103
SINTESIS HIBRIDA ANORGANIK-ORGANIK V2O5-ASAM HUMAT DENGAN METODE SOLGEL Synthesis of Hybrid Inorganic-organic V2O5-Humic acid by Sol-gel Method Risfidian Mohadi, Nurlisa Hidayati, Komala Syari FMIPA Kimia, Universitas Sriwijaya Jl. Palembang-Prabumulih Km. 32 Indralaya, OI. Sumatera Selatan, 30662. Email:
[email protected] Abstrak Sintesis senyawa hibrida anorganik-organik V2O5-Asam humat menggunakan metode sol-gel. Perbandingan bahan yang digunakan adalah V 2O5:asam humat:FeCl3:air (1:1:1:40:17) dilarutkan dan didinginkan sampai suhu 30 oC, disaring dan didapatkan hibrida senyawa anorganik-organik tersebut. Senyawa ini kemudian dikarakterisasi dengan spektrofotometer FT-IR dan XRD. Hasil identifikasi dengan FT-IR diketahui bahwa gugus fungsi yang terdapat pada asam humat tidak muncul pada spektra hibrida sol-gel ini seperti C=C aromatik, C-H alifatik, C-H aromatik ini mengindikasikan bahwa asam humat telah berada dalam rongga V2O5. Hasil analisa dengan XRD, hibrida metode sol-gel ini memiliki indeks miller (111), (110), (100) dengan ukuran simetri (a) adalah 0,267nm. Kata kunci: sol-gel, microstructur, asam humat, V2O5, hibrida Abstract Synthesis of hybrid inorganic-organic microstructure V2O5-Humic acid with cosynthesis method had been done, The ratio of the raw material V 2O5:Humic acid:FeCl3:H2O were (1:1:1:40:17) then cooled around 0 oC and filtered to get the hybrid inorganic-organic microstructure material and characterized by FT-IR and XRD spectrometer. The FT-IR spectrometer given information that functional group of humic acid such as C=C aromatic, C-H aliphatic and C-H aromatic was not found in hybrid inorganic-organic spectra indicated humic acid has existed in V 2O5 cluster. The XRD pattern show that the material have Miller’s index (110), (111), and (200) with symmetry size (a) was 0,267 nm. Keywords: co-synthesis microstructure, humic acid, V2O5, hybrid
Sains dan Terapan Kimia, Vol.7, No. 2 (Juli 2013), 103-113
104
PENDAHULUAN Sintesis
hibrida
senyawa
isolasi selanjutnya dijadikan sebagai situs
untuk
aktif dari material hibrida. Pengikatan
dikembangkan karena struktur bahan yang
logam dapat terjadi melalui: jembatan air,
bisa
interaksi elektrostatik, pembentukan ikatan
anorganik-organik
mencapai
nanostruktur
menarik
ukuran
serta
strukturnya
yang
mikro
sifat dapat
bahkan
kimia
dan
dimodifikasi,
koordinasi cincin
khelat
sehingga dimungkinkan untuk mendesain
fungsional
sifat-sifat
memiliki
spesifik
anorganik-organik,
dari
karakteristik
untuk
menghasilkan
dan
pembentukan
melibatkan
pada
fungsinya
gugus-gugus
asam
kemampuan
struktur
humat
yang
berbeda
dalam
ligan
dalam
sebagai
bahan baru yang sangat berharga dan
pembentukan kompleks dengan kation
menjanjikan baik secara ekonomi maupun
logam (Cornelius, 2002). Senyawa humat
secara aplikasinya. Kombinasi dari polimer
sangat potensial untuk dijadikan bahan
dengan
dapat
baku
bahan
anorganik-organik yang terdiri atas oksida
nanokomposit melalui pendekatan metode
logam transisi vanadium (V2O5) dan asam
sol–gel (Armon, 2002). Teknik sol–gel
humat (AH) dari tanah gambut. Hibrida
memungkinkan bahan hibrida anorganik
anorganik-organik asam humat ini akan
dan organik disintesis pada temperatur
meningkatkan
rendah
gugus
pada range pH yang lebih luas mengingat
fungsional dari bahan organik atau polimer
asam humat tidak stabil dan hanya efektif
penyusunnya. Larutan alamiah dari proses
pada pH rendah (3 - 4) saja, dan larut
sol–gel mempunyai derajat pencampuran
pada
yang sempurna dan menghasilkan bahan
(Gaffney et al, 1996).
