SINTESIS ALUMINA DARI LIMBAH ANODISASI DENGAN METODE SOL-GEL. KAJIAN : WAKTU AGING
ALUMINA SYNTHESIS FROM WASTE ANODIZING BY SOL-GEL METHOD. STUDY: AGING TIME
Rosgiani Wulandari*), Nenny Dwi Munawarti, Deka Permatasari, Zuhrotul Aini, Wulan Sekilas Wari, dan Sri Wardhani
Jurusan Kimia FMIPA Universitas Brawijaya Jl. Veteran Malang (65145), Telp. 0341-575835
*)Email :[email protected]
Abstrak. Telah dilakukan penelitian tentang sintesis alumina dari limbah anodisasi dengan metode sol-gel. Kajian : waktu aging. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui waktu aging optimum, dan untuk mengetahui perbedaan hasil dari waktu aging melalui karakterisasi XRD, FT-IR dan PSA.Metode yang digunakan yaitu metode Sol-Gel, dimana limbah anodisasi direaksikan dengan NaOH 4M hingga pH 10, kemudian disaring dan dihasilkan endapan Al(OH)3. Endapan tersebut dikeringkan,dan
ditambahkan HCl 2M dan NH3 25% hingga terbentuk sol pada pH 10.Aging dilakukan selama 12 jam dan
24 jam, kemudian dikalsinasi selama 2 jam pada temperature 1000oC. Waktu aging optimum yaitu 24 jam dengan massa alumina sebanyak 2 gram. Hasil FT-IR dari sampel dengan waktu aging 12 dan 24 jam menunjukkan adanya vibrasi molekul Al2O3 berupa vibrasi ulur Al-O pada bilangan gelombang 463 cm
-1
yang sesuai dengan literature yaitu 460 cm-1.Hasil XRD posisi 2θ dari sampel Al2O3 12 jam yaitu
25,71;35,95;37,99 dan dari sampel Al2O3 24 jam yaitu 26,16;35,73;37,51 yang sesuai dengan JCPDS
00-002-1227.Hasil PSA dari sampel Al2O3 (12 jam) dan (24 jam) pada skala 10%, diameternya
masing-masing sebesar 9,14 dan 8,06 µm. Skala 50%, diameternya sebesar 12,56 dan 10,72 µm. Skala 90%, diameternya sebesar 41,19 dan 16,39 µm.
Kata kunci: Limbah anodisasi, Metode Sol-Gel, Waktu Aging, Alumina, Karakterisasi (FT-IR,XRD, PSA) Abstract. It has been conducted a research on the synthesis of alumina from waste anodizing by sol-gel method. Study: aging time.The objective of this research was to know the optimum aging time, and to know the results of aging time through several characterization,such as :XRD,FT-IR,and PSA. The method used is Sol-Gel method, in which the waste anodizing reacted with 4M NaOH to pH 10, then filtered and the resulting precipitate Al (OH)3. The precipitate was dried, and added 2M HCl and NH3
25% to form a sol at pH 10. Aging conducted for 12 hours and 24 hours, and then calcined for 2 hours at temperatures of 1000oC. The optimum aging time is 24 hours with the mass of alumina as many as 2 grams.FT-IR results of the sample with aging time 12 and 24 hours showed a molecular vibration Al2O3
in the form of Al-O stretching vibration at wave number 463 cm-1 corresponding with the literature that is 460 cm-1. Results XRD 2θ position of the sample Al2O3 12 hours are 25,71;35,95;37,99 and from the
sample Al2O3 24 hours are 26,16;35,73;37,51in accordance with the JCPDS 00-002-1227. PSA results
from samples Al2O3 (12 hours) and (24 hours) on a scale of 10%, its diameter respectively by 9.14 and
8.06 µm. Scale 50%, diameter of 12.56 and 10.72 µm. Scale 90%, diameter of 41.19 and 16.39 µm. Keywords: Waste anodizing, Sol-Gel method, Aging Time,Alumina, Characterization (FT-IR,XRD, PSA)
PENDAHULUAN
Alumina (Al2O3) adalah satu-satunya oksida yang terbentuk dari logam aluminium dan di alam terdapat dalam bentuk mineral korondum (Al2O3), gibbsite (Al2O3.3H2O) diaspore (Al2O3.H2O) [1].Alumina merupakan salah satu biomaterial yang digunakan sebagai implant tulang disamping fungsinya sebagai katalis, adsorben,dan bermanfaat dalam industry katalisis [2]. Hal ini disebabkan karena alumina toleran terhadap lingkungan biologisnya [3].
