BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sekam Padi
2.1.1 Defenisi sekam padi
Sekam padi adalah bagian terluar dari butir padi yang merupakan hasil samping saat proses penggilingan padi dilakukan. Sekitar 20% dari bobot padi adalah sekam padi dan kurang lebih 15% dari komposisi sekam padi adalah abu sekam yang selalu dihasilkan setiap kali sekam dibakar (Harsono 2002).
Tabel 2.1 Klasifikasi Ilmiah tanaman padi Kingdom Plantae
Ordo Poales
Famili Poaceae
Genus Oryza
Spisies O. sativa Nama Binomial
Oryza Sativa
2.1.2 komposisi sekam padi
( Haryadi. 2006 ).
Tabel 2.2. Komposisi Kimia Sekam Padi (% berat)
Komponen % Berat
Kadar air 32,40 – 11,35
Protein kasar 1,70 – 7,26
Lemak 0,38 – 2,98
Serat 31,37 – 49,92
Sellulosa 34,34 – 43,80
Abu 13,16 – 29,04
Sellulosa 34,34 – 43,80
Lignin 21,40 – 46,97
Ismunadji, 1988 dalam Sihombing
Ketika abu sekam padi dibakar maka akan menghasilkan abu sekam padi. Pembakaran abu sekam padi akan menghasilkan hasil yang berbeda dapat dilihat dari perbedaan suhu pada saat pembakaran , ada juga pembakaran yang tidak sempurna dan yang pembakaran sempurna. Adapun komposisi abu sekam padi sebagai berikut:
Tabel 2.3. Komposisi Abu Sekam Padi
Komponen % Berat
SiO2 86,90 – 97,30
K2O 0,58 – 2,50
Na2O 0,00 – 1,75
CaO 0,20 – 1,50
Fe2O3 0,00 – 0,54
P2O5 0,20 – 2,84
SO3 0,10 – 1,13
Cl 0,00 – 0,42
Sumber: Houston,D.F, 1972 dalam Sihombing
Pemurnian silika yang terdapat dalam abu sekam padi dapat dilakukan secara sederhana yaitu pembakaran. Semakin tinggi suhu pada saat pengarangan sekam padi maka akan mempengaruhi kemurnian silika yang diperoleh( Hwang,2002).
Menurut Chakraverti (1988), zat-zat inorganik pengotor dalam sekam padi seperti mineral-mineral dalam jumlah yang sedikit dapat dihilangkan melalui perlakuan dengan asam menggunakan H2SO4, HCl, atau HNO3. (Chandrasekhar, 2003). Perlakuan dengan asam H2SO4, HCl, dan HNO3 terbukti efektif untuk menghilangkan mineral yang terdapat dalam sekam padi. Jumlah total logam yang terkandung dalam larutan asam hasil hidrolisis dengan H2SO4 lebih rendah dibandingkan larutan asam hasil hidrolisis dengan HCl, dan HNO3. Hal ini menunjukkan bahwa H2SO4 tidak cocok untuk menghilangkan beberapa jenis logam yang terdapat dalam sekam padi. Hal ini dapat disebabkan logamik sulfat yang terbentuk tidak mudah larut dalam air. (Chakraverty, 1988).
2.2. Silika (SiO2)
2.2.1 Definisi Silika (SiO2)
Silika merupakan suatu zat hara yang dapat mempengaruhi pertumbuhan pada tanaman khususnya padi. Adapun fungsi silikon yang ada pada tanaman dapat mendukung pertumbuhan tanaman , menghindari dari serangan penyakit, radiasi matahari. Tanaman akumulator Si membutuhkan unsur Si dalam jumlah banyak untuk pertumbuhan. Tanaman akumulator Si terutama berasalmdari famili Gramineae seperti padi ,bambu, dan tebu serta tanaman tingkat rendah dari famili chlorophyta seperti alga. Silika juga berfungsi meningkatkan fotosintesi meningktkan daya tahan terhadap kekeringan ,salinitas ,alkalinitas ,dan cuacca ekstrim (Husnain ,2010).
Silika merupakan senyawa biner yang paling umum dari silikon dan oksigen yang merupakan dua elemen paling banyak tersedia di bumi yaitu sekitar 60% dari kerak bumi. Silika tersedia melimpah di bumi berupa senyawa murni maupun terikat pada oksida membentuk silikat. Dalam variasi bentuk amorf, silika sering digunakan sebagai desiccant, adsorben, filler, dan komponen katalis. Silika merupakan bahan baku utama pada industri glass, keramik, dan industri refraktori dan bahan baku yang penting untuk produksi larutan silikat, silikon dan alloy (Kirk-Othmer, 1967).
