SINTESIS HIDROTALSIT Mg-Al-NO 3 DENGAN VARIASI ph DAN WAKTU

Transkripsi

1 digilib.uns.ac.id SINTESIS HIDROTALSIT Mg-Al-NO 3 DENGAN VARIASI ph DAN WAKTU Disusun oleh : RINA DWI ASTUTININGSIH DEWI SAFITRI M SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA JANUARI, 2013 i

2 digilib.uns.ac.id ii

3 digilib.uns.ac.id PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul Sintesis Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 Dengan Variasi ph dan Waktu adalah benar-benar hasil penelitian sendiri dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat kerja atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Surakarta, Februari 2013 RINA DWI ASTUTININGSIH DEWI SAFITRI M iii

4 digilib.uns.ac.id SINTESIS HIDROTALSIT Mg-Al-NO 3 DENGAN VARIASI ph DAN WAKTU RINA DWI ASTUTININGSIH DEWI SAFITRI Jurusan Kimia. Fakultas MIPA. Universitas Sebelas Maret ABSTRAK Sintesis hidrotalsit Mg-Al-NO 3 dalam variasi ph dan waktu telah dilakukan dengan metode kopresipitasi. Material ini dibuat dengan mencampurkan larutan Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O dan Al(NO 3 ) 3.9H 2 O. Sintesis dilakukan pada variasi ph 8, 9, 10 dan 11 pada suhu 70 o C selama 3 jam serta variasi waktu 2,0; 2,5; 3,0; 3,5 dan 4 jam pada ph 10 dan suhu 70 o C. Material hasil sintesis selanjutnya dikarakterisasi dengan X-Ray Diffraction danfourier Transform Infra Red. Hasil penelitian menunjukkan bahwa hidrotalsit Mg-Al-NO 3 pada ph 11 memiliki kristalinitas relatif paling tinggi serta pada waktu 2,5 jam memiliki kristalinitas relatif paling tinggi dengan kemurnian 57,63 %. Pengaruh variasi ph dan waktu terhadap kemurnian dan kristalinitas relatif adalah semakin tinggi ph dan semakin lama waktu menyebabkan semakin meningkatnya kemurnian dan kristalinitas relatif. Kata Kunci: Sintesis, Hidrotalsit Mg-Al-NO 3, ph, Waktu reaksi, Kemurnian, Kristalinitas relatif iv

5 digilib.uns.ac.id SYNTHESIS Mg-Al-NO 3 HYDROTALCITE WITH ph AND TIME VARIATION RINA DWI ASTUTININGSIH DEWI SAFITRI Department of Chemistry.Mathematic and Natural Science Faculty. Sebelas Maret Univercity ABSTRACT Mg-Al-NO 3 hydrotalcite in the variation of the ph and time had been synthesized by co-precipitation method. This material was made by mixing the solution Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O and Al(NO 3 ) 3.9H 2 O. Synthesis was carried out in the range of ph 8, 9, 10 and 11 with temperature 70 o C for 3 hours as well as reaction time 2.0; 2.5; 3.0; 3.5 and 4.0 hours with ph 10 and temperature 70 o C. The product were characterized with X-Ray Diffraction and Fourier Transform Infra Red. Result of the research showed that Mg-Al-NO 3 hydrotalcite in ph 11 had highest relative cristallinity as well as time 2,5 hours had highest relative cristallinity with purity 57,63 %. Effect variation of the ph and time synthesis of Mg-Al-NO 3 hydrotalcite to the purity and relative cristallinity indicated that the higher of the ph and the longer reaction time the increasing purity and relative cristallinity. Key words: Synthesis, Mg-Al-NO 3 hydrotalcite, ph, Reaction time, Purity, Relative crystallinity v

6 digilib.uns.ac.id MOTTO Dan Dialah Tuhan (yang disembah) di langit dan Tuhan (yang disembah) di bumi, dan Dialah Yang Maha Bijaksana, Maha Mengetahui. (Q.S. az-zukhruf: 84) Jadikanlah sabar dan sholat sebagai penolongmu, sesungguhnya Allah bersama orang-orang yang sabar (Q.S. Al Baqarah: 153)... Hanya orang-orang yang bersabarlah yang disempurnakan pahalanya tanpa batas. (Q.S. az-zumar : 10) Barang siapa yang meniti jalan untuk memperoleh ilmu, maka Allah akan memberikan kemudahan baginya jalan menuju surga (H.R.Muslim dari Abu Hurairah) Sesungguhnya hari kemarin adalah impian yang telah berakhir dan berlalu. Lalu hari esok adalah cita-cita yang indah, sedangkan hari ini adalah kenyataan yang harus dihadapi. (Dr. Aidh bin Abdullah Al-Qarni, MA.) vi

7 digilib.uns.ac.id PERSEMBAHAN Karya ini saya persembahkan untuk: Ibu & Bapak tercinta yang senantiasa memberikan cinta, kasih sayang, semangat, kepercayaan dan do anya. Saudara-saudari tersayang Ita Sulastriningsih, Waza Fathia Qomariah, dan Kautsar Fadhil Akbar yang senantiasa memberikan dukungan dan keceriaan. Hanaf Qowiyyul Adib, Insyaallah kekasih dunia dan akhirat yang selalu setia mendukung dan menemani dalam keadaan apapun Temen-temen kimia 2008 vii

8 digilib.uns.ac.id KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah Subhanahu Wa Ta ala atas segala rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul Sintesis Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 Dengan Variasi ph dan Waktu. Sholawat dan salam senantiasa penulis haturkan kepada Rosulullah SAW sebagai pembimbing seluruh umat manusia. Skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. Prof. Ir. Ari Handono Ramelan., M.Sc., Ph.D., selaku Dekan FMIPA UNS 2. Dr. Eddy Heraldy, M.Si selaku Ketua Jurusan Kimia FMIPA UNS dan selaku Pembimbing I 3. Yuniawan Hidayat, M.Si selaku Pembimbing II 4. Nestri Handayani, M.Si., Apt selaku pembimbing akademis 5. Ketua UPT Laboratorium Pusat MIPA UNS dan Ketua Laboratorium Kimia FMIPA UNS 6. Bapak Ibu Dosen dan seluruh staff Kimia FMIPA UNS 7. Semua keluarga tercinta dan terkasih atas segala doa dan kasih sayangnya 8. Hanaf Qowiyyul Adib yang selalu di hati yang senantiasa mendukung dan menemani dalam keadaan apapun 9. Selvie, Nurul, Nova, Fendry, Aziz, Dicky, Yudi selaku kelompok HTlc dan Ijoe millah zen yang merelakan kozt-nya untuk transit. 10. Teman-teman FMIPA Kimia UNS angkatan 2008 atas semangat dan dukungannya. 11. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam penyusunan laporan penelitian yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu. Semoga Allah membalas jerih payah dan pengorbanan yang telah diberikan kepada penulis dengan balasan yang lebih baik. Penulis menyadari bahwa laporan penelitian ini masih sangat jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis senantiasa mengharapkan saran dan kritik viii

9 digilib.uns.ac.id yang membangun bagi kesempurnaan laporan penelitian ini. Penulis berharap semoga laporan penelitian ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak. Surakarta, Februari 2013 Rina Dwi Astutiningsih Dewi Safitri ix

10 digilib.uns.ac.id DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii HALAMAN PERNYATAAN... iii HALAMAN ABSTRAK... iv HALAMAN ABSTRACT... v HALAMAN MOTTO... vi HALAMAN PERSEMBAHAN... vii KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... x DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR LAMPIRAN... xv BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah... 1 B. Perumusan Masalah 1. Identifikasi Masalah Batasan Masalah Rumusan Masalah... 3 C. Tujuan Penelitian... 3 D. Manfaat Penelitian... 4 BAB II LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka 1. Hidrotalsit Sintesis Hidrotalsit... 6 a. Sintesis Hidrotalsit Menggunakan Bahan Senyawa Murni 7 b. Sintesis Hidrotalsit Menggunakan Bahan Dari Alam 8 3. Karakterisasi Hidrotalsit... 8 a. Identifikasi Material Hidrotalsit... 9 b. Penentuan Gugus commit Fungsi to... user 14 x

