Sintesis dan karakterisasi Mg Al

A. Sintesis dan karakterisasi Mg Al

1. Sintesis Mg7Al hydrotalcite like dari brine water Sintesis Mg7Al hydrotalcite like dari brine water tanpa penghilangan ion kalsium mengacu pada penelitian sebelumnya (Gao et al., 2010). Sintesis dilakukan dengan metode kopresipitasi pada rasio mol Mg/Al (2:1), pH 10, suhu 65 o

C selama

satu jam. Kang et al. (2005) dan Kameda et al. (2000) menyebutkan bahwa Mg7Al hydrotalcite terkristalisasi dengan baik pada pH 10. Apabila pH saat sintesis lebih dari 10, maka Mg7Al hydrotalcite yang terbentuk memiliki partikel yang lebih kecil dan hasil yang diperoleh akan berkurang. Waktu dan suhu dari perlakuan hydrothermal juga menentukan morfologi kristal. Gao et al. (2010) telah membuat Ca7Mg7Al hydrotalcite like dari senyawa murni dan memperoleh kondisi optimum pada pemanasan suhu 65 o

C selama 1 jam. Perhitungan rasio mol Mg/Al dapat dilihat

pada Lampiran 1. Hydrotalcite hasil sintesis disebut dengan istilah Mg7Al

hydrotalcite like a . Dari sintesis diperoleh hasil berupa padatan berwarna putih dan tidak berbau.

2. Karakterisasi Mg7Al hydrotalcite like Padatan hasil sintesis kemudian dikarakterisasi menggunakan XRD, FTIR, SAA TG/DTA dan XRF dengan data yang diperoleh sebagai berikut:

a. Analisis X Ray Diffraction (XRD) Hasil karakterisasi terhadap senyawa Mg7Al hydrotalcite like a dari brine water

tanpa penghilangan ion kalsium menggunakan XRD dengan 2θ = 5770 o (λ=1,54 nm) disajikan dalam suatu difraktogram XRD seperti terlihat dalam Gambar 11 dan data Tabel 5.

Heraldy et al. (2012) menyebutkan bahwa Mg7Al hydrotalcite like memiliki tiga puncak utama pada 2θ sekitar 11,7; 23,6 dan 35,1 o adalah ciri dari struktur berlapis (layered structure) dengan puncak difraksi pada 2θ sekitar 61,0762,0 o yang berkaitan dengan bidang kristal d 110 . Berdasarkan standart Joint Committee on Powder Diffraction Standars (JCPDS) puncak khusus yaitu d 003 , d 006 , d 009 dan d 110 pada d spacing 7,59; 3,79; 2,53 dan 1,52 Å dengan 2θ masing7masing puncak adalah

11,64; 23,42; 35,44 dan 60,76 o . Keberadaan anion CO 3 27 pada interlayer hydrotalcite

commit to user

dapat diketahui pada refleksi d 003 yaitu 7,58 Å. Johnson and Glasser (2003) serta Kloprogge et al. (2002) menyebutkan bahwa refleksi ion kar bonat berada pada 7,56 dan 7,83 Å. Selain itu, Yang et al. (2007) menyatakan d tertinggi (d 003 ) pada 7,80 Å dengan intensitas paling tinggi yang merupakan karakteristik hydrotalcite dengan

anion antarlapis CO 3 27 . Sedangkan menurut Bhaumik et al. (2004) menyebutkan

bahwa pada Mg7Al7Cl LDH refleksi puncak d 003 yang juga menunjukkan keberadaan anion Cl 7 sebagai anion penyeimbang terletak pada d spacing 7,92 Å. Tabel 5. Harga d Tiga Puncak Tertinggi Senyawa Hasil Sintesis

hkl

JCPDS 890460 Mg7Al hydrotalcite

hydrotalcite like *

Delta d

Keterangan : *hasil sintesis

Sharma et al. (2007) menyebutkan keberadaan anion CO 3 27 pada antarlapis Mg7Al7CO 3 hydrotalcite ditunjukkan oleh karakteristik basal spacing d 003 = 7,65 Å .

