ANISA NURUL HIKMAH
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2015
PENGARUH WAKTU DAN UKURAN REAKTOR PADA
SINTESIS NANOMAGNETIT SECARA HIDROTERMAL
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pengaruh Waktu dan Efisiensi Panas Reaktor pada Sintesis Nanomagnetit secara Hidrotermal dengan Belimbing Wuluh (Averrhoa bilimbii) sebagai Pereduksi adalah benar karya saya denganarahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
ABSTRAK
ANISA NURUL HIKMAH. Pengaruh Waktu dan Ukuran Reaktor pada Sintesis Nanomagnetit secara Hidrotermal dengan Belimbing Wuluh (Averrhoa bilimbii) sebagai Pereduksi. Dibimbing oleh DEDEN SAPRUDIN dan ZULHAN ARIF.
Sitrat yang terkandung pada buah belimbing wuluh berpotensi sebagai pereduksi pada sintesis nanomagnetit secara hidrotermal. Penelitian ini bertujuan mengembangkan metode tersebut dalam skala yang lebih besar. Waktu sintesis dan ukuran reaktor merupakan faktor kunci dalam pembesaran skala metode ini. Sampel dihaluskan dengan penghancur buah lalu dipisahkan dengan alat sentrifugasi kemudian filtrat diambil. Filtrat ditetapkan kadar asamnya kemudian direaksikan dengan FeCl3 dan urea. Larutan dimasukkan ke dalam 3 buah reaktor bervolume 50, 150, dan 1500 mL dengan ragam waktu 9, 12, dan 15 jam pada 200 °C. Pembesaran skala sintesis nanomagnetit memiliki waktu yang efektif saat 12 jam menggunakan reaktor 150 mL. Hasil ini berdasarkan padadifraktogram sinar-X, derajat kristalinitas yang baik yaitu 74.48 %, perbandingan bobot hasil per volume 3.72x10-2 g/mL, kadar Fe dalam padatan 22.02 %b/b, kadar Fe cairan 0.02%b/v, nilai rendemen Fe 96.89 % dan kadar ammonium dalam cairan hasil sintesis 1.24 %b/v.
Kata kunci:belimbing wuluh, nanomagnetit, pembesaran skala, reaktor
ABSTRACT
ANISA NURUL HIKMAH. Effects of Time and Size of Reactor for Synthesis of Nanomagnetite in Hidrothermal Method Using Bilimbi Fruit (Averrhoa bilimbi) as Reducing Agent (Averrhoa bilimbii). Supervised by DEDEN SAPRUDIN and ZULHAN ARIF.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2015
ANISA NURUL HIKMAH
PENGARUH WAKTU DAN UKURAN REAKTOR PADA
SINTESIS NANOMAGNETIT SECARA HIDROTERMAL
Judul Skripsi : Pengaruh Waktu dan Ukuran Reaktor pada Sintesis Nanomagnetit secara Hidrotermal dengan Belimbing Wuluh (Averrhoa bilimbii) sebagai Pereduksi
Nama : Anisa Nurul Hikmah NIM : G44124001
Disetujui oleh
Dr Deden Saprudin, MSi Pembimbing I
Zulhan Arif, MSi Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Dra Purwatiningsih Sugita, MS Ketua Departemen
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Penelitian ini mengangkat tema pengembangan nanopartikel dengan judul Pengaruh Waktu dan Efisiensi Panas Reaktor pada Sintesis Nanomagnetit secara Hidrotermal dengan Belimbing Wuluh (Averrhoa bilimbii) sebagai Pereduksi.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Deden Saprudin, MSi dan Bapak Zulhan Arif, MSi selaku pembimbing. Rasa terima kasih penulis haturkan pula kepada seluruh staff Laboratorium Analitik Departemen Kimia Institut Pertanian Bogor yang telah membantu penulis dalam menganalisis, menyediakan bahan, dan mengumpulkan data yang diperlukan selama proses penelitian. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, seluruh keluarga, dan orang-orang terdekat atas segala doa dan kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL viii
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR LAMPIRAN viii
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Perumusan Masalah 1
Tujuan Penelitian 2
Manfaat Penelitian 2
Ruang Lingkup Penelitian 2
METODE 2
Alat dan Bahan 2
Prosedur Penelitian 3
HASIL DAN PEMBAHASAN 5
Filtrat Buah Belimbing Wuluh 5
Pembesaran SkalaMetode Sintesis Nanomagnetit dengan Belimbing Wuluh 6
Karakterisasi Hasil dengan XRD 8
Pengaruh Volume Filtrat Belimbing Wuluh terhadap Bobot Hasil 12
Kadar Fe 14
Kadar Ammonium Cairan Hasil Sintesis 15
SIMPULAN DAN SARAN 16
Simpulan 16
Saran 16
DAFTAR PUSTAKA 16
LAMPIRAN 19
DAFTAR TABEL
1 Komposisi bahan prekursor nanomagnetit 4
2 Bobot padatan yang dihasilkan pada sintesis nanomagnetit 12
DAFTAR GAMBAR
1 (a) Buah belimbing wuluh (A. bilimbii), (b) filtrat buah belimbing
wuluh (A. bilimbii) 5
2 Struktur asam sitrat 5
3 Reaktor hidrotermal yang digunakan pada sintesis nanomagnetit, (a)
tampak samping, (b) tampak atas 6
4 (a) campuran larutan sebelum sintesis, (b) hasil sintesis sebelum dipisahkan, (c) padatan hasil sintesis yang telah dipisahkan dengan
filtrat dan dikeringkan 8
5 Standar nanomagnetit JCPDS 19-0629 9
6 Difraktogram nanomagnetit sintesis 9 jam, (A1) reaktor kecil, (B1)
reaktor sedang, (C1) reaktor besar 9
7 Difraktogram nanomagnetit sintesis 12 jam, (A2) reaktor kecil, (B2)
reaktor sedang, (C2) reaktor besar 10
8 Difraktogram nanomagnetit sintesis 9 jam, (A3) reaktor kecil, (B3)
reaktor sedang, (C3) reaktor besar 10
9 Kurva hubungan antara waktu sintesis (jam) dengan derajat kristalinitas
(%) 11
10 Kurva hubungan antara volume reaktor (mL) dengan derajat
kristalinitas (%) 11
11 Kurva hubungan antara volume reaktor dengan bobot hasil
sintesis/Volume (g) 13
12 Kurva hubungan antara pembesaran volume reaktor dengan
pembesaran bobot hasil sintesis 13
13 Grafik hubungan antara waktu sintesis (jam) dengan kadar Fe dalam
padatan (% b/b) 14
14 Grafik hubungan antara waktu sintesis (jam) dengan kadar Fe dalam
cairan (% b/b) 14
15 Grafik hubungan antara waktu sintesis (jam) dengan kadar ammonium
(% b/v) 16
DAFTAR LAMPIRAN
1 Bagan alir penelitian 19
2 Pembuatan larutan standar dan pereaksi pada penentuan ammonium 20
3 Penentuan kadar asam 21
4 Penentuan kadar air dan kadar abu 22
5 Hasil difraktogram sinar X 23
6 Sudut difraksi standar magnetit dan padatan hasil sintesis 26
8 Derajat kristalinitas nanomagnetit 36
9 Perhitungan kadar Fe hasil sintesis 37
10 Perhitungan nilai rendemen Fe 40
PENDAHULUAN
Nanopartikel merupakan material yang berukuran kurang dari 100 nm dan ukuran ini membuat nanopartikel memiliki sifat konduktivitas listrik, transparansi, kekuatan mekanik, dan kemagnetan (Abdullah et al. 2008). Nanomagnetit merupakan nanopartikel oksida besi yang dikembangkan karena penggunaanya, seperti pada katalis, high-density magnetic recording media, alat bantu diagnosa medis (Chen et al. 2009), biosensor, dan penyimpan data dalam bentuk CD (Rahmadani 2011). Magnetit juga dapat digunakan untuk adsorben bagi zat-zat berbahaya (Petrova 2011). Keunggulan sifat dari magnetit yaitu memiliki sifat kemagnetan, katalitik, konduktivitas, luas permukaan yang besar, dan stabil pada suhu yang tinggi (Marquezet al. 2011).