Biomaterial adalah material tidak hidup yang berasal dari alam dan dapat berinteraksi dengan suatu system biologi. Biomaterial ini dapat berfungsi untuk menggantikan fungsi-fungsi organ tubuh manusia yang rusak [4]. Salah satu peranan biomaterial ini adalah sebagai implant tulang [5]. Di Indonesia sendiri, kebutuhan akan biomaterial semakin meningkat. Hal ini disebabkan oleh karena banyaknya kasus penyakit yang membutuhkan adanya plat tulang. Seperti pada penyakit kanker tulang, patah tulang, trauma pada mata. Untuk mendapatkan biomaterial tersebut, di Indonesia sendiri harus melalukakn impor dari luar negeri dengan harga yang mahal yaitu sekitar $12 miliar per tahunnya [5]. Oleh karena itu, pengembangan mengenai biomaterial sangat penting. Salah satu material yang dapat digunakan sebagai biomaterial adalah nano alumina yang bisa didapatkan dari bentuk alumina.
Salah satu bahan yang dapat digunakan untuk mendapatkan alumina berasal dari limbah anodisasi dari proses pelapisan logam.Anodisasi adalah suatu proses elektrolisis yang melewatkan arus searah pada elektrodanya sehingga permukaan yang bertindak sebagai anoda dapat menjadi lapisan yang terlindungi [6]. Limbah anodisasi sendiri adalah limbah yang berbahaya bagi makhluk hidup, dimana dalam kandungannya terdapat sekitar 30-40 g/L dari kadar aluminium [1]. Menurut [7],
kandungan tersebut sudah melebihi ambang batas yang ada karena kandungan aluminium dalam bentuk aluminium hidroksida sekitar 36,6 mg/L sudah dapat memberikan efek kesadahan air. Limbah-limbah tersebut harus dimanfaatkan menjadi produk yang lebih berguna mengingat bahaya yang dapat ditimbulkan jika tercemar di lingkungan sekitar manusia seperti menyebabkan penyakit anoreksia, dan kerusakan otak. Salah satu pemanfaatan limbah anodisasi adalah dengan membuat alumina yang merupakan bahan dasar pembuatan biomaterial [8].
Metode yang dapat digunakan untuk melakukan sintesis alumina adalah metode sol gel. Metode ini dikenal sebagai salah satu metode sintesis nano partikel yang cukup mudah [9]. Metode sol gel ini didsarkan pada transformasi fasa dari suatu sol dimana sol tersebut didapatkan dari logam alkoksi atau logam organik [3]. Alkoksi pada proses sol gel digunakan sebagai prekusor. Keuntungan penggunaan alkoksi tersebut adalah dapat mengontrol hidrolisis dan kondensasi [10]. Sol tersebut merupakan suatu larutan yang mengandung partikel dalam suspensi yang terpolimerisasi pada temperatur yang rendah untuk membentuk gel yang basah.Pelarutnya dapat dihilangkan dengan cara mengeringkan gel [3]. Oleh karena metode ini dalam prosesnya menggunakan larutan sebagai medianya, disebut pula sebagai “wet method”. Bahan yang sering digunakan sebagai katalis dalam proses ini adalah urea, polyvinyl alkohol atau asam sitrat [9]. Keuntungan dari menggunakan metode sol gel adalah homogenitasnya lebih baik, lebih murni, hemat energy, pencemarannya rendah, fase pemisahan cepat, pembentuk fase kristal baru dari padatan non kristal baru.Sedangkan kerugian menggunakan metode sol gel adalah material proses yang cukup mahal, waktu proses yang cukup lama [10].
Proses sintesis sol gel ini dapat dilakukan pada temperatur 1000oC dan 1200oC selama 2 jam [3]. Untuk mensintesis nano alumina dari logam, logam aluminium dihidrolisis pada temperatur 1000oC sehingga membentuk boehmite. Boehmite kering dan basah yang terbentuk akan diubah menjadi sol. Untuk boehmite kering, digunakan wadah ultrasonik sehingga membentuk sol. Untuk boehmite gelatin, dipeptisasi sehingga membentuk suatu sol. Nano partikel yang telah didapatkan dikalsinasi menjadi α-alumina pada temperatur 1000℃ [11].