11 digilib.uns.ac.id B. Kerangka Pemikiran C. Hipotesis BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Metode Penelitian B. Tempat dan Waktu Penelitian C. Alat dan Bahan 1. Alat Bahan D. Prosedur Penelitian 1. Prosedur Kerja a. Pembuatan Larutan Prekursor b. Sintesis Hidrotalsit Mg-Al-NO c. Karakterisasi Hidrotalsit Mg-Al-NO Teknik Pengumpulan dan Analisis Data BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN A. Sintesis Hidrotalsit Mg-Al-NO B. Identifikasi Material Hasil Sintesis 1. Identifikasi Kristal Dengan XRD Identifikasi Gugus Fungsi Material Hasil Sintesis C. Karakterisasi Hidrotalsit Mg-Al-NO Nilai d Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 hasil sintesis Penentuan Kemurnian Penentuan Kristalinitas Relatif BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xi

12 digilib.uns.ac.id DAFTAR TABEL Tabel 1. Karakteristik Fisik Senyawa Hasil Sintesis Tabel 2. Data Puncak Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 pada variasi ph Tabel 3. Data puncak Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 pada variasi waktu Tabel 4. Perbandingan Gugus Fungsi Hidrotalsit Variasi ph Tabel 5. Perbandingan Gugus Fungsi Hidrotalsit Variasi Waktu Tabel 6. Perubahan harga d Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 pada Berbagai ph Tabel 7. Perubahan harga d Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 pada Berbagai Waktu Tabel 8. Tingkat Kemurnian Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 pada variasi ph Tabel 9. Tingkat Kemurnian Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 pada variasi waktu...33 Tabel 10. Kristalinitas relatif Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 pada variasi ph Tabel 11. Kristalinitas relatif Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 pada variasi waktu xii

13 digilib.uns.ac.id DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Struktur Brucite, Hidrotalsit, Komposisi Atom... 6 Gambar 2. Struktur Hidrotalsit... 6 Gambar 3. Difraktogram XRD preparasi DLH Gambar 4. Difraktogram XRD Mg/Al Hydrotalcite (a) rasio 2, (b) rasio 3, dan (c) rasio Gambar 5. Difraktogram XRD Mg/Al Hidrotalsit (a) Sintesis (b) Komersil Gambar 6. Difraktogram XRD a) [Mg-Al-NO3] b) [Mg-Al-(Benzoat)] c) [Mg-Al-(SDB)] Gambar 7. Difraktogram XRD hidrotalsit Zn-Al-NO Gambar 8. Difraktogram XRD material sintesis ph 10, Gambar 9. Difraktogram LDHs Mg-Al di interkalasi dengan anion AMPS dan ACPA Gambar 10. Spektra FTIR Mg/Al Hidrotalsit (a) Sintesis (b) komersial Gambar 11. Spektrum FTIR LDH dan MgCO Gambar 12. Spektra FTIR (a) [Mg-Al-NO3] (b) [Mg-Al-(Benzoat)] dan (c) [Mg- Al- (SDB)] Gambar 13. Spektra FTIR Hidrotalsit Zn-Al-NO Gambar 14. Spektra FTIR a) Mg/Al hydrotalcite b) Asam Humat (HA) c) Mg/Al hydrotalcite berisi HA Gambar 15. Difraktogram XRD Mg/Al-HTlc hasil sintesis (a) 8, (b) 9, (c) 10, dan (d) Gambar 16. Difraktogram XRD (a) JCPDS , (b) t=2 jam, (c) t=2,5 jam, (d) t=3 jam, (e) t=3,5 jam dan (f) t=4 jam Gambar 17. Spektra FTIR (a) ph=8, (b) ph=9, (c) ph=10, (d) ph= Gambar 18. Spektra FTIR (a) t=2 jam, (b) t= 2,5 jam, (c) t= 3 jam, (d) t= 3,5 jam, (e) t= 4 jam Gambar 19. Difraktogram a. JCPDS Al(NO 3 ) 3.9H 2 O, b. ph 8, c. ph 9, c. ph 10, d. ph 11, e. JCPDS Mg(NO 3 ) 2.9H 2 O xiii

14 digilib.uns.ac.id Gambar 20. Difraktogram XRD a.t= 2 jam, b.t= 2,5 jam, c.t= 3 jam, d.t= 3,5 jam, e. t=4 jam, f. JCPDS Mg(NO 3 ) 2.9H 2 O, g. JCPDS Al(NO 3 ) 3.9H 2 O xiv

15 digilib.uns.ac.id DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Perhitungan Sintesis Hidrotalsit Mg-Al-NO Lampiran 2. Skema Sintesis Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 dari senyawa murni Lampiran 3. Hasil XRD Hidrotalsit Mg-Al-NO Lampiran 4. Spektra FTIR Hidrotalsit Mg-Al-NO Lampiran 5. Perhitungan Kemurnian Hidrotalsit Mg-Al-NO Lampiran 6. Perhitungan Kristalinitas Relatif Hidrotalsit Mg-Al-NO Lampiran 7. JCPDS Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O dan Al(NO 3 ) 3.9H 2 O xv

16 digilib.uns.ac.id BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Sayur-sayuran dan buah-buahan mempunyai umur simpan pascapanen yang pendek. Proses pematangan pada buah-buahan dan kelayuan pada sayuran berperan besar terhadap berkurangnya hasil panen. Berkurangnya hasil ini akan menyebabkan meruginya petani maupun pedagang, dan rendahnya kualitas komoditi yang diterima konsumen. Salah satu faktor yang mempengaruhi penurunan hasil panen adalah etilen. Etilen adalah hormon tumbuhan pengendali utama pematangan buah dan kelayuan pada sayur-sayuran yang paling potensial dan banyak diteliti (Efendi, 2005). Adanya akumulasi etilen selama penyimpanan dapat menyebabkan cacat tertentu dan memperpendek umur hasil panen. Adapun bahan yang sudah pernah digunakan sebagai adsorben etilen adalah kalium permanganat, namun kelemahan dari kalium permanganat yaitu dapat mencemari produk makanan. Bahan lain yang memiliki kapasitas adsorpsi etilen yang banyak mendapat perhatian adalah zeolit (Patdhanagul et al., 2010). Patdhanagul et al. (2010) menggunakan zeolit sebagai adsorben etilen untuk menunda kematangan buah. Zeolit digunakan sebagai adsorben karena memiliki luas permukaan dan kapasitas penukar kation yang tinggi. Zeolit memiliki kemampuan yang tinggi untuk pertukaran ion karena memiliki permukaan bermuatan negatif yang diseimbangkan dengan kation. Namun, zeolit alam memiliki beberapa kelemahan, di antaranya mengandung banyak pengotor seperti Na, K, Ca, Mg dan Fe serta kristalinitasnya kurang baik. Keberadaan pengotor-pengotor tersebut dapat mengurangi aktivitas dari zeolit sebagai adsorben (Lestari, 2010). Oleh karena itu perlu mencari alternatif bahan lain yang lebih potensial sebagai adsorben. Salah satunya adalah hidrotalsit. Hidrotalsit adalah mineral yang potensial sebagai adsorben untuk penghilangan pengotor asam dan menyerap HCl yang dihasilkan selama dekomposisi termal dari vinil klorida (Cavani et al., 1991). Fetter et al. (1999) mensintesis Mg/Al hidrotalsit yang diaplikasikan sebagai adsorben unsur radioaktif. Santosa et al. (2008) commit mensintesis to user Mg/Al hidrotalsit untuk 1

