Model Isoterm Adsorpsi untuk Mendeskripsikan Ikatan antara Anion Nitrat (NO3-) oleh Silika dari Bagasse Tebu.

MODEL ISOTHERM ADSORPSI UNTUK MENDESKRIPSIKAN IKATAN ANTARA ANION NITRAT (NO3-_{) OLEH SILIKA DARI}

BAGASSE TEBU TUGAS AKHIR SKRIPSI

Diajukan Kepada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta Untuk Memenuhi

Sebagian Persyaratan Guna Memperoleh Gelar Sarjana Sains

Oleh : Seti Fani NIM 13307141026

PROGRAM STUDI KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

i

MODEL ISOTHERM ADSORPSI UNTUK MENDESKRIPSIKAN IKATAN ANTARA ANION NITRAT (NO3-_{) OLEH SILIKA DARI}

BAGASSE TEBU

TUGAS AKHIR SKRIPSI

Diajukan Kepada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta Untuk Memenuhi

Sebagian Persyaratan Guna Memperoleh Gelar Sarjana Sains

HALAMAN JUDUL

Oleh : Seti Fani NIM 13307141026

PROGRAM STUDI KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

v

HALAMAN MOTTO

“Jadikanlah sabar dan sholat sebagai penolongmu,

sesungguhnya Allah beserta orang-orang yang sabar.”

(QS. Al-Baqarah: 153)

“Man Shobaro Zafiro.”

(Siapa yang bersabar akan beruntung)

“Allah tidak memikulkan beban kepada seseorang melainkan

sekedar apa yang Allah berikan kepadanya. Allah kelak

akan memberikan kelapangan sesudah kesempitan.”

(QS. At-Thalaq: 7)

“La Tahzan, Innallah Ma’ana.”

(Jangan bersedih, Allah bersama kita)

Hasil bukanlah satu-satunya tujuan, tetapi proses yang benar, niat yang tulus itu yang mengundang Ridho Allah. Bahwa adakalanya nikmat-Nya hati saat rehat dari keterpurukan. Bahwa ada saatnya kita mundur sejenak untuk melompat yang lebih jauh, seperti anak panah yang ditarik dari busurnya (Anonim, 2016).

vi

HALAMAN PERSEMBAHAN

Alhamdulillah.. Alhamdulillah.. Alhamdulillahirabbil’alamiin..

Sujud syukur ku persembahkan kepada Allah SWT atas karunia serta kemudahan yang Engkau berikan padaku akhirnya Tugas Akhir Skripsi ini dapat

terselesaikan.

Karya tulis sederhana ini, saya persembahkan spesial untuk Ayah ku tercinta Wakidi, Ibu ku Mulati, dan simbah putriku.... kalian inspirasi dalam hidup dan

anugerah terindah dari Allah untukku....

Untuk Bapak Jaslin Ikhsan, Ph. D. Yang tak pernah lelah untuk membimbing, memotivasi, menasihati, selalu menjadi pengingat untuk dapat segera menyelesaikan tugas akhir ini....terima kasih Pak Jaslin untuk doa dan

bimbingannya....

Untuk Mas ku yang selalu memberikan semangat dan motivasinya untuk terus maju, melangkah, dan menikmati proses dan tetap progres, untukmu Mas Agus Widyianto....terimakasih telah menjadi kawan terindah dalam jejak langkahku....

Untuk Sahabatku Maria Brigita Novisatri dan Intania Irfani terimakasih untuk semangat kalian, keceriaan selama ini sekaligus telah menjadi sahabat yang baik

dan keluarga yang luar biasa untukku....

Keluarga Kimia B 2013, KKN 23 ND, Remaja Masjid Sa’ad Bin Abi Waqqash, dan Rekan satu penelitian khususnya, yang telah menjadi sahabat dan keluarga

buat Fani, terimakasih terimakasih terimakasih telah menjadi bagian terindah dalam hidupku....

vii

Model Isoterm Adsorpsi untuk Mendeskripsikan Ikatan antara Anion Nitrat (NO3-_{) oleh Silika dari Bagasse Tebu}

Oleh : Seti Fani NIM 13307141026

Pembimbing : Jaslin Ikhsan, Ph. D. ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakter silika gel dari bagasse tebu yang telah disintesis, mengetahui pengaruh konsentrasi terhadap adsorpsi NO3- _{oleh silika gel, dan menentukan model isoterm adsorpsi NO3}- _{oleh siika gel.}

Silika gel dari bagasse tebu telah dibuat melalui proses sol-gel dengan cara menambahkan HCl 1 M ke dalam larutan natrium silikat hingga pH 7 dan terbentuk gel. Gel yang terbentuk kemudian dikeringkan menggunakan oven pada suhu 80o_{C. Silika gel yang didapat dikarakterisasi secara XRD, FTIR, serta diuji} kemampuan adsorpsinya terhadap anion NO3- _{pada berbagai konsentrasi.}

Hasil karakterisasi secara Difraksi Sinar-X menunjukkan bahwa silika gel berstruktur amorf, sedangkan karakterisasi FTIR menunjukkan bahwa silika gel telah berhasil disintesis ditandai dengan munculnya puncak serapan pada panjang gelombang 1094,90 cm-1 _{yang mengindikasikan adanya gugus Si-O dan puncak} serapan pada panjang gelombang 3460,21 cm-1 _{yang mengindikasikan adanya} gugus –OH. Analisa UV-Vis menunjukkan bahwa penambahan konsentrasi NO3 -menyebabkan daya adsorpsi silika meningkat. Model terhadap data isotherm menunjukkan bahwa adsorpsi mengikuti model isotherm Freundlich yang berarti terjadi pembentukan di permukaan silika. Dubinin-Raduskevich model menunjukkan bahwa energi yang terlibat dalam adsorpsi sebesar 5,607 kJ/mol sehingga adsorpsi terjadi melalui fisi sorpsi.

viii

Model Isotherm Adsorption to Describe the Bonding between Anions Nitrate (NO3-_{) by Silica from Sugarcane Bagasse}

By : Seti Fani NIM 13307141026

Supervisor : Jaslin Ikhsan, Ph. D. ABSTRACT

This study was to determine the character of silica gel from sugarcane bagasse that had synthesized, to determine the effect of concentration on the NO3 -adsorption by silica gel, and to determine the model of -adsorption isotherms NO3- by silica gel.

Gel silica from sygarcane bagasse have been prepared through sol-gel method with addition of HCl 1 M to a solution of sodium silicate until pH 7 and formed gel. The gel dried in oven at 80o_{C. Gel silica were characterized with} XRD, FTIR and used for NO3- _{adsorption for various concentrations.}

The result of X-Ray Diffraction characterization showed that gel silica had amorphous structure, while the result of FTIR showed that the gel silica have been successfully synthesized which were indicated by the appearance of absorption peaks at wavelengths of 1094.90 cm-1 _{indicating the Si-O group and the} absorption peak at a wavelength of 3460.21cm-1 _{indicating the} –_{OH group.} Uv-Vis analysis showed that increasing the concentration of NO3- anion caused the increasing adsorption capacity of silica. The model of isotherm shows that the adsorption follows the Freundlich isotherm model. Which means the formation occurs on the surface on the silica. Dubinin-Radushkevich models showed that its involved in adsorption of 5.507 kJ/mole so that the adsorption occur through physisorpsi.

Keywords: Sugarcane Bagasse, adsorption of NO3-, adsorption isotherms, gel

ix

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan kekuatan, petunjuk dan kemudahan sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir skripsi yang berjudul “Model Isotherm Adsorpsi untuk Mendeskripsikan Ikatan antara Anion Nitrat (NO3-_{) oleh Silika dari Bagasse} Tebu”. Shalawat serta salam semoga terlimpah kepada suri tauladan Nabi Muhammad SAW, kepada keluarga dan para sahabat.

Skripsi ini dapat terselesaikan berkat bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis menyampaikan perhargaan yang tinggi dan mengucapkan terimakasih kepada semua pihak terutama kepada:

1. Dr. Hartono selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam yang memberikan persetujuan pelaksanaan Tugas Akhir skripsi ini.

2. Drs. Jaslin Ikhsan, M.App.Sc., Ph.D selaku Ketua jurusan Pendidikan Kimia UNY dan Ketua Program Studi Kimia sekaligus Dosen Pembimbing TAS yang telah banyak memberikan semangat, dorongan, dan bimbingan selama penyusunan Tugas Akhir Skripsi ini.

3. Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi atas dukungan dana melalui Beasiswa Bidikmisi.

4. Dr. Crys Fajar Partana, M.Si dan Susila Kristianingrum, M.Si selaku Penguji Utama dan Penguji Pendamping yang sudah memberikan koreksi perbaikan secara komprehesif terhadap TAS ini.

x

5. Seluruh Dosen, Staff, dan Laboran Jurusan Pendidikan Kimia FMIPA UNY yang telah banyak membantu selama perkuliahan dan penelitian.

6. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir Skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa penulisan Skripsi ini masih jauh dari sempurna, sehingga dengan kerendahan hati penulis mengharapkan saran dan kritik agar dapat menyempurnakan skripsi dan perkembangan selanjutnya. Semoga Skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis, pembaca dan peneliti serta perkembangan ilmu pengetahuan pada umumnya.

