PENG Diaju Universit FAKU GARUH pH ukan kepad tas Negeri Y
advertisement
PENG GARUH pH H PADA AD DSORPSI ANION A FO OSFAT OL LEH SILIK KA DAR RI BAGAS SSE TEBU TUG GAS AKHIR R SKRIPSII Diaju ukan kepad da Fakultass Matematiika dan Ilm mu Pengetaahuan Alam m Universittas Negeri Yogyakarta Y a untuk Meemenuhi Seebagian Peersyaratan guna Memp peroleh Geelar Sarjana Oleh: L Lucky Enja ang Sari 13307141 1011 PROG GRAM STU UDI KIMIA A JURUSA AN PENDID DIKAN KIMIA FAKU ULTAS MA ATEMATIIKA DAN ILMU I PEN NGETAHU UAN ALAM M UN NIVERSITA AS NEGER RI YOGYA AKARTA 2017 7 HALAMAN MOTTO “Serius tapi santai, santai tapi serius. Kita tunjukan kepada Tuhan bahwa kita serius ketika kita gabungkan doa dengan pemikiran, persiapan, dan usaha” “Do what you love, and love what you do” iv HALAMAN PERSEMBAHAN Sebuah karya kecil yang saya buat ini akan saya persembahan kepada : 1. Tuhan Yang Maha Esa 2. Orang tua saya, Bapak Agus Supriyanto, dan Ibu Musyarofah yang telah memberikan dukungan baik motivasi, doa, kasih sayang, dan yang pasti materi 3. Mbah saya, Supriyati atau mbah titik serta Alm. Mbah Roestamadji yang sedari kecil merawat saya dengan penuh kasih sayang 4. Adik saya Mersa Ulia Sari 5. Keluarga yang selalu saya repotkan. 6. Surya Dwi Kurniawan yang tidak pernah bosan untuk selalu sabar dalam memberi semangat, dan mengingatkan dalam hal apapun 7. Dosen Pembimbing, Bapak Jaslin Ikhsan, Ph. D. 8. Bapak Ali Kepala Lab yang sudi saya repotkan dalam proses penelitian. 9. Partner penelitian, Aruminah, Karlinda, Herlinda TYS, Seti Fani, Sutarmi, Puspa M., dan Hernanda Apriyanto. 10. Teman satu koloni sedari masuk kuliah sampai saat ini, Hajar Nur Afifah, Nur Ihda Zulaikha, dan Mahardika Harry Nugraha. Terimakasih dan sukses untuk kita semua. 11. Teman-teman seperjuangan Kimia B 2013. 12. Semua pihak yang telah membantu dan memotivasi agar skripsi ini dapat terselesaikan, dan 13. Almamater Universitas Negeri Yogyakarta. v PENGARUH pH PADA ADSORPSI ANION FOSFAT OLEH SILIKA DARI BAGASSE TEBU Oleh: Lucky Enjang Sari NIM. 13307141011 Pembimbing: Drs. Jaslin Ikhsan, M.App. Sc.,Ph.D ABSTRAK Tujuan penelitian ini adalah mengetahui karakteristik silika hasil sintesis dari bagase tebu, mengetahui cara mensintesis silika gel dari bagase tebu, dan mengetahui pengaruh pH terhadap adsorpsi anion fosfat oleh silika dari bagase tebu. Subjek penelitian ini adalah bagase tebu. Objek penelitian ini adalah adsorpsi anion fosfat oleh silika gel dari bagasse tebu. Sintesis silika gel dilakukan dengan metode sol-gel, yaitu mereaksikan HCl 1 M dengan larutan natrium silikat hasil sintesis dari bagasse tebu hingga terbentuk gel dengan pH 7. Gel yang terbentuk dikeringkan dalam oven dengan suhu 80°C hingga massa konstan. Silika gel dikarakterisasi dengan FTIR dan XRD. Silika gel kemudian digunakan sebagai adsorben dalam proses adsorpsi anion fosfat oleh silika dari bagase tebu. Pengukuran absorbansi anion fosfat dilakukan dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis. Hasil karakterisasi secara Difraksi Sinar-X menunjukkan bahwa silika gel yang disintesis berstruktur amorf dengan puncak landai pada 2θ=22.7397°. Spektra FTIR menunjukkan bahwa silika gel berhasil disintesis, yang ditandai dengan munculnya puncak pada bilangan gelombang 3462,59 cm-1 yang mengindikasikan adanya gugus -OH pada silanol dan puncak pada bilangan gelombang 2361,46 cm-1 merupakan gugus –Si-O pada siloksan. Hasil analisis menggunakan UV-Vis dan hasil perhitungan menunjukkan bahwa pH optimum adsorpsi anion fosfat oleh silika gel terjadi secara stabil pada pH 3 sampai pH 10. Kata kunci : Silika gel, Fosfat, Bagase tebu, Sol gel, Adsorpsi vi EFFECTS OF pH AT ADSORPTION OF ION PHOSPHATE FROM BAGASSE SUGAR CANE By: Lucky Enjang Sari NIM. 13307141011 Supervisor: Drs. Jaslin Ikhsan, M.App. Sc.,Ph.D ABSTRACT This study aims to determine the characters of silica gel from sugarcane bagasse that had synthesized, how to synthesis silica gel from sugarcane bagasse and the effect of pH and phospat anion adsorption by silica adsorbent from sugarcane bagasse. The subject of this research was silca gel adsorbent from sugarcane bagasse. The object of this research was phospat anion adsorption by silica gel from sugarcane bagasse. Synthesis of silica gel was prepared by sol-gel method that reacted HCL 1 M with synthesized sodium silicate solution from sugarcane bagasse until gel formation in pH 7. The ger was dried in oven at 80oC up to constant mass. The silica gel was characterized by FTIR and XRD. The silica gel was then used as adsorbent in adsorpstion process phospat anion by silica ger from sugarcane bagasse. Measurement of phospat anion adsorption were treated by using UV-Vis spectrophotometer. The results of X-Ray Diffraction characterization showed that synthesized silica gel had amorphous structure with peak at 2θ=22.7397°. FTIR Spectra showed that the silica gel had been synthesized successfully, which were indicated by the emergence of peak at wavenumber 3462,59 cm-1 that indicating the –OH group of silanol and peak at wavenumber 2361,46 cm-1 was –Si-O group of siloksan. The result of UV-Vis analysis and calculation results showed that optimum pH of phosphat anion adsorption by silica gel occurs at pH 3 until pH 10. Keywords: Sugarcane bagasse, Silica gel, Phospat, Sol gel, Adsorpsion vii KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayahNya, sehingga penulis mampu menyelesaikan Tugas Akhir Skripsi (TAS) dengan judul ”Pengaruh pH pada Adsorpsi Anion Fosfat oleh Silika dari Bagasse Tebu”. Dalam penulisan tugas akhir ini, penulis tidak terlepas dari pihak-pihak yang telah memberikan bantuan, bimbingan, serta dukungan. Oleh sebab itu, pada penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Tuhan Yang Maha Esa 2. Bapak Dr. Hartono selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam UNY. 3. Bapak Jaslin Ikhsan, Ph.D selaku Ketua Jurusan Pendidikan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam UNY. 4. Bapak Jaslin Ikhsan, Ph.D selaku Dosen Pembimbing yang telah memberi banyak nasihat, saran, dan waktu dalam pengerjaan tugas akhir skripsi ini. 5. Bapak Sunarto, M.Si selaku penguji utama 6. Bapak Ervan Priyambodo, M.Si selaku penguji pendamping 7. Seluruh staf Laboran Kimia FMIPA UNY yang telah membantu selama proses penelitian. 8. Orang tua, adik, saudara, serta keluarga, dan teman-teman yang selalu mendoakan, mendukung, serta membantu memberi semangat dalam melaksanakan kegiatan dan penyelesaian Tugas Akhir Skripsi. viii DAFTAR ISI HALAMAN PERSETUJUAN .............................................................................. i HALAMAN PERNYATAAN ............................................................................... ii HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................. iii HALAMAN MOTTO .......................................................................................... iv HALAMAN PERSEMBAHAN ........................................................................... v ABSTRAK ............................................................................................................ vi ABSTRACT ......................................................................................................... vii KATA PENGANTAR ........................................................................................ viii DAFTAR ISI .......................................................................................................... x DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiii DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xiv DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xv BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1 A. Latar Belakang Masalah ........................................................................... 1 B. Identifikasi Masalah ................................................................................. 3 C. Pembatasan Masalah ................................................................................ 3 D. Rumusan Masalah .......................................................................................... 4 E. Tujuan Penelitian ............................................................................................ 4 F. Manfaat Penelitian .......................................................................................... 4 BAB II .................................................................................................................... 6 KAJIAN PUSTAKA ............................................................................................. 6 A. Kerangka Teori ......................................................................................... 6 1. Bagasse Tebu ............................................................................................ 6 2. Silika Gel .................................................................................................. 7 3. Proses Sol Gel .......................................................................................... 9 4. Unsur Makro dalam Tanaman ................................................................ 10 5. Faktor yang Mempengaruhi Adsorpsi .................................................... 12 x 6. Spektrofotometri Infra Merah................................................................. 15 7. Analisis Kristalinitas dengan Teknik XRD (X-Ray Diffraction)............ 19 8. Uji Spektrofotometer UV-Vis ................................................................ 20 B. Penelitian yang Relevan ............................................................................... 22 C. Kerangka Berfikir ........................................................................................ 23 BAB III ................................................................................................................. 24 METODE PENELITIAN ................................................................................... 24 A. Subjek dan Objek Penelitian................................................................... 24 B. Variabel Penelitian ................................................................................. 24 C. Alat dan Bahan Penelitian ...................................................................... 24 D. Prosedur Kerja ........................................................................................ 25 1. Preparasi Sampel Bagasse tebu .............................................................. 25 2. Sintesis Silika Gel dari Abu Bagasse Tebu ............................................ 26 3. Karakterisasi ........................................................................................... 27 4. Pembuatan Larutan Bahan...................................................................... 27 5. Adsorpsi Anion Fosfat pada Variasi pH ................................................. 29 E. Teknik Analisis Data .............................................................................. 29 BAB IV ................................................................................................................. 31 HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................................... 31 A. Hasil Penelitian....................................................................................... 31 1. Sintesis Silika Gel .................................................................................. 31 2. Hasil Spektra FTIR ................................................................................. 31 3. Hasil Analisis Secara Difraksi Sinar-X (XRD) ...................................... 33 4. Hasil Adsorpsi Anion Fosfat oleh Silika Gel pada Variasi pH ............. 33 B. PEMBAHASAN .................................................................................... 35 1. Sintesis Silika Gel dari Bagasse Tebu .................................................... 