SINABUNG UNTUK ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM DENGAN METODE EKSTRAKSI FASE PADAT (EFP)
DISERTASI
LISNAWATY SIMATUPANG NIM: 158103005
PROGRAM PASCASARJANA DOKTOR ILMU KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2019
SINABUNG UNTUK ADSORPSI LOGAM BERAT KADMIUM DENGAN METODE EKSTRAKSI FASE PADAT (EFP)
DISERTASI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor dalam Program S-3 Ilmu Kimia pada Universitas Sumatera Utara di bawah
Pimpinan Rektor Universitas Sumatera Utara Prof. Dr. Runtung Sitepu, S.H., M.Hum,
dipertahankan pada tanggal 14 bulan November tahun 2019 di Medan, Sumatera Utara
Oleh
LISNAWATY SIMATUPANG NIM: 158103005
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
Prof. Basuki Wirjosentono, MS,Ph.D Guru Besar Kimia Fisika
Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara
CO-PROMOTOR
Prof. Drs. Manihar Situmorang, M.Sc.,Ph.D Guru Besar Kimia Analitik
Fakultas MIPA Universitas Negeri Medan
CO-PROMOTOR
Rikson A.F., Siburian, Ph.D Dosen Kimia Analitik
Fakultas MIPA Universitas Negeri Medan
ABSTRAK
Pemanfaatan abu vulkanik dan limbah kulit udang menjadi bahan baku komposit sangat menarik untuk dilakukan karena strategi untuk menggunakan bahan yang tersedia secara alami menjadi penyerap yang berharga, stabil dan berbiaya rendah. Penelitian ini bertujuan untuk membuat bahan komposit berbasis silika dari abu vulkanik gunung Sinabung dan sekam udang dengan metode sol gel untuk digunakan sebagai penyerap logam kadmium. Sintesis diawali preparasi abu vulkanik Sinabung menjadi larutan Natrium Silikat (Na2SiO3) dan ekstraksi kulit udang menjadi kitosan. Diperoleh Silika gel sebesar 41,66% dan kitosan dengan derajat deasetilasi (DD) 71,45%. Selanjutnya sintesis komposit silika kitosan dengan mencampurkan 20 mL prekursor Na2SiO3 dan kitosan berbagai variasi berat (2%, 3%, 4%, 5%)b/v menggunakan agen pengikat silang glutaraldehyd. Metode sol-gel dipilih karena lebih sederhana dan cepat dimana reaksi pengikatan berlangsung bersamaan dengan proses pembentukan padatan, sehingga diharapkan pembentukan jaringan Si-O-Si dengan polimer kitosan sebagai ligan diimobilisasi lebih banyak.
Komposit Silika Kitosan (KSK) dengan crosslink glutaraldehyd dikarakterisasi dengan FTIR, XRD, SEM-EDX, GSA. Data FTIR menunjukkan terjadi pergeseran bilangan gelombang, penurunan intensitas maupun munculnya bilangan gelombang yang baru pada1600 cm-1(-C=N) menyatakan konjugasi antara antara gugus silanol Si-O dengan kitosan melalui ikatan silang glutaraldehyd. Spektra XRD menunjukkan silika bersifat amorft, kitosan bersifat kristalin dan semua komposit bersifat amorf pada area 2θ = 20-24. SEM menunjukkan morfologi silika dengan rongga- rongga pori yang terlihat kasar dan tajam serta tidak beraturan, kitosan menunjukkan permukaan halus, padat dan datar, untuk KSK menunjukkan rongga dan pori yang kasar disebabkan partikel-partikel yang memiliki agregasi tidak seragam. Data BET (Sg) 374,994 m²/g KSK (20 mL: 2%) 138,509 m²/g ; KSK (20 mL : 3%) 76,644 m²/g ; KSK (20 mL: 4%) 42,079 m²/g; KSK (20 mL : 5%) 85,021 m²/g, menunjukkan semakin banyak jumlah kitosan yang ditambahkan melalui crosslink glutaraldehyd menyebabkan luas permukaan spesifiknya semakin kecil karena KSK menjadi lebih rigid dimana kitosan menempati pori-pori pada permukaan silika. Data karakterisasi menunjukkan komposit silika kitosan telah berhasil disintesis dengan komposisi yang terbaik (20 : 2%). Kajian adsorpsi logam berat Cd(II) dengan metode Ekstraksi Fase Padat (EFP) menunjukkan hasil kapasitas adsorpsi sbb : KSK (20 mL : 2 %) > KSK (20 mL : 5 %) > KSK (20 mL: 3 %) > KSK (20 mL: 4 %). Terjadinya penurunan kapasitas adsorpsi KSK disebabkan –NH2 lebih bersifat basa keras sedangkan logam Cd(II) bersifat asam lunak. Ikatan silang juga menyebabkan komposit silika kitosan semakin rigid sehingga retensi partikel adsorbat ion Cd (II) berlangsung tidak efektif memasuki rongga pori adsorben sehingga daya adsorpsi komposit silika kitosan menjadi berkurang.
Kata kunci : silika, komposit silika kitosan, adsorpsi, EFP, kadmium
ABSTRACT
The utilization of volcanic ash and shrimp shell waste into composite material is very interesting to discuss as a strategy to use naturally available materials become valuable, stable and low cost absorbent. The study is aimed to synthesis the silica chitosan biocomposite material from volcanic ash of Sinabung mountain and shrimp husk by sol gel method to be used as an absorbent cadmium metal. The procedures were performed by converting the vulcanic ash into silica salt, extracting the chitosan from shrimp husk. Silica gel was obtained at 41.66% and chitosan with a degree of deacetylation (DD) 71.45%. Furthermore, silica chitosan composit synthesis was made by mixing 20 mL of Na2SiO3 precursors and chitosan with various weight variations (2%, 3%, 4%, 5%) w/v using glutaraldehyd crosslinking agent. The sol-gel method was used because it is easier and rapid strategy to bind the silica in Si-O-Si polymeric network formation in the presence of chitosan polymer as the ligands mobilized. Silica Chitosan Composites (KSK) with glutaraldehyd crosslinks were characterized by FTIR, XRD, SEM-EDX, GSA. The FTIR data shows that there is a shift in the wave number, decrease in intensity and the appearance of new wave numbers at 1600 cm-1 (-C = N) expressing the conjugation between the Si-O silanol group and chitosan through crosslinking glutaraldehyde. The XRD spectra showed that amorphous silica, chitosan were crystalline and all composites KSK (20 ml:
2%), KSK (20 ml: 3%), KSK (20 ml: 4%) and KSK (20 ml: 5%) were amorphous in the area 2θ = 20-24. Imange SEM shows silica morphology with pore cavities that look rough and sharp and irregular, chitosan shows smooth, solid and flat surface, for CWC shows rough cavities and pores due to particles that have non-uniform aggregation. BET data (Sg) 374,994 m² / g KSK (20 mL: 2%) 138,509 m² / g; KSK (20 mL: 3%) 76,644 m² / g; KSK (20 mL: 4%) 42,079 m² / g; KSK (20 mL: 5%) 85,021 m² / g, showing that more amount of chitosan added through glutaraldehyde crosslinks causes the specific surface area to be smaller because KSK becomes more rigid where chitosan occupies pores on silica surface. The degree of deacetylation and the number of crosslinks affect the size and surface morphology of the material produced. Characterization data showed that the best KSK was KSK (20 mL: 2%).
Study of Cd (II) heavy metal adsorption by Solid Phase Extraction (EFP) method shows the results of adsorption capacity as follows: Sg> KSK (20 mL: 2%)> KSK (20 mL: 5%)> KSK (20 mL: 3%) > KSK (20 mL: 4%). The decrease in KSK adsorption capacity is due to –NH2 is harder base while the Cd (II) metal is soft acid.
Crosslinking also causes chitosan silica composites to become more rigid, causing the Cd (II) ion adsorbate particle retention to take place ineffectively entering the pore cavity of the adsorbent so that the adsorption capability of silica chitosan composites is reduced.
Kata kunci : silica, silica chitosan composite, adsorption, SPE, cadmium
DATA PRIBADI
Nama Lengkap berikut gelar : Lisnawaty Simatupang, S.Si.,M.Si Tempat dan tanggal lahir : Medan, 19 Juli 1976
Almat rumah : Komplek. Rajawali Indah Jl Murai Batu No. E- 14 Medan
Nomor Telp/ HP : 081264762921
E-mail : [email protected]
DATA PENDIDIKAN
SD : SD Swasta Perguruan Mulia 1983 - 1989
SMP : SMP Parulian 1 Medan 1989 – 1992
SMA : SMA Negeri 13 Medan 1992 - 1995
Strata-1 : Jurusan Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara 1995 - 1999
Strata-2 : Jurusan Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Gadjah Mada 2005 – 2007
DATA PEKERJAAN
Dosen Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam di Universitas Negeri Medan dari tahun 2003 hingga saat ini.
