Isoterm Adsorpsi Kation Ca2+ oleh Silika Gel dari Bagasse Tebu.

ISOTERM ADSORPSI KATION Ca2+ _{OLEH SILIKA GEL DARI} BAGASSE TEBU

SKRIPSI

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

Sebagian Persyaratan Guna Memperoleh Gelar Sarjana

Oleh

M ROBBY FEBRIANTO SUTRISNO NIM 12307141027

PROGRAM STUDI KIMIA JURUSAN PENDIDIKAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

YOGYAKARTA 2016

ii

HALAMAN PERSETUJUAN

Skripsi yang berjudul “ Isoterm Adsorpsi Kation Ca2+ _{oleh Silika Gel dari Bagasse}

Tebu ” yang disusun oleh M Robby Febrianto Sutrisno, NIM 12307141027 ini telah disetujui oleh pembimbing untuk diujikan.

Yogyakarta, 5 Oktober 2016 Mengetahui,

Ketua Prodi Kimia

Drs. Jaslin Ikhsan, M.App.Sc, Ph.D. NIP. 19680629 199303 1 001

Dosen Pembimbing

Drs. Jaslin Ikhsan, M.App.Sc, Ph.D. NIP. 19680629 199303 1 001

iii

HALAMAN PERNYATAAN

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya:

Nama : M Robby Febrianto Sutrisno NIM : 12307141027

Prodi : Kimia Fakultas : MIPA

Judul : Isoterm Adsorpsi Kation Ca2+ _{oleh Silika Gel dari Bagasse Tebu}

Menyatakan bahwa penelitian kimia ini adalah hasil dari pekerjaan saya sendiri yang bergabung dalam penelitian payung Bapak Jaslin Ikhsan, Ph.D. yang berjudul

“Modifikasi Silika dari Bagasse Tebu dan Pemanfaatannya sebagai Sorben

Pengemban Unsur Hara Tanaman untuk Pupuk Terlepas Lambat”. Sepanjang

pengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali sebagai acuan atau kutipan dengan mengikuti tata penulisan karya ilmiah yang lazim. Tanda tangan dosen penguji yang tertera dalam halaman pengesahan adalah sah. Jika tidak sah, saya siap menerima sanksi ditunda yudisium periode berikutnya.

Yogyakarta, 5 Oktober 2016 Yang Menyatakan,

M Robby Febrianto Sutrisno NIM.12307141027

iv

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi yang berjudul “Isoterm Adsorpsi Kation Ca2+ _{oleh Silika Gel dari Bagasse}

Tebu” yang disusun oleh M Robby Febrianto Sutrisno, NIM 12307141027 ini telah dipertahankan di depan Dewan Penguji pada tanggal .... Oktober 2016 dan dinyatakan lulus.

DEWAN PENGUJI

Nama Jabatan Tanda Tangan Tanggal

Jaslin Ikhsan, Ph.D.

NIP.19680629 199303 1 001 Ketua Penguji ... ... Drs. Sunarto, M.Si

NIP.19610608 198812 1 001 Sekretaris Penguji ... ... Prof. Dr. Endang W. L.FX

NIP.19621203 198601 2 001

Penguji I (Utama) ... ...

Dr. Siti Sulastri, M.S

NIP.19511219 197803 2 001

Penguji II (Pendamping)

... ...

Yogyakarta, Oktober 2016 FMIPA Universitas Negeri Yogyakarta

Dekan,

Dr. Hartono

v

HALAMAN MOTTO

“Hanya dengan mengingat-KU, hati akan menjadi tenang.”

(QS. Ar-Rod: 28)

“Allah tidak membebani seseorang melainkan sesuai dengan kesanggupannya.” (QS. Al-Baqarah: 286)

“Bacalah! Dengan nama tuhanmu yang telah menciptakan. Menciptakan Manusia dari segumpal darah. Bacalah! Dan Tuhan engkau itu adalah Maha

Mulia. Dia yang mengajarkan dengan qalam. Mengajari manusia apa – apa

vi

Isoterm Adsorpsi Kation Ca2+ _{oleh Silika Gel dari Bagasse Tebu} Oleh :

M Robby Febrianto Sutrisno NIM 12307141027

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 Ca2+

oleh silika gel, dan menentukan model isoterm adsorpsi Ca2+ _{oleh silika gel.}

Silika gel dari bagasse tebu dibuat melalui proses sol-gel. Natrium silikat direaksikan dengan HCl 1 M hingga pH 7 dan terbentuk gel. Gel yang terbentuk dikeringkan dengan oven pada suhu 80o_{C hingga massa konstan. Silika gel}

dikarakterisasi dengan FTIR dan XRD. Daya adsorpsi silika gel terhadap kation Ca2+ _{pada pH 5, suhu 30} o_{C dan waktu kontak 15 menit ditentukan secara}

spektroskopi SSA.

Spektra FTIR menunjukkan bahwa silika gel berhasil disintesis yang ditandai oleh munculnya vibrasi ulur gugus –OH pada 3472,39 cm-1 _{dari gugus silanol serta}

munculnya puncak 1097,43 cm-1 _{yang menunjukkan vibrasi ulur –Si-O dari gugus}

siloksan. Difraktogram XRD menunjukkan silika gel yang disintesis berstruktur amorf dengan puncak landai pada 2θ=22°. Nilai R= 0,7438 dan nilai RL = 0,8078

dari isoterm Langmuir menunjukkan bahwa kation Ca2+ _{telah diadsorpsi oleh silika}

gel. Dari perhitungan diperoleh harga qmaks = 1,64 mmol/g, KL =243,88 L/mol.

vii

Adsorption Isotherms Ca2+ _{Cations by Silica Gel from Sugarcane Bagasse} By :

M Robby Febrianto Sutrisno NIM 11307141038

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 Ca2+

adsorption by silica gel, and to determine the model of adsorption isotherms Ca2+

by silica gel.

silica gel from sugarcane bagasse has been made via the sol-gel process. Sodium silicate was reacted by 1 M HCl until pH 7 and form a gel. The gel was dried at 80°C up to constant mas. The silica gel was characterized by FTIR and XRD. Adsorption capacity silica gel toward Ca2+ _{cations at pH 5, 30}o_{C and contact}

time of 15 minutes was determined by AAS Spectroscopy.

FTIR spectra showed that the silica gel has been successfully synthesized which indicated by the emergence of stretching vibration -OH from silanol group at 2569.16 cm-1 _{and 1097,43 cm}-1 _{that showing the stretching vibration of –Si-O}

from siloxane group. Difractogram of XRD showed that silica gel had amorphous structure with peak at 2θ=22°. The value of R = 0.7438 and value of RL = 0,8078

from Langmuir showed that Ca2+ _{cations was favorably adsorbed by silica gel.}

From the calculations, obtained qmaks = 1,64 mmol/g, and KL = 243,88 L/mol.

viii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan segala rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir Skripsi (TAS) yang telah penulis lakukan dengan judul “Isoterm Adorpsi Kation Ca2+ _{oleh Silika Gel dari Bagasse Tebu”, shalawat serta salam tak lupa}

tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW yang kita nantikan sya’atnya di yaumil

akhir kelak.

Dalam penyusunan tugas akhir skripsi ini, penulis tidak terlepas dari pihak-pihak yang telah memberikan bantuan, bimbingan, serta dukungan. Oleh sebab itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Prof. Dr. Rochmat Wahab, M. Pd, M. A selaku Rektor Universitas Negeri Yogyakarta.

2. Dr. Hartono selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam UNY.

3. Drs. Jaslin Ikhsan, M. App. Sc., Ph.D. selaku Ketua Jurusan Pendidikan Kimia UNY, Ketua Prodi Kimia UNY, sekaligus Dosen Pembimbing yang telah memberi banyak saran, nasihat, bimbingan, dan keceriaan dalam penelitian ini. 4. Prof. Dr. Endang Widjajanti LFX, M.S dan Dr. Siti Sulastri, M.Si., dan Drs. Sunarto, M.Si. selaku Penguji Utama, Penguji Pendamping, dan Sekretaris Penguji yang telah memberikan saran, masukan, dan nasihat bagi penulis dalam menyelesaikan tugas akhir skripsi.

5. Dr. Rer. Nat Senam selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan bimbingan kepada penulis selama masa kuliah berlangsung.

ix

6. Orang tua dan keluarga yang selalu mendoakan, mendukung, dan memberi semangat dalam melaksanakan kegiatan dan penyelesaian Tugas Akhir Skripsi. 7. Bapak Ali Murtono dan Mas Avian Jaya selaku Laboran Lab. Kimia UNY yang

telah banyak membantu dalam penelitian.

8. Seluruh pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir Skripsi ini.

Demikian laporan tugas akhir skripsi ini, penulis mengharap kritik dan saran yang membangun demi kesempurnaan tugas akhir ini. Semoga tugas akhir skripsi ini dapat digunakan sebagaimana mestinya dan bermanfaat bagi pembaca pada umumnya dan penulis pada khususnya.

Yogyakarta, Oktober 2015

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PERSETUJUAN ... ii

HALAMAN PERNYATAAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

HALAMAN MOTTO ... v

ABSTRAK ... vi

ABSTRACT _... vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... x

DAFTAR TABEL ... xiii

DAFTAR GAMBAR ... xvi

DAFTAR LAMPIRAN ... xv

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang ... 1

B. Identifikasi Masalah ... 3

C. Pembatasan Masalah ... 3

D. Perumusan Masalah ... 4

E. Tujuan Penelitian ... 4

F. Manfaat Penelitian ... 5

BAB II KAJIAN PUSTAKA A. Deskripsi Teori ... 6

xi

1. Bagasse Tebu ... 6

2. Silika Gel ... 7

3. Proses Sol-Gel ... 7

4. Unsur Makro Kation Ca2+ _{... 8}

5. Adsorpsi dan Faktor yang Mempengaruhinya ... 9

6. Model Isoterm Adsorpsi ... 13

7. Spektroskopi Serapan Atom (SSA) ... 16

8. Spektroskopi FTIR ... 17

9. Difraksi Sinar-X ... 19

B. Penelitian yang Relevan ... 20

C. Kerangka Berpikir ... 21

BAB III METODE PENELITIAN A. Subyek dan Obyek Penelitian ... 23

B. Variabel Penelitian ... 23

C. Alat dan Bahan Penelitian ... 24

1. Alat ... 24

2. Bahan ... 24

D. Prosedur Kerja ... 25

E. Pengelolaan Data ... 28

1. Teknik Pengumpulan Data ... 28

2. Teknik Analisis Data ... 28

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN A. Hasil Penelitian ... 31

xii

1. Sintesis Silika Gel dari Bagasse ... 31

2. Hasil Analisis Secara Difraksi Sinar-X ... 32

3. Hasil Analisis Secara Spektroskopi FTIR ... 32

4. Adsorpsi Kation Ca2+ _{... 33}

B. Pembahasan ... 35

1. Sintesis Silika Gel dari Bagasse Tebu dan modifikasinya ... 35

2. Hasil Analisis Secara Difraksi Sinar-X ... 37

3. Hasil Analisis Secara spektroskopi FTIR ... 38

4. Adsorpsi Kation Ca2+ _{... 39}

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan ... 43

B. Saran ... 43

DAFTAR PUSTAKA ... 44

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Sifat Kalsium ... 9 Tabel 2. Serapan Karakteristik Senyawa-Senyawa Organo-Silikon ... 18 Tabel 3. Frekuensi Vibrasi Silika Gel ... 19 Tabel 4.Interpretasi Spektra FTIR Kiesel Gel 60 dan Silika Gel dari Bagasse Tebu ... 38 Tabel 5. Parameter Isoterm Langmuir dan Freundlich Adsorpsi Ion Ca2+ _{... 41}