37 2. Karakterisasi dengan Spektroskopi FTIR ............................................... 44 3. Karakterisasi dengan Difraksi Sinar-X (XRD) ...................................... 46 4. Adsorpsi Anion Fosfat oleh Silika Gel pada Variasi pH .......................... 48 xi BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 51 A. Kesimpulan ............................................................................................. 51 B. Saran ....................................................................................................... 51 DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 52 LAMPIRAN ......................................................................................................... 56 xii DAFTAR TABEL Tabel 1. Perbedaan antara fisisorpsi dan kemisorpsi ............................................ 13 Tabel 2. Serapan karakteristik senyawa-senyawa organo-silikon......................... 18 Tabel 3. Data Adsorpsi Fosfat oleh Silika Gel Berdasarkan Variasi pH .............. 35 Tabel 4. Interpretasi Spektra FTIR Silika Kiesel Gel 60 Merck dan Silika Gel ... 45 Tabel 5. Data pengaruh pH pada pengikatan fosfat oleh silika gel ....................... 67 xiii DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Struktur Kimia Silika Gel ...................................................................... 8 Gambar 2. Grafik Kurva Kalibrasi Hubungan Absorbansi ................................... 21 Gambar 3. Silika Gel Hasil Sintesis Dari Bagasse Tebu ...................................... 31 Gambar 4. (a) Hasil FTIR silika gel hasil penelitian ............................................ 32 Gambar 5. Hasil Difraktogram sinar X silika gel hasil sintesis dari bagasse tebu 33 Gambar 6. Hasil pengukuran absorbansi larutan standar ...................................... 34 Gambar 7. Hasil absorbansi pH versus % adsorpsi............................................... 35 Gambar 8. Abu Bagase Netral .............................................................................. 40 Gambar 9. Mekanisme reaksi pembentukan natrium silikat ................................. 41 xiv DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Perhitungan untuk Sintesis Silika Gel dari Bagasse Tebu ................ 57 Lampiran 2. Hasil Karakterisasi FTIR dan XRD Silika Gel ................................. 59 Lampiran 3. Perhitungan untuk Pembuatan Larutan Eksperimen Adsorpsi ......... 63 Lampiran 4. Data dan Perhitungan Pengaruh pH pada Pengikatan Fosfat oleh Silika Gel............................................................................................................... 66 Lampiran 5. Skema Penelitian .............................................................................. 68 Lampiran 6. Dokumentasi Penelitian .................................................................... 73 xv BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Kebutuhan gula di Indonesia akan semakin bertambah seiring bertambahnya jumlah penduduk, sehingga diperkirakan bahwa dari tahun ke tahun produksi gula akan selalu mengalami peningkatan. Gula merupakan hasil pokok dalam produksi dari tebu, namun disamping gula ada juga hasil lain dari proses pembuatan gula yaitu limbah produksi. Limbah produksi gula diantaranya yaitu limbah yang berupa limbah gas, cairan dan padatan. Limbah padat berupa blotong dan bagasse atau yang sering disebut sebagai ampas tebu. Bagasse berupa serat tebu, dimana dalam tebu mengandung 47,7% serat; 49% air dan 3,3% gula (Arizanova, 2012), sehingga jumlah serat atau bagasse pada tahun 2005 sebesar 32.403 kiloton, sedangkan pada tahun 2013 menjadi sebesar 39.923 kiloton, meningkat 18,8% dari tahun 2005. Semakin meningkatnya produksi gula maka semakin meningkat pula bagasse yang dihasilkan. Berdasarkan data dari Pusat Penelitian Perkebunan Gula Indonesia (P3GI, 2010) sebanyak 60% ampas tebu yang dihasilkan dimanfaatkan sebagai bahan bakar, bahan baku untuk kertas, bahan baku industri kanvas, industri jamur, dan lain-lain. Oleh karena itu diperkirakan sebanyak 40% dari ampas tebu tersebut belum dimanfaatkan. Sehingga untuk memanfaatkan ketersediaan bagasse yang belum digunakan tersebut telah dilakukan beberapa penelitian misalnya sebagai biomassa, untuk membuat silika aerogel (Akhinov 2010). 1 Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh Cordeiro et al. (2010) di dalam bagasse tebu yang di proses pada suhu 6000C terdapat kandungan kimia seperti SiO2 (60,96%), K2O (9,02%), MgO (8,65%), P2O5 (8,34%), CaO (5,97%), Na2O (0,70%), MnO (0,48%), Al2O3 (0,09%), Fe2O3 (0,09%), dan kandungan yang hilang dalam proses pembakaran (5,70%). Kandungan silika pada abu bagasse cukup tinggi sehingga menjadikan abu bagasse berpotensi sebagai bahan baku pembuatan silika gel yang mempunyai nilai tambah secara ekonomi. Pembuatan silika gel dilakukan melalui proses ekstraksi basa (NaOH) dan proses sol-gel. Hasilnya memperlihatkan adanya gugus Si-O-Si, Si-O, Si-OH dengan gugus-gugus tersebut merupakan gugus dari silika gel (Ika, 2013). Silika gel merupakan salah satu padatan anorganik yang dapat digunakan untuk keperluan adsorpsi karena memiliki gugus silanol (Si-OH) dan siloksan (SiO-Si) yang merupakan sisi aktif pada permukaannya. Silika telah banyak diteliti sebagai adsorben yang efektif. Adsorpsi adalah proses terikatnya suatu molekul yang berada sebagai fasa gas atau fasa cair atau dalam larutan pada permukaan suatu padatan. Molekul yang terikat pada permukaan padatan disebut adsorbat, sedangkan padatan yang menahan atau mengikat disebut adsorben (Masel, 1996). Proses adsorpsi mencangkup dua hal yaitu kinetika adsorpsi dan termodinamika adsorpsi. Kinetika adsorpsi ditinjau berdasarkan laju adsorpsi sedangkan termodinamika adsorpsi ditinjau berdasarkan kapasitas adsorpsi dan energi adsorpsi yang terlibat (Purwaningsih, 2009). Adsorbat yang diteliti dalam penelitian ini adalah anion fosfat. Anion fosfat merupakan salah satu unsur hara yang dibutuhkan tanaman sebagai sumber fosfor 2 (P). Jumlah fosfor lebih kecil dibandingkan dengan nitrogen dan kalium, tetapi fosfor dianggap sebagai kunci kehidupan. Tanaman menyerap fosfor dalam bentuk ion ortofosfat primer (H2PO4- ) dan ion ortofosfat sekunder (HPO42-). Situs aktif silika gel yang dominan berperan dalam proses adsorpsi adalah Si-Omemungkinkan terjadinya adsorpsi fosfat yang ditunjukan melalui adsorpsi dengan variasi pH. B. Identifikasi Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan diatas, pokok permasalahan yang dapat diidentifikasi dalam penelitian ini adalah: 1. Cara sintesis silika dari bagase tebu. 2. Variasi pH sistem yang digunakan selama proses penelitian. 3. Proses adsorpsi yang diteliti didalam penelitian. C. Pembatasan Masalah Berdasarkan identifikasi masalah diatas, maka perlu diberikan pembatasan masalah, yaitu: 1. Cara sintesis silika dari bagase tebu adalah dengan proses sol gel. 2. Variasi pH sistem yang digunakan selama proses penelitian adalah 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, dan 10. 3. Proses adsorpsi yang diteliti dalam penelitian adalah pemahaman adsorpsi anion fosfat melalui presentase fosfat yang teradsorp oleh silika dari bagase tebu. 3 D. Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah dari penelitian ini adalah. 1. Bagaimana cara mensintesis silika gel dari bagase tebu? 2. Bagaimana karakteristik silika hasil sintesis dari bagase tebu? 3. Bagaimana pengaruh pH terhadap adsorpsi anion fosfat oleh silika dari bagasse tebu? E. Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Mengetahui karakteristik silika hasil sintesis dari bagase tebu, 2. Mengetahui cara mensintesis silika gel dari bagase tebu, 3. Mengetahui pengaruh pH terhadap adsorpsi anion fosfat oleh silika dari bagase tebu. F. Manfaat Penelitian Adapun Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah: 1. Bagi Peneliti a. Memberikan informasi tentang hasil karakterisasi dari silika yang disintesis dari bagasse tebu. b. Memberikan informasi tentang pengaruh pH fosfat terhadap sifat adsorpsi unsur hara fosfat yang dibutuhkan tanaman yaitu oleh silika gel dari bagasse tebu. c. Mengetahui informasi tentang kemampuan pelepasan unsur hara fosfat oleh adsorben silika gel yang berbahan dasar bagasse tebu. 4 2. Bagi masyarakat Hasil penelitian ini diharapkan akan memberikan manfaat bagi masyarakat sebagai upaya untuk meningkatkan nilai ekonomis dari limbah industri pengolahan tebu menjadi gula yaitu bagasse tebu, sehingga limbah tersebut tidak mencemari lingkungan dan dapat dimanfaatkan sebagaimana mestinya. 3. Bagi akademisi Hasil penelitian ini dapat dijadikan sebagai referensi untuk penelitian selanjutnya terkait sintesis silika dari bagasse tebu. 5 BAB II KAJIAN PUSTAKA A. Kerangka Teori 1. Bagasse Tebu Bagase atau ampas tebu adalah zat padat dari tebu yang diperoleh dari sisa pengolahan tebu pada industri pengolahan gula pasir. Bagasse mengandung air 48 – 52%, gula 3,3% dan serat 47,7%. Dari hasil analisa XRF terhadap abu bagasse diketahui bahwa dalam abu bagasse mengandung mineral – mineral yang berupa Si, K, Ca, Ti, V, Mn, Fe, Cu, Zn dan P. Kandungan yang paling besar dari mineral – mineral tersebut adalah silikon (Si) sebesar 55,5%. Karena kandungan silika dalam abu bagasse besar, maka abu bagasse berpotensi sebagai bahan baku pembuatan silika gel sehingga mempunyai nilai tambah yang lebih dengan memanfaatkan limbah padat yang dihasilkan oleh pabrik gula. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh Cordeiro et al. (2010) di dalam bagasse tebu yang di proses pada suhu 6000C terdapat kandungan kimia seperti SiO2 (60,96%), K2O (9,02%), MgO (8,65%), P2O5 (8,34%), CaO (5,97%), Na2O (0,70%), MnO (0,48%), Al2O3 (0,09%), Fe2O3 (0,09%), dan kandungan yang hilang dalam proses pembakaran (5,70%). Menurut Sulastri, (2010) silika gel merupakan silika amorf yang terdiri atas globula-globula SiO tetrahedral yang tersusun secara tidak teratur dan beragregasi membentuk kerangka tiga dimensi yang lebih besar. Rumus kimia silika gel secara umum adalah SiO2 x H2O. Struktur satuan mineral silika pada dasarnya mengandung kation Si4+ yang terkoordinasi secara tetrahedral 6 dengan anion O2+ . Sedangkan Govindarajan, (2011) melaporkan pada suhu 500˚C hingga 700˚C memiliki struktur amorf sedangkan pada 1000˚C memiliki struktur kristalin. Pemisahan silika dari bagasse tebu perlu dilakukan sebelum memulai penelitian. Savita et.al. (1997), Kalapathy et.al. (2000), d a n Sulastri et.al. (2011) memisahkan silika dari abu sekam padi. Abu sekam padi direndam dalam HCl, kemudian disaring dan dicuci hingga pH netral. Hasil saringan selanjutnya direaksikan dengan larutan NaOH sambil dipanaskan sampai mendidih sebelum kemudian disaring. Cairan yang diperoleh adalah larutan natrium silikat. Larutan natrium silikat akan menjadi asam silikat apabila direaksikan dengan asam, yang kemudian mengalami reaksi polimerasi. 2. Silika Gel Silika gel adalah senyawa hasil polimerisasi asam silikat, yang tersusun dari rantai satuan SiO4 tetrahedral dengan formula umum SiO2-. Senyawa silika yang terdapat di alam berstruktur kristalin, sedangkan silika sintesis bersifat amorf. Secara sintesis senyawa silika dapat dibuat dari larutan silikat atau pereaksi silan. Silika gel merupakan senyawa silika sintesis yang berstruktur amorf (Siti Sulastri dan Susila Kristianingrum, 2010:211). Struktur kimia dari silika gel dapat dilihat pada Gambar 1. 