Jabatan : Lektor Pangkat : Penata (III-d)
PUBLIKASI
1. Lisnawaty Simatupang, Rikson Siburian, Parna Sitanggang, Maryati Doloksaribu, Manihar Situmorang and Harlem Marpaung, 2018, Synthesis and Application of Silica Gel Base on Mount Sinabung’s Fly Ash for Cd(II) Removal with Fixed Bed Column (Rasayan Journal of Chemistry, Vol. 11 (2) : 819 - 827
2. Lisnawaty Simatupang, Manihar Situmorang, Rikson Siburian, Basuki Wirjosentono, 2019, Effect Croslinking on Characteristics of Silica Chitosan Composite From Vulcanic Ash of Sinabung Mount And Shrimp Husk by Sol Gel Method, Accepted
SEMINAR
1. Pemakalah pada seminar Nasional dan Pendidikan Kimia, 26 Oktober 2017, Medan, Indonesia dengan judul ‟Pengaruh Waktu Alir Adsorpsi Ion Logam Cd (II) oleh Adsorben Silika dari Abu Vulkanik Sinabung”
2. Pemakalah pada The 3rd International Seminar on Chemistry(IsoC), 18-19 Juli 2018. Surabaya, Indonesia, dengan judul ‟Synthesis of Chitosan Silica Composit from Volcanic Ash of Sinabung and Shrimp Husk by Sol Gel Method”
3. Pemakalah pada The 4th Annual Internasional Seminar on Trend Science and Science Education (AISTSSE) FMIPA 14 November 2018, Medan, Indonesia , dengan judul : ‟Synthesis and adsorbent Applications Based on silica from vulcanic ash sinabung for heavy metal adsorption of Cd (II) ”
4. Pemakalah pada The 1st International Conference on Science and Technology Innovation (ICOCSTI) 18 Juli 2019, Medan, Indonesia, dengan judul Effect Croslinking on Characteristics of Silica Chitosan Composite From Vulcanic Ash of Sinabung Mount And Shrimp Husk by Sol Gel Method
MANUSKRIP DALAM PROSES REVIEW
Lisnawaty Simatupang, Manihar Situmorang, Rikson Siburian, Harlem Marpaung, 2019, Fabrication of Silica-Based Chitosan Biocomposite Material from Volcanic Ash and Shrimp Husk by Sol Gel Method For Absorbent ( in review pada Indian Journal of Chemical Technology Article ID : IJCT 3551
Puji syukur penulis panjatkan pada Tuhan Yang Maha Esa yang telah banyak memberikan anugerah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan disertasi ini dengan judul:” Sintesis dan Karakterisasi Adsorben Komposit Silika-Kitosan Berbasis Abu Vulkanik Gunung Sinabung Untuk Adsorpsi Logam Berat Kadmium dengan Metode Ekstraksi Fase Padat (EFP)”. untuk memperoleh gelar Doktor pada Program Doktor Ilmu Kimia Fakultas MIPA USU. Ucapan terimakasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya saya ucapkan kepada yang terhormat yakni : Prof. Basuki Wirjosentono, Ph.D, Prof. Drs. Manihar Situmorang, M.Sc., Ph.D, dan Rikson A.F., Siburian, Ph.D selaku Promotor dan Co-promotor yang telah banyak memberikan dorongan, arahan, dan semangat selama proses penelitian dan penulisan disertasi hingga penyelesaian studi di Program Doktor Ilmu Kimia, Universitas Sumatera Utara.
Ucapan terima kasih dan penghargaan yang tinggi juga saya sampaikan kepada:
1. Yang terhormat Prof. Dr. Runtung Sitepu, S.H., M.Hum sebagai Rektor Universitas Sumatera Utara dan Dr. Syamsul Gultom. M.Kes sebagai Rektor Universitas Negeri Medan yang telah memberikan kesempatan penulis untuk mengikuti pendidikan Program Doktor Ilmu Kimia.
2. Yang terhormat Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Prof.
Dr. Kerista Sebayang, MS., yang telah memberikan kesempatan penulis untuk mengikuti pendidikan Program Doktor Ilmu Kimia.
3. Yang terhormat Prof. Dr. Tamrin selaku Ketua Program Studi Ilmu Kimia yang telah memberikan kesempatan maupun rekomendasi dalam urusan akademik selama penulis mengikuti perkuliahan hingga penyelesaian studi di Program Doktor Ilmu Kimia, Universitas Sumatera Utara.
4. Yang terhormat, seluruh komisi penguji ujian tertutup, Prof.Dr. Jamaran Kaban, M.Sc, Saharman Gea, Ph.D dan Prof. Dr. Sumi Hudiyono, Pws selaku tim penguji yang telah banyak memberikan saran dan masukan dalam perbaikan disertasi.
arahan, motivasi dan dorongan yang telah banyak memberikan dorongan, arahan, dan semangat selama proses penelitian dan penulisan disertasi hingga penyelesaian studi di Program Doktor Ilmu Kimia, Universitas Sumatera Utara.
6. Yang terhormat, seluruh dosen pengajar dan staf akademik pada Program Doktor Ilmu Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Sumatera Utara.
7. Rekan-rekan sejawat di Jurusan Kimia Fakultas MIPA, Universitas Negeri Medan untuk motivasi dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan studi.
8. Rekan-rekan di Program Doktor Ilmu Kimia Fakultas MIPA, Universitas Sumatera Utara untuk kerjasama dan saling memotivasi dalam menuntut ilmu dan penelitian untuk penyelesaian studi.
Penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada suamiku tercinta Parlindungan Siagian, ST atas cinta kasih, dukungan moril dan materil yang terus mendorong untuk mengikuti pendidikan hingga penyelesaian studi. Anak- anakku tercinta David Tulus Christian Siagian, Christy Angeline Patricia Siagian dan Arthur Nathanael Siagian, cinta kasih kalian yang selalu memberikan kekuatan dan semangat dalam menyelesaikan studi ini. Orang tua tercinta Ayahanda W.P.
Simatupang dan Ibunda B. Hutasoit, Bapak mertua St. A. Siagian, SH dan Ibu mertua D.N. Hutauruk yang telah banyak mendoakan, memberikan perhatian, kekuatan dan semangat dalam menyelesaikan studi ini. Seluruh saudaraku tercinta keluarga besar Simatupang dan Siagian yang telah memberikan dukungan dan motivasi dalam menyelesaikan studi ini serta semua pihak yang tidak dapat disebutkan, yang telah membantu selama proses penelitian dan penulisan disertasi.
Harapan dan doa menyertai kehadiran disertasi ini dengan segala keterbatasan yang ada. Semoga dapat memberi manfaat dan sumbangan bagi perkembangan keilmuan khususnya ilmu kimia. Semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu memberikan berkah dalam kehidupan kita.
Medan, November 2019
Penulis
HALAMAN SAMPUL DALAM... ii
PERNYATAAN ORISINALITAS... iii
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS... .iv
PENGESAHAN DISERTASI... ..v
PANITIA PENGUJI DISERTASI...vi
SUSUNAN PROMOTOR... vii
ABSTRAK...viii
ABSTRACT... ...ix
RIWAYAT HIDUP... ..x
CAPAIAN PUBLIKASI DAN SEMINAR... .xi
PRAKATA... xii
DAFTAR ISI...xiv
DAFTAR TABEL...xvii
DAFTAR GAMBAR...xviii
DAFTAR LAMPIRAN...xx
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 6
1.3 Tujuan Penelitian ... 6
1.4 Manfaat Penelitian ... 7
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 8
2.1 Deskripsi Singkat Gunung Sinabung... 8
2.2 Abu Vulkanik dan Komposisinya ... 8
2.2.1 Ukuran Butir Abu Vulkanik ... 11
2.3 Silika dan Sifat-Sifat... 12
2.4 Kitosan ... 16
2.5 Glutaraldehyd ... 18
2.6 Modifikasi Permukaan Silika utuk Tujuan Adsorpsi. ... 19
2.7 Pembuatan Silika Gel dan Komposit Silika Kitosan melalui Proses Sol Gel . ... 20
2.8 Logam Berat Kadmium ... 23
2.8.1 Sifat dan Toksikologi Logam Kadmium ... 24
2.9 Adsorpsi ... 25
2.10 Ekstraksi Fase Padat (EFP) ... 27
2.11 Instrumentasi Karakterisasi Adsorben ... 31
2.11.1 X-Ray Fluoresensi (XRF) ... 31
2.11.2 Difraksi Sinar-X ... 32
2.11.3 Fourier Transform Infra Red (FTIR) ... 33
2.11.4 Spektroskopi Serapan Atom (SSA) ... 34
BAB 3 METODE PENELITIAN ... 40
3.1 Waktu dan Tempat ... 40
3.2 Alat dan Bahan ... 40
3.2.1 Alat ... 40
3.2.2 Bahan... 41
3.3 Prosedur Penelitian ... 41
3.3.1 Penentuan Kandungan Unsur-Unsur Abu Vulkanik Sinabung ... 41
3.3.2 Pembuatan Silika Gel dari Abu Vulkanik Sinabung ... 41
3.3.3 Pembuatan Komposit Silika Kitosan. ... 42
3.3.4 Karakterisasi Adsorben Komposit Silika Kitosan (KSK) ... 42
3.3.5 Pembuatan Larutan Induk Kadmium 1000 ppm ... 42
