada adsorben perlu dikonsultasikan dengan model isoterm lain yang mungkin dapat memberikan harga R yang lebih tinggi. Isoterm adsorpsi Langmuir yang sesuai menunjukkan bahwa adsorpsi hanya terjadi dalam satu lapis (monolayer), molekul adsorbat tidak berinteraksi satu dengan yang lain, dan adsorpsi terjadi pada permukaan adsorben yang homogen.
58
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa: 1. Silika yang diperoleh dari bagasse tebu berstruktur amorf dan mengandung gugus silanol dan siloksan. 2. Semakin tinggi konsentrasi larutan Mg2+ maka akan semakin besar daya adsorpsinya. 3. Model isoterm adsorpsi kaion Mg2+ pada silika gel dari bagasse tebu mengikuti model isoterm Langmuir.
B. Saran Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, maka peneliti menyarankan: 1. Melakukan penelitian lebih lanjut dengan mengganti bagasse tebu sebagai bahan baku pembuatan silika gel. 2. Melakukan proses adsorpsi dengan jenis kation yang berbeda untuk mengetahui apakah bagasse tebu dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan pupuk SRF bagi jenis kation yang lain.
59
DAFTAR PUSTAKA
Agus Farid Fadli, Rachmat Triandi Tjahjanto, dan Darjito. (2013). Ekstraksi Silika dalam Bagasse Tebu Menggunakan Metode Kontinyu. Kimia Student Journal. 1(2). Hlm. 182-187. Agus Prastiyanto, Choiril Azmiyawati, dan Adi Darmawan. (2010). Pengaruh Penambahan Merkaptobenzotiazol (MBT) terhadap Kemampuan Adsorpsi Silika dari Kaca pada Ion Logam Kadmium. Laporan Penelitian. Universitas Diponegoro. Semarang: Jurusan Kimia. Akhinov A. F. (2010). Sintesis Silika Aerogel Berbasis Abu Bagasse dengan Pengeringan pada Tekanan Ambient. Seminar Rekayasa Kimia dan Proses 2010. ISSN: 1411-4216 Angelina Rosmawati, Rachmat Triandi Tjahjanto, dan Yuniar Ponco Prananto. (2013). Variasi Metode Preparasi Gel Pada Sintesis Aerogel Silika dari Bagasse tebu. Kimia Student Journal. 1(2). Hlm. 161-167. Arizanova dan Vantiningtyas. (2010). Sintesis Silika Aerogel Berbasis Abu Bagasse untuk Media Penyimpan Hidrogen. Skripsi. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh November. Asep Saepudin. (2009). Uji Kinerja Adsorben Histidin-Bentonit dalam Prototipe Kemasan Flow dan Batch terhadap Pestisida Endosulfan dalam Air Minum. Skripsi. Bandung: FPMIPA-UPI. Atkins, P.W. (1997). Kimia Fisika, Jilid 2, Edisi Keempat. Jakarta: Erlangga. Auda H. Y. (2009). Spektroskopi Difraksi Sinar-X (X-ray Difraction/XRD). Surakarta: Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret. Balai Informasi Pertanian. (2005). Fermentasi Ampas Tebu untuk Pakan Ternak. Yogyakarta: BPTP. Bandyopadhyay, A., M. D. Sarkar, dan A. K. Bhowmick. (2005). Poly(Vinyl Alcohol)/Silica Hybrid Nanocomposites By Sol-Gel Technique: Synthesis And Properties. Journal of Materials Science. Vol. 40:52335241. Castellan, G. W. (1983). Physical Chemistry. London: Addison Publisishing Company.
60
Cestari, A.R. (2000). Thermochemical Investigation on The Adsorption of Some Difalent Cation of Modified Silicas Obtained from Sol-Gel Process. Thermochemical Acta. No. 348. Hlm. 25-31. Chakraverty, A., Mishra, P., dan Banerjee, D. (1988). Investigation of Combustion of Raw and Acid-Leached Rice Husk for Production of Pure Amorphous White Silica. Journal of Materials Science. Vol. 23. Hlm. 21 -24. Chandrasekhar, S., Pramada, P.N., dan Majeed, J. (2006). Effect of calcination temperature and heating rate on the optical properties and reactivity of rice husk ash. Journal of Materials Science. Vol. 41. Hlm. 7926-7933. Claudio, Airoldi dan Luiza N.H., Arakaki. (2001). Immobilization of Ethylenesulfide on Silica Surface through Sol Gel Process and Some Thermodynamic Data of Divalent Cathion Interactions. Polyhedron. 20(9-10). Hlm. 929-936. Dachriyanus. (2004). Analisis Struktur Senyawa Spektroskopi. Padang: Andalas University Press.
Organik
Secara
Delle, A.S. (2001). Factors affecting sorption of organic compounds in natural sorbent/watersystemsand sorption coefficients for selected pollutants. Journal of Physical and Chemical. No.30. Hlm. 187. Dian Meirawati, Sri Wardhani, dan Rachmat Triandi Tjahjanto. (2013). Studi Pengaruh Konsentrasi HCl dan Waktu Aging (Pematangan Gel) Terhadap Sintesis Silika Xerogel Berbahan Dasar Pasir Kuarsa Bangka. Kimia Student Journal. 2(2). Hlm. 524-531. Dwi R.M., Nuryono, dan Eko S.K. (2010). Sintesis dan Karakterisasi Silika Gel dari Abu Sekam Padi yang Diimobilisasi dengan 3-(trimetoksisilil)-1propantiol. Sains dan Terapan Kimia. 4(2). Hlm. 150-167. El Shafei, G. (2002). Effect of Pore Structure on Surface Characteristics of Zirconium Phosphate-Modified Silica. Journal of Colloid and Interface Science. 250(2). Hlm. 394-399. Fahmiati, Nuryono, dan Narsito. (2006). Termodinamika Adsorpsi Cd(II), Ni(II), dan Mg(II) pada Silika Gel Termodifikasi 3-Merkapto 1,2,4-Triazol. Indonesian Journal of Chemistry. 6(1). Hlm. 52-55. Foth, H. D. (1994). Dasar-dasar Ilmu Tanah. Edisi Keenam. Terjemahan oleh Adi Sumarno. Jakarta: Erlangga.