Silika dari sekam padi dapat diperoleh melalui proses kalsinasi. Adapun tujuan dari proses ini adalah untuk mengurangi kandungan uap lembab yang terdapat di dalam sekam padi sehingga yang tersisa hanya silika. Proses kalsinasi dapat dilakukan dengan cara memanaskan sekam padi dengan temperatur yang tinggi dibawah titik lebur dari produk yang diharapkan (Partington, J. R. 1965).
Silika ditemukan sedikitnya dalam dua belas bentuk yang berbeda. Bentuk kristal silika yang umum yakni quartz, trydimit, cristobalit, sedangkan bentuk silika amorf berupa endapan silika, silika gel, dan koloidal sol silica. Silika amorf sangat berperan penting pada berbagai bidang seperti digunakan sebagai adsorben dan untuk sintesis ultrafiltrasi membran, katalis, support material, dan bidang permukaan yang aplikasinya berhubungan dengan porositas (Rouqe-Malherbe, 2007).
Ketiga bentuk umum dari kristal silika tersebut ditinjau berdasarkan kestabilannya terhadap kenaikan suhu tinggi (McColm, 1983), yaitu:
a. Quartz, sampai pada suhu 870oC
b. Trydimit, pada suhu 870oC sampai 1470oC c. Cristobalit, pada suhu 1470oC sampai 1730oC
2.2.2 Sifat Fisika dan Kimia Silika 2.2.2.1 Sifat Fisika Silika
Silika dalam bentuk amorf memiliki densitas sebesar 2,21 grcm-3 dengan modulus elastisitas sebesar 10 x 106 psi. Kandungan unsur silikon (Si) dan oksigen (O) pada silika jenis ini adalah 46,7 % dan 53,3 %. Silika dari sekam padi memiliki luas permukaan yang sangat kecil, yaitu mencapai 66 m2g-1 apabila tanpa melakukan perlakuan khusus terhadap silika yang diperoleh. Hal ini disebabkan jumlah pori-pori dari sekam padi sedikit sehingga permukaan silika menyempit. Selain itu hal ini disebabkan ukuran diameter silika yang sangat kecil bahkan tidak dapat ditentukan (Yalcin. 2000). Silika tidak larut dalam air dingin, air panas maupun alkohol tetapi dapat larut dalam HF. (Kristian H. 2000). Secara umum sifat fisikasilika sebagai berikut:
Nama IUPAC : Silikon dioksida
Massa molar : 60,08 g mol-1 Penampilan : Kristal Transparan Kepadatan : 2,648 g cm-3· Titik lebur : 1600-1725 ° C Titik didih : 2230 ° C (Masramdhani, 2011).
2.2.2.2 Sifat Kimia Silika
Senyawa silika mempunyai berbagai sifat kimia antara lain sebagai berikut: a. Reaksi dengan Asam
Silika relatif tidak reaktif terhadap asam kecuali asam hidrofluorida seperti reaksi berikut :
SiO2(s) + 4HF(aq) SiF4(aq) + 2H2O(l)
Dalam asam hidrofluorida berlebih reaksinya menjadi:
SiO2(s) + 6HF(aq) H2[SiF6](aq) + 2H2O(l)
(Basset,J. 1989) b. Reaksi dengan Basa
SiO2(s) + 2NaOH(aq) Na2SiO3(aq) + H2O(l)
(Basset,J.1989)
Secara komersial, silika dibuat dengan mencampurkan larutan natrium silikat dengan suatu asam mineral. Reaksi ini menghasilkan suatu dispersi peka yang akhirnya memisahkan partikel dari silika terhidrat, yang dikenal dengan silika hydrosol atau asam silikat yang kemudian dikeringkan pada suhu 110oC agar terbentuk silika gel. Reaksi yang terjadi :
Na2SiO3(aq) + 2HCl(aq) H2SiO3(l) + 2NaCl(aq)
H2SiO3(s) SiO2.H2O(s)
(Bakri, R. 2008)
2.3 Gliserol
Gliserol yang diperoleh dari hasil penyabunan lemak atau minyak adalah suatu zat cair yang tidak berwarna dan mempunyai rasa yang agak manis. Gliserol larut baik dalam air dan tidak larut dalam eter. Gliserol digunakan dalam industri farmasi dan kosmetika sebagai bahan dalam preparat yang dihasilkan. Di samping itu gliserol berguna bagi kita untuk sintesis lemak di dalam tubuh (Poedjiadi, 2006). Gliserol ialah suatu trihidroksi alkohol yang terdiri atas 3 atom karbon. Jadi tiap atom karbon mempunyai gugus –OH. Satu molekul gliserol dapat mengikat satu, dua, tiga molekul asam lemak dalam bentuk ester, yang disebut monogliserida, digliserida dan trigliserida. Adapun rumus molekul gliserin dapat ditunjukkan pada Gambar 2.1 :
Gambar 2.1. Rumus Molekul Gliserol
Sifat fisik dari gliserol secara umum dimana gliserol merupakan cairan tidak berwarna ,Tidak berbau, Cairan kental dengan rasa yang manis,Densitas 1,261 ,Titik lebur 18,2°C .Titik didih 290 °C. Gliserol juga digunakan sebagai penghalus pada krim cukur, sabun, dalam obat batuk dan syrup atau untuk pelembab (Hart, 1983).