Dengan refleksi puncak tajam dan simetris pada d 003 dan d 006 terlihat pada 2θ rendah yaitu 11723 o dan refleksi puncak lebar asimetris pada 2θ tinggi yaitu pada 34766 o .

commit to user

Gambar 11. Difraktogram XRD

Dari referensi tersebut, pada difraktogram hasil sintesis Gambar 11 dan Tabel 5 juga terlihat adanya 3 puncak refleksi pada Mg7Al hydrotalcite yaitu pada d 003 ,d 006 dan d 009 yang berada pada d 7,54; 3,79 dan 2,53 Å dengan refleksi interlayer pada d spacing 1,46 Å meskipun dengan intensitas d 003 yang rendah. Rendahnya intensitas yang terbentuk dapat dimungkinkan karena adanya ion kalsium serta masih banyaknya kandungan precursor precursor di dalam brine water yang mungkin bisa bereaksi sehingga menghambat terbentuknya fase hydrotalcite. Sehingga kristalinitas Mg7Al hydrotalcite like yang diperoleh sangat rendah. Selain itu, pada difraktogram Gambar 12 terlihat begitu banyak puncak dengan intensitas tinggi yang mengindikasikan adanya senyawa logam hidroksida didalam sampel pada range 2θ 18720 o , 35740 o dan 45755 o . Terbentuknya logam hidroksida dalam sampel kemungkinan dapat dikarenakan oleh adanya persaingan pengendapan. Dengan

kemungkinan Al(OH) 3 mengendap terlebih dahulu adalah besar karena memiliki nilai kelarutan yang relatif lebih kecil bila dibandingkan dengan Mg(OH) 2 ataupun Ca(OH) 2 . Hal tersebut didukung oleh data XRF yang menunjukkan persentase kandungan komponen penyusun Mg7Al hydrotalcite like.

commit to user

Gambar 12. Difraktogram XRD Mg7Al hydrotalcite

Berdasarkan referensi tersebut, hasil sintesis brine water tanpa penghilangan ion kalsium kemungkinan terbentuk Mg7Al hydrotalcite like meskipun tidak sesuai dengan target yang diharapkan.

b. Analisis Gugus Fungsi dengan FTIR Data untuk mendukung pembuktian bahwa material hasil sintesis dari brine

water adalah Mg7Al hydrotalcite like a dengan dilakukan identifikasi gugus7gugus

fungsi yang terkandung di dalam senyawa. Gugus7gugus fungsi yang dominan

menyusun Mg7Al hydrotalcite like adalah gugus fungsi hidroksi (OH 7 ), ion karbonat (CO 3 27 ) serta ikatan logam oksidanya (M7O). Data hasil identifikasi gugus fungsi penyusun hydrotalcite like ditunjukkan pada Gambar 15 dan Tabel 6.

Tabel 6. Tabulasi Gugus Fungsi Hydrotalcite like*

Gugus fungsi

Referensi

(c m

Bilangan gelombang(v)(cm 71 ) Mg7Al HT7lc a Mg/Al HT7lc 3

Uluran O7H

3500

3466,08

3448,72 Tekukan O7H

1640

1629,85

1620,21

Uluran CO 3 27 1370

1361,74

1357,89

Uluran M7O (M= Mg, Al) 554 dan 440 2 449,41; 536,21

432 dan 555 Serapan baru

1496,76 dan 713,66 *Sumber : 1 Sharma et al. (2007), 2 Yang et al. (2007), 3 Setyowati (2011).