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Struktur silika gel ... 7

Gambar 2. Mekanisme Pemerangkapan Adsorbat oleh Adsorben ... 10

Gambar 3. Mekanisme Pertukaran Ion Adsorbat oleh Adsorben ... 11

Gambar 4. Pembentukan Ikatan Hidrogen Antara Adsorben dengan Molekul Air ... 11

Gambar 5. Grafik Isoterm Freundlich ... 14

Gambar 6. Ilustrasi Adsorpsi pada Isoterm Langmuir ... 14

Gambar 7. Grafik Isoterm Langmuir ... 15

Gambar 8. Difraktogram XRD silika gel dari bagasse tebu ... 19

Gambar 9. Difraktogram Silika Gel Kotor dan Bersih ... 32

Gambar 10. Spektra FTIR (a) Kiesel Gel 60 dan (b) Silika Gel dari Bagasse Tebu ... 33

Gambar 11. Grafik hubungan antara konsentrasi Ca2+ _{dalam larutan dan} konsentrasi Ca2+ _{dalam silika gel ... 34}

Gambar 12. Grafik Isoterm Langmuir Adsorpsi Kation Ca2+ _{pada Silika Gel .... 34}

Gambar 13. Grafik Isoterm Freundlich Adsorpsi Kation Ca2+ _{pada Silika Gel ... 34}

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Perhitungan untuk Sintesis Silika Gel dari Bagasse Bebu ... 49 Lampiran 2. Perhitungan untuk Pembuatan Larutan Eksperimen Adsorpsi ... 50 Lampiran 3. Pembuatan Kurva Larutan Standar Ca2+ _{... 53}

Lampiran 4. Data dan Perhitungan Parameter Isoterm Langmuir dan Freundlich 54 Lampiran 5. Skema Penelitian ... 67 Lampiran 6. Hasil Karakterisasi FTIR, XRD dan Analisa Adsorpsi Ca2+ _secara

SSA ... 71 Lampiran 7. Dokumentasi Penelitian ... 74

1 BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Jumlah bagasse tebu terus meningkat dari tahun ke tahun. Peningkatan bagasse akan menjadi masalah jika hanya ditumpuk. Salah satu solusi yaitu bagasse tebu telah dimanfaatkan sebagai bahan bakar utama dalam industri gula (Nazriati dkk., 2011). Penggunaan bagasse tebu sebagai bahan bakar, hanya menghasilkan nilai jual yang rendah. Untuk meningkatkan nilai dari bagasse tebu, beberapa penelitian telah dilakukan agar fungsi dari bagasse tebu semakin meningkat, misalnya sebagai biomassa (Worathanakul dkk., 2009) dan silika aerogel (Akhinov dkk. 2010, dan Nazriati dkk. 2011).

Beberapa peneliti telah meneliti kandungan dari bagasse tebu ini. Goyal dkk. (2009) menyatakan kandungan kimia paling besar dalam abu bagasse yaitu SiO2 sebesar 62,43%. Randemen Silika yang tinggi dari bagasse tebu tersebut

dapat dimanfaatkan untuk pembuatan adsorben berupa silika gel seperti yang telah dilakukan oleh Kristianingrum dkk. (2011), dan Nazriati dkk. (2011). Potensi silika gel yang memiliki kemampuan adsorbsi sorbat yang tinggi dan melepaskan unsur hara yang lambat ini dapat diaplikasikan melalui prinsip pupuk slow release fertilizer (SRF)(Ikhsan dkk., 2015). Pada penelitian sebelumnya, Ikhsan dkk. (2015a) telah mencoba mensintesis silika dari lumpur lapindo. Hasil ekstrak silika yang didapatkan dari penelitian tersebut memiliki struktur kristalin, sehingga jika diaplikasikan dalam pembuatan SRF kurang

2

efektif karena sukar disintesis. Berdasarkan hasil penelitian Govindarajan dan Jayalakhsmi (2011) pada pengabuan suhu 500°C – 700°C silika bagasse tebu memiliki struktur amorf, sehingga mudah disintesis dan dapat digunakan sebagai sumber silika dalam pembuatan pupuk SRF.

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 dkk., 2016). Reaksi ini mudah dilakukan, tidak membutuhkan kondisi khusus, dan tidak membutuhkan temperatur yang tinggi (Young, 2002), sehingga metode ini sangat baik untuk sintesis silika gel dari bagasse tebu.

Setelah disintesis, silika gel dari bagasse tebu ini perlu diuji. Pengujian adsorspsi ini dapat dilakukan dengan mengadsorpsi adsorbat dalam bentuk zat hara yang dibutuhkan tanaman. Salah satu zat hara yang dibutuhkan tanaman dalam pupuk adalah kalsium dalam bentuk kation Ca2+_{. Kation Ca}2+ _sangat

dibutuhkan tanaman untuk pembentukan protein, pembentukan bagian tanaman yang aktif, dan pembentukan dinding sel sehingga berpengaruh pada kesegaran tanaman. Kation Ca2+ _{juga termasuk zat essensial, artinya tumbuhan tidak dapat}

memproduksi sendiri sehingga perlu adanya tambahan zat dari luar. Apabila zat tersebut tidak diperhatikan atau ditiadakan, maka pertumbuhan ujung dan bulu

– bulu akar akan terhenti sedangkan bagian – bagian yang telah terbentuk akan mati dan berwarna coklat kemerah – merahan (Adriani, 2011).

3

Pengujian silika gel terhadap adsorpsi kation Ca2+ _{dapat digunakan untuk}

mengetahui kualitas dan kapasitas adsorpsi maksimum suatu isoterm adsorpsi. Isoterm adsorpsi merupakan hubungan konsentrasi zat terlarut yang teradsorpsi pada adsorben dengan konsentrasi adsorbat pada larutan, pada suhu tetap.

Berdasarkan uraian singkat di atas, melalui penelitian ini peneliti ingin mengetahui adsorpsi kation Ca2+ _{oleh silika gel dari bagasse tebu.}

B. Identifikasi Masalah

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

1. jenis bahan dasar yang digunakan dalam penelitian, 2. jenis metode yang digunakan untuk mensintesis adsorben, 3. jenis adsorben yang digunakan dalam penelitian,

4. jenis adsorbat yang diteliti dalam penelitian,

C. Pembatasan Masalah

Berdasarkan identifikasi masalah diatas, maka perlu diberikan pembatasan masalah, diantaranya:

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

2. jenis metode yang digunakan untuk mensintesis adsorben pada penelitian ini adalah metode sol-gel,

4

3. jenis adsorben yang digunakan dalam penelitian adalah silika gel dari bagasse tebu,

4. jenis adsorbat yang digunakan dalam penelitian ini adalah kation Ca2+_,

D. Perumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari penelitian ini sebagai berikut.

1. Bagaimana karakter silika gel dari bagasse tebu yang telah disintesis? 2. Bagaimana pengaruh konsentrasi terhadap adsorpsi kation Ca2+ _{oleh silika}

gel dari bagasse tebu?

3. Bagaimana model isoterm adsorpsi kation Ca2+ _{oleh silika gel dari bagasse}

tebu?

E. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut.

1. Mengetahui karakter silika gel dari bagasse tebu yang telah disintesis. 2. Mengetahui pengaruh konsentrasi terhadap adsorpsi kation Ca2 _oleh

silika gel dari bagasse tebu.

3. Mengetahui model isoterm adsorpsi kation Ca2+ _{oleh silika gel dari}

bagasse tebu.

F. Manfaat Penelitian

Adapun manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah

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

5

2. Memberikan informasi tentang pengaruh konsentrasi terhadap adsorpsi kation Ca2+ _{oleh silika gel dari bagasse tebu.}

3. Memberikan informasi tentang model isoterm adsorpsi kation Ca2+ _oleh

6 BAB II

KAJIAN PUSTAKA

A. Deskripsi Teori 1. Bagasse Tebu

Bagasse atau ampas tebu adalah zat padat dari tebu yang diperoleh sebagai sisa dari pengolahan tebu pada industri pengolahan gula pasir. Bagasse tebu mengandung air 48-52%, gula 3,3% dan serat 47,7%. Berdasarkan hasil analisa XRF terhadap abu bagasse tebu, diketahui bahwa dalam abu bagasse tebu mengandung mineral – mineral yang berupa Si, K, Ca, Ti, V, Mn, Fe, Cu, Zn dan P. Kandungan yang paling besar dari mineral

– mineral tersebut adalah silikon (Si) sebesar 55,5% (Akhinov dkk., 2010). Peneliti lain, yaitu Goyal dkk. (2009) melaporkan, kandungan kimia abu bagasse tebu terdiri dari 62,43% SiO2; 4,38% Al2O3; 6,98% Fe2O3; 11,8%

CaO; 2,51% MgO; 1,48% SO3; 3,53% K2O; dan 4,73% LiO. Abu bagasse

tebu juga mempunyai sifat fisika antara lain densitas 2,52 g/cm3_{, luas}

permukaan 5140 cm2_{/g, ukuran partikel C28,9 μm, dan berwarna abu – abu.}

Govindarajan dan Jayalakhsmi (2011) melaporkan bahwa pada suhu 500˚C hingga 700 ˚C abu bagasse tebu memiliki struktur amorf sedangkan pada

7 2. Silika Gel

Menurut Oscik (1982), silika gel merupakan silika amorf yang terdiri atas kation Si4+ yang terkoordinasi secara tetrahedral dengan anion

O2+ _(SiO

4) yang tersusun secara tidak teratur dan membentuk kerangka tiga

dimensi yang lebih besar. Berikut gambar struktur silika gel.

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 (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 karena adanya ketidak-teraturan susunan permukaan SiO4tetrahedral (Oscik, 1982).

3. Proses 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 dkk., 2016) atau Sol-gel

8

dapat berarti pembentukan jaringan oksida melalui reaksi hidrolisis dan polikondensasi dari prekursor molekul dalam cairan. Reaksi ini mudah dilakukan, tidak membutuhkan kondisi khusus, dan tidak membutuhkan temperatur yang tinggi (Young, 2002).

