BAB 1 PENDAHULUAN. Universitas Sumatera Utara

Transkripsi

1 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pasir besi umumnya ditambang di areal sungai dasar atau tambang pasir (quarry) di pegunungan, tetapi hanya beberapa saja pegunungan di Indonesia yang banyak mengandung pasir besi. Transportasi di pegunungan juga juga sulit, karena medannya yang terjal danberliku-liku.hal ini yang menyebabkan penambang pasir besi lebih memilih di areal sungai daripada di pegunungan, karena lebih mudah dijangkau. Pasir besi pada umumnya mempunyai komposisi utama besi oksida (Fe 2 O 3 dan Fe 3 O 4 ), silikon oksida (SiO 2 ), serta senyawa-senyawa lain dengan kadar yang lebih rendah. Komposisi kandungan pasir dapat diketahui setelah dilakukan pengujian, misalnya dengan menggunakan XRD (X-Ray Diffraction) atau XRF (X- Ray Flouresence), sehingga dapat digunakan dalam penelitian ini. Hal ini dapat menambah nilai jual pasir, misalnya dengan memperkecil ukuran partikelnya menjadi partikel nano (Anwar, 2007) Salah satu tema penelitian di bidang nanoteknologi adalah nanopartikel magnetik. Nanopartikel magnetik telah dipelajari secara ekstensif lebih dari setengah abad yang lalu baik secara eksperimen maupun teori (Sun, dkk, 2006). Nanopartikel magnetik merupakan kelas material berukuran di bawah 100 nm yang bisa direkayasa atau dimanipulasi di bawah pengaruh medan magnet eksternal. Berdasarkan sifat kimianya, nanopartikel magnetik cenderung mengelompok, membentuk sebuah aglomerat, kecuali jika permukaannya dilapisi dengan bahan non-magnetik (Buzea, dkk, 2007). Nanopartikel magnetik (Fe 3 O 4 ) adalah salah satu jenis nanopartikel magnetik yang paling sering digunakan. Nanopartikel magnetik secara luas digunakan dalam imobilisasi dan pemisahan protein atau enzim, pemberian obat atau pemurnian DNA (Deoxyribonucleic Acid). Selain itu juga digunakan untuk menghilangkan katalis, dan unsur-unsur beracun dari limbah industri (Saoud, 2010). Fe 3 O 4 adalah material hitam dengan sifat magnetik yang kuat sehingga membuat permukaan magnetit bersifat reaktif dan memiliki luas permukaan yang

2 besar. Selain itu magnetit juga menunjukkan perilaku superparamgnetik untuk ukuran butir di bawah 30 nm. Oleh karena itu, secara teori magnetit dapat diaplikasikan di bidang lingkungan khususnya dijadikan sebagai adsorben untuk mengikat ion logam berat. Beberapa tahun terakhir ini Fe 3 O 4 telah banyak dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi, diantaranya sebagai penyimpan informasi dengan densitas yang tinggi, pembntukan gambar dengan resonansi magnetik, sistem pengiriman untuk obat-obatan, kosmetik, pewarna, tinta serta berperan dalam berbagai proses pemisahan termasuk adsorpsi. (Tartad, dkk, 2003). Pada penelitian ini cara pemanfaatan nanoteknologi dalam mengurangi permasalahan lingkungan, khususnya logam berat Pb yaitu dengan memanfaatkan nanopartikel Fe 3 O 4 sebagai adsorben karena memiliki beberapa keunggulan seperti mudah termagnetisasi sehingga dapat menarik logam-logam berat tersebut dan menempel di permukaan Fe 3 O 4. Metode ini dipilih karena merupakan metode yang cepat, mudah, dan lebih tepat daripada menggunakan metode tradisional (Khajeh dan Khajeh, 2009). Metode dalam sintesis nanopartikel magnetit banyak sekali, diantaranya hidrolisis, mikroemulsi dan kopresipitasi. Metode ini merupakan salah satu metode sintesis senyawa anorganik yang didasarkan pada pengendapan lebih dari satu substansi secara bersama-sama ketika melewati titik jenuhnya. Kelebihan lain dari metode kopresipitasi yaitu menggunakan suhu kamar dan mudah mengontrol ukuran partikel sehingga waktu yang dibutuhkan relatif lebih singkat (Fernandez, 2011). Polietilenglikol merupakan polimer dari etilen oksida dan air. Bahan ini terdapat dalam berbagai macam berat molekul dan paling banyak digunakan adalah polietilenglikol 200, 400, 600, 1000, 1500, 1540, 3340, 4000, dan Pemberian nomor menunjukan berat molekul rata-rata dari masing-masing polimernya. Polietilenglikol yang mempunyai berat-berat molekul rata-rata 200, 400 dan 600 berupa cairan bening tidak berwarna dan yang mempunyai berat molekul rata -rata diatas 1000 berupa Jilin putih, padat, dan kepadatanya bellambah dengan bertambahnya berat molekul. Kelarutan PEG berdasarkan atas pembentukan jembatan hidrogen antara oksigen eter dengan molekul air (Voigt, 1971). Polietilenglikol 6000 adalah polietilenglikol H(O-CH2- CH2)nOH, harga n diantara 158 dan 204. Memiliki ciri berupa: serbuk licin putih atau potongan putih