xi DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ...i

HALAMAN PERSETUJUAN ...ii

HALAMAN PERN YATAAN ...iii

HALAMAN PENGESAHAN ...iv

HALAMAN MOTTO ...v

HALAMAN PERSEMBAHAN ...vi

ABSTRAK...vii

ABSTRACT ...viii

KATA PENGAN TAR ...ix

DAFTAR ISI ...xi

DAFTAR GAMBAR ...xiii

DAFTAR TABEL...xiv

DAFTAR LAMPIRAN ...xv

BAB I. PENDAHULUAN ...1

A. Latar Belakang Masalah ...1

B. Identifikasi Masalah...4

C. Pembatasan Masalah ...4

D. Perumusan Masalah ...5

E. Tujuan Penelitian ...5

F. Manfaat Penelit ian ...5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA...7

A. Kerangka Teori ...7

1. Bagasse Tebu...7

2. Silika Gel ...8

3. Proses Sol-Gel ...9

4. Nitrat (NO3-_{) ...10}

5. Adsorpsi ...12

6. Sorpsi dan Faktor yang Mempengaruhi Pengikatan...13

7. Model Isotherm Sorpsi ...16

8. Uji Spektrofotometer UV-Vis ...20

9. Uji Spektofotometer FTIR...23

10. Difraksi Sinar X ...25

B. Penelit ian yang Relevan ...26

C. Kerangka Berfikir ...28

BAB III METODE PENELITIAN ...30

A. Subjek dan Objek Penelit ian ...30

1. Subjek Penelitian ...30

2. Objek Penelitian ...30

B. Variabel Penelit ian ...30

xii

2. Variabel Kontrol...30

3. Variabel Terikat...30

C. Alat dan Bahan Penelitian ...31

1. Alat-alat ...31

2. Bahan-bahan ...31

D. Prosedur Kerja ...32

1. Pembuatan Larutan Bahan ...32

2. Sintesis Silika Gel dari Abu Bagasse Tebu ...32

E. Analisis Data ...35

1. Teknik Pengolahan Data ...35

2. Teknik Analisis Data ...36

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ...39

A. Hasil Penelitian ...39

1. Hasil Sintesis Silika Gel dari Bagasse tebu ...39

2. Hasil Analisis Secara Difraksi Sinar-X (XRD) ...40

3. Hasil Analisis Secara Spektroskopi FTIR ...40

4. Kesetimbangan Adsorpsi Anion NO3- oleh Silika Gel pada Berbagai Konsentrasi Sorbat ...42

5. Model Isoterm Adsorpsi Anion NO3- oleh Silika Gel...42

B. Pembahasan ...46

1. Sintesis Silika Gel dari Bagasse Tebu...46

2. Hasil Analisis secara Difraksi Sinar X ...51

3. Hasil Analisis Secara Spektroskopi FTIR ...51

4. Daya Adsorpsi Silika Gel terhadap Anion NO3- _...53

5. Model Isoterm Adsorpsi Anion NO3- _{oleh Silika Gel...54}

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...57

A. Kesimpulan ...57

B. Saran...57

DAFTAR PUSTAKA ...59

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Struktur Silika Gel ... 8

Gambar 2. Resonansi Ion Nitrat ... 11

Gambar 3. Grafik Isoterm Freundlich ... 17

Gambar 4. Ilustrasi Adsorpsi pada Isoterm Langmuir ... 18

Gambar 5. Kurva Isoterm Adsorpsi Langmuir ... 19

Gambar 6. Kurva Kalibrasi ... 21

Gambar 7. Grafik Hubungan Absorbansi dengan Konsentrasi ... 22

Gambar 8. Difraktogram XRD Silika Gel dari Bagasse Tebu ... 26

Gambar 9. Silika Gel Bagasse Tebu ... 39

Gambar 10. Hasil Karakterisasi Secara Difraksi Sinar-X Silika Gel ... 40

Gambar 11. Spektra FTIR (a) Silika Kiesel Gel 60 Merck, (b) Silika Gel dari Bagasse Tebu ... 41

Gambar 12. Grafik Hubungan antara Daya Ikat Silika dari Bagasse Tebu ... 42

Gambar 13. Pola Isoterm Langmuir ... 45

Gambar 14. Pola Isoterm Freundlich... 45

Gambar 15. Pola Isoterm Dubinin-Radushkevich ... 45

xiv

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1. Perbedaan Antara Fisisorpsi dan Kemisorpsi... 14 Tabel 2. Serapan Karakteristik Senyawa-Senyawa Organo-Silikon ... 25 Tabel 3. Interpretasi Spektra FTIR Silica Gel dari Bagasse Tebu dan Silika

Kiesel Gel 60 Merck ... 52 Tabel 4. Parameter Isoterm Sorpsi ... 55

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Perhitungan untuk Sintesis Silika Gel dari Bagasse Tebu... 64 Lampiran 2. Perhitungan untuk Pembuatan Larutan saat Adsorpsi ... 66 Lampiran 3. Pembuatan Kurva Larutan Standar NO3- _{... 70} Lampiran 4. Data dan Perhitungan Parameter Isoterm Langmuir, Isoterm

Freundlich dan Isoterm Dubinin- Radushkevich ... 71 Lampiran 5. Skema Penelitian ... 79 Lampiran 6. Hasil Karakterisasi FTIR, XRD, dan Analisa Adsorpsi NO3- _secara

UV-Vis... 83 Lampiran 7. Dokumentasi Penelitian ... 88

1 BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Bagasse atau ampas tebu adalah zat padat yang didapatkan dari sisa pengolahan tebu pada industri pengolahan gula pasir. Proses produksi gula menghasilkan bagasse tebu sebesar 90% gula yang dimanfaatkan hanya 5% dan sisanya berupa tetes tebu (molase) dan air (Wijanarko, Witono, & Wiguna, 2006). Bagasse tebu merupakan limbah pabrik gula yang pemanfaatannya belum maksimal. Bagasse tebu mengandung serat (Selulosa, pentosan, dan lignin), abu, dan air (Muryanto, 2014). Untuk meningkatkan nilai dari bagasse tebu semakin meningkat, misalnya sebagai biomassa (Worathanakul, Payubnop, & Muangpet, 2009) dan untuk membuat silika aerogel (Hutabarat & Nikitasari, 2009 ), dan sebagai adsorben (Kanawade & Gaikwad, 2011).

Saat ini, pemanfaatan bagasse tebu masih sangat terbatas. Penelitian ini dimaksudkan untuk memanfaatkan bagasse tebu sebagai pembuatan silika gel, dimana silika gel tersebut akan digunakan sebagai bahan untuk eksperimen adsorpsi pada anion unsur hara yang dibutuhkan oleh tanaman. Ekstraksi SiO2 dari bagasse tebu ini dilakukan dengan menggunakan NaOH untuk menghasilkan larutan Na2SiO3 (Rosmawati, Tjahjanto, & Prananto, 2013) sebagai prekusor gel. Larutan Na2SiO3 kemudian ditambahkan dengan

2

HCL hingga pH 7 agar diperoleh gel (Meirawati, Wardhani, & Tjahjanto, 2013).

Silika gel merupakan padatan anorganik yang memiliki kestabilan termal dan kestabilan mekanik yang cukup dan relatif tak mengembang dalam pelarut organik (Taslimah & Narsito, 2005). Selain dapat menjadi penjerap unsur hara yang baik, silika juga mampu melepaskan kembali (desorpsi) sorbat yang telah diikat oleh laju tertentu.

Penelitian yang berkaitan dengan adsorpsi anion antara lain sorpsi anion nitrat oleh silika dari lumpur lapindo termodifikasi amino (Oktaviana, 2015), adsorpsi AsO43- _{dengan lempung terpilarkan dan oksida besi (Lenoble,} Bouras, Deluchat, & Serpaud, Bernard, 2002), adsorpsi nitrat dalam limbah cair industri pupuk dengan zeolit terdealuminasi (Wahyuni, 2003), adsorpsi NO3- _{dengan abu sekam padi (Widomulyo, 2007), pertukaran NO3}- _{dan PO4} 3-menggunakan penukar ion berupa jerami gandum yang diperlakukan dengan epiklorohidrin (Xu, Gao, Yue, & Zhong, 2010), dan adsorpsi NO3- _dalam limbah cair menggunakan karbon teraktivasi yang berasal dari biomasa (Nunell, Fernandez, Bonelli, & Cukierman, 2012).

Nitrat merupakan anion pencemar air permukaan dan air tanah yang salah satunya dapat disebabkan oleh banyaknya pemberian pupuk nitrogen (Li, 2003) yang tidak sesuai dengan yang diserap oleh tanaman sehingga dapat mencemari tanah karena lebih banyak yang larut dalam air. Nitrat juga dapat berasal dari industri/pabrik-pabrik yang memproduksi pupuk, pengemasan makanan dan minuman. Nitrat dengan konsentrasi tinggi pada air minum

3

dapat menghasilkan nitrosamin yang menyebabkan kanker dan meningkatkan resiko penyakit seperti methemoglobinemia (Schick., et al., 2010).

Salah satu masalah lingkungan yang menjadi perhatian secara global adalah penggunaan pupuk komersial yang tidak efisien. Hal ini menyebabkan kurangnya asupan nutrisi bagi tanaman berupa unsur hara yang dapat berakibat terhadap kualitas panen dan timbulnya kekhawatiran akan terjadinya pencemaran lingkungan dengan pemakaian pupuk secara berlebihan. Oleh karena itu, dipikirkan cara untuk mengatasi masalah ini dengan mengurangi pemakaian sumber nutrisi dari pupuk serta menghindari pemakaian secara berlebihan namun dengan asupan nutrisi yang cukup bagi tanaman. Dengan demikian, hasil panen tetap bahkan bisa meningkat, serta dapat mengurangi terjadinya polusi baik pada tanah maupun perairan yaitu dengan peggunaan pupuk lepas lambat (Matson., et al., 1997).

Model isoterm adsorpsi adalah hubungan yang menunjukkan banyaknya adsorbat yang terserap ke dalam permukaan adsorben sebagai fungsi konsentrasi atau tekanan pada temperatur tetap. Dari persamaan isoterm adsorpsi larutan, dapat dilihat banyaknya zat terlarut yang teradsorpsi pada tiap satuan berat adsorben pada temperatur tertentu, yang dihitung berdasarkan berkurang atau bertambahnya konsentrasi larutan diplot melawan konsentrasi kesetimbangan. Beberapa model isoterm adsorpsi yang diketahui di antaranya model persamaan isoterm Langmuir, isoterm Freundlich, dan isoterm Dubinin-Radushkevich.

4

Berdasarkan uraian singkat di atas, melalui penelitian ini peneliti ingin mengetahui model isoterm adsorpsi anion NO3- oleh silika gel dari bagasse tebu.

B. Identifikasi Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan diatas, pokok permasalahan yang dapat diidentifikasi dalam penelitian ini adalah:

1. Jenis bahan dasar yang digunakan dalam penelitian 2. Jenis adsorben yang digunakan dalam penelitian. 3. Jenis adsorbat yang diteliti dalam penelitian.

4. Variasi konsentrasi yang digunakan selama proses adsorpsi.

C. Pembatasan Masalah

Berdasarkan identifikasi masalah di atas, maka perlu diberikan pembatasan masalah, yaitu:

1. Jenis bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah bagasse tebu dari pedagang es tebu sekitar UNY.

2. Jenis adsorben yang digunakan dalam penelitian ini adalah silika gel dari bagasse tebu

3. Jenis adsorbat yang digunakan dalam penelitian ini adalah anion NO3- 4. Variasi konsentrasi yang digunakan selama proses adsorpsi adalah (0,886;

5 D. Perumusan Masalah

Rumusan masalah penelitian ini adalah:

1. Bagaimana pengaruh konsentrasi anion NO3- terhadap sifat adsorpsi anion NO3- _{oleh silika dari bagasse tebu?}

2. Bagaimana karakter silika gel dari bagasse tebu?

3. Bagaimana model isoterm yang sesuai untuk adsorpsi anion NO3- oleh silika gel dari bagasse tebu?

E. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Mengetahui pengaruh konsentrasi anion NO3- _{terhadap sifat adsorpsi anion} NO3- _{oleh silika dari bagasse tebu.}

2. Mengetahui karakter silika gel dari bagasse tebu.

3. Mengetahui model isoterm adsorpsi anion NO3- _{oleh silika dari bagasse} tebu.

F. Manfaat Penelitian

Adapun manfaat yang diharapkan dari penelitian ini bagi berbagai pihak (Guru, Siswa, Mahasiswa, dan Peneliti lain), antara lain adalah:

1. Memberikan informasi tentang pengaruh konsentrasi terhadap sifat adsorpsi anion NO3- _{oleh silika dari bagasse tebu dan harga konstanta} kesetimbangannya.

