KAJIAN SINTESIS DAN KARAKTERISASI Mg-Al HYDROTALCITE PENGHILANGAN ION KALSIUM

(1)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

KAJIAN

Mg Al

PEN

Ditulis dan d

FAKULTAS MAT

i

JIAN SINTESIS DAN KARAKTERISAS

DARI

PENGHILANGAN ION KALSIUM

Disusun oleh:

DWI WAHYUNI

M0307010

SKRIPSI

dan diajukan untuk memenuhi sebagian persyar

mendapatkan gelar Sarjana Sains

MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Juli, 2012

ISASI

TANPA

ersyaratan

(2)

ultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Uni elah Mengesahkan Skripsi Mahasiswa:

307010, dengan judul ” Kajian Sintesis Dan Kara Dari Brine Water Tanpa Penghilangan Ion Kalsium

Skripsi ini dibimbing oleh :

Dipertahankan di depan TIM Penguji Skripsi pada:

(3)

commit to user PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul ”KAJIAN SINTESIS

DAN KARAKTERISASI Mg Al DARI

TANPA PENGHILANGAN ION KALSIUM ” adalah benar7benar hasil penelitian sendiri dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat kerja atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Surakarta, Juli 2012

(4)

commit to user

KAJIAN SINTESIS DAN KARAKTERISASI Mg Al

DARI TANPA PENGHILANGAN ION KALSIUM

DWI WAHYUNI

Jurusan Kimia. Fakultas Matematia dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Telah dilakukan sintesis dan karakterisasi Mg7Al hydrotalcite like dari brine water tanpa penghilangan ion kalsium. Penelitian bertujuan untuk memanfaatkan limbah desalinasi (brine water) sebagai bahan dasar sintesis Mg7Al hydrotalcite like

tanpa penghilangan ion kalsium dengan metode kopresipitasi pada perbandingan rasio molar Mg/Al (2:1), suhu 65oC, pH 10 selama satu jam reaksi. Hasil sintesis diidentifikasi menggunakan X Ray Diffractometer (XRD), Fourier Transform Infrared Spectrosphotomete (FTIR), X Ray Fluorescence (XRF), Surface Area Analyzer (SAA), Thermo Gravimetric/Differential Thermal Analyzer (TG/DTA). Hasil karakterisasi sampel dari analisis kualitatif XRD menunjukkan bahwa terdapat anion penyeimbang muatan CO327 pada Mg7Al hydrotalcite like. Hasil karakterisasi FTIR menunjukkan adanya uluran O7H pada bilangan gelombang 3466,08 cm71. 1629,85 cm71 merupakan tekukan O7H, 1361,74 cm71 merupakan uluran simetris CO327, 449,41cm71 dan 536,21 cm71 uluran Mg7O dan Al7O serta 713,66 cm71 merupakan uluran Ca7O. Adanya ikatan Mg7O, Al7O, Ca7O serta gugus hidroksil dan karbonat mengidentifikasikan senyawa yang disintesis merupakan hydrotalcite like. Analisis XRF menunjukkan adanya kandungan Al, Mg serta Ca di dalam

hydrotalcite like serta terjadi proses dehidrogenasi dan dekarboksilasi pada analisis TG/DTA. Luas permukaan dan jari7jari pori Mg7Al hydrotalcite like adalah 154,898 m2/g dan 44,8632 Å. Penambahan zat aktif KF dapat menurunkan luas permukaan dan jari7jari pori Mg7Al hydrotalcite like tetapi juga mampu meningkatkan kristalinitas hydrotalcite.

(5)

commit to user

THE STUDY OF SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF Mg Al HYDROTALCITE LIKE FROM BRINE WATER WITHOUT CALCIUM ION

ELIMINATION

DWI WAHYUNI

Department of Chemistry. Mathematic and Natural Science Faculty. Sebelas Maret Univercity

ABSTRACT

The synthesis and characterization of Mg7Al hydrotalcite7like from brine water without calcium ion elimination have been carried out. The aim of the research is to use brine water as raw material for the synthesis Mg7Al hydrotalcite7like without the removal of calcium ion. The synthesis method is co7precipitation at molar ratio of Mg to Al is 2:1 at 65 oC, pH of reaction is 10 and the reaction time is 1 hour. The prepared materials were identified by X7Ray Diffractometer (XRD), Fourier Transform Infrared Spectrophotometer (FTIR), X7Ray Fluorescence (XRF), Surface Area Analyzer (SAA) and Thermo Gravimetric/Differential Thermal Analyzer (TG/DTA). The XRD pattern shows the present of CO327 anion in Mg7Al hydrotalcite7like. The result of FTIR characterization shows the presence of –OH streching at wavenumber 3466.08 cm71, 1629.85 cm71 the presence of –OH bending, 1361.74 cm71 the presence of CO327 symmetric streching, 449.1 cm71 and 536.21 cm71 are Mg7O streching and Al7O. And 713.66 cm71 is the Ca7O streching. The presence of Mg7O bonds, Al7O bonds, hydroxyl and carbonate groups which is characterized as O7H bending indicates that the prepared material is Mg7Al hydrotalcite7like. The XRF analysis show a contents of Al, Mg and Ca in hydrotalcite7like and process dehydrogenation and decarboxylation in the analys of TG/DTA. The surface area and the pore radius of Mg7Al hydrotalcite7like 154.898 m2/g and 44.8632 Å. The addition of the active substance KF can reduce the surface area and pore radius of Mg7Al hydrotalcite7like and also improve the hydrotalcite cristallinity.

Keywords: Synthesis, Characterization, Brine Water, Calcium Ion, Mg7Al Hydrotalcite7Like, Photasium Fluoride

(6)

commit to user

MOTTO

!

"#

$ %&'

(7)

commit to user PERSEMBAHAN

☺

!

"

#

$

%

☺

!

"

#

$

"

#

$

"

#

$

"

#

$

☺

$ &

(8)

commit to user KATA PENGANTAR

Puji Syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat, karunia, dan ijin7Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar Sarjana Sains dari Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret.

Skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari banyak pihak, karena itu dengan kerendahan hati penulis menyampaikan terimakasih kepada :

1. Prof. Ir. Ari Handono Ramelan., M.Sc., Ph.D., selaku dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta.

2. Dr. Eddy Heraldy., M.Si., selaku ketua jurusan FMIPA UNS dan sebagai pembimbing I.

3. I. F. Nurcahyo, M.Si., selaku pembimbing II. 4. Drs. Pranoto, M.Si., selaku pembimbing Akademik. 5. Bapak Ibu dosen dan seluruh staf jurusan Kimia.

6. Kedua orang tua serta seluruh keluarga atas doa, dukungan dan motivasi yang diberikan untuk segera menyelesaikan karya ini.

7. Teman7teman seperjuangan tyas, eka, tyo, fajar, jati, muri dan devi, warga dewi sumbi (mel, dini, trias, arti, dito), mas dedi, om lala serta teman7teman kimia ’07 atas semangat dan dukungannya.

8. Semua pihak yang tidak mungkin disebutkan satu per satu, terimakasih atas semua dukungannya selama ini.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari semua pihak dalam menyempurnakan skripsi ini. Penulis berharap, semoga karya kecil ini dapat memberikan manfaat bagi ilmu pengetahuan dan pembaca.

Surakarta, Juli 2012

(9)

commit to user DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PENGESAHAN ... ii

HALAMAN PERNYATAAN... ... iii

HALAMAN ABSTRAK... ... iv

HALAMAN ABSTRACT ... . v

HALAMAN MOTTO ... vi

HALAMAN PERSEMBAHAN ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR TABEL ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR LAMPIRAN ... xiii

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

A. Latar Belakang Masalah ... 1

B. Perumusan Masalah ... 3

1. Identifikasi Masalah ... 3

2. Batasan Masalah ... 4

3. Rumusan Masalah ... 5

C. Tujuan Penelitian ... 5

D. Manfaat Penelitian ... 5

BAB II. LANDASAN TEORI ... 7

A. Tinjauan Pustaka ... 7

1. Komposisi Dan Pengolahan Air Laut... ... 7

2. Hydrotalcite ... 8

3. Kalium Fluorida... ... 12

4. Karakterisasi hydrotalcite like... . 13

B. Kerangka Pemikiran ... 21

C. Hipotesis ... 22

(10)

commit to user

A. Metode Penelitian ... 23

B. Tempat dan Waktu Penelitian ... 23

C. Alat dan Bahan ... 23

D. Prosedur Penelitian ... 24

1. Sintesis dan Karakterisasi Mg7Al hydrotalcite like ... 24

2. Preparasi KF/Mg7Al hydrotalcite like dan Karakterisasi ... 24

E. Teknik Pengumpulan Data ... ... 24

F. Teknik Analisis Data... ... 25

BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 27

A. Sintesis dan Karakterisasi Mg7Al hydrotalcite like dari Brine Water ... ... 27

B. Efek ion kalsium pada karakteristik Mg7Al hydrotalcite like ... 32

C. Sintesis dan Karakterisasi Mg7Al hydrotalcite like ... ... 35

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 40

A. Kesimpulan ... 40

B. Saran ... 41

DAFTAR PUSTAKA ... 42

(11)

commit to user DAFTAR TABEL

Tabel 1. Tabel 1. Komposisi kimia air laut dan brine water

(Heraldy et al., 2010)... 7

Tabel 2. Gugus7gugus fungsi Mg/Al hydrotalcite like ... ... 14

Tabel 3. Komponen penyusun hydrotalcite like (Wegrzyn et al., 2010)... 19

Tabel 4. XRF komposisi sampel hydrotalcite (Carja et al., 2002)... 19

Tabel 5. Harga d tiga puncak tertinggi senyawa hasil sintesis... ... 30

Tabel 6. Tabulasi gugus fungsi hydrotalcite like... ... 31

Tabel 7. Komposisi Mg7Al hydrotalcite like dengan XRF... ... 33

Tabel 8. Data analisis termal TG/DTA... ... 34

Tabel 9. Tabulasi intensitas d003, d006dan d009.... ... 35

Tabel 10. Hasil analisis luas muka spesifik, volume pori total dan rerata jejari pori sampel Mg7Al hydrotalcite likea... .... 36

