Abstrak —  Penanganan  limbah  sekam  padi  saat  ini  umumnya ingin  memanfaatkan  kandungan  Silika  (SiO 2 )  pada  sekam  padi yang  telah  dibakar  (abu  sekam  padi).  Kandungan  silika  yang diperoleh  dapat  dimanfaatkan  dalam  pembuatan  material inovatif  seperti Natrium  Super  Ionic  Conductor (NASICON). Pada  penelitian  ini,  pembentukan  NASICON  menggunakan metode  sol-gel  dari,  Na 2 SiO 3 ,  H 3 PO 4 dan  ZrOCl.8H 2 O  dengan variasi  temperatur  sintering  yakni  900 o C,  1000 o C    dan  1100 o C. Pengujian  SEM,  XRD,  FTIR,  dan  LRC  dilakukan  untuk mengetahui  fasa,  struktur,  gugus  fungsi,  dan  konduktifitas  yang dimilikinya.  Dari  hasil  pengujian  diketahui  bahwa  fasa NASICON  yang  paling  baik  diperoleh  pada  temperatur  900 o C yaitu  Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12 ,  kemudian  nilai  konduktivitas  ionik tertinggi  juga  diperoleh  pada  NASICON  dengan  temperatur 900 o C sebesar 0,241x10 -6 S/cm.
Kata  Kunci — Sekam  Padi,  Silika ,  Natrium  Super  Ionic Conductor (NASICON), Sol-Gel

## I. PENDAHULUAN
IMBAH  sekam  padi  yang  merupakan  produk  samping dari  hasil  penggilingan  padi,  selama  ini  hanya  digunakan sebagai  bahan  bakar  untuk  pembakaran  batu  merah, pembakaran  untuk  memasak  atau  dibuang  begitu  saja. Penanganan sekam padi yang kurang tepat akan menimbulkan pencemaran terhadap lingkungan.
Penanganan  limbah  sekam  padi  saat  ini  adalah  dengan memanfaatkan kandungan Silika (SiO 2 ) pada sekam padi yang telah  dibakar  (abu  sekam  padi).  Folleto  [1],  telah  melakukan eksperimen  untuk  mengetahui  kandungan  dalam  abu  sekam padi.  Silika  mendominasi  kandungan  dari  abu  sekam  padi yaitu  sekitar  94.4%.  Nilai  paling  umum  kandungan  silika (SiO 2 )  dalam  abu  sekam  padi  adalah  90-99%  dan  sejumlah kecil alkali dan logam pengotor. Apabila kandungan silikanya mendekati  atau  di  bawah  90%  kemungkinan  disebabkan  oleh adanya sampel sekam padi yang telah terkontaminasi oleh zat lain yang kandungan silikanya rendah[1].
Diantara banyak metode yang dapat dilakukan, metode sol- gel  adalah  metode  yang  paling  banyak  digunakan  dari berbagai peneletian yang ada sebelumnya. Hal ini disebabkan karena  sintesis silika dengan  metode ini dapat  mempermudah pengendalian ukuran partikel dan dan bentuk dengan mengatur kondisi  sintesisnya.  Proses  sol-gel  memperkenankan  sintesis dari  nanopartikel  silika  dengan  reaksi  hidrolisis  dan
kondensasi  pada  alkoksida  dengan  adanya  alkohol  agar menyediakan regulasi yang lebih dari reaksi kinetic [2].
Nanopartikel  silika  dapat  diaplikasikan  sebagai  precursor beberapa  material  inovatif  saat  ini,  salah  satunya  sebagai precursor  dalam  pembuatan  Natrium  Super  Ionic  Conductor (NASICON)  .Elektrolit  padat  saat  ini  merupakan  material yang  banyak  diaplikasikan  di  dunia  industri  karena  sifat konduksi  ionnya  yang  tinggi.  Material  ini  banyak  digunakan pada  perangkat  elektrokimia  yang  canggih  seperti fuel  cell , baterai, membran pemisah gas, sensor kimia, dan  yang  masih dikembangankan  yaitu ionic  switches .  NASICON  type konduktor  ion  telah  diuji  secara  massal  dalam  aplikasi  energi di  berbagai  bidang.  Konduktifitas  ion  yang  tnggi  dan  unit fosfat  yang  stabil  adalah  keunggulan  dari  NASICON dibanding material elektrolit yang lain [3].
Terdapat  dua  metode  dalam  pembuatan  NASICON  ini, yaitu  metode Solid-State ,  yaitu  padatan  kristalin  yang disintesis  secara  langsung  dari  pereaksi-pereaksinya  yang berwujud  padat  dan  metode Sol-Gel yaitu  larutan  yang mengalami perubahan fase menjadi sol, kemudian menjadi gel [2]. Metode sol-gel dipilih dalam sintesis ini karena kebutuhan bahan pembuatan yang lebih murah dan mudah, membutuhkan temperatur  yang  tidak  terlalu  tinggi  serta  material  yang diperoleh lebih padat dan lebih homogen [4].