4. Unsur Makro Kation Ca2+

Unsur hara yang dibutuhkan tanaman dibagi atas unsur hara makro dan mikro. Unsur hara makro adalah unsur hara yang dibutuhkan oleh tanaman dalam jumlah banyak, salah satunya adalah kalsium.

a. Kalsium

Kalsium menguraikan air dengan membentuk kalsium hidroksida dan hidrogen. Garam – garamnya biasanya berupa bubuk putih dan membentuk larutan yang tak berwarna, kecuali bila anionnya berwarna. Dalam suasana basa, ion kalsium dalam air dapat bereaksi dengan CO2

menghasilkan CaCO3 yang dapat mengendap, sesuai reaksi berikut

(vogel, 1990:300)

CO2 (g) + Ca2+ (aq) + 2 OH- (aq) → CaCO3 (s) + H2O (l)

(Vogel, 1990:317). Unsur kalsium diperlukan oleh tanaman dalam jumlah relatif banyak dan diserap dalam bentuk ion Ca2+_{. Sebagian besar ion Ca}2+

terdapat dalam daun dalam bentuk kalsium pektat. Selain itu terdapat juga dalam batang, ujung dan bulu – bulu akar. Karena ion Ca2+

9

termasuk unsur hara yang essensial, apabila zat tidak diperhatikan atau ditiadakan, pertumbuhan ujung dan bulu – bulu akar akan terhenti sedangkan bagian – bagian yang telah terbentuk akan mati dan berwarna coklat kemerah – merahan (Adriani, 2011).

Tabel 1. Sifat Kalsium

No Sifat Ca

1 Hidrolisis Mn+ _{+ H}

2O ↔[M(OH)](n+1)+(n-1)H+ (Log K=1,3)

Mn+ _{+ 2 H}

2O ↔ M(OH)2 + 2 H+ (Log K=1,3x10-6)

2 Jari – jari Atom 1,97 Å

Ion 1,00 Å

Terhidrat 4,12 Å

3 Elektronegatifitas 1,0

(Jaslin dkk., 2015) 5. Adsorpsi dan Faktor yang Mempengaruhinya

Adsorpsi adalah interaksi antara molekul dari fluida dengan lapisan permukaan padatan atau cairan (Rouquerol dkk.,1999 : 10). 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 yaitu fisisorpsi dan kemisorpsi. Dalam fisisorpsi (adsorpsi fisika) terjadi antaraksi van der waals (contohnya, dispersi atau antaraksi dipolar) antara adsorbat dan substrat yang mempunyai sifat lemah, jaraknya jauh, dan energi yang dilepaskan mempunyai orde besaran yang sama dengan entalpi kondensasi (Atkins, 1999:437). Fisisorpsi terjadi pada derajat kespesifikan yang rendah. Pada tekanan yang tinggi, fisisorpsi biasanya terjadi multilayer (Rouquerol dkk., 1999:10). Pada kemisorpsi (adsorpsi kimia), partikel melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan kimia

10

(biasanya ikatan kovalen) (Atkins, 1999:437). Kekuatan kemisorpsi tergantung dari reaktifitas adsobat dan adsorben dan hanya sebatas membentuk monolayer pada situs reaktif adsorben yang mengikat adsorbat (Rouquerol dkk., 1999:10).

Adsorpsi dapat terjadi melalui beberapa mekanisme, diantaranya sebagai berikut.

1. Mekanisme pemerangkapan

Adsorben yang berpori yang dapat menjebak ion logam dalam pori–porinya. Mekanisme ini akan terjadi apabila ukuran pori dari adsorben lebih besar daripada ukuran ion yang akan diadsorpsi.

Gambar 2. Mekanisme Pemerangkapan Adsorbat oleh Adsorben Pada mulanya adsorbat hanya pada permukaan adsorben, namun kemudian adsorbat memasuki pori (Kim dan Chea,2012).

2. Mekanisme pertukaran ion

Mekanisme pertukaran ion dapat ditinjau dari nilai elektronegatifitas pada adsorben. Ketika ion adsorbat kurang elektronegatif, maka adsorben akan melepaskan ionnya dan menggantinya dengan ion adsorbat (Wypych,2004:81).

11

Gambar 3. Mekanisme Pertukaran Ion Adsorbat oleh Adsorben 3. Pembentukan Ikatan Hidrogen

Ikatan hidrogen dapat terjadi antara oksigen dari gugus H2O dalam

kompleks oktahedral dengan gugus aktif siloksan dan silanol pada silika gel maupun gugus aktif pada hibrida organo-silika.

Gambar 4. Pembentukan Ikatan Hidrogen Antara Adsorben dengan Molekul Air

4. Pembentukan kompleks

Untuk adsorpsi ion logam transisi

Karakteristik adsorspsi bersifat spesifik untuk suatu sistem, sehingga setiap sistem dapat berbeda karekteristiknya. Menurut Benefield dkk.(1982), faktor- faktor yang mempengaruhi proses adsorpsi sebagai berikut. a. Luas permukaan adsorben

Luas permukaan sebanding dengan jumlah situs aktif adsorben, sehingga semakin luas permukaan adsorben maka semakin banyak

12

adsorbat yang teradsorpsi. Semakin kecil ukuran partikel, semakin cepat laju adsorpsi (William, 1987).

b. Ukuran molekul adsorbat

Molekul yang besar akan lebih mudah teradsorpsi daripada molekul yang kecil. Namun, ada batas ukuran molekul adsorpsi tertentu pada setiap adsorpsi.

c. Konsentrasi adsorbat

Konsentrasi adsorbat yang tinggi akan menghasilkan daya dorong yang tinggi bagi molekul adsorbat untuk masuk ke dalam situs aktif adsorben (Altaher dan Elqada, 2011).

d. Suhu

Adsorpsi merupakan proses kinetika maka pengaturan suhu akan mempengaruhi kecepatan proses adsorpsi. Semakin tinggi suhu, maka kecepatan laju adsorpsi semakin tinggi (Altaher dan Elqada, 2011). e. pH

pH mempengaruhi terjadinya ionisasi ion hydrogen dan ion ini sangat kuat teradsorpsi. Semakin rendah pH maka semakin besar daya daya adsorpsi (Altaher dan Elqada, 2011). Anderson dan Rubin (1981:117) juga menyatakan bahwa adsorpsi Ca2+ _{pada Al}

2O3

meningkat berdasarkan penurunan pH. f. Waktu pengadukan

Waktu pengadukan yang relative lama akan memberikan waktu kontak yang lebih lama terhadap adsorben untuk berinteraksi dengan adsorbat.

13 7. Model Isoterm Adsorpsi

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 dan Langmuir.

a. Isoterm Freundlich

Salah satu pendekatan dengan isoterm adsorpsi dikemukakan 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

dimana:

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

�� = konsentrasi pada saat setimbang(mol/L) Kf = konstanta isoterm Freundlich

� = kapasitas atau intensitas adsorpsi

Kemudian k dan n adalah konstanta adsorpsi yang nilainya bergantung pada jenis adsorben dan suhu adsorpsi. Bila dibuat kurva log _�� terhadap log Ce akan diperoleh persamaan linier dengan intersep log Kf dan

14

Gambar 5. Grafik Isoterm Freundlich 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 monomolekuler di mana jumlah molekul yang teradsorpsi tidak akan melebihi jumlah situs aktif (Sriyanti dkk., 2005). Berikut ilustrasi dari isoterm Langmuir.

adsorben

lapisan adsorbat

Gambar 6. Ilustrasi Adsorpsi pada Isoterm Langmuir

Persamaan Langmuir dapat ditulis sebagai berikut.

�� �� = 1 ���� . � + �� ���� Dimana: 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

Lo g q e (m o l/g)

15

�� = konsentrasi pada saat setimbang (mol/L)

qe = jumlah adsorbat per gram adsroben (mol/g)

� � = kapasitas adsorpsi maksimum (mol/g)

� = konstanta isoterm Langmuir (L/mol) Dari kurva ��

�� terhadap �� akan diperoleh persamaan linear,

dan diketahui nilai _{� �} dan _� . Berikut adalah grafik isoterm Langmuir.

Gambar 7. Grafik Isoterm Langmuir

Penentuan isoterm adsorpsi suatu sistem dapat dilihat dari besarnya koefisien korelasi (R). Semakin harga R mendekati 1, semakin akurat model isotermnya. Untuk mengetahui R diperlukan grafik hubungan Ce/qe dan Ce untuk isoterm Langmuir dan grafik

hubungan log qe dan log Ce untuk isoterm Freundlich. Untuk

mengetahui model isoterm adsorpsi, dapat juga digunakan data RL

(untuk isoterm Langmuir) dan 1/n (untuk isoterm Freundlich). Data RL berguna untuk mengetahui kelayakan dan karakteristik penting

2.05 2.1 2.15 2.2 2.25 2.3 2.35

0 5 10 15 20

Ce

/q

e

(g/

L)

C_e(mol/L)

16

dalam adsorpsi (Weber dan Cakraborti, 1974). Persamaannya sebagai berikut. RL= 1

1+ �.��

� = konstanta faktor pemisahan Co = konsentrasi awal (mol/L)

KL = konstanta Langmuir (L/mol)

Apabila 0< RL<1 maka dapat dinyatakan bahwa adsorpsi

bersifat favorable, RL >1 adsorpsi bersifat unfavorable, RL=1

adsorpsi bersifat linier dan RL=0 adsorpsi bersifat irreversibel.

Sedangkan pada isoterm Freundlich, apabila 0<1/n<1 maka dapat dinyatakan bahwa adsorpsi bersifat favorable (Kul dan Koyuncu, 2010).

8. Spektroskopi Serapan Atom (SSA)

Spektroskopi Serapan Atom (SSA) adalah suatu metode untuk mengukur konsentrasi suatu unsur dengan mengukur radiasi yang terserap oleh unsur tersebut (García dan Báez, 2012). Radiasi yang terserap terukur dalam absorbansi. Untuk menghitung konsentrasi diperlukan persamaan Lambert-Beer,

A = ɛ.b.c Dimana :

A= radiasi yang terserap

ɛ = tetapan absorptivitas molar (M-1_.cm-1₎

17 c = konsentrasi zat (M)

karena b dan ɛ merupakan bilangan tetap, maka absorbansi hanya tergantung oleh konsentrasi.

9. Spektroskopi FTIR

Spektroskopi inframerah adalah metode untuk mempelajari interaksi molekul (materi) dengan radiasi inframerah. Salah satu tipe spektroskopi yang umum dipakai adalah Fourier Transform Infra Red

Spectroscopy (FTIR). Alat ini cukup sensitif untuk mendeteksi

keberadaan gugus fungsi dalam sampel (Smith, 1998).

Spektroskopi ini bekerja ketika ikatan molekul dalam materi menyerap energi inframerah. Namun, tidak semua ikatan dalam molekul dapat menyerap energi inframerah, meskipun frekuensi radiasi tetap sesuai dengan gerakan ikatan. Hanya ikatan yang mempunyai momen dipol yang dapat menyerap radiasi inframerah (Sastrohamidjojo, 2007:102). Ketika molekul menyerap energi inframerah, ikatan molekul akan bervibrasi. Ikatan dapat mengalami regangan, penyusutan, dan tekukan (Smith, 1998). Setiap tipe ikatan memiliki frekuensi dengan vibrasi yang berbeda. Walaupun mempunyai ikatan yang sama namun kondisi lingkunganya berbeda, akan memberikan frekuensi vibrasi yang berbeda. Oleh karena itu tidak ada dua molekul yang berbeda strukturnya akan mempunyai serapan inframerah yang tepat sama. Untuk memperjelas

18

hal tersebut, dapat dilihat tabel serapan karakteristik senyawa-senyawa karbon-silikon dalam lingkungan yang berbeda-beda.