Metode-metode yang dapat digunakan pada sintesis nanomagnetit, yaitu kopresipitasi, teknologi mikroemulsi, termolisis prekursor, hidrotermal, dan nanokomposit magnetik (Carlos et al. 2013). Cheng et al. (2010) menyintesis nanomagnetit secara hidrotermal dengan prekursor FeCl3, natrium sitrat, poliakrilamida, dan urea. Magnetit yang dihasilkan berbentuk bulat dan terdispersi di dalam air. Pradana (2013) telah berhasil menyintesis nanomagnetit secara hidrotermal dengan variasi waktu 3, 4, 6, dan 12 jamtanpa penambahan poliakrilamida. Nanomagnetit yang dihasilkan memiliki kristalinitas yang meningkat seiring pertambahan waktu analisis. Filtrat hasil sintesis mengandung ammonium yang dapat dimanfaatkan sebagai pupuk cair tanaman.Kelebihan dari teknik hidrotermal, yaitu mudah, murah, menghasilkan nanomagnetit dengan kristalinitas yang tinggi (Laurent et al. 2008), dan bahan yang digunakan tidak beracun (Cheng et al. 2010).Selain itu, magnetit dapat disintesis dari reaksi reduksi FeCl3 oleh natrium sitrat ataupun asam sitrat sebagai pereduksi (Marquez et al. 2011) dan dengan urea sebagai presipitator yang menghasilkan suasana basa pada reaksi (Lv et al. 2009). Magnetit memiliki dua bilangan oksidasi Fe, yaitu Fe2+ dan Fe3+. Atom Fe2+ dan sebagian Fe3+ berikatan oktahedral, sedangkan Fe3+ lainnya berikatan tetrahedral membentuk kristal spinel kubus berpusat muka (Roonasi 2007).Ion sitrat akan mengompleks Fe dan menghasilkan reaksi lambat yang baik untuk pembentukan kristal. Fe3+ akan tereduksi oleh sitrat menjadi Fe2+ yang selanjutnya berubah menjadi magnetit. Sitrat juga berfungsi dalam pembentukan fase murni Fe3O4 serta menunjang keberhasilan produk magnetit yang dihasilkan (Cheng et al. 2010).
2
besar dalam sintesis nanomagnetit dengan belimbing wuluh sebagai bahan pereduksi.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan menyintesis nanomagnetit secara hidrotermal dengan ekstrak air buah belimbing wuluh sebagai pereduksi disertai dengan variasi waktu dan ukuran reaktor hidrotermal.
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian diharapkan dapat meningkatkan nilai guna belimbing wuluh sebagai sumber sitrat dalam pengembangan sintesis nanomagnetit. Melalui penelitian ini dapat puladiketahui pengaruh waktu dan ukuran reaktor hidrotermal terhadap kristalinitas nanomagnetit yang dihasilkan sehingga berguna untuk pengembangan sintesis dalam skala yang lebih besar.
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini terdiri dari 5 tahap utama, yaitu (1) pembuatan ekstrak air buah belimbing wuluh, (2) menentukan kadar asam sitrat pada air belimbing wuluh dengan metode titrasi, (3) penentuan parameter proksimat, yaitu kadar air dan kadar abu buah belimbing wuluh, (4) sintesis nanomagnetit dengan menggunakan campuran air belimbing wuluh, FeCl3 dan urea secara hidrotermal dengan variasi ukuran reaktor (A=kecil, B=sedang, C=besar) dan juga variasi waktu sintesis (1=9 jam, 2=12 jam, dan 3=15 jam), dan (5) karakterisasi hasil sintesis menggunakan Difraktometer sinar-X (XRD) GBC EMMA, penentuan kadar Fe menggunakan Spektrofotometer Serapan Atom (SSA) Shimadzu AA-7000, dan penentuan kadar ammonium. Rangkaian prosedur dapat dilihat pada Lampiran 1.
METODE
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah neraca analitik digital empat desimal, alat penggiling (blender), alat gelas, botol coklat, cawan porselin, oven, Bunsen, tanur, desikator, pH meter, buret, bejana hidrotermal, Difraktometer Sinar-X, Spektrofotometer UV-vis, dan spektrofotometer Serapan Atom (AAS).
Prosedur Penelitian
Pembuatan Ekstrak Air Buah Belimbing Wuluh
Buah belimbing wuluh dicuci bersih lalu dipotong kecil-kecil dan dihaluskan dengan blender tanpa menggunakan penambahan akuades. Ekstrak hasil penggilingan disaring lalu dipisahkan dari suspensi yang mengendap dengan disentrifugasi selama 20 menit menggunakan kecepatan 1000 rpm. Filtrat dianalisis kadar asamnya menggunakan metode titrasi dan digunakan sebagai bahan dasar pembuatan nanomagnetit. Sebanyak 5 kg buah belimbing wuluh akan menghasilkan filtrat sekitar 1700—1800 mL.
Penentuan Kadar Asam pada Air Buah Belimbing Wuluh
Standardisasi NaOH digunakan dengan menimbang asam oksalat sebanyak 0,3150 g dan dilarutkan dalam labu takar 50 mL lalu ditera menggunakan akuades. Larutan asam oksalat 10 mL dipipet ke dalam erlenmeyer lalu ditambahkan 2—3 tetes indikator fenolftalein. Larutan dititrasi menggunakan NaOH 0,1 N sampai berubah warna menjadi merah muda seulas. Titrasi dilakukan sebanyak 3 kali ulangan. Setelah larutan NaOH terstandardisasi, dilakukan penentuan kadar asam pada air buah belimbing wuluh. Sebanyak 1 mL filtrat dari ekstrak air belimbing wuluh diencerkan menggunakan akuades hingga volumenya 10 mL. Kemudian, sampel ditambahkan indikator fenolftalein sebanyak 2—3 tetes lalu dititrasi menggunakan NaOH terstandardisasi sampai warnanya berubah menjadi merah muda seulas.
Penentuan Kadar Air dan Kadar Abu Belimbing Wuluh (AOAC 2007)
Penentuan kadar air buah belimbing wuluh dilakukan sebaga berikut. Buah belimbing wuluh ditimbang sebanyak 2 gram lalu dimasukkan ke dalam cawan porselin yang telah diketahui bobot kosongnya. Cawan disimpan dalam oven pada suhu 105 °C selama 5 jam. Selanjutnya, didinginkann di dalam desikator kemudian ditimbang. Prosedur dilakukan sebanyak 3 kali ulangan.
Penentuan kadar abu buah belimbing wuluh dilakukan sebagai berikut. Cawan porselen dikeringkan dalam tanur bersuhu 600 °C selama 30 menit. Kemudian cawan didinginkan di dalam eksikator selama 30 menit dan bobot kosongnya ditimbang. Simplisia buah belimbing wuluh sebanyak 2 g dimasukkan ke dalam cawan lalu dipijarkan di atas nyala api pembakar Bunsen sampai tidak berasap. Cawan dimasukkan ke dalam tanur pada suhu 600 °C selama 2 jam hingga diperoleh abu. Cawan berisi abu didinginkan di dalam desikator selama 30 menit dan ditimbang. Prosedur dilakukan sebanyak 3 kali ulangan.
