Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
Pengujian Kandungan Unsur Logam Serat Ijuk dengan X-Ray Fluorescence Testing Nitya Santhiarsa*1,, Pratikto2, Sonief3, Marsyahyo4
1
Jurusan Teknik Mesin, Universitas Udayana, Bukit Jimbaran, Bali, Indonesia 2,3 Jurusan Teknik Mesin, Universitas Brawijaya, Malang, Indonesia 4 Jurusan Teknik Mesin, Institut Teknologi Nasional, Malang, Indonesia
[email protected] [email protected]
Abstrak Kekuatan basa larutan alkali mempengaruhi proses peruraian lignin dan hemiselulosa pada serat ijuk dan secara fisik terurainya lignin dan hemiselulosa menyebabkan pengecilan diameter dan berat serat ijuk demikian juga pada kandungan unsur logam di dalamnya. Perlakuan alkali dalam penelitian ini memakai tiga larutan yaitu larutan alkali yang masing-masing berbeda kuat basanya ; NH4OH, NaOH dan KOH dengan konsentrasi sebesar 0,25 M serta alat uji yang digunakan adalah X-Ray Fluorescence (XRF). Berdasarkan pengamatan dan analisis kualitatif pada hasil uji XRF diketahui serat ijuk mengandung 10 unsur logam, yaitu silikon (Si), fosfor (P), kalium (K), kalsium (Ca), kromium (Cr), mangan (Mn), besi (Fe), iterbium (Yb), nikel (Ni), dan tembaga (Cu), sedangkan analisis kuantitatif diketahui bahwa unsur logam lima terbanyak berturut turut adalah silikon, kalsium, fosfor, kalium dan besi masing-masing 43,2%, 34,5 % , 8,4%, 7,1 % dan 3 %. Hasil perlakuan dengan ketiga larutan alkali, secara kualitatif tidak terjadi perubahan kandungan unsur unsur logam yang signifikan, jadi perlakuan larutan alkali baik dengan larutan NH4OH, NaOH maupun KOH tidak mempengaruhi komposisi kandungan unsur logam pada serat ijuk, namun secara kuantitatif, terlihat perubahan jumlah atau konsentrasi kandungan unsur logam baik akibat pengaruh daya reaksi atau kekuatan basa dari masing-masing larutan alkali dimana larutan KOH memiliki daya reaksi atau kekuatan basa lebih tinggi dibandingkan larutan NaOH dan NH4OH, dimana makin tinggi kuat basa larutan makin kuat daya reaksinya, sehingga kandungan unsur logam terkecil ada pada serat dengan perlakuan KOH. Kata kunci : perlakuan alkali, serat ijuk, uji XRF
Material 27
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
Pendahuluan Perlakuan permukaan pada serat alam dengan menggunakan larutan alkali dimaksudkan untuk membersihkan permukaan serat sekaligus untuk mengurangi sifat hidrofilik permukaan serat, semua ini membantu meningkatkan kompatibilitas antara serat alam sebagai pengisi (filler) dengan matrik dari bahan polimer. Serat alam yang digunakan dalam penelitian ini adalah serat ijuk(Arenga pinnata), Serat ijuk tergolong serat alam yang berasal tumbuhan atau pohon aren yaitu dari pangkal pelepah daun yang dapat dipanen setelah pohon tersebut berumur 5 tahun . Serat ijuk memiliki komposisi kandungan kimia sebagai berikut, selulosa, hemiselulosa, lignin, air dan abu , berturutturut sebesar 50, 337 %, 5,2 %, 41,88 %, dan 0.5447% serta 2,585 %.[ 1]. Larutan alkali dapat melarutkan bagian permukaan serat yang sebagian besar terdiri dari lignin dan hemiselulosa, mekanisme delignifikasi pada permukaan serat secara kimiawi dijelaskan sebagai berikut, pertama, adanya reaksi antara atom H yang terikat pada gugus -OH fenolik pada serat dengan ion hidroksil (OH) yang berasal dari larutan alkali. Karena atom O memiliki keelektronegatifan besar maka akan menarik elektron pada atom H membuatnya bermuatan positif dan mudah lepas bereaksi membentuk H2O dengan ion hidroksil dari alkali, sedangkan ion positif dari alkali terikat dengan atom O pada serat. Kedua, terjadi reaksi pemutusan ikatan aril-eter dan karbonkarbon yang menghasilkan bagian-bagian serat yang larut dalam larutan alkali seperti lignin dan hemiselullosa.[ 2] Serat ijuk, sebagai bagian dari tanaman, juga mengandung unsur-unsur logam, yang dapat memberikan manfaat tertentu, seperti yang ditunjukkan dalam penelitian Christiani, [3], dimana ditunjukkan bahwa serat ijuk mengandung unsur-unsur logam yang dapat digunakan sebagai perisai radiasi netron dan daya perisai komposit polyester-serat ijuk tergantung pada fraksi berat dari serat ijuk. Unsur-unsur logam itu antara lain khlor, mangan, kromium, besi, kalium dan seng. Unsur-unsur logam ini ada tersebar baik pada bagian selulosa, hemiselulosa maupun lignin. Perlakuan alkali dengan NaOH (sodium hidroksida) sudah banyak dilakukan, selain