Tabel 2. Serapan Karakteristik Senyawa-Senyawa Organo-Silikon

Gugus Fungsional Rentang Frekuensi (cm-1₎

Rentang 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- 1000 9, 01- 10, 00

Si-O- O- Si 1053 9, 50

(Disiloksan)

Si- O- Si 1080 9, 26

(Linier) 1025 9, 76

(Sastrohamidjojo, 1992: 102) Untuk mempelajari keberhasilan sintesis silika, Spektroskopi FTIR merupakan metode utama yang digunakan karena murah dan cukup sensitif. Berdasarkan percobaan yang dilakukan Wu dkk. (2014), Spektra FTIR silika gel ditunjukkan dengan adanya pita yang lebar pada kisaran 3000 – 4000 cm-1 _{yang menunjukkan gugus hidroksil,}

dan gugus Si-OH pada 3750 cm-1_{. Sedangkan vibrasi Si-O-Si,}

regangan asimetriknya terletak didekat 810 cm-1_{, dan regangan}

simetrik dan vibrasi tekuk didekat 470 cm-1_{.Data tersebut hampir}

sama dengan data yang dilaporkan oleh Sulastri dkk. (2011).

Secara ringkas, frekuensi vibrasi pada sintesis silika gel dapat dilihat pada tabel berikut.

19

Tabel 3. Frekuensi Vibrasi Silika Gel Gugus Fungsional Frekuensi (cm-1

) Tipe vibrasi

-OH 3400-3000 Regangan

-Si-OH 3750 Regangan

-Si-O-Si- 810 Asimetrik

470 Simetrik

-Si-O 1110-1000 Regangan

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 dkk., 2011). Berdasarkan hasil experimen Hariharan dan Sivakumar (2013), pita lebar yang kuat berpusat pada 22°(2θ) menunjukkan silika amorf yang ditunjukan oleh gambar 8.

20 B. Penelitian yang Relevan

Kristianingrum dkk. (2016) dalam penelitiannya yang berjudul

“Pengaruh Jenis Asam Pada Sintesis Silika 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 keasaman 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 infra merah 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.

Akhinov dkk. (2010) dalam penelitianya yang berjudul “Sintesis Silika Aerogel Berbasis Abu Bagasse dengan Pengeringan pada Tekanan Ambient” menyebutkan bahwa silika aerogel yang dihasilkan berbentuk serbuk kasar, dan serbuk halus. Sifat fisik terbaik berupa volume pori, surface area dan hidrofobisitas diperoleh pada perbandingan volume SA : TMCS : HMDS = 1 : 0,04 : 0,06 yaitu dengan surface area sebesar 1153,501 m2_{/g dan volume pori 1,119 cc/g. Sudut kontak yang}

dihasilkan 130°.

Mahatmanti dkk. (2016) dalam penelitianya yang berjudul

21

Blended with Rice Hull Ash Silica and Polyethilene Glycol”

menyebutkan bahwa untuk adsorpsi Ca(II) dan Mg(II) pada membran mengikuti model Freundlich dengan afinitas 1,266 dan 1,099, sedangkan Zn(II) dan Cd(II) mengikuti model Langmuir dengan kapasitas adsorpsi berturut-turut 182 dan 106 mmol/g.

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 kation Ca2+

dan mengetahui model isoterm adsospsinya.

C. Kerangka Berfikir

Kandungan silika dalam bagasse diketahui cukup besar. Menurut Akhinof dkk. (2012) dan Goyal dkk. (2009) bahwa kandungan silika dalam bagasse mencapai lebih dari 50%. Randemen silika yang cukup besar ini dapat dimanfaatkan salah satunya sebagai adsorben berupa silika gel, seperti yang telah dilakukan oleh Kristianingrum dkk. (2011), dan Nazriati dkk. (2011). Potensi silika gel yang memiliki kemampuan adsorbsi sorbat yang tinggi dan melepaskan unsur hara yang lambat ini dapat diaplikasikan melalui prinsip pupuk slow release

fertilizer (SRF)(Ikhsan dkk., 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

22

akhirnya ke struktur jaringan yang disebut 'gel' (Danks dkk., 2016). Reaksi ini mudah dilakukan, tidak membutuhkan kondisi khusus, dan tidak membutuhkan temperatur yang tinggi (Young, 2002), sehingga metode ini sangat baik untuk sintesis silika gel dari bagasse tebu.

Hasil sintesis dikarakterisasi dengan spektroskopi FTIR, difraksi sinar X untuk mengetahui keberhasilan sintesis. Silika gel ini selanjutnya diuji dengan adsorpsi kation Ca2+ _{dengan variasi kation Ca}2+_{. Menurut}

Altaher dan Elqada, (2011) semakin besar konsentrasi, semakin besar pula daya adsropsinya. 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. Apabila silika ini menghasilkan daya adsorpsi yang lebih besar, maka hasil sintesis silika gel dari bagasse tebu dapat dijadikan dasar untuk pembuatan pupuk SRF.

23 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 kation Ca2+ _{oleh silika gel dari}

bagasse tebu.

B. Variabel Penelitian 1. Variabel Bebas

Variabel bebas dalam penelitian ini yaitu variasi konsentrasi dengan penambahan volume kation Ca2+ _{sebanyak 1, 3, 4, 5, 5 dan 5 mL.}

2. Variabel Tetap

Variabel kendali dalam penelitian ini adalah tekanan yang digunakan selama proses adsorpsi yakni 1 atm, pH 5, waktu adsorpsi 15 menit dan suhu 25˚C (suhu ruang).

3. Variabel Terikat

Variabel terikat dalam penelitian ini adalah daya adsorpsi kation Ca2+ _oleh

24 C. Alat dan Bahan Penelitian

1. Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: a. Difraktometer Sinar X

b. Spektroskopi Serapan Atom (SSA) c. Spektroskopi FTIR

d. pH meter dan pH Universal e. Oven

f. Timbangan g. Penggiling

h. Magnetic stirrer dan Magnetic bar

i. Ayakan 200 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 yang digunakan dalam penelitian ini antara lain:

a. Bagasse tebu b. HCl dan NaOH

c. Ca(NO3)2.4H2Osebagai sumber Ca2+

d. Aquades

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

25 D.Prosedur Kerja

1. Pembuatan Larutan NaOH dan HCl 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 0,01 M sebanyak 100 mL

Larutan HCl 0,01 M dipipet sebanyak 1 mL, kemudian dimasukkan dalam labu takar 100 mL dan dilarutkan dengan aquademineralisata hingga tanda batas. Larutan HCl 0,01 M siap digunakan.

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

1) Sampel bagasse tebu dibakar dan ditumbuk sampai halus.

2) Sampel dikalsinasi di dalam muffle furnace pada suhu 600oC selama 5 jam.

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

26

1) 20 gram abu bagasse tebu 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 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. 6) Filtrat dipisahkan dari endapannya dengan menyaring campuran

menggunakan kertas saring whatman no. 42. Diperoleh larutan Na2SiO3 berwarna bening kekuningan.

c. Pembuatan 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}

27

3. Kesetimbangan Adsorpsi Kation Ca2+ _{oleh Silika Gel}

a.Pembuatan larutan Ca(NO3)2

1) Larutan Ca2+_{0,1 M}

Melarutkan 2,3625 gram dalam air demineralisata dan diencerkan hingga tanda batas dengan labu takar 100 mL.

2) Larutan Ca2+ _{0,001 M}

Larutan Ca2+ _{0,1 M dipipet 1 mL, kemudian dimasukkan dalam}

labu takar 100 mL dan diencerkan dengan aquademineralisata hingga tanda batas.

b. Uji Kesetimbangan Adsorpsi Kation Ca2+ _{oleh Silika Gel}

1)0,2 gram sorben SG ditambahkan pada 200 mL akuades dalam erlenmeyer pada suhu 30°C dan diaduk.

2)pH suspensi dijaga agar konstan pada pH 5 dengan menambahkan HCl atau NaOH 0,01 M

3)larutan Ca2+

0,001 M ditambahkan sedikit demi sedikit (1, 3,

4, 5, 5 dan 5 mL) ke dalam campuran suspensi.

4)pH suspensi dijaga pada pH 5 pada setiap penambahan sejumlah tertentu larutan Ca2+ _{tersebut selama 15 menit.}

5)Mengambil 5 mL sampel, kemudian disaring dengan kertas

whatman. No.42.

6)Selanjutnya menganalisis konsentrasi Ca2+ _{yang tersisa secara}

28

7)Melakukan hal yang sama pada setiap penambahan larutan Ca2+_.

.

E.Pengelolaan Data

1. Teknik Pengumpulan Data

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

a. Data Kualitatif

Data kualitatif hasil analisis secara spekstroskopi FTIR untuk mengetahui gugus-gugus fungsi yang terkandung di dalam silika gel. Selain itu juga dengan Difraksi Sinar-X untuk mengetahui kristalinitas dan kemurnian silika gel.

b. Data Kuantitatif

Data kuantitatif diperoleh dari pengukuran konsentrasi kation Ca2+

dengan SSA.

Data yang diperoleh berupa data absorbansi Ca2+_{. Data absorbansi}

tersebut kemudian dianalisis untuk mengetahui konsentrasi pada saat setimbang. Data dari hasil penelitian tersebut dianalisis secara deskriptif kuantitatif untuk menentukan model isoterm adsorpsi yang sesuai.

2. Teknik Analisis Data

Pada penelitian ini, analisis data yang dilakukan dengan metode spektrofotometri, yaitu:

29

a. Penentuan Konsentrasi Larutan Ca2+

Untuk menentukan konsentrasi larutan Ca2+ _{setelah proses}

adsorpsi dapat dilakukan dengan mensubstitusikan pada persamaan garis regresi linier yang sudah diperoleh. Selanjutnya masing-masing harga absorbansi dari larutan sampel disubstitusikan ke dalam persamaan:

Y= a + bx ↔ _{� =} �−

Berdasarkan persamaan tersebut maka konsentrasi larutan Ca2+ _{dalam larutan dapat ditentukan. Perhitungan dilakukan secara}

otomatis oleh program komputerisasi dari alat AAS.

b. Penentuan Jumlah Ca2+ _{terikat (%)}

Jumlah Ca2+ _{terikat (%) dihitung dengan menggunakan data}

konsentrasi sisa tersebut. Jumlah Ca2+ _{terikat (%) dihitung dengan}

persamaan berikut:

Jumlah Ca2+ _{terikat (%) =} C – C i

C x 100%

c. Perhitungan Daya Adsorpsi (qe)

Penentuan daya ikat dihitung dengan persamaan kapasitas sorpsi tersebut.

qe =

30

d. Penentuan Model Isoterm Adsorpsi

Model isoterm pengikatan ditentukan berdasarkan dua model isoterm yaitu Langmuir dan Freundlich. Model isoterm pengikatan ditentukan dari nilai koefisien korelasi atau R (pada grafik) yang paling besar dan paling mendekati satu. Berikut adalah persamaan model isoterm Langmuir dan Freundlich. Persamaan Isoterm Langmuir

�� �� =

1

�.���� +

�� ����

Persamaan Isoterm Freundlich

31

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Penelitian

1. Sintesis Silika Gel dari Bagasse Tebu

Pada penelitian ini telah dilakukan sintesis silika gel dari bagasse tebu . Bagasse tebu diperoleh dari pedagang es tebu di sekitar UNY. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakter silika gel dari bagasse tebu yang telah disintesis, mengetahui pengaruh konsentrasi terhadap adsorpsi kation Ca2+ _{oleh silika gel dari bagasse tebu dan mengetahui model isoterm}

adsorpsi kation Ca2+ _{oleh silika gel dari bagasse tebu.}

Silika dari bagasse tebu diekstraksi dengan cara membakar bagasse tebu yang telah kering dan mengkalsinasinya pada suhu 600°C selama 5 jam. Prosedur pembuatan silika gel mengacu pada prosedur yang telah dilakukan oleh Kamath dan Proctor (1997), dan Kalapathy et al. (2000). Abu yang telah dikalsinasi diayak dengan ayakan 200 mesh dan dicuci dengan 1 Liter HCl 0,1 M. Abu yang telah cuci kemudian dikering dengan oven pada suhu 80°C hingga massa konstan. Ekstraksi dilakukan dengan memanaskan abu bagasse tebu yang telah dicuci dengan NaOH 1 M sampai mendidih. Setelah mendidih, suspensi disaring menggunakan corong buchner dengan kertas whatman no.42 untuk memisahkan filtrat dan residu. Filtrat yang didapatkan berupa natrium silikat yang digunakan sebagai prekursor pembuatan silika gel. Untuk membuat silila gel, filtrat yang

32

didapat direaksikan dengan HCl tetes demi tetes hingga terbentuk gel. Hasil sintesis silika gel dari bagasse tebu tersebut kemudian dilakukan karakterisasi dengan spektroskopi FTIR, dan Difraksi Sinar X.