7 Gambar 1. Struktur Kimia Silika Gel Pada permukaan silika gel terdapat dua jenis gugus, yaitu gugus silanol (-SiOH) dan gugus siloksan (Si-O-Si-). Menurut Siti Sulastri dan Susila Kristianingrum, (2010: 212), gugus siloksan ada dua macam, yaitu gugus siloksan rantai lurus dan gugus siloksan yang membentuk struktur lingkaran dengan empat anggota. Jenis pertama tidak reaktif dengan pereaksi umum, tetapi sangat reaktif terhadap senyawa logam alkali. Jenis gugus siloksan membentuk lingkaran dengan empat anggota mempunyai reaktivitas yang tinggi terhadap air, amoniak dan metanol serta dapat membentuk ikatan kemisorpsi dengan senyawa tersebut. Sedangkan menurut L.T. Zhuravlev, (2000: 3-4) terdapat beberapa jenis silanol, gugus silanol tunggal terisolasi, gugus silanol yang disebut dengan vicinol atau vicinal silanol gugus silanol yang berdekatan satu sama lain serta gugus germinal silanol atau geminol yakni dua gugus silanol yang terikat pada satu atom Si. Sintesis silika gel dapat dibuat melalui proses pengasaman larutan silika seperti yang pernah dilakukan oleh M. Waseem, et.al. (2009: 19-21) yang telah mensintesis silika gel dengan mereaksikan dengan natrium silika dan larutan asam nitrat HNO3. Jenis-jenis asam lain juga pernah digunakan untuk sintesis 8 silika gel seperti asam sulfat, asam klorida, asam asetat, dan asam sitrat (Kristianingrum, et.al. 2011: 281-292). Salah satu aplikasi dari silika gel adalah sebagai adsorben. Hal ini disebabkan oleh mudahnya produksi dan juga berbagai kelebihan antara lain: sangat inert, hidrofilik, mempunyai kestabilan termal dan mekanik yang tinggi serta relatif tidak mengembang dalam pelarut organik jika dibandingkan dengan padatan resin polimer organik. Sifat adsorptif dari silika gel dikarenakan terdapat gugus aktif pada permukaan silika yakni gugus silanol (-Si-OH) dan gugus siloksan (-Si-O-Si-). Namun kemampuan adsorpsi tidak sebanding dengan jumlah gugus silanol dan siloksan yang ada pada permukaan silika gel, melainkan tergantung pada distribusi gugus OH per unit area adsorben (Oscik dalam Siti Sulastri, 2011: 212). Meskipun memiliki berbagai macam kelebihan silika gel juga memiliki kelemahan pada rendahnya efektivitas dan selektivitas silika gel dalam berinteraksi dengan ion logam. Hal tersebut disebabkan oleh situs aktif yang dimiliki oleh silika gel hanya gugus silanol (-Si-OH) dan gugus siloksan (-Si-O-Si-). 3. Proses Sol Gel Proses sol gel merupakan suatu suspensi koloid dari partikel silika yang digelkan ke bentuk padatan. Menurut Rahman, (1995: 21) suspensi dari partikel koloid pada suatu cairan atau molekul polimer disebut sol. Proses sol gel dapat digambarkan sebagai pembentukan suatu jaringan oksida melalui reaksi polikondensasi yang progresif dari molekul prekursor dalam medium cair atau merupakan proses untuk membentuk materian melalui suatu sol, gelatin dari sol 9 dan akhirnya membentuk gel. Proses sol-gel terdapat beberapa langkah sebagai berikut : a. Hidrolisis dan kondensasi dari prekusor material dan pembentukan gel Proses sol-gel didasari pada reaksi hidrolisis dari larutan prekusor untuk membentuk koloid sol dan kemudian dikondensasi untuk membentuk gel. Prekusor biasanya merupakan senyawa organosilikat. b. Gelasi (transisi sol-gel) Gelasi merupakan tahapan pembentukan gel. Pada pembentukan gel, pH awal larutan natrium silikat sangat basa (pH > 10) dan berlangsung sangat cepat pada pH 9-7. c. Aging (masa pertumbuhan gel) Setelah fase gelasi terdapat proses yang disebut dengan aging atau masa pertumbuhan gel. Dalam masa pertumbuhan gel ini, kekuatan dan kekakuan dari gel yang masih basah dapat meningkat. Selain itu selama proses pematangan gel ukuran partikel dan pori menjadi lebih besar dan homogen. d. Drying (pengeringan) Gel basah yang diperoleh melalui proses kondensasi hidrolisis dikeringkan pada suhu 80oC hingga massa konstan (Danks et al., 2016). 4. Unsur Makro dalam Tanaman Menurut hasil penelitian, setiap tanaman memerlukan paling sedikit 16 unsur agar pertumbuhannya normal. Dari ke-16 unsur tersebut, ada 3 unsur (karbon, hidrogen, dan oksigen) yang diperoleh dari udara, sedangkan 13 lainnya disediakan oleh tanah. Ke-13 unsur tersebut adalah nitrogen (N), fosfor (P), 10 kalium (K), kalsium (Ca), magnesium (Mg), sulfur atau belerang (S), klor (Cl), ferum atau besi (Fe), mangan (Mn), kuprum atau tembaga (Cu), zink atau seng (Zn), boron (B), dan molibdenum (Mo) (Lingga, 2008: 5). Pupuk dapat dibedakan berdasarkan unsur hara yang dikandungnya. Ada tiga kelompok pupuk berdasarkan kandungan unsurnya, yaitu: a. Pupuk tunggal, pupuk yang hanya mengandung satu jenis unsur, misalnya urea. b. Pupuk majemuk, pupuk yang mengandung lebih dari satu jenis unsur, misalnya NPK, beberapa jenis pupuk daun, dan kompos. c. Pupuk lengkap, pupuk yang mengandung unsur secara lengkap, baik makro maupun mikro. Fosfor merupakan unsur yang diperlukan dalam jumlah besar (hara makro). Jumlah fosfor lebih kecil dibandingkan dengan nitrogen dan kalium. Tetapi fosfor dianggap sebagai kunci kehidupan. Tanaman menyerap fosfor dalam bentuk ion ortofosfat primer (H2PO4-) dan ion ortofosfat sekunder (HPO42-). Menurut Tisdale, (1985), kemungkinan P masih bisa diserap dalam bentuk lain, yaitu bentuk pirofosfat dan metafosfat. Bahkan ada pendapat lain Thomson, (1982) mengatakan bahwa kemungkinan P diserap dalam bentuk senyawa fosfat organik yang larut air, misalnya asam nukleat dan phitin. Fosfor yang diserap tanaman dalam bentuk ion anorganik dan cepat berubah menjadi senyawa fosfor organik. Fosfor ini bersifat mobile atau mudah bergerak antar jaringan tanaman. Kadar optimal fosfor dalam tanaman pada saat pertumbuhan vegetatifnya adalah 0,3% - 0,5% dari berat kering tanaman. Tidak 11 seperti ion nitrat dan sulfat, ion fosfat dalam tanaman umumnya tetap dalam bentuk oksida, setelah diserap dalam bentuk H2PO4- umumnya cepat diesterifikasi melalui gugusan hidroksil berantai C menjadi fosfat berenergi tinggi P~P, ATP. 5. Faktor yang Mempengaruhi Adsorpsi Adsorpsi adalah proses dimana molekul dari gas atau larutan terikat pada sebuah lapisan permukaan padatan atau cairan. Proses ketika terikat disebut adsorpsi sedangkan proses pemindahan molekul dari permukaan disebut desorpsi. Molekul yang terikat pada permukaan disebut adsorbat dan zat yang mengikat adsorbat disebut adsorben (Masel, 1996). Molekul-molekul pada permukaan zat padat dan Mgir, mempunyai gaya tarik ke arah dalam dikarenakan tidak adanya gaya-gaya lain yang mengimbangi. Adanya gaya tarik ke arah dalam ini menyebabkan zat padat dan zat Mgir mempunyai gaya adsorpsi. Adsorpsi berbeda dengan absorpsi. Adsorpsi zat diserap hanya terdapat pada permukaannya (Sukardjo, 1997). Dalam fisisorpsi (adsorpsi fisika) terdapat antaraksi Van Der Waals (contohnya, disperse atau antaraksi dipolar) antara adsorbat dan substrat. Antaraksi Van Der Waals mempunyai jarak jauh, tetapi lemah, dan energi yang dilepaskan jika partikel terfisisorpsi mempunyai orde besaran yang sama dengan entalpi kondensasi. Sedangkan dalam kemisorpsi (adsorpsi kimia) partikel melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan kimia (biasanya ikatan kovalen), dan cenderung menMgri tempat yang memaksimumkan 12 bilangan koordinasinya dengan substrat. Entalpi kemisorpsi jauh lebih besar dari pada entalpi fisisorpsi (Atkins, 1999: 437-438). Menurut S. A. Iqbal dan Y. Mido perbedaan fisisorpsi dan kemisorpsi ditampilkan dalam Tabel 1 sebagai berikut: Tabel 1. Perbedaan antara fisisorpsi dan kemisorpsi Adsorpsi fisika Adsorpsi kimia Disebabkan oleh gaya antarmolekul van der Waals Disebabkan oleh pembentukan ikatan kimia Tergantung pada gas alam, gas mudah Jauh lebih spesifik daripada adsorpsi menMgir dan teradsorpsi mudah fisika Panas adsorpsi kecil (sekitar 5 kkal/mol) Panas adsorpsi besar (20-100 kkal/mol) Reversible Irreversible Terjadi dengan cepat pada temperatur rendah, menurun dengan meningkatnya suhu Meningkat dengan kenaikan Temperature Peningkatan tekanan menyebabkan adsorpsi juga meningkat, penurunan tekanan menyebabkan desorpsi Perubahan tekanan tidak memiliki efek Bentuk multimolekuler lapisan di permukaan adsorben Bentuk lapisan unimolecular Karakteristik sorpsi bersifat spesifik untuk suatu sistem. Faktor- faktor yang mempengaruhi proses adsorpsi, antara lain: a. Luas permukaan adsorben Semakin luas permukaan adsorben maka semakin banyak adsrobat yang teradsorpsi sebab semakin banyak pula situs-situs aktif yang tersedia pada adsorben untuk kontak dengan adsorbat. Luas permukaan sebanding dengan jumlah situs aktif adsorben. 13 b. Ukuran molekul adsorbat (fosfat) Molekul yang besar akan lebih mudah teradsorpsi dari pada molekul yang kecil. Tetapi, pada difusi pori molekul-molekul yang besar akan mengalami kesulitan untuk teradsorpsi akibat konfigurasi yang tidak mendukung. Sehingga adanya batas ukuran molekul adsorpsi tertentu pada setiap adsorpsi. Sifat adsorbat suatu molekul organik dapat dibilang sebagai faktor terpenting yang menentukan perilaku pengikatan. Beberapa sifat spesies organik seperti, struktur molekul, jumlah, posisi, gugus fungsional, dan jenis gugus fungsional dapat mempengaruhi pengikatan molekul organik. c. Konsentrasi adsorbat (fosfat) Konsentrasi adsorbat yang tinggi akan menghasilkan daya dorong (driving force) yang tinggi bagi molekul adsorbat untuk masuk ke dalam situs aktif adsorben. d. Suhu Adsorpsi merupakan proses kinetika maka pengaturan suhu akan mempengaruhi kecepatan proses adsorpsi dengan cara mengubah karakter komponen dasar dari silika adsorpsi, seperti sifat kimia silika dan muatan permukaan sorben. e. pH pH mempengaruhi terjadinya ionisasi ion hidrogen dan ion ini sangat kuat teradsorpsi. Asam organik lebih mudah teradsorpsi pada pH rendah sedangkan basa organik terjadi pada pH tinggi. Derajat adsorpsi dari ion-ion ke dalam permukaan adsorben utamanya dipengaruhi oleh muatan permukaan dari 14 adsorben, dimana muatan permukaan tersebut dipengaruhi oleh pH larutan. pH larutan merupakan parameter yang penting untuk mengontrol adsorpsi (Ruichao Liu et.al 2011: 113). f. Waktu pengadukan Waktu pengadukan yang relatif lama akan memberikan waktu kontak yang lebih lama terhadap adsorben untuk berinteraksi dengan adsorbat. 6. Spektrofotometri Infra Merah Spektrofotometer inframerah merupakan suatu metode yang mengamati interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik yang berada pada daerah panjang gelombang 0,75-1.000 µm atau pada bilangan gelombang 13.000–10 cm-1 dengan menggunakan suatu alat yaitu spektrofotometer inframerah. Spektrofotometer menentukan kekuatan dan kedudukan relatif dari semua serapan dalam daerah inframerah dan melukiskannya pada kertas grafik yang telah dikalibrasi. Pada daerah sesudah sinar merah menunjukkan adanya kenaikan temperatur tertinggi yang berarti pada daerah panjang gelombang radiasi tersebut banyak kalori (energi tinggi). Daerah spektrum tersebut yang dikenal sebagai infrared (IR, di seberang atau di luar merah). Supaya terjadi peresapan radiasi inframerah, maka ada beberapa hal yang perlu dipenuhi, yaitu : a. Absorpsi terhadap radiasi inframerah dapat menyebabkan eksitasi molekul ke tingkat energi vibrasi yang lebih tinggi dan besarnya absorbsi adalah terkuantitasi. 15 b. Vibrasi yang normal mempunyai frekuensi sama dengan frekuensi radiasi elektromagnetik yang diserap. c. Proses absorpsi (spektra IR) hanya dapat terjadi apabila terdapat perubahan baik nilai maupun arah dari momen dua kutub ikatan. Spektrum peresapan IR merupakan perubahan simultan dari energi vibrasi dan energi rotasi dari suatu molekul. Kebanyakan molekul organik cukup besar sehingga spektrum peresapannya kompleks Yusuf et al. (2014) Pada spektrofotometer inframerah tidak semua ikatan dalam molekul dapat menyerap energi inframerah, meskipun frekuensi radiasi tetap sesuai dengan gerakan ikatan. Hanya ikatan yang mempunyai momen dipol dapat menyerap radiasi inframerah. Setiap tipe ikatan memiliki sifat frekuensi vibrasi yang berbeda, dan karena tipe ikatan yang sama dalam senyawa berbeda terletak dalam lingkungan yang sedikit berbeda, maka tidak ada dua molekul yang berbeda strukturnya akan mempunyai serapan inframerah yang tepat sama. Informasi tentang vibrasi molekul dapat diperoleh dengan cara: a. Mennetukan spektrum IR (cara langsung) Dengan cara ini akan diperoleh frekuensi dalam spektrum yang sama dengan frekuensi vibrasi dalam molekul. b. Menentukan spektrum Raman (tidak langsung) Dari spektrum IR, jika vibrasi gugus fungsi diketahui, gugus fungsi akan diketahui. Informasi ini dapat digunakan untuk identifikasi jenis senyawa. Kegunaan yang lebih penting dari spektrum inframerah adalah memberikan keterangan tentang molekul. 