KAJIAN SINTESIS DAN KARAKTERISASI Mg-Al HYDROTALCITE-LIKE DARI BRINE WATER TANPA PENGHILANGAN ION KALSIUM

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

KAJIAN SINTESIS DAN KARAKTERISASI Mg-Al HYDROTALCITE-LIKE DARI BRINE WATER TANPA

PENGHILANGAN ION KALSIUM

Disusun oleh: DWI WAHYUNI M0307010

SKRIPSI

Ditulis dan diajukan untu untuk k memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA commit to user Juli, 2012

i


digilib.uns.ac.id

HALAMAN PENGESAHAN Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta Telah Mengesahkan Skripsi Mahasiswa: Dwi Wahyuni M0307010, dengan judul ” Kajian Sintesis Dan Karakterisasi Mg-Al Hydrotalcite-Like Dari Brine Water Tanpa Penghilangan Ion Kalsium”

Skripsi ini dibimbing oleh : Pembimbing I

Pembimbing II

Dr. Eddy Heraldy, M.Si. NIP. 19640305 200003 1002

I.F. Nurcahyo, M. Si. NIP. 19780617 200501 1001

Dipertahankan di depan TIM Penguji Skripsi pada: Hari

: Kamis

Tanggal

: 26 Juli 2012

Anggota TIM Penguji : 1.

1.................................

Dr. Fitria Rahmawati, M. Si NIP. 19751010 200003 2001

2.

2.................................

Edi Pramono, M. Si NIP. 19830918 200812 1003

Disahkan Oleh: Jurusan Kimia

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Fakultas Matem Universitas Sebelas Maret Surakarta Ketua Jurusan Kimia

Dr. Eddy Heraldy, M.Si. commit to200003 user 1002 NIP. 19640305


digilib.uns.ac.id

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul ”KAJIAN SINTESIS DAN KARAKTERISASI Mg-Al HYDROTALCITE-LIKE DARI BRINE WATER TANPA PENGHILANGAN ION KALSIUM ” adalah benar-benar hasil penelitian sendiri dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat kerja atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Surakarta,

Juli 2012

DWI WAHYUNI

commit to user


digilib.uns.ac.id

KAJIAN SINTESIS DAN KARAKTERISASI Mg-Al HYDROTALCITE-LIKE DARI BRINE WATER TANPA PENGHILANGAN ION KALSIUM DWI WAHYUNI Jurusan Kimia. Fakultas Matematia dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK Telah dilakukan sintesis dan karakterisasi Mg-Al hydrotalcite-like dari brine water tanpa penghilangan ion kalsium. Penelitian bertujuan untuk memanfaatkan limbah desalinasi (brine water) sebagai bahan dasar sintesis Mg-Al hydrotalcite-like tanpa penghilangan ion kalsium dengan metode kopresipitasi pada perbandingan rasio molar Mg/Al (2:1), suhu 65oC, pH 10 selama satu jam reaksi. Hasil sintesis diidentifikasi menggunakan X-Ray Diffractometer (XRD), Fourier Transform Infrared Spectrosphotomete (FTIR), X-Ray Fluorescence (XRF), Surface Area Analyzer (SAA), Thermo Gravimetric/Differential Thermal Analyzer (TG/DTA). Hasil karakterisasi sampel dari analisis kualitatif XRD menunjukkan bahwa terdapat anion penyeimbang muatan CO32- pada Mg-Al hydrotalcite-like. Hasil karakterisasi FTIR menunjukkan adanya uluran O-H pada bilangan gelombang 3466,08 cm-1. 1629,85 cm-1 merupakan tekukan O-H, 1361,74 cm-1 merupakan uluran simetris CO32-, 449,41cm-1 dan 536,21 cm-1 uluran Mg-O dan Al-O serta 713,66 cm-1 merupakan uluran Ca-O. Adanya ikatan Mg-O, Al-O, Ca-O serta gugus hidroksil dan karbonat mengidentifikasikan senyawa yang disintesis merupakan hydrotalcite like. Analisis XRF menunjukkan adanya kandungan Al, Mg serta Ca di dalam hydrotalcite-like serta terjadi proses dehidrogenasi dan dekarboksilasi pada analisis TG/DTA. Luas permukaan dan jari-jari pori Mg-Al hydrotalcite-like adalah 154,898 m2/g dan 44,8632 Å. Penambahan zat aktif KF dapat menurunkan luas permukaan dan jari-jari pori Mg-Al hydrotalcite-like tetapi juga mampu meningkatkan kristalinitas hydrotalcite. Kata kunci: Sintesis, karakterisasi, brine water, ion kalsium, Mg-Al hydrotalcite like, Kalium Fluorida.

commit to user


digilib.uns.ac.id

THE STUDY OF SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF Mg-Al HYDROTALCITE LIKE FROM BRINE WATER WITHOUT CALCIUM ION ELIMINATION DWI WAHYUNI Department of Chemistry. Mathematic and Natural Science Faculty. Sebelas Maret Univercity ABSTRACT The synthesis and characterization of Mg-Al hydrotalcite-like from brine water without calcium ion elimination have been carried out. The aim of the research is to use brine water as raw material for the synthesis Mg-Al hydrotalcite-like without the removal of calcium ion. The synthesis method is co-precipitation at molar ratio of Mg to Al is 2:1 at 65 oC, pH of reaction is 10 and the reaction time is 1 hour. The prepared materials were identified by X-Ray Diffractometer (XRD), Fourier Transform Infrared Spectrophotometer (FTIR), X-Ray Fluorescence (XRF), Surface Area Analyzer (SAA) and Thermo Gravimetric/Differential Thermal Analyzer (TG/DTA). The XRD pattern shows the present of CO32- anion in Mg-Al hydrotalcite-like. The result of FTIR characterization shows the presence of –OH streching at wavenumber 3466.08 cm-1, 1629.85 cm-1 the presence of –OH bending, 1361.74 cm-1 the presence of CO32- symmetric streching, 449.1 cm-1 and 536.21 cm-1 are Mg-O streching and Al-O. And 713.66 cm-1 is the Ca-O streching. The presence of Mg-O bonds, Al-O bonds, hydroxyl and carbonate groups which is characterized as O-H bending indicates that the prepared material is Mg-Al hydrotalcite-like. The XRF analysis show a contents of Al, Mg and Ca in hydrotalcite-like and process dehydrogenation and decarboxylation in the analys of TG/DTA. The surface area and the pore radius of Mg-Al hydrotalcite-like 154.898 m2/g and 44.8632 Å. The addition of the active substance KF can reduce the surface area and pore radius of Mg-Al hydrotalcite-like and also improve the hydrotalcite cristallinity. Keywords: Synthesis, Characterization, Brine Water, Calcium Ion, Mg-Al Hydrotalcite-Like, Photasium Fluoride

commit to user


digilib.uns.ac.id

MOTTO

“...Dan barang siapa yang taat kepada Allah SWT, dan Rosul-NYA dan takut kepada Allah SWT dan bertaqwa kepada-NYA, maka mereka adalah orangorang yang mendapat kemenangan...” (QS An-Nur : 52)

“...Kesempurnaan “...Kesempurnaan hanya milik ALLAH SWT,

tapi berusahalah menjadi sempurna agar

mereka (keluarga) bangga karena telah

memilikimu...”

“...jangan kau jadikan semua cobaan-Nya sebagai penghalang tapi jadikan itu sebagai kekuatan untuk menjadikanmu sebagai sang juaraaaaaa...” commit to user


digilib.uns.ac.id

PERSEMBAHAN

Karya ini saya persembahkan untuk kalian,

☺ Orangtuaku tersayang “Bapak “Bapak & Ibu”☺ maaf kalau tidak bisa menyelesaikan ini semua tepat waktu.Terimakasih atas semua bimbingan, cinta, kasih sayang dan doa yang tak henti-hentinya selama ini.

☺ Saudaraku tercinta “Astuti “Astuti & Bekti”☺ yang selalu memberikan dukungan untukku.

☺ SahabatSahabat-sahabatku “Melina, Pipit, Furi,

Husna, Nila, Siwi, Irma”☺ yang telah setia memberikan semangat dan motivasi serta kebersamaanya.

☺

Almamater UNS☺ UNS

commit to user


digilib.uns.ac.id

KATA PENGANTAR

Puji Syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat, karunia, dan ijin-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar Sarjana Sains dari Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret. Skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari banyak pihak, karena itu dengan kerendahan hati penulis menyampaikan terimakasih kepada : 1. Prof. Ir. Ari Handono Ramelan., M.Sc., Ph.D., selaku dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta. 2. Dr. Eddy Heraldy., M.Si., selaku ketua jurusan FMIPA UNS dan sebagai pembimbing I. 3. I. F. Nurcahyo, M.Si., selaku pembimbing II. 4. Drs. Pranoto, M.Si., selaku pembimbing Akademik. 5. Bapak Ibu dosen dan seluruh staf jurusan Kimia. 6. Kedua orang tua serta seluruh keluarga atas doa, dukungan dan motivasi yang diberikan untuk segera menyelesaikan karya ini. 7. Teman-teman seperjuangan tyas, eka, tyo, fajar, jati, muri dan devi, warga dewi sumbi (mel, dini, trias, arti, dito), mas dedi, om lala serta teman-teman kimia ’07 atas semangat dan dukungannya. 8. Semua pihak yang tidak mungkin disebutkan satu per satu, terimakasih atas semua dukungannya selama ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari semua pihak dalam menyempurnakan skripsi ini. Penulis berharap, semoga karya kecil ini dapat memberikan manfaat bagi ilmu pengetahuan dan pembaca. Surakarta, Juli 2012

commit to user

Dwi Wahyuni


digilib.uns.ac.id

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................

i

HALAMAN PENGESAHAN ...........................................................................

ii

HALAMAN PERNYATAAN................................................................. ..........

iii

HALAMAN ABSTRAK.............. ......................................................................

iv

HALAMAN ABSTRACT ................................................................................ .

v

HALAMAN MOTTO ......................................................................................

vi

HALAMAN PERSEMBAHAN ...................................................................... vii KATA PENGANTAR ...................................................................................... viii DAFTAR ISI ....................................................................................................

ix

DAFTAR TABEL ...........................................................................................

xi

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xii DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xiii BAB I. PENDAHULUAN ...............................................................................

1

A. Latar Belakang Masalah ..............................................................

1

B. Perumusan Masalah ......................................................................

3

1. Identifikasi Masalah .................................................................

3

2. Batasan Masalah

......................................................................

4

...................................................................

5

C. Tujuan Penelitian ........................................................................

5

D. Manfaat Penelitian ......................................................................

5

BAB II. LANDASAN TEORI ........................................................................

7

A. Tinjauan Pustaka ..........................................................................

7

1. Komposisi Dan Pengolahan Air Laut........................ ..................

7

2. Hydrotalcite

8

3. Rumusan Masalah

.............................................................................

3. Kalium Fluorida......... .............................................................. 12 4. Karakterisasi hydrotalcite-like................................................... . 13 B. Kerangka Pemikiran ................................................................... 21 C. Hipotesis ...................................................................................... 22 commit to user BAB III. METODOLOGI PENELITIAN ..................................................... 23


digilib.uns.ac.id

A. Metode Penelitian ........................................................................ 23 B. Tempat dan Waktu Penelitian ..................................................... 23 C. Alat dan Bahan ............................................................................. 23 D. Prosedur Penelitian ...................................................................... 24 1. Sintesis dan Karakterisasi Mg-Al hydrotalcite-like .................. 24 2. Preparasi KF/Mg-Al hydrotalcite-like dan Karakterisasi ............ 24 E. Teknik Pengumpulan Data .................