2. Hasil Analisis secara Difraksi Sinar X

Setelah dilakukan sintesis, hasil yang didapatkan perlu di karakterisasi dengan XRD untuk mengetahui kristalinitas dan kemurnian suatu bahan. Bahan yang mempunyai struktur amorf cenderung lebih mudah diekstrak dan lebih baik saat disintesis daripada bahan yang berstruktur kristalin. Untuk mengetahui kemurnian silika hasil sintesis, dapat melihat difraktogram berikut ini.

Gambar 9. Difraktogram Silika Gel Kotor dan Bersih

3. Hasil Analisis secara Spektroskopi FTIR

Setelah dilakukan sintesis, selain analisis kristalinitas secara XRD, hasil yang didapatkan perlu dikarakterisasi menggunakan spektroskopi FTIR untuk mengetahui gugus fungsi. Jika gugus fungsi yang diharapkan

2-theta (deg)

In

te

nsi

ta

s

(c

33

telah muncul atau telah hilang maka dapat dikatakan sintesis telah berhasil. Spektra FTIR silika gel yang telah disintesis dibandingkan dengan spektra Kiesel gel tipe 60 untuk mengetahui kemiripan gugus fungsi hasil sintesis dengan hasil produksi pabrik.

Gambar 10. Spektra FTIR (a) Kiesel Gel 60 dan (b) Silika Gel dari Bagasse Tebu

4. Adsorpsi kation Ca2+

a. Pengaruh konsentrasi terhadap adsorpsi kation Ca2+

Pengaruh konsentrasi terhadap adsorpsi kation Ca2+ _{dapat dilihat pada}

grafik hubungan antara konsentrasi adsorbat dalam larutan dan konsentrasi adsorbat dalam adsorben . Hasil grafik yang didapatkan sebagai berikut.

-OH

Si-O

-OH

Si-O (a)

34

Gambar 11. Grafik hubungan antara konsentrasi Ca2+ _{dalam larutan dan}

konsentrasi Ca2+ _{dalam silika gel}

b. Penentuan model isoterm adsorpsi kation Ca2+

Penentuan model isoterm adsorpsi kation Ca2+ _{digunakan isoterm}

Langmuir dan Isoterm Freundlich. Hasil grafiknya sebagai berikut.

Gambar 12. Grafik Isoterm Langmuir Adsorpsi Kation Ca2+ _{pada Silika Gel}

Gambar 13. Grafik Isoterm Freundlich Adsorpsi Kation Ca2+ _{pada Silika Gel}

6.00E-04 1.10E-03 1.60E-03 2.10E-03 2.60E-03

9.00E-04 1.40E-03 1.90E-03 2.40E-03

Day a Ad so rb si (m o l/gr )

Konsentrasi Awal (M)

SG

Linear (SG)

SG y = 609.7x + 0.0025

R = 0.7438

0.00E+00 1.00E-02 2.00E-02 3.00E-02 4.00E-02 5.00E-02

0 0.00002 0.00004 0.00006

Ce /q e (g/ L) Ce (mol/L)

isoterm Langmuir

SG SG y = 0.1811x - 2.0041

R = 0.3528

-3.1 -3 -2.9 -2.8 -2.7 -2.6

-5.2 -5 -4.8 -4.6 -4.4 -4.2

Lo

g N

(mol

/g)

Log Ce (mol/L)

Isoterm Freundlich

SG Linear (SG)

35 B. Pembahasan

1. Sintesis Silika Gel dari Bagasse Tebu

Sintesis silika gel diawali dengan ekstraksi natrium silikat dari abu bagasse tebu. Sebelum diekstraksi, abu bagasse tebu ini dikalsinasi terlebih dahulu pada suhu 600°C selama 5 jam. Hal ini untuk mendapatkan abu bagasse tebu yang bebas karbon dan memiliki struktur amorf. Pemilihan suhu kalsinasi ini berdasarkan Govindarajan dan Jayalakshmi (2011) yang menyatakan bahwa struktur abu bagasse tebu berubah dari amorf pada 500°C sampai 700°C menjadi kristalin pada suhu 1000°C. Sementara itu, Goyal dkk.(2009) juga menyatakan bahwa pada temperatur 700°C, silika masih berstruktur amorf, namun kristal silika tumbuh sepanjang waktu pengabuan. Setelah kalsinasi, abu bagasse tebu diayak dengan ukuran 200 mesh. Selanjutnya, dilakukan pencucian dengan memasukkan 20 gram abu ke dalam 1 liter HCl 0,1 M dan dikeringkan dengan oven pada suhu 80°C. Pencucian ini bertujuan untuk mengilangkan zat – zat anorganik yang masih terdapat pada abu.

Ekstraksi 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 didapatkan kemudian disaring menggunakan penyaring buchner. Filtrat ini berwarna bening kekuningan. Menurut Mardiana dkk. (2013) reaksi ekstraksi natrium silikat mengikuti persamaan sebagai berikut.

36

Berdasarkan percobaaan, volume Na2SiO3 yang didapatkan dari 200

mL NaOH 1 M sekitar 180 mL. Larutan Na2SiO3 yang terbentuk selanjutnya

direaksikan dengan asam klorida. Tujuan penambahan asam tersebut yaitu untuk berlangsungnya reaksi kondensasi dan polimerisasi. Penggunaan larutan asam klorida (HCl) dalam penelitian ini mengacu pada penelitian terdahulu yang telah dilakukan oleh Zuryati (2005) 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 pula. Menurut Mardiana dkk. (2013), reaksi antara HCl dan Na2SiO3 dapat

dituliskan sebagai berikut

Na2SiO3 (aq) + 2 HCl (aq)  2 NaCl (aq) + H2SiO3 (aq)

H2SiO3 (aq) + H2O (l)  Si(OH)4 (aq)

Selanjutnya monomer – monomer asam silikat akan mengalami polimerisasi kondensasi membentuk dimer, trimer, dan seterusnya sampai akhirnya membentuk polimer asam silikat (Prastiyanto dkk., 2009). Menurut Scott (1993), reaksi polimerisasi kondensasi pembentukan silika gel dapat diilustrasikan sebagai berikut.

Si OH +

HO OH

OH

H+

Si OH2+

HO OH OH Si OH HO OH OH +

-H2O _{HO Si O}

OH OH Si OH OH OH H -H+ Si O HO OH OH Si OH OH OH +

37

Berdasarkan percobaan, rasio volume HCl 1 M yang dibutuhkan untuk menetralkan Na2SiO3 rata – rata sekitar 1,3 : 1. Pembentukan gel silika

dengan HCl berlangsung sangat lambat. Menurut Nuryono dan Narsito (2005) hal ini di sebabkan oleh sebagian gugus –Si-O- terprotonasi dan delokalisasi elektron terganggu sehingga atom Si dapat terserang oleh atom O dari spesies –Si-O- lain. Apabila penambahan asam dilanjutkan maka terjadi peningkatan konsentrasi –Si-OH dan reaksi tercepat berlangsung apabila tercapai konsentrasi –Si-OH dan –Si-O dalam jumlah sama.

2. Hasil Analisis secara Difraksi Sinar X

Hasil sintesis silika dari bagasse menunjukkan adanya pengotor karena kurangnya pencucian dengan aquades yang mengakibatkan banyaknya puncak-puncak tajam seperti pada gambar 9 bagian atas (halaman 32). Menurut Sriyanti dkk. (2005) puncak-puncak tajam itu disebabkan oleh natrium silikat yang tidak membentuk gel pada lingkungan asam. Setelah dilakukan pencucian cukup lama, hasil silika gel yang dihasilkan menunjukkan tidak adanya puncak-puncak tajam seperti pada gambar 9 bagian bawah. Dari setiap difraktogram yang didapatkan, puncak yang landai terletak pada 2θ =±20-22°. Hal ini juga sesuai dengan hasil XRD Hariharan dan Sivakumar (2013) yang mendapatkan puncak yang kuat pada 22°(2θ) yang menunjukkan silika amorf.

38

3. Hasil Analisis secara Spektroskopi FTIR

Analisis gugus fungsi menggunakan spektroskopi FTIR perlu dilakukan untuk mengetahui keberhasilan sintesis. Adanya gugus fungsi membantu para peneliti untuk mengetahui apakah reaksi berhasil atau tidak dengan biaya yang terjangkau. Hal ini dikarenakan setiap tipe ikatan memiliki sifat frekuensi vibrasi yang berbeda. Walaupun 2 senyawa berbeda yang mempunyai tipe ikatan yang sama namun terletak dalam lingkungan yang sedikit berbeda, maka akan menghasilkan puncak dengan frekuensi yang berbeda. Sehingga tidak ada dua molekul yang berbeda strukturnya akan mempunyai serapan inframerah yang tepat sama (Sastrohamidjojo, 2007).

Tabel 4.Interpretasi Spektra FTIR Kiesel Gel 60 dan Silika Gel dari Bagasse Tebu

Gugus Fungsional

Bilangan gelombang (cm-1₎ Silika Kiesel Gel 60

Merck

Silika Gel Vibrasi ulur –OH dari

Si-OH 3448,5 3472,39

Vibrasi ulur asimetris

Si-O dari Si-O-Si 1101,3 1097,43

Vibrasi ulur simetris

Si-O dari Si-O-Si 800,4 799,06

Vibrasi tekuk –OH

dari Si-OH 1637,5 1639,88

Vibrasi ulur Si-O dari

Si-OH 970,1 -

Vibrasi tekuk Si-O-Si 472,5 465,57

Secara umum, gugus fungsi silika gel hanyalah gugus silanol (Si-OH) dan Siloksan (Si-O-Si). Berdasarkan Tabel , interpretasi spektra FTIR silika gel hasil sintesis dari bagasse tebu menunjukkan kemiripan dengan spektra

39

silika Kiesel gel 60. Walaupun vibrasi ulur Si-O dari Si-OH tidak terdeteksi pada silika gel hasil sintesis, tetapi pada grafik terdapat puncaknya. Hal ini dapat terjadi karena puncak tersebut memiliki intensitas yang kecil sehingga tidak dibaca oleh alat. Secara keseluruhan dapat disimpulkan bahwa silika gel dari bagasse tebu memiliki kemiripan gugus fungsi dengan Kiesel gel 60. Hal ini menunjukkan bahwa bagasse tebu dapat digunakan sebagai bahan dalam pembuatan silika gel.

