Disetujui: 08 Oktober 2018 Universitas Brawijaya, Malang, Indonesia © 2018 Politeknik Negeri Malang
E-mail: rama.oktavian@ub.ac.id

## Sintesis dan Karakterisasi Silika Aerogel Hidrofobik dan Oliofilik Dari Pasir Laut Sebagai Absorben Tumpahan Minyak
Bramantya, Losendra Primamas Yonando, Muhammad Rifaldi, Rama Oktavian*
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Brawijaya, Jl. Veteran, Malang, Jawa Timur
Email : rama.oktavian@ub.ac.id

## ABSTRAK
Proses pengolahan minyak di Indonesia sangat menguntungkan untuk perekonomian negara. Tetapi disamping itu, terdapat hal yang meyebabkan kerugian yaitu terjadinya tumpahan minyak. Tumpahan minyak bisa diatasi salah  satunya  dengan  menggunakan  absorben.  Silika aerogel dapat  digunakan  sebagai  absorben.  Bahan  baku utama sintesis silika aerogel adalah silika. Pada pasir laut di Indonesia rata-rata mengandung silika yang cukup tinggi  yaitu  sebesar  70%.  Penelitian  ini  dilakukan  untuk  mengetahui  pengaruh precursor dalam  modifikasi material silika aerogel yang bersifat oliofilik dan hidrofobik. Pembuatan silika aerogel terbagi menjadi beberapa bagian yaitu pembuatan waterglass (sodium metasilikat) dari pasir laut, kemudian pembuatan silika aerogel dari waterglass .  Dalam  metode  ini  digunakan  beberapa  variabel  pembanding  yaitu  dengan  penambahan  TEOS (tetraetil ortosilikat) dan heksana dengan perbandingan volume 1:1, 1:2, dan 1:3 sedangkan untuk penambahan etanol  divariabelkan  konsentrasi  volumenya  dengan  rincian  10%,  20%,  dan  30%.  Bahan  baku  pasir  laut  dan produk silika aerogel dilakukan karakterisasi yang bertujuan untuk mengetahui sifat-sifatnya. Bahan baku pasir laut diuji dengan metode XRF ( X-Ray Fluorescence ) bertujuan mengetahui komponen yang terkandung dalam pasir silika dengan hasil SiO 2 98,9%, K 2 O 1,2%, CaO 0,6%, TiO 2 0,766%, V 2 O 5 0,007%, MnO 0,028%, Fe 2 O 3 0,431%, NiO 0,01%, CuO 0,035%, Yb 2 O 3 0,03%. Sedangkan produk silika aerogel dilakukan uji sudut kontak dan  uji  serapan  minyak,  dari hasil  uji  sudut  kontak  didapat  hasil  pada  sampel  dua  dengan  penambahan  TEOS dan heksana sebanyak 1:2 dan etanol 20% memiliki sudut kontak sebesar 143,95 o sedangkan untuk uji serapan minyak sampel dua memiliki kemampuan menyerap minyak sebesar 13,98 g/g silika aerogel .
Kata kunci: Absorbsi, hidrofobik, oliofilik, pasir laut, silika aerogel

## ABSTRACT
Oil  processing  in  Indonesia  is  very  profitable  for  the  economy  of  the  country.  However,  in  the  exploration process there might be an oil spill which can cause a loss in oil production. Oil spill can be overcome by using absorbent. Silica aerogel can be used as absorbent. The main raw material of silica absorbent is silica. Sea sand in Indonesia contains high enough silica reaches 70% on average. This research was conducted to determine the effect of precursors in the modification of silica aerogel which is  oliophilic and hydrophobic. The synthesys of silica aerogel was divided into several parts, namely synthesys waterglass from the sea sand and synthesys silica aerogel  from  waterglass.  In  this  method,  several  variables  were  used  with  addition  of  TEOS  (tetraethyl orthosilicate)  and  hexane  with  volume  ratio  1:1,  1:2,  and  1:3,  while  for  addition  of  ethanol  was  varied  with volume  concentration  of  10%,  20%,  and  30%.  Sea  sand  as  raw  material  and  silica  aerogel  as  product  was characterized  in  order  to  determine  their  properties.  Sea  sand  were  characterized  using  XRF  (X-Ray Fluorescence) method contains SiO 2 98.9%, K 2 O 1.2%, CaO 0.6%, TiO 2 0.766%, V 2 O 5 0.007%, MnO 0.028%, Fe 2 O 3 0.431%, NiO 0.01%, CuO 0.035%, Yb 2 O 3 0.03%. While the silica aerogel was characterixed by contact angle  method  and  oil  absorption  test.  In  result,  sample  with  addition  of  TEOS:hexane  as  much  as  1:2  and ethanol 20% have contact angle of 143.95 o and has ability to absorb oil 13.98 g/g silica aerogel.
Keywords : Absorbtion, hydrophobic, oliophilic, sea sand, silica aerogel