.................................... 24

F. Teknik Analisis Data..................................................... ................ 25 BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

............................. 27

A. Sintesis dan Karakterisasi Mg-Al hydrotalcite-like dari Brine Water .............................................

...................... 27

B. Efek ion kalsium pada karakteristik Mg-Al hydrotalcite-like ...... 32 C. Sintesis dan Karakterisasi Mg-Al hydrotalcite-like ............. ........ 35 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

....................................................... 40

A. Kesimpulan ................................................................................. 40 B. Saran ........................................................................................... 41 DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 42 LAMPIRAN .................................................................................................... 47

commit to user


digilib.uns.ac.id

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Tabel 1. Komposisi kimia air laut dan brine water (Heraldy et al., 2010).......................................................................... 7 Tabel 2. Gugus-gugus fungsi Mg/Al hydrotalcite-like ............................ ....... 14 Tabel 3. Komponen penyusun hydrotalcite-like (Wegrzyn et al., 2010)........................................................... 19 Tabel 4. XRF komposisi sampel hydrotalcite (Carja et al., 2002)................... 19 Tabel 5. Harga d tiga puncak tertinggi senyawa hasil sintesis............... .......... 30 Tabel 6. Tabulasi gugus fungsi hydrotalcite-like....... ...................................... 31 Tabel 7. Komposisi Mg-Al hydrotalcite-like dengan XRF........................... ... 33 Tabel 8. Data analisis termal TG/DTA...................................................... ...... 34 Tabel 9. Tabulasi intensitas d003, d006 dan d009............................................ ..... 35 Tabel 10. Hasil analisis luas muka spesifik, volume pori total dan rerata jejari pori sampel Mg-Al hydrotalcite-likea......................... .... 36 Tabel 11. Karakteristik sifat fisik hasil sintesis........................................... ...... 37 Tabel 12. Tabulasi intensitas d003, d006 dan d009......................................... ....... 37 Tabel 13. Hasil analisis luas muka spesifik, volume pori total dan rerata jejari pori sampel KF/Mg-Al hydrotalcite-likea................................. 39 Tabel 14. Data analisis termal TG/DTA..................................................... ....... 39

commit to user


digilib.uns.ac.id

DAFTAR GAMBAR Gambar 1.

Struktur lapisan LDH (Raki et al. 2004) .................................... 10

Gambar 2.

Struktur lapisan hydrotalcite ..................................................... 10

Gambar 3.

Spektra FTIR dari LDH dengan perbedaan rasio molar. A spektra OH, B spectra serapan H2O, C spektra serapan -CO32- dan D spektra serapan [Metal]-OH stretching. (Kang et al.,2005). ................................................................. ..... 15

Gambar 4.

Spektra FTIR Ca-Al LDH Raki and Beaudoin (2008). ............. 15

Gambar 5.

Difraktogram XRD LDH dengan perbedaan rasio mol (a) Mg/Al=2 (b) Mg/Al=2.5(c) Mg/Al=3 (Kang et al. 2005)..........................

Gambar 6.

......................................... 16

Difraktogram Ca-LDH dan Mg-LDH (Fayyazbakhsh et al. 2012)................................... ...................... 16

Gambar 7.

XRD Ca-Al-CO3 LDH dengan perbedaan rasio mol Ca/Al (Chang et al., 2011)................................................................ .... 20

Gambar 8.

TG/DTA Mg/Al hydrotalcite dengan rasio mol Mg/Al (2,0) dengan variasi suhu pemanasan selama 11 jam. (A) 70 oC (B) 110 oC dan (C) 140 oC....................................................... .. 22

Gambar 9.

TG/DTA Ca/Al LDH (Raki et al., 2004).................................... 20

Gambar 10.

TG/DTA KF/Mg(Al)O-dy (Xu et al., 2011)........................... ... 20

Gambar 11.

Difraktogram XRD ................................ .................................... 28

Gambar 12.

Difraktogram XRD Mg-Al hydrotalcite...................... ............... 29

Gambar 13.

Spektra FTIR (a) Mg-Al hydrotalcite-likea (b) Mg-Al hydrotalcite-like (Setyowati, 2011)...... ..................................... 32

Gambar 14.

Difraktogram XRD KF/ Mg-Al hydrotalcite-likea ........................................................................ 35

Gambar 15.

Difraktogram XRD KF/ Mg-Al hydrotalcite-likea......................................................................... 37

Gambar 16.

Spektra FTIR (A) KF/Mg-Al hydrotalcitea (B) KF/Mg-Al hydrotalcite-like (Setyowati, 2011).................. .. 38

commit to user


digilib.uns.ac.id

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1.

Perhitungan Sintesis Mg/Al Hydrotalcite-Like ......................... 46

Lampiran 2.

Desain Penelitian ...................................................................... 48

Lampiran 3.

Skema Sintesis Mg/Al Hydrotalcite-Like...... ............................. 49

Lampiran 4.

Data X-Ray Diffraction (XRD) Mg-Al Hydrotalcite Tanpa Penghilangan Ion Kalsium .............................................. 50

Lampiran 5.

Data X-Ray Diffraction (XRD) KF/Mg-Al Hydrotalcite .......... 51

Lampiran 6.

Data JCPDS Mg/Al Hydrotalcite ............................................... 52

Lampiran 7.

Perbanbingan Harga d Sampel Mg-Al Hydrotalcite-Like Dengan Data JCPDS Mg-Al Hydrotalcite-Like Dan Perhitungan Persentase Relatif...................................................

Lampiran 8.

53

Perbanbingan Harga d Sampel Mg-Al Hydrotalcite-Like Dengan Data JCPDS Mg-Al Hydrotalcite-Like Dan Perhitungan Persentase Relatif...................................................

Lampiran 9.

55

Spektra FTIR........................ ..................................................... 57

Lampiran 10. Kurva Luas Area Mg-Al Hydrotalcite Dengan Metode BET .... 60 Lampiran 11. Kurva Luas Area Mg-Al Hydrotalcite Dengan Metode BJH.. ... 60 Lampiran 12. Kurva Luas Area KF/Mg-Al Hydrotalcite Dengan Metode BET......................................... ...................................... 62 Lampiran 13. Kurva Luas Area KF/Mg-Al Hydrotalcite Dengan Metode BJH.................. .............................................................. 63 Lampiran 14. Kurva TG/DTA............................ ............................................ 64 Lampiran 15. Data XRF.. ................................................................................. 65

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah Indonesia dikenal sebagai negara maritim karena sebagian besar wilayahnya merupakan perairan teritorial dengan luas 3,2 juta km2 sehingga memiliki banyak potensi yang dapat dimanfaatkan untuk kehidupan manusia baik dalam bidang transportasi, ekonomi, sosial budaya maupun bidang pendidikan. Pemanfaatan air laut dalam bidang ekonomi dapat berupa pemanfaatan hasil laut untuk kehidupan manusia serta pemanfaatan dalam bidang industri seperti Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) yang memanfaatkan air laut sebagai sumber alami yang akan dijadikan sebagai air bersih untuk proses produksi steam (uap). Untuk keperluan tersebut, PLTU menyediakan unit proses desalinasi air laut. Namun, dalam proses desalinasi hanya 40% air laut dapat diubah menjadi air bersih, sementara sisanya sebanyak 60% yang disebut dengan brine water dikembalikan lagi ke laut sebagai limbah (Heraldy, 2012). Adapun komposisi kimia brine water yang dikembalikan ke laut hampir sama dengan komposisi air laut yaitu mengandung ion Cl-, Na+, SO42-, Mg2+, Ca2+, dan K+ (Anderson, 2003). Salah satu logam alkali tanah yang terkandung dalam brine water yang memiliki potensi tinggi untuk dimanfaatkan sebagai komponen penyusun hydrotalcite-like adalah ion magnesium. Hydrotalcite merupakan salah satu mineral anionik yang menarik dan prospektif karena dapat disintesis dengan mudah serta dapat digunakan dalam berbagai aplikasi seperti sebagai eksipien farmasi, adsorben, katalis atau precursor katalis (Tong et al., 2003; Heraldy, 2011). Hydrotalcite dalam bentuk naturalnya adalah suatu hidroksikarbonat dari magnesium dan aluminium dengan rumusan [Mg6Al2(OH)16]2+CO32-.4H2O. Semua kelompok senyawa yang hampir sama dengan hydrotalcite baik yang natural maupun sintetis disebut hydrotalcite-like. Hydrotalcite atau hydrotalcite–like termasuk jenis lempung anionik yang dikenal pula sebagai layered double hydroxides, dengan rumus umum : [M2+1-xM3+x(OH)2]x+[An-x/n].mH2O di mana M2+ = kation divalen ( Mg, Cu, Ni, Co, Zn, Fe, Mn, Cd, Ca) ; dan M3+= commit to user kation trivalen (Al, Ga, Co, Fe, Mn, Cr,V, Ti, In). Sementara An- merupakan anion 1

2 digilib.uns.ac.id


yang mengisi interlayer (OH−, Cl−, NO3−, CO32−, SO42−) akibat adanya muatan positif pada permukaan hydrotalcite. Muatan positif pada permukaan ini ditimbulkan oleh adanya substitusi anion divalen oleh anion trivalen (Hickey et al., 2000). Kameda et al. (2000; 2002) telah mensintesis Mg-Al hydrotalcite dari air laut tiruan serta Heraldy (2011) dan Setyowati (2011) telah mensintesis Mg-Al hydrotalcite-like dari bahan dasar brine water dengan cara menghilangkan keberadaan ion kalsium karena beranggapan adanya ion kalsium dalam air laut tiruan maupun brine water dianggap merupakan pengotor yang mampu menghambat terbentuknya kristal hydrotalcite. Disisi lain Gao et al. (2010) telah melakukan sintesis hydrotalcite dengan mengkombinasikan tiga senyawa murni sebagai komponen penyusun hydrotalcite yaitu dengan mengkombinasikan senyawa Ca(NO3)2.4H2O,

Mg(NO3)2.6H2O,

dan

Al(NO3)3.9H2O

menjadi

Ca-Mg-

Al/hydrotalcite. Dalam penelitiannya selain membuat Ca-Mg-Al/hydrotalcite, Gao juga membuat senyawa Mg-Al/hydrotalcite dan Ca-Al/hydrotalcite. Setelah itu, untuk pembuatan katalis, Gao et al. (2010) menambahkan senyawa Kalium Fluorida (KF) ke dalam hydrotalcite yang dihasilkan. Dari hasil karakterisasi katalis tersebut, menunjukkan bahwa terjadi peningkatan kristalinitas dan hasil uji katalis. Pada uji katalis, KF/Ca-Mg-Al hydrotalcite memiliki hasil konversi biodiesel yang lebih banyak bila dibandingkan dengan konvesri biodiesel menggunakan katalis KF/Mg-Al hydrotalcite maupun KF/Ca-Al hydrotalcite. Hasil konversi biodiesel yang diperoleh adalah mendekati 100 %. Hal tersebut dikarena KF/Ca-Mg-Al hydrotalcite memiliki situs aktif yang dimiliki oleh KF/Mg-Al hydrotalcite dan KF/Ca-Al hydroatlcite. Situs aktif tersebut antara lain KMgF3, KCaF3, CaAlF5 dan KCaCO3F. Berdasarkan penelitian Gao et al. (2010) yang telah mensintesis KF/Ca-MgAl hydrotalcite dengan bahan dasar senyawa murni tersebut, serta belum ada penelitian tentang sintesis hydrotalcite-like dari brine water tanpa penghilangan ion Ca2+, maka diperlukan kajian lanjut sintesis hydrotalcite-like dari brine water dengan cara tetap mempertahankan kandungan ion kalsium dalam brine water serta penambahan zat aktif KF. Dilakukannya penambahan KF ke dalam

Mg-Al

hydrotalcite-like dalam penelitian ini, dimaksudkan commit to user untuk mengetahui kemungkinan perubahan karakteristik dari KF/hydrotalcite-like. Kajian awal yang akan dilakukan

3 digilib.uns.ac.id


difokuskan pada karakter fisik hydrotalcite-like dan KF/hydrotalcite-like. Dengan demikian akan dapat dilihat sifat kristalinitas, luas permukaan, jari-jari pori serta analisis termal antara hydrotalcite-like serta KF/hydrotalcite-like yang disintesis dari brine water tanpa penghilangan ion Ca2+. B. Perumusan Masalah 1. Identifikasi Masalah