3 kuning gading; praktis tidak berbau dan berasa. Kelarutan mudah larut dalam air, dalam etanol (95%) P dan dalam klorofom P, praktis tidak larut dalam eter P. Bobot molekul rata -rata tidak kurang dari 7000 dan tidak lebih dari Khasiatnya sebagai zat tambahan (Ansel, 1989). Saat ini banyak dikembangkan penelitian tentang nanopartikel ferit spinel, hal ini dikarenakan bidang aplikasinya yang sangat luas yaitu dalam sistem penyimpanan data, transformator, memori komputer, induktor, recording heads, microwave dan diagnosa medis. Ferit spinel merupakan struktur kristal yang tersusun dari dua substruktur, yaitu struktur tetrahedral dan struktur oktahedral. Secara umum rumus kimia dari nanopartikel ferit spinel adalah MFe2O4, dimana M mewakili ion logam divalen dengan jari-jari ionik sekitar 0,6-1,0 Å. Untuk nanopartikel ferit spinel M merupakan logam transisi yaitu Cu, Zn, Ni, Co, Fe, Mn, Mg atau gabungannya seperti Mg-Ni dan Mg-Zn. Sifat bahan ini mempunyai permeabilitas dan hambatan jenis yang tinggi, koersivitas yang rendah.nanopartikel ferit spinel merupakan ferit lunak yang mempunyai struktur kristal kubik (Agung, 2015). Salah satu riset dibidang nanopartikel ferit yang sedang banyak dilakukan yaitu studi mengenai nanopartikel magnesium ferrite (MgFe2O4). Beberapa alasan yang menyebabkan MgFe2O4 banyak menarik perhatian para peneliti dibandingkan ferit yang lainnya adalah potensinya yang besar untuk di aplikasikan karena MgFe2O4 memiliki nilai magnetisasi saturasi yang tinggi, temperatur curie dan resistivitas listrik yang tinggi. MgFe2O4 adalah soft magnetic material dan salah satu kelompok spinel invers yang sangat penting. MgFe2O4 juga merupakan material semikonduktor tipe n yang dapat diaplikasikan sebagai adsorption, sensor, dan digunakan pada teknologi magnetik. Hal lain yang menarik dari MgFe2O4 ini adalah sifat kimia dan stabilitas termalnya yang unik, serta ketergantungan sifat magnetik pada ukuran partikel. Nanopartikel MgFe2O4 juga dapat berperilaku sebagai nanopartikel superparamagnetik. Ketika medan magnet eksternalnya dihilangkan, maka jumlahan momen magnetik dari nano partikel magnetik masing-masing berada dalam arah yang berbeda, dengan demikian keseluruhan momen magnetik bulk adalah nol (Agung, 2015). Ketika medan magnet eksternal diterapkan, magnetiknya dapat diinduksi untuk nanopartikel magnetik ini. Hal ini terjadi karena adanya interaksi magnetik