3.3.6 Adsorpsi Ion Logam Cd(II) dengan Metode Ekstraksi Fase Padat (EFP) ... 43
3.3.7 Penentuan Laju Alir Optimum ... 43
3.3.8 Penentuan pH Optimum ... 43
3.3.9 Penentuan Konsentrasi Optimum ... 43
3.4 Bagan Alir Penelitian ... 44
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 49
4.1 Deskripsi Material Abu Vulkanik Sinabung ... 49
4.1.1 Komposisi Abu Vulkanik Gunung Sinabung ... 49
4.1.2 Produksi Prekursor Natrium Silikat (Na2SiO3) ... 51
4.1.3 Produk Silika Gel Abu Vulkanik Sinabung ... 52
4.2 Produk Kulit Udang menjadi Kitosan ... 55
4.3 Produk Komposit Silika-Kitosan (KSK) dengan Croslink Glutaraldehyd melalui Proses Sol-Gel ... 57
4.4 Karakteristik Produk Silika, Kitosan dan Komposit Silika-kitosan (KSK) 59 4.4.1 Karakteristik Silika, Kitosan dan Komposit Silika-Kitosan (KSK) dengan FTIR... 60
4.4.2 Karakteristik Silika, Kitosan dan Komposit Silika-Kitosan (KSK) dengan XRD ... 63
4.4.3 Karakteristik Silika, Kitosan dan Komposit Silika-kitosan (KSK) dengan SEM-EDX ... 64
4.4.4 Karakteristik Silika dan Komposit Silika Kitosan dengan Gas Sorption Analyzer (GSA) menggunakan metode BET ... 67
4.5 Daya Adsorpsi Silika Gel Terhadap Ion Logam Cd(II) dengan Metode Ekstraksi Fase Padat (EFP) ... 70
4.6 Daya Adsorpsi Komposit Silika-kitosan Terhadap Ion Logam Cd(II) Metode Ekstraksi Fase Padat (EFP) ... 80
5.2 Saran ... 86
DAFTAR PUSTAKA... 88 LAMPIRAN... 97
No Judul Tabel Halaman Tabel
Tabel 2.1 Komposisi Oksida Unsur Makro pada Abu/Pasir Vulkanik Beberapa
Gunung di Indonesia ... 9
Tabel 2.2 Klasifikasi Abu Vulkanik Berdasarkan Kandungan Silika total (Shoji et al., 1993) ... 10
Tabel 2.3 Karakteristik Silika Amorf ... 14
Tabel 4.1 Komposisi Kimia Abu Vulkanik Gunung Sinabung ... 50
Tabel 4.2 Pengurangan Massa Tahap Deprotenase, Demineralisasi, Deasetilasi Kulit Udang ... 56
Tabel 4.3 Massa Produk Tiap Variasi Komposit Silika-Kitosan ... 59
Tabel 4.4 Hasil FTIR Silika, Kitosan dan Komposit Silika-Kitosan (KSK) ... 62
Tabel 4.5 Hasil Analisis Difraksi Sinar –X Kitosan, Sg dan KSK ... 64
Tabel 4.6 Data EDX Komposisi Silika dan Komposit Silika-kitosan ... 67
Tabel 4.7 Data BET Silika Gel dan Komposit Silika-kitosan ... 70
Tabel 4.8 Kapasitas Adsorpsi Cd (II) untuk Variasi Laju Alir ... 72
Tabel 4.9. Parameter Adsorpsi untuk Laju Alir yang Berbeda ... 73
Tabel 4.10 Kapasitas Adsorpsi Cd (II) untuk Variasi Konsentrasi ... 75
Tabel 4.11 Parameter Adsorpsi Variasi Konsentrasi Awal ... 77
Tabel 4.12 Kapasitas Adsorpsi Cd (II) untuk Variasi pH ... 78
Tabel 4.13 Parameter Kajian Adsorpsi Variasi pH ... 80
Tabel 4.14 Kapasitas Adsorpsi Komposit Silika-Kitosan ... 82
Tabel 4.15 Parameter Kajian Adsorpsi Silika gel dan Komposit Silika-Kitosan ... 83
Nomor Judul Gambar Halaman Gambar
Gambar 2.1 Ukuran Abu Vulkanik diperbesar sebanyak 220 kali
(www.bisakimia.com) ... 12
Gambar 2.2 Penataan SiO4 Tetrahedral Silika Gel (Kaim dan Schwederski, 1994) ... 13
Gambar 2.3 Struktur Kitosan ... 16
Gambar 2.4 Struktur Glutaraldehyd ... 18
Gambar 2.5 Proses Sol-Gel Pembuatan Silika Gel ... 22
Gambar 2.6 Pengaruh pH Sistem pada Adsorben ... 27
Gambar 2.7 Kolom Ekstraksi Fase Padat untuk Kajian Adsorpsi ( Thakur et al., 2013) ... 30
Gambar 3.1 Pembuatan Larutan Natrium Silikat (Na2SiO3) ... 44
Gambar 3.2 Pembuatan Silika Gel ... 44
Gambar 3.3 Pembuatan Kitosan ... 45
Gambar 3.4 Pembuatan komposit Komposit Silika Kitosan ... 46
Gambar 3.5 Karakterisasi Adsorben ... 46
Gambar 3.6 Penentuan Laju Alir Optimum ... 47
Gambar 3.7 Penentuan pH Optimum ... 47
Gambar 3.8 Penentuan Konsentrasi Optimum ... 48
Gambar 3.9 Kajian Adsorpsi KSK (20 mL : 2 %), KSK (20 mL : 3 %), KSK (20 mL : 4 %), KSK (20 mL : 5 %) ... 48
Gambar 4.1 Foto Abu Vulkanik Gunung Sinabung dari Desa Berastepu, Kecamatan Simpang Empat Kabupaten Karo ... 49
Gambar 4.2 Preparasi Prekursor Larutan Natrium Silikat dari Abu Vulkanik Gunung Sinabung ... 51
Gambar 4.3 Model Mekanisme Rekasi Pembentukkan Natrium Silikat (Trivana et al., 2015) ... 52
Gambar 4.4 Mekanisme Pembentukan Silika Gel pada Metode Sol Gel ... 53
Gambar 4.5 Produk Silika Gel dari Abu Vulkanik Gunung Sinabung... 55
Gambar 4.6 Produk kitosan dari Kulit Udang ... 57
Gambar 4.7 Mekanisme Interaksi antara Prekursor Na2SiO3 dan Kitosan dengan crosslink glutaraldehyd ... 58
Gambar 4.8 Produk Komposit Silika-kitosan dengan Berbagai Variasi A. KSK (20 mL: 2%); B. KSK (20 mL: 3%); C. KSK (20 mL: 4%); D. KSK (20 mL; 5%) ... 59
Gambar 4.9 Spektrum FTIR Silika Gel... 60
Gambar 4.10 Spektrum FTIR Kitosan ... 61
Gambar 4.11 Spektrum FTIR A. Silika gel; B. Kitosan; C. KSK (20 mL : 2%); D. KSK (20 mL: 3%), E. KSK (20 mL : 4%); F. KSK (20 mL : 5%) .... 62
Gambar 4.12 Difraktogram Silika gel; Kitosan; KSK (20 mL:2 %); KSK (20 mL:3%); KSK (20 mL: 4%); KSK (20 mL: 5%) ... 63
Gambar 4.13 SEM images A. Silika gel; B. Kitosan; C. KSK (20 mL:2%); KSK (20 mL : 3%); E. KSK (20 mL : 4%); F. KSK (20 mL : 5%) ... 65
Gambar 4.16 Kurva perbandingan Ct dan C0 Variasi Laju Alir ... 71
Gambar 4.17 Kapasitas Adsorpsi Ion Cd(II) Variasi Laju Alir Optimum ... 72
Gambar 4.18 Kurva perbandingan Ct dan C0 Variasi Konsentrasi Awal ... 74
Gambar 4.19 Kapasitas Adsorpsi Ion Cd(II) Variasi Konsentras Awal ... 75
Gambar 4.20 Kurva Perbandingan Ct dan C0 Variasi pH ... 78
Gambar 4.21 Kapasitas Adsorpsi Ion Cd(II) Penentuan Variasi pH ... 79
Gambar 4.22 Kurva Perbandingan Ct /C0 untuk Silika; KSK (20 mL : 2%); KSK (20 mL : 3%); KSK (20 mL : 4%); KSK (20 mL : 5%) ... 81
Gambar 4.23. Kapasitas Adsorpsi A Silika gel ; B. KSK (20 mL : 2%); C. KSK(20 mL : 3%); D. KSK (20 mL : 4%); E. KSK (20 mL : 5%) ... 85
Nomor Judul Lampiran Halaman Lampiran
Lampiran 1 Konversi kadar Silika data XRF abu vulkanik Sinabung sebelum
Preprarasi ... 97
Lampiran 2 Perhitungan Volume NaOH 4 M pada Pembuatan Larutan Natrium Silikat ... 97
Lampiran 3 Perhitungan Kadar Silikat Abu Vulkanik Gunung Sinabung ... 98
Lampiran 4 Pembuatan Larutan Induk Cd2+ 1000 ppm ... 98
Lampiran 5 Perhitungan Derajat Deasetilasi Kitosan ... 99
Lampiran 6 XRD Silika gel... 100
Lampiran 7 XRD Kitosan ... 103
Lampiran 8 XRD KSK (20 mL : 2%) ... 106
Lampiran 9 XRD KSK (20 mL : 3%) ... 109
Lampiran 10 XRD KSK (20 mL : 4%) ... 112
Lampiran 11 XRD KSK (20 mL : 5%) ... 115
Lampiran 12 SEM - EDS Silika gel ... 118
Lampiran 13 SEM - EDS Kitosan ... 119
Lampiran 14 SEM - EDS KSK (20 mL : 2%) ... 120
Lampiran 15 SEM - EDS KSK (20 mL : 3%) ... 121
Lampiran 16 SEM - EDS KSK (20 mL : 4%) ... 122
Lampiran 17 SEM - EDS KSK (20 mL : 5%) ... 123
Lampiran 18 Data BET Silika gel ... 124
Lampiran 19 BET KSK (20 mL : 2%) ... 126
Lampiran 20 BET KSK (20 mL : 3%) ... 128
Lampiran 21 BET KSK (20 mL : 4%) ... 130
Lampiran 22 BET KSK (20 mL : 5%) ... 132
Lampiran 23 Kajian Adsorpsi Silika Penentuan Laju Alir Optimum ... 134
Lampiran 24 Kajian Adsorpsi Silika Penentuan Konsentrasi Awal Optimum ... 139
Lampiran 25 Kajian Adsorpsi Silika Penentuan pH Optimum ... 144
Lampiran 26 Kajian Adsorpsi Komposit Silika Kitosan ... 149
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia merupakan salah satu kepulauan utama yang membentuk Asia vulkanis melalui wujud barisan gunung berapi atau busur kepulauan. Salah satu gunung berapi aktif yang terdapat di wilayah Indonesia yaitu gunung Sinabung terletak di provinsi Sumatera Utara. Koordinat puncak Gunung Sinabung adalah 03o 10’ LU dan 98o 23’ BT dengan puncak tertinggi 2.460 meter dari permukaan laut yang menjadi puncak tertinggi di Sumatera Utara. Gunung ini belum pernah tercatat meletus sejak tahun 1600. (Global Volcanism Program, 2008).
