KARAKTERISTIK NANOPARTIKEL SILIKA MAGNETIK LIMBAH ...

KARAKTERISTIK NANOPARTIKEL SILIKA MAGNETIK

LIMBAH GEOTERMAL MODIFIKASI PERMUKAAN

DENGAN GUGUS AMIN

SKRIPSI

LIEN SURUROH

PROGRAM STUDI KIMIA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH

JAKARTA

2019 M / 1441 H

KARAKTERISTIK NANOPARTIKEL SILIKA MAGNETIK

LIMBAH GEOTERMAL MODIFIKASI PERMUKAAN

DENGAN GUGUS AMIN

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana

Program Studi Kimia

Fakultas Sains Dan Teknologi

Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Oleh:

LIEN SURUROH

11140960000074

PROGRAM STUDI KIMIA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH

JAKARTA

2019 M / 1441 H

ABSTRAK

LIEN SURUROH. Karakteristik Nanopartikel Silika MagnetikLimbah

Geotermal Modifikasi Permukaan dengan Gugus Amin. Dibimbing oleh

NURHASNI dan SITI NURUL AISYIYAH JENIE

Lumpur geotermal yang berasal dari limbah pembangkit listrik tenaga geotermal

memiliki kandungan silika yang tinggi dan berpotensi menjadi bahan baku dalam

sintesis silika nanopartikel. Nanopartikel silika telah banyak digunakan diberbagai

bidang karena dapat dimodifikasi secara kimia dan fisika. Nanopartikel silika

magnetik pada penelitian ini dibuat modifikasi permukaan dengan gugus APTES.

Nanopartikel silika magnetik dapat dijadikan sebagai adsorben untuk menjerap

polutan organik salah satunya adalah nitrat. Sintesis nanopartikel silika magnetik

dilakukan dengan metode sol gel, dalam proses ini dilakukan variasi penambahan

FeCl3 danwaktu aging. Karakterisaasi menggunakan SAA menghasilkan

nanopartikel silika magnetik yang memiliki luas permukaan spesifik terbesar

658,51 m2/g dan terkecil 220,83 m

2/g. Hasil analisis XRD menyatakan bahwa

nanopartikel silika magnetik bersifat amorf dengan inti lapisan berupa Fe dilapis

silika. Hasil karakterisasi VSM menyatakan bahwa nanopartikel silika

magnetikmemiliki sifat magnet yang lemah, termasuk kedalam golongam material

soft magnetik. Keberhasilan modifikasi dengan APTES ditandai dengan fibrasi

stretching ikatan C-H padapita serapan 2929,87 cm-1

. Nanopartikel silika

magnetik memiliki morfologi dengan penyebaran Fe tidak merata dan mengalami

aglomerasi.Hasil yang diperoleh menunjuk nanopartikel silika magnetik dengan

sifat fisik yang terbaik adalah pada penambahan FeCl3 20 gram yang memiliki

luas permukaan 362,2435 m2/g dengan waktu aging 18 jam.

Kata Kunci : limbah geotermal, nanopartikel, silika magnetik

ABSTRACT

LIEN SURUROH. Characteristic of Silica Magnetic Nanoparticles from

Geothermal Waste with Surface Modification by Amine Group. Advisor by

NURHASNI and SITI NURUL AISYIYAH JENIE

Geothermal sludge was produced from geothermal power plant waste has a high

silica content in the form of amorphous and potential to become a raw material in

the synthesis of silica nanoparticles. Silica nanoparticles have been widely used in

various fields because they can be modified chemically and physically. In this

study, magnetic surface silica nanoparticles were made with APTES. Magnetic

silica nanoparticles could be use as adsorben to adsorb organic polutan such as

nitrate. Synthesis of magnetic silica nanoparticles was carried out using the sol gel

method, in this process variations in the addition of FeCl3 and aging time.

Characterization using SAA produces magnetic silica nanoparticles which have

the largest surface area of 658.51 m2 / g and the smallest 220.83 m

2 / g. The

results of the XRD analysis stated that the magnetic silica nanoparticles are

amorphous with the core layer in the form of Fe coated with silica. The results of

the characterization of VSM states that magnetic silica nanoparticles have weak

magnetic properties, including into soft magnetic material groups. Successful

modification with APTES is characterized by stretching C-H bonding fibration in

the absorption band 2929.87 cm-1

. Magnetic silica nanoparticles have a

morphology with uneven distribution of Fe and agglomeration. The results

obtained pointing to magnetic silica nanoparticles with the best physical

properties is the addition of 20 gram FeCl3 which has a surface area of 362,2435

m2 / g with an aging time of 18 hours.

Key Word: geothermal waste, nanoparticles, silica magnetic

v

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah Yang Maha Esa, karena

berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang

berjudul “Karakteristik Nanopartikel Silika Magnetik Limbah Geotermal

Modifikasi Permukaan Dengan Gugus Amin”. Penulis menyadari bahwa

terselesaikannya skripsi ini tak lepas dari bantuan dan peranan banyak pihak. Pada

kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Nurhasni, M.Si selaku Pembimbing I yang telah memberikan pengarahan

serta bimbingannya sehingga banyak membantu penulis dalam

menyelesaikan skripsi ini.

2. Dr. Siti Nurul Aisyiyah Jenie selaku Pembimbing II yang telah memberikan

pengarahan serta bimbingannya sehingga banyak membantu penulis dalam

menyelesaikan skripsi ini.

3. Dr. Sri Yadial Chalid, M.Si sebagai penguji I yang telah memberikan kritik

membangun, saran serta masukan yang bermanfaat.

4. Nurmaya Arofah, M.Eng sebagai penguji II yang telah memberikan saran dan

masukan untuk skripsi ini.

5. Prof. Dr. Lily Surayya Eka Putri, M.Env.Stud selaku Dekan Fakultas Sains

dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.

6. Dr. La Ode Sumarlin, M.Si selaku Ketua Program Studi Kimia Fakultas Sains

yang telah banyak memberikan saran serta masukan yang bermanfaat.

7. Ibu, Bapak, Kakak, dan saudara tercinta atas segala doa, pengorbanan, nasihat

dan motivasinya kepada penulis.

vi

8. Segenap dosen Program Studi Kimia atas ilmu pengetahuan serta wawasan

luas mengenai mata kuliah yang diajarkan dan diberikan kepada penulis.

9. Yuniar dan seluruh rekan-rekan di Laboratorium Kimia Katalis dan Makro

Molekul LIPI yang telah membantu dalam teknis pembuatan material.

10. Teman-teman TRADAS 26 dan KMPLHK RANITA UIN Jakarta yang

senantiasa menjadi teman diskusi dan berbagi pengalaman terkait penelitian

dan berbagi keluh kesah serta memberikan semangat dan dukungan kepada

penulis.

11. Teman–teman Kimia angkatan 2014 yang senantiasa menjadi sarana diskusi

dan berbagi ilmu pengetahuan terkait penelitain, memberi dukungan, motivasi

dan keceriaan kepada penulis.

Penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis dan umumnya bagi

kemajuan ilmu dan teknologi.

Tangerang Selatan, Oktober 2019

Lien Sururoh

vii

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ............................................................................................ v

DAFTAR ISI ........................................................................................................ vii

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ ix

DAFTAR TABEL .................................................................................................. x

DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xi

BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ................................................................................................ 1

1.2 Rumusan Masalah ........................................................................................... 5

1.3 Hipotesis .......................................................................................................... 6

1.4 Tujuan Penelitian ............................................................................................ 6

1.5 Manfaat Penelitian .......................................................................................... 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................ 7

2.1 Limbah Geotermal .......................................................................................... 7

2.2 Nanopartikel Silika.......................................................................................... 8

2.3 Nanopartikel Magnetik.................................................................................. 10

2.4 3-Aminopropyl triethoxysilane ...................................................................... 12

2.5 Sol Gel ........................................................................................................... 13

2.6 Surface Area Analyzer (SAA) ....................................................................... 15

2.7 X-Ray Difraction (XRD) ............................................................................... 16

2.8 Vibration Sample Magnetomater (VSM) ...................................................... 17

2.9 Transmission Electron Microscopy (TEM) .................................................. 19

2.10 Spektroskopi Fourier Tranform Infra Red (FTIR) ....................................... 21

BAB III METODE PENELITIAN ..................................................................... 24

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ....................................................................... 24

3.2 Alat dan Bahan .............................................................................................. 24

3.2.1 Alat .................................................................................................... 24

3.2.2. Bahan ................................................................................................ 24

3.3 Diagram Alir ................................................................................................ 25

viii

3.4 Prosedur Kerja .............................................................................................. 26

3.4.1 Pembersihan Limbah Lumpur Geotermal ......................................... 26

3.4.2 Pembuatan Nanopartikel Silika Magnetik Variasi FeCl3 ................. 26

3.4.3 Karakterisasi Nanopartikel Silika Magnetik Variasi FeCl3 .............. 27

3.4.3.1 Analisis Luas Permukaan Spesifik dengan SAA .................. 27

3.4.3.2 Analisis Kristalinitas dengan XRD ....................................... 28

3.4.3.3 Analisis Sifat Magnet dengan VSM ..................................... 28

3.4.4 Sintesis Nanopartikel Silika Magnetik Variasi Waktu Aging ........... 29

3.4.5 Karakterisasi Nanopartikel Silika Magnetik Variasi Waktu Aging .. 30

3.4.5.1 Analisis Luas Permukaan Spesifik dengan SAA ................. 30

3.4.5.2 Analisis Morfologi dengan TEM .......................................... 30

3.4.6 Modifikasi Nanopartikel Silika Magnetik ........................................ 31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................. 33

4.1 Nanopartikel Silika Magnetik ....................................................................... 33

4.2 Variasi Penambahan FeCl3 Terhadap Karakteristik Silika Magnetik ........... 35

4.2.1 Hasil Analisis Luas Permukaan Spesifik dengan SAA ........................ 35

4.2.2 Hasil Analisis Kristalinitas dengan XRD ............................................. 37

4.2.3 Hasil Analisis Sifat Magnet dengan VSM ........................................... 39

4.3 Variasi Waktu Aging Pada Karakteristik Silika Magnetik Nanopartikel .... 43

4.3.1 Hasil Analisis Luas Permukaan Spesifik dengan SAA ........................ 43

4.3.2 Hasil Analisis Morfologi dengan TEM ................................................ 44

4.4 Modifikasi Permukaan Nanopartikel Silika Magnetik ................................. 47

BAB V PENUTUP ................................................................................................ 51

5.1 Simpulan ...................................................................................................... 51

5.2 Saran ............................................................................................................. 51

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 53

LAMPIRAN ......................................................................................................... 59

ix

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Limbah Geotermal ........................................................................ 7

Gambar 2. Pembentukan Silika Melalui Kondensasi Asam Silikat .............. 9

Gambar 3. Diagram Skematik dari Sistem Difraktometer ............................. 17

Gambar 4. Prinsip Kerja VSM ....................................................................... 18

Gambar 5. Skema TEM .................................................................................. 20

Gambar 6. Diagram Skematik Dispersif dan Spektroskopi FTIR .................. 22

Gambar 7. Diagram Alir Penelitian ................................................................ 25

Gambar 8. Hasil Kalsinasi Nanopartikel Silika Magnetik ............................. 34

Gambar9. Hasil Karakterisasi TEM ............................................................... 45

Gambar 10. Reaksi Modifikasi SiFeNPs dengan APTES .............................. 47

Gambar 11. Hasil Karakterisasi FTIR ............................................................ 49

x

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Komposisi Limbah Geotermal ......................................................... 8

Tabel 2. Kode Sampel Variasi Penambahan FeCl3 ......................................... 27

Tabel 3. Kode Sampel Variasi Waktu Aging................................................... 30

Tabel 4. Hasil Analisis SAA Variasi Penambahan FeCl3 ............................... 36

Tabel 5. Hasil Analisis XRD Variasi Penambahan FeCl3 ............................... 38

Tabel 6. Hasil Analisis VSM Variasi Penambahan FeCl3 ............................... 40

Tabel 7. Hasil Analisis SAA Variasi Waktu Aging ......................................... 43

xi

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Proses Sintesis Nanopartikel Silika Magnetik .......................... 59

Lampiran 2. Gambar Hasil Analisis SiFeNPs menggunakan XRD ............... 60

Lampiran 3. Gambar Analisis SiFeNPs menggunakan FTIR ....................... 62

Lampiran 4. Grafik Analisis SiFeNPs menggunakan VSM .......................... 64

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Limbah geotermal adalah produk samping dari pembangkit listrik tenaga

panas bumi terdiri dari fasa air (brine) dapat dipadatkan menjadi slurry. Ekstraksi

panas dari air panas bumi bertemperatur tinggi biasanya terkendala dengan adanya

endapan silika ketika temperatur air menurun (Sukaryadi, 2013). Endapan silika

dapat menggangu pengoperasian pembangkit listrik bertenaga geotermal dengan

menghambat kinerja turbin pembangkit listrik. Hasil analisis air dari sumur air

kawah Dataran Tinggi Dieng menunjukan kandungan SiO2 terbesar 929.27

mg/L(Pohan et al., 2008). Kandungan silika yang cukup tinggi pada limbah

geotermal memiliki potensi untuk dijadikan sebagai bahan baku pembuatan

nanopartikel silika.

Muljani et al. (2018) menyatakan bahwa limbah geotermal dapat

dimanfaatkan untuk sintesis silika gel dengan metode pencangkokan gugus amin

pada pH 8 menghasilkan gel silika amina-graft dengan volume pori total 0,7986

cc/g, diameter pori rata-rata 16,201 nm dan luas permukaan BET(Braunauer,

Emmett dan Teller) 154,595 nm dan metode pencangkokan gugus amin kedua

menghasilkan total volume pori 0,8625 cc/g, diameter pori rata-rata 12,0663 nm,

dan luas permukaan 173,442 m2/g.

Nanopartikel silika merupakan material anorganik yang memiliki luas

permukaan yang besar dan spesifik. Sifat silika sangat baik karena non toksik,

stabilitas termal baik dan efektif untuk aplikasi dalam bidang material, katalis dan

2

adsorben. Pemanfaatan nanopartikel silika salah satunya dapat dijadikan sebagai

pelapis nanopartikel magnetik yang dapat diaplikasikan sebagai adsorben.

Pelapisan nanopartikel magnetik dengan silika dilakukan karena SiO2 memiliki

sifat sukar larut dalam asam, inert dan amorf. Silika berfungsi sebagai pelapis

yang berguna untuk menghalangi partikel agar tidak teragregasi dan mudah

terdispersi dalam media air (Taib dan Suharyadi, 2015)

Allah SWT telah berfirman dalam surat al-Hadid ayat 25:

Sesungguhnya Kami telah mengutus rasul-rasul Kami dengan membawa

bukti-bukti yang nyata dan telah Kami turunkan bersama mereka Al Kitab dan

neraca (keadilan) supaya manusia dapat melaksanakan keadilan. Dan Kami

ciptakan besi yang padanya terdapat kekuatan yang hebat dan berbagai manfaat

bagi manusia, (supaya mereka mempergunakan besi itu) dan supaya Allah

mengetahui siapa yang menolong (agama) Nya dan rasul-rasul-Nya padahal Allah

tidak dilihatnya. Sesungguhnya Allah Maha Kuat lagi Maha Perkasa.