Sintesis Nanomagnetit (modifikasi Cheng et al. (2010))
4
Tabel 1 Komposisi bahan prekursor nanomagnetit
Reaktor
Campuran dimasukkan ke dalam gelas piala lalu diaduk menggunakan magnetic stirrer sampai seluruh campuran homogen. Pengadukan dilakukan selama ± 30 menit. Setelah homogen, larutan tersebut dimasukkan ke dalam reaktor. Reaktor hidrotermal ditutup rapat sampai dipastikan tidak akan terjadi kebocoran selama proses pemanasan. Setelah itu, bejana hidrotermal dimasukkan ke dalam oven pada suhu 200 °C. Sintesis nanomagnetit menggunakan tiga perlakuan waktu sintesis yang berbeda. Perlakuan pertama 9 jam, perlakuan kedua 12 jam, dan perlakuan ketiga 15 jam. Setelah sintesis selesai, reaktor hidrotermal didinginkan. Hasil sintesis yang terbentuk dipisahkan antara bagian padatan dan cairannya. Padatan yang terbentuk kemudian dicuci dengan akuades dan etanol. Selanjutnya endapan dikeringkan pada suhu 70 °C.
Karakterisasi Hasil Sintesis
Padatan hasil sintesis hidrotermal dikarakterisasi menggunakan Difraktometer sinar X (XRD) pada panjang gelombang 0.15406 nm.
Penentuan Kadar Fe Hasil Sintesis
Penentuan kadar Fe dilakukan terhadap padatan dan cairan hasil sintesis secara hidrotermal. Serbuk hasil sintesis ditimbang sebanyak 0.5 g dan ditambahkan 5 mL HNO3 dan dipanaskan. Filtrat disaring dan diencerkan dalam labu takar 100 mL menggunakan akuades lalu diencerkan. Larutan diukur menggunakan AAS. Pengukuran Fe dalam cairan dilakukan dengan mencampurkan 5 mL cairan hasil sintesis ditambah 5 mL HNO3, kemudian dikocok hingga homogen dan diencerkan. Selanjutnya, larutan dianalisis menggunakan AAS.
Penentuan Kadar Ammonium dalam Cairan Hasil Sintesis (Pradana 2013)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Filtrat Buah Belimbing Wuluh
Buah belimbing wuluh dikenal sebagai buah yang sangat asam dan berkadar air tinggi (Kumar et al. 2009). Rasa asam pada buah belimbing wuluh berasal dari asam organik yang banyak terkandung di dalamnya. Hasil penetapan asam dari filtrat ekstrak air buah belimbing wuluh untuk sintesis nanomagnetit untuk perlakuan waktu 9, 12, dan 15 jam berturut-turut adalah 0.3289 N, 0.2680 N, dan 0.3040 N (Lampiran 3). Konsentrasi asam ini menunjukkan total asam dalam air buah, tidak hanya asam sitrat saja.
(a) (b)
Gambar 1 (a) Buah belimbing wuluh (A. bilimbii), (b) filtrat buah belimbing wuluh (A. bilimbi)
Asam sitrat merupakan salah satu komponen asam organik dalam belimbing wuluh yang memberikan rasa asam (Kumar et al. 2009). Hertanto (2012) menyatakan asam sitrat merupakan komponen asam organik terbanyak di dalam belimbing wuluh dengan kadar 92.6—133.8 meq/100 g bahan segar. Asam sitrat sebagai komponen utama asam organik di buah belimbing wuluh dapat dilihat pada Gambar 2.
Asam Sitrat
Gambar 2 Struktur asam sitrat
6
Ismawati (2013) sebelumnya telah menyintesis nanomagnetit dengan menggunakan air buah belimbing wuluh yang telah disimpan selama seminggu sebagai sumber sitrat. Air belimbing wuluh efektif dalam sintesis nanomagnetit namun tidak dengan suspensi dari ekstrak air belimbing wuluh. Oleh karena itu, dilakukan proses pengendapan menggunakan alat sentrifuse dengan tujuan mengendapkan suspensi dari ekstrak belimbing wuluh agar hasil lebih baik. Setelah disentrifugasi, filtrat dipisahkan yang kemudian akan digunakan sebagai sumber sitrat.
Pembesaran SkalaMetode Sintesis Nanomagnetit dengan Filtrat Buah Belimbing Wuluh
Nilai guna buah belimbing wuluh perlu ditingkatkan, salah satunya yaitu dengan memanfaatkan filtrat buah belimbing wuluh sebagai pereduksi pada sintesis nanomagnetit. Pengembangan sintesis nanomagnetit ini dilakukan dengan melihat pengaruh variasi waktu dan ukuran reaktor yang digunakan pada sintesis nanomagnetit.Waktu sintesis selama 12 jam merupakan waktu terbaik pada sintesis nanomagnetit. Untuk mengetahui pola hasil sintesis selama penambahan waktu, maka diambil 2 titik waktu sintesis dengan interval 3 jam sebelum 12 jam dan 3 jam sesudah 12 jam. Oleh karena itu, sintesis nanomagnetit yang dilakukan memiliki variasi waktu 9, 12, dan 15 jam.
Ukuran reaktor diduga akan memengaruhi hasil sintesis nanomagnetit, khususnya nilai derajat kristalinitas dari produk yang dihasilkan. Ukuran reaktor yang digunakan pada sintesis memiliki total volume sintesis 50, 150, dan 1500 mL. Volume ini bukanlah volume total yang dapat ditampung oleh masing-masing reaktor. Volume ini digunakan agar memiliki perbandingan yang mudah dihitung setelah produk dihasilkan. Reaktor yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.
(a) (b)
Gambar 3 Reaktor Hidrotermal yang digunakan pada sintesis nanomagnetit, (a) tampak samping, (b) tampak atas
teoritis, derajat kristalinitas nanomagnetit akan bertambah seiring bertambahnya waktu sintesis. Proses pembentukan kristal berlangsung secara bertahap (Lv et al. 2009).
Laurent et al. (2008) menyatakan bahwa terdapat dua jalur penting dalam sintesis nanomagnetit secara hidrotermal, yaitu hidrolisis dan oksidasi atau netralisasi dalam campuran logam oksida. Pada proses ini kondisi reaksi seperti pelarut, suhu, dan waktu pemanasan sangat berpengaruh terhadap hasil yang diperoleh. Berikut adalah reaksi-reaksi yang terjadi saat pembentukan nanomagnetit secara hidrotermal. Hal utama yang harus diperhatikan sebelum melakukan sintesis nanomagnetit menggunakan belimbing wuluh adalah komposisi bahan yang tepat agar reaksi berjalan baik secara stoikiometri.Oleh karena itulah, dilakukan penetapan asam terlebih dahulu. Sintesis nanomagnetit menggunakan air buah belimbing wuluh dilakukan dengan mencampurkannya dengan FeCl3 dan urea. Campuran tersebut kemudian diaduk menggunakan magnetic stirrer dan sedikit dipanaskan dengan tujuan agar tercipta larutan yang homogen. Proses ini dilakukan selama 30 menit. Larutan yang homogen menghasilkan warna hijau kecoklatan (Gambar 5). Campuran tersebut dimasukkan ke dalam reaktor dengan ukuran kecil, sedang, dan besar lalu dioven dengan variasi waktu 9, 12, dan 15 jam. Perbedaan ukuran reaktor akan memerlihatkan pola pertambahan bobot hasil sintesis seiring dengan pertambahan ukuran reaktor, sedangkan variasi waktu sintesis dapat memengaruhi derajat kristalinitas nanomagnetit yang dihasilkan.
