## AKTA KIMIA

## INDONESIA
Ekstraksi Titanium Dioksida (TiO 2 ) Anatase Menggunakan Metode Leaching dari Pasir Mineral Tulungagung
Istiqomah 1 ; Putri, A 2 ; Patmawati, T 3 ; Rohmawati, L 4 ; Setyarsih, W 5.
Departemen Fisika, Universitas Negeri Surabaya, UNESA. Kampus UNESA Ketintang, Surabaya

## Abstract
The  purpose  of  this  research  is  to  extract  anatase  titanium  dioxide  by  leaching  method using sulfuric acid from mineral sand of Tulungagung. Anatase extraction was carried out with magnetic separation and characterized by XRF, which found that the main compounds in  the  mineral  sand  are  Fe 2 O 3 and  TiO 2 with  a  percentage  are    83.35%  and  12.20%. Furthermore,  the  magnetic  powder  is  dissolved  with  H 2 SO 4 ,  and  continued  with  vacuum pump,  the  result  is  a  filtrate  which  neutralized  with  distilled  water  to  form  a  precipitate. The  precipitate  was  calcined  at  600°C  for  2  hours.  After  that  XRD  characterization  was performed  to  determine  the  desired  anatase  TiO 2 phase  by  analyzing  using  Match! software and rietveld. The analysis results showed that a single phase anatase TiO 2 with a nanocrystalline size of 2.41 nm was formed.
Keywords : Tulungagung Mineral Sand, Leaching, Titanium Dioxide Anatase.

## Abstrak
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  mengekstraksi  titanium  dioksida  anatase  menggunakan  metode leaching asam sulfat dari pasir mineral Tulungagung. Ekstraksi anatase dilakukan dengan proses separasi magnetik dan dikarakterisasi XRF, dimana  hasilnya menunjukkan senyawa utama dalam pasir  mineral  adalah  Fe 2 O 3 dan  TiO 2 yang  memiliki  persentase  sebesar  83,35%  dan  12,20%. Selanjutnya  serbuk  magnetik  dilarutkan  dengan  H 2 SO 4 ,  dan  di  vacuum  pump,  hasilnya  berupa filtrat  yang dinetralkan  dengan aquades  hingga  terbentuk  endapan.  Endapan  tersebut  dikalsinasi pada  suhu  600°C  selama  2  jam.  Setelah  itu  dilakukan  karakterisasi  XRD  untuk  mengetahui  fasa TiO 2 anatase  yang  diinginkan  dengan  menganalisis  menggunakan  sofware  match!  dan  rietveld. Hasil  analisis  yang  didapatkan  menunjukkan  bahwa  telah  terbentuk  fasa  tunggal  TiO 2 anatase dengan ukuran nanokristalin sebesar 2,4 nm.
Kata Kunci: Pasir Mineral Tulungagung, Leaching ,Titanium Dioksida Anatase.

