## Indonesian Journal of Pure and Applied Chemistry
journal homepage: http://jurnal.untan.ac.id/index.php/IJoPAC
SINTESIS DAN KARAKTERISASI SILIKA GEL DARI LIMBAH KACA SERTA APLIKASINYA PADA KROMATOGRAFI KOLOM
Verry Andre Fabiani 1* , Nelly Wahyuni 2 , Ridho Brilliantoro 2 , Mellisa Nurul Safitri 2
1 Jurusan Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Bangka Belitung
2 Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Tanjungpura
* Corresponding author: verry-andre@ubb.ac.id ARTICLE INFO

## ABSTRACT
Article history: Received 21 May 2018 Accepted 28 May 2018 Available online 26 June 2018 Keywords: Column chromatography Glass waste Hydrochloride acid Silica gel Silica  gel  synthesis  from  glass  waste  have  been  carried  out  with activation  and  purification  method  by  using  hydrochloride  acid. Hydrochloride  acid  were  varied  8  N,  10  N,  and  12  N  to  observe optimum concentration in purification of silica gel and component separation in chromatography column. Gravimetric analysis result showed 12 N hydrochloride acid produce ~100 % silica. XRD and FTIR  analysis  revealed  that  synthetic  gel  silica  was  amorphous where its IR absorption bands were at 3426 cm -1 , 1620 cm -1 , 1080 cm -1 ,  772  cm -1 and  478  cm -1 .  The  absorption  bands  agreed  to standard  gel  silica  and  spectrum.  The  most  effective  HCl  in  gel silica  synthesis  was  12  N,  caused  by  its  ability  to  separate  color component in a column. The synthetic silica that can be applied as stationary phase in column chromatography.
© 2018 IJoPAC. All rights reserved

## 1. Pendahuluan
Silika gel merupakan suatu bentuk dari silika yang dihasilkan melalui proses penggumpalan sol menjadi  material  padat.  Silika  gel  tersusun  oleh  unit  [SiO 4 ] 4- yang  tersusun  acak  sehingga menghasilkan  struktur  yang  tidak  beraturan [1] . Silika  gel  bersifat  amorf  dengan  kapasitas penyerapan yang tinggi [2] . Sifat ini menjadikan silika gel dimanfaatkan sebagai adsorben logam berat [3] , desikan [4] dan penyangga katalis [5] . Silika gel juga bersifat inert dan tidak beracun serta memiliki  titik  leleh  yang  tinggi.  Pada  skala  laboratorium,  silika  gel  biasa  digunakan  untuk pemisahan  senyawa  organik  pada  analisis  kromatografi  kolom [6] .  Penggunaan  silika  gel  pada kromatografi kolom umumnya membutuhkan kuantitas silika gel yang cukup banyak, sedangkan secara  ekonomis  harga  silika  gel  cukup  mahal.  Hal  ini menyiratkan  bahwa  diperlukan  cara alternatif  untuk  memperoleh  silika  gel  dengan  kualitas  baik  namun  memiliki  nilai  ekonomis yang tinggi.
Sintesis  silika  gel  menggunakan  sumber  silika  dari  alam  dapat  menjadi  alternatif  dan inovasi baru untuk menciptakan material amorf fungsional. Salah satu sumber silika yang tidak teroptimalkan yaitu limbah kaca. Sifat kaca yang sulit terdekomposisi oleh mikroorganisme di alam  mendorong  peneliti  untuk  mengoptimalkan  potensi  limbah  kaca  menjadi  suatu  material fungsional.  Hingga  saat  ini,  pengolahan  limbah  kaca  telah  dimanfaatkan  sebagai  bahan campuran  beton [7] ,  bahan  campuran  pembuatan  semen [8] ,  resin  penukar  ion [9] dan  media filtrasi air [10] . Limbah kaca mengandung silika (SiO 2 ) sekitar 72,1 % [11] . Tingginya kandungan
silika (SiO 2 ) dalam limbah kaca menyiratkan bahwa silika gel dapat disintesis dari bahan kaca. Pada  penelitian ini,  limbah kaca berperan sebagai  bahan  baku  pembuatan  silika  gel, sehingga luaran  penelitian  ini  diperoleh  silika  gel  yang  bernilai  ekonomis.  Silika  gel  sintetik  ini diharapkan  dapat  berfungsi  sebagai  fase  diam  dalam  kromatografi  kolom  sehingga  dapat mengatasi permasalahan dalam analisis di laboratorium berkaitan dengan harga silika gel yang cukup mahal.
Pada penelitian ini dilakukan sintesis silika gel dari limbah kaca. Sintesis silika gel dilakukan melalui  dua  tahap,  yakni:  pemanasan  dan  pemurnian  dengan  variasi  konsentrasi  asam. Karakterisasi  silika  gel  sintetis  meliputi  identifikasi  dengan  gravimetri,  FTIR,  XRD,  dan  uji aplikasi  silika  gel  sintetik  sebagai  fase  diam  melalui  variasi  kepolaran  fase  gerak  pada kromatografi kolom dengan silika gel standar sebagai pembanding. Uji aplikasi silika gel sintetik sebagai fase diam dilakukan agar dapat diketahui potensi silika gel sintetik sebagai fase diam dalam kromatografi kolom.

