## ALCHEMY : JOURNAL OF CHEMISTRY

## Artikel Penelitian
Sintesis Pigmen Geothit (α -FeOOH) dari Limbah Industri Kerajinan Besi dengan Metode Presipitasi
Choirun Nisa, Nur Aini, Lilik Miftahul Khoiroh *
Jurusan Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Maulana Malik Ibrahim Malang, Indonesia, 65144
INFO ARTIKEL ABSTRAK Riwayat Artikel Diterima 8 Juni 2019 Direvisi 15 September 2019 Tersedia online 4 Desember 2019
*Email penulis korespondensi: lilikmfx@gmail.com Iron handicraft is one of industries that process iron ore into handicraft products and produce lathe waste. Iron lathe contains 96.08% iron metal which is potential source as a precursor for synthesis of goethite pigment. The method used for synthesis was precipitation using NaHCO 3 as precipitator agent. Synthesis was conducted at 70°C with variations of stirring speed such as 550, 650, 750 and 850 rpm. The products were characterized by color reader, ultraviolet-visible (UV-Vis) spectroscopy, XRD and SEM-EDX. The data from color reader showed that the highest yellowness degree and lightness obtained at a stirring speed 550 rpm were 24.1 and 42.1, respectively. UV-Vis data showed that the maximum wavelength of goethite pigment was 600-624 nm. Based on XRD data, synthesized pigment was in goethite phase (α -FeOOH) for all samples with crystallite size 63.24 nm and the highest crystallinity was achieved at 550 rpm. SEM-EDX data showed that morphology pigment (α -FeOOH) was not uniform, there were impurities such as Na and C.
Keywords: Lathe waste, precipitation, goethite, pigment
Industri  kerajinan  besi  merupakan  salah  satu  industri  yang  mengolah  bijih  besi  menjadi produk  kerajinan  dan  menghasilkan  limbah  bubut  besi.  Limbah  bubut  besi  mengandung unsur besi sebesar 96,08% yang berpotensi sebagai bahan baku (prekursor) untuk sintesis pigmen geothit. Metode yang digunakan adalah metode presipitasi dengan agen pengendap NaHCO 3 . Sintesis dilakukan pada suhu 70°C dengan variasi kecepatan pengadukan 550, 650,  750  dan  850  rpm.  Produk  hasil  sintesis  dikarakterisasi  dengan color  reader , spektroskopi  ultraviolet-tampak  (UV-Vis),  XRD,  dan  SEM-EDX.  Data color  reader menunjukkan bahwa derajat kekuningan dan derajat kecerahan tertinggi didapatkan pada kecepatan  pengadukan  550  rpm  yaitu  berturut-turut  24,1  dan  42,1.  Data  UV-Vis menunjukkan panjang gelombang maksimum pigmen geothit hasil sintesis adalah 600-624 nm.  Hasil  karakterisasi  XRD  menunjukkan  bahwa  pigmen  hasil  sintesis  pada  semua kecepatan  pengadukan  berfasa  geothit  (α -FeOOH)  dengan  derajat  kristalinitas  tertinggi pada kecepatan pengadukan 550 rpm dengan ukuran kristal 63,24 nm. Hasil SEM-EDX pada kecepatan 550 rpm menunjukkan bahwa morfol ogi pigmen (α -FeOOH) hasil sintesis tidak seragam dan ditemukan adanya pengotor berupa unsur Na dan C.
Kata kunci: Limbah bubut besi, presipitasi, geothit, pigmen