Material karbon cocok sebagai bahan template dalam pembentukan ukuran pori (Jacob,2000).Penggunaan gliserol sebagai template dimana gliserol adalah bahan organik. Dengan menggunakan kalsinasi dapat diketahui suhu dimana template pengarah zeolit dapat hilang seluruhnya sehingga meninggalkan pori yang terbuka sehingga luas permukaan material meningkat. Hal ini dikarenakan pori yang semula berisi template pengarah menjadi terbuka dan luas permukaan total bertambah dengan luas permukaan sampai kedalam pori. (Savitri,2012).Apabila dikehendaki modifikasi yang disertai dengan pengaturan struktur, porositas serta luas permukaan, maka pada proses modifikasi ditambahkan suatu senyawa sebagai template. Sebagai templating agent antara lain ( Sukalyan, dkk,2008;2 ), surfaktan, garam – garam kompleks, dan senyawa polimer seperti polistirena.Sebagai contoh , antara lain : senyawa triblock kopolimer dengan nama dagang Pluronic 123, CTAC (cetyltrimethylamonium klorida), CTAB ( cetyltrimethylamonium bromida ) dan sebagainya. Pada akhir proses template ini dipisahkan secara ekstraksi.
2.4.Luas Pori
Suatu padatan dikatakan memiliki pori-pori berupa lubang,terusan,atau celah yang lebih dalam dri luasnya. Luas pori diklasifikasikan oleh International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) terbagi tiga (Gates, 1992) yaitu mikropori,
mesopori, dan makropori
b. Material mesopori adalah material yang memiliki diameter pori diantara 2– 50 nm (2 nm < d < 50 nm). Material mesopori memiliki karakteristik antara lain memiliki volume pori yang besar (mencapai 70%) dan memiliki luas permukaan yang tinggi (mencapai lebih dari 700 m/g). Material mesopori silika untuk pertama kalinya disintesis pada tahun 1992 oleh para peneliti dari Mobil Corporation. Material tersebut akhirnya diberi nama Mobil Crystalline of Materials. Karakteristik material tersebut antara lain memiliki pori berbentuk heksagonal yang seragam.
Gambar 2.2 Mesopori silika
c. Material makropori adalah material yang memiliki diameter pori lebih dari 50 nm (d > 50 nm).
Untuk menjelaskan pori padatan secara kualitatif dan kuantitatif diperlukan informasi tentang porositas,densitas,luas permukan spesifik atau ukuran pori dan distribusi unkuran pori pada padatan berpori. Pengukuran pori ini sangat ditentukan metode yang digunakan. Metode yang digunakan berupa adsorpsi molekul yang dilewatkan pada permukaan pori. Misalnya untuk nilai luas permukaan akan lebih kecil jika digunakan molekul yang lebih besar,sebaliknya nilai luas permukaan akan semakin besar jika digunakan molekul yang lebih kecil(Schuber and husing 2006).
Gambar 2.3. Tipe pori menurut (Schuber and husing 2006)
A. Pada gambar tersebut menunjukkan tipe pori a) berupa pori tertutup/terisolasi atau disebut closesd-pores.
B. Pori terbuka kepermukaan (open-porous) yang dipengaruhi sifat makroskopik padatan dan tidak aktif dalam reaksi kimiayang terdiri dari: bentuk botol tinta (ink-bottle) (b), bentuk silinder terbuka (c), bentuk (funnel atau slitshaped) (d), pori terbuka pada kedua ujung (through pores) (e), silinder tertutup (silinder blind) (f) dan porositas yang kasar (roughness) pada permukaan luar (g) (Schubert and Husing, 2006).