16 Mekanisme kerja FTIR yaitu adanya sumber sinar IR yang berfungsi menghasilkan sinar IR. Sinar IR kemudian dibagi menjadi 2 berkas yang intensitasnya sama (Io). Salah satu berkas sinar dilewatkan ke cuplikan sehingga intensitasnya berkurang menjadi I. Serapan karakteristik senyawa-senyawa karbon-silikon (Sastrohamidjojo, 1992: 102)ditunjukan pada Tabel 2. 17 Tabel 2. Serapan karakteristik senyawa-senyawa organo-silikon Frekuensi (cm-1) Panjang Gelombang(μm) 2230-2150 4, 48- 4,65 890-860 11, 24- 11, 63 3390-3200 2, 95- 3, 13 870-820 11, 49- 12, 20 1110- 100 9, 01- 10, 00 1053 9, 50 1080 9, 26 1025 9, 76 1020 9, 80 1082 9, 42 Si- OCH3 1090-1050 9, 18- 9, 52 Si- OC2H5 1090 9, 18 Si- C 890- 690 11, 24- 14, 49 Si- CH3 1260 7, 93 820- 800 12, 21- 12, 50 1260 7, 93 840 11, 90 1632 6, 13 1428 7, 00 1125 8, 89 Gugus Fungsional Si-H Si-OH Si-O SO- O- Si (disiloksan) Si- O- Si (linier) Si- O- Si (trimer siklis) Si- O- Si (tetramer siklis) Si(CH3)2 Si- C6H5 18 7. Analisis Kristalinitas dengan Teknik XRD (X-Ray Diffraction) Difraksi sinar X (X-ray Difractometer), atau yang sering dikenal dengan XRD, merupakan instrumen yang digunakan untuk mengidentifikasi material kristalit maupun non kristalit, sebagai contoh identifikasi struktur kristalit (kualitatif) dan fasa (kuantitatif) dalam suatu bahan dengan memanfaatkan radiasi gelombang elektromagnetik sinar X. Struktur amorf permukaan silika dapat digambarkan sebagai suatu jaringan acak yang tersusun dari cincin siloksan. Struktur silika yang amorf cocok untuk diaplikasikan sebagai adsorben dibandingkan dengan silika yang memiliki struktur kristal yang teratur, karena struktur amorf mempunyai luas permukaan yang lebih besar (Indriyanti et al., 2011). Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Hanafi & Nandang (2010), pola difraksi analisa XRD abu bagasse pada suhu pengabuan 500, 600, 700 dan 800°C dievaluasi dengan membandingkan nilai d dari puncak-puncak pada sampel dengan puncak-puncak standar SiO2, dimana fasa SiO2 ditemukan pada daerah 2θ = 20 – 27°. Bentuk dari puncak SiO2 yang memilki kekristalan tinggi ditunjukkan dengan bentuk puncak yang menajam pada 2θ = 20– 25°, puncak ini akan semakin tinggi ketika suhu pengabuan dinaikkan. Prinsip kerja XRD adalah sinar X dihasilkan di suatu tabung sinar katoda dengan pemanasan kawat pijar untuk menghasilkan elektron- elektron, kemudian elektron-elektron tersebut dipercepat terhadap suatu target dengan memberikan voltase, dan menembak target dengan elektron. Ketika elektron-elektron mempunyai energi yang cukup untuk 19 mengeluarkan elektron-elektron dalam target, karakteristik spektrum sinar X dihasilkan 8. Uji Spektrofotometer UV-Vis Serapan Cahaya oleh molekul dalam daerah spektrum ultraviolet dan terlihat tergantung pada strukstur elektronik dari molekul. Spektra ultraviolet terlihat dari senyawa-senyawa organik berkaitan erat transisi-transisi diantara tingkatan-tingkatan tenaga elektronik. Oleh karena itu, maka serapan radiasi ultraviolet terlihat sering dikenal sebagai spektroskopi elektronik (Hardjono sastrohamidjojo, 2007: 11). Pengukuran adsorbansi dilakukan pada panjang gelombang maksimum, dimana pada panjang gelombang tersebut adsorbansinya maksimum (Atun, 2016: 7). Panjang gelombang maksimum tersebut dapat ditentukan dari spektrum adsorpsi. Spektrum adsorpsi adalah grafik yang menyatakan hubungan antara adsorbansi dengan panjang gelombang. Sprektrum ini dapat dibuat dengan menyalurkan nilai absorbansi dari suatu larutan standar dengan konsentrasi tertentu pada berbagai panjang gelombang. Berdasarkan spektrum ini, panjang gelombang yang memberikan nilai absorbansi terbesar dapat ditentukan. Apabila kurva ideal, akan diperoleh kurva simetri dengan puncak sempit. Kurva kalibrasi adalah grafik yang menyatakan hubungan antara absorbansi yang diukur pada panjang gelombang maksimum dengan konsentrasi suatu larutan standar. Untuk membuat kurva kalibrasi, dibuat larutan (standar) induk yang kemudian diencerkan sesuai variasi konsentrasi yang dikehendaki. Larutanlarutan encer ini diukur absorbansinya atau transmitansinya pada panjang 20 gelombang maksimum. Bila sistem ideal, akan diperoleh garis lurus pada titik (0,0) karena secara matematik hubungan antara absorbansi dengan konsentrasi menurut hukum Beer-Lambert dinyatakan dalam persamaan log = A = ɑ b c Dengan A : absorbansi (tanpa satuan) ɑ : koefisien ekstingsi molar b : panjang jalan sinar (cm) C : konsentrasi (molar) Konsentrasi suatu analit dapat ditentukan melalui pengukuran absorbansi atau transmitansi larutan analit tersebut. Syarat utama adalah analit ini harus larut sempurna dan larutannya berwarna atau dapat dibuat berwarna. Setelah absorbansi atau transmitansi larutan analit diketahui, konsentrasi larutan analit tersebut dapat diplot ke dalam kurva kalibrasi atau melalui cara perbandingan langsung (Kristianingrum, et.al, 2009: 35). Gambar 2. Grafik Kurva Kalibrasi Hubungan Absorbansi 21 B. Penelitian yang Relevan Penelitian yang dilakukan oleh Meta Isni Rosetya, (2009) dengan judul Modifikasi Silika Gel Dari Abu Sekam Padi dengan Gugus Sulfonat Melalui Senyawa Epoksi untuk Adsorpsi Ion Logam Magnesium dan Besi. Modifikasi silika gel dengan GMA-AHNDS dilakukan melalui beberapa tahapan, yaitu sintesis natrium silikat, sintesis silika gel dengan penambahan GMA-AHNDS dan γ- GPTMS. Silika gel termodifikasi dengan kemampuan adsorpsi terhadap Mg2+ yang paling efektif terjadi pada penambahan campuran γ-GPTMS dan GMA-AHNDS yang telah direfluks pada silika gel hasil reaksi natrium silikat dengan HCl yaitu sebesar 1,154 mmol/g. Choiril Azmiyawati, (2004) dalam penelitianya yang berjudul Modifikasi Silika Gel dengan Gugus Sulfonat untuk Meningkatkan Kapasitas Adsorpsi Mg(II). Berdasarkan penelitian tersebut, dalam penelitian ini disebutkan bahwa dari setiap pH diperoleh urutan kemampuan adsorben dalam mengadsorpsi ion logam Mg(II) adalah sebagai berikut Si-gel < Si-Ep < Si-sulfonat. Jaslin Ikhsan, (2015) dalam penelitianya yang berjudul “Pengaruh pH Pada Adsorpsi Kation Unsur Hara Ca2+ dan K+ Oleh Silika Dari Lumpur Lapindo” menyebutkan bahwa semakin tinggi konsentrasi awal kation, semakin kecil persentase kation-kation terikat pada semua harga pH. Semakin tinggi pH, semakin tinggi pula persentase kation terikat oleh silika. Buhani dan Narsito, (2010) dengan judul Modifikasi Silika Gel dengan 3Aminopropiltrimetoksisilan melalui Proses Sol Gel untuk Adsorpsi Ion Cd (II) dari Larutan. Adsorpsi ion Cd (II) oleh hibrida amino silika mengikuti pola 22 isoterm Langmuir dengan kapasitas adsorpsi ion Cd (II) pada adsorben HAS 3x lipat lebih besar dibandingkan adsorben silika gel. C. Kerangka Berfikir Penelitian ini diharapkan dapat membandingkan serta menjelaskan kekuatan ikatan antara unsur hara yang dibutuhkan tanaman dengan silika dari bagasse. Semakin tinggi daya jerap dan semakin kuat ikatan, maka sorben semakin baik untuk dimafaatkan sebagai bahan pupuk SRF (Slow Release Fertilizer) karena akan menjerap banyak unsur hara yang dibutuhkan tanaman serta dapat melepaskannya secara perlahan dalam waktu yang lama. Kandungan silika dalam bagasse telah diteliti, bahwa ± kandungan silika dalam bagasse mencapai lebih dari 50%. Modifikasi silika telah dilakukan oleh Sulastri dkk (2011) yang mereaksikan larutan natrium silika dengan mercaptopropilitrimetoksisilan (MPTS) untuk mendapatkan gugus mercapto atau –SH sebagai pengganti –Si-OH. Kekuatan ikatan antara adsorbat dan adsorben telah dipelajari dengan mengukur jumlah adsorbat yang dilepaskan oleh adsorben (Kristianingrum et al., 2011). Di masa yang akan datang, pupuk dengan bahan sorben bagasse ini dapat diuji cobakan secara laboratori untuk tanaman, dan diteliti efektivitasnya dan produksinya dalam rangka meningkatkan ketahanan pangan. 23 BAB III METODE PENELITIAN A. Subjek dan Objek Penelitian 1. Subjek Penelitian Subjek penelitian ini adalah bagase tebu. 2. Objek Penelitian Objek penelitian ini adalah adsorpsi anion fosfat oleh silika gel dari bagasse tebu. B. Variabel Penelitian 1. Variabel Bebas Variabel bebas dalam penelitian ini adalah pH. 2. Variabel Terikat Variabel terikat dalam penelitian ini adalah jumlah anoin H2PO4- yang terikat oleh silika dari bagasse tebu. C. Alat dan Bahan Penelitian 1. Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: a. XRD b. Spektrofotometer UV-Vis Shimadzu 1601 c. Spektroskopi FTIR d. pH meter atau pH indikator e. Oven f. Timbangan, analytical balance g. crush h. hot plate (pemanas) 24 i. magnetic stirrer j. perangkat penyaring Buchner k. ayakan 200 mesh dan 100 mesh l. Alat-alat gelas: bejana reaksi, labu takar, Erlenmeyer, pipet volum, gelas beker, labu ukur, pipet tetes, corong, spatula dll. 2. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: a. Bagase tebu b. HCl dan NaOH untuk pemisahan silika c. Larutan NaOH untuk penyesuaian pH d. KH2PO4 sebagai sumber PO4 2e. Akuades f. Kertas saring g. Reagen Vanadat molibdad sebagai pengompleks D. Prosedur Kerja Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia FMIPA UNY, tahapan dalam penelitian adalah sebagai berikut: 1. Preparasi Sampel Bagasse tebu a. Sampel bagasse tebu dikeringkan dan dibersihkan. b. Sampel bagasse tebu dibakar dan ditumbuk sampai halus. c. Sampel dikalsinasi di dalam muffle furnace pada suhu 600oC selama 5 jam. d. Sampel hasil kalsinasi ditumbuk dan diayak pada ukuran 200 mesh hingga diperoleh abu bagasse yang halus. 25 2. Sintesis Silika Gel dari Abu Bagasse Tebu a. Pembuatan Natrium Silikat dari abu bagasse 1) Sebanyak 20 gram abu bagasse yang telah halus dimasukkan dalam teflon kemudian ditambahkan 1 L larutan HCl 0,1 M. 2) Campuran diaduk dengan magnetik stirer selama 2 jam, dan dibiarkan semalam, disaring dengan penyaring Buchner dan dicuci dengan aquades sampai netral. 3) Hasil pencucian dikeringkan dalam oven pada suhu 80oC sampai massa konstan. 4) Hasil abu yang telah kering direaksikan dengan larutan 1 M NaOH yaitu 6 g abu/200 mL NaOH dalam wadah teflon 5) Campuran tersebut dipanaskan sampai mendidih selama 1 jam sambil diaduk dengan magnetic stirrer. 6) Filtrat dipisahkan dari endapannya dengan menyaring campuran menggunakan kertas saring Whatman no.42. Diperoleh larutan Na2SiO3 berwarna bening kekuningan. b. Pembuatan silika gel 1) Larutan Na2SiO3 hasil sintesis, ditambah dengan HCl 1 M tetes demi tetes sambil diaduk hingga pH netral dan dibiarkan selama 18 jam. 2) Endapan dipisahkan dari larutannya menggunakan penyaring Buchner dengan kertas saring Whatman no.42 kemudian dicuci dengan aquades sampai netral sehingga diperoleh silika gel. 26 3) Gel silika yang diperoleh, dioven pada suhu 80oC sampai massa konstan, kemudian ditimbang. 4) Hasil akhir ini adalah silika hasil pemisahan dari bagasse tebu (SG). 3. Karakterisasi a. Spektroskopi FTIR Pengukuran spektrum inframerah dilakukan menggunakan instrumen spektroskopi FTIR. Sampel di scanning pada daerah panjang gelombang 3004000 cm-1 dengan spektorfotometer FTIR Thermo Nicolet Avatar 360. b. XRD Pengukuran difraksi sinar-X menggunakan instrumen Rigaku Miniflex 600. Sampel diletakkan pada sample holder dalam alat difraktometer sinar-X. Sampel kemudian disinari menggunakan sinar X, dimana selama proses penyinaran sampel dirotasi dengan kecepatan 60 rpm. Sudut pembacaan dalam pengukuran difraksi sinar-X diperoleh grafik intensitas versus sudut difraksi ( θ). c. UV-Vis Pengukuran absorbansi larutan standar dan sempel yang telah diperoleh adalah dengan menggunakan spektroskopi Ultra Violet atau UV-Vis. Dengan menggunakan panjang gelombang 400 nm, sampel dan larutan standart kemudian dianalisis didalamnya. Dari pengukuran tersebut diperoleh grafik absorbansi versus konsentrasi (mg/l). 