SINTESIS DAN UJI ADSORPSI METILEN BIRU PADA KOMPOSIT HIDROKSIAPATIT-GELATIN (K-HAp/Gel) MELALUI VARIASI MASSA
ADSORBEN
REPOSITORY
OLEH :
RIFA ASPAMA 1503117394
PROGRAM STUDI S1 KIMIA JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS RIAU
PEKANBARU 2020
1 SINTESIS DAN UJI ADSORPSI METILEN BIRU PADA KOMPOSIT HIDROKSIAPATIT-GELATIN (K-HAp/Gel) MELALUI VARIASI MASSA
ADSORBEN
Rifa Aspama, Pepi Helza Yanti Mahasiswa Program S1 Kimia Bidang Kimia Anorganik Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Kampus Bina Widya Pekanbaru, 28293, Indonesia rifa.aspama@student.unri.ac.id
ABSTRACT
Composite is a material that is formed from two or more materials with different properties, so that a material with different properties and characteristics is produced. Composite consists of reinforcement and a matrix. In this study, hydroxyapatite was acted as a matrix and the reinforcement was derived from gelatin. The purpose of this study was to synthesize hydroxyapatite-gelatin composites using the microwave method with prekursor (NH4)2HPO4 dan Ca(OH)2 precursors and also the adsorption test on methylene blue. The results of the analysis of the chemical composition of the shellfish contained CaO (97.368%). Based on
the results of adsorption of methylene blue using hydroxyapatite-gelatin composites, the optimum conditions for each of the adsorbent mass variations were obtained, at K-HAp / Gel 0% was 10 mg (60.612%); K-HAp / Gel 10% is 5 mg (76.593%); K-HAp /
Gel 20% is 10 mg (77.110%) while for K-HAp / Gel 30% is 25 mg (79.903%).
Keywords : composite, gelatine, hydroxyapatite
ABSTRAK
Komposit merupakan suatu material yang terbentuk dari dua atau lebih material dengan masing-masing sifat yang berbeda, sehingga dihasilkan material dengan sifat dan karakteristik berbeda dari pembentuknya. Komposit terdiri dari reinforcement dan matriks. Pada penelitian ini yang bertindak sebagai matriks adalah hidrokiapatit dan reinforcement berasal dari gelatin. Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan sintesis komposit hidroksiapatit-gelatin menggunakan metode microwave dengan prekursor (NH4)2HPO4 dan Ca(OH)2 dan serta uji adsorpsi terhadap metilen biru. Hasil analisis komposisi kimia cangkang lokan terdapat CaO sebesar 97,368%. Berdasarkan hasil adsorpsi metilen biru
2 menggunakan komposit hidroksiapatit-gelatin maka didapatkan kondisi optimum untuk masing-masing variasi massa adsorben yaitu pada K-HAp/Gel 0% adalah 10 mg (60,612%); K-HAp/Gel 10% adalah 5 mg (76,593%) ; K-HAp/Gel 20% adalah 10 mg (77,110%) sedangkan untuk K-HAp/Gel 30% adalah 25 mg (79,903%).
Kata kunci : gelatin, hidroksiapatit, komposit
PENDAHULUAN
Komposit merupakan suatu material yang terbentuk dari dua atau lebih material dengan masing-masing sifat yang berbeda, sehingga dihasilkan material dengan sifat dan karakteristik berbeda dari pembentuknya. Komposit terdiri dari
reinforcement dan matriks. Reinforcement
bertindak sebagai penguat matriks.
Komposit berbasis hidroksiapatit banyak diteliti karena memiliki sifat yang beragam yaitu memiliki luas permukaan besar, berpori dan memiliki kekuatan mekanik yang baik sehingga berpotensi untuk berbagai aplikasi, seperti implan tulang dan adsorben. Komposit yang terdiri dari kombinasi hidroksiapatit dan gelatin (biopolimer) dapat menghasilkan luas permukaan dan pori yang besar sehingga memiliki potensi untuk aplikasi adsorben.
Hidroksiapatit dikompositkan dengan beberapa polimer alam seperti kitosan (Sathiyavimal, 2019) ; alginat (Guesmi, 2017) beberapa material pati (Zhai, 2006) dan gelatin (Yadav, 2017).
