KAJIAN SINTESIS DAN KARAKTERISASI Mg-Al HYDROTALCITE-LIKE DARI BRINE WATER TANPA PENGHILANGAN ION KALSIUM

Transkripsi

1 digilib.uns.ac.id KAJIAN SINTESIS DAN KARAKTERISASI Mg-Al HYDROTALCITE-LIKE DARI BRINE WATER TANPA PENGHILANGAN ION KALSIUM Disusun oleh: DWI WAHYUNI M SKRIPSI Ditulis dan diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Juli, 2012 i

2 digilib.uns.ac.id HALAMAN PENGESAHAN Jurusan Kimia Fakultass Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas U Sebelas Maret Surakarta Telah Mengesahkan Skripsi Mahasiswa: Dwi Wahyuni M , dengan judul Kajian Sintesis Dan Karakterisasi Mg-Al Hydrotalcite-Like Dari Brine Water Tanpa Penghilangan Ion Kalsium Pembimbing I Skripsi ini dibimbing oleh : Pembimbing II Dr. Eddy Heraldy, M.Si. NIP I.F. Nurcahyo, M. Si. NIP Dipertahankan di depan TIM Penguji Skripsi pada: : Hari : Kamis Tanggal : 26 Juli 2012 Anggota TIM Penguji : 1. Dr. Fitria Rahmawati, M. Si NIP Edi Pramono, M. Si NIP Disahkan Oleh: Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta Ketua Jurusan Kimia Dr. Eddy Heraldy, M.Si. NIP commit to user 1002

3 digilib.uns.ac.id PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul KAJIAN SINTESIS DAN KARAKTERISASI Mg-Al HYDROTALCITE-LIKE DARI BRINE WATER TANPA PENGHILANGAN ION KALSIUM 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, Juli 2012 DWI WAHYUNI

4 digilib.uns.ac.id KAJIAN SINTESIS DAN KARAKTERISASI Mg-Al HYDROTALCITE-LIKE DARI BRINE WATER TANPA PENGHILANGAN ION KALSIUM DWI WAHYUNI Jurusan Kimia. Fakultas Matematia dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Sebelas Maret ABSTRAK Telah dilakukan sintesis dan karakterisasi Mg-Al hydrotalcite-like dari brine water tanpa penghilangan ion kalsium. Penelitian bertujuan untuk memanfaatkan limbah desalinasi (brine water) sebagai bahan dasar sintesis Mg-Al hydrotalcite-like tanpa penghilangan ion kalsium dengan metode kopresipitasi pada perbandingan rasio molar Mg/Al (2:1), suhu 65 o C, ph 10 selama satu jam reaksi. Hasil sintesis diidentifikasi menggunakan X-Ray Diffractometer (XRD), Fourier Transform Infrared Spectrosphotomete (FTIR), X-Ray Fluorescence (XRF), Surface Area Analyzer (SAA), Thermo Gravimetric/Differential Thermal Analyzer (TG/DTA). Hasil karakterisasi sampel dari analisis kualitatif XRD menunjukkan bahwa terdapat anion penyeimbang muatan CO 3 2- pada Mg-Al hydrotalcite-like. Hasil karakterisasi FTIR menunjukkan adanya uluran O-H pada bilangan gelombang 3466,08 cm ,85 cm -1 merupakan tekukan O-H, 1361,74 cm -1 merupakan uluran simetris CO 3 2-, 449,41cm -1 dan 536,21 cm -1 uluran Mg-O dan Al-O serta 713,66 cm -1 merupakan uluran Ca-O. Adanya ikatan Mg-O, Al-O, Ca-O serta gugus hidroksil dan karbonat mengidentifikasikan senyawa yang disintesis merupakan hydrotalcite like. Analisis XRF menunjukkan adanya kandungan Al, Mg serta Ca di dalam hydrotalcite-like serta terjadi proses dehidrogenasi dan dekarboksilasi pada analisis TG/DTA. Luas permukaan dan jari-jari pori Mg-Al hydrotalcite-like adalah 154,898 m 2 /g dan 44,8632 Å. Penambahan zat aktif KF dapat menurunkan luas permukaan dan jari-jari pori Mg-Al hydrotalcite-like tetapi juga mampu meningkatkan kristalinitas hydrotalcite. Kata kunci: Sintesis, karakterisasi, brine water, ion kalsium, Mg-Al hydrotalcite like, Kalium Fluorida.

5 digilib.uns.ac.id THE STUDY OF SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF Mg-Al HYDROTALCITE LIKE FROM BRINE WATER WITHOUT CALCIUM ION ELIMINATION DWI WAHYUNI Department of Chemistry. Mathematic and Natural Science Faculty. Sebelas Maret Univercity ABSTRACT The synthesis and characterization of Mg-Al hydrotalcite-like from brine water without calcium ion elimination have been carried out. The aim of the research is to use brine water as raw material for the synthesis Mg-Al hydrotalcite-like without the removal of calcium ion. The synthesis method is co-precipitation at molar ratio of Mg to Al is 2:1 at 65 o C, ph of reaction is 10 and the reaction time is 1 hour. The prepared materials were identified by X-Ray Diffractometer (XRD), Fourier Transform Infrared Spectrophotometer (FTIR), X-Ray Fluorescence (XRF), Surface Area Analyzer (SAA) and Thermo Gravimetric/Differential Thermal Analyzer 2- (TG/DTA). The XRD pattern shows the present of CO 3 anion in Mg-Al hydrotalcite-like. The result of FTIR characterization shows the presence of OH streching at wavenumber cm -1, cm -1 the presence of OH bending, cm -1 the presence of CO 2-3 symmetric streching, cm -1 and cm -1 are Mg-O streching and Al-O. And cm -1 is the Ca-O streching. The presence of Mg-O bonds, Al-O bonds, hydroxyl and carbonate groups which is characterized as O-H bending indicates that the prepared material is Mg-Al hydrotalcite-like. The XRF analysis show a contents of Al, Mg and Ca in hydrotalcite-like and process dehydrogenation and decarboxylation in the analys of TG/DTA. The surface area and the pore radius of Mg-Al hydrotalcite-like m 2 /g and Å. The addition of the active substance KF can reduce the surface area and pore radius of Mg-Al hydrotalcite-like and also improve the hydrotalcite cristallinity. Keywords: Synthesis, Characterization, Brine Water, Calcium Ion, Mg-Al Hydrotalcite-Like, Photasium Fluoride

6 digilib.uns.ac.id MOTTO...Dan barang siapa yang taat kepada Allah SWT, dan Rosul-NYA dan takut kepada Allah SWT dan bertaqwa kepada-nya, maka mereka adalah orangorang yang mendapat kemenangan... (QS An-Nur : 52)...Kesempurnaan hanya milik ALLAH SWT, tapi berusahalah menjadi sempurna agar mereka (keluarga) bangga karena telah memilikimu......jangan kau jadikan semua cobaan-nya sebagai penghalang tapi jadikan itu sebagai kekuatan untuk menjadikanmu sebagai sang juaraaaaaa...