## 2. Bahan dan  Metode

## 2.1. Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu asam klorida, aseton, etanol, kloroform, limbah kaca, n-heksana, silika gel standar Merck. Alat yang digunakan dalam penelitian ini yaitu ayakan  100 mesh, furnace,  hotplate,  oven,  neraca analitik,  peralatan  gelas, Fourier Transform Infra-Red (FTIR) Shimadzu, X-Ray Diffraction (XRD) PANalytical.

## 2.2.Prosedur Penelitian Preparasi Limbah Kaca
Bahan  baku  yang  digunakan  pada  sintesis  silika  gel  ini  berasal  dari  limbah  kaca  yang diperoleh dari tempat pengolahan sampah. Persiapan bahan baku meliputi pengumpulan serta destruksi limbah kaca menjadi serbuk kaca yang selanjutnya digunakan sebagai sampel.

## Sintesis Silika Gel dari Limbah Kaca
Proses pemanasan serbuk kaca dilakukan dengan menggunakan alat tanur pada temperatur 600 0 C  selama  1,5  jam.  Serbuk  kaca  hasil  pemanasan  sebagai  silika  aktif  ini,  selanjutnya dimurnikan  dengan  metode  pengasaman.  Proses  ini  dilakukan  dengan  cara  menempatkan sampel  (silika  aktif)  masing-masing  sebanyak  400  gram  dalam  3  buah  gelas  beaker,  lalu ditambahkan 50 mL akuades panas. Selanjutnya, ditambahkan pula 125 mL larutan asam klorida (HCl) dengan variasi konsentrasi 8 N, 10 N, dan 12 N, lalu didiamkan selama 24 jam. Sampel kemudian dicuci dengan akuades (H 2 O) sebanyak 2 kali, lalu diasamkan kembali dengan variasi konsentrasi  yang  sama  (8  N,  10  N,  dan  12  N)  dan  didiamkan  selama  24  jam.  Perlakuan selanjutnya  adalah  pencucian  sampel  dengan  akuades  hingga  filtrat  menjadi  bening,  lalu dikeringkan dalam oven pada suhu 90 o C selama 3 hari. Silika gel sintetik yang dihasilkan ini kemudian ditempatkan dalam botol vial tertutup.

## Karakterisasi Silika Gel Sintetik
Karakterisasi  dilakukan  melalui  beberapa  metode  analisis  yaitu  :  penentuan  kandungan silika  (Si)  dengan  gravimetri,  identifikasi  gugus  fungsi  dengan  FTIR  ( Fourier  Transform  Infra Red ), identifikasi struktur dengan XRD ( X-Ray Diffraction ), dan uji daya guna silika gel sintetik sebagai fase diam melalui variasi kepolaran fase gerak pada kromatografi kolom dengan silika gel standar sebagai pembanding.