6

2. Memberikan informasi tentang karakter silika gel dari bagasse tebu yang telah disintesis.

3. Memberikan informasi tentang model isoterm adsorpsi anion NO3- _oleh silika dari bagasse tebu.

7 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Kerangka Teori 1. Bagasse Tebu

Ampas tebu (bagasse) yang dihasilkan dalam proses pengolahan tebu sebanyak ±30 %. Ampas tebu terdiri atas air (44,5 %), sabut (52,0 %) dan brix (zat padat atau gula yang dapat larut) (3,5 %). Sabut penyusun ampas tebu tersebut mengandung 45 % selulosa, 32 % pentosa, 18 % lignin dan 5 % komponen penyusun yang lain (Santoso, H., 2003) ampas tebu biasanya dimanfaatkan kembali untuk bahan bakar ketel uap (pesawat untuk memproduksi uap dengan jumlah tertentu setiap jamnya pada tekanan dan suhu tertentu) dimana energi yang dihasilkan dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik tenaga uap yang digunakan dalam proses produksi pembakaran bagasse berlangsung pada grate (pengapian) dan furnace (ruang pembakaran). Bagasse yang akan diproses dijatuhkan ke corong kemudian ke grate, dalam grate inilah terjadi beberapa proses yang meliputi proses pengeringan, proses pembentukan karbon dan proses pembakaran sehingga dihasilkan arang bagasse (Santoso, H., 2003).

8 2. Silika Gel

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} dengan anion O2 + _{(Sulastri & Kristianingrum, 2010). Sedangkan} (Govindarajan & Jayalakshmi, 2011) melaporkan pada suhu 500˚C

hingga 700˚C memiliki struktur amorf sedangkan pada 1000˚C memiliki

struktur kristalin. Struktur silika gel ditunjukkan dalam Gambar 1.

Gambar 1. Struktur silika gel

Pada permukaan silika gel terdapat dua jenis gugus, yaitu gugus

silanol (≡Si-OH) dan gugus siloksan (≡Si-O-Si≡). Berdasarkan Sulastri &

Kristianingrum (2010), kapasitas modifier akan dipengaruhi oleh banyaknya gugus silanol, kecuali jika terdapat gugus siloksan yang aktif dan dapat beriteraksi dengan air menghasilkan gugus silanol. Namun meskipun gugus silanol dan siloksan terdapat pada permukaan silika gel, jumlah distribusi per unit area bukan menjadi ukuran kemampuan adsorpsi silika gel. Hal ini

9

karena adanya ketidak-teraturan susunan permukaan SiO4 tetrahedral

(Sulastri & Kristianingrum, 2010).

3. Proses Sol-Gel

Silika dapat disintesis dengan metode sol-gel karena metode ini relatif mudah dilakukan, tidak memerlukan waktu yang lama, dan memiliki homogenitas yang tinggi (Taslimah & Narsito, 2005). Metode sol-gel juga lebih unggul dibanding dengan metode yang lain karena untuk memperoleh komposit padat yang homogen dengan cara pembentukan suspensi koloid yang berbentuk gel dapat melalui proses gelasi sol pada suhu ruang (Ni, Chou, & Chang, 2007).

Proses sol-gel diawali dengan mengasamkan larutan natrium silikat hingga terbentuk gel karena silika memiliki kelarutan yang tinggi, yaitu pada pH lebih dari 10 (Scott & Wiley, 1995). Penambahan asam bertujuan untuk

mendapatkan silika hidrosol (H2SiO3) diikuti reaksi pembentukan sol asam

Si(OH)4 selanjutnya dikeringkan maka akan terbentuk silika gel. Reaksi yang

terjadi sebagai berikut:

Na2SiO3 + 2HCl  H2SiO3 + 2NaCl (1) H2SiO3 + H2O  Si(OH)4 (2)

Penambahan HCl pada larutan Na2SiO3 mengakibatkan terjadinya penurunan pH, sehingga konsentrasi H+ dalam Na2SiO3 semakin meningkat. Hal ini menyebabkan silikat berubah menjadi asam silikat (H2SiO3). Pada kondisi ini sebagian gugus siloksan (S-O-) membentuk gugus silanol (Si-(OH)4). Gugus ini terpolimerasi

10

membentuk ikatan silang Si-O-Si hingga terbentuk gel silika melalui proses kondensasi.

Pada penelitian ini, pengasaman natrium silikat yang dilakukan menggunakan asam klorida. Menurut (Taslimah & Narsito, 2005), pengasaman natrium silikat dengan HCl menyebabkan pembentukan gel yang sangat cepat, hal ini terjadi di sekitar pH 7-9. Penambahan HCl terus menerus akan menyebabkan gel melarut kembali.

4. Nitrat (NO3-₎

Unsur nitrogen (N) dengan unsur fosfor (P) dan kalium (K), merupakan unsur hara yang dibutuhkan oleh tanaman. Bahan tanaman yang kering memiliki kandungan sekitar 2-4% N, jauh lebih rendah dari kandungan C yang berkisar 40%. Namun unsur hara N ini merupakan komponen protein (asam amino) dan klorofil. Bentuk ion yang diserap oleh tanaman umumnya dalam bentuk NO3- dan NH4+ bagi tanaman padi (Fauzi, 2003).

Nitrat (NO3-_{) merupakan anion yang tidak berwarna, tidak berbau,} tidak berasa dan memiliki bentuk triangular. Nitrat sangat aktif bergerak dalam perairan dan merupakan bentuk utama spesies nitrogen di perairan alami. Nitrat termasuk zat hara dan merupakan bentuk nitrogen anorganik siap pakai. Nitrat bertanggung jawab terhadap pertumbuhan tanaman, proses repsoduksi dan fiksasi nitrogen (Jagessar & Sooknundun, 2011). Resonansi ion nitrat ditunjukkan dalam Gambar 2.

11

Gambar 2. Resonansi ion nitrat

Nitrat ditemukan di alam dalam bentuk garam sebagai hasil siklus nitrogen. Nitrat terbentuk dari proses nitrifikasi, yaitu oksidasi ammonia dengan bantuan bakteri dalam tanah. Nitrat banyak digunakan dalam produksi pembuatan pupuk, industri logam, industri farmasi, dan industri makanan sebagai pengawet. Nitrat dihasilkan dari proses oksidasi sempurna senyawa nitrogen dan ammonia di perairan (Effendi & Phil, 2000).

Sumber nitrat dalam perairan secara alami dihasilkan dari proses dekomposisi aerobik bahan organik nitrogen oleh mikroorganisme (Jagessar & Sooknundun, 2011). Perairan akan mengalami pengayaan nitrat karena adanya pembuangan ke perairan yang berasal dari penggunaan pupuk kimia secara intensif yang berasal dari tanah pertanian, peternakan, limbah domestik dan industri.

Nitrat yang berlebihan menyebabkan pertumbuhan tanaman dalam perairan meningkat pesat. Proses ini dikenal sebagai eutrofikasi. Peningkatan populasi tumbuhan air dalam perairan akan menimbulkan kompetisi biota dalam mendapatkan oksigen, memicu kematian organisme, penambahan material organik dalam jumlah besar dan

12

akhirnya oksigen terlarut di perairan menjadi berkurang sehingga perairan akan cenderung bersifat anoksik (Jagessar & Sooknundun, 2011).

5. Adsorpsi

Adsorpsi merupakan suatu fenomena fisik yang terjadi antara molekul-molekul fluida (gas atau cair) yang dikontakkan dengan permukaan padatan (A, Husin Muhammad, 2012). Adsorpsi adalah proses interaksi antara zat penjerap dengan suatu permukaan penjerap sedangkan desorpsi merupakan proses melepaskan molekul dari suatu permukaan. Pada peristiwa adsorpsi terjadi proses pengeluaran kalor (eksoterm) dan sebaliknya ketika desorpsi terjadi proses pengambilan kalor dari lingkungannya (desorpsi) (Keller dalam A, Husin Muhammad, 2012).

Daya adsorpsi adalah kemampuan suatu adsorben untuk menarik sejumlah adsorbat. Adsorpsi tergantung dari beberapaa faktor, diantaranya pada luas spesifik padatan atau luas permukaan adsorben, konsentrasi keseimbangan zat terlarut atau tekanan adsorpsi gas, temperatur pada saat proses berjalan, dan sifat adsorbat dan adsorben, sehingga daya adsorpsinya semakin kuat (Laksono, 2002).

Faktor yang mempengaruhi adsorpsi di antaranya adalah konsentrasi adsorben, jenis bahan dasar adsorben, luas permukaan adsorben, jenis adsorbat, pH sistem, dan waktu interaksi adsorpsi. Terdapat dua jenis adsorpsi, yaitu adsorpsi secara kimia (kemisorpsi) dan adsorpsi secara fisika (fisisorpsi).

13 a. Fisisorpsi

Fisisorpsi merupakan adsorpsi fisika dimana dalam proses adsorpsi tersebut terdapat antaraksi Van Der Waals antara adsorbat dan adsorben. Antaraksi Van Der Waals mempunyai jarak jauh, tetapi lemah, dan energi yang dilepaskan jika partikel terfisisorpsi mempunyai orde besaran yang sama dengan entalpi kondensasi.

b. Kemisorpsi

Pada kemisorpsi atau adsorpsi kimia, partikel melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan kimia (ikatan kovalen), dan cenderung akan mencari tempat yang dapat memaksimalkan bilangan koordinasi dengan adsorbennya. Molekul yang terkemisorpsi dapat terpisah karena valensi atom permukaan yang tak terpenuhi. Adanya fragmen molekul pada permukaan, sebagai hasil kemisorpsi adalah salah satu penyebab permukaan mengkatalis reaksi (Atkins, 1997). 6. Sorpsi dan Faktor yang Mempengaruhi Pengikatan

Sorpsi terdiri dari adsorpsi dan desorpsi. 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 dan atom dapat menempel pada permukaan dengan dua cara. Dalam fisisorpsi (adsorpsi fisika) terdapat antar aksi van der Waals

14

(contohnya, disperse atau antaraksi dipolar) antara adsorbat dan substrat. Entalpi kemisorpsi jauh lebih besar daripada entalpi fisisorpsi (Atkins, 1999).