61
Govindarajan dan G. Jayalakshmi. (2011). XRD, FTIR and Microstructure Studies of Calcined Sugarcane Bagasse Ash. Pelagia Research Library. 2(3). Hlm. 44-54. Griffith, P. (1975). Chemical Infrared Fourier Transform Spectroscopy. New York: John Wiley & Sons. Guo-ding Zhou, Da-quan Zhang, dan Li-xin Gao. (2004) Inhibition of copper corrosion in aerated hydrochloric acid solution by heterocyclic compounds containing a mercapto group. Corrosion Science. 46(12). Hlm. 3031-3040. Halasz dan Sebastian. (1993). New Stationary Phase for Chromatography. Angew. Chem. Internat. 8(6). Hlm. 453-454. Hanafiah, K.A. (2005). Dasar-Dasar Ilmu Tanah. Jakarta: PT. Raja Grafindo Persada. Hardjono Sastrohamidjojo. (1992). Spektroskopi Inframerah. Edisi Pertama. Cetakan Pertama. Yogyakarta: Liberty Harsono H. (2002). Pembuatan Silika Amorf dari Limbah Sekam Padi. Jurnal Ilmu Dasar. Vol. 3. Hlm. 98-103. Havlin, J.L., J.D. Beaton, S. L. Tisdale, dan W. L. Nelson. (2004). Soil fertility and fertilizer. 7th edition. New Jersey: Peerson Prentice Hall. Ihda Mar’atus dan Agung Nugroho Catur Saputro. (2012). Preparasi Silika Gel dari Abu Sekam Padi Sebagai Adsorben Logam Nikel dalam Limbah Elektroplating. Seminar Nasional dan Pendidikan Kimia. Hlm. 163-171. Ilham Pratomo, Sri Wardhani, dan Danar Purwonegoro. (2013). Pengaruh Teknik Ekstraksi dan Konsentrasi HCl dalam Ekstraksi Silika dari Sekam Padi untuk Sintesis Silika Xerogel. Kimia Student Journal. 2(1). Hlm. 358364. Ishizaki, K., Komarneni, S., and Nanko, M.. (1998). Porous Material: Process Technology and Application. Netherland: Kluwer Academic Publisher. Ismunandar. (2006). Padatan Oksida Logam: Struktur, Sintesis dan Sifat-Sifatnya. Bandung: ITB. Isni Rosetya. (2009). Modifikasi Silika Gel dari Abu Sekam Padi dengan Gugus Sulfonat Melalui Senyawa Epoksi untuk Adsorpsi Ion Logam Magnesium dan Besi. Skripsi. Semarang: Jurusan Kimia Undip.
62
Jal, P.K., Patel, S., dan Mishra, B.K. (2004). Chemical Modification of Silica Surface by Immobilization of Functional Group for Extractive Concentrations of Metal Ions. Talanta. 62(5). Hlm. 1005–1028. Jal, P.K., Sudarshan, M., Saha, A., Patel, S., Mishra, B.K. (2004). Synthesis and Characterization of Nanosilica Prepared by Precipitation Method. Colloids and Surfaces. 240(1-3). Hlm. 173-178. Jamaluddin. (2010). XRD (X-Ray Diffractions). Makalah Fisika Material. Kendari: FKIN Universitas Haluoleo. Jaslin Ikhsan, Endang Widjajanti LFX, dan Sunarto. (2006). Study of Reaction Mechanisms on the Adsorption of 9-Aminoacridine by Montmorillonite. Proceeding: International Conference on Mathematics and Natural Sciences. Bandung: ITB. Jaslin Ikhsan, Siti Sulastri, dan Erfan Priyambodo. (2014). Adsorption Isotherm of Phosphate Ions onto Silica and Amino-modified Silica from Lapindo Mud. Prosiding: The 4th International Conference of the Indonesia Chemical Society. Medan: Universitas Sumatera Utara. Johnson C., dan Kearney JN. (1991). Evaluation Of Naoh Treatment of Human Dura Mater Implants to Obviate Creutzfeldt-Jakob Disease Transmission. Biomaterials. 12(4). Hlm. 431-432. Kalapathy, U., A. Proctor, dan J. Shultz. (2000). A Simple Method For Production of Pure Silica From Rice Hull Ash. Bioresource Technology. No. 73. Hlm. 257-262. Kanawade, Sachin dan R. W. Gaikwad. (2011). Removal of Dyes from Dye Effluent by Using Sugarcane Bagasse Ash as an Adsorbent. International Journal of Chemical Engineering and Applications. 2(3). Hlm. 203-206. Kaur S, Walia TPS, dan Mahajan RK. (2008). Comparative Studies Of Zinc, Cadmium, Lead, and Copper On Economically Viable Adsorbents. Journal of Environmental Engineering and Science. 7(1). Hlm. 83-90. Khopkar, S.M. (2003). Konsep Dasar Kimia Analitik. Jakarta: Universitas Indonesia Press. Krishnarao, R.V. dan Godkhindi, M.M. (1992). Distribution of Silica in Rice Husks and its Effect on the Formation of Silicon Carbide. Ceramics International. Vol. 18. Hlm. 243-249. Kusmiyati, Puspita Adi Lystanto, dan Kunthi Pratiwi. (2012). Pemanfaatan Karbon Aktif Arang Batubara (KAAB) untuk Menurunkan Kadar Ion Logam Berat Cu2+ dan Ag+ pada Limbah Cair Industri. Jurnal Reaktor. 14(1). Hlm. 51-60. 63
