PEROKSIDA MINYAK GORENG BEKAS
SKRIPSI
SITI NUR FAUZIYYAH 150802081
PROGRAM STUDI S1 KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
PEROKSIDA MINYAK GORENG BEKAS
SKRIPSI
Diajukan Untuk Melengkapi Tugas Dan Memenuhi Syarat Mencapai Gelar Sarjana Sains
SITI NUR FAUZIYYAH 150802081
PROGRAM STUDI S1 KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
i
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PERNYATAAN ORISINALITAS
PENAMBAHAN PATI SEBAGAI TEMPLATE PADA KALSIUM SILIKAT YANG DIGUNAKAN SEBAGAI ADSORBEN BILANGAN
PEROKSIDA MINYAK GORENG BEKAS
SKRIPSI
Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, September 2019
Siti Nur Fauziyyah 150802081
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkat limpahan rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini dengan judul Pengaruh Pati Ubi kayu Sebagai Template pada Kalsium Silikat yang Digunakan Sebagai Adsorben Bilangan Peroksida Minyak Goreng Bekas.
Dengan rasa hormat, penulis menyampaikan rasa terimakasih kepada Bapak Dr.Hamonangan Nainggolan, M.Sc selaku dosen pembimbing yang telah banyak membimbing dan memberi arahan selama penyusunan skripsi ini. Terima kasih kepada Ibu Dr. Cut Fatimah Zuhra, M.Si dan Ibu Dr. Sovia Lenny, M.Si selaku Ketua Departemen dan Sekretaris Program studi Kimia FMIPA – USU Medan, Dekan dan Wakil Dekan FMIPA USU, seluruh Staf dan Dosen bidang kimia anorganik, pegawai FMIPA – USU dan rekan-rekan kuliah. Akhirnya tidak terlupakan kepada Mama, Papa, dan keluarga yang selama ini memberikan bantuan dan dorongan yang diperlukan.
Semoga Allah SWT akan membalasnya.
Medan, Agustus 2019
Siti Nur Fauziyyah
PENGARUH PATI UBI KAYU SEBAGAI TEMPLATE PADA KALSIUM SILIKAT YANG DIGUNAKAN SEBAGAI
ADSORBEN BILANGAN PEROKSIDA MINYAK GORENG BEKAS
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian mengenai pembentukan ukuran pori kalsium silikat dengan penambahan pati sebagai template . Penelitian ini dilakukan dengan menambahkan water glass kedalam pati dan diikuti dengan penambahan CaCl2. Kalsium silikat yang diperoleh dikalsinasi pada suhu 900ºC selama 4 jam lalu ditentukan karakterisasinya.
Karakterisasi menggunakan XRD menunjukkan puncak difraksi kristal Wollastonite (CaSiO3), Wollastonite 2m (CaSiO3), Alite (Ca3SiO5), dan Larnite (Ca2SiO4). Spektrum FT – IR menunjukkan adanya gugus Si-O-H, Si-O-Si, dan Si-O-Ca yang mengindikasikan material kalsium silikat. Hasil adsorpsi desorpsi gas nitrogen kalsium silikat dengan menggunakan pati menunjukkan luas permukaan, volume pori, dan ukuran pori masing – masing adalah: 12,096 m2/g, 0,164 cc/g, dan 4,562 nm. Kalsium silikat mesopori yang diperoleh digunakan sebagai adsorben untuk menurunkan bilangan peroksida pada minyak goreng bekas. Kadar bilangan peroksida ditentukan dengan metode titrasi iodometri. Dari data hasil perhitungan kadar bilangan peroksida menunjukkan bahwa minyak goreng bekas telah mengalami penurunan bilangan peroksida. Bilangan peroksida dari minyak goreng bekas awal adalah 25,8 mek O2/kg.
Setelah penambahan kalsium silikat mesopori bilangan peroksida menjadi 12,6 mek O2/kg mengalami penurunan sebesar 48,8 %.
Kata kunci: Bilangan Peroksida, Kalsium Silikat Mesopori, Minyak Goreng Bekas, Pati, Template
THE INFLUENCE OF CASSAVA STARCH AS A TEMPLATE ON CALCIUM SILICATE WHICHIS USED AS AN ADSORBENT OF
PEROXIDE VALUE CONTENT IN USED COOKING OIL
ABSTRACT
Pore size calcium silicate with the addition of cassava starch as a template has been synthesized. This research was conducted by added sodium silicate to starch and followed by the addition of CaCl2. Calcium silicate obtained calsined at 900ºC for 4 hours then characterized. Characterization using XRD shows the diffraction peaks of Wollastonite (CaSiO3) crystals, Wollastonite 2m (CaSiO3), Alite (Ca3SiO5) and larnite (Ca2SiO4). The FT-IR spectrum shows the presence of Si-O-Si, Si-O-Ca and Si-OH groups which indicate calcium silicate material. The results of nitrogen adsorption desorption of calcium silicate using cassava starch shows the surface area, pore volume and pore size, respectively: 12,096 m2/g, 0,164 cc/g, and 4,562 nm. Mesoporous calcium silicate obtained was used as an adsorbent to decreasing of peroxide value content in used cooking oil. Peroxide value are determined by the iodometric titration. From the calculation data shows decreasing of peroxide value content in used cooking oil.
Peroxide value content of early used cooking oil is 25,8 mek O2/kg. After addition of mesoporous calcium silicate peroxide value becomes 12,6 mek O2/kg decreased by 48,8 %.
Keywords: Peroxide Value, Calcium Silicate Mesopore, Used Cooking Oil, Starch, Template
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN ORISINALITAS i
PENGESAHAN SKRIPSI ii
ABSTRAK iii
ABSTRACT iv
PENGHARGAAN v
DAFTAR ISI vi
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR TABEL ix
DAFTAR LAMPIRAN x
BAB 1 PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Permasalahan 2
1.3 Tujuan Penelitian 3
1.4 Manfaat Penelitian 3
1.5 Metodologi Penelitian 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Silika 5
2.1.2 Sifat-Sifat Silika 5
2.1.2.1 Sifat Fisika Silika 5
2.1.2.2 Sifat Kimia Silika 6
2.2 Jenis dan Struktur Silika 6
2.2.1 Silika Kristalin 6
2.2.2 Silika Amorf 7
2.3 Kalsium Silikat 8
2.4 Pati Tapioka 10
2.5 Minyak Goreng 12
2.6 Adsorpsi 14
2.6.1 Jenis-Jenis Adsorpsi 14
2.6.1.1 Adsorpsi Fisika 14
2.6.1.2 Adsorpsi Kimia 15
2.6.2 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Daya Adsorpsi 15
2.6.2.1 Ukuran Adsorbat 15
2.6.2.2 Kepolaran Zat 15
2.6.2.3 Suhu 16
2.6.2.4 Tekanan Adsorbat 16
2.6.2.5 Karakteristik Adsorben 16
2.7 Adsorben 16
2.9 Karakterisasi Material 21
2.9.1 Spektroskopi Infra Merah (FT-IR) 21
2.9.2 Spektroskopi Difraksi Sinar-X (XRD) 22
2.9.3 Metode Adsorpsi Brunauer-Emmet-Teller (BET) 24
2.9.4 Metode Barret-Joyner-Halenda (BJH) 27
BAB 3 METODE PENELITIAN 28
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian 28
3.2 Alat dan Bahan 28
3.2.1 Alat 28
3.2.2 Bahan 29
3.3 Prosedur Percobaan 29
3.3.1 Pembuatan Pati Ubi Kayu 29
3.3.2 Pembuatan Kalsium Silikat Dengan Template Pati Ubi Kayu 29
3.3.3 Adsorpsi Bilangan Peroksida pada Minyak Goreng 30
3.4 Bagan Penelitian 31
3.4.1 Pembuatan Pati Ubi Kayu 31
3.4.2 Pembuatan Kalsium Silikat Dengan Template Pati Ubi Kayu 32
3.4.3 Adsorpsi Bilangan Peroksida pada Minyak Goreng 33
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 34
4.1 Isolasi Pati Ubi Kayu 34