Heraldy et al. (2011a dan 2011b) menyebutkan bahwa pita serapan lebar pada 3448 cm 71 dapat diidentifikasikan sebagai vibrasi ulur –OH pada gugus hidroksil yang

terikat dengan Mg dan Al pada lapisan hydrotalcite. Wahyuni et al. (2011) juga

menyebutkan adanya uluran –OH pada bilangan gelombang 3466,08 cm 71 pada

commit to user

spektra FTIR Ca7Mg7Al hydrotalcite like serta Plank et al. (2006) menyebutkan

bahwa pada puncak 3600 cm 71 merupakan vibrasi –OH pada lapisan anorganik dan antarlapis H 2 O. Dari analisis spektogram FTIR Gambar 13 dan data Tabel 6 terlihat adanya pita melebar dan tajam antara bilangan gelombang 3448,7273466,08 cm 71 . Pita melebar

dan tajam ini dimungkinkan karena adanya vibrasi ulur –OH pada gugus hidroksil dari logam hidroksida yang terdapat di dalam sampel maupun dari vibrasi ulur gugus –OH pada lembaran7lembaran Mg7Al hydrotalcite dan molekul air yang ada di daerah antarlapis atau antarpartikel . Pita serapan lainnya adalah adanya pita serapan yang

lemah pada 1361,74 cm 71 yang menunjukkan adanya anion penyeimbang CO 3 27 dalam antarlapis hydrotalcite like.

Gambar 13. Spektra FTIR (a) Mg7Al hydrotalcite like a (b) Mg7Al hydrotalcite like

(Setyowati, 2011).

Gupta et al. (2008) dan Heraldy et al. (2011a dan 2011b) menyebutkan bahwa pada bilangan gelombang 1352 cm 71 dan 1350 cm 71 merupakan pita serapan anion

penyeimbang karbonat pada antarlapis. Wahyuni et al. (2011) dan Heraldy et al.

(2011 dan 2012) menyebutkan bahwa 449,41 dan 536,21 cm 71 merupakan uluran

Mg7O dan Al7O. Pada Gambar 13a terlihat pita serapan yang disebabkan vibrasi kisi7 kisi logam7oksida M7O (M adalah Mg dan Al) terlihat pada bilangan gelombang yang

rendah yaitu sekitar 449,41 dan 536,21 cm 71 . Pada spektogram muncul pita serapan baru pada bilangan gelombang 140071500 cm 71 dan 700 cm 71 yang mengindikasikan

adanya gugus fungsi Ca7OH dan Ca7O. (Gupta et al., 2008; Fayyazbakhsh et al., 2012 dan Heraldy et al., 2012).

commit to user

Hasil analisis spektra FT7IR menunjukkan adanya ikatan Mg7O, Al7O serta adanya gugus hidroksil dan karbonat. Hal tersebut mengidentifikasikan bahwa kemungkinan senyawa yang disintesis dari brine water merupakan suatu hydrotalcite like.

c. Analisis Komponen Penyusun dengan X Ray Fluorescence (XRF)

Sebagai data pendukung,dilakukan analisis kandungan yang terdapat di dalam sampel menggunakan XRF. Hasil analisis ditunjukkan oleh Tabel 7.

Tabel 7. Komposisi Mg7Al Hydrotalcite like dengan XRF Mg7Al hydrotalcite like a

Formula

C (%) Al 2 O 3 64,04

CaO

17,17

MgO

12,60

Dari data Tabel 7 terlihat bahwa di dalam sampel hasil sintesis terkandung komponen utama penyusun Mg7Al hydrotalcite yaitu terdapat logam Mg dan Al. Sehingga diperoleh perbandingan mol Mg : Al adalah 1,03 : 2,04. ( Perhitungan

Lampiran 17). Pada Mg7Al hydrotalcite like a terlihat adanya Al 2 O 3 memiliki

persentase yang paling besar. Hal tersebut dapat diasumsikan pengendapan fase

hydrotalcite yang terjadi tidak sempurna. Selain itu, Al(OH) 3 memiliki kelarutan

yang paling kecil sehingga kemampuan untuk mengendap lebih besar. Hal tersebut mendukung data analisis XRD yang mengungkapkan bahwa terbentuk senyawa

Al(OH) 3 pada difraktogram XRD. Selain itu, adanya kalsium oksida di dalam sampel yang lebih banyak bila dibandingkan dengan MgO juga dimungkinkan karena kemampuan pengendapan Ca dan Mg yang relatif sama karena memiliki kelarutan yang hampir sama.

d. Analisis Termal dengan TG/DTA Analisis termal TG/DTA pada penelitian ini dilakukan dalam atmosfir udara

dengan laju kenaikan suhu 20 o C per menit dan rentang suhu mulai dari suhu kamar hingga 500 o