Menurut [12], spektra nano alumina dapat dilihat pada kisara panjang gelombang 400-1000 cm-1. Puncak penyerapan inframerah didapatkan pada 760 cm-1, meskipun pada dua daerah 802 cm-1 dan 582 cm-1 terdapat spektra yangt menunjukkan vibrasi Al-O pada alumina. Pada panjang gelombang 1620 cm-1 terdapat spektra penyerapan yang mempunyai hasil sama. Menurut [13], hasil analisis dengan
XRD diperoleh fase α-alumina yang paling stabil dominan terjadi pada temperatur 1200oC. Ukuran partikel terbaik 20-30 nm diperoleh selama 48 jam waktu pengadukan. karakterisasi
dengan XRD nano α-alumina didapatkan jika dilakukan pemanasan 1150 ℃ [14].
Pada karakterisasi dengan PSA (Particle Size Analyzer), waktu aging berpengaruh terhadap pembentukan partikel pada suatu senyawa. Semakin lama waktu aging maka ukuran partikel akan semakin kecil. Hal ini dikarenakan pada saat pembentukan endapan terjadi secara perlahan-lahan.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui waktu aging optimum dari beberapa waktu aging yang digunakan sehingga menghasilkan massa alumina yang maksimum setelah proses kalsinasi, dan untuk mengetahui
perbedaan hasil dari waktu aging melalui karakterisasi FT-IR, XRD, dan PSA.
BAHAN DAN METODE Alat
Beberapa alat yang digunakan antara lain : Oven, Tanur, Erlenmeyer, Penangas air, Labu ukur 50 mL, Pipet tetes, Gelas kimia 100 mL, Gelas ukur 25 mL, Sendok spatula, Pengaduk gelas, Neraca analitik, Gelas arloji, Cawan, Erlenmeyer 100 mL, Statif dan buret, Penjepit besi, Corong gelas, Botol semprot, Mortar, Stirer, Difraktometer Simadzu XRD 6000-Ni Cu Kα (λ = 1.5406, Å), FT-IR, dan PSA (Particle Size Analyzer).
Bahan
Bahan-bahan yang dibutuhkan adalah Limbah Anodisasi, Larutan NaOH 4 M p.a, HCl 2 M p.a, Larutan NH3 25%, kertas saring whatman no 41, kertas saring halus, kertas pH indikator universal macherey nagel, aluminium foil, sarung tangan latex, masker tali.
Prosedur Penelitian Tahap Preparasi Sampel
Sampel limbah disaring dari pengotor makro dengan kertas saring.
Tahap Ekstraksi Basa dari Limbah Anodisasi Limbah anodisasi cair ditambahkan dengan NaOH 4M hingga campuran mencapai pH 10, dan dapat diperoleh Aluminium Hidroksida atau Al(OH)3(s). Kemudian dilakukan pemanasan hingga suhu mencapai 100oC selama 4-5 jam.
Tahap Sintesis Alumina dengan Metode Sol-Gel
Padatan aluminium hidroksida yang telah kering (optimum pada pH 10: 4M), ditambahkan HCl 2M hingga larut tercampur sempurna, untuk menghasilkan AlCl3 (aq),
kemudian ditambahkan larutan NH3(aq) 25% hingga pH 10,maka akan terbentuk suatu sol. Sol tersebut dibiarkan menjadi matang selama 12, dan 24 jam pada temperatur ruangan, hingga terbentuk gel. Kemudian disaring dan dicuci dengan akuades hingga pH 7. Selanjutnya gel dikeringkan dalam oven pada temperatur 100oC selama 24 jam, kemudian dikalsinasi selama 2 jam pada temperatur 1000oC.
Tahap Karakterisasi Alumina
Karakterisasi yang digunakan pada penelitian ini yaitu uji FTIR, XRD, dan PSA pada Al2O3 yang dihasilkan. Uji FTIR dilakukan untuk mengetahui gugus fungsi yang terdapat dalam sampel. Uji XRD dilakukan untuk mengetahui struktur kristal dari sampel. Uji PSA (Particle Size Analyzer) untuk menentukan ukuran partikel pada material padat.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Ekstraksi Sampel
Sampel limbah yang sudah dipisahkan dengan pengotor makro, diendapkan sebagai Al(OH)3 pada konsentrasi NaOH 4M dan mencapi pH larutan = 10. Konsentrasi NaOH dan pH berpengaruh terhadap pembentukan Al(OH)3. Konsentrasi NaOH yang semakin tinggi akan menyebabkan larutan semakin jenuh. Hal ini menyebabkan semakin mudahnya terbentuk endapan. Selain itu, semakin tinggi pH campuran maka endapan yang didapatkan juga semakin banyak.