4.2 Pembuatan Kalsium Silikat 34
4.3 Karakterisasi Pati Ubi Kayu 35
4.3.1 Spektrum FT-IR 35
4.4 Karakterisasi Kalsium Silikat 35
4.4.1 Spektrum FT-IR 35
4.4.2 Difraksi Sinar – X (XRD) 36
4.4.3 Analisa BET 38
4.5 Adsorpsi Bilangan Peroksida dengan Adsorben Kalsium Silikat 39
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 43
5.1 Kesimpulan 43
5.2 Saran 43
DAFTAR PUSTAKA 44
LAMPIRAN 51
DAFTAR TABEL
Nomor Tabel Judul Halaman
2.1 Syarat Mutu Minyak Goreng 12
2.2 Istilah yang digunakan dalam karakterisai padatan 17 4.1 Hasil Analisa adsorpsi desorpsi kalsium silikat dengan
penambahan template pati 39
4.2 Hasil Analisa Kadar Bilangan Peroksida 39
4.3 Hasil Analisa Kadar Bilangan Peroksida Setelah
Penambahan Adsorben Kalsium Silikat 41
DAFTAR GAMBAR
Nomor Gambar Judul Halaman
2.1 Perubahan polimorf dari silika 6
2.2 Struktur dari amilosa dan amilopektin 10
2.3 Perbedaan jenis pori 17
2.4 Skema Adsorbsi gas pada permukaan pori material dengan perbedaan ukura molekul gas 19 2.5 Klasifikasi Isotherm Adsorbsi menurut International
Union Of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) 20
4.1 Spektrum FT-IR Pati ubi kayu 35
4.2 Spektrum FT-IR Kalsium Silikat 36
4.3 Difraktogram XRD Kalsium Silikat 37
4.4 Grafik Adsorpsi Desorpsi Isotherm Nitrogen
Kalsium Silikat 38
DAFTAR LAMPIRAN
Nama Lampiran Judul Halaman
1 Spektrum FT-IR Pati Ubi Kayu 51
2 Spektrum FT-IR Kalsium Silikat 52
3 Difraktogram dan Daftar Peak XRD Kalsium Silikat 53
4 Analisa BET Kalsium Silikat 59
5 Daftar Gambar-gambar Penelitian 63
1.1 Latar Belakang
Kalsium silikat dikenal dengan rumus kimia CaSiO3 merupakan bahan yang memiliki titik lebur sebesar 1540°C, densitas sebesar 2,91 g/cm3, serta kekerasan sebesar 4-7 Mohs. Berdasarkan perhitungan massa kalsium silikat (CaSiO3) memiliki komposisi teoritis yaitu CaO 48,28% dan SiO2 51,72% (Yazdani et al, 2010).
Kalsium silikat memiliki luas permukaan, volume pori, dan ukuran pori. Ukuran pori dari kalsium silikat dapat dimodifikasi dengan menambahkan template yang mengandung karbon. Material karbon cocok sebagai bahan template dalam pembentukan ukuran pori (Jacobsen, 2000).
Suatu senyawa dapat dimodifikasi pori maupun ukuran partikelnya dengan cara menggabungkan komponen anorganik dengan komponen organik yang dapat berupa supramolekul atau biomakromolekul yang digunakan sebagai template (Larsen et al, 2000). Penggunaan senyawa organik sebagai template berfungsi untuk membentuk mesopori dan juga dapat digunakan untuk modifikasi morfologi dari material tersebut (Riski, 2017).
Template dipakai sebagai cetakan (pembantu dan pengarah) dalam pembentukan pori dimana partikel koloidal primer akan mengisi celah-celah di antara susunan template, sehingga ketika template dikeluarkan dari partikel silika, akan terbentuk partikel yang berongga (Wang, 2011). Penghilangan template ini dapat dengan mudah dihilangkan dengan cara kalsinasi atau pemanasan pada suhu tinggi (Andriayani, 2012).
Salah satu jenis material yang dapat digunakan sebagai template adalah polisakarida. Ramimogadham et al. (2013) berhasil mensintesis nanopartikel ZnO menggunakan template beras dan mampu menggeser distribusi ukuran partikel menjadi lebih kecil.
Polisakarida lain yang juga berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai template adalah pati. Erlinda (2015) telah melakukan sintesis nanosilika dari abu ketel industri gula dengan menggunakan pati. Dengan metode kalsinasi dapat menghilangkan
template pati. Dari hasil penelitian diperoleh ukuran kristal silika pada penambahan template lebih homogen dibandingkan tanpa penambahan template dengan ukuran kristal terkecil diperoleh dari nanosilika yang paling banyak tersalut dengan pati.
Penggunaan pati sebagai template dimana pati merupakan material karbon yang dapat digunakan dalam pembentukan pori (Jacobsen, 2000), tidak beracun, dan bahan baku terbarukan (Visinescu et al., 2010).
Aritonang (2017) telah melakukan sintesis kalsium silikat dari silika abu vulkanik dengan penambahan template polietilen glikol. Kalsium silikat yang diperoleh dari hasil reaksi antara CaCl2 dengan silika dari abu vulkanik, kemudian dicampurkan dengan polietilen glikol dan campuran keduanya dikalsinasi pada suhu 900°C selama 4 jam.
Dari penelitian yang dilakukan didapatkan hasil bahwa pori kalsium silikat yang terbentuk semakin kecil yaitu dari 10,1 nm menjadi 8,8 nm.
Masmur (2017) telah melakukan sintesis kalsium silikat dengan metode basah.
Dari penelitian yang dilakukan diperoleh hasil kalsium silikat dengan ukuran pori, volume pori dan luas permukaan adalah 2,089 nm, 10,47 × 10 −4 cm3/g dan 2,01 m2/g.
Penggunaan kalsium silikat sebagai adsorben telah banyak dilaporkan. Diantaranya Putri (2015) menggunakannya sebagai adsorben untuk mengadsorbsi karotenoida dari Crude Plam Oil (CPO) mutu rendah. Zeng, (2014) juga menggunakannya sebagai adsorben untuk menghilangkan aflatoksin B1. Atikah (2017) telah melakukan analisa penurunan bilangan peroksida pada minyak goreng bekas dengan menggunakan adsorben Ca – Bentonit. Dari hasil penelitian diperoleh adsorben Ca–Bentonit dapat menurunkan bilangan peroksida pada minyak goreng bekas sebesar 46,11%.
Kalsium silikat dapat digunakan sebagai adsorben karena sifatnya yang polar dan selektif karena terdapat gugus silanol (Si-OH) pada permukaannya (Cieselczyk et al, 2007). Namun senyawa ini tidak larut dalam etanol dan air tetapi membentuk gel dengan asam mineral (Merck Index,2006). Kalsium silikat umumnya juga dapat digunakan sebagai adsorben karena memiliki area permukaan yang spesifik dan strukturnya yang besar sehingga kalsium silikat memiliki kemampuan adsorpsi yang tinggi.
Dari uraian diatas peneliti tertarik melakukan penelitian mengenai pengaruh penambahan pati terhadap ukuran pori kalsium silikat sehingga semakin efektif dalam menurunkan bilangan peroksida pada minyak goreng bekas. Dalam penelitian ini template pati ditambahkan secara perlahan pada larutan natrium silikat. Kemudian campuran yang diperoleh ditambahkan dengan larutan CaCl2. Kalsium silikat yang dihasilkan kemudian diaging di dalam oven pada suhu 90ºC selama 24 jam lalu dikalsinasi pada suhu 900ºC untuk menghilangkan pati.
1.2. Permasalahan
1
.
Bagaimana pengaruh penambahan template pati terhadap ukuran pori volume pori, dan luas permukaan dari kalsium silikat2. Apakah kalsium silikat dengan template pati dapat menurunkan kadar bilangan peroksida pada minyak goreng bekas.