## 3. Hasil dan Pembahasan
3.1 Sintesis Silika Gel dari Limbah Kaca
Sampel  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  merupakan  limbah  kaca  yang  berasal  dari pecahan  kaca  peralatan  rumah  tangga  dengan  tekstur  bening  dan  tidak  berwarna.  Preparasi limbah kaca diawali pencucian dengan air bersih hingga pengotor hilang. Limbah kaca kemudian dikeringkan  dibawah  sinar  matahari  dan  didestruksi  menggunakan  alat  penggiling. Hasil  dari proses destruksi ini berupa serbuk kaca dengan ukuran partikel yang belum homogen. Limbah kaca  kemudian  diayak  menggunakan  ayakan  100  mesh  agar  dihasilkan  serbuk kaca  dengan ukuran partikel yang seragam dan luas permukaan yang besar. Semakin besar luas permukaan maka sintesis silika gel dapat berlangsung secara optimal.
Sintesis  silika  gel  secara  garis  besar  dibagi  dalam  dua  tahap,  yaitu  pemanasan  dan pemurnian.  Proses  pemanasan  dilakukan  dengan  menggunakan furnace pada  suhu  600 o C selama 1,5 jam. Proses ini disebut sebagai tahap aktivasi fisik serbuk kaca. Aktivasi serbuk kaca dilakukan untuk meningkatkan sisi aktif pada silika dan menghilangkan unsur-unsur pengotor yang terkandung didalamnya. Selain itu, tahap ini juga bertujuan untuk merenggangkan ikatan penyusun bahan kaca yang berupa polimer Si-O, sehingga pada proses pengasaman diharapkan ion H + dapat lebih mudah berikatan dengan Si-O membentuk Si-OH yang merupakan struktur penyusun  silika  gel.  Proses  pemanasan  ini  menghasilkan  serbuk  kaca  aktif  yang  berwarna kecoklatan (Gambar 1).
Gambar 1. Serbuk kaca aktif
Serbuk  kaca  aktif  kemudian  dimurnikan  melalui  metode pengasaman  dengan menggunakan larutan asam klorida (HCl). Penggunaan HCl didasarkan pada kemampuan asam klorida melarutkan oksida oksida logam dalam jumlah kecil yang terkandung dalam kaca seperti Na 2 O,  CaO,  Al 2 O 3 ,  MgO  dan  K 2 O [9],[12] sehingga  diharapkan  diperoleh  kandungan  silika  (SiO 2 ) yang  cukup  tinggi.  Unsur  silika  memiliki  ketahanan  yang  tinggi  terhadap  pelarutan  dengan larutan  asam  pekat  sehingga  diharapkan  senyawa  selain  silika  yang  larut.  Pada  metode  ini, dilakukan pengasaman dengan berbagai variasi konsentrasi HCl, yaitu 8 N, 10 N, dan 12 N.
SiO 2 (s) + 4HCl (aq) → SiCl 4 (s) + 2H 2 O (l) SiCl 4 (s) + 4H 2 O (l) ⇋ Si(OH) 4 (aq) + 4HCl (aq)
Penambahan  HCl  menyebabkan  terbentuknya  gugus  silanol  (Si-OH)  akibat  terjadinya penyisipan ion H + pada gugus siloksan (Si-O-Si). Pembentukan gugus silanol merupakan tahap utama  dari  proses  sintesis  silika  gel  dari  limbah  kaca.  Hal  ini  bertujuan  untuk  menghasilkan silika gel yang identik dengan silika gel standar berdasarkan struktur penyusunnya. Tahapan  selanjutnya  yaitu  pencucian  sampel  dengan  akuades  hingga  filtrat  menjadi bening.  Penambahan  akuades  ini  bertujuan  untuk  menghilangkan  ion-ion  Cl - dan  membetuk asam  silikat,  Si(OH) 4 yang  kemudian  terpolimerisasi.  Silika  gel  hasil  pencucian  kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 90 o C selama 3 hari untuk menghilangkan molekul H 2 O yang masih tersisa.
a b c
Gambar 2. Silika gel sintetik a) 8N, b) 10N, dan c) 12N