## 1. Pendahuluan
Limbah  bubut  besi  merupakan  salah  satu  limbah  yang  banyak  mencemari  lingkungan.  Berdasarkan  Peraturan Pemerintah No. 85 tahun 1999, limbah bubut besi ditetapkan sebagai limbah bahan beracun dan berbahaya (B3). Limbah bubut besi terindikasi mengandung sejumlah logam berat yang dapat menimbulkan dampak negatif bagi kesehatan dan lingkungan. Limbah bubut besi mengandung besi cukup tinggi sehingga dapat berpotensi untuk digunakan sebagai bahan baku pembuatan besi oksida [1].
Besi  oksida  memiliki  beragam  aplikasi  diantaranya  adalah  sebagai  pigmen  [2].  Kegunaan  pigmen  besi  oksida diantaranya sebagai zat pewarna pada plastik, semen dan material konstruksi [3]. Keunggulan dari pigmen besi oksida adalah hiding power yang baik, anti korosi, ketahanan pada suhu tinggi, warna yang stabil dan tidak beracun [4]. Kualitas pigmen besi oksida dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu ukuran partikel pigmen, struktur dan bentuk partikel pigmen [5], metode sintesis dan kondisi sintesis seperti kecepatan pengadukan [6].
Salah  satu  pigmen  besi  oksida  yang  banyak  dikonsumsi  di  Indonesia  adalah  pigmen geothit  [7].  Geothit memiliki rentang warna berdasarkan analisis warna menggunakan color reader yaitu nilai kecerahan (L*) 51-71, nilai corak warna (H o ) 72-84 [8]. Sintesis pigmen yang baik adalah pada ukuran nanopartikel dengan ukuran <100 nm memiliki keuntungan sifat tinting strength yang bagus, transparansi yang bagus dan luas permukaan yang besar, distribusi ukuran partikel yang merata menyebabkan penyebaran  dan  penyerapan warna  yang  dihasilkan  akan maksimal  [9].  Sintesis  pigmen geothit berhasil dilakukan menggunakan metode presipitasi [10]. Proses sintesis pigmen dapat menggunakan bahan pengendap antara lain hidroksida, karbonat, sulfat dan oksalat [11].
Menurut penelitian Glibert dkk. [12], sintesis pigmen geothit dengan menggunakan metode presipitasi dipengaruhi oleh kecepatan pengadukan. Pengadukan dengan kecepatan 430 rpm menghasilkan geothit dengan ukuran 50-60 nm, sedangkan pada  kecepatan 1200  rpm  menghasilkan geothit  dengan  ukuran  2-14 nm.  Penelitian  ini  akan menjelaskan pengaruh kecepatan pengadukan (550, 650, 750, 850 rpm) terhadap sintesis geothit dari limbah bubut besi. Karakaterisasi hasil sintesis meliputi warna pigmen menggunakan color reader , panjang gelombang maksimum menggunakan UV-Vis, ukuran  kristal,  struktur  dan  komposisi  geothit  menggunakan  instrumen  XRD  (X-Ray  Diffractometry)  dan  SEM-EDX (Scanning Electron Microscope/Energy Dispersive X-Ray) yang menunjukkan kualitas pigmen yang dihasilkan.

## 2. Bahan dan Metode

## 2.1. Bahan
Limbah  bubut  besi  didapatkan dari  industri  kerajinan  besi  di  Malang. Reagen yang  digunakan  adalah  HNO 3 65% (Merck), aqua demineralisasi, NaHCO 3 (Merck), dan NaOH (Sigma-Aldrich).

## 2.2. Prekursor Ferri
Pembuatan prekursor dilakukan dengan mencampurkan 10 g limbah bubut besi dengan 100 mL HNO 3 dan didiamkan selama 3x24 jam. Pemanasan dilakukan pada tahap selanjutnya dengan suhu 100°C hingga terbentuk padatan.

## 2.3. Sintesis Geothit
Prekursor ditambahkan 250 mL aqua demineralisasi selanjutnya ditambahkan 25 mL NaHCO 3 0,5 M dan diatur pada pH  6  dengan  penambahan  NaOH.  Campuran  dipanaskan  pada  suhu  70°C  selama  1  jam  dan  diaduk  dengan  variasi kecepatan 550, 650, 750 dan 850 rpm. Sintesis dilakukan dengan pengulangan 3 kali. Hasil sintesis didinginkan pada suhu kamar selama 24 jam. Hasil sintesis didekantasi, selanjutnya disaring dengan menggunakan corong buchner dan pompa vakum. Pengeringan dilakukan pada suhu kamar hingga kering, lalu dihaluskan dengan menggunakan mortar agate hingga terbentuk serbuk halus.