Lee Chou, Ni Siyu, dan Jiang Chang. (2007). Preparation and Characterization of Forsterite (Mg2SiO4) Bioceramics. Ceramics International. No. 33. Hlm. 83-88. Luiza N.H. Arakaki dan Claudio Airoldi. (2000). Ethylenimine in the Synthetic Routes of a New Silylating Agent: Chelating Ability of Nitrogen and Sulfur Donor Atoms After Anchoring onto the Surface of Silica Gel. Polyhedron. 19(4). Hlm. 367–373. Madurwar, S.A. Mandavgane, dan R.V. Ralegaonkar. (2014). Use of Sugarcane Bagasse Ash As Brick Material. Current Science. 107 (6). Hlm. 10441051. Margolese, D., J.A.Melero, S.C.Christiansen, B.Fchmelka dan G.D.Stucky. (2000). Direct Synthesis of Ordered SBA -15 Mesoporous Silica Containing Sulfonic Acid Groups. Chem. Mater. Vol 12. Hlm. 24482459. Maria Angela N.S, Arenst Andreas, dan Aditya Putranto. (2015). Sintesis Karbon Aktif dari Kulit Salak dengan Aktivasi H3PO4 sebagai Adsorben Larutan Zat Warna Metilen Biru. Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia "Kejuangan". Pengembangan Teknologi Kimia untuk Pengolahan Sumber Daya Alam Indonesia. Yogyakarta: UPN Veteran Yogyakarta. ISSN 1693-4393. Miftakhul Huda. (2012). Adsorpsi-Desorpsi Senyawa Paraquat Diklorida dengan Silika Gel dari Limbah Ampas Tebu (Saccharum Officinarum). Skripsi. Yogyakarya: UIN Sunan Kalijaga Morales dan Ward H. Thompson. (2008). Simulations of Infrared Spectra of Nanoconfined Liquids: Acetonitrile Confined in Nanoscale, Hydrophilic Silica Pores. Journal Physical Chemistry. 113(10). Hlm. 1922–1933. Murni Handayani, dan Eko S. (2009). Uji Persamaan Langmuir dan Freundlich pada Penyerapan Limbah Chrom (VI) oleh Zeolit. Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi Nuklir PTNBR – BATAN. Tangerang: Pusat Penelitian Metalurgi-LIPI. Nazriati. (2011). Sintesis Silika Aerogel Dengan Bahan Abu Bagasse. Reaktor. 13(4). Hlm. 220-224. Nurjahati Hakim., M. Yusuf Nyakpa, dan A.M Lubis. (1986). Dasar-dasar Imu Tanah. Lampung: Universitas Lampung. Nuryono dan Narsito. (2006). Adsorpsi Zn(II) dan Cd(II) pada Hibrida AminoSilika dari Abu Sekam Padi. Jurnal Alchemy. 5(2). Hlm. 1-12. ISSN 1412-4092.
64
Oscik, J. (1982). Adsorption. Chichester: Ellis Horwood Limited. Price, P.M., Clark, J.H., dan Macquarrie, D.J. (2010). Modified Silicas for Clean Technology. Journal of the Chemical Society Dalton Transactions. 2(2). Hlm. 101-110. Rankine, I. dan T.H. Fairhurst. (1999). Management of Phosphorus, Potassium, and Magnesium in Matureoil Palm. Better Crop International. 13(1). Hlm. 10-15. Saechu. (2009). Optimasi Pemanfaatan Energi Ampas di Pabrik Gula. Jurnal Teknik Kimia. 4(1). Hlm 274-280. Savita, R., Kamath, dan Andrew Proctor. (1997). Preparation and Characterization of Silica Gel from Rice Hull Ash. Cereal Chemistry. 75(4). Hlm. 484487. Schnoor, J. 1996. Environmental Modeling. New York: John Wiley & Son. Schulte, E. E. (2004). Soil and Applied Magnesium. Publication of the Extension Office. Wisconsin University Publication. Bulleting No. A2524. Scott. R.P.W. (1993). Silica Gel and Bonded Phase, Their Production, Properties and Use in LC. New York: John Wiley & Sons. Sekretariat Dewan Gula Indonesia. (2013). Kondisi Penggulaan Indonesia. Jakarta: Sekretariat Dewan Gula Indonesia. Serano, C., G. Blanco-Brieva, J. M. Campos-Martin, dan J. L. G. Fierro. (2003). Acid-Functionalized Amorphous Silica by Chemical Grafting−Quantitative Oxidation of Thiol Groups. American Chemical Society. 19(18). Hlm. 7621–7627. Serly J. Sekewael, Hellna Tehubijuluw, dan Delovika R. Reawaruw. (2013). Kajian Kinetika dan Isoterm Adsorpsi Logam Pb pada Lempung Asal Desa Ouw Teraktivasi Garam Ammonium Nitrat. Ind. Journal Chemistry Res. Vol. 1. Hlm. 38-46. Shriver, D.F. (1990). Inorganic Chemistry. Oxford: Oxford University Press. Shylesh, Sahida Sharma, S.P. Mirajkar, dan A.P.Singh. (2004). Silica Functionalised Sulphonic Acid Groups: Synthesis, Characterization and Catalytic Activity in Acetalization and Acetylation Reactions. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical . 212 (1). Hlm. 219-228. Sihombing J.B.F. (2007). Penggunaan Media Filtran dalam Upaya Mengurangi Beban Cemaran Limbah Cair Industri Kecil Tapioka. Skripsi. Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian Institusi Pertanian Bogor
65
Silverstein, R.M., G.C. Bassler dan T.C. Morril. (1991). Spectrometric Identification of Organic Compound, 5th ed. New York: John Wiley & Sons. Siti Sulastri dan Susila Kristianingrum. (2010). Berbagai Macam Senyawa Silika: Sintesis, Karakterisasi dan Pemanfaatan. Prosiding Seminar Nasional Penelitian, Pendidikan dan Penerapan. Yogyakarta: FMIPA UNY. Hal 211-216. Siti Sulastri, Nuryono, Indriana Kartini, dan Eko Sri Kunarti. (2011). Sintesis dari Senyawa Alkoksisilanmelalui Proses Sol-Gel. Prosiding Seminar Nasional Kimia. Yogyakarta: Jurusan Pendidikan Kimia FMIPA UNY. Siti Sulastri. (2013). Sintesis dari Abu Sekam Padi Melalui Proses Sol Gel Sebagai Penukar Kation Logam Berat dalam Larutan. Laporan Akhir Penelitian Disertasi. Yogyakarta: FMIPA UNY. Slamet.