Asam sitrat dari air buah belimbing wuluhakan mereduksi Fe3+ dari FeCl3 menjadi Fe2+. Asam sitrat akan mengalami dekarboksilasi karena adanya pemanasan sehingga gugus alkohol dalam ion sitrat akan berubah menjadi gugus keton. Sitrat teroksidasi dan Fe3+ tereduksi menjadi Fe2+ (Reaksi 1) (Yang et al. 2010). Sintesis nanomagnetit secara hidrotermal memanfaatkan media cair yang ditempatkan di wadah tertutup yang memiliki tekanan hingga 2000 psi dan umumnya menggunakan suhu 200 °C atau lebih (Carlos et al. 2013). Tekanan yang tinggi dapat meningkatkan daya larut padatan dan meningkatnya kecepatan reaksi yang kemudian mendorong minimalisasi energi permukaan sehingga partikel akan mulai mengkristal (Cheng et al.2010). Berdasarkan hal ini, penggunaan ukuran reaktor yang berbeda akan memengaruhi hasil nanomagnetit yang diperoleh. Semakin besar ukuran reaktor maka akan semakin kecil tekanan yang dapat ditimbulkan di dalam wadah. Selain itu, efektivitas panas yang mengalir ke dalam reaktor dan tumbukan yang terjadi di dalam reaktor juga ikut memengaruhi hasil sintesis.
8
Fe(OH)3 (Reaksi 3 dan 4) yang selanjutnya membentuk magnetit (Fe3O4) dengan melepaskan air (Reaksi 5) (Lv et al. 2010).
Magnetit terbentuk saat pencampuran 0.1 M FeCl3, 0.35 M Urea, dan sekitar 0.3 M total asam dari air belimbing wuluh. Sitrat dalam proses pembentukan nanomagnetit secara hidrotermal berfungsi sebagai reduktor, pembentukan morfologi kristal, dan pencegahan agregasi (Sari 2013).Tanpa adanya sitrat, tidak akan terbentuk Fe3O4 tetapi α-Fe2O3. Jumlah sitrat pada sintesis harus diperhatikan. Jika jumlah sitrat kurang, sebagian dari sitrat akan bereaksi dengan oksigen yang terlarut dalam air sehingga tidak cukup kuat mereduksi Fe3+ sehingga akan terbentuk Fe2O3. Namun, jika sitrat terlalu berlebih akan menurunkan nilai pH sistem sehingga sebagian besar Fe3+ akan direduksi menjadi Fe2+ sehingga tidak terbentuk Fe3O4(Lv et al. 2009).
Padatan nanomagnetit hasil sintesis menggunakan air belimbing wuluh seluruhnya menghasilkan padatan berwarna hitam dan tertarik saat didekatkan oleh magnet yang sesuai dengan Liang et al. (2006) (Gambar 4). Jumlah padatan yang dihasilkan kian bertambah seiring dengan penambahan ukuran reaktor.
(a) (b) (c)
Gambar 4 (a) campuran larutan sebelum sintesis, (b) hasil sintesis sebelum dipisahkan, (c) padatan hasil sintesis yang telah dipisahkan dengan filtrat dan dikeringkan
Karakterisasi hasil dengan XRD
Karakterisasi dilakukan terhadap hasil sintesis pada variasi ukuran reaktor (kecil, sedang, dan besar) dan pada variasi waktu sintesis (9, 12, dan 15 jam). Langkah pertama yang dilakukan yaitu karakterisasi hasil menggunakan difraktometer sinar-X (XRD). Karakterisasi menggunakan XRD dilakukan dengan tujuan mengetahui fase kristal, ukuran kristal, dan derajat kristalinitas. Analisis dilakukan dengan membandingkan puncak-puncak khas dari padatan hasil sintesis dengan puncak kristal standar. Untuk lebih jelasnya, difraktogram sinar-X sampel dilampirkan dengan ukuran lebih besar pada Lampiran 5.
Hasil difraktogram sinar X yang dibandingkan dengan standar magnetit JCPDS No 19-0629 (Gambar 5) menunjukkan bahwa kesembilan sampel memiliki kemiripan dengan standar namun beberapa memperlihatkan intensitas puncak difraktogram yang berbeda dengan sampel nanomagnetit. Puncak ini kemungkinan adalah pengotor yang terdapat di dalam sampel. Puncak yang diduga sebagai pengotor tersebut dapat dilihat pada difraktogram A1, B1, C1, dan A2, B3 (Gambar 6—8). Standar magnetit menunjukkan puncak dengan intensitas
Magnet
Magnet
yang khas pada nilai sumbu x (2θ) sebesar 18.27° yang intensitasnya lebih kecil daripada saat nilai sumbu x (2θ) 30.09°. Sebaliknya, intensitas puncak yang dihasilkan sampel A1, B1, C1, A2, dan B3 lebih besar saat nilai sumbu x sekitar 18.27° daripada saat sumbu x bernilai sekitar 30.09° (Gambar 6—8).Sudut difraksi standar magnetit dan padatan hasil sintesis dapat dilihat di Lampiran 6. Berdasarkan Gergery et al. (2010), puncak yang memiliki intensitas yang khas pada nilai 2θ sebesarb 18° adalah senyawa Ca(OH)2. Logam Ca merupakan salah satu mineral yang terdapat dalam buah belimbing wuluh (Roy et al. 2010). Puncak difraktogram terbaik terdapat pada hasil sintesis B2, C2, dan C3 (Gambar 8 dan 9). Difraktogram sampel A3(Gambar 9) masih memiliki intensitas yang kecil pada puncak-puncaknya, kemungkinan masih banyak partikel yang bersifat amorf.
Analisis XRD juga dapat menentukan ukuran rerata kristal berdasarkan persamaan Debye Scherrer (Zakaria et al. 2009). Ukuran kristal yang dihasilkan berkisar antara 19.17—34.04 nm. Perhitungan rerata ukuran kristal dapat dilihat pada Lampiran 7. Menurut Laurent et al. (2009), nanopartikel merupakan suatu partikel yang memiliki ukuran lebih kecil dari 100 nm. Oleh karena itu, seluruh sampel hasil sintesis merupakan nanopartikel. Berdasarkan hasil karakterisasi dengan XRD dapat pula ditentukan nilai derajat kristalinitas sampel nanomagnetit yang dihasilkan.
Gambar 5 Standar nanomagnetit JCPDS 19-0629 2θ
int
ensit
as S
2θ 2θ
2θ A1
int
ensit
as B1
int
ensit
10
Gambar 6 Difraktogram nanomagnetit sintesis 9 jam, (A1) reaktor kecil, (B1) reaktor sedang, dan (C1) reaktor besar
Gambar 7 Difraktogram nanomagnetit sintesis 12 jam, (A2) reaktor kecil, (B2) reaktor sedang, dan (C2) reaktor besar
Gambar 8 Difraktogram nanomagnetit sintesis 15 jam, (A3) reaktor kecil, (B3) reaktor sedang, dan (C3) reaktor besar
2θ
2θ
2θ A2
int
ensit
as
B2
int
ensit
as
C2
2θ 2θ
2θ
int
ensit
as A3 B3
int
ensit
as
Derajat kristalinitas sampel diperoleh berdasarkan perbandingan luas daerah kristalin dengan luas daerah total (kristalin dan amorf) yang dihasilkan oleh sampel. Perhitungan derajat kristalinitas dapat dilihat pada Lampiran 8.