17 digilib.uns.ac.id 2 mengadsorpsi asam humat dalam larutan. Isa et al. (2008) mensintesis hidrotalsit untuk mengadsorpsi karbon dioksida. Batistella et al. (2011) mensintesis HDL atau hidrotalsit untuk mengadsorpsi ion flourida dalam larutan air. Heraldy et al. (2012) mensintesis Mg/Al hidrotalsit dengan menggunakan brine water tiruan sebagai adsorben zat warna methyl orange dalam larutan. Hidrotalsit merupakan lempung anionik yang terdiri dari lapisan bermuatan positif dengan anion dan molekul air pada daerah antar permukaan atau interlayer (Rajamathi et al., 2001). Hidrotalsit adalah mineral yang menarik karena dapat disintesis dengan mudah (Tong et al., 2003). Sintesis hidrotalsit umumnya dilakukan dengan berbagai parameter, diantaranya rasio mol, suhu, ph dan waktu. Oh et al. (2002) melakukan sintesis Mg/Al hidrotalsit dari senyawa murni Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O dan Al(NO 3 ) 3.9H 2 O dengan anion interlayer CO 2-3 dalam variasi konsentrasi ion logam, waktu pemeraman dan suhu reaksi. Hasilnya ukuran partikel meningkat sebanding dengan waktu pemeraman dan suhu reaksi. Namun, menurun karena konsentrasi logam total meningkat. Kloprogge et al. (2004) melakukan sintesis Zn/Al hidrotalsit dengan anion 2- interlayer CO 3 pada variasi ph 6,0-12. Hasil analisa XRD menunjukkan karakteristik hidrotalsit pada ph 9,0-12. Tamura et al. (2006) melakukan sintesis hidrotalsit dengan anion - interlayer NO 3 sebagai penukar anion. Sintesis hidrotalsit dilakukan dengan 2 metode yaitu metode A pada penurunan ph 12, 10 dan 11 dan metode B pada kenaikan ph 6,5; 8,0 dan 10. Dari 2 metode tersebut diperoleh kesimpulan bahwa produk kristal murni hidrotalsit sebagai penukar anion dengan kapasitas yang baik adalah pada ph 10 pada waktu pemeraman selama 24 jam. Kovanda et al. (2009) mensintesis hidrotalsit Mg-Al-NO 3 dan Zn-Al-NO 3 dengan dengan anion interlayer NO - 3 untuk di interkalasi dengan anion organik. Hasilnya, semua anion organik berhasil di interkalasi dengan struktur Mg-Al dan Zn-Al. Mengingat adanya kemudahan dalam sintesis hidrotalsit serta kemampuan hidrotalsit sebagai adsorben dan commit kemampuannya to user sebagai penukar anion cukup

18 digilib.uns.ac.id 3 baik, dimungkinkan hidrotalsit dapat menyerap etilen sehingga dapat menghambat proses pematangan buah. Oleh karena itu, sebagai langkah awal perlu dipelajari sintesis hidrotalsit dengan berbagai kondisi reaksi. Sintesis dalam penelitian ini dilakukan dengan variasi ph dan waktu sintesis sehingga dapat diketahui pengaruhnya terhadap kemurnian dan persentase kristalinitas relatif. B. Perumusan Masalah 1. Identifikasi Masalah Kloprogge et al. (2002) mensintesis hidrotalsit dengan anion interlayer CO 2-3, NO - 3, SO , dan ClO 4 dari bahan dasar senyawa murni. Bahan yang - digunakan pada sintesis tersebut adalah Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O, Al(NO 3 ) 3.9H 2 O, SO 4 - dan ClO 4 dari garam Mg dan Al serta Na 2 CO 3. Kloprogge et al. (2004) mensintesis hidrotalsit Zn/Al hidrotalsit dengan 2- anion interlayer CO 3 dari Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O, Al(NO 3 ) 3.9H 2 O, dan Na 2 CO 3 pada ph 12 selama 1,5 jam. Sintesis dilakukan dengan variasi pada ph 6,0 14. Kovanda et al. (2009) mensintesis hidrotalsit Mg-Al-NO 3 dan Zn-Al-NO 3 - dengan anion interlayer NO 3 dari Mg(NO 3 ) 2 6H 2 O atau Zn(NO 3 ) 2 6H 2 O and Al(NO 3 ) 3 9H 2 O dengan rasio mol 2:1, ph 10 dan suhu 75 o C selama 1 jam. Alexa et al. (2011) mensintesis hidrotalsit Mg-Al-NO 3 dari Mg(NO 3 ) 2 6H 2 O dan Al(NO 3 ) 3 9H 2 O dengan variasi rasio mol 1:1, 2:1, dan 3:1 pada ph 8 selama 3 jam. Karakteristik hidrotalsit hasil sintesis dapat dilakukan dengan berbagai cara. X-Ray Diffaction (XRD) untuk mengidentifikasi struktur senyawa hasil sintesis, menganalisis kemurnian dan kristalinitas relatif. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) untuk mengidentifikasi keberadaan gugus-gugus fungsi dari hidrotalsit. Termo Gravimetry- Differential Thermal Analyzer (TG- DTA) dapat digunakan untuk mengetahui keberadaan molekul H 2 O dalam kristal. Surface Area Analyzer (SAA) untuk mengetahui luas permukaan pada struktur hidrotalsit hasil sintesis.

19 digilib.uns.ac.id 4 2. Batasan Masalah Berdasarkan identifikasi masalah tersebut, maka dibuat batasan masalah sebagai berikut : a. Sintesis hidrotalsit dengan interlayer NO - 3 menggunakan Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O dan Al(NO 3 ) 3.9H 2 O. b. Variasi ph yang dilakukan adalah 8, 9, 10 dan 11 pada rasio mol 2:1, waktu 3 jam dan suhu 70 o C. c. Variasi waktu yang dilakukan adalah 2,0; 2,5; 3,0; 3,5 dan 4 jam pada rasio mol 2:1, ph 10 dan suhu 70 o C. d. Karakterisasi Mg/Al hidrotalsit sebagai material hasil sintesis dilakukan dengan X-Ray Diffractometer (XRD), Fourier Transform Infra Red (FTIR). 3. Rumusan Masalah a. Apakah sintesis dari bahan dasar senyawa murni magnesium dan alumunium nitrat menghasilkan hidrotalsit dengan interlayer NO - 3? b. Apakah semakin tinggi ph pada sintesis hidrotalsit meningkatkan kemurnian dan kristalinitas relatif? c. Apakah semakin lama waktu pada sintesis hidrotalsit meningkatkan kemurnian dan kristalinitas relatif? C. Tujuan Penelitian a. Membuat senyawa hidrotalsit Mg-Al-NO 3 dari Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O dan Al(NO 3 ) 3.9H 2 O. b. Mengetahui pengaruh ph terhadap kemurnian dan kristalinitas relatif pada sintesis hidrotalsit Mg-Al-NO 3. c. Mengetahui pengaruh waktu terhadap kemurnian dan kristalinitas relatif pada sintesis hidrotalsit Mg-Al-NO 3. D. Manfaat Penelitan a. Memberi informasi tentang sintesis hidrotalsit Mg-Al-NO 3 dari Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O dan Al(NO 3 ) 3.9H 2 O. b. Memberi informasi ph dan waktu optimum terhadap kemurnian dan kristalinitas relatif pada sintesis hidrotalsit Mg-Al-NO 3.

20 digilib.uns.ac.id BAB II LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka 1. Hidrotalsit Hidrotalsit merupakan lempung anionik yang terdiri dari tumpukan lapisan bermuatan positif dan mempunyai anion di antara lapisan tersebut (Rajamathi et al., 2001). Semua kelompok yang hampir serupa dengan hidrotalsit baik natural maupun sintesis disebut senyawa yang serupa hidrotalsit (hydrotalcite-like/ HTLc). Layered double hydroxides (LDH) atau hydroxides double layered (HDL) dikenal sebagai hidrotalsit atau lempung yang mempunyai muatan positif pada lapisannya (Nindiyasariet al., 2008). Struktur hidrotalsit mirip brucite, Mg(OH) 2, dengan penggantian beberapa ion Mg 2+ oleh ion Al 3+. IonMg 2+ dalam struktur brucite dikelilingi 6 ion OH - secara oktahedral. Penggantian ion Mg 2+ oleh ion Al 3+ dalam struktur hidrotalsit menyebabkan lapisan mirip brucite bermuatan positif karena ion Al 3+ merupakan kation dengan muatan yang lebih besar. Rumus umum hidrotalsitadalah : [M(II) 1-x M(III) x (OH) x+ 2 ] (A n- ) x/n.mh 2 O dimana M(II) adalah kation logam divalen (bervalensi dua), seperti Mg 2+, Fe 2+, Ni 2+, Cu 2+, Co 2+, Mn 2+, Zn 2+ atau Cd 2+ dan M(III) adalah kation logam trivalen (bervalensi tiga), seperti Al 3+, Cr 3+, Ga 3+, atau Fe 3+ serta A n- adalah CO 2-3, SO 2-4, Cl -, NO - 3, atau anion organik dan m menunjukkan kandungan air dalam daerah interlayer (Yang et al., 2007).Sedangkan x sebagai molar rasio yang berkisar antara0,2-0,33. KestabilanLDH atau hidrotalsitdipengaruhi oleh besar kecilnya ukuran jari-jari kation penyusunnya, sehingga struktur hidrotalsit menjadi tidak stabil apabila jari jari kation M 2+ kurang dari 0,06 nm. Struktur hidrotalsit ditunjukkan oleh Gambar 1. Menurut Cavani et al. (1991) salah satu syarat dari sintesis hidrotalsitadalah ukuran jari-jari kation logam yang digunakan tidak jauh berbeda dari kation logam Mg 2+. Struktur hidrotalsit ditunjukkan pada Gambar 2. 5