## 3. Hasil dan Pembahasan

## 3.1. Karakterisasi Kolorimeter
Metode analisis yang digunakan adalah CIE-Lab. Pigmen geothit yang dihasilkan berwarna mulai dari kuning sampai oranye ( Gambar 1 ). Semakin besar kecepatan pengadukan maka nilai L* akan semakin kecil ( Gambar 2 ), sedangkan semakin besar kecepatan pengadukan maka warna kuning semakin gelap dan mengarah ke warna merah (a*) ( Gambar 3 ). Kecepatan pengadukan yang semakin tinggi menyebabkan kinetika reaksi semakin besar sehingga tumbukan antar partikel semakin sering terjadi [12].
550 rpm                    650 rpm                     750 rpm                    850 rpm
Gambar 1. Warna pigmen geothit pada variasi kecepatan pengadukan.
Gambar 2. Nilai Lightness (L * ) pada berbagai kecepatan pengadukan.
Gambar 3. Hubungan antara a* dan b* pada berbagai kecepatan pengadukan.

## 3.2. Karakterisasi Spektroskopi Ultraviolet
Pigmen geothit memiliki panjang gelombang pada 600-624 nm. Hal tersebut menunjukkan bahwa geothit termasuk ke  dalam  panjang  gelombang  sinar  tampak  yang  berwarna  oranye  hingga  kemerahan.  Semakin  besar  kecepatan pengadukan maka warna cenderung gelap. Hal ini dipertegas dengan semakin besarnya panjang gelombang. Semakin besar panjang gelombangnya maka nilai Hue (H o ) semakin menurun. Hal tersebut menunjukkan bahwa semakin besar
42.1 41.9 39.6 34.7 20 25 30 35 40 45 500 550 600 650 700 750 800 850 900 L* Kecepatan (rpm) 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 b* a* 550 rpm 850 rpm 650 rpm 750 rpm
kecepatan pengadukan maka warna yang dihasilkan akan semakin gelap sehingga panjang gelombangnya semakin besar atau bergeser menuju ke warna merah ( Gambar 4 ).
Gambar 4. Hubungan nilai H o dan panjang gelombang untuk berbagai kecepatan pengadukan.

## 3.3. Karakterisasi X-Ray Difraksi
Pigmen hasil sintesis menunjukkan fasa geothit dengan struktur kristal ortorombik dan grup ruang Pnma sesuai ICSD (159958). Pola difraksi pada Gambar 5 dari pigmen yang dihasilkan muncul semua puncak sesuai dengan standar geothit, tetapi  pada  kecepatan  pengadukan  850  rpm  pada  2  (53,10)  tidak  muncul.  Hal  ini  dimungkinkan  pada  kecepatan pengadukan tersebut, pigmen yang dihasilkan mulai bertransformasi  menuju ke fasa lain pada oksida besi. Hal ini diperkuat dengan nilai warna (a*, b*) yang dihasilkan cenderung mengarah ke warna merah.
Berdasarkan  ukuran  kristal  pada Tabel  1 yang  dihitung  dengan  persamaan  Debye  Schrerrer  pada  kecepatan pengadukan 850 rpm didapatkan pigmen geothit dengan ukuran kristal terkecil. Penurunan ukuran kristal terjadi seiring dengan adanya penurunan kecerahan warna dan derajat kekuningan pada pigmen. Berdasarkan penelitian yang dilakukan Cornell [8], adanya hubungan antara ukuran partikel dengan kecerahan pigmen yaitu semakin kecil ukuran kristal geothit maka warna pigmen yang dihasilkan akan berkurang kecerahan warnanya. Hal ini sesuai dengan penelitian ditunjukkan dengan adanya penurunan nilai L* dan b* pada tiap penurunan ukuran kristal.
Tabel 1. Ukuran Kristal Geothit pada Variasi Kecepatan Pengadukan
2θ Ukuran Kristal (nm) G.550 rpm G.650 rpm G.750 rpm G.850 rpm 21,12 63,24 40,92 24,92 17,61 36,55 25,06 41,74 50,21 28,87