Tabel 11. Karakteristik sifat fisik hasil sintesis... ... 37

Tabel 12. Tabulasi intensitas d003, d006dan d009... ... 37

Tabel 13. Hasil analisis luas muka spesifik, volume pori total dan rerata jejari pori sampel KF/Mg7Al hydrotalcite likea... .... 39

(12)

commit to user DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Struktur lapisan LDH (Raki et al. 2004) ... 10

Gambar 2. Struktur lapisan hydrotalcite ... 10

Gambar 3. Spektra FTIR dari LDH dengan perbedaan rasio molar. A spektra OH, B spectra serapan H2O, C spektra serapan 7CO327 dan D spektra serapan [Metal]7OH stretching. (Kang et al.,2005). ... ... 15

Gambar 4. Spektra FTIR Ca7Al LDH Raki and Beaudoin (2008). ... 15

Gambar 5. Difraktogram XRD LDH dengan perbedaan rasio mol (a) Mg/Al=2 (b) Mg/Al=2.5(c) Mg/Al=3 (Kang et al. 2005)... ... 16

Gambar 6. Difraktogram Ca7LDH dan Mg7LDH (Fayyazbakhsh et al. 2012)... ... 16

Gambar 7. XRD Ca7Al7CO3 LDH dengan perbedaan rasio mol Ca/Al (Chang et al., 2011)... .... 20

Gambar 8. TG/DTA Mg/Al hydrotalcite dengan rasio mol Mg/Al (2,0) dengan variasi suhu pemanasan selama 11 jam. (A) 70 oC (B) 110 oC dan (C) 140 oC... .. 22

Gambar 9. TG/DTA Ca/Al LDH (Raki et al., 2004)... . 20

Gambar 10. TG/DTA KF/Mg(Al)O7dy (Xu et al., 2011)... ... 20

Gambar 11. Difraktogram XRD ... ... 28

Gambar 12. Difraktogram XRD Mg7Al hydrotalcite... ... 29

Gambar 13. Spektra FTIR (a) Mg7Al hydrotalcite likea (b) Mg7Al hydrotalcite like (Setyowati, 2011)... ... 32

Gambar 14. Difraktogram XRD KF/ Mg7Al hydrotalcite likea ... ... 35

Gambar 15. Difraktogram XRD KF/ Mg7Al hydrotalcite likea... ... 37

(13)

commit to user DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Perhitungan Sintesis Mg/Al Hydrotalcite Like ... 46 Lampiran 2. Desain Penelitian ... 48 Lampiran 3. Skema Sintesis Mg/Al Hydrotalcite Like... ... 49 Lampiran 4. Data X Ray Diffraction (XRD) Mg7Al Hydrotalcite

Tanpa Penghilangan Ion Kalsium ... 50 Lampiran 5. Data X Ray Diffraction (XRD) KF/Mg7Al Hydrotalcite ... 51 Lampiran 6. Data JCPDS Mg/Al Hydrotalcite ... 52 Lampiran 7. Perbanbingan Harga d Sampel Mg7Al Hydrotalcite Like

Dengan Data JCPDS Mg7Al Hydrotalcite Like Dan

Perhitungan Persentase Relatif... 53 Lampiran 8. Perbanbingan Harga d Sampel Mg7Al Hydrotalcite Like

Dengan Data JCPDS Mg7Al Hydrotalcite Like Dan

Perhitungan Persentase Relatif... 55 Lampiran 9. Spektra FTIR... ... 57 Lampiran 10. Kurva Luas Area Mg7Al Hydrotalcite Dengan Metode BET .... 60 Lampiran 11. Kurva Luas Area Mg7Al Hydrotalcite Dengan Metode BJH.. ... 60 Lampiran 12. Kurva Luas Area KF/Mg7Al Hydrotalcite Dengan

Metode BET... ... 62 Lampiran 13. Kurva Luas Area KF/Mg7Al Hydrotalcite Dengan

(14)

commit to user

1 BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Indonesia dikenal sebagai negara maritim karena sebagian besar wilayahnya merupakan perairan teritorial dengan luas 3,2 juta km2 sehingga memiliki banyak potensi yang dapat dimanfaatkan untuk kehidupan manusia baik dalam bidang transportasi, ekonomi, sosial budaya maupun bidang pendidikan. Pemanfaatan air laut dalam bidang ekonomi dapat berupa pemanfaatan hasil laut untuk kehidupan manusia serta pemanfaatan dalam bidang industri seperti Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) yang memanfaatkan air laut sebagai sumber alami yang akan dijadikan sebagai air bersih untuk proses produksi steam (uap). Untuk keperluan tersebut, PLTU menyediakan unit proses desalinasi air laut. Namun, dalam proses desalinasi hanya 40% air laut dapat diubah menjadi air bersih, sementara sisanya sebanyak 60% yang disebut dengan brine water dikembalikan lagi ke laut sebagai limbah (Heraldy, 2012). Adapun komposisi kimia brine water yang dikembalikan ke laut hampir sama dengan komposisi air laut yaitu mengandung ion Cl7, Na+, SO427, Mg2+, Ca2+, dan K+ (Anderson, 2003). Salah satu logam alkali tanah yang terkandung dalam brine water

yang memiliki potensi tinggi untuk dimanfaatkan sebagai komponen penyusun

hydrotalcite like adalah ion magnesium.

Hydrotalcite merupakan salah satu mineral anionik yang menarik dan prospektif karena dapat disintesis dengan mudah serta dapat digunakan dalam berbagai aplikasi seperti sebagai eksipien farmasi, adsorben, katalis atau precursor

katalis (Tong et al., 2003; Heraldy, 2011). Hydrotalcite dalam bentuk naturalnya adalah suatu hidroksikarbonat dari magnesium dan aluminium dengan rumusan [Mg6Al2(OH)16]2+CO327.4H2O. Semua kelompok senyawa yang hampir sama dengan

hydrotalcite baik yang natural maupun sintetis disebut hydrotalcite like. Hydrotalcite

atau hydrotalcite–like termasuk jenis lempung anionik yang dikenal pula sebagai

layered double hydroxides, dengan rumus umum : [M2+17xM3+x(OH)2]x+[Anx/n].mH2O

(15)

commit to user

2

yang mengisi interlayer (OH−, Cl−, NO3−, CO32−, SO42−) akibat adanya muatan positif pada permukaan hydrotalcite. Muatan positif pada permukaan ini ditimbulkan oleh adanya substitusi anion divalen oleh anion trivalen (Hickey et al., 2000).

Kameda et al. (2000; 2002) telah mensintesis Mg7Al hydrotalcite dari air laut tiruan serta Heraldy (2011) dan Setyowati (2011) telah mensintesis Mg7Al

hydrotalcite like dari bahan dasar brine water dengan cara menghilangkan keberadaan ion kalsium karena beranggapan adanya ion kalsium dalam air laut tiruan maupun brine water dianggap merupakan pengotor yang mampu menghambat terbentuknya kristal hydrotalcite. Disisi lain Gao et al. (2010) telah melakukan sintesis hydrotalcite dengan mengkombinasikan tiga senyawa murni sebagai komponen penyusun hydrotalcite yaitu dengan mengkombinasikan senyawa Ca(NO3)2.4H2O, Mg(NO3)2.6H2O, dan Al(NO3)3.9H2O menjadi Ca7Mg7 Al/hydrotalcite.

Dalam penelitiannya selain membuat Ca7Mg7Al/hydrotalcite, Gao juga membuat senyawa Mg7Al/hydrotalcite dan Ca7Al/hydrotalcite. Setelah itu, untuk pembuatan katalis, Gao et al. (2010) menambahkan senyawa Kalium Fluorida (KF) ke dalam hydrotalcite yang dihasilkan. Dari hasil karakterisasi katalis tersebut, menunjukkan bahwa terjadi peningkatan kristalinitas dan hasil uji katalis. Pada uji katalis, KF/Ca7Mg7Al hydrotalcite memiliki hasil konversi biodiesel yang lebih banyak bila dibandingkan dengan konvesri biodiesel menggunakan katalis KF/Mg7Al

hydrotalcite maupun KF/Ca7Al hydrotalcite. Hasil konversi biodiesel yang diperoleh adalah mendekati 100 %. Hal tersebut dikarena KF/Ca7Mg7Al hydrotalcite memiliki situs aktif yang dimiliki oleh KF/Mg7Al hydrotalcite dan KF/Ca7Al hydroatlcite. Situs aktif tersebut antara lain KMgF3, KCaF3, CaAlF5 dan KCaCO3F.