21 digilib.uns.ac.id 6 (a) Gambar 1. Struktur : (a) tipe brucite,(b) hidrotalsit, dan (c) komposisi atom Gambar 2. Struktur hidrotalsit Senyawa hidrotalsit sekarang ini telah banyak dikembangkan karena potensi yang dimilikinya untuk penukar anion (Nindiyasari et al., 2008), sebagai katalis maupun penstabil polimer (Kishore and Kannan, 2004; Yang et al., 2007). 2. Sintesis Hidrotalsit Metode yang paling sering digunakan dalam sintesis hidrotalsit adalah metode sintesis langsung secara kopresipitasi atau disebut juga metode pengendapan. Sintesis langsung dimulai dengan menambahkan larutan basa pada larutan yang mengandung dua atau lebih kation logam, baik kation logam monovalen, divalen maupun trivalen. Pada pencampuran kation logam divalen dan trivalen, jumlah kation logam divalen dibuat lebih besar daripada kation logam trivalennya. Larutan basa yang commit biasa to user digunakan adalah natrium hidroksida

22 digilib.uns.ac.id 7 (NaOH) yang berfungsi menjaga campuran agar bebas CO 2-3. Karbonat (CO 2-3 ) merupakan anion yang membuat kisi hidrotalsit menjadi kuat. Karbonat (CO 2-3 ) terbentuk dari CO 2 yang terserap oleh larutan alkali. Karbondioksida merupakan pengganggu utama pada pembuatan hidrotalsit. Untuk menanggulangi kontaminasi karbondioksida, digunakan gas nitrogen (N 2 ) selama proses kopresipitasi.kopresipitasi ditentukan oleh kecepatan pencampuran dan pengadukan membentuk endapan. Senyawa hidrotalsit dalam bentuk naturalnya adalah suatu hidroksikarbonat dari magnesium dan aluminium yang keberadaannya di alam sangat jarang dibandingkan dengan lempung kationik yang melimpah (Bejoy, 2001). Namun demikian, senyawa hidrotalsit merupakan mineral yang menarik karena dapat disintesis dengan mudah (Tong et al., 2003). Oleh karena itu, beberapa peneliti telah membuat dan mengembangkan sintesis hidrotalsit dengan berbagai anion interlayer. Ohet al. (2002) telah mensintesis Mg/Al hidrotalsit dengan anion 2- interlayer CO 3 dari Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O, Al(NO 3 ) 3.9H 2 O dan Na 2 CO 3. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh proses sintesis terhadap ukuran partikel hidrotalsit dengan parameter bervariasi di antaranya suhu, waktu pemeraman dan konsentrasi ion logam. Hasilnya yaitu ukuran partikel semakin meningkat seiring dengan meningkatnya waktu pemeraman dan suhu reaksi. Parameter proses sintesis tersebut mendukung pengaturan ukuran partikel hidrotalsit yang dapat di terapkan pada sintesis hidrotalsit dengan variasi ukuran partikel. Kloprogge et al. (2004) telah mensintesis Zn/Al hidrotalsit dengan anion interlayer CO 2-3 dari larutan Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O, Al(NO 3 ) 3.9H 2 O dan Na 2 CO 3 pada variasi ph Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh ph sintesis dan perlakuan hidrotermal pada pembentukan Zn/Al hidrotalsit. Perbedaan kristalinitas produk yang terbentuk dikarenakan adanya variasi kondisi sintesis. Variasi ph menunjukkan bahwa pada ph yang rendah (ph 6-6,5) tidak terbentukhidrotalsit dandengan meningkatnya phsampai dengan ph 12 terbentuk hidrotalsit dengan kristalinitas yang meningkat. Namun, pada ph 14 terbentuk ZnO, dimungkinkan dari bahan dari commit hidrotalsit to user yang larut kembali seperti yang

23 digilib.uns.ac.id 8 terbentuk pada ph rendah. Meningkatnya stabilitas senyawa hidrotalsit dapat diamati dengan semakin meningkatnya ph. Zhao et al. (2003) telah mensintesis hidrotalsit Mg/Al, Cu/Al dan Zn/Al dengan interlayer CO 2-3. Sintesis dilakukan dengan mencampurkan larutan Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O dan Al(NO 3 ) 3.9H 2 O, Cu(NO 3 ) 2.6H 2 O dan Al(NO 3 ) 3.9H 2 O, Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O dan Al(NO 3 ) 3.9H 2 O serta Na 2 CO 3 dengan rasio mol 3:1, ph 8,5 dan suhu 65 o C. Hasilnya yaitu semakin tinggi suhu dan semakin lama waktu pemeraman menyebabkan semakin meningkatnya kristalinitas relatif. Kovanda et al. (2009) telah mensintesis hidrotalsit Mg-Al-NO 3 dan Zn-Al- NO 3 dengan anion interlayer NO - 3. Sintesis dilakukan dengan mencampurkan larutan Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O atau Zn(NO 3 ) 2.6H 2 O dan Al(NO 3 ) 3.9H 2 O pada rasio mol 2:1, ph 10 dan suhu 75 o C.Pertukaran anion menjadi metode yang paling efektif karena semua anion organic berhasildi interkalasi dengan baik pada struktur Mg- Al dan Zn-Al. Nindiyasari et al. (2008) telah mensintesis hidrotalsit Zn-Al-NO 3 dengan anion interlayer NO - 3. Sintesis dilakukan dengan mencampurkan larutan Zn-Al- NO 3 dan Al(NO 3 ) 3 9H 2 O pada rasio mol 3:1 dan ph 8 selama 2 jam.hidrotalsit Zn-Al-NO 3 hasil sintesis mempunyai kemampuan sebagai suatu penukar anion yang memiliki kemampuan daya regenerasi.alexa et al. (2011) telah mensintesis Mg-Al-LDH dengan interlayer NO - 3 sebagai interkalasi captopril. Sintesis dilakukan dari senyawa murni Mg(NO 3 ) 2.6H 2 Odan Al(NO 3 ) 3 9H 2 O dengan variasi rasio mol Mg/Al 1:1, 2:1, dan 3:1 pada ph 8 selama 3 jam. Roto et al. (2008) mensintesis Zn-Al-SO 4 dengan anion interlayer SO 2-4. Sintesis dilakukan dengan mencampurkan ZnSO 4.7H 2 O dan AlK(SO 4 ) 2.12H 2 O 2- dengan rasio mol 3:1. Hasilnya anion SO 4 pada hidrotalsit Zn/Al dapat ditukarkan dengan heksasianoferrat (II). 3.Karakterisasi Hidrotalsit Hidrotalsit merupakan mineral yang ada di alam dan dapat disintesis. Analisis yang sering dilakukan untuk mengetahui karakter mineral yang ada di