Perbedaan fisisorpsi dan kemisorpsi ditunjukkan dalam Tabel 1. Tabel 1. Perbedaan Antara Fisisorpsi dan Kemisorpsi

(S. A. Iqbal dan Y. Mido, 1996).

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 adsroben 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.

b. Ukuran molekul adsorbat

Adsorpsi fisika Adsorpsi kimia Disebabkan oleh gaya antar

molekul van der Waals

Disebabkan oleh pembentukan ikatan kimia

Tergantung pada gas alam, gas mudah mencair dan teradsorpsi mudah

Jauh lebih spesifik daripada adsorpsi fisika

Panas adsorpsi kecil (sekitar 5 kkal/mo l)

Panas adsorpsi besar (20-100 kkal/mo l)

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 mult i molekuler lapisan dipermukaan adsorben

15

Molekul yang besar akan lebih mudah teradsorpsi daripada 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.

c. Konsentrasi adsorbat

Konsentrasi adsorbat yang tinggi akan menghasilkan daya dorong (driving force) yang tinggi bagi molekul adsorbat untuk msuk ke dalam situs aktif adsorben.

d. Suhu

Adsorpsi merupakan proses kinetika maka pengaturan suhu akan mempengaruhi kecepatan proses adsorpsi.

e. pH

pH mempengaruhi terjadinya ionisasi ion hydrogen dan ion ini sangat kuat teradsorpsi. Asam organic lebih mudah teradsorpsi pada pH rendah sedangkan basa organic terjadi pada pH tinggi.

f. Waktu pengadukan

Waktu pengadukan yang relative lama akan memberikan waktu kontak yang lebih lama terhadap adsorben untuk berinteraksi dengan adsorbat (Asep, 2009).

16 7. Model Isotherm Sorpsi

Isoterm adsorpsi merupakan hubungan konsentrasi zat terlarut yang teradsorpsi pada padatan dengan konsentrasi larutan, pada suhu tetap. Persamaan isoterm adsorpsi yang lazim digunakan ialah yang dikaji dan dikembangkan oleh Freundlich, Langmuir, dan Dubinin-Radushkevich.

a. Isoterm Freundlich

Salah satu pendekatan dengan isoterm adsorpsi berdasarkan yang dijelaskan oleh Freundlich. Menurut Freundlich, jika � / m adalah berat zat terlarut per gram adsorben dan C adalah konsentrasi zat terlarut dalam larutan. Dari konsep tersebut dapat diperoleh persamaan sebagai berikut.

� / m = Kf. �� / (1)

log qe = log Kf + 1/n. log Ce (2) dimana:

� = berat zat yang diadsorpsi m = berat adsorben

qe = jumlah adsorbat teradsorpsi per gram adsorben (mol/g)

�� = konsentrasi pada saat setimbang Kf = konstanta isoterm Freundlich n = kapasitas atau intensitas adsorpsi

Kemudian k dan n adalah konstanta adsorpsi yang nilainya bergantung pada jenis adsorben dan suhu adsorpsi. Bila dibuat kurva

17

log qe terhadap log Ce akan diperoleh persamaan linier dengan intersep log Kf dan kemiringan 1/n, sehingga nilai k dan n dapat diketahui (Handayani & Sulistyono, 2009). Grafik isoterm Freundlich ditunjukkan dalam Gambar 3.

Gambar 3. Grafik Isoterm Freundlich (Atkins, 1997: 443-444) b. Isoterm Langmuir

Model isoterm Langmuir mengasumsikan bahwa permukaan adsorben terdiri atas situs adsorpsi di mana semua adsorbat hanya teradsorpsi pada situs aktif dan tidak terjadi interaksi antar adsorbat, sehingga yang terbentuk adalah lapisan adsorpsi mono molekuler di mana jumlah molekul yang teradsorpsi tidak akan melebihi jumlah situs aktif (Taslimah & Narsito, 2005).

Persamaan Langmuir dapat ditulis sebagai berikut. �� �_�

=

� �_{��� .}

+

�� �_��� Keterangan:

�_�= Konsentrasi adsorbat 2.3

2.8 3.3 3.8

4.5 5 5.5 6 6.5

log q

e

(m

ol

/g)

18

�_� = jumlah adsorbat yang teradsorp oleh adsorben pada saat setimbang

� _�� = kapasitas adsorpsi maksimum

�_� = konstanta isoterm Langmuir Dengan membuat kurva ��

�� terhadap

�

� akan diperoleh persamaan

linear, dari besar kecilnya nilai

�

_��� dan (Handayani & Sulistyono, 2009). Gambar ilustrasi adsorpsi dengan isoterm Langmuir ditunjukkan dalam Gambar 4.

Gambar 4. Ilustrasi Adsorpsi pada Isoterm Langmuir Persamaan isoterm Langmuir dapat ditulis sebagai berikut:

��

�_�

=

� �_���.

+

��

�_��� (3) Keterangan:

Ce = konsentrasi pada saat setimbang (mol/L)

qe = jumlah adsorbat per gram adsorben (mol/g) qmax = kapasitas adsorpsi maksimum (mol/g) KL = konstanta isoterm Langmuir (L/mol)

19 Berdasarkan kurva ��

�_� terhadap �� akan diperoleh persamaan linier, dan diketahui nilai � _�� dan �_�. Gambar grafik isoterm Langmuir ditunjukkan dalam Gambar 5.

Gambar 5. Kurva Isoterm Adsorpsi Langmuir

(Murni Handayani & Eko Sulistiyono, 2009; Maria Angela dkk., 2015).

Besar kecilnya nilai qmax dan KL dapat diketahui dengan cara mensubtitusiikan persamaan linear yang diperoleh dari kurva hubungan Ce/N terhadap Ce (Gambar 5) ke dalam persamaan 3 (Murni Handayani & Eko Sulistiyono, 2009; Maria Angela dkk., 2015).

c. Isoterm Dubinin-Radushkevich

Isoterm Dubinin-Radushkevich digunakan untuk mengetahui mekanisme adsorpsi. Teori ini dapat membedakan antara adsorpsi secara fisika dan kimia berdasarkan nilai energi adsorpsi yang didapat (Chen & Chen, 2009). Isoterm adsorpsi juga dapat digunakan untuk memperkirakan karakterisasi porositas adsorben dan energi adsorpsi seperti pada penerapan isoterm adsorpsi Dubinin-Radushkevich.

20

Dubinin-Raduskevich mengasumsikan bahwa kurva adsorpsi berhubungan dengan porositas adsorben (Abdelwahab, 2007). Bentuk linier persamaan isoterm Dubinin-Radushkevich adalah sebagai berikut:

ln qe = ln QD - BD

ε

2

(4)

QD adalah kapasitas maksimum (mmol/g), BD adalah konstanta Dubinin-Radushkevich (mol2_{. K /J}2_{) dan}

ε

_{adalah potensial Polanyi} yang diperoleh dari persamaan berikut:

ε

= RTln( 1 +

�� ) (5) Energi adsorpsi rata-rata (ED) (kJ/ mol) dapat dihitung dari persamaan berikut:

ED = +

√ � (6)

8. Uji Spektrofotometer UV-Vis

Serapan cahaya oleh molekul dalam daerah spektrum ultraviolet dan tampak tergantung pada strukstur elektronik dari molekul. Spektra ultraviolet dan terlihat dari senyawa-senyawa organik berkaitan erat transisi-transisi di antara tingkatan-tingkatan tenaga elektronik. Disebabkan karena hal ini, maka serapan radiasi ultraviolet /terlihat sering dikenal sebagai spektroskopi elektronik (Hardjonosastrohamidjojo, 2007:11). Pengukuran adsorbansi dilakukan pada panjang gelombang maksimum, dimana pada panjang gelombang tersebut adsorbansinya

21

maksimum (Hendayana dkk., 1994). 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 yang ditunjukkan dalam Gambar 6.

Gambar 6. Kurva Kalibrasi

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. Larutan-larutan encer ini diukur absorbansinya/ transmitansinya pada panjang gelombang maksimum. Bila sistem ideal, akan diperoleh garis lurus pada titik (0,0) karena secara

22

matematik hubungan antara absorbansi dengan konsentrasi menurut hukum Lambert-Beer dinyatakan dalam persamaan

log

� = A =

α

b c (7)

Keterangan:

A _{: absorbansi (tanpa satuan)}

α : koefisien ekstingsi molar b _{: panjang jalan sinar (cm)} C : konsentrasi (molar)

Konsentrasi suatuan 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 seperti dalam Gambar 7 (Kristianingrum & Dkk, 2011).

23

Grafik tersebut merupakan grafik kurva kalibrasi hubungan absorbansi dengan konsentrasi dimana a merupakan slope/kemiringan dari grafik tersebut.

9. Uji Spektofotometer FTIR

Spektrofotometri inframerah merupakan suatu metode yang mengamati interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik yang berada pada daerah panjang gelombang 0,75-1.000µm atau pada bilangan gelombang 13.000–10cm-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 diluar merah). Supaya terjadi peresapan radiasi inframerah, maka ada beberapa hal yang perlu dipenuhi, yaitu:

a. Absorpsi terhadap radiasi inframerah dapat menyebabkan eksitasi molekul ketingkat energi vibrasi yang lebih tinggi dan besarnya absorbsi adalah terkuantitasi.

b. Vibrasi yang normal mempunyai frekuensi sama dengan frekuensi radiasi elektromagnet ik yang diserap.

24

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.

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 yang 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. Kegunaan yang lebih penting dari spektrum inframerah adalah memberikan keterangan tentang molekul. Vibrasi rentangan silikon-karbon menyerap pada daerah kedudukan yang pasti dari vibrasi Si-C tergantung pada sifat karbon. Serapan karakteristik senyawa-senyawa karbon-silikon ditunjukan pada tabel Tabel 2.