Gambar 9 Kurva hubungan antara waktu sintesis (jam) dengan derajat kristalinitas (%) ( = A, = B, = C)
Gambar 10 Kurva hubungan antara volume reaktor (mL) dengan derajat kristalinitas (%) ( = 9 jam, = 12 jam, = 15 jam)
Kristalinitas partikel nanomagnetit yang terbentuk pada saat sintesis dipengaruhi oleh waktu sintesis, ukuran reaktor, dan banyaknya bahan yang digunakan saat sintesis. Pada Gambar 9 dan 10 dapat dilihat bahwa nanomagnetit yang dihasilkan memiliki derajat kristalinitas tertinggi sebesar 83.42 % pada waktu sintesis 12 jam dengan menggunakan reaktor C yang bervolume 1500 mL. Gambar 9 menunjukkan pengaruh waktu terhadap derajat kristalinitas sedangkan Gambar 10 menunjukkan pengaruh ukuran reaktor terhadap derajat kristalinitas. Reaktor A menunjukkan derajat kristalinitas yang meningkat pada 9 jam ke 12 jam lalu menurun pada saat 15 jam yaitu 49.47 %, 70.67 %, dan 61.01 %. Reaktor B menunjukkan peningkatan nilai derajat kristalinitas seiring pertambahan waktu yaitu 73.35 %, 74.48 %, dan 80.38 %. Reaktor C menunjukkan peningkatan nilai derajat kristalinitas dari 9 jam ke 12 jam, yaitu 70.31 % ke 83.42 % dan menurun pada 15 jam yaitu bernilai 61.46 %.
Waktu sintesis yang semakin lama akan menghasilkan derajat kristalinitas yang semakin besar maka semakin besar, karena reaksi diperkirakan telah berjalan sempurna (Fernandez 2011). Oleh karena itulah, waktu sintesis selama 9 jam menunjukkan nilai derajat kristalinitas yang lebih kecil daripada 12 jam. Sintesis
12
selama 9 jam masih menghasilkan kristal amorf yang lebih banyak. Namun, pada waktu sintesis selama 15 jam tidak diperoleh nilai derajat kristalinitas yang cukup besar dibandingkan sintesis selama 12 jam. Hal ini menunjukkan waktu sintesis selama 15 jam kurang efektif dalam pembentukan kristal nanomagnetit. Selain itu, hasil sintesis juga dipengaruhi oleh volume reaktor yang digunakan. Volume reaktor berkaitan erat dengan jumlah bahan prekursor yang dimasukkan saat proses hidrotermal. Semakin banyak bahan yang dimasukkan maka energi yang terjadi saat reaksi berlangsung semakin besar pula. Energi ini akan memengaruhi pembentukan kristal nanomagnetit. Sintesis selama 15 jam menggunakan reaktor besar menghasilkan derajat kristalinitas yang sangat kecil yaitu hanya 61.46 %. Pada saat sintesis berlangsung, jumlah bahan yang banyak akan menghasilkan energi yang besar sehingga dapat menghasilkan tekanan yang mendorong sisi-sisi reaktor hidrotermal. Hal ini dapat memicu terjadinya kebocoran sistem tertutup sehingga reaksi yang terjadi kurang maksimal dan dihasilkan kristal yang memiliki derajat kristalinitas yang kecil.Berdasarkan uraian di atas, waktu terbaik untuk menyintesis nanomagnetit yang memiliki derajat kristalinitas yang tinggi yaitu selama 12 jam dan menggunakan reaktor berukuran sedang yaitu 150 mL.
Pengaruh Volume Filtrat Belimbing Wuluh terhadap Bobot Hasil
Waktu sintesis yang semakin lama akan menyebabkan reaksi semakin berjalan sempurna sehingga bobot padatan yang dihasilkan juga semakin bertambah. Volume reaktor erat kaitannya dengan jumlah padatan yang dihasilkan. Pembesaran volume reaktor diharapkan akan sebanding dengan jumlah padatan yang dihasilkan. Perbandingan antara bobot padatan hasil sintesis dengan volume reaktor menggambarkan keberhasilan metode pembesaran skala reaktor.
Gambar 11 Kurva hubungan antara volume reaktor dengan bobot hasil sintesis/Volume (g) ( = 9 jam, = 12 jam, = 15 jam) Berdasarkan Gambar 11, reaktor 50 mL menghasilkan peningkatan nilai bobot/volume yang kian meningkat, namun derajat kristalintas yang dihasilkan tidak lebih baik dari reaktor 150 mL. Reaktor 1500 mL menghasilkan nilai perbandingan bobot/volume yang kian menurun seiring waktu sintesis. Hal ini tidak sesuai secara teoritis. Tekanan yang terjadi saat proses sintesis pada reaktor ini memengaruhi hasil yang kian menurun. Oleh karena itu, jika ingin menggunakan reaktor yang lebih besar, maka harus memerhatikan pengaruh tekanan yang terjadi di dalamnya. Reaktor terbaik adalah reaktor dengan volume 150 mL, karena menghasilkan perbandingan bobot/volume yang cenderung konstan pada saat 12 dan 15 jam. Waktu terbaik yang diperoleh berdasarkan hal ini yaitu waktu sintesis selama 12 jam. Jika pada saat 12 jam sudah diperoleh hasil yang konstan maka waktu sintesis selama 12 jam saja sudah cukup.
Gambar 12 Kurva hubungan antara pembesaran volume reaktor dengan pembesaran bobot hasil sintesis ( = 9 jam, = 12 jam, = 15 jam)
14
volume. Pada sintesis selama 12 jam, pertambahan bobot hasil sintesis kian bertambah dan tidak melampaui nilai pertambahan volume, yaitu dari 3.80 kali, 4,49 kali, dan 17,06 kali lipatnya. Pada sintesis selama 15 jam juga diperoleh pertambahan volume yang kian meningkat dan tidak melampaui pertambahan volume, namun pada saat pertambahan volume sebanyak 30 kali lipat, hanya diperoleh pertambahan bobot sebesar 8.03 kali. Nilai ini sangat kecil. Berdasarkan hal ini, waktu terbaik adalah selama 12 jam.
Kadar Fe
Kadar Fe dalam padatan dan cairan menggambarkan keberadaan Fe total di dalamnya. Semakin efektif reaksi hidrotermal berlangsung maka semakin besar kadar Fe di dalam padatan dan semakin kecil nilai Fe di dalam cairan. Perhitungan nilai kadar Fe dapat dilihat pada Lampiran 9.