4 antara nanopartikel magnetik dengan medan magnet eksternal yang mempengaruhinya. Interkasi magnetik tersebut membuat magnetisasi nanopartikel magnetiknya sejajar. Sifat superparamagnetik umumnya muncul dari material ferromagnetik dan ferrimagnetik yang memiliki ukuran partikel yang sangat kecil (orde nanometer). Dengan demikian, kajian penelitian tentang pengontrolan distribusi ukuran nanopartikel dan sifat kemagnetan suatu material sangat dibutuhkan (Agung, 2015). Terkait dengan masalah sintesis nanopartikel, telah dilakukan penelitian mengenai sintesis nanopartikel Fe 3 O 4 (magnetit) dan potensinya sebagai bahan material aktif pada permukaan sensing biosensor berbasis surfaceplasmon resonance (SPR) (Riyanto, 2012). Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa nanopartikel Fe 3 O 4 dengan ukuran butir terkecil dan rendah kadar pengotor dapat diperoleh dengan memperbesar konsentrasi kopresipitan dan menahan suhu sintesis pada suhu ruang (30ºC), serta memperpanjang durasi sentrifugasi. Penelitian lainnya telah dilakukan variasi perbandingan massa Fe 3 O 4 dengan konsentrasi PEG Hasilnya menunjukkan bahwa penambahan konsentrasi PEG 4000 mengakibatkan nilai saturasi magnetic dan nilai remanensi magnetiknya cenderung menurun (Nuzully, 2013). Dengan membandingkan penelitian sebelumnya, penelitian kali ini dilakukan untuk melihat pengaruh massa PEG 6000 pada sifat kemagnetan nanopartikel magnetik dengan menggunakan VSM. Pentingnya menggunakan PEG 6000 dalam sintesis MgFe 2 O 4 yaitu agar dapat memperkecil ukuran partikel dengan penambahan massa yang sesuai, serta melihat pengaruh massa PEG 6000 terhadap nilai Ms dan nilai koersivitas. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang di atas, maka permasalahan umum penelitian ini adalah: 1. Bagaimanakah mensintesis nanopartikel FeO dan coating PEG 6000 dengan metode kopresipitasi

5 2. Bagaimanakah ukuran partikel nanopartikel MgFe 2 O 4 dengan coating PEG Bagaimanakah sifat magnetik nanopartikel MgFe 2 O 4 dengan coating PEG Bagaimanakah karakteristik struktur kristal dari nanopartikel MgFe 2 O 4 dengan coating PEG Bagaimanakah kemampuan penyerapan nanopartikel MgFe 2 O 4 dengan coating PEG 6000 terhadap logam berat Pb 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan yang ingin dicapai pada penelitian adalah: 1. Untuk mengetahui sintesis nanopartikel FeO dan coating PEG 6000 dengan menggunakan metode kopresipitasi 2. Untuk mengetahui ukuran partikel nanopartikel MgFe 2 O 4 dengan coating PEG Untuk mengetahui sifat magnetik nanopartikel MgFe 2 O 4 dengan coating PEG Untuk mengetahui karakteristik struktur kristal dari nanopartikel MgFe 2 O 4 dengan coating PEG Untuk mengetahuikemampuan penyerapan nanopartikel MgFe 2 O 4 dengan coating PEG 6000 terhadap logam berat Pb 1.4 Batasan Masalah Untuk mendapatkan hasil penelitian dari permasalahan yang ditentukan, maka perlu ada pembatasan masalah penelitian, yaitu sebagai berikut: 1. Metode yang digunakan yaitu metode kopresipitasi 2. Material yang digunakan sebagai coating dengan magnetit Fe 3 O 4 dan Mg(CH 3 COO) 2 adalah PEG Variasi komposisi PEG yang digunakan adalah 0 gram, 4 gram, 8 gram dan 12 gram

6 4. Karakterisasi yang dilakukan dalam penelitian ini terdiri dari beberapa jenis pengujian antara lain : Pengujian true density, pengujian X-Ray Diffraction (XRD),pengamatan Optical Microscopy, analisa Vibrating Sample Magnetometer (VSM), pengujian Atomic Adsorption Spectroscopy (AAS), dan analisafield Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM) 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat yang didapat dari penelitian ini adalah: 1. Memberikan informasi karakteristik nanopartikel MgFe 2 O 4 dengan coating PEG Memberikan informasi bahwa nanopartikel yang disintesis dengan coating PEG 6000 dapat digunakan untuk menyerap limbah logam Pb.