## 3.2 Karakterisasi Silika Gel Sintetik
Kadar silika pada limbah kaca ditentukan dengan analisis gravimetri. Hasil analisis dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 1. Hasil analisis gravimetri silika gel sintetik
Konsentrasi HCl Kadar Silika (%) 8 N 98,31 10 N 99,58 12 N 99,76
Berdasarkan tabel 1 terlihat semakin tinggi konsentrasi asam, maka kadar silika yang dihasilkan semakin  besar.  Hal  ini  disebabkan  karena  pada  konsentrasi  asam  yang  lebih  tinggi,  kapasitas asam  klorida  melarutkan  oksida  logam  selain  silika  sangat  besar.  Konsentrasi  HCl    optimum untuk menghasilkan kadar silika yang tinggi pada limbah kaca yaitu konsentrasi 12 N.

## Gambar 3. Difraktogram silika gel sintetik 12 N
Gambar  3  menunjukkan  bahwa  silika  gel  dari  limbah  kaca  memiliki  struktur  amorf  yang didominasi oleh mineral kuarsa (SiO2). Hal ini ditunjukkan oleh puncak difraksi tertinggi pada 2 θ = 29,32 o yang merupakan puncak khas dari mineral kuarsa ( quartz ). Fasa kuarsa terbentuk akibat proses pemanasan kaca pada suhu 600 o C. Silika akan kurang reaktif jika dipanaskan pada suhu tinggi (> 870 o C) karena akan terbentuk fasa kristalin berupa crystobalite dan tridymite [14] .
Quartz
Selanjutnya, karakterisasi dilakukan dengan analisis spektrofotometri infra merah (IR). Analisis ini  bertujuan  untuk  mengidentifikasi  gugus  fungsi  pada  silika  gel  sintetik.  Hasil  analisis ditunjukkan melalui spektrum IR pada gambar 4.
Gambar 4. Spektrum inframerah dari a) silika gel sintetik 12 N dan b) Silika Gel 60, Merck Gambar  4  menunjukkan  bahwa  silika  gel  sintetik  dari limbah  kaca  memiliki  karakteristik spektrum  inframerah  yang  mirip  dengan  spektrum  inframerah  pada  silika  gel  standar  Merck yang telah diteliti sebelumnya [13] .
Tabel 2. Data bilangan gelombang pita Serapan IR pada silika gel sintetik dari limbah kaca
Silika Gel Standar
Merck 60 (cm -1 ) Silika Gel Sintetik (cm -
1 ) Interpretasi Referensi 3431,1 3425,58 Vibrasi ulur -OH dari Si-OH [15] 1639,4 1620,21 Vibrasi tekuk -OH dari molekul air [15] 1103,2 1080,14 Vibrasi ulur asimetri Si-O dari Si-O-Si [15] 806,2 771,53 Vibrasi ulur simetri Si-O dari Si-O-Si [15] 466,7 478,35 Vibrasi tekuk Si-O dari Si-O-Si [15]
Tabel 2 menunjukkan bahwa silika gel sintetik lebih didominasi oleh gugus siloksan (Si-O- Si) daripada gugus silanol (Si-OH). Hal tersebut ditunjukkan dengan tidak adanya serapan pada bilangan gelombang ± 900 cm -1 yang merupakan serapan khas dari gugus silanol (Si-OH), selain itu terdapat serapan melebar dengan intensitas rendah pada 3425,58 cm -1 . Nilai  bilangan  gelombang  ini  khas  untuk  setiap  gugus  fungsi  karena  setiap  gugus  fungsi menyerap  energi  yang  berbeda  satu  sama  lain [15] .  Silika  gel  sintetik  juga  masih  mengandung molekul  air  dengan  adanya  pita  serapan  pada  1620,21  cm -1 .  Hal  ini  mengindikasikan  bahwa sintesis  silika  gel  dengan  metode pemanasan  dan  pemurnian  asam  klorida  memungkinkan terbentuknya gugus siloksan (Si-O-Si) yang dominan dan mengandung molekul air. Berdasarkan analisis XRD dan FTIR dapat diketahui bahwa silika gel telah berhasil disintesis dari limbah kaca.