4. Pembuatan Larutan Bahan a. Larutan NaOH 3 M sebanyak 500 mL 27 i) Ditimbang 20 gram kristal NaOH ii) Kemudian dilarutkan dengan aquademineralisata dalam labu takar 500 mL hingga tanda batas. iii) Larutan NaOH 3 M siap digunakan. b. Larutan HCl 1 M sebanyak 500 mL i) Larutan HCl 5 M dipipet sebanyak 100 mL ii) Kemudian dimasukkan dalam labu takar 500 mL dan dilarutkan dengan aquademineralisata hingga tanda batas. Larutan HCl 1 M siap digunakan. c. Larutan Induk H2PO4- i) Timbang serbuk KH2PO4 sebanyak 0,1360 gram ii) Larutkan dalam aquabidest dan diencerkan hingga tanda batas dengan labu takar 1000 mL. Larutan induk 0,001 M siap digunakan. d. Larutan standart i) Ambil larutan induk 2,5 ml ii) Masukan kedalam labu takar 25 ml dan encerkan sampai tanda batas. iii) Ambil dan masukan ke dalam satu seri labu takar 10 ml, masing-masing: 0 ; 0,1 ; 0,3 ; 0,7 ; 1 ; 1,3 ; dan 1,5 ml larutan fosfat standart. iv) Tambahkan 2,5 ml pereaksi vanadat molibdat ke dalam masing-masing labu takar dan encerkan sampai volum 10 ml dengan aquabidest v) Diamkan larutan selama 10 menit vi) Ukur absorbansi masing-masing larutan di dalam kuvet dengan spetrofotometer UV Vis pada panjang gelombang 400 nm. Perhitungan lengkap terlampir. 28 5. Adsorpsi Anion Fosfat pada Variasi pH Eksperimen adsorpsi tepi mengikuti prosedur yang sama dengan yang telah dilaporkan oleh Jaslin et. al. (2004) yakni: a. Melarutkan 2,5 gram sorben silika gel ke dalam 250 mL larutan KH2PO4 . b. Mengaduk dengan magnetic stirrer selama waktu optimal hasil kinetika adsorpsi, c. Mengambil 5 mL sampel, kemudian memusingkan (centrifuge), d. 1 ml filtrat ditambah 3ml pengompleks vanadat molibdat dan diencerkan hingga volum 10 ml kemudian dianalisis dengan UV Vis sebagai konsentrasi fosfat sisa. e. Perbedaan konsentrasi awal dan sisa fosfat merupakan jumlah fosfat yang terikat oleh silika gel. f. Melakukan hal yang sama untuk pH 4, 5, 6, 7, 8, 9, dan 10 dengan menaikan pH menggunakan larutan NaOH 0,01M. E. Teknik Analisis Data Pada penelitian ini, analisis data yang dilakukan dengan metode spektrofotometer, yaitu: a. Penentuan konsentrasi larutan fosfat Untuk menentukan konsentrasi larutan fosfat setelah proses adsorpsi dapat dilakukan dengan mensubstitusikan pada persamaan garis regresi linier yang sudah diperoleh. Selanjutnya masing-masing harga absorbansi dari larutan sampel disubstitusikan ke dalam persamaan: 29 Y= Ax + b Berdasarkan persamaan di atas maka konsentrasi larutan fosfat dalam larutan dapat ditentukan. Perhitungan dilakukan secara otomatis oleh program komputerisasi dari alat spektrofotometer UV-Vis. b. Penentuan besar % adsorpsi silika gel oleh anion fosfat Besar % adsorpsi dihitung dengan menggunakan data konsentrasi sisa tersebut. % adsorpsi dihitung dengan persamaan berikut: % terikat = – x 100% 30 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Penelitian 1. Sintesis Silika Gel Pada penelitian ini sintesis silika gel yang berasal dari bagasse tebu telah dilakukan. Sampel bagasse diambil dari para penjual es tebu yang berada di pinggir jalan UGM, jalan Magelang, dan jalan Wates. Hasil sintesis berupa silika gel. Sintesis silika gel dilakukan dengan melakukan pengasaman dengan cara penetralan larutan natrium silikat dari bagasse tebu. Kemudian mengekstraksinya hingga terbentuk silika gel. Hasil sintesis dari bagase tebu kemudian dikarakterisasikan dengan menggunakan spektroskopi FTIR. Gambar 3. Silika Gel Hasil Sintesis Dari Bagasse Tebu 2. Hasil Spektra FTIR Pengujian dengan FTIR dilakukan pada akhir sintesis dan bertujuan untuk mengetahui keberhasilan sintesis silika gel. Analisis FTIR digunakan untuk menganalisis gugus fungsi melalui spektra inframerah. Jika gugus fungsi yang 31 diharapkan telah muncul pada spektra hasil analisis FTIR, maka sintesis yang dilakukan telah berhasil. Silika gel dengan tipe 60 dari Merck juga diukur dengan FTIR sebagai pembanding. Spektra inframerah hasil pengujian dapat dilihat pada Gambar 4. Gambar 4. (a) Hasil FTIR silika gel hasil penelitian (b) Hasil analisis FTIR kiesel gel 60 Merck 32 3. Hasil Analisis Secara Difraksi Sinar-X (XRD) Silika gel dari bagasse tebu yang dihasilkan dianalisis menggunakan XRD. Karakerisasi atau analisis secara XRD bertujuan untuk mengetahui struktur silika hasil sintesis. Dari hasil penelitian diperoleh silika hasil sintesis berupa padatan yang mempunyai struktur amorf. Untuk lebih jelasnya mengenai silika hasil sintesis dapat dilihat pada Gambar 5. Gambar 5. Hasil Difraktogram sinar X silika gel hasil sintesis dari bagasse tebu 4. Hasil Adsorpsi Anion Fosfat oleh Silika Gel pada Variasi pH Proses adsorpsi dilakukan dengan memvariasi pH adsorpsi dengan rentang pH 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, dan 10 untuk mengetahui pengaruh pH terhadap adsorpsi anion fosfat dengan adsorben berupa silika gel hasil sintesis dari bagasse tebu. Analisis dilakukan dengan menggunkan instrumen UV-Vis. Dan panjang 33 gelombang yang digunakan adalah sebesar 400 nm yang dapat dilihat pada Lampiran 2. Selain larutan sampel, larutan standar juga diukur absorbansinya menggunakan instrumen UV-Vis. Gambar 6. menunjukkan hasil absorbansi larutan standar. 1 y = 62551x - 0,0017 R² = 0,9872 Absorbansi 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 0,000002 0,000004 0,000006 0,000008 0,00001 0,000012 0,000014 0,000016 Konsentrasi Gambar 6. Hasil pengukuran absorbansi larutan standar Analisis untuk perhitungan % adsorpsi anion fosfat dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan = – x 100%. Perhitungan dapat dilihat pada Lampiran 4. 34 Tabel 3. Data Adsorpsi Fosfat oleh Silika Gel Berdasarkan Variasi pH NO pH % adsorpsi 1 3 99,97 2 4 99,98 3 5 99,97 4 6 99,96 5 7 99,97 6 8 99,95 7 9 99,95 8 10 99,94 99,9850 99,9800 % adsorpsi 99,9750 99,9700 99,9650 99,9600 99,9550 99,9500 99,9450 0 2 4 6 8 10 12 pH Gambar 7. Hasil absorbansi pH versus % adsorpsi B. PEMBAHASAN Bahan utama dalam penelitian ini yaitu bagasse tebu, di mana bagasse tersebut merupakan limbah padat yang berupa serat hasil penggilingan tebu. Namun bagasse yang diperoleh masih banyak mengandung air sehingga perlu 35 dikeringkan terlebih dahulu sebelum pembakaran menjadi arang. Pengeringan abu bagasse tebu dilakukan di bawah sinar matahari selama beberapa hari tergantung bagaimana intensitas panas dari cahaya matahari. Pengeringan dilakukan dengan tujuan untuk menghilangkan kandungan air pada bagasse tebu karena adanya kandungan air di dalam abu bagasse dapat mempengaruhi hasil pembakaran yang nantinya juga dapat berpengaruh terhadap hasil analisis dari silika gel. Kandungan air yang terdapat pada abu bagasse dapat menghalangi proses difusi komponen kimia yang terkandung dalam bagasse tebu saat pembakaran. Oleh karena itu dengan dilakukan pengeringan terlebih dahulu diharapkan bisa membantu mempercepat proses penguapan air pada permukaan bagasse sehingga akan lebih mudah saat dilakukan proses pembakaran menjadi arang. Bagasse yang telah kering kemudian dibakar hingga membentuk arang yang berwarna hitam. Arang tersebut kemudian ditumbuk hingga halus untuk memperkecil ukurannya sehingga akan mempermudah saat proses pembentukan abu. Prosedur selanjutnya yang dilakuakan yaitu sintesis terhadap silika gel dari bagasse tebu. Sintesis silika gel dari bagasse tebu dilakukan melalui beberapa tahap. Tahap pertama yaitu preparasi sampel. Pada tahap ini, bagasse tebu yang telah kering kemudian dibakar dan dikalsinasi pada suhu 600°C selama 5 jam. Abu hasil kalsinasi kemudian diayak dengan ayakan 200 mesh agar mengasilkan abu dengan ukuran yang homogen. Tahap kedua yaitu pembuatan natrium silikat dari abu bagasse tebu. Pada tahap ini, abu yang telah diayak dicuci dengan HCl 0,1M. Abu yang telah dicuci kemudian dioven pada suhu 80°C hingga massanya konstan. Selanjutnya, abu dinetralkan dengan NaOH 1M. Filtrat hasil dari reaksi tersebut 36 adalah natrium silikat. Tahap terakhir dalam sintesis silika gel dari bagasse tebu adalah pembuatan silika gel. Pada tahap ini larutan natrium silikat hasil sintesis dinetralkan dengan HCl 1M tetes demi tetes hingga pH 7 dan terbentuk gel. Silika gel hasil sintesis dari bagasse tebu tersebut kemudian dikarakterisasi dengan spektroskopi FTIR yang bisa dilihat pada Gambar 4 dan difraksi sinar-X (XRD) yang bisa dilihat pada Gambar 5. 1. Sintesis Silika Gel dari Bagasse Tebu Pada penelitian ini dipelajari bagaimana pembuatan suatu material berpori yaitu silika gel yang disintesis dari abu bagasse dengan metode sol gel yang nantinya dapat diaplikasikan sebagai adsorben anion fosfat. Tujuan dari sintesis silika gel ini yaitu untuk memperoleh silika dari bagasse tebu, yang kemudian dapat digunakan untuk mengetahui karakter silika gel dari bagasse tebu yang telah disintesis tersebut. Selain itu, penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh pH optimum terhadap adsorpsi anion fosfat oleh adsorben silika gel dari bagasse tebu. Penelitian ini dimulai dengan menyiapkan sampel, yaitu mengkalsinasi bagasse tebu yang telah menjadi arang di dalam muffle furnace pada suhu 600oC selama 5 jam hingga diperoleh abu bagasse tebu halus yang berwarna abu-abu putih, yang telah bebas karbon dan berstruktur amorf. Pada penelitian ini yang dibutuhkan adalah silika, di mana silika terkandung di dalam komponen anorganik pada arang bagasse tebu. Oleh karena itu dilakukan kalsinasi untuk menghilangkan komponen organik dan zat pengotor dari arang bagasse tebu, sehingga hanya akan tersisa komponen anorganiknya yang mengandung silika. 37 Pengabuan bagasse mengakibatkan terjadinya perubahan kimia pada komponen penyusunnya. Jika sebelumnya bagasse mengandung air, sisa gula, serat lignin dan selulosa serta mikroba, maka adanya pemanasan suhu tinggi menyebabkan komponen-komponennya terdekomposisi dan hanya tersisa komponen anorganik berupa oksidaoksida logam. Pemilihan suhu kalsinasi didasarkan pada Govindarajan dan Jayalakshmi, (2011: 549) yang menyatakan bahwa struktur abu bagasse tebu berubah dari amorf pada suhu 500°C sampai 700°C, dan menjadi kristalin pada suhu 1000°C. Sementara itu, Goyal et.al., (2009: 1) juga menyatakan bahwa pada temperatur 700°C, silika masih berstruktur amorf, namun kristal silika tumbuh sepanjang waktu pengabuan. Berdasarkan keterangan tersebut kalsinasi dilakukan pada suhu dibawah 700°C dan juga di atas suhu 500°C agar mendapatkan hasil yang maksimal. Arang ditumbuk terlebih dahulu agar ukurnnya menjadi lebih kecil, karena dengan ukuran yang semakin kecil maka pemanasan menggunakan furnace dapat terjadi secara merata dan abu yang dihasilkan akan lebih sempurna. Menurut Chakraverty et.al., (1988: 22), pembakaran yang sempurna menghasilkan abu bagasse tebu yang berwarna putih, sedangkan proses pembakaran yang kurang sempurna akan menghasilkan abu dengan warna yang masih hitam. Hasil pengabuan pada penelitian ini juga menunjukkan bahwa abu yang terbentuk berubah warna menjadi abu-abu, perubahan warna tersebut menandakan bahwa struktur abu juga sudah berubah dari sebelumnya saat sebagai arang yang berwarna hitam. Berdasarkan Sriyanti, et.al., (2005: 5) reaksi pengabuan yang terjadi adalah : 38 (Zat berisi C, H, O dan Si) (s) + O2 → CO2(g) + H2O(g) + SiO2(s) Abu yang telah terbentuk kemudian ditumbuk kembali dengan menggunakan mortar untuk memperkecil ukuran abu dan memperluas permukaannya sehingga akan lebih mudah lolos dalam pori-pori ayakan ukuran 200 mesh. Proses pengayakan dilakukan untuk mendapatkan abu dengan ukuran yang sama. Tahap selanjutnya yaitu pencucian abu menggunakan asam klorida. Abu bagasse halus direndam dengan larutan asam klorida di dalam teflon, kemudian diaduk dengan magnetik stirer selama 2 jam. Pencucian tersebut dilakukan untuk menghilangkan zat-zat pengotor yang berupa oksida logam yang masih terdapat pada abu seperti K2O, CaO, TiO2, MnO, Fe2O3, CuO, dan ZnO. Menurut Kamath and Proctor, (1998: 484), abu bagasse