Salah satu logam alkali tanah yang terkandung dalam brine water yang memiliki potensi tinggi sebagai komponen penyusun hydrotalcite-like adalah ion magnesium. Pada umumnya Mg-Al/hydrotalcite tersusun atas kation divalent (Mg2+) dan trivalent (Al3+) dengan interlayer CO32-. Ion kalsium merupakan ion dominan yang memiliki pengaruh besar sebagai untuk menghambat terbentuknya kristal Mg/Al hydrotalcite sehingga dalam sintesis Mg/Al hydrotalcite perlu dilakukan proses pengendapan ion Ca2+ dalam brine water tiruan (Kameda et al., 2000). Oleh karena itu, sifat kimia Ca2+ dan Mg2+ hampir sama diduga memberikan pengaruh yang hampir sama pula terhadap proses terbentuknya kristal hydrotalcite-like. Sehingga agar diperoleh fasa Mg/Al hydrotalcite yang optimum diperlukan penghilangan ion Ca2+. Namun, preparasi larutan awal untuk penghilangan ion Ca2+ memerlukan waktu yang relatif lama sehingga langkah tersebut dirasa kurang efisien. Disisi lain, Gao et al. (2010) telah mengkombinasikan tiga senyawa murni untuk mensintesis Ca-Mg-Al hydrotalcite. Berdasarkan penelitian Gao et al. (2010) tersebut, dapat dikatakan bahwa kalsium juga berpotensi dalam penyusunan fase hydrotalcite sehingga ion kalsium yang terkandung di dalam brine water dan juga dikenal sebagai pengotor dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan fase hydrotalcite-like. Upaya peningkatkan kristalinitas dan aktifitas katalis suatu hydrotalcite dapat dilakukan dengan penambahan zat aktif seperti kalium fluorida (KF) (Setyowati, 2011). Peningkatan rasio KF akan memperbesar kristalinitas dan aktifitas katalis. Akan tetapi ketika rasio KF mencapai ambang batas distribusi monolayer maka kristalinitas akan menurun seiring dengan kenaikan rasio KF sebab ketika rasio KF lebih besar dari ambang batas maka akan menutupi sisi aktif yang mengakibatkan menurunnya kristalinitas. Selain itu penambahan KF akan merusak struktur hydrotalcite sehingga dapat menurunkan permukaan dan jari-jari pori partikel. commitluas to user

4 digilib.uns.ac.id


Berdasarkan penelitian sebelumnya (Gao et al., 2010) kondisi optimum dicapai dengan perbandingan berat KF/berat Mg-Al hydrotalcite-like adalah 100 %. 2. Batasan Masalah

Berdasarkan identifikasi masalah tersebut, maka dibuat batasan masalah sebagai berikut: a. Sintesis Mg-Al hydrotalcite-like dilakukan dengan tanpa penghilangan kandungan ion Ca2+ yang terdapat dalam brine water. b. Untuk meningkatkan kristalinitas hydrotalcite-like dilakukan penambahan zat aktif KF ke dalam hydrotalcite-like dengan rasio berat KF/berat hydrotalcite-like adalah 100% (1:1). 3. Rumusan Masalah

Berdasarkan identifikasi masalah dan batasan masalah di atas, maka dibuat rumusan masalah sebagai berikut: a. Apakah senyawa Mg-Al hydrotalcite-like dari brine water dapat disintesis tanpa penghilangan ion Ca2+ yang terkandung di dalam brine water ? b. Bagaimanakah karakteristik kristalinitas, luas permukaan dan jari-jari pori KF/MgAl hydrotalcite-like hasil sintesis? C. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Membuat senyawa Mg-Al hydrotalcite-like dari bahan dasar brine water dengan tanpa penghilangan ion Ca2+ yang terkandung di dalam brine water. 2. Mengetahui karakteristik kristalinitas, luas permukaan, dan jari-jari pori KF/MgAl hydrotalcite-like hasil sintesis. D. Manfaat Penelitian Manfaat penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Memberi informasi tentang alternatif pemanfaatan brine water sebagai bahan dasar sintesis Mg-Al hydrotalcite-like tanpa penghilangan ion kalsium yang terkandung di dalamnya. 2. Memberi informasi tentang karakteristik kristalinitas, luas permukaan, jari-jari pori dan analisis termal KF/ Mg-Al hydrotalcite-like hasil sintesis dari brine water tanpa penghilangan kandungan ion kalsium. commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB II LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka 1. Komposisi Dan Pengolahan Air Laut a. Komposisi Kimia Air Laut

Pada dasarnya komposisi air laut disetiap wilayah didunia adalah hampir selalu konstan. Dalam 1000 gram air laut, terkandung 965 gram (96,5 %) air yang merupakan komponen terbesar penyusun air laut dan 35 gram (3,5 %) merupakan komponen garam-garam yang terlarut (salinitas). Terdapat garam-garaman utama yang berpengaruh terhadap salinitas air laut yaitu klorida (55 %), natrium (31 %), sulfat (8 %), magnesium (4 %), kalsium (1 %) dan sisanya terdiri dari bikarbonat, bromide, asam borak, stronsium dan florida (Anderson, 2003). Berikut merupakan perbandingan komposisi kimia antara air laut dengan brine water yang tercantum pada Tabel 1 di bawah ini : Tabel 1. Komposisi kimia air laut dan brine water (Heraldy et al., 2011) Komposisi Kimia (mg L-1) Ion Air Laut Brine Water + Kalium (K ) 396 661 + Natrium (Na ) 16.200 27.054 2+ 1.205 2.012 Kalsium (Ca ) 2+ Magnesium (Mg ) 5.395 9.010 Klorida (Cl-) 31.800 53.106 Sulfat (SO42-) 2.600 4.342

b. Proses Pengolahan Air Laut (Desalinasi)

Proses desalinasi air laut adalah proses pemisahan yang digunakan untuk mengurangi kandungan garam terlarut dari air laut hingga level tertentu sehingga dapat digunakan sebagai air. Proses desalinasi melibatkan tiga aliran cairan, yaitu umpan berupa air garam misalnya air laut, produk bersalinitas rendah, dan konsentrat bersalinitas tinggi. Produk proses desalinasi umumnya merupakan air dengan kandungan garam terlarut kurang dari 500gram/L, yang digunakan untuk keperluan domestik, industri, dan pertanian. Hasil sampingan dari proses desalinasi adalah brine. Brine adalah larutan garam berkonsentrasi tinggi (lebih dari 35000 mg/L garam terlarut).

commit to user

6

7 digilib.uns.ac.id


Distilasi adalah metode desalinasi yang paling lama dan paling umum digunakan yang merupakan metode pemisahan dengan cara memanaskan air laut untuk menghasilkan uap air, yang selanjutnya dikondensasi untuk menghasilkan air bersih. Umumnya proses distilasi menggunakan prinsip mengurangi tekanan uap dari air agar pendidihan dapat terjadi pada suhu yang lebih rendah, tanpa menggunakan panas tambahan. Metode lain desalinasi adalah dengan menggunakan membran. Terdapat dua tipe membran yang dapat digunakan untuk proses desalinasi, yaitu reverse osmosis (RO) dan electrodialysis (ED). Pada proses desalinasi menggunakan membran RO, air pada larutan garam dipisahkan dari garam terlarutnya dengan mengalirkannya melalui membran water-permeabel. Permeate dapat mengalir melalui membran akibat adanya perbedaan tekanan yang diciptakan antara umpan bertekanan dan produk, yang memiliki tekanan dekat dengan tekanan atmosfer. Sisa umpan selanjutnya akan terus mengalir melalui sisi reaktor bertekanan sebagai brine. Proses ini tidak melalui tahap pemanasan ataupun perubahan fasa. Kebutuhan energi utama adalah untuk memberi tekanan pada air umpan. Desalinasi air payau membutuhkan tekanan operasi berkisar antara 250 hingga 400 psi, sedangkan desalinasi air laut memiliki kisaran tekanan operasi antara 800 hingga 1000 psi. Sistem RO terdiri dari 4 proses utama, yaitu (1) pretreatment, (2) pressurization, (3) membrane separation, (4) post teatment stabilization. Bila unit desalinasi menggunakan Reverse Osmose (RO) membrane, hanya 40% air laut dapat diubah menjadi air bersih, sementara sisanya sebanyak 60% yang disebut brine water dikembalikan lagi ke laut sebagai limbah. Padahal, brine water tersebut mengandung logam alkali dan alkali tanah dalam konsentrasi yang tinggi (Heraldy, 2012). 2. Hydrotalcite a. Struktur hydrotalcite

Hydrotalcite merupakan salah satu jenis material anorganik yang memiliki portensi dalam berbagai aplikasi industri. Hydrotalcite termasuk kedalam jenis lempung anionik yang dikenal pula sebagai layered double hydroxides (LDH) yang terdiri dari lapisan bermuatan positif dengan anion penyeimbang dan molekul air pada daerah interlayernya (Rajamanthi et al., 2001) yang memiliki struktur mirip dengan brucite Mg(OH)2. Senyawacommit tersebuttoterdiri user atas lapisan berbentuk heksagonal dengan sisi oktahedral yang 100 % diisi oleh kation magnesium untuk setiap lapis

8 digilib.uns.ac.id


hidroksida. Lapisan struktur dibentuk dari perulangan unit OH-Mg-OH-OH-Mg-OHOH-Mg-OH dengan interaksi OH-OH merupakan interaksi Van der Waals. Jika kation dengan muatan tinggi tetapi memiliki ukuran jari-jari yang kecil mengganti kation Mg2+ maka lapisan mirip brucite tersebut akan memiliki muatan positif. Kelebihan muatan ini diseimbangkan dengan penenpatan anion pada lapisan yang tidak diisi oleh atom logam bersama dengan air. Pada senyawa hydrotalcite di alam, untuk setiap satu set yang terdiri dari delapan kation Mg2+, dua diantaranya digantikan oleh kation Al3+. Penggantian ini menyebabkan kelebihan muatan positif pada lapisan hidroksida logam. Daerah antarlapisan hidroksida logam yang satu dengan yang lain akan dipisahkan oleh suatu interlayer yang merupakan gabungan antara anion dengan empat molekul H2O yang terikat lemah pada sisi muatan positif yang berlebih (Arrhenius, 2003). Hydrotalcite terdiri dari tumpukan lapisan-lapisan hidroksida dari magnesium dan aluminium yang bermuatan positif sehingga membutuhkan anion di antara lapisan tersebut (anion interlayer) untuk menyeimbangkan muatannya (Orthman et al, 2000). Kelompok senyawa yang hampir sama dengan hydrotalcite baik yang natural maupun sintesis disebut sebagai hydrotalcite-like. Pada umumnya hydrotalcite-like tersusun atas kation logam divalent (M2+), kation logam trivalent (M3+), dan anion penyeimbang (An-) yang memiliki rumus umum sebagai berikut: [M2+1-xM3+x(OH)2]x+[An-x/n].mH2O Di mana M2+ dapat berupa kation logam divalen (bervalensi dua), seperti Mg2+, Fe2+, Ni2+, Cu2+, Co2+, Mn2+, Zn2+ atau Cd2+ sedangkan M3+ adalah kation logam trivalen (bervalensi tiga), seperti Al3+, Cr3+, Ga3+, atau Fe3+ dan anion penyeimbang An- dapat berupa CO32-, SO42-, Cl-, NO3-. Sedangkan x sebagai molar rasio yang berkisar antara 0,10 ≤ ≤ 0,33, m sebagai jumlah molekul air pada interlayernya. Kestabilan LDH atau hydrotalcite-like dipengaruhi oleh besar kecilnya ukuran jari-jari kation penyusunnya sehingga struktur LDH menjadi tidak stabil apabila jari jari kation M2+ < 0,06 nm. Struktur LDH ditunjukkan oleh Gambar 1. Menurut Cavani et al. (1991) salah satu syarat dari sintesis hydrotalcite adalah ukuran jari-jari kation logam yang digunakan tidak jauh berbeda dari kation logam Mg2+. Struktur hydrotalcite ditunjukkan pada Gambar 2. commit to user

9 digilib.uns.ac.id


Senyawa hydrotalcite telah banyak dikembangkan karena memiliki potensi yang baik sebagai adsorben (Wright, 2002), penukar ion (Miyata, 1983) dan sebagai katalis (Kishore and Kannan, 2002; 2004). Wright (2002) menyebutkan bahwa hydrotalcite memiliki sejumlah sifat yang membuatnya berpotensi seperti tersebut di atas, diantaranya adalah: 1. Luas permukaan yang cukup besar (100-300 m2/gram). 2. Padatan pendukung yang dapat disisipi oleh logam katalis dengan dispersi logam pada struktur hydrotalcite yang cukup tinggi. 3. Memiliki efek sinergis antar lapisan. 4. Memiliki memory effect (dapat diregenerasi).