Dalam karakterisasi pori sering digunakan istilah seperti yang terdapat pada tabel 2.4 berikut ini:
Tabel 2.4. Istilah yang digunakan dalam karakterisasi pori padatan
Istilah Keterangan
Densitas True density Densitas dari material tidak termasuk pori dan kekosongan interpartikel (densitas dari jaringan padatan)
Apparent density
Bulk density Densitas material termasuk pori dan kekosongan interpartikel (massa per total volume, dengan volume = fase padatan + pori tertutup + pori terbuka)
Volume pori Vp Volume pori
Ukuran pori Biasanya disebut lebar pori (diameter); jarak dari dua dinding yang berlawanan Porositas Perbandingan dari volume total pori Vp
dengan volume yang terlihat (apparent
volume) V dari partikel atau serbuk
Luas
Permukaan
Area yang tercapai pada permukaan padatan per satuan unit material
Gambar 2.4. Skema Adsorbsi gas pada permukaan pori material dengan perbedaan ukuran molekul gas (Schubert and Husing, 2006)
Gambar 2.5. Klasifikasi Isotherm Adsorbsi menurut International Union Of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)
2.5 Karakterisasi silika with template
2.5.1 X-Ray Diffraction (XRD)
Difraksi sinar X atau yang lebih sering dikenal dengan XRD adalah teknik yang cukup handal dan mendasar untuk mengevaluasi sifat-sifat fasa kristal dan parameter ukuran kristal (Leofanti et al., 1997)sering digunakan untuk menentukan struktur dan pengenalan bahan-bahan baik keramik, gelas maupun komposit (Widhyastuti dkk, 2009). Keuntungan utama penggunaan difraksi sinar X dalam karakterisasi material adalah kemampuan penetrasinya, sebab sinar X memiliki energi sangat tinggi akibat panjang gelombangnya yang pendek (0,5-2,0 mikron) (Widhyastuti dkk, 2009).
Dengan melalukan sudut kedatangan sinar X maka spektrum pantulan adalah spesifik yang berhubungan langsung dengan lattice spacing dari kristal yang dianalisis. Interpretasi Hukum Bragg dilakukan berdasarkan asumsi bahwa permukaan dari mana sinar X dipantulkan adalah datar.
dengan λ merupakan panjang gelombang, d adalah jarak antar blapisan atom, n adalah urutan pantulan dalam bilangan bulat (1,2,3, …) yang menyatakan orde berkas yang dihambur, dan θ adalah sudut difraksi.
Suatu material jika dikenai sinar-X maka intensitas sinar yang ditransmisikan akan lebih rendah dari intensitas sinar datang, hal ini disebabkan adanya penyerapan oleh material dan juga penghamburan oleh atom-atom dalam material tersebut. Berkas sinar-X yang dihamburkan ada yang saling menghilangkan karena fasenya berbeda dan ada juga yang saling menguatkan karena fasenya yang sama. Berkas sinar-X yang menguatkan (interferensi konstruktif) dari gelombang yang terhambur merupakan peristiwa difraksi. Sinar-X yang mengenai bidang kristal akan terhambur ke segala arah, agar terjadi interferensi konstruktif antara sinar yang terhambur dan beda jarak lintasnya maka harus memenuhi pola nλ (Taqiyah, 2012).
Prinsip kerja difraksi sinar X dihasilkan disuatu tabung sinar X dengan pemanasan kawat pijar atau filamen untuk menghasilkan elektron-elektron, kemudian elektron-elektron yang berupa sinar X tersebut dipercepat terhadap suatu sampel dengan memberikan suatu voltase, dan menembak sampel dengan elektron. Elektron-elektron yang berupa sinar X akan melewati celah (slit) agar berkas sinar yang sampai ke sampel berbentuk pararel dan memiliki tingkat divergensi yang kecil, serta elektron-elektron tersebut dapat menyebar merata pada sampel. Ketika elektron-elektron mempunyai energi yang cukup untuk mengeluarkan elektron-elektron dalam sampel (Anonim D, 2013), maka bidang kristal itu akan membiaskan sinar X yang memiliki panjang gelombang sama dengan jarak antar kisi dalam kristal tersebut.
sinar X monokromatik yang diperlukan untuk difraksi. Sinar X yang dihasilkan ditangkap oleh detektor kemudian diterjemahkan sebagai sebuah puncak difraksi. Makin banyak bidang kristal yang terdapat dalam sampel, makin kuat intensitas pembiasan yang dihasilkannya. (Widhyastuti dkk, 2009). XRD memberikan data-data difraksi dan kuantisasi intensitas difraksi pada sudut-sudut dari suatu bahan. Data yang diperoleh dari XRD berupa intensitas difraksi sinar-X yang terdifraksi dan sudut-sudut 2θ. Tiap pol ayang muncul pada pola XRD mewakili satu bidang kristal yang memiliki orientasi tertentu. (Widyawati, 2012).