## II. METODOLOGI PENELITIAN

## A. Peralatan yang digunakan
Peralatan  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  antara  lain, timbangan  digital,  spatula,  crusible,  dies,  mesin  kompaksi, furnace,  kertas  pH,  kertas  saring,  gelas  ukur,  alat  uji  X-Ray Diffraction (XRD), alat uji Scanning Electron Microscope(SEM), alat uji Fourier Transform-Infra Red(FTIR), dan alat LCR Meter.
Pengaruh Temperatur Sintering pada Pembentukan Fasa Natrium Super Ionic Conductor (NASICON) Na 1+x Zr 2 Si x P 3-x O 12 (x=2) dan Sifat Konduktifitas Ionik Elektrolit Padat
Husein Abdurrachim, Hariyati Purwaningsih, Vania Mitha Pratiwi Jurusan Teknik Material dan Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail : hariyati@mat-eng.its.ac.id

## L
Dalam  mengaplikasikan  NASICON  sebagai  solid  elektrolit baterai,  fasa  serta  konduktivitas  ionik  material  ini  sangat penting.  Pengontrolan  temperatur  sintering  terhadap  gel  yang sudah  dihasilkan  tentunya  diperlukan,  hal  ini  dikarenakan pada  proses  sintering,  terjadi  proses  pembentukan  fase  baru serta  berpengaruh  pada  struktur  pertumbuhan  kristal  melalui proses  pemanasan  [5].  Sehingga,  kontrol  temperatur  sintering pada penelitian  memegang peranan penting dalam pembuatan NASICON.

## B. Bahan yang digunakan
Bahan yang digunakan pada penelitian ini antara lain serbuk NaOH,  larutan  H 3 PO 4 ,  serbuk  ZrOCl 2 .8H 2 O,  larutan  HCl, Sekam padi, dan aquades.

## C. Preparasi Ekstraksi Silika
Ekstraksi
Silika (SiO 2 ) dilakukan dengan cara menambahkan  HCl  2M  sebanyak  500ml  ke  dalam  gelas beaker berisi sekam padi sebanyak 50 gram sambil dipanaskan dengan  temperatur  90 o C  selama  2  jam.  Kemudian,  hasil tersebut  dicuci  dengan  aquades  hingga  pH  7  dan  sekam  padi kemudian  dibakar  dalam  muffle  furnace  pada  temperatur 600 o C  selama  4  jam.  Hasil  pemanasan  berupa  serbuk  sekam padi kemudian direaksikan dengan NaOH 2M sebanyak 100ml sambil  dilakukan  stirring  90 o C  selama  2  jam.  Setelah  itu, dibiarkan mendingin dan disaring menggunakan kertas saring. Larutan  hasil  saringan  kemudian  dititrasi  dengan  larutan H 3 PO 4 2M sedikit demi sedikit hingga pH mencapai 7. Setelah itu,  dibiarkan  30  menit  untuk  proses  aging  pada  temperatur ruangan.  Lalu,  hasil aging dicuci  minimal 3 kali hingga tidak berkeruh.  Endapan  tersebut  kemudian  dilakukan  drying dengan  temperatur  650 o C  selama  4  jam  dalam  furnace.  Hasil dari  proses  pengeringan  tersebut  diambil  sampel  kemudian dilakukan pengujian.