Sintesis Hidroksiapatit (HAp) dapat dilakukan melalui beberapa metode menggunakan beragam reaktan atau prekursor. Diantaranya adalah metode
pengendapan dengan prekursor KH2PO4 dan CaCl2.2H2O, (Yousefpor dkk., 2013), metode hidrotermal dengan menggunakan prekursor cangkang abalone dan (NH4)2HPO4 (Chen dkk., 2015). Penelitian lain adalah dengan microwave
menggunakan prekursor cangkang kerang kepah dan Na2HPO4 (Shavandi dkk., 2014). Aplikasi hidroksiapatit dalam bidang medis biasanya adalah sebagai pelapis dalam implantasi (Hui dkk., 2010), konduktor ion dan gas sensor (Mahabole dkk., 2005) serta dapat digunakan dalam proses pengolahan logam berat (Hashimoto dkk., 2009).
Gelatin merupakan hasil denaturasi kolagen menunjukkan biokompatibilitas, biodegradabilitas, dan bioaktivitas (Chen dkk., 2017). Gelatin adalah sejenis derivat protein dari serat kolagen yang dapat diekstraksi dari tulang. Diantara nya pada penelitian Rahayu (2015) gelatin dapat diekstrak dari tulang ikan nila merah dengan merendamkan di dalam asam sehingga menjadi lunak dan mudah diekstraksi jaringan kolagennya menjadi gelatin. Gelatin memiliki karakter yang unik antara lain kemampuan untuk berbalik bentuk dari sol menjadi gel, bersifat amfoter dan menjaga sifat koloid.
3 Produk ini digunakan untuk keperluan
pengolahan pangan, kosmetika dan media mikrobiologis. Gelatin banyak digunakan sebagai aditif karena memiliki biokompatibilitas, biodegrabilitas dan bioaktivitas yang baik. Di sisi lain, hidroksiapatit merupakan bahan keramik yang memiliki biokompabilitas dan osteokonduktifitas yang sesuai untuk perbaikan jaringan keras seperti tulang. Namun, hidroksiapatit memiliki sifat mekanik yang sangat getas dan kaku, dengan kekuatan tekan kurang dari 1MPa/m (Kim dkk., 2017).
Pada penelitian ini penulis akan melakukan sintesis komposit hidroksiapatit-gelatin (K-HAp/Gel). Sintesis hidroksiapatit dilakukan dengan mereaksikan Ca dan P. Cangkang lokan (Geloina coaxans) yang berasal dari Rokan Hilir Provinsi Riau dimanfaatkan sebagai sumber Ca karena memiliki kandungan kalsium 97-98% (Kurniawati, 2016) sehingga berpotensi digunakan sebagai prekursor Ca dan prekursor fosfat dari (NH4)2HPO4. Hidroksiapatit yang telah disintesis bertindak sebagai matriks. Untuk memenuhi syarat terbentuknya komposit, maka ditambahkan gelatin yang akan bertindak sebagai reinforcement. Gelatin yang digunakan dalam penelitian ini adalah gelatin komersil. Sintesis ini dilakukan dengan bantuan pemanasan
microwave karena pemanasan volumetrik
dan efisien (Shavandi dkk., 2014). Hasil sintesis kemudian diuji daya serap nya terhadap metilen biru.
METODE PENELITIAN a. Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini adalah lumpang, cawan, blender (Philips), oven (Gallen kamp), desikator, gelas ukur, labu takar, spatula, beaker gelas, kaca arloji, pipet volume, pipet tetes, ayakan 200 mesh (W.S Tyler
Incorporated U.S.A), crucible, shaker,
neraca analitik (Mettler AE 200), hotplate (Rexim RSH-IDR As One), furnace (VulcanTM seri A-130), magnetic strirrer
(Spinbar), X-Ray Flourocense (S2 Ranger
Burker), X-Ray Diffraction (Gbc Emm),
Fourier Transform Infra-Red (FTIR Shimadzu, IR Prestige-21) dan UV-VIS
Spechtofotometer (UV-VIS).
Bahan-bahan yang digunakan adalah cangkang lokan (Geloina coaxans),
akuabides, (NH4)2HPO4 (Merck),
methylene blue (Merck), gelatin (Merck),
kertas saring Whatman 42 ; Whatman 1, aluminium foil, masker dan sarung tangan.
b. Preparasi Cangkang Lokan
Sampel cangkang berasal dari daerah Desa Panipahan, Rokan Hilir. Lokan dicuci bersih lalu direbus untuk memisahkan cangkang dengan dagingnya. Sisa daging yang masih tertinggal di sikat menggunakan brush. Setelah cangkang terbuka dan bersih, cangkang dikeringkan pada udara terbuka selama 2 hari. Selanjutnya ditumbuk kasar dan dilakukan pemanasan dengan oven pada suhu 105°C selama 1 jam. Kemudian sampel ditumbuk halus, lalu diayak menggunakan
4 ayakan 200 mesh. Sampel yang sudah
lolos ayakan 200 mesh diletakkan pada
crusible dan dikalsinasi pada suhu 1000°C
selama 12 jam menggunakan furnace untuk didapatkan kalsium oksida (CaO). Hasil kalsinasi dihomogenkan dan disimpan di dalam desikator agar tidak terjadi kontak dengan udara. Sampel sesudah kalsinasi dianalisis X-Ray Flourocense (XRF) untuk mengetahui
komposisi kimianya.