harus diaktifkan dengan larutan asam (HCl, H2SO4, atau HNO3) untuk menghilangkan oksida logam dan komponen dalam abu bagasse tebu yang tidak diperlukan sekaligus meningkatkan porositas dan aktivitas adsorpsi. Dalam penelitian ini asam yang digunakan yaitu asam klorida (HCl) 0,1 M, larutan itu dipilih berdasarkan Chandrasekhar et.al., (2006: 7931), yang menyatakan bahwa asam klorida merupakan bahan kimia yang sangat efektif untuk mengurangi zat-zat anorganik yang terdapat di dalam bagasse tebu. Setelah dicuci dengan asam klorida kemudian disaring dengan menggunakan penyaring Buchner untuk memperoleh residunya, hasil penyaringan kemudian dicuci lagi dengan menggunakan aquademineralisata untuk menghilangkan kandungan klor. Abu yang telah dicuci kemudian dikeringkan dengan oven pada suhu 80°C hingga massa konstan. Hasil dari proses tersebut dapat dilihat pada 39 Gambar 8. Residu hasil pencucian yang berupa abu bagasse netral tersebut digunakan pada tahap selanjutnya yaitu tahap menyiapkan natrium silikat. Gambar 8. Abu Bagase Netral Persiapan natrium silikat dilakukan dengan mereaksikan abu bagasse yang telah netral dengan larutan basa yang berupa larutan NaOH. Silika mampu larut dalam larutan alkali terutama natrium hidroksida. Sehingga dalam penelitian ini digunakan NaOH 1 M sebanyak 200 ml untuk setiap 6 gram abu, campuran kemudian dipanaskan dalam wadah teflon hingga mendidih pada suhu ± 90oC selama 1 jam. Pada penelitian ini pemanasan dilakukan dengan suhu luar (suhu magnetic stirrer) 400oC dan suhu dalam yaitu suhu larutan 90oC sambil dilakukan pengadukan dengan kecepatan konstan. Pengadukan menggunakan magnetic stirrer dimaksudkan untuk mempercepat reaksi homogenisasi antara NaOH dan abu. Campuran kemudian didinginkan pada suhu kamar selama satu malam dan disaring dengan penyaring Buchner dan kertas saring Whatman no.42. Penyaringan dilakukan dengan tujuan untuk memisahkan antara residu dan filtrat yang kemudian diambil filtratnya. Filtrat yang diperoleh merupakan larutan natrium silikat yang berwarna bening kekuningan. Larutan natrium silikat tersebut 40 digunakan sebagai prekursor dalam pembuatan silika gel. Persamaan reaksi pembentukan larutan natrium silikat dapat dilihat pada persamaan berikut. SiO2 (s) + 2 NaOH(aq) Na2SiO3(aq) + H2O (l) Larutan NaOH akan bereaksi dengan SiO2 yang terkandung dalam abu. Reaksi tersebut akan menyebabkan silika larut dan kemudian akan terjadi keseimbangan konsentrasi antara larutan silika yang ada dalam abu dengan larutan NaOH. Adanya gaya tarik menarik antara silika dengan NaOH akan menyebabkan terjadinya pemisahan larutan yang mengandung silika. Larutan tersebut merupakan larutan natrium silikat. Mekanisme reaksi pembentukan natrium silikat dapat dilihat pada Gambar 9 (Prastiyanto et.al., 2006 :4). Gambar 9. Mekanisme reaksi pembentukan natrium silikat Dari skema mekanisme reaksi pembentukan natrium silikat di atas, terlihat bahwa natrium hidroksida (NaOH) terdisosiasi sempurna membentuk ion natrium (Na+) dan ion hidroksil (OH-). Satu ion hidroksil (OH-) bertindak sebagai nukleofil dan menyerang atom Si dalam SiO2 yang bermuatan elektrodepositif. 41 Kemudian atom O yang bermuatan elektronegatif akan memutuskan ikatan rangkap dan akan membentuk intermediet. Intermediet tersebut selanjutnya akan melepaskan ion H+. Pada atom O akan terjadi pemutusan ikatan rangkap kembali dan membentuk SiO32-. Tahap ini akan terjadi dehidrogenasi, dimana ion hidroksil yang kedua (OH-) akan berikatan dengan ion hidrogen (H+) dan membentuk molekul air. Selanjutnya molekul SiO32- yang terbentuk bermuatan negatif akan diseimbangkan oleh dua ion Na+ yang ada sehingga akan terbentuk natrium silikat (Na2SiO3). Hasil penelitian untuk larutan natrium silikat yaitu sebanyak 60 ml tiap 200 ml NaOH 1 M. Setelah terbentuk larutan natrium silikat langkah selanjutnya yaitu pembuatan silika gel dengan menggunakan proses sol-gel yaitu proses pembentukan hidrosol hasil reaksi natrium silikat dengan asam. Dalam penelitian ini asam yang digunakan yaitu asam klorida 1 M sebanyak 100 ml untuk setiap 60 ml larutan natrium silikat. Hal tersebut berdasarkan pada penelitian yang telah dilakukan oleh Zuryati, (2005) dan telah terbukti bahwa silika gel hasil penelitian dengan asam klorida mempunyai porositas yang lebih besar dibandingkan penggunaan asam lain. Porositas merupakan salah satu faktor yang sangat mempengaruhi proses adsorpsi, semakin besar porositas maka akan semakin besar kapasitas adsorpsinya. Sehingga dengan menggunakn HCl diharapkan proses adsorpsi akan semakin maksimal dan kapasitas adsorpsinya lebih besar. HCl 1 M ditambahkan secara tetes demi tetes sambil diaduk menggunakan magnetik stirer hingga terbentuk gel dengan pH netral. Sebelum ditetesi dengan HCl, pH larutan adalah basa yaitu pH 12, penambahan HCl 1 M pada larutan 42 natrium silikat dapat menurunkan pH dan meningkatkan konsentrasi H+ dalam Na2SiO3. Menurut Scott, (1993), silika mempunyai kelarutan yang tinggi pada pH > 10, untuk itu agar silika tidak larut maka pH perlu diturunkan menjadi asam yaitu pH dibawah 10. Menurut Sriyanti et.al., (2005: 3), pembentukan silika gel dapat terjadi sangat cepat pada pH 9-7 dengan penambahan HCl pada larutan natrium silikat, namun jika HCl ditambahkan terus menerus maka gel dapat larut kembali, sehingga dalam penelitian ini pH dijaga dan dibuat pada pH 7. Pengecekan pH dilakukan dengan menggunakan kertas pH universal atau pH indikator. Penambahan asam klorida dilakukan dengan tujuan agar berlangsung reaksi kondensasi dan reaksi polimerisasi. Berikut reaksi yang terjadi: Na2SiO3(aq) + 2HCl(aq) ⟶ H2SiO3(aq) + 2NaCl(aq) Gel yang terbentuk belum sempurna, masih dalam bentuk endapan berupa agregat-agregat, untuk itu perlu didiamkan selama 18 jam atau satu malam agar gel mampu terbentuk secara sempurna. Setelah didiamkan kemudian disaring dengan menggunakan penyaring Buchner dan kertas saring Whatman no.42 untuk memisahkan antara endapan yang merupakan gel dengan filtrat. Setelah diperoleh gel, kemudian dicuci dengan aquades dan diperoleh silika gel. Pencucian dengan aquades dilakukan dengan maksud untuk menghilangkan mineral-mineral ion yang kemungkinan terjebak dalam pori silika dan juga membebaskan ion Cl- yang terbentuk saat penambahan HCl pada proses pembentukan gel dengan pH 7. Pada pencucian gel terjadi reaksi pembentukan sol asam Si(OH)4. Reaksi yang terjadi yaitu sebagai berikut: H2SiO3(aq) + H2O(l) ⟶ Si(OH)4(aq) 43 Menurut Sriyanti et.al.,(2005), agregat polimer akan bergabung membentuk bola polimer yang disebut primary silica particle. Primary silica particle pada ukuran tertentu akan mengalami kondensasi membentuk fasa padatan yang disebut alkogel. Alkogel yang didiamkan akan mengalami sinerisis dan pelepasan NaCl sehingga dihasilkan gel kaku yang disebut hidrogel. Silika gel yang telah bebas dari Cl- kemudian dioven pada suhu 80°C sampai diperoleh masa konstan. Pengovenan tersebut dilakukan untuk menghilangkan kandungan air atau menghilangkan molekul H2O pada silika gel, karena sebelumnya gel dicuci dengan menggunakan aquades, maka gel yang dihasilkan mengandung air. Setelah proses penghilangan molekul H2O, maka akan diperoleh silika gel dalam bentuk kering dan berwarna putih atau yang sering disebut xerogel. Xerogel tersebut yang nantinya akan digunakan pada tahap adsorpsi yaitu sebagai adsorben. Sebelum digunakan dalam proses adsorpsi, xerogel terlebih dahulu digerus menggunakan mortar untuk memperkecil ukuran dan memperluas permukaan pori silika. Penggerusan tersebut juga untuk memudahkan proses pencampuran silika agar ukurannya lebih homogen. Dari penelitian yang dilakukan dengan menggunakan abu bagasse netral sebanyak 12 gram didapatkan hasil 105 ml larutan natrium silikat yang telah disintesis, dan hasil akhir silika gel kering sebanyak 4,0633 gram. 2. Karakterisasi dengan Spektroskopi FTIR Silika yang berasal dari bagasse tebu juga perlu untuk dianalisis menggunakan spektrometer FTIR. Analisis ini dimaksudkan untuk mengidentifikasi gugus fungsional yang terdapat dalam silika gel khususnya 44 gugus siloksan (Si-O-Si) dan gugus silanol (Si-OH). Prinsip kerja FTIR adalah mengenali gugus fungsi dari absorbansi. Pola absorbansi yang diserap oleh senyawa berbeda-beda, sehingga senyawa tersebut dapat dibedakan dan dikuantifikasikan (Sankari, 2010: 42). Daerah inframerah yang digunakan untuk menganalisis senyawa yang terdapat pada silika gel berada pada kisaran bilangan gelombang 400-4000 cm-1. Sebagai pembanding dalam penelitian ini digunakan silika kiesel gel 60 dari Merck. Hasil analisis FTIR silika dari bagasse tebu dengan menggunakan FTIR kemudian dibandingkan dengan hasil analisis FTIR dari silika kiesel gel 60 dari Merck tersebut, dan hasil yang menunjukkan gugusgugus fungsi pada spektra hasil sintesis FTIR untuk keduanya dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Interpretasi Spektra FTIR Silika Kiesel Gel 60 Merck dan Silika Gel Gugus Fungsi Vibrasi ulur –OH dari Si-OH Vibrasi ulur asimetris Si-O dari SiO-Si Vibrasi ulur simetris Si-O dari Si-OSi Vibrasi tekuk –OH dari Si-OH Vibrasi ulur Si-O dari Si-OH Vibrasi tekuk Si-O-Si Bilangan Gelombang (cm-1) Silika Kiesel Gel 60 Silika Gel Merck 3462,86 3462,59 1097,17 2361,46 800,85 797,42 1637,09 1638,99 471,16 465,10 C=O 2361,20 Menurut Mujiyanti et al, (2013) pita serapan yang muncul pada spektra silika gel hasil sintesis dari bagasse tebu menunjukkan adanya gugus-gugus fungsional dari silika gel yaitu gugus silanol (Si-OH) dan siloksan (Si-O-Si). Berdasarkan hasil analisis muncul beberapa pita dengan puncak yang berbeda-beda. Pita lebar dengan puncak pada bilangan gelombang 3462,59cm-1 mengindikasikan adanya 45 gugus -OH pada silanol. Pelebaran pita terjadi karena gugus fungsi –OH dan air terserap pada permukaan silika melalui ikatan hidrogen. Munculnya pita serapan pada bilangan gelombang 2361,46cm-1 merupakan vibrasi ulur asimetri dari –Si-O pada siloksan, sedangkan pita serapan pada bilangan gelombang 797,42 cm-1 merupakan vibrasi ulur simetri dari –Si-O yang ada pada siloksan. Vibrasi tekuk gugus –OH pada molekul air yang terikat ditunjukkan dengan adanya pita dengan puncak yang berada pada bilangan gelombang 1638,99 cm-1, sedangkan vibrasi tekuk dari gugus siloksan (Si-O-Si) ditunjukkan dengan puncak pada bilangan gelombang 465,10 cm-1. Dari hasil analisis tersebut dapat diketahui bahwa secara umum, gugus fungsional pada silika gel adalah silanol (Si-OH) dan siloksan (SiO-Si). Berdasarkan hasil keseluruhan interpretasi spektra FTIR silika gel dari bagasse tebu menunjukkan kemiripan dengan spektra silika Kiesel gel 60 dari Merck. Pada kedua hasil analisis yaitu pada Kiesel gel 60 dari Merck maupun pada hasil sintesis vibrasi ulur gugus fungsi Si-O dari Si-OH tidak terdeteksi, tetapi pada grafik keduanya terdapat adanya puncak. Hal ini dapat terjadi karena puncak tersebut memiliki intensitas yang kecil sehingga tidak dapat terbaca oleh alat. Kemiripan pola serapan pada silika gel hasil sintesis dan silika pembanding untuk gugus silanol dan siloksan dapat disimpulkan bahwa sintesis telah berhasil dilakukan dan bagasse tebu dapat dijadikan sebagai bahan untuk pembuatan silika gel. 3. Karakterisasi dengan Difraksi Sinar-X (XRD) Analisis dengan menggunakan difraksi sinar X bertujuan untuk mengetahui struktur silika hasil sintesis, apakah berstruktur amorf atau berstruktur kristalin. 