Sebagaimana firman Allah dalam surat Al-Hadid ayat 25, bahwa Allah

menciptakan besi yang didalamnya terdapat kekuatan hebat dan memiliki banyak

manfaat. Besi memiliki banyak sekali manfaat, salah satunya adalah sifat

magnetik yang besar. Persenyawaan dari besi salah satunya adalah FeCl3. Sifat

feromagnetik yang dimiliki FeCl3 yang menyebabkan senyawa ini dipilih untuk

membuat nanopartikel yang bersifat magnetik.

Nanopartikel magnetik dapat dimanfaatkan sebagai adsorben yang baik,

karena nanopartikel magnetik memiliki luas permukaan spesifik yang tinggi,

kapasitas adsorpsi yang tinggi, serta mudah dipisahankan dari lingkungan

pengaplikasian adsorben (Pourzamani, 2017). Nanopartikel magnetik memiliki

kekurangan diantaranya yaitu pembentukan agregat yang besar, perubahan sifat

3

magnetik dan bersifat toksik dalam sistem biologis. Kekurangan yang dimiliki

oleh nanopartikel magnetik dapat teratasi dengan melapisi nanopartikel tersebut

dengan lapisan pelindung yang diperlukan untuk memastikan stabilitas kimia dan

memperbaiki kinerja nanopartikel magnetik (Vivero, 2012). Silika dapatdijadikan

sebagai senyawa untuk menyempurnakan sifat nanopartikel magnetik dalam

berbagai pemanfaatannya, salah satunya sebagai adsorben.

Nanopartikel silika magnetik dapat disintesis dengan menggunakan

metode sol gel dan kopresipitasi. Metode yang dipilih untuk sintesis nanopartikel

silika magnetik dalam penelitian adalah metode sol gel. Metode sol gel memiliki

banyak kelebihan diantaranya proses berlangsung dalam suhu rendah, memiliki

produk akhir dengan homogenitas tinggi yang dapat menghasilkan materialdengan

sifat permukaan yang dapat dikendalikan dan memiliki struktur pori diantara 1 nm

sampai 500 nm (Lenza dan Vasconcelos, 2001).

Modifikasi nanopartikel silika magnetik dapat dilakukan dengan

penambahan gugus fungsi amin. Nanopartikel silika magnetik disintesis dan

dimanfaatkan sebagai adsorben dengan karakteristik yang berbeda dengan

kebanyakan adsorben lain. Sifat magnetik yang dimiliki nanopartikel silika

magnetik dapat memudahkan pemisahan limbah dari larutan. Inti magnetik

dilindungi dari oksidasi dan tahan dalam pencucian oleh asam. Lapisan SiO2

sangat stabil dalam segala kondisi dan permukaannya mudah untuk dimodifikasi.

Modifikasi permukaan nanopartikel silika magnetik dilakukan dengan

menggunakan APTES (3-aminopropyl triethoxysilane), kelompok fungsional

lapisan APTES menyediakan lokasi adsorpsi yang sesuai untuk menjerap polutan

(Hozhabr et al., 2015) dengan penjerapan polutan yang selektif.

4

Afraz et al. (2017) melakukan sintesis nanopartikel magnetik,

nanopartikel magnetik berlapis silika dan nanopartikel magnetik berlapis silika

dengan modifikasi permukaan menggunakan gugus amin menggunakan metode

sol-gel. Penelitian ini menghasilkan nilai kapasitas untuk adsorpsi Hg2+

sebesar

28.4 mg/g. Fe3O4@Silika menghasilkan nilai kapasitas untuk adsorpsi Hg2+

sebesar 34.9 mg/g. Fe3O4@Silika-NH2 menghasilkan nilai kapasitas untuk

adsorpsi Hg2+

sebesar 126.7 mg/g. Hasil penelitian Ebrahimi et al. (2017)

mengenai sintesis silika MCM (Mobile Composite Material) nomor 41 dengan

metode grafting menyebutkan bahwa silika MCM-41 dengan penambahan gugus

fungsi mono amino (N-MCM-41) memiliki kapasitas maksimum mengikat anion

nitrat sebesar 31.68 mg/g. Di amino (NN-MCM-41) memiliki kapasitas

maksimum mengikat anion nitrat sebesar 38.58 mg/g. Tri amino (NNN-MCM-41)

memiliki kapasitas maksimum mengikat anion nitrat sebesar 38.81 mg/g.

Hozhabr (2015) melakukan studi mengenai sintesis nanopartikel

magnetik dilapisi silika berbahan dasar Tetraethyl orthosilicate (TEOS) dengan

menggunakan metode sol gel.Hasil penelitian Hozhabr mengemukaan bahwa

Fe3O4@Silika-NH2 dapat mengadsorpsi polutan organik RB5 (Reactive Black 5)

pada suhu 298 K dengan kapasitas adsorpsi 81. 96 mg/g. Fe3O4@Silika-NH2

dapat mengadsorpsi SDBS (Sodium Dodecylbenzenesilfonate) pada suhu 298 K

dengan kapasitas adsorpsi 55, 66 mg/g SBDS.

Nanopartikel silika magnetik yang telah disintesis dapat diaplikasikan

sebagai biosensor atau biomelekuler dan dapat pula dijadikan sebagai adsorben

untuk mengurangi berbagai jenis limbah seperti limbah organik berupa nitrat dan

anorganik berupa logam berat dan zat warna. Keistimewaan nanopartikel silika

5

magnetik salah satunya adalah sifat magnetnya yang dapat memudahkan isolasi

atau pemisahan pada pengaplikasiannya. Nanopartikel silika magnetik memiliki

luas permukaan yang besar sehingga memudahkan penggunaan dengan hasil yang

efisien.

Nanopartikel silika magnetik akan disintesis dari limbah lumpur

geotermal didapatkan dari pembangkit listrik tenaga geotermal yang berada di

Dataran Tinggi Dieng. Sintesis nanopartikel silika magnetik dibuat menggunakan

metode sol gel yang dimodifikasi dengan variasi penambahan FeCl3, selanjutnya

dilakukan variasi waktu aging, kemudian permukaannya dimodifikasi dengan

gugus amin. Luas permukaan spesifik ditentukan dengan Surface Area Analyzer

(SAA), kristalinitas nanokomposit yang terbentuk diukur dengan X-Ray

Difraction (XRD), sifat magnet dapat diukur dengan menggunakan Vibration

Sample Magnetoometer (VSM), gugus fungsi dianalisis dengan instrumen

Fourier Transform Infra Red (FTIR) dan morfologi ditentukan dengan

Transmission Electron Mycroscope (TEM).

1.2 Rumusan Masalah

1. Bagaimana pengaruh penambahan berat FeCl3 terhadap karakteristik

nanopartikel silika magnetik?

2. Bagaimana pengaruh waktu aging gel terhadap karateristik silika magnetik

nanopartikel?

3. Bagaimana karakteristik nanopartikel silika magnetik dari limbah geotermal

dengan modifikasi permukaan menggunakan gugus amin?

6

1.3 Hipotesis

1. Penambahan berat FeCl3 yang ditambahkan pada sintesis nanopartikel silika

magnetik mempengaruhi karakteristik adsorben yang dihasikan.

2. Waktu aging gel dalam sistesis nanopartikel silika mempengaruhi

karakteristik adsorben yang dihasilkan.

3. Karakteristik nanopartikel silika magnetikdari limbah geotermal dengan

modifikasi permukaan menggunakan gugus amin memiliki gugus fungsi

NH2 pada permukaannya.

1.4 Tujuan Penelitian

1. Menenentukan komposisi optimum penambahan FeCl3 dalam sintesis

nanopartikel silika magnetik.

2. Menentukan waktu aging gel yang optimum dalam sintesis nanopartikel

silika magnetik.

3. Mengetahui karakteristik nanopartikel silika magnetik dari limbah

geotermal yang dimodifikasi permukaanya dengan gugus amin.

1.5 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat menjadi solusi dalam pengelolaan limbah

lumpur geotermal untuk dimanfaatkan menjadi nanopartikel silika magnetik yang

potensial digunakan dalam berbagai bidang.

7

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2. 1 Limbah Geotermal

Limbah geotermal adalah produk dari pembangkit listrik tenaga panas

bumi. Air dan uap diekstrak dari bawah tanah digunakan untuk menghasilkan

listrik, kira kira 50,000 ton limbah dihasilkan setiap tahunnya (Gomez et al.,

2016). Limbah geotermal pada pembangkit listrik terdiri dari fasa air (brine)

hanya ditampung di kolam (Sukaryadi, 2013). Limbah padat hasil pengendapan

brine disebut slurry dapat dilihat pada Gambar 1. (Pohan et al., 2008).

Gambar 1. Limbah geotermal (dokumentasi pribadi)

Wujud dari limbah geotermal yang telah diendapkan dan dikeringkan

nampak seperti Gambar 1. yang memiliki warna keabu-abuan dengan bentuk

serbuk. Kandungan mineral yang umumnya ditemukan pada limbah lumpur

geotermal diantaranya adalah arsen, barium, boron, cadmium, kromium, tembaga,

timbal, air raksa, selenium, perak, seng dan silika (Pohan et al., 2008). Fluida

panas bumi Dieng banyak mengandung komponen kimia seperti Ca, K,

8

SiO2, Mg dan lain lain, yang pada kondisi tertentu dapat mengendap (Sukaryadi,

2013).

Tabel. 1. Komposisi kimia limbah geotermal

Al2O3 Fe2O3 Na2O SiO2 Lainnya

Bahan baku 0,06 0,20 0,60 49,10 -100%

Bahan baku

terkalsinasi 0,14 0,45 0,76 80,04 -100%

Sumber: (Fitriyana et al., 2017)

Limbah geotermal dapat dijadikan sebagai sumber silika dalam sintesis

silika nanopartikel, zeolit dan mineral lainnya yang memiliki komponen utama

silika.

2. 2 Nanopartikel Silika

Senyawa silika (SiO2) adalah zat yang dibentuk oleh penyatuan unsur

silikon dan oksigen. Silikon dioksida memiliki ikatan kovalen membentuk

jaringan SiO2. Silika murni terdapat dalam dua bentuk, kuarsa dan kristobalit. Si

selalu terikat secara tetrahedral dengan empat atom oksigen, namun ikatan-

ikatannya memiliki sifat yang cukup ionik. Silika relatif tidak reaktif terhadap Cl2,

H2, asam-asam dan sebagian besar logam pada suhu 25°C walaupun pada suhu

yang agak tinggi tidak dapat diserang oleh F2, larutan HF, hidroksida alkali dan

leburan karbonat (Cotton, 1989)

Atom silikon yang berada di permukaan akan cenderung

mempertahankan koordinasi tetrahedralnya dengan oksigen. Silikon pada

permukaan menyelesaikan koordinasi mereka pada suhu kamar dengan

menangkap kelompok hidroksil monovalen, membentuk kelompok silanol

(Unger, 1979). Permukaan kimia dari silika didominasi oleh permukaan gugus

9

hidroksil atau silanol (Si-O-H). Gugus silanol berperan dalam adsorpsi untuk

senyawa air dan senyawa lain termasuk senyawa organik bergantung pada

modifikasi kimia dari permukaan silika. Gugus silanol terbentuk dengan dua

proses utama, pertama polimerisasi kondensasi silika. Saat pengeringan hidrogel

menjadi xerogel melepas hidroksil pada permukaan. Proses kedua adalah reaksi

dari permukaan siloksan (Si-O-Si) dengan air pada kondisi ambient untuk

membentuk gugus hidroksil (Bard dan Faulkner, 2015), proses pembentukan SiO2

dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Pembentukan silikamelalui kondensasi asam silikat

(Barua et al., 2019)

Permukaan silika memiliki gugus silanol untuk modifikasi kimia secara

luas. Jumlah gugus silanol per unit silika memberikan informasi mengenai

distribusi gugus silanol dalam permukaan silika. Konsentrasi gugus silanol pada

permukaan meningkat dengan menurunnya ukuran partikel, yang mana

berhubunngan satu sama lain dengan area permukaan yang spesifik. Nanopartikel

silika dapat menjadi reaktif secara kimia yang berguna untuk aplikasi katalis

(Nandanwar et al., 2013)

10

Nanopartikel silika adalah material anorganik yang memiliki ukuran 1-

100 nm yang memiliki luas permukaan besar dan spesifik. Nanopartikel memiliki

sifat unik dibandingkan dengan bulk material-nya dan struktur atom atau molekul

di sisi lain. Dibandingkan dengan bulk material-nya, nanopartikel memiliki sifat

fisik dan kimia stabil (Thurn et al., 2007). Silika nanopartikel merupakan material

anorganik yang memiliki luas permukaan yang besar dan spesifik. Sifat silika

sangat baik sebagai biokompatibilitas, non toksik, stabilitas termal baik dan

efektif untuk aplikasi dalam diberbagai bidang.

2. 3 Nanopartikel Magnetik

Besi adalah logam yang melimpah kedua setelah Al, dan unsur yang

paling melimpah ke empat di kerak bumi, logam ini mudah larut dalam asam. Biji

utama besi yakni, hematite Fe2O3, magnetite Fe3O4, limonite FeO(OH) dan

siderite FeCO3. Besi murni cukup reaktif, dalam udara lembab cepat teroksidasi

(Cotton, 1989). Sifat kimia nanopartikel besi yang paling dominan adalah

reaktivitasnya yang tinggi dengan agen oksidator. Perhatian khusus perlu

diberikan karena sangat reaktif dengan udara, ada tindakan pencegahan yang

sangat sederhana dapat dilakukan untuk setidaknya memperlambat reaksi besi

dengan udara, seperti sebagai penanganan nanopartikel dalam dispersan cair atau

padat. Ada metode lain untuk menurunkan reaktivitas nanopartikel besi dengan

oksigen, melapisi partikel dengan shell nonreaktif sebagai penghalang oksigen

adalah metode lain yang popular (Huber, 2005)

Nanopartikel magnetik memiliki medan ireversibilitas tinggi, medan

saturasi tinggi, superparamagnetik, kontributor ekstra anisotropi atau shifted loop.

11

Fenomena ini meningkat dari efek ukuran yang kecil dan efek permukaan yang

mendominasi sifat magnetik dari nanopartikel. Efek magnetik disebabkan oleh

perpindahan partikel yang memiliki massa dan muatan listrik. Perputaran partikel

bermuatan listrik menghasilkan dipol magnetik, yang disebut magneton. Material

feromagnetik didalamnya semua magneton mengarah pada arah yang sama

dengan perubahan gaya. Ketika ukuran material feromagnetik berkurang dibawah

nilai kritis ini menjadi dominan tunggal. Asumsi bahwa pada keadaan energi

bebas rendah dari partikel feromagnetik memiliki magnetitasi sama untuk partikel

yang lebih kecil dari ukuran kritis dan magnetisasi tidak seragam untuk partikel

besar (Akbarzadeh et al., 2012)

Beberapa hal penting yang perlu diperhatikan yang membuat sifat

magnetik dari partikel superparamagnetik jadi berguna. Pertama, reorientasi

berputar dapat dicapai pada medan yang relatif rendah. Sifat lainnya yang

bermanfaat dari partikel superparamagnetik adalah tidak memiliki koersivitas.

