PROS Munasir, Widodo,Triwikantoro, Moch.Z, Darminto Perbandingan Massa Full text
PROSIDING SEMINAR NASIONAL SAINS DAN PENDIDIKAN SAINS VII UKSW
PERBANDINGAN MASSA KALIUM HIDROKSIDA
PADA EKSTRAKSI SiO2 ORDE NANO
BERBASIS BAHAN ALAM PASIR KUARSA
Munasir1,2, Widodo1, Triwikantoro1, Moch.Zainuri1, dan Darminto1
1
Fisika ITS Surabaya, Kampus ITS Sukolilo Surabaya 60111
2
Fisika UNESA, Kampus Ketintang Surabaya 60321
email : [email protected]
dialam adalah quartz, karena jenis ini yang
paling stabil [5]. Dan ketersediaan di alam
sangat melimpah di dalam pasir kuarsa.
Berikut contoh lokasi tambang pasir kuarsa di
Bancar tuban Jawa timur.
PENDAHULUAN
Diantara bahan mineral alam yang
sering dimanfaatkan untuk kebutuhan seharihari salah satunya adalah silika (SiO2). Silika
digunakan untuk membuat kaca, gelas,
piranti semikonduktor, juga untuk berbagai
keperluan dengan berbagai ukuran partikel
silika tergantung aplikasi yang dibutuhkan
seperti dalam industri ban, karet, gelas,
semen, beton, keramik, tekstil, kertas,
kosmetik, elektronik, cat, film, pasta gigi, dan
lain-lain lain-lain. Silika merupakan senyawa
terbanyak penyusun kerak bumi (60,6%).
Silika bisa didapatkan dari pasir silika yang
jumlahnya melimpah di Indonesia atau dari
limbah penghancuran gelas dan kaca juga
dari bahan organik seperti abu sekam padi
(rice husk) dan abu tebu (baggase
ash).[1,2,3]. Pada bentuk aplikasinya, silika
biasanya dibuat dalam bentuk gelas, kristal,
gel, aerogel, fumed silika (pirogenik silika),
and silika koloid (Aerosil) [4].
Silika memiliki sejumlah bentuk kristal
yang berbeda selain bentuk amorf. Kristal
tersebut antara lain quartz, cristobalite, dan
tridymite. Dan yang paling banyak ditemukan
Gambar 1. Pasir kuarsa Bancar Tuban Jawa Timur
Pada
era
nanoteknologi,
dapat
ditunjukan bahwa ukuran partikel bahan baku
yang diperkecil membuat produk memiliki
sifat yang berbeda sehingga dapat
meningkatkan kualitas material. Sebagai
salah satu contoh silika dengan ukuran
mikron banyak diaplikasikan dalam material
building, yaitu sebagai bahan campuran pada
beton. Rongga yang kosong di antara partikel
semen akan diisi oleh mikrosilika sehingga
40
PROSIDING SEMINAR NASIONAL SAINS DAN PENDIDIKAN SAINS VII UKSW
energi /temperatur furnace menjadi sekitar
360oC.
berfungsi sebagai bahan penguat beton dan
meningkatkan daya tahan (durability).
Ukuran lainnya yang lebih kecil adalah
nanosilika yang banyak digunakan pada
aplikasi di industri ban, misalnya dengan
penambahan nanosilika pada ban akan
membuat ban memiliki daya lekat yang lebih
baik terlebih pada jalan salju, mereduksi
kebisingan yang ditimbulkan dan usia ban
lebih pajang dari pada produk ban tanpa
penambahan nanosilika.
Untuk mendapatkan ukuran silika
sampai pada skala mikro/nano-silika perlu
perlakuan khusus pada prosesnya. Untuk
mikrosilika biasanya dapat diperoleh dengan
metode special milling, yaitu metode milling
biasa yang sudah dimodifikasi khusus,
sehingga kemampuan untuk menghaluskannya jauh lebih efektif. Dengan metode ini
dimungkinkan akan diperoleh silika sampai
pada skala mikro. Untuk produksi silika orde
nano dapat dilakukan dengan metode-metode
tertentu diantaranya: sol-gel process,
chemical precipitation, polimerisasi dan
sebagainya. [5,6,7].