4. Adsorpsi Kation Ca2+

Adsorpsi kation Ca2+ _{dipengaruhi oleh beberapa hal, seperti konsentrasi}

adsorbat, pH, suhu, luas permukaan adsorben, waktu pengadukan dan ukuran molekul adsorbat (Benefield dkk., 1982). Pada penelitian ini dilakukan adsorpsi kation dengan variasi konsentrasi kation Ca2+ _yang

dilakukan dengan cara penambahan volume kation Ca2+ _{0,001 M. Volume}

yang ditambahkan yaitu 1, 3, 4, 5, 5, dan 5 mL. Penentuan volume Ca2+

yang ditambahkan ini dilakukan dengan melanjutkan penelitian sebelumnya. Adosorpsi kation Ca2+ _{dilakukan pada suhu 25°C atau suhu}

ruang, tekanan 1 atm (atmosfer), pH 5, dan waktu kontak selama 15 menit. Adsorpsi ini dilakukan pada pH 5 karena pada pH lebih dari 7 suasana akan menjadi basa, sehingga menurut (Vogel, 1990:300) sebagian Ca2+ _akan

mengendap menjadi CaCO3. Waktu kontak 15 menit digunakan karena

menunjukkan waktu optimal adsorpsi kation Ca2+ _{pada percobaan adsorpsi}

40

mengetahui pengaruh konsentrasi terhadap adsorpsi kation Ca2+ _{dan juga}

mengetahui model isoterm adsorpsi kation Ca2+_.

a. Pengaruh konsentrasi terhadap adsorpsi kation Ca2+

Untuk mengetahui pengaruh konsentrasi terhadap adsorpsi, diperlukan perhitungan daya adsorpsi pada lampiran 4 No.9 (halaman 70). Daya adsorpsi merupakan jumlah adsorbat (mol) yang teradsorpsi per gram adsorben. Berdasarkan Benefield dkk. (1982) dan Altaher & Elqada (2011), semakin tinggi konsentrasi semakin tinggi pula daya adsorpsinya. Pada gambar 11 (halaman 34), grafik tersebut menunjukkan adanya hubungan antara daya adsorpsi dengan konsentrasi awal kation Ca2+ _{bahwa semakin besar konsentrasi Ca}2+

semakin besar pula daya adsorpsinya. Hal ini sudah sesuai dengan teori yang ada.

Namun, sebandingnya daya adsorpsi dengan konsentrasi ini tidak diikuti dengan persen terikat kation Ca2+ _{pada silika gel. Persen terikat}

pada adsorpsi kation Ca2+ _{tidak berbeda jauh secara secara siginifikan,}

namun persen terikat paling tinggi terjadi pada konsentrasi kation Ca2+

1,31x10-3 _{pada penambahan 8 mL kation Ca}2+ _{yaitu sebesar 99.29%.}

b. Penentuan isoterm adsorpsi kation Ca2+

Berdasarkan atas adanya hubungan antara konsentrasi Ca2+ _dan

daya adsorpsi, dapat diturunkan beberapa model isoterm adsorpsi. Isoterm adsorpsi merupakan hubungan konsentrasi zat terlarut yang teradsorpsi pada padatan dengan konsentrasi larutan, pada suhu tetap.

41

Model isoterm adsorpsi yang dapat digunakan diantaranya Langmuir dan Freundlich.

Penentuan isoterm adsorpsi ini diperoleh dengan menghitung secara matematis suatu persamaan yang dihasilkan oleh grafik. Pada model isoterm Langmuir, grafik diperoleh dari hubungan antara konsentrasi sisa (Ce) sebagai sumbu x dan konsentrasi sisa per daya adsorpsi (Ce/qe) sebagai sumbu y. Hasil grafik yang diperoleh dapat

dilihat pada gambar 12 (halaman 34). Hasil persamaan garis yang diperoleh dari grafik tersebut kemudian diinterpretasikan ke persamaan

�� �� =

1 ���� . � +

��

���� . Pada model isoterm Freundlich, grafik diperoleh

dari hubungan antara log Ce sebagai sumbu x dan log qe sebagai sumbu

y. Hasil grafik yang diperoleh dapat dilihat pada gambar 13 (halaman 34). Parameter-parameter yang diperoleh dari perhitungan tersebut dapat dilihat pada tabel berikut.

Tabel 5. Parameter Isoterm Langmuir dan Freundlich Adsorpsi Ion Ca2+

Isoterm

Parameter Adsorben _SG Satuan

Langmuir

qmaks 1,64x10-3 mol/g

KL 243,88 L/mol

RL 0,8078 -

R 0,7438 -

Freundlich KF 9,9x10

-3 _-

1/n 5,521 -

R 0,3528 -

Keterangan : qmaks = kapasitas adsorpsi maksimum (mol/g), KL = konstanta isoterm Langmuir (L/mol)

RL = konstanta faktor pemisahan, R= koefisien korelasi, KF = konstanta isoterm Freundlich

n = kapasitas atau intensitas adsorpsi

Dalam menentukan model isoterm adsorpsi yang sesuai yaitu dengan membandingkan koefisien korelasi (R) antara isoterm satu dengan lainya.

42

Model isoterm adsorpsi yang paling baik adalah yang mempunyai R mendekati 1. Berdasarkan tabel tersebut dapat diketahui bahwa besar R model isoterm Langmuir pada silika gel sebesar 0,7438, sedangkan R model isoterm Freundlich sebesar 0,3528. Sehingga dapat disimpulkan bahwa untuk silika gel dari bagasse tebu mengikuti model isoterm Langmuir dengan lapis tunggal (monolayer).

Pada penentuan model isoterm adsorpsi juga dapat dilihat kelayakan dan karakteristiknya menggunakan konstanta faktor pemisah (RL) untuk

model isoterm Langmuir dan 1/n untuk model isoterm Freundlich. Apabila 0< RL<1 maka dapat dinyatakan bahwa adsorpsi bersifat favorable, RL >1

adsorpsi bersifat unfavorable, RL=1 adsorpsi bersifat linier dan RL=0

adsorpsi bersifat irreversibel. Sedangkan pada model isoterm Freundlich, apabila 0<1/n<1 maka dapat dinyatakan bahwa adsorpsi bersifat favorable. Berdasarkan tabel 5, nilai RL pada isoterm Langmuir pada silika gel yaitu

0,8078 yang termasuk favorable artinya silika gel layak/sesuai jika mengikuti model isoterm Langmuir. Harga 1/npada isoterm Freundlich pada SG yaitu 5,521 yang termasuk unfavorable. Dari semua data yang didapatkan, dapat disimpulkan bahwa adsorpsi Ca2+ _{menggunakan silika gel}

lebih sesuai jika mengikuti model isoterm Langmuir karena memiliki R=0,7438 dan bersifat favorable dengan nilai RL = 0,8078.

43 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Berdasarkan pembahasan, penelitian ini dapat disimpulkan sebagai berikut. 1. Spektra FTIR menunjukkan bahwa silika gel berhasil disintesis yang

ditandai oleh munculnya vibrasi ulur gugus –OH pada 3472,39 cm-1 _dari

gugus silanol serta munculnya puncak 1097,43 cm-1 _{yang menunjukkan}

vibrasi ulur –Si-O dari gugus siloksan. Difraktogram sinar X menunjukkan silika gel yang disintesis berstruktur amorf dengan puncak landai pada

2θ=22°.

2. Konsentrasi kation Ca2+ _{berpengaruh pada besarnya daya adsorpsi. Semakin}

besar konsentrasi, semakin besar pula daya adsorpsinya.

3. Model isoterm adsorpsi kation Ca2+ _{oleh silika gel dari bagasse tebu}

mengikuti isoterm Langmuir dengan nilai R = 0,7438, qmaks = 1,64 mmol/g,

KL = 243,88 L/mol dan bersifat favorable dengan nilai RL= 0,8078.

B. Saran

Berdasarkan pembahasan , dapat dikemukakan beberapa saran sebagai berikut. 1. Perlu adanya penelitian lebih lanjut untuk mengetahui faktor adsorpsi yang

lain, seperti variasi pH dan suhu.

2. Perlu adanya kajian lebih lanjut dengan model isoterm yang lain agar dapat menyimpulkan secara tepat isoterm adsorpsi Ca2+ _{pada silika gel.}

44

DAFTAR PUSTAKA

Adriani, Rizky. (2011). Analisa Kadar Kalsium Oksida (CaO) Dan Magnesium Oksida (MgO) Pada Pupuk Dolomit Dan Kiserit Secara Titrasi Kompleksometri. Skripsi. Medan : Universitas Sumatera Utara.

Akhinov, F. A., Hati, D. P., Nazriati, dan Setyawan, H. (2010). Sintesis Silika Aerogel Berbasis Abu Bagasse dengan Pengeringan Pada Tekanan Ambient. Prosiding : Seminar Rekayasa Kimia dan Proses. Surabaya : ITS. Altaher, H., and ElQada, E. (2011). Investigation of the treatment of colored water

using efficient locally available adsorbent. International Journal Of Energy

And Environment. 2 (6) :1113-1124.

Anderson, M. A., and Rubin, A. J. (1981). Adsorption Of Inorganics At Solid-Liquid Interfaces. Ann Arbor Science. United States of Amerika.

Atkins, P. W. (1999). Kimia Fisika, Jilid 2, Edisi Keempat. Jakarta : Erlangga. Benefield, L.D., Judkins, J.F., Weand, B.L. (1982). Process Chemistry for Water

and Wastewater Treatment. Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs.

Danks, A.E., Hall, S.R., and Schnepp, Z. (2016). The evolution of ‘sol–gel’

chemistry as a technique for materials synthesis. Review. Royal Society of

Chemistry. Mater. Horiz., 3: 91-112.

García, R. and Báez, A. P. (2012). Atomic Absorption Spectrometry (AAS), Atomic Absorption Spectroscopy, Muhammad Akhyar Farrukh (Ed.), InTech, diakses dari : http://www.intechopen.com/books/atomic-absorption-spectroscopy/atomic-absorption-spectrometry-aas pada tanggal 8 Oktober 2016.

Govindarajan, D. dan Jayalakhsmi, G. (2011). XRD, FTIR and Microstructure Studies of Calcined Sugarcane Bagasse Ash. Advances in Applied Science

Research. 2 (3): 544-549.

Goyal, A., Kunio, H., Hidehiko, O., Mandula. (2009). Properties and Reactivity of Sugarcane Bagasse Ash. Tottory : Tottory University.

Hariharan, V. and Sivakumar, G. (2013). Studies On Synthesized Nanosilica Obtained From Bagasse Ash. International Journal of ChemTech Research. 5. (3). 1263-126.