Kegunaan dan aplikasi difraksi sinar X, yakni dapat membedakan antara material yang bersifat kristal dengan amorf, mengukur macam-macam keacakan dan penyimpangan kristal, karakterisasi material kristal, identifikasi mineral-mineral yang berbutir halus seperti tanah liat, dan penentuan dimensi-dimensi sel satuan (Widhyastuti dkk, 2009; Anonim C, 2011).
2.5.2 Metode Adsorpsi Brunauer-Emmet-Teller (BET)
Karakterisasi luas permukaan dapat dilakukan dengan metode BET.Metode BET dikembangakan oleh Brunauer–Emmet-Teller pada tahun 1938 dengan dua jenis pengukuran yaitu single point dan multi point. Pengukuran single point dilakukan bila profil isotherm telah diketahui dan dilaksanakan pada suatu nilai tekanan parsial adsorbat di mana profil isotermnya linier. Sedangkan pengukuran multi point dilakukan jika profil isotermnya belum diketahui dilakukan dengan memvariasikan nilai tekanan parsial adsorbat pada rentang 0.05 < (P/Po) < 0.35. Bila adsorbat yang digunakan adalah gas nitrogen, maka nitrogen cair digunakan sebagai media pendinginnya.Panasadsorbsi untuk semua lapisan kecuali lapisan pertama dianggap sama dengan panas kondensasi gas yang diadsorp (Slamet et al, 2007).
adsorbs multilayer.Proses adsorpsi digambarkan sebagai proses lapisan dengan lapisan (Layer-by-layer), permukaan secara energetik dianggap homogen, medan adsorpsi sama dalam setiap tempat permukaan. Proses adsorpsi dianggap tidak bergerak (setiap molekul yang diadsorb pada sisi dasar adsorbs pada permukaan). Lapisan pertama molekul yang diadsorb memiliki energy interaksi dengan medan adsorbs (Ea0) dan interaksi vertical antara molekul setelah lapisan pertama (EL0) sama terhadap panas liqufaksi adsorbat dan molekul yang diadsorb tidak berinteraksi secara menyamping. Model adsorbsi BET digambarkan sebagai berikut (Roque-Malherbe, 2007).
Untuk menerapkan persamaan isotherm BET terhadap data adsorpsi yang diperoleh digunakan persamaan linier berikut:
�
Po = tekanan saturasi gas yang diadsorp pada temperatur percobaan V = volume gas yang diadsorp pada tekanan P
Vm = volume gas yang diadsorp dalam lapisan tunggal
C = konstanta yang dihubungkan secara eksponensial dengan panas adsorpsi dan pencairan gas.
�= �.����1 − �� ��
Dengan A adalah konstanta,
E1 = Panas adsorpsi layer 1
Untuk area yang dilewati setiap molekul dalam monolayer dianggap sempurna, dimana untuk nitrogen (N2) = 0,162 nm2 pada 77K dan argon (Ar) = 0,138 nm2 pada 87K (Kanellopoulos, N. 2011).
Metode ini menganggap bahwa molekul padatan yang paling atas berada pada kesetimbangan dinamis. Ini berarti jika permukaan hanya dilapisi oleh satu molekul saja, maka molekul-molekul gas ini berada dalam kesetimbangan dalam fase uap padatan. Jika terdapat dua atau lebih lapisan, maka lapisan teratas berada pada kesetimbangan dalam fase uap padatan. Bentuk isotherm tergantung pada macam zat adsorbat, sifat adsorben dan struktur pori. Gejala yang diamati pada adsorpsi isotherm berupa adsorpsi lapisan molekul tunggal, adsorpsi lapisan molekul ganda dan kondensasi dalam kapiler.
2.5.3. Spektroskopi Inframerah (FTIR)
Fourier Transform Infra-Red (FTIR) Spectroscopy merupakan metode yang digunakan untuk mengamati interaksi interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik. FTIR adalah alat yang dipergunakan untuk menganalisis secara kuantitatif maupun kualitatif untuk kuantitatif adalah berdasarkan gugus fungsi yang ada dengan menggunakan standar. Pada umumnya sampel yang dianalisis dapat berupa padatan, caran dan gas, masing-masing mempergunakan sel yang berbeda-beda (Stevens, 2011).
Beberapa penelitian yang menggunakan FTIR (Fourier Transform Infra Red) telah dilakukan, diantaranya mengamati gugus fungisional pada silika yang