## 1.  PENDAHULUAN
Kegiatan pengolahan minyak pada kilang minyak sudah barang tentu akan menghasilkan  limbah  minyak  dan  juga berpotensi untuk terjadinya tumpahan minyak  ( oil  spill )  [1].  Tumpahan  minyak dapat  terjadi  pada  saat loading dan unloading di  tangki  timbun  ( storage  tank ), pembersihan  tangki  timbun  ( tank  cleaning ), pada  proses  di separator dan  pada  pompa feed maupun pompa produk [2].
Berdasarkan PP no 18 tahun 1999  jo. PP no.  85  tahun  1999  tentang  pengelolaan limbah B3 (Bahan Berbahaya dan Beracun), tumpahan  minyak  di  area  kilang  termasuk dalam  kategori  limbah  B3  kode  D  221, karena  sifat  dan  konsentrasinya  dapat membahayakan  kesehatan  manusia  dan lingkungan  hidup.  Sedangkan  karakteristik yang  termasuk  limbah  B3  adalah  mudah meledak,  mudah  terbakar,  bersifat  reaktif, beracun,  menyebabkan  infeksi,  korosif,  dan bersifat karsinogenik (menyebabkan kanker).
Sampai  saat  ini  belum  ada  suatu  model pengorganisasian  ataupun  alat  yang  mampu diaplikasikan  di  setiap  kasus  pencemaran laut  oleh  minyak  bumi.  Antara  lain  adalah pembakaran minyak ( in situ burning ). Tetapi metode pembakaran minyak pada permukaan  air  ini  dari  sudut  pandang ekologis  hanya  memindahkan  masalah pencemaran  ke  udara  [1].  Metode  yang  lain adalah  dengan  menggunakan  dispersant yaitu formulasi kimia dari surfaktan, pelarut, dan  aditif  lainnya  yang  disemprotkan  pada slick minyak untuk mempercepat penyebarannya  di  air  dengan  mengurangi tegangan  permukaan  antara  air  dan  minyak. Penyebaran  tidak  menghilangkan  minyak tapi  minyak  diangkut  ke  dasar  air.  Dengan demikian,  kehidupan  akuatik  di  bawah  air masih  terkena  efek  merusak  minyak  dan juga dispersant yang ditambahkan [3].
Metode  selanjutnya  adalah  memakai sorben  yaitu  bahan  berpori  padat  yang diperoleh  dari  sumber  organik  dan  sintetis yang  digunakan  untuk  memulihkan  minyak dalam preferensi terhadap air. Bahan sorben
dapat  bekerja  baik  dengan  adsorpsi  atau penyerapan.  Dalam  adsorpsi,  minyak  lebih disukai menempel pada permukaan adsorben sementara dalam penyerapan, minyak dimasukkan  ke  dalam  bahan.  Sorben diperlukan  untuk  menarik  minyak  sesuai dengan air, yaitu oleophilic dan hydrophobic .  Dengan  demikian,  banyak usaha  akan  dikhususkan  untuk  meninjau karya-karya  sebelumnya  mengenai  sintesis dan  karakterisasi  sorben  untuk  pembersihan tumpahan minyak [3].
Sebagai  negara  kepulauan  terbesar  di dunia,  Indonesia  memiliki  kekayaan  laut yang  melimpah.  Panjang  pantai  81.000  km atau 14% garis pantai seluruh dunia, dimana 2/3  wilayah  Indonesia  berupa  perairan  laut. Garis  pantai  yang  panjang  merupakan indikasi  kuantitas  pasir  pantai  yang  sangat melimpah. Pasir pantai di Indonesia umumnya  berwarna  putih  dan  memliki kecenderungan  material  berupa  pasir  silika [4].  Komposisi  pasir  pantai  berwarna  putih umumnya  40%  -  70%  silika.  Berdasarkan hasil uji karakterisasi XRD ( Xray Difraction ), pasir pantai memiliki kandungan  mineral  utama  didominasi  oleh SiO 2 (silika) dan diikuti oleh mineral ikutan seperti SO 3 , CaO, Al 2 O 3 dan Fe 2 O 3 [5].
Silika  merupakan  bahan  baku  silika aerogel,  yaitu  smart  material  dengan  sifat fisika  yaitu  nanopori  (ukuran  pori-pori kurang dari 50 nanometer), struktur internal cross  linked sehingga  memiliki  luas  1000 m 2 /g,  konduktivitas  termal  rendah  (~  0,05 W/m),  massa  jenis  rendah  50  g∙cm −3 ,  dan memiliki  konstanta  dielektrik  yang  rendah (Sinko,  2010).  Silika  aerogel  memiliki kemampuan  untuk  memisahkan  material organik dan air secara absorbsi [3].
Bayat,  dkk.[6]  meneliti absorben  minyak dengan  bahan  dasar polypropylene .  Pada peneletian tersebut didapat bahwa polypropylene dapat  mengabsorb  minyak sebesar  8  kali  dari  berat  bahannya. Polypropylene dapat secara efektif menyerap minyak, tetapi bahan ini merupakan  bahan  yang  mahal  dan  sulit dicari.  Oleh  karena  itu  harus  dicari  bahan
absorben  minyak  yang  tidak  mahal  dan mudah ditemui  yang sekaligus  efektif untuk digunakan sebagai absorben minyak.
Pada  penelitian  ini  juga  dikaji  pengaruh komposisi Tetraethyl  Orthosilicate (TEOS), n-heksane ,  dan  etanol  dalam  modifikasi silika aerogel dari pasir laut.