Ketika medan dihilangkan dari partikel superparamagnetik, energi panas

memungkinkan untuk mengubah orientasi, berputar secara bebas sehingga tidak

ada energi eksternal yang perlu diterapkan untuk melakukan sistem

demagnetisasi. Karena superparamagnetisme adalah keseimbangan antara energi

magnetik dan energi panas, fenomena itu terjadi dalam rentang terbatas. Di bawah

suhu tertentu, dimana tidak cukup energi panas yang memungkinkan untuk spin

dengan mudah mengatur kembali, dan koersivitas muncul. Suhu ini disebut "suhu

pemblokiran" dan di bawah suhu ini partikel bersifat feromagnetik (Huber, 2005)

Aplikasi dari oksida besi magnetik umumnya digunakan sebagai sintetis

pigmen dalam keramik, cat, dan porselen. sebagai katalis untuk sejumlah reaksi

12

penting, Aplikasi biomedis nanopartikel magnetik penggunaan utama dalam

pemisahan diagnostik, seleksi, dan magnetorelaxometry, bisa lebih lanjut

dipisahkan dalam terapi (hipertermia dan penargetan obat) dan aplikasi diagnostik

(nuclear magnetic resonance [NMR] imaging) (Akbarzadeh et al., 2012). Sebagai

adsorben penghilang polutan anionik dalam air (Santhosh et al., 2017) sebagai

penghilang nitrat dalam sampel air (Pourzamani, 2017)

2. 4 3-Aminopropyl triethoxysilane (APTES)

Amino silan monolayer banyak digunakan untuk aplikasi biologi

termasuk biosensor dan biomolekuler ataupun sebagai pelapis oksida logam.

APTES atau 3 aminopropyl triethoxysilane adalah salah satu senyawaaminosilan

yang paling sering digunakan untuk proses silanisasi. APTES memiliki tiga

potensial titik untuk melekatkan senyawa pada permukaan atau molekul silan

lainnya yang mungkin dapat menyebabkan polimerisasi (Zhang, 2010)

APTES adalah molekul modifikasi paling populer untuk permukaan

berbasis silikon dan mengarah pada pengenalan gugus amina reaktif ke dalam

permukaan. Ada banyak protokol yang tersedia dalam literatur untuk modifikasi

permukaan dengan APTES menggunakan larutan atau uap organik berair atau

deposisi kering, diikuti dengan curing termal untuk menstabilkan silan lapisan

melalui promosi reaksi kondensasi dengan permukaan gugus hidroksil. APTES

atau trietoksisilan lainnya mudah bereaksi lebih banyak dengan gugus hidroksil

permukaan ketika ada keberadaan air, namun tidak berlaku untuk semua jenis

alkil silana reaktif lainnya (Petrou et al., 2018)

13

2. 5 Sol Gel

Koloid adalah suspensi dimana fase terdispersi begitu kecil (~ 1-1000

nm) sehingga gaya gravitasi dapat diabaikan dan interaksi didominasi oleh gaya

jarak pendek, seperti atraksi Van Der Waals dan muatan permukaan (Brinker,

1990). Sol adalah suspensi partikel koloid yang stabil dalam bentuk cair. Partikel-

partikel dapat berupa amorf atau kristal, dan mungkin memiliki substruktur padat,

berpori, atau polimer. Gel terdiri dari jaringan padat kontinyu tiga-dimensi yang

mengelilingi dan menyangga fase cair kontinu ("gel basah"). Sistem sol-gel

banyak untuk sintesis bahan oksida, gelasi atau pembentukan gel terjadi karena

pembentukan ikatan kovalen antara partikel sol. Pembentukan gel dapat terjadi

secara reversibel ketika ikatan lain terlibat, seperti gaya Van Der Waals atau

ikatan hidrogen. Struktur jaringan gel sangat bergantung pada ukuran dan bentuk

partikel sol (Schubert, 2015).

Proses sol-gel adalah teknik yang sering digunakan untuk pembuatan

nanopartikel yang melibatkan pengembangan jaringan melalui susunan suspensi

koloid (sol) dan gelasi untuk membentuk sistem dalam fase cair kontinu (gel).

Proses sol-gel, tergantung pada sifat prekursor, dapat dibagi menjadi dua kelas

yaitu prekursor anorganik dan prekursor alkoksida (Nandanwar et al., 2013).

Prekursor untuk pembuatan koloid dalam proses sol-gel terdiri dari

logam atau elemen metaloid yang dikelilingi oleh berbagai ligan. Alkoksida

merupakan prekursor yang paling banyak digunakan dalam penelitian sol-gel.

Alkoksi adalah ligan yang terbentuk dengan mengeluarkan proton dari hidroksil

pada alkohol, seperti dalam metoksi (·ΟCΗ3) atau etoksi (·OC2Η5). Alkoksida

logam adalah anggota dari kelompok senyawa metalorganik, yang memiliki ligan

14

organik yang menempel pada logam atau atom metaloid. Contohnya adalah

silikon tetraetosida (tetraethoxysilane, atau tetraethyl orthosilicate, TEOS),

Si(OC2H5)4. Alkoksida logam adalah prekursor populer karena mudah bereaksi

dengan air. Reaksi ini disebut hidrolisis, karena ion hidroksil menjadi melekat

pada atom logam, seperti dalam reaksi berikut:

Si (OR)4 + H2O → HO-Si (OR) 3 + ROH. …………………………………….. (1)

R merupakan proton atau ligan lainnya (jika R adalah alkil, maka ·OR adalah

gugus alkoksi), dan ROH adalah alkohol. Dalam fase larutan, partikel koloid akan

terhidrolisis, yang dapat distimulasi dengan pH asam atau basa dan bergantung

pada jumlah air dan katalis (sehingga semua grup OR diganti dengan OH)

Si (OR) 4 + 4H2O → Si (OH) 4 + 4ROH ……………………………………… (2)

atau berhenti sedangkan logam hanya dihidrolisis sebagian, Si (OR)4-n (OH)n.

Prekursor anorganik juga dapat dihidrolisis (Brinker, 1990)

Hidrolisis lengkap untuk membentuk M(OH)4 sangat sulit dicapai. Sebagai

gantinya, kondensasi dapat terjadi antara dua gugus -OH atau M-OH dan gugus

alkoksi untuk membentuk oksigen penghubung dan molekul air atau alkohol.

Reaksi kondensasi antara dua -OH dengan eliminasi air ditunjukkan di bawah ini.

Reaksi kondensasi antara dua spesies logam terhidroksilasi mengarah ke ikatan

M-O-M setelah pelepasan air (oksidasi). Reaksi antara hidroksida dan alkoksida

menyebabkan terbentuknya ikatan M-O-M setelah pelepasan alkohol

(alkoxolation) (Singh et al., 2014). Dua molekul terhidrolisis sebagian dapat

terhubung bersama dalam reaksi kondensasi.

(OR)3 Si-OH + HO-Si (OR) 3 → (OR)3 Si-O-Si (OR) 3 + H2O …………… (3) atau

(OR) 3Si-OR + HO-Si (OR) 3 → (OR)3 Si-O-Si (OR)3 + ROH. ………………. (4)

15

Secara definisi, kondensasi membebaskan molekul kecil, seperti air atau alkohol.

Jenis reaksi ini dapat terus membangun molekul silikon yang lebih besar dengan

proses polimerisasi (Brinker, 1990). Reaksi kondensasi itu reversibel, sehingga

silika dapat berubah struktur dengan mudah. Setelah dipanaskan, perbedaan

biomolekul dapat melekatkan matriks gel silika dan dikeluarkan dengan

terkendali, mengandalkan pada struktur dan porositas dari mesopori silika

nanopartikel. Dapat disimpulkan bahwa metode sol-gel dapat digunakan untuk

mengontrol morfologi (bentuk bola, batang, kolom bengkok, dan bentuk kacang

seperti ginjal) dan ukuran (60-1000 nm) (Fadhlulloh et al., 2014)

Metode sol-gel memiliki beberapa keunggulan, antara lain: proses

berlangsung pada suhu rendah, prosesnya relatif lebih mudah, dapat diaplikasikan

dalam segala kondisi, menghasilkan produk dengan kemurnian tinggi dan

kehomogenan yang tinggi. Apabila parameternya divariasikan maka ukuran dan

distribusi pori dapat dikontrol. Selain itu juga proses sol-gel biayanya relatif

murah dan produk berupa xerogel silika tidak beracun (Eddy et al., 2016)

keuntungan lainnya yakni bebas surfaktan (Deng et al., 2005)

2. 6 Surfaca Area Analyzer (SAA)

Surface Area Analyzer adalah alat yang digunakan untuk menentukan

luas area spesifik material. Luas permukaan spesifik partikel adalah informasi inti

dari area pada permukaan yang terbuka dari partikel per unit massa. Ini adalah

hubungan berbanding terbalik antara ukuran partikel dan luas permukaan.

Adsorpsi nitrogen dapat digunakan untuk mengukur luas permukaan spesifik dari

16

sampel serbuk. Metode BET (Braunauer, Emmett dan Teller) adalah metode yang

biasanya digunakan untuk menentukan total luas permukaan (Akbari et al., 2011)

Seperti dalam teori Langmuir, adsorben permukaan digambarkan sebagai

susunan dari tempat setara, dimana molekul teradsorpsi secara acak. Diasumsikan

bahwa kemungkinan menempati daerah tidak bergantung pada daerah tetangga

dan tidak ada interaksi lateral antara molekul teradsorpsi (yaitu monolayer lokal

yang ideal). Molekul-molekul di lapisan pertama bertindak sebagai daerah untuk

molekul di lapisan kedua, secara giliran daerah untuk molekul di lapisan ketiga

untuk molekul di lapisan yang lebih tinggi dan seterusnya. Meskipun tidak

diperbolehkan interaksi lateral, semua lapisan di atas yang pertama diasumsikan

memiliki sifat seperti cairan. Lokasi dan luas wilayah grafik linear BET

bergantung pada sistem adsorpsi (baik adsorben dan adsorptif) dan operasional

suhu (Sing, 2001)

2. 7 X-Ray Diffraction (XRD)

X-ray diffraction (XRD) adalah teknik nondestruktif berkekuatan tinggi

untuk karakterisasi material Kristal. Memberikan informasi mengenai struktur,

fase orientasi kristal (tekstur) dan parameter struktur lain seperti ukuran rata rata

butiran, kristalinitas dan cacat kristal. Karakterisasi yang dihasilkan oleh XRD

dapat menentukan sifat fisika dari partikel. Difraksi sinar X didasarkan pada

konstruksi interferensi dari sinar X monokromatik dan sampel kristalin. Sinar X

dihasilkan dengan tabung sinar katoda, disaring untuk membentuk produk radiasi

monokromatik, dijajarkan untuk memusatkan dan diarahkan kearah sampel.

17

Interaksi dari fenomena sinar dengan sampel membentuk interferensi

kontruktif (dan sinar terdifraksi) ketika kondisi memenuhi hukum Bragg:

nλ …………………………… (10)

Gambar 3. Diagram Skematik dari Sistem Difraktometer (Bunaciu et al., 2015)

Dimana n adalah bilangan bulat, λ adalah panjang gelombang sinar x, d

adalah jarak interplanar yang menghasilkan difraksi dan adalah sudut difraksi.

Hokum ini berdasarkan pada panjang gelombang radiasi elektromagnetik ke sudut

difraksi dan jarak pantul dalam sampel Kristal.

Difraksi sinar x ini didateksi, diproses dan dihitung. X ray diffractometer

terdiri dari tiga bagian dasar: tabung X ray, tempat sampel, dan detektor sinar X.

Sinar X dihasilkan dari filamen tabung sinar katoda dengan memanaskan filamen

untuk menghasilkan elektron, mempercepat elektron mengarah pada target dengan

menggunakan voltase dan bombardir material target dengan elektron. Ketika

elektron memiliki energi yang cukup untuk dislodge di dalam lapisan elektron

dari material target, karakteristik spectrum sinar X dihasilkan (Bunaciu et al.,

2015).

2. 8 Vibration Sample Magnetometer (VSM)

Vibrating Sample Magnetometer adalah instrumen yang sensitif dan

sebaguna untuk studi momen magnet dalam material magnetik sebagai fungsi dari

18

medan magnet dan temperatur. VSM digunakan untuk mengukur magnetisasi

berdasarkan hukum induksi elektromagnetik Faraday (Kirupakar, 2016).

Prinsip kerja VSM didasarkan pada hukum Faraday berdasarkan e.m.f.

diinduksi dalam konduktor dengan fluks magnetik pada waktu yang bervariasi.

Sampel pada VSM dimagnetisasi oleh medan magnet homogen yang bergetar

secara sinusoidal pada amplitudo kecil yang tetap berhubungan dengan stationary

pick-up coil (Gambar 3). Bidang yang dihasilkan berubah ∂B (t) pada titik r di

dalam kumparan deteksi menginduksi tegangan dan diberikan

( ) ∑ ∫ ( )

…………………………… (6)

di mana A adalah vektor area dari satu putaran kumparan dan penjumlahan

dilakukan lebih dari n putaran gulungan. B (t) didapat oleh perkiraan dipolar,

dengan asumsi dimensi kecil dari sampel yang dimagnetisasi dibandingkan

dengan jaraknya dari kumparan deteksi, a (t) menjadi posisi dipol dan {B (r)} i, i

= 1, 2,3, komponen ke-B pada r karena dipol m. V (t) bisa terdeteksi sampai

resolusi tinggi dan akurasi melalui elektronik terkait yang cocok. Untuk stationary

pick-up coil dan bidang eksternal yang seragam dan stabil, satu-satunya efek

diukur oleh kumparan adalah gerakan pada sampel. Tegangan V (t) merupakan

ukuran momen magnetik sampel (Niazi et al., 2000)

Gambar 4. Prinsip Kerja VSM (Niazi et al., 2000)

19

Vibrating Sample Magnetometer (VSM) beroperasi pada Hukum Induksi

Faraday, yang menginformasikan bahwa medan magnet yang berubah akan

menghasilkan medan listrik. Medan listrik ini dapat diukur dan memberikan

informasi tentang medan magnet yang berubah. VSM digunakan untuk mengukur

perilaku magnetik material magnetik. Sampel yang akan dipelajari disimpan

dalam magnet konstan bidang. Jika sampelnya magnetik, medan magnet konstan

akan memagnetisasi sampel dengan menyelaraskan magnet domain, atau spin

individual magnet dengan bidang. Semakin kuat medan konstan, semakin besar

magnetisasi. Momen dipol magnetik sampel akan menciptakan medan magnet di

sekitar sampel, kadang-kadang disebut stray feild magnetic sampel dipindahkan

dan diturunkan stray feild magnetic ini berubah sebagai fungsi waktu dan dapat

dideteksi oleh seperangkat pick-up coil. Medan magnet bolak-balik akan

menyebabkan arus listrik dalam pengambilan coil menurut Hukum Induksi

Faraday. Arus ini akan sebanding dengan magnetisasi sampel. Semakin besar

magnetisasi, semakin besar arus induksi. Arus induksi adalah diperkuat oleh

amplifier transimpedansi dan amplifier lock-in. Berbagai komponen dihubungkan

ke antarmuka komputer. Perangkat lunak digunakan untuk pengontrol dan

pemantauan, sistem dapat memberi tahu jumlah sampel magnet dan bagaimana

magnetisasi tergantung pada kekuatan medan magnet konstan. Keluarannya

adalah kurva histeresis, yang menunjukkan hubungan antara kerapatan fluks

magnetik dan kekuatan magnetisasi dan memberikan informasi penting tentang

saturasi magnetik, remanen, yang koersivitas dan tingkat sisa magnet di dalam

bahan (Kirupakar, 2016)

20

2. 9 Transmision Electron Microscopy (TEM)

Transmision Electron Microscopy (TEM) adalah sebuah teknik

pencitraan di mana berkas elektron terfokus ke spesimen menyebabkan versi yang

diperbesar untuk muncul pada layar fluorescent atau lapisan film fotografi.