Pasir kuarsa dialam masih tercampur
dengan unsur pengotor/oksida lain yang
tergabung selama proses pelapukan dan
pembentukan pasir secara alami, juga proses
interaksi yang sangat lama dengan
lingkungannya. Butiran Pasir kuarsa dialam
berorde puluhan mikron, dan untuk
memperkecil ukuran hingga orde mikron
harus dilakukan milling, dan untuk
memperkecil lebih lanjut hingga orde nano
sulit terbentuk, mungkin dengan teknologi
high energy milling. Alternatif lain dengan
cara peleburan, ingat titik didih SiO2sekitar
1900-2100oC, sehingga perlu senyawa katalis
untuk menurunkan temperatur ekstraksi dan
memperkecil ukuran SiO2 hingga skala
atomik. Sebagai solusi digunakan senyawa
alkali (NaOH, KOH, Na2CO3). Penelitian
terdahulu telah berhasil mengekstraksi silika
gel dari bahan alam pasir douriet dengan
Na2CO3 (4), dan dari limbah gelas dengan
NaOH atau KOH [6,8-9].
Dalam penelitian ini akan dilakukan
ektraksi/pemisahan silika SiO2 dari pasir
kuarsa berbasis bahan alam lokal, dan
memperkecil ukuran partikel silika hingga
skal atomik, silika orde nano. Pemanfaatan
senyawa alkali KOH sebagai katalis
ekstraksi, sehingga menurunkan kebutuhan
METODOLOGI EKSPERIMEN
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan dalam
penelitian ini adalah Pasir Silika dari Pantai
Bancar Tuban Jawa Timur dengan
kandungan 76,8 wt% SiO2, larutan HCl 37 %,
KOH 85%, dan Aquades.Peralatan yang
digunakan dalam penelitian ini antara lain
adalah gelas beker ukuran 100, 250, 400, 500
dan 800 ml; gelas ukur, pipet, spatula logam
dan kaca, corong kaca, cawan keramik,
mortar, aluminium foil, thermometer, kertas
saring, lampu untuk pengeringan, timbangan
analitik, furnace dan magnetik stirrer.
Eksperimen
Penelitian
sintesis
silika
ini
menggunakan metode alkali fusion dengan
tiga variasi komposisi serbuk pasir dan KOH,
secara berturut-turut adalah : (1) pasir:KOH =
20:80 wt%; (2) pasir:KOH = 12:88 wt%; dan
10:90 wt%. Lama pembakaran difurnace/
proses alkali fusion sekitar 4 jam. Sebelum
proses ekstraksi pasir direndam dengan
menggunakan HCl 2M selama 12 jam untuk
membuang senyawa pengotor selain SiO2,
sehingga proses alkalifusion dapat terjadi
secara optimal.
Tahap ekstraksi SiO2 dengan proses
alkali ini adalah: (1) pasir kuarsa yang sudah
dihaluskan kemudian dicampur dengan KOH
dengan kompisisi yang ditentukan dan
masukan kedalam cawan keramik, (2)
masukkan dalam furnace, hidupkan dan
seting hingga suhu 360° C dan ditahan
hingga 4 jam, lalu dinginkan hingga
temperatur kamar, (3) diperoleh kristal padat
berwarna putih sebagai potasium silikat
(K2SiO3) masukan dalam gelas rekasi 500 ml
dan tambahkan aquades (H2O); (4) diperoleh
larutan potasium silikat, sampai disini larutan
ini di diamkan selama 24 jam, baru kemudian
disaring dan hasil saringan tersebut siap
untuk dititrasi dengan larutan HCl 37% 2M,
(5) proses titrasi, selama proses titrasi larutan
diaduk dan dipanaskan hingga temperatur
50oC hingga terbentuk sol gel hingga gel
putih (Si(OH)4) yang dikontrol hingga pH 12; (6) proses pencucian (washing) gel putih
dengan aquades beberapa kali hingga
terbebas dari KCl dan diperoleh silika gel
41
PROSIDING SEMINAR NASIONAL SAINS DAN PENDIDIKAN SAINS VII UKSW
basah ; dan (7) pengeringan silika gel basah
dalam oven hingga temperatur 80oC selama
12 jam, sehingga diperoleh serbuk silika.
.