Berdasarkan penelitian Gao et al. (2010) yang telah mensintesis KF/Ca7Mg7 Al hydrotalcite dengan bahan dasar senyawa murni tersebut, serta belum ada penelitian tentang sintesis hydrotalcite like dari brine water tanpa penghilangan ion Ca2+, maka diperlukan kajian lanjut sintesis hydrotalcite like dari brine water dengan cara tetap mempertahankan kandungan ion kalsium dalam brine water serta penambahan zat aktif KF. Dilakukannya penambahan KF ke dalam Mg7Al

(16)

commit to user

3

difokuskan pada karakter fisik hydrotalcite like dan KF/hydrotalcite like. Dengan demikian akan dapat dilihat sifat kristalinitas, luas permukaan, jari7jari pori serta analisis termal antara hydrotalcite like serta KF/hydrotalcite like yang disintesis dari

brine water tanpa penghilangan ion Ca2+.

B. Perumusan Masalah

1. Identifikasi Masalah

Salah satu logam alkali tanah yang terkandung dalam brine water yang memiliki potensi tinggi sebagai komponen penyusun hydrotalcite like adalah ion magnesium. Pada umumnya Mg7Al/hydrotalcite tersusun atas kation divalent (Mg2+) dan trivalent (Al3+) dengan interlayer CO327. Ion kalsium merupakan ion dominan yang memiliki pengaruh besar sebagai untuk menghambat terbentuknya kristal Mg/Al

hydrotalcite sehingga dalam sintesis Mg/Al hydrotalcite perlu dilakukan proses pengendapan ion Ca2+ dalam brine water tiruan (Kameda et al., 2000). Oleh karena itu, sifat kimia Ca2+ dan Mg2+ hampir sama diduga memberikan pengaruh yang hampir sama pula terhadap proses terbentuknya kristal hydrotalcite like. Sehingga agar diperoleh fasa Mg/Al hydrotalcite yang optimum diperlukan penghilangan ion Ca2+. Namun, preparasi larutan awal untuk penghilangan ion Ca2+ memerlukan waktu yang relatif lama sehingga langkah tersebut dirasa kurang efisien. Disisi lain, Gao et al. (2010) telah mengkombinasikan tiga senyawa murni untuk mensintesis Ca7Mg7Al

hydrotalcite. Berdasarkan penelitian Gao et al. (2010) tersebut, dapat dikatakan bahwa kalsium juga berpotensi dalam penyusunan fase hydrotalcite sehingga ion kalsium yang terkandung di dalam brine water dan juga dikenal sebagai pengotor dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan fase hydrotalcite like.

Upaya peningkatkan kristalinitas dan aktifitas katalis suatu hydrotalcite dapat dilakukan dengan penambahan zat aktif seperti kalium fluorida (KF) (Setyowati, 2011). Peningkatan rasio KF akan memperbesar kristalinitas dan aktifitas katalis. Akan tetapi ketika rasio KF mencapai ambang batas distribusi monolayer maka kristalinitas akan menurun seiring dengan kenaikan rasio KF sebab ketika rasio KF lebih besar dari ambang batas maka akan menutupi sisi aktif yang mengakibatkan menurunnya kristalinitas. Selain itu penambahan KF akan merusak struktur

(17)

commit to user

4

Berdasarkan penelitian sebelumnya (Gao et al., 2010) kondisi optimum dicapai dengan perbandingan berat KF/berat Mg7Al hydrotalcite like adalah 100 %.

2. Batasan Masalah

Berdasarkan identifikasi masalah tersebut, maka dibuat batasan masalah sebagai berikut:

a. Sintesis Mg7Al hydrotalcite like dilakukan dengan tanpa penghilangan kandungan ion Ca2+ yang terdapat dalam brine water.

b. Untuk meningkatkan kristalinitas hydrotalcite like dilakukan penambahan zat aktif KF ke dalam hydrotalcite like dengan rasio berat KF/berat hydrotalcite like adalah 100% (1:1).

3. Rumusan Masalah

Berdasarkan identifikasi masalah dan batasan masalah di atas, maka dibuat rumusan masalah sebagai berikut:

a. Apakah senyawa Mg7Al hydrotalcite like dari brine water dapat disintesis tanpa penghilangan ion Ca2+ yang terkandung di dalam brine water ?

b. Bagaimanakah karakteristik kristalinitas, luas permukaan dan jari7jari pori KF/Mg7 Al hydrotalcite like hasil sintesis?

C. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Membuat senyawa Mg7Al hydrotalcite like dari bahan dasar brine water dengan tanpa penghilangan ion Ca2+ yang terkandung di dalam brine water.

2. Mengetahui karakteristik kristalinitas, luas permukaan, dan jari7jari pori KF/Mg7 Al hydrotalcite like hasil sintesis.

D. Manfaat Penelitian

Manfaat penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Memberi informasi tentang alternatif pemanfaatan brine water sebagai bahan dasar sintesis Mg7Al hydrotalcite like tanpa penghilangan ion kalsium yang terkandung di dalamnya.

2. Memberi informasi tentang karakteristik kristalinitas, luas permukaan, jari7jari pori dan analisis termal KF/ Mg7Al hydrotalcite like hasil sintesis dari brine water

(18)

Pada dasarnya komposisi air laut disetiap wilayah didunia adalah hampir selalu konstan. Dalam 1000 gram air laut, terkandung 965 gram (96,5 %) air yang merupakan komponen terbesar penyusun air laut dan 35 gram (3,5 %) merupakan komponen garam7garam yang terlarut (salinitas). Terdapat garam7garaman utama yang berpengaruh terhadap salinitas air laut yaitu klorida (55 %), natrium (31 %), sulfat (8 %), magnesium (4 %), kalsium (1 %) dan sisanya terdiri dari bikarbonat, bromide, asam borak, stronsium dan florida (Anderson, 2003).

Berikut merupakan perbandingan komposisi kimia antara air laut dengan

brine water yang tercantum pada Tabel 1 di bawah ini :

Tabel 1. Komposisi kimia air laut dan brine water (Heraldy et al., 2011)

Ion Komposisi Kimia (mg L

b. Proses Pengolahan Air Laut (Desalinasi)

Proses desalinasi air laut adalah proses pemisahan yang digunakan untuk

mengurangi kandungan garam terlarut dari air laut hingga level tertentu sehingga

dapat digunakan sebagai air. Proses desalinasi melibatkan tiga aliran cairan, yaitu

umpan berupa air garam misalnya air laut, produk bersalinitas rendah, dan konsentrat

bersalinitas tinggi. Produk proses desalinasi umumnya merupakan air dengan

kandungan garam terlarut kurang dari 500gram/L, yang digunakan untuk keperluan

domestik, industri, dan pertanian. Hasil sampingan dari proses desalinasi adalah

brine. Brine adalah larutan garam berkonsentrasi tinggi (lebih dari 35000 mg/L

(19)

commit to user

7

Distilasi adalah metode desalinasi yang paling lama dan paling umum digunakan yang merupakan metode pemisahan dengan cara memanaskan air laut untuk menghasilkan uap air, yang selanjutnya dikondensasi untuk menghasilkan air bersih. Umumnya proses distilasi menggunakan prinsip mengurangi tekanan uap dari air agar pendidihan dapat terjadi pada suhu yang lebih rendah, tanpa menggunakan panas tambahan. Metode lain desalinasi adalah dengan menggunakan membran. Terdapat dua tipe membran yang dapat digunakan untuk proses desalinasi, yaitu

reverse osmosis (RO) dan electrodialysis (ED). Pada proses desalinasi menggunakan membran RO, air pada larutan garam dipisahkan dari garam terlarutnya dengan mengalirkannya melalui membran water7permeabel. Permeate dapat mengalir melalui membran akibat adanya perbedaan tekanan yang diciptakan antara umpan bertekanan dan produk, yang memiliki tekanan dekat dengan tekanan atmosfer. Sisa umpan selanjutnya akan terus mengalir melalui sisi reaktor bertekanan sebagai brine. Proses ini tidak melalui tahap pemanasan ataupun perubahan fasa. Kebutuhan energi utama adalah untuk memberi tekanan pada air umpan. Desalinasi air payau membutuhkan tekanan operasi berkisar antara 250 hingga 400 psi, sedangkan desalinasi air laut memiliki kisaran tekanan operasi antara 800 hingga 1000 psi. Sistem RO terdiri dari 4 proses utama, yaitu (1) pretreatment, (2) pressurization, (3) membrane separation, (4) post teatment stabilization. Bila unit desalinasi menggunakan Reverse Osmose

(RO) membrane, hanya 40% air laut dapat diubah menjadi air bersih, sementara sisanya sebanyak 60% yang disebut brine water dikembalikan lagi ke laut sebagai limbah. Padahal, brine water tersebut mengandung logam alkali dan alkali tanah dalam konsentrasi yang tinggi (Heraldy, 2012).