7 digilib.uns.ac.id PERSEMBAHAN Karya ini saya persembahkan untuk kalian, Orangtuaku tersayang Bapak & Ibu maaf kalau tidak bisa menyelesaikan ini semua tepat waktu.terimakasih atas semua bimbingan, cinta, kasih sayang dan doa yang tak henti-hentinya selama ini. Saudaraku tercinta Astuti & Bekti yang selalu memberikan dukungan untukku. Sahabat-sahabatku Melina, Pipit, Furi, Husna, Nila, Siwi, Irma yang telah setia memberikan semangat dan motivasi serta kebersamaanya. Almamater UNS

8 digilib.uns.ac.id KATA PENGANTAR Puji Syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat, karunia, dan ijin-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar Sarjana Sains dari Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret. Skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari banyak pihak, karena itu dengan kerendahan hati penulis menyampaikan terimakasih kepada : 1. Prof. Ir. Ari Handono Ramelan., M.Sc., Ph.D., selaku dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta. 2. Dr. Eddy Heraldy., M.Si., selaku ketua jurusan FMIPA UNS dan sebagai pembimbing I. 3. I. F. Nurcahyo, M.Si., selaku pembimbing II. 4. Drs. Pranoto, M.Si., selaku pembimbing Akademik. 5. Bapak Ibu dosen dan seluruh staf jurusan Kimia. 6. Kedua orang tua serta seluruh keluarga atas doa, dukungan dan motivasi yang diberikan untuk segera menyelesaikan karya ini. 7. Teman-teman seperjuangan tyas, eka, tyo, fajar, jati, muri dan devi, warga dewi sumbi (mel, dini, trias, arti, dito), mas dedi, om lala serta teman-teman kimia 07 atas semangat dan dukungannya. 8. Semua pihak yang tidak mungkin disebutkan satu per satu, terimakasih atas semua dukungannya selama ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari semua pihak dalam menyempurnakan skripsi ini. Penulis berharap, semoga karya kecil ini dapat memberikan manfaat bagi ilmu pengetahuan dan pembaca. Surakarta, Juli 2012 Dwi Wahyuni

9 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... ix DAFTAR TABEL... xi DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR LAMPIRAN... xiii BAB I. PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang Masalah... 1 B. Perumusan Masalah Identifikasi Masalah Batasan Masalah Rumusan Masalah... 5 C. Tujuan Penelitian... 5 D. Manfaat Penelitian... 5 BAB II. LANDASAN TEORI... 7 A. Tinjauan Pustaka Komposisi Dan Pengolahan Air Laut Hydrotalcite Kalium Fluorida Karakterisasi hydrotalcite-like B. Kerangka Pemikiran C. Hipotesis BAB III. METODOLOGI PENELITIAN... 23

10 digilib.uns.ac.id A. Metode Penelitian B. Tempat dan Waktu Penelitian C. Alat dan Bahan D. Prosedur Penelitian Sintesis dan Karakterisasi Mg-Al hydrotalcite-like Preparasi KF/Mg-Al hydrotalcite-like dan Karakterisasi E. Teknik Pengumpulan Data F. Teknik Analisis Data BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN A. Sintesis dan Karakterisasi Mg-Al hydrotalcite-like dari Brine Water B. Efek ion kalsium pada karakteristik Mg-Al hydrotalcite-like C. Sintesis dan Karakterisasi Mg-Al hydrotalcite-like BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... 47

11 digilib.uns.ac.id DAFTAR TABEL Tabel 1. Tabel 1. Komposisi kimia air laut dan brine water (Heraldy et al., 2010)... 7 Tabel 2. Gugus-gugus fungsi Mg/Al hydrotalcite-like Tabel 3. Komponen penyusun hydrotalcite-like (Wegrzyn et al., 2010) Tabel 4. XRF komposisi sampel hydrotalcite (Carja et al., 2002) Tabel 5. Harga d tiga puncak tertinggi senyawa hasil sintesis Tabel 6. Tabulasi gugus fungsi hydrotalcite-like Tabel 7. Komposisi Mg-Al hydrotalcite-like dengan XRF Tabel 8. Data analisis termal TG/DTA Tabel 9. Tabulasi intensitas d 003, d 006 dan d Tabel 10. Hasil analisis luas muka spesifik, volume pori total dan rerata jejari pori sampel Mg-Al hydrotalcite-like a Tabel 11. Karakteristik sifat fisik hasil sintesis Tabel 12. Tabulasi intensitas d 003, d 006 dan d Tabel 13. Hasil analisis luas muka spesifik, volume pori total dan rerata jejari pori sampel KF/Mg-Al hydrotalcite-like a Tabel 14. Data analisis termal TG/DTA

12 digilib.uns.ac.id DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Struktur lapisan LDH (Raki et al. 2004) Gambar 2. Struktur lapisan hydrotalcite Gambar 3. Spektra FTIR dari LDH dengan perbedaan rasio molar. A spektra OH, B spectra serapan H 2 O, C spektra serapan 2- -CO 3 dan D spektra serapan [Metal]-OH stretching. (Kang et al.,2005) Gambar 4. Spektra FTIR Ca-Al LDH Raki and Beaudoin (2008) Gambar 5. Difraktogram XRD LDH dengan perbedaan rasio mol (a) Mg/Al=2 (b) Mg/Al=2.5(c) Mg/Al=3 (Kang et al. 2005) Gambar 6. Difraktogram Ca-LDH dan Mg-LDH (Fayyazbakhsh et al. 2012) Gambar 7. XRD Ca-Al-CO 3 LDH dengan perbedaan rasio mol Ca/Al (Chang et al., 2011) Gambar 8. TG/DTA Mg/Al hydrotalcite dengan rasio mol Mg/Al (2,0) dengan variasi suhu pemanasan selama 11 jam. (A) 70 o C (B) 110 o C dan (C) 140 o C Gambar 9. TG/DTA Ca/Al LDH (Raki et al., 2004) Gambar 10. TG/DTA KF/Mg(Al)O-dy (Xu et al., 2011) Gambar 11. Difraktogram XRD Gambar 12. Difraktogram XRD Mg-Al hydrotalcite Gambar 13. Spektra FTIR (a) Mg-Al hydrotalcite-like a (b) Mg-Al hydrotalcite-like (Setyowati, 2011) Gambar 14. Difraktogram XRD KF/ Mg-Al hydrotalcite-like a Gambar 15. Difraktogram XRD KF/ Mg-Al hydrotalcite-like a Gambar 16. Spektra FTIR (A) KF/Mg-Al hydrotalcite a (B) KF/Mg-Al hydrotalcite-like (Setyowati, 2011)

13 digilib.uns.ac.id DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Perhitungan Sintesis Mg/Al Hydrotalcite-Like Lampiran 2. Desain Penelitian Lampiran 3. Skema Sintesis Mg/Al Hydrotalcite-Like Lampiran 4. Data X-Ray Diffraction (XRD) Mg-Al Hydrotalcite Tanpa Penghilangan Ion Kalsium Lampiran 5. Data X-Ray Diffraction (XRD) KF/Mg-Al Hydrotalcite Lampiran 6. Data JCPDS Mg/Al Hydrotalcite Lampiran 7. Perbanbingan Harga d Sampel Mg-Al Hydrotalcite-Like Dengan Data JCPDS Mg-Al Hydrotalcite-Like Dan Perhitungan Persentase Relatif Lampiran 8. Perbanbingan Harga d Sampel Mg-Al Hydrotalcite-Like Dengan Data JCPDS Mg-Al Hydrotalcite-Like Dan Perhitungan Persentase Relatif Lampiran 9. Spektra FTIR Lampiran 10. Kurva Luas Area Mg-Al Hydrotalcite Dengan Metode BET Lampiran 11. Kurva Luas Area Mg-Al Hydrotalcite Dengan Metode BJH Lampiran 12. Kurva Luas Area KF/Mg-Al Hydrotalcite Dengan Metode BET Lampiran 13. Kurva Luas Area KF/Mg-Al Hydrotalcite Dengan Metode BJH Lampiran 14. Kurva TG/DTA Lampiran 15. Data XRF

