MODEL ISOTHERM ADSORPSI UNTUK MENDESKRIPSIKAN IKATAN ANTARA ANION NITRAT (NO3-) OLEH SILIKA DARI
BAGASSE TEBU
TUGAS AKHIR SKRIPSI
Diajukan Kepada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta Untuk Memenuhi
Sebagian Persyaratan Guna Memperoleh Gelar Sarjana Sains
Oleh : Seti Fani NIM 13307141026
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
i
MODEL ISOTHERM ADSORPSI UNTUK MENDESKRIPSIKAN IKATAN ANTARA ANION NITRAT (NO3-) OLEH SILIKA DARI
BAGASSE TEBU
TUGAS AKHIR SKRIPSI
Diajukan Kepada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta Untuk Memenuhi
Sebagian Persyaratan Guna Memperoleh Gelar Sarjana Sains
HALAMAN JUDUL
Oleh : Seti Fani NIM 13307141026
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
v
HALAMAN MOTTO
“Jadikanlah sabar dan sholat sebagai penolongmu,
sesungguhnya Allah beserta orang-orang yang sabar.”
(QS. Al-Baqarah: 153)
“Man Shobaro Zafiro.”
(Siapa yang bersabar akan beruntung)
“Allah tidak memikulkan beban kepada seseorang melainkan
sekedar apa yang Allah berikan kepadanya. Allah kelak
akan memberikan kelapangan sesudah kesempitan.”
(QS. At-Thalaq: 7)
“La Tahzan, Innallah Ma’ana.”
(Jangan bersedih, Allah bersama kita)
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN
Alhamdulillah.. Alhamdulillah.. Alhamdulillahirabbil’alamiin..
Sujud syukur ku persembahkan kepada Allah SWT atas karunia serta kemudahan yang Engkau berikan padaku akhirnya Tugas Akhir Skripsi ini dapat
terselesaikan.
Karya tulis sederhana ini, saya persembahkan spesial untuk Ayah ku tercinta Wakidi, Ibu ku Mulati, dan simbah putriku.... kalian inspirasi dalam hidup dan
anugerah terindah dari Allah untukku....
Untuk Bapak Jaslin Ikhsan, Ph. D. Yang tak pernah lelah untuk membimbing, memotivasi, menasihati, selalu menjadi pengingat untuk dapat segera menyelesaikan tugas akhir ini....terima kasih Pak Jaslin untuk doa dan
bimbingannya....
Untuk Mas ku yang selalu memberikan semangat dan motivasinya untuk terus maju, melangkah, dan menikmati proses dan tetap progres, untukmu Mas Agus Widyianto....terimakasih telah menjadi kawan terindah dalam jejak langkahku....
Untuk Sahabatku Maria Brigita Novisatri dan Intania Irfani terimakasih untuk semangat kalian, keceriaan selama ini sekaligus telah menjadi sahabat yang baik
dan keluarga yang luar biasa untukku....
Keluarga Kimia B 2013, KKN 23 ND, Remaja Masjid Sa’ad Bin Abi Waqqash, dan Rekan satu penelitian khususnya, yang telah menjadi sahabat dan keluarga
vii
Model Isoterm Adsorpsi untuk Mendeskripsikan Ikatan antara Anion Nitrat (NO3-) oleh Silika dari Bagasse Tebu
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakter silika gel dari bagasse tebu yang telah disintesis, mengetahui pengaruh konsentrasi terhadap adsorpsi NO3- oleh silika gel, dan menentukan model isoterm adsorpsi NO3- oleh siika gel.
Silika gel dari bagasse tebu telah dibuat melalui proses sol-gel dengan cara menambahkan HCl 1 M ke dalam larutan natrium silikat hingga pH 7 dan terbentuk gel. Gel yang terbentuk kemudian dikeringkan menggunakan oven pada suhu 80oC. Silika gel yang didapat dikarakterisasi secara XRD, FTIR, serta diuji kemampuan adsorpsinya terhadap anion NO3- pada berbagai konsentrasi.
Hasil karakterisasi secara Difraksi Sinar-X menunjukkan bahwa silika gel berstruktur amorf, sedangkan karakterisasi FTIR menunjukkan bahwa silika gel telah berhasil disintesis ditandai dengan munculnya puncak serapan pada panjang gelombang 1094,90 cm-1 yang mengindikasikan adanya gugus Si-O dan puncak serapan pada panjang gelombang 3460,21 cm-1 yang mengindikasikan adanya gugus –OH. Analisa UV-Vis menunjukkan bahwa penambahan konsentrasi NO3 -menyebabkan daya adsorpsi silika meningkat. Model terhadap data isotherm menunjukkan bahwa adsorpsi mengikuti model isotherm Freundlich yang berarti terjadi pembentukan di permukaan silika. Dubinin-Raduskevich model menunjukkan bahwa energi yang terlibat dalam adsorpsi sebesar 5,607 kJ/mol sehingga adsorpsi terjadi melalui fisi sorpsi.
viii
Model Isotherm Adsorption to Describe the Bonding between Anions Nitrate (NO3-) by Silica from Sugarcane Bagasse XRD, FTIR and used for NO3- adsorption for various concentrations.
The result of X-Ray Diffraction characterization showed that gel silica had amorphous structure, while the result of FTIR showed that the gel silica have been successfully synthesized which were indicated by the appearance of absorption peaks at wavelengths of 1094.90 cm-1 indicating the Si-O group and the absorption peak at a wavelength of 3460.21cm-1 indicating the –OH group. Uv-Vis analysis showed that increasing the concentration of NO3- anion caused the increasing adsorption capacity of silica. The model of isotherm shows that the adsorption follows the Freundlich isotherm model. Which means the formation occurs on the surface on the silica. Dubinin-Radushkevich models showed that its involved in adsorption of 5.507 kJ/mole so that the adsorption occur through physisorpsi.
Keywords: Sugarcane Bagasse, adsorption of NO3-, adsorption isotherms, gel
ix
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan kekuatan, petunjuk dan kemudahan sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir skripsi yang berjudul “Model Isotherm Adsorpsi untuk Mendeskripsikan Ikatan antara Anion Nitrat (NO3-) oleh Silika dari Bagasse Tebu”. Shalawat serta salam semoga terlimpah kepada suri tauladan Nabi
Muhammad SAW, kepada keluarga dan para sahabat.
Skripsi ini dapat terselesaikan berkat bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis menyampaikan perhargaan yang tinggi dan mengucapkan terimakasih kepada semua pihak terutama kepada:
1. Dr. Hartono selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam yang memberikan persetujuan pelaksanaan Tugas Akhir skripsi ini.
2. Drs. Jaslin Ikhsan, M.App.Sc., Ph.D selaku Ketua jurusan Pendidikan Kimia UNY dan Ketua Program Studi Kimia sekaligus Dosen Pembimbing TAS yang telah banyak memberikan semangat, dorongan, dan bimbingan selama penyusunan Tugas Akhir Skripsi ini.
3. Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi atas dukungan dana melalui Beasiswa Bidikmisi.
x
5. Seluruh Dosen, Staff, dan Laboran Jurusan Pendidikan Kimia FMIPA UNY yang telah banyak membantu selama perkuliahan dan penelitian.
6. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir Skripsi ini.