2. a. Struktur hydrotalcite

Hydrotalcite merupakan salah satu jenis material anorganik yang memiliki portensi dalam berbagai aplikasi industri. Hydrotalcite termasuk kedalam jenis lempung anionik yang dikenal pula sebagai layered double hydroxides (LDH) yang terdiri dari lapisan bermuatan positif dengan anion penyeimbang dan molekul air pada daerah interlayernya (Rajamanthi et al., 2001) yang memiliki struktur mirip dengan brucite Mg(OH)2. Senyawa tersebut terdiri atas lapisan berbentuk heksagonal

(20)

commit to user

8

hidroksida. Lapisan struktur dibentuk dari perulangan unit OH7Mg7OH7OH7Mg7OH7 OH7Mg7OH dengan interaksi OH7OH merupakan interaksi Van der Waals. Jika kation dengan muatan tinggi tetapi memiliki ukuran jari7jari yang kecil mengganti kation Mg2+ maka lapisan mirip brucite tersebut akan memiliki muatan positif. Kelebihan muatan ini diseimbangkan dengan penenpatan anion pada lapisan yang tidak diisi oleh atom logam bersama dengan air. Pada senyawa hydrotalcite di alam, untuk setiap satu set yang terdiri dari delapan kation Mg2+, dua diantaranya digantikan oleh kation Al3+. Penggantian ini menyebabkan kelebihan muatan positif pada lapisan hidroksida logam. Daerah antarlapisan hidroksida logam yang satu dengan yang lain akan dipisahkan oleh suatu interlayer yang merupakan gabungan antara anion dengan empat molekul H2O yang terikat lemah pada sisi muatan positif

yang berlebih (Arrhenius, 2003).

Hydrotalcite terdiri dari tumpukan lapisan7lapisan hidroksida dari magnesium dan aluminium yang bermuatan positif sehingga membutuhkan anion di antara lapisan tersebut (anion interlayer) untuk menyeimbangkan muatannya (Orthman et al, 2000). Kelompok senyawa yang hampir sama dengan hydrotalcite baik yang natural maupun sintesis disebut sebagai hydrotalcite like. Pada umumnya

hydrotalcite like tersusun atas kation logam divalent (M2+), kation logam trivalent

(M3+), dan anion penyeimbang (An7) yang memiliki rumus umum sebagai berikut: [M2+17xM3+x(OH)2]x+[An7x/n].mH2O

Di mana M2+ dapat berupa kation logam divalen (bervalensi dua), seperti Mg2+, Fe2+, Ni2+, Cu2+, Co2+, Mn2+, Zn2+ atau Cd2+ sedangkan M3+ adalah kation logam trivalen (bervalensi tiga), seperti Al3+, Cr3+, Ga3+, atau Fe3+ dan anion penyeimbang An dapat berupa CO327, SO427, Cl7, NO37. Sedangkan x sebagai molar

rasio yang berkisar antara 0,10 ≤ ≤ 0,33, m sebagai jumlah molekul air pada

(21)

commit to user

9

Senyawa hydrotalcite telah banyak dikembangkan karena memiliki potensi yang baik sebagai adsorben (Wright, 2002), penukar ion (Miyata, 1983) dan sebagai katalis (Kishore and Kannan, 2002; 2004). Wright (2002) menyebutkan bahwa

hydrotalcite memiliki sejumlah sifat yang membuatnya berpotensi seperti tersebut di atas, diantaranya adalah:

1. Luas permukaan yang cukup besar (1007300 m2/gram).

2. Padatan pendukung yang dapat disisipi oleh logam katalis dengan dispersi logam pada struktur hydrotalcite yang cukup tinggi.

3. Memiliki efek sinergis antar lapisan.

4. Memiliki memory effect (dapat diregenerasi).

Gambar 1 . Struktur lapisan LDH (Raki et al., 2004)

Gambar 2. Struktur Lapisan Hydrotalcite

b. Sintesis Hydrotalcite

(22)

commit to user

10

mengembangkan senyawa hydrotalcite like berbahan dasar magnesium dengan berbagai kondisi sintesis baik dari senyawa murni maupun bahan alam yaitu:

1. Sintesis Hydrotalcite Menggunakan Bahan Senyawa Murni

Gao et al. (2010) telah melakukan sintesis hydrotalcite menggunakan bahan dasar senyawa murni berupa campuran senyawa Ca(NO3)2.4H2O, Mg(NO3)2.6H2O,

dan Al(NO3)3.9H2O menjadi Ca7Mg7Al hydrotalcite dengan kondisi sintesis pada pH

10 selama 1 jam pada suhu reaksi 65 °C. Sementara itu, Ahmad (2011) juga membuat Mg/Al hydrotalcite like dari bahan senyawa murni yaitu dari campuran magnesium klorida dan aluminium klorida ditambahkan larutan natrium karbonat dan disintesis pada pH 10 temperatur 70 °C selama 1 jam. Heraldy et. al. (2006) juga mensintesis Mg/Al hydrotalcite like dengan nisbah mol Mg/Al 2,0 ; 2,5 dan 3,0 dari campuran magnesium klorida dan aluminium klorida melalui metode kopresipitasi secara langsung.

2. Sintesis Hydrotalcite Menggunakan Bahan Dari Alam

Kameda dan kelompok penelitiannya yang telah membuat hydrotalcite like

dari magnesium yang berasal dari air laut tiruan (artificial seawater) yang mengandung natrium klorida (NaCl), natrium sulfat (Na2SO4), magnesium klorida

(MgCl2) dan kalsium klorida (CaCl2). Sintesis ini diawali dengan membuat larutan

awal (starting solution) dari air laut tiruan dengan cara menghilangkan ion kalsium terlebih dahulu. Oleh Kameda et. al. (2000), penghilangan ion kalsium dilakukan dengan menggunakan larutan campuran antara NaHCO3 0,2 M dan Na2CO3 0,1 M

dengan pengadukan selama satu jam pada suhu 95 °C. Setelah itu, filtrat yang diperoleh ditambahkan sumber aluminium (AlCl3) dengan nisbah mol awal Mg/Al

bervariasi dari 2 sampai 3,7. Proses berikutnya adalah penambahan Na2CO3 1,0 M

hingga diperoleh pH 10 dan kemudian larutan ini diaduk dan dipanaskan selama 1 jam pada suhu 60 °C.

(23)

commit to user

11

dan aluminium 0,28 7 0,33; pH antara 8,5 7 10,5 dan temperatur antara 60 – 70 °C (Oza et. al., 2006).

Heraldy (2011) telah memanfaatkan ion magnesium yang terdapat dalam

brine water sebagai bahan dasar pembuatan hydrotalcite like dengan penambahan AlCl3.6H2O pada rasio mol Mg/Al 2,0 yang kemudian disintesis dengan metode

kopresipitasi pada pH 10,5 selama 1 jam dengan suhu reaksi 70 °C. 3. Kalium Fluorida (KF)

Kalium Fluorida merupakan golongan logam alkali tanah yang tersusun atas logam alkali dan halida. Kalium merupakan golongan IA yang bersifat sangat reaktif, karena memiliki elektropositif yang tinggi dan merupakan senyawa ionik yang stabil bila membentuk KF bila berikatan dengan F golongan VII A yang bersifat elektronegatif sehingga disebut sebagai logam alkali halida. Sifat fisik dari kalium fluorida berupa serbuk putih dan sangat higroskopis. Selain itu juga bersifat korosif.

Dalam penelitian Gao et al.(2008 dan 2010) KF dikombinasikan dengan Mg7 Al hydrotalcite like dan Ca7Mg7Al hydrotalcite like yang digunakan untuk katalis transesterifikasi biodiesel dari minyak sawit dengan methanol. Penambahan KF dipercaya mampu meningkatkan aktivitas dari gugus aktif penyusun hydrotalcite like, kristalinitas serta efek sinergis sehingga diperoleh konversi metil ester yang tinggi. Semakin banyak konsentrasi KF yang dicampur maka kemampuan meningkatkan aktifitas gugus aktif juga semakin besar. Akan tetapi apabila penambahan berlebih maka akan menyebabkan penurunan aktifitas gugus aktifnya. Teng et al.(2009) menggunakan KF/Al2O3 untuk katalis transesterifikasi minyak kedelai menjadi

(24)

commit to user

12

sehingga mengakibatkan luas permukaan maupun pori7pori dari komponen tersebut menjadi berkurang.