1.3. Tujuan Penelitian
1. Untuk mengetahui pengaruh penamabahan template pati terhadap ukuran pori, volume pori, dan luas permukaan kalsium silikat.
2. Untuk mengetahui kemampuan kalsium silikat dengan template pati dalam menurunkan kadar bilangan peroksida pada minyak goreng bekas.
1.4. Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai modifikasi karakteristik dari kalsium silikat dengan penambahan pati sebagai template serta penggunaannya sebagai adsorben dalam menurunkan bilangan peroksida dari minyak goreng bekas.
1.5. Metodologi Penelitian
Ubi kayu dikupas kulitnya lalu dicuci hingga bersih dan dipotong kecil – kecil kemudian dihaluskan dengan blender lalu disaring. Kemudian filtrat didiamkan sehingga terbentuk endapan. Selanjutnya endapan dicuci hingga lapisan atas jernih. Endapan dioven pada suhu 45ºC selama 24 jam kemudian dihaluskan. Kemudian ditambahkan larutan pati ubi kayu kedalam larutan natrium silikat. Dimasukkan CaCl2 ke dalam
aquadest, lalu dipanaskan pada suhu 110°C sambil diaduk menggunakan hotplate stirrer selama 1,5 jam. Kemudian dicampurkan campuran larutan natrium silikat –pati ubi kayu dengan larutan CaCl2. Lalu diaduk selama 4 jam pada suhu 110°C hingga diperoleh padatan putih dan diaging pada suhu 90°C selama 24 jam. Kemudian dikalsinasi pada suhu 900ºC selama 4 jam. Endapan dicuci dengan aquadest hingga tidak terbentuk endapan putih NaCl dari filtratnya lalu dikeringkan di dalam oven pada suhu 110°C.
Hasilnya dikarakterisasi dengan FT-IR, XRD, dan BET. Selanjutnya peroksida dari minyak goreng bekas diadsorpsi dengan adsorben CaSiO3 dan kadar bilangan peroksida sebelum dan sesudah adsorpsi akan ditentukan dengan metode titrasi.
2.1. Silika (SiO2)
Silika (Silikon Dioxide) merupakan senyawa kimia yang memiliki rumus molekul SiO2 yang dapat diperoleh dari mineral silika dan kristal silika. Mineral silika merupakan senyawa yang banyak mengandung SiO2 yang ditemukan didalam bahan tambang dan bahan galian yang berupa mineral seperti pasir kuarsa, granit,dan fledsfar (Kalapathy et al, 2000).
Silika adalah senyawa kimia yang terbentuk dari atom silikon dan oksigen.
Silikon dan oksigen adalah unsur yang paling melimpah di bumi sehingga bentuk silika sangat umum ditemukan di alam. Silika yang terakumulasi di dalam makhluk hidup, baik hewan atau tumbuhan memiliki bentuk amorf, berbeda dengan silika dari batuan dan debu yang memiliki struktur silika kristalin (Jones, 2000).
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 merupakan senyawa logam oksida yang banyak terdapat di alam, namun keberadaannya di alam tidak dalam kondisi bebas, melainkan terikat dengan senyawa lain baik secara fisik maupun secara kimia (Adam et al., 2006). Di alam silika terdapat dalam pasir, kaca, kuarsa, dan lain-lain. Beberapa bahan komersil yang dapat digunakan sebagai sumber SiO2 yaitu TEOS dan Na2SiO3.
2.1.2. Sifat – Sifat Silika 2.1.2.1. Sifat Fisika Silika
Silika dalam bentuk amorf memiliki densitas sebesar 2,21 gr/cm3 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%. Nilai kekerasan material ini pada pembebanan tegak lurus dengan menggunakan indentor intan (metode vickers atau
knoop) sebesar 710 kg/mm2 sedangkan pada arah pembebanan dengan sudut elevasi diketahui nilai kekerasannya mencapai 790 kg/mm2 (Mantell, 1958).
2.1.2.2. 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
Silika dapat bereaksi dengan basa, terutama dengan basa kuat, seperti dengan hidroksida alkali.
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) + NaCl(aq)
H2SiO3(s) SiO2.H2O(s) (Bakri, R. 2008) 2.2. Jenis dan Struktur Silika
2.2.1 Silika Kristalin
Silika kristalin memiliki banyak bentuk, bergantung dari orientasi dan posisi dari tetrahedron yang dibentuk meskipun memiliki struktur yang sama. Tiga bentuk umum silika kristalin adalah kuarsa, tridimit dan kristobalit. Pada tekanan atmosferik, silika kuarsa terbentuk pada temperatur 870ºC, tridimit terbentuk pada temperature 870
– 1470ºC, sementara kristobalit terbentuk pada 1470ºC . Struktur dari silika tergantung pada temperatur dan tekanan terbentuknya atau pada kasus khusus kecepatan pendinginan sehingga padatan silika akan membentuk struktur yang berbeda (Jones, 2000).
Gambar 2.1 Perubahan polimorf dari silika (Barsoum, 1997)
2.2.2 Silika Amorf
Silika amorf memiliki susunan atom dan molekul berbentuk pola acak dan tidak beraturan. Akibat dari pola acak dan tidak beraturan tersebut, silika amorf memiliki struktur spherical yang rumit. Struktur rumit tersebut menyebabkan luas area permukaan yang tinggi, biasanya 3 m2/g. Silika amorf dalam berbagai kondisi dianggap lebih reaktif dibanding silika kristalin. Tingkat kereaktifan dari silika amorf disebabkan karena adanya gugus hidroksil (silanol) yang didapat setelah pemanasan mencapai temperatur 400°C. Gugus silanol (-SiOH) ini dapat ditemukan diatas permukaan dari sampel silika yang menyebabkan terbentuknya daerah yang reaktif (Kirk-Othmer, 1984).
Silika amorf sangat berperan penting pada berbagai bidang seperti pembuatan adsorben dan untuk sintesis ultrafiltrasi membran, katalis, support material, dan bidang permukaan yang aplikasinya berhubungan dengan porositas (Roque-Malherbe, 2007).
2.3. Kalsium Silikat
Kalsium silikat atau yang dikenal dengan wollastonite terdiri dari kalsium oksida (CaO) dan silicon dioksida (SiO2) dengan rumus kimia CaSiO3 (Borodina and Kozik, 2005). Kalsium silikat (CaSiO3) atau wollastonite merupakan salah satu kelompok senyawa yang diperoleh dari reaksi kalsium karbonat (CaCO3) dan silika (SiO2) (Jacob, 1976; Nizami, 2003; Borodina and Kozik, 2005) dengan komposisi 48,3% kalsium karbonat (CaCO3) dan 51,7% silika (SiO2) (Yazdani et al, 2010).
Kandungan kalsium silikat terdiri atas kalsium (Ca), silikon (Si), dan oksigen (O2) (Nizami, 2003).
Kalsium silikat dapat disintesis dengan menggunakan bahan-bahan alami maupun bahan-bahan komersil. Adapun bahan-bahan alami yang sering digunakan sebagai sumber silika (SiO2) adalah abu vulkanik, abu layang batu bara, pasir kuarsa, abu sekam padi dan abu tongkol jagung. Sekam padi mengandung silika sebesar 94,4 % (Foletto et al, 2006), pasir kuarsa sekitar 55,3% - 99,87% (Fairus, dkk, 2009), abu layang batu bara mengandung silika dan alumina sekitar 80%, abu vulkanik sekitar 54,56% (Sudaryo dan Sutjipto, 2009) dan abu tongkol jagung mengandung silika lebih dari 60% dengan sejumlah kecil unsur-unsur logam. Dan bahan alami yang digunakan sebagai sumber kalsium oksida (CaO) diperoleh dari hasil pemanasan kalsium karbonat (CaCO3) yang terkandung dalam cangkang kerang darah (Anadara granosa) (Islam, et al, 2011; Anggraini, 2016; Mohamed et al, 2012).