## Istiqomah, dkk. Akta Kimia Indonesia 4(2), 2019, 145-151

## 1. Pendahuluan
Pasir  mineral  di  Indonesia  tersebar  di sepanjang  pantai  di  pulau  Jawa  khusunya  di pantai  utara  dan  selatan  [1].  Pada  umumnya pasir  mineral  berwarna  hitam  dan  memiliki tekstur  yang  halus.  Kandungan  utama  pada pasir  mineral  adalah  unsur  Fe  dan  Ti  yang berikatan  dengan  unsur  lainnya.  Unsur  Fe dan  Ti  akan  saling  berikatan  membentuk senyawa ilmenite (FeTiO 3 ), hematite (Fe 2 O 3 ) dan magnetite (Fe 3 O 4 )  [2].  Dari  ketiga senyawa  tersebut  yang  dapat  diekstrak menjadi  Titanium  Dioksida  (TiO 2 )  adalah senyawa ilmenite [3].  Senyawa anatase (TiO 2 )  yang diperoleh dari ekstraksi ilmenite (FeTiO 3 )  yang  merupakan  kandungan  dari pasir  pesisir  pantai  dapat  digunakan  dalam bidang  industri  kemasan  sebagai  antibakteri pada  kemasan  [4].  Di  Industri  kimia  yaitu sebagai  katalis  dan  kosmetik  [5].  Di  bidang lingkungan  sebagai  degradasi  toksik  organik [6].  Di  bidang  energi  dan  medis  sebagai bahan  dasar solar  cell energi  dan  elektroda baterai  [7]  maupun  superkapasitor  [8]  serta sebagai  bahan  pembuatan implant maupun peralatan kedokteran karena memiliki biokompatibilitas yang tinggi [9]. Di industri otomotif  sebagai  pelapis  kaca  yang  dapat menampis sinar Ultra Violet [10]. Serta pada industri kaca digunakan sebagai pelapis kaca anti  debu (self  cleaning) pada  bangunan
bertingkat  [11].  Selain  itu,  titanium  dioksida (TiO 2 ) juga banyak digunakan dalam industri penerbangan  karena  sifatnya  yang  ringan, kuat, dan lebih baik dari baja stainless dalam menahan  korosi  [12].  Titanium  dioksida memiliki  banyak  kelebihan  antara  lain harganya  murah,  stabil  secara  kimia,  tidak beracun  dan  tidak  memiliki  daya  serap terhadap cahaya tampak. Sebaliknya, titanium  dioksida  sangat  responsif  terhadap sinar  UV,  pasangan  elektron  dan hole dihasilkan  oleh  radiasi  UV  dan  mendorong adanya  reaksi  kimia  di  permukaan  material. Oleh  karena  itu  karakteristik  TiO 2 yang paling  menarik  untuk  dikaji  terletak  pada sifat  fotokimia  seperti  aktivitas  fotokatalis yang  tinggi.  Karena  alasan  tersebut  TiO 2 telah  diteliti  dari  tahun  1950  untuk memanfaatkannya sebagai fotokatalis [13][14],  elektroda  panel  surya  [15],  sensor gas [16] dan lain sebagainya.
Penelitian  oleh  Setiawati  dkk  (2017) melakukan  ekstraksi  TiO 2 dari  pasir  mineral Sukabumi  dengan  metode  hidrometalurgi yang  memiliki  banyak  kerugian  diantaranya proses  ekstraksi  berlangsung  sangat  lama karena  membutuhkan  proses  kalsinasi  pada suhu  yang  cukup  tinggi  dan  menghasilkan TiO 2 yang sangat sedikit sebab pasir mineral Sukabumi  hanya  mengandung  8%  TiO 2 . Kabupaten Tulungagung, Jawa Timur
memiliki  wilayah  pesisir  yang  cukup  luas

## Istiqomah, dkk. Akta Kimia Indonesia 4(2), 2019, 145-151
dengan  keberadaan  pasir  mineral  yang berlimpah. Sehingga berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai bahan ekstraksi titanium  dioksida  (TiO 2 ).  Pasir  mineral Tulungagung  memiliki  kadar  titanium  yang cukup  tinggi  yaitu  sebesar  18,5%  [17]. Penelitian  oleh  Mukti  dkk  (2013)  berhasil mengekstraksi  TiO 2 dari  pasir  mineral Tulungagung  yang  tidak  diketahui  secara pasti  letak  pantainya  dengan  melakukan separasi  menggunakan  magnet  sebanyak  2 kali  dan  dilanjutkan  dengan  proses  pelarutan menggunakan H 2 SO 4 ( leaching ). Penggunaan metode  leaching  sangat  menguntungkan karena  mempercepat  proses  ekstraksi  TiO 2 serta  mampu  menghasilkan  TiO 2 yang  lebih banyak  daripada  menggunakan  metode hidrometalurgi. Dilihat dari penelitian sebelumnya, peneliti akan melakukan ekstraksi TiO 2 dari pasir mineral Tulungagung  khususnya  di  Pantai  Popoh menggunakan metode leaching dengan bahan pelarut  H 2 SO 4 .  Kemudian  endapan  hasil leaching dikalsinasi pada suhu 600˚C selama 2  jam.  TiO 2 yang  telah  didapatkan  diuji XRD.