4.

a. Atomic Absorption Spectroscopy (AAS)

Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) merupakan salah satu instrument

yang digunakan untuk analisis konsentrasi unsur7unsur logam dan semi logam dalam jumlah renik (trace) dengan hasil analisa berupa kadar total unsur logam atau semi logam yang terkandung dalam sampel. Untuk mengetahui kandungan Mg2+ dan Ca2+ dalam sampel brine water yang akan digunakan, sebelum eksperimen sampel brine water dianalisis terlebih dahulu dengan metode Spektrofotometer Serapan Atom (SSA). Dengan diketahuinya konsentrasi Mg2+ dalam brine water, maka dapat dihitung jumlah Al3+ yang harus ditambahkan sesuai dengan rasio mol Mg/Al yang dibutuhkan. Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) merupakan salah satu instrument

yang digunakan untuk analisis konsentrasi unsur7unsur logam dan semi logam dalam jumlah renik (trace) dengan hasil analisa berupa kadar total unsur logam atau semi logam yang terkandung dalam sampel. Hal ini didasarkan pada kemampuan adsorpsi logam pada keadaan dasar terhadap sinar pada panjang gelombang spesifik. Sehingga, konsentrasi logam pada larutan brine water dapat dianalisis menggunakan AAS. Sehingga, dapat digunakan dalam penentuan rasio mol ion divalen dan ion

divalent pada penyusun Layered Double Hydroxides (LDH).

Roto et al. (2009) menyebutkan bahwa konsentrasi Fe2+ pada filtrat Zn7Al7 Fe(CN)6 ditentukan menggunakan AAS sehingga diketahui kapasitas anion pengganti. Larutan standar Fe2+ menggunakan 0,0189 g K4[Fe(CN)6] dilarutkan pada 100 mL air yang telah dideionisasi hingga diperoleh 25 mg/L Fe2+ yang kemudian digunakan sebagai larutan standar pada 1000 mg/L Fe(II)NO3. Disisi lain, Padmasri

et al.(2002) dalam penelitiannya mengungkapkan bahwa rasio komposisi Mg–Al

hydrotalcite yang dikalsinasi dapat tentukan menggunakan AAS. Dalam penelitiannya, perbandingan antara M2+: M3+ dalam hydrotalcite adalah 1,98. Selain itu, Thevenot et al. (1989) mengungkapkan bahwa dalam analisis kimia suatu A1, Zn, dan Na yang terkandung didalam sampel A17rich Zn7A1hydrotalcite like

(25)

commit to user

13

b. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)

Fourier Transform Infra Red (FTIR) digunakan untuk penentuan struktur senyawa organik biasanya antara 65074.000 cm71. Daerah di bawah frekuensi 650 cm7

1

dinamakan infra merah jauh dan daerah di atas frekuensi 4.000 cm71 dinamakan infra merah dekat. Jika suatu molekul menyerap sinar infra merah, maka di dalam molekul itu terjadi perubahan energi vibrasi dan perubahan tingkat energi rotasi. Syarat molekul dapat menyerap energi sinar infra merah adalah momen dwikutub harus tergetar (sebab dari vibrasi molekul) berinteraksi dengan vektor listrik tergetar dari berkas infra merah menyebabkan perubahan netto momen dwikutub dari gerakan vibrasi dan atau gerakan rotasi.

Johnson and Glasser (2003) telah melaporkan adanya puncak7puncak yang khas dari vibrasi gugus7gugus fungsi pada senyawa hydrotalcite. Puncak pada bilangan gelombang 3400 cm71 menunjukkan vibrasi ulur 7OH, 1400 cm71 menunjukkan vibrasi ulur asimetris 7CO3, 800 cm71 menunjukkan deformasi luar

bidang 7CO3, sementara pada bilangan gelombang 6007400 cm71 menunjukkan vibrasi

ulur M7Al7O dan vibrasi ulur serta tekuk dari M7O dengan M adalah logam.

Hydrotalcite like memiliki gugus fungsi penyusun yang khas pada bilangan gelombang tertentu seperti pada Tabel 2.

Tabel 2. Gugus7gugus fungsi Mg/Al hydrotalcite like

Gugus Fungsi Bilangan Gelombang (cm1)

Uluran OH dan M7O 340073500a,b

Tekukan OH 1650d

Uluran simetris O=C7O 1385a,c Uluran asimetris O=C7O 1500,5c

Tekukan O=C7O 650a

Uluran Mg7O dan Al7O 4007600a (2 puncak)

Uluran Ca7O 700e

Sumber aKannan (1995) dalam Johnson and Glasser (2003), bBhaumik, et al. (2004),

c

Di Cosimo, etal. (1998), dYang etal. (2007), eGupta et al. (2008)

Spektra IR pada senyawa LDH (Kang et al.,2005), dengan perbedaan rasio molar antara Mg dan Al ditunjukkan pada Gambar 3. Plank et al. (2006) menyatakan

bahwa pada daerah bilangan 3600 cm71 merupakan daerah serapan –OH dari lapisan

anorganik dan lapisan air. Untuk Ca7Al7NO37LDH pada daerah serapan 1385cm71

(26)

commit to user

14

O dan M7OH (M=Ca, Al) dalam struktur LDH berada pada daerah serapan 421, 530, dan 790 cm71. Raki and J. J. Beaudoin (2008) dalam penelitiannya Controlled Release of Chemical Admixtures in Cement Based Materials mengkombinasikan kalsium dan alumunium sebagai komponen penyusun hydrotalcite like yang ditunjukkan dalam spektra FTIR pada Gambar 4.

bar 3. Spektra FTIR dari LDH dengan perbedaan rasio molar (A) spektra OH, (B) spektra serapan H2O (C) spektra serapan 7CO327 dan (D) spektra serapan [Metal]7OH

stretching.(Kang et al.,2005).

Gambar 4. Spektra FTIR Ca7Al LDH Raki and Beaudoin (2008).

c. X Ray Diffraction (XRD)

(27)

commit to user

15

yang sudah diketahui tersebut berasal dari data Joint Committee on Powder Diffraction Standars (JCPDS).

Kang et al.,2005 telah melakukan penelitian tentang Layered Double Hydroxide and its Anion Exchange Capacity dengan perbedaan rasio mol Mg/Al diketahui dengan semakin kecilnya molar rasio Mg/Al maka puncak d003 yang

dihasilkan memiliki intensitas yang semakin tinggi seperti pada Gambar 5.

Gambar 5. Difraktogram XRD LDH dengan perbedaan rasio mol (a) Mg/Al=2 (b) Mg/Al=2.5 (c) Mg/Al=3 (Kang et al. 2005)

Fayyazbakhsh et al. (2012) menyebutkan bahwa Ca7LDH memiliki kristalinitas yang lebih bagus dan ukuran partikel yang lebih besar serta parameter lapisan yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan Mg7LDH. Perbedaan tersebut dapat dilihat pada Gambar 6. Sementara itu, Chang et al. (2011) menyebutkan bahwa Ca7Al CO3 LDH denagn rasio mol Ca/Al (1:1 dan 3:1) memiliki karakteristik fase

hydrotalcite like dengan karakteristik puncak difraksi pada 2θ 11o dan 23o yang merupakan bidang dasar d003 dan d006. Puncak tersebut mengindikasikan bahwa

kristal yang terbentuk dengan struktur rombohedral. Difraktogram dapat dilihat pada Gambar 7.

(28)

commit to user

16

Gambar 7. XRD Ca7Al7CO3 LDH dengan perbedaan rasio mol Ca/Al (Chang et al., 2011)

Kristalinitas relatif suatu sampel dapat ditentukan dengan perbandingan kristalinitas pada sampel yang memiliki puncak difraksi tertinggi (003), kristalinitasnya dianggap 100% (Xie et al, 2003). Kristalinitas yang rendah ditandai dengan pengurangan beberapa cerminan hkl, pelebaran garis7garis puncak difraksi XRD dan penurunan intensitas (Lakraimi et al, 2000). Rendahnya kristalinitas dapat disebabkan karena efek mekanik dari pengadukan. Selain itu, XRD dapat digunakan untuk penerapan kuantitatif karena intensitas puncak difraksi yang diberikan pada campuran senyawa sebanding dengan fraksi material dalam campuran. Banyaknya puncak pengganggu pada 2θ (20 dan 30o) dapat diasumsikan sebagai amorf Al(OH)3

(Lakraimi et al, 2000). Persentase kandungan senyawa dalam sampel diketahui dengan membandingkan intensitas puncak difraksi karena intensitas tersebut sebanding dengan fraksi senyawa dalam sampel. Persentase kandungan senyawa dalam sampel dihitung dengan rumus: % = ( / )

( / ) 100%

Dengan (I/I1)s : jumlah intensitas relatif puncak senyawa dalam sampel dan (I/I1)t : jumlah intensitas relatif total sampel (Willard et al., 1988).

d. X Ray Fluorescence (XRF)

X Ray Flourescene (XRF) merupakan metode analisis kuantitatif non7

(29)

commit to user

17

dan tekstil, produk farmasi, bahan makanan, kosmetik, pupuk, mineral, keramik, dan sebagainya.

Sebagai salah satu contoh analisis komponen penyusun hydrotalcite like

dalam sampel random dengan anion penyeimbang nitrat/karbonat menggunakan XRF. Adapun komponen penyusun pada penelitian “ The influence of mixed anionic composition of Mg–Al hydrotalcites on the termal decomposition mechanism based on in situ study” dapat dilihat pada Tabel 3.

Tabel 3. Komponen penyusun hydrotalcite like (Wegrzyn et al., 2010)

Sampel Formula Mg/Al molar ratio

AN93

hydrotalcite dengan magnesium sebagai prekursor katalis pada sintesis metilamina tersaji pada Tabel 4.