xi
A. Latar Belakang Masalah ...1
B. Identifikasi Masalah...4
6. Sorpsi dan Faktor yang Mempengaruhi Pengikatan...13
7. Model Isotherm Sorpsi ...16
8. Uji Spektrofotometer UV-Vis ...20
9. Uji Spektofotometer FTIR...23
10. Difraksi Sinar X ...25
B. Penelit ian yang Relevan ...26
C. Kerangka Berfikir ...28
BAB III METODE PENELITIAN ...30
A. Subjek dan Objek Penelit ian ...30
1. Subjek Penelitian ...30
2. Objek Penelitian ...30
B. Variabel Penelit ian ...30
xii
2. Variabel Kontrol...30
3. Variabel Terikat...30
C. Alat dan Bahan Penelitian ...31
1. Alat-alat ...31
2. Bahan-bahan ...31
D. Prosedur Kerja ...32
1. Pembuatan Larutan Bahan ...32
2. Sintesis Silika Gel dari Abu Bagasse Tebu ...32
E. Analisis Data ...35
1. Teknik Pengolahan Data ...35
2. Teknik Analisis Data ...36
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ...39
A. Hasil Penelitian ...39
1. Hasil Sintesis Silika Gel dari Bagasse tebu ...39
2. Hasil Analisis Secara Difraksi Sinar-X (XRD) ...40
3. Hasil Analisis Secara Spektroskopi FTIR ...40
4. Kesetimbangan Adsorpsi Anion NO3- oleh Silika Gel pada Berbagai Konsentrasi Sorbat ...42
5. Model Isoterm Adsorpsi Anion NO3- oleh Silika Gel...42
B. Pembahasan ...46
1. Sintesis Silika Gel dari Bagasse Tebu...46
2. Hasil Analisis secara Difraksi Sinar X ...51
3. Hasil Analisis Secara Spektroskopi FTIR ...51
4. Daya Adsorpsi Silika Gel terhadap Anion NO3- ...53
5. Model Isoterm Adsorpsi Anion NO3- oleh Silika Gel...54
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...57
A. Kesimpulan ...57
B. Saran...57
DAFTAR PUSTAKA ...59
xiii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Struktur Silika Gel ... 8
Gambar 2. Resonansi Ion Nitrat ... 11
Gambar 3. Grafik Isoterm Freundlich ... 17
Gambar 4. Ilustrasi Adsorpsi pada Isoterm Langmuir ... 18
Gambar 5. Kurva Isoterm Adsorpsi Langmuir ... 19
Gambar 6. Kurva Kalibrasi ... 21
Gambar 7. Grafik Hubungan Absorbansi dengan Konsentrasi ... 22
Gambar 8. Difraktogram XRD Silika Gel dari Bagasse Tebu ... 26
Gambar 9. Silika Gel Bagasse Tebu ... 39
Gambar 10. Hasil Karakterisasi Secara Difraksi Sinar-X Silika Gel ... 40
Gambar 11. Spektra FTIR (a) Silika Kiesel Gel 60 Merck, (b) Silika Gel dari Bagasse Tebu ... 41
Gambar 12. Grafik Hubungan antara Daya Ikat Silika dari Bagasse Tebu ... 42
Gambar 13. Pola Isoterm Langmuir ... 45
Gambar 14. Pola Isoterm Freundlich... 45
Gambar 15. Pola Isoterm Dubinin-Radushkevich ... 45
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1. Perbedaan Antara Fisisorpsi dan Kemisorpsi... 14 Tabel 2. Serapan Karakteristik Senyawa-Senyawa Organo-Silikon ... 25 Tabel 3. Interpretasi Spektra FTIR Silica Gel dari Bagasse Tebu dan Silika
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Perhitungan untuk Sintesis Silika Gel dari Bagasse Tebu... 64 Lampiran 2. Perhitungan untuk Pembuatan Larutan saat Adsorpsi ... 66 Lampiran 3. Pembuatan Kurva Larutan Standar NO3- ... 70 Lampiran 4. Data dan Perhitungan Parameter Isoterm Langmuir, Isoterm
Freundlich dan Isoterm Dubinin- Radushkevich ... 71 Lampiran 5. Skema Penelitian ... 79 Lampiran 6. Hasil Karakterisasi FTIR, XRD, dan Analisa Adsorpsi NO3- secara
1 BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Bagasse atau ampas tebu adalah zat padat yang didapatkan dari sisa pengolahan tebu pada industri pengolahan gula pasir. Proses produksi gula menghasilkan bagasse tebu sebesar 90% gula yang dimanfaatkan hanya 5% dan sisanya berupa tetes tebu (molase) dan air (Wijanarko, Witono, & Wiguna, 2006). Bagasse tebu merupakan limbah pabrik gula yang pemanfaatannya belum maksimal. Bagasse tebu mengandung serat (Selulosa, pentosan, dan lignin), abu, dan air (Muryanto, 2014). Untuk meningkatkan nilai dari bagasse tebu semakin meningkat, misalnya sebagai biomassa (Worathanakul, Payubnop, & Muangpet, 2009) dan untuk membuat silika aerogel (Hutabarat & Nikitasari, 2009 ), dan sebagai adsorben (Kanawade & Gaikwad, 2011).
2
HCL hingga pH 7 agar diperoleh gel (Meirawati, Wardhani, & Tjahjanto, 2013).
Silika gel merupakan padatan anorganik yang memiliki kestabilan termal dan kestabilan mekanik yang cukup dan relatif tak mengembang dalam pelarut organik (Taslimah & Narsito, 2005). Selain dapat menjadi penjerap unsur hara yang baik, silika juga mampu melepaskan kembali (desorpsi) sorbat yang telah diikat oleh laju tertentu.
Penelitian yang berkaitan dengan adsorpsi anion antara lain sorpsi anion nitrat oleh silika dari lumpur lapindo termodifikasi amino (Oktaviana, 2015), adsorpsi AsO43- dengan lempung terpilarkan dan oksida besi (Lenoble, Bouras, Deluchat, & Serpaud, Bernard, 2002), adsorpsi nitrat dalam limbah cair industri pupuk dengan zeolit terdealuminasi (Wahyuni, 2003), adsorpsi NO3- dengan abu sekam padi (Widomulyo, 2007), pertukaran NO3- dan PO4 3-menggunakan penukar ion berupa jerami gandum yang diperlakukan dengan epiklorohidrin (Xu, Gao, Yue, & Zhong, 2010), dan adsorpsi NO3- dalam limbah cair menggunakan karbon teraktivasi yang berasal dari biomasa (Nunell, Fernandez, Bonelli, & Cukierman, 2012).
3
dapat menghasilkan nitrosamin yang menyebabkan kanker dan meningkatkan resiko penyakit seperti methemoglobinemia (Schick., et al., 2010).
Salah satu masalah lingkungan yang menjadi perhatian secara global adalah penggunaan pupuk komersial yang tidak efisien. Hal ini menyebabkan kurangnya asupan nutrisi bagi tanaman berupa unsur hara yang dapat berakibat terhadap kualitas panen dan timbulnya kekhawatiran akan terjadinya pencemaran lingkungan dengan pemakaian pupuk secara berlebihan. Oleh karena itu, dipikirkan cara untuk mengatasi masalah ini dengan mengurangi pemakaian sumber nutrisi dari pupuk serta menghindari pemakaian secara berlebihan namun dengan asupan nutrisi yang cukup bagi tanaman. Dengan demikian, hasil panen tetap bahkan bisa meningkat, serta dapat mengurangi terjadinya polusi baik pada tanah maupun perairan yaitu dengan peggunaan pupuk lepas lambat (Matson., et al., 1997).
4
Berdasarkan uraian singkat di atas, melalui penelitian ini peneliti ingin mengetahui model isoterm adsorpsi anion NO3- oleh silika gel dari bagasse tebu.
B. Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan diatas, pokok permasalahan yang dapat diidentifikasi dalam penelitian ini adalah:
1. Jenis bahan dasar yang digunakan dalam penelitian 2. Jenis adsorben yang digunakan dalam penelitian. 3. Jenis adsorbat yang diteliti dalam penelitian.
4. Variasi konsentrasi yang digunakan selama proses adsorpsi.
C. Pembatasan Masalah
Berdasarkan identifikasi masalah di atas, maka perlu diberikan pembatasan masalah, yaitu:
1. Jenis bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah bagasse tebu dari pedagang es tebu sekitar UNY.
2. Jenis adsorben yang digunakan dalam penelitian ini adalah silika gel dari bagasse tebu
3. Jenis adsorbat yang digunakan dalam penelitian ini adalah anion NO3- 4. Variasi konsentrasi yang digunakan selama proses adsorpsi adalah (0,886;
5 D. Perumusan Masalah
Rumusan masalah penelitian ini adalah:
1. Bagaimana pengaruh konsentrasi anion NO3- terhadap sifat adsorpsi anion NO3- oleh silika dari bagasse tebu?
2. Bagaimana karakter silika gel dari bagasse tebu?
3. Bagaimana model isoterm yang sesuai untuk adsorpsi anion NO3- oleh silika gel dari bagasse tebu?
E. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mengetahui pengaruh konsentrasi anion NO3- terhadap sifat adsorpsi anion NO3- oleh silika dari bagasse tebu.
2. Mengetahui karakter silika gel dari bagasse tebu.
3. Mengetahui model isoterm adsorpsi anion NO3- oleh silika dari bagasse tebu.
F. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diharapkan dari penelitian ini bagi berbagai pihak (Guru, Siswa, Mahasiswa, dan Peneliti lain), antara lain adalah:
6
2. Memberikan informasi tentang karakter silika gel dari bagasse tebu yang telah disintesis.
7 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Kerangka Teori 1. Bagasse Tebu
8 2. Silika Gel
Silika gel merupakan silika amorf yang terdiri atas globula-globula SiO tetrahedral yang tersusun secara tidak teratur dan beragregasi membentuk kerangka tiga dimensi yang lebih besar. Rumus kimia silika gel secara umum adalah SiO2 x H2O. Struktur satuan mineral silika pada dasarnya mengandung kation Si4+ yang terkoordinasi secara tetrahedral dengan anion O2 + (Sulastri & Kristianingrum, 2010). Sedangkan (Govindarajan & Jayalakshmi, 2011) melaporkan pada suhu 500˚C
hingga 700˚C memiliki struktur amorf sedangkan pada 1000˚C memiliki
struktur kristalin. Struktur silika gel ditunjukkan dalam Gambar 1.