(2004). Tebu (Saccharum officinarum). Diakses dari http://warintek.progressio.or.id/ tebu/perkebunan/ warintek/merintisbisnis/progressio.html. pada tanggal 9 Mei 2016.
Sri Hartuti. (2011). Kajian Pemanfaatan Silika Gel sebagai Adsorben. Diakses dari http://srihartuti13.blogspot.co.id/2011/10/kajian-pemanfaatan-silikagel-sebagai.html. pada tanggal 10 Juli 2016. Sriyanti, Taslimah, Nuryono dan Narsito. (2005). Sintesis Bahan Hibrida AminoSilika Dari Abu Sekam Padi Melalui Proses Sol-Gel. Jurusan Kimia FMIPA Universitas Diponegoro. 8(1). Hlm. 1-10. Susila Kristianingrum, Endang Dwi Siswani, dan Annisa Fillaeli. (2011). Pengaruh Jenis Asam Pada Sintesis Silika Gel dari Abu Bagasse dan Uji Sifat Adsorbtifnya Terhadap Ion Logam Tembaga (II). Prosiding Seminar Nasional Kimia. Yogyakarta: Jurusan Pendidikan Kimia FMIPA UNY. Suzuki, T. M, Nakamura, T., Sudo, E., Akimoto, Y., dan Yano, K. (2008). Synthesis and catalytic properties of sulfonic acid-functionalized monodispersed mesoporous silica spheres. Microporous and Mesoporous Materials. 111(1–3). Hlm. 350–358. Syukur D.A. (2006). Integrasi Usaha Peternakan Sapi pada Perkebunan Tebu. Diakses dari http://www.disnakkeswanlampung.go.id/inedx2.php?option=com_conten &do_pdf=1&id=260. Pada tanggal 22 Juli 2016. Tahid. (1994). Spektroskopi Inframerah Transformasi Fourier No II Th VIII. Bandung: Warta Kimia Analitis.
66
Tertykh, V.A dan Yanish polski V. V. (2000). Adsorption and Chemisorptions of Enzymes and Other Natural Macromolecules on Silicas. New York: Marcel Dekker. Tony Bird. (1987). Kimia Fisik Untuk Universitas. Jakarta: PT. Gramedia. Uhlmann, D. R., dan Kreidhl, N. J. (1980). Glass Sciences and Technology. New York: Academic Press. Vimal Chandra Srivastava, Nitin Kumar Agarwal dan Indra Mani Mishra. (2005). Adsorptive Removal of Malachite Green Dye from Aqueous Solution by Bagasse Fly Ash and Activated Carbon-Kinetic Study and Equilibrium Isotherm Analyses. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 264 (1–3). Hlm. 17–28. Welveni. (2010). Pemanfaatan Limbah Padat Abu Fly Ash Batubara menjadi Bahan Baku Pembuatan Silica Gel. Riau : Universitas Negeri Riau. Welz, B. (1985). Atomic Absorption Spectrometry, 2th ed. Germany: Verlagh Chemie. Witono, J. A. (2003). Produksi Furfural Dan Turunannya : Alternatif Peningkatan Nilai Tambah Ampas Tebu Indonesia (Sebuah Wacana Bagi Pengembangan Industri Berbasis Limbah Pertanian). Diakses dari http://www.kompas.com/kesehatan/news/0510/21/113325.htm, pada tanggal 16 juli 2016. Worathanakul, P., Payubnop, W. dan Muangpet, A. (2009). Characterization for Post-treatment Effect of Bagasse Ash for Silica Extraction. World Academy of Science, Engineering, and Technology. No. 32. Hlm. 360. Zakaria. (2003). Analisis Kandungan Mineral Magnetik pada Batuan Beku dari Daerah Istimewe Yogyakarta dengan Metode X-Ray Diffiaction. Skripsi. Kendari: Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Haluoleo.
67
LAMPIRAN
68
Lampiran 1 Perhitungan untuk Sintesis Silika Gel dari Bagasse Tebu
Pembuatan bahan untuk sintesis silika gel 1. Larutan NaOH 1 M Larutan NaOH 1 M dibuat dengan cara melarutkan 40 gram kristal NaOH dengan aqua demineralisata dan diencerkan dalam labu takar 1000 mL hingga tanda batas. Penimbangan kristal NaOH berdasarkan pada perhitungan berikut: M
=
1M
=
1 mol
=
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑘𝑟𝑖𝑠𝑡𝑎𝑙 𝑁𝑎𝑂 𝐻/𝑀𝑟 𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑉 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑘𝑟𝑖𝑠𝑡𝑎𝑙 𝑁𝑎𝑂𝐻 /40 1𝐿 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑘𝑟𝑖𝑠𝑡𝑎𝑙 𝑁𝑎𝑂𝐻 40
Massa kristal NaOH = 1 mol x 40 gram/mol Massa kristal NaOH = 40 gram
2. Larutan HCl 1 M Larutan HCl 1 M dibuat dengan cara memipet larutan HCl p.a sebanyak 83 mL ke dalam labu takar 1000 mL, kemudian diencerkan hingga tanda batas. Pengambilan volume larutan HCl p.a berdasarkan persamaan pengenceran berikut: 𝑉1 . 𝑀1 = 𝑉2 . 𝑀2 𝑉1 . 12,06 M = 1000 mL . 1 M 1000 𝑚𝐿 .1 𝑀
𝑉1
=
𝑉1
= 83 mL
12,06 𝑀
3. Larutan HCl 0,1 M Larutan HCl 0,1 M dibuat dengan cara memipet larutan HCl 1 M sebanyak 100 mL ke dalam labu takar 1000 mL, kemudian diencerkan hingga tanda batas. Pengambilan volume larutan HCl 1 M berdasarkan persamaan pengenceran berikut:
69
𝑉1 . 𝑀1 = 𝑉2 . 𝑀2 𝑉1 . 1 M
= 1000 mL . 0,1 M 1000 𝑚𝐿 .0,1 𝑀
𝑉1
=
𝑉1
= 100 mL
1𝑀
4. Larutan H2SO4 10% Larutan H2SO4 10% dibuat dengan cara memipet larutan H2SO4 pekat sebanyak 5 mL ke dalam labu takar 50 mL, kemudian diencerkan hingga tanda batas. Pengambilan volume larutan H2SO4 pekat berdasarkan perhitungan berikut: M
= =
10 𝑥 % 𝑥 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑗𝑒𝑛𝑖𝑠 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑘𝑢𝑙 10 𝑥 10% 𝑥 1,84 𝑔𝑟𝑎𝑚 /𝑚𝑙 98,08 𝑔𝑟𝑎𝑚 /𝑚𝑜𝑙
= 1,876 gram/mol 𝑉1 . 𝑀1 = 𝑉2 . 𝑀2 𝑉1 . 18,4 M = 50 mL . 1,876 M 𝑉1 =
5 𝑚𝐿 .1,876 𝑀 18,4 𝑀
𝑉1 = 5 mL
70
Lampiran 2 Perhitungan untuk Pembuatan Larutan saat Adsorpsi Pembuatan larutan Mg2+ 1. Larutan 0,1 M Mg2+ Pembuatan larutan 0,1 M Mg2+ dengan melarutkan 2,565 gram kristal Mg(NO3)2
.