25

Tabel 2. Serapan Karakteristik Senyawa-Senyawa Organo-Silikon (Hardjono sastro hamidjo jo,1992:102)

10. Difraksi Sinar X

Difraksi sinar X merupakan instrumen yang digunakan untuk mengidentifikasi material kristalin maupun non kristalin, dan juga kemurnian suatu materi. Sinar X dihasilkan ketika tegangan tinggi dikenai terhadap dua elektron. Ketika elektron mempunyai energi yang cukup dan kecepatan yang tinggi, maka elektron tersebut akan keluar dari katoda dan menumbuk elektron materi pada anoda. Elektron tersebut kemudian melambat dan kehilangan energinya. Ketika elektron kehilangan energinya, terbentuklah sinar X kontinyu dengan beberapa panjang gelombang (Waseda, Matsubara,

Gugus

Fungsional Frekuensi (cm

-_{) Panjang Gelombang} (μm₎

Si-H 2230-2150 4,48- 4,65

890-860 11,24-11, 63

Si-OH 3390-3200 2,95- 3, 13

870-820 11,49-12, 20

Si-O 1110-100 9,01- 10, 00

SO-O-Si

(disiloksan) 1053 9,50

Si-O-Si (linier)

1080 9,26

1025 9,76

Si-O-Si

(trimersiklis) 1020 9,80

Si-O-Si

(tetramersikli) 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

Si(CH3)2 1260 7,93

840 11,90

Si-C6H5

1632 6,13

1428 7,00

26

& Shinoda, 2011). Berdasarkan hasil experimen Hariharan dan Sivakumar

(2013), pita lebar yang kuat berpusat pada 22°(2θ) menunjukkan silika amorf

yang ditunjukkan oleh Gambar 8.

Gambar 8. Difraktogram XRD silika gel dari bagasse tebu

B. Penelitian yang Relevan

Penelitian yang dilakukan oleh Safitri (2016), dengan judul “Kajian Adsorpsi-Desorpsi Anion Nitrat dan Kation Kalsium pada Zeolit

Termodifikasi CTAB” menyebutkan bahwa adsorpsi anion nitrat dan kation kalsium dapat dijelaskan dengan isoterm adsorpsi Langmuir karena nilai dari regresi (R2_{) lebih mendekati nilai 1 daripada Freundlich. Hal ini menunjukkan} bahwa adsorpsi anion nitrat maupun kation kalsium pada permukaan zeolit terjadi proses adsorpsi monolayer. Model isoterm ini juga digunakan untuk memperkirakan nilai kapasitas adsorpsi dan energi adsorpsi. Kapasitas adsorpsi anion nitrat adalah 2,26 x 10-4 _{mol/g, sedangkan kuntuk kalsium 1,16} x 10-4 _{mol/g. Berdasarkan hasil yang didapat kemampuan nitrat untuk} teradsoprsi lebih besar daripada kation kalsium.

27

Oktaviana (2015) dalam penelitianya yang berjudul “Sorpsi Anion

Nitrat oleh Silika dari Lumpur Lapindo Termodifikasi Amino”. Menemukan bahwa pada pola isoterm adsorpsi anion nitrat pada silika termodifikasi amino dari Lumpur Lapindo mengikuti pola isoterm Freundlich karena harga R2 _yang diperoleh mendekati 1 dan ikatan yang terjadi antara adsorben dan adsorbat adalah lemah.

Kristianingrum, Siswani, & Suyanta (2016) dalam penelitianya yang

berjudul “Pengaruh Jenis Asam Pada Sintesis Gel Dari Abu Bagasse dan Uji Sifat Adsorptifnya Terhadap Ion Logam Tembaga (II)” menyebutkan bahwa

silika gel hasil sintesis dengan asam klorida, asam sulfat, asam asetat, dan asam sitrat 3M mempunyai nilai keassaman berturut-turut sebesar 8,320; 6,554; 6,836 dan 7,574 mmol/g. Sedangkan kadar air masing-masing 12,880; 15,118; 11,085 dan 17,423%. Hasil karakterisasi gugus fungsi dengan spektroskopi inframerah menunjukkan bahwa silika gel hasil sintesis mempunyai kemiripan dengan kiesel gel 60G. Jenis asam kuat dan lemah yang digunakan dalam sintesis mempunyai nilai daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi ion logam tembaga (II) yang berbeda.

Berdasarkan penelitian yang telah ada, pada penelitian ini akan dilakukan sintesis silika gel dari bagasse tebu. Sintesis ini diharapkan dapat mengetahui pengaruh konsentrasi terhadap adsorpsi anion NO3- dan mengetahui model isoterm adsorpsinya.

28 C. Kerangka Berfikir

Penelitian ini diharapkan dapat menjelaskan kekuatan ikatan antara unsur hara dalam tanaman yaitu anion unsur hara NO3- dengan silika dari bagasse tebu. Kekuatan ikatan anatara sorbat dari sorben dapat dipergunakan dalam berbagai kebutuhan, di antaranya adalah untuk pupuk terlepas lambat, karena ikatan yang kuat berarti pelepasan yang lambat.

Kandungan silika dalam bagasse diketahui cukup besar. Kandungan silika dalam bagasse mencapai lebih dari 50% (Hutabarat & Nikitasari, 2009). Randemen silika yang cukup besar ini dapat dimanfaatkan salah satunya sebagai adsorben berupa silika gel, seperti yang telah dilakukan oleh (Nazriati., et al, 2011). Potensi silika gel yang memiliki kemampuan adsorpsi sorbat yang tinggi dan melepaskan unsur hara yang lambat ini dapat diaplikasikan melalui prinsip pupuk slow release fertilizer (SRF) (Ikhsan, Sulastri, & Priyambodo, 2015).

Sintesis silika gel dari bagasse ini dapat menggunakan metode sol-gel. Sol-gel yaitu proses pembuatan polimer anorganik atau keramik dari larutan melalui transformasi dari prekursor cair menjadi sol dan akhirnya ke struktur jaringan yang disebut ‘gel’ (Danks, A.E., 2016). Reaksi ini mudah dilakukan, tidak membutuhkan kondisi khusus, dan tidak membutuhkan temperatur yang tinggi (Young, 2002), sehingga metode ini sangat baik untuk mensintesis silika gel dari bagasse tebu.

Hasil sintesis dikarakterisasi dengan spektroskopi FTIR, difraksi sinar X untuk mengetahui keberhasilan sintesis. Silika gel ini selanjutnya

29

diuji dengan adsorpsi anion NO3- _{dengan variasi anion NO3}-_{. Semakin} besar konsentrasi, semakin besar pula daya adsorpsinya (Altaher & Elqada, 2011). Dari hubungan konsentrasi dan daya adsorpsi ini, dapat diturunkan suatu model isoterm adsorpsi yang dapat menggambarkan kapasitas adsorpsi. Diharapkan dengan sintesis ini dapat mengetahui kapasitas adsorpsi silika gel dari bagasse tebu, maka hasil sintesis silika gel dari bagasse tebu dapat dijadikan dasar untuk pembuatan pupuk SRF.

30 BAB III

METODE PENELITIAN

A. Subjek dan Objek Penelitian 1. Subjek Penelitian

Subjek penelitian ini adalah silika gel dari bagasse tebu. 2. Objek Penelitian

Objek penelitian ini adalah model isoterm adsorpsi anion NO3- _{oleh silika} gel dari bagasse tebu.

B. Variabel Penelitian 1. Variabel Bebas

Variabel bebas dalam penelitian ini yaitu variasi konsentrasi dengan penambahan volume anion NO3- _{sebanyak 1, 3, 4, 5,5 dan 5 mL atau (} 0,886; 1,772; 2,659; 3,545; 4,431; 5,371; dan 6,203 ppm).

2. Variabel Kontrol

Variabel kontrol dalam penelitian ini adalah tekanan yang digunakan selama proses adsorpsi yakni 1 atm, pH 7, waktu adsorpsi 30 menit dan suhu 25˚C (suhu ruang).

3. Variabel Terikat

Variabel terikat dalam penelitian ini adalah daya adsorpsi anion NO3- _oleh silika dari bagasse tebu.

31 C. Alat dan Bahan Penelitian

1. Alat-alat

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: a. Difraktometer Sinar X

b. Spektrofotometer FTIR c. Spektrofotometer Uv-Vis d. pH meter dan pH Universal e. Oven

f. Timbangan g. Penggiling

h. Magnetik Stirrer dan Magnetik bar i. Ayakan 150 dan 100 mesh

j. Perangkat penyaring Buchner

k. Alat-alat gelas: bejana reaksi, labu takar, Erlenmeyer, pipet volum, beker glass, labu ukur, pipet tetes, corong kaca, kaca arloji, spatula dll. 2. Bahan-bahan

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: a. Bagasse tebu

b. HCl, NaOH, CHCl3 dan H2SO4 c. KNO3 sebagai sumber NO3- d. Aquades

e. Aquades bebas ion (aquademineralisata) f. Kertas saring Whatman No.42

32 D. Prosedur Kerja

1. Pembuatan Larutan Bahan

a Larutan NaOH 1 M sebanyak 500 mL

Ditimbang 20 gram kristal NaOH, kemudian dilarutkan dengan aquademineralisata dalam labu takar 500 mL hingga tanda batas. Larutan NaOH 1 M siap digunakan.

b Larutan HCl 1 M sebanyak 500 mL

Larutan HCl 5 M dipipet sebanyak 100 mL, kemudian dimasukkan dalam labu takar 500 mL dan dilarutkan dengan aquademineralisata hingga tanda batas. Larutan HCl 1 M siap digunakan.

c Larutan HCl 0,1 M sebanyak 100 mL

Larutan HCl 0,1 M dipipet sebanyak 1 mL, kemudian dimasukkan dalam labu takar 100 mL dan dilarutkan dengan aquademineralisata hingga tanda batas. Larutan HCl 0,1 M siap digunakan.

2. Sintesis Silika Gel dari Abu Bagasse Tebu a Preparasi Sampel Bagasse tebu

1) Sampel bagasse tebu ditumbuk sampai halus.

2) Sampel dikalsinasi di dalam muffle furnace pada suhu 600o_{C selama} 5 jam.

3) Sampel hasil kalsinasi ditumbuk dan diayak pada ukuran 200 mesh hingga diperoleh abu halus.

33

b. Pembuatan Natrium Silikat dari abu bagasse

1) 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 air sampai pH netral.

3) Hasil pencucian dikeringkan dengan oven pada suhu 80o_{C sampai} massa konstan.

4) Hasil abu yang telah kering, diambil 6 gram dan direaksikan dengan larutan 200 mL NaOH 1 M dalam wadah teflon.

5) Campuran tersebut dipanaskan sampai mendidih selama 1 jam sambil diaduk dengan magnetik stirrer.

6) Filtrat dipisahkan dari endapannya dengan menyaring campuran menggunakan kertas saring whatman no. 42. Diperoleh larutan Na2SiO3 berwarna bening kekuningan.

c. Pembuatan sorben silika gel

1) Larutan Na2SiO3 hasil sintesis, ditambah dengan HCl 1 M secara perlahan-lahan sambil diaduk hingga pH netral dan dibiarkan selama 18 jam.

2) Hasilnya dicuci dengan aquades hingga netral dan disaring dengan penyaring buchner

3) Gel silika yang diperoleh, dioven pada suhu 80o_{C sampai massa} konstan, kemudian ditimbang.