## 2.  METODE PENELITIAN
Proses  penelitian  ini  dilakukan  dilakukan dengan dua kali proses sintesis yaitu sintesis waterglass dan kemudian dilanjutkan dengan  sintesis  silika  aerogel.  Kemudian dilakukan  karakterisasi  XRF,  pengujian sudut kontak, dan kapasitas absorbsi

## 2.1.  BAHAN
Bahan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah Pasir Laut Tuban , HCl dengan grade P.A  dan  kemurnian  37%  yang  dibeli  dari MERCK , Akuades , NaOH  dengan grade P.A  dan  kemurnian  97% , Asam  Asetat dengan grade P.A  99  %  yang  dibeli  dari MERCK,  Ammonium  Hidroksida grade P.A, TEOS , Heksana dengan grade P.A dan kemurnian  97%  yang  dibeli  dari  MERCK , dan Etanol grade P.A 98 %.

## 2.2.  SINTESIS WATERGLASS
Waterglass disintesis  dari  bahan  dasar  pasir laut.  Pasir  Laut  direndam  dalam  larutan HCL konsentrasi 5 % untuk menghilangkan impurities .  Kemudian  pasir  laur  dicampur dengan NaOH dengan perbandingan 1:2 lalu dilebur  dalam  furnace  pada  suhu  500°C selama  2  jam.  Hasil  peleburan  akan dilarutkan  dalam  air  demineralisasi  selama 12 jam untuk menghasilkan waterglass.