Gambar 1. Struktur silika gel
Pada permukaan silika gel terdapat dua jenis gugus, yaitu gugus
silanol (≡Si-OH) dan gugus siloksan (≡Si-O-Si≡). Berdasarkan Sulastri &
Kristianingrum (2010), kapasitas modifier akan dipengaruhi oleh banyaknya
gugus silanol, kecuali jika terdapat gugus siloksan yang aktif dan dapat
beriteraksi dengan air menghasilkan gugus silanol. Namun meskipun gugus
silanol dan siloksan terdapat pada permukaan silika gel, jumlah distribusi
9
karena adanya ketidak-teraturan susunan permukaan SiO4 tetrahedral
(Sulastri & Kristianingrum, 2010).
3. Proses Sol-Gel
Silika dapat disintesis dengan metode sol-gel karena metode ini relatif
mudah dilakukan, tidak memerlukan waktu yang lama, dan memiliki
homogenitas yang tinggi (Taslimah & Narsito, 2005). Metode sol-gel juga
lebih unggul dibanding dengan metode yang lain karena untuk memperoleh
komposit padat yang homogen dengan cara pembentukan suspensi koloid
yang berbentuk gel dapat melalui proses gelasi sol pada suhu ruang (Ni,
Chou, & Chang, 2007).
Proses sol-gel diawali dengan mengasamkan larutan natrium silikat
10
membentuk ikatan silang Si-O-Si hingga terbentuk gel silika melalui proses kondensasi.
Pada penelitian ini, pengasaman natrium silikat yang dilakukan menggunakan asam klorida. Menurut (Taslimah & Narsito, 2005), pengasaman natrium silikat dengan HCl menyebabkan pembentukan gel yang sangat cepat, hal ini terjadi di sekitar pH 7-9. Penambahan HCl terus menerus akan menyebabkan gel melarut kembali.
4. Nitrat (NO3-)
Unsur nitrogen (N) dengan unsur fosfor (P) dan kalium (K), merupakan unsur hara yang dibutuhkan oleh tanaman. Bahan tanaman yang kering memiliki kandungan sekitar 2-4% N, jauh lebih rendah dari kandungan C yang berkisar 40%. Namun unsur hara N ini merupakan komponen protein (asam amino) dan klorofil. Bentuk ion yang diserap oleh tanaman umumnya dalam bentuk NO3- dan NH4+ bagi tanaman padi (Fauzi, 2003).
11
Gambar 2. Resonansi ion nitrat
Nitrat ditemukan di alam dalam bentuk garam sebagai hasil siklus nitrogen. Nitrat terbentuk dari proses nitrifikasi, yaitu oksidasi ammonia dengan bantuan bakteri dalam tanah. Nitrat banyak digunakan dalam produksi pembuatan pupuk, industri logam, industri farmasi, dan industri makanan sebagai pengawet. Nitrat dihasilkan dari proses oksidasi sempurna senyawa nitrogen dan ammonia di perairan (Effendi & Phil, 2000).
Sumber nitrat dalam perairan secara alami dihasilkan dari proses dekomposisi aerobik bahan organik nitrogen oleh mikroorganisme (Jagessar & Sooknundun, 2011). Perairan akan mengalami pengayaan nitrat karena adanya pembuangan ke perairan yang berasal dari penggunaan pupuk kimia secara intensif yang berasal dari tanah pertanian, peternakan, limbah domestik dan industri.
12
akhirnya oksigen terlarut di perairan menjadi berkurang sehingga perairan akan cenderung bersifat anoksik (Jagessar & Sooknundun, 2011).
5. Adsorpsi
Adsorpsi merupakan suatu fenomena fisik yang terjadi antara molekul-molekul fluida (gas atau cair) yang dikontakkan dengan permukaan padatan (A, Husin Muhammad, 2012). Adsorpsi adalah proses interaksi antara zat penjerap dengan suatu permukaan penjerap sedangkan desorpsi merupakan proses melepaskan molekul dari suatu permukaan. Pada peristiwa adsorpsi terjadi proses pengeluaran kalor (eksoterm) dan sebaliknya ketika desorpsi terjadi proses pengambilan kalor dari lingkungannya (desorpsi) (Keller dalam A, Husin Muhammad, 2012).
Daya adsorpsi adalah kemampuan suatu adsorben untuk menarik sejumlah adsorbat. Adsorpsi tergantung dari beberapaa faktor, diantaranya pada luas spesifik padatan atau luas permukaan adsorben, konsentrasi keseimbangan zat terlarut atau tekanan adsorpsi gas, temperatur pada saat proses berjalan, dan sifat adsorbat dan adsorben, sehingga daya adsorpsinya semakin kuat (Laksono, 2002).
13 a. Fisisorpsi
Fisisorpsi merupakan adsorpsi fisika dimana dalam proses adsorpsi tersebut terdapat antaraksi Van Der Waals antara adsorbat dan adsorben. Antaraksi Van Der Waals mempunyai jarak jauh, tetapi lemah, dan energi yang dilepaskan jika partikel terfisisorpsi mempunyai orde besaran yang sama dengan entalpi kondensasi.
b. Kemisorpsi
Pada kemisorpsi atau adsorpsi kimia, partikel melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan kimia (ikatan kovalen), dan cenderung akan mencari tempat yang dapat memaksimalkan bilangan koordinasi dengan adsorbennya. Molekul yang terkemisorpsi dapat terpisah karena valensi atom permukaan yang tak terpenuhi. Adanya fragmen molekul pada permukaan, sebagai hasil kemisorpsi adalah salah satu penyebab permukaan mengkatalis reaksi (Atkins, 1997).
6. Sorpsi dan Faktor yang Mempengaruhi Pengikatan
Sorpsi terdiri dari adsorpsi dan desorpsi. Adsorpsi adalah proses dimana molekul dari gas atau larutan terikat pada sebuah lapisan permukaan padatan atau cairan. Proses ketika terikat disebut adsorpsi sedangkan proses pemindahan molekul dari permukaan disebut desorpsi. Molekul yang terikat pada permukaan disebut adsorbat dan zat yang mengikat adsorbat disebut adsorben (Masel, 1996).
14
(contohnya, disperse atau antaraksi dipolar) antara adsorbat dan substrat. Entalpi kemisorpsi jauh lebih besar daripada entalpi fisisorpsi (Atkins, 1999).
Perbedaan fisisorpsi dan kemisorpsi ditunjukkan dalam Tabel 1. Tabel 1. Perbedaan Antara Fisisorpsi dan Kemisorpsi
(S. A. Iqbal dan Y. Mido, 1996).
Karakteristik sorpsi bersifat spesifik untuk suatu sistem. Faktor- faktor yang mempengaruhi proses adsorpsi, antara lain:
a. Luas permukaan adsorben
Semakin luas permukaan adsorben maka semakin banyak adsroben yang teradsorpsi sebab semakin banyak pula situs-situs aktif yang tersedia pada adsorben untuk kontak dengan adsorbat. Luas permukaan sebanding dengan jumlah situs aktif adsorben.
b. Ukuran molekul adsorbat
Adsorpsi fisika Adsorpsi kimia Disebabkan oleh gaya antar
molekul van der Waals
Disebabkan oleh pembentukan ikatan kimia
Tergantung pada gas alam, gas mudah mencair dan teradsorpsi mudah
Jauh lebih spesifik daripada adsorpsi fisika
Bentuk mult i molekuler lapisan dipermukaan adsorben
15
Molekul yang besar akan lebih mudah teradsorpsi daripada molekul yang kecil. Tetapi, pada difusi pori molekul-molekul yang besar akan mengalami kesulitan untuk teradsorpsi akibat konfigurasi yang tidak mendukung. Sehingga adanya batas ukuran molekul adsorpsi tertentu pada setiap adsorpsi.
c. Konsentrasi adsorbat
Konsentrasi adsorbat yang tinggi akan menghasilkan daya dorong (driving force) yang tinggi bagi molekul adsorbat untuk msuk ke dalam situs aktif adsorben.
d. Suhu
Adsorpsi merupakan proses kinetika maka pengaturan suhu akan mempengaruhi kecepatan proses adsorpsi.
e. pH
pH mempengaruhi terjadinya ionisasi ion hydrogen dan ion ini sangat kuat teradsorpsi. Asam organic lebih mudah teradsorpsi pada pH rendah sedangkan basa organic terjadi pada pH tinggi.
f. Waktu pengadukan
16 7. Model Isotherm Sorpsi
Isoterm adsorpsi merupakan hubungan konsentrasi zat terlarut yang teradsorpsi pada padatan dengan konsentrasi larutan, pada suhu tetap. Persamaan isoterm adsorpsi yang lazim digunakan ialah yang dikaji dan dikembangkan oleh Freundlich, Langmuir, dan Dubinin-Radushkevich.
a. Isoterm Freundlich
17
log qe terhadap log Ce akan diperoleh persamaan linier dengan intersep log Kf dan kemiringan 1/n, sehingga nilai k dan n dapat diketahui (Handayani & Sulistyono, 2009). Grafik isoterm Freundlich ditunjukkan dalam Gambar 3.