24 digilib.uns.ac.id 9 alam maupun yang merupakan hasil sintesis adalah dengan menggunakan alat X- Ray Diffractometer (XRD) dan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). a. Identifikasi Material Hidrotalsit dengan XRD Salah satu metode yang digunakan untuk menganalisis zat padat berupa kristal secara kualitatif dan kuantitatif adalah X-Ray Difractometer (XRD) atau difraksi sinar-x. Analisis kualitatif bertujuan untuk mengidentifikasi senyawa utama dalam sampel, sedangkan analisis kuantitatif bertujuan mengetahui persentase kandungan senyawa utama tersebut dalam sampel. Setiap kristal mempunyai harga d yang khas sehingga dengan mengetahui harga d maka jenis kristalnya dapat diketahui. Referensi harga d dan intensitas suatu senyawa dapat diperoleh dari data Joint Committee on Powder Diffraction Standars (JCPDS) yang bersumber dari International Centre for Difraction Data. Kristalinitas material hidrotalsit Mg-Al-NO 3 ditentukan atas dasar posisi (berhubungan dengan nilai sudut difraksi atau 2θ) dan intensitas garis. Sudut difraksi ditentukan oleh jarak antara bidang kristal (d). Harga d dihitung dengan menggunakan hukum Bragg. Hukum Bragg didefinisikan sbb: nλ = 2dsinθ (1) d= jarak antar bidang atom dalam kristal n= tingkat difraksi λ= panjang gelombang sinar X θ= sudut difraksi Batistella et al. (2011) menunjukkan karakteristik hidrotalsit atau hidroksida berlapis ganda. Difraktogram kedua sampel disajikan pada Gambar 3. Indeks puncak (003, 006, 012, 015, 018, 110, dan 112) sesuai dengan literatur hidrotalsit.

25 digilib.uns.ac.id 10 Gambar 3. Difraktogram XRDpreparasi HDL Rhee and Kang (2002) mendapatkan hidrotalsitmg-al-co 3 dengan interlayer CO 2-3. Sintesis yang dilakukan pada rasio 4, 3, dan 2 menghasilkan nilai d 7,90; 7,82; dan 7,65 Å. Nilai d menurun dengan meningkatnya kandungan Al. Difraktogram hidrotalsitmg-al-co 3 disajikan pada Gambar 4. Gambar 4. Difraktogram XRD Mg/Al hidrotalsit (a) Rasio 2 (b) Rasio 3 (c) Rasio 4

26 digilib.uns.ac.id 11 Heraldy et al. (2011) menjelaskan sintesis dan karakterisasi Mg/Al hidrotalsit dengan interlayer CO 2-3. Gambar 5 menunjukkan pola XRD yang diendapkan dari larutan yang mengandung AlCl 3 dengan rasio molar Mg/Al 2:1 pada suhu 70 o Cselama 1 jam. Difraktogram XRD Mg/Al hidrotalsit yang terdiri dari dua puncak tajam dan simetris dengan beberapa puncak asimetris pada sudut tinggi menunjukkan kristalinitas yang baik. Ketiga puncak kuat pada 2θ sekitar11,59 o, 23,45 o dan 34,57 o merupakan ciri khas dari struktur berlapis dan puncak difraksi 2θ sekitar 61 o sesuai dengan refleksi bidang (110). Adanya anion 2- CO 3 dalam galeri interlayer hidrotalsit dikonfirmasi oleh basal spacing (003) yaitu sebesar 7,58Å. Johnson dan Glasser (2003) serta Kloprogge et al. (2002) menunjukkan basal spacing (003) masing-masing adalah 7,56Å dan 7,83Å. Gambar 5. Difraktogram XRD Mg/Al hidrotalsit (a) Sintesis (b) Komersil Yang et al. (2003) mensintesis hidrotalsit Mg-Al-NO 3 dengan rasio 1:1, 2:1, dan 3:1 diperoleh nilai basal spacing (Å) yaitu 8,3; 8,9; dan 7,8 Å. Jarak basal spacing tergantung pada komposisi bahan baku, jarak terbesar didapatkan pada rasio mol Mg/Al2:1. Gambar 6 menunjukkan puncak 2θ sekitar 10 untuk [Mg-Al-NO 3 ] ini disebabkan oleh refleksi bidang dari kelompok (003) dari bidang kristalografi. Penyisipan Benzoat dan sodium dodecylbenzenesulphonic acid (SDBS) ke dalam galeri hidrotalsit mengakibatkan pergeseran basal spacing (003)

27 digilib.uns.ac.id 12 yaitu 8,95Å untuk [Mg-Al-NO 3 ], 15,7Å untuk [Mg-Al-(Benzoat)] dan 29,6Å untuk [Mg-Al-(SDB)]. Gambar 6. Difraktogram XRD (a) [Mg-Al-NO 3 ] (b) [Mg-Al-(Benzoat)] (c) [Mg- Al-(SDB)] Nindiyasariet al. (2008) melakukan sintesis hidrotalsit Zn-Al-NO 3 dari larutan zink dan larutan alumunium nitrat, sehingga diperoleh hidrotalsit dengan interlayer berupa anion NO 3 -. Hasil penelitian diperoleh basal spacing (003) yaitu 8,76 pada (2θ) 10,08º yang disajikan pada Gambar 7. Gambar 7.Difraktogram XRD hidrotalsit Zn-Al-NO 3

28 digilib.uns.ac.id 13 Gabrovska et al. (2008) mensintesis hidrotalsit Mg-Al-NO 3 dari Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O dan Al(NO 3 ) 3.9H 2 O dengan anion interlayer NO - 3. Hasil yang diperoleh menunjukkan puncak khas hidrotalsit Mg-Al-NO 3 pada basal spacing 003, 006, 009, 015, 018, 110 dan 113 dengan basal spacing masing-masing 8,02Ǻ, 3,99Ǻ, 2,59Ǻ, 2,34Ǻ, 1,99Ǻ, 153Ǻ, dan 1,52Ǻ yang disajikan pada Gambar 8. Gambar 8. Difraktogram XRD material sintesis Penelitian Kovanda et al. (2009) menunjukkan puncak karakteristik LDH Mg-Al-NO 3 dengan nilai basal spacing (d) 8,8 Ǻ seperti terlihat pada Gambar 9. Gambar 9. Difraktogram LDHs commit Mg-Al di to interkalasi user dengan anion AMPS dan ACP

29 digilib.uns.ac.id 14 b. Penentuan Gugus Fungsi dengan FTIR Johnson dan Glasser (2003) menunjukkan adanya puncak-puncak yang khas dari vibrasi gugus-gugus fungsi pada senyawa hidrotalsit. Bilangan gelombang 3400 cm menunjukkan vibrasi ulur OH, vibrasi ulur asimetris CO 3 pada bilangan gelombang 1400 cm -1, deformasi luar bidang CO 2-3 pada bilangan gelombang 800 cm -1, sementara vibrasi ulur M-Al-O dan vibrasi ulur serta tekuk dari M-O pada bilangan gelombang cm -1. Heraldy et al. (2006) menunjukkan adanya pita lebar pada bilangan gelombang cm -1 yang merupakan serapan uluran O-H pada lapisan 2- hidroksida Mg/Al mirip hidrotalsit dan serapan ion CO 3 antar lapisan diindikasikan pada bilangan gelombang sekitar 1385 cm -1 yang merupakan serapan uluran CO 2-3 dan bilangan gelombang 650 cm -1 yang merupakan serapan tekukan CO 2-3. Puncak pada bilangan gelombang ± 550 cm -1 merupakan uluran Al-O sehingga bilangan gelombang 416,6 cm -1 dimungkinkan merupakan uluran Mg-O. Gambar 10. Spektra FTIR Mg/Al hidrotalsit (a) rasio 2,5; (b) rasio 3,0; dan (c) rasio 3,5 Heraldy et al. (2011) menjelaskan spektrum FTIR dari sampel Mg/Al mirip hidrotalsit yang ditunjukkan pada Gambar 11. Serapan luas pada 3448cm -1 berasal dari peregangan kelompok commit OH to yang user melekat pada Al dan Mg dalam

30 digilib.uns.ac.id 15 lapisan. Getaran lentur dari interlayer air ditemukan pada 1496 cm -1. Getaran 2- asimetri dari CO 3 muncul pada bilangan gelombang 1350 cm -1. Serapan di bawah 1000 cm -1 disebabkan getaran kisi Mg-O, Al-O dan Mg-O-Al. Gambar 11. Spektra FTIR Mg/Al hidrotalsit (a) Sintesis (b) komersial Batistella et al. (2011) menunjukkan spektrum inframerah untuk sampel HDL Mg-Al-CO 3 disajikan pada Gambar 12. Karakteristik ikatan didaerah peregangan dari hidrotalsit pada 3500cm -1, antara 1300 cm -1 dan 1400 cm -1, dan antara 500 cm -1 dan 800 cm -1. Serapan pada bilangan gelombang 2360 cm -1 disebabkan karena adanya CO 2. Ikatan pada 3500 cm -1 berhubungan dengan getaran peregangan ikatan OH dari karakteristik kelompok OH. Serapan antara 500 cm -1 dan 800 cm -1 merupakan ciri khas dari peregangan ikatan logam- oksigen (Al-O dan Mg-O). Ikatan antara 1300 cm -1 dan 1400 cm -1 sesuai dengan getaran khas CO 2-3. Hal ini dikarenakan adanya perlakuan asam yang bertujuan untuk mengganti karbonat dengan anion monovalen, diantaranya dengan fluorida (model molekul yang digunakan dalam penelitian ini).