14 digilib.uns.ac.id BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Indonesia dikenal sebagai negara maritim karena sebagian besar wilayahnya merupakan perairan teritorial dengan luas 3,2 juta km 2 sehingga memiliki banyak potensi yang dapat dimanfaatkan untuk kehidupan manusia baik dalam bidang transportasi, ekonomi, sosial budaya maupun bidang pendidikan. Pemanfaatan air laut dalam bidang ekonomi dapat berupa pemanfaatan hasil laut untuk kehidupan manusia serta pemanfaatan dalam bidang industri seperti Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) yang memanfaatkan air laut sebagai sumber alami yang akan dijadikan sebagai air bersih untuk proses produksi steam (uap). Untuk keperluan tersebut, PLTU menyediakan unit proses desalinasi air laut. Namun, dalam proses desalinasi hanya 40% air laut dapat diubah menjadi air bersih, sementara sisanya sebanyak 60% yang disebut dengan brine water dikembalikan lagi ke laut sebagai limbah (Heraldy, 2012). Adapun komposisi kimia brine water yang dikembalikan ke laut hampir sama dengan komposisi air laut yaitu mengandung ion Cl -, Na +, SO 2-4, Mg 2+, Ca 2+, dan K + (Anderson, 2003). Salah satu logam alkali tanah yang terkandung dalam brine water yang memiliki potensi tinggi untuk dimanfaatkan sebagai komponen penyusun hydrotalcite-like adalah ion magnesium. Hydrotalcite merupakan salah satu mineral anionik yang menarik dan prospektif karena dapat disintesis dengan mudah serta dapat digunakan dalam berbagai aplikasi seperti sebagai eksipien farmasi, adsorben, katalis atau precursor katalis (Tong et al., 2003; Heraldy, 2011). Hydrotalcite dalam bentuk naturalnya adalah suatu hidroksikarbonat dari magnesium dan aluminium dengan rumusan [Mg 6 Al 2 (OH) 16 ] 2+ CO 2-3.4H 2 O. Semua kelompok senyawa yang hampir sama dengan hydrotalcite baik yang natural maupun sintetis disebut hydrotalcite-like. Hydrotalcite atau hydrotalcite like termasuk jenis lempung anionik yang dikenal pula sebagai layered double hydroxides, dengan rumus umum : [M 2+ 1-xM 3+ x(oh) 2 ] x+ [A n- x/n].mh 2 O di mana M 2+ = kation divalen ( Mg, commit Cu, Ni, to user Co, Zn, Fe, Mn, Cd, Ca) ; dan M 3+ = kation trivalen (Al, Ga, Co, Fe, Mn, Cr,V, Ti, In). Sementara A n- merupakan anion 1

15 digilib.uns.ac.id 2 yang mengisi interlayer (OH, Cl, NO 3, CO 2 3, SO 2 4 ) akibat adanya muatan positif pada permukaan hydrotalcite. Muatan positif pada permukaan ini ditimbulkan oleh adanya substitusi anion divalen oleh anion trivalen (Hickey et al., 2000). Kameda et al. (2000; 2002) telah mensintesis Mg-Al hydrotalcite dari air laut tiruan serta Heraldy (2011) dan Setyowati (2011) telah mensintesis Mg-Al hydrotalcite-like dari bahan dasar brine water dengan cara menghilangkan keberadaan ion kalsium karena beranggapan adanya ion kalsium dalam air laut tiruan maupun brine water dianggap merupakan pengotor yang mampu menghambat terbentuknya kristal hydrotalcite. Disisi lain Gao et al. (2010) telah melakukan sintesis hydrotalcite dengan mengkombinasikan tiga senyawa murni sebagai komponen penyusun hydrotalcite yaitu dengan mengkombinasikan senyawa Ca(NO 3 ) 2.4H 2 O, Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O, dan Al(NO 3 ) 3.9H 2 O menjadi Ca-Mg- Al/hydrotalcite. Dalam penelitiannya selain membuat Ca-Mg-Al/hydrotalcite, Gao juga membuat senyawa Mg-Al/hydrotalcite dan Ca-Al/hydrotalcite. Setelah itu, untuk pembuatan katalis, Gao et al. (2010) menambahkan senyawa Kalium Fluorida (KF) ke dalam hydrotalcite yang dihasilkan. Dari hasil karakterisasi katalis tersebut, menunjukkan bahwa terjadi peningkatan kristalinitas dan hasil uji katalis. Pada uji katalis, KF/Ca-Mg-Al hydrotalcite memiliki hasil konversi biodiesel yang lebih banyak bila dibandingkan dengan konvesri biodiesel menggunakan katalis KF/Mg-Al hydrotalcite maupun KF/Ca-Al hydrotalcite. Hasil konversi biodiesel yang diperoleh adalah mendekati 100 %. Hal tersebut dikarena KF/Ca-Mg-Al hydrotalcite memiliki situs aktif yang dimiliki oleh KF/Mg-Al hydrotalcite dan KF/Ca-Al hydroatlcite. Situs aktif tersebut antara lain KMgF 3, KCaF 3, CaAlF 5 dan KCaCO 3 F. Berdasarkan penelitian Gao et al. (2010) yang telah mensintesis KF/Ca-Mg- Al hydrotalcite dengan bahan dasar senyawa murni tersebut, serta belum ada penelitian tentang sintesis hydrotalcite-like dari brine water tanpa penghilangan ion Ca 2+, maka diperlukan kajian lanjut sintesis hydrotalcite-like dari brine water dengan cara tetap mempertahankan kandungan ion kalsium dalam brine water serta penambahan zat aktif KF. Dilakukannya penambahan KF ke dalam Mg-Al hydrotalcite-like dalam penelitian ini, commit dimaksudkan to user untuk mengetahui kemungkinan perubahan karakteristik dari KF/hydrotalcite-like. Kajian awal yang akan dilakukan

16 digilib.uns.ac.id 3 difokuskan pada karakter fisik hydrotalcite-like dan KF/hydrotalcite-like. Dengan demikian akan dapat dilihat sifat kristalinitas, luas permukaan, jari-jari pori serta analisis termal antara hydrotalcite-like serta KF/hydrotalcite-like yang disintesis dari brine water tanpa penghilangan ion Ca 2+. B. Perumusan Masalah 1. Identifikasi Masalah Salah satu logam alkali tanah yang terkandung dalam brine water yang memiliki potensi tinggi sebagai komponen penyusun hydrotalcite-like adalah ion magnesium. Pada umumnya Mg-Al/hydrotalcite tersusun atas kation divalent (Mg 2+ ) dan trivalent (Al 3+ ) dengan interlayer CO 2-3. Ion kalsium merupakan ion dominan yang memiliki pengaruh besar sebagai untuk menghambat terbentuknya kristal Mg/Al hydrotalcite sehingga dalam sintesis Mg/Al hydrotalcite perlu dilakukan proses pengendapan ion Ca 2+ dalam brine water tiruan (Kameda et al., 2000). Oleh karena itu, sifat kimia Ca 2+ dan Mg 2+ hampir sama diduga memberikan pengaruh yang hampir sama pula terhadap proses terbentuknya kristal hydrotalcite-like. Sehingga agar diperoleh fasa Mg/Al hydrotalcite yang optimum diperlukan penghilangan ion Ca 2+. Namun, preparasi larutan awal untuk penghilangan ion Ca 2+ memerlukan waktu yang relatif lama sehingga langkah tersebut dirasa kurang efisien. Disisi lain, Gao et al. (2010) telah mengkombinasikan tiga senyawa murni untuk mensintesis Ca-Mg-Al hydrotalcite. Berdasarkan penelitian Gao et al. (2010) tersebut, dapat dikatakan bahwa kalsium juga berpotensi dalam penyusunan fase hydrotalcite sehingga ion kalsium yang terkandung di dalam brine water dan juga dikenal sebagai pengotor dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan fase hydrotalcite-like. Upaya peningkatkan kristalinitas dan aktifitas katalis suatu hydrotalcite dapat dilakukan dengan penambahan zat aktif seperti kalium fluorida (KF) (Setyowati, 2011). Peningkatan rasio KF akan memperbesar kristalinitas dan aktifitas katalis. Akan tetapi ketika rasio KF mencapai ambang batas distribusi monolayer maka kristalinitas akan menurun seiring dengan kenaikan rasio KF sebab ketika rasio KF lebih besar dari ambang batas maka akan menutupi sisi aktif yang mengakibatkan menurunnya kristalinitas. Selain itu penambahan KF akan merusak struktur hydrotalcite sehingga dapat menurunkan commit luas to user permukaan dan jari-jari pori partikel.