Gambar 1 . Struktur lapisan LDH (Raki et al., 2004)

Gambar 2. Struktur Lapisan Hydrotalcite b. Sintesis Hydrotalcite

Senyawa hydrotalcite merupakan mineral yang menarik karena dapat disintesis dengan mudah serta menghasilkan material berguna dalam berbagai commit to user aplikasi (Tong et al., 2003). Oleh karena itu, beberapa peneliti telah membuat dan


10 digilib.uns.ac.id

mengembangkan senyawa hydrotalcite like berbahan dasar magnesium dengan berbagai kondisi sintesis baik dari senyawa murni maupun bahan alam yaitu: 1. Sintesis Hydrotalcite Menggunakan Bahan Senyawa Murni

Gao et al. (2010) telah melakukan sintesis hydrotalcite menggunakan bahan dasar senyawa murni berupa campuran senyawa Ca(NO3)2.4H2O, Mg(NO3)2.6H2O, dan Al(NO3)3.9H2O menjadi Ca-Mg-Al hydrotalcite dengan kondisi sintesis pada pH 10 selama 1 jam pada suhu reaksi 65 °C. Sementara itu, Ahmad (2011) juga membuat Mg/Al hydrotalcite-like dari bahan senyawa murni yaitu dari campuran magnesium klorida dan aluminium klorida ditambahkan larutan natrium karbonat dan disintesis pada pH 10 temperatur 70 °C selama 1 jam. Heraldy et. al. (2006) juga mensintesis Mg/Al hydrotalcite-like dengan nisbah mol Mg/Al 2,0 ; 2,5 dan 3,0 dari campuran magnesium klorida dan aluminium klorida melalui metode kopresipitasi secara langsung. 2. Sintesis Hydrotalcite Menggunakan Bahan Dari Alam

Kameda dan kelompok penelitiannya yang telah membuat hydrotalcite-like dari magnesium yang berasal dari air laut tiruan (artificial seawater) yang mengandung natrium klorida (NaCl), natrium sulfat (Na2SO4), magnesium klorida (MgCl2) dan kalsium klorida (CaCl2). Sintesis ini diawali dengan membuat larutan awal (starting solution) dari air laut tiruan dengan cara menghilangkan ion kalsium terlebih dahulu. Oleh Kameda et. al. (2000), penghilangan ion kalsium dilakukan dengan menggunakan larutan campuran antara NaHCO3 0,2 M dan Na2CO3 0,1 M dengan pengadukan selama satu jam pada suhu 95 °C. Setelah itu, filtrat yang diperoleh ditambahkan sumber aluminium (AlCl3) dengan nisbah mol awal Mg/Al bervariasi dari 2 sampai 3,7. Proses berikutnya adalah penambahan Na2CO3 1,0 M hingga diperoleh pH 10 dan kemudian larutan ini diaduk dan dipanaskan selama 1 jam pada suhu 60 °C. Dari bahan alam seperti bittern, Oza dan sesama peneliti dalam kelompoknya telah membuat Mg/Al hydrotalcite-like dengan cara mengencerkan bittern terlebih dahulu, lalu diproses sedemikian rupa sampai diperoleh ion magnesium dengan konsentrasi antara 0,53–0,90 molar. Kemudian sintesis dilakukan dalam kondisi reaksi pada perbandingan mol antara ion aluminium commit to user dengan mol total ion magnesium



dan aluminium 0,28 - 0,33; pH antara 8,5 - 10,5 dan temperatur antara 60 – 70 °C (Oza et. al., 2006). Heraldy (2011) telah memanfaatkan ion magnesium yang terdapat dalam brine water sebagai bahan dasar pembuatan hydrotalcite-like dengan penambahan AlCl3.6H2O pada rasio mol Mg/Al 2,0 yang kemudian disintesis dengan metode kopresipitasi pada pH 10,5 selama 1 jam dengan suhu reaksi 70 °C. 3. Kalium Fluorida (KF) Kalium Fluorida merupakan golongan logam alkali tanah yang tersusun atas logam alkali dan halida. Kalium merupakan golongan IA yang bersifat sangat reaktif, karena memiliki elektropositif yang tinggi dan merupakan senyawa ionik yang stabil bila membentuk KF bila berikatan dengan F golongan VII A yang bersifat elektronegatif sehingga disebut sebagai logam alkali halida. Sifat fisik dari kalium fluorida berupa serbuk putih dan sangat higroskopis. Selain itu juga bersifat korosif. Dalam penelitian Gao et al.(2008 dan 2010) KF dikombinasikan dengan MgAl hydrotalcite-like dan Ca-Mg-Al hydrotalcite-like yang digunakan untuk katalis transesterifikasi biodiesel dari minyak sawit dengan methanol. Penambahan KF dipercaya mampu meningkatkan aktivitas dari gugus aktif penyusun hydrotalcite-like, kristalinitas serta efek sinergis sehingga diperoleh konversi metil ester yang tinggi. Semakin banyak konsentrasi KF yang dicampur maka kemampuan meningkatkan aktifitas gugus aktif juga semakin besar. Akan tetapi apabila penambahan berlebih maka akan menyebabkan penurunan aktifitas gugus aktifnya. Teng et al.(2009) menggunakan KF/Al2O3 untuk katalis transesterifikasi minyak kedelai menjadi biodiesel. Xu et al. (2011) telah melakukan penambahan KF kedalam katalis heterogen Mg-Al HTlc, MO, dan M2+(M3+)O dalam sintesis biodiesel. Dalam penelitiannya penambahan KF untuk meningkatkan aktivitas katalis tidak tergantung pada jenis campuran oksida ataupun oksida tunggal yang digunakan. Selain itu luas permukaan katalis juga tidak berpengaruh langsung terhadap peningkatan kemampuan aktivitas katalis. Hal tersebut terlihat pada hasil konversi biodiesel pada penelitiannya dimana luas permukaan katalis antara 190 m2/g dan 8 m2/g memiliki perbedaan hasil konversi yang <10 %. Sehingga meningkatnya aktivitas katalis dengan penambahan KF dapat terjadi karena sebagian besar situs aktif telah berada commit to user dipermukaan yaitu KF, KOH, KMxFy, dan situs aktif pada komponen itu sendiri



sehingga mengakibatkan luas permukaan maupun pori-pori dari komponen tersebut menjadi berkurang. 4. Karakterisasi Hydrotalcite-Like a.

Atomic Absorption Spectroscopy (AAS)

Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) merupakan salah satu instrument yang digunakan untuk analisis konsentrasi unsur-unsur logam dan semi logam dalam jumlah renik (trace) dengan hasil analisa berupa kadar total unsur logam atau semi logam yang terkandung dalam sampel. Untuk mengetahui kandungan Mg2+ dan Ca2+ dalam sampel brine water yang akan digunakan, sebelum eksperimen sampel brine water dianalisis terlebih dahulu dengan metode Spektrofotometer Serapan Atom (SSA). Dengan diketahuinya konsentrasi Mg2+ dalam brine water, maka dapat dihitung jumlah Al3+ yang harus ditambahkan sesuai dengan rasio mol Mg/Al yang dibutuhkan. Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) merupakan salah satu instrument yang digunakan untuk analisis konsentrasi unsur-unsur logam dan semi logam dalam jumlah renik (trace) dengan hasil analisa berupa kadar total unsur logam atau semi logam yang terkandung dalam sampel. Hal ini didasarkan pada kemampuan adsorpsi logam pada keadaan dasar terhadap sinar pada panjang gelombang spesifik. Sehingga, konsentrasi logam pada larutan brine water dapat dianalisis menggunakan AAS. Sehingga, dapat digunakan dalam penentuan rasio mol ion divalen dan ion divalent pada penyusun Layered Double Hydroxides (LDH). Roto et al. (2009) menyebutkan bahwa konsentrasi Fe2+ pada filtrat Zn-AlFe(CN)6 ditentukan menggunakan AAS sehingga diketahui kapasitas anion pengganti. Larutan standar Fe2+ menggunakan 0,0189 g K4[Fe(CN)6] dilarutkan pada 100 mL air yang telah dideionisasi hingga diperoleh 25 mg/L Fe2+ yang kemudian digunakan sebagai larutan standar pada 1000 mg/L Fe(II)NO3. Disisi lain, Padmasri et al.(2002) dalam penelitiannya mengungkapkan bahwa rasio komposisi Mg–Al hydrotalcite

yang

dikalsinasi

dapat

tentukan

menggunakan

AAS.

Dalam

penelitiannya, perbandingan antara M2+: M3+ dalam hydrotalcite adalah 1,98. Selain itu, Thevenot et al. (1989) mengungkapkan bahwa dalam analisis kimia suatu A1, Zn, dan

Na

yang terkandung didalam sampel A1-rich commit to user menggunakan AAS

Zn-A1hydrotalcite-like


b.


Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)

Fourier Transform Infra Red (FTIR) digunakan untuk penentuan struktur senyawa organik biasanya antara 650-4.000 cm-1. Daerah di bawah frekuensi 650 cm1

dinamakan infra merah jauh dan daerah di atas frekuensi 4.000 cm-1 dinamakan

infra merah dekat. Jika suatu molekul menyerap sinar infra merah, maka di dalam molekul itu terjadi perubahan energi vibrasi dan perubahan tingkat energi rotasi. Syarat molekul dapat menyerap energi sinar infra merah adalah momen dwikutub harus tergetar (sebab dari vibrasi molekul) berinteraksi dengan vektor listrik tergetar dari berkas infra merah menyebabkan perubahan netto momen dwikutub dari gerakan vibrasi dan atau gerakan rotasi. Johnson and Glasser (2003) telah melaporkan adanya puncak-puncak yang khas dari vibrasi gugus-gugus fungsi pada senyawa hydrotalcite. Puncak pada bilangan gelombang 3400 cm-1 menunjukkan vibrasi ulur -OH, 1400 cm-1 menunjukkan vibrasi ulur asimetris -CO3, 800 cm-1 menunjukkan deformasi luar bidang -CO3, sementara pada bilangan gelombang 600-400 cm-1 menunjukkan vibrasi ulur M-Al-O dan vibrasi ulur serta tekuk dari M-O dengan M adalah logam. Hydrotalcite-like memiliki gugus fungsi penyusun yang khas pada bilangan gelombang tertentu seperti pada Tabel 2. Tabel 2. Gugus-gugus fungsi Mg/Al hydrotalcite-like Gugus Fungsi Bilangan Gelombang (cm-1) Uluran OH dan M-O 3400-3500a,b Tekukan OH 1650d Uluran simetris O=C-O 1385a,c Uluran asimetris O=C-O 1500,5c Tekukan O=C-O 650a Uluran Mg-O dan Al-O 400-600a (2 puncak) Uluran Ca-O 700e Sumber aKannan (1995) dalam Johnson and Glasser (2003), bBhaumik, et al. (2004), c Di Cosimo, et al. (1998), dYang et al. (2007), eGupta et al. (2008)

Spektra IR pada senyawa LDH (Kang et al.,2005), dengan perbedaan rasio molar antara Mg dan Al ditunjukkan pada Gambar 3. Plank et al. (2006) menyatakan bahwa pada daerah bilangan 3600 cm-1 merupakan daerah serapan –OH dari lapisan -1 anorganik dan lapisan air. Untuk commit Ca-Al-NO 3-LDH pada daerah serapan 1385cm to user

merupakan daerah serapan anion penyeimbang nitrat. Serta untuk daerah serapan M-



O dan M-OH (M=Ca, Al) dalam struktur LDH berada pada daerah serapan 421, 530, dan 790 cm-1. Raki and J. J. Beaudoin (2008) dalam penelitiannya Controlled Release of Chemical Admixtures in Cement-Based Materials mengkombinasikan kalsium dan alumunium sebagai komponen penyusun hydrotalcite-like yang ditunjukkan dalam spektra FTIR pada Gambar 4.