## 3.3 Uji Aplikasi Silika Gel Sintetik pada Kromatografi Kolom
Uji  aplikasi  silika  gel  sintetik  sebagai  fase  diam  dalam  kolom  kromatografi  merupakan metode  karakterisasi  yang  dilakukan  selanjutnya.  Uji  aplikasi  ini  dilakukan  melalui  variasi kepolaran fase gerak pada kromatografi kolom dengan silika gel standar sebagai pembanding. Fase  gerak  yang  digunakan  terdiri  atas  3  jenis,  yaitu  kloroform,  n-heksana,  serta  campuran etanol  dan  aseton  (8  :  2).  Melalui  uji  aplikasi  ini,  diketahui  bahwa  silika  gel  sintetik  dapat berperan  sebagai  fase  diam  dalam  kromatografi  kolom.  Hal  ini  didasarkan  pada  perolehan fraksi-fraksi  pemisahan  komponen  sampel  (ekstrak  daun  pepaya)  pada  masing-masing  fase gerak  yang  digunakan,  sehingga  kegunaan  silika  gel  sintetik  ini  diketahui  mampu  berperan sebagai fase diam dalam kromatografi kolom.
Pola  pemisahan  komponen  sampel  pada  kromatografi  kolom  dengan  menggunakan  silika gel  sintetik  ini,  dapat  dilihat  secara  visual  sebagai  pita-pita  warna,  antara  lain  warna  kuning pucat,  kuning,  kuning  kehijauan, hijau,  dan  hijau  pekat.  Komponen  yang  terpisah  ini  akan tampak  sebagai  pita-pita  warna  dalam  suatu  kolom.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  silika  gel sintetik dapat diaplikasikan sebagai fase diam dalam kromatografi kolom berdasarkan hasil dari uji aplikasi yang telah dilakukan maupun hasil karakterisasi lainnya.
Gambar 5. a) Silika gel sintetik pada kolom kromatografi; b) Ekstrak daun pepaya saat dimasukkan ke kolom; c) Pemisahan komponen warna pada ekstrak daun pepaya

## 4. Kesimpulan
Silika  gel  sintetik  dari  limbah  kaca  berhasil  disintesis  dengan  metode  pemanasan  dan pemurnian menggunakan asam klorida. Kadar silika pada silika gel sintetik menggunakan HCl 12  N    yaitu  sebesar  ~100  %.  Silika  gel  sintetik  bersifat  amorf  dan  memiliki  pita serapan spektrum inframerah pada bilangan gelombang 3426 cm -1 , 1620 cm -1 , 1080 cm -1 , 772 cm -1 , dan 478  cm -1 yang  merupakan  pita  serapan  khas  dari  silika  gel  standar. Silika  gel  sintetik  dapat diaplikasikan sebagai  fase  diam  dalam  kromatografi  kolom  berdasarkan  hasil  dari uji  aplikasi pada kolom kromatografi.