oksida
digunakan
logam
untuk
tanpa
transisi
mensintesis
mendegradasi
hibrida nanostruktur (Brien et al, 2004). Dalam
suatu
kestabilan
keasaman
yang
hibrida
asam
lebih
humat
rendah
Mekanisme interaksi antara ion logam dengan gugus fungsi suatu bahan
gambut
ditentukan oleh atom donor elektron, sifat
Indralaya Kabupaten Ogan Ilir, Provinsi
logam, dan struktur dari gugus fungsi serta
Sumatera
kestabilannya. Berdasarkan konsep asam
senyawa
termanfaatkan
ini
sintesis
dilakukan
isolasi
penelitian
dalam
humat
Selatan
dari
yang
dengan
belum
menggunakan
basa keras lunak, Unsur N-
memiliki
suatu metode yang direkomendasikan
afinitas yang tinggi terhadap logam mulia
oleh
seperti
International
Humic
Substances
Society (IHSS). Senyawa humat hasil
sehingga
Sintesi Hibrida Anorganik-Organik… (Risfidian Mohodi, dkk,)
emas
(Au)
hibrida
dan yang
perak
(Ag)
mengandung
105
material anorganik sebagai penyangga
Prosedur Penelitian
serta molekul organik yang mengandung
Isolasi Senyawa
gugus N- sebagai sisi aktif.
Inderalaya (Mohadi, dkk., 2008).
Sintesis hibrida anorganik-organik dengan
metode
mikrokomposit
antara
Humat dari
tanah
Isolasi asam humat didasarkan atas perbedaan kelarutan ketiga fraksi dalam
V2O5-asam humat yang terdiri dari oksida
suasana
vanadium dan asam humat belum pernah
merupakan fraksi yang larut dalam basa,
diteliti sebelumnya. Bahan hibrida ini
asam fulvat merupakan fraksi yang larut
-
-
asam-basa.
Asam
humat
mengandung gugus fungsi COO , OH , S,
dalam asam maupun basa serta humin
N dari asam humat untuk dimanfaatkan
merupakan fraksi yang tak larut dalam
sebagai
merkuri
asam maupun basa. Sebanyak 1500 gram
sebagai logam berat yang sangat toksik
tanah gambut diekstraksi dengan 15000
dan berbahaya yang hingga sekarang
ml NaOH 0,1 M (perbandingan tanah
masih digunakan pada proses amalgam
dengan pelarut 1:10) selama 24 jam
emas.
sambil
METODOLOGI
didekantir lalu diasamkan dengan HCl 6
alternatif
pengganti
terus
dishaker.
Supernatan
Penelitian ini menggunakan alat-
M hingga pH 1 dan didiamkan selama 16
alat seperti: peralatan gelas laboratorium,
jam sehingga terbentuk 2 lapisan. Lapisan
sentrifuse, indikator pH, neraca analitik,
atas berupa asam fulvat dan lapisan
shaker,
stirrer,
bawah berupa asam humat terpresipitasi.
spektrofotometer FTIR Shimadzu model
Pemisahan asam fulvat dengan asam
8201 PC, spektrofotometer difraksi sinar-X
humat
(XRD).
digunakan
sentrifugasi pada kecepatan 1000 rpm
dalam penelitian ini adalah: tanah gambut
selama 15 menit. Padatan yang diperoleh
yang diambil di Kabupaten Ogan ilir
berupa asam humat dan asam fulvat kotor.
Indralaya, NaOH, HCl, HF, AgNO3, HNO3,
Pemurnian asam humat
kertas
oven,
magnetic
Bahan-bahan
saring
Whatman
no.
pentaoksida)
biasa, 42,
yang
kertas V2O5
saring
(vanadium
terpresipitasi dilakukan
Supernatan
asam
dengan
humat
dipisahkan dari pengotor berupa padatan selanjutnya
supernatan
dipresipitasi
dengan
6M hingga
pH 1
HCl
didiamkan
Sains dan Terapan Kimia, Vol.7, No. 2 (Juli 2013), 103-113
selama
16
jam
dan
hingga
106
terbentuk 2 lapisan. Lapisan atas berupa
Pembuatan hibrida anorganik-organik
asam fulvat sedangkan lapisan bawah
V2O5-HA dengan metode sol-gel (Harreld
berupa
et al, 1999).
asam
Pemisahan
humat
asam
terpresipitasi.
humat
dengan
Sebanyak
1
gram
vanadium
sentrifugasi dengan kecepatan 15.000 rpm
pentaoksida (V2O5) dan 1 gram senyawa
selama 10 menit. Padatan asam humat
asam humat dilarutkan dalam etanol dan
yang
dalam
didinginkan pada pendingin es sampai
wadah plastik yang berisi larutan 0,1M
suhu 30oC, kemudian sebanyak 1 mL
HCl/0,3M HF dan digojlok selama 20 menit
FeCl3 0,05M dalam pelarut air disiapkan
kemudian didiamkan selama 24 jam pada
dalam elenmeyer lain didinginkan pada
temperatur
pendingin
diperoleh
dimasukan
kamar.
ke
Campuran
ini
es.