Gambar 3. Spektra FTIR dari LDH dengan perbedaan rasio molar (A) spektra OH, (B) spektra serapan H2O (C) spektra serapan -CO32- dan (D) spektra serapan [Metal]-OH stretching.(Kang et al.,2005).

Gambar 4. Spektra FTIR Ca-Al LDH Raki and Beaudoin (2008). c.

X-Ray Diffraction (XRD)

Analisis

terhadap

padatan

hasil

sintesis

dapat

ditentukan

dengan

menggunakan X-Ray Diffractometer (XRD). XRD digunakan untuk memperoleh informasi tentang struktur, komposisi dan tingkat kristalinitas dari suatu material. Analisis secara kualitatif bertujuan untuk mengidentifikasi senyawa utama dalam sampel yaitu dengan membandingkan harga d ( ) sampel yang diperoleh dengan harga d ( ) dari senyawa yang sudah diketahui. Referensi harga d ( ) dari senyawa commit to user



yang sudah diketahui tersebut berasal dari data Joint Committee on Powder Diffraction Standars (JCPDS). Kang et al.,2005 telah melakukan penelitian tentang Layered Double Hydroxide and its Anion Exchange Capacity dengan perbedaan rasio mol Mg/Al diketahui dengan semakin kecilnya molar rasio Mg/Al maka puncak d003 yang dihasilkan memiliki intensitas yang semakin tinggi seperti pada Gambar 5.

Gambar 5. Difraktogram XRD LDH dengan perbedaan rasio mol (a) Mg/Al=2 (b) Mg/Al=2.5 (c) Mg/Al=3 (Kang et al. 2005) Fayyazbakhsh et al. (2012) menyebutkan bahwa Ca-LDH memiliki kristalinitas yang lebih bagus dan ukuran partikel yang lebih besar serta parameter lapisan yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan Mg-LDH. Perbedaan tersebut dapat dilihat pada Gambar 6. Sementara itu, Chang et al. (2011) menyebutkan bahwa Ca-Al CO3 LDH denagn rasio mol Ca/Al (1:1 dan 3:1) memiliki karakteristik fase hydrotalcite-like dengan karakteristik puncak difraksi pada 2θ 11o dan 23o yang merupakan bidang dasar d003 dan d006. Puncak tersebut mengindikasikan bahwa kristal yang terbentuk dengan struktur rombohedral. Difraktogram dapat dilihat pada Gambar 7.

commit to user Gambar 6. Difraktogram Ca-LDH dan Mg-LDH (Fayyazbakhsh et al. 2012)



Gambar 7. XRD Ca-Al-CO3 LDH dengan perbedaan rasio mol Ca/Al (Chang et al., 2011) Kristalinitas relatif suatu sampel dapat ditentukan dengan perbandingan kristalinitas pada sampel yang memiliki puncak difraksi tertinggi (003), kristalinitasnya dianggap 100% (Xie et al, 2003). Kristalinitas yang rendah ditandai dengan pengurangan beberapa cerminan hkl, pelebaran garis-garis puncak difraksi XRD dan penurunan intensitas (Lakraimi et al, 2000). Rendahnya kristalinitas dapat disebabkan karena efek mekanik dari pengadukan. Selain itu, XRD dapat digunakan untuk penerapan kuantitatif karena intensitas puncak difraksi yang diberikan pada campuran senyawa sebanding dengan fraksi material dalam campuran. Banyaknya puncak pengganggu pada 2θ (20 dan 30o) dapat diasumsikan sebagai amorf Al(OH)3 (Lakraimi et al, 2000). Persentase kandungan senyawa dalam sampel diketahui dengan membandingkan intensitas puncak difraksi karena intensitas tersebut sebanding dengan fraksi senyawa dalam sampel. Persentase kandungan senyawa dalam sampel dihitung dengan rumus:

% =

(/ ) (/ )

100%

Dengan (I/I1)s : jumlah intensitas relatif puncak senyawa dalam sampel dan (I/I1)t : jumlah intensitas relatif total sampel (Willard et al., 1988). d.

X-Ray Fluorescence (XRF)

X-Ray Flourescene (XRF) merupakan metode analisis kuantitatif nondestruktif yang menganalisis kandungan logam dalam suatu batuan, sedimen, mineral dengan tingkat keakurasian yang tinggi dan presisi yang baik. Adapun analisa yang dapat dilakukan dengan XRF adalah analisa minyak dan bahan bakar, plastik, karet commit to user



dan tekstil, produk farmasi, bahan makanan, kosmetik, pupuk, mineral, keramik, dan sebagainya. Sebagai salah satu contoh analisis komponen penyusun hydrotalcite-like dalam sampel random dengan anion penyeimbang nitrat/karbonat menggunakan XRF. Adapun komponen penyusun pada penelitian “ The influence of mixed anionic composition of Mg–Al hydrotalcites on the termal decomposition mechanism based on in situ study” dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Komponen penyusun hydrotalcite-like (Wegrzyn et al., 2010) Sampel

AN93 N88 AN54

Formula

Mg/Al molar ratio

Mg0,697Al0,303(OH)2(NO3)0,280(CO3)0,011.0,520 H2O Mg0,657Al0,343(OH)2(NO3)0,302(CO3)0,028.0,889 H2O Mg0,6831Al0,317(OH)2(NO3)0,132(CO3)0,092.0,439 H2O

2,30 1,92 2,16

Selain itu, Carja et al.(2002) dalam penelitian penggantian Co dan Fe hydrotalcite dengan magnesium sebagai prekursor katalis pada sintesis metilamina tersaji pada Tabel 4. Tabel 4. XRF komposisi sampel hydrotalcite (Carja et al., 2002) Sampel Mg:Me:Al (from XRF) MgAlLDH 2,96:0,1 CuLDH 1,87:1,13:1 FeLDH 1,9:1,1:1

e.

Specific Surface Area And Porosity dengan SAA

Surface Area Analyzer (SAA) merupakan salah satu instrument yang digunakan untuk menentukan luas permukaan suatu pertikel dan penentuan distribusi ukuran pori partikel. Luas permukaan dapat diukur dengan beberapa metode, diantaranya metode Brunauer-Emmet-Teller (BET) dan Metilen Biru. Pada teknik Metilen biru adsorpsi membentuk lapisan monolayer dan merupakan chemisorption. Adapun dalam teknik BET, adsorpsi terjadi secara fisika dan lapisan multilayer dapat terbentuk. Metode BET ini biasa digunakan untuk menentukan luas permukaan. Luas permukaan spesifik dari adsorben berongga tergantung pada ukuran partikel penyusunnya. Adsorben mungkin memiliki porositas yang berbeda dalam ukuran maupun bentuknya. Fetter et al (2000) menyebutkan bahwa surface area dari hydrotalcite dengan commit to user rasio mol Mg/Al (2:1) dengan interlayer CO32- berkisar 210 m2/g. Sedangkan untuk



surface area nitrated hydrotalcites dengan rasio mol Al/(Mg+Al) = 0.249 berkisar antara 5 sampai 15 m2/g. Sharma et al. (2007) menyebutkan bahwa peningkatan luas area hydrotalcite berbanding lurus dengan peningkatan mol Mg/Al dari 2,0 sampai 3,5 pada suhu 70oC selama 11 jam dalam keadaan termal dengan luas area dari 62 menjadi 73 m2/g. Wegrzyn et al (2010), menyatakan bahwa luas area hydrotalcite dengan rasio mol Mg/Al (2,3) adalah 200 m2/g. Sedangkan Chang et al. (2011) menyebutkan bahwa peningkatan luas permukaan Ca/Al LDH sebanding dengan semakin bertambahnya rasio mol Ca/Al. Terlihat pada hasil penelitiannya Ca/Al LDH yang telah dikalsinasi pada suhu 600 oC dengan rasio mol Ca/Al (1:1 dan 3:1) menggunakan metode BET memiliki luas permukaan sebesar 5,15 dan 9,14 m2/g. f.

Thermogravimetric/Differential Termal Analysis (TG/DTA)

Analisis termal didefinisikan sebagai pengukuran sifat fisika dan kimia dari material sebagai fungsi suhu. Tipe analisis termal ini meliputi entalpi, kapasitas panas, massa dan koefisien ekspansi termal. Thermogravimetry Termal Analysis (TGA) merupakan metode analisa penentuan perubahan berat suatu bahan dengan perubahan suhu saat pemanasan maupun pendinginan dengan kecepatan tertentu. Differential Termal Analysis (DTA) mengukur perbedaan suhu (T) antara sampel dan materi pembanding inert sebagai fungsi suhu, apabila suhu keduanya dinaikkan dengan kecepatan yang sama dan konstan. Perubahan keadaan sistem karena naiknya suhu ini merupakan konsekuensi dari proses yang terjadi pada sampel yaitu eksoterm dan endoterm, yang kemudian ditampilkan dalam bentuk termogram differential. Lakraimi et al. (2000) dalam penelitiannya melaporkan adanya puncakpuncak endoterm dari kurva DTA yang menunjukkan hilangnya molekul H2O. Puncak pada 85 oC dan 40 oC menunjukkan hilangnya molekul air yang teradsorp dan molekul air pada interlayer. Pada 200 oC terjadi dehidroksilasi senyawa serupa brucite, hilangnya CO2 dari anion interlayer CO3. Xie et al. (2003) melaporkan bahwa kurva endotermik 116 oC menunjukkan hilangnya air pada daerah interlayer dan kurva endotermik pada 238 oC menunjukkan hilangnya gugus OH. Zulaikha (2005) melaporkan bahwa puncak melebar pada suhu

92,56 oC dan 136,94 oC

diasumsikan sebagai pelepasan air pada daerah interlayer serta pada suhu 176,74 oC dan 228,86 oC mengindikasikan adanya pelepasan air dari lapisan serupa brucite commit to user (lapisan kation). Sementara Yang et al. (2002) melaporkan bahwa pelepasan



interlayer air pada suhu 70-190 °C, sedangkan antara 190-280 °C suhu, OHberikatan dengan Al3+ yang mulai lepas pada suhu 190 °C dan terlepas seluruhnya pada suhu 280 °C, suhu antara 280 - 405 °C, OH- berikatan dengan Mg2+ yang mulai lepas pada suhu 280 °C dan terlepas seluruhnya pada suhu 405 °C, degradasi dari struktur layered double hydroxide juga diamati pada daerah yang sama dan pada suhu 405 - 508 °C, CO32- mulai lepas dan terlepas seluruhnya pada suhu

508 °C. Pada

suhu ini material menjadi suatu campuran larutan padatan oksida amorf metastabil. Salah satu contoh bentuk termogram TG/DTA Mg-Al hydrotalcite dan Ca-Al LDH seperti ditunjukkan oleh Gambar 8 dan Gambar 9. Pada Gambar 8 terlihat bahwa tiga tahapan pengutangan massa terjadi pada analisis termal suhu 70 oC. Terjadi pengurangan massa sebesar 15 % pada kisaran suhu 220 oC yang mengindikasikan terjadinya pelepasan molekul H2O dari pori-pori hydrotalcite. Dengan pengurangan massa yang kedua sebesar 38 % pada rentang suhu 330-380 oC yang mengindikasikan terjadinya proses pelepasan gugus OH- dari interlayer hydrotalcite yang berikatan dengan Mg2+ [Mg-(OH)-Mg] dan [Al-(OH)Mg. Tahap pengurangan massa yang ketiga terjadi dekarbonasi ion

CO32- pada

interlayer dengan rentang suhu 400-500 oC sebesar 44 %. Setelah terjadi pelepasan ion CO32- dari interlayer maka material menjadi bersifat amorf metastabil padatan logam oksida. Sedangkan pengurangan massa terjadi pada perlakuan termal suhu 110 dan 140 oC terjadi dua tahapan.