31 digilib.uns.ac.id 16 Gambar 12. Spektrum FTIR LDH dan MgCO 3 Yang et al. (2003) menunjukkan spektrum FTIR dari hidrotalsit [Mg-Al- NO 3 ]. Serapan pada bilangan gelombang sekitar 3500 cm -1 disebabkan peregangan OH. Serapan ikatan yang kuat pada 1385cm -1 adalah karena adanya NO - 3.Reaksi pertukaran anion juga dikonfirmasi oleh spektroskopi FTIR (Gambar 13). Perbedaan yang signifikan terlihat pada serapan sekitar 1385 cm -1 untuk [Mg- Al-(Benzoat)] dan [Mg-Al-(SDB)]. Pada saat yang sama serapan-serapan sekitar cm -1 dan cm -1 menjadi lebih menonjol. Hal ini menunjukkan bahwa anion organik telah ditukarkan dengan nitrat dalam galeri LDHs. Hasil penelitian FTIR menunjukkan bahwa [Mg-Al-NO 3 ] benzoat bisa mengakomodasi dan anion SDB pada intergallery untuk mendapatkan basal spacing yang lebih besar. Jadi polimer dapat dengan mudah dimasuki benzoat- LDH atau SDB-LDH untuk mendapatkan polimer / LDHs nanokomposit.

32 digilib.uns.ac.id 17 Gambar 13. Spektra FTIR (a)[mg-al-no3] (b) [Mg-Al-(Benzoat)] (c) [Mg-Al- (SDB)] Nindiyasari et al. (2008) melakukan analisis menggunakan FTIR yang digunakan untuk mendukung pembentukan hidrotalsit Zn-Al-NO 3 terlihat pada Gambar 14. Anion NO 3 - pada interlayer didukung dengan adanya serapan kuat dan tajam pada daerah bilangan gelombang 1381 cm -1 dan serapan lemah pada daerah bilangan gelombang 601 cm -1. Vibrasi stretching gugus OH pada lapisan hidrotalsit dan air pada daerah interlayer ditunjukkan pada daerah bilangan gelombang 3456 cm -1. Keberadaan molekul air pada daerah interlayer hidrotalsit ditunjukkan oleh pita serapan pada bilangan gelombang 1627 cm -1, sedangkan ikatan Zn-O-Al ditunjukkan dengan adanya pita serapan pada daerah bilangan gelombang 424 cm -1.

33 digilib.uns.ac.id 18 Gambar 14. Spektra FTIR Hidrotalsit Zn-Al-NO 3 Santosoet al. (2008) menunjukkan karakteristik Mg/Al hidrotalsit pada bilangan gelombang 3442 cm -1 mengindikasikan adanya gugus OH. Serapan bilangan gelombang 1630 cm -1 mencirikan adanya molekul air pada interlayer hidrotalsit. Serapan tajam pada 1364 cm -1 mengindikasikan CO 2-3 pada interlayer hidrotalsit serta serapan pada 558 dan 460 cm -1 mencirikan adanya ikatan Al-O dan Mg-O yang secara berturut-turut merupakan ciri dari Mg/Al hidrotalsit seperti yang disajikan pada Gambar 15.

34 digilib.uns.ac.id 19 Gambar 15. Spektra FTIR (a) Mg/Al hidrotalsit (b) Asam Humat (HA) (c) Mg/Al hidrotalsit berisi HA B. Kerangka Pemikiran Struktur hidrotalsitterdiri dari tumpukan lapisan mirip brucite yang bermuatan positif karena beberapa ion Mg 2+ digantikan oleh ion Al 3+. Muatan positif ini diseimbangkan oleh anion yang berada didaerah antar lapisan atau anion interlayer berupa NO - 3. Hidrotalsit disintesis menggunakan metode kopresipitasi (pengendapan) dengan mencampurkan larutan Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O dan Al(NO 3 ) 3.9H 2 O dengan penambahan NaOH. Berbagai variasi telah dilakukan oleh para peneliti terdahulu dalam sintesis baik hidrotalsit maupun senyawa mirip hidrotalsituntuk memperoleh produk kristal hidrotalsit yang terbaik. Dalam penelitian ini dilakukan variasi ph dan waktu sintesis. Variasi-variasi tersebut berpengaruh pada kemurnian dan kristalinitas relatif. Semakin tinggi ph dan lama waktu sintesis maka semakin meningkatkan kemurnian dan kristalinitas relatif. Kemurnian dan kristalinitas relatif yang meningkat disebabkan pembentukan hidrotalsit yang bagus dan mempunyai susunan atom-atom yang teratur. Senyawa hidrotalsityang terbentuk dapat dibuktikan dengan karakterisasi secara kimia. Hidrotalsit memiliki commit puncak-puncakyang to user khas pada basal spacing

35 digilib.uns.ac.id 20 (003, 006, 012, 015, 018, 110 dan 113). Karakterisasi dengan spektra inframerah digunakan untuk mendeteksi gugus-gugus fungsi penyusun suatu molekul. Spektra inframerah hidrotalsit Mg-Al-NO 3 memiliki memiliki serapan-serapan yang khas.hasil identifikasi dengan XRD dan FTIR dapat digunakan untuk membuktikan bahwa senyawa yang disintesis merupakan hidrotalsit Mg-Al-NO 3. C. Hipotesis - 1. Senyawa hidrotalsit dengan anion interlayer NO 3 dapat di sintesis dari Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O dan Al(NO 3 ) 3.9H 2 O. 2. Semakin tinggi ph maka semakin meningkatkan kemurnian dan kristalinitas relatif. 3. Semakin lama waktu maka semakin meningkatkan kemurnian dan kristalinitas relatif.

36 digilib.uns.ac.id 21 BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Metode Penelitian Penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimental laboratorium. Tahapan yang dilakukan adalah sintesis hidrotalsit Mg-Al-NO 3 yang dilakukan dengan metode kopresipitasi, karakterisasi senyawa hasil sintesis pada d (basal spacing) karakteristik khas hidrotalsit menggunakan XRD dan gugus fungsi M-O, N-O, dan O-H menggunakan FTIR. B. Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan dari bulan April 2012 sampai dengan Oktober 2012 di Laboratorium Kimia Dasar FMIPA UNS dan Laboratorium Pusat FMIPA UNS. C. Alat dan Bahan 1. Alat a. Fourier Transform Infra Red (FTIR) (Shimadzu IRPrestige-21) b. X-Ray Diffractometer (Bruker D8 Advance) c. Neraca analitik (AHD GF-300) d. Centrifuge (Hermlez Z 206 A) e. Water pump f. Seperangkat alat refluks (pyrex) g. Stirrer dan Hot plate (Cole-Parmer model No. 4658) h. Termometer Alkohol 100 C i. Lumpang porselin j. Oven (Memmert) k. Stopwatch 2. Bahan 1. Mg(NO 3 ) 2. 6H 2 O p.a (E.Merk) 2. Al(NO 3 ) 3. 9H 2 O p.a (E.Merk) 3. NaOH p.a (E.Merk) 21