Kalsium silikat (CaSiO3) atau wollastonite dihasilkan dari mineral-mineral alami maupun secara buatan. Adapun reaksi sintesis kalsium silikat dapat dilihat sebagai berikut :
CaCO3(s) + SiO2(s) CaSiO3(s) + CO2(g) (Singh,S.P, 2011)
Kalsium silikat (CaSiO3) memiliki karakteristik yaitu sifat mekanik seperti susut massa yang kecil yaitu 1,1% modulus young sebesar 117 GPa, kuat tekan sebesar 1080 MPa dan kekuatan lentur sebesar 215 MPa (Kokubo, 1991), serta memiliki sifat fisik seperti ukuran partikel rata-rata 29-50 nm (Chakradhar et al, 2006), memiliki nilai
densitas pada rentang 1,98 gr/cm3 (Shukur et al, 2014) hingga 3,1 gr/cm3 (Noor et al, 2015) dan titik leleh pada suhu 1544ºC (Essene, 1974).
Kalsium silikat memiliki banyak kegunaan karena mempunyai beberapa sifat unik, yaitu konduktifitas yang rendah, susut massa kecil dan kekerasan yang tinggi. Sifat ini sangat penting untuk digunakan dalam berbagai bidang, seperti dalam produk keramik suhu tinggi, pengecoran, lapisan metal, dan industri mobil (Borodina and Kozik, 2005). Pada kondisi hidrotermal akan diperoleh jenis kalsium silikat yang berbeda, yakni kalsium silikat hidrat amorf (ACSH), kalsium silikat hidrat kristalin (CCSH), dan kalsium silikat hidrat gel (CSH gel) (Wang, 2005).
Tipe CSH umumnya dapat digunakan sebagai adsorben sebab kalsium silikat hidrat (CSH) memiliki area permukaan yang spesifik dan strukturnya yang besar.
Kalsium silikat hidrat (CSH) juga memiliki kemampuan adsorpsi yang tinggi. Kalsium silikat hidrat (CSH) digunakan sebagai adsorben untuk menghilangkan warna dari limbah . CCSH telah digunakan sebagai adsorben untuk menghilangkan aflatoksin B1 (Zeng, 2014).
2.4. Template
Template dipakai sebagai cetakan (pembantu dan pengarah) dalam pembentukan pori dimana partikel koloidal primer akan mengisi celah-celah di antara susunan template, sehingga ketika template dikeluarkan dari partikel silika, akan terbentuk partikel yang berongga (Wang, 2011). Beberapa contoh senyawa yang dapat digunakan sebagai templating agent antara lain surfaktan, garam-garam kompleks, dan senyawa polimer seperti polistirena (Sukalyan, 2006).
Penambahan senyawa organik sebagai template berguna untuk modifikasi morfologi dan membentuk mesopori dari suatu material (Riski, 2017). Senyawa organik ini sangat berperan penting dalam pembentukan pori maupun ukuran partikel dari suatu senyawa. Hal ini diakrenakan adanya perbedaan ukuran, jenis, bentuk, gugus fungsi, dan muatan molekul surfaktan yang menghasilkan misel-misel yang berbeda akibat adanya perbedaan interaksi yang terjadi antara komponen anorganik dengan komponen organic (Simamora,S, 2017).
2.5. Pati Tapioka
Singkong (Manihot utilissima) disebut juga ubi kayu atau ketela pohon merupakan salah satu komoditas tanaman pangan yang termasuk penting setelah komoditas padi dan jagung sebagai bahan pangan karbohidrat, bahan baku industri makanan, kimia dan pakan ternak. Jumlah produksi ubi kayu Indonesia mencapai 24,04 juta ton pada tahun 2011, dan produksi untuk Sulawesi Selatan mencapai 370 ribu ton pada tahun 2011 (BPS, 2012). Di negara – negara maju, ubi kayu dijadikan sebagai bahan baku industri seperti tepung tapioka, pembuatan alcohol, etanol, gasohol, tepung gaplek, lem, cat tekstil serta kimia. Selain diproses menjadi bahan baku industry, ubi kayu dapat diolah menjadi berbagai macam makanan olahan local untuk konsumsi keluarga (Rukmana, 1997). Analisa terhadap kandungan ubi kayu yang khas mengindikasikan kadar air 70%, pati 24%, serat 2%, protein 1% dan komponen lainnya (lemak, mineral dan gula) 3% (Whisler, 1984).
Pati memiliki rumus umum (C6H10O5)n dengan n lebih dari 1000 (Egan, 1981).
Sifat pada pati tergantung pada panjang rantai karbonnya, serta lurus atau bercabang rantai molekulnya (Hee-Young An, 2005).Dalam keadaan murni granula pati berwarna putih, mengkilat, tidak berbau dan tidaka berasa. Secara mikroskopik terlihat bahwa granula pati dibentukoleh molekul – molekul yang membentuk lapisan tipis yang tersusun terpusat. Granula pati bervariasi dalam bentuk dan ukuran, ada yang berbentuk bulat, oval atau bentuk tak beraturan demikian juga dengan ukurannya, mulai kurang dari 1 mikron samapi 150 mikron, hal ini tergantung dari sumber patinya. Pati merupakan homopolimer glukosa dengan ikatan α-glikosidik yang terdiri dari fraksi yaitu amilosa dan amilopektin (Winarno, 2004).
O O HOH2C
HO
OH O
O HOH2C
HO
OH O
O HOH2C
HO
OH O
O HOH2C
HO
OH O
O O HOH2C
HO
OH O
O HOH2C
HO
OH O
O H2C
HO
OH O
O HOH2C
HO
OH O O
HOH2C
HO
OH O
O HOH2C
HO
OH O O
HOH2C
HO
OH O
Amilosa
Amilopektin
ikatan
ikatan
Gambar 2.2 Struktur dari amilosa dan amilopektin (Whisler, 1984)
Polisakarida merupakan salah satu jenis bahan yang dapat digunakan sebagai template. Pati merupakan polisakarida yang berpotensi untuk digunakan sebagai template (Erlinda,2015). Penggunaan pati sebagai template karena pati merupakan bahan organik dan material karbon yang cocok dalam pembentukan pori (Jacobsen, 2000).
Selain itu pati juga dapat membentuk morfologi yang homogen, ramah lingkungan, sangat melimpah, murah, tidak beracun serta merupakan bahan baku terbarukan, sehingga menjadikannya sebagai salah satu bahan yang berharga pada bidang kimia (Visinescu et al, 2010 ).
Proses penghilangan template merupakan hal yang sangat penting dalam pembentukan silika mesopori. Sampai saaat ini kalsinasi masih menjadi metode yang paling diminati dalam proses penghilangan template. Hal ini karena metodenya yang sederhana dan biayanya yang rendah (Setyawan, 2015).
2.6. Minyak Goreng
Minyak goreng merupakan salah satu kebutuhan pokok manusia sebagai alat pengolahan bahan – bahan makanan. Minyak goreng berfungsi sebagai media penggoreng sangat penting dan kebutuhannya semakin meningkat. Minyak goreng nabati biasa diproduksi dari kelapa sawit, kelapa atau jagung. Pada umumnya minyak yang sudah digunakan untuk menggoreng tidak dibuang, namun digunakan berulang
kali. Demikian pula yang terjadi pada industri pangan yang menggunakan minyak goreng dalam jumlah besar. Minyak dipakai berulang-ulang untuk menekan biaya produksi. Penggunaan kembali minyak goreng bekas secara berulang - ulang akan mengakibatkan terjadinya kerusakan pada minyak yang digunakan, dimana minyak menjadi berwarna kecoklatan, lebih kental, berbusa, berasap serta dihasilkan rasa dan bau yang tidak disukai pada bahan pangan yang digoreng (Atikah, 2017).