C. Hasil analisis termal ditunjukkan oleh Gambar 14 dan Tabel 8. DTA

akan mendeteksi setiap perubahan termal yang terkait dengan reaksi kimia baik secara endotermik ataupun eksotermik. Sementara itu, TGA akan mendeteksi perubahan massa yang terjadi sebagi akibat dari kenaikan suhu baik yang diikuti oleh perubahan fasa kristal maupun tidak.

commit to user

Gambar 14. Analisis termal Mg7Al hydrotalcite like a (a) TGA (b) DTA.

Bergaya et al. (2006) dan Sharma et al. (2007) menyebutkan bahwa pelepasan

H 2 O dari pori hydrotalcite selama proses dehidrasi terjadi pada kisaran suhu 1507250

C dan 220 o

C dan pelepasan gugus –OH dari interlayer nya terjadi pada suhu 2507 380 o

C dan 3307380 o

C. Serta pelepasan gugus CO 3 27 dari interlayer nya terjadi pada suhu kisaran 450 o

C dan 4007500 o

C yang mengakibatkan material menjadi bersifat

amorf metastabil dengan campuran padatan. Dari analisis termal pada Gambar 14, hanya terlihat terjadi satu tahap pengurangan massa yang disertai dengan munculnya puncak endotermik. Hal tersebut mengindikasikan terjadinya pelepasan gugus –OH dari interlayer hydrotalcite dengan penurunan berat sekitar 4,5 % pada suhu

250,2 7278,3 o

C yang disertai dengan puncak endotermik DTA pada suhu 250,17277,9

C. Tidak terjadinya proses pelepasan gugus CO 3 27 secara menyeluruh hal tersebut dapat dikatakan bahwa Mg7Al hydrotalcite like a yang terbentuk tidak mengalami

perubahan fasa kristal dengan pemanasan pada suhu kamar hingga 500 o C.

e. Analisis luas permukaan dan jari7jari pori menggunakan SAA. Analisis surface area hydrotalcite dilakukan dengan metode BET dan BJH. Hasil analisis ditunjukkan oleh Tabel 10.

Tabel 10. Hasil Analisis Luas Muka Spesifik, Volume Pori Total dan Rerata Jejari Pori Sampel Mg7Al hydrotalcite like a

Parameter

Satuan

Mg7Al HTlc a Mg7Al HTlc (Heraldy, 2010)

Konstanta BET

7 25,084

60,429 Luas permukaan total

m²g 71 154,898

30,823 Rata7rata pori total

44,8632

7,744 Total volume pori

mLg 71 347,5 x 10 73 1,19 x10 73

commit to user

Dari Tabel 10 dapat dilihat bahwa Mg7Al hydrotalcite like a memiliki BET surface area sebesar 154,898 m 2 /g. Heraldy (2010) menyebutkan bahwa Mg/Al HTlc memiliki luas permukaan spesifik 30,832 m 2 /g. Di Cosimo et al.(1998) menyebutkan bahwa sampel HT memiliki luas permukaan spesifik yang kurang dari 100 m 2 /g.

Sedangkan Johson and Glasser (2003) menyebutkan luas permukaan spesifik dari

Mg/Al LDH adalah 53,9 m 2 /g. Perbedaan yang sangat signifikan ini mungkin

dikarenakan adanya kandungan kalsium yang terdapat dalam Mg7Al hydrotalcite like hasil sintesis. Ukuran jari7jari ion kalsium yang relatif lebih besar dibanding ion magnesium dan aluminium dapat mempengaruhi ukuran partikel hydrotalcite yang dihasilkan. Sehingga hydrotalcite memiliki ukuran partikel yang lebih besar. Dengan

luas permukaan 154,898 m 2 /g dan ukuran jari7jari pori 44,8632 Å dapat dimungkinkan bahwa Mg7Al hydrotalcite like a dapat dimanfaatkan sebagai media adsorpsi molekul karena termasuk kedalam klasifikasi mesopori.