## 2.3.  SINTESIS SILIKA AEROGEL
Silika  aerogel  disintesis  dari waterglass. Waterglass pertama  akan  diubah  menjadi silika gel dengan menurunkan pH menjadi 4 dengan  menambahkan  asam  asetat  3M, kemudian  pH  dinaikkan  menjadi  6  dengan menambahkan  ammoniun  hidroksida  1M. Pada  pH  6  inilah  silika  gel  akan  terbentuk. Silika  gel  kemudian  akan  direndam  dengan larutan campuran TEOS
( Tetraethylorthoslicate) dan heksana dengan perbandingan sebesar 1:1, 1:2, dan 1:3 pada suhu  60°C  selama  24  jam.  Silika  gel kemudian  direndam  kembali  dengan  etanol dengan  konsentrasi  10%,  20%,  dan  30%. Silika  gel  yang  telas  selesai  proses perendaman  akan  dikeringkan  dalam  oven pada suhu 100°C selama 24 jam.

## 2.4.  VARIABEL PENELITIAN
Variabel  penelitian  ini  yaitu  perbandingan volume TEOS ( Tetraethyl orthosilicate) dan Heksana  dengan  variabel  1:1,  1:2,  dan  1:3 kemudian  terdapat  variabel  lain  yaitu konsentrasi  volume  etanol  yaitu  10%,  20%, dan  30%.  Sehingga  total  terdapat  variasi variabel  penelitian  yang  bisa  dilihat  pada tabel 1.

## 2.5.  KARAKTERISASI
Karakterisasi sampel uji dilakukan dengan 3 pengujian.  Yaitu  uji  XRF  yang  digunakan untuk  mengetahui  komposisi  sampel  pasir laut  yang  digunakan.  Pengujian  yang  kedua adalah  uji  sudut  kontak  yang  dilakukan dengan  alat goniometer LSB-1800B  untuk mengetahui  besar  sudut  kontak  air  dengan permukaan  silika  aerogel  dengan  tujuan mengetahui  tingkat  hidrofobisitas  silika aerogel.  Pengujian  yang  terakhir  adalah  uji kapasitas absorbsi untuk mengetahui kemampuan  silika  aerogel  dalam  menyerap minyak.

## 3.  HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1.  KOMPOSISI SAMPEL PASIR LAUT
Pasir  Laut  diuji  menggunakan  metode  XRF untuk mengetahui kandungan silika dikarenakan  silika  merupakan  bahan  dasar sintesis  silika  aerogel.  Dari  pengujian  XRF didapat  hasil  pasir  laut  yang  digunakan sebagai  sampel  mengandung  silika  sebesar 96,8%  dengan  rincian  sepeti  yang  terdapat pada tabel 2.

## 3.2.  SINTESIS WATERGLASS
Pasir  laut  digunakan  sebagai  bahan  baku waterglass dikarenakan memiliki kandungan silika  yang  besar,  pada  pengujian  didapat kandungan  sebesar  96,8%  berat,  hal  ini sesuai  dengan  kandungan  SiO 2 yang  berada di Indonesia yaitu sekitar 55,3-99,87% berat [7].  Setelah  diketahui  kandungan  SiO 2 nya maka  dengan  persamaan  reaksi  dapat diketahui kebutuhan pelebur yang digunakan pada konversi 100%.
Persamaan  reaksi  tersebut  adalah  sebagai berikut:
SiO 2 + 2NaOH → Na 2 O.SiO 2 + H 2 O [8]
dipilihnya  NaOH  sebagai  agen  pelebur dikarenakan  titik  lebur  NaOH  lebih  rendah
dari  agen  pelebur  yang  sebelumnya  biasa digunakan yaitu
Na 2 CO 3 sehinggamemerlukan  energi  yang  lebih rendah dalam proses peleburan [8].
(a) (b) Gambar 1. Na 2 SiO 3 : (a) padat, (b) larutan
Tabel 1. Variasi variabel penelitian
No  Sampel  Perbandingan TEOS:Heksana (v:v)  Konsentrasi Etanol (%v)
1 1 1:1 10% 2 2 1:2 20% 3 3 1:3 30% 4 4 1:1 20% 5 5 1:2 30% 6 7 8 9 6 7
8 9
1:3 1:1 1:2 1:3
10% 30% 10%
20%