Sintesis Alumina dengan Metode Sol-Gel Sintesis alumina dengan metode sol-gel dilakukan dengan penambahan larutan NH3 25% hingga pH mencapai 10. Hasil yang diperoleh di aging selama 12 jam dan 24 jam pada temperature ruang. Dari hasil proses kalsinasi, diperoleh waktu aging optimumnya yaitu 24 jam
karena massa alumina yang didapatkan pada waktu aging 24 jam sebanyak 2 g dari sampel Al(OH)3 sebanyak 4,5 g. Massa alumina pada waktu aging 24 jam tersebut merupakan massa alumina yang paling banyak jika dibandingkan dengan massa alumina pada waktu aging 12 jam. Karakterisasi Alumina
Padatan alumina yang didapatkan, dikarakterisasi dengan FT-IR, XRD, dan PSA.
FT-IR
Gambar 1.Spektra Bentonit
.
Berdasarkan analisis dengan menggunakan FT-IR dengan waktu aging 12 jam dan 24 jam, menunjukkan adanya vibrasi molekul dari alumina dengan adanya vibrasi ulur antara Al-O Al2O3 pada bilangan gelombang 463 cm-1. Hal ini sesuai dengan literaut bahwa adanya vibrasi ulur antara Al2O3 ditunjukkan pada bilangan gelombang 460 cm-1 (Nyquist, R.A, dan Ronald, O.K). XRD Sampel Posisi 2θ I II III Al2O3 (12 jam) 25,71 35,95 37,99 Al2O3 (24 jam) 26,16 35,73 37,51 JCPDS Al2O3 25,652 35,165 37,76 Gambar 1. Spektra FT-IR Al2O3
Pengukuran XRD ini bertujuan untuk menentukan pola difraksi dari Al2O3. Berdasarkan JCPDS (Harrington, Amer J, 1927) hasil difraktogram dari Al2O3 12 jam dan 24 jam menunjukkan adanya persamaan dengan standar, dimana karakteristik puncak yang terdapat yaitu adanya kristal alfa. Dengan demikian, dapat diindikasikan bahwa pada sampel uji terdapat adanya struktur kristal alumina. Dengan adanya waktu aging akan mempengaruhi struktur kristal yang berbeda-beda.
PSA (Particle Size Analyzer)
Waktu aging berpengaru terhadap pembentukan partikel pada suatu senyawa. Semakin lama waktu aging maka ukuran partikelnya akan semakin kecil. Hal ini dikarenakan pada saat pembentukan endapan terjadi secara perlahan-lahan.
Dari proses pembentukan endapan Al(OH)3 hingga proses kalsinasi terjadi penurunan ukuran partikel. Hal ini membuktikan bahwa Al(OH)3 yag diendapkan kembali dengan variabel waktu aging tertentu dengan menggunakan pereaksi basa akan memiliki ukuran partikel yang lebih kecil. Hal ini dikarenakan proses terbentuknya endapan kembali terjadi secara perlahan dan adanya aktivasi dengan basa sehingga partikel yang dibentuk akan menjadi lebih sempurna, namun waktu aging yang semakin lama akan
menyebabkan endapan yang dihasilkan terkumpul menjadi satu sehingga menghasilkan
ukuran partikel yang lebih besar saat dilakukan proses kalsinasi.
Tabel 2. Hasil Karakterisasi Particle Size Analyzer
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa :
Uji FTIR didapatkan serapan vibrasi ulur Al-O pada bilangan gelombang antara 460-463 cm-1. Pada uji XRD, didapatkan posisi 2θ
dari sampel Al2O3 pada waktu aging 12 jam dan 24 jam yang sesuai dengan JCPDS 00-002-1227.