Tabel 4. XRF komposisi sampel hydrotalcite (Carja et al., 2002) Sampel Mg:Me:Al (from XRF)

e. Specific Surface Area And Porosity dengan SAA

Surface Area Analyzer (SAA) merupakan salah satu instrument yang

digunakan untuk menentukan luas permukaan suatu pertikel dan penentuan distribusi

ukuran pori partikel. Luas permukaan dapat diukur dengan beberapa metode,

diantaranya metode Brunauer Emmet Teller (BET) dan Metilen Biru. Pada teknik

Metilen biru adsorpsi membentuk lapisan monolayer dan merupakan chemisorption.

Adapun dalam teknik BET, adsorpsi terjadi secara fisika dan lapisan multilayer dapat

terbentuk. Metode BET ini biasa digunakan untuk menentukan luas permukaan. Luas

permukaan spesifik dari adsorben berongga tergantung pada ukuran partikel

penyusunnya. Adsorben mungkin memiliki porositas yang berbeda dalam ukuran

maupun bentuknya.

Fetter et al (2000) menyebutkan bahwa surface area dari hydrotalcite dengan

(30)

commit to user

18

surface area nitrated hydrotalcites dengan rasio mol Al/(Mg+Al) = 0.249 berkisar antara 5 sampai 15 m2/g. Sharma et al. (2007) menyebutkan bahwa peningkatan luas area hydrotalcite berbanding lurus dengan peningkatan mol Mg/Al dari 2,0 sampai 3,5 pada suhu 70oC selama 11 jam dalam keadaan termal dengan luas area dari 62 menjadi 73 m2/g. Wegrzyn et al (2010), menyatakan bahwa luas area hydrotalcite

dengan rasio mol Mg/Al (2,3) adalah 200 m2/g. Sedangkan Chang et al. (2011) menyebutkan bahwa peningkatan luas permukaan Ca/Al LDH sebanding dengan semakin bertambahnya rasio mol Ca/Al. Terlihat pada hasil penelitiannya Ca/Al LDH yang telah dikalsinasi pada suhu 600 oC dengan rasio mol Ca/Al (1:1 dan 3:1) menggunakan metode BET memiliki luas permukaan sebesar 5,15 dan 9,14 m2/g. f. Thermogravimetric/Differential Termal Analysis (TG/DTA)

Analisis termal didefinisikan sebagai pengukuran sifat fisika dan kimia dari material sebagai fungsi suhu. Tipe analisis termal ini meliputi entalpi, kapasitas panas, massa dan koefisien ekspansi termal. Thermogravimetry Termal Analysis

(TGA) merupakan metode analisa penentuan perubahan berat suatu bahan dengan perubahan suhu saat pemanasan maupun pendinginan dengan kecepatan tertentu.

Differential Termal Analysis (DTA) mengukur perbedaan suhu (T) antara sampel dan materi pembanding inert sebagai fungsi suhu, apabila suhu keduanya dinaikkan dengan kecepatan yang sama dan konstan. Perubahan keadaan sistem karena naiknya suhu ini merupakan konsekuensi dari proses yang terjadi pada sampel yaitu eksoterm dan endoterm, yang kemudian ditampilkan dalam bentuk termogram differential.

Lakraimi et al. (2000) dalam penelitiannya melaporkan adanya puncak7 puncak endoterm dari kurva DTA yang menunjukkan hilangnya molekul H2O.

Puncak pada 85 oC dan 40 oC menunjukkan hilangnya molekul air yang teradsorp dan molekul air pada interlayer. Pada 200 oC terjadi dehidroksilasi senyawa serupa

brucite, hilangnya CO2 dari anion interlayer CO3. Xie et al. (2003) melaporkan

bahwa kurva endotermik 116 oC menunjukkan hilangnya air pada daerah interlayer

dan kurva endotermik pada 238 oC menunjukkan hilangnya gugus OH. Zulaikha (2005) melaporkan bahwa puncak melebar pada suhu 92,56 oC dan 136,94 oC diasumsikan sebagai pelepasan air pada daerah interlayer serta pada suhu 176,74 oC dan 228,86 oC mengindikasikan adanya pelepasan air dari lapisan serupa brucite

(31)

commit to user

19

interlayer air pada suhu 707190 °C, sedangkan antara 1907280 °C suhu, OH7 berikatan dengan Al3+ yang mulai lepas pada suhu 190 °C dan terlepas seluruhnya pada suhu 280 °C, suhu antara 280 7 405 °C, OH7 berikatan dengan Mg2+ yang mulai lepas pada suhu 280 °C dan terlepas seluruhnya pada suhu 405 °C, degradasi dari struktur layered double hydroxide juga diamati pada daerah yang sama dan pada suhu 405 7 508 °C, CO327 mulai lepas dan terlepas seluruhnya pada suhu 508 °C. Pada

suhu ini material menjadi suatu campuran larutan padatan oksida amorf metastabil. Salah satu contoh bentuk termogram TG/DTA Mg7Al hydrotalcite dan Ca7Al LDH seperti ditunjukkan oleh Gambar 8 dan Gambar 9.

Pada Gambar 8 terlihat bahwa tiga tahapan pengutangan massa terjadi pada analisis termal suhu 70 oC. Terjadi pengurangan massa sebesar 15 % pada kisaran suhu 220 oC yang mengindikasikan terjadinya pelepasan molekul H2O dari pori7pori hydrotalcite. Dengan pengurangan massa yang kedua sebesar 38 % pada rentang suhu 3307380 oC yang mengindikasikan terjadinya proses pelepasan gugus OH7 dari

interlayer hydrotalcite yang berikatan dengan Mg2+ [Mg7(OH)7Mg] dan [Al7(OH)7 Mg. Tahap pengurangan massa yang ketiga terjadi dekarbonasi ion CO327 pada

interlayer dengan rentang suhu 4007500 oC sebesar 44 %. Setelah terjadi pelepasan ion CO327 dari interlayer maka material menjadi bersifat amorf metastabil padatan logam oksida. Sedangkan pengurangan massa terjadi pada perlakuan termal suhu 110 dan 140 oC terjadi dua tahapan.

(32)

commit to user

20

Gambar 9. TG/DTA Ca/Al LDH (Raki et al., 2004)

Pada Gambar 10. menunjukkan bahwa KF/Mg(Al)O7dy mengalami pengurangan massa ketika dilakukan pemanasan hingga suhu 1000 °C. Pada suhu 211

°

C merupakan pengurangan massa air dan terjadi dehidroksilasi sehingga kehilangan CO2 (Xu et al., 2011).

Gambar 10. TG/DTA KF/Mg(Al)O7dy (Xu et al., 2011)

B. Kerangka Pemikiran

Hydrotalcite dapat disintesis apabila terdapat ion divalent dan ion trivalent

(33)

commit to user

21

pada interlayernya melalui metode kopresipitasi,yaitu suatu metode sintesis yang sering digunakan karena merupakan metode termudah dan dapat dilakukan pencegahan kontaminasi dari karbondioksida pada daerah antar lapisnya pada sintesis yang dilakukan. Selain itu keberadaan CO327 dapat mempercepat proses pembentukan

kristal hydrotalcite dan dapat langsung terikat kuat dengan lapisan antar lapisnya. Beberapa peneliti terdahulu menyatakan bahwa kalsium pada umumnya merupakan pengotor dalam pembentukan Mg7Al hydrotalcite like. Namun belakangan ini, beberapa peneliti telah memanfaatkan kalsium sebagai komponen penyusun

hydrotalcite like karena termasuk kation divalen, memiliki aktivitas yang tinggi dan memiliki jari7jari ion yang besar.

Pada dasarnya setiap senyawa padat memiliki karakteristik yang berbeda7beda sehingga dari karakteristik atau sifat khusus tersebut dapat diketahui termasuk golongan apa senyawa yang dihasilkan. Sebagai contoh, senyawa Mg/Al

hydrotalcite like yang dianalisis menggunakan XRD diketahui 3 puncak khusus yaitu

d003, d006 dan d009. Dari tiga puncak tersebut, dapat pula digunakan untuk penentuan

kristalinitas Mg/Al hydrotalcite dengan adanya puncak d110 sebagai identifikasi

lapisan interlayer. Kristalinitas dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti banyak sedikitnya pengotor yang ikut mengendap. Dalam pembentukan Mg/Al hydrotalcite,

beberapa peneliti terdahulu menyebutkan bahwa kalsium merupakan pengotor sehingga kemungkinan kristalinitas Mg/Al hydrotalcite like yang terbentuk rendah apabila terdapat ion kalsium di dalamnya. Hal ini dikarenakan adanya interaksi yang tidak maksimal antara magnesium dengan ion karbonat yang dikarenakan adanya ion kalsium yang memiliki sifat kimia yang relatif sama dengan magnesium sehingga probabilitas untuk mengendap adalah sama.

Penambahan suatu zat aktif KF ke dalam hydrotalcite like dapat meningkatkan kristalinitas hydrotalcite like serta mampu meningkatkan aktivitas

(34)

commit to user

22

C. Hipotesis

1. Hydrotalcite like dapat disintesis dari brine water dengan tanpa penghilangan ion Ca2+ yang terkandung di dalam brine water.