46 Selain itu XRD juga dapat digunakan untuk mengetahui kemurnian dari silika. Dalam penelitian ini, uji XRD dilakukan dengan maksud untuk memastikan bahwa silika yang berasal dari bagasse tebu berstruktur amorf. Struktur dari bahan yang dianalisis sangat dipengaruhi oleh suhu pada saat proses kalsinasi. Abu bagasse tebu berstruktur amorf pada suhu 500-700°C dan kristalin pada suhu 1000°C. Prinsip dari analisis XRD didasarkan pada atom-atom dalam suatu struktur bahan terdifraksi pada panjang gelombang tertentu dan sudut (θ) tertentu, sedangkan sistem kerja XRD didasarkan pada hukum Bragg (Govindaraja et.al.,2011). Interferensi berupa puncak-puncak sebagai hasil difraksi terjadi interaksi antara sinar-X dengan atom-atom pada bidang kristal (Cullity, 1978: 8). Hasil XRD yang didapatkan menunjukkan bahwa hasil analisis silika merupakan padatan yang berstruktur amorf. Hal tersebut terlihat dari munculnya puncak lebar pada sudut difraksi (2θ) yaitu pada 22.7397°. Hasil dari analisis menggunakan XRD pada penelitian ini telah sesuai dengan penelitian sebelumnya yang telah dilakukan oleh Nuryono dan Narsito, (2005: 28), yang menyatahan bahwa hasil analisis silika gel dari natrium silikat murni dengan variasi konsentrasi asam sitrat memberikan 1 puncak yang melebar pada 2θ sekitar 22° yang dinyatakan hasil berstruktur amorf. Kalapathy et al., (2000: 100), juga telah berhasil mensintesis silika amorf dari abu sekam padi dengan puncak yang dihasilkan pada sudut difraksi (2θ) = 22,159o. Menurut Kalaphaty munculnya puncak disekitar sudut difraksi ±20o-22o menunjukkan bahwa puncak tersebut untuk silika. Hasil analisis XRD penelitian ini juga sesuai dengan hasil XRD dari penelitian yang dilakukan Hariharan dan Sivakumar, (2013: 1264) yang 47 mendapatkan puncak kuat pada sudut difraksi (2θ) 22° yang menunjukkan silika berstruktur amorf. 4. Adsorpsi Anion Fosfat oleh Silika Gel pada Variasi pH Pada eksperimen adsorpsi fosfat oleh silika pada variasi pH, dapat diketahui pH optimum melalui persentase fosfat terikat yang paling tinggi. Eksperimen ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh pH pada adsorpsi anion fosfat oleh adsorben silika gel. Nilai pH pada larutan memainkan peranan penting dalam proses adsorpsi secara keseluruhan dan kapasitas secara khusus. Jumlah fosfat pada silika gel dipengaruhi oleh muatan-muatan permukaan. Muatan permukaan ini dipengaruhi oleh pH larutan. Adanya keterbatasan daya adsorpsi pada permukaan fosfat membuat pH mencapai titik maksimum dan tidak akan meningkatkan jumlah fosfat yang teradsorpsi, dan persen fosfat yang teradsorpsi pun akan semakin kecil atau menurun (Ikhsan et al.,2015). Penentuan tinggi rendahnya pH pada protonasi-deprotonasi gugus silika ditentukan oleh point zero charge (PZC). Point zero charge (PZC) merupakan harga pH dengan harga muatan permukaan netral atau nol. Menurut Eugene Papirer, (2000: 317) besarnya PZC silika adalah 2,95. Apabila pH lebih rendah dari nilai PZC, maka permukaan silika cenderung bermuatan positif dan pada pH tinggi bermuatan negatif. Oleh sebab itu, pH tinggi dapat meningkatkan afinitas anion terhadap gugus aktif silika yang berakibat adsorpsi anion menjadi meningkat (Schindler et.al., 1987). 48 pH juga mempengaruhi sifat anion terutama pada pembentukan kompleks logam hidrokso. Pada konsentrasi fosfat yang lebih tinggi, adsorpsi anion bergeser ke pH yang lebih besar karena konsentrasi anion yang lebih besar membutuhkan gugus aktif permukaan (SiO ) dalam konsentrasi lebih besar, dan untuk itu pH sistem harus lebih tinggi (Schindler et.al., 1987) dalam (Ikhsan et al., 2015). Naiknya pH mengakibatkan berkurangnya muatan anion. Hal ini terjadi karena kecenderungan anion membentuk spesies logam hidrokso dalam air pada pH tinggi. Perbedaan adsorpsi anion sangat dipengaruhi oleh sifat anion itu sendiri, terutama hidrolisis (Zachara dan McKinley, 1993), elektronegativitas dan jari-jari ionik. Metode yang digunakan dalam penelitian ini yaitu metode batch dan variasi yang digunakan pada eksperimen adsorpsi fosfat oleh silika gel adalah variasi pH. pH tidak berpengaruh secara signifikan pada adsorpsi. Pada pH eksperimen dari pH 5 sampai 10, adsorpsi ion fosfat terjadi dalam jumlah yang sangat signifikan yaitu sekitar 99,96%. Sifat permukaan pada silika gel yang mengandung gugus (SiOH) mengalami protonasi pada pH rendah membentuk SiOH2+, dan deprotonasi pada pH tinggi menjadi SiO-. Hal ini sesuai dengan persamaan 1 dan 2 (Sposito et.al., 2012). Pada pH rendah: SiOH + H+ SiOH2+ Pada pH tinggi: SiOH + OH- SiO- + H2O Adsorpsi anion fosfat oleh silika tidak dipengaruhi secara signifikan oleh pH. Pada Gambar 7. presentase fosfat teradsorpsi stabil mulai dari pH 3 sampai 49 pH 10, sehingga tidak mengalami kenaikan dan penurunan daya adsorpsi secara signifikan. Dalam air spesies fosfat yang dominan adalah anion fosfat. Keberadaan spesies anion fosfat yang dominan tersebut berinteraksi dengan silika melalui suatu proses agregasi. Ion fosfat yang kemudian kontak dengan permukaan silika (Elzinga et al., 2006). Proses agregasi antara anion fosfat dengan silika menyebabkan pembentukan ikatan hidrogen berada dalam kondisi jenuh sehingga menyebabkan presentase adsorpsi anion fosfat yang diperoleh stabil (Sinta et al., 2015). Adsorpsi yang signifikan juga dapat terjadi melalui ikatan hidrogen (Rahardjo et al., 2017). Ikatan hidrogen dapat terjadi antara molekul organik polar yang terkoordinasi oleh air. Berdasarkan spesies fosfat pada rentan pH 3 sampai pH 10, spesies yang paling dominan adalah H2PO4- (Ikhsan, 2005), sedangkan pada pH tersebut silika cenderung bermuatan negatif karena mengalami deprotonasi (Sposito, 1984). Berdasarkan eksperimen isotherm yan telah dilakukan oleh Seti Fani (2017) pada adsorpsi nitrat oleh silika gel dari bagasse tebu, ion nitrat terikat dalam jumlah yang sangat signifikan meskipun pada konsentrasi yang sangat tinggi. Analisis terhadap data isotherm menggunakan persamaan Langmuir, Elovich, Freundlich, dan Dubinin Redus Covich ditemukan energi ikat yang terlibat dalam adsorpsi bernilai kecil, sehingga dapat disimpulkan bahwa anion nitrat terikat oleh silika melalui fisisorpsi. Sejalan dengan temuan tersebut, presentase anion fosfat yang terikat oleh silika dalam enelitian ini dapat diakibatkan oleh mekanisme adsorpsi melalui fisisorpsi. 50 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa: 1. Silika gel yang berasal dari bagase tebu dapat disintesis dengan metode sol gel. 2. Hasil karakteristisasi silika gel dari bagase tebu melalui spektroskopi FTIR dan XRD, silika gel hasil sintesis memiliki gugus fungsi silanol dan siloksi, serta berstruktur amorf yang menunjukkan pola yang mirip dengan kiesel gel 60 Merck. Berdasarkan analisis XRD dan FTIR karakter silika gel dari bagasse tebu yang telah disintesis berstruktur amorf serta mengandung gugus silanol dan siloksan. 3. pH tidak berpengaruh secara signifikan pada adsorpsi anion fosfat oleh silika. B. Saran Berdasarkan penelitian, dan pembahasan tentang pengaruh pH pada adsorpsi anion fosfat oleh silika dari bagasse tebu saran yang dapat diajukan antara lain: 1. Melakukan penelitian lebih lanjut dengan menggunakan bahan baku yang berbeda (mengganti bagasse tebu dengan bahan yang lain). 2. Melakukan penelitian dengan uji yang lain, misalnya uji untuk mengetahui faktor lain yang mempengaruhi adsorpsi. 3. Menerapkan penelitian adsorpsi lebih lanjut pada anion yang berbeda untuk mengatahui apakah silika yang berasal dari bagasse tebu dapat diaplikasikan untuk mengikat anion lain. 51 DAFTAR PUSTAKA Altaher, H., & ElQada, E. (2011). Investigation of the Treatment of Colored Water Using Efficient Locally Available Adsorbent. International Journal of Energy and Environment. 2 (6):1113-1124 Akhinov, F. A., dkk. (2010). Sintesis Silika Aerogel Berbasis Abu Bagasse dengan Pengeringan Pada Tekanan Ambient. Prosiding: Seminar Rekayasa Kimia dan Proses. Surabaya: ITS. Atkins, P.W. (1999). Kimia Fisika, Jilid 2, Edisi Keempat. Jakarta: Erlangga. Atun, Sri. (2016). Elusidasi Struktur Molekul Senyawa Organik. Yogyakarta: UNY Press. Budi Rahardjo, Agung Suprihadi, Agustina D.K. (2007) Pelarutan Fosfat Anorganik oleh Kultur Campur Jamur Pelarut Fosfat Secara In Fitro Buhani & Suharso. 2010. Modifikasi Silika Dengan 3-Aminopropiltrimetoksisilan Melalui Proses Sol Gel untuk Adsorpsi Ion Cd (II) dari Larutan. Jurnal Sains MIPA. Vol. 16, No. 3, Hal: 177-183. ISSN 1978-1873. Lampung: Universitas Lampung Indonesia. Chakraverty, A., Mishra, P., dan Banerjee, D. (1988). Investigation of Combustion of Raw and Acid-Leached Rice Husk for Production of Pure Amorphous White Silica. Journal of Materials Science. Vol. 23. Hlm. 2124. Chandrasekhar, S., Pramada, P.N., dan Majeed, J. (2006). Effect of calcination temperature and heating rate on the optical properties and reactivity of rice husk ash. Journal of Materials Science. Vol. 41. Hlm. 7926-7933. Cordeiro, G.C., Filho, R.D.T. & Fairbairn, E.M.R. (2010). Ultrafine sugar cane bagasse ash : high potential pozzolanic material for tropical countries. IBRACON Structures and Materials, 3(1), 50–67. Cullity, B. D. (1992). Element of X-Ray Diffraction. Department of Metallurgical Enginering and Material Science. Edisson-Wesley Publishing Company: Inc. USA. Danks, A.E., Hall, S.R. & Schnepp, Z. (2016). The Evolution Of “Sol–Gel” Chemistry as a Technique For Materials Synthesis. Materials Horizons, hal. 91–112. United Kingdom: Royal Society of Chemistry. Evert J. Elzinga & Donald L. Sparks. (2006). Phosphate Adsorption Onto hematite: An in situ ATR-FTIR Investigation of the Effects of pH and Loading Level on the Mode of Phosphate Surface Complexation. 52 Frida Luthvita Setyawan, Darjito, Mohammad Misbah Khunur. (2013). Pengaruh pH dan Lama Kontak pada Adsorpsi Ca2+ dengan Menggunakan Adsorben Kitin Terfosforilasi dari Limbah Cangkang Bekicot (Achatina Fulica) Govindarajan & Jayalakshmi G. (2011). XRD, FTIR and Microstructure Studies of Calcined Sugarcane Bagasse Ash. Pelagia Research Library. 2(3). Hlm. 44-54. Goyal, A., dkk. (2009). Properties and Reactivity of Sugarcane Bagasse Ash.Tottory: Tottory University. Hanafi, A.S. & Nandang, A.R. (2010). Studi Pengaruh Bentuk Silika dari Abu Ampas Tebu terhadap Kekuatan Produk Keramik. Jurnal Kimia Indonesia, 5(1), 35–38. Hariharan, V. & Sivakumar, G. (2013). Studies On Synthesized Nanosilica Obtained From Bagasse Ash. Internatinal Journal of ChemTech Research. CODEN (USA): IJCRGG. ISSN: 0974-4290 Vol.5, NO.3, PP 1263-1266. Hardjono Sastrohamidjojo. (1992). Spektroskopi Inframerah. Edisi Pertama. Cetakan Pertama. Yogyakarta: Liberty Ida Norma Sinta, Putu Suarya, dan Sri Rahayu Santi. (2015). Adsorpsi Ion Fosfat oleh Lempung Teraktivasi Asam Sulfat (H2SO4) Ika. (2013). Olah Ampas Tebu Jadi Silika Gel. Diambil https://ugm.ac.id/id/berita/7841-olah.ampas.tebu.jadi.silika.gel. dari Ikhsan, J., Laksono, E., Sunarto. (2008). Memahami Proses Sorpsi Ion Fosfat oleh Geothite dan Montmorillonit Ikhsan, J., Sulastri, S. & Priyambodo, E. (2015). Measurement Of Rate Of Cation Exchange Reactions On Surface Of Silica Separated From Lapindo Mud. International Confrence on Research, Implementation, Education of Mathematics and Sciences (ICRIEMS 2015). Yogyakarta: FMIPA UNY. Indriyanti, N.Y., Nuryono & Narsito. (2011). Kajian Adsorpsi-Desorpsi Au(III) dalam Sistem Au/Cu/Ag Pada Kolom Hibrida Merkapto-Silika. Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia III (hal. 402–410). Surakarta: Program Studi Pendidikan Kimia Jurusan PMIPA FKIP UNS. Jaslin I., Wells, J.D., Johnson, B.B. and Angove, M.J., (2005), Surface Complexation Modeling of the Sorption of Zn(II) by Montmorillonite, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 252: 33. Kalaphaty, U., Proctor, A., dan Schultz, J. (2000). Production and Properties of Flexible Sodium Silicate Fils From Rice Hull Ash Silica. Bioresource Technology. 72 (2), 99-106. 53 Kamath, S. R. dan Proctor, A. (1997). Silica Gel from Rice Hull Ash: Preparation and characterization. AACC International. 75 (4). 