6H2O ke dalam aqua demineralisata kemudian diencerkan
menggunakan labu ukur 100 mL hingga tanda batas. Sehingga diperoleh larutan Mg2+ 0,1 M. Penimbangan massa kristal Mg(NO3)2
.
6H2O berdasarkan
perhitungan berikut: a) Mencari mol Mg2+ untuk 0,1 M larutan Mg2+ dalam 100 mL Mol Mg(II)
= Molaritas x Volume
Mol Mg(II)
= 0,1 M x 0,1 L
Mol Mg(II)
= 0,01 mol
b) Mencari massa Mg2+ 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑀𝑔(𝐼𝐼)
Mol Mg(II)
=
Massa Mg(II)
= mol Mg(II) x Ar Mg(II)
𝐴𝑟 𝑀𝑔(𝐼𝐼)
= 0,01 mol x 24,305 gram/mol = 0,243 gram c) Mencari massa kristal Mg(NO3)2 Mg(NO3)2 . 6H2O → Mg2+
+ 2 NO3- + 6H2O
1 mol Mg(NO3)2 1 mol Mg2+ Mol Mg(NO3)2 .6H2O = Mol Mg2+ 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑀𝑔 𝑁𝑂3 2 6H2O 𝑀𝑟 𝑀𝑔 𝑁𝑂3 2
=
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑀𝑔(𝐼𝐼)
Massa Mg(NO3)2 . 6H2O
𝐴𝑟 𝑀𝑔(𝐼𝐼)
=
𝑀𝑟 𝑀𝑔 𝑁𝑂3 2 .6H2O 𝐴𝑟 𝑀𝑔(𝐼𝐼)
256,403 𝑔𝑟𝑎𝑚 /𝑚𝑜𝑙
𝑥 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑀𝑔(𝐼𝐼)
= 24,305 𝑔𝑟𝑎𝑚 /𝑚𝑜𝑙 𝑥 0,243 𝑔𝑟𝑎𝑚 = 2,565 gram
71
2. Larutan 0,001 M Mg2+ Pembuatan larutan 0,001 M Mg2+ dilakukan dengan cara mengambil larutan 0,1 M Mg2+ sebanyak 1 mL, kemudian dimasukkan dalam labu takar 100 mL dan diencerkan dengan aqua demineralisata hingga tanda batas. Sehingga diperoleh larutan Mg2+ 0,001 M. Pengambilan volume larutan 0,1 M Mg2+ berdasarkan persamaan pengenceran berikut: 𝑉1 . 𝑀1 = 𝑉2 . 𝑀2 𝑉1 . 0,1 M
= 100 mL . 0,001 M 100 𝑚𝐿 .0,001 𝑀
𝑉1
=
𝑉1
= 1 mL
0,1 𝑀
3. Larutan Standar Mg(II) Konsentrasi larutan standar Mg2+ yang dibuat adalah 2 x 10-5 M; 4 x 10-5 M; 6 x 10-5 M; 8 x 10-5 M; 1 x 10-4 M; dan 1,2 x 10-4 M. Variasi konsentrasi tersebut didapat dari perhitungan berikut: a) Jumlah volume larutan 0,001 M Mg2+ yang ditambahkan: Volume total: 1 mL + 3 mL + 4 mL + 5 mL + 5 mL + 5 mL = 23 mL b) Mencari mol larutan 0,001 M Mg2+ Mol
= Molaritas x Volume = 0,001 M x 23 mL = 0,023 mmol
c) Mencari konsentrasi larutan 0,001 M Mg2+ dalam 200 mL aquademineralista 𝑚𝑜𝑙
Molaritas = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 =
0,023 𝑚𝑚𝑜𝑙 200 𝑚𝑙
= 0,00012 M → maksimun Dengan mengetahui konsentrasi maksiumun Mg2+ dalam larutan maka dibuat konsentrasi standar Mg2+dengan variasi sebagai berikut: 2 x 10-5 M; 4 x 105
M; 6 x 10-5 M; 8 x 10-5 M; 1 x 10-4 M; dan 1,2 x 10-4 M. Pembuatan larutan
72
standar dilakukan dengan mengencerkan larutan 0,001 M Mg2+ dengan perhitungan sebagai berikut: a) Larutan Mg2+ 0,0002 M Larutan Mg2+ 0,0002 M dibuat dengan cara memipet larutan Mg2+ 0,001 M sebanyak 10 mL ke dalam labu takar 50 mL, kemudian diencerkan hingga tanda batas. Pengambilan volume larutan larutan Mg2+ 0,001 M berdasarkan persamaan pengenceran berikut: 𝑉1 . 𝑀1 = 𝑉2 . 𝑀2 𝑉1 . 0,001 M = 50 mL . 0,0002 M 50 𝑚𝐿 .0,0002 𝑀