Gambar 3. Grafik Isoterm Freundlich (Atkins, 1997: 443-444) b. Isoterm Langmuir
Model isoterm Langmuir mengasumsikan bahwa permukaan adsorben terdiri atas situs adsorpsi di mana semua adsorbat hanya teradsorpsi pada situs aktif dan tidak terjadi interaksi antar adsorbat, sehingga yang terbentuk adalah lapisan adsorpsi mono molekuler di mana jumlah molekul yang teradsorpsi tidak akan melebihi jumlah situs aktif (Taslimah & Narsito, 2005).
18 Sulistyono, 2009). Gambar ilustrasi adsorpsi dengan isoterm Langmuir ditunjukkan dalam Gambar 4.
Gambar 4. Ilustrasi Adsorpsi pada Isoterm Langmuir Persamaan isoterm Langmuir dapat ditulis sebagai berikut:
19 Berdasarkan kurva ��
�� terhadap �� akan diperoleh persamaan linier, dan diketahui nilai � �� dan ��. Gambar grafik isoterm Langmuir ditunjukkan dalam Gambar 5.
Gambar 5. Kurva Isoterm Adsorpsi Langmuir
(Murni Handayani & Eko Sulistiyono, 2009; Maria Angela dkk., 2015).
Besar kecilnya nilai qmax dan KL dapat diketahui dengan cara mensubtitusiikan persamaan linear yang diperoleh dari kurva hubungan Ce/N terhadap Ce (Gambar 5) ke dalam persamaan 3 (Murni Handayani & Eko Sulistiyono, 2009; Maria Angela dkk., 2015).
c. Isoterm Dubinin-Radushkevich
20
Dubinin-Raduskevich mengasumsikan bahwa kurva adsorpsi berhubungan dengan porositas adsorben (Abdelwahab, 2007). Bentuk linier persamaan isoterm Dubinin-Radushkevich adalah sebagai berikut:
ln qe = ln QD - BD
ε
2(4)
QD adalah kapasitas maksimum (mmol/g), BD adalah konstanta Dubinin-Radushkevich (mol2. K /J2) danε
adalah potensial Polanyi yang diperoleh dari persamaan berikut:ε
= RTln( 1 +8. Uji Spektrofotometer UV-Vis
21
maksimum (Hendayana dkk., 1994). Panjang gelombang maksimum tersebut dapat ditentukan dari spektrum adsorpsi. Spektrum adsorpsi adalah grafik yang menyatakan hubungan antara adsorbansi dengan panjang gelombang. Sprektrum ini dapat dibuat dengan menyalurkan nilai absorbansi dari suatu larutan standar dengan konsentrasi tertentu pada berbagai panjang gelombang. Berdasarkan spektrum ini, panjang gelombang yang memberikan nilai absorbansi terbesar dapat ditentukan.
Apabila kurva ideal, akan diperoleh kurva simetri dengan puncak sempit yang ditunjukkan dalam Gambar 6.
Gambar 6. Kurva Kalibrasi
22
matematik hubungan antara absorbansi dengan konsentrasi menurut hukum Lambert-Beer dinyatakan dalam persamaan
log
� = A =
α
b c (7)Keterangan:
A : absorbansi (tanpa satuan)
α : koefisien ekstingsi molar b : panjang jalan sinar (cm) C : konsentrasi (molar)
Konsentrasi suatuan analit dapat ditentukan melalui pengukuran absorbansi atau transmitansi larutan analit tersebut. Syarat utama adalah analit ini harus larut sempurna dan larutannya berwarna atau dapat dibuat berwarna. Setelah absorbansi atau transmitansi larutan analit diketahui, konsentrasi larutan analit tersebut dapat diplot ke dalam kurva kalibrasi atau melalui cara perbandingan langsung seperti dalam Gambar 7 (Kristianingrum & Dkk, 2011).
23
Grafik tersebut merupakan grafik kurva kalibrasi hubungan absorbansi dengan konsentrasi dimana a merupakan slope/kemiringan dari grafik tersebut.
9. Uji Spektofotometer FTIR
Spektrofotometri inframerah merupakan suatu metode yang mengamati interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik yang berada pada daerah panjang gelombang 0,75-1.000µm atau pada bilangan gelombang 13.000–10cm-1 dengan menggunakan suatu alat yaitu spektrofotometer inframerah. Spektrofotometer menentukan kekuatan dan kedudukan relatif dari semua serapan dalam daerah inframerah dan melukiskannya pada kertas grafik yang telah dikalibrasi.
Pada daerah sesudah sinar merah menunjukkan adanya kenaikan temperatur tertinggi yang berarti pada daerah panjang gelombang radiasi tersebut banyak kalori (energi tinggi). Daerah spektrum tersebut yang dikenal sebagai infrared (IR, di seberang atau diluar merah). Supaya terjadi peresapan radiasi inframerah, maka ada beberapa hal yang perlu dipenuhi, yaitu:
a. Absorpsi terhadap radiasi inframerah dapat menyebabkan eksitasi molekul ketingkat energi vibrasi yang lebih tinggi dan besarnya absorbsi adalah terkuantitasi.
24
c. Proses absorpsi (spektra IR) hanya dapat terjadi apabila terdapat perubahan baik nilai maupun arah dari momen dua kutub ikatan. Spektrum peresapan IR merupakan perubahan simultan dari energi vibrasi dan energi rotasi dari suatu molekul. Kebanyakan molekul organik cukup besar sehingga spektrum peresapannya kompleks.
Pada spektrofotometer inframerah tidak semua ikatan dalam molekul dapat menyerap energi inframerah, meskipun frekuensi radiasi tetap sesuai dengan gerakan ikatan. Hanya ikatan yang mempunyai momen dipol dapat menyerap radiasi inframerah.
25
Tabel 2. Serapan Karakteristik Senyawa-Senyawa Organo-Silikon (Hardjono sastro hamidjo jo,1992:102)
10. Difraksi Sinar X
Difraksi sinar X merupakan instrumen yang digunakan untuk
mengidentifikasi material kristalin maupun non kristalin, dan juga kemurnian
suatu materi. Sinar X dihasilkan ketika tegangan tinggi dikenai terhadap dua
elektron. Ketika elektron mempunyai energi yang cukup dan kecepatan yang
tinggi, maka elektron tersebut akan keluar dari katoda dan menumbuk
elektron materi pada anoda. Elektron tersebut kemudian melambat dan
kehilangan energinya. Ketika elektron kehilangan energinya, terbentuklah
sinar X kontinyu dengan beberapa panjang gelombang (Waseda, Matsubara,
26
& Shinoda, 2011). Berdasarkan hasil experimen Hariharan dan Sivakumar
(2013), pita lebar yang kuat berpusat pada 22°(2θ) menunjukkan silika amorf
yang ditunjukkan oleh Gambar 8.
Gambar 8. Difraktogram XRD silika gel dari bagasse tebu
B. Penelitian yang Relevan
Penelitian yang dilakukan oleh Safitri (2016), dengan judul “Kajian Adsorpsi-Desorpsi Anion Nitrat dan Kation Kalsium pada Zeolit
27
Oktaviana (2015) dalam penelitianya yang berjudul “Sorpsi Anion
Nitrat oleh Silika dari Lumpur Lapindo Termodifikasi Amino”. Menemukan bahwa pada pola isoterm adsorpsi anion nitrat pada silika termodifikasi amino dari Lumpur Lapindo mengikuti pola isoterm Freundlich karena harga R2 yang diperoleh mendekati 1 dan ikatan yang terjadi antara adsorben dan adsorbat adalah lemah.
Kristianingrum, Siswani, & Suyanta (2016) dalam penelitianya yang
berjudul “Pengaruh Jenis Asam Pada Sintesis Gel Dari Abu Bagasse dan Uji
Sifat Adsorptifnya Terhadap Ion Logam Tembaga (II)” menyebutkan bahwa
silika gel hasil sintesis dengan asam klorida, asam sulfat, asam asetat, dan asam sitrat 3M mempunyai nilai keassaman berturut-turut sebesar 8,320; 6,554; 6,836 dan 7,574 mmol/g. Sedangkan kadar air masing-masing 12,880; 15,118; 11,085 dan 17,423%. Hasil karakterisasi gugus fungsi dengan spektroskopi inframerah menunjukkan bahwa silika gel hasil sintesis mempunyai kemiripan dengan kiesel gel 60G. Jenis asam kuat dan lemah yang digunakan dalam sintesis mempunyai nilai daya adsorpsi dan efisiensi adsorpsi ion logam tembaga (II) yang berbeda.