Data BNPB (2017) menyebutkan, semenjak letusan akhir Agustus tahun 2010 hingga November 2017, gunung Sinabung masih berstatus awas (level IV) dengan daerah berbahaya yang semakin meluas. Sekitar 8 tahun semenjak kejadian tersebut, gunung Sinabung terus-menerus mengalami erupsi dan mengeluarkan jutaan kubik material abu vulkanik yang menimbulkan kabut asap tebal berwarna hitam disertai hujan pasir, serta menutupi ribuan hektar tanaman para petani yang berjarak dibawah radius enam kilometer tertutup abu tersebut. Berlimpahnya material abu vulkanik gunung sebagai hasil dari erupsi gunung Sinabung merupakan suatu hal yang menarik untuk diteliti dan dimanfaatkan lebih lanjut yakni menjadi material yang berguna sebagai adsorben berbasis silika.
Beberapa penelitian menunjukkan bahwa abu vulkanik gunung berapi memiliki kandungan terutama material silika. Seperti Abu vulkanik Gunung Merapi yang dianalisis dengan metode Analisis Aktivasi Neutron (AAN) berturut-turut berkisar antara 1,8 - 15,9 % (Al), 0,1 - 2,4 % (Mg), 2,6 - 28,7 % (Si) dan 1,4 - 9,3 % (Fe) (Sudaryo dan Sutjipto, 2009). Abu vulkanik Gunung Kelud di Jawa Timur mengandung 45,9 % SiO2 ( Zuarida, 1999). Bahan silikat (SiO2) yang yang terdapat pada debu vulkanik Gunung Sinabung mencapai 74,47% (Barasa dkk., 2013).
Kandungan silikat abu vulkanik hasil erupsi gunung Sinabung yang sangat besar dibandingkan dengan gunung berapi lainnya merupakan hal yang cukup potensial untuk dimanfaatkan sebagai bahan dasar pembuatan adsorben berbasis silika.
Penelitian mengenai pemanfaatan abu vulkanik sebagai bahan dasar pembuatan material adsorben untuk sintesis nanosilika telah dilaporkan ( Djumat, 2013), sebagai bahan dasar geopolimer ( Kusumastuti, 2012) begitu pula pemanfaatan abu vulkanik gunung sinabung sebagai bahan dasar pembuatan adsorben berbasis silika dan karakterisasinya (Simatupang, dkk 2016). Preparasi adsorben tersebut memiliki kesamaan yakni menggunakan peleburan dengan NaOH via pembentukan natrium silikat.
Larutan natrium silikat (Na2SiO3) merupakan salah satu prekursor untuk sintesis silika gel selain prekursor alkoksisilan. Larutan natrium silikat banyak digunakan sebagai prekursor pembuatan silika disebabkan harganya lebih murah (ekonomis) dibandingkan dengan prekursor alkoksisilan. Hal ini disebabkan prekursor natrium silikat diperoleh dari preparasi bahan-bahan alam yang begitu melimpah di Indonesia. Pemanfaatan prekursor natrium silikat dari abu sekam padi dan abu layang sebagai bahan dasar pembuatan adsorben silika untuk mengikta logam berat telah banyak dilakukan ( Simatupang, dkk 2007; Thakur et al, 2013;
Visa dan Bogatu, 2010; Visa et al, 2009), abu layang batubara (Papandreou et al, 2007). Sehingga dalam penelitian ini dilakukan penelitian lanjutan dalam mencari bahan alternatif lainnya yang dapat digunakan sebagai adsorben berbasis silika yang dapat digunakan untuk mengikat logam berat yakni dari abu vulkanik gunung Sinabung. Penggunaan silika sebagai adsorben telah banyak dilakukan mengingat karakteristik/sifat-sifat dari silika itu sendiri.
Silika merupakan material yang tersusun dari SiO2 dengan porositas tinggi, kekuatan mekanik tinggi, stabilitas termal tinggi, memiliki luas permukaan pori yang tinggi, permukaan stabil dalam medium asam, tidak mengembang, tahan terhadap mikroba. Silika dapat digunakan sebagai bahan penyerap karena memiliki pori , tetapi dalam proses adsorpsi gugus fungsional atau situs aktif (seperti : posfat, karboksil, amina dan amida) pada permukaan memegang peranan penting untuk meningkatkan efektivitas dari adsorben. Kelemahan penggunaan silika gel adalah rendahnya kemampuan permukaannya dalam berinteraksi dengan ion logam berat sehingga silika gel tidak mampu berfungsi sebagai adsorben yang efektif untuk ion logam berat (Astuti dkk, 2012).
Kitosan adalah padatan amorf putih yang tidak larut dalam alkali dan asam mineral kecuali pada keadaan tertentu. Kitosan dapat digunakan dalam proses adsorpsi karena kaya amino dan gugus hidroksil sebagai pengkhelat, Biocompability, biodegradasi dan daya adhesi tinggi (Kolodynska, 2011; Budnyak et al, 2013 ; Li et al, 2008). Kitosan tanpa modifikasi memiliki sifat mudah mengembang (swelling), kekuatan mekanik rendah dan larut dalam kondisi asam.
Gugus amin pada kitosan dalam larutan asam tidak stabil menyebabkan kitosan terprotonasi. Oleh sebab itu kitosan dalam bentuk asli umumnya tidak mempunyai selektivitas spesifik untuk beberapa jenis logam berat seperti zat-zat pencemar kompleks dalam air atau air limbah, walaupun kitosan memiliki kandungan gugus amin dan hidroksil yang tinggi.
Berdasarkan sifat silika dan kitosan di atas perlu dilakukan modifikasi terhadap kedua material tersebut untuk meningkatkan sifat dari masing-masing material. Bahan komposit menjadi model/bentuk yang sangat baik pada nanomaterial tehnis, karena manfaat kinerja seperti kemudahan dalam sintesis, pengurangan ukuran, berat, dan multifungsi. Selanjutnya secara bersamaan diperoleh peningkatan dalam hal dalam mekanik, morfologi, termal, dan sifat listrik relatif /dibandingkan dengan bahan komposit konvensional. Bahan komposit diperoleh melalui proses sol-gel karena proses ini memberikan banyak keuntungan seperti kondisi reaksi pada suhu kamar, lebih sederhana dan lebih efektif untuk peningkatan material –material polimer berbasis silika-organik yang menggabungkan sifat kekerasan dari silika dan sifat fungsional dari polimer. Nanopartikel berbasis silika dibuat dengan menggunakan proses sol gel telah menarik minat yang cukup besar dalam pengembangan berbagai material teknis dan sistem pengiriman obat karena proses sol-gel lebih murah dan sederhana, kemurnian tinggi dan homogen, ukuran seragam, dan kecil (Shchipunov et al. 2008).
Pertumbuhan yang cepat dari berbagai industri yang menggunakan logam berat seperti Cd, Pb, Hg, Cu, Ni, menyebabkan peningkatan limbah dan memberikan kontribusi pencemaran lingkungan akuatik (Tamilselvin dan Asaithambi 2015;
Neolaka et al, 2018). Logam berat diketahui memiliki toksisitas dan karsinogenik yang tinggi yang cenderung mempengaruhi kehidupan manusia dan makhluk hidup lainnya. Hal ini disebabkan logam berat sangat sulit di degradasi dan tahan terhadap
bakteri (mikroorganisme) atau proses dekomposisi yang mengakibatkan akumulasi konsentrasi yang berlebihan di lingkungan akuatik yang terpapar oleh logam berat secara terus menerus (Velumani et al, 2016; Waghmare dan Chaudhari, 2014 ; Kumar dan Bandyopadhyay, 2006 ; Thakur et al, 2013; Li dan Champagne, 2009).