## Tabel 2. Komposisi kandungan pasir laut

## No  Kandungan  Persentase (%w)
1 SiO 2 96.900 % 2 K 2 O 1.200 % 3 CaO 0,60 % 4 TiO 2 0,766 % 5 V 2 O 5 0,007 % 6 7 8 9 10 MnO Fe 2 O 3 NiO CuO Yb 2 O 3 0,028 % 0,431% 0,01% 0,035% 0,03%
Dengan menambahkan NaOH sehingga akan menghasilkan  Na 2 SiO 3 berbentuk  padatan yang  kemudian  akan  dilarutkan  dengan  air demineralisasi sehingga membentuk Na 2 SiO 3 larutan  atau waterglass dengan warna  putih  keruh  dan  mempunyai  pH sebesar 12.

## 3.4. PENGUJIAN BESAR SUDUT KONTAK
Pengujian  sudut  kontak  dilakukan  dengan alat goniometer . Pada pengujian besar sudut kontak  9  sampel  didapat  sudut  kontak terbesar  yaitu  143,95°  dan  yang  terendah sebesar  139,28°  dengan  rincian  yang ditunjukkan pada tabel 3.
Besarnya  sudut  kontak  yang  dihasilkan sangat dipengaruhi oleh banyaknya penambahan  TEOS  yang  berfungsi  untuk memodifikasi  permukaan  silika  aerogel  dari bersifat  polar  menjadi  non-polar.  Karena bersifat  non-polar  maka  akan  menolak  air yang mempunyai sifat polar [9].

## Tabel 3. Sudut kontak sampel uji
No  Sampel  Sudut Kontak (°)
1 1 141,10 2 2 143,95 3 3 139,60 4 4 141,40 5 5 143,58 6 7 8 9 6 7 8 9 140,59 141,42 142,87 139,28 Reaksi umum dari TEOS
yang memodifikasi  permukaan  silika  aerogel sebagai berikut :
Proses  hidrolisis  molekul  TEOS  akan membentuk  grup  silanol.  Kondensasi  antara grup  silanol  dengan  grup  etoksi  akan membentuk  jembatan  siloxane  (Si–O–Si) yang  membentuk  seluruh  permukaan  silika aerogel [10].

## 3.5. PENGUJIAN KAPASITAS ABSORBSI
Pengujian  kapasitas  absorbsi  dilakukan dengan  cara  merendam  silika  aerogel  pada minyak  dan  diukur  selisih  berat  silika aerogel  sebelum  dan  sesudah  berhasil menyerap minyak. Dengan 3 kali pengulangan  didapat  hasil  terbaik  yaitu dengan  rata-rata  dapat  menyerap  minyak sebesar  13,98  g/g  silika  aerogel  dengan rincian seperti pada tabel 4.
Kapasitas absorbsi ini juga dipengaruhi oleh penambahan TEOS yang menjadikan permukaan  silika  aerogel  bersifat  non-polar yang  sama  dengan  sifat  minyak  yang  non- polar juga [11].
Hal  lain  yang  mempengaruhi  kapasitas absorbsi  adalah  tegangan  permukaan  silika aerogel.  Tegangan  permukaan  direkayasa dengan  penambahan  etanol.  Etanol  akan menurunkan  tegangan  permukaan  silika aerogel  sehingga  memudahkan  minyak untuk terserap.
Tabel 4. Kapasitas absorbsi sampel uj
No  Sampel  Kapasitas Absorbsi (g/g) 1 1 12,46 2 2 13,98 3 3 10,89 4 4 12,78 5 5 13,68
6 7 8 9 6 7 8 9 11,88 13,13 13,57 11,37
Silika  aerogel  dapat  menyerap  minyak dengan  kapasitas  yang  besar  dikarenakan mempunyai  densitas  yang  rendah  dan tegangan permukaan yang rendah. Selain itu kapasitas  absorbsi  silika  aerogel  yang  besar dipengaruhi  oleh  morfologinya  seperti pernyataan  Pajonk  (1985)  yaitu  silika aerogel  merupakan  material  padatan  ultra pori yang memperlihatkan volume pori yang besar  dengan  porositas  ≥  90%,  luas permukaan sekitar 1500 m 2 /g.