𝑉1
=
𝑉1
= 10 mL
0,001 𝑀
b) Larutan Mg2+ 2 x 10-5 M Larutan Mg2+ 2 x 10-5 M dibuat dengan cara memipet larutan Mg2+ 0,0002 M yang telah dibuat sebanyak 1 mL ke dalam labu takar 10 mL, kemudian diencerkan hingga tanda batas. Pengambilan volume larutan larutan Mg2+ 0,0002 M berdasarkan persamaan pengenceran berikut: 𝑉1 . 𝑀1 = 𝑉2 . 𝑀2 𝑉1 . 0,0002 M
= 10 mL . 2 x 10-5 M 10 𝑚𝐿 .0,00002 𝑀
𝑉1
=
𝑉1
= 1 mL
0,0002 𝑀
c) Larutan Mg2+ 4 x 10-5 M Larutan Mg2+ 4 x 10-5 M dibuat dengan cara memipet larutan Mg2+ 0,0002 M yang telah dibuat sebanyak 2 mL ke dalam labu takar 10 mL, kemudian diencerkan hingga tanda batas. Pengambilan volume larutan larutan Mg2+ 0,0002 M berdasarkan persamaan pengenceran berikut: 𝑉1 . 𝑀1 = 𝑉2 . 𝑀2 𝑉1 . 0,0002 M
= 10 mL . 4 x 10-5 M 10 𝑚𝐿 .0,00004 𝑀
𝑉1
=
𝑉1
= 2 mL
0,0002 𝑀
73
d) Larutan Mg2+ 6 x 10-5 M Larutan Mg2+ 6 x 10-5 M dibuat dengan cara memipet larutan Mg2+ 0,0002 M yang telah dibuat sebanyak 3 mL ke dalam labu takar 10 mL, kemudian diencerkan hingga tanda batas. Pengambilan volume larutan larutan Mg2+ 0,0002 M berdasarkan persamaan pengenceran berikut: 𝑉1 . 𝑀1 = 𝑉2 . 𝑀2 𝑉1 . 0,0002 M
= 10 mL . 6 x 10-5 M 10 𝑚𝐿 .0,00006 𝑀
𝑉1
=
𝑉1
= 3 mL
0,0002 𝑀
e) Larutan Mg2+ 8 x 10-5 M Larutan Mg2+ 8 x 10-5 M dibuat dengan cara memipet larutan Mg2+ 0,0002 M yang telah dibuat sebanyak 4 mL ke dalam labu takar 10 mL, kemudian diencerkan hingga tanda batas. Pengambilan volume larutan larutan Mg2+ 0,0002 M berdasarkan persamaan pengenceran berikut: 𝑉1 . 𝑀1 = 𝑉2 . 𝑀2 𝑉1 . 0,0002 M
= 10 mL . 8 x 10-5 M 10 𝑚𝐿 .0,00008 𝑀
𝑉1
=
𝑉1
= 4 mL
0,0002 𝑀
f) Larutan Mg2+ 1 x 10-4 M Larutan Mg2+ 1 x 10-4 M dibuat dengan cara memipet larutan Mg2+ 0,0002 M yang telah dibuat sebanyak 5 mL ke dalam labu takar 10 mL, kemudian diencerkan hingga tanda batas. Pengambilan volume larutan larutan Mg2+ 0,0002 M berdasarkan persamaan pengenceran berikut: 𝑉1 . 𝑀1 = 𝑉2 . 𝑀2 𝑉1 . 0,0002 M
= 10 mL . 1 x 10-4 M 10 𝑚𝐿 .0,0001 𝑀
𝑉1
=
𝑉1
= 5 mL
0,0002 𝑀
g) Larutan Mg2+ 1,2 x 10-4 M Larutan Mg2+ 1,2 x 10-4 M dibuat dengan cara memipet larutan Mg2+ 0,0002 M yang telah dibuat sebanyak 6 mL ke dalam labu takar 10 mL, 74
kemudian diencerkan hingga tanda batas. Pengambilan volume larutan larutan Mg2+ 0,0002 M berdasarkan persamaan pengenceran berikut: 𝑉1 . 𝑀1 = 𝑉2 . 𝑀2 𝑉1 . 0,0002 M
= 10 mL . 1,2 x 10-4 M 10 𝑚𝐿 .0,00012 𝑀
𝑉1
=
𝑉1
= 6 mL
0,0002 𝑀
4. Larutan Mg2+ untuk adsorpsi pada berbagai variasi konsentrasi oleh silika gel Konsentrasi awal larutan Mg2+ yang digunakan untuk adsorpsi pada berbagai variasi konsentrasi adalah 0,001 M. Konsentrasi larutan kation pada penelitian ini digunakan sebagai pembanding untuk adsorpsi pada kation lain yang dilakukan oleh peneliti yang lain.