17 digilib.uns.ac.id 4 Berdasarkan penelitian sebelumnya (Gao et al., 2010) kondisi optimum dicapai dengan perbandingan berat KF/berat Mg-Al hydrotalcite-like adalah 100 %. 2. Batasan Masalah Berdasarkan identifikasi masalah tersebut, maka dibuat batasan masalah sebagai berikut: a. Sintesis Mg-Al hydrotalcite-like dilakukan dengan tanpa penghilangan kandungan ion Ca 2+ yang terdapat dalam brine water. b. Untuk meningkatkan kristalinitas hydrotalcite-like dilakukan penambahan zat aktif KF ke dalam hydrotalcite-like dengan rasio berat KF/berat hydrotalcite-like adalah 100% (1:1). 3. Rumusan Masalah Berdasarkan identifikasi masalah dan batasan masalah di atas, maka dibuat rumusan masalah sebagai berikut: a. Apakah senyawa Mg-Al hydrotalcite-like dari brine water dapat disintesis tanpa penghilangan ion Ca 2+ yang terkandung di dalam brine water? b. Bagaimanakah karakteristik kristalinitas, luas permukaan dan jari-jari pori KF/Mg- Al hydrotalcite-like hasil sintesis? C. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Membuat senyawa Mg-Al hydrotalcite-like dari bahan dasar brine water dengan tanpa penghilangan ion Ca 2+ yang terkandung di dalam brine water. 2. Mengetahui karakteristik kristalinitas, luas permukaan, dan jari-jari pori KF/Mg- Al hydrotalcite-like hasil sintesis. D. Manfaat Penelitian Manfaat penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Memberi informasi tentang alternatif pemanfaatan brine water sebagai bahan dasar sintesis Mg-Al hydrotalcite-like tanpa penghilangan ion kalsium yang terkandung di dalamnya. 2. Memberi informasi tentang karakteristik kristalinitas, luas permukaan, jari-jari pori dan analisis termal KF/ Mg-Al hydrotalcite-like hasil sintesis dari brine water tanpa penghilangan kandungan ion commit kalsium. to user

18 digilib.uns.ac.id a. Komposisi Kimia Air Laut BAB II LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka 1. Komposisi Dan Pengolahan Air Laut Pada dasarnya komposisi air laut disetiap wilayah didunia adalah hampir selalu konstan. Dalam 1000 gram air laut, terkandung 965 gram (96,5 %) air yang merupakan komponen terbesar penyusun air laut dan 35 gram (3,5 %) merupakan komponen garam-garam yang terlarut (salinitas). Terdapat garam-garaman utama yang berpengaruh terhadap salinitas air laut yaitu klorida (55 %), natrium (31 %), sulfat (8 %), magnesium (4 %), kalsium (1 %) dan sisanya terdiri dari bikarbonat, bromide, asam borak, stronsium dan florida (Anderson, 2003). Berikut merupakan perbandingan komposisi kimia antara air laut dengan brine water yang tercantum pada Tabel 1 di bawah ini : Tabel 1. Komposisi kimia air laut dan brine water (Heraldy et al., 2011) Ion Komposisi Kimia (mg L -1 ) Air Laut Brine Water Kalium (K + ) Natrium (Na + ) Kalsium (Ca 2+ ) Magnesium (Mg 2+ ) Klorida (Cl - ) Sulfat (SO 2-4 ) b. Proses Pengolahan Air Laut (Desalinasi) Proses desalinasi air laut adalah proses pemisahan yang digunakan untuk mengurangi kandungan garam terlarut dari air laut hingga level tertentu sehingga dapat digunakan sebagai air. Proses desalinasi melibatkan tiga aliran cairan, yaitu umpan berupa air garam misalnya air laut, produk bersalinitas rendah, dan konsentrat bersalinitas tinggi. Produk proses desalinasi umumnya merupakan air dengan kandungan garam terlarut kurang dari 500gram/L, yang digunakan untuk keperluan domestik, industri, dan pertanian. Hasil sampingan dari proses desalinasi adalah brine. Brine adalah larutan garam berkonsentrasi tinggi (lebih dari mg/l garam terlarut). 6

19 digilib.uns.ac.id 7 Distilasi adalah metode desalinasi yang paling lama dan paling umum digunakan yang merupakan metode pemisahan dengan cara memanaskan air laut untuk menghasilkan uap air, yang selanjutnya dikondensasi untuk menghasilkan air bersih. Umumnya proses distilasi menggunakan prinsip mengurangi tekanan uap dari air agar pendidihan dapat terjadi pada suhu yang lebih rendah, tanpa menggunakan panas tambahan. Metode lain desalinasi adalah dengan menggunakan membran. Terdapat dua tipe membran yang dapat digunakan untuk proses desalinasi, yaitu reverse osmosis (RO) dan electrodialysis (ED). Pada proses desalinasi menggunakan membran RO, air pada larutan garam dipisahkan dari garam terlarutnya dengan mengalirkannya melalui membran water-permeabel. Permeate dapat mengalir melalui membran akibat adanya perbedaan tekanan yang diciptakan antara umpan bertekanan dan produk, yang memiliki tekanan dekat dengan tekanan atmosfer. Sisa umpan selanjutnya akan terus mengalir melalui sisi reaktor bertekanan sebagai brine. Proses ini tidak melalui tahap pemanasan ataupun perubahan fasa. Kebutuhan energi utama adalah untuk memberi tekanan pada air umpan. Desalinasi air payau membutuhkan tekanan operasi berkisar antara 250 hingga 400 psi, sedangkan desalinasi air laut memiliki kisaran tekanan operasi antara 800 hingga 1000 psi. Sistem RO terdiri dari 4 proses utama, yaitu (1) pretreatment, (2) pressurization, (3) membrane separation, (4) post teatment stabilization. Bila unit desalinasi menggunakan Reverse Osmose (RO) membrane, hanya 40% air laut dapat diubah menjadi air bersih, sementara sisanya sebanyak 60% yang disebut brine water dikembalikan lagi ke laut sebagai limbah. Padahal, brine water tersebut mengandung logam alkali dan alkali tanah dalam konsentrasi yang tinggi (Heraldy, 2012). 2. Hydrotalcite a. Struktur hydrotalcite Hydrotalcite merupakan salah satu jenis material anorganik yang memiliki portensi dalam berbagai aplikasi industri. Hydrotalcite termasuk kedalam jenis lempung anionik yang dikenal pula sebagai layered double hydroxides (LDH) yang terdiri dari lapisan bermuatan positif dengan anion penyeimbang dan molekul air pada daerah interlayernya (Rajamanthi et al., 2001) yang memiliki struktur mirip dengan brucite Mg(OH) 2. Senyawa commit tersebut to terdiri user atas lapisan berbentuk heksagonal dengan sisi oktahedral yang 100 % diisi oleh kation magnesium untuk setiap lapis