34

d. Adsorpsi anion nitrat (NO3-) oleh silika dari bagasse tebu pada berbagai variasi konsentrasi.

Prosedur adsorpsi yang dilakukan berdasarkan pada prosedur penelitian Jaslin Ikhsan dkk. (2015), yaitu sebagai berikut:

1) Sorben silika gel dengan massa 0,1 gram dilarutkan dalam 100 mL aqua demineralisata pada suhu konstan dan diaduk dengan magnetik stirrer. pH suspensi dipertahankan pada pH 7.

2) Larutan 0,00715 M KNO3-_{, ditambahkan sedikit demi sedikit (1, 3,} 4, 5,5 dan 5 mL) ke dalam campuran suspensi.

3) Pada setiap penambahan larutan 0,00715 M NO3-, pH dipertahankan pada pH 7 dan diaduk selama 30 menit.

4) Sebanyak 5 mL sampel diambil lalu disentrifuge selama 10 menit, kemudian filtratnya masing-masing diambil 1 mL diencerkan 100x pengenceran setelah itu ditambahkan 1 mL HCL 1M, kemudian dianalisis dengan spektrofotometer UV-Vis untuk mengetahui konsentrasi nitrat. Perbedaan konsentrasi awal dan konsentrasi sisa nitrat merupakan jumlah nitrat yang terjerap oleh silika gel pada konsentrasi tersebut.

35 E. Analisis Data

1. Teknik Pengolahan Data

Data yang diperoleh dari penelitian ini berupa data kualitatif maupun kuantitatif.

a Data Kualitatif

Data kualitatif hasil analisis secara XRD dan secara spektroskopi FTIR. Data hasil analisis secara XRD digunakan untuk mengetahui struktur silika gel. Sedangkan data hasil analisis dengan FTIR digunakan untuk mengetahui gugus-gusus fungsi yang terkandung di dalam silika gel untuk memastikan berhasil atau tidaknya proses sintesis.

b Data Kuantitatif

Data kuantitatif diperoleh dari data hasil analisis secara UV-Vis. Data yang dihasilkan berisi informasi tentang pengukuran konsentrasi (kadar) sorbat yatu anion N03-_.

Data yang diperoleh berupa data konsentrasi NO3- _{sebelum dan} sesudah adsorpsi. Data sorpsi tersebut kemudian dianalisis untuk membandingkan daya adsorpsi dan konstanta keseimbangan. Data dari hasil penelitian tersebut dianalisis secara kuantitatif untuk menentukan nilai konstanta keseimbangan (k).

36 2. Teknik Analisis Data

a Penentuan konsentrasi larutan NO3

-Konsentrasi larutan NO3- _{setelah proses adsorpsi dapat} diketahui dengan mensubtitusikan pada persamaan garis linier yng sudah diperoleh dari kurva standar. Kurva standar merupakan kurva hubungan antara konsentrasi larutan standar dengan hasil absorbansi standar. Selanjutnya masing-masing harga absorbansi dari larutan sampel yang telah dihasilkan dari pengukuran secara spektrofotometer UV-Vis disubtitusikan ke dalam persamaan linear yang didapat dari kurva standar sebagai berikut:

Y= aX + b (8)

X = �−

�

Berdasarkan persamaan 8, konsentrasi larutan NO3- dalam larutan dapat ditentukan. Perhitungan dilakukan secara otomatis oleh program komputerisasi dari alat spektrofotometer UV-Vis.

b Penentuan besar % pengikatan

Besar % pengikatan dihitung dengan menggunakan data konsentrasi sisa tersebut. % terikat dihitung dengan persamaab sebagai berikut:

% terikat = C −C i

C x 100% (9)

c Perhitungan daya adsorpsi (N)

Penentuan daya ikat dihitung dengan persamaan kapasitas sorpsi sebagai berikut:

37

N = M

− i i x _{�� � � � ��} (10)

Keterangan:

N = Jumlah adsorbat teradsorp oleh adsorben pada saat setimbang (mol/gram adsorben)

M = Jumlah ion NO3- _{terikat (mol)} d Penentuan Model Isoterm Pengikatan

Model isoterm pengikatan ditentukan berdasarkan tiga model isoterm yaitu Langmuir, Freunlich, dan Dubinin-Radushkevich. Model isoterm ditentukan dari nilai R (pada grafik) yang paling besar dan paling mendekati angka satu. Berikut adalah persamaan model isoterm Langmuir, Freundlich, dan Dubinin-Radushkevich.

��

�_� = �_�.�_��� + ��

�_��� (11)

Keterangan:

�_� = konsentrasi adsorbat

�� = jumlah adsorbat yang teradsorp oleh adsorben pada saat

setimbang

� _�� = kapasitas adsorpsi maksimum

�_�= konstanta isoterm Langmuir Persamaan Isoterm Freundlich

log �_� = log �_� + log �_� (12) Keterangan:

38

�_� = jumlah adsorbat yang teradsorp oleh adsorben pada saat setimbang

� = kapasitas atau intensitas adsorpsi

�_� = konstanta isoterm Freundlich

Persamaan Isoterm Dubinin-Radushkevich

ln qe = ln QD - BD

ɛ

2

₍₁₃₎

Keterangan:

QD = kapasitas maksimum (mmol/g)

BD = konstanta Dubinin-Radushkevich (mol2_{. K /J}2₎

ɛ

=

potensial Polanyi

Penentuan energi adsorpsi (ED) (kJ/mol) dapat dihitung dari persamaan:

ED =

√ � (14)

Keterangan:

39 BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Penelitian

1. Hasil Sintesis Silika Gel dari Bagasse tebu

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah bagasse tebu. Bagasse tebu diperoleh dari lahan perkebunan tebu sekitar Kulon Progo. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh silika gel dari bagasse tebu.

Tahap pertama dalam penelitian ini adalah preparasi sampel. Bagasse tebu dibakar lalu diabukan kedalam muffle furnace pada suhu 600oC, diperoleh abu bagasse tebu berwarna putih. Selanjutnya abu direaksikan dengan NaOH 1M menghasilkan natrium silikat. Natrium silikat ini digunakan sebagai prekursor dalam pembuatan silika gel. Silika gel yang diperoleh berbentuk serbuk berwarna putih seperti pada Gambar 9.

40

Hasil sintesis silika gel dari bagasse tebu tersebut dikarakterisasi secara difraksi sinar X dan spektroskopi FTIR. Karakterisasi secara difraksi sinar X bertujuan untuk mengetahui struktur kristal dari silika, sedangkan karakterisasi secara spektroskopi FTIR bertujuan untuk mengetahui gugus fungsi pada berbagai silika sehingga dapat diketahui keberhasilan sintesis. 2. Hasil Analisis Secara Difraksi Sinar-X (XRD)

Karakterisasi secara difraksi sinar-X bertujuan untuk mengetahui struktur silika hasil sintesis. Pada penelitian ini diperoleh silika berstruktur amorf. Hasil karakterisasi secara difraksi sinar-X dapat ditunjukkan pada Gambar 10.

Gambar 10. Hasil Karakterisasi Secara Difraksi Sinar-X Silika Gel 3. Hasil Analisis Secara Spektroskopi FTIR

Karakterisasi secara spektroskopi FTIR bertujuan untuk mengetahui adanya gugus fungsi yang terdapat pada silika hasil sintesis sehingga dapat dipastikan keberhasilan proses sintesis.

2-theta (deg)

Intensity (cps)

20 40 60 80

0 500 1000 1500 2000

41

Hasil pengujian gugus fungsi dengan FTIR pada silika gel dari bagasse tebu dibandingkan dengan spektra inframerah silika Kiesel gel tipe 60 Merck sebagai standar (Silverstein dalam Sriyanti dkk., 2005) ditunjukkan pada Gambar 11.

Gambar 11. Spektra FTIR (a) silika Kiesel gel 60 Merck, (b) silika gel dari Bagasse Tebu

-OH

-OH

Si-O

Si-O

Si-OH

42

4. Kesetimbangan Adsorpsi Anion NO3- oleh Silika Gel pada Berbagai Konsentrasi Sorbat

Variabel tetap pada eksperimen ini adalah suhu, waktu pengadukan, pH, dan massa adsorben. Pada penelitian ini dilakukan pada suhu 25oC dengan lama pengadukan 30 menit dan pH dibuat tetap yaitu 7. Sebanyak 0,1 gram adsorben dilarutkan ke dalam aqua dimineralisata, kemudian ditambahkan larutan 0,00715 M NO3-_{. Konsentrasi NO3}- _divariasi dengan menambahkan larutan NO3- ke dalam aqua dimineralisata sebanyak 1, 3, 4, 5, 5, dan 5 mL. Grafik hubungan antara daya adsorpsi sorben silika gel terhadap konsentrasi awal NO3- dapat dilihat pada Gambar 12. Perhitungan terlampir pada Lampiran 4 (halaman 77).

Gambar 12. Grafik Hubungan antara Daya Ikat Silika dari Bagasse Tebu terhadap konsentrasi awal nitrat

5. Model Isoterm Adsorpsi Anion NO3- oleh Silika Gel

Penentuan model isoterm adsorpsi diperoleh dari eksperimen pada berbagai variasi konsentrasi adsorbat. Model isoterm adsorpsi yang sering digunakan adalah isoterm Langmuir dan Freundlich. Penentuan isoterm

-5.000E-02 0.000E+00 5.000E-02 1.000E-01 1.500E-01 2.000E-01 2.500E-01 3.000E-01 0.000E+00 5.000E-02 1.000E-01 1.500E-01 2.000E-01 D ay a ads orp si (m m ol /g ra m ads orb en)

Konsentrasi setimbang NO3- (M ) Variasi Konsentrasi

43

adsorpsi Langmuir dilakukan dengan menganalisis kurva hubungan antara Ce (konsentrasi NO3- _{saat setimbang) terhadap Ce/qe (konsentrasi NO3}- _saat setimbang/daya adsorpsi) sesuai dengan persamaan 14. Penentuan isoterm adsorpsi Freundlich ditentukan dari kurva hubungan antara log Ce trehadap log qe sesuai dengan persamaan 15. Kurva yang menunjukkan harga R yang paling mendekati 1 merupakan isotermal adsorpsi NO3- _{yang paling sesuai.} Persamaan Isoterm Langmuir:

�_� �_� =

1 �_{�.����} +

�_� �_��� ��

�_� = 1 �_{�.����} +

1

�_��� x Ce (14)

� = + �

Ce = Konsentrasi NO3- pada saat setimbang (mol/L)

��= Jumlah adsorbat yang teradsorp oleh adsorben pada saat

setimbang (mol/g)

qmax = Kapasitas adsorpsi maksimum (mol/g) KL = Konstanta isoterm Langmuir (L/mol)

Persamaan Isoterm Freundlich: log qe = log KF + 1

� log Ce (15)

Y = a + b x

44

qe = Jumlah adsorbat yang teradsorp oleh adsorben pada saat setimbang (mol/g)

n = Kapasitas atau intensitas adsorpsi KF = Konstanta isoterm Freundlich (L/g)

Persamaan Isoterm Dubinin-Radushkevich:

ln qe = ln QD - BD

ε

2 ₍₁₆₎

Y = a + b x

qe = Kapasitas adsorpsi (mg/g)

QD = Kapasitas adsorpsi maksimum pada persamaan Dubinin- Radushkevich

BD = Intersep dari persamaan Dubinin-Radushkevich

ε

2 _{= Energi bebas rata-rata adsorpsi (kJ/mol)}

Pola isoterm Langmuir, isoterm Freundlich dan isoterm Dubinin-Radushkevich oleh silika gel. Contoh perhitungan dapat dilihat pada Lampiran .