28 C. Kerangka Berfikir
Penelitian ini diharapkan dapat menjelaskan kekuatan ikatan antara unsur hara dalam tanaman yaitu anion unsur hara NO3- dengan silika dari bagasse tebu. Kekuatan ikatan anatara sorbat dari sorben dapat dipergunakan dalam berbagai kebutuhan, di antaranya adalah untuk pupuk terlepas lambat, karena ikatan yang kuat berarti pelepasan yang lambat.
Kandungan silika dalam bagasse diketahui cukup besar. Kandungan silika dalam bagasse mencapai lebih dari 50% (Hutabarat & Nikitasari, 2009). Randemen silika yang cukup besar ini dapat dimanfaatkan salah satunya sebagai adsorben berupa silika gel, seperti yang telah dilakukan oleh (Nazriati., et al, 2011). Potensi silika gel yang memiliki kemampuan adsorpsi sorbat yang tinggi dan melepaskan unsur hara yang lambat ini dapat diaplikasikan melalui prinsip pupuk slow release fertilizer (SRF) (Ikhsan, Sulastri, & Priyambodo, 2015).
Sintesis silika gel dari bagasse ini dapat menggunakan metode sol-gel. Sol-gel yaitu proses pembuatan polimer anorganik atau keramik dari larutan melalui transformasi dari prekursor cair menjadi sol dan akhirnya ke struktur jaringan yang disebut ‘gel’ (Danks, A.E., 2016). Reaksi ini mudah dilakukan, tidak membutuhkan kondisi khusus, dan tidak membutuhkan temperatur yang tinggi (Young, 2002), sehingga metode ini sangat baik untuk mensintesis silika gel dari bagasse tebu.
29
30 BAB III
METODE PENELITIAN
A. Subjek dan Objek Penelitian 1. Subjek Penelitian
Subjek penelitian ini adalah silika gel dari bagasse tebu. 2. Objek Penelitian
Objek penelitian ini adalah model isoterm adsorpsi anion NO3- oleh silika gel dari bagasse tebu.
B. Variabel Penelitian 1. Variabel Bebas
Variabel bebas dalam penelitian ini yaitu variasi konsentrasi dengan penambahan volume anion NO3- sebanyak 1, 3, 4, 5,5 dan 5 mL atau ( 0,886; 1,772; 2,659; 3,545; 4,431; 5,371; dan 6,203 ppm).
2. Variabel Kontrol
Variabel kontrol dalam penelitian ini adalah tekanan yang digunakan selama proses adsorpsi yakni 1 atm, pH 7, waktu adsorpsi 30 menit dan suhu 25˚C (suhu ruang).
3. Variabel Terikat
31 C. Alat dan Bahan Penelitian
1. Alat-alat
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: a. Difraktometer Sinar X
h. Magnetik Stirrer dan Magnetik bar i. Ayakan 150 dan 100 mesh
j. Perangkat penyaring Buchner
k. Alat-alat gelas: bejana reaksi, labu takar, Erlenmeyer, pipet volum, beker glass, labu ukur, pipet tetes, corong kaca, kaca arloji, spatula dll. 2. Bahan-bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: a. Bagasse tebu
b. HCl, NaOH, CHCl3 dan H2SO4 c. KNO3 sebagai sumber NO3- d. Aquades
32 D. Prosedur Kerja
1. Pembuatan Larutan Bahan
a Larutan NaOH 1 M sebanyak 500 mL
Ditimbang 20 gram kristal NaOH, kemudian dilarutkan dengan aquademineralisata dalam labu takar 500 mL hingga tanda batas. Larutan NaOH 1 M siap digunakan.
b Larutan HCl 1 M sebanyak 500 mL
Larutan HCl 5 M dipipet sebanyak 100 mL, kemudian dimasukkan dalam labu takar 500 mL dan dilarutkan dengan aquademineralisata hingga tanda batas. Larutan HCl 1 M siap digunakan.
c Larutan HCl 0,1 M sebanyak 100 mL
Larutan HCl 0,1 M dipipet sebanyak 1 mL, kemudian dimasukkan dalam labu takar 100 mL dan dilarutkan dengan aquademineralisata hingga tanda batas. Larutan HCl 0,1 M siap digunakan.
2. Sintesis Silika Gel dari Abu Bagasse Tebu a Preparasi Sampel Bagasse tebu
1) Sampel bagasse tebu ditumbuk sampai halus.
2) Sampel dikalsinasi di dalam muffle furnace pada suhu 600oC selama 5 jam.
33
b. Pembuatan Natrium Silikat dari abu bagasse
1) 20 gram abu bagasse yang telah halus dimasukkan dalam teflon kemudian ditambahkan 1 L larutan HCl 0,1 M.
2) Campuran diaduk dengan magnetik stirer selama 2 jam, dan dibiarkan semalam, disaring dengan penyaring buchner dan dicuci dengan air sampai pH netral. sambil diaduk dengan magnetik stirrer.
6) Filtrat dipisahkan dari endapannya dengan menyaring campuran menggunakan kertas saring whatman no. 42. Diperoleh larutan Na2SiO3 berwarna bening kekuningan.
c. Pembuatan sorben silika gel
1) Larutan Na2SiO3 hasil sintesis, ditambah dengan HCl 1 M secara perlahan-lahan sambil diaduk hingga pH netral dan dibiarkan selama 18 jam.
2) Hasilnya dicuci dengan aquades hingga netral dan disaring dengan penyaring buchner
34
d. Adsorpsi anion nitrat (NO3-) oleh silika dari bagasse tebu pada berbagai variasi konsentrasi.
Prosedur adsorpsi yang dilakukan berdasarkan pada prosedur penelitian Jaslin Ikhsan dkk. (2015), yaitu sebagai berikut:
1) Sorben silika gel dengan massa 0,1 gram dilarutkan dalam 100 mL aqua demineralisata pada suhu konstan dan diaduk dengan magnetik stirrer. pH suspensi dipertahankan pada pH 7.
2) Larutan 0,00715 M KNO3-, ditambahkan sedikit demi sedikit (1, 3, 4, 5,5 dan 5 mL) ke dalam campuran suspensi.
3) Pada setiap penambahan larutan 0,00715 M NO3-, pH dipertahankan pada pH 7 dan diaduk selama 30 menit.
35 E. Analisis Data
1. Teknik Pengolahan Data
Data yang diperoleh dari penelitian ini berupa data kualitatif maupun kuantitatif.
a Data Kualitatif
Data kualitatif hasil analisis secara XRD dan secara spektroskopi FTIR. Data hasil analisis secara XRD digunakan untuk mengetahui struktur silika gel. Sedangkan data hasil analisis dengan FTIR digunakan untuk mengetahui gugus-gusus fungsi yang terkandung di dalam silika gel untuk memastikan berhasil atau tidaknya proses sintesis.
b Data Kuantitatif
Data kuantitatif diperoleh dari data hasil analisis secara UV-Vis. Data yang dihasilkan berisi informasi tentang pengukuran konsentrasi (kadar) sorbat yatu anion N03-.
36 2. Teknik Analisis Data
a Penentuan konsentrasi larutan NO3
-Konsentrasi larutan NO3- setelah proses adsorpsi dapat diketahui dengan mensubtitusikan pada persamaan garis linier yng sudah diperoleh dari kurva standar. Kurva standar merupakan kurva hubungan antara konsentrasi larutan standar dengan hasil absorbansi standar. Selanjutnya masing-masing harga absorbansi dari larutan sampel yang telah dihasilkan dari pengukuran secara spektrofotometer UV-Vis disubtitusikan ke dalam persamaan linear yang didapat dari kurva standar sebagai berikut:
Y= aX + b (8)
X = �−
�
Berdasarkan persamaan 8, konsentrasi larutan NO3- dalam larutan dapat ditentukan. Perhitungan dilakukan secara otomatis oleh program komputerisasi dari alat spektrofotometer UV-Vis.
b Penentuan besar % pengikatan
Besar % pengikatan dihitung dengan menggunakan data konsentrasi sisa tersebut. % terikat dihitung dengan persamaab sebagai berikut:
% terikat = C −C i
C x 100% (9)
c Perhitungan daya adsorpsi (N)
37 d Penentuan Model Isoterm Pengikatan
Model isoterm pengikatan ditentukan berdasarkan tiga model isoterm yaitu Langmuir, Freunlich, dan Dubinin-Radushkevich. Model isoterm ditentukan dari nilai R (pada grafik) yang paling besar dan paling mendekati angka satu. Berikut adalah persamaan model isoterm Langmuir, Freundlich, dan Dubinin-Radushkevich.