75
Lampiran 3 Pembuatan Kurva Standar Larutan Ion Mg2+ Pengukuran absorbansi larutan standar Mg2+ diukur menggunakan AAS. Berikut adalah data konsentrasi dan absorbansi larutan standar Mg2+ Data Konsentrasi dan Absorbansi Larutan Standar Mg2+ No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Konsentrasi (M) 0 2 x 10-5 4 x 10-5 6 x 10-5 8 x 10-5 1 x 10-5 1,2 x 10-5
Absorbansi 0 0.7867 1.1769 1.1083 1.7055 1.8016 1.9699
Absorbansi
2.5 2
y = 11982x + 0.58609 R² = 0.9617
1.5 1 0.5 0 0.0E+002.0E-05 4.0E-05 6.0E-05 8.0E-05 1.0E-04 1.2E-04 1.4E-04 Konsentrasi (M) Kurva Standar Larutan Ion Mg2+
76
Lampiran 4 Data dan Perhitungan Parameter Isoterm Langmuir dan Isoterm Freundlich Untuk silika gel pada kation Mg2+ Volume suspensi = 200 mL Konsentrasi Mg2+ = 1 x 10-3 M Absorbasi pengikatan penambahan Mg2+ 1 mL = 0,0158
1. Perhitungan Volume Suspensi Volume suspensi = V suspensi awal – V diambil + V HCl + V NaOH + V Mg2+ = 200 mL - 5 mL + 0,5 mL + 0 mL + 1 mL = 196,5 mL 2. Perhitungan Jumlah Mg2+ (dalam mol) Total dalam Sistem Mol total = (0,001. V Mg2+ yg ditambah. C Mg2+ baku) x faktor pengenceran + 0,001 . C awal larutan . (V Suspensi – V diambil) = (0,001. 1. 1 x 10-3) x 10 + 0,001. 9,75 x 10-4 (196,5 - 5) = 1,967 x 10-4 mol
3. Perhitungan konsentrasi awal (C awal) 𝑚𝑜𝑙 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
C awal = 0,001 .𝑉 𝑠𝑢𝑠𝑝𝑒𝑛𝑠𝑖 C awal =
1,967 x 10 −4 0,001 .196,5
C awal = 1,001 x 10-3 M
4. Perhitungan Konsentrasi Sisa Y = 11982 + 0,58609 0,0158 = 11982 X + 0,58609 X=
|0,0158 −0,58609| 11982
77
X = 4,760 x 10-5 M x faktor pengenceran X = 4,760 x 10-5 M x 10 X = 4,760 x 10-4 M 5. Perhitungan Jumlah Mg2+ sisa (dalam mol) Mol sisa = C sisa. V suspensi. 0,001 Mol sisa = 4,760 x 10-4. 196,50. 0,001 Mol sisa = 9,353 x 10-5 mol 6. Perhitungan Jumlah Mg2+ terikat (dalam mol) Mol terikat = mol sistem – mol sisa Mol terikat = 1,967 x 10-4 – 9,353 x 10-5 Mol terikat = 1,032 x 10-4 mol 7. Perhitungan Konsentrasi Mg2+ terikat 𝑚𝑜𝑙 𝑡𝑒𝑟𝑖𝑘𝑎𝑡
C terikat = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 C terikat =
𝑠𝑢𝑠𝑝𝑒𝑛𝑠𝑖
1,032 x 10 −4 196,50
C terikat = 5,251 x 10-7 M 8. Perhitungan Jumlah Mg2+ terikat (dalam %) % terikat =
𝑚𝑜𝑙 𝑡𝑒𝑟𝑖𝑘𝑎𝑡 𝑚𝑜𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚
x 100%
1,032 𝑥 10 −4
% terikat = 1,967 𝑥 10 −4 x 100% % terikat = 52,456 %
9. Perhitungan daya adsorpsi (N) 𝑚𝑜𝑙 𝑡𝑒𝑟𝑖𝑘𝑎𝑡
N = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 N=
𝑎𝑑𝑠𝑜𝑟𝑏𝑒𝑛
1,032 𝑥 10 −4 𝑚𝑜𝑙 1,851 𝑔𝑟𝑎𝑚
N = 5,575 x 10-5 mol/gram
78
10. Perhitungan Isoterm Langmuir a. Ce atau C sisa (sebagai sumbu X) Y = 11982 + 0,58609 0,0158 = 11982 X + 0,58609 X=
|0,0158 −0,58609 | 11982
X = 4,760 x 10-5 M x faktor pengenceran X = 4,760 x 10-5 M x 10 X = 4,760 x 10-4 M
b. Ce/qe (sebagai sumbu Y) 4,760 x 10 −4
Ce/qe = 5,575 x 10 −5 Ce/qe = 3,158 c. Penentuan Parameter Langmuir Berdasarkan Grafik Isoterm Langmuir Persamaan Linier Isoterm Langmuir 𝐶𝑒 𝑞𝑒 𝐶𝑒 𝑞𝑒
1
=𝑞
𝑚𝑎𝑥
=𝑞
𝑚𝑎𝑥
𝐶𝑒
.𝐾𝐿
+𝑞
𝑚𝑎𝑥
.𝐾𝐿
+𝑞
𝑚𝑎𝑥
1
Y = a
1
𝑥 𝐶𝑒
+ b
X
Nilai Ce dan Ce/N kemudian diplotkan, dan diperoleh grafik dengan persamaan garis regresi sebagai berikut: Y = -1,778 + 19034X
Dari grafik, nilai qmax ditentukan dari harga slope (b) pada grafik, yaitu: b=𝑞
1 𝑚𝑎𝑥
19034 = 𝑞
1 𝑚𝑎𝑥
1
qmax = 19034 = 5,254 x 10-5 Dari grafik nilai KL ditentukan dari harga intersep (a) pada grafik, yaitu:
79
a=𝑞
1 𝑚𝑎𝑥
.𝐾𝐿 1
-1,778 = 5,254 x 10 −5 .𝐾
𝐿
KL = -10705,3 L/mol 11.