## 2. Metode Penelitian
Pasir  mineral  Tulungagung  dicuci dengan aqudes kemudian dikeringkan dengan bantuan  sinar  matahari.  Pasir  yang  telah kering  diseparasi  magnet  hingga  didapatkan
pasir  magnetik  dan  pasir  non  magnetik. Proses  separasi  magnetik  dilakukan  untuk mendapatkan TiO 2 yang hanya terdapat pada senyawa  ilmenit  (FeTiO 3 ) dalam  pasir magnetik. Pasir magnetik dihaluskan menggunakan  mortal  dan  alu  hingga  lolos ayakan 200 mesh. Serbuk magnetik diseparasi kembali untuk memisahkan serbuk magnetik  dan  serbuk  non  magnetik.  Hasil separasi  magnet  dikarakterisasi  XRF  untuk mengetahui kandungan senyawa di dalamnya.  Selanjutnya  serbuk  magnetik dilarutkan  ke  dalam  larutan  H 2 SO 4 dan distirer  pada  suhu  120˚C  hingga  terbentuk slurry . Slurry yang  didapatkan  dipompa vakum  untuk  memisahkan  endapan  dan filtrat.  Kemudian  filtrat  dinetralkan  dengan menambahkan  aquades  dan  dipanaskan  pada suhu  200˚C  hingga  terbentuk  endapan. Endapan  tersebut  dicuci  dengan  aquades hingga  pH  netral  dan  dikeringkan.  Endapan yang  telah  kering  dikalsinasi  pada  suhu 600˚C  selama  2  jam.  TiO 2 yang  didapatkan dikarakterisasi  XRD  untuk  mengetahui  fasa yang terbentuk dan ukuran nanokristalinnya.

## 3. Hasil dan pembahasan
Hasil karakterisasi X-Ray Fluorescence serbuk magnetik hasil separasi magnet kedua menunjukkan kandungan senyawa di dalamnya yang disajikan pada Tabel 1.

## Tabel 1. Persentase Senyawa Pasir

## Istiqomah, dkk. Akta Kimia Indonesia 4(2), 2019, 145-151

## Mineral Hasil Karakterisasi XRF
Hasil Karakterisasi XRF
Fe 3 O 3 83,35% TiO 2 12,2% V 2 O 5 0,66%
P 2 O 5 0,46% MnO 0,37% CaO 0,34%
Dari  tabel  di  atas  menunjukkan  bahwa pasir  mineral  memiliki  kandungan  senyawa utama  Fe 2 O 3 dan  TiO 2 .  Kandungan  TiO 2 pada  pasir  mineral  Tulungagung  yang digunakan  lebih  rendah  daripada  pasir mineral  Tulungagung  milik  Mukti  dkk. Selisih antara keduanya sebesar 6,3%. Hal ini disebabkan  oleh  perbedaan  lokasi  pantai tempat  pengambilan  pasir.  Serbuk  magnetik digunakan pada proses leaching menggunakan asam
sulfat untuk
mendapatkan  titanium  dioksida anatase .
Titanium  dioksida  anatase  yang  didapatkan dikarakterisasi menggunakan
X-Ray
Diffraction dan  dianalisis  dengan software Match! untuk mengetahui fasa yang terbentuk  dan rietveld untuk  mengetahui ukuran  nanokristalin  TiO 2 anatase.  Hasil analisis dengan software Match! ditunjukkan oleh Gambar 1.
Pada gambar hasil analisa Match! dapat diketahui  puncak  paling  tinggi  terletak  pada sudut  difraksi  2θ  sebesar  25,17°  dengan
orientasi  kristal  (011).  Dari  difraktogram tersebut  menunjukkan  bahwa  fase anatase telah  terbentuk  secara  menyeluruh  pada sampel  yang  diuji  (serbuk  TiO 2 )  dan  dapat dilihat  dari  tingginya  intensitas  relatif  dan kesesuaian  sudut  hamburan  sinar-X  yang dihasilkan.
Gambar 1. Pola difraksi sampel TiO 2 anatase dari analisis software Match!
Berdasarkan  gambar  1  di  atas  terlihat bahwa  puncak  dari  sampel  uji  ini  memiliki kecocokan  dengan standard  spectrum dari JCPDS Card No.10737.  Data  puncak difraktogram sampel hasil uji XRD disajikan pada Tabel 2.
Tabel 2. Data perbandingan puncak difraktogram hasil XRD
Peak (2θ) dari hasil XRD
Sampe l 25.
17 ˚ 36. 89 ˚ 37. 67 ˚ 47. 92 ˚ 53. 77 ˚ 54. 94 ˚ 62. 55 ˚ 68. 63 ˚ 70. 18 ˚ 74. 92 ˚ 75. 92 ˚ 82. 59 ˚
Data JCPD S 25. 23 ˚ 36. 78 ˚ 37. 56 ˚ 47. 91 ˚ 53. 58 ˚ 54. 91 ˚ 62. 42 ˚ 68. 36 ˚ 70. 09 ˚ 74. 70 ˚ 75. 81 ˚ 82. 35 ˚