Penggunaan minyak goreng secara berulang dengan suhu panas yang tinggi akan mengalami perubahan sifat fisikokimia (kerusakan minyak) seperti warna, bau, meningkatnya bilangan peroksida dan asam lemak bebas (FFA), serta banyaknya kandungan logam (Ketaren, 2005). Kerusakan minyak akan mempengaruhi mutu dan nilai gizi bahan pangan yang digoreng. Minyak yang rusak akibat proses oksidasi dan polimerisasi akan menghasilkan bahan dengan rupa yang kurang menarik dan cita rasa yang tidak enak, serta kerusakan sebagian vitamin dan asam lemak esensial yang terdapat dalam minyak. Oksidasi minyak akan menghasilkan senyawa aldehida, keton, hidrokarbon, alkohol, lakton serta senyawa aromatis yang mempunyai bau tengik dan rasa getir. Pembentukan senyawa polimer selama proses menggoreng terjadi karena reaksi polimerisasi adisi dari asam lemak tidak jenuh (Ketaren, 1986).
Tabel.2.1 Syarat Mutu Minyak Goreng
No Kriteria Uji Satuan Persyaratan
1. Keadaan
1.1 Bau - normal
1.2 Warna - normal
2. Kadar air dan bahan penguap % b/b maks. 0.15
3. Bilangan asam mg KOH/g maks. 0.6
4. Bilangan peroksida mek O2/kg maks. 10
5. Minyak pelican negatif
6. Asam linolenat (C18:3) dalam komposisi asam lemak minyak
% Maks.2
7. Cemaran logam
7.1 Kadmium (Cd) mg/kg maks. 0.2
7.2 Timbal (Pb) mg/kg maks. 0.1
7.3 Timah (Sn) mg/kg maks. 40.0/250.0
7.4 Merkuri (Hg) mg/kg maks. 0.05
8. Cemaran Arsen (As) mg/kg maks. 0.1
(Sumber: SNI 3741 – 2013 Standar Mutu Minyak Goreng)
Konsumsi minyak yang rusak akan menyebabkan berbagai penyakit seperti pengendapan lemak dalam pembuluh darah (Artherosclerosis) dan penurunan nilai cerna lemak (Luciana,2005). Berdasarkan penelitian sebelumnya disebutkan bahwa adanya kemungkinan terdapat senyawa carcinogenic dalam minyak yang dipanaskan, dibuktikan dari bahan pangan berlemak teroksidasi yang dapat mengakibatkan pertumbuhan kanker hati. Selain itu selama proses penggorengan juga akan terbentuk senyawa Acrolein yang bersifat racun dan menimbulkan rasa gatal pada tenggorokan (Luciana, 2005).
Sehubungan dengan banyaknya minyak goreng bekas dari sisa industri maupun rumah tangga dalam jumlah tinggi dan menyadari adanya bahaya konsumsi minyak goreng bekas, maka perlu dilakukan upaya – upaya untuk memanfaatkan minyak goreng bekas tersebut agar tidak mencemari lingkungan. Pemanfaatan minyak goreng bekas ini dapat dilakukan pemurnian agar dapat digunakan kembali baik sebagai media penggorengan atau sebagai bahan baku produk berbasis minyak (Susinggih,dkk, 2005).
2.7. Adsorpsi
Adsorpsi merupakan suatu proses penyerapan oleh padatan tertentu terhadap zat tertentu yang terjadi pada permukaan padatan karena adanya gaya tarik atom atau molekul pada permukaan zat padat tanpa meresap kedalam (Atkins, 1999). Proses adsorpsi dapat terjadi karena adanya gaya tarik atom atau molekul pada permukaan
padatan yang tidak seimbang. Adanya gaya ini, padatan cenderung menarik molekul- molekul lain yang bersentuhan dengan permukaan padatan, baik fasa gas atau fasa larutan kedalam permukaannya. Akibatnya konsentrasi molekul pada permukaan menjadi lebih besar dari pada dalam fasa gas zat terlarut dalam larutan. Pada adsorpsi interaksi antara adsorben dengan adsorbat hanya terjadi pada permukaan adsorben (Tandy, 2012).
2.7.1 Jenis – Jenis Adsorpsi
Berdasarkan interaksi molecular antara permukaan adsorben dengan adsorbat, adsorpsi dapat dibedakan menjadi 2 yaitu :
2.7.1.1 Adsorpsi Fisika
Adsorpsi fisika terjadi karena adanya gaya Van der Waals. Pada adsorpsi fisika, gaya tarik menarik antara molekul fluida dengan molekul pada permukaan padatan (Intermolekuler) lebih kecil dari pada gaya tarik menarik antar molekul fluida tersebut, sehingga gaya tarik menarik antara adsorbat dengan permukaan adsorben relatif lemah pada adsorpsi fisika, dimana adsorbat tidak terikat kuat dengan permukaan adsorben sehingga adsorbat dapat bergerak dari suatu bagian permukaan ke permukaan lainnya dan pada permukaan yang ditinggalkan oleh adsorbat tersebut dapat digantikan oleh adsorbat lainnya. Adsorpsi fisika memiliki kegunaan dalam hal penentuan luas permukaan dan ukuran pori (Shofa, 2012).
2.7.1.2 Adsorpsi Kimia
Adsorpsi kimia terjadi karena adanya reaksi kimia antara molekul - molekul adsorbat dengan permukaan adsorben dan berlangsung lambat, bersifat ireversibel dan hanya membentuk satu lapisan (monolayer) (Madan dan Tuli 2007). Pada adsorpsi kimia, ikatan kimia yang terbentuk dapat berupa ikatan kovalen/ion.Ikatan yang terbentuk kuat sehingga spesi asli tidak dapat ditentukan. Karena kuatnya ikatan yang terbentuk maka adsorbat tidak mudah terdesorpsi. Adsorpsi kimia diawali dengan adsorpsi fisik dimana adsorbat mendekat ke permukaan adsorben melalui gaya Van der Waals / ikatan hidrogen kemudian melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan
2.7.2 Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Daya Adsorpsi 2.7.2.1 Ukuran Adsorbat
Ukuran adsorbat yang sesuai merupakan hal yang berpengaruh pada proses adsorpsi. Dimana adsorpsi dapat terjadi jika molekul – molekul yang diadsorpsi adalah molekul – molekul yang diameternya sesuai atau lebih kecil dari diameter pori adsorben.
2.7.2.2 Kepolaran Zat
Proses adsorpsi akan lebih kuat terjadi pada molekul yang lebih polar dibandingkan dengan molekul yang kurang polar pada kondisi ukuran diameter yang sama. Hal ini dikarenakan molekul – molekul yang lebih polar dapat menggantikan molekul – molekul yang kurang polar yang telah teradsorpsi lebih dahulu.
2.7.2.3 Suhu
Pada saat molekul – molekul gas atau adsorbat menempel pada permukaan adsorben maka akan terjadi pembebasan sejumlah energi yang disebut dengan peristiwa eksoterm. Dengan berkurangnya suhu maka akan meningkatkan jumlah adsorbat yang teradsorpsi.
2.7.2.4 Tekanan Adsorbat
Pada adsorpsi fisika jika tekanan adsorbat dinaikkan maka jumlah molekul adsorbat akan bertambah, tetapi pada adsorpsi kimia jumlah molekul adsorbat akan berkuang dengan meningkatnya tekanan adsorbat.
2.7.2.5 Karakteristik Adsorben
Ukuran partikel dan luas permukaan adsorben merupakan karakteristik penting adsorben. Ukuran partikel berhubungan dengan luas permukaan, semakin kecil ukuran partikel adsorben maka luas permukaan semakin tinggi. Sehingga jumlah molekul yang teradsorpsi akan bertambah. Selain itu kemurnian adsorben juga merupakan karakterisasi yang utama dimana pada fungsinya adsorben yang lebih murni yang lebih diinginkan karena kemampuan adsorpsi yang baik (Lestari, 2009).
2.8. Adsorben
Adsorben merupakan suatu zat atau material yang memiliki kemampuan untuk mengikat dan mempertahankan suatu molekul baik cairan ataupun gas didalamnya.