38
�� = jumlah adsorbat yang teradsorp oleh adsorben pada saat setimbang
� = kapasitas atau intensitas adsorpsi
�� = konstanta isoterm Freundlich
Persamaan Isoterm Dubinin-Radushkevich
ln qe = ln QD - BD
ɛ
2(13)
Keterangan:
QD = kapasitas maksimum (mmol/g)
BD = konstanta Dubinin-Radushkevich (mol2. K /J2)
ɛ
=
potensial PolanyiPenentuan energi adsorpsi (ED) (kJ/mol) dapat dihitung dari persamaan:
ED =
√ � (14)
Keterangan:
39 BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Penelitian
1. Hasil Sintesis Silika Gel dari Bagasse tebu
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah bagasse tebu. Bagasse tebu diperoleh dari lahan perkebunan tebu sekitar Kulon Progo. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh silika gel dari bagasse tebu.
Tahap pertama dalam penelitian ini adalah preparasi sampel. Bagasse tebu dibakar lalu diabukan kedalam muffle furnace pada suhu 600oC, diperoleh abu bagasse tebu berwarna putih. Selanjutnya abu direaksikan dengan NaOH 1M menghasilkan natrium silikat. Natrium silikat ini digunakan sebagai prekursor dalam pembuatan silika gel. Silika gel yang diperoleh berbentuk serbuk berwarna putih seperti pada Gambar 9.
40
Hasil sintesis silika gel dari bagasse tebu tersebut dikarakterisasi secara difraksi sinar X dan spektroskopi FTIR. Karakterisasi secara difraksi sinar X bertujuan untuk mengetahui struktur kristal dari silika, sedangkan karakterisasi secara spektroskopi FTIR bertujuan untuk mengetahui gugus fungsi pada berbagai silika sehingga dapat diketahui keberhasilan sintesis. 2. Hasil Analisis Secara Difraksi Sinar-X (XRD)
Karakterisasi secara difraksi sinar-X bertujuan untuk mengetahui struktur silika hasil sintesis. Pada penelitian ini diperoleh silika berstruktur amorf. Hasil karakterisasi secara difraksi sinar-X dapat ditunjukkan pada Gambar 10.
Gambar 10. Hasil Karakterisasi Secara Difraksi Sinar-X Silika Gel 3. Hasil Analisis Secara Spektroskopi FTIR
Karakterisasi secara spektroskopi FTIR bertujuan untuk mengetahui adanya gugus fungsi yang terdapat pada silika hasil sintesis sehingga dapat dipastikan keberhasilan proses sintesis.
41
Hasil pengujian gugus fungsi dengan FTIR pada silika gel dari bagasse tebu dibandingkan dengan spektra inframerah silika Kiesel gel tipe 60 Merck sebagai standar (Silverstein dalam Sriyanti dkk., 2005) ditunjukkan pada Gambar 11.
Gambar 11. Spektra FTIR (a) silika Kiesel gel 60 Merck, (b) silika gel dari Bagasse Tebu
-OH
-OH
Si-O
Si-O
Si-OH
42
4. Kesetimbangan Adsorpsi Anion NO3- oleh Silika Gel pada Berbagai Konsentrasi Sorbat dengan menambahkan larutan NO3- ke dalam aqua dimineralisata sebanyak 1, 3, 4, 5, 5, dan 5 mL. Grafik hubungan antara daya adsorpsi sorben silika gel terhadap konsentrasi awal NO3- dapat dilihat pada Gambar 12. Perhitungan terlampir pada Lampiran 4 (halaman 77).
Gambar 12. Grafik Hubungan antara Daya Ikat Silika dari Bagasse Tebu terhadap konsentrasi awal nitrat
5. Model Isoterm Adsorpsi Anion NO3- oleh Silika Gel
Penentuan model isoterm adsorpsi diperoleh dari eksperimen pada berbagai variasi konsentrasi adsorbat. Model isoterm adsorpsi yang sering digunakan adalah isoterm Langmuir dan Freundlich. Penentuan isoterm
43
adsorpsi Langmuir dilakukan dengan menganalisis kurva hubungan antara Ce (konsentrasi NO3- saat setimbang) terhadap Ce/qe (konsentrasi NO3- saat setimbang/daya adsorpsi) sesuai dengan persamaan 14. Penentuan isoterm adsorpsi Freundlich ditentukan dari kurva hubungan antara log Ce trehadap log qe sesuai dengan persamaan 15. Kurva yang menunjukkan harga R yang
qmax = Kapasitas adsorpsi maksimum (mol/g)
44
qe = Jumlah adsorbat yang teradsorp oleh adsorben pada saat setimbang (mol/g)
n = Kapasitas atau intensitas adsorpsi
KF = Konstanta isoterm Freundlich (L/g)
Persamaan Isoterm Dubinin-Radushkevich:
ln qe = ln QD - BD
ε
2 (16)Y = a + b x
qe = Kapasitas adsorpsi (mg/g)
QD = Kapasitas adsorpsi maksimum pada persamaan Dubinin- Radushkevich
BD = Intersep dari persamaan Dubinin-Radushkevich
ε
2 = Energi bebas rata-rata adsorpsi (kJ/mol)45
Gambar 13. Pola Isoterm Langmuir
Gambar 14. Pola Isoterm Freundlich
Gambar 15. Pola Isoterm Dubinin-Radushkevich
y = -1.3376x + 0.016
0.0E+00 5.0E-04 1.0E-03 1.5E-03 2.0E-03 2.5E-03 3.0E-03 3.5E-03
46 B. Pembahasan
1. Sintesis Silika Gel dari Bagasse Tebu
Pada penelitian ini dilakukan sintesis silika gel dari bagasse tebu. Sebelum dilakukan sintesis dilakukan preparasi bagasse tebu terlebih dahulu. Reparasi bagasse tebu dilakukan perdasarkan penelitian yang dilakukan oleh (Huda, 2012). Sebelum dilakukan kalsinasi bagasse tebu dikeringkan di bawah sinar matahari selama sehari atau lebih yang bertujuan untuk mengeliminasi kandungan air yang ada di dalamnya dengan penguapan kandungan air yang ada di dalam bagasse tebu sehingga memudahkan dalam tahap pembakaran. Proses penygeringan ini menyebabkan penyebaran panas ke dalam bahan berlangsung secara bertahap dan menyeluruh hingga lebih merata. Demikian halnya pengeringan yang menggunakan oven. Saat bahan mulai terkena oleh panas oven, laju pengeringan mulai menurun, dan masih tersisa kandungan air pada bahan. Adanya sisa air dalam bagasse tebu menghalangi proses difusi komponen kimia yang ada dalam bagasse tebu ketika dipanaskan (Harsono, 2002).
47
sehingga yang tertinggal hanya fraksi anorganiknya saja. Aktivasi fisik dengan cara pemanasan bertujuan untuk membuka dan menambah volume pori pada silika gel dan meningkatkan luas permukaan silika gel agar kapasitas penyerapannya menjadi bertambah besar. Proses pengabuan dilakukan dibawah suhu 800oC untuk mencegah terjadinya transformasi silika yang berstruktur amorf menjadi kristalin, dan diatas suhu 500oC untuk mempercepat waktu pembakaran. Berdasarkan penelitian Govindarajan & Jayalakshmi, (2011) yang menyatakan bahwa struktur abu bagasse tebu berubah dari amorf pada 500oC sampai 700oC menjadi struktur kristalin pada suhu 1000oC. Semakin rendah temperatur pembakaran maka waktu yang diperlukan untuk menghasilkan abu bagasse tebu yang berwarna putih menjadi lebih lama. Hal ini dikarenakan pada proses pembakaran reaksi organik pada temperatur yang rendah memiliki kecepatan pembakaran yang rendah (Chakraverty, Mishra, & Banerjee, 1988). Bagasse tebu yang terbakar secara sempurna akan berwarna putih, sedangkan abu bagasse tebu yang tidak terbakar sempurna akan berwarna hitam (Chakraverty et. al., 1988).