484-487. Khopkar, S. M. (1990). Konsep Dasar Kimia Analitik. Jakarta: Universitas Indonesia Press. Kristianingrum, S., Siswani, E. D., & Fillaeli, A (2011). Pengaruh Jenis Asam pada Sintesis Silika Gel dari Abu Bagasse dan Uji Sifat Adsorptifnya terhadap Ion Logam Tembaga (II). Prosiding Seminar Nasional Kimia .Yogyakarta: UNY. Masel, R.I. (1996). Principles Of Adsorption and Reaction On Solid Surfaces. New York: John Wiley & Sons, Inc. Mujiyanti, D.R, Nuryono & Kunarti, E. S. (2010). Sintesis dan Karakterisasi Silika Gel dari Abu Sekam Padi yang Diimobilisasi dengan 3(Trimetoksisilil)-1-Propantiol. Jurnal Sains dan Terapan Kimia, Vol.4, No.2, hal 150-167. Universitas Lambung Mangkurat. Nuryono & Narsito. (2005). Effect of Acid Concentration on Characters of Silica Gel Synthesized from Sodium Silicate. Indonesian Journal Chemistry, 5(1), 23-30. Gadjah Mada University. Oscik, J. (1982). Adsorption. Chichester: Ellis Horwood Limited. Prastiyanto, A., Azmiyawati, C. & Darmawan, A. (2006). Pengaruh Penambahan Merkaptobenzotiazol (MBT) Terhadap Kemampuan Adsorpsi Gel Silika dari Kaca pada Ion Logam Kadmium. Universitas Diponegoro Semarang. Purwaningsih, D. (2009). Adsorpsi Multi Logam Ag(I), Pb(II), Cr(III), Cu(II), dan Ni(II) Pada Hibrida Etilendiamino-Silika dari Abu Sekam Padi. Jurnal Penelitian Saintek, 14(1), 59–76. Rahman, I. A., & V. Padavettan. 2012. Synthesis of Silica Nanoparticles by SolGel: Size-Dependent Properties, Surface Modification, and Applications in Silica-Polymer Nanocomposites in Review. Journal of Nanomaterials, Vol. 2012: 1-15. Sankari, G., Krishnamoorthy E., Jayakumaran S., dkk. (2010). Analysis of serum immunoglobulins using Fourier transform infrared spectral measurements. Research Article. Biology and Medicine, 2 (3): 42-48. Sastrohamidjojo, Hardjono. (1992). Spektroskopi Inframerah. Yogyakarta: Liberty. Scott, R.P.W. (1993). Silica Gel and Bonded Phases, Their Production, Properties and use in LC. New York: John Willey & Sons Inc. Sposito, G., (1984), The Surface Chemistry of Soils, New York: Oxford University Press. 54 Sriyanti, Taslimah, Nuryono & Narsito. (2005). Sintesis Bahan Hibrida AminoSilika Dari Abu Sekam Padi Melalui Proses Sol-Gel. JKSA. Vol. VIII. NO.1. Hlm. 1-10. Jurusan Kimia FMIPA Universitas Diponegoro. Sulastri, S. (2009). Modifikasi Silika Gel dalam Kaitannya dengan Peningkatan Manfaat. Prosiding Seminar Nasional Penelitian, Pendidikan dan Penerapan MIPA. Yogyakarta: FMIPA UNY. Sulastri, S. & Kristianingrum, S. (2010). Berbagai Macam Senyawa Silika: Sintesis, Karakterisasi dan Pemanfaatan. Prosiding Seminar Nasional Penelitian, Pendidikan dan Penerapan MIPA. Yogyakarta: FMIPA UNY. Sulastri. (2013). Sintesis dari Abu Sekam Padi Melalui Proses Sol Gel Sebagai Penukar Kation Logam Berat dalam Larutan. Laporan Akhir Penelitian Disertasi. Yogyakarta: FMIPA UNY. Suseno, J. E., & Firdausi, K. S. (2008). Rancang Bangun Spektroskopi FTIR (Fourier Transform Infrared) untuk Penentuan Kualitas Susu Sapi. Jurnal Berkala Fisika. Vol 11, hal 23-28. ISSN: 1410-9662. Yusuf, M., Suhendar, D. & Hadisantoso, E.P. (2014). Studi Karakteristik Silika Gel Hasil Sintesis Dari Abu Ampas Tebu dengan Variasi Konsentrasi Asam Klorida. Jurnal Kajian Islam, Sains, dan Teknologi, VIII(1), 16–28. Zawrah, M. F., A. A. El-Kheshen, & H. M. Abd-El-Aal. (2009). Facile and Economic Synthesis of Silica Nanopareticles. Journal of Ovonic Research, Vol. 5, No. 5: 129-133. Zuryati, U. K. (2005). Pembuatan Silika Gel dari Abu Sekam Padi Menggunakan Asam Sitrat dan Asam Klorida serta Karakterisasinya. Skripsi. Yogyakarta: Universitas Gajah Mada. 55 LAMPIRAN 56 Lampiran 1. Perhitungan untuk Sintesis Silika Gel dari Bagasse Tebu 1. Larutan NaOH 1 M Larutan NaOH 1 M dibuat dengan cara melarutkan 20 gram kristal NaOH dengan aquades dan diencerkan dalam labu takar 500 mL hingga tanda batas. Perhitungan untuk banyaknya NaOH yang digunakan sebagai berikut: 2. M = 1M = 0,5 mol = Massa kristal NaOH = 0,5 mol x 40 gram/mol Massa kristal NaOH = 20 gram Larutan HCl 1 M Larutan HCl 1 M dibuat dengan cara mengencerkan larutan HCl 5 M sebanyak 100 mL dengan aquades ke dalam labu takar 500 mL hingga tanda batas. Pengambilan volume larutan HCl didasarkan persamaan pengenceran berikut: 𝑉1 . 𝑀1 = 𝑉2 . 𝑀2 𝑉1 . 5 M = 500 mL . 1 M 𝑉1 = 𝑉1 = 100 mL 57 3. Larutan HCl 0,1 M Larutan HCl 0,1 M dibuat dengan cara memipet larutan HCl 1 M sebanyak 100 mL ke dalam labu takar 1000 mL, kemudian diencerkan hingga tanda batas. Pengambilan volume larutan HCl 1 M berdasarkan persamaan pengenceran berikut: 𝑉1 . 𝑀1 = 𝑉2 . 𝑀2 𝑉1 . 1 M = 1000 mL . 0,1 M 𝑉1 = 𝑉1 = 100 mL 58 Lampiran 2. Hasil Karakterisasi FTIR dan XRD Silika Gel Spektrum FTIR Silika Gel Hasil Sintesis Thu Mar 09 13:26:47 2017 (GMT+07:00) 110 1638,19 797,25 105 100 4000 1094,65 90 3500 3000 2500 2000 Wavenumbers (cm-1) Collection time: Wed Mar 08 10:07:45 2017 (GMT+07:00) Thu Mar 09 13:26:38 2017 (GMT+07:00) FIND PEAKS: Spectrum: **0867 Silika Region: 4000,00 400,00 Absolute threshold: 114,378 Sensitivity: 50 Peak list: Position: 3464,81 Intensity: Position: 1094,65 Intensity: Position: 463,87 Intensity: Position: 1638,19 Intensity: Position: 797,25 Intensity: 463,87 95 3464,81 %Transmittance 1. 89,634 91,177 94,827 100,409 104,623 59 1500 1000 500 2. Hasil analisis FTIR kiesel gel 60 Merck Wed Mar 15 10:27:58 2017 (GMT+07:00) 106 94 92 4000 3500 3000 2500 2000 Wavenumbers (cm-1) Collection time: Wed Mar 15 09:32:41 2017 (GMT+07:00) Wed Mar 15 10:27:57 2017 (GMT+07:00) FIND PEAKS: Spectrum: **0874 Silika Gel 60 Kiesel Region: 4000,00 400,00 Absolute threshold: 107,699 Sensitivity: 50 Peak list: Position: 1097,17 Intensity: 93,854 Position: 471,16 Intensity: 95,380 Position: 3462,86 Intensity: 95,624 Position: 1637,09 Intensity: 99,173 Position: 2361,20 Intensity: 99,866 Position: 800,85 Intensity: 100,600 60 1500 1000 471,16 96 1097,17 98 1637,09 2361,20 100 800,85 102 3462,86 %Transmittance 104 500 3. Difraktogram XRD Silika Gel Peak List General information Analysis date 2017/06/07 10:48:44 Sample name SLIKA Measurement date 2017/06/07 10:31:52 File name 776-XRD-2017.ras Operator administrator Comment Measurement profile Intensity (cps) 3000 2000 1000 0 20 40 60 2-theta (deg) Peak list No. 1 2theta(deg) 22.7397 d(ang.) 3.90732 Height(cps ) 1.78849e+ 006 FWHM(de g) 0.1 61 Int. I(cps deg) 588.225 Int. W(deg) 0.0003288 94 Asym. factor 1 4. Panjang gelombang maksimum fosfat 62 Lampiran 3. Perhitungan untuk Pembuatan Larutan Eksperimen Adsorpsi Pembuatan larutan induk KH2PO4 mengacu pada Apriyantono at al., (1989) 1. Larutan Induk KH2PO4 Pembuatan larutan induk 0,001 M dilakukan dengan cara menimbang 0,1360 gram KH2PO4 dengan neraca analitik. Serbuk KH2PO4 tersebut kemudian dimasukkan kedalam labu takar 1000 mL dan diencerkan sampai tanda batas. Berikut ini merupakan contoh perhitungan dalam pembuatan larutan induk: M= 0,001 M = /1000 ml Massa = 0,1360 gram 2. Larutan Standar Pada eksperimen ini, digunakan larutan standar. Larutan standar dibuat dengan rentan 0; 0,1; 0,3; 0,7; 1; 1,3; dan 1,5 mL. Pembuatan larutan standar dibuat dengan melakukan pengenceran larutan induk KH2PO4 0,001 M. Berikut merupakan contoh perhitungan pengenceran larutan induk V1 x M1 = V2 x M2 V1 x 0,001 M = 100 ml x 0,0001 M V1 = 10 ml Pembuatan larutan standar KH2PO4 dilakukan dengan cara mengambil 2,5 ml larutan induk KH2PO4 dan dimasukkan ke dalam labu takar 25 ml diencerkan hingga tanda batas menggunakan aquabidest. Setelah itu pipet larutan induk tersebut dan masukkan ke dalam masing-masing labu takar 10 ml sebanyak 0; 0,1; 63 0,3; 0,7; 1; 1,3; dan 1,5 mL. Encerkan hingga tanda batas dengan menggunakan aquadest. Larutan standar tersebut diukur absorbansinya dengan spektrofotometer UV-Vis. Melalui pengukuran tersebut didapatkan data sebagai berikut: Konsentrasi (M) 0 0,000001 0,000003 0,000007 0,0000010 0,0000013 0,0000015 Konsentrasi (ppm) 0,000 0,0002824 0,0008472 0,0019768 0,0028240 0,0036712 0,0042360 Absorbansi -0,000 0,082 0,123 0,490 0,636 0,796 0,928 Dan dapat dibuat kurva standar dengan cara mengalurkan konsentrasi sebagai sumbu X dan absorbansi sebagai sumbu Y sehingga dibuat kurva standar sebagai berikut: 1 0,9 y = 62551x - 0,0017 R² = 0,9872 0,8 Absorbansi 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 0,000002 0,000004 0,000006 0,000008 0,00001 0,000012 0,000014 0,000016 Konsentrasi Melalui kurva standar diatas, didapatkan persamaan garis Y= 62551x-0,0017 dengan koefisien relasi 0,9872. Persamaan garis tersebut digunakan untuk 64 menentukan konsentrasi fosfat sisa adsorpsi dengan memasukkan absorbansi sumbu Y. Larutan standar mempunya konsentrasi 0,000 M; 0,0002824 M; 0,0008472 M; 0,0019768 M; 0,002824 M; 0,0036712 M; 0,004236 M. Berikut merupakan contoh perhitungan dari pembuatan larutan standar: M1 x V1 = M2 x V2 0,02824 M x 0 = M2 x 0 M2 = M2 = 0 Perhitungan tersebut untuk konsentrasi 0 M, kemudian dilanjutkan dengan cara yang sama untuk konsentrasi selanjutnya. 65 Lampiran 4. Data dan Perhitungan Pengaruh pH pada Pengikatan Fosfat oleh Silika Gel Eksperimen pengikatan fosfat oleh silika gel dengan variasi pH dilakukan pada pH 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, dan 10. Penelitian ini dilakukan secara duplo, dimana perhitungan dilakukan secara terpisah. Dibawah ini disajikan beberapa contoh perhitungan yang diperlukan untuk menentukan % fosfat terikat pada silika gel pH 3. Perhitungan ini analog untuk variasi pH yang lain. Konsentrasi awal = 0,0981 M (dari pengukuran) Volume awal = 250 mL Pengenceran = 10 1. Perhitungan konsentrasi sisa fosfat secara eksperimen Y= 62551x-0,0017 0,164 = 62551x-0,0017 X= X = 0,00000265 x faktor pengenceran X = 0,00000265 x 10 X = 0,0000265 2. Perhitungan % adsorpsi secara eksperimen % terikat = % terikat = x 100 % x 100 % % terikat = 99,97% 66 3. Data pengikatan fosfat oleh silika gel pada berbagai pH dengan konsentrasi fosfat 0,001 M. Tabel 5. Data pengaruh pH pada pengikatan fosfat oleh silika gel NO 1 2 3 4 5 6 7 8 pH 3 4 5 6 7 8 9 10 Absorbansi 0,164 0,117 0,140 0,186 0,166 0,256 0,277 0,312 V suspensi 250 240 225 205 180 150 115 75 V diambil 5 5 5 5 5 5 5 5 1. Perhitungan massa sorben Massa sorben = massa sorben awal Massa sorben = 2,5 gram Massa sorben = 2,45 gram 67 FP 10 10 10 10 10 10 10 10 C awal (M) 0,0981 C sisa (M) 0,0000265 0,0000189 0,0000226 0,000030 0,0000268 0,0000412 0,0000445 0,0000501 Lampiran 5. Skema Penelitian 1. Preparasi Bagasse Tebu Bagasse tebu Dikeringkan dibawah sinar matahari 600°C, selama 5 jam Dibakar Sampel dikalsinasi Ditumbuk dan Diayak Ayakan 200 mesh Abu bagasse tebu halus berwarna abu-abu 68 2. Pembuatan natrium silikat 20 gr abu bagasse tebu Toples plastik 1 L HCl 0,1 M Diaduk dengan magnetic stirrer 2 jam Disaring dengan penyaring Buchner Netral Dicuci Abu bagasse netral Filtrat Konstan Oven, 80°C 400 ml NaOH 1 M 90°C, selama 1 jam Teflon Dipanaskan dan diaduk Disaring Filtrat Residu Larutan Natrium Silikat 69 3. Pembuatan Silika Gel HCl 1 M Tetes demi tetes Larutan Natruim Silikat Diaduk dengan magnetic stirrer Gel, pH 7 Disaring Filtrat Hidrogel Silika Dicuci hingga netral Dikeringkan pada suhu 80°C selama 5 jam Silika Gel Karakterisasi FTIR, XRD 70 4. Pembuatan fosfat laruan induk 0,1360 gram KH2PO4 Diencerkan hingga volume 1000 mL Larutan induk fosfat 0,001 M 5. Larutan standar fosfat Larutan induk fosfat 0,001 M Diambil sejumlah 2,5 mL kemudian diencerkan 25 mL Pengambilan larutan sejumlah 0; 0,1; 0,3; 0,7; 1; 1,3; 1,5 mL Masing-masing diencerkan hingga voluime 10 mL Tambahkan reagen vanadat molibdat 2,5 mL Dicari λ maksimal Diukur absorbansi Pembuatan kurva kalibrasi 71 6. Pengikat fosfat pada variasi pH 250 mL larutan induk fosfat 0,001 M pH diatur menjadi 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 2,5 gramSilika gel Tambahkan NaOH 0,01 M Campuran diaduk selama 30 menit untuk pengikatan fosfat pada silika gel 5 mL sampel diambil Disentrifuge selama 20 menit Diambil 1 mL filtrat + 2,5 mL pengompleks vanadat molibdat Diencerkan hingga volume 10 mL Konsentrasi fosfat sisa pengikat diukur dengan UV-VIS pH optimum 72 Lampiran 6. Dokumentasi Penelitian 1. Pengeringan abu bagase 2. Abu bagase halus 3. Pereaksian abu dengan HCl 73 4. Abu bagase netral 5. Sintesis natrium silika 6. Sintesis residu dan filtrat natrium silika 74