Pada Gambar 10, terlihat bahwa reaktor A dan B memiliki pola grafik batang yang sama pada saat sintesis selama 9, 12, dan 15 jam. Kadar Fe dalam padatan ketika sintesis 9 dan 12 jam mengalami kenaikan lalu turun kembali pada saat sintesis selama 15 jam. Reaktor B memiliki pola yang sama pada Gambar 11. Namun reaktor A memiliki pola meningkat saat 9 ke 12 jam lalu menurun saat 15 jam. Reaktor C memberikan hasil Fe padatan dan cairan yang semakin meningkat pada saat 9, 12, dan 15 jam (Gambar 10 dan 11)
Kadar Fe erat kaitannya dengan jumlah produk yang terbentuk. Namun demikian, produk yang ditargetkan merupakan nanomagnetit (Fe3O4). Penetapan Fe total belum menggambarkan secara jelas bahwa seluruh Fe telah terkonversi sempurna atau tidak saat reaksi hidrotermal berlangsung. Berdasarkan Gambar 11, terlihat bahwa kadar Fe terbesar diperoleh pada saat sintesis selama 12 jam dengan menggunakan reaktor kecil yaitu 55.58 %b/b. Namun, derajat kristalinitas yang dimiliki hanya sebesar 70.67 %. Hal ini menunjukkan Fe yang terbentuk di dalam padatan belum sempurna membentuk nanomagnetit. Pada hasil yang ditunjukkan di Gambar 13, reaktor C memiliki kadar Fe yang cenderung konstan pada saat 12 dan 15 jam. Derajat kristalinitas yang dimiliki reaktor C pada saat 12 jam sebesar 83.42 %. Derajat kristalinitasnya merupakan nilai terbesar di antara yang lain. Namun, nilai perbandingan antara bobot padatan yang dihasilkan dengan volume reaktor menunjukkan hasil yang kurang baik yaitu sebesar 1.67 x 10-2 sehingga pembesaran skala kurang efektif. Kadar Fe padatan pada reaktor B selama 12 jam yaitu sebesar 22.02 %b/b dan Fe cairan sebesar 0.02 %b/v. Reaktor B saat 12 jam memiliki hasil derajat kristalinitas yang cukup tinggi yaitu 74.48 % dengan perbandingan jumlah padatan per volume sebesar 3.72x10-2 g/mL yang bertambah 4.49 kali lipat dan konstan setelah lebih dari 12 jam. Hal ini menunjukkan waktu terbaik pada sintesis nanomagnetit adalah selama 12 jam sedangkan pembesaran volume akan efektif pada saat volume reaktor diperbesar menjadi 10 kali lipat yaitu dari 50 mL ke 150 mL. Selain kadar Fe dalam padatan dan cairan, efektivitas reaksi juga dapat dilihat berdasarkan nilai rendemen Fe yang berkisar antara 72.54-99.31 %. Nilai rendemen Fe saat 12 jam menggunakan reaktor sedang yaitu sebesar 96.89 %. Nilai ini cukup baik. Perhitungan nilai rendemen Fe dapat dilihat pada Lampiran 10.
Kadar Ammonium Cairan Hasil Sintesis
16
Gambar 15Grafik hubungan antara waktu sintesis (jam) dengan kadar ammonium (%) ( = A, = B, = C)
Gambar 15 menunjukkan pola kenaikan kadar ammonium berdasarkan peningkatan waktu sintesis dan ukuran reaktor. Reaktor A pada 12 jam memiliki nilai ammonium yang tertinggi yaitu 1.63 %b/v. Pola ini serupa dengan kadar Fe dalam padatan. Namun, seperti yang telah dibahas sebelumnya, nilai derajat kristalinitas dan perbandingan bobot hasil per volume menunjukkan nilai yang kecil. Pada saat sintesis selama 12 jam, reaktor B dan C menunjukkan hasil yang tidak jauh berbeda. Namun, hasil bobot per volume pada saat menggunakan reaktor B lebih efektif untuk melakukan pembesaran skala sintesis. Kadar ammonium reaktor B pada sintesis 12 jam yaitu sebesar 1.24 %b/v.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan.
Berdasarkan hasil karakterisasi dan hasil sintesis yang diperoleh, pembesaran skala pada sintesis nanomagnetit menggunakan filtrat belimbing wuluh memiliki waktu yang efektif saat 12 jam menggunakan reaktor bervolume 150 mL. Hasil ini diperkuat dengan difraktogram sinar-X, derajat kristalinitas yang cukup baik yaitu 74.48 %, perbandingan bobot hasil per volume sebesar 3.72x10-2 g/mL, kadar Fe dalam padatan sebesar 22.02 %b/b, kadar Fe cairan sebesar 0.02 b/v, nilai rendemen Fe sebesar 96.89 %, dan kadar ammonium dalam cairan hasil sintesis sebesar 1.24 %b/v. Nilai kadar asam filtrat belimbing wuluh pada sintesis 12 jam yaitu sebesar 0.2680 N.
Saran
DAFTAR PUSTAKA
Abdullah M, Virgus Y, Nirmin, Khairurrijal. 2008. Sintesis Nanomaterial. J Nano saintek. 1: 33-37.
[AOAC] The Association of Official Anaytical Chemist. 2007. Official Methods of Analysis of AOAC International. Maryland: AOAC International.
Carlos L, Fernando S, Eischlag G, Monica C, Gonzalez, Martire OD. 2013. Applications of magnetite nanoparticles for heavy metal removal from wastewater. Intech. 64-72.
Chen J, Wang F, Huang K, Liu Y, Liu S. 2009. Preparation of Fe3O4 nanoparticles with adjustable morphology. J Alloys Compd. 475: 898-902. doi: 10.1016/j.jallcom.2008.08.064.
Cheng W, Tang K, Qi Y, Sheng J, Liu Z. 2010. One-step synthesis of superparamagnetic monodisperse porous Fe3O4 hollow and core-shell spheres. J Mater Chem. 20:1799-1805.doi: 10.1039/b919164j.
Fernandez BR. 2011. Sintesis nanopartikel [tesis]. Padang (ID): Pascasarjana Universitas Andalas.
Gergely G, Weber F, Lukacs I, Toth AL, Horvath ZE, Mihaly J, Balazsi C. 2010. Preparation and characterization of hydroxyapatite from eggshell. Ceram Int. 36: 803-806.doi: 10.1016/j.ceramint.2009.09.020.
Hertanto B. 2012. Penggunaan belimbing wuluh untuk menghambat oksidasi dan mempertahankan mutu organoleptik pada dendeng sapi selama penyimpanan [skripsi]. Bogor (ID): Insitut Pertanian Bogor.
Ismawati I. 2013. Ekstrak air buah belimbing wuluh (Averrhoa bilimbi) sebagai bahan pembuatan nanomagnetit [skripsi]. Bogor(ID): Institut Pertanian Bogor.
Kumar KA, Gousia SK, Anupama, Latha MNL, Latha JNL. 2013. A review of phytochemical constituents and biological assays of Averrhoa bilimbi. Int Pharm Pharm Sci Res. 3(4): 136-139.
Laurent S, Forge D, Port M, Roch A, Robic C, Elst LV, Muller RN. 2008. Magnetit iron oxide nanoparticles: synthesis, stabilization, vectorization, physicochemical characterizations, and biological applications. Chem Rev. 108(16): 2069-2070.doi: 10.1021/cr068445e.
Liang X, Wang X, Zhuang J, Chen Y, Wang D, Li Y. 2006. Synthesis of Nearly Monodisperse Iron Oxide and Oxyhydroxide Nanocrystals. Adv. Funct. Mater. 16: 1805-1813.doi: 10.1002/adfm.200500884.
Lv Y, Wang H, Wang X, Bai J. 2009. Synthesis, characterization and growing mechanism of monodisperse Fe3O4 microspheres. J Cryst Growth. 311: 3455-3450.doi: 10.1016/j.jcrysgro.2009.03.046.
Marquez F, Campo T, Cotto M, Polanco R, Roque R, Fierro P, Sanz JM, Elizalde E, Morant C. 2011. Synthesis and characterization of monodisperse magnetite hollow microspheres. SNL. 1: 25-32. doi:10.4326/snl.2011.12005. Petrova TM, Fachikov L, Hristov J. 2011. The magnetite as adsorbent for
hazardous species from aqueous solutions. IRECHE. 3(2): 134-153.
