Karakterisasi Mg/Al-hydrotalcite Hasil Sintesis

B. Karakterisasi Mg/Al-hydrotalcite Hasil Sintesis

1. Identifikasi Senyawa Hasil Sintesis

Identifikasi senyawa hasil sintesis dilakukan dengan X-Ray Diffractometer (XRD). Analisis ini bertujuan untuk memastikan bahwa senyawa utama hasil sintesis adalah Mg/Al-hydrotalcite. Difraktogram senyawa utama hasil sintesis disajikan Gambar 10.

Gambar 10. Profil difraktogram XRD

(a) Mg/Al-hydrotalcite (Sharma et al., 2008) (b) Mg/Al-hydrotalcite hasil

sintesis sintesis

membandingkan harga d puncak-puncak difraktogram Mg/Al-hydrotalcite standar dari International Centre for Diffraction Data (ICDD) . Tiga puncak tertinggi sampel sebagai penciri senyawa mempunyai harga d yang sesuai dengan

Mg/Al-hydrotalcite standar, sehingga senyawa utama yang dicirikan pada difraktogram sampel tersebut adalah Mg/Al-hydrotalcite. Kloprogge et al. (2002) dan Yang et al. (2007) menyebutkan bahwa harga d 7,80 Å merupakan puncak

karakterisasi Mg/Al-hydrotalcite dengan anion antar lapisan berupa CO 3 2- . Data

harga d tiga puncak yang mencirikan Mg/Al-hydrotalcite disajikan pada Tabel 2 dengan membandingkan harga d tiga puncak dari data-data Mg/Al-hydrotalcite standar ICDD. Data Mg/Al-hydrotalcite standar ICDD secara keseluruhan disajikan pada Lampiran 3.

Tabel 2. Basal spacing puncak tertinggi Mg/Al-hydrotalcite hasil sintesis Basal spacing Mg/Al-hydrotalcite PDF Card#14-191 PDF

Card#22-700

Analisis kuantitatif dari difaktogram XRD adalah penentuan kandungan relatif Mg/Al-hydrotalcite. Analisis ini dilakukan dengan membandingkan

intensitas relatif (I/I 1 ) puncak-puncak difraktogram Mg/Al-hydrotalcite dengan

intensitas relatif seluruh puncak yang ada dalam sampel. Hasil perhitungan persentase kandungan relatif atau kemurnian Mg/Al-hydrotalcite dalam sampel adalah 94,45 %. Perhitungan kemurnian Mg/Al-hydrotalcite disajikan pada Lampiran 5.

Sementara itu, pada identifikasi senyawa hasil sintesis yang dilakukan dengan XRF bertujuan untuk memastikan kandungan oksida hasil sintesis dari Mg/Al-hydrotalcite yang tidak mengandung unsur-unsur logam yang berbahaya,

sehingga senyawa hasil sintesis ini dapat dikatakan aman sebagai bahan baku antasida. Setiap unsur akan menunjukkan puncak yang merupakan karakter dari uji kualitatif untuk unsur-unsur yang ada dalam lempung/ clay (Sumantry, 2010). Kandungan oksida Mg/Al-hydrotalcite disajikan pada Tabel 3.

Tabel 3. Hasil analisis XRF

56,77 % Al 2 O 3 39,65 % SiO 2 0,420 % P 2 O 5 0,740 % SO 3 1,090 %

0,010 % Fe 2 O 3 0,080 %

Tabel 3 menunjukkan bahwa hasil analisis XRF pada MgO dan Al 2 O 3

hampir mendekati perbandingan 2 : 1, di mana hal tersebut merupakan perbandingan rasio mol Mg/Al-hydrotalcite saat sintesis. Oksida-oksida yang terkandung pada Mg/Al-hydrotalcite kurang dari 1 % dalam sampel merupakan impuritis dalam senyawa Mg/Al-hydrotalcite yang tidak berbahaya untuk digunakan sebagai bahan baku antasida.

2. Analisis Gugus Fungsi

Analisis untuk mengetahui karakterisasi gugus fungsi dalam Mg/Al- hydrotalcite hasil sintesis dilakukan dengan menggunakan spektrometer Fourier Transform Infra Red. Spektra FTIR Mg/Al-hydrotalcite disajikan pada Gambar 11 dan perbandingan gugus fugsi dengan referensi ditunjukan pada Tabel 4.