c. Sintesis Komposit Hidroksiapatit-Gelatin
Sintesis hidroksiapatit (HAp) dilakukan menggunakan (NH4)2HPO4 sebagai sumber fosfat dan kalsium yang berasal dari cangkang lokan dalam bentuk CaO. Rasio konsentrasi Ca/P yang digunakan yaitu sebesar 1,67 dengan sumber Ca dari cangkang lokan 1 M dan sumber P dari (NH4)2HPO4 0,6 M. Serbuk cangkang lokan (CaO) hasil kalsinasi dilarutkan dalam aquabides. Larutan (NH4)2HPO4 dimasukkan pada buret dan larutan Ca(OH)2 pada beaker gelas. Kedua larutan dicampurkan dengan cara larutan (NH4)2HPO4 diteteskan dengan secara perlahan-lahan ke dalam larutan Ca(OH)2 dengan kecepatan 300 rpm selama 1 jam. Lalu pH campuran dijaga pada pH = 10 dengan penambahan (NH4)OH. Selanjutnya ditambahkan gelatin sebanyak 0 ; 10 ; 20 dan 30% lalu dimasukkan ke dalam microwave dengan waktu retensi 20 menit dan daya 450 watt. Endapan dan filtrat kemudian dipisahkan dengan cara
disaring menggunakan kertas saring
Whattman 42. Endapan yang telah disaring
lalu dikeringkan pada suhu 105 °C selama 2 jam untuk menghilangkan kadar airnya.
Selanjutnya dikalsinasi pada suhu 900 °C selama 1 jam. Sampel dianalisis menggunakan X-Ray Diffraction (XRD).
d. Adsorpsi Metilen Biru
Larutan metilen biru dengan konsentrasi optimum dikontakkan dengan variasi massa adsorben Hidroksiapatit-Gel 0 ; 10 ; 20 dan 30% sebanyak 5, 10, 15, 20 dan 25 mg kemudian dikontakkan dengan waktu kontak optimum masing-masing adsorben menggunakan shaker. Setelah dikontakkan, dilakukan penyaringan untuk memisahkan adsorbat dan adsorben menggunakan kertas saring Whattmann 1. Hasil adsorpsi ini kemudian dianalisis menggunakan UV-VIS Spectrophotometer (UV-VIS).
HASIL DAN PEMBAHASAN
a. Analisis Komposisi Kimia Cangkang Lokan
Cangkang lokan (Geloina coaxans) yang telah dikumpulkan, digerus dan dikalsinasi pada suhu 1000˚C selama 12 jam. Setelah dikalsinasi, selanjutnya akan dianalisa menggunakan X-Ray
Floresence (XRF) untuk melihat kandungan Ca dari cangkang lokan (Geloina coaxans) yang akan digunakan sebagai prekursor Ca pada sintesis komposit Hidroksiapatit-gelatin. Hasil
5 analisis dengan X-Ray Floresence (XRF)
dapat dilihat pada Tabel 4.1
Tabel 4.1. Hasil analisis komposisi kimia cangkang lokan (Geloina coaxans)
menggunakan X-Ray Floresence (XRF) Komposisi Kadar (%) CaO 97,368 Ag2O 0,606 SiO2 0,535 MgO 0,514 Al2O3 0,461
Analisis komposisi kimia cangkang lokan (Geloina coaxans)
dilakukan menggunakan X-Ray Floresence (XRF). Berdasarkan analisis
menggunakan X-Ray Floresence (XRF) pada Tabel 4.1 dapat dilihat komposisi kimia utama dari cangkang lokan (Geloina
coaxans) adalah CaO (97,368%) dan
beberapa senyawa lain seperti Ag2O (0,606%), SiO2 (0,535%), MgO (0,514%) dan Al2O3 (0,461%). Penelitian sebelumnya, Ulvia (2016) telah melakukan analisis komposisi kimia pada cangkang kerang darah (Anadara
granosa) menggunakan X-Ray Floresence
(XRF) yang dikalsinasi pada suhu 1000˚C selama 5 jam dan didapatkan kadar CaO adalah 98,13%. Penelitian lainnya, Hairunisa (2019) menganalisis cangkang ale-ale (Meretrix meretrix) yang dikalsinasi pada suhu 700˚C selama 4 jam didapatkan kadar CaO sebanyak 87,476%. Rahayu (2018) juga melakukan analisis menggunakan cangkang kerang mutiara (Pinctada maxima) dengan kadar CaO
adalah 52,23%. Berdasarkan analisis XRF dari CaO maka dapat disimpulkan bahwa CaO yang berasal dari cangkang lokan (Geloina coaxans) bisa digunakan untuk sintesis hidroksiapatit-gelatin (HAp-Gel) karena memperoleh kadar yang baik yaitu 97,368%.