HASIL DAN DISKUSI
Hasil Uji XRF (X-Ray Flourecence)
Kandungan unsur SiO2 dari serbuk
pasir bancar dan silika gel orde nano hasil
sintesis memiliki prosentasi berat seperti
tampak pada tabel 1. Kandungan SiO2 dalam
pasir mencapai 76,8 %wt. Prosentasi ini
termasuk besar mengingat bahan tersebut
berasal dari alam dan tidak ada treatment
apapun, dengan sedikit impuritas diantaranya
CaO (20,5 %wt), Fe2O3(0,67 %wt) dan
lainnya (TiO2, K2O, dsb) yang kurang dari
0,5%wt. Kandungan SiO2 pada silika gel
serbuk hasil sintesis pada temperatur furnace
360oC dengan holding time 4 jam, untuk
masing-masing komposisi %wt serbuk pasir
dan KOH, 20:80 wt% ; 12:88 wt%; dan 10:90
wt% berturut-turut adalah : 94,70; 96,70; dan
99,20%.
proses ekstraksi SiO2. Hal ini sejalan dengan
temuan yang ditunjukan oleh Mori (2003),
bahwa perbandingan senyawa alkali sebagai
katalis selama proses ekstraksi memenuhi
hubungan {(100-x)SiO2:xNaOH}, dimana x
= 80 dan 90 untuk temperatur tahan 2-3 jam
[8-9].
Pola difraksi pada gambar 2 yang
dihasilkan juga memiliki kesamaan dengan
yang hasilkan oleh Nitaya dkk [2], yaitu
grafik meningkat membentuk punuk pada 2θ
sekitar 15o sampai 35o. Punuk tertinggi
berada pada 2θ sekitar 24o sampai 26o.
Masing-masing intensitas punuk yang
dimiliki berkisar antara 190-200 counts. Pola
difaktogram seperti mengidentifikasikan
bahwa silika yang terbentuk amorf . Dari data
difraksi sinar-X tidak ditemukan adanya
puncak yang menunjukan fasa tertentu. Tidak
adanya puncak tersebut mengidentifikasi
bahwa silika dioksida yang didapatkan adalah
amorf [8-9].
Pola Difraksi Silika Gel (SG)
Hasil Sintesis dengan Senyawa Ekstraksi KOH
Sampel
Pasir-BT
SG1
SG2
SG3
SiO2
76,80
94,70
96,70
99,20
Oksida (%wt)
CaO
Fe2O3
20,50
0,67
0,30
0,18
0,40
0,17
0,48
0,16
Intensitas Relatif (a.u)
Tabel 1
Kandungan Oksida Pasir dan Hasil Sintesis Silika Gel Orde
Nano dengan variasi komposisi wt% Kalium Hidroxide
lainya
PERBANDINGAN MASSA KALIUM HIDROKSIDA
PADA EKSTRAKSI SiO2 ORDE NANO
BERBASIS BAHAN ALAM PASIR KUARSA
Munasir1,2, Widodo1, Triwikantoro1, Moch.Zainuri1, dan Darminto1
1
Fisika ITS Surabaya, Kampus ITS Sukolilo Surabaya 60111
2
Fisika UNESA, Kampus Ketintang Surabaya 60321
email : [email protected]
dialam adalah quartz, karena jenis ini yang
paling stabil [5]. Dan ketersediaan di alam
sangat melimpah di dalam pasir kuarsa.
Berikut contoh lokasi tambang pasir kuarsa di
Bancar tuban Jawa timur.
PENDAHULUAN
Diantara bahan mineral alam yang
sering dimanfaatkan untuk kebutuhan seharihari salah satunya adalah silika (SiO2). Silika
digunakan untuk membuat kaca, gelas,
piranti semikonduktor, juga untuk berbagai
keperluan dengan berbagai ukuran partikel
silika tergantung aplikasi yang dibutuhkan
seperti dalam industri ban, karet, gelas,
semen, beton, keramik, tekstil, kertas,
kosmetik, elektronik, cat, film, pasta gigi, dan
lain-lain lain-lain. Silika merupakan senyawa
terbanyak penyusun kerak bumi (60,6%).
Silika bisa didapatkan dari pasir silika yang
jumlahnya melimpah di Indonesia atau dari
limbah penghancuran gelas dan kaca juga
dari bahan organik seperti abu sekam padi
(rice husk) dan abu tebu (baggase
ash).[1,2,3]. Pada bentuk aplikasinya, silika
biasanya dibuat dalam bentuk gelas, kristal,
gel, aerogel, fumed silika (pirogenik silika),
and silika koloid (Aerosil) [4].