37 digilib.uns.ac.id Aqua Bidestilata Pro Injection (Pharmaceutical Laboratories) 5. Gas Nitrogen (P.T. Samator) 6. ph indikator D. Prosedur Penelitian 1. Pembuatan Larutan Prekursor 4,6157 gram Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O dan 3,3524 gram Al(NO 3 ) 3.9H 2 O masing-masing dilarutkan ke dalam 180 ml aquabides sambil terus diaduk menggunakan magnetic stirrer selama 15 menit dan dialiri gas nitrogen. Selanjutnya membuat larutan NaOH dengan menimbang sebanyak 20 gram NaOH dilarutkan ke dalam 500 ml aquabides sambil diaduk menggunakan magnetic stirrer selama 15 menit dan dialiri dengan gas nitrogen. 2. Sintesis Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 disintesis dengan metode kopresipitasi yaitu dengan mereaksikan 180 ml Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O dan 180 ml Al(NO 3 ) 3.9H 2 O. NaOH 1M ditambahkan ke dalam larutan untuk memberikan suasana basa hingga mencapai ph 10. Larutan diaduk menggunakan magnetic stirrer selama 2; 2,5; 3; 3,5 dan 4 jam pada suhu 70 o C dan dialiri gas nitrogen. Hasil sintesis kemudian didiamkan selama 24 jam untuk memperoleh endapan hidrotalsit. Endapan dipisahkan menggunakan centrifuge dengan kecepatan 2500 rpm selama 15 menit, kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 100 o C selama 24 jam. Padatan putih kering yang diperoleh merupakan hidrotalsit dan digerus hingga halus. Sementara sintesis dengan variasi ph 8, 9, 10 dan 11 dilakukan pengadukan selama waktu 3 jam dengan tahapan yang sama seperti diatas. Endapan kering yang diperoleh dikarakterisasi menggunakan XRD, kisaran sudut (2θ) 10-70º dan FTIR. 3. Karakterisasi Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 Hasil sintesis dikarakterisasi menggunakan dan X-Ray Diffractometer untuk mendapatkan refleksi bidang spesifik (basal spacing) dan Fourier Transform Infra Red untuk mengetahui commit gugus to user fungsi.

38 digilib.uns.ac.id 23 E. Teknik Pengumpulan Data 1. Data difraktogram XRD Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 hasil sintesis berupa 2 versus intensitas. Dari 2 dapat diperoleh besarnya jarak antara kisi kristal (d) sesuai dengan persamaan : n = 2 d sin. Dari data d sampel dibandingkan dengan d hidrotalsit Mg-Al-NO 3 standar dari Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS). Munculnya puncak-puncak dengan hkl dominan hidrotalsit Mg-Al-NO 3 pada difraktogram sampel, yang sama dengan JCPDS menunjukkan bahwa sampel yang dianalisis sama dengan senyawa pada standar JCPDS. Dari data XRD dapat dicari kemurnian dan kristalinitas relatif dengan rumus: I I / I 1 / I 1 % kemurnian = (I/I ) (I/I ) x100% s : jumlah intensitas relatif puncak senyawa dalam sampel t : jumlah intensitas relatif total sampel % kristalinitas relatif = (I) ( ) (I)s tertinggi (d003) x100% (I) s (d003) : intensitas puncak senyawa pada basal spacing 003 (I)s tertinggi : intensitas tertinggi puncak senyawa pada basal spacing Gugus-gugus fungsi yang ada di dalam hidrotalsit Mg-Al-NO 3 diketahui dengan membandingkan puncak-puncak spektra FTIR hidrotalsit Mg-Al-NO 3 dengan referensi. Berdasarkan strukturnya, hidrotalsit Mg-Al-NO 3 memiliki gugus fungsi M-O, N-O, dan O-H.

39 digilib.uns.ac.id BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN A. Sintesis Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 telah disintesis dengan metode kopresipitasi dalam variasi ph (8, 9, 10, 11) dan variasi waktu (2,0; 2,5;3,0; 3,5; 4 jam). Karakterisasi dilakukan dengan XRD dan FTIR. Tabel 1. Karakteristik Fisik Senyawa Hasil Sintesis ph Bentuk Warna Bau Berat (gram) 8 Serbuk Putih Tidak berbau 2,035 9 Serbuk Putih Tidak berbau 1, Serbuk Putih Tidak berbau 2, Serbuk Putih Tidak berbau 2,023 Waktu (jam) Bentuk Warna Bau Berat (gram) 2 2,5 3 3,5 4 Serbuk Putih Tidak berbau Serbuk Putih Tidak berbau Serbuk Putih Tidak berbau Serbuk Putih Tidak berbau Serbuk Putih Tidak berbau 2,217 1,915 2,164 2,136 2,077 B. Identifikasi Material Hasil Sintesis 1. Identifikasi Kristal Dengan XRD Kristalinitas hidrotalsit dapat diketahui dengan melakukan analisis difraksi sinar X. Analisis kualitatif bertujuan untuk mengidentifikasi senyawa utama dalam sampel. Setiap kristal mempunyai harga d (basal spacing) yang khas sehingga dengan mengetahui harga d maka jenis kristalnya dapat diketahui. Hidrotalsit - dengan anion interlayer berupa NO 3 dicirikan oleh harga d sekitar 8,1 Å (Kloprogge et al., 2002). Wei et al. (2006) juga menyebutkan hidrotalsit dengan - anion interlayer NO 3 mempunyai harga basal spacing sebesar 8,9 Ǻ. 24

40 digilib.uns.ac.id 25 Difraktogram hidrotalsit Mg-Al-NO 3 hasil sintesis variasi ph dan waktu berturut-turut disajikan pada Gambar 15 dan 16. (e) (d) Intensitas relatif (c) (b) d 003 d 006 d 012 d 015 d 018 d d (a) theta (derajat) Gambar 15. Difraktogram XRD hidrotalsit Mg-Al-NO 3 (a) JCPDS , (b) ph 8, (c) ph 9, (d) ph 10, dan (e) ph 11 (f) (e) Intensitas relatif (d) (c) (b) d 003 d 006 d 012 d 015 d 018 d 113 d 110 (a) theta (derajat) Gambar 16. Difraktogram XRD hidrotalsit Mg-Al-NO 3 (a) JCPDS , (b) t=2 jam, (c) t=2,5 jam, (d) t=3 jam, (e) t=3,5 jam dan (f) t=4 jam

41 digilib.uns.ac.id 26 Munculnya puncak-puncak basal spacing (003), (006), (012), (015), (018), (110), dan (113) membuktikan bahwa material yang terbentuk merupakan hidrotalsit Mg-Al-NO 3. Data puncak-puncak refleksi bidang tersebut disajikan pada Tabel 2 dan Tabel 3. Tabel 2. Data Puncak Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 Variasi ph Basal spacing (Angstrom) hkl ph 8 ph 9 ph 10 ph ,92 8,38 8,12 7, ,88 3,89 3,89 3, ,58 2,60 2,60 2, ,31 2,31 2,31 2, ,89 1,89 1,90 1, ,52 1,53 1,52 1, ,48 1,48 1,48 1,48 Tabel 3. Data Puncak Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 Variasi Waktu Basal spacing(angstrom) hkl t= 2 t= 2,5 t= 3 t= 3,5 t= ,33 7,77 8,16 7,88 7, ,88 3,89 3,89 3,90 3, ,59 2,60 2,60 2,60 2, ,31 2,31 2,31 2,31 2, ,89 1,90 1,89 1,90 1, ,53 1,52 1,52 1,52 1, ,49 1,49 1,49 1,49 1,49 2. Identifikasi Gugus Fungsi Material Hasil Sintesis Dengan FTIR Sesuai dengan rumus umum dari hidrotalsit, maka senyawa hidrotalsit mengandung gugus fungsi O-Hdan N-Oyang apabila dideteksi dengan FTIR akan menghasilkan puncak-puncak yang khas untuk ikatan O-H, N-O dan M-O. Spektra FTIR hasil sintesis hidrotalsit Mg-Al-NO 3 variasi ph dan waktu masing-masing disajikan pada Gambar 17 dan Gambar 18.