## 3.4. Karakterisasi SEM-EDX
Pigmen geothit  memiliki  morfologi  yang  beragam  sebagaimana Gambar  6 .  Pada perbesaran  2000x  terlihat  jelas bahwa morfologi tidak seragam karena dimungkinkan terdapat tingkat aglomerasi yang tinggi. Komposisi unsur-unsur pada pigmen geothit  dijelaskan pada Tabel  2 .  Pengotor  yang  terdapat  pada pigmen geothit yaitu  natrium  dan  karbon yang dimungkinkan dari agen pengendap NaHCO 3 dan bahan asal prekursor.
Tabel 2. Komposisi Unsur-Unsur pada Pigmen Geothit Unsur Total (%) Fe (besi) 55,34 O (oksigen) 24,75 C (karbon) 18,86 Na (natrium) 01,04
590 595 600 605 610 615 620 35 40 45 50 55 λ (nm ) H°
Gambar 5. Pola difraksi sinar- X senyawa geothit (α -FeOOH) pada variasi kecepatan pengadukan.
Gambar 6. Morfologi geothit kecepatan 750 rpm dengan perbesaran (a) 2000x, (b) 4000x, (c) 6000x, dan (d) 25000x.
In te ns ita s 2 θ (a) (b) (c)
(d)

## 4. Kesimpulan
Pigmen hasil sintesis berfasa geothit dengan kristalinitas yang tinggi. Warna pigmen yang dihasilkan adalah kuning sampai oranye. Semakin besar kecepatan pengadukan maka warna pigmen yang dihasilkan akan semakin gelap yaitu kuning menjadi semakin merah, derajat kristalinitas dan ukuran kristal semakin menurun. Morfologi pigmen geothit beragam disebabkan adanya aglomerasi dan terdapat pengotor berupa natrium dan karbon.

## Daftar Pustaka
[1] L. M. Khoiroh, “ Pengaruh pH dan Suhu Kalsinasi terhadap Sintesis Pigmen Hematit (  - Fe 2 O 3 ) dengan Metode Termal Transforma si FeOOH,” Tesis, Universitas Brawijaya, Malang, 2013.
[2] S. R. Prim, M. V. Folgueras, M. A. de Lima, & D. Hotza, “ Synthesis and Characterization of Hematite Pigment Obtained from a Steel Waste Industry, ” Journal of Hazardous Materials , vol. 192, no. 3, pp. 1307 – 1313, 2011.
[3] M. A. Sørensen, F. Ingerslev, K. Bom, C. Lassen, F. Christensen, & M. Warming, Survey of Products with Nanosized Pigments . Copenhagen: The Danish Environment Protection Agency, 2015.
[4] G. Buxbaum, Industrial Inorganic Pigments . New York: WILEY-VCH, 1998.
[5] M. A. Legodi & D. de Waal, “The Preparation of Magnetite, Goethite, Hematite and Maghemite of Pigment Quality from Mill Scale Iron Waste ,” Dye and Pigments , vol. 74, no. 1, pp. 161 – 168, 2007.
[6] A. J. M. Tahuran, S. Parvin, A. Ahmeda, & A. M. S. Alamb, “ Studies on Black Iron Oxide Pigment. Part I : Effect of Preparation Parameter on Physical and Optical Properties of Ferrosoferric Oxide ,” Bangladesh Journal of Scientific and Industrial Research, vol. 43, no. 2, pp. 183-196, 2008.
[7] R. Will & A. Kishi, CEH Marketing Research Report Pigments . USA: Chemical Economics Handbook, 2001.
[8] R. M. Cornell & U. Schwertmann, The Iron Oxides: Structure, Properties, Reactions, Occurences and Uses . New York: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co., 2003.
[9] M.  Mohapatra  &  S.  Anand, “ Synthesis  and  Applications  of  Nano-Structured  Iron  Oxides/Hydroxides – Review ,” International Journal of Engineering, Science and Technology , vol. 2, no. 8, pp. 127-146, 2010.
[10] T. P. Rahman, A. Sukarto, N. T. Rochman, & A. Manaf, “ Sintesis Pigmen Besi Oksida Berbahan Baku Limbah Industri Baja ( Mill Scale ) ,” Jurnal Fisika , vol. 3 , no. 1, pp. 86-89, 2013.
[11] B. R. Fernandez, “ Sintesis Nanopartikel ,” Makalah, Universitas Andalas, Padang, 2011.
[12] F. Gilbert, P. Refait, F. Leveque, C. Remazeilles, & E. Conforto, “ Synthesis of Goethite from Fe(OH) 2 Precipitates: Influence of Fe(II) Concentration and Stirring Speed ,” Journal of Physics and Chemistry of Solids , vol. 69, no. 8, pp. 2124 – 2130, 2008.