Terdapat dua jenis adsorben yaitu polar dan non polar. Adsorben polar disebut juga
dengan hydrophilic, dimana adsorben ini dapat mengikat molekul polar seperti air.
Adapun jenis adsorben ini adalah silica gel, porous alumina, dan zeolites. Sedangkan adsorben non polar disebut juga dengan hydrophobic, dimana adsorben ini lebih dapat mengikat molekul non polar seperti oli dan gas dibandingkan dengan air. Adapun yang termasuk jenis adsorben ini adalah karbon aktif dan adsorben polimer.
Beberapa karakteristik adsorben yang dibutuhkan untuk adsorpsi : a. Luas permukaan besar sehingga kapasitas adsorpsinya tinggi b. Memiliki daya tahan yang baik
c. Memiliki aktifitas terhadap komponen yang diadsorpsi
d. Tidak ada perubahan volume yang berarti selama peristiwa adsorpsi dan desorpsi Sebuah padatan adsorben harus berpori dan ukurannya bervariasi. IUPAC telah mengklasifikasikan rentang ukuran pori yang dimiliki oleh adsorben sebagai berikut:
a. Mikropori, apabila diameter pori lebih kecil dari 50 nm b. Mesopori, apabila diameter pori antara 2 – 50 nm
c. Makropori, apabila diameter pori lebih besar dari 50 nm (Fatimah,2014).
2.9. Luas permukaan dan Luas porositas
Luas permukaan dan porositas merupakan karakteristik yang sangat penting pada berbagai material. Penentuan dari isotherm adsorbs pada desorbsi merupakan variabel yang sangat penting untuk menentukan stuktur pori dan metode BET digunakan untuk menentukan total luas permukaan (Brown, 2003). Suatu padatan dapat dikatakan sebagai berpori apabila memiliki pori-pori berupa lubang, terusan (chanel) atau celah yang lebih dalam dari luasnya. Pori-pori memiliki tipe yang berbeda dan diklasifikasikan berdasarkan aliran zat yang masuk melalui pori seperti Gambar 2.3 berikut:
Gambar 2.3. Perbedaan jenis pori (Schubert and Husing, 2006
Tipe pori umumnya diklasifikasikan menjadi dua tipe yaitu:
1. Pori yang terisolasi dari pori yang lain disebut closed-pores (a)
2. Pori yang terbuka ke permukaan luar dari padatan, yang di pengaruhi sifat makroskopik padatan dan tidak aktif dalam reaksi kimia disebut open-pores yang terdiri dari: bentuk botol tinta (ink-bottle) (b), bentuk silinder terbuka (c), bentuk (funnel atau slishaped) (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 2.2 berikut ini:
Tabel 2.2 Istilah yang digunakan dalam karakterisai padatan
Istilah Keterangan
Densitas True density
Apparent density
Bulk density
Densitas dari material termasuk pori dan kekosongan interpartikel
(densitas dari jaringan padatan) Densitas dari material tertutup dan pori yang tidak dapat dilalui
Densitas material termasuk pori dan kekosongan interpatikel (massa
pertotal 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
Suatu padatan dikatakan memiliki pori-pori berupa lubang,terusan,atau celah yang lebih dalam dari luasnya . Luas pori atau diameter pori didefinisikan seabagi diameter untuk pori silinder dan jarak antara dinding pori yang berlawanan dalam pori bentuk celah. Luas pori diklasifikasikan oleh International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) terbagi 3 (Gates, 1992):
1. Mikropori, diameter lebih kecil dari 2 nm (d < 2 nm)
2. Mesopori , diameter diantara 2 sampai 50 nm (2 nm < d > 50 nm) 3. Makropori, diameter lebih besar dari 50 nm (d > 50 nm)
Untuk menjelaskan pori padatan secara kualitatif dan kuantitatif diperlukan informasi tentang porositas, densitas, luas permukaan spesifik atau ukuran pori dan distribusi ukuran pori pada padatan berpori. Nilai hasil pengukurannya sangat ditentukan oleh metode yang digunakan, biasanya metode hanya dapat mendeteksi pori yang terbuka. Metode yang digunakan berupa adsorpsi molekul ke dalam celah. Hasil yang diperoleh tergantung pada ukuran molekul yang dilewatkan pada permukaan pori.
Misalnya untuk nilai luas permukaan akan lebih kecil jika digunakan molekul yang besar, sebaliknya nilai luas permukaan akan semakin besar jika digunakan molekul yang lebih kecil. Berikut ini skema adsorbsi gas pada permukaan menggunakan ukuran molekul yang berbeda (Schubert and Husing,2006).
Gambar 2.4.Skema Adsorbsi gas pada permukaan pori material dengan perbedaan ukura molekul gas (Schubert and Husing, 2006)
Menurut International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), terdapat enam klasifikasi isotherm adsorbsi seperti yang diperlihatkan gambar 2.5.
Gambar 2.5. Klasifikasi Isotherm Adsorbsi menurut International Union Of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)
• Tipe I : merupakan karakteristik material mikropori (d < 2 nm).
• Tipe II dan Tipe III : merupakan karakteristik material yang tidak berpori dan makropori (d > 50 nm) dengan interaksi antara adsorbat dan adsorben yang kuat.
• Tipe IV dan Tipe V : merupakan karakteristik material mesopori (2 nm < d > 50 nm)
dimana terdapat pembentukan multilayer dari kurva adsorbsi dan desorbsi.
• Tipe VI : merupakan karakteristik padatan dua dimensi yang sangat homogen seperti grafit (Kanellopoulos, N. 2011).
Parameter yang dapat mengkarakterisasi pori adalah luas permukaan spesifik (S) dengan satuan [m2/g], volume mikropori (WMP) dengan satuan [cm3/g], Volume pori (W) merupakan jumlah volume mikropori dan mesopori adsorben dalam [cm3/g]
dan Pores Size Distribution (PSD) yang merupakan suatu grafik dari ΔVp/ΔDp versus Dp, dimana Vp adalah akumulasi pori hingga luas pori Dp diukur [cc-STP/GA]. Unit cc- STP menunjukkan jumlah pengukuran adsorbat dalam centimeter kubik pada STP yakni pada temperatur standar dan tekanan standar masing-masing 273,15 K dan tekanan 76 Torr (1.011325 x 105 Pa) (Schubert and Husing, 2006).
2.10. Karakterisasi Material
2.10.1. Spektroskopi Infra Merah (FT-IR)
Spektroskopi inframerah telah digunakan untuk analisis bahan di laboratorium selama lebih dari tujuh puluh tahun. Spektrum inframerah merupakan sidik jari dari sampel dengan puncak serapan yang sesuai dengan frekuensi getaran antara ikatan atom yang membentuk materi. Karena setiap perbedaan material adalah kombinasi unik dari atom, sehingga tidak ada dua senyawa menghasilkan spektrum inframerah yang sama.
Oleh karena itu, spektroskopi inframerah dapat menghasilkan identifikasi positif (analisis kualitatif) dari setiap jenis materi yang berbeda. Selain itu, ukuran puncak dalam spektrum merupakan indikasi langsung dari jumlah material (Setyawan dkk.
Teknik spektroskopi IR digunakan untuk mengetahui gugus fungsional, mengidentifikasi senyawa, menentukan struktur molekul, mengetahui kemurnian dan mempelajari reaksi yang sedang berjalan. Senyawa yang dianalisa berupa senyawa organik maupun anorganik. Hampir semua senyawa dapat menyerap radiasi inframerah ( Mudzakir, 2008 ). Metode spektroskopi IR banyak digunakan karena :
• Cepat dan relatif murah
• Dapat digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsional dalam molekul
• Spektrum inframerah yang dihasilkan oleh suatu senyawa adalah khas dan oleh karena itu dapat menyajikan sebuah finger print (sidik jari) untuk senyawa tersebut (Setyawan dkk. 2013).