Banyak teknik fisik bergantung pada interaksi antara elektron energi tinggi dan

atom dalam bentuk padat (Ma et al., 2006).

Gambar 5. Skema TEM (Respati, 2008)

Elektron yang ditransmisikan dapat difokuskan, panjang gelombang yang

sangat pendek akan memungkinkan spesimen dicitrakan dengan resolusi spasial

21

jauh lebih baik daripada mikroskop cahaya-optik. Mikroskop elektron

menggunakan teknologi yang sudah dikembangkan untuk radar aplikasi tabung

sinar katoda. Dalam mikroskop elektron transmisi (TEM), elektron menembus

spesimen tipis dan kemudian dicitrakan oleh lensa yang sesuai (Egerton, 2016).

TEM memiliki mekanisme penembakan elektron yang ditembakkan dari

electron gun yang kemudian melewati oleh dua lensa kondenser yang berguna

menguatkan dari elektron yang ditembakkan. Setelah melewati dua lensa

kondenser elektron diterima oleh spesimen yang tipis dan berinteraksi, karena

spesimen tipis maka elektron yang berinteraksi dengan spesimen diteruskan pada

tiga lensa yaitu lensa objektif, lensa intermediet dan lensa proyektor. Lensa

objektif merupakan lensa utama dari TEM karena batas penyimpangannya

membatasi dari resolusi mikroskop, lensa intermediet sebagai penguat dari lensa

objektif dan untuk lensa proyektor gunanya untuk menggambarkan pada layar

fluorescent yang ditangkap film fotografi atau kamera CCD (Respati, 2008)

TEM dapat menyediakan gambar jarak sebenarnya pada distribusi atom

dalam nanokristal dan pada permukaan. Saat ini TEM adalah alat serbaguna yang

menyediakan tidak hanya resolusi atom gambar kisi, tapi dapat menginformasikan

pada resolusi spasial 1 nm atau lebih baik, mengizinkan identifikasi kimia

langsung dari nano kristal tunggal (Wang, 2000).

2. 10 Fourier Transform Infra Red (FTIR)

Sinar infrared dapat menyebabkan vibrasi (getaran) pada ikatan, baik

berupa rentangan (streaching) maupun bengkokan (bending). Energi vibrasi untuk

setiap molekul adalah spesifik dengan bilangan gelombang yang spesifik.

22

Spektroskopi IR digunakan untuk menentukan adanya gugus-gugus fungsional

utama dalam suatu sampel yang diperoleh berdasarkan bilangan gelombang yang

dibutuhkan untuk vibrasi molekul. FTIR lebih sensitif dan akurat, dapat

membedakan bentuk cis dan trans, ikatan rangkap terkonjugasi dan terisolasi dan

lain-lain yang dalam spektrofotometer IR tidak dapat dibedakan (Sitorus, 2009).

Spektrofotometer infrared memberikan spektra dari senyawa biasanya pada

rentang 4000 sampai 400 cm-1

. FT- infraredspektometer menyediakan spektrum

infrared lebih cepat dibanding instrumen lain (Pavia, 2015).

Gambar 6. Diagram Skematik Dispersif dan Spektroskopi FTIR (Pavia, 2015)

Secara umum terdapat beberapa komponen yang dimiliki oleh

spektrofotometer FTIR, diantaranya adalah: sumber cahaya IR yang umum

digunakan adalah batang yang dipanaskan oleh listrik, merupakan campuran

logam: Zr, Y, Er dan lain-lain, globar merupakan silikon karbida, dan berbagai

bahan keramik. Monokromator memiliki bentuk prisma seperti pada

spektofotometer UV-Vis. Detektor kebanyakan menggunakan thermofil, yaitu

23

kawat logam yang sebanding dengan radiasi yang mengenai thermofil. Detektor

dihubungkan oleh rekorder yang terintegrasi dengan printer (Sitorus, 2009)

Keuntungan utama dari IR dibandingkan teknik lainnya adalah semua

senyawa menunjukkan penyerapan IR dan dengan demikian dapat dianalisis.

Selain itu, analisis IR tidak destruktif, teknik pengukuran non-kontak,

menawarkan kemungkinan untuk melakukan analisis in situ dan deteksi jarak

jauh. Spektroskopi IR adalah yang paling serbaguna dari semua teknik analitik,

karena spektrum hampir semua sampel dapat direkam tanpa preparasi yang rumit.

Pengenalan prinsip Fourier-Transform (FT) pada Transformasi Fourier

Inframerah (FTIR) spektrometer (didukung oleh pemanfaatan algoritma FT yang

cepat) dapat meningkatkan potensi spektrometri IR untuk memberikan solusi

dalam berbagai masalah analitis (Bacsik et al., 2004)

24

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan dari bulan Juli 2018 hingga Juni 2019 di

Laboratorium Kimia Katalis dan Makro Molekul Lembaga Ilmu Pengetahuan

Indonesia (LIPI), Puspitek, Serpong, Tangerang Selatan.

3.2 Alat dan Bahan

3.2.1 Alat

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah oven, kertas pH ,

furnace 6000 (termolyne), stopwatch, pompa vakum, vortex, neraca analitik,

kertas saring, hot plate, spatula, alu, lumping, termometer dan peralatan gelas,

SAA (micromeritic tristar II 3020), FTIR (Shimadzu Prestige-21), XRD (AERIS

Malvern Panalytical), VSM (Dexing Magnet Ltd tipe VSM250), TEM (FEI

Tecnai G2 20S).

3.2.2 Bahan

Limbah lumpur geotermal berbentuk padatan yang berasal dari limbah

pembangkit listrik tenaga panas bumi Dieng merupakan koleksi pusat penelitian

LIPI, Natrium hidroksida (Merck), Asam klorida (Merck), Besi (III) klorida

(Merck), molecular sieve (Aldrich), APTES (3aminopropyl triethoxysilane)

(Aldrich), Toluen (Merck), Etanol 96% (Merck), Aseton dan Akuades.

25

3.3 Diagram Alir

Gambar 7. Diagram alir penelitian

Penambahan variasi berat

FeCl3, kemudian dilanjutkan

proses sol gel dan dilakukan

aging dalam waktu 18 jam

Karakterisasi

FTIR

Pencucuian limbah lumpur

geotermal dengan akuades,

Pelarutan serbuk limbah

geotermal dengan NaOH

Optimum

Sintesis nanopartikel silika

magnetik dengan metode sol

gel, Penambahan variasi berat

FeCl3 optimum, waktu aging

6, 18, 24 dan 30 jam

Modifikasi permukaan

dengan APTES

Optimum

Serbuk limbah

lumpur geotermal

Larutan garam

Natrium silikat

Gel silika magnetik

Penetralan dengan Aquades,

dilanjutkan dengan

pengeringan dan kalsinasi

suhu 400 °C

Karakterisasi

SAA, XRD dan VSM

Serbuk nanopartikel

silika magnetik

Gel silika magnetik

Penetralan dengan Akuades,

kemudian dilakukan

pengeringan dan kalsinasi

suhu 400 °C

Karakterisasi

SAA dan TEM

Serbuk Nanopartikel

silika magnetik

26

3.4 Prosedur Kerja

3.4.1 Pencucian Limbah Lumpur Geotermal (Jenie, 2018)

Limbah lumpur geotermal dalam bentuk serbuk ditimbang sebanyak 50

gram. Limbah lumpur geotermal tersebut dicuci dengan akuades sebanyak 200

mL dengan pengadukan menggunakan magnetic stirrer selama 3 jam dan

kemudian dikeringkan di dalam oven dengan suhu 100 °C selama semalaman

menghasilkan serbuk limbah lumpur geotermal yang bersih terbebas dari pengotor

yang larut dalam air.

3.4.2 Pembuatan Silika Magnetik Nanopartikel dengan Variasi

Penambahan FeCl3 (Jenie, 2018)

Sebanyak 20 gram limbah lumpur geotermal yang telah dicuci ditimbang

dan dilarutkan kedalam 800 mL NaOH 1,5 N. Campuran limbah lumpur

geotermal dan larutan NaOH dipanaskan selama 1 jam pada suhu 90 °C lalu

didinginkan hingga suhu ruang kemudian disaring dan filtratnya diambil. Filtrat

yang dihasilkan kemudian ditambahkan FeCl3 dengan variasi berat masing-

masing sebanyak 1,6, 5 10, 15 dan 20 gram. Filtrat yang telah dicampur dengan

FeCl3 ditetesi dengan HCl sampai terbentuk gel hingga pH berkisar antara 4-5.

Gel yang terbentuk didiamkan selama 18 jam (aging) kemudian dinetralkan dan

dikeringkan pada oven dengan suhu 100 °C. Gel yang sudah kering dan menjadi

xerogel kemudian dikalsinasi dengan suhu 400 °C selama 4 jam membentuk

serbuk nanopartikel silika megnetik.

27

Tabel 2. Kode sampel variasi penambahan FeCl3

No Kode Sampel

Penambah

an FeCl3

(gram)

Waktu

Aging

(jam)

Keterangan

1 SiFeNPS F1.6 1,6 18

Nanopartikel silika magnetik

dengan penambahan FeCl3 1,6

gram, waktu aging 18 jam dan

dikalsinasi pada suhu 400 °C

2 SiFeNPS F5 5 18


dengan penambahan FeCl3 5



3 SiFeNPS F10 10 18





4 SiFeNPS F15 15 18





5 SiFeNPS F20 20 18





3.4.3 Karakterisasi Nanopartikel Silika Magnetik dengan Variasi

Penambahan FeCl3

Karakterisasi pada penelitian ini dilakukan dengan beberapa tahap.

Karakterisasi tahap pertama dilakukan setelah pembuatan nanopartikel silika

magnetik dengan variasi penambahan berat FeCl3, kemudian dilakukan

karakterisasi dengan instrumen Surface Area Analyzer (SAA), X-Ray Difraction

(XRD), Vibration Sample Magnetometer (VSM).

3.4.3.1 Analisis Luas Permukaan Spesifik Silika Magnetik Nanopartikel

dengan SAA(ASTM C 1069-09)

Tabung sampel perangkat dari alat SAA ditimbang sebagai bobot

kosong, kemudian masing-masing secara bergantian sampel nanopartikel silika

magnetik dengan variasi penambahan FeCl3 yang memiliki kode sampel SiFeNPs

28

F1,6, SiFeNPs F5, SiFeNPs F10, SiFeNPs F15 dan SiFeNPs F20 dimasukkan ke

dalam tabung kaca tersebut dan ditimbang sebanyak 0,5 gram. Tabung tersebut

kemudian ditempelkan pada port degasser, lalu dilakukan proses degassing

dengan gas nitrogen pada suhu 200 oC selama 2 jam. Setelah selesai degassing,

masing masing tabung tersebut kemudian ditimbang kembali sebagai massa

setelah degassing. Proses selanjutnya, masing masing tabung kemudian

dimasukkan pada port micromeritics dan dilakukan analisis dalam kondisi suhu

nitrogen cair serta dialirkan gas N2 dan H2.

3.4.3.2 Analisis Kristalinitas Silika Magnetik Nanopartikel dengan XRD

(ASTM D4294)

Uji ini dilakukan untuk mengetahui senyawa dan kristalinitas dari

sampel. Masing-masing sampel nanopartikel silika magnetik dengan kode sampel

SiFeNPs F1,6, SiFeNPs F5, SiFeNPs F10, SiFeNPs F15 dan SiFeNPs F20

dihaluskan dengan grinding lalu dimasukan sampel ke dalam plat sampel hingga

permukaan plat dengan sampel sama rata dan datar. Alat XRD dinyalakan untuk

memulai analisis. Pengujian ini menggunakan tegangan listrik dan kuat arus listrik

sebesar 40 mV dan 25 mA. Sudut yang digunakan yaitu 5-90o, kemudian seluruh

sample diuji menggunakan XRD secara bergantian.

3.4.3.3 Analisis Sifat Magnet Silika Magnetik Nanopartikel dengan VSM

(Niazi, 2000)

Sampel nanopartikel silika magnetik dengan kode sampel SiFeNPs F1,6,

SiFeNPs F5, SiFeNPs F10, SiFeNPs F15 dan SiFeNPs F20 yang sudah diketahui

masanya diambil dalam bentuk serbuk dan dibungkus dengan rapat pada tempat

sampel. Frekuensi vibrator ditetapkan sekitar 79 Hz sampai interferensi minimum

dari noice 50 Hz jalur AC amplitudo yang digunakan adalah 205 mV. Temperatur

29

ruangan magnetisasi dipastikan ketika memvariasikan medan dari 0-1.5T, untuk

memastikan M(T) pada pemakaian kontsan temperatur diatur antara 80-350 K

dalam perkiraan 3 jam dibawah tekanan 5-7 mmHg. Sampel yang akan diukur

magnetisasinya dipasang pada ujung bawah batang kaku yang bergetar secara

vertikal dalam lingkungan medan magnet luar.

3.4.4 Sintesis Nanopartikel Silika Magnetik dengan Variasi Waktu Aging

Sebanyak 20 gram limbah lumpur geotermal yang telah dicuci ditimbang

dan dilarutkan kedalam 800 mL NaOH 1,5 N. Campuran limbah lumpur

geotermal dan larutan NaOH dipanaskan selama 1 jam pada suhu 90 °C lalu

didinginkan hingga suhu ruang kemudian disaring dan filtratnya diambil. Filtrat

yang dihasilkan kemudian ditambahkan dengan penambahan FeCl3 yang

menghasilkan karakteristik terbaik. Filtrat yang telah dicampur dengan FeCl3

kemudian ditetesi dengan HCl sampai terbentuk gel hingga pH berkisar antara 4-

5. Gel yang terbentuk didiamkan dengan variasi waktu masing masing selama 6,

18, 24 dan 30 jam (aging) kemudian dinetralkan dan dikeringkan pada oven

dengan suhu 100 °C. Gel yang sudah kering dan menjadi xerogel kemudian

dikalsinasi dengan suhu 400 °C selama 4 jam membentuk serbuk nanopartikel

silika magnetik.

30

Tabel 3. Kode sampel variasi waktu aging

No Kode Sampel

Penambahan

FeCl3

(gram)

Waktu

Aging

(jam)

Keterangan

1 SiFeNPS F20 A6 20 6





2 SiFeNPS F20 A18 20 18





3 SiFeNPS F20A24 20 24





4 SiFeNPS F20A30 20 30





3.4.5 Karakterisasi Nanopartikel Silika Magnetik Variasi Waktu Aging

Hasil optimum dari variasi penambahan FeCl3 dipilih untuk dilakukan

variasi waktu aging masing-masing selama 6, 18, 24 dan 30 jam. Proses

dilanjutkan dengan melakukan penetralan dengan pembilasan menggunakan

akuades dan dikeringkan pada oven dengan suhu 100 °C. Gel yang sudah kering

dan menjadi xerogel kemudian dikalsinasi dengan suhu 400 °C selama 4 jam.