42 digilib.uns.ac.id 27 (d) OH HOH NO 3 NO 3 (c) % T (b) (a) Gambar 17. Spektra FTIR hidrotalsit Mg-Al-NO 3 (a) ph=8, (b) ph=9, (c) ph=10, dan (d) ph=11 1/cm (e) OH HOH NO 3 NO 3 (d) (c) % T (b) (a) Gambar 18. Spektra FTIR hidrotalsit Mg-Al-NO 3 (a) t=2 jam, (b) t= 2,5 jam, (c) t= 3 jam, (d) t= 3,5 jam, dan (e) t= 4 jam Hasil spektra tersebut diatas menunjukkan pola sama yang menunjukkan kesamaan gugus fungsi di dalam commit hidrotalsit to user Mg-Al-NO 3. Hasil perbandingan 1/cm

43 digilib.uns.ac.id 28 gugus fungsi hidrotalsit Mg-Al-NO 3 variasi ph dan waktu masing-masing disajikan pada Tabel 4 dan Tabel 5. Tabel 4. Perbandingan Gugus Fungsi Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 Variasi ph Gugus Fungsi Bilangan Gelombang ( ν ) Referensi ph 8 ph 9 ph 10 ph 11 Uluran O-H dan M-O a Tekukan O-H 1650 b Uluran N-O c Deformasi N-O d Uluran Mg-O 400 a Uluran Al-O 600 a Sumber : a Kannan (1995) dalam Johnson dan Glasser (2003), b Yang et al.(2007), c Yang et al. (2003), d Wegrzynet al. (2010) Tabel 5. Perbandingan Gugus Fungsi Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 Variasi Waktu Gugus Fungsi Bilangan Gelombang ( ν ) Referensi 2 2,5 3 3,5 4 Uluran O-H dan M-O a Tekukan O-H 1650 b Uluran N-O c Tekukan N-O d Uluran Mg-O 400 a UluranAl-O 600 a Sumber : a Kannan (1995) dalam Johnson dan Glasser (2003), b Yang et al. (2007), c Yang et al. (2003), d Wegrzynet al. (2010) Berdasarkan spektra FTIR hidrotalsit Mg-Al-NO 3 yang ditunjukkan pada Gambar14 dan Gambar 15, pita lebar pada bilangan gelombang serapan kuat melebar pada bilangan gelombang sekitar 3448, 3464, 3456, 3462, 3450, 3454, dan 3460 cm -1 menunjukkan vibrasi stretching gugus hidroksi pada lapisan hidrotalsit Mg-Al-NO 3. Sesuai dengan penelitian Yang et al.(2003), serapan ikatan bilangan gelombang sekitar commit 3500 to cm user -1 disebabkan peregangan O-H dan

44 digilib.uns.ac.id 29 pada bilangan gelombang 1637,1639, 1610, 1629, 1635, dan 1625 cm -1 merupakan tekukan O-H dari molekul air pada daerah antar lapis yang terikat dengan anion interlayer. Heraldy et al. (2011) menyebutkan bahwa pita serapan lebar pada 3448 cm -1 dapat diidentifikasikan sebagai vibrasi ulur O-H pada gugus hidroksil yangterikat dengan Mg dan Al pada lapisan hidrotalsit. - Adanya gugus NO 3 ditunjukkan dari vibrasi ulur simetris N-O pada serapan yang kuat pada bilangan gelombang 1382, 1384, 1362 cm -1 dan serapan ikatan lemah pada bilangan gelombang 835, 837, 839 cm -1 menunjukkan adanya nitrat (Wegrzyn et al., 2010). Serapan dibawah bilangan gelombang 1000 cm -1 disebabkan getaran kisi Mg-O, Al-O dan Mg-O-Al (Heraldy et al., 2011). Analisis spektra FTIR di atas menunjukkan adanya ikatan Mg-O, Al-O serta gugus OH dan NO - 3. Hasil ini mengindikasikan bahwa senyawa yang dianalisis merupakan hidrotalsit dengan anion antar lapis NO - 3 yang mempunyai rumus kimia [Mg 1-x Al x (OH) 2 ] x+ (NO 3 ) x/m.nh 2 O. C. Karakterisasi Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 1. Nilai d(basal spacing) Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 Hasil Sintesis Bentuk difraktogram dari masing-masing variasi yaitu ph dan waktu yang berbeda menunjukkan pola yang sama, namun terjadi pergeseran harga d yang diakibatkan pergeseran 2θ. Pergeseran harga d (basal spacing) dari variasi ph dan waktu yang dibandingkan dengan penelitian Gabrovska et al. (2007) masingmasing disajikan pada Tabel 6 dan Tabel 7.

45 digilib.uns.ac.id 30 Tabel 6. Perubahan Harga d Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 Variasi ph Basal spacing (Angstrom) hkl d referensi (Ǻ) ph 8 ph 9 ph 10 ph ,02 7,92 8,38 8,12 7, ,99 3,88 3,89 3,89 3, ,59 2,58 2,60 2,60 2, ,34 2,31 2,31 2,31 2, ,99 1,89 1,89 1,90 1, ,53 1,52 1,53 1,52 1, ,52 1,48 1,48 1,48 1,48 Tabel 6 menunjukkan semakin tinggi ph hidrotalsit Mg-Al-NO 3 semakin tinggi pula harga d yang diperoleh. Hal ini dikarenakan semakin tinggi ph semakin banyak juga ion OH - yang dapat membentuk ikatan hidrogen menghasilkan molekul air yang ada pada daerah anion interlayer hidrotalsit. Namun, pengecualian terlihat pada harga d (003) pada ph 10 dan 11 yang menurun jika dibandingkan pada ph 9. Penurunan ini dimungkinkan karena pada basa kuat terbentuk ikatan MgO yang mengendap dan bersaing dengan pembentukan hidrotalsit. Tabel 7. Perubahan Harga d Hidrotalsit Mg-Al-NO 3 Variasi Waktu Basal spacing(angstrom) hkl d referensi (Ǻ) t= 2 t= 2,5 t= 3 t= 3,5 t= ,02 8,33 7,77 8,16 7,88 7, ,99 3,88 3,89 3,89 3,90 3, ,59 2,59 2,60 2,60 2,60 2, ,34 2,31 2,31 2,31 2,31 2, ,89 1,90 1,89 1,90 1, ,53 1,53 1,52 1,52 1,52 1, ,52 1,49 1,49 1,49 1,49 1,49

46 digilib.uns.ac.id 31 Tabel 7 menunjukkan semakin lama waktu maka semakin tinggi nilai d yang diperoleh. Hal ini dikarenakan semakin lama waktu, gaya tarik menarik antar partikel semakin besar dan sering. Namun, perkecualian terlihat pada waktu sintesis 2 jam yang memiliki harga d(003) terbesar jika dibandingkan dengan waktu lain. Hal ini dimungkinkan pada waktu 2 jam aktifnya energi permukaan partikel menyebabkan tumbukan antar partikel besar. Harga d pada waktu 3,5 jam menurun dibandingkan pada waktu 3 jam. Hal ini dimungkinkan tumbukan antar partikel sudah cukup untuk mengendap atau sudah berada pada kondisi jenuh. Sehubungan tidak terdapatnya standar JCPDS untuk hidrotalsit dengan anion interlayer NO - 3, maka dibandingkan dengan hasil penelitian Gabrovska et al. (2007) untuk mengetahui basal spacing karakteristik pada hidrotalsit. Pada difraktogram tersebut di atas terlihat puncak dengan intensitas tinggi pada range sekitar (2θ) 30 o yang mengindikasikan masih terdapat Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O pada proses sintesis dikarenakan konsentrasi Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O lebih tinggi dibandingkan Al(NO 3 ) 3.9H 2 O yakni 2:1. Rendahnya konsentrasi larutan awal Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O dan Al(NO 3 ) 3.9H 2 O menyebabkan peluang terjadinya tumbukan antar molekul menjadi kecil. Konsentrasi anion nitrat yang rendah menyebabkan kemampuan NO - 3 sebagai anion interlayer dalam hidrotalsit menjadi semakin lemah (Cavani et al., 1991). Fakta ini juga didukung oleh data JCPDS Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O nomor dan Al(NO 3 ) 3.9H 2 O nomor untuk variasi ph dan waktu masing-masing disajikan pada Gambar 19 dan Gambar 20.