## 4.  KESIMPULAN
Pasir  laut  yang  memiliki  kandungan  silika yang  besar  berpotensi  sebagai  bahan  dasar pembuatan  abserben  silika  aerogel.  Sampel dengan perbandingan TEOS : Heksana 1 : 2 dan  konsentrasi  etanol  20%  memilik kemampuan  absorbs  terbaik  dengan  sudut kontak  143,95°  dan  kapasitas  absorbansi 13,98 g/g silika aerogel.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] S.  Sulistiyono.  Dampak  Tumpahan Minyak(Oil  Spill)  di  Perairan  Laut pada  Kegiatan  Industri  Migas  dan Metode  Penanggulangannya.  Forum
Teknologi, vol. 3, no.1. 2012.
[2] PPT Migas. Laporan Penyajian Evaluasi Lingkungan PPT Migas Cepu .
Cepu. 1991.
[3] A.P.  Olalekan,  A.O.  Dada,  A.  Olusola, Review:  Silica  Aerogel  as  a  Viable Absorbent  for  Oil  Spill  Remediation .
Journal
of Encapsulation and
Adsorption  Sciences ,  vol.  4,  hal.  122-
131, 2014.
[4] C.  Latif,  T.  Triwikantoro,  M.  Munasir, Pengaruh Variasi Temperatur Kalsinasi Pada  Struktur  Silika. Jurnal  Sains  dan Seni  Pomits ,  vol.  3, no.1,  hal.  B4-B7,
2014.
[5] S. Saniah, S. Purnawan, S. Karina, The Characteristics  and  Mineral  Content  of Coastal Sand from Lhok Mee,
Beureunut  and  Leungah,  Aceh  Besar District. Depik Jurnal Ilmu-Ilmu
Perairan, Pesisir dan Perikanan , vol.3,
hal. 263-270, 2014.
[6] A.  Bayat,  S.  F.  Aghamiri,  A.  Moheb,
G.  R.  Vakili-Nezhaad.  Oil  Spill Cleanup  from  Sea  Water  by  Sorbent Materials. Journal of Chemical Engineering Technology , vol. 8, no. 12, 2005
[7] U.  Bisri,  A.  Lukman,  Bahan-bahan Industri Pasir Kuarsa; Direktorat Jendral Pertambangan  Umum,  Pusat Pengembangan Teknologi Mineral, Bandung, hal. 1-17. 1992. [8] S. Fairus,
Proses Pembuatan
Waterglass  dari  Pasir  Silika  dengan Pelebur  Natrium  Hidroksida. Jurnal Teknik  Kimia  Indonesia ,  vol.  8,  no.  2, hal. 56-62, 2009.
[9] J.L.  Gurav,  A. V. Rao,  D. Y. Nadargi,
H.H. Park,  Ambient  Pressure  Dried TEOS-based  Silica  Aerogels:  Good Absorbents of Organic Liquids. Journal  of  Materials  Science ,  vol.  45, no.2, hal. 503-510, 2010.
[10]  I. A. Rahman, V. Padavettan, Synthesis of  Silica  Nanoparticles  by  Sol-Gel: Size-Dependent  Properties,  Surface Modification,  and  Applications  in Silica-Polymer Nanocomposites.
Journal  of  Nanomaterials ,  vol.    2012, hal. 1-15, 2012.
[11]  M.  Shi,  C.  Tang,  X.  Yang,  J.  Zhou,  F. Jia,  Y.  Han,  Z.  Li.  Superhydrophobic Silica Aerogels Reinforced with Polyacrylonitrile  Fibers  for  Adsorbing Oil  From  Water  and  Oil  Mixtures. RSC Advances , vol. 7, hal. 4039-4045,  2017.