## D. Preparasi NASICON
Dalam tahap ini, bahan-bahan yang diperlukan yaitu larutan Na 2 SiO 3 ,  larutan  ZrOCl.8H 2 O , larutan  H 3 PO 4. Kemudian, semua  bahan  dicampur  menjadi  satu  dengan  metode  sol-gel dalam  perbandingan  mol  tertentu  untuk  memperoleh Na 1+x Zr 2 Si x P 3-x O 12 (x=2) dalam bentuk gel.
Setelah  terbentuk  gel  NASICON,  bahan-bahan  tersebut dibagi  menjadi  3  untuk  disintering  dengan  temperatur  900 o C, 1000 o C,  dan  1100 o C  selama  3  jam  yang  kemudian  akan dihasilkan  serbuk  NASICON.  Serbuk  NASICON  kemudian dikompaksi  dengan  tekanan  3000  psi  membentuk  pellet. Kemudian,  masing-masing  pellet  disinter  kembali  sesuai variabel  yang  ditentukan  untuk  dilakukan  pengujian selanjutnya.

## III. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

## A. Hasil Pengujian XRD
Dari  hasil  uji  XRD  pada  pellet  NASICON,  terjadi perubahan  struktur kristal pada temperatur pemanasan 900 o C. Pada awal pembentukan, diketahui bahwa sampel ini memiliki struktur kristal monoclinic dengan rumus kimia Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12 .  Namun,  akibat  pemanasan  kedua  dalam pembuatan  pellet  dengan  temperatur  1000 o C,  terjadi perubahan  struktur  kristal  menjadi  rhombohedral.  Pada  pellet nasicon  dengan  temperatur  pemanasan  1100 o C  terbentuk  fasa NASICON  dengan  rumus  kimia  Na 3.1 Zr 2 Si 2.05 P0 .95 O 12 dengan struktur kristal rhombohedral.
Perbedaan  fasa  ini  terjadi  akibat  adanya  pengaruh temperatur  sintering  yang  diberikan  pada  masing-masing sampel. Penelitian yang dilakukan sebelumnya [6] menunjukkan  bahwa  tingginya  temperatur  sintering  diatas
900 o C  akan  mengakibatkan  hilangnya  kandungan  fosfor
Gambar  1.  Hasil  Uji  XRD  sample  pellet  NASICON  dengan  temperatur pemanasan (a) 900 o C, (b) 1000 o C dan (c) 1100 o C
karena  penguapan  akibat  temperatur  yang  tinggi.  Selain  itu, tingginya  temperatur  sintering  juga  akan  mempengaruhi perbedaan  struktur  kristal  pada  sampel  serta  agregrasi  antar partikel  sehingga  diperoleh  struktur  kristal  yang  berbeda  tiap kenaikan temperatur pemanasan [7].

## B. Hasil Pengujian FTIR
Gambar  2.  Hasil  Uji  FTIR  sample  serbuk  NASICON  dengan  temperatur pemanasan (a) 900 o C, (b) 1000 o C dan (c) 1100 o C
Pada  Gambar  2,  menunjukan  grafik  yang  identik  dari ketiga  sampel  yang  diuji.  Terlihat  pada  grafik,  terdapat
penyerapan  vibrasi  pada  gelombang  450  -  650cm -1 menunjukan  adanya  vibrasi  tekuk  (bending)  ZrO 6 yaitu  antar ikatan  Zr-O  ,  P-O-P,  dan  Si-O.  Kemudian  pada  gelombang 700  -  1300cm -1 menunjukan  adanya  vibrasi  ulur  (stretching) ZrO 6 pada ikatan yang sama pada saat bending , sesuai dengan penelitian  yang  pernah  dilakukan  [7].  Kemudian  pada gelombang 2200-2400cm -1 terlihat adanya penyerapan vibrasi tekuk (C=O) pada masing-masing sampel
Adanya  kejadian  tekuk  dan  ulur  pada  ZrO 6 menunjukan bahwa  terdapat  struktur  Bottleneck  pada  NASICON  seperti pada  penelitian  yang  telah  dilakukan[5],  dimana  struktur  ini akan mempengaruhi tinggi rendahnya konduktifitas ionik dari sampel  NASICON  akibat  pergerakan  ion  natrium.  Seiring kenaikan temperatur sintering, bagian bending mode pada P-O tiap  sampel  mengalami  penurunan  atau  melemah  dimana menurut  penelitian  yang  telah  dilakukan  [6],  bagian  bending mode  P-O  terbaik  berada  dibawah  550cm -1. Hal  ini  terjadi karena temperatur tinggi mengakibatkan hilangnya kandungan fosfor  pada  saat  proses  temperatur  sintering  akibat  menguap, sesuai dengan analisa XRD yang telah dilakukan.