b. Adsorpsi Metilen Biru
Menggunakan Variasi Massa Adsorben
Dengan menggunakan waktu kontak
optimum dan konsentrasi adsorbat 10 ppm, maka efektivitas daya serap
dilanjutkan dengan mengkontakkan komposit Hidroksiapatit-gelatin dengan metilen biru dengan variasi masa adsorben 10, 15, 20 dan 25 mg. Efisiensi dari proses adsorpsi ini bisa dilihat pada Tabel 4.2 dan penentuan massa adsorben optimum berdasarkan efisiensi adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 4.2
Berdasarkan Gambar 4.2 dapat dilihat hubungan efisiensi adsorpsi metilen biru dengan komposit hidroksiapatit-gelatin menggunakan variasi massa adsorben. Variasi massa adsorben yang digunakan adalah 5-25 mg. Massa adosrben optimum K-HAp/Gel 0 dan 20% sebanyak 10 mg dengan efisiensi adsorpsi 60,612 dan 77,110%. Pada K-HAp/Gel 10% sebanyak 5 mg dengan efisiensi adsorpsi 76,593%. Berbeda dengan K-HAp/Gel 30% memperoleh massa adsorben optimum pada 25 mg dengan efisiensi 79,903%. Ini menunjukkan bahwa semakin banyak
6 gelatin yang ditambahkan juga meningkat
penyerapan metilen biru.
Tabel 4.2. Efisiensi adsorpsi metilen biru per massa adsorben
HAp -Gel (%) Massa Adsorben (mg) Co Ce Efisiensi adsorpsi (%) 0 5 11,848 4,734 60,043 10 11,848 4,667 60,612 15 11,848 5,868 50,476 20 11,848 5,169 56,372 25 11,848 5,831 50,786 10 5 11,848 2,773 76,593 10 11,848 4,017 66,094 15 11,848 3,031 74,421 20 11,848 4,091 65,474 25 11,848 3,178 73,180 20 5 11,848 3,300 72,145 10 11,848 2,712 77,110 15 11,848 4,379 63,043 20 11,848 4,219 64,388 25 11,848 4,624 60,974 30 5 11,848 2,706 77,162 10 11,848 3,870 67,336 15 11,848 3,190 73,076 20 11,848 2,418 79,592 25 11,848 2,381 79,903
Penelitian lainnya, Iqbal dkk., (2019) melakukan adsorpsi pada ion As3+ dengan konsentrasi 10 ppm dan melakukan variasi massa adsorben menggunakan HAp-Alginat/AC/nZVCu, sehingga didapatkan massa adsorben optimum sebanyak 0,5 gr serta efisiensi adsorpsi 88%. Gupta dkk., (2011) juga mengadsorpsi ion Pb2+ menggunakan HAp-kitosan dan terjadi peningkatan efisiensi adsorpsi dari 78-93,5% seiring dengan penambahan massa adsorben dari 1-3 g. Hal ini juga sesuai dengan penelitian Wei dkk., (2014) efisiensi adsorpsi nitrobenzene
menggunakan HAp-Gel juga terjadi peningkatan seiring penambahan massa adsorben. Kenaikan massa dari 1-5 g juga meningkatkan efisiensi adsorpsi dari 74,2-88,1%.
Gambar 4.2. Penentuan masa adsorben optimum berdasarkan efisiensi adsorpsi K-HAp/Gel terhadap metilen biru
KESIMPULAN
Analisis komposisi kimia cangkang lokan menunjukkan terdapat nya CaO sebanyak 97,368%. Komposit hidroksiapatit-gelatin yang telah disintesis dilakukan uji adsorpsi metilen biru dengan variasi massa adsorben. Hasil adsorpsi ini menunjukkan bahwa semakin banyak penambahan gelatin semakin banyak juga metilen biru yang diadsorpsi.