Setelah kalsinasi abu diayak dengan ukuran 200 mesh agar diperoleh abu dengan ukuran yang sama dan memperluas permukaan silika gel. Reaksi yang terjadi pada proses pengabuan menurut Nuryono (2006) adalah sebagai berikut:
48
Selanjutnya ektraksi natrium silikat dilakukan menggunakan NaOH 1 M dengan perbandingan 6 gram abu bagasse tebu dalam 200 mL NaOH dan dipanaskan sampai mendidih. Hasil filtrat yang didapat berwarna bening kekuningan kemudian disaring menggunakan penyaring buchner. Menurut (Mardiana, Wardhani, & Purwonugroho, 2013) reaksi ekstraksi natrium silikat mengikuti persamaan sebagai berikut:
SiO2 (s) + 2 NaOH(aq) Na2SiO3(aq) + H2O (l)
49
Mardiana et al., (2013), reaksi antara HCl dan Na2SiO3 dapat dituliskan sebagai berikut:
Na2SiO3 (aq) + 2HCl (aq) ⟶H2SiO3 (aq) + 2NaCl (aq) H2SiO3 (aq) + H2O (l) ⟶ Si(OH)4 (aq)
Selanjutnya monomer-monomer asam silikat mengalami polimerisasi kondensasi membentuk dimer, trimer, dan seterusnya sampai akhirnya membentuk polimer asam silikat (Prastiyanto, Azmiyawati, & Darmawan, 2010). Reaksi pembentukan silika gel ditunjukkan pada Gambar 16.
Gambar 16. Pembentukan Silika Gel
50
≡Si-O- + H+ ⟶ ≡Si-OH
≡Si-OH + ≡Si-O- ⟶ ≡Si-O-Si≡ + OH
Asam silikat bebas akan membentuk dimer, trimer hingga terbentuk polimer asam silikat. Agregat polimer akan bergabung membentuk bola polimer yang disebut primary silika particle. Pada ukuran tertentu Primary Silica Particel ini akan mengalami kondensasi membentuk fasa padatan (alkogel). Jika alkogel ini didiamkan akan mengalami pelepasan NaCl sehingga dihasilkan ge yang kaku disebut hidrogel (Taslimah & Narsito, 2005).
Selanjutnya gel yang terbentuk disaring dengan penyaring Buchner dan dicuci dengan aquabides hingga pH netral. Proses pencucian ini bertujuan agar gel bebas dari ion Cl- yang terbentuk dari penambahan HCl tadi. Apabila larutan hasil pencucian direaksikan dengan AgNO3 akan menghasilkan filtrat yang berwarna keruh maka dapat disimpulkan bahwa masih adanya kandungan ion Cl- di dalam gel. Pencucian ini dilakukan sampai larutan hasil pencucian benar-benar bening jika direaksikan dengan AgNO3.
51 2. Hasil Analisis secara Difraksi Sinar X
Hasil analisis secara difraksi sinar-X ini bertujuan untuk mengetahui struktur dari serbuk silika hasil sintesis. Berdasarkan hasil yang dianalisis menggunakan X-Ray Difraction (XRD), dapat dinyatakan bahwa silika gel memiliki puncak yang landai pada sudut 2ϴ = 21,7864. Menurut Kalapathy, Proctor, & Shultz, (2002) puncak yang landai ini menunjukkan bahwa struktur abu bagasse tebu berupa padatan amorf. Struktur amorf ini sangat bergantung pada suhu pengabuan saat pemurnian silika.
3. Hasil Analisis Secara Spektroskopi FTIR
53
yang terikat ditunjukkan pada bilangan gelombang 1641,25 cm-1, sedangkan vibrasi tekuk dari gugus siloksan (Si-O-Si) ditunjukkan pada bilangan gelombang 466,63 cm-1 (Hardjono, 1992). Secara umum, gugus fungsional digunakan sebagai bahan untuk pembuatan silika gel.
4. Daya Adsorpsi Silika Gel terhadap Anion NO3
-Adsorpsi anion NO3- dipengaruhi oleh beberapa hal yaitu seperti konsentrasi adsorbat, pH, suhu, luas permukaan adsorben, waktu pengadukan dan ukuran molekul adsorbat (Benefield dkk., 1982). Daya adsorpsi dapat diketahui dari eksperimen pengikatan anion nitrat oleh silika pada berbagai variasi konsentrasi sorbat. Pada penelitian ini, kondisi larutan dijaga pada pH 7 pada kondisi netral dan dilakukan pada suhu 25oC dengan lama pengadukan 30 menit. Sebanyak 0,1 gram adsorben dilarutkan ke dalam aqua demnineralisata, kemudian ditambahkan larutan 0,00715 M NO3-. Konsentrasi NO3- divariasikan dengan menambahkan larutan NO3- ke dalam aqua demineralisata, sebanyak 1, 3, 4, 5, 5 dan 5 mL.
54
dapat disimpulkan bahwa semakin semakin besar konsentrasi awal NO3 -maka semakin besar daya ikat adsorpsinya.
5. Model Isoterm Adsorpsi Anion NO3- oleh Silika Gel
Penentuan model isoterm adsorpsi diperoleh dari eksperimen pada berbagai variasi konsentrasi adsorbat. Isoterm adsorpsi menjelaskan distribusi keseimbangan adsorpsi dengan perbedaan konsentrasi adsorben dalam larutan. Pada umumnya, jumlah dari adsorbat yang teradsorp per satuan berat adsorben meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi (Kusmiyati dkk., 2012: 55-56). Pola isoterm adsorpsi dapat ditentukan dengan kapasitas atau kemampuan jerap adsorben (Sekewael, Tehubijuluw, & Reawaruw, 2013). Pola isoterm yang digunakan pada penelitian ini adalah isoterm Langmuir, Freundlich, dan isoterm Dubibin-Radushkevich. Pola isoterm Langmuir diperoleh berdasarkan grafik hubungan Ce tehadap Ce/N, untuk isoterm Freundlich berdasarkan hubungan antara log Ce terhadap log N, sedangkan pada isoterm Dubinin-Radushkevich berdasarkan hubungan antara ε² terhadap ln qe. Dari data yang diperoleh, dihasilkan suatu grafik pada Gambar 13, 14, dan Gambar 15, menunjukkan pola isoterm Langmuir, Freundlich, dan Dubinin-Radshkevich oleh silika dari bagase tebu.
55
persamaan isoterm Dubinin-Radushkevich, sehingga akan diperoleh parameter isoterm adsorpsi pada Tabel 4.
Tabel 4. Parameter Isoterm Adsorpsi Parameter
Pembentukan kompleks tidak mengikuti Langmuir, melainkan mengikuti model isoterm Freundlich dan Dubinin-Radushkevich. Model isoterm Freundlich, terindikasikan oleh harga koefisien korelasi (R = 0,996). Pola adsorpsi juga mengikuti model isoterm Dubinin-Radushkevich dengan harga koefisien korelasi (R = 0,998).
Pada isoterm Dubinin-Radushkevich dan Freundlichh, harga koefisien relasi (R) mendekati 1, hal ini menunjukkan bahwa adsorben silika gel yang disintesis dari abu bagasse tebu cukup efektif untuk adsorpsi ion NO3- dalam larutan. Pada adsorben perlu dikonsultasikan dengan model isoterm lain yang mungkin dapat memberikan harga R yang lebih tinggi.
56
57 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa:
1. Silika yang diperoleh dari bagasse tebu berstruktur amorf dan mengandung gugus siloksan dan silanol.
2. Semakin tinggi konsentrasi larutan NO3- maka akan semakin besar pula daya adsorpsinya.
3. Model isoterm adsorpsi anion NO3- pada silika gel dari bagasse tebu mengikuti model isoterm Freundlich dari harga koefisien korelasi (R = 0,991) yang mendekati 1, berarti adsorben silika gel yang disintesis dari abu bagasse tebu cukup efektif untuk adsorpsi ion NO3- dalam larutan. Berdasarkan model isoterm Dubinin-Radushkevich, energi ikatan sebesar 5,607 kJ/mol yang berarti ikatan yang terjadi antaraksi Van Der Waals anion nitrat oleh silika gel terjadi secara fisisorpsi.
B. Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, maka peneliti menyarankan: 1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan mengganti bagasse tebu
sebagai bahan baku pembuatan silika gel.
58
59
DAFTAR PUSTAKA
Abdelwahab, O. (2007). Kinetic and Isotherm Studies of Copper (II) Removal from Wastewater using Various Adsorbents. Egyptian Journal of Aquatic Research, 33(1): 125–143.
Altaher, H., & 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.
A, Husin Muhammad. (2012). Adsorpsi dan Desorpsi Gas Metana pada Bejana Bertekanan (vessel) dengan Kenaikan Tekanan Secara Bertahap. Skripsi. FT UI
Asep, S. (2009). Uji Kinerja Adsorben Histidin-Bentonit dalam Prototipe Kemasan Flow dan Batch Terhadap Pestisida Endosulfan dalam Air Minum. SKRIPSI : UPI.
Atkins, P. W. (1997). Kimia Fisika edisi keempat. (I. P. W. Indarto, Ed.) (I). Bandung: Erlangga.