relatif lebih ekonomis juga hasil yang diperoleh cukup baik, meski demikian perlu dilakukan penelitian tentang perlakuan dengan alkali lain seperti NH4OH (amonium hidroksida) dan KOH (potasium hidroksida) untuk mengetahui perbandingan hasilnya secara kualitatif maupun kuantitatif pada kandungan unsur logam. Seperti diketahui NH4OH adalah basa lemah sedangkan NaOH maupun KOH adalah basa kuat dimana KOH lebih bersifat basa kuat dibandingkan dengan NaOH [4], senyawa-senyawa alkali ini dapat melarutkan lignin dan hemiselulosa termasuk juga kandungan unsur-unsur logam di dalamnya. Metode Penelitian Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini , serat ijuk berukuran panjang (continous), diperoleh dari Gianyar, Bali, dipotong rapi ukuran panjang 250 mm, dan berdiameter rata-rata 0,4 mm. Bahan perlakuan serat yaitu larutan alkali : NaOH (Natrium Hidroksida), KOH (Kalium Hidroksida) dan NH4OH (Amonium Hidroksida), masing-masing akan dibuat larutan dengan konsentrasi 0,25 M. Pada awalnya, serat ijuk dicuci dengan air bersih untuk menghilangkan debu dan kotoran.serta diikeringkan dalam oven. Serat ijuk lalu diambil dan disimpan dalam kotak anti lembab, selanjutnya, sampel serat ijuk diambil secara acak dan dikelompokkan dalam serat tanpa perlakuan, serat hasil perlakuan dengan peredaman NH4OH, NaOH dan KOH masing-masing dengan konsentrasi 0,25 M selama 1 jam. Setelah selesai, serat dibilas kembali kemudian dikeringkan.
Material 27
Gambar 1. Bahan Perlakuan Kimia
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
Alat uji kandungan unsur logam serat adalah X-Ray Fluorescence (XRF) Minipal 4 PANalytical
Gambar 2 Peralatan Uji X Ray Fluorescense Minipal 4 PANalytical Prosedur Pengujian XRF, pertama, preparasi alat XRF, yaitu hidupkan XRF ,putar kunci HT On (X-Ray On) , hidupkan komputer dan buka program Minipal dan tunggu sekitar 1015 menit atau sampai alat benar-benar siap untuk digunakan. Langkah kedua, preparasi sampel, untuk sampel powder dan padatan, siapkan holder yang sudah dipasangi dengan plastik khusus untuk XRF dan masukkan sampel yang akan di uji ke dalam holder, selanjutnya ketiga, pengukuran, masukkan sampel ke dalam alat XRF, pada program Minipal buka menu Measure, Measure Standardless, Isi nama sampel yang akan diukur pada Sampel Ident dan Measure (sesuai dengan urutan sampel). Tunggu beberapa menit sampai proses pengukuran selesai. Untuk melihat hasil buka menu Result, Open Result,<Standardless> kemudian cetak hasil yang diinginkan Hasil dan Pembahasan Berdasarkan pengamatan dan analisis kualitatif pada pengujian XRF menunjukkan serat ijuk mengandung 10 unsur logam, yaitu silikon (Si), fosfor (P), kalium (K), kalsium (Ca), kromium (Cr), mangan (Mn), besi (Fe), iterbium (Yb), nikel (Ni), dan tembaga (Cu). Metode fluoresens sinar X pada umumnya hanya menganalisis unsur-unsur yang dominan pada suatu spesimen, jadi memang ada unsur-unsur logam lain namun karena jumlahnya relatif sedikit sehingga tidak terdeteksi uji XRF. Tabel 1. Kandungan Unsur Logam dalam Serat Ijuk
No Nama Logam 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Silikon Calsium Timbal Cadmium Kalium Natrium Magnesium Aluminium Tembaga Mangan Besi Nikel Crhomium Seng Bismut Boron Tulium Posfor Iterbium
Uji XRF √ √ √ √ √ √ √ √ √ √
Keterangan : √ = ada, - = tidak terdeteksi, XRF= X Ray Fluorescence, Kemudian, analisis kuantitatif terhadap bahwa unsur logam lima terbanyak berturut turut adalah silikon, kalsium, fosfor, kalium dan besi masing-masing 43,2%, 34,5 % , 8,4%, 7,1 % dan 3 %. Dalam kaitannya dengan kemampuan bahan sebagai proteksi radiasi gelombang elektromagnetik frekuensi tinggi yang mengionisasi maka unsur logam dengan berat atom ringan dapat menyerap partikel netron sedangkan unsur logam dengan berat atom yang tinggi mampu menahan radiasi sinar gamma. Unsur logam dengan berat atom ringan diantaranya aluminium, silikon dan posfor, dengan berat atom tinggi misalnya besi, nikel dan tembaga. Kemudian, untuk proteksi radiasi gelombang elektromagnetik frekuensi rendah yang tidak mengionisasi, unsur logam yang umumnya memiliki elektron bebas di setiap atomnya menjadikan permukaan bahan lebih konduktif dimana bahan konduktif bersifat memantulkan atau merefleksikan datangnya gelombang elektromagnetik, seperti diketahui pantulan merupakan salah satu mekanisme suatu perisai atau proteksi dari suatu material disamping penyerapan (absorbsi). [5]