Silika memiliki sejumlah bentuk kristal
yang berbeda selain bentuk amorf. Kristal
tersebut antara lain quartz, cristobalite, dan
tridymite. Dan yang paling banyak ditemukan
Gambar 1. Pasir kuarsa Bancar Tuban Jawa Timur
Pada
era
nanoteknologi,
dapat
ditunjukan bahwa ukuran partikel bahan baku
yang diperkecil membuat produk memiliki
sifat yang berbeda sehingga dapat
meningkatkan kualitas material. Sebagai
salah satu contoh silika dengan ukuran
mikron banyak diaplikasikan dalam material
building, yaitu sebagai bahan campuran pada
beton. Rongga yang kosong di antara partikel
semen akan diisi oleh mikrosilika sehingga
40
PROSIDING SEMINAR NASIONAL SAINS DAN PENDIDIKAN SAINS VII UKSW
energi /temperatur furnace menjadi sekitar
360oC.
berfungsi sebagai bahan penguat beton dan
meningkatkan daya tahan (durability).
Ukuran lainnya yang lebih kecil adalah
nanosilika yang banyak digunakan pada
aplikasi di industri ban, misalnya dengan
penambahan nanosilika pada ban akan
membuat ban memiliki daya lekat yang lebih
baik terlebih pada jalan salju, mereduksi
kebisingan yang ditimbulkan dan usia ban
lebih pajang dari pada produk ban tanpa
penambahan nanosilika.
Untuk mendapatkan ukuran silika
sampai pada skala mikro/nano-silika perlu
perlakuan khusus pada prosesnya. Untuk
mikrosilika biasanya dapat diperoleh dengan
metode special milling, yaitu metode milling
biasa yang sudah dimodifikasi khusus,
sehingga kemampuan untuk menghaluskannya jauh lebih efektif. Dengan metode ini
dimungkinkan akan diperoleh silika sampai
pada skala mikro. Untuk produksi silika orde
nano dapat dilakukan dengan metode-metode
tertentu diantaranya: sol-gel process,
chemical precipitation, polimerisasi dan
sebagainya. [5,6,7].
Pasir kuarsa dialam masih tercampur
dengan unsur pengotor/oksida lain yang
tergabung selama proses pelapukan dan
pembentukan pasir secara alami, juga proses
interaksi yang sangat lama dengan
lingkungannya. Butiran Pasir kuarsa dialam
berorde puluhan mikron, dan untuk
memperkecil ukuran hingga orde mikron
harus dilakukan milling, dan untuk
memperkecil lebih lanjut hingga orde nano
sulit terbentuk, mungkin dengan teknologi
high energy milling. Alternatif lain dengan
cara peleburan, ingat titik didih SiO2sekitar
1900-2100oC, sehingga perlu senyawa katalis
untuk menurunkan temperatur ekstraksi dan
memperkecil ukuran SiO2 hingga skala
atomik. Sebagai solusi digunakan senyawa
alkali (NaOH, KOH, Na2CO3). Penelitian
terdahulu telah berhasil mengekstraksi silika
gel dari bahan alam pasir douriet dengan
Na2CO3 (4), dan dari limbah gelas dengan
NaOH atau KOH [6,8-9].
Dalam penelitian ini akan dilakukan
ektraksi/pemisahan silika SiO2 dari pasir
kuarsa berbasis bahan alam lokal, dan
memperkecil ukuran partikel silika hingga
skal atomik, silika orde nano. Pemanfaatan
senyawa alkali KOH sebagai katalis
ekstraksi, sehingga menurunkan kebutuhan
METODOLOGI EKSPERIMEN
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan dalam
penelitian ini adalah Pasir Silika dari Pantai
Bancar Tuban Jawa Timur dengan
kandungan 76,8 wt% SiO2, larutan HCl 37 %,
KOH 85%, dan Aquades.Peralatan yang
digunakan dalam penelitian ini antara lain
adalah gelas beker ukuran 100, 250, 400, 500
dan 800 ml; gelas ukur, pipet, spatula logam
dan kaca, corong kaca, cawan keramik,
mortar, aluminium foil, thermometer, kertas
saring, lampu untuk pengeringan, timbangan
analitik, furnace dan magnetik stirrer.
Eksperimen
Penelitian
sintesis
silika
ini
menggunakan metode alkali fusion dengan
tiga variasi komposisi serbuk pasir dan KOH,
secara berturut-turut adalah : (1) pasir:KOH =
20:80 wt%; (2) pasir:KOH = 12:88 wt%; dan
10:90 wt%. Lama pembakaran difurnace/
proses alkali fusion sekitar 4 jam. Sebelum
proses ekstraksi pasir direndam dengan
menggunakan HCl 2M selama 12 jam untuk
membuang senyawa pengotor selain SiO2,
sehingga proses alkalifusion dapat terjadi
secara optimal.