Larutan
FeCl3
0,05M
kemudian disentrifugasi pada kecepatan
ditambahkan ke larutan V2O5 dan AH dan
5000 rpm selama 10 menit dan asam
diagitasi
humat yang diperoleh adalah asam humat
terbentuk
hasil pemurnian I. Proses pemurnian
Perbandingan
tersebut dilakukan sebanyak 2 kali. Dalam
digunakan pada metode sol-gel adalah
proses
banyak
1:1:1:40
melibatkan HCl sehingga asam humat
Hasilnya
mungkin terkontaminasi Cl- sehingga perlu
spektrofotometer FTIR dan XRD.
pemurnian
dihilangkan
tersebut
dengan
cara
secepat
mungkin
campuran
sampai
seperti
gel.
senyawa-senyawa
yang
(Vanadium:
AH:
FeCl3:
dikarakterisasi
air).
dengan
pembilasan
-
dengan akuades. Uji Cl dilakukan dengan
HASIL DAN PEMBAHASAN
penambahan AgNO3 ke dalam air bilasan
Identifikasi gugus fungsional dengan
asam humat. Pembilasan dihentikan bila
spektrofotometri FT-IR
dalam air bilasan asam humat tidak lagi
Tanah gambut Inderalaya sebelum
terjadi endapan apabila ditambah AgNO 3.
diekstraksi dan diisolasi kandungan kimia
Setelah
yang ada didalamnya, terlebih dahulu
proses
pemurnian
dilakukan,
asam humat dikeringkan dalam oven.
dilakukan
karakterisasi
Untuk selanjutnya dikarakterisasi dengan
spektrometri
spektrofotometer FT-IR.
mengetahui gugus fungsi apa saja yang
FT-IR.
menggunakan
Tujuannya
untuk
ada di dalam tanah tersebut dan nantinya digunakan sebagai pembanding untuk
Sintesi Hibrida Anorganik-Organik… (Risfidian Mohodi, dkk,)
107
senyawa hasil isolasi dari tanah ini. Hasil dari
karakterisasi
tanah
gambut
diperlihatkan oleh gambar 1.
ini
Gambar 1. Spektra FT-IR tanah gambut
Spektra FT-IR pada gambar 1
diketahui bahwa pada
tanah gambut
memperlihatkan adanya regang –OH di
terdapat gugus karboksilat (-COOH) yang
bilangan gelombang 3433,1 cm-1, regang
di dapat dari adanya vibrasi C=O, ulur C-O
C-H alifatik pada bilangan gelombang
dan vibrasi ulur –OH, dan cincin aromatik
2854,5 cm regang
-1
-1
dan 2923,9 cm , adanya
C=C aromatik pada
yang ditandai dengan adanya ulur C=C
bilangan
aromatik dan ulur C-H aromatik. Terlihat
gelombang 1627,8 cm-1, adanya serapan
juga pada bilangan gelombang 914 cm-1
lemah pada bilangan gelombang disekitar
merupakan tekuk Si-O, dalam hal ini Si-O
1700 cm
-1
menunjukan vibrasi ulur C=O
adalah sebagai pengotor yang berasal dari
dari -COOH, ada sinyal yang lemah pada
senyawa anorganik yang terdapat dalam
daerah sekitar dibawah 3000 cm-1 ini untuk
tanah gambut itu sendiri.
regang C-H aromatik. Dari identifikasi ini
Sains dan Terapan Kimia, Vol.7, No. 2 (Juli 2013), 103-113
108
Gambar 2. Spektra FT-IR asam humat
Hasil dari ekstraksi dan isolasi tanah
puncak
gambut adalah asam humat dan asam
gelombang 3000 cm-1, C=C aromatik
fulvat,
muncul pada bilangan gelombang 1627,8
dalam
penelitian
ini
hanya
digunakan asam humat sehingga perlu
yang
cm-1.