Ikhsan, J., Sulastri, S., dan Priyambodo, E. (2015). Pengaruh pH Pada Adsorpsi Kation Unsur Hara Ca2+ dan K+ Oleh Silika dari Lumpur Lapindo. Jurnal

Penelitian Saintek. 20 (1). 10-18.

Ikhsan, J., Sulastri, S., dan Priyambodo, E. (2015a). Studi Kinetika Sorpsi Unsur Hara oleh Silika dari Lumpur Lapindo Termodifikasi Sulfonat dan Aminokuartener untuk Memahami Potensi Lumpur sebagai Bahan Pupuk SRF (Slow Release Fertilizer). Artikel. Yogyakarta:UNY.

45

Kalaphaty, U., Proctor, A., dan Schultz, J. (2000). Production and Properties of Flexible Sodium Silicate Fils From Rice Hull Ash Silica. Bioresource

Technology. 72 (2), 99-106.

Kamath, S. R. dan Proctor, A. (1997). Silica Gel from Rice Hull Ash: Preparation and characterization. AACC International. 75 (4). 484-487.

Kim, M. J., and Chea, G. H. (2012). Study on the PV Driven Dehumidifying System with Oyster Shell and Thermoelectric Device. Journal of the Korean Society

of Marine Environment and Safety, 18 (3), 287-293.

Kristianingrum, S., Siswani, E. D., dan Fillaeli, A.( 2011). Pengaruh Jenis Asam pada Sintesis Silika Gel dari Abu Bagasse dan Uji Sifat Adsorptifnya terhadap Ion Logam Tembaga (II). Prosiding Seminar Nasional Kimia . Yogyakarta :UNY.

Kul, A. R., and Koyuncu, H. (2010). Adsorption Of Pb(II) Ions From Aqueous Solution By Native And Active Bentonite: Kinetic, Equilibrium And Thermodynamic Study. Journal of Hazardous Materials. 179, 332-339. Lakdawala, M.M., Patel, Y.S. (2012). The effect of low cost material Bagasse Fly

ash to the removal of COD Contributing component of combined waste water of Sugar Industry. Scholar Research Library. 4 (2), 852-857.

Mahatmanti, F. W., Nuryono, dan Narsito. (2016). Adsorption of Ca(II), Mg(II), Zn(II), and Cd(II) on Chitosan Membrane Blended with Rice Hull Ash Silica and Polyethylene Glycol. Indonesian. J. Chem. 16 (1), 45-52. Mardiana, I., Wardhani, S., dan Purwonugroho, D. (2013). Pengaruh pH Dan

Waktu Aging dalam Sintesis Silika Xerogel Berbasis Sekam Padi. Kimia

Student Journal, 2(1),337-344.

Martell, A. E. and Hancock, R. D. (1996). Metal Complexes in Aqueous Solutions. New York: Plenum Press.

Masel, R. (1996). Principal of Adsorpstion and Reaction on Solid Surface. New York: John Willey & Sons Inc.

Nazriati, Setyawan, H., Winardi, S. Arizanova, R., dan Vantiningtyas, E. E. (2011). Sintesis Silika Aerogel dengan Bahan Dasar Abu Bagasse. Reaktor. 13 (4), 220-224.

Nuryono and Narsito. (2005). Effect of Acid Concentration on Characters Of Silica Gel Synthesized from Sodium Silicate. Indonesian. J. Chem., 5 (1), 23 – 30. Oscik, J. (1982). Adsorption. New York: John Wiley & Sons Inc.

Prastiyanto, A., Azmiyawati, C., dan Darmawan, A. (2009). Pengaruh penambahan merkaptobenzotiazol (MBT) terhadap kemampuan adsorpsi gel silika dari kaca pada ion logam cadmium. Semarang : Universitas Diponegoro. Rouquerol, F., Rouquerol, J., and Sing, K. (1999). Adsorption By Powders And

Porous Solids: Principles, Methodology And Applications. London : Academic Press.

46

Sastrohamidjojo, H. (1992). Spektroskopi. Yogyakarta: Liberty. Sastrohamidjojo, H. (2007). Spektroskopi. Yogyakarta: Liberty.

Scherperel, G. (2007). Electrosprayionization Tandem Mass Spectrometry For The Detection And Characterization Of Smokeless Powders. Thesis. Michigan State University.

Scott, R.P.W. (1993). Silica Gel and Bonded Phases, Their Production, Properties and use in LC. New York : John Willey & Sons Inc.

Smith, B. C. (1998). Infrared Spectral Interpretation: A Systematic Approach. Florida : CRC Press LLC.

Sriyanti, T., Nuryono, dan Narsito. (2005). Sintesis Bahan Hibrida Amino-Silika dari Abu Sekam Padi Melalui Proses Sol-Gel. Jurnal Sains Kimia dan

Aplikasi. VIII (1). 1-10.

Sulastri, S., Nuryono, Kartini, I., dan Kunarti, E.S. (2011). Modifikasi Sulfonat terhadap Silika Gel dari Abu Sekam Padi serta Pengaruhnya pada Berbagai Karakter. Prosiding Seminar Nasional Penelitian, Pendidikan dan Penerapan. Yogyakarta: FMIPA UNY.

Sulastri, S. dan Kristianingrum, S. (2010). Berbagai Macam Senyawa Silika: Sintesis, Karakterisasi dan Pemanfaatan. Prosiding . Seminar Nasional Penelitian, Pendidikan dan Penerapan. Yogyakarta: FMIPA UNY.

Vogel. (1990). Analisis Anorganik Kualitatif Makro dan Semimikro. Jakarta : PT. Kalman Media Pustaka.

Waseda, Y., Matsubara, E., and Shinoda, K. (2011). X-Ray Diffraction Crystallography: Introduction, Examples and Solved Problems. Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

Weber, T.W., and Chakraborti, R.K. (1974). Pore and solid diffusion models for fixed bed adsorbents, Journal American Institute Of Chemical Engineers

Journal (Aiche), 20(2):228–238.

William, J. M. (1987). The simulation of gold adsorption by carbon using a film diffusion model. Dissertation. Johannesburg: University of the Witwatersrand.

Worathanakul, P., Payubnop, W., and Muangpet, A. (2009). Characterization for Post-treatment Effect of Bagasse Ash for Silica Extraction. World Academy

of Science, Enginering and Technology. 3 (8). 398-400.

Wu, J., Ling, L., Xie, J., and Wang, B. (2014). Surface Modification of Silica with 3-mercaptopropyltrimethoxysilane : Experimental and theoretical study on the surface interaction. Chemical Physic Letters, 591, 227-232.

Wypych, F. (2004). Clay Surfaces : Fundamentals and Applications. London: Elsevier Ltd.

Young, S.K. (2002). Overview of Sol-Gel Science and Technology. U.S : Army Research Laboratory.

47

Zuryati, U. K. (2005). Pembuatan Silika Gel dari Abu Sekam Padi Menggunakan Asam Sitrat dan Asam Klorida serta Karakterisasinya. Skripsi. Yogyakarta: Universitas Gajah Mada.

48

49

Lampiran 1. Perhitungan untuk Sintesis Silika Gel dari Bagasse Bebu 1. Larutan NaOH 1 M

Larutan NaOH 1 M dibuat dengan cara melarutkan 20 gram kristal NaOH dengan aqua demineralisata dan diencerkan dalam labu takar 500 mL hingga tanda batas. Penimbangan kristal NaOH berdasarkan pada perhitungan berikut:

M = � �/ �

�

1 M = � �/

,

0,5 mol = � �

Massa kristal NaOH = 0,5 mol x 40 gram/mol Massa kristal NaOH = 20 gram

2. Larutan HCl 1 M

Larutan HCl 1 M dibuat dengan cara memipet larutan HCl 5 M sebanyak 5 mL ke dalam labu takar 1000 mL, kemudian diencerkan hingga tanda batas. Pengambilan volume larutan HCl p.a berdasarkan persamaan pengenceran berikut:

� . = _� . � . 5 M = 500 mL . 1 M

� = .

� = 100 mL

3. Larutan HCl 0,1 M

Larutan HCl 0,1 M dibuat dengan cara memipet larutan HCl 1 M sebanyak 100 mL ke dalam labu takar 1000 mL, kemudian diencerkan hingga tanda batas. Pengambilan volume larutan HCl 1 M berdasarkan persamaan pengenceran berikut:

� . = _� .

� . 1 M = 1000 mL . 0,1 M

� = . ,

50

Lampiran 2. Perhitungan untuk Pembuatan Larutan Eksperimen Adsorpsi 1. Larutan 0,1 M Ca2+

Pembuatan larutan 0,1 M Ca2+ _{dengan melarutkan 2,36147 gram kristal}

Ca(NO3)2.4H2O ke dalam aquademineralisata kemudian diencerkan menggunakan

labu ukur 100 mL hingga tanda batas. Sehingga diperoleh larutan Ca2+_{0,1 M.}

Penimbangan massa kristal Ca(NO3)2 . 6H2O berdasarkan perhitungan berikut:

a) Mencari mol Ca2+ _{untuk 0,1 M larutan Ca}2+ _{dalam 100 mL}

Mol Ca2+ _{= Molaritas. Volume}

Mol Ca2+ _{= 0,1 M. 0,1 L}

Mol Ca2+ _{= 0,01 mol}

b) Mencari massa Ca2+

Mol Ca2+ ₌ �� � �

Massa Ca2+ _{= mol Ca}2+_{x Ar Ca}

= 0,01 mol x 40 gram/mol

= 0,4 gram

c) Mencari massa kristal Ca(NO3)2.4H2O

Massa Ca(NO3)2 .4H2O = � _{� �} . � � � � +

= , � /

, � / � , �

= 2,36147 gram

d) Konsentrasi larutan Ca2+ _{0,1 M dalam ppm}

Ca2+ ₌ �

Ca2+ ₌ , � ,

Ca2+ ₌ �

51 2. Larutan 0,001 M Ca2+

Pembuatan larutan 0,001 M Ca2+ _{dilakukan dengan cara mengambil larutan}

0,1 M Ca2+ _{sebanyak 1 mL, kemudian dimasukkan dalam labu takar 100 mL dan}

diencerkan dengan aquademineralisata hingga tanda batas. Sehingga diperoleh larutan Ca2+ _{0,001 M. Pengambilan volume larutan 0,1 M Ca}2+ _berdasarkan

persamaan pengenceran berikut: � . = _� .

� . 0,1 M = 100 mL . 0,001 M

� = . ,

,

� = 1 mL

Konsentrasi larutan Ca2+ _{0,001 M = 40 ppm}

3. Larutan Standar Ca2+

Pembuatan larutan standar Ca2+ _{dilakukan dengan mengencerkan larutan Ca}2+

0,001 M atau 40 ppm. Konsentrasi larutan yang digunakan adalah 0 ppm; 2 ppm; 4 ppm; 8 ppm; 12 ppm; 16 ppm; dan 20 ppm sebanyak 50 mL, dengan menggunakan persamaan sebagai berikut.

� . _� = _� . _�

Dengan: _� = volume larutan sebelum pengenceran � = konsentrasi larutan sebelum pengeceran � = volume larutan setelah pengenceran � = konsentrasi larutan setelah pengenceran

Berikut adalah contoh perhitungan larutan standar dengan konsentrasi 2 ppm � . _� = _� . _�

� . 40 ppm =50 mL . _��� � = .