(35)

commit to user

23 BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Metode Penelitian

Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimental laboratorium. Penelitian yang dilakukan meliputi dua tahap yaitu tahap sintesis Mg/Al hydrotalcite like yang dilakukan menggunakan metode kopresipitasi dari bahan dasar brine water dengan tanpa penghilangan ion Ca2+ dan sintesis KF/Mg7Al hydrotalcite like yang kemudian dikarakterisasi menggunakan XRD, FTIR, TG/DTA, SAA, XRF.

B. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Pusat Kimia FMIPA UNS, Laboratorium Dasar Kimia FMIPA UNS, Laboratorium Kimia Analitik FMIPA UGM pada bulan April 2011 sampai Desember 2011.

C. Alat dan Bahan

1. Alat alat

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: a. Peralatan gelas dan alat7alat penunjang laboratorium

b. Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) Shimadzu AA 630712 c. X ray Diffraction (XRD) Bruker D8 Advance

d. Fourier Transform Infra Red (FTIR) Shimadzu IRPrestige721 e. Surface Area Analysis (SAA) Quantachrome Nova Win 1200

f. Thermogravimetric/Differential Thermal Analysis (TG/DTA) Linseis STA PT7 1600

g. X ray Flourescene (XRF) Bruker S2 Ranger 2. Bahan bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: a. Brine water ( sampel dari PLTU Tanjung Jati B, Jepara )

b. Aluminium Hydroxcide ( AlCl3.6H2O) p.a (Merck) c. Kalium Fluorida(KF) p.a (Merck)

(36)

commit to user

24

e. pH indikator f. Na2CO3 p.a (Merck)

g. Akuades (Laboratorium Dasar Kimia FMIPA UNS)

D. Prosedur Penelitian

1. Sintesis dan Karakterisasi Mg7Al hydrotalcite like

Material yang digunakan adalah brine water yang berasal dari PLTU Tanjung Jati B, Jepara. Sintesis hydrotalcite like dilakukan dengan menggunakan metode kopresipitasi. Sejumlah AlCl3.6H2O ditambahkan ke dalam larutan brine water dengan perbandingan mol awal antara magnesium yang terkandung di dalam brine water, aluminium, (2:1). Kemudian ditambahkan larutan Na2CO3 0,1 M kedalam 1550 mL larutan brine water hingga pH campuran 10 lalu direfluks pada suhu 65 oC selama satu jam.

Endapan yang diperoleh dicuci dengan akuades sampai bebas ion Cl7. Keberadaan ion Cl7 diketahui dengan menguji filtrat pencucian dengan larutan AgNO3. Filtrat bebas ion Cl7 bila saat ditetesi larutan AgNO3 tidak menghasilkan endapan putih. Endapan yang bebas ion Cl7 disaring dengan centrifuge,4000 rpm selama 10 menit lalu dioven pada suhu 110 oC selama 24 jam. Padatan putih yang telah kering yang diperoleh merupakan hydrotalcite like. Padatan hydrotalcite like dihaluskan dan disaring dengan ayakan 150 mess kemudian dikarakterisasi menggunakan difraksi sinar7X (XRD) dan FT7IR, SAA, XRF, dan TG7DTA.

2. Preparasi KF/hydrotalcite like dan Karakterisasi

Preparasi katalis dilakukan dengan cara hydrotalcite like ditambah serbuk KF serat ditetesi akuades hingga menjadi pasta. Pasta hasil pencampuran kemudian dioven pada suhu 65 oC selama 24 jam atau sampai kering kemudian dihaluskan.

Serbuk yang diperoleh kemudian dikarakterisasi menggunakan FT7IR, XRD, SAA, XRF, dan TG/DTA.

E. Teknik Pengumpulan Data

Data kualitatif dan kuantitatif yang diperoleh dari hasil eksperiment hydrotalcite

dianalisa dengan AAS untk mengetahui kandungan Mg2+ dan Ca2+, difraksi sinar7x

(XRD) sehingga dapat diketahui struktur penyusun dan tingkat kristalinitas dari

(37)

commit to user

25

komposisi penyusun hydrotalcite dengan XRF, pengurangan massa dengan TG/DTA dan identifikasi gugus fungsi penyusun hydrotalcite menggunakan FT7IR.

F. TeknikAnalisis Data

1. Kandungan Mg2+ dan Ca2+ dalam brine water dapat dianalisis dengan AAS yang dapat dikonversi ke dalam satuan mol logam.

2. Data XRD menghasilkan difraktogram 2θ vs intensitas dari masing7masing kristal hydrotalcite like. Dari 2θ dapat diperoleh besarnya jarak antara kisi kristal (d) sesuai dengan persamaan nλ = 2d sin θ yang kemudian dicocokkan dengan d

pada Joint Committee Powder on Diffraction Standart (JCPDS). Munculnya puncak7puncak dengan hkl dominan hydrotalcite like (d003, d006, d009) pada

difraktogram sampel yang sama dengan JCPDS menunjukkan bahwa sampel yang dianalisis sama dengan senyawa pada standart JCPDS. Dengan (I/I1)s : jumlah intensitas relatif puncak senyawa dalam sampel dan (I/I1)t : jumlah intensitas relatif total sampel (Willard et al., 1988) maka persentase relatif kandungan senyawa/kristalinitas dalam sampel dihitung dengan rumus:

%

=

(I/I

1

)

s

(I/I

₁

)

_t

100%

3. Gugus7gugus fungsi yang ada di dalam hydrotalcite like diketahui dengan membandingkan puncak7puncak spektra FTIR Mg7Al hydrotalcite like dengan referensi. Berdasarkan strukturnya hydrotalcite like memiliki gugus fungsi M7O yang terletak pada bilangan gelombang 400 7 600 cm71, O7C=O dan karbonat pada bilangan gelombang 1385 dan 1500 cm71 serta O7H pada bilangan gelombang 340073500 dan 1650 cm71 dari lapisan hidroksida maupun interlayer. 4. Analisis termal DTA yang mendeteksi setiap perubahan termal terkait dengan

(38)

commit to user

26

cuplikan sebagai akibat dari kenaikan suhu, baik yang diikuti oleh perubahan fase kristal maupun tidak.

5. Data SAA yang diperoleh meliputi surface area, average pore radius dan total pore volume yang kemudian dibandingkan dengan referensi sehingga dapat diketahui perbedaan luas permukaan dan pori7pori hydrotalcite like sebelum dan sesudah penambahan zat aktif KF.

(39)

commit to user BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. Sintesis dan karakterisasi Mg Al !

1. Sintesis Mg7Al hydrotalcite like dari brine water

Sintesis Mg7Al hydrotalcite like dari brine water tanpa penghilangan ion kalsium mengacu pada penelitian sebelumnya (Gao et al., 2010). Sintesis dilakukan dengan metode kopresipitasi pada rasio mol Mg/Al (2:1), pH 10, suhu 65 oC selama satu jam. Kang et al. (2005) dan Kameda et al. (2000) menyebutkan bahwa Mg7Al

hydrotalcite terkristalisasi dengan baik pada pH 10. Apabila pH saat sintesis lebih dari 10, maka Mg7Al hydrotalcite yang terbentuk memiliki partikel yang lebih kecil dan hasil yang diperoleh akan berkurang. Waktu dan suhu dari perlakuan

hydrothermal juga menentukan morfologi kristal. Gao et al. (2010) telah membuat Ca7Mg7Al hydrotalcite like dari senyawa murni dan memperoleh kondisi optimum pada pemanasan suhu 65 oC selama 1 jam. Perhitungan rasio mol Mg/Al dapat dilihat pada Lampiran 1. Hydrotalcite hasil sintesis disebut dengan istilah Mg7Al

hydrotalcite likea. Dari sintesis diperoleh hasil berupa padatan berwarna putih dan tidak berbau.

2. Karakterisasi Mg7Al hydrotalcite like

Padatan hasil sintesis kemudian dikarakterisasi menggunakan XRD, FTIR, SAA TG/DTA dan XRF dengan data yang diperoleh sebagai berikut:

a. Analisis X Ray Diffraction (XRD)

Hasil karakterisasi terhadap senyawa Mg7Al hydrotalcite likea dari brine water

tanpa penghilangan ion kalsium menggunakan XRD dengan 2θ = 5770 o (λ=1,54 nm) disajikan dalam suatu difraktogram XRD seperti terlihat dalam Gambar 11 dan data Tabel 5.