## C. Hasil Pengujian SEM
Gambar  3.  Hasil  SEM  dengan  perbesaran  1000x  pada  sampel  NASICON dengan temperatur sintering (a) 900 o C , (b) 1000 o C dan (c) 1100 o C
Dari  hasil  uji  SEM  pada  sampel  pellet  NASICON,  terlihat pada  Gambar  3a  terlihat  adanya  gumpalan  partikel  akibat adanya  pengaruh  temperatur  sintering  yang  lebih  tinggi dibandingkan  pada  saat  pembuatan  serbuk  NASICON  pada sampel  ini.  Penggumpalan  partikel  juga  terlihat  pada temperatur  pemanasan  lain  pada  Gambar  3b  dan  3c  sesuai pada  keadaan  serbuk  yang  telah  dibuat  sebelumnya.  Ukuran aglomerasi  partikel  juga  terlihat  meningkat  seiring  dengan kenaikan  temperatur  sintering  yang  dilakukan  pada  sampel.
Hal  ini  sesuai  dengan  penelitian  yang  telah  dilakukan  [6] bahwa  temperatur  sintering  yang  dilakukan  pada  NASICON diatas 900 o C akan adanya penguapan kandungan fosfor dalam sampel serta terjadinya penggumpalan antar partikel.

## D. Hasil Pengujian LCR Meter
Untuk  menghitung  konduktifitas  sampel  NASICON,  LCR meter  digunakan.  Sampel  dilapisi  dengan  perak  cair  pada kedua  sisi  sampel  dan  disinter  selama  3  jam  dengan temperatur  450 o C.  Konduktifitas  dapat  dihitung  dengan rumus[4] 2
σ ac = 2π f ξ
0 ξ’ tan θ (1)
dimana f adalah frekuensi, ξ 0 adalah permitivitas ruang bebas, ξ’ adalah nilai kali kapasitansi dengan tebal spesimen dibagi dengan luas area spesimen dan θ adalah sudut uji.
Total impedansi untuk sirkuit ekivalen pada Gambar 4, adalah
Z = R s +
𝑅𝑝 1+(𝑗2𝜋𝑓𝑅𝑝𝐶𝑝) (2)
Impedansi  real  dan  imaginer  pada  sirkuit  dapat  diperoleh dengan
Z re = R s + 𝑅𝑝 1+(𝜔 2 𝑅 2 𝑝𝐶 2 𝑝) (3)
dan Z im = 𝑅 2 𝑝𝐶𝑝𝜔 1+(𝜔 2 𝑅 2 𝑝𝐶 2 𝑝) (4)
Gambar 4. Sirkuit ekivalen pada sampel untuk analisa dasar impedansi
Nilai  konduktifitas  pada  tiap  variasi  temperatur  sintering telah  ditentukan  dengan  persamaan  (1)  pada  10kHz  dan hasilnya  dapat  dilihat  pada  Tabel  1.  Konduktifitas  yang tertinggi  terjadi  pada  sampel  dengan  temperatur  sintering 900 o C.
Tabel 1
Impedansi dan Nilai Konduktifitas Ionik pada sampel NASICON dengan
beberapa Variabel Temperatur Temperatur ( o C) Z(Ω) Konduktifitas (S/cm) 900 1,32x10 6 0.241x10 -6 1000 2.5773x10 6 0.194x10 -6 1100 2,181x10 6 0.146x10 -6
Dari  hasil  perhitungan,  struktur  NASICON  dengan temperatur  sintering  900 o C  menunjukkan  nilai  konduktifitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan temperatur 1000 o C dan 1100 o C. Hal ini disebabkan karena struktur kristal NASICON yaitu  monoclinic sesuai dengan hasil XRD, kemudian disertai dengan struktur bottleneck yang sesuai sehingga membuat ion Natrium  memiliki  mobilitas  yang  tinggi.  Ketika  sampel dipanskan  lebih  dari  900 o C,  temperatur  yang  tinggi  ini menyebabkan  ketidaksempurnaan  dari  struktur  NASICON yang  diperoleh  sehingga  menyebabkan  penurunan  mobilitas dari  ion  Natrium  dan  juga  menurunkan  nilai  konfuktivitas dalam waktu yang bersamaan[7].