Adapaun prinsip dasar spektroskopi inframerah yaitu interaksi antara vibrasi atom-atom yang berikatan/gugus fungsi dalam molekul yang dengan mengadsorpsi radiasi gelombang elektromagnetik inframerah. Absorpsi terhadap radiasi inframerah dapat menyebabkan eksitasi energi vibrasi molekul ketingkat energi vibrasi yang lebih tinggi. Untuk dapat mengabsorpsi, molekul harus mempunyai perubahan momendipol sebagai akibat dari vibrasi. Daerah radiasi spektroskopi inframerah berkisar pada bilangan gelombang 12800-10 cm-1. Umumnya daerah radiasi inframerah terbagi dalam daerah inframerah dekat (12800-4000 cm-1), daerah inframerah tengah (4000-200 cm-1), daerah inframerah jauh (200-10 cm-1). Daerah yang paling banyak digunakan untuk berbagai keperluan adalah 4000-690 cm-1, daerah ini biasa disebut sebagai daerah inframerah tengah (Khopkar, 2008).
2.10.2. Spektroskopi Difraksi Sinar – X (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). Dimana teknik ini sering digunakan untuk menentukan struktur dan pengenalan bahan-bahan baik keramik, gelas maupun komposit. 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).
Difraksi sinar-x terjadi pada hamburan elastis foton-foton sinar-x oleh atom dalam sebuah kisi periodik. Hamburan monokromatis sinar x dalam fasa tersebut memberikan interferensi yang konstruktif. Dasar penggunaan difraksi sinar-x untuk mempelajari kisi Kristal adalah berdasarkan persamaan Bragg (Cullity, 1978):
n.λ = 2.d.sin θ ; n =1,2,…
λ : panjang gelombang sinar-x yang digunakan d : jarak antara dua bidang kisi
θ : sudut antara sinar datang dengan bidang normal n : bilangan bulat yang disebut sebagai orde pembiasan
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).
Sinar yang dibiaskan dari sampel juga melewati celah (slit) sebelum ditangkap oleh detektor sinar X, sehingga sinar yang dibiaskan tidak menyebar dan kemudian melewati celah soller (soller slit). Celah ini berfungsi untuk mengarahkan sinar X yang akan dicatat oleh detektor dan akan mengeliminasi hamburan yang tidak berguna dalam difraksi. Kemudian sinar tersebut akan melewati penyaringan monokromator sekunder yang berfungsi sebagai penghasil 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
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).
Adapun 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).
2.10.3 Metode Adsorpsi Brunauer-Emmet-Teller (BET)
Teori BET adsorpsi multilayer untuk menentukan luas permukaan (S) dikembangkan oleh Brunauer, Emmet dan Teller. Proses adsorpsi digambarkan sebagai proses lapisan dengan lapisan (Layer-by-layer), permukaan secara energetik dianggap homogen, medan adsorpsi sama dalam setiap tempat permukaan, serta proses adsorpsi dianggap tidak bergerak (setiap molekul yang diadsorpsi pada sisi dasar permukaan).
Lapisan pertama molekul yang diadsorpsi memiliki energi interaksi dengan medan adsorps (Ea0) dan interaksi vertikal antara molekul setelah lapisan pertama (EL0) sama terhadap panas liqufaksi adsorbat dan molekul yang diadsorpsi tidak berinteraksi secara menyamping (Roque-Malherbe, 2007).
Metode BET tidak tepat untuk perhitungan mikropori, karena ketika metode ini diterapkan pada adsorben mikro maka akan terjadi penyerapan pada tekanan yang relatif rendah sehingga memungkinkan volume monolayer yang dihitung lebih dari satu lapisan terserap. Jika nilai ini diubah menjadi luas permukaan BET maka nilai yang dihasilkan akan lebih besar dari nilai yang sebenarnya. Meskipun metode BET tidak menggambarkan keadaan yang sebenarnya, namum metode ini yang lebih umum digunakan untuk analisa isotherm adsorbsi. Ini disebabkan metode BET relatif sederhana dan dianggap memberikan kapasitas adsorpsi yang baik dari adsorben yang digunakan (Kanellopoulos, 2011).
Untuk menentukan luas permukaan, didasarkan dari data isoterm physorption, menggunakan persamaan BET berikut ini :
1
𝑊[( 𝑃𝑜𝑃 )−1)]= 1
𝑊𝑚𝐶+ (𝐶−1)
𝑊𝑚𝐶 . 𝑝
𝑝𝑜
...(1) Keterangan :
W = Berat gas yang diserap (adsorbed) pada tekanan relatif P/Po
Wm = Berat gas nitrogen (adsorbate) yang membentuk lapisan monolayer pada permukaan zat.
P = Tekanan kesetimbangan adsorbs
Po = Tekanan penjenuhan adsorpsi-desorpsi cuplikan pada suhu rendaman pendingin
C = Konstanta energi
Persamaan BET (1) akan merupakan garis lurus bila dibuat grafik 1/[W(P/Po- 1)] versus P/Po. Prosedur standar multipoint BET diperlukan minimal 3 titik kisaran tekanan relative yang tepat. Berat gas nitrogen yang membentuk lapisan tipis (monolayer) Wm dapat ditentukan dari slope (s) dan intersep (i) pada grafik BET dari persamaan (1) didapatkan :
Slope, 𝑠 = 𝐶−1
𝑊𝑚𝐶 ...(2) Intersep, 𝑖 = 1
𝑊𝑚𝐶 ... (3)
Berat gas nitrogen yang dapat membentuk lapisan tipis (Wm) didapatkan dari menggabungkan persamaan (2) dan (3) sehingga diperoleh :
𝑊𝑚 = 1
𝑠+𝑖 ... (4)
Selanjutnya pada aplikasi metode BET adalah menghitung luas permukaan. Untuk itu perlu diketahui luas permukaan cross section dari molekul gas nitrogen (adsorben), Luas permukaan total (St) dari cuplikan adalah :
𝑆𝑡 =(𝑊𝑚×𝑁𝑎𝑐𝑠)
𝑀 ...(5)
N = bilangan Avogadro (6,203 × 1023) M = berat molekul dari gas nitrogen Wm = berat gas nitrogen (gram)
acs = Cross section area untuk nitrogen
Luas permukaan spesifik (S) dapat dihitung dari luas permukaan total (St) dibagi dengan berat cuplikan (bc) sehingga didapat persamaannya sebagai berikut:
𝑆 = 𝑆𝑡
𝑏𝑐 ...(6) Keterangan :
St = Luas permukaan total (m2/g) S = Luas permukaan spesifik (m2/g) bc = Berat cuplikan (g) (Gregg, 1982) 2.10.4 Metode Barret-Joyer-Halenda (BJH)
Metode BJH digunakan untuk menentukan distribusi ukuran pori/particle size distribution (PSD). Tekanan relatif awal proses desorpsi dalam metode Barret-Joyner Halenda (BJH) berlangsung pada range 0,9 < P/Po < 0,95 dan semua pori telah diisi fluida adsorbat. Pada tahap pertama (j=1) dalam proses desorpsi hanya melibatkan pemindahan kondensasi kapiler.Tahap berikutnya melibatkan pemindahan kondensat dari inti pori dan penipisan multilayer dalam pori yang lebih besar (misalnya pori telah siap dikosongkan dari kondesat).
Distribusi ukuran pori Barret-Joyner-Halenda (BJH-PSD) dapat dihitung menggunakan persamaan berikut ini.
𝑉𝑝𝑛 = ( 𝑟𝑝𝑛 𝑟𝐾𝑛+ ∆𝑡𝑛
2 )
2
(∆𝑉(𝑛) − ∆𝑡𝑛∑ 𝐴𝑐𝑗
𝑛−1
𝑗=1
)
Keterangan :
Vpn : volume pori pada berbagai tekanan relatif rP : jari-jari pori
rK : jari-jari inti
∆V : perubahan volume pada berbagai tekanan relatif
∆𝑡 : ketebalan lapisan yang diserap
Ac : area terbuka pori yang kosong (Roque-Malherbe, 2007).