Pita
lemah
serapan
bilangan
pada
bilangan
gelombang
asam humat. Asam humat yang telah
masih adanya pengotor organik dari
murni diidentifikasi gugus fungsionalnya
polisakarida (Mohadi, 2008).
(gambar
2) diperoleh
serapan
pada
cm
-1
dilakukan pemurnian untuk mendapatkan
dengan menggunakan spektrometri FT-IR
1103,2
pada
menunjukan
Asam humat mengandung gugus karboksilat
(-COOH),
gugus
hidroksil
bilangan gelombang 2923,9 cm-1 dan
(OH),
2854,5 cm-1 yang merupakan ulur C-H
Perbandingan antara spektra FT-IR tanah
alifatik. Pada bilangan gelombang 1708,8
gambut
-1
cm
adanya
dan
cincin
asam
aromatik.
humat
diatas
menunjukan adanya vibrasi ulur
menunjukan ada gugus fungsi yang tidak
C=O dari –COOH. Serapan ulur –OH
muncul pada asam humat sedangkan
diidentifikasi pada bilangan 3425,3 cm-1,
pada tanah gambut muncul yaitu tekuk
adanya ulur C-O yang berasal dari COOH
Si-O
-1
dalam hal ini adalah
sebagai
pada bilangan gelombang 1222,8 cm ,
pengotor yang berasal dari senyawa
regang C-H aromatik muncul dengan
anorganik, ini berarti pemurnian dengan
Sintesi Hibrida Anorganik-Organik… (Risfidian Mohodi, dkk,)
109
menggunakan campuran HCl dan HF
pada bilangan gelombang 3448,5 cm-1,
diyakini
asam
vibrasi ulur C=C aromatik muncul pada
bahan-bahan
bilangan gelombang 1635,5 cm-1, gugus
humat
dapat dari
membebaskan pengotor
anorganik (Stevenson, 1994).
fungsi ini berasal dari asam humat.
Sintesis hibrida anorganik-organik
Vibrasi ulur V=O dari polivanadat muncul
dengan metode sol-gel ini dilakukan
pada bilangan gelombang 825,5 cm-1,
dengan menghomogenkan antara V 2O5
dan pada bilangan gelombang 1018,3 cm-
dan asam humat, hasil dari sintesis ini
1
diukur dengan spektrometer FT-IR seperti
Adanya tekuk –OH ke dalam bidang dari
terlihat pada gambar 3.
–COOH
Spektra FT-IR pada gambar 3
merupakan ulur V=O dari monovanadat.
teridentifikasi
pada
bilangan
gelombang 1396,4 cm-1.
mengidentifikasikan adanya ulur –OH
Gambar 3. Spektra FT-IR Hibrida Sol-gel
Gambar 3 menunjukan tidak adanya
humat tersebut telah berikatan dengan
beberapa gugus fungsional khas asam
V2O5 sehingga dapat dimungkinkan asam
humat diantaranya seperti C-H alifatik, C-
humat telah berada dalam rongga V 2O5.
O dari –COOH, C=O dari –COOH, dan CH aromatik. Gugus-gugus dari asam
Sains dan Terapan Kimia, Vol.7, No. 2 (Juli 2013), 103-113
110
Analisa data XRD hibrida sol-gel V2O5-
Pola difraksi untuk V2O5 dan hibrida
HA
metode sol-gel disajikan pada gambar 4 Analisa dengan XRD dilakukan
dan 5.
untuk melihat apakah asam humat telah berhasil masuk ke dalam rongga V 2O5.
Gambar 4. Pola difraksi XRD dari V 2O5
Pola difraksi diatas menunjukan bahwa
sudut 2θ yang sama, ini berarti bahwa
V2O5 memiliki simetri kristal, sistem
V2O5 dan hibrida metode sol-gel memiliki
simetrinya
bentuk yang
menurut
mariadi
(2007)
isostruktur
(Ulrich
and
adalah kubus. Bentuk simetri ini yang
Nicola, 2002). Hal ini menunjukan antara
akan dimanfaatkan dalam pembuatan
V2O5-AH tidak mengalami pergeseran 2θ
hibrida dengan metode sol-gel, asam
menandakan
humat diharapkan masuk ke dalam
mengalami perubahan struktur setelah
rongga simetri tersebut (Thomas et al,
dimasuki asam humat (Wight and Davis,
1999). Pola XRD dari hibrida metode sol-
2002).