Heraldy et al. (2012) menyebutkan bahwa Mg7Al hydrotalcite like memiliki tiga puncak utama pada 2θ sekitar 11,7; 23,6 dan 35,1 o adalah ciri dari struktur berlapis (layered structure) dengan puncak difraksi pada 2θ sekitar 61,0762,0 o yang berkaitan dengan bidang kristal d110. Berdasarkan standart Joint Committee on

Powder Diffraction Standars (JCPDS) puncak khusus yaitu d003, d006 , d009 dan d110

(40)

commit to user

27

dapat diketahui pada refleksi d003 yaitu 7,58 Å. Johnson and Glasser (2003) serta

Kloprogge et al. (2002) menyebutkan bahwa refleksi ion kar bonat berada pada 7,56 dan 7,83 Å. Selain itu, Yang et al. (2007) menyatakan d tertinggi (d003) pada 7,80 Å

dengan intensitas paling tinggi yang merupakan karakteristik hydrotalcite dengan anion antarlapis CO327. Sedangkan menurut Bhaumik et al. (2004) menyebutkan bahwa pada Mg7Al7Cl LDH refleksi puncak d003 yang juga menunjukkan keberadaan

anion Cl7 sebagai anion penyeimbang terletak pada d spacing 7,92 Å. Tabel 5. Harga d Tiga Puncak Tertinggi Senyawa Hasil Sintesis

hkl Mg7Al7CO3hydrotalcite ditunjukkan oleh karakteristik basal spacing d003 = 7,65 Å .

Dengan refleksi puncak tajam dan simetris pada d003 dan d006terlihat pada 2θ rendah

(41)

commit to user

28

Gambar 11. Difraktogram XRD

Dari referensi tersebut, pada difraktogram hasil sintesis Gambar 11 dan Tabel 5 juga terlihat adanya 3 puncak refleksi pada Mg7Al hydrotalcite yaitu pada d003, d006

dan d009 yang berada pada d 7,54; 3,79 dan 2,53 Å dengan refleksi interlayer pada d

spacing 1,46 Å meskipun dengan intensitas d003 yang rendah. Rendahnya intensitas

yang terbentuk dapat dimungkinkan karena adanya ion kalsium serta masih banyaknya kandungan precursor precursor di dalam brine water yang mungkin bisa bereaksi sehingga menghambat terbentuknya fase hydrotalcite. Sehingga kristalinitas Mg7Al hydrotalcite like yang diperoleh sangat rendah. Selain itu, pada difraktogram Gambar 12 terlihat begitu banyak puncak dengan intensitas tinggi yang mengindikasikan adanya senyawa logam hidroksida didalam sampel pada range 2θ

(42)

commit to user

29

Gambar 12. Difraktogram XRD Mg7Al hydrotalcite

Berdasarkan referensi tersebut, hasil sintesis brine water tanpa penghilangan ion kalsium kemungkinan terbentuk Mg7Al hydrotalcite like meskipun tidak sesuai dengan target yang diharapkan.

b. Analisis Gugus Fungsi dengan FTIR

Data untuk mendukung pembuktian bahwa material hasil sintesis dari brine water adalah Mg7Al hydrotalcite likea dengan dilakukan identifikasi gugus7gugus fungsi yang terkandung di dalam senyawa. Gugus7gugus fungsi yang dominan menyusun Mg7Al hydrotalcite like adalah gugus fungsi hidroksi (OH7), ion karbonat (CO327) serta ikatan logam oksidanya (M7O). Data hasil identifikasi gugus fungsi penyusun hydrotalcite like ditunjukkan pada Gambar 15 dan Tabel 6.

Tabel 6. Tabulasi Gugus Fungsi Hydrotalcite like*

Gugus fungsi

Uluran CO327 1370 1361,74 1357,89

Uluran M7O (M= Mg, Al) 554 dan 4402 449,41; 536,21 432 dan 555

Serapan baru 1496,76 dan 713,66

*Sumber : 1Sharma et al. (2007), 2Yang et al. (2007), 3Setyowati (2011).

Heraldy et al. (2011a dan 2011b) menyebutkan bahwa pita serapan lebar pada 3448 cm71 dapat diidentifikasikan sebagai vibrasi ulur –OH pada gugus hidroksil yang terikat dengan Mg dan Al pada lapisan hydrotalcite. Wahyuni et al. (2011) juga

(43)

commit to user

30

spektra FTIR Ca7Mg7Al hydrotalcite like serta Plank et al. (2006) menyebutkan bahwa pada puncak 3600 cm71 merupakan vibrasi –OH pada lapisan anorganik dan antarlapis H2O.

Dari analisis spektogram FTIR Gambar 13 dan data Tabel 6 terlihat adanya pita melebar dan tajam antara bilangan gelombang 3448,7273466,08 cm71. Pita melebar dan tajam ini dimungkinkan karena adanya vibrasi ulur –OH pada gugus hidroksil dari logam hidroksida yang terdapat di dalam sampel maupun dari vibrasi ulur gugus –OH pada lembaran7lembaran Mg7Al hydrotalcite dan molekul air yang ada di daerah antarlapis atau antarpartikel . Pita serapan lainnya adalah adanya pita serapan yang lemah pada 1361,74 cm71 yang menunjukkan adanya anion penyeimbang CO327 dalam antarlapis hydrotalcite like.

Gambar 13. Spektra FTIR (a) Mg7Al hydrotalcite likea (b) Mg7Al hydrotalcite like

(Setyowati, 2011).

Gupta et al. (2008) dan Heraldy et al. (2011a dan 2011b) menyebutkan bahwa pada bilangan gelombang 1352 cm71 dan 1350 cm71 merupakan pita serapan anion penyeimbang karbonat pada antarlapis. Wahyuni et al. (2011) dan Heraldy et al.

(2011 dan 2012) menyebutkan bahwa 449,41 dan 536,21 cm71 merupakan uluran Mg7O dan Al7O. Pada Gambar 13a terlihat pita serapan yang disebabkan vibrasi kisi7 kisi logam7oksida M7O (M adalah Mg dan Al) terlihat pada bilangan gelombang yang rendah yaitu sekitar 449,41 dan 536,21 cm71. Pada spektogram muncul pita serapan baru pada bilangan gelombang 140071500 cm71 dan 700 cm71 yang mengindikasikan adanya gugus fungsi Ca7OH dan Ca7O. (Gupta et al., 2008; Fayyazbakhsh et al.,

(44)

commit to user

31

Hasil analisis spektra FT7IR menunjukkan adanya ikatan Mg7O, Al7O serta adanya gugus hidroksil dan karbonat. Hal tersebut mengidentifikasikan bahwa kemungkinan senyawa yang disintesis dari brine water merupakan suatu hydrotalcite like.

c. Analisis Komponen Penyusun dengan X Ray Fluorescence (XRF)

Sebagai data pendukung,dilakukan analisis kandungan yang terdapat di dalam sampel menggunakan XRF. Hasil analisis ditunjukkan oleh Tabel 7.

Tabel 7. Komposisi Mg7Al Hydrotalcite like dengan XRF Mg7Al hydrotalcite likea persentase yang paling besar. Hal tersebut dapat diasumsikan pengendapan fase

hydrotalcite yang terjadi tidak sempurna. Selain itu, Al(OH)3 memiliki kelarutan yang paling kecil sehingga kemampuan untuk mengendap lebih besar. Hal tersebut mendukung data analisis XRD yang mengungkapkan bahwa terbentuk senyawa Al(OH)3 pada difraktogram XRD. Selain itu, adanya kalsium oksida di dalam sampel yang lebih banyak bila dibandingkan dengan MgO juga dimungkinkan karena kemampuan pengendapan Ca dan Mg yang relatif sama karena memiliki kelarutan

yang hampir sama.

d. Analisis TermaldenganTG/DTA

(45)

commit to user

32

Gambar 14. Analisis termal Mg7Al hydrotalcite likea(a) TGA (b) DTA.

Bergaya et al. (2006) dan Sharma et al. (2007) menyebutkan bahwa pelepasan H2O dari pori hydrotalcite selama proses dehidrasi terjadi pada kisaran suhu 1507250 o

C dan 220 oC dan pelepasan gugus –OH dari interlayer nya terjadi pada suhu 2507 380 oC dan 3307380 oC. Serta pelepasan gugus CO327 dari interlayer nya terjadi pada suhu kisaran 450 oC dan 4007500 oC yang mengakibatkan material menjadi bersifat amorf metastabil dengan campuran padatan. Dari analisis termal pada Gambar 14, hanya terlihat terjadi satu tahap pengurangan massa yang disertai dengan munculnya puncak endotermik. Hal tersebut mengindikasikan terjadinya pelepasan gugus –OH

dari interlayer hydrotalcite dengan penurunan berat sekitar 4,5 % pada suhu 250,27278,3 oC yang disertai dengan puncak endotermik DTA pada suhu 250,17277,9

o

C. Tidak terjadinya proses pelepasan gugus CO327 secara menyeluruh hal tersebut dapat dikatakan bahwa Mg7Al hydrotalcite likea yang terbentuk tidak mengalami perubahan fasa kristal dengan pemanasan pada suhu kamar hingga 500 oC.

e. Analisis luas permukaan dan jari7jari pori menggunakan SAA.

Analisis surface area hydrotalcite dilakukan dengan metode BET dan BJH. Hasil analisis ditunjukkan oleh Tabel 10.

Tabel 10. Hasil Analisis Luas Muka Spesifik, Volume Pori Total dan Rerata Jejari Pori Sampel Mg7Al hydrotalcite likea

Parameter Satuan Mg7Al HTlca Mg7Al HTlc (Heraldy, 2010)

Konstanta BET 7 25,084 60,429