Serbuk nanopartikel silika magnetik dengan variasi waktu aging

kemudian dikarakterisasi dengan menggunakan instrumen SAA dan TEM untuk

mengetahui pengaruh lama waktu aging terhadap karakteristik nanopartikel.

3.4.5.1 Analisis Luas Permukaan Spesifik Nanopartikel Silika Magnetik

dengan SAA(ASTM C 1069-09)

Tabung sampel perangkat dari alat SAA ditimbang sebagai bobot

kosong, kemudian secara bergantian sampel nanopartikel silika magnetik dengan

variasi waktu aging dengan kode sampel SiFeNPs F20A6, SiFeNPs F20A18,

31

SiFeNPs F20A24, SiFeNPs F20A30 masing-masing dimasukkan ke dalam tabung

kaca tersebut dan ditimbang sebanyak 0,5 gram. Tabung tersebut kemudian

ditempelkan pada port degasser, lalu dilakukan proses degassing dengan gas

nitrogen pada suhu 200 oC selama 2 jam. Setelah selesai degassing, masing

masing tabung tersebut kemudian ditimbang kembali sebagai massa setelah

degassing. Kemudian dimasukkan pada port micromeritics dan dilakukan analisis

dalam kondisi suhu nitrogen cair serta dialirkan gas N2 dan H2.

3.4.5.2 Analisis Morfologi Silika Magnetik Nanopartikel dengan TEM

(ASTM D4824-03)

Analisis morfologi nanopartikel silika magnetik dilakukan dengan

menggunakan instrumen Transmision Electron Microscop (TEM). Sampel

nanopartikel silika magnetik dengan kode sampel SiFeNPs F20A6, SiFeNPs

F20A18, SiFeNPs F20A24, SiFeNPs F20A30 masing-masing ditimbang sebanyak

5 mg yang akan dianalisis ditempatkan pada wadah sampel dengan ukuran 3 mm

dan ketebalan 3µm. Sampel diteteskan metanol untuk mencegah aglomerasi.

Kemudian sampel tersebut ditembakkan dengan ion argon sampai berlubang.

Berkas elektron ditembakkan pada bagian yang tipis sehingga menembus sampel

kemudian hasil dari tembusan elektron tersebut ditangkap detektor dan diolah

menjadi gambar.

3.4.6 Modifikasi Nanopartikel Silika Magnetik dengan APTES

Modifikasi gugus fungsi amin dilakukan pada nanopartikel silika

magnetik yang memiliki sifat optimum dari hasil karkaterisasi yang telah

dilakukan. Permukaan nanopartikel silika magnetik dengan sifat optimum

dimodifikasi dengan menggunakan APTES (3-aminopropyl triethoxysilane)

sebagai agen silanization. 1 gram nanopartikel silika magnetik dan 100 mL toluen

32

yang mengandung 0,1 M APTES ditambahkan pada glass beaker dengan ukuran

250 mL. Diaduk menggunakan magnetic stirrer selama 2 jam. Hasilnya

modifikasi pernukaan nanopartikel silika magnetik telah dikumpulkan dengan

filtrasi diikuti oleh mencuci dengan toluen beberapa waktu dan dikeringkan pada

suhu ruang.

Hasil modifikasi permukaan nanopartikel silika magnetik dengan

menggunakan gugus APTES, selanjutnya dikarakterisasi menggunakan

instrument FTIR untuk mengetahui gugus fungsi yang dimiliki oleh nanopartikel

silika magnetik. Keberhasilan modifikasi gugus fungsi APTES pada permukaan

nanopartikel silika magnetik dapat diketahui dari hasil analisis dengan instrumen

FTIR.

Analisis Gugus Fungsi Silika Magnetik Nanopartikel dengan FTIR (ASTM,

2005)

Sejumlah serbuk nanopartikel silika magnetik dengan hasil optimum

sebelum dilakukan kalsinasi dicampur dengan KBr dengan perbandingan 1:200.

Selanjutnya diuji spektrum FTIR pada panjang gelombang 400-4000 cm-1

.

Sejumlah serbuk nanopartikel silika magnetik dengan hasil optimum sebelum

dilakukan modifikasi permukaan dicampur dengan KBr dengan perbandingan

1:200. Selanjutnya diuji spektrum FTIR pada panjang gelombang 400-4000 cm-1

.

Sejumlah silika magnetik nanopartikel dengan hasil optimum sesudah

dimodifikasi dengan gugus amin dicampur dengan KBr dengan perbandingan

1:200. Tahap selanjutnya diuji spektrum FTIR pada panjang gelombang 400-4000

cm-1

.

33

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Nanopartikel Silika Magnetik

Nanopartikel silika magnetik berbahan dasar dari limbah geotermal yang

memiliki kandungan silika bernilai tinggi dibuat dengan menggunakan metode sol

gel. Limbah geotermal dibersihkan dengan menggunakan akuades untuk

menghilangkan kotoran-kotoran yang tekandung didalamnya. Proses pencucian

telah dilalui, kemudian dilanjutkan dengan melarutkan limbah lumpur geotermal

serbuk ke dalam larutan NaOH. Silika yang terkandung dalam limbah lumpur

geotermal larut dalam larutan NaOH, kemudian terbentuk larutan Na2SiO3 dengan

reaksi sebagai berikut:

SiO2(s) + 2 NaOH(aq) → Na2SiO3(s) + H2O(aq)…………..(7)

Larutan natrium silikat selanjutnya ditambahkan dengan FeCl3 dengan

masing-masing variasi berat 1.6, 5, 10, 15 dan 20 gram untuk memberikan sifat

magnetik pada nanopartikel yang dibuat. Proses sol gel terjadi ketika penambahan

HCl hingga pH bernilai 5 sampai 4. Selama proses penambahan asam klorida

pada larutan natrium silikat terjadi pembentukan asam silikat membentuk gugus

silanol, dengan reaksi sebagai berikut:

Na2SiO3 + H2O + 2HCl → Si(OH)4 + 2NaCl ……………..(8)

Asam silikat yang terbentuk kemudian mengalami reaksi polimerisasi. Gugus

silanol (Si–OH) berubah menjadi ikatan siloksan (Si–O–Si) dengan reaksi

kondensasi. Proses kondensasi terjadi ditandai dengan terbentuknya gel pada

larutan asam silikat dengan reaksi sebagai berikut:

34

............(9)

(Yamagata et al., 2012)

Reaksi kondensasi yang terjadi membentuk jaringan gel silika.

Bersamaan dengan reaksi sol gel yang terjadi, terdapat pula reaksi pelapisan Fe

dengan silika yang terkondensasi. Sifat Fe yang memiliki afinitas berikatan lebih

tinggi dari pada silika mengakibatkan silika langsung menyelimuti Fe pada proses

sol gel. Diduga bahwa molekul asam silikat membentuk ikatan kovalen dengan Fe

selama proses kondensasi air (Liu et al., 2004).

Gel silika magnetik dioven pada suhu 100 °C untuk menghilangkan air

yang terkandung dalam gel membentuk xerogel, kemudian dikalsinasi pada suhu

400°C selama 4 jam. Fe tidak mengalami oksidasi saat kasinali berlangsung

karena seluruh permukaan Fe sudah dilapisi oleh silika.

Gambar 7. Hasil kalsinasi nanopartikel silika magnetik

Hasil kalsinasi menunjukkan bahwa semakin banyak penambahan FeCl3

menghasilkan warna yang lebih gelap yang dapat dilihat pada Gambar 7.

Penambahan FeCl3 sebanyak 1,6 gram ditunjukakan dengan kode 1 yang

memiliki warna paling terang. Penambahan FeCl3 5, 10, 15 dan 20 gram

ditunjukkan dengan kode 2, 3, 4 dan 5 secara berturut turut memiliki warna coklat

1 2 3 4 5

n Si(OH)4 + (OH) 4Si

OH OH

2nH2O Si O Si nOH

OH OH

35

yang semakin pekat. Penambahan FeCl3 mempengaruhi kenampakan fisik

nanopartikel silika magnetik, semakin banyak jumlah FeCl3 yang ditambahkan,

semakin pekat warna yang dihasilkan

4.2 Variasi Penambahan FeCl3 Terhadap Karakteristik Nanopartikel Silika

Magnetik

Variasi penambahan FeCl3 dilakukan untuk mengetahui jumlah FeCl3

yang dapat menghasilkan nanopartikel silika magnetik dengan karakteristik yang

paling baik diantaranya dalah memiliki luas permukaan spesifik yang besar dan

sifat magnet yang besar. Luas permukaan spesifik yang paling besar dapat

diketahui dari hasil analisis menggunakan Surface Area Analyzer. Karakteristik

bentuk material yang diketahui dari hasil analisis menggunakan X-Ray

Diffraction. Karakteristik sifat magnet yang paling tinggi dapat diketahui dari

hasil analisis menggunakan Vibration Sample Magnetometer.

4.2.1 Hasil Analisis Luas Permukaan Spesifik Nanopartikel Silika Magnetik

dengan Surface Area Analyzer

Luas permukaan spesifik dari suatu partikel dapat menentukan sifat dan

kemampuan adsorpsi. Partikel dengan luas permukaan spesifik yang besar

memiliki permukaan untuk interaksi yang besar dengan senyawa target yang akan

dijerap. Analisis dengan menggunakan SAA (Surface Area Analyzer) digunakan

untuk mengetahui luas permukaan spesifik dari nanopartikel silika magnetik yang

telah dibuat, hasil analisis dapat dilihat pada Tabel 4.

Nanopartikel silika magnetik (SiFeNPs) yang telah disintesis dengan

menggunakan metodel sol-gel memiliki ukuran terbesar adalah SiFeNPs dengan

penambahan FeCl3 5 gram (SiFeNPs F5) memiliki rata-rata ukuran partikel

sebasar 27,17 nm dengan luas permukaan spesifik 220,83 m2/g dan partikel

36

SiFeNPs dengan penambahan FeCl3 1.6 gram (SiFeNPs F1.6) memiliki ukuran

terkecil dengan rata-rata ukuran partikel sebesar 9.11 nm dan luas permukaan

spesifik 658,51 m2/g. Semakin kecil rata-rata ukuran partikel, maka semakin

besar luas permukaan spesifik yang dimiliki material tersebut. Partikel silika

magnetik yang dihasilkan pada penelitian ini termasuk kedalam golongan partikel

yang berukuran nano karena memiliki ukuran kurang dari 100 nm.

Tabel 4. Hasil Analisis SAA variasi penambahan FeCl3

No Nama Senyawa Waktu

Aging

(jam)

Luas

permukaan

spesifik (m2/g)

Rata rata ukuran

Partikel (nm)

1 SiFe NPs F1,6 18 658,51 9,11

2 SiFe NPs F5 18 220,83 27,17

3 SiFe NPs F10 18 224,33 26,74

4 SiFe NPs F15 18 271,83 22,07

5 SiFe NPs F20 18 362,24 16,56

Luas permukaan spesifik nanopartikel silika pada Tabel 4. dapat dilihat

bahwa magnetik memiliki kecendrungan penurunan seiring dengan penambahan

FeCl3.Nanopartikel silika magnetik yang paling besar adalah SiFeNPs dengan

penambahan FeCl3 sebesar 1,6 gram (SiFeNPs F1,6) memiliki luas permukaan

658,51 m2/g. Nanopartikel silika magnetik dengan penambahan FeCl3 sebesar 5

gram (SiFeNPs F5) memiliki luas permukaan 220.83 m2/g yang mengalami

pengurangan cukup drastis. Nanopartikel silika magnetik dengan penambahan

FeCl3 10, 15 dan 20 gram (SiFeNPs F10, SiFeNPs F15, SiFeNPs F20) secara

berurutan luas permukaan mengalami peningkatan kembali.

Penambahan FeCl3 dalam sintesis nanopartikel silika magnetik ini

berpengaruhi terhadap luas permukaan. Penambahan FeCl3 yang semakin banyak

mengakibatkan luas permukaan menurun dikarenakan oksida besi berada dalam

37

silika, membuat permukaannya tidak dapat diakses oleh nitrogen (Li dan Lin,

2008). Peningkatan luas permukaan kembali terjadi pada sampel SiFeNPs setelah

penambahan FeCl3 lebih dari 5 gram, namun peningkatan yang terjadi tidak

signifikan. Peningkatan luas permukaan spesifik seiring penambahan FeCl3 dapat

disebabkan karena semakin banyak molekul Fe maka semakin banyak interaksi

antara situs permukaan molekul Fe dan silika yang terjadi pada proses sol gel

berlangsung. Sehingga menghasilkan lapisan tipis silika pada molekul Fe,

mengakibatkan ukuran partikel semakin kecil dan luas permukaan persatuan

volume nanopartikel silika magnetik akan meningkat.

4.2.2 Hasil Analisis Kristalinitas Nanopartikel Silika Magnetik

Menggunakan X-Ray Difraction

Karakterisasi dengan menggunakan XRD dilakukan untuk mengetahui

struktur dan sifat-sifat kristal yang ada pada nanopartikel silika magnetik yang

telah disintesis. Hasil karakterisasi struktur kristal dari nanopartikel silika

magnetik menggunakan XRD dapat dilihat pada Tabel 5.

Kristalinitas dari nanopartikel silika magnetik yang tertera pada gambar

dalam Lampiran 2. dapat dilihat bahwa seluruh sampel berbentuk amorf karena

bentuk difraktogram yang dihasilkan didominasi oleh puncak tertinggi dengan

bentuk melebar. Pola difraksi yang dihasilkan oleh nanopartikel silika magnetik

yang telah disintesis menunjukkan beberapa puncak diantaranya pada sudut

difraksi rendah dari 20° sampai 30° dengan bentuk puncak melebar yang berpusat

pada 2θ = 23.5° mengkonfirmasi SiO2 dalam bentuk amorf (Choudhary, 2018).

Puncak lebar menandakan nanopartikel mimiliki kristalinitas rendah dapat diamati

di rentang sudut dari 20° hingga 40° menunjukkan pembentukan fase silika,

dengan konten silika besar didominasi fase amorf (Haddad et al., 2004)

38

Tabel 5. Hasil Analisis XRD variasi penambahan FeCl3

No 2θ JCPDS

card no. 06-

0696

2θ Sampel Variasi Penambahan FeCl3

SiFeNPsF1.6 SiFeNPsF5 SiFeNPsF10 SiFeNPsF15 SiFeNPsF20

1 44.7° 44.66 44.65 44.60 44.62 44.77

2 65.0° 64.06 65.02 64.96 64.97 65.01

3 82.3° - 82.35 82.27 82.28 82.57

Proses kalsinasi diharapkan dapat membentuk oksida-oksida besi, namun

dari hasil karakterisasi XRD pada penelitian ini tidak terdapat puncak difraksi

senyawa oksida besi. Terdapat beberapa puncak yang memiliki tinggi puncak

lebih rendah dibandingkan puncak melebar pada 2θ: 20-30°. Puncak puncak pada

pola difraksi sinar-X dari nanopartikel silika magnetik menunjukkan terbentuknya

fase α-Fe. Puncak yang terbentuk tidak tajam, hal ini mengidentifikasikan bahwa

terbentuknya struktur amorf atau nanopartikel dengan derajat kistalinitas rendah

(Sulungbudi et al., 2012). Keberadaan Fe dapat ditunjukan dengan puncak pada

2θ: 44.7°, 65.0°, dan 82.3° sesuai dengan Joint Committee on Powder Diffraction

Standards (JCPDS card no. 06-0696) (J. Liu et al., 2016).