Tahap ekstraksi SiO2 dengan proses
alkali ini adalah: (1) pasir kuarsa yang sudah
dihaluskan kemudian dicampur dengan KOH
dengan kompisisi yang ditentukan dan
masukan kedalam cawan keramik, (2)
masukkan dalam furnace, hidupkan dan
seting hingga suhu 360° C dan ditahan
hingga 4 jam, lalu dinginkan hingga
temperatur kamar, (3) diperoleh kristal padat
berwarna putih sebagai potasium silikat
(K2SiO3) masukan dalam gelas rekasi 500 ml
dan tambahkan aquades (H2O); (4) diperoleh
larutan potasium silikat, sampai disini larutan
ini di diamkan selama 24 jam, baru kemudian
disaring dan hasil saringan tersebut siap
untuk dititrasi dengan larutan HCl 37% 2M,
(5) proses titrasi, selama proses titrasi larutan
diaduk dan dipanaskan hingga temperatur
50oC hingga terbentuk sol gel hingga gel
putih (Si(OH)4) yang dikontrol hingga pH 12; (6) proses pencucian (washing) gel putih
dengan aquades beberapa kali hingga
terbebas dari KCl dan diperoleh silika gel
41
PROSIDING SEMINAR NASIONAL SAINS DAN PENDIDIKAN SAINS VII UKSW
basah ; dan (7) pengeringan silika gel basah
dalam oven hingga temperatur 80oC selama
12 jam, sehingga diperoleh serbuk silika.
.
HASIL DAN DISKUSI
Hasil Uji XRF (X-Ray Flourecence)
Kandungan unsur SiO2 dari serbuk
pasir bancar dan silika gel orde nano hasil
sintesis memiliki prosentasi berat seperti
tampak pada tabel 1. Kandungan SiO2 dalam
pasir mencapai 76,8 %wt. Prosentasi ini
termasuk besar mengingat bahan tersebut
berasal dari alam dan tidak ada treatment
apapun, dengan sedikit impuritas diantaranya
CaO (20,5 %wt), Fe2O3(0,67 %wt) dan
lainnya (TiO2, K2O, dsb) yang kurang dari
0,5%wt. Kandungan SiO2 pada silika gel
serbuk hasil sintesis pada temperatur furnace
360oC dengan holding time 4 jam, untuk
masing-masing komposisi %wt serbuk pasir
dan KOH, 20:80 wt% ; 12:88 wt%; dan 10:90
wt% berturut-turut adalah : 94,70; 96,70; dan
99,20%.
proses ekstraksi SiO2. Hal ini sejalan dengan
temuan yang ditunjukan oleh Mori (2003),
bahwa perbandingan senyawa alkali sebagai
katalis selama proses ekstraksi memenuhi
hubungan {(100-x)SiO2:xNaOH}, dimana x
= 80 dan 90 untuk temperatur tahan 2-3 jam
[8-9].
Pola difraksi pada gambar 2 yang
dihasilkan juga memiliki kesamaan dengan
yang hasilkan oleh Nitaya dkk [2], yaitu
grafik meningkat membentuk punuk pada 2θ
sekitar 15o sampai 35o. Punuk tertinggi
berada pada 2θ sekitar 24o sampai 26o.
Masing-masing intensitas punuk yang
dimiliki berkisar antara 190-200 counts. Pola
difaktogram seperti mengidentifikasikan
bahwa silika yang terbentuk amorf . Dari data
difraksi sinar-X tidak ditemukan adanya
puncak yang menunjukan fasa tertentu. Tidak
adanya puncak tersebut mengidentifikasi
bahwa silika dioksida yang didapatkan adalah
amorf [8-9].
Pola Difraksi Silika Gel (SG)
Hasil Sintesis dengan Senyawa Ekstraksi KOH
Sampel
Pasir-BT
SG1
SG2
SG3
SiO2
76,80
94,70
96,70
99,20
Oksida (%wt)
CaO
Fe2O3
20,50
0,67
0,30
0,18
0,40
0,17
0,48
0,16
Intensitas Relatif (a.u)
Tabel 1
Kandungan Oksida Pasir dan Hasil Sintesis Silika Gel Orde
Nano dengan variasi komposisi wt% Kalium Hidroxide
lainya