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan dari bulan Januari sampai Juni 2019 di Laboratorium Kimia Anorganik FMIPA USU, Medan. Analisa FT-IR dilakukan di Laboratorium Kimia Organik FMIPA UGM. Analisa XRD dilakukan di Laboratorium UNDIP.
Analisa BET dilakukan di Laboratorium UNDIP. .
3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat
− Peralatan Kaca
− Tanur 1200ºC Fisher
− Oven 250ºC Kris
− Hotplate Stirrer
− Neraca Analitis Radwag
− Botol Aquadest
− Kertas Saring N0.42 Whatmann
− Penangas Air
− Alu dan Lumpang
− Indikator Universal
− Penjepit Tabung
− Heater
− Cawan Porselen
− Fourier Transform Infrared
− Difraktometer Sinar – X Rigaku 600 Miniflex
− Brunauer-Emmet-Teller adsorpmeter
3.2.2 Bahan
− Natrium silikat p.a. Merck
− CaCl2.2H2O p.a. Merck
− Aquadest
− Pati Ubi Kayu
− Na2S2O3 0,1N p.a. Merck
− Asam Asetat p.a. Merck
− Kloroform p.a. Merck
− KI 10% p.a. Merck
− Indikator Amilum
− Minyak Goreng Bekas
3.3 Prosedur Percobaan 3.3.1 Pembuatan Pati
Ubi Kayu yang sudah tua dikupas. Setelah dikupas, ubi kayu dicuci hingga bersih. Kemudian ubi kayu dipotong kecil-kecil, lalu dihaluskan menggunakan blender.
Ubi kayu yang telah dihaluskan disaring menggunakan kain kasa dan dibiarkan hingga terbentuk endapan. Endapan yang diperoleh dicuci berulang kali dengan air sampai lapisan
atasnya jernih. Pati yang diperoleh dikeringkan dengan oven pada temperatur 45ºC selama 24 jam. Pati yang telah kering kemudian dihaluskan,diayak dan ditimbang. Selanjutnya dianalisa dengan analisa FT-IR.
3.3.2 Pembuatan Kalsium Silikat Dengan Template Pati
Larutan natrium silikat ditambahkan 2 gram pati ubi kayu setetes demi setetes lalu dicampurkan campuran natrium silikat - pati dengan larutan CaCl2 sambil diaduk dan dipanaskan pada suhu 110ºC selama 4 jam hingga diperoleh padatan putih. Selanjutnya diaging pada suhu 90ºC selama 24 jam dan dikalsinasi pada suhu 900ºC selam 4 jam.
Padatan putih dicuci dengan aquadest hingga pH netral dan dikeringkan di dalam oven pada suhu 110ºC. Kemudian hasilnya dikarakterisasi dengan analisa FT-IR,XRD dan BET.
3.3.3 Adsorpsi Bilangan Peroksida pada Minyak Goreng Bekas
Ditimbang sebanyak 1 gram adsorben CaSiO3 – pati lalu dimasukkan ke dalam 250 gram minyak goreng bekas dan dipanaskan pada suhu 100ºC sambil diaduk selama 80 menit, lalu disaring. Filtrat yang diperoleh dititrasi dengan metode titrasi iodometri dan dihitung kadar bilangan peroksida.
3.4 Bagan Penelitian 3.4.1 Isolasi Pati Ubi Kayu
3.4.2 Pembuatan Kalsium Silikat Dengan Template Pati Ubi Kayu
3.4.3 Adsorpsi Bilangan Peroksida pada Minyak Goreng Bekas
4.1 Isolasi Pati
Pati yang digunakan pada penelitian ini adalah pati dari hasil isolasi ubi kayu, dimana dari 1 kg ubi kayu didapatkan sebanyak 600 gram pati (60 %).
4.2 Pembuatan Kalsium Silikat dengan Template Pati
Kalsium silikat bertemplate pati diperoleh dengan mereaksikan water glass (Na2SiO3) – pati dengan larutan kalsium klorida (CaCl2) hingga terbentuk endapan putih.
Na2SiO3 + CaCl2 pati CaSiO3.pati + 2NaCl
Kalsium silikat dengan template pati yang diperoleh kemudian dikalsinasi pada suhu 900ºC selama 4 jam lalu dicuci dengan aqudest untuk menghilangkan garam natrium. Selanjutnya kalsium silikat dikeringkan dalam oven pada suhu 110ºC selama beberapa jam. Kalsium silikat yang diperoleh kemudian dikarakterisasi dengan analisa FT-IR, XRD, dan BET.
4.3 Karakterisasi Pati Ubi Kayu 4.3.1 Spektrum FT-IR
Pati yang diperoleh dikarakterisasi dengan spektroskopi FT-IR untuk mengetahui adanya gugus fungsi. Hasil FT-IR pada pati yang diperoleh ditunjukkan pada gambar 4.1 berikut ini :
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0.65
0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00
bilangan gelombang
Pati Ubi Kayu
Gambar 4.1 Spektrum FT-IR Pati ubi kayu
Spektrum FT-IR yang ditunjukkan pada gambar 4.1 menunjukkan karakter dari pati. Hal ini dapat dilihat dari munculnya puncak serapan pada bilangan gelombang 3230,77 cm-1 yang menunjukkan gugus –OH yang didukung dengan munculnya puncak serapan pada bilangan gelombang 1149,74 cm-1 yang menunujukkan gugus eter serta puncak serapan pada bilangan gelombang 2927,78 cm-1 yang menunjukkan gugus C-H stretching.
4.4 Karakterisasi Kalsium Silikat dengan Template Pati 4.4.1 Spektrum FT-IR
Kalsium silikat yang diperoleh dikarakterisasi dengan spektroskopi FT-IR untuk mengetahui adanya gugus fungsi. Hasil FT-IR padakalsium silikat yang diperoleh ditunjukkan pada gambar 4.2 berikut ini :
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 -10
0 10 20 30 40
% Transmitansi
Panjang Gelombang (cm-1 )
3502 1103
987
941 478 370
Gambar 4.2 Spektrum FT-IR Kalsium Silikat
Karakterisasi kalsium silikat dengan FT-IR bertujuan untuk mengetahui apakah pati pada kalsium silikat sudah hilang setelah dilakukan kalsinasi pada suhu 900ºC.
Spektrum FTIR yang ditunjukkan pada Gambar 4.2 menunjukkan karakter dari kalsium silikat dimana setelah dilakukan kalsinasi pada suhu 900ºC pati telah menghilang. Hal ini dapat dilihat dengan tidak adanya serapan –OH pada rentang (2800 – 3300) cm-1 serta serapan C–H pada rentang (3000 – 2850) cm-1 (Silverstain, et al, 1986) . Munculnya puncak serapan pada bilangan gelombang 3749,62 cm-1 menunjukkan adanya gugus Si-OH (AlOthman, et al, 2010). Puncak serapan pada bilangan gelombang 987,55 cm-1 dan 941,26 cm-1 menunjukkan gugus Si-O-Ca, serta puncak serapan pada bilangan gelombang 1103,28 cm-1 menunjukkan gugus Si-O-Si asimetris (Silverstain et al, 1986). Puncak serapan pada bilangan gelombang 794,67 cm-1 menunjukkan adanya gugus Si–O–Si simetri (Lestari et al, 2011) .
Dari literatur (AlOthman, et al, 2010; Silverstain, et al, 1986; Lestari, et al, 2011) mengatakan bahwa pada material mesopori untuk puncak serapan Si-OH berada pada 3700 – 3200 cm-1, puncak serapan Si-O-Si simetris pada 800 – 700 cm-1, puncak serapan Si-O-Si asimetris pada 1250 – 1030 cm-1. Dengan demikian data hasil FT-IR kalsium silikat sudah sesuai dengan data literatur untuk senyawa mesopori.