gel yang ditunjukan pada gambar 5 dan pola XRD untuk V2O5 mempunyai puncak
Sintesi Hibrida Anorganik-Organik… (Risfidian Mohodi, dkk,)
bahwa
kristal
tidak
111
Gambar 5. Pola difraksi XRD
hibrida V2O5-AH metode sol-gel
Data XRD hasil hibrida metode sol-gel
dapat (110), (111) dan (200) merupakan
(tabel 1) didapat bahwa sistem kristal
sistem kubik isostruktur.
yang mendominasi adalah sistem kubik, dan ini dapat diketahui dari indeks yang di Tabel 1. Data XRD hibrida metode sol-gel
2θ
d(Å)
I / I1
hkl
20,3762
4,35492
100
110
26,2388
3,39367
100
111
31,1005
2,87336
65
200
Sains dan Terapan Kimia, Vol.7, No. 2 (Juli 2013), 103-113
112 V2O5 yang memiliki rongga diharapkan
Contaminants Sorption Interactions, Envi.
asam humat yang digunakan akan berada
Sci. and Tech. Vol. 36, 1054-1060.
di dalam ruang atau rongga pada V 2O5
Brien L Chusing, Vladimir L Kolesnicenko,
tersebut, dan dari data yang ada, maka
and Charles J O’Connor. 2004. Recent
diperoleh nilai a yaitu ukuran simetri dari
Advances in the Liquid-Phase Synthesis of
V2O5
Inorganic Nanoparticles, J. of Chem. Rev.
yang
dihitung
menggunakan
perhitungan indeks Miller sebesar 0,267
104: 3893-3946.
nm.
Cornelius, C J., 2002. Physical and gas permeation properties of series of novel
KESIMPULAN
hybrid inorganic-organic composite based
Kesimpulan yang dapat diambil dari
on synthesized. Virginia.
hasil penelitian sintesis hibrida anorganik-
Gaffney, J S., Marley, N A, Clark, S B.
organik V2O5-HA adalah:
1996. Humic and Fulvic Acid: Isolation,
1.
Hasil identifikasi dengan menggunakan
Structure and Enviromental Role, J. of Am.
spektrometri FT-IR didapat bahwa di
Chemi. Soc. Washington, DC.
dalam asam humat memilki gugus
Harreld, J., Dunn, D, Nazar, L.F. 1999.
fungsi -COOH dan hidroksil (-OH).
Design and synthesis of Inorganic-organic
Interaksi antara V2O5 dan asam humat
Hybrid Microstructures. Inter. J. Inorg. Mat.
terlihat
1, 135-146.
2.
3.
dari
spektra
FT-IR
hibrida
dimana gugus fungsi C-H alifatik dan
Mohadi Risfidian, Hidayati Nurlisa, dan Ivan
aromatik, C=C aromatik asam humat
Widarko, 2008. Adsorption study of Cu(II),
tidak
dimungkinkan
Cd(II), and Cr(VI) on humin from peat soil.
karena berada di dalam rongga V 2O5
Proceeding of The International Seminar on
sedangkan gugus fungsi lainnya dari
Chemistry. ISBN 978-979-18962-0-7. (pp.
asam humat masih tetap aktif.
117).
Pola difraksi XRD V2O5-AH dari hasil
Stevenson, FJ. 1994. Humus Chemistry.
metode
Jhon Willey and Sons, New York
muncul
sol-gel,
yang
menunjukkan
tidak
adanya pergeseran 2θ dan memiliki
Thomas J. Barton, Lucy M. Bull, Walter G.
ukuran simetri 0,267 nm.
Klemperer,
Douglas
McEnaney,
Makoto
A.
Loy,
Misono,
Brian
Peter
A.
Monson, Guido Pez, George W. Scherer, DAFTAR PUSTAKA
James C. Vartuli, and Omar M. Yaghi. 1999.
Armon. 2002. Immobilizing Humic Acid in
Tailored Por.
Sol-Gel Matrix: A New Tool to Study Humic
11;2633-2656.
Sintesi Hibrida Anorganik-Organik… (Risfidian Mohodi, dkk,)
Mat.,
Chem.
Mat.
Rev.
113
Ulrich Schrubert, Nicola Husing. 2002. Synthesis of Inorganic Material. Willey-VCH. Weinhem germany. Wight, AP. and Davis, ME., 2002. Design and Preparation of
Organic Inorganic
Hybrid Catalysts, Chem. Rev. 102, 35893614.
Sains dan Terapan Kimia, Vol.7, No. 2 (Juli 2013), 103-113