45

Gambar 13. Pola Isoterm Langmuir

Gambar 14. Pola Isoterm Freundlich

Gambar 15. Pola Isoterm Dubinin-Radushkevich

y = -1.3376x + 0.016 R² = 0.1271

0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030

0.0E+00 5.0E-04 1.0E-03 1.5E-03 2.0E-03 2.5E-03 3.0E-03 3.5E-03

Ce

/N

Ce

y = 1.09x + 2.1386 R² = 0.9663

-3.000 -2.500 -2.000 -1.500 -1.000 -0.500 0.000 -5.000 -4.000 -3.000 -2.000 -1.000 0.000 L og N Log Ce

y = -0,0159x + 0,1899 R² = 0,9911

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0

0 50 100 150 200 250 300 350

ln qe q (m ol /g )

46 B. Pembahasan

1. Sintesis Silika Gel dari Bagasse Tebu

Pada penelitian ini dilakukan sintesis silika gel dari bagasse tebu. Sebelum dilakukan sintesis dilakukan preparasi bagasse tebu terlebih dahulu. Reparasi bagasse tebu dilakukan perdasarkan penelitian yang dilakukan oleh (Huda, 2012). Sebelum dilakukan kalsinasi bagasse tebu dikeringkan di bawah sinar matahari selama sehari atau lebih yang bertujuan untuk mengeliminasi kandungan air yang ada di dalamnya dengan penguapan kandungan air yang ada di dalam bagasse tebu sehingga memudahkan dalam tahap pembakaran. Proses penygeringan ini menyebabkan penyebaran panas ke dalam bahan berlangsung secara bertahap dan menyeluruh hingga lebih merata. Demikian halnya pengeringan yang menggunakan oven. Saat bahan mulai terkena oleh panas oven, laju pengeringan mulai menurun, dan masih tersisa kandungan air pada bahan. Adanya sisa air dalam bagasse tebu menghalangi proses difusi komponen kimia yang ada dalam bagasse tebu ketika dipanaskan (Harsono, 2002).

Bagasse atau ampas tebu dibakar, menghasilkan abu yang berwarna hitam. Selanjutnya abu tersebut ditumbuk hingga halus guna untuk memperkecil ukuran abu agar mempermudah tahap penggabungan. Tahap berikutnya, abu bagasse tebu diabukan dengan muffle furnace pada suhu 600o_C-700o_{C selama 5 jam. Tahap pengabuan ini bertujuan untuk} menghilangkan fraksi organik (pengotor) yang ada di dalam bagasse tebu,

47

sehingga yang tertinggal hanya fraksi anorganiknya saja. Aktivasi fisik dengan cara pemanasan bertujuan untuk membuka dan menambah volume pori pada silika gel dan meningkatkan luas permukaan silika gel agar kapasitas penyerapannya menjadi bertambah besar. Proses pengabuan dilakukan dibawah suhu 800o_{C untuk mencegah terjadinya transformasi} silika yang berstruktur amorf menjadi kristalin, dan diatas suhu 500o_{C untuk} mempercepat waktu pembakaran. Berdasarkan penelitian Govindarajan & Jayalakshmi, (2011) yang menyatakan bahwa struktur abu bagasse tebu berubah dari amorf pada 500o_{C sampai 700}o_{C menjadi struktur kristalin} pada suhu 1000o_{C. Semakin rendah temperatur pembakaran maka waktu} yang diperlukan untuk menghasilkan abu bagasse tebu yang berwarna putih menjadi lebih lama. Hal ini dikarenakan pada proses pembakaran reaksi organik pada temperatur yang rendah memiliki kecepatan pembakaran yang rendah (Chakraverty, Mishra, & Banerjee, 1988). Bagasse tebu yang terbakar secara sempurna akan berwarna putih, sedangkan abu bagasse tebu yang tidak terbakar sempurna akan berwarna hitam (Chakraverty et. al., 1988).

Setelah kalsinasi abu diayak dengan ukuran 200 mesh agar diperoleh abu dengan ukuran yang sama dan memperluas permukaan silika gel. Reaksi yang terjadi pada proses pengabuan menurut Nuryono (2006) adalah sebagai berikut:

48

Sebanyak 20 gram abu bagasse tebu yang diperoleh dari tahap pengabuan dimasukkan dalam 1 liter HCl 0,1 M selanjutnya dikeringkan dengan oven pada suhu 80o_{C. Pencucian ini bertujuan untuk menghilangkan} zat anorganik yang masih terdapat pada abu (Chandrasekhar, Pramada, & Majeed, 2006).

Selanjutnya ektraksi natrium silikat dilakukan menggunakan NaOH 1 M dengan perbandingan 6 gram abu bagasse tebu dalam 200 mL NaOH dan dipanaskan sampai mendidih. Hasil filtrat yang didapat berwarna bening kekuningan kemudian disaring menggunakan penyaring buchner. Menurut (Mardiana, Wardhani, & Purwonugroho, 2013) reaksi ekstraksi natrium silikat mengikuti persamaan sebagai berikut:

SiO2 (s) + 2 NaOH(aq)  Na2SiO3(aq) + H2O (l)

Proses yang terjadi adalah pelarut NaOH menebus kapiler-kapiler abu dan melarutkan silika. Dengan cara difusi akan terjadi keseimbangan konsentrasi antara larutan silika yang terdapat dalam abu tersebut dengan larutan NaOH. Berdasarkan percobaan, didapatkan volume 180mL Na2SiO3 dari 200 mL NaOH 1 M. Larutan Na2SiO3 selanjutnya direaksikan dengan asam klorida, sebagai tujuan untuk berlangsungnya reaksi polimerisasi dan kondensasi. Penggunaan larutan (HCl) mengacu pada penelitian terdahulu yang telah dilakukan oleh Sutrisno, (2016) dimana telah terbukti bahwa dengan menggunakan HCl akan menghasilkan silika gel dengan porositas yang lebih besar dibandingkan penggunaan asam lain, sehingga diharapkan kapasitas adsorpsi dari sorben yang dihasilkan lebih besar. Menurut

49

Mardiana et al., (2013), reaksi antara HCl dan Na2SiO3 dapat dituliskan sebagai berikut:

Na2SiO3 (aq) + 2HCl (aq) ⟶H2SiO3 (aq) + 2NaCl (aq) H2SiO3 (aq) + H2O (l) ⟶ Si(OH)4 (aq)

Selanjutnya monomer-monomer asam silikat mengalami polimerisasi kondensasi membentuk dimer, trimer, dan seterusnya sampai akhirnya membentuk polimer asam silikat (Prastiyanto, Azmiyawati, & Darmawan, 2010). Reaksi pembentukan silika gel ditunjukkan pada Gambar 16.

Gambar 16. Pembentukan Silika Gel

Berdasarkan percobaan penambahan HCl 1 M pada larutan Na2SiO3 mengakibatkan terjadinya penurunan pH, sehingga konsentrasi H+ _dalam Na2SiO3 semakin meningkat. Hal ini menyebabkan silikat berubah menjadi asam silikat (H2SO3) yang menyebabkan sebagian gugus siloksan (S-O-₎ membentuk gugus silanol (Si-(OH)4. Gugus (Si-(OH)4 ini terpolimerisasi membentuk ikatan silang ≡Si-O-Si≡ hingga terbentuk gel silika melalui proses kondensasi, sesuai persamaan reaksi:

50

≡Si-O- + H+ ⟶ ≡Si-OH

≡Si-OH + ≡Si-O- ⟶ ≡Si-O-Si≡ + OH

Asam silikat bebas akan membentuk dimer, trimer hingga terbentuk polimer asam silikat. Agregat polimer akan bergabung membentuk bola polimer yang disebut primary silika particle. Pada ukuran tertentu Primary Silica Particel ini akan mengalami kondensasi membentuk fasa padatan (alkogel). Jika alkogel ini didiamkan akan mengalami pelepasan NaCl sehingga dihasilkan ge yang kaku disebut hidrogel (Taslimah & Narsito, 2005).

Selanjutnya gel yang terbentuk disaring dengan penyaring Buchner dan dicuci dengan aquabides hingga pH netral. Proses pencucian ini bertujuan agar gel bebas dari ion Cl- _{yang terbentuk dari penambahan HCl} tadi. Apabila larutan hasil pencucian direaksikan dengan AgNO3 akan menghasilkan filtrat yang berwarna keruh maka dapat disimpulkan bahwa masih adanya kandungan ion Cl- _{di dalam gel. Pencucian ini dilakukan} sampai larutan hasil pencucian benar-benar bening jika direaksikan dengan AgNO3.

Residu dikeringkan dalam oven pada suhu 80o_{C sampai massa} konstan. Proses ini akan menghasilkan serbuk silika gel kering atau xerogel yang akan digunakan sebagai adsrben. Selanjutnya silika gel digerus menggunakan mortar usahakan sampai halus bertujuan untuk memperluas permukaan pori silika sebelum digunakan untuk adsorben.

51 2. Hasil Analisis secara Difraksi Sinar X

Hasil analisis secara difraksi sinar-X ini bertujuan untuk mengetahui struktur dari serbuk silika hasil sintesis. Berdasarkan hasil yang dianalisis menggunakan X-Ray Difraction (XRD), dapat dinyatakan bahwa silika gel memiliki puncak yang landai pada sudut 2ϴ = 21,7864. Menurut Kalapathy, Proctor, & Shultz, (2002) puncak yang landai ini menunjukkan bahwa struktur abu bagasse tebu berupa padatan amorf. Struktur amorf ini sangat bergantung pada suhu pengabuan saat pemurnian silika.