18
Rahmadani M. 2011. Sintesis dan karakterisasi nanopartikel magnetit (Fe3O4) berbasis batuan besi [tesis]. Padang (ID): Universitas Andalas Padang. Roonasi. 2007. Adsorption and surface reaction properties of synthesized
magnetite nano-particles [tesis]. Luleå (SE): Luleå University of Technology.
Roy A, Geetha RV, Lakshmi T. 2011. Averrhoa Bilimbi Linn-nature’s drug store- a pharmacological. IJDDR. 3 (3): 101-106.
Yang Z, Qian H, Chen H, Anker JN. 2010. One-pot hydrothermal synthesis of silver nanowires via citrate reduction. J Colloid Interface Sci. 352: 281-285. Zakaria FZ, Wajir J, Aziz FA. 2009. Crystallite sizes of porites species. JNRT.
Lampiran 1 Bagan Alir Penelitian
Penentuan kadar Fe (AAS)
Karakterisasi XRD
Penentuan kadar ammonium (Spektrofotometer UV-vis)
Cairan Padatan
Buah belimbing wuluh
Penggilingan dan penyaringan
Ekstrak air buah Ampas
Penentuan kadar asam sitrat
Filtrat Sintesis
nanomagnetit
20
Lampiran 2Pembuatan larutan standar dan pereaksi pada penentuan ammonium A.Standar pokok 1000 ppm N
Sebanyak 0,4174 g serbuk (NH4)2SO4 p.a ditimbang dan dilarutkan menggunakan air bebas ion dalam labu takar hingga volumenya tepat 100 mL. larutan dikocok hingga homogen.
B.Standar 20 ppm N
Sebanyak 2 mL larutan standar pokok 1000 ppm N dipipet ke dalam labu takar 100 mL dan diencerkan menggunakan akuades hingga tepat 100 mL C.Deret standar
Deret larutan standar 0, 2, 4, 8, 12, dan 16 ppm dibuat dengan memipet larutan standar 20 ppm N sebanyak 0, 1, 2, 4, 6, dan 8 mL berturut-turut ke dalam tabung reaksi. Kemudian ditambahkan akuades hingga semua volumenya menjadi 10 mL.
D.Larutan Na-fenat
Sebanyak 5 g serbuk NaOH p.a ditimbang dan dilarutkan dalam labu takar 50 mL menggunakan sekitar 25 mL air bebas ion. Setelah dingin, larutan ditambah 6.25 g fenol dan diaduk hingga larut. Selanjutnya, larutan diencerkan dengan air bebas ion hingga volumenya tepat 50 mL.
E. Larutan sangga tartrat
Lampiran 3 Penentuan kadar asam
Data standarisasi NaOH oleh asam oksalat
22
Lampiran 4 Penentuan kadar air dan kadar abu Penentuan kadar air buah belimbing wuluh
Ulangan
Lampiran 5 Hasil difraktogram sinar X A. Standar nanomagnetit JCPDS 19-0629
B. Padatan reaktor kecil 9 jam (A1)
C. Padatan reaktor sedang 9 jam (B1)
D. Padatan reaktor besar 9 jam (C1) 2θ
int
ensit
as
2θ
2θ S
int
ensit
as
B1
int
ensit
as
C1
2θ A1
int
ensit
24
E. Padatan reaktor kecil 12 jam (A2)
F. Padatan reaktor sedang 12 jam (B2)
G. Padatan reaktor besar 12 jam (C2) 2θ A2
int
ensit
as
2θ
int
ensit
as
B2
int
ensit
as
C2
H. Padatan reaktor kecil 15 jam (A3)
I. Padatan reaktor sedang 15 jam (B3)
J. Padatan reaktor besar 15 jam (C3) 2θ
2θ
int
ensit
as A3
2θ
int
ensit
as C3
B3
int
ensit
Lampiran 6 Sudut difraksi standar magnetit dan padatan hasil sintesis A. Sintesis selama 9 jam
Standar magnetit (JCPDS No 19-0629)
9 jam reaktor kecil 9 jam reaktor sedang 9 jam reaktor besar
2 θ Intensitas 2θ
(deg)a Intensitas
2θ
(deg)a Intensitas
2θ
(deg)a Intensitas
18.269 8 18.27 57.1 18.48 604.4 15.31 92.4
30.095 30 21.12 10.9 18.87 673.3 18.27 12.6
35.422 100 28.39 18.9 29.64 717.4 24.74 24.9
37.052 8 30.27 16.5 30.21 12.7 25.97 16.4
43.052 20 34.35 12 30.38 11.0 26.91 23.5
53.391 10 34.67 10.9 33.77 32.5 29.65 10.6
56.942 30 35.59 56.9 34.32 14.2 30.16 17.0
62.515 40 36.65 12.9 39.96 12.2 32.02 68.8
65.743 40 37.36 7.1 44.48 10.8 32.70 16.8
70.924 2 43.29 11 44.83 30.6 33.26 10.2
73.948 4 44.93 8.7 46.38 98.8 33.52 17.3
74.960 10 56.97 13.6 46.97 73.7 36.72 5.5
78.929 4 57.26 15.2 48.10 16.4 38.26 17.1
62.15 7.3 50.25 21.6 42.26 17.8
62.88 19.4 57.03 11.0 43.25 24.8
61.42 20.2 46.10 16.4
53.60 9.1 56.97 13.8 57.18 16.5 62.86 21.9 65.23 9.7 74.22 6.0
79.69 5.1
B. Sintesis selama 12 jam Standar magnetit (JCPDS No 19-0629)
12 jam reaktor kecil
12 jam reaktor sedang
12 jam reaktor besar
2θ
(deg)a Intensitas
2θ
(deg)a Intensitas
2θ
(deg)a Intensitas
2θ
(deg)a Intensitas
18.269 8 18.50 182 18.40 8.2 18.33 17.4
30.095 30 18.90 212 30.24 40.4 30.24 48.9
35.422 100 23.01 26 35.60 123.6 34.71 8.4
37.052 8 24.67 40 37.24 9.1 35.60 152.7
43.052 20 29.67 106 43.27 27.2 36.24 14.4
53.391 10 30.32 22 53.01 4.7 36.54 7.4
56.942 30 33.87 26 55.67 11.9 36.70 7.5
62.515 40 35.66 61 59.32 31.3 37.24 8.3
65.743 40 37.64 19 62.88 42.2 43.30 30.8
70.924 2 43.35 29 69.17 4.4 53.69 53.7
73.948 4 44.91 22 71.26 4.6 57.24 35.8
28
78.929 4 46.87 27 74.55 10.1 62.88 43.6
50.32 16 75.31 4.4 71.27 6.9
53.67 12 75.60 5.6 74.19 8.0
57.30 38 74.46 8.4
59.64 18 61.44 17
62.99 22
C. Sintesis selama 15 jam Standar magnetit (JCPDS No 19-0629)
15 jam reaktor kecil
15 jam reaktor sedang
15 jam reaktor besar
2θ
(deg)a Intensitas
2θ
(deg)a Intensitas
2θ
(deg)a Intensitas
2θ
(deg)a Intensitas
18.269 8 18.53 6,5 18.50 803.0 18.28 38.3
30.095 30 18.84 6,7 18.88 636.2 30.18 35.0
35.422 100 24.77 17,4 22.91 42.0 34.82 11.5
37.052 8 30.27 11,1 24.53 17.1 35.56 108.6
43.052 20 32.07 59,6 24.72 19.9 37.14 9.7
53.391 10 35.77 35,5 29.66 633.8 37.87 4.9
56.942 30 38.37 14,6 33.77 43.0 43.25 27.6
62.515 40 41.00 4,6 38.17 13.8 53.57 9.7