20 digilib.uns.ac.id 8 hidroksida. Lapisan struktur dibentuk dari perulangan unit OH-Mg-OH-OH-Mg-OH- OH-Mg-OH dengan interaksi OH-OH merupakan interaksi Van der Waals. Jika kation dengan muatan tinggi tetapi memiliki ukuran jari-jari yang kecil mengganti kation Mg 2+ maka lapisan mirip brucite tersebut akan memiliki muatan positif. Kelebihan muatan ini diseimbangkan dengan penenpatan anion pada lapisan yang tidak diisi oleh atom logam bersama dengan air. Pada senyawa hydrotalcite di alam, untuk setiap satu set yang terdiri dari delapan kation Mg 2+, dua diantaranya digantikan oleh kation Al 3+. Penggantian ini menyebabkan kelebihan muatan positif pada lapisan hidroksida logam. Daerah antarlapisan hidroksida logam yang satu dengan yang lain akan dipisahkan oleh suatu interlayer yang merupakan gabungan antara anion dengan empat molekul H 2 O yang terikat lemah pada sisi muatan positif yang berlebih (Arrhenius, 2003). Hydrotalcite terdiri dari tumpukan lapisan-lapisan hidroksida dari magnesium dan aluminium yang bermuatan positif sehingga membutuhkan anion di antara lapisan tersebut (anion interlayer) untuk menyeimbangkan muatannya (Orthman et al, 2000). Kelompok senyawa yang hampir sama dengan hydrotalcite baik yang natural maupun sintesis disebut sebagai hydrotalcite-like. Pada umumnya hydrotalcite-like tersusun atas kation logam divalent (M 2+ ), kation logam trivalent (M 3+ ), dan anion penyeimbang (A n- ) yang memiliki rumus umum sebagai berikut: [M 2+ 1-xM 3+ x(oh) 2 ] x+ [A n- x/n].mh 2 O Di mana M 2+ dapat berupa kation logam divalen (bervalensi dua), seperti Mg 2+, Fe 2+, Ni 2+, Cu 2+, Co 2+, Mn 2+, Zn 2+ atau Cd 2+ sedangkan M 3+ adalah kation logam trivalen (bervalensi tiga), seperti Al 3+, Cr 3+, Ga 3+, atau Fe 3+ dan anion penyeimbang A n- dapat berupa CO 2-3, SO 2-4, Cl -, NO - 3. Sedangkan x sebagai molar rasio yang berkisar antara 0,10 0,33, m sebagai jumlah molekul air pada interlayernya. Kestabilan LDH atau hydrotalcite-like dipengaruhi oleh besar kecilnya ukuran jari-jari kation penyusunnya sehingga struktur LDH menjadi tidak stabil apabila jari jari kation M 2+ < 0,06 nm. Struktur LDH ditunjukkan oleh Gambar 1. Menurut Cavani et al. (1991) salah satu syarat dari sintesis hydrotalcite adalah ukuran jari-jari kation logam yang digunakan tidak jauh berbeda dari kation logam Mg 2+. Struktur hydrotalcite ditunjukkan pada commit Gambar to user 2.

21 digilib.uns.ac.id 9 Senyawa hydrotalcite telah banyak dikembangkan karena memiliki potensi yang baik sebagai adsorben (Wright, 2002), penukar ion (Miyata, 1983) dan sebagai katalis (Kishore and Kannan, 2002; 2004). Wright (2002) menyebutkan bahwa hydrotalcite memiliki sejumlah sifat yang membuatnya berpotensi seperti tersebut di atas, diantaranya adalah: 1. Luas permukaan yang cukup besar ( m 2 /gram). 2. Padatan pendukung yang dapat disisipi oleh logam katalis dengan dispersi logam pada struktur hydrotalcite yang cukup tinggi. 3. Memiliki efek sinergis antar lapisan. 4. Memiliki memory effect (dapat diregenerasi). Gambar 1. Struktur lapisan LDH (Raki et al., 2004) Gambar 2. Struktur Lapisan Hydrotalcite b. Sintesis Hydrotalcite Senyawa hydrotalcite merupakan mineral yang menarik karena dapat disintesis dengan mudah serta menghasilkan material berguna dalam berbagai aplikasi (Tong et al., 2003). Oleh karena itu, beberapa peneliti telah membuat dan

22 digilib.uns.ac.id 10 mengembangkan senyawa hydrotalcite like berbahan dasar magnesium dengan berbagai kondisi sintesis baik dari senyawa murni maupun bahan alam yaitu: 1. Sintesis Hydrotalcite Menggunakan Bahan Senyawa Murni Gao et al. (2010) telah melakukan sintesis hydrotalcite menggunakan bahan dasar senyawa murni berupa campuran senyawa Ca(NO 3 ) 2.4H 2 O, Mg(NO 3 ) 2.6H 2 O, dan Al(NO 3 ) 3.9H 2 O menjadi Ca-Mg-Al hydrotalcite dengan kondisi sintesis pada ph 10 selama 1 jam pada suhu reaksi 65 C. Sementara itu, Ahmad (2011) juga membuat Mg/Al hydrotalcite-like dari bahan senyawa murni yaitu dari campuran magnesium klorida dan aluminium klorida ditambahkan larutan natrium karbonat dan disintesis pada ph 10 temperatur 70 C selama 1 jam. Heraldy et. al. (2006) juga mensintesis Mg/Al hydrotalcite-like dengan nisbah mol Mg/Al 2,0 ; 2,5 dan 3,0 dari campuran magnesium klorida dan aluminium klorida melalui metode kopresipitasi secara langsung. 2. Sintesis Hydrotalcite Menggunakan Bahan Dari Alam Kameda dan kelompok penelitiannya yang telah membuat hydrotalcite-like dari magnesium yang berasal dari air laut tiruan (artificial seawater) yang mengandung natrium klorida (NaCl), natrium sulfat (Na 2 SO 4 ), magnesium klorida (MgCl 2 ) dan kalsium klorida (CaCl 2 ). Sintesis ini diawali dengan membuat larutan awal (starting solution) dari air laut tiruan dengan cara menghilangkan ion kalsium terlebih dahulu. Oleh Kameda et. al. (2000), penghilangan ion kalsium dilakukan dengan menggunakan larutan campuran antara NaHCO 3 0,2 M dan Na 2 CO 3 0,1 M dengan pengadukan selama satu jam pada suhu 95 C. Setelah itu, filtrat yang diperoleh ditambahkan sumber aluminium (AlCl 3 ) dengan nisbah mol awal Mg/Al bervariasi dari 2 sampai 3,7. Proses berikutnya adalah penambahan Na 2 CO 3 1,0 M hingga diperoleh ph 10 dan kemudian larutan ini diaduk dan dipanaskan selama 1 jam pada suhu 60 C. Dari bahan alam seperti bittern, Oza dan sesama peneliti dalam kelompoknya telah membuat Mg/Al hydrotalcite-like dengan cara mengencerkan bittern terlebih dahulu, lalu diproses sedemikian rupa sampai diperoleh ion magnesium dengan konsentrasi antara 0,53 0,90 molar. Kemudian sintesis dilakukan dalam kondisi reaksi pada perbandingan mol antara commit ion aluminium to user dengan mol total ion magnesium