Persoalan spesifik logam berat di lingkungan, terutama karena akumulasinya dalam lingkungan air, tanah, dan udara, masuk pada rantai makanan dan keberadaannya sehingga akan berdampak negatif pada makhluk hidup di lingkungan sekitarnya (Suhendrayatna, 2001).
Kegiatan industri yang melibatkan penggunaan logam berat antara lain industri tekstil, pembuatan baterai, pelapisaan logam, cat/ tinta warna, percetakan, bahan agrokimia dll. Kehadiran logam berat di dalam lingkungan sangat berpengaruh langsung terhadap kehidupan, mulai dari mikroorganisme sampai makhluk hidup tingkat tinggi. Logam berat tidak menurun seiring waktu dan menjadi bioakumulatif dalam jaringan hidup yang dapat menyebabkan kematian atau ancaman kesehatan yang serius seperti Cd(II) didasarkan pada sifatnya, logam ini merupakan logam berat bersifat toksik, berbahaya karena dalam jumlah relatif kecil dapat mengakibatkan kematian pada makhluk yang keracunan. Hal ini disebabkan dalam sistem biologis makhluk hidup logam ini merupakan logam non-esensial (logam yang tidak dibutuhkan oleh tubuh.). Berbagai penelitian dan laporan tentang pencemaran lingkungan telah diliput oleh berbagai media massa untuk dapat diketahui oleh masyarakat, walaupun dalam hal tertentu keabsahan kehadiran bahan pencemar tersebut masih banyak yang diperdebatkan. Secara medis telah diketahui bahwa kehadiran polutan dalam jumlah sangat kecil (trace) sangat berbahaya terhadap kesehatan manusia dan kehidupan makhluk hidup (Situmorang, 2017).
Kadmium dianggap di antara tiga logam paling beracun, dua lainnya adalah timbal dan merkuri. Kegiatan industri yang melibatkan penggunaan kadmium termasuk industri tekstil, pembuatan baterai, pelapisan logam, tinta cat / warna, percetakan, agrokimia dan bidang lainnya (Kumar dan Bandyopadhyay, 2006;
Thakur et al, 2013; .Li dan Champagne, 2009). Kebanyakan studi proses adsorpsi logam berat menggunakan adsorben silika dari abu sekam padi, abu layang (Thakur et al, 2013; Visa dan Bogatu, 2010; Visa et al, 2009), abu layang batubara (Papandreou et al, 2007 ; Mohan dan Gandhimathi, 2009), gambut dan moluska (Li
dan Champagne, 2009), karbon aktif (Velumani et al, 2016), moringa oleifera bark (Waghmare dan Chaudhari, 2014) telah dilakukan.
Metode untuk mengadsorpsi logam berat dari limbah telah dilakukan dengan proses secara fisika dan kimia yang meliputi presipitasi, koagulasi, dan pertukaran ion. Metode-metode tersebut masih mahal terutama bagi negara-negara yang sedang berkembang. Proses adsorpsi dengan menggunakan suatu adsorben merupakan teknis pemurnian yang efektif dipakai dalam industri karena dianggap lebih ekonomis dalam pengolahan limbah dan merupakan teknis yang sering digunakan untuk mengurangi ion logam berat dalam air limbah (Al- Asheh et al. 2000; Selvi et al.
2001).
Penelitian tentang proses adsorpsi penggunaan adsorben seperti abu sekam padi, fly ash, gambut dan cangkang moluska, chitin ( Anastopoulos, 2017), alga ( Babu et al, 2016) telah banyak digunakan dalam pelepasan Kadmium baik pada air limbah maupun larutan berair menggunakan metode fixed bed coulom (Kumar dan Bandyopadhyay, 2006; Thakur, et al, 2013; Li dan Champagne, 2009). Namun penggunaan abu vulkanik sebagai adsorben untuk penghapusan Kadmium belum digunakan. Hanya ada beberapa penelitian yang telah menggunakan abu vulkanik sebagai adsorben (Babel dan Opiso, 2007).
Upaya modifikasi permukaaan silika untuk pembuatan Komposit silika kitosan melalui proses sol-gel dan penggunaannya sebagai adsorben untuk menyerap logam berat dengan metode batch telah dilakukan (Budnyak et al, 2015; Nahrawy et al . 2015; Chernev et al, 2014; Gandhi et al, 2012). Prekursor silika yang digunakan menggunakan polimer organoalkoxysilanes ataupun polyalkoxysilanes seperti : Tetraethylorthosilicate (TEOS), (3-Glycidyloxypropyl) trimethoxysilane (3- GPTMS), Trimethoxy(propyl)silane (TMPS), dan Triethoxy(octyl)silane (EOS) yang tentunya harganya mahal.
Metode Ekstraksi Fase Padat (EFP) adalah proses dimana suatu zat dari campuran gas atau larutan yang akan diadsorpsi dialirkan kedalam suatu kolom yang berisi adsorben sehingga terjadi proses penyerapan (adsorpsi) oleh adsorben secara kontinu. Proses adsorpsi akan terus berlangsung hingga tercapai kondisi jenuh dari adsorben pemisahan yang dikehendaki tidak dapat berlangsung lagi. Ekstraksi fase padat memiliki keunggulan dibandingkan proses adsorpsi dengan metode batch
dalam hal efisiensi waktu pengerjaan. Sehingga menjadikan adsorpsi kolom menjadi jenis sistem adsorpsi yang sekarang ini banyak digunakan karena memiliki kelebihan yaitu larutan selalu dikontakkan dengan adsorben sehingga adsorben dapat mengadsorpsi dengan optimal hingga tercapai kondisi jenuh pada adsorben.
Berdasarkan penelusuran referensi tentang adsorpsi logam berat menggunakan komposit silika kitosan dari prekursor Natrium Silikat (Na2SiO3) dari abu vulkanik Sinabung sebagai bahan dasar adsorben berbasis silika belum dilakukan. Oleh sebab itu tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk sintesis adsorben silika gel dan modifikasi permukaan silika menjadi komposit silika kitosan berbasis abu vulkanik gunung Sinabung serta kajian adsorpsi terhadap logam Kadmium dengan metode Ekstraksi Fase Padat (EFP)
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian di atas permasalahan dalam penelitian ini adalah:
1. Bagaimana sintesis dan karakteristik silika dan kitosan dari abu vulkanik gunung Sinabung dan kulit udang sebagai bahan baku pembuatan komposit silika-kitosan
2. Bagaimana sintesis dan karakteristik komposit silika-kitosan berbasis abu vulkanik gunung Sinabung dengan berbagai variasi komposisi kitosan menggunakan croslink glutaraldehyd secara sol-gel
3. Bagaimanakah daya adsorpsi silika gel berbasis abu vulkanik sinabung terhadap logam Cd (II) dengan metode Ekstraksi Fase Padat (EFP)
4. Bagaimanakah daya adsorpsi komposit silika-kitosan berbagai variasi komposisi kitosan menggunakan croslink glutaraldehyd dengan metode Ekstraksi Fase Padat (EFP)
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Mengetahui sintesis dan karakteristik silika dan kitosan dari abu vulkanik gunung Sinabung dan kulit udang sebagai bahan baku pembuatan komposit silika-kitosan
2. Mengetahui sintesis dan karakteristik komposit silika-kitosan berbasis abu vulkanik gunung Sinabung dengan berbagai variasi komposisi kitosan menggunakan croslink glutaraldehyd secara sol-gel
3. Mengetahui daya adsorpsi silika gel berbasis abu vulkanik sinabung terhadap logam Cd (II) dengan metode Ekstraksi Fase Padat (EFP)
4. Mengetahui daya adsorpsi komposit silika-kitosan berbagai variasi komposisi kitosan menggunakan croslink glutaraldehyd dengan metode Ekstraksi Fase Padat (EFP)
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari hasil penelitian ini diharapkan sebagai pemanfaatan sumber alam yang begitu melimpah yang dimiliki dari gunung berapi yang terletak di provinsi Sumatera Utara yakni abu vulkanik erupsi gunung Sinabung yang sangat melimpah dan memiliki kadar silika begitu tinggi sehingga dapat dimanfaatkan sebagai adsorben berbasis silika. Diharapkan adsorben silika dan modifikasi permukaan silika dengan kitosan sebagai komposit silika kitosan dapat meningkatkan efektiftivitas dan selektivitas yang lebih tinggi pada proses adsorpsi logam-logam berat sehingga memberikan informasi khususnya kepada dunia industri logam untuk menangani limbah logam-logam berat tersebut.
2 BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Deskripsi Singkat Gunung Sinabung
Gunung Sinabung adalah gunung api stratovolkano (berbentuk kerucut), dengan tinggi puncaknya 2460 m dpl. Lokasi gunung api Sinabung secara administratif masuk ke dalam kabupaten Karo, provinsi Sumatera Utara. Posisi geografis yakni pada 432454 UTM-X dan 351263 UTM-Y. Gunung Sinabung meskipun tidak ada catatan meletus sejak tahun 1600, namun gunung ini pada tahun 1912 dilaporkan terjadi aktivitas solfatara di puncaknya. Aktivitas solfatara artinya ada semburan uap dan gas belerang panas dari retakan-retakan di permukaan tanah/batuan. Aktivitas solfatara menunjukkan bahwa gunung Sinabung ini masih mempunyai kegiatan vulkanik di dalamnya. Gunung Sinabung tidak pernah tercatat meletus sejak tahun 1600, akan tetapi mendadak aktif kembali dengan meletus pada 27 Agustus 2010, gunung ini mengeluarkan asap dan abu vulkanis hingga tahun 2014 (Hanif, 2014).