Gambar 8. TGA Mg/Al hydrotalcite dengan rasio mol Mg/Al (2,0),variasi suhu pemanasan selama 11 jam (A) 70 °C (B) 110 °C dan (C) 140 °C commit to user



Gambar 9. TG/DTA Ca/Al LDH (Raki et al., 2004) Pada Gambar 10. menunjukkan bahwa KF/Mg(Al)O-dy mengalami pengurangan massa ketika dilakukan pemanasan hingga suhu 1000 °C. Pada suhu 211 °

C merupakan pengurangan massa air dan terjadi dehidroksilasi sehingga kehilangan

CO2 (Xu et al., 2011).

Gambar 10. TG/DTA KF/Mg(Al)O-dy (Xu et al., 2011) B. Kerangka Pemikiran Hydrotalcite dapat disintesis apabila terdapat ion divalent dan ion trivalent dalam suatu camputan larutan. Brine water mengandung ion magnesium dalam konsentrasi tinggi sehingga mengindikasikan dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan hydrotalcite-like dengan penambahan aluminium hidroksida sebagai commit to user komponen penyusun hydrotalcite-like dan natrium karbonat sebagai ion penyeimbang



pada interlayernya melalui metode kopresipitasi,yaitu suatu metode sintesis yang sering digunakan karena merupakan metode termudah dan dapat dilakukan pencegahan kontaminasi dari karbondioksida pada daerah antar lapisnya pada sintesis yang dilakukan. Selain itu keberadaan CO32- dapat mempercepat proses pembentukan kristal hydrotalcite dan dapat langsung terikat kuat dengan lapisan antar lapisnya. Beberapa peneliti terdahulu menyatakan bahwa kalsium pada umumnya merupakan pengotor dalam pembentukan Mg-Al hydrotalcite-like. Namun belakangan ini, beberapa peneliti telah memanfaatkan

kalsium sebagai komponen penyusun

hydrotalcite-like karena termasuk kation divalen, memiliki aktivitas yang tinggi dan memiliki jari-jari ion yang besar. Pada dasarnya setiap senyawa padat memiliki karakteristik yang berbeda-beda sehingga dari karakteristik atau sifat khusus tersebut dapat diketahui termasuk golongan apa senyawa yang dihasilkan. Sebagai contoh, senyawa Mg/Al hydrotalcite-like yang dianalisis menggunakan XRD diketahui 3 puncak khusus yaitu d003, d006 dan d009. Dari tiga puncak tersebut, dapat pula digunakan untuk penentuan kristalinitas Mg/Al hydrotalcite dengan adanya puncak d110 sebagai identifikasi lapisan interlayer. Kristalinitas dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti banyak sedikitnya pengotor yang ikut mengendap. Dalam pembentukan Mg/Al hydrotalcite, beberapa peneliti terdahulu menyebutkan bahwa kalsium merupakan pengotor sehingga kemungkinan kristalinitas Mg/Al hydrotalcite-like yang terbentuk rendah apabila terdapat ion kalsium di dalamnya. Hal ini dikarenakan adanya interaksi yang tidak maksimal antara magnesium dengan ion karbonat yang dikarenakan adanya ion kalsium yang memiliki sifat kimia yang relatif sama dengan magnesium sehingga probabilitas untuk mengendap adalah sama. Penambahan suatu zat aktif KF ke dalam hydrotalcite-like dapat meningkatkan kristalinitas hydrotalcite-like serta mampu meningkatkan aktivitas hydrotalcite-like sebagai suatu katalis. Hal tersebut dikarenakan adanya interaksi antara senyawa penyusun hydrotalcite dengan KF yang bersifat sangat reaktif. Selain itu, KF juga mampu menurunkan ukuran jari-jai pori sehingga menurunkan luas pernukaan hydrotalcite-like (Bernhardt et al., 2010).

commit to user



C. Hipotesis 1. Hydrotalcite-like dapat disintesis dari brine water dengan tanpa penghilangan ion Ca2+ yang terkandung di dalam brine water. 2. Penambahan zat aktif KF kedalam Mg/Al hydrotalcite-like dapat meningkatkan kristalinitas, luas permukaan dan jari-jari pori Mg-Al hydrotalcite-like.

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

A. Metode Penelitian Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimental laboratorium. Penelitian yang dilakukan meliputi dua tahap yaitu tahap sintesis Mg/Al hydrotalcite-like yang dilakukan menggunakan metode kopresipitasi dari bahan dasar brine water dengan tanpa penghilangan ion Ca2+ dan sintesis KF/Mg-Al hydrotalcite-like yang kemudian dikarakterisasi menggunakan XRD, FTIR, TG/DTA, SAA, XRF.

B. Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian

dilaksanakan

di

Laboratorium

Pusat

Kimia

FMIPA

UNS,

Laboratorium Dasar Kimia FMIPA UNS, Laboratorium Kimia Analitik FMIPA UGM pada bulan April 2011 sampai Desember 2011.

C. Alat dan Bahan 1. Alat-alat Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: a.

Peralatan gelas dan alat-alat penunjang laboratorium

b.

Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) Shimadzu AA 630-12

c.

X-ray Diffraction (XRD) Bruker D8 Advance

d.

Fourier Transform Infra Red (FTIR) Shimadzu IRPrestige-21

e.

Surface Area Analysis (SAA) Quantachrome Nova Win 1200

f.

Thermogravimetric/Differential Thermal Analysis (TG/DTA) Linseis STA PT1600

g.

X-ray Flourescene (XRF) Bruker S2 Ranger 2. Bahan-bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

a.

Brine water ( sampel dari PLTU Tanjung Jati B, Jepara )

b.

Aluminium Hydroxcide ( AlCl3.6H2O) p.a (Merck)

c.

Kalium Fluorida (KF) p.a (Merck) commit to user

d.

AgNO3 p.a (Merck) 23



e.

pH indikator

f.

Na2CO3 p.a (Merck)

g.

Akuades (Laboratorium Dasar Kimia FMIPA UNS)

D. Prosedur Penelitian 1.

Sintesis dan Karakterisasi Mg-Al hydrotalcite-like

Material yang digunakan adalah brine water yang berasal dari PLTU Tanjung Jati B, Jepara. Sintesis hydrotalcite-like dilakukan dengan menggunakan metode kopresipitasi. Sejumlah AlCl3.6H2O ditambahkan ke dalam larutan brine water dengan perbandingan mol awal antara magnesium yang terkandung di dalam brine water, aluminium, (2:1). Kemudian ditambahkan larutan Na2CO3 0,1 M kedalam 1550 mL larutan brine water hingga pH campuran 10 lalu direfluks pada suhu

65 oC selama

satu jam. Endapan yang diperoleh dicuci dengan akuades sampai bebas ion Cl-. Keberadaan ion Cl- diketahui dengan menguji filtrat pencucian dengan larutan AgNO3. Filtrat bebas ion Cl- bila saat ditetesi larutan AgNO3 tidak menghasilkan endapan putih. Endapan yang bebas ion Cl- disaring dengan centrifuge,4000 rpm selama 10 menit lalu dioven pada suhu 110 oC selama 24 jam. Padatan putih yang telah kering yang diperoleh merupakan hydrotalcite-like. Padatan hydrotalcite-like dihaluskan dan disaring dengan ayakan 150 mess kemudian dikarakterisasi menggunakan difraksi sinar-X (XRD) dan FT-IR, SAA, XRF, dan TG-DTA. 2.

Preparasi KF/hydrotalcite-like dan Karakterisasi

Preparasi katalis dilakukan dengan cara hydrotalcite-like ditambah serbuk KF serat ditetesi akuades hingga menjadi pasta. Pasta hasil pencampuran kemudian dioven pada suhu 65 oC selama 24 jam atau sampai kering kemudian dihaluskan. Serbuk yang diperoleh kemudian dikarakterisasi menggunakan FT-IR, XRD, SAA, XRF, dan TG/DTA. E. Teknik Pengumpulan Data Data kualitatif dan kuantitatif yang diperoleh dari hasil eksperiment hydrotalcite dianalisa dengan AAS untk mengetahui kandungan Mg2+ dan Ca2+, difraksi sinar-x (XRD) sehingga dapat diketahui commit strukturto penyusun dan tingkat kristalinitas dari user Hydrotalcite yang dihasilkan, luas permukaan dan jejari pori menggunakan SAA,



komposisi penyusun hydrotalcite dengan XRF, pengurangan massa dengan TG/DTA dan identifikasi gugus fungsi penyusun hydrotalcite menggunakan FT-IR.

F. Teknik Analisis Data 1.

Kandungan Mg2+ dan Ca2+ dalam brine water dapat dianalisis dengan AAS yang dapat dikonversi ke dalam satuan mol logam.

2.

Data XRD menghasilkan difraktogram 2θ vs intensitas dari masing-masing kristal hydrotalcite-like. Dari 2θ dapat diperoleh besarnya jarak antara kisi kristal (d) sesuai dengan persamaan nλ = 2d sin θ yang kemudian dicocokkan dengan d pada Joint Committee Powder on Diffraction Standart (JCPDS). Munculnya puncak-puncak dengan hkl dominan hydrotalcite-like (d003, d006, d009) pada difraktogram sampel yang sama dengan JCPDS menunjukkan bahwa sampel yang dianalisis sama dengan senyawa pada standart JCPDS. Dengan (I/I1)s : jumlah intensitas relatif puncak senyawa dalam sampel dan (I/I1)t : jumlah intensitas relatif total sampel (Willard et al., 1988) maka persentase relatif kandungan senyawa/kristalinitas dalam sampel dihitung dengan rumus:

% =

3.

(I/I1 )s 100% (I/I1 )t

Gugus-gugus fungsi yang ada di dalam hydrotalcite-like diketahui dengan membandingkan puncak-puncak spektra FTIR Mg-Al hydrotalcite-like dengan referensi. Berdasarkan strukturnya hydrotalcite-like memiliki gugus fungsi M-O yang terletak pada bilangan gelombang 400 - 600 cm-1, O-C=O dan karbonat pada bilangan gelombang 1385 dan 1500 cm-1 serta O-H pada bilangan gelombang 3400-3500 dan 1650 cm-1 dari lapisan hidroksida maupun interlayer.

4.

Analisis termal DTA yang mendeteksi setiap perubahan termal terkait dengan peristiwa atau reaksi kimia, baik yang berjalan secara eksotermik maupun endotermik. Dengan terjadinya pelepasan H2O dari pori hydrotalcite pada kisaran suhu 220 oC, pelepasan gugus –OH dari interlayer-nya yang berikatan dengan Mg2+[Mg-(OH)-Mg] dan [Al-(OH)-Al] pada suhu 330-380 oC. Terjadi proses dekarbonasi ion karbonat dari interlayer–nya pada suhu 400-500 oC. commit to user Sementara itu, TGA mendeteksi setiap perubahan massa yang terjadi pada



cuplikan sebagai akibat dari kenaikan suhu, baik yang diikuti oleh perubahan fase kristal maupun tidak. 5.

Data SAA yang diperoleh meliputi surface area, average pore radius dan total pore volume yang kemudian dibandingkan dengan referensi sehingga dapat diketahui perbedaan luas permukaan dan pori-pori hydrotalcite-like sebelum dan sesudah penambahan zat aktif KF.

6.

Data XRF yang diperoleh berupa kandungan logam yang terdapat dalam senyawa hydrotalcite dengan bentuk oksidanya yang dinyatakan dalam persen.