23 digilib.uns.ac.id 11 dan aluminium 0,28-0,33; ph antara 8,5-10,5 dan temperatur antara C (Oza et. al., 2006). Heraldy (2011) telah memanfaatkan ion magnesium yang terdapat dalam brine water sebagai bahan dasar pembuatan hydrotalcite-like dengan penambahan AlCl 3.6H 2 O pada rasio mol Mg/Al 2,0 yang kemudian disintesis dengan metode kopresipitasi pada ph 10,5 selama 1 jam dengan suhu reaksi 70 C. 3. Kalium Fluorida (KF) Kalium Fluorida merupakan golongan logam alkali tanah yang tersusun atas logam alkali dan halida. Kalium merupakan golongan IA yang bersifat sangat reaktif, karena memiliki elektropositif yang tinggi dan merupakan senyawa ionik yang stabil bila membentuk KF bila berikatan dengan F golongan VII A yang bersifat elektronegatif sehingga disebut sebagai logam alkali halida. Sifat fisik dari kalium fluorida berupa serbuk putih dan sangat higroskopis. Selain itu juga bersifat korosif. Dalam penelitian Gao et al.(2008 dan 2010) KF dikombinasikan dengan Mg- Al hydrotalcite-like dan Ca-Mg-Al hydrotalcite-like yang digunakan untuk katalis transesterifikasi biodiesel dari minyak sawit dengan methanol. Penambahan KF dipercaya mampu meningkatkan aktivitas dari gugus aktif penyusun hydrotalcite-like, kristalinitas serta efek sinergis sehingga diperoleh konversi metil ester yang tinggi. Semakin banyak konsentrasi KF yang dicampur maka kemampuan meningkatkan aktifitas gugus aktif juga semakin besar. Akan tetapi apabila penambahan berlebih maka akan menyebabkan penurunan aktifitas gugus aktifnya. Teng et al.(2009) menggunakan KF/Al 2 O 3 untuk katalis transesterifikasi minyak kedelai menjadi biodiesel. Xu et al. (2011) telah melakukan penambahan KF kedalam katalis heterogen Mg-Al HTlc, MO, dan M 2+ (M 3+ )O dalam sintesis biodiesel. Dalam penelitiannya penambahan KF untuk meningkatkan aktivitas katalis tidak tergantung pada jenis campuran oksida ataupun oksida tunggal yang digunakan. Selain itu luas permukaan katalis juga tidak berpengaruh langsung terhadap peningkatan kemampuan aktivitas katalis. Hal tersebut terlihat pada hasil konversi biodiesel pada penelitiannya dimana luas permukaan katalis antara 190 m 2 /g dan 8 m 2 /g memiliki perbedaan hasil konversi yang <10 %. Sehingga meningkatnya aktivitas katalis dengan penambahan KF dapat terjadi commit karena to user sebagian besar situs aktif telah berada dipermukaan yaitu KF, KOH, KM x F y, dan situs aktif pada komponen itu sendiri

24 digilib.uns.ac.id 12 sehingga mengakibatkan luas permukaan maupun pori-pori dari komponen tersebut menjadi berkurang. 4. Karakterisasi Hydrotalcite-Like a. Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) merupakan salah satu instrument yang digunakan untuk analisis konsentrasi unsur-unsur logam dan semi logam dalam jumlah renik (trace) dengan hasil analisa berupa kadar total unsur logam atau semi logam yang terkandung dalam sampel. Untuk mengetahui kandungan Mg 2+ dan Ca 2+ dalam sampel brine water yang akan digunakan, sebelum eksperimen sampel brine water dianalisis terlebih dahulu dengan metode Spektrofotometer Serapan Atom (SSA). Dengan diketahuinya konsentrasi Mg 2+ dalam brine water, maka dapat dihitung jumlah Al 3+ yang harus ditambahkan sesuai dengan rasio mol Mg/Al yang dibutuhkan. Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) merupakan salah satu instrument yang digunakan untuk analisis konsentrasi unsur-unsur logam dan semi logam dalam jumlah renik (trace) dengan hasil analisa berupa kadar total unsur logam atau semi logam yang terkandung dalam sampel. Hal ini didasarkan pada kemampuan adsorpsi logam pada keadaan dasar terhadap sinar pada panjang gelombang spesifik. Sehingga, konsentrasi logam pada larutan brine water dapat dianalisis menggunakan AAS. Sehingga, dapat digunakan dalam penentuan rasio mol ion divalen dan ion divalent pada penyusun Layered Double Hydroxides (LDH). Roto et al. (2009) menyebutkan bahwa konsentrasi Fe 2+ pada filtrat Zn-Al- Fe(CN) 6 ditentukan menggunakan AAS sehingga diketahui kapasitas anion pengganti. Larutan standar Fe 2+ menggunakan 0,0189 g K 4 [Fe(CN) 6 ] dilarutkan pada 100 ml air yang telah dideionisasi hingga diperoleh 25 mg/l Fe 2+ yang kemudian digunakan sebagai larutan standar pada 1000 mg/l Fe(II)NO 3. Disisi lain, Padmasri et al.(2002) dalam penelitiannya mengungkapkan bahwa rasio komposisi Mg Al hydrotalcite yang dikalsinasi dapat tentukan menggunakan AAS. Dalam penelitiannya, perbandingan antara M 2+ : M 3+ dalam hydrotalcite adalah 1,98. Selain itu, Thevenot et al. (1989) mengungkapkan bahwa dalam analisis kimia suatu A1, Zn, dan Na yang terkandung didalam sampel A1-rich Zn-A1hydrotalcite-like menggunakan AAS

25 digilib.uns.ac.id 13 b. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) Fourier Transform Infra Red (FTIR) digunakan untuk penentuan struktur senyawa organik biasanya antara cm -1. Daerah di bawah frekuensi 650 cm - 1 dinamakan infra merah jauh dan daerah di atas frekuensi cm -1 dinamakan infra merah dekat. Jika suatu molekul menyerap sinar infra merah, maka di dalam molekul itu terjadi perubahan energi vibrasi dan perubahan tingkat energi rotasi. Syarat molekul dapat menyerap energi sinar infra merah adalah momen dwikutub harus tergetar (sebab dari vibrasi molekul) berinteraksi dengan vektor listrik tergetar dari berkas infra merah menyebabkan perubahan netto momen dwikutub dari gerakan vibrasi dan atau gerakan rotasi. Johnson and Glasser (2003) telah melaporkan adanya puncak-puncak yang khas dari vibrasi gugus-gugus fungsi pada senyawa hydrotalcite. Puncak pada bilangan gelombang 3400 cm -1 menunjukkan vibrasi ulur -OH, 1400 cm -1 menunjukkan vibrasi ulur asimetris -CO 3, 800 cm -1 menunjukkan deformasi luar bidang -CO 3, sementara pada bilangan gelombang cm -1 menunjukkan vibrasi ulur M-Al-O dan vibrasi ulur serta tekuk dari M-O dengan M adalah logam. Hydrotalcite-like memiliki gugus fungsi penyusun yang khas pada bilangan gelombang tertentu seperti pada Tabel 2. Tabel 2. Gugus-gugus fungsi Mg/Al hydrotalcite-like Gugus Fungsi Bilangan Gelombang (cm -1 ) Uluran OH dan M-O a,b Tekukan OH 1650 d Uluran simetris O=C-O 1385 a,c Uluran asimetris O=C-O 1500,5 c Tekukan O=C-O 650 a Uluran Mg-O dan Al-O a (2 puncak) Uluran Ca-O 700 e Sumber a Kannan (1995) dalam Johnson and Glasser (2003), b Bhaumik, et al. (2004), c Di Cosimo, et al. (1998), d Yang et al. (2007), e Gupta et al. (2008) Spektra IR pada senyawa LDH (Kang et al.,2005), dengan perbedaan rasio molar antara Mg dan Al ditunjukkan pada Gambar 3. Plank et al. (2006) menyatakan bahwa pada daerah bilangan 3600 cm -1 merupakan daerah serapan OH dari lapisan anorganik dan lapisan air. Untuk commit Ca-Al-NO to user 3 -LDH pada daerah serapan 1385cm -1 merupakan daerah serapan anion penyeimbang nitrat. Serta untuk daerah serapan M-

26 digilib.uns.ac.id 14 O dan M-OH (M=Ca, Al) dalam struktur LDH berada pada daerah serapan 421, 530, dan 790 cm -1. Raki and J. J. Beaudoin (2008) dalam penelitiannya Controlled Release of Chemical Admixtures in Cement-Based Materials mengkombinasikan kalsium dan alumunium sebagai komponen penyusun hydrotalcite-like yang ditunjukkan dalam spektra FTIR pada Gambar Spektra FTIR dari LDH dengan perbedaan rasio molar (A) spektra OH, (B) spektra serapan H 2 O (C) spektra serapan -CO 3 2- dan (D) spektra serapan [Metal]-OH stretching.(kang et al.,2005). Gambar 4. Spektra FTIR Ca-Al LDH Raki and Beaudoin (2008). c. X-Ray Diffraction (XRD) Analisis terhadap padatan hasil sintesis dapat ditentukan dengan menggunakan X-Ray Diffractometer (XRD). XRD digunakan untuk memperoleh informasi tentang struktur, komposisi dan tingkat kristalinitas dari suatu material. Analisis secara kualitatif bertujuan untuk mengidentifikasi senyawa utama dalam sampel yaitu dengan membandingkan harga d ( ) sampel yang diperoleh dengan harga d ( ) dari senyawa yang sudah diketahui. Referensi harga d ( ) dari senyawa