Menurut sejarah diperkirakan gunung api ini mulai tumbuh antara Plistosen hingga Holosen, dengan menghasilkan banyak aliran lava pada lereng-lerengnya.
Secara regional gunung api ini termasuk tipe kwarter, sedangkan stratigrafi vulkaniknya belum ada (belum dipetakan). Ditinjau dari pola struktur regional yang dapat diamati, gunung Sinabung dan gunung Sibayak mempunyai kelurusan dengan Danau Toba, diperkirakan aktivitas dan kemunculan gunung api ini mempunyai kaitan erat dengan Danau Toba tersebut. Penelitian yang telah dilakukan ditemukan batuan lava berupa danesit piroksen, lahar, agglomerate, dengan komposisi mineral terdiri atas: augit, hornblende dan hipersten (Santoso et al., 1982).
2.2 Abu Vulkanik dan Komposisinya
Abu vulkanik atau pasir vulkanik adalah bahan material vulkanik jatuhan yang disemburkan ke udara saat terjadi suatu letusan. Abu maupun pasir vulkanik terdiri dari batuan berukuran besar sampai berukuran halus, yang berukuran besar biasanya jatuh disekitar kawah sampai radius 5–7 km dari kawah, sedangkan yang
berukuran halus dapat jatuh pada jarak mencapai ratusan kilometer bahkan ribuan kilometer dari kawah disebabkan oleh adanya hembusan angin (Alexander, 2010).
Abu vulkanik merupakan bahan material vulkanik jatuhan yang disemburkan ke udara pada saat terjadi letusan. Secara umum komposisi abu vulkanik terdiri atas silika dan kuarsa.
Jenis-jenis mineral dalam abu vulkanik tergantung pada kimia magma dari magna itu meletus. Unsur yang paling berlimpah ditemukan dalam magma adalah silika (SiO2) dan oksigen, berbagai jenis magma yang dihasilkan selama letusan gunung berapi yang paling sering dijelaskan dengan parameter kandungan silikanya.
Letusan basal energi rendah (basal: batuan beku berwarna gelap, berbutir halus yang pada umumnya merupakan pembekuan lava dari gunung api) menghasilkan abu berwarna gelap khas yang mengandung ~ 45–55 % silika yang umumnya kaya akan zat besi (Fe) dan magnesium (Mg). Letusan riolit paling eksplosif menghasilkan abu felsic yang tinggi silika (> 69 %), sedangkan abu jenis lain dengan komposisi menengah (misalnya, danesit atau dasit) memiliki kandungan silika antara 55 - 69 %.
Komposisi kimia total berbagai unsur makro dan mikro dalam abu letusan gunung berapi dianalisis menggunakan sinar X-Ray Flourescence (XRF). Data yang disajikan umumnya dalam bentuk oksida, baik unsur makro maupun unsur mikro.
Tabel 2.1 menyajikan beberapa hasil analisis komposisi oksida unsur makro dari abu segar yang berasal dari gunung Merapi, gunung Kelud, dan gunung Slamet di Pulau Jawa, gunung Talang dan gunung Sinabung di Pulau Sumatera, gunung Lokon di Sulawesi Utara, gunung Ibu di Maluku Utara dan gunung Agung di Pulau Bali.
Tabel 2.1 Komposisi Oksida Unsur Makro pada Abu/Pasir Vulkanik Beberapa Gunung di Indonesia
Lokasi SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 MnO CaO MgO Na2O K2O P2O5 SO3
G. Merapi1) 56,39 0,65 19,34 7,15 0,16 7,32 1,44 3,92 2,10 0,39 0,21 G. Talang2) 57,61 0,67 16,16 5,39 0,08 4,79 1,88 2,51 1,84 0,18 - G.
Sinabung3)
58,10 0,71 18,30 7,09 0,16 8,05 2,92 2,95 1,70 0,12 - G. Kelud4) 55,19 0,58 18,20 7,51 0,17 8,86 3,85 2,42 0,57 0,08 - G. Slamet5) 51,84 1,12 19,12 3,32 0,20 7,98 4,66 2,73 0,87 0,07 - G. Lokon5) 57,09 0,70 16,61 2,57 0,14 8,66 3,69 2,36 0,91 0,14 - G. Ibu5) 67,53 0,65 14,47 5,00 0,14 3,13 1,04 4,20 3,31 0,21 - G. Agung5) 55,00 0,93 19,85 5,28 0,13 7,27 2,90 1,50 0,25 0,05 -
Sumber: 1) Anda et al. (2012); 2) Fiantis et al. (2011); 3) Nakada dan Yoshimoto (2014); 4) Tim Faperta UGM (2014); 5) Badan Geologi, http://pvmbg.bgl.esdm.go.id
Hasil penelitian menunjukkan bahwa abu vulkanik mengandung unsur mayor (aluminium, silika, kalium, dan besi), unsur minor (iodium, magnesium, mangan, natrium, pospor, sulfur, dan titanium), dan tingkat trace (aurum, asbes, barium, kobalt, krom, tembaga, nikel, plumbum, sulfur, stibium, stannum, stronsium, vanadium, zirconium, dan seng). lima komposisi kimia tertinggi dari abu vulkanik gunung berapi secara berurutan didominasi oleh SiO2 (51,84 % sampai 67,53 %) dan diikuti oleh Al2O3 (14,47 % sampai 19,85 %), kemudian urutan ketiga diikuti oleh CaO (3,13 % sampai 8,86 %) atau Fe2O3 (2,57 % sampai 7,51 %) (Sukarman dan Dariah, 2014).
Abu vulkanik Gunung berapi dapat diklasifikasikan atas beberapa tipe batuan berdasarkan kandungan silika total (SiO2) seperti yang disajikan dalam Tabel 2.2.
Tabel 2.2 Klasifikasi Abu Vulkanik Berdasarkan Kandungan Silika total (Shoji et al., 1993)
Tipe batuan Batuan Total SiO2 (%)
Felsic (asam) Riolit 100 – 70
Dasit 70 – 62
Intermediate (menengah) Andesit 62 – 58
Andesit basaltic 58 - 53,5
Mafic (basis) Basal 53,5 – 45
Berdasarkan kriteria tersebut maka abu vulkanik yang berasal dari enam gunung yang ada di Indonesia tergolong andesit basaltik karena mempunyai kandungan SiO2 antara 58-53,5%. Sedangkan untuk abu vulkanik yang berasal dari Gunung Ibu di Halmahera, Maluku Utara, tergolong ke dalam dasit karena mempunyai kandungan SiO2 antara 62-70 % dan untuk contoh dari Gunung Slamet tergolong basal karena mempunyai kandungan SiO2 antara 45-53,5 % (Shoji et al., 1993).
Beberapa komposisi kimia yang dihasilkan dari erupsi tersebut, seperti karbon dioksida (CO2), sulfur oksida (SO2), hidrogen sulfida (H2S), gas hidrogen (H2), hidrogen klorida (HCl), hidrogen florida (HF), dan helium (He) (Wahyuni et al., 2013). Sementara sekitar 55 spesies ion telah dilaporkan terdapat dalam abu
vulkanik. spesies yang paling banyak biasanya ditemukan adalah kation Na+ , K+ , Ca2+ dan Mg2+ dan anion Cl–, F–, dan SO42–
Tim riset program pertanian fakultas pertanian Universitas Sumatera Utara (USU) menemukan unsur-unsur yang terkandung dalam material erupsi gunung Sinabung pada material yang diteliti sejak tahun 2010 hingga 2013. Hasil analisis laboratorium ilmu tanah fakultas pertanian USU menunjukkan, sifat kimia debu vulkanik hasil erupsi gunung Sinabung tergolong asam dengan pH 4,30 - 4,98.
Keasaman yang tinggi atau nilai pH yang rendah hingga sangat rendah dari debu vulkanik ini disebabkan kadar sulfur (belerang) yang tinggi dengan kadar belerang (S) total sebesar 3,36%. Demikian juga kelarutannya dalam bentuk asam sulfat (SO4) yang cukup tinggi mencapai 62 ppm, jauh di atas kadar yang dapat menyebabkan iritasi pada mata sebesar 8-12 ppm. Kandungan silikat (SiO2) yang yang terdapat pada debu vulkanik Gunung Sinabung mencapai 74,47% (Barasa et al., 2013).
Tingginya kandungan kadar silika dari abu vulkanik gunung Sinabung merupakan sumber daya alam potensial yang perlu dioptimalkan pemanfaatannya sebagai sumber silika untuk prekursor sintesis adsorben dan komposit berbasis silika untuk adsorsi logam-logam berat.
2.2.1 Ukuran Butir Abu Vulkanik
Abu vulkanik terdiri dari partikel (piroklastik) dengan diameter < 2 mm (partikel > 2 mm diklasifikasikan sebagai lapili) keseluruhan distribusi ukuran butir abu dapat sangat bervariasi dengan komposisi magma yang berbeda. Magma rhyolitic umumnya menghasilkan bahan halus berbutir dibandingkan dengan magma basaltik . Proporsi abu halus yang lebih tinggi untuk letusan eksplosif silikat, mungkin karena ukuran vesikel dalam magma pra letusan lebih kecil dibandingkan dengan magma mafik .