Hasil dari analisis XRD sampel SiFeNPs F1.6, SiFeNPs F5, SiFeNPs

F10 SiFeNPs F15 dan SiFeNPs F20 dengan waktu aging 18 jam tidak dapat

ditemukan oksida-oksida besi seperti Fe3O4 dan Fe2O3 yang memiliki sifat magnet

tinggi, hanya terdapat puncak difraksi pada 2θ = 44,69° yang mengindikasikan

keberadaan α-Fe, sesuai dengan hasil penelitian dari Ho et al., 2018. Tidak

ditemukannya Fe3O4, Fe2O3 dan oksida besi lainnya diakibatkan karena dalam

sintesis nanopartikel silika magnetik ini, SiO2 menyelimuti partikel besi mencegah

terjadinya oksidasi pada molekul Fe yang ditambahkan (Yuan et al., 2010).

Permukaan Fe memiliki afinitas yang lebih besar dari pada silika (Lu et al., 2002).

39

Molekul Fe dapat secara langsung dilapisi oleh silika selama proses sol gel, hal ini

terjadi karena permukaan molekul Fe yang memiliki afinitas ikatan yang lebih

besar dari silika menyebabkan silika dapat langsung berinteraksi membentuk

ikatan pada permukaan molekul Fe sehingga seluruh permukaan molekul Fe

tertutupi oleh silika. Diasumsikan bahwa terbentuk ikatan kovalen antara silika

dan partikel Fe selama proses kondensasi air berlangsung, sesuai dengan

pernyataan (Liu et al., 2004)

Berdasarkan pada hasil analisis pola XRD yang terlihat pada Lampiran 2.

dengan menggunakan software X-pert high score pola difraksi dan komposisi

material silika magnetik dapat diidentifikasi. Diketahui bahwa sampel SiFeNPs

F1.6 memiliki komposisi kristobalit 99.3% dan komposisi α-Fe 0.7% SiFeNPs F5

memiliki komposisi kristobalit 97.7% dan komposisi α-Fe 2,3%. Sampel SiFeNPs

F10 memiliki komposisi kristobalit 62,2% dan komposisi α-Fe 37,8%. Sampel

SiFeNPs F15 memiliki komposisi kristobalit 69,0% dan komposisi α-Fe 31,0%.

Sampel SiFeNPs F20 memiliki komposisi kristobalit 49,3% dan komposisi α-Fe

50,7%. Hal ini menunjukkan bahwa semakin banyak rasiopenambahan FeCl3

dalam sintesis nanopartikel silika magnetik mengakibatkan semakin banyak α-Fe

yang terdeteksi yang menandakan semakin besar sifat kemagnetannya.

4.2.3 Hasil Analisis Sifat Magnetik Nanopartikel Silika Magnetik dengan

Vibration Sample Magnetometer

Data hasil pengujian nanopartikel silika magnetik yang telah disintesis

dengan menggunakan VSM berupa kurva histerisis magnetisasi (M) dengan

medan magnet (T). Kurva histerisis hasil pengujian menentukan nilai magnetisasi

saturasi (Ms), magnetisasi remanen (Mr), dan medan koersivitas (Hc) dari

nanopartikel silika magnetik menghasilkan data yang dapat dilihat pada Tabel 6.

40

Tabel 6. Hasil Analisis VSM

No Sampel

Medan

Koersif (Hc)

(Oe)

Magnetasi

Saturasi

(emu/g)

Perbandingan

Mr/Ms

1 SiFeNPs F1,6 A18 246,51 0,18 0,159

2 SiFeNPs F5 A18 198,23 0,19 0,178

3 SiFeNPs F10 A18 378,77 0,16 0,145

4 SiFeNPs F15 A18 394,85 0,27 0,132

5 SiFeNPs F20 A18 303,91 0,35 0,060

Partikel dengan koersivitas besar memiliki sifat magnet yang besar,

semakin besar gaya koersivitasnya maka semakin keras sifat magnetnya. Partikel

dengan koersivitas tinggi berarti tidak mudah hilang kemagnetannya. Penelitian

ini menghasilkan harga koersifitas yang paling besar terdapat pada sampel

SiFeNPs F15 A18. Nilai koersifitas menurun pada SiFeNPs F5 A18 dan kemudian

meningkat kembali pada SiFeNPs F15 A18 dan kembali turun pada SiFeNPs F20

A18. Koersivitas dipengaruhi oleh ukuran partikel, dimana semakin besar ukuran

partikel maka akan makin besar medan koersif yang dimiliki. Hukum ini berlaku

untuk partikel yang berukuran di bawah 40 nm. Semakin kecil ukuran

nanopartikel magnetit maka akan terjadi penurunan energi barier (energi

anisotropi) pada partikel tersebut. Oleh karena itu, medan koersif (Hc) yang

dimiliki akan semakin kecil, sehingga medan yang diperlukan semakin kecil

untuk membuat magnetisasinya nol (Pauzan et al., 2013) hal ini yang

menyebabkan nilai koersifitas sampel SiFeNPs F20 A18 lebih kecil dibanding

dengan SiFeNPs F15 A18 dan SiFeNPs F10 A18, karena sample SiFeNPs F20

A18 memiliki ukuran partikel yang kecil sebesar 16,55 nm dibandingkan sampel

lain yang menyebabkan penurunan energi anisotropi.

41

Magnetasi saturasi sampel mengalami peningkatan seiring penambahan

FeCl3. Besar magnetasi saturasi yang paling besar merupakan partikel dengan

penambahan FeCl3 yang paling besar yaitu SiFeNPs F20 A18. Hal ini terjadi

karena semakin banyak momen magnetik yang tidak searah dengan medan luar,

energi yang dibutuhkan untuk memagnetisasi akan lebih besar, mengakibatkan

magnetisasi saturasi (Ms) menjadi meningkat (Sunaryono et al., 2016).

Magnetisasi meningkat seiring penambahan FeCl3 yang mana terjadi karena

membuat penurunan momen dari nanopartikel magnetik dengan pelapisan

nanopartikel non magnetik (Sadeghi et al., 2012). Selain itu faktor yang

menyebabkan magnetisasi saturasi kuat adalah karena keseragaman ukuran

partikel dan penyebarannya yang merata (Pauzan et al., 2013).

Menurunnya nilai Ms dapat dijelaskan karena berhubungan dengan

meningkatnya ukuran partikel. Menurunnya nilai Ms pada partikel kecil

ditunjukkan pada efek permukaan nanopartikel yang memiliki spin tidak teratur

atau acak, mencegah spin inti berbaris dengan arah yang sama sepanjang arah

medan menghasilkan berkurangnya magnetasi saturasi pada nanopartikel

berukuran kecil (Kulkarni et al., 2014). Hasil karakterisasi dengan VSM

menunjukkan bahwa sampel dengan pemberian Fe terbanyak menghasilkan nilai

magnetisasi saturasi yang tinggi dengan ukuran partikel terkecil, dengan demikian

dapat disimpulkan bahwa sampel ini memiliki sifat magnet yang terbaik.

Rasio (Mr/Ms) ditentukan untuk mengetahui sifat magnetnya, pada

penelitian ini dihasilkan bahwa semakin besar penambahan FeCl3 memiliki nilai

rasio (Mr/Ms) yang semakin kecil hal ini terjadi karena rasio (Mr/Ms) bernilai

kecil karena jika sifat suatu material makin mendekati sifat ferromagnetik maka

42

rasio (Mr/Ms) akan besar. Rasio (Mr/Ms) sangat tergantung pada permukaan

nanopartikel itu sendiri. Jika pada permukaannya terjadi fluktuasi arah spin makin

besar maka akan makin kecil rasio (Mr/Ms) yang diperoleh (Pauzan et al., 2013).

Hasil karakterisasi dengan VSM menunjukkan perbandingan Ms dan Mr

dari SiFeNPs yang dapat dilihat pada Tabel 3, dapat dilihat bahwa sampel

SiFeNPs F20 A18 memiliki rasio (Mr/Ms) yang bernilai kecil hanya berkisar dari

0,1 sampai 0,06 emu/g. Sesuai dengan yang dikemukakan oleh Winatapura dan

Yusuf(2018), bahan soft magnetik atau superparamagnetik memiliki rasio

(Mr/Ms) yang hanya bernilai 0,03 sampai 0,08 emu/g. Sampel SiFeNPs F20 A18

dapat dikategorikan masuk kedalam bahan soft magnetik karena memiliki nilai

rasio (Mr/Ms) 0,06 emu/g, dan tidak dapat dikategorikan sebagai

superparamagnetik karena nilai koersifitas (Hc) yang cukup besar.

Semua sampel nanopartikel silika magnetik yang telah disintesis dengan

variasi penambahan FeCl3, memiliki berbagaimacam hasil yang berbeda. Luas

permukaan spesifik yang dihasilkan dari karakterisasi SAA menunjukkan bahwa

penambahan FeCl3 sebanyak 1,6 gram memiliki luas permukaan yang paling

besar. Hasil analisis sifat magnet nanopartikel silika magnetik dengan

penambahan FeCl3 1,6 gram memiliki nilai magnetasi saturasi dan koersivitas

yang paling rendah. Nanopartikel silika magnetik dengan variasi penambahan

FeCl3 sebangak 20 gram memiliki luas permukaan spesifik terbesar kedua setelah

yaitu sebesar 362,24 m2/g. Nanopartikel silika magnetik dengan variasi

penambahan FeCl3 sebangak 20 gram memiliki magnetasi saturasi yang paling

tinggi diantara sampel lainnya, yang menandakan sampel ini memiliki sifat

magnet yang paling besar. Sampel nanopartikel silika magnetik dengan

43

penambahan FeCl3 sebangak 20 gram ini dinyatakan sebagai hasil yang optimum

dari variasi penambahan FeCl3 dan selanjutnya sampel ini akan divariasikan

dengan waktu aging yang berbeda beda.

4.3 Variasi Waktu Aging Terhadap Karakteristik Nanopartikel Silika

Magnetik

Variasi waktu aging yang dalam sintesis nanopartikel silika magnetik

dilakukan dengan empat variasi diantaranya adalah 6, 18, 24 dan 30 jam. Variasi

ini dilakukan untuk mengetahui waktu aging optimum yang menghasilkan

karakteristik nanopartikel silika magnetik yang memiliki luas permukaan spesifik

yang besar dan morfologi yang teratur. Luas permukaan spesifik yang paling

besar dapat diketahui dari hasil analisis menggunakan Surface Area Analyzer.

Morfologi dari nanopartikel silika magnetik yang paling baik dapat diketahui dari

hasil analisis menggunakan Transmission Electron Microscope.

4.3.1 Hasil Analisis Luas Permukaan Spesifik Nanopartikel Silika Magnetik

dengan Surface Area Analyzer

Variasi waktu aging yang telah dilakukan berpengaruh tehadap luas

permukaan per satuan volume nanopartikel silika magnetik yang telah disintesis,

hasilnya dapat dilihat pada Tabel 7.

Tabel 7. Hasil analisis SAA variasi waktu aging

No Kode Sampel

Waktu

Aging

(jam)

Luas permukaan

spesifik (m2/g)

Rata rata

ukuran

Partikel (nm)

1 SiFe NPs F20A6 6 264,02 22,72

2 SiFe NPs F20A18 18 362,24 16,56

3 SiFe NPs F20A24 24 299,26 20,04

4 SiFe NPs F20A30 30 293,35 20,45

Waktu aging yang paling baik dapat dilihat pada Tabel 7. adalah waktu

aging selama 18 jam. Sampel SiFeNPs F20 dengan variasi waktu aging 18 jam

44

(SiFeNPs F20 A18) memiliki luas permukaan spesifik sebesar 362,24 m2/g dan

mengalami penurunan ketika waktu aging terus bertambah. Hal ini dapat terjadi

dikarenakan kestabilan koloid mulai terganggu seiring lamanya waktu aging, sol

gel yang terbentuk pada kondisi asam dengan pH antara 4 sampai 5 dapat

membentuk endapan yang menyebabkan luas permukaan spesifik berkurang.

Waktu aging berperan penting dalam penentuan distribusi ukuran

partikel pada proses sintesis nanopartikel silika magnetik. Selama periode aging

terjadi, jarak antar partikel silika magnetik semakin dekat. Ketika partikel silika

magnetik mendekat, molekul akan menarik partikel didekatnya untuk membentuk

partikel yang lebih besar. Ketika koloid silika dikeringkan, ikatan hidrogen antara

hidroksil pada permukaan dari dua partikel yang berdekatan hilang dan masing

masing koloid silika saling menarik menjadi lebih dekat dan dapat menyebabkan

formasi dari ikatan kimia yang kuat antara partikel yang berdekatan dan

mengalami aglomerasi menjadi partikel besar (Gan et al., 2009). Proses aging

pada sintesis nanopartikel silika magnetik yang telah dilakukan terjadi proses

pengendapan dan pertumbuhan partikel, sesuai dengan pernyataan (Le et al.,

2013), aging adalah proses pemutusan dan pengendapan kembali dikendalikan

oleh perbedaan dalam kelarutan.

4.3.2 Hasil Analisis Morfologi Nanopartikel Silika Magnetik dengan

Transmision Electron Microscope

Tujuan dilakukan karakterisasi dengan menggunakan TEM adalah untuk

mengetahui morfologi dari nanopartikel silika magnetik. Hasil karakterisasi

menggunakan TEM didapatkan gambar dengan perbesaran sebesar 200 nm

terlihat morfologi dari nanopartikel silika magnetik yang tidak beraturan dan

kasar.

45

Gambar 8. Hasil karakterisasi TEM, A. SiFeNPs F20 aging 6 jam, B. SiFeNPs

F20 aging 18 jam, C. SiFeNPs F20 aging 24 jam, D. SiFeNPs F20

aging 30 jam

Hasil analisis nanopartikel silika magnetik dengan menggunakan TEM

dapat dilihat pada Gambar 8. yang memperlihatkan senyawa Fe menampakkan

warna lebih gelap dengan bentuk tidak teratur. Sekeliling senyawa Fe terlihat

lapisan silika yang memiliki warna lebih terang. Hasil ini sesuai dengan

pernyataan Ma et al., (2012) partikel mempunyai inti berlapis dengan cahaya

kontras merupakan lapisan silika dan inti kontras gelap adalah Fe3O4. Distribusi

46

senyawa Fe dapat dilihat pada gambar berupa titik titik berwarna hitam yang

tersebar tak merata.