52

Perhitungan ini dilakukan juga untuk konsentrasi 4, 8, 12, 16, dan 20 ppm sehingga volume larutan standar Ca2+ _{yang dibutuhkan adalah 5, 10, 15, 20 dan}

25 mL.

Pada penelitian ini, perhitungan dilakukan dengan menggunakan konsentrasi dalam Molaritas, sehingga diperoleh konsentrasi larutan standar Ca2+ _{dalam Molaritas untuk konsentrasi 4 ppm adalah}

M =

M Ca2+ ₌ �

M Ca2+ ₌ � − �

M Ca2+ ₌ � − � _{= 5 x 10}-5 _M

Perhitungan yang sama juga dilakukan untuk konsentrasi standar Ca2+ _{yang lain,}

sehingga konsentrasi larutan standar dalam Molaritas adalah No. Konsentrasi (ppm) Konsentrasi (M)

1. 0 0

2. 2 5 x 10-5

3. 4 1 x 10-4

4. 8 2 x 10-4

5. 12 3 x 10-4

6. 16 4 x 10-4

53

Lampiran 3. Pembuatan Kurva Larutan Standar Ca2+ Berikut adalah data konsentrasi dan absorbansi larutan standar Ca2+

Konsentrasi Absorbansi

0.00E+00 0

5.00E-05 0.213 1.00E-04 0.440 2.00E-04 0.860 3.00E-04 1.002 4.00E-04 1.345 5.00E-04 1.785

y = 3381.9x + 0.0576 R² = 0.9869

0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000

0.00E+00 1.00E-04 2.00E-04 3.00E-04 4.00E-04 5.00E-04 6.00E-04

Ab

so

rb

an

si

KOnsentrasi (M)

Standar Ca

Standar Ca Linear (Standar Ca)

54

Lampiran 4. Data dan Perhitungan Parameter Isoterm Langmuir dan Freundlich

Silika Gel

Volume suspensi = 200 mL Konsentrasi Ca2+ _{= 1 x 10}-3 _M

1. Perhitungan Volume Suspensi

Volume suspensi = V suspensi awal – V diambil + V HCl + V Ca(NO3)2

= 200 mL - 5 mL + 0,2 mL + 1 mL = 196,2 mL

2. Perhitungan Ca2+ _{(dalam mol) Total dalam Sistem}

Mol total = (0,001. V Ca2+ _{yg ditambah. C Ca}2+_{)*fp + 0,001 . C awal}

larutan . (V Suspensi – V diambil)

= (0,001. 1. 1 x 10-3_{)*10 + 0,001. 9,75 x 10}-4 _{(196.2 - 5)}

= 1,96 x 10-4 _mol

3. Perhitungan Konsentrasi Awal (C awal) C awal =

, . � �

C awal = , � −

, . ,

C awal = 1,0 x 10-3 _M

4. Perhitungan Konsentrasi saat Setimbang Y = 3381,9 X + 0,0576

0,113 = 3381,9 X + 0,0576 X = , − ,

,

55 5. Perhitungan jumlah Ca2+ _{sisa (dalam mol)}

Mol sisa = C sisa. V suspensi. 0,001 Mol sisa = 1,638 x 10-5 _{M. 196,2. 0,001}

Mol sisa = 3,214x10-6 _mol

6. Perhitungan jumlah Ca2+ _{terikat (dalam mol)}

Mol terikat = mol sistem – mol saat setimbang Mol terikat = 1,96x 10-3 _{mol – 3,214x10}-6 _mol

Mol terikat = 1,93 x 10-4 _mol

7. Perhitungan Konsentrasi Ca2+ _terikat

C terikat = �

�

C terikat = , � −

,

C terikat = 9,85 x 10-7 _M

8. Perhitungan jumlah Ca2+ _{terikat (dalam %)}

% terikat = �

� x 100%

% terikat = , � −

, � − x 100%

% terikat = 98,364%

9. Perhitungan daya adsorpsi (qe)

qe = �

qe = , � − , �

56 10. Perhitungan Isoterm Langmuir

a. Ce atau C sisa (sebagai sumbu X) Y = 3381,9 X + 0,0576

0,113 = 3381,9 X + 0,0576 X = , − ,

,

X = 1,638x10-5 _mol/L

b. Ce/qe (sebagai sumbu Y)

Ce/qe = , � − , � −

Ce/qe = 0,0161 L/g

c. Penentuan Parameter Langmuir Berdasarkan Grafik IsotermLangmuir Persamaan Linier Isoterm Langmuir

� ₌

� . +

� � � ₌

� . + �. Ce

Y = a + bX

Nilai Ce dan Ce/qe kemudian diplotkan, dan diperoleh grafik dengan

persamaan garis regresi sebagai berikut: Y = 609,7x -0,0025

Dari grafik, nilai qmax ditentukan dari harga slope (b) pada grafik, yaitu

b =

�

609,7 =

�

57

Dari grafik nilai KL ditentukan dari harga intersep (a) pada grafik, yaitu

a =

� .

0,0025=

, .

KL = 243,88 L/mol

11. Perhitungan Isoterm Freundlich a. log Ce (sumbu X Freundlich)

log Ce = log 1,638x10-5 _mol/L

log Ce = -4,78565 mol/L

b. log qe (sumbu Y Freundlich)

log qe = log 1,02 x 10-3 mol/g

log qe = -2,992 mol/g

c. Penentuan Parameter Freundlich Berdasarkan Grafik Isoterm Freundlich Persamaan Linier Isoterm Freundlich

log = log _� + log _� Y = a + bx

Setelah nilai log Ce dan log n diplotkan, diperoleh grafik dengan persamaan

grafik regresi:

Y = -2.0041 + 0,1811x

Dari grafik, nilai KF ditentukan dari intersep (a) pada grafik, yaitu

a = log KF

-2.0041 = log KF

KF = 0,00991

Dari grafik, nilai ditentukan dari slope (b) pada grafik, yaitu = 0,1811

65

Hasil Perhitungan Pengaruh Konsentrasi terhadap Adsorpsi Kation Ca2+

1. Data perhitungan pengaruh konsentrasi pada silika gel

No V Ca 0,001 M Abs V suspensi Mol sistem C awal C setimbang Mol sisa Mol ikat C ikat % ikat 0 0 0.203 200 1.95E-04 9.75E-04 4.29936E-05 8.59872E-06 1.86E-04 9.32E-07 95.590 1 1 0.113 196.2 1.96E-04 1.00E-03 1.63813E-05 3.21402E-06 1.93E-04 9.85E-07 98.364 2 3 0.096 194.3 2.20E-04 1.13E-03 1.13546E-05 2.20619E-06 2.17E-04 1.12E-06 98.995 3 4 0.089 193.4 2.53E-04 1.31E-03 9.28472E-06 1.79567E-06 2.51E-04 1.30E-06 99.290 4 5 0.157 193.5 2.96E-04 1.53E-03 2.93918E-05 5.68731E-06 2.91E-04 1.50E-06 98.081 5 5 0.146 193.6 3.39E-04 1.75E-03 2.61392E-05 5.06054E-06 3.34E-04 1.72E-06 98.507 6 5 0.225 193.7 3.80E-04 1.96E-03 4.94988E-05 9.58792E-06 3.71E-04 1.91E-06 97.479

66

2. Hasil perhitungan parameter Langmuir dan Freundlich pada silika gel

No. Ce qe Ce/qe log Ce log qe

1. 4.29936E-05 9.56E-04 4.50E-02 -4.366596355 -3.019585713 2. 1.63813E-05 1.02E-03 1.61E-02 -4.785650997 -2.992290095 3. 1.13546E-05 1.18E-03 9.64E-03 -4.944829537 -2.929065625 4. 9.28472E-06 1.40E-03 6.63E-03 -5.032231114 -2.853860634 5. 2.93918E-05 1.67E-03 1.76E-02 -4.531774377 -2.777424384 6. 2.61392E-05 1.98E-03 1.32E-02 -4.582708497 -2.70432634 7. 4.94988E-05 2.26E-03 2.19E-02 -4.305405308 -2.64537568

67

Lampiran 5. Skema Penelitian

1. Preparasi Abu Bagasse Tebu

Bagasse Tebu kering

Pembakaran

Sampel dikalsinasi 600oC selama 5 jam

Ditumbuk dan diayak

Diperoleh abu halus berwarna abu-abu

68 2. Pembuatan Natrium Silikat

Pengadukan dengan

magnetic stirrer Selama 2 jam

Filtrat Abu bebas pengotor

Residu

Penyaringan

Teflon 400 ml NaOH 1 M Oven Suhu 80_{massa konstan} oC, sampai Pencucian sampai netral

20 gr abu bagasse tebu

Toples plastik

Pemanasan dan pengadukan dengan

magnetic stirrer

1 L HCl 0,1 M

Penyaringan

Suhu 90o_C,

selama 1 jam

Filtrat Residu

Larutan Natrium Silikat

69 3. Pembuatan Silika Gel

HCl 1 M Larutan Na2SiO3

pH 7 dan terbentuk gel

Dicuci dengan aquades hingga

netral Disaring dengan

Whatman no.42

Tetes demi tetes

Filtrat Hidrogel

Silika Residu

Dikeringkan pada suhu 80o_{C selama 5 jam}

Silika Gel

Karakterisasi FTIR, XRD

70

4. Eksperimen Adsorpsi Variasi Konsentrasi

0.2 g SG Erlenmeyer

pH diatur pada pH 5 dengan menambahkan 0,01 M HCl

5 mL diambil

Mengukur absorbansi dengan SSA

200 mL aquademineralisata

Di saring

Diaduk dengan magnetic

stirrer selama 15 menit

Menambahkan larutan Ca(NO3)2 0,001 M

(1,3,4,5,5, dan 5 mL)

pH diatur pada pH 5 dengan menambahkan 0,01 M HCl

71

Lampiran 6. Hasil Karakterisasi FTIR, XRD dan Analisa Adsorpsi Ca2+ _secara

SSA

1. Spektra FTIR Silika Gel

Collection time: Mon Feb 15 10:02:20 2016 (GMT+07

Mon Feb 15 11:19:13 2016 (G

Mon Feb 15 11:19:12 2016 (GMT+07:00) FIND PEAKS:

Spectrum: *Silika Gel dari Bagasse Tebu Region: 4000,00 400,00 Absolute threshold: 40,946 Sensitivity: 50

Peak list:

Position: 3472,39 Intensity: 6,473 Position: 1097,43 Intensity: 10,169 Position: 465,57 Intensity: 15,113 Position: 1639,88 Intensity: 20,667 Position: 2361,93 Intensity: 24,141 Position: 799,06 Intensity: 29,896

4 6 5 ,5 7 7 9 9 ,0 6 1 0 9 7 ,4 3 1 6 3 9 ,8 8 2 3 6 1 ,9 3 3 4 7 2 ,3 9 5 10 15 20 25 30 35 40 % T ra n sm it ta n ce 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Wavenumbers (cm-1)

72

73

74

Lampiran 7. Dokumentasi Penelitian

Sinteis natrium silikat

Memisahkan residu dan filtrat Natrium silikat

Pembuatan silika gel Pencucian silika gel