Material 27
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
Tabel 2. Komposisi dan Konsentrasi Unsur Logam akibat Pengaruh Perlakuan Larutan Alkali pada Serat Ijuk Unsur Logam
Silikon Kalsium Posfor Kalium Besi Iterbium Tembaga Nikel Mangan Kromiu m Total
Tanp a Perla kuan
NH4O H
NaO H
KOH
0.25 M
43.2 % 34.5 % 8.4 % 7.1 % 3.0 % 1.0 % 0.97 % 0.92 % 0.69 % 99.78 %
35,3 %
0.25 M 35.0 % 49.8 % 4.6 % 2.2 % 2.9 % 2.0 % 1.5 %
0,25 M 18 %
0.88 %
0,84 % 0,19 %
0.79 % 1.1 % -
99,90 %
99.89 %
99,90 %
45,6 % 9,63 % 2% 3% 0,62 % 2,72 %
39.6 % 1.8 % 34.1 % 3.6 % 1.2 %
0.72 % -
Jika dilihat pada tabel di atas, maka secara kualitatif tidak terjadi perubahan kandungan unsur unsur logam yang signifikan, jadi perlakuan larutan alkali baik dengan larutan NH4OH, NaOH maupun KOH tidak mempengaruhi komposisi kandungan unsur logam pada serat ijuk, jika tidak terdeteksi kemungkinan karena jumlah atau konsentrasinya sedikit dibandingkan unsur logam yang lain. Namun, secara kuantitatif terlihat perubahan jumlah atau konsentrasi besar kandungan unsur logam baik akibat pengaruh daya reaksi atau kekuatan basa dari masing-masing larutan alkali dimana larutan KOH memiliki daya reaksi atau kekuatan basa lebih tinggi dibandingkan larutan NaOH dan NH4OH (pKb NH4OH > pKb NaOH> pKb KOH), dimana makin tinggi kuat basa larutan makin kuat daya reaksinya. Seperti diketahui, parameter seperti kekuatan basa larutan mempengaruhi proses peruraian lignin dan hemiselulosa pada serat demikian juga pada kandungan unsur logam di dalamnya dan secara fisik terurainya lignin dan
hemiselulosa menyebabkan pengecilan diameter serat sekaligus juga berat serat. Pada tabel di atas, jika dibandingkan hasil uji antara perlakuan NH4OH, NaOH dan KOH pada konsentrasi dan waktu rendaman yang sama secara umum terlihat terjadi penurunan prosentase dari konsentrasi kandungan unsur logam lebih besar pada larutan KOH, hal ini menunjukkan lebih banyak unsur logam yang ikut terurai akibat larutan KOH, hal ini disebabkan karena daya reaksi KOH lebih kuat dibandingkan NH4OH dan NaOH, kekuatan basa KOH lebih besar dibandingkan NH4OH dan NaOH. Nilai log konstanta disosiasi basa (pKb) KOH 0,5, pKb NaOH 1 dan pKb NH4OH 4,75, dimana makin kecil nilai pKb makin besar kekuatan basa larutan tersebut. Sehingga makin kuat daya reaksi basa dari suatu larutan maka makin banyak lignin dan hemiselulosa pada serat yang terurai dimana kandungan unsur logam di dalamnya juga ikut terurai. Penurunan prosentase konsentrasi kandungan unsur silikon cukup besar ini dikarenakan unsur silikon yang dalam tabel periodik termasuk golongan IVA sangat mudah bereaksi dengan unsur logam alkali (ada dalam golongan IA) sehingga unsur silikon banyak yang terurai, demikian pula unsur fosfor yang masuk golongan VA. Unsur– unsur logam lain seperti besi, mangan, tembaga,nikel dan kromium lebih sedikit terurai karena lebih sulit bereaksi dibandingkan kedua logam di atas. Logam kalsium nampak meningkat prosentasenya karena relatif tidak bereaksi dengan ketiga macam larutan alkali karena juga sama-sama tergolong logam alkali yaitu logam alkali tanah, sedangkan logam kalium meningkat cukup besar pada hasil reaksi dengan larutan KOH dimana ini disebabkan ada tambahan endapan unsur kalium yang berasal dari larutan KOH. Penurunan kadar kandungan logam pada serat ijuk turut menyebabkan terjadinya peningkatan resistivitas pada komposit hal ini karena unsur-unsur logam memiliki konsentrasi muatan dan mobilitas elektron yang baik, sehingga dengan berkurangnya konsentrasi muatan dan mobilitas elektron maka kemampuan serat menghantarkan listrik berkurang. Di antara kesepuluh unsur logam di atas, silikon, fosfor,
Material 27
Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV) Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015
kalium, tembaga dan kromium memiliki mobilitas elektron lebih besar dibandingkan unsur logam lima lainnya karena memiliki konfigurasi atau struktur elektron yang tidak stabil atau mudah bereaksi.