Terlihat bahwa waktu aging mempengaruhi morfologi nanopartikel silika

magnetik. Semakin lama dilakukannya waktu aging, semakin besar dan banyak

aglomerasi yang terjadi pada masing-masing partikel hal ini ditandai dengan

gambar partikel yang menyatu membentuk partikel dengan ukuran yang lebih

besar. Distribusi ukuran partikel semakin lama semakin sempit dengan

bertambahnya waktu aging (Le et al., 2013)

Hasil analisis nanopartikel silika magnetik dengan variasi waktu aging

yang telah dilakukan didapatkan bahwa, waktu aging optimum yang

menghasilkan luas permukaan spesifik nanopartikel silika magnetik paling besar

adalah waktu aging 18 jam dengan luas permukaan 362,24 m2/g. Aglomerasi

yang paling banyak terjadi pada nanopartikel silika magnetik dengan variasi

waktu aging yang lebih besar. Bongkahan aglomerasi yang besar dapat dilihat

pada sampel dengan waktu aging 18 jam, namun hanya terlihat satu bongkahan

aglomerasi, sementara disekelilingnya tidak mengalami aglomerasi. Sementara

pada nanopartikel silika magnetik dengan waktu aging 24 dan 30 jam banyak

terdapat bongkahan-bongkahan aglomerasi disetiap gambarnya.

Hasil analisis TEM, sampel nanopartikel silika magnetik dengan waktu

aging 18 jam memiliki satu bongkahan aglomerasi namum memiliki luas

permukaan yang paling besar, maka disimpulkan bahwa sampel SiFeNPs F20

A18 merupakan nanopartikel silika magnetik yang optimum dari variasi waktu

aging yang telah dilakukan. Sampel SiFeNPs F20 A18 selanjutnya dipilih untuk

dilakukan modifikasi pada permukaannya.

47

4.4 Modifikasi Permukaan Nanopartikel Silika Magnetik

Nanopartikel silika magnetik dengan variasi penambahan FeCl3 dan

variasi waktu aging yang optimum yaitu SiFeNPs F20 A18 kemudian

permukaannya dimodifikasi dengan penambahan gugus amin menggunakan

senyawa APTES (aminopropyl triethoxy silane). Proses modifikasi permukaan

silika magnetik dengan gugus APTES mengikuti mekanisme reaksi subsitusi

nukleofilik dua (SN2) (Hozhabr et al., 2015). Permukaan nanopartikel silika

magnetik yang didominasi oleh gugus Si-OH membentuk agen nukleofilik Si-O-

yang akan menyerang gugus etoksi pada APTES. Reaksi fungsionalisasi gugus

APTES terjadi saat pencampuran silika magnetik dengan APTES. Pengadukan

yang dilakukan selama dua jam bertujuan untuk memperbanyak sentuhan atau

tabrakan antar molekul agar dapat mempercepat reaksi dengan energi potensial

yang dimiliki untuk membentuk ikatan antar gugus APTES dan nukleofil Si-O-.

Reaksi yang terjadi saat modifikasi APTES pada permukaan silika magnetik dapat

dilihat pada Gambar 9.

Gambar 9. Reaksi modifikasi SiFeNPs dengan APTES

Modifikasi permukaan nanopartikel silika magnetik dengan APTES,

keberhasilannya dapat ditandai dengan kemunculan ikatan pada gugus gugus

fungsi yang dimiliki molekul APTES pada hasil karakterisasi FTIR. Afinitas dari

APTES dengan permukaan silanol cukup tinggi (Cuoq et al., 2013) olehkarenanya

reaksi berlangsung dalam waktu relatif cepat.

α-Fe

Si-OH Si-OH

Si-OH

Si-OH Si-OH

HO-Si

HO-Si

HO-Si Si

EtO

EtO EtO

NH3+

+ α-Fe

Si-OH

Si-OH

HO-Si

HO-Si

HO-Si

Si

O

O O

NH3+

48

Toluen yang bebas dari air dipakai sebagai pelarut dalam reaksi

permukaan dengan APTES. Toluen diberi molecular sieve sebelum dipakai

sebagai pelarut dalam reaksi untuk meminimalisir keberadaan air karena APTES

memiliki sifat yang secara hidrolitik tidak stabil. Reaksi permukaan dengan

penambahan gugus APTES sangat kompleks. Banyak kemungkinan reaksi yang

terjadi karena sifat APTES yang mudah terhidrolisis dengan kehadiran molekul

air dan dapat mengalami kondensasi inter atau intramolekul. APTES memiliki

tiga gugus etoksi pada setiap molekulnya dan dapat mengalami polimerisasi

dengan keberadaan air, yang mana dapat meningkatkan jumlah dari struktur

permukaan yang mungkin, diantaranya adalah serangan kovalen, dua dimensional

pemasangan sendiri (polimerisasi horizontal), dan multi lapisan (vertikal

polimerisasi), kelebihan air tidak hanya menyebabkan polimerisasi dari molekul

silan pada permukaan tapi juga pada formasi dari oligomer dan polimer silan

dalam bulk atau larutan (Zhu et al., 2012). Dimungkinkan pula hidrolisis

inter/intra dari ikatan siloksan pada APTES dapat terjadi (Cuoq et al., 2013).

Pembilasan dengan toluen dan aseton selama beberapa kali disaat

penyaringan nanopartikel silika magnetik dilakukan untuk menghilangkan sisa

sisa APTES yang tidak berikatan dengan permukaan silika. Hal ini dilakukan

untuk mencegah polimerisasi gugus APTES sisa yang tidak bereaksi dengan silika

dengan gugus APTES yang sudah berikatan dengan silika.

Hasil Analisis Gugus Fungsi SiFeNPs dengan Menggunakan Fourier

Transform Infra Red

Karakterisasi FTIR dilakukan untuk mengetahui gugus gugus fungi yang

ada di dalam nanopartikel silika magnetik. Hasil analisis menggunakan FTIR

dapat digunakan untuk mengetahui perbedaan gugus fungsi yang terdapat pada

49

sampel dengan perlakuan sebelum dikalsinasi, setelah dikalsinasi dan setelah

direaksikan dengan APTES.

0 1000 2000 3000 4000

0

20

40

60

80

100

% t

ransm

itta

nce

wave number (cm-1)

SiFe

SiFe Cal

SiFe+APTES

Gambar 13. Hasil karakterisasi FTIR SiFeNPs

Hasil analisis FTIR dapat dilihat pada Gambar 13. Pita serapan melebar

di area 3414 cm-1

menunjukkan adanya ikatan hidrogen pada gugus Si-OH dengan

vibrasi stretching dari gugus silanol. Puncak dengan frekuensi tinggi pada area

spektrum 800-1250 cm-1

menandakan adanya ikatan bending asimetris dari Si–O

mode stretching dengan tetrahedral SiO4. Frekuensi pada 600–800 cm-1

menunjukkan ikatan vibrasi bending antara Si–O–Si dan vibrasi asimetrik dari Si–

O (Luyt et al., 2009). Dalam penelitian ini, ikatan Si – O – Si terdeteksi pada pita

serapan 794,67 cm-1

dan 673,16 cm-1

. Ikatan bending asimetris dari Si–O

terdeteksi pada pita serapan 962,48 cm-1

dan 1085.92 cm-1

.

Si-O-Si

OH

Si-O

NH2

Si-O

50

Proses kalsinasi menyebabkan pita serapan OH pada 3414 cm-1

terlihat

lebih tajam bila dibandingkan dengan sampel nanopartikel silika magnetik

sebelum dikalsinasi. Proses kalsinasi pada nanopartikel silika magnetik

menyebabkan keberadaan gugus OH lebih banyak, hal ini penting dikarenakan

kuantifikasi gugus silanol dan jumlah silanol adalah aspek penting dalam evaluasi

reaktifitas kimia dari nanopartikel silika. Luas permukaan modifikasi kimia dari

silika seperti percabangan dengan gugus fungsi organik dan memasukan ion

logam sangat bergantung pada konsentrasi gugus silanol disetiap silika (Rahman

dan Padavettan, 2012).

Kehadiran dari gugus aminopropil dapat diidentifikasi dengan

kemunculan C-H stretching pada pita serapan 2931 cm-1

. APTES diyakini telah

menyelimuti permukaan silika nanopartikel (Huang et al., 2010). Ikatan C-H pada

pita serapan 2929,87 cm-1

muncul dalam hasil analisis FTIR pada penelitian ini.

Vibrasi stretching N-H berada pada 3000 cm-1

untuk NH2 dari molekul APTES

yang diharapkan ada namun tidak ditemukan karena memiliki momen dipol yang

lemah oleh sebab itu tidak dapat dilihat (Hozhabr et al., 2015)

Hasil karakterisasi menggunakan instrumen FTIR membuktikan bahwa

metode modifikasi permukaan menggunakan molekul APTES pada penelitian ini

berhasil. Keberhasilan modifikasi permukaan silika magnetik dengan

menggunakan APTES dapat dilihat dari pita serapan 2931 cm-1

yang

menunjukkan kemunculan gugus C-H yang merupakan salah satu gugus fungsi

dari molekul APTES.

51

BAB V

PENUTUP

5. 1 Simpulan

Kesimpulan dari penelitian ini diantaranya:

1. Semakin banyak penambahan FeCl3 semakin besar luas permukaan spesifik

nanopartikel silika magnetik. Sampel dengan sifat fisik yang terbaik adalah

sampel dengan penambahan FeCl3 20 gram dengan waktu aging 18 jam

(SiFeNPs F20 A18).

2. Semakin lama waktu aging semakin kecil luas permukaan, waktu aging

terbaik adalah pada waktu 18 jam memiliki luas permukaan sebesar 362,24

m2/g.

3. Karakeristik nanopartikel silika magnetik dari limbah geotermal modifikasi

permukaan dengan menggunakan APTES memiliki sifat amorf dengan inti

lapisan berupa Fe berlapis silika dengan morfologi yang tidak rata akibat

aglomerasi. Keberhasilan modifikasi dengan APTES ditandai dengan fibrasi

stretching ikatan C-H padapita serapan 2929,87 cm-1

.

5. 2 Saran

1. Perlu dilakukan variasi panambahan FeCl3 yang lebih banyak untuk

meningkatkan sifat magnet atau memakai prekursor senyawaan besi dengan

sifat

magnet tinggi agar pemisahan material dapat dilakukan dengan lebih mudah

saat aplikasi.

52

2. Proses modifikasi permukaan silika magnetik dengan APTES sebaiknya

memperhatikan kondisi lingkungan dan konsentrasi APTES untuk mencegah

terjadinya hidrolisis dan polimerisasi gugus APTES.

53

DAFTAR PUSTAKA

Afraz, A., Hajian, A., Niknam, Z., Mosayebi, E., Yusefi, A., & Sillanpää, M.

(2017). Amin-functionalized magnetic-silica core-shell nanoparticles for

removal of Hg 2+

from aqueous solution. Journal of Dispersion Science and

Technology, 38(5), 750–756.https://doi.org/10.1080/01932691.2016.1193815

Akbari, B., Tavandashti, M. P., & Zandrahimi, M. (2011). Particle size

characterization of nanoparticles- a practicalapproach. Iranian Journal of

Materials Science and Engineering, 8(2), 48–56.

Akbarzadeh, A., Samiei, M., & Davaran, S. (2012). Magnetic nanoparticles:

Preparation, physical properties, and applications in biomedicine. Nanoscale

Research Letters, 7(1), 144. https://doi.org/10.1186/1556-276X-7-144

Bacsik, Z., Mink, J., & Keresztury, G. (2004). FTIR spectroscopy of the

atmosphere. I. Principles and methods. Applied Spectroscopy Reviews, 39(3),

295–363. https://doi.org/10.1081/ASR-200030192

Bard, A. J., & Faulkner, L. R. (2015). Fundamentals and Fundamentals and

Applications. Molecular Biology (Vol. 8). https://doi.org/10.1016/B978-0-

08-098353-0.00003-8

Barua, S., Gogoi, S., Khan, R., & Karak, N. (2019). Silicon-Based Nanomaterials

and Their Polymer Nanocomposites. Nanomaterials and Polymer

Nanocomposites. Elsevier Inc. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-814615-

6.00008-4

Brinker C., George S., (1990), The Physics and Chemistry of Sol Gel Processing,

Academic Press, USA

Bunaciu, A. A., Udriştioiu, E. gabriela, & Aboul-Enein, H. Y. (2015). X-Ray

Diffraction: Instrumentation and Applications. Critical Reviews in Analytical

Chemistry, 45(4), 289–299. https://doi.org/10.1080/10408347.2014.949616

Choudhary, S. (2018). Characterization of amorphous silica nanofiller effect on

the structural, morphological, optical, thermal, dielectric and electrical

properties of PVA–PVP blend based polymer nanocomposites for their

flexible nanodielectric applications. Journal of Materials Science: Materials

in Electronics, 29 (12), 10517–10534. https://doi.org/10.1007/ s10854-018-

9116-y

Cotton, F. A., & Wilkinson, G. (1989). Kimia Anorganik Dasar. Jakarta:

Universitas Indonesia Press.

Cuoq, F., Masion, A., Labille, J., Rose, J., Ziarelli, F., Prelot, B., & Bottero, J. Y.

(2013). Preparation of amino-functionalized silica in aqueous conditions.

Applied Surface Science, 266, 155–160. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.

2012.11.120

54

Deng, Y. H., Wang, C. C., Hu, J. H., Yang, W. L., & Fu, S. K. (2005).

Investigation of formation of silica-coated magnetite nanoparticles via sol-

gel approach. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering

Aspects, 262(1–3), 87–93. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2005.04.00

Ebrahimi-Gatkash, M., Younesi, H., Shahbazi, A., & Heidari, A. (2017). Amino

functionalized mesoporous MCM-41 silica as an efficient adsorbent for

water treatment: batch and fixed-bed column adsorption of the nitrate anion.

Applied Water Science, 7(4), 1887–1901. https://doi.org/10.1007/s13201-

015-0364-1

Eddy, D. R., Rostika, A., & Janati, D. (2016). Sintesis Silika Metode Sol-Gel

Sebagai Penyangga Fotokatalis TiO2 Terhaddap Penurunan Kadar Kromium

Dan Besi. Jurnal Sains Materi Indonesia,17(2), 82–89.

Egerton, R. F. (2016). Physical principles of electron microscopy: An introduction

to TEM, SEM, and AEM, second edition. Physical Principles of Electron

Microscopy: An Introduction to TEM, SEM, and AEM, Second Edition.

https://doi.org/10.1007/978-3-319-39877-8

Fadhlulloh, M. a, Rahman, T., & Nandiyanto, A. B. D. (2014). Review Tentang

Sintesis SiO2 Nanopartikel 1 Program Studi Kimia , Jurusan Pendidikan

Kimia , Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam ,

Universitas Pendidikan Indonesia , Jl . Dr . Setiabudi no 229 , Bandung

40154 , Jawa Barat , Indonesia, 5(1), 30–45.

Fitriyana, D. F., Sulardjaka, Iskandar N., Dzulfikar M. (2018). Pengaruh

SuhuHydrothermal Terhadap Karakteristik Zeolit yang Disintesis dari

LimbahGeotermal. Momentum, 14(1), 46-50.

Gan, S.-C., Ji, G.-J., Zou, H.-F., Gao, G.-M., Miao, L.-N., & Liu, D.-R. (2009).