## Ucapan terima kasih
Ucapan terimakasih diberikan kepada DIKTI atas bantuan dana penelitian melalui skim Program Kreatifitas Mahasiwa Bidang Penelitian.
a b c

## Referensi
[1]. Hessien, M. M., Rashad, M. M., Zaky, R. R., Abdel-Aal, E. A. & El-Barawy, K. A., Controlling the  synthesis  conditions  for  silica  nanosphere  from  semi-burned  rice  straw . Materials Science  and  Engineering  B:  Solid-State  Materials  for  Advanced  Technology , 162(1) : (2009).
[2]. Gómez,  J.  M.,  Galán,  J.,  Rodríguez,  A.  &  Walker,  G. M.,  Dye  adsorption  onto mesoporous materials: PH influence, kinetics and equilibrium in buffered and saline media. J. Environ. Manage. , 146 : 355–361 (2014).
[3]. Najafi, M., Yousefi, Y. & Rafati, A. A., Synthesis, characterization and adsorption studies of several heavy metal ions on amino-functionalized silica nano hollow sphere and silica gel. Sep. Purif. Technol. , 85 : 193–205 (2012).
[4]. Yao,  Y.,  Zhang,  W.  &  Liu,  S.,  Feasibility  study  on  power  ultrasound  for  regeneration  of silica  gel-A  potential  desiccant  used  in  air-conditioning  system. Appl.  Energy , 86(11) : 2394–2400 (2009).
[5]. Liu, X., Wang, A., Zhang, T., Su, D. S. & Mou, C. Y., Au-Cu alloy nanoparticles supported on silica gel as catalyst for CO oxidation: Effects of Au/Cu ratios. Catal. Today , 160(1) : 103– 108 (2011).
[6]. Tungkananurak,  K.,  Kerdsiri,  S.,  Jadsadapattarakul,  D.  &  Burns,  D.  T.,  Semi-micro preparation  and  characterization  of  mesoporous  silica  microspheres  from  rice  husk sodium silicate using a non-ionic surfactant as a template: Application in normal phase HPLC columns. Microchim. Acta , 159(3–4) : 217–222 (2007).
[7]. Ali, E. E. & Al-Tersawy, S. H., Recycled glass as a partial replacement for fine aggregate in self compacting concrete. Constr. Build. Mater. , 35 : 785–791 (2012).
[8]. Torres-Carrasco,  M.  &  Puertas,  F.,  Waste  glass  as  a  precursor  in  alkaline  activation: Chemical process and hydration products. Constr. Build. Mater. , 139 : 342–354 (2017).
[9]. Coleman, N. J., Li, Q. & Raza, A., Synthesis, structure and performance of calcium silicate ion exchangers from recycled container glass. Physicochem. Probl. Miner. Process. , 50(1) : 5–16 (2014).
[10]. Korkosz,  A.,  Ptaszynska,  A.,  Hanel,  A.,  Niewiadomski,  M.  &  Hupka,  J.,  Cullet  as  filter medium for swimming pool water treatment. Physicochem. Probl. Miner. Process. , 48(1) : 295–301 (2012).
[11]. Vafaei,  M.  &  Allahverdi,  A.,  High  strength  geopolymer  binder  based  on  waste-glass powder. Adv. Powder Technol. , (October) : 1–8 (2016). doi:10.1016/j.apt.2016.09.034
[12]. Zhu, H. Y., Chen, W., Zhou, W. & Byars, E. A., Expansion behaviour of glass aggregates in different testing for alkali-silica reactivity. Mater. Struct. , 42(4) : 485–494 (2009).
[13]. Sriyanti.,  Taslimah.,  Nuryono.  &  Narsito.,  Pengaruh  Keasaman  Medium  Dan  Imobilisasi Gugus Organik Pada Karakter Silika Gel Dari Abu Sekam Padi. Jska , VIII(3) : 1–12 (2005).
[ 14]. Scott, R.P.W. Silica Gel and Bonded Phases . John Wiley & Sons Ltd. Chichester. (1993).
[15]. Silverstein, R.M. Webster, F.X. & Kiemle, D.J. Spectrometric Identification of Organic Compounds . John Wiley & Sons. (2005).