27 digilib.uns.ac.id 15 yang sudah diketahui tersebut berasal dari data Joint Committee on Powder Diffraction Standars (JCPDS). Kang et al.,2005 telah melakukan penelitian tentang Layered Double Hydroxide and its Anion Exchange Capacity dengan perbedaan rasio mol Mg/Al diketahui dengan semakin kecilnya molar rasio Mg/Al maka puncak d 003 yang dihasilkan memiliki intensitas yang semakin tinggi seperti pada Gambar 5. Gambar 5. Difraktogram XRD LDH dengan perbedaan rasio mol (a) Mg/Al=2 (b) Mg/Al=2.5 (c) Mg/Al=3 (Kang et al. 2005) Fayyazbakhsh et al. (2012) menyebutkan bahwa Ca-LDH memiliki kristalinitas yang lebih bagus dan ukuran partikel yang lebih besar serta parameter lapisan yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan Mg-LDH. Perbedaan tersebut dapat dilihat pada Gambar 6. Sementara itu, Chang et al. (2011) menyebutkan bahwa Ca-Al CO 3 LDH denagn rasio mol Ca/Al (1:1 dan 3:1) memiliki karakteristik fase hydrotalcite-like dengan karakteristik puncak difraksi pada 2θ 11 o dan 23 o yang merupakan bidang dasar d 003 dan d 006. Puncak tersebut mengindikasikan bahwa kristal yang terbentuk dengan struktur rombohedral. Difraktogram dapat dilihat pada Gambar 7. Gambar 6. Difraktogram Ca-LDH dan Mg-LDH (Fayyazbakhsh et al. 2012)

28 digilib.uns.ac.id 16 Gambar 7. XRD Ca-Al-CO 3 LDH dengan perbedaan rasio mol Ca/Al (Chang et al., 2011) Kristalinitas relatif suatu sampel dapat ditentukan dengan perbandingan kristalinitas pada sampel yang memiliki puncak difraksi tertinggi (003), kristalinitasnya dianggap 100% (Xie et al, 2003). Kristalinitas yang rendah ditandai dengan pengurangan beberapa cerminan hkl, pelebaran garis-garis puncak difraksi XRD dan penurunan intensitas (Lakraimi et al, 2000). Rendahnya kristalinitas dapat disebabkan karena efek mekanik dari pengadukan. Selain itu, XRD dapat digunakan untuk penerapan kuantitatif karena intensitas puncak difraksi yang diberikan pada campuran senyawa sebanding dengan fraksi material dalam campuran. Banyaknya puncak pengganggu pada 2θ (20 dan 30 o ) dapat diasumsikan sebagai amorf Al(OH) 3 (Lakraimi et al, 2000). Persentase kandungan senyawa dalam sampel diketahui dengan membandingkan intensitas puncak difraksi karena intensitas tersebut sebanding dengan fraksi senyawa dalam sampel. Persentase kandungan senyawa dalam sampel dihitung dengan rumus: % = ( / ) ( / ) 100% Dengan (I/I1)s : jumlah intensitas relatif puncak senyawa dalam sampel dan (I/I1)t : jumlah intensitas relatif total sampel (Willard et al., 1988). d. X-Ray Fluorescence (XRF) X-Ray Flourescene (XRF) merupakan metode analisis kuantitatif nondestruktif yang menganalisis kandungan logam dalam suatu batuan, sedimen, mineral dengan tingkat keakurasian yang tinggi dan presisi yang baik. Adapun analisa yang dapat dilakukan dengan XRF adalah commit analisa to user minyak dan bahan bakar, plastik, karet

29 digilib.uns.ac.id 17 dan tekstil, produk farmasi, bahan makanan, kosmetik, pupuk, mineral, keramik, dan sebagainya. Sebagai salah satu contoh analisis komponen penyusun hydrotalcite-like dalam sampel random dengan anion penyeimbang nitrat/karbonat menggunakan XRF. Adapun komponen penyusun pada penelitian The influence of mixed anionic composition of Mg Al hydrotalcites on the termal decomposition mechanism based on in situ study dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Komponen penyusun hydrotalcite-like (Wegrzyn et al., 2010) Sampel Formula Mg/Al molar ratio AN93 N88 AN54 Mg 0,697 Al 0,303 (OH) 2 (NO 3 ) 0,280 (CO 3 ) 0,011.0,520 H 2 O Mg 0,657 Al 0,343 (OH) 2 (NO 3 ) 0,302 (CO 3 ) 0,028.0,889 H 2 O Mg 0,6831 Al 0,317 (OH) 2 (NO 3 ) 0,132 (CO 3 ) 0,092.0,439 H 2 O 2,30 1,92 2,16 Selain itu, Carja et al.(2002) dalam penelitian penggantian Co dan Fe hydrotalcite dengan magnesium sebagai prekursor katalis pada sintesis metilamina tersaji pada Tabel 4. Tabel 4. XRF komposisi sampel hydrotalcite (Carja et al., 2002) Sampel Mg:Me:Al (from XRF) MgAlLDH 2,96:0,1 CuLDH 1,87:1,13:1 FeLDH 1,9:1,1:1 e. Specific Surface Area And Porosity dengan SAA Surface Area Analyzer (SAA) merupakan salah satu instrument yang digunakan untuk menentukan luas permukaan suatu pertikel dan penentuan distribusi ukuran pori partikel. Luas permukaan dapat diukur dengan beberapa metode, diantaranya metode Brunauer-Emmet-Teller (BET) dan Metilen Biru. Pada teknik Metilen biru adsorpsi membentuk lapisan monolayer dan merupakan chemisorption. Adapun dalam teknik BET, adsorpsi terjadi secara fisika dan lapisan multilayer dapat terbentuk. Metode BET ini biasa digunakan untuk menentukan luas permukaan. Luas permukaan spesifik dari adsorben berongga tergantung pada ukuran partikel penyusunnya. Adsorben mungkin memiliki porositas yang berbeda dalam ukuran maupun bentuknya. Fetter et al (2000) menyebutkan bahwa surface area dari hydrotalcite dengan rasio mol Mg/Al (2:1) dengan interlayer CO 2-3 berkisar 210 m 2 /g. Sedangkan untuk