Hasil XRD posisi 2θ dari sampel Al2O3 12 jam yaitu 25,71;35,95;37,99 dan dari sampel Al2O3 24 jam yaitu 26,16;35,73;37,51 Hal ini menunjukkan bahwa Al2O3 yang dihasilkan merupakan ⍺-Al2O3. Hasil PSA dari sampel Al2O3 (12 jam) dan (24 jam) pada skala 10%, diameternya masing-masing sebesar 9,14 dan 8,06 µm. Skala 50%, diameternya sebesar 12,56 dan 10,72 µm. Skala 90%, diameternya sebesar 41,19 dan 16,39 µm.
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terimakasih disampaikan kepada 1. DIKTI yang telah memberikan pendanaan
PKM-P 2014
2. Universitas Brawijaya, Fakultas MIPA, Jurusan Kimia
3. Dosen Pembimbing yang sangat luar biasa 4. Rekan-rekan satu kelompok yang telah
memberikan kerjasama yang luar biasa Padatan Diameter 10 % (µm) 50% (µm) 90% (µm) Al2O3 (12 jam) 9,14 12,56 41,19 Al2O3 (24 jam) 8,06 10,72 16,39
Gambar 2. Pola Difraktogram Al2O3 (a)12 jam dan (b) 24 jam
DAFTAR PUSTAKA
1. Davis, M., dan Sandy, T., 1992. Treatment of Metal Plating dan Finishing Water, New York : Hand book of Industrial Waste Treatment, Vol.1.
2. Shah, M.A., dan Kumar, J., 2008, Synthesis and characterization of α-Al2O3 Nanorods prepared by a simple aluminium water reaction, African Physic Review, pp. 48.
3. Rogojan, R., Andronescu, E., Ghitulica, C., dan Vasile, B. S., 2011, Synthesis and characterization of alumina nano-powder obtained by sol-gel method, U.P.B. Sci. Bull. Series B, Vol. 73, pp. 75-76.
4. Bath, Sujata V., 2002, Biomaterials Pangbone, Alpha Science International Ltd., England
5. Darwin, D., 2008, Aplikasi Teknik Isotop dan Radiasi pada Pembuatan Biomaterial utuk Keperluan Klinis, http://nhc.batan.go.id, 15 September 2014. 6. Sulasih, Rahayu, S. S., 2012, Pembuatan
Pengolah Limbah Cair Industri Kecil Pewarnaan Logam Dalam Upaya Pelestarian Lingkungan, Jurnal TEKNIS 7, Vol 1, 21 – 24.
7. Srinivasan, Viraraghavan, P. T., 1999. Aluminium in Drinking Water an Overview, Water, SA , vol 25, 42-55. 8. Setianingsih, Tutik., Wardhani, S.,
Wiryawan, A., 2009, Pengenalan Teknik Pengolahan Limbah Anodisasi Menjadi Produk Aluminium Sulfat, Aluminium Hidroksida, dan Alumina Kepada Masyarakat Industri Pelapisan Logam di Klayatan Malang, Laporan Program Penerapan Iptek, Departemen Pendidikan Nasional, Malang.
9. Arifani, M., Malik, A.B., Darminto, 2012, Sintesis Multiferoik BiFeO3 Berbasis
Pasir Besi dengan Metode Sol-Gel,
Jurnal Sains dan Seni ITS, Vol. 1, pp. B-11-14.
10. Widodo, S., 2010, Teknologi Sol Gel pada Pembuatan Nano Kristalin Metal Oksida untuk Aplikasi Sensor Gas, Seminar rekayasa kimia dan proses, pp. E-20-1. 11. Thiruchitrambalam, M., Palkar, V.R.,
Gopinathan, V., 2004, Hydrolysis of Aluminium Metal and Sol–Gel Processing of Nano Alumina, Science direct Material Letters, pp. 3064.
12. Bhatnagar, A., Kumar, E., Sillanpaa, M., 2010, Nitrate Removal From Water By Nano-Alumina: Characterization and sorption studies, Chemical Engineering Journal,Vol 3, 317-323.
13. Mirjalili, F., Hasmaliza, M., Abdullah, L. C., 2010, Size-Controlled Synthesis of Nano ⍺-Alumina Particles Through The Sol–Gel Method, Science Direct Ceramics International, pp. 1253-1257.
14. Janbey, A., Ranjan, K., Pati, Tahir, S., Pramanik, P., 2000, A New Chemical Route for The Synthesis of Nano-Crystalline α-Al2O3 Powder, Journal Of