Perhitungan Isoterm Freundlich
a. log Ce (sumbu X Freundlich) log Ce = log (4,760 x 10−4 ) log Ce = -3,322
b. log qe (sumbu Y Freundlich) log qe = log (5,575 x 10-5) log qe = -4,254 c. Penentuan Parameter Freundlich Berdasarkan Grafik Isoterm Freundlich Persamaan Linier Isoterm Freundlich 1
log qe = log 𝐾𝐹 + 𝑛 log 𝐶𝑒 Y = a + bX Setelah nilai log Ce dan log N diplotkan, diperoleh grafik dengan persamaan grafik regresi: Y = -6,371- 0,662X
Dari grafik, nilai KF ditentukan dari intersep (a) pada grafik, yaitu: a = log KF -6,371 = log KF KF = 10-6,371 KF = 4,256 x 10-7 1
Dari grafik, nilai 𝑛 ditentukan dari slope (b) pada grafik, yaitu: 1 𝑛
= -0,662
𝑛 = -1,511
80
Hasil Perhitungan Pengaruh Konsentrasi terhadap Adsorpsi Kation Mg2+ 1. Data perhitungan pengaruh konsentrasi pada silika gel Volume Mg2+ Volume Mol Konsentrasi Konsentrasi No. A FP Mol sisa stock suspensi sistem awal sisa (Ce) (mL) 0,3003 10 200,0 1,950E-04 9,750E-04 2,385E-04 4,770E-05 1. 0 0,0158 10 196,5 1,967E-04 1,001E-03 4,760E-04 9,353E-05 2. 1 0,0763 10 195,9 2,211E-04 1,129E-03 4,255E-04 8,336E-05 3. 3 0,3681 10 195,0 2,545E-04 1,305E-03 1,819E-04 3,548E-05 4. 4 0,2702 10 195,2 2,981E-04 1,528E-03 2,636E-04 5,145E-05 5. 5 0,5047 10 195,4 3,409E-04 1,744E-03 6,793E-05 1,327E-05 6. 5 0,7381 10 195,5 3,822E-04 1,956E-03 1,269E-04 2,480E-05 7. 5
2. Hasil perhitungan Parameter Langmuir dan Freundlich pada silika gel No. Ce qe Ce/qe log Ce log qe 2.385E-04 7.554E-05 3.158 -3.622 -4.122 1. 4.760E-04 5.575E-05 8.537 -3.322 -4.254 2. 4.255E-04 7.651E-05 5.561 -3.371 -4.116 3. 1.819E-04 1.251E-04 1.454 -3.740 -3.903 4. 2.636E-04 1.451E-04 1.817 -3.579 -3.838 5. 6.793E-05 1.985E-04 0.342 -4.168 -3.702 6. 1.269E-04 2.233E-04 0.568 -3.897 -3.651 7.
81
Mol ikat
Konsentrasi ikat
% ikat
1,473E-04 1,032E-04 1,378E-04 2,190E-04 2,467E-04 3,276E-04 3,574E-04
7,365E-07 5,251E-07 7,032E-07 1,123E-06 1,264E-06 1,676E-06 1,829E-06
75,537 52,456 62,304 86,057 82,742 96,106 93,513
Lampiran 5 Skema Penelitian
1. Preparasi Bagasse tebu
Bagasse tebu
Pengeringan dibawah sinar matahari
Pembakaran
Kalsinasi
Penghalusan dan Pengayakan
Abu bagasse tebu berwarna putih
82
600oC, selama 5 jam
ayakan 200 mesh
2. Pembuatan Natrium Silikat 20 gr abu bagasse tebu
Toples plastik
1 L HCl 0,1 M
Pengadukan dengan magnetic stirrer
Selama 2 jam
Penyaringan
Pencucian sampai netral
Filtrat
Abu bebas pengotor
Residu
Oven
Suhu 80oC, sampai massa konstan
Teflon
400 ml NaOH 1 M
Pemanasan dan pengadukan dengan magnetic stirrer
Penyaringan
Filtrat
Larutan Natrium Silikat
83
Residu
Suhu 90oC, selama 1 jam
3. Pembuatan Silika Gel (SG)
HCl 1 M
Tetes demi tetes
Larutan Na2SiO3
Pengadukan dengan magnetic stirrer
pH 7 dan terbentuk gel
Penyaringan dengan Whatman no.42
Filtrat
Hidrogel Silika
Residu
Pengeringan pada suhu 80oC, selama 5 jam
Silika Gel
Karakterisasi secara FTIR dan XRD
84
Pencucian dengan aquades sampai netral
4. Eksperimen Adsorpsi Variasi Konsentrasi
0,2 gr SG/ SBS
200 mL aqua demineralisata
Erlenmeyer
Menambahkan larutan 0,001 M Mg2+ (1,3,4,5,5, dan 5 mL)
Pengaturan pH pada pH 5 dengan menambahkan 0,1 M NaOH atau 0,01 M HCl
Pengadukan dengan magnetic stirrer
Mengambil 5 mL
Penyaringan
Flakon
Pengukuran absorbansi dengan AAS
85
Selama 30 menit
Lampiran 6 Hasil Karakterisasi Silika Gel Secara FTIR, XRD dan Analisa Adsorpsi dengan Spektrofotometer Serapan Atom
1. Spektra FTIR Silika Gel Mon Feb 15 11:19:13 2016 (GMT+07:00) 40 35
799,06 1639,88
20 15
4000
3500
1097,43
5
3472,39
10
465,57
25
2361,93
% Transmittance
30
3000
2500
2000
Wavenumbers (cm-1) Collection time: Mon Feb 15 10:02:20 2016 (GMT+07:00) Mon Feb 15 11:19:12 2016 (GMT+07:00) FIND PEAKS: Spectrum: *Silika Gel dari Bagasse Tebu Region: 4000,00 400,00 Absolute threshold: 40,946 Sensitivity: 50 Peak list: Position: 3472,39 Intensity: 6,473 Position: 1097,43 Intensity: 10,169 Position: 465,57 Intensity: 15,113 Position: 1639,88 Intensity: 20,667 Position: 2361,93 Intensity: 24,141 Position: 799,06 Intensity: 29,896
86
1500
1000
500
2. XRD Silika Gel
87
3. Adsorpsi Variasi Konsentrasi Kation Mg2+ Terhadap Silika Gel
88
89
Lampiran 7 Dokumentasi Penelitian
Memisahkan residu dan filtrat Natrium
Sinteis natrium silikat
silikat
Pembuatan silika gel
Gel mulai terbentuk
Hidrogel silika
Hasil adsorpsi
90