riset yang telah diberikan dan kepada staf Lab. Bersama MIPA Universitas Udayana, Lab. Sentra MIPA Universitas Malang atas bantuan pengujian serta semua pihak yang terkait yang membantu selama penelitian ini.
Kesimpulan Berdasarkan pengamatan dan analisis kualitatif pada hasil uji XRF diketahui serat ijuk mengandung 10 unsur logam, yaitu silikon (Si), fosfor (P), kalium (K), kalsium (Ca), kromium (Cr), mangan (Mn), besi (Fe), iterbium (Yb), nikel (Ni), dan tembaga (Cu), sedangkan analisis kuantitatif diketahui bahwa unsur logam lima terbanyak berturut turut adalah silikon, kalsium, fosfor, kalium dan besi masing-masing 43,2%, 34,5 % , 8,4%, 7,1 % dan 3 %. Hasil perlakuan dengan ketiga larutan alkali, secara kualitatif tidak terjadi perubahan kandungan unsur unsur logam yang signifikan, jadi perlakuan larutan alkali baik dengan larutan NH4OH, NaOH maupun KOH tidak mempengaruhi komposisi kandungan unsur logam pada serat ijuk, namun secara kuantitatif, terlihat perubahan jumlah atau konsentrasi kandungan unsur logam baik akibat pengaruh daya reaksi atau kekuatan basa dari masing-masing larutan alkali dimana larutan KOH memiliki daya reaksi atau kekuatan basa lebih tinggi dibandingkan larutan NaOH dan NH4OH, dimana makin tinggi kuat basa larutan makin kuat daya reaksinya, sehingga kandungan unsur logam terkecil ada pada serat dengan perlakuan KOH.
Referensi [1] Santhiarsa, Nitya IGN Pratikto, Sonief,A. Marsyahyo,E. ,Qualitative and Quantitative Metal Content Analysis on Sugar Palm Fiber (Arenga Pinnata Fiber) using AAS test. The 4th Yearly Mechanical Engineering and Thermo Fluid National Seminar. Proceeding, 1 (.1) (2012), Gajah Mada University; 1738. [2] Adriani, D. M , Sitorus,B. Destiarti, L. , Sintesis Material Konduktif Komposit Polianilin-selulosa dari Tanah Gambut., JKK, ISSN 2303-1077 2 (3) (2013) : 127-132, www.jurnal.untan.ac.id/index.php/jkkmipa/art icle/download/3972/397 [3]Christiani, Evi, , Karakterisasi Ijuk pada Papan Komposit Ijuk Serat Pendek sebagai Perisai Radiasi Neutron, Tesis, Program Studi Magister Ilmu Fisika, PPS Universitas Sumatera Utara, Medan(2008) [4]Dhyah Annur, Hermawan Judawisastra, A.H. Darwan Abdullah, ,Optimasi Waktu Alkalisasi Terhadap Peningkatan Sifat Tarik Komposit Poliester Berpenguat Tekstil Serat Kenaf , Jurnal Ilmiah Arena Tekstil, ISSN : 0518-4010, Departemen Perindustrian, 24 (.2) (2009) Bandung, Indonesia. [5] Roh, J.S., Chi, Y.S.,Kang, T.J., Nam, S., Electromagnetic Shielding Effectiveness of Multifunctional Metal Composite Fabrics, ProQuest Science Journals, Textile Research Journal 78 ,9 (2008):825
Ucapan Terimakasih Terimakasih kepada Dikti Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan RI atas dana
Material 27