## IV. KESIMPULAN
Adanya  variasi  temperatur  sintering  pada  pembuatan NASICON menunjukkan adanya perbedaan fasa serta struktur kristal.  Sampel  dengan  temperatur  900 o C  menunjukkan NASICON  dengan  rumus  kimia  Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12 dengan struktur kristal monoklinik. Sampel dengan temperatur 1000 o C menunjukkan  NASICON  dengan  rumus  kimia  Na 3 Zr 2 Si 2 PO 12 dengan  struktur  kristal  rhombohedral.  Kemudian,  sampel dengan  temperatur  1100 o C  menunjukkan  NASICON  dengan rumus  kimia  Na 3 Zr 2 Si 2 P 0.95 O 12 dengan  struktur  kristal rhombohedral.
Kemudian,  variasi  temperatur  sintering  yang  dilakukan pada sampel NASICON menunjukkan adanya perbedaan nilai konduktivitas  yang  dihasilkan.  Sampel  NASICON  dengan nilai  konduktivitas  ionik  paling  tinggi  yakni  0,241x10 -6 S/cm diperoleh  pada  sampel  dengan  temperatur  pemansan  900 o C. Hal  ini  disebabkan  karena  semakin  tingginya  temperatur pemanasan  yang  diberikan,  maka  semakin  hilangnya kandungan  fosfor  dalam  NASICON  yang  menyebabkan ketidaksempurnaan  struktur  sehingga  menurunkan  mobilitas ion Natrium.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  semua  pihak yang  telah  membantu  dalam  kelancaran  penyelesaian penelitian kali ini khususnya  kepada dosen pembimbing  yang telah  banyak  membantu  dalam  pembuatan  baik  tugas  akhir maupun jurnal ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Prasad C.S., Maiti K,N., and Venugopal R., (2001) “Effect  of  rice  husk ash in whiteware compositions”. Ceramic International, 27, 629-635.
[2] Zulfiqar,  Usama.Subhani,  Tayyab.  Husain,  SW.  (2015).  “Towards tunable  size  of  silica  particles  from  rice  husk”.  Journal  of  Non Crystalline Solids 429 pp 61-69
[3] Hong,  H.Y.P.  (1976).  “Crystal  Structures  and  Crystal  Chemistry  in  the System Na 1+x Zr 2 Si x P 3-x O 12 ”. Mater. Res. Bull 11 203-220
[4] Yadav, Parul. Bhatnagar, MC. (2012). “Structural studies of NASICON material  of  different  compositions  by  sol–gel  method”.  Ceramics International 38 pp 1731–1735
[5] Setyowati, F.F., (2008). “Pengaruh Suhu Sintering terhadap Resistivitas Bahan Ferroelektrik Ba0.6Sr0.4TiO3 pada Berbagai Suhu Pengukuran”. Skripsi tidak diterbitkan. Malang: Universitas Negeri Malang.
[6] Biao,  Wang,  LIANG  Xi-shuang,  LIU  Feng-min,  ZHONG  Tiegang, ZHAO  Chun,  LU  Ge-yu  ,  QUAN  Bao-fu  .”Synthesis  and Characterization of NASICON Nanoparticles by Sol-gel Method” . [J] 高 等学校化学研究 , 2009,V25(1): 13-16.
[7] Zhang, S. et al. (2003). “Preparation and Characterization of NASICON with A New Sol-Gel Process”. Material Letters. (58), 226-229.