30 digilib.uns.ac.id 18 surface area nitrated hydrotalcites dengan rasio mol Al/(Mg+Al) = berkisar antara 5 sampai 15 m 2 /g. Sharma et al. (2007) menyebutkan bahwa peningkatan luas area hydrotalcite berbanding lurus dengan peningkatan mol Mg/Al dari 2,0 sampai 3,5 pada suhu 70 o C selama 11 jam dalam keadaan termal dengan luas area dari 62 menjadi 73 m 2 /g. Wegrzyn et al (2010), menyatakan bahwa luas area hydrotalcite dengan rasio mol Mg/Al (2,3) adalah 200 m 2 /g. Sedangkan Chang et al. (2011) menyebutkan bahwa peningkatan luas permukaan Ca/Al LDH sebanding dengan semakin bertambahnya rasio mol Ca/Al. Terlihat pada hasil penelitiannya Ca/Al LDH yang telah dikalsinasi pada suhu 600 o C dengan rasio mol Ca/Al (1:1 dan 3:1) menggunakan metode BET memiliki luas permukaan sebesar 5,15 dan 9,14 m 2 /g. f. Thermogravimetric/Differential Termal Analysis (TG/DTA) Analisis termal didefinisikan sebagai pengukuran sifat fisika dan kimia dari material sebagai fungsi suhu. Tipe analisis termal ini meliputi entalpi, kapasitas panas, massa dan koefisien ekspansi termal. Thermogravimetry Termal Analysis (TGA) merupakan metode analisa penentuan perubahan berat suatu bahan dengan perubahan suhu saat pemanasan maupun pendinginan dengan kecepatan tertentu. Differential Termal Analysis (DTA) mengukur perbedaan suhu (T) antara sampel dan materi pembanding inert sebagai fungsi suhu, apabila suhu keduanya dinaikkan dengan kecepatan yang sama dan konstan. Perubahan keadaan sistem karena naiknya suhu ini merupakan konsekuensi dari proses yang terjadi pada sampel yaitu eksoterm dan endoterm, yang kemudian ditampilkan dalam bentuk termogram differential. Lakraimi et al. (2000) dalam penelitiannya melaporkan adanya puncakpuncak endoterm dari kurva DTA yang menunjukkan hilangnya molekul H 2 O. Puncak pada 85 o C dan 40 o C menunjukkan hilangnya molekul air yang teradsorp dan molekul air pada interlayer. Pada 200 o C terjadi dehidroksilasi senyawa serupa brucite, hilangnya CO 2 dari anion interlayer CO 3. Xie et al. (2003) melaporkan bahwa kurva endotermik 116 o C menunjukkan hilangnya air pada daerah interlayer dan kurva endotermik pada 238 o C menunjukkan hilangnya gugus OH. Zulaikha (2005) melaporkan bahwa puncak melebar pada suhu 92,56 o C dan 136,94 o C diasumsikan sebagai pelepasan air pada daerah interlayer serta pada suhu 176,74 o C dan 228,86 o C mengindikasikan adanya commit to pelepasan user air dari lapisan serupa brucite (lapisan kation). Sementara Yang et al. (2002) melaporkan bahwa pelepasan

31 digilib.uns.ac.id 19 interlayer air pada suhu C, sedangkan antara C suhu, OH - berikatan dengan Al 3+ yang mulai lepas pada suhu 190 C dan terlepas seluruhnya pada suhu 280 C, suhu antara C, OH - berikatan dengan Mg 2+ yang mulai lepas pada suhu 280 C dan terlepas seluruhnya pada suhu 405 C, degradasi dari struktur layered double hydroxide juga diamati pada daerah yang sama dan pada suhu C, CO 2-3 mulai lepas dan terlepas seluruhnya pada suhu 508 C. Pada suhu ini material menjadi suatu campuran larutan padatan oksida amorf metastabil. Salah satu contoh bentuk termogram TG/DTA Mg-Al hydrotalcite dan Ca-Al LDH seperti ditunjukkan oleh Gambar 8 dan Gambar 9. Pada Gambar 8 terlihat bahwa tiga tahapan pengutangan massa terjadi pada analisis termal suhu 70 o C. Terjadi pengurangan massa sebesar 15 % pada kisaran suhu 220 o C yang mengindikasikan terjadinya pelepasan molekul H 2 O dari pori-pori hydrotalcite. Dengan pengurangan massa yang kedua sebesar 38 % pada rentang suhu o C yang mengindikasikan terjadinya proses pelepasan gugus OH - dari interlayer hydrotalcite yang berikatan dengan Mg 2+ [Mg-(OH)-Mg] dan [Al-(OH)- 2- Mg. Tahap pengurangan massa yang ketiga terjadi dekarbonasi ion CO 3 pada interlayer dengan rentang suhu o C sebesar 44 %. Setelah terjadi pelepasan ion CO 2-3 dari interlayer maka material menjadi bersifat amorf metastabil padatan logam oksida. Sedangkan pengurangan massa terjadi pada perlakuan termal suhu 110 dan 140 o C terjadi dua tahapan. Gambar 8. TGA Mg/Al hydrotalcite dengan rasio mol Mg/Al (2,0),variasi suhu pemanasan selama 11 jam (A) 70 C (B) 110 C dan (C) 140 C

32 digilib.uns.ac.id 20 Gambar 9. TG/DTA Ca/Al LDH (Raki et al., 2004) Pada Gambar 10. menunjukkan bahwa KF/Mg(Al)O-dy mengalami pengurangan massa ketika dilakukan pemanasan hingga suhu 1000 C. Pada suhu 211 C merupakan pengurangan massa air dan terjadi dehidroksilasi sehingga kehilangan CO 2 (Xu et al., 2011). Gambar 10. TG/DTA KF/Mg(Al)O-dy (Xu et al., 2011) B. Kerangka Pemikiran Hydrotalcite dapat disintesis apabila terdapat ion divalent dan ion trivalent dalam suatu camputan larutan. Brine water mengandung ion magnesium dalam konsentrasi tinggi sehingga mengindikasikan dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan hydrotalcite-like dengan penambahan aluminium hidroksida sebagai komponen penyusun hydrotalcite-like dan natrium karbonat sebagai ion penyeimbang

33 digilib.uns.ac.id 21 pada interlayernya melalui metode kopresipitasi,yaitu suatu metode sintesis yang sering digunakan karena merupakan metode termudah dan dapat dilakukan pencegahan kontaminasi dari karbondioksida pada daerah antar lapisnya pada sintesis yang dilakukan. Selain itu keberadaan CO 2-3 dapat mempercepat proses pembentukan kristal hydrotalcite dan dapat langsung terikat kuat dengan lapisan antar lapisnya. Beberapa peneliti terdahulu menyatakan bahwa kalsium pada umumnya merupakan pengotor dalam pembentukan Mg-Al hydrotalcite-like. Namun belakangan ini, beberapa peneliti telah memanfaatkan kalsium sebagai komponen penyusun hydrotalcite-like karena termasuk kation divalen, memiliki aktivitas yang tinggi dan memiliki jari-jari ion yang besar. Pada dasarnya setiap senyawa padat memiliki karakteristik yang berbeda-beda sehingga dari karakteristik atau sifat khusus tersebut dapat diketahui termasuk golongan apa senyawa yang dihasilkan. Sebagai contoh, senyawa Mg/Al hydrotalcite-like yang dianalisis menggunakan XRD diketahui 3 puncak khusus yaitu d 003, d 006 dan d 009. Dari tiga puncak tersebut, dapat pula digunakan untuk penentuan kristalinitas Mg/Al hydrotalcite dengan adanya puncak d 110 sebagai identifikasi lapisan interlayer. Kristalinitas dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti banyak sedikitnya pengotor yang ikut mengendap. Dalam pembentukan Mg/Al hydrotalcite, beberapa peneliti terdahulu menyebutkan bahwa kalsium merupakan pengotor sehingga kemungkinan kristalinitas Mg/Al hydrotalcite-like yang terbentuk rendah apabila terdapat ion kalsium di dalamnya. Hal ini dikarenakan adanya interaksi yang tidak maksimal antara magnesium dengan ion karbonat yang dikarenakan adanya ion kalsium yang memiliki sifat kimia yang relatif sama dengan magnesium sehingga probabilitas untuk mengendap adalah sama. Penambahan suatu zat aktif KF ke dalam hydrotalcite-like dapat meningkatkan kristalinitas hydrotalcite-like serta mampu meningkatkan aktivitas hydrotalcite-like sebagai suatu katalis. Hal tersebut dikarenakan adanya interaksi antara senyawa penyusun hydrotalcite dengan KF yang bersifat sangat reaktif. Selain itu, KF juga mampu menurunkan ukuran jari-jai pori sehingga menurunkan luas pernukaan hydrotalcite-like (Bernhardt et al., 2010).