65.743 40 42.82 4,2 44.88 24.1 56.58 5.8
70.924 2 43.36 8,1 46.45 103.1 57.13 29.8
73.948 4 46.13 32,6 46.97 95.4 62.80 39.0
78.929 4 53.77 5,9 61.46 24.0 63.98 4.5
57.27 12,4 71.12 3.9
62.99 15,5 73.94 5.4
65.32 5,7 74.11 4.8
66.93 4,9 74.40 7.3
67.98 4,4 74.59 6.5
69.25 8,5 75.06 6.1
71.55 4,6 74.09 6,3 74.59 3,9
Lampiran 7 Penentuan ukuran kristal
Padatan hasil sintesis selama 9 jam reaktor kecil
2θ (deg)a θ (deg)
Ukuran kristal berdasarkan hukum Debye Scheerer:
Keterangan : D : Ukuran kristal (nm) K : Konstanta (0.9)
λ : panjang gelombang sinar-X (0.15406 nm)
W: lebar puncak pada setengah intensitas puncak maksimum (rad)
Padatan hasil sintesis selama 9 jam reaktor sedang
34.32 17.16 0.9555 0.3887 0.0068 21.39
Padatan hasil sintesis selama 9 jam reaktor besar
2θ (deg)a θ (deg) a cos θ FWHM
Padatan hasil sintesis selama 12 jam reaktor kecil
32
Padatan hasil sintesis selama 12 jam reaktor sedang
Padatan hasil sintesis selama 12 jam reaktor besar
Padatan hasil sintesis selama 15 jam reaktor kecil
34
Padatan hasil sintesis selama 15 jam reaktor sedang
2θ (deg)a θ (deg) a cos θ FWHM
Padatan hasil sintesis selama 15 jam reaktor besar
36
Lampiran 8 Derajat Kristalinitas Nanomagnetit Sampel
Luas daerah kristalin (kcps*deg)
Luas daerah amorf (kcps*deg)
Luas daerah total (kcps*deg)
Kristalinitas (%)
A1 0.1318 0.1346 0.2664 49.47
B1 0.4758 0.1729 0.6487 73.35
C1 0.1475 0.0623 0.2098 70.31
A2 0.2087 0.0866 0.2953 70.67
B2 0.1386 0.0475 0.1861 74.48
C2 0.1711 0.0340 0.2051 83.42
A3 0.1155 0.0738 0.1893 61.01
B2 0.5071 0.1238 0.6309 80.38
Lampiran 9 Perhitungan kadar Fe hasil sintesis
Kadar Fe cairan hasil sintesis Sampel
0.1406 5 100 10 578.9474
B1 0.3378 5 100 10 1567.4185 1569.1729 0.16
0.3385 5 100 10 1570.9273
C1 0.0529 5 100 10 139.3484 142.3559 0.01
0.0541 5 100 10 145.3634
A2 0.2403 5 100 10 1078.6967 1071.1779 0.11
0.2373 5 100 10 1063.6591
B2 0.0630 5 100 10 189.9749 189.2231 0.02
0.0627 5 100 10 188.4712
y = 0,0399x + 0,0251
0,0000 2,0000 4,0000 6,0000 8,0000 10,0000
38
C2 0.1180 5 100 10 465.6642 465.1629 0.05
0.1178 5 100 10 464.6617
A3 0.0333 5 100 10 41.1028 42,8571 0.004
0.0340 5 100 10 44.6115
B3 0.3355 5 100 10 1555.8897 1555,3885 0.16
0.3353 5 100 10 1554.8872
C3 0.1364 5 100 10 557.8947 557.1429 0.06
0.1361 5 100 10 556.3910
Kadar Fe padatan hasil sintesis
Sampel Absorbans Vf Df Bobot sampel (g)
Konsentrasi Fe (ppm)
Rerata konsentrasi Fe (ppm)
Rerata konsentrasi
Fe (%b/b)
A1 0.0789 100 100 0.0509 264905.8796 269630.2025 26.96
0.0806 100 100 0.0507 274354.5254
B1 0.1088 50 100 0.0526 199405.3575 199230.3441 19.92
0.1077 50 100 0.0520 199055.3306
C1 0.0569 100 1000 0.5015 158921.7310 159001.0333 15.90
0.0569 100 1000 0.5010 159080.3356
A2 0.1324 100 100 0.0510 527298.6388 555799.8140 55.58
0.1433 100 100 0.0507 584300.9892
B2 0.1188 100 100 0.1024 229333.0984 220238.6987 22.02
0.1112 100 100 0.1022 211144.2991
C2 0.0874 100 1000 0.5047 309372.5993 307598.3417 30.76
A3 0.0631 100 100 0.0502 189717.3212 186086.7308 18.61
0.0615 100 100 0.0500 182456.1404
B3 0.0487 100 100 0.0529 111810.7177 111814.3621 11.18
0.0483 100 100 0.0520 111818.0066
C3 0.0871 100 1000 0.5024 309292.3391 307887.2687 30.79
40
Lampiran 10 Perhitungan Nilai Rendemen Fe
Nilai rendemen Fe dihitung berdasarkan nilai kadar Fe dalam cairan hasil sintesis Sampel mmol Fe
awal
Bobot Fe
awal (mg) Kadar Fe (ppm)
Volume cairan hasil
sintesis (mL)
mg Fe dalam cairan
Rendemen Fe (%)
A1 5 280 582.4637 41 23.9 91.47
B1 15 840 1569.1729 147 230.7 72.54
C1 150 8400 142.3559 1485 211.4 97.48
A2 5 280 1071.1779 42 45.0 83.93
B2 15 840 189.2231 138 26.1 96.89
C2 150 8400 465.1629 1450 674.5 91.97
A3 5 280 42.8571 45 1.9 99.31
B3 15 840 1555.3885 145 225.5 73.15
C3 150 8400 557.1429 1445 805.1 90.42
42
Lampiran 11 Penentuan kadar ammonium cairan hasil sintesis Penentuan panjang gelombang maksimum
540 560 580 600 620 640 660
Penentuan kurva standar ammonium
Waktu Reaktor Absorbans [ammonium] (ppm)
Sedang 0.163 12642.8571
12357.1429 1.24 0.155 12071.4286
Besar 0.131 10357.1429
10392.8571 1.04
0.132 10428.5714
12 jam Kecil 0.212 16142.8571
16285.7143 1.63 0.216 16428.5714
Sedang 0.163 12642.8571
12392.8571 1.24 0.156 12142.8571
Besar 0.173 13357.1429
13464.2857 1.35 0.176 13571.4286
15 jam Kecil 0.180 13857.1429
13750.0000 1.38 0.177 13642.8571
Sedang 0.130 10285.7143
10321.4286 1.03 0.131 10357.1429
Besar 0.176 13571.4286
44
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bekasi pada tanggal 1 Maret 1990 dari pasangan Bapak Hadi Saiful Hadi dan Ibu Teti Suryani. Penulis merupakan anak pertama dari tiga bersaudara. Pada tahun 2002 penulis lulus dari SDN Mekarsari 04 Tambun lalu melanjutkan sekolah di SMPN 1 Tambun Selatan. Penulis kemudian melanjutkan sekolah di SMAN 1 Tambun Selatan Bekasi pada tahun 2005. Pada tahun 2008, penulis berkuliah di Akademi Kimia Analisis Bogor dan lulus tahun 2011. Setelah lulus, penulis bekerja di perusahaan farmasi yaitu PT Eagle Indofarma selama setahun. Penulis melanjutkan kuliah di IPB pada tahun 2012 sebagai mahasiswa Alih Jenis Kimia.