DAFTAR PUSTAKA
Chen, J., When, Z., Zhong, S., Wang, Z. 2015. Synthesis of hydroxyapatite nanorods from 0 20 40 60 80 100 0 5 10 15 20 25 E fis ie ns i A ds o rps i (% ) Masa Adsorben (mg)
Efisiensi Adsorpsi Komposit Hidroksiapatit-gelatin pada Metilen Biru dengan Variasi Massa Adsorben
HAp HAp-Gel 10% HAp-Gel 20% HAp-Gel 30%
7 abalone shells via hydrotermal
solid-state conversion. Journal Materials and Design. (87) : 445-449.
Chen, S., Xinxin, D., Tianlong, W., Lan, J., Di, H., Weiyi C. 2017. Syntesis of near-infrared responsive gold nanorod-doped gelatin/hydroxyaptite
composite microsphere with controlled photo-thermal property. Ceramics International.
Guesmi, Y dkk., 2018. Synthesis of hydroxyapatite-sodium alginate via a co-precipitation technique for efficient adsorption of methylene blue dye. Journal of Molecular Liquids. 912-920. Gupta, N., Atul K.K., Seung H.,
Chattopadhayaya, M.C. 2012. Adsorptive removal of Pb2+, Co2+ and Ni2+ by hydroxyapatite/chitosan
composite from aqueous solution. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 43 : 125-131.
Hairunisa., Anis S., Intan S. 2019. Sintesis kalsium oksida dari cangkang kerang ale-ale (Meretix meretix) pada suhu kalsinasi 700C. Jurnal Kimia Khatulistiwa. 8 (1) : 36-40. Hashimoto Y., Taki T. dan Sato T. 2009.
Sorption of dissolved lead from shooting ranges oils using
hydroxyapatite amendments synthesized from industrial by products as affected by varying ph conditions. J.Environ Manag (90): 1782-1789.
Hui, P., Meena, S.L., Singh, G., Prakash, S. 2010. Synthesis and characterization of hydroxyapatite bioceramic. International Journal of Scientific Engineering and Technology. (3) : 458-462. Iqbal, J dkk. 2019. Synergistic effects of
activated carbon and nano-zerovalent copper on the performance of hydroxyapatite-alginate beads for the removal of As3þ from aqueous solution. Journal of Cleaner Production. 235 : 875-886.
Kim, A.Y., Yongsun K., Seung H., Yongseok Y. 2017. Effect of gelatin on osteogenic cell sheet formation using canine adipose-derived mesenchymal stem cells. Cell Transplant. 26 (1) : 115-123.
Kurniawati, S. 2016. Sintesis dan karakterisasi hidroksiapatit menggunakan cangkang lokan (Geloina coaxans) dengan variasi prekursor fosfat. Skripsi. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Riau, Pekanbaru.
Mahabole, M., Aiyer R., Ramakrishna C., Sreedhar B., Khairnar R. 2005.
8 Synthesis characterization and
gas sensing property of hydroxyapatite ceramic. Journal Bull Mater. (28) : 535-545. Rahmania, A. 2012. Preparasi
Hidroksiapatit dari tulang sapi dengan metode kombinasi ultrasonik dan spray drying. Tesis. Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok. Rujitanapanich, S., Pitoon K., Panthong
W. 2014. Synthesis of hydroxyapatite from oyster shell via precipitation. Energy Procedia. 56 : 112-117.
Sathiyavimal, S dkk. 2019. Biosynthesis and characterization of hydroxyapatite and its composite (hydroxyapatite-gelatin-chitosan-fibrin-bone ash) for bone tissue engineering applications. International Journal of Biological Macromolecus. 129 : 844-852. Shavandi, A., Bekhit A.E., Ali Z., Sun, Z. 2014. Synthesis of nano hydroxyapatite from waste mussel shells using a rapid microwave method. Journal Material Chemistry and Physics. 1-10.
Siregar, M. 2020. Sintesis dan karakterisasi hidroksiapatit menggunakan biotemplate dari limbah cangkang telur dengan bantuan microwave. Skripsi. Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Universitas Riau, Riau.
Supangat, D., Sari E.C. 2017. Synthesis and characterization of hydroxyapatite of crabs shell (Scylla serrata) by wet application method. UNESA Journal of Chemistry. 6 (3). Ulvia. 2016. Sintesis dan karakterisasi
hidroksiapatit dari cangkang kerrang darah (Anandara granosa) dengan variasi waktu tahan sintering. Skripsi. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Syiah Kuala, Aceh.
Yadav, U., Preeti S.S., Anchal S. 2017. Simple route synthesis of hydroxyapatite-gelatine
nanocomposite and its characterization. International Journal of Materials Sciences. 12 (1).
Yousefpour, M., Zahra, T. 2013. The effects of ageing time on the microstructure and properties of mesoporous silica-hydroxyapatite nanocomposite. Superlattices and Microstructures. 54 : 78-86.