Karakteristik fisik dan kimia dari abu vulkanik dipengaruhi oleh tipe letusan gunung berapi. Gunung berapi menampilkan berbagai tipe letusan yang pengaruhi oleh sifat kimia magma, isi kristal, suhu, dan gas-gas terlarut dari erupsi magma dan dapat diklasifikasikan dengan menggunakan Volcanic Explosivity Index (VEI).
Letusan VEI 1 memiliki produk < 105 m3 ejecta, sedangkan letusan sangat eksplosif VEI 5+ dapat mengeluarkan > 109 m3 ejecta ke atmosfer. Parameter lain yang
mengendalikan jumlah abu yang dihasilkan adalah durasi letusan, semakin lama letusan, semakin banyak abu akan diproduksi. (Ejecta ialah fragmen batuan, glass dan material lain yang terlempar keluar dari kawah benturan atau gunung api).
Ukuran abu vulkanik yang diperbesar sebanyak 220 kali tampak pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Ukuran Abu Vulkanik diperbesar sebanyak 220 kali (www.bisakimia.com)
2.3 Silika dan Sifat-Sifat
Silika adalah senyawa kimia dengan rumus molekul SiO2 (silikon dioksida) yang dapat diperoleh dari silika mineral, nabati dan sintesis kristal. Silika mineral adalah senyawa yang banyak ditemui dalam bahan tambang/galian yang berupa mineral seperti pasir kuarsa, granit, dan fledsfar yang mengandung kristal-kristal silika (SiO2) (Bragmann dan Goncalves, 2006).
Beberapa penelitian menunjukkan bahwa abu vulkanik gunung berapi memiliki kandungan terutama material silika yang begitu besar. Seperti Abu vulkanik Gunung Merapi yang diambil pada Juli 2008 mengandung Al, Mg, Si dan Fe yang dianalisis dengan metode Analisis Aktivasi Neutron (AAN) berturut-turut berkisar antara 1,8 - 15,9 % (Al), 0,1 - 2,4 % (Mg), 2,6 - 28,7 % (Si) dan 1,4 - 9,3 % Fe (Sudaryo dan Sutjipto 2009). Zuarida (1999) mengemukakan abu vulkanik Gunung Kelud Jawa Timur mengandung 45,9 % (SiO2). Bahan silikat (SiO2) yang yang terdapat pada debu vulkanik Gunung Sinabung mencapai 74,47 %. (Barasa et al., 2013).
Silika gel merupakan suatu bentuk dari silika yang dihasilkan melalui penggumpalan sol natrium silikat (NaSiO2). Larutan silikat yang direaksikan dengan asam akan menghasilkan asam silikat. Dalam sistem asam silikat, pembentukan gel
dijabarkan sebagai kondensasi dari Si(OH)4 menjadi rantai siloksan, yang kemudian bercabang dan selanjutnya berikatan silang membentuk kerangka tiga dimensi. Sol mirip agar – agar ini dapat didehidrasi sehingga berubah menjadi padatan atau butiran mirip kaca yang bersifat tidak elastis. Silika gel ini berbentuk seperti zat padat yang lunak dan kenyal tetapi rentang suhu tertentu dapat berbentuk seperti fluida. Biasanya gel mempunyai sifat tiksotropi yaitu menjadi cair ketika digoyang dan kembali memadat ketika dibiarkan tenang.
Silika gel dibagi menjadi tiga tipe, yaitu regular density gel diproduksi dengan pencampuran di media asam, mempunyai diameter sangat kecil dan specific surface area (SSA) yang sangat tinggi. Jenis yang kedua adalah Intermedite density gel yang mempunyai ukuran diameter 12-16 nm dan memiliki SSA 300 – 350 m2 /g.
Jenis yang kedua ini sangat cocok untuk proses adsorpsi karena bentuknya berupa bubuk halus dan ukuran partikel yang kecil dan porositasnya dapat dikontrol. Jenis ketiga adalah low density gel (Oscik,1982).
Silika merupakan senyawa polimerik tiga dimensi dengan jaringan ikatan kovalen Si-O membentuk suatu molekul raksasa, jaringan ini mengandung spesies
“penghubung” tetrahedral SiO4 , dengan tiap atom Si diikat oleh empat atom O dan tiap atom O diikat oleh dua atom Si (Rapierna, 2012). Silika merupakan material berpori dan berbentuk amorf, k a r e n a adanya ketidakteraturan susunan molekul pada struktur silika menyebabkan terbentuknya pori yang tidak teratur.
Adapun penataan struktur silika dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Penataan SiO4 Tetrahedral Silika Gel (Kaim dan Schwederski, 1994)
Silika memiliki sifat nontoksik dan biokompatibel sehingga banyak dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi. Matrik silika secara kimia stabil, bersifat hidrofilik, mudah disintesis dan memiliki kekuatan mekanik yang tinggi, stabilitas termal yang tinggi, Permukaan stabil dalam medium asam (Antovska, 2006). Silika memiliki keuntungan dari segi kemampuan adhesi yang lebih baik pada banyak substrat, ketahanan korosi yang tinggi, ketahanan terhadap keretakan dan sebagainya serta menunjukkan performa yang baik untuk pelapisan, perekatan, dan lain-lain. Sifat yang paling penting dari silika gel sebagai adsorben adalah material berpori tinggi yang dapat diregenerasi. Silika gel memiliki kemampuan menyerap yang sangat besar terhadap molekul-molekul air
Silika gel termasuk dalam silika amorf yang beragregasi membentuk partikel yang lebih besar (1-2,5 µm) membentuk kerangka tiga dimensi. Silika amorf terbentuk ketika silikon teroksidasi secara termal. Silika amorf terdapat dalam beberapa bentuk yang tersusun dari partikel-partikel kecil yang kemungkinan ikut tergabung. Biasanya silika amorf mempunyai kerapatan 2,6 g/cm3. Karakteristik silika amorf diperlihatkan dalam Tabel 2.3 (Surdia et al., 2000).
Tabel 2.3 Karakteristik Silika Amorf Karakteristik Silikon Dioksida
Rumus Molekul SiO2
Berat Jenis (g/cm3) 2,6
Bentuk Padat
Daya larut dalam air Tidak larut
Titik cair (°C) 1610
Titik didih (°C) 2230 Kekerasan (Kg/mm2) 650 Kekuatan tekuk (Mpa) 70 Kekuatan tarik (Mpa) 110 Modulus elastisitas (Gpa) 73 – 75 Resistivitas ( m) >1014 Koordinasi geometri Tetrahedral
Struktur Kristal Kristobalit, Tridimit, Kuarsa
Sifat silika gel bergantung pada orientasi dari ujung tempat gugus hidroksil berkombinasi. Hal ini disebabkan susunan permukaan SiO4 tetrahedral yang tidak teratur, maka permukaan gugus –OH pada (-Si-OH/ gugus silanol) jumlah distribusinya per unit area bukan menjadi ukuran kemampuan adsorpsi silika gel, walaupun gugus siloksan (-Si-O-Si) terdapat pada permukaan gel (Oscik, 1982).
Sifat kimia mineral silika mempunyai berbagai sifat kimia antara lain sebagai berikut :
a. Reaksi Asam Silika relatif tidak reaktif terhadap asam kecuali terhadap asam hidrofluorida dan asam phospat.
SiO2(s) + 4HF(aq) → SiF4(aq) + 2H2O(l) ( 2.1 ) Dalam asam berlebih reaksinya adalah:
SiO2+ 6HF → H2[SiF6](aq) + 2H2O(l) ( 2.2 )
b. Reaksi basa Silika dapat bereaksi dengan basa, terutama dengan basa kuat, seperti dengan hidroksida alkali.
SiO2(s) + 2NaOH(aq) → Na2SiO3 + H2O ( 2.3 ) Secara komersial, silika dibuat dengan mencampur larutan natrium silikat dengan suatu asam mineral. Reaksi ini menghasilkan suatu dispersi pekat yang akhirnya memisahkan partikel dari silika terhidrat, yang dikenal sebagai silika hidrosol atau asam silikat yang kemudian dikeringkan pada suhu 110°C agar terbentuk silika gel. Reaksi yang terjadi :
Na2SiO3(aq) + 2HCl(aq) → H2SiO3(l) + 2NaCl(aq) ( 2.4 )
H2SiO3(s) → SiO2.H2O(s) ( 2.5 )
Silika gel yang mempunyai gugus silanol dan gugus siloksan tanpa pemodifikasian terlebih dahulu dapat mengadsorpsi ion logam. Meskipun demikian atom O sebagai situs aktif silika gel merupakan spesies yang mempunyai ukuran yang relatif kecil dan polarisabilitas yang rendah sehingga kecenderungannya untuk berinteraksi dengan logam berat yang pada umumnya mempunyai ukuran besar dan polarisabilitas tinggi secara teoritis relatif tidak begitu kuat. Sehubungan dengan hal itu, perlu adanya upaya untuk meningkatkan efektivitas silika gel dalam mengadsorpsi ion logam melalui penambahan (imobilisasi) gugus aktif yang mampu secara efektif mengikat ion logam (Tokman et al., 2003)
Banyak upaya telah dilakukan untuk memodifikasi permukaan silika gel melalui penambahan (imobilisasi) gugus aktif organik dan fungsionalisasi anorganik (Jal et al., 2004). Imobilisasi fungsionalisasi organik gugus merkapto atau tiol (-SH) telah dilakukan oleh ( Narsito et al., 2004; Arakaki dan Airoldi, 2000). Maupun dengan gugus amin terhadap silika gel melalui proses sol-gel (Simatupang et al., 2007;
Tokman et al., 2003; Ghoul et al., 2003).