Influence of surfactant surface coverage and aging time on physical

properties of silica nanoparticles. Colloids and Surfaces A: Physicochemical

and Engineering Aspects, 350(1–3), 33–37. https://doi.org/ 10.1016/

j.colsurfa. 2009.08.030

Gomez-Zamorano, L. Y., Vega-Cordero, E., & Struble, L. (2016). Composite

geopolymers of metakaolin and geothermal nanosilica waste. Construction

and Building Materials, 115, 269–276. https://doi.org/10.1016/

j.conbuildmat. 2016.03.002

Haddad, P. S., Evandro D. L., Mauricio B. S. Gerardo G. F., Leite C. A. P., Itri R.

(2004).Synthesis and Characterization of Silica Coated Magnetic

Nanoparticles. ProgrColloid Polym Sci (2004) 128: 232–238.

https://doi.org/10.1007/b97092

Ho Van, T. T., Hong N. V. H., Bach L. G., Dinh T. P., Core–Shell Fe@SiO2

Nanoparticles Synthesized via Modified Stober Method for High Activity in

Cr(VI) Reduction. Journal of Nanoscience and Nanoparticles.18(10), 6867-

6872. https://doi:10.1166/ jnn.2018.15721

55

Hozhabr Araghi, S., & Entezari, M. H. (2015). Amino-functionalized silica

magnetite nanoparticles for the simultaneous removal of pollutants from

aqueous solution. Applied Surface Science, 333, 68–77. https://doi.org/

10.1016/j.apsusc.2015.01.211

Huang, Y. F., Wang, Y. F., & Yan, X. P. (2010). Amine-functionalized magnetic

nanoparticles for rapid capture and removal of bacterial pathogens.

Environmental Science and Technology, 44(20), 7908–7913. https://doi.org/

10.1021/es102285n

Huber, D. L. (2005). Synthesis, properties, and applications of iron nanoparticles.

Small, 1(5), 482–501. https://doi.org/10.1002/smll.200500006

Jenie, S. N. A., Ghaisani, A., Ningrum, Y. P., Kristiani, A., Aulia, F., & Petrus, H.

T. M. B. (2018). Preparation of silica nanoparticles from geothermal sludge

via sol-gel method. AIP Conference Proceedings, 2026, 1–6.

https://doi.org/10.1063/1.5064968

Kirupakar B.R, Vishwanath B. A., Sree P.M., Deenadayalan (2016). Vibrating

Sample Magnetometer and Its Application In Characterisation Of Magnetic

Property Of The Anti Cancer Drug Magnetic Microspheres. International

Journal OfPharmaceutics & Drug Analysis, 4(5), 227-253.

Kulkarni, S. A., Sawadh, P. S., Palei, P. K. (2014) Synthesis and Characterization

of Superparamagnetic Fe3O4@SiO2 Nanoparticles. Journal of the Korean

ChemicalSociety, 58(1),100-104. https://dx.doi.org/ 10.5012/ jkcs. 2014.58.1.

100

Le, V. H., Thuc, C. N. H., & Thuc, H. H. (2013). Synthesis of silica nanoparticles

from Vietnamese rice husk by sol–gel method. Nanoscale Research Letters,

8(1), 58. https://doi.org/10.1186/1556-276x-8-58

Lenza, R. F. S., & Vasconcelos, W. L. (2001). Preparation of Silica by Sol-Gel

Method Using Formamide, 4(3), 189–194.

Li, J., & Lin, Y. S. (2008). Facile synthesis of ordered mesoporous silica with

high γ-Fe2O3 loading via sol-gel process. Journal of Materials Science,

43(18), 6359–6365. https://doi.org/10.1007/s10853-008-2900-y

Liu, J., Dong, H., Tang, W., Zeng, M., Yin, Y., Yu, R., & Xia, R. (2016).

Enhanced high-frequency absorption of anisotropic Fe3O4/graphene

nanocomposites. Scientific Reports, 6(1), 1–10.

https://doi.org/10.1038/srep25075

Liu, X., Xing, J., Guan, Y., Shan, G., & Liu, H. (2004). Synthesis of amino-silane

modified superparamagnetic silica supports and their use for protein

immobilization. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering

Aspects, 238(1–3), 127–131. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2004.03.004

Lu, Y., Yin, Y., Mayers, B. T., & Xia, Y. (2002). Modifying the Surface

Properties of Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles through a Sol-Gel

56

Approach. Nano Letters, 2(3), 183–186. https://doi.org/10.1021/nl015681q

Luyt, A. S., Dramićanin, M. D., Antić, Ž., & Djoković, V. (2009). Morphology,

mechanical and thermal properties of composites of polypropylene and

nanostructured wollastonite filler. Polymer Testing, 28(3), 348–356.

https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2009.01.010

Ma, C., Li, C., He, N., Wang, F., Ma, N., Zhang, L.,Wang, Z. (2012). Preparation

and characterization of monodisperse core-shell Fe3O4@SiO2 microspheres

and its application for magnetic separation of nucleic acids from E. coli

BL21. Journal of Biomedical Nanotechnology, 8(6), 1000–1005.

https://doi.org/10.1166/jbn.2012.1454

Ma, H., Shieh, K., & Qiao, T. X. (2006). Study of Transmission Electron

Microscopy (TEM) and Scanning Electron Microscopy (SEM). Nature and

Science, 4(3), 14–22. https://doi.org/10.7537/marsnsj040306.03

Muljani, S., Pujiastuti, C., Wicaksono, P., & Lutfianingrum, R. (2018). Sillica

Gel-Amine from Geothermal Sludge. Jounal of Physics, 953(1), 1–7.

Nandanwar, R., Singh, P., & Haque, F. Z. (2013). Synthesis and Properties of

Silica Nanoparticles by Sol-Gel Method for the Application of Green

Chemistry. Material Science Research India.

Niazi, A., Poddar, P., & Rastogi, A. K. (2000). A precision, low-cost vibrating

sample magnetometer. Current Science, 79(1), 99–109.

Pauzan, M., Kato, T., Iwata, S., & Suharyadi, E. (2013). Pengaruh Ukuran Butir

dan Struktur Kristal terhadap Sifat Kemagnetan pada Nanopartikel Magnetit

(Fe3O4). Prosidinga Pertemuan Ilmiah XXVII HFI, 24–28.

Pavia, D. L., Lampman, G. M., & Kriz, G. S. (1979). Introduction to

spectroscopy.Department of Chemistry, Western Washington University,

Bellingham, Washington.

Petrou, P., Makarona, E., Kakabakos, S., Koukouvinos, G., Misiakos, K., &

Raptis, I. (2018). Interferometry-Based Immunoassays. Handbook of

Immunoassay Technologies. Elsevier Inc. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-

811762-0.00010-4

Pohan, M. P., Danny Z,, Herman, Hutamadi R. (2007). Penelitian Mineral Ikutan

pada Lanpangan Panas Bumi Daerah Dieng, Kabupaten Banjarnegara,

Provinsi Jawa Tengah. Pusat Sumberdaya Geologi.

Pourzamani H R, Mengelizadeh N, Jalil M, Moosavian Z.(2017). Nitrate Removal

fromAqueous Solutions by Magnetic Nanoparticle. J Environ Health Sustain

Dev, 2 (1),187-195

Rahman, I. A., & Padavettan, V. (2012). Synthesis of Silica nanoparticles by Sol-

Gel: Size-dependent properties, surface modification, and applications in

silica-polymer nanocompositesa review. Journal of Nanomaterials, 2012.

57

https://doi.org/10.1155/2012/132424

Respati, S. M. B. (2008). Macam-Macam Mikroskop dan Cara Penggunaan.

Jurnal Momentum, 4(2), 42–44.

Sadeghi, S., Azhdari, H., Arabi, H., & Moghaddam, A. Z. (2012). Surface

modified magnetic Fe3O4 nanoparticles as a selective sorbent for solid phase

extraction of uranyl ions from water samples. Journal of Hazardous

Materials, 215–216, 208–216. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2012.02.054

Santhosh, C., Daneshvar, E., Kollu, P., Peräniemi, S., Grace, A. N., & Bhatnagar,

A. (2017). Magnetic SiO2@CoFe2O4 nanoparticles decorated on graphene

oxide as efficient adsorbents for the removal of anionic pollutants from

water. Chemical Engineering Journal, 322, 472–487.

https://doi.org/10.1016/j.cej. 2017.03.144

Schubert, U. (2015). The Sol-Gel Handbook: Synthesis, Characterization, and

Applications. Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA. WeinheimSing, K.

(2001). The use of nitrogen adsorption for the characterisation of porous

materials. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering

Aspects, 187–188, 3–9. https://doi.org/10.1016/S0927-7757(01)00612-4

Singh, L. P., Bhattacharyya, S. K., Kumar, R., Mishra, G., Sharma, U., Singh, G.,

& Ahalawat, S. (2014). Sol-Gel processing of silica nanoparticles and their

applications. Advances in Colloid and Interface Science, 214, 17–37.

https://doi.org/10.1016/j.cis.2014.10.007

Sitorus, M. (2009). Spektroskopi Elusidasi Struktur Molekul Organik. Graha Ilmu.

Jakarta

Sukaryadi, D. (2013). Aspek Endapan (Scaling) Pada Rencana PLTP Siklus

Binari di Lapangan Panas Bumi Dieng, Jawa Tengah. Ketenagalistrikan dan

EnergiTerbaharukan, 12(1), 1-10.

Sulungbudi, G. T., Sukirman, E., & Sarwanto, Y. (2012). Struktur Dan Sifat

Magnetik Nanopartikel Magnetik ( Fe-R ) ( R = Fe , Tb , Dy , Co ) Dari

Hasil Proses Milling Energi Tinggi. Jurnal Sains Materi Indonesia, 13(3),

159–167.

Sunaryono, S., Taufiq, A., Nurdin, N., & Darminto, D. (2016). Kontribusi Filler

Magnetik Fe3O4 pada Efek Histerisis Magneto-Elastisitas Komposit Ferogel.

Jurnal Fisika Dan Aplikasinya, 9(1), 37. https://doi.org/10.12962/

j24604682.v9i1.837

Taib, S., & Suharyadi, E. (2015). Sintesis Nanopartikel Magnetite (Fe3O4) dengan

Template silika (SiO2) dan Karakterisasi Sifat. Indonesian Journal of Applied

Physics, 5(1), 23–30.

Thurn, K. T., Brown, E. M. B., Wu, A., Vogt, S., Lai, B., Maser, J. Woloschak, G.

E. (2007). Nanoparticles for Applications in Cellular Imaging. Nanoscale

Research Letters, 2(9), 430–441. https://doi.org/10.1007/s11671-007-9081-5

58

Unger, K. K. (1979). Chapter 1 General chemistry of silica. Journal of

Chromatography Library, 16(C), 1–14. https://doi.org/10.1016/S0301-

4770(08)60805-2

Vivero, E. J (2012). Silica Nanoparticles: Preparation, Properties, and Uses.

Noves Science Publisher.Inc. New York

Wang, Z. L. (2000). 3 Transmission Electron Microscopy and Spectroscopy of

Nanoparticles (Vol. 1).

Winatapura, D. S., & Yusuf, S. (2018). Sintesis Komposit Fe3O4-SiO2-TiO2 Dan

Aplikasinya Untuk Mendegradasi Limbah Zat Warna Methylene Blue.

Jurnal Sains Materi Indonesia, 15(3), 147–152. Retrieved from

http://jurnal.batan.go.id/index.php/jsmi/article/view/4351/3812

Yamagata, C., Elias, D. R., Rafaela, M., Paiva, S., Misso, A. M., & Regina, S.

(2012). Influence of the Precursor Concentration on the Characteristics of

Silica Powder Obtained from Na2SiO3 by a Facile Low Temperature

Synthesis Process. Journal of Materials Science and Engineering, 2(8), 429–

436.

Yuan, M. L., Tao, J. H., Yan, G. J., Tan, M. Y., & Qiu, G. Z. (2010). Preparation

and characterization of Fe/SiO2 core/shell nanocomposites. Transactions of

Nonferrous Metals Society of China (English Edition), 20(4), 632–636.

https://doi.org/10.1016/S1003-6326(09)60190-4

Zhang, F. (2010). Chemical Vapor Deposition of Silanes and Patterning on

Silicon. BYU ScholarsArchive. Retrieved from http://hdl.lib.byu.edu/

1877/etd4151

Zhu, M., Lerum, M. Z., & Chen, W. (2012). How to prepare reproducible,

homogeneous, and hydrolytically stable aminosilane-derived layers on silica.

Langmuir, 28(1), 416–423. https://doi.org/10.1021/la203638g

59

LAMPIRAN

Lampiran 1. Proses Pembuatan Nanopartikel Silika Magnetik

Limbah geotermal

Proses Sol Gel

Proses Penetrelan pH

Proses Reaksi Modifikasi Permukaan

Menggunakan APTES

60

Position [°2Theta] (Copper (Cu))

10 20 30 40 50 60 70 80

Counts

1000

2000

Sample LIPI2 F1.6A18H

Iron 0,7 %

Cristobalite alpha 99,3 %

Residue + Peak List

Accepted Patterns


10 20 30 40 50 60 70 80

Counts

0

1000

2000

Sample LIPI3 F5A18H

Iron 2,3 %

Cristobalite alpha 97,7 %

Residue + Peak List

Accepted Patterns


10 20 30 40 50 60 70 80

Counts

1000

2000

Sample LIPI5 F15A18H

Iron 31,0 %

Cristobalite 69,0 %

Residue + Peak List

Accepted Patterns

Lampiran 2. Hasil Analisis Nanopartikel Silika Magnetik dengan XRD

A. Hasil analisis SiFeNPs F1,6 aging 18 jam dengan XRD

B. Hasil analisis SiFeNPs F5 aging 18 jam dengan XRD

C. Hasil analisis SiFeNPs F10aging 18 jam dengan XRD

A

B

C

61


10 20 30 40 50 60 70 80

Counts

0

1000

2000


Iron - Alpha 16,2 %

Iron - Alpha 21,6 %

Cristobalite low 62,2 %

Residue + Peak List

Accepted Patterns


10 20 30 40 50 60 70 80

Counts

1000

2000

3000


Iron 50,7 %

Cristobalite low 49,3 %

Residue + Peak List

Accepted Patterns

D. Hasil analisis SiFeNPs F15 aging 18 jam dengan XRD

E. Hasil analisis SiFeNPs F20 aging 18 jam dengan XRD

D

E

62

Lampiran 3. Hasil Analisis FTIR

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

0

20

40

60

80

100%

tra

nsm

itta

nce

wave number

SiFeNPs

Gambar hasil analisis FTIR sampel SiFeNPs sebelum dikalsinasi

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

% tra

nsm

itta

nce

wave number

SiFeNPs Cal

Gambar hasil analisis FTIR sampel SiFeNPs setelah dikalsinasi

63

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

% t

ransm

itta

nce

wave number

SiFeNPs+APTES

Gambar hasil analisis FTIR sampel SiFeNPs setelah modifikasi permukaan

dengan APTES

64

Lampiran 4. Hasil Analisis VSM

Kurva Histeresis SiFeNPs F1,6 A18

Kurva Histeresis SiFeNPs F5 A18

65



66


KARAKTERISTIK NANOPARTIKEL SILIKA MAGNETIK LIMBAH ...

Documents

Transcript of KARAKTERISTIK NANOPARTIKEL SILIKA MAGNETIK LIMBAH ...