Atkins, P. W. (1999). Kimia Fisika edisi keempat. (I. P. W. Indarto, Ed.) (Keempat). Jakarta: Erlangga. Glutaraldehyde-crosslinked Chitosans. Journal of Hazardous Materials, 172: 1111–1121.
Danks, A.E., Hall, S.F., & 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.
Effendi, H., & Phil, M. (2000). Telaah Kualitas Air, Bagi Pengelolaan Sumber Daya Lingkungan Perairan. Yogyakarta: Kanisius.
60
pada Penyerapan Limbah Chrom (VI) oleh Zeolit. Prosiding Seminar Nasional Sains Dan Teknologi Nuklir PTNBR - BATAN, 132.
Hendayana, S., Kadarohman, A., Sumarna, A.A., & Supriatna, Asep. (1994). Kimia Analitik Instrument (Kesatu). Semarang: IKIP Semarang Press.
Huda, M. M. (2012). Adsorpsi-Desorpsi Senyawa Paraquat Diklorida dengan Silika Gel dari Limbah Ampas Tebu (Saccharum officinarum). Skripsi. UIN Yogyakarta
Hutabarat, E. B., & Nikitasari, A. (2009). Sintesis Silika Aerogel Berbasis Abu Bagasse Dengan Metode Pengeringan Pada Tekanan Ambient Menggunakan Teknik Co-Precursor. FTI-ITS.
Ikhsan, J., Sulastri, S., & Priyambodo, E. (2015). Pengaruh pH pada Adsorpsi Logam Tembaga (II). Prosiding Seminar Nasional Kimia: 281–292.
Kristianingrum, S., Siswani, E. D., & Suyanta. (2016). Modifikasi Abu Vulkanik
Nitrate Release. Microporous and Mesoporous Materials, 3(61), 181–188. Mardiana, I., Wardhani, S., & Purwonugroho, D. (2013). Pengaruh pH dan Waktu
Aging Dalam Sintesis Silika Xerogel Berbasis Sekam Padi. Kimia Student Journal, 2(1): 337–343.
61
Matson, P. A., et al. (1997). Agricultural Intensification and Ecosystem Properties. Human-Dominated Ecosystems: 277.
Meirawati, D., Wardhani, S., & Tjahjanto, R. T. (2013). Studi Pengaruh Konsentrasi HCL dan Waktu Aging (Pematangan Gel) Terhadap Sintesis Silika Xerogel Berbahan Dasar Pasir Kuarsa Bangka. Kimia Student Journal, 2(2): 524–531.
Muryanto. (2014). Prospek Integrasi Ternak Sapi dan Tanaman Tebu dalam Rangka Pendirian Pabrik Gula di Kabupaten Blora dan Purbalingga. Balai Pengkajian Teknologi Pertanian Jawa Tengah: 710–719.
Nazriati., Setyawan, H., & Winardi, S. (2011). Sintesis Silika Aerogel dengan Bahan Dasar Abu Bagasse. Reaktor, 13(4): 220–224.
Ni, S., Chou, L., & Chang, J. (2007). Preparation and Characterization of Forsterite (Mg2SiO4) Bioceramics. Ceramics International, 33(3): 83–88.
Nunell, G., Fernandez, M., & Bonelli. (2012). Conversion of Biomass from an Termodifikasi Amino (I). Yogyakarta: UNY.
Oscik, J. (1982). Adsorption. New York: John Willey & Sons Inc.
Prastiyanto, A., Azmiyawati, C., & Darmawan, A. (2010). Pengaruh Penambahan Merkaptobenzotiazol (MBT) Terhadap Kemampuan Adsorpsi Gel Silika dari Kaca Pada Ion Logam Kadmium. Kimia Anorganik: 1–13.
Rosmawati, A., Tjahjanto, R. T., & Prananto, Y. P. (2013). Variasi Metode Preparasi Gel pada Sintesis Aerogel Silika dari Lumpur Lapindo. Kimia Student Journal, 1(2).
Safitri, N. (2016). Kajian Adsorpsi-Desorpsi Anion Nitrat dan Kation Kalsium pada Zeolit Termodifikasi CTAB (I). Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada. Santoso, H. (2003). Perbaikan Tanah Ekspansif dengan menggunakan Quicklime
dan Abu Ampas Tebu. Skripsi. UI
Schick, J., Caullet, P., Paillaud, J., Patarin, J., & Mangold-callarec, C. (2010). Microporous and Mesoporous Materials Batch-wise Nitrate Removal from Water on a Surfactant-Modified Zeolite. Microporous and Mesoporous Materials, 132(3): 395–400.
62
Sekewael, S. J., Tehubijuluw, H., & Reawaruw, D. R. (2013). Kinetic Study and Isotherm Adsorption of Pb Metal in Ouw Village Clay Activated Ammonium Nitrate Salt. Ind. J. Chem: 38–46.
Silverstein, R., Bassler, G. C., & Morrill, T. C. (1992). Spectrometric Identification of Organic Compounds. Magnetic Resonance In Chemistry, 30(364).
Sulastri, S., & Kristianingrum, S. (2010). Berbagai Macam Senyawa Silika: Sintesis, Karakterisasi dan Pemanfaatan. Prosiding Seminar Nasional Penelitian, Pendidikan Dan Penerapan MIPA: 212.
Taslimah, S., & Narsito, N. (2005). Sintesis Bahan Hibrida Amino-Silika dari Abu Sekam Padi Melalui Proses Sol-Gel. JKSA, VIII(1): 8–9.
Wahyuni. (2003). Adsorpsi Ion Nitrat dalam Limbah Cair PT Pusri Oleh Zeolit Terdealuminasi. Skripsi. Undip.
Waseda, Y., Matsubara, E., & Shinoda, K. (2011). X-Ray Diffraction Crystallography (I). Japan: Springer.
Widomulyo, N. (2007). Studi Adsorpsi Ion NO3- dari Cd ( NO3 ) 2 oleh Adsorben Sekam Padi dan Arangnya Serta Arang Komersial dengan Variasi Konsentrasi Ion SO42- dari CdSO4 Sebagai Ion Pengganggu. Skripsi. UNM.
Wijanarko, A., Witono, J. A., & Wiguna, M. S. (2006). Tinjauan Komprehensif Perancangan Awal Pabrik Furfural Berbasis Ampas Tebu di Indonesia. Indonesian Oil and Gas Community.
Worathanakul, P., Payubnop, W., & Muangpet, A. (2009). Characterization for Post-treatment Effect of Bagasse Ash for Silica Extraction. International Journal of Chemical, Molecular, Nuclear, Materials and Metallurgical Engineering, 3(8): 398–400.
Xu, X., Gao, B., & Yue, Q. (2010). Preparation of Agricultural by-Product Based Anion Exchanger and Its Utilization for Nitrate and Phosphate Removal. Bioresource Technology, 101(22): 8558–8564.
63
64
Lampiran 1. Perhitungan untuk Sintesis Silik Gel dari Bagasse Tebu Pembuatan bahan untuk sintesis silika gel
1. Larutan NaOH 1 M
65 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:
V1 . M1 = V2 . M2
V1 . 1 M = 1000 mL . 0,1 M
V1 = � . ,
66
Lampiran 2. Perhitungan untuk Pembuatan Larutan saat Adsorpsi Pembuatan larutan nitrat mengacu pada SNI 01 – 3554 – 2006
1. Larutan Induk KNO3
Pembuatan larutan induk KNO3 dengan melarutkan 0,7218 gram dalam air bebas nitrat dan diencerkan hingga tanda batas dengan labu takar 1000 mL. Konsentrasi larutan induk KNO3 adalah:
ppm = �
67 2. Larutan Baku KNO3
Pembuatan larutan baku KNO3 dilakukan dengan mengencerkan larutan induk KNO3 dengan mengambil volume larutan induk sebanyak 100 mL, kemudian dimasukkan dalam labu takar 1000 mL dan diencerkan dengan aquademineralisata hingga tanda batas.
Konsentrasi larutan baku NO3- adalah ppm NO3- = � �
� � �� ppm KNO3
ppm NO3- = 6 x 721,8 ppm ppm NO3- = 443,08 ppm 3. Larutan Standar NO3
-Pembuatan larutan standar NO3- dilakukan dengan mengencerkan larutan baku dengan volume 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 mL.
68
Pada penelitian ini, perhitungan dilakukan dengan ,enggunakan konsentrasi dalam Molaritas, sehingga diperoleh konsentrasi larutan standar nitrat dalam Molaritas untuk konsentrasi 0,886 ppm adalah:
M NO3- =
Perhitungan yang sama juga dilakukan untuk konsentrasi standar nitrat yang lain, sehingga konsentrasi larutan standar dalam Molaritas adalah:
4. Larutan NO3- untuk Eksperimen Adsorpsi pada variasi konsentrasi oleh silika gel