Gambar 11. Spektra inframerah

(a) Mg/Al-hydrotalcite (Sharma et al., 2007) (b) Mg/Al-hydrotalcite hasil

sintesis Tabel 4. Perbandingan gugus fungsi Mg/Al-hydrotalcite

Gugus fungsi Bilangan gelombang ( ) (cm -1 )

Referensi

Mg/Al-

hydrotalcite

Uluran OH

3400 - 3500 b 3444,87 Tekukan OH

1650 d 1608,63 Uluran simetris O=C-O

1385 a,c

1361,74 Uluran asimetris O=C-O 1500,5 c 1517,98 - 1556,55 Tekukan O=C-O

650 a 669,30 Uluran Mg-O dan

400 - 600 a 553,57 Uluran Al-O

(2 puncak)

449,41 Sumber : a Kannan (1995) dalam Johnson dan Glasser (2003), b Bhaumik et al.

(2004), c Cosimo et al. (1998), d Yang et al. (2007).

Tabel 4 menunjukkan perbandingan gugus fungsi yang ada dalam Mg/Al- hydrotalcite berdasarkan data bilangan gelombang. Bilangan gelombang pada 3444,87 cm -1 menunjukkan gugus OH stretching pada gugus hidroksi dari lembaran-lembaran Mg/Al-hydrotalcite dan molekul air yang terdapat di daerah interlayer atau antar partikel. Puncak pada bilangan gelombang 1608,63 cm -1 merupakan tekukan OH yang berasal dari molekul air pada daerah interlayer yang

terikat dengan anion interlayer. Serapan untuk ion CO 3 2- pada interlayer

diindikasikan dengan munculnya puncak pada bilangan gelombang 1361,74 cm -1 yang merupakan serapan untuk uluran simetris O=C-O dan sekitar 669,30 cm -1

yang merupakan tekukan O=C-O dari CO 3 2- .

Uluran Mg-O dan Al-O ditunjukkan oleh dua puncak pada bilangan gelombang 449,41 dan 553,57 cm -1 . Hasil ini mendekati dengan hasil penelitian Davydov (1984) dan Shiddiq (2005) yang menyebutkan bahwa puncak pada bilangan gelombang sekitar 550 cm -1 merupakan uluran Al-O sehingga bilangan gelombang 416,6 cm -1 kemungkinan merupakan uluran Mg-O.

Analisis spektra FTIR di atas menunjukkan adanya ikatan Mg-O, Al-O serta gugus hidroksi dan karbonat. Hasil ini mengidentifikasikan bahwa senyawa

yang dianalisis merupakan Mg/Al-hydrotalcite dengan anion interlayer CO 3 2- yang mempunyai rumus kimia [Mg 1-x Al x (OH) 2 ] x+ (CO 3 ) x/m .H 2 O (Heraldy et al., 2006).

3. Analisis Termal

Analisis termal dilakukan menggunakan Thermo Gravimetric - Differential Thermal Analysis (TG-DTA). Analisis DTA ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh kenaikan temperatur terhadap perubahan struktur Mg/Al- hydrotalcite, baik yang berjalan secara eksotermik maupun endotermik. Sementara itu, TGA mendeteksi setiap perubahan massa yang terjadi pada cuplikan sebagai akibat dari kenaikan temperatur. Salah satu perubahan struktur adalah pelepasan gugus fungsi, sehingga analisis ini dapat memperkuat analisis FTIR. Analisis DTA/TGA pada penelitian ini dilakukan dalam atmosfir udara Analisis termal dilakukan menggunakan Thermo Gravimetric - Differential Thermal Analysis (TG-DTA). Analisis DTA ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh kenaikan temperatur terhadap perubahan struktur Mg/Al- hydrotalcite, baik yang berjalan secara eksotermik maupun endotermik. Sementara itu, TGA mendeteksi setiap perubahan massa yang terjadi pada cuplikan sebagai akibat dari kenaikan temperatur. Salah satu perubahan struktur adalah pelepasan gugus fungsi, sehingga analisis ini dapat memperkuat analisis FTIR. Analisis DTA/TGA pada penelitian ini dilakukan dalam atmosfir udara

Gambar 12. Termogram TG (sampel) dan (b) Berdasarkan termogram terjadi perubahan berat dengan munculnya dua berat pertama terjadi sekitar DTA pada temperatur 260,025 Hasil ini sesuai dengan pelepasan gugus OH - pad bahwa terdapat air pada antaranya: (a) ikatan bebas

77 °C, (b) hidrogen air terikat

kenaikan suhu 20 °C/menit dan rentang suhu mulai dari Termogram DTA Mg/Al-hydrotalcite ditunjukkan pada