3. Hasil Analisis Secara Spektroskopi FTIR

Analisis menggunakan spektrofotometer FTIR bertujuan untuk mengidentifikasi gugus-gugus fungsi yang terdapat pada silika gel sehingga gugus fungsi memiliki serapan panjang gelombang di daerah inframerah yang ditunjukkan denga bilangan gelombang tertentu sehingga dapat dengan mudah untuk mengidentifikasi secara kualitatif. Spektra FTIR silika dari bagasse/ampas tebu dibandingkan dengan silika Kiesel gel 60 dari Merck digunakan sebagai pembanding. Spektra FTIR silika gel dan silika Kiesel gel 60 dari Merck ditunjukkan pada gambar 11 (halaman 41). Tabel di bawah menunjukkan gugus-gugus fungsi pada spektra hasil sintesis.

52

Tabel 3. Interpretasi Spektra FTIR Silika Gel dari Bagasse Tebu dan Silika Kiesel Gel 60 Merck

Gugus Fungsional

Bilangan Gelombang (cm-1₎ Silika Kiesel Gel 60

Merck Silika Gel

Vibrasi ulur –OH dari

Si-OH 3464,15 3460,21

Vibrasi ulur asimetri Si-O

dari Si-O-Si 1095,57 1094,90

Vibrasi ulur simetris Si-O

dari Si-O-Si 802,39 797,82

Vibrasi tekuk –OH dari

molekul air 1643,35 1641,25

Vibrasi ulur O dari

Si-OH 972,12 964,41

Vibrasi tekuk Si-O-Si 462,92 466,63

Vibrasi ulur –CH2 - -

Vibrasi ulur –SH - -

Vibrasi –SO dari –SO3H - -

Berdasarkan pada Tabel 3, spektra FTIR silika dari bagasse menunjukkan adanya kemiripan dengan spektra silika pembanding yaitu silika Kiesel gel 60 Merck. Pada hasil spektra keduanya terdapat pita-pita serapan pada bilangan gelombang yang hampir sama. Pita melebar pada puncak dengan bilangan gelombang 3460,21 cm-1 _{mengindikasikan adanya} gugus –OH pada silanol. Pelebaran terjadi karena adanya gugs fungsi –OH dan air terserap pada permukaan silika melalui ikatan hidrogen. Pita serapan muncul pada panjang gelombang 1094,90 cm-1 _{merupakan vibrasi ulur} asimetri dari –Si-O pada siloksan, sedangkan pita serapan pada bilangan gelombang 797,82 cm-1 _{merupakan vibrasi ulur simetri dari -Si-O yang ada} pada siloksan (Silverstein, Bassler, & Morrill, 1992). Munculnya pita serapan pada bilangan geombang 964,41 cm-1 _{menunjukkan adanya vibrasi} ulur Si-O pada gugus silanol. Vibrasi tekuk gugs –OH pada molekul air

53

yang terikat ditunjukkan pada bilangan gelombang 1641,25 cm-1_{, sedangkan} vibrasi tekuk dari gugus siloksan (Si-O-Si) ditunjukkan pada bilangan gelombang 466,63 cm-1 _{(Hardjono, 1992). Secara umum, gugus fungsional} silika gel adalah silanol (Si-OH) dan siloksan (Si-O-Si). Adanya kemiripan pola serapan pada silika gel pembanding dan silika hasil sintesis untuk gugus silanol dan siloksan dapat disimpulkan bahwa silika gel dari bagasse tebu memiliki kemiripan dengan gugus fungsi pada silika Kiesel gel 60 Merck. Hal ini menunjukkan bahwa bagasse atau ampas tebu dapat digunakan sebagai bahan untuk pembuatan silika gel.

4. Daya Adsorpsi Silika Gel terhadap Anion NO3

-Adsorpsi anion NO3- _{dipengaruhi oleh beberapa hal yaitu seperti} konsentrasi adsorbat, pH, suhu, luas permukaan adsorben, waktu pengadukan dan ukuran molekul adsorbat (Benefield dkk., 1982). Daya adsorpsi dapat diketahui dari eksperimen pengikatan anion nitrat oleh silika pada berbagai variasi konsentrasi sorbat. Pada penelitian ini, kondisi larutan dijaga pada pH 7 pada kondisi netral dan dilakukan pada suhu 25o_{C dengan} lama pengadukan 30 menit. Sebanyak 0,1 gram adsorben dilarutkan ke dalam aqua demnineralisata, kemudian ditambahkan larutan 0,00715 M NO3-_{. Konsentrasi NO3}- _{divariasikan dengan menambahkan larutan NO3}- _ke dalam aqua demineralisata, sebanyak 1, 3, 4, 5, 5 dan 5 mL.

Berdasarkan perhitungan dari hasil data yang diperoleh, didapatkan grafik hubungan antara konsentrasi awal NO3- _{dengan daya adsorpsi yang} ditunjukkan pada Gambar 12 (halaman 42). Berdasarkan grafik tersebut

54

dapat disimpulkan bahwa semakin semakin besar konsentrasi awal NO3 -maka semakin besar daya ikat adsorpsinya.

5. Model Isoterm Adsorpsi Anion NO3- _{oleh Silika Gel}

Penentuan model isoterm adsorpsi diperoleh dari eksperimen pada berbagai variasi konsentrasi adsorbat. Isoterm adsorpsi menjelaskan distribusi keseimbangan adsorpsi dengan perbedaan konsentrasi adsorben dalam larutan. Pada umumnya, jumlah dari adsorbat yang teradsorp per satuan berat adsorben meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi (Kusmiyati dkk., 2012: 55-56). Pola isoterm adsorpsi dapat ditentukan dengan kapasitas atau kemampuan jerap adsorben (Sekewael, Tehubijuluw, & Reawaruw, 2013). Pola isoterm yang digunakan pada penelitian ini adalah isoterm Langmuir, Freundlich, dan isoterm Dubibin-Radushkevich. Pola isoterm Langmuir diperoleh berdasarkan grafik hubungan Ce tehadap Ce/N, untuk isoterm Freundlich berdasarkan hubungan antara log Ce terhadap log N, sedangkan pada isoterm Dubinin-Radushkevich berdasarkan hubungan antara ε² terhadap ln qe. Dari data yang diperoleh, dihasilkan suatu grafik pada Gambar 13, 14, dan Gambar 15, menunjukkan pola isoterm Langmuir, Freundlich, dan Dubinin-Radshkevich oleh silika dari bagase tebu.

Persamaan garis yang diperoleh pada pola isoterm Langmuir, Freundlich, dan Dubinin-Radushkevich, kemudian diinterpretasikan pada persamaan ��

�� =

1 �_{� .����} +

��

���� untuk isoterm Langmuir dan log qe = log KF

+ 1

55

persamaan isoterm Dubinin-Radushkevich, sehingga akan diperoleh parameter isoterm adsorpsi pada Tabel 4.

Tabel 4. Parameter Isoterm Adsorpsi Parameter Isoterm Adsorpsi Isoterm Langmuir Isoterm Freundlich Isoterm Dubinin-Radushkevich qm ax (mol/g) -7,476E-01 - 1,209

KL(L/mol) -83,6 - -

KF(L/g) - 1,376E+02 -

1/n - 1,09 -

N - 0,917 -

R2 _{0,357 0,983 0,996}

R 0,597 0,991 0,998

E (kJ/mol) - - 5,607

Pembentukan kompleks tidak mengikuti Langmuir, melainkan mengikuti model isoterm Freundlich dan Dubinin-Radushkevich. Model isoterm Freundlich, terindikasikan oleh harga koefisien korelasi (R = 0,996). Pola adsorpsi juga mengikuti model isoterm Dubinin-Radushkevich dengan harga koefisien korelasi (R = 0,998).

Pada isoterm Dubinin-Radushkevich dan Freundlichh, harga koefisien relasi (R) mendekati 1, hal ini menunjukkan bahwa adsorben silika gel yang disintesis dari abu bagasse tebu cukup efektif untuk adsorpsi ion NO3- _{dalam larutan. Pada adsorben perlu dikonsultasikan dengan model} isoterm lain yang mungkin dapat memberikan harga R yang lebih tinggi.

Harga n menunjukkan intensitas adsorpsi suatu adsorben terhadap adsorbat. Harga n lebih dari satu menunjukkan bahwa adsorpsi berjalan dengan sempurna. Pada penelitian ini, harga n yang rendah 0,917 menunjukkan bahwa ikatan yang terjadi di kedua permukaan silika tersebut

56

adalah ikatan yang kurang kuat. Meskipun demikian, ikatan tersebut tidak dapat serta merta dikatakan terjadi secara fisik, meskipun ikatan yang terjadi tidak kuat. Analisis dengan model isoterm Dubinin-Radushkevich dapat digunakan untuk mementukan ikatan secara kimiawi atau fisik. Nilai energi dari Dubinin-Radushkevich sebesar 5,607 kJ/mol, menunjukkan bahwa ikatan yang terjadi antaraksi Van Der Waals anion nitrat oleh silika gel terjadi secara fisisorpsi. Antaraksi Van Der Waals mempunyai ikatan dengan jarak yang jauh tetapi lemah dan energi yang dilepaskan mempunyai orde besaran yang sama dengan entalpi kondensasi (Atkins, 1997).

57 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa:

1. Silika yang diperoleh dari bagasse tebu berstruktur amorf dan mengandung gugus siloksan dan silanol.

2. Semakin tinggi konsentrasi larutan NO3- _{maka akan semakin besar pula} daya adsorpsinya.

3. Model isoterm adsorpsi anion NO3- pada silika gel dari bagasse tebu mengikuti model isoterm Freundlich dari harga koefisien korelasi (R = 0,991) yang mendekati 1, berarti adsorben silika gel yang disintesis dari abu bagasse tebu cukup efektif untuk adsorpsi ion NO3- _{dalam larutan.} Berdasarkan model isoterm Dubinin-Radushkevich, energi ikatan sebesar 5,607 kJ/mol yang berarti ikatan yang terjadi antaraksi Van Der Waals anion nitrat oleh silika gel terjadi secara fisisorpsi.

B. Saran

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, maka peneliti menyarankan: 1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan mengganti bagasse tebu

sebagai bahan baku pembuatan silika gel.

2. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang analisis nitrat dengan spektroskopi UV-Vis.

58

3. Perlu dilakukan proses adsorpsi dengan jenis anion yang berbeda untuk mengetahui kekuatan ikatan antara unsur hara yang lain dengan silika.

84 2. Difraktogram XRD Silika Gel

85 3. Penentuan Panjang Gelombang Maksimum

86 4. Kurva Larutan Standar Anion Nitrat (NO3-)

87

88

Lampiran 7. Dokumentasi Penelitian

Sintesis Narium Silika Memisahkan Residu dan Filtrat Natrium Silika

89

Pengovenan Hidrogel Silika Penimbangan Silika Gel Kering