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN A. Sintesis dan karakterisasi Mg-Al hydrotalcite-like brine water 1. Sintesis Mg-Al hydrotalcite-like dari brine water Sintesis Mg-Al hydrotalcite-like dari brine water tanpa penghilangan ion kalsium mengacu pada penelitian sebelumnya (Gao et al., 2010). Sintesis dilakukan dengan metode kopresipitasi pada rasio mol Mg/Al (2:1), pH 10, suhu 65 oC selama satu jam. Kang et al. (2005) dan Kameda et al. (2000) menyebutkan bahwa Mg-Al hydrotalcite terkristalisasi dengan baik pada pH 10. Apabila pH saat sintesis lebih dari 10, maka Mg-Al hydrotalcite yang terbentuk memiliki partikel yang lebih kecil dan hasil yang diperoleh akan berkurang. Waktu dan suhu dari perlakuan hydrothermal juga menentukan morfologi kristal. Gao et al. (2010) telah membuat Ca-Mg-Al hydrotalcite-like dari senyawa murni dan memperoleh kondisi optimum pada pemanasan suhu 65 oC selama 1 jam. Perhitungan rasio mol Mg/Al dapat dilihat pada Lampiran 1. Hydrotalcite hasil sintesis disebut dengan istilah Mg-Al hydrotalcite-likea. Dari sintesis diperoleh hasil berupa padatan berwarna putih dan tidak berbau. 2. Karakterisasi Mg-Al hydrotalcite-like Padatan hasil sintesis kemudian dikarakterisasi menggunakan XRD, FTIR, SAA TG/DTA dan XRF dengan data yang diperoleh sebagai berikut: a. Analisis X-Ray Diffraction (XRD)

Hasil karakterisasi terhadap senyawa Mg-Al hydrotalcite-likea dari brine water tanpa penghilangan ion kalsium menggunakan XRD dengan 2θ = 5-70 o (λ=1,54 nm) disajikan dalam suatu difraktogram XRD seperti terlihat dalam Gambar 11 dan data Tabel 5. Heraldy et al. (2012) menyebutkan bahwa Mg-Al hydrotalcite-like memiliki tiga puncak utama pada 2θ sekitar 11,7; 23,6 dan 35,1

o

adalah ciri dari struktur

berlapis (layered structure) dengan puncak difraksi pada 2θ sekitar 61,0-62,0 o yang berkaitan dengan bidang kristal d110. Berdasarkan standart Joint Committee on Powder Diffraction Standars (JCPDS) puncak khusus yaitu d003, d006 , d009 dan d110 pada d spacing 7,59; 3,79; 2,53 dancommit 1,52 Åtodengan user 2θ masing-masing puncak adalah 11,64; 23,42; 35,44 dan 60,76 o. Keberadaan anion CO32- pada interlayer hydrotalcite



dapat diketahui pada refleksi d003 yaitu 7,58 Å. Johnson and Glasser (2003) serta Kloprogge et al. (2002) menyebutkan bahwa refleksi ion kar bonat berada pada 7,56 dan 7,83 Å. Selain itu, Yang et al. (2007) menyatakan d tertinggi (d003) pada 7,80 Å dengan intensitas paling tinggi yang merupakan karakteristik hydrotalcite dengan anion antarlapis CO32-. Sedangkan menurut Bhaumik et al. (2004) menyebutkan bahwa pada Mg-Al-Cl LDH refleksi puncak d003 yang juga menunjukkan keberadaan anion Cl- sebagai anion penyeimbang terletak pada d spacing 7,92 Å. Tabel 5. Harga d Tiga Puncak Tertinggi Senyawa Hasil Sintesis JCPDS 890460 hydrotalcite-like* Mg-Al hydrotalcite hkl Delta d 2θ d 2θ d 003 11,649 7,59 11,719 7,54 0,05 006 23,420 3,79 26,187 3,76 0,03 0012 34,880 2,56 35,026 2,55 0,01 009 35,440 2,53 35,528 2,53 0,00 0015 39,440 2,28 39,687 2,26 0,02 018 46,922 1,93 46,709 1,94 0,01 1010 53,086 1,72 52,944 1,72 0,00 0111 56,458 1,62 56,153 1,63 0,01 110 60,766 1,52 113 62,110 1,49 1113 63,723 1,46 63,841 1,46 0,00 116 66,047 1,41 66,201 1,40 0,01 Keterangan : *hasil sintesis

Sharma et al. (2007) menyebutkan keberadaan anion CO32- pada antarlapis Mg-Al-CO3 hydrotalcite ditunjukkan oleh karakteristik basal spacing d003 = 7,65 Å . Dengan refleksi puncak tajam dan simetris pada d003 dan d006 terlihat pada 2θ rendah yaitu 11-23 o dan refleksi puncak lebar asimetris pada 2θ tinggi yaitu pada 34-66 o.

commit to user



Gambar 11. Difraktogram XRD Dari referensi tersebut, pada difraktogram hasil sintesis Gambar 11 dan Tabel 5 juga terlihat adanya 3 puncak refleksi pada Mg-Al hydrotalcite yaitu pada d003, d006 dan d009 yang berada pada d 7,54; 3,79 dan 2,53 Å dengan refleksi interlayer pada d spacing 1,46 Å meskipun dengan intensitas d003 yang rendah. Rendahnya intensitas yang terbentuk dapat dimungkinkan karena adanya ion kalsium serta masih banyaknya kandungan precursor-precursor di dalam brine water yang mungkin bisa bereaksi sehingga menghambat terbentuknya fase hydrotalcite. Sehingga kristalinitas Mg-Al hydrotalcite-like yang diperoleh sangat rendah. Selain itu, pada difraktogram Gambar 12 terlihat begitu banyak puncak dengan intensitas tinggi yang mengindikasikan adanya senyawa logam hidroksida didalam sampel pada range 2θ 18-20 o, 35-40

o

dan 45-55 o. Terbentuknya logam hidroksida dalam sampel

kemungkinan dapat dikarenakan oleh adanya persaingan pengendapan. Dengan kemungkinan Al(OH)3 mengendap terlebih dahulu adalah besar karena memiliki nilai kelarutan yang relatif lebih kecil bila dibandingkan dengan Mg(OH)2 ataupun Ca(OH)2. Hal tersebut didukung oleh data XRF yang menunjukkan persentase kandungan komponen penyusun Mg-Al hydrotalcite-like.

commit to user



Gambar 12. Difraktogram XRD Mg-Al hydrotalcite Berdasarkan referensi tersebut, hasil sintesis brine water tanpa penghilangan ion kalsium kemungkinan terbentuk Mg-Al hydrotalcite-like meskipun tidak sesuai dengan target yang diharapkan. b. Analisis Gugus Fungsi dengan FTIR

Data untuk mendukung pembuktian bahwa material hasil sintesis dari brine water adalah Mg-Al hydrotalcite-likea dengan dilakukan identifikasi gugus-gugus fungsi yang terkandung di dalam senyawa. Gugus-gugus fungsi yang dominan menyusun Mg-Al hydrotalcite-like adalah gugus fungsi hidroksi (OH-), ion karbonat (CO32-) serta ikatan logam oksidanya (M-O). Data hasil identifikasi gugus fungsi penyusun hydrotalcite-like ditunjukkan pada Gambar 15 dan Tabel 6.

Gugus fungsi

Tabel 6. Tabulasi Gugus Fungsi Hydrotalcite-like* Referensi Bilangan gelombang(v)(cm-1) (c Mg-Al HT-lca Mg/Al HT-lc3 m 1

)

1

Uluran O-H 3500 3466,08 3448,72 Tekukan O-H 1640 1629,85 1620,21 2Uluran CO3 1370 1361,74 1357,89 Uluran M-O (M= Mg, Al) 554 dan 4402 449,41; 536,21 432 dan 555 Serapan baru 1496,76 dan 713,66 1 2 *Sumber : Sharma et al. (2007), Yang et al. (2007), 3Setyowati (2011).

Heraldy et al. (2011a dan 2011b) menyebutkan bahwa pita serapan lebar pada 3448 cm-1 dapat diidentifikasikan sebagai vibrasi ulur –OH pada gugus hidroksil yang terikat dengan Mg dan Al pada lapisan Wahyuni et al. (2011) juga commit hydrotalcite. to user menyebutkan adanya uluran –OH pada bilangan gelombang 3466,08 cm-1 pada



spektra FTIR Ca-Mg-Al hydrotalcite-like serta Plank et al. (2006) menyebutkan bahwa pada puncak 3600 cm-1 merupakan vibrasi –OH pada lapisan anorganik dan antarlapis H2O. Dari analisis spektogram FTIR Gambar 13 dan data Tabel 6 terlihat adanya pita melebar dan tajam antara bilangan gelombang 3448,72-3466,08 cm-1. Pita melebar dan tajam ini dimungkinkan karena adanya vibrasi ulur –OH pada gugus hidroksil dari logam hidroksida yang terdapat di dalam sampel maupun dari vibrasi ulur gugus –OH pada lembaran-lembaran Mg-Al hydrotalcite dan molekul air yang ada di daerah antarlapis atau antarpartikel . Pita serapan lainnya adalah adanya pita serapan yang lemah pada 1361,74 cm-1 yang menunjukkan adanya anion penyeimbang CO32- dalam antarlapis hydrotalcite-like.

Gambar 13. Spektra FTIR (a) Mg-Al hydrotalcite-likea (b) Mg-Al hydrotalcite-like (Setyowati, 2011). Gupta et al. (2008) dan Heraldy et al. (2011a dan 2011b) menyebutkan bahwa pada bilangan gelombang 1352 cm-1 dan 1350 cm-1 merupakan pita serapan anion penyeimbang karbonat pada antarlapis. Wahyuni et al. (2011) dan Heraldy et al. (2011 dan 2012) menyebutkan bahwa 449,41 dan 536,21 cm-1 merupakan uluran Mg-O dan Al-O. Pada Gambar 13a terlihat pita serapan yang disebabkan vibrasi kisikisi logam-oksida M-O (M adalah Mg dan Al) terlihat pada bilangan gelombang yang rendah yaitu sekitar 449,41 dan 536,21 cm-1. Pada spektogram muncul pita serapan baru pada bilangan gelombang 1400-1500 cm-1 dan 700 cm-1 yang mengindikasikan adanya gugus fungsi Ca-OH dan Ca-O. (Gupta et al., 2008; Fayyazbakhsh et al., 2012 dan Heraldy et al., 2012).

commit to user



Hasil analisis spektra FT-IR menunjukkan adanya ikatan Mg-O, Al-O serta adanya gugus hidroksil dan karbonat. Hal tersebut mengidentifikasikan bahwa kemungkinan senyawa yang disintesis dari brine water merupakan suatu hydrotalcitelike. c. Analisis Komponen Penyusun dengan X-Ray Fluorescence (XRF)

Sebagai data pendukung,dilakukan analisis kandungan yang terdapat di dalam sampel menggunakan XRF. Hasil analisis ditunjukkan oleh Tabel 7. Tabel 7. Komposisi Mg-Al Hydrotalcite-like dengan XRF Mg-Al hydrotalcite-likea Formula C (%) Al2O3 64,04 CaO 17,17 MgO 12,60

Dari data Tabel 7 terlihat bahwa di dalam sampel hasil sintesis terkandung komponen utama penyusun Mg-Al hydrotalcite yaitu terdapat logam Mg dan Al. Sehingga diperoleh perbandingan mol Mg : Al adalah 1,03 : 2,04. ( Perhitungan Lampiran 17). Pada Mg-Al hydrotalcite-likea terlihat adanya Al2O3 memiliki persentase yang paling besar. Hal tersebut dapat diasumsikan pengendapan fase hydrotalcite yang terjadi tidak sempurna. Selain itu, Al(OH)3 memiliki kelarutan yang paling kecil sehingga kemampuan untuk mengendap lebih besar. Hal tersebut mendukung data analisis XRD yang mengungkapkan bahwa terbentuk senyawa Al(OH)3 pada difraktogram XRD. Selain itu, adanya kalsium oksida di dalam sampel yang lebih banyak bila dibandingkan dengan MgO juga dimungkinkan karena kemampuan pengendapan Ca dan Mg yang relatif sama karena memiliki kelarutan yang hampir sama. d. Analisis Termal dengan TG/DTA

Analisis termal TG/DTA pada penelitian ini dilakukan dalam atmosfir udara dengan laju kenaikan suhu 20 oC per menit dan rentang suhu mulai dari suhu kamar hingga 500 oC. Hasil analisis termal ditunjukkan oleh Gambar 14 dan Tabel 8. DTA akan mendeteksi setiap perubahan termal yang terkait dengan reaksi kimia baik secara endotermik ataupun eksotermik. Sementara itu, TGA akan mendeteksi commit user perubahan massa yang terjadi sebagi akibattodari kenaikan suhu baik yang diikuti oleh

perubahan fasa kristal maupun tidak.