. Termogram TG-DTA (a) Mg/Al-hydrotalcite hasil sintesis (b) Mg/Al-hydrotalcite (standar) (Kang et al., 2005 n termogram TGA pada Gambar 12, dapat diketahui berat Mg/Al-hydrotalcite pada suhu tertentu yang munculnya dua puncak endotermik pada termogram DTA. Penurunan rjadi sekitar 19,122 % disertai dengan adanya puncak en ratur 260,025 °C yang mengindikasikan pelepasan gugus dengan hasil penelitian Xie et al. (2003) yang menun

pada temperatur 238 °C. Frost et al. (2005) menyebutkan pada lingkungan yang berbeda dalam struktur hydrotalcite bebas air yang hilang pada temperatur rendah antara air terikat pada dirinya sendiri dalam ruang interlayer

mulai dari 40 °C ditunjukkan pada Gambar

hasil sintesis ., 2005). diketahui bahwa tertentu yang disertai DTA. Penurunan puncak endotermik pelepasan gugus OH - . menunjukkan ) menyebutkan hydrotalcite di

rendah antara 29 - ruang interlayer, dan

(c) hidrogen air terikat pada permukaan hidroksi hydrotalcite. Air tipe b hilang antara 77 dan 170 °C dan air tipe c antara 170 dan 235 °C. Suhu yang diperlukan untuk menghapus tipe molekul air b dan c menunjukkan seberapa kuat ikatan hidrogen antara air pada permukaan hidroksi hydrotalcite. Adanya pelepasan ion OH - pada interlayer dikaitkan dengan adanya dehidrasi pada

Mg/Al-hydrotalcite: Mg 6 Al 2 (OH) 16 CO 3 .4H 2 O → Mg 6 Al 2 (OH) 16 CO 3 + 4H 2 O. Penurunan berat kedua terjadi sekitar 31,414 % disertai munculnya puncak endotermik pada temperatur 430,225 °C yang diperkirakan mengindikasikan

pelepasan ion CO 3 2- pada interlayer. Penelitian Frost et al. (2005) juga menyebutkan bahwa pelepasan ion CO 3 2- terjadi pada suhu 410 °C. Adanya pelepasan ion CO 3 2- pada interlayer dikaitkan dengan adanya dekarboksilasi pada Mg/Al-hydrotalcite: Mg 6 Al 2 (OH) 16 CO 3 .4H 2 O→ MgAl 2 O + 5MgO + CO 2 + 12H 2 O + 3/2O 2 Zhao et al. (2003) menyatakan bahwa senyawa Mg/Al-hydrotalcite mempunyai dua penurunan berat, yaitu pada 285 °C terjadi pelepasan OH - dan pada 448,5 °C terjadi pelepasan anion interlayer. Analisis termal ini menunjukkan

bahwa Mg/Al-hydrotalcite mengandung gugus OH - dan CO 3 2- .

Mg/Al-hydrotalcite dimungkinkan mulai terdegradasi pada temperatur di atas 450 °C, yaitu sekitar 464,325 °C. Fakta ini diperkuat dengan hasil penelitian Frost et al. (2005) yang menunjukkan bahwa degradasi struktur Mg/Al- hydrotalcite terjadi pada temperatur 498 °C.

4. Analisis Permukaan

Analisis permukaan Mg/Al-hydrotalcite, hasil sintesis dilakukan dengan Surface Area Analyzer (SAA), di mana terjadi adsorpsi-desorpsi nitrogen yang penting untuk analisis material dalam menentukan luas permukaan dan struktur pori dari suatu sampel karena akan mempengaruhi sifat dan kegunaan material tersebut. Hasil analisis SAA disajikan dalam Tabel 5.

Tabel 5. Hasil analisis SAA Parameter Sampel

Referensi BET BJH BET BJH

Surface area (m 2 /g)

Pore volume (cc/g) Pore radius (Å) Average pore radius (e +2 Å)

Total pore volume (e -1 Å)

93,705 110,073 50 - 100 - (Agustine, 1996 ) 0,695 - 90,816 - 1,4627 10 – 100

(Oscik, 1982) 6,853 -

Dari data pada Tabel 5 diketahui bahwa surface area Mg/Al-hydrotalcite sebesar 93,705 m 2 /g mendekati hasil penelitian Jaqueline et al. (2009) yang menyatakan bahwa surface area Mg/Al-hydrotalcite 87 m 2 /g. Sedangkan,

Kovanda et al. (2005) menyebutkan surface area dari Mg/Al-hydrotalcite 80 -

90 m²/g. Referensi tersebut menunjukkan bahwa Mg/Al-hydrotalcite termasuk dalam klasifikasi luas permukaan sedang karena jika ukuran luas permukaan

suatu padatan 50 - 100 m 2 /g dapat diklasifikasikan sebagai ukuran luas permukaan

sedang (Agustine, 1996 ) . Selain itu, data Average pore radius Mg/Al- hydrotalcite sebesar 10,808 Å menunjukkan pori berukuran mesopori. Menurut Oscik (1982), jika jari-jari pori berukuran 10 - 100 Å, maka diklasifikasikan ke

dalam ukuran mesopori.