2.4 Kitosan
Kitosan merupakan turunan (derivativ) dari kitin. Kitosan memiliki struktur (1- 4)-2-Amino-Deoksi- -D-Glukosa. Adapun Gambar struktur kitosan dapat dilihat pada Gambar 2.3 dibawah ini.
Gambar 2.3 Struktur Kitosan
Sumber kitin yang sangat potensial adalah dari kerangka Crustaceae (kepiting, lobster, udang) dan dinding struktural fungi serta hewan tingkat rendah.
Selain dari limbah Crustacea sumber kitin lain yang cukup potensial adalah dari hasil fermentasi asam sitrat oleh Aspergillus niger yang mungkin ekonomis untuk masa yang akan datang (Muzarelli, 1980).
Kitosan merupakan biopolimer yang diperoleh dari deasetilasi kitin. Akhir - akhir ini kitosan banyak dimanfaatkan dalam beragam industri dengan alasan limbah industri makanan laut begitu besar dan perlu untuk diolah menjadi sesuatu yang berguna selain itu karena sifat-sifat kitosan yang tidak beracun dan biodegradable (Suhardi, 1992). Proses utama dalam pembuatan kitosan, meliputi penghilangan protein dan kandungan mineral melalui proses deproteinasi dan demineralisasi, yang masing-masing dilakukan dengan menggunakan larutan basa dan asam. Selanjutnya kitosan diperoleh melalui proses deasetilasi dengan cara memanaskan dalam larutan basa (Tolaimatea et al., 2003; Champagne, 2002). Proses deasetilasi kitin dapat dilakukan dengan
cara kimiawi atau enzimatik. B e s a r n y a gugus asetil yang hilang dari polimer kitin akan semakin memperkuat interaksi antar ion dan ikatan hidrogen dari kitosan.
Ternyata penghilangan gugus asetil kitin meningkatkan kelarutannya, sehingga kitosan lebih banyak digunakan daripada kitin, antara lain di industri kertas, pangan, farmasi, fotografi, kosmetik. Selain itu kitosan juga bersifat nontoksik, biokompatibel, dan biodegradabel sehingga aman digunakan.
Kitosan adalah padatan amorf putih kekuningan yang tidak larut dalam alkali dan asam mineral kecuali pada keadaan tertentu. Kitosan merupakan molekul polimer yang mempunyai berat molekul tinggi. Kitosan dengan berat molekul yang tinggi didapati dengan mempunyai viskositas yang baik dalam suasana asam. Kitosan mudah mengalami degradasi secara biologis dan tidak beracun, kationik kuat, flokulan dan koagulan yang baik, mudah membentuk membran atau film serta membentuk gel dengan anion bervalensi ganda. Kandungan nitrogen dalam kitin berkisar 5 – 8% tergantung pada tingkat deasetilasi sedangkan nitrogen pada kitosan kebanyakan dalam bentuk gugus amino. Maka kitosan bereaksi melalui gugus amino dalam pembentukan N – asilasi dan reaksi Schiff yang merupakan reaksi yang penting (Rege dan Lawrence, 1999).
Kitosan dapat larut dalam beberapa larutan asam organik tetapi tidak larut dalam pelarut organik. Kitosan tidak larut dalam air, larutan basa kuat dan dan larutan yang mengandung konsentrasi ion hidrogen diatas pH 6, 5, tetapi kitosan dapat larut dalam asam hidroklorat dan asam nitrat pada konsentrasi 0,15-1,1 % dan tidak larut pada konsentrasi asam 10%. Kitosan juga tidak larut dalam asam sulfur tetapi larut sebagian pada asam ortofosfat dengan konsentrasi 0,5 % (Ornum, 1992). Pelarut kitosan yang umum digunakan adalah asam asetat dengan konsentrasi 1-2 % dan kelarutan kitosan yang paling baik ialah dalam larutan asam asetat 2% ( Knorr, 1982).
Kitosan tidak larut dalam air, pelarut- pelarut organik, alkali atau asam-asam mineral pada pH diatas 6,5. tetapi larut dengan cepat dalam asam organik seperti asam formiat, asam sitrat dan asam asetat. Kitosan juga sedikit larut dalam HCl dan HNO3 0,5%, H3PO4.tetapi dalam H2SO4 tidak
larut. Kitosan tidak larut dalam beberapa pelarut organik seperti alkohol, aseton, dimetil formida dan dimetil sulfoksida tetapi larut dengan baik dengan asam formiat berkonsentrasi (0,2 - 100)% dalam air (Knorr, 1982).
Pembuatan kitosan dari kitin diperoleh melalui jalan melakukan proses destilasi dengan larutan alkali (NaOH) berkonsentrasi tinggi untuk menghilangkan gugus asetil (–COCH3) pada gugus asetamida (-NHCOCH3-). Penghilangan gugus asetil akan meninggalkan gugus amina (-NH2) pada rantai senyawa kitosan di mana gugus ini merupakan situs aktif yang sangat berperan dalam mengadsorpsi logam- logam pencemar. Secara teoritis, yang didukung oleh beberapa kajian para peneliti, kitosan jauh lebih berperan dan memiliki kelebihan dibandingkan kitin dalam berbagai bidang terutama sebagai adsorben logam berat karena dapat sebagai flokulan dan koagulan ( Minamisawa et al., 1999; Schmul et al., 2001; Lesbani, 2000; Franco, 2004).
Kemampuan kitosan untuk mengikat logam dengan cara pengkhelatan adalah dihubungkan dengan kadar nitrogen yang tinggi pada rantai polimernya.
Kitosan mempunyai satu kumpulan amino linear bagi setiap unit glukosa. Kumpulan amino ini mempunyai sepasang elektron yang dapat berkoordinat atau membentuk ikatan-ikatan aktif dengan kation-kation logam. Unsur nitrogen pada setiap monomer kitosan dikatakan sebagai gugus yang aktif berkoordinat dengan kation- kation logam hal ini berkaitan dengan gugus (-NH2) yang lebih mampu mengikat ion logam berat (asam Lewis keras) karena N pada –NH2 lebih bersifat basa Lewis (Muzarelli, 1980).
2.5 Glutaraldehyd
Merupakan senyawa organik dengan rumus molekul CH2(CH2CHO)2. Sebuah cairan yang warnanya seperti minyak dan banyak digunakan untuk mensterilkan peralatan medis dan gigi. Senyawa ini juga digunakan untuk pengolahan industri dan sebagai bahan pengawet kimia.Pembuatan dan struktur pada skala industri.
Gambar 2.4 Struktur Glutaraldehyd
Proses yang digunakan dalam pembuatan hidrogel adalah dengan metode crosslinking. Metode crosslinking ialah metode penggabungan dua atau lebih molekul oleh ikatan kovalen. Crosslinkers adalah molekul yang mengandung dua gugus aktif atau lebih yang mampu mengikat kelompok gugus fungsional tertentu, sehingga terbentuk matrik hidrogel.
Bahan kimia yang dapat terjerap ke dalam hidrogel dapat berupa pupuk atau obat-obatan.Pada penelitian ini crosslinker yang digunakan adalah berupa glutaraldehid. Senyawa crosslinking agent glutaraldehid banyak digunakan dalam penelitian dikarenakan senyawa ini merupakan pengatur ikatan antara molekul kovalen dengan rantai polimer sehingga menghasilkan polimer menjadi lebih rigid untuk digunakan.
2.6 Modifikasi Permukaan Silika utuk Tujuan Adsorpsi.
Modifikasi permukaan silika gel berhubungan dengan keseluruhan proses yang bertujuan untuk mengubah komposisi kimia permukaan. Modifikasi akan mempengaruhi secara signifikan proses adsorpsi. Modifikasi banyak dilakukan pada silika gel karena permukaan silika gel banyak memiliki kelebihan yakni : gugus fungsional yang diimobilisasikan pada silika gel lebih mudah bereaksi dan tidak reaktif terhadap pelarut organik serta tahan panas.
Modifikasi permukaan silika gel dapat dibedakan menjadi 2 jenis menurut senyawa yang digunakan yaitu: fungsionalisasi organik dimana agen pemodifikasi berupa gugus organik dan fungsionalisasi anorganik yang mana gugus pemodifikasi dapat berupa senyawa organometalik atau oksida logam (Jal et al., 2004). Silika gel mampu berikatan dengan senyawa organik yang memiliki affinitas baik terhadap atom Si ataupun atom O. Agen pemodifikasi dapat berinteraksi dengan silika gel melalui interaksi fisik dan kimia.
Modifikasi secara fisik yakni penempelan secara fisik logan pada padatan adsorben dapat terjadi melalui impregnasi. Hanya saja modifikasi secara fisik akan memberikan hasil rendah karena ligan kurang stabil dan dapat lepas kembali.
Modifikasi secara kimia yakni memodifikasi permukaan silika secara kimia dilakukan dengan mengembangkan reaksi antara gugus silanol dengan reagen lain