Gambar 14. Analisis termal Mg-Al hydrotalcite-likea (a) TGA (b) DTA. Bergaya et al. (2006) dan Sharma et al. (2007) menyebutkan bahwa pelepasan H2O dari pori hydrotalcite selama proses dehidrasi terjadi pada kisaran suhu 150-250 o

C dan 220 oC dan pelepasan gugus –OH dari interlayer-nya terjadi pada suhu 250-

380 oC dan 330-380 oC. Serta pelepasan gugus CO32- dari interlayer-nya terjadi pada suhu kisaran 450 oC dan 400-500 oC yang mengakibatkan material menjadi bersifat amorf metastabil dengan campuran padatan. Dari analisis termal pada Gambar 14, hanya terlihat terjadi satu tahap pengurangan massa yang disertai dengan munculnya puncak endotermik. Hal tersebut mengindikasikan terjadinya pelepasan gugus –OH dari interlayer hydrotalcite dengan penurunan berat sekitar 4,5 %

pada suhu

250,2 -278,3 oC yang disertai dengan puncak endotermik DTA pada suhu 250,1-277,9 C. Tidak terjadinya proses pelepasan gugus CO32- secara menyeluruh hal tersebut

o

dapat dikatakan bahwa Mg-Al hydrotalcite-likea yang terbentuk tidak mengalami perubahan fasa kristal dengan pemanasan pada suhu kamar hingga 500 oC. e. Analisis luas permukaan dan jari-jari pori menggunakan SAA.

Analisis surface area hydrotalcite dilakukan dengan metode BET dan BJH. Hasil analisis ditunjukkan oleh Tabel 10. Tabel 10. Hasil Analisis Luas Muka Spesifik, Volume Pori Total dan Rerata Jejari Pori Sampel Mg-Al hydrotalcite-likea Parameter

Satuan

Mg-Al HTlca

Konstanta BET Luas permukaan total Rata-rata pori total Total volume pori

m²g-1 Å mLg-1

25,084 154,898 44,8632 commit 347,5tox user 10-3

Mg-Al HTlc (Heraldy, 2010)

60,429 30,823 7,744 1,19 x10-3



Dari Tabel 10 dapat dilihat bahwa Mg-Al hydrotalcite-likea memiliki BET surface area sebesar 154,898 m2/g. Heraldy (2010) menyebutkan bahwa Mg/Al HTlc memiliki luas permukaan spesifik 30,832 m2/g. Di Cosimo et al.(1998) menyebutkan bahwa sampel HT memiliki luas permukaan spesifik yang kurang dari 100 m2/g. Sedangkan Johson and Glasser (2003) menyebutkan luas permukaan spesifik dari Mg/Al LDH adalah 53,9 m2/g. Perbedaan yang sangat signifikan ini mungkin dikarenakan adanya kandungan kalsium yang terdapat dalam Mg-Al hydrotalcite-like hasil sintesis. Ukuran jari-jari ion kalsium yang relatif lebih besar dibanding ion magnesium dan aluminium dapat mempengaruhi ukuran partikel hydrotalcite yang dihasilkan. Sehingga hydrotalcite memiliki ukuran partikel yang lebih besar. Dengan luas permukaan 154,898 m2/g dan ukuran jari-jari pori 44,8632 Å dapat dimungkinkan bahwa Mg-Al hydrotalcite-likea dapat dimanfaatkan sebagai media adsorpsi molekul karena termasuk kedalam klasifikasi mesopori. B. Sintesis dan karakterisasi KF/Mg-Al hydrotalcite-like Sintesis KF/Mg-Al hydrotalcite-likea dilakukan dengan cara mencampurkan Kalium Fluorida (KF) dengan hydrotalcite-likea dengan perbandingan berat KF/berat hydrotalcite-like adalah 100 %. Hasil sintesis yang diperoleh adalah padatan berwarna coklat muda tidak berbau. Setelah diperoleh padatan berwarna coklat muda, kemudian dianalisis menggunakan XRD, FTIR, SAA dan TG/DTA. Data analisis yang diperoleh disajikan dalam bentuk difraktogram XRD, spektrogram FT-IR, data analisis SAA dan termograf TG/DTA. a. Analisis kristalinitas menggunakan XRD

Berdasarkan hasil karakterisasi XRD KF/Mg-Al hydrotalcite-like pada Gambar 15, menunjukkan bahwa kristalinitas dari KF/Mg-Al hydrotalcite-like lebih tinggi bila dibandingkan dengan kristalinitas Mg-Al hydrotalcite-likea. Hal tersebut terlihat pada meningkatnya intensitas pada puncak refleksi d003, d006 dan d009. Terjadinya peningkatan intensitas pada hydrotalcite setelah penambahan zat aktif KF sesuai dengan penelitian dari Gao et al. (2008).

commit to user



Gambar 15. Difraktogram XRD a. Mg-Al hydrotalcite-like b. KF/Mg-Al hydrotalcite-like. Perubahan peningkatan intensitas d003, d006 dan d009 terlihat pada Tabel 12. Dengan semakin tingginya intensitas relatif (I/Imaks) dapat diasumsikan bahwa kristalinitas suatu padatan juga semakin tinggi. Sehingga dapat dikatakan bahwa penambahan KF kedalam hydrotalcite-likea dapat meningkatkan kristalinitas. Selain itu, dengan adanya penambahan zat pengaktif KF ke dalam sampel, terlihat pada Gambar 15 bahwa puncak logam hidroksida yang berada pada 2θ 18-20 o, 35-40 o dan 45-55 o hampir hilang serta terjadi pergeseran puncak refleksi hydrotalcite-like. Tabel 12. Tabulasi Intensitas d003, d006 dan d009 I/Imaks (%) Hydrotalcite d003 d006 d009 Mg-Al hydrotalcite-likea 44,69 32,68 28,76 KF/Mg-Al hydrotalcite-like 76,97 100 20,08

b. Analisis gugus fungsi menggunakan FTIR

Analisis gugus fungsi KF/Mg-Al hydrotalcite-like dilakukan menggunakan FTIR. Pada spektogram FTIR Gambar 16 terlihat bahwa pada pita serapan yang melebar pada 3429,43 cm-1 yang mengindikasikan adanya vibrasi uluran –OH pada antarlapis hydrotalcite dengan molekul air dalam partikel atau antar lapis. Serapan tekukan –OH yang berasal dari molekul air pada daerah anion interlayer terlihat pada bilangan gelombang 1651,07 cm-1. Pada bilangan gelombang 1361,74 cm-1, 451,34 cm-1 dan 569,00 cm-1 merupakan bilangan gelombang dari vibrasi uluran asimetris dari CO32- dan vibrasi logam oksida pada interlayer. Selain itu, muncul pita serapan baru yaitu pada 1002-1109,07 cm-1 yang merupakan vibrasi KF. commit to user



Gambar 16. Spektra FTIR (A) KF/Mg-Al hydrotalcitea (B) KF/hydrotalcite-like (Setyowati, 2011) c. Analisis luas permukaan dan jari-jari pori menggunakan SAA dan Analisis termal

menggunakan TG/DTA.

Selain berpengaruh terhadap tingkat kristalinitas hydrotalcite, penambahan KF juga berpengaruh terhadap tahapan pengurangan massa yang dianalisis menggunakan TGA dan menurunkan besarnya luas permukaan spesifik serta ukuran jari-jari pori partikel. Sehingga dapat diasumsikan bahwa penambahan KF yang bersifat sangat reaktif mampu merusak rongga pada struktur hydrotalcite sehingga mengakibatkan penurunan luas permukaan dan ukuran jari-jari pori hydrotalcite. Seperti yang terlihat dalam data analisis Tabel 13. Terlihat bahwa ukuran jari-jari pori Mg-Al hydrotalcite-likea lebih besar bila dibandingkan dengan jari-jari pori KF/MgAl hydrotalcite-likea. Dengan ukuran jari-jari pori KF/Mg-Al hydrotalcite-likea sebesar 24,9920 Å, maka dapat dikatakan bahwa KF/Mg-Al hydrotalcite-likea termasuk kedalam klasifikasi mikropori. Tabel 13. Hasil Analisis Luas Muka Spesifik, Volume Pori Total dan Rerata Jejari Pori Sampel KF/Mg-Al Hydrotalcite-likea Parameter

Konstanta BET Luas permukaan total Rata-rata pori total Total volume pori

Satuan

Mg-Al HTlca

KF/Mg-Al HTlca

m²g-1 Å mLg-1

25,084 154,898 44,8632 34,75 x 10-2

3,491 18,088 24,9920 2,260 x 10-2

commit to user



Gambar 17. Analisis Termal KF/Mg-Al hydrotalcite-likea a. TGA dan b. DTA Gambar 17 merupakan hasil analisis termal dari sampel hydrotalcite-likea. Terlihat bahwa terjadi dua tahapan pengurangan massa yang disertai dengan munculnya puncak endotermik pada suhu 110,7-120,6 oC dan 161,2-181,1 °C yang mengindikasikan telah terjadi pelepasan H2O pada lapisan KF/hydrotalcite-likea yang disertai dengan munculnya puncak endotermik pada rentang suhu 110,7-119,8 oC. sebesar 2,3 dan 2,5 %. Terjadinya dua tahapan pelepasan H2O dapat dikarenakan oleh keberadaan KF yang bersifat higroskopis sehingga pada KF/hydrotalcite-likea mengandung H2O yang relatif lebih banyak bila dibandingkan dengan Mg-Al hydrotalcite-like. Pada KF/hydrotalcite-like juga tidak terjadi degradasi struktur yang ditandai dengan lepasnya gugus karbonat dari lapisan layered double hydroxie pada pemanasan dengan suhu dibawah 500 oC.

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Suatu senyawa Mg-Al hydrotalcite-like dapat disintesis dari limbah desalinasi air laut (brine water) dengan tanpa penghilangan ion Ca2+ dalam brine water meskipun tidak sesuai dengan target yang diharapkan. Mg-Al hydrotalcite-like hasil sintesis memiliki luas permukaan total 154,898 m2/g dan ukuran jari-jari pori total sebesar 44,8632 Å . 2. Penambahan zat aktif KF kedalam senyawa hydrotalcite like hasil sintesis dapat meningkatkan kristalinitas dan kestabilan struktur apabila dibandingkan dengan hydrotalcite like tanpa penambahan zat aktif KF. Sehingga, dapat diasumsikan bahwa penambahan Kalium Fluorida dapat meningkatkan intensitas relatif puncak yang berakibat pada peningkatkan kristalinitas. Disisi lain, penambahan KF yang bersifat sangat reaktif mampu merusak rongga pada struktur hydrotalcite sehingga menurunkan ukuran pori-pori.

B. Saran Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, maka penulis memberikan saran yaitu dalam sintesis hydrotalcite-like dari brine water setelah reaksi pemanasan perlu dilakukan proses pemisahan endapan dengan filtrat lebih sempurna agar dapat meminimalisir terbentuknya endapan Mx(OH)y sehingga dapat meningkatkan kristalinitas hydrotalcite dan perlu dilakukan post treatment lebih lanjut untuk mengeliminasi impurities serta precursor-precursor yang masih terkandung.

commit to user

37

KAJIAN SINTESIS DAN KARAKTERISASI Mg-Al HYDROTALCITE-LIKE DARI BRINE WATER TANPA PENGHILANGAN ION KALSIUM

Recommend Documents