## Istiqomah, dkk. Akta Kimia Indonesia 4(2), 2019, 145-151
Hasil  analisis  menggunakan software rietica ditunjukkan oleh Gambar 2.
Gambar 2. Pola difraksi sampel TiO2 anatase dari analisis software Rietica
Dari  analisa  dengan software  rietica dapat  diketahui  ukuran  kristalin  sampel adalah  sebesar  2,40  nm.  Ukuran  kristalin  ini menunjukkan  bahwa  serbuk anatase yang dihasilkan  mempunyai ukuran  kristalin dengan besaran nano sehingga dapat dikatakan  sebagai  nanokristalin.  Ukuran kristalin  juga  dapat  diketahui  melalui perhitungan menggunakan persamaan
Scherrer yaitu
D=Kλ/βCosθ
Dimana  D  adalah  ukuran  kristalin  TiO 2 ,  λ adalah  panjang  gelombang  sinar  difraksi sinar-X, B adalah FWHM yang menunjukkan setengah lebar puncak difraksi maksimum, K adalah  koefisien  (0,9)  dan  θ  adalah  sudut defraksi  pada  intensitas  difraksi  maksimum. Berdasarkan  hasil  perhitungan  didapatkan nilai  ukuran  kristalin  TiO 2 sebesar  2,41  nm.
Selain  itu  dari  hasil  analisis  juga  dapat
diketahui  parameter  kisi  dari  sampel  yaitu dengan nilai a = b = 3,7845 Å dan c = 9,5143 Å  yang  menunjukkan  bahwa anatase memiliki struktur kristal tetragonal.

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  penelitian  tersebut menunjukkan bahwa pasir mineral Tulungagung memiliki senyawa utama berupa  Fe 2 O 3 dan  TiO 2 dengan  persentase 83,35%  dan  12,20%.  Nano  kristalin  TiO 2 anatase  telah  terbentuk  pada  suhu  kalsinasi 600˚C dengan holding time 2 jam. Fasa yang terbentuk  merupakan  fase  tunggal  TiO 2 anatase.  Ukuran  kristalin  TiO 2 anatase sebesar 2,41 nm.

## Ucapan Terimakasih
Penulis mengucapkan terimakasih kepada  Kementrian  Riset  dan  Teknologi Pendidikan  Tinggi  serta  dosen  pembimbing yang  telah  membimbing  riset  kami  hingga mendapatkan hasil yang sesuai.

## Daftar Pustaka
1. Iftitah,  Ajeng.,  Istiqomah  dan  Mufida,
Rahayu.2018. Sintesis Titanium Dioksida (TiO 2 ) Dari Pasir Besi Pesisir Tulungagung Dengan Proses Leaching/Hidrometalurgi .  Universitas
Negeri Surabaya
2. Setiawati,  L.  D.,  Rahman,  T.  P., Nugroho,  D.  W.,  Nofrizal,  Ikono,  R., Suryandaru,  Rochman,  N.  T.2013.

## Istiqomah, dkk. Akta Kimia Indonesia 4(2), 2019, 145-151
Ekstraksi  Titanium  Dioksida  (TiO 2 )
dari Pasir Besi dengan Metode Hidrometalurgi. Prosiding  Semirata FMIPA Universitas Lampung .
3. Hamdi,  M.2013.  XRD  dan  EDXRF
Analysis of Anatase Nano-TiO 2
Synthesized  from  Mineral  Precursors.
Advanced  Materials  Research,  620 , 179-185.
4. Augusu,  L., & Yuliana.2017.  Fabrikasi
Komposit Graphene/TiO 2 /PANi sebagai Bahan Elektroda Baterai Lithium-Ion. Jurnal  Aplikasi  Fisika Kendari, 13 .
5. Ko, H.-H., Chen, H.-T., Yen, F.-L., Lu, W.-C.,  Kuo, C.-W., Wang, M.-C.2012. Preparation  of  TiO 2 Nanocrystallite Powders  Coated  with  9mol%  ZnO  for Cosmeic  Applications  in  Sunscreens. International  Journal  of  Molecular Aciences, 13 , 1658-1669.
6. Zhang,  X.,  Du,  A.  J.,  Lee,  P.,  Sun,  D. D., & Leckie, J. O.2008, January. TiO 2 Nanowire  membrane  for  concurrent filtration  and  photocatalytic  oxidation of  humic  acid  in  water. Journal  of Membrane Science, 313 , 44-51.
7. Augusu  &  Yuliana.  2017.  Fabrikasi
Komposit Graphene/TiO 2 /PANi sebagai Bahan Elektroda Baterai Lithium-Ion. Jurnal  Aplikasi  Fisika Kendari, 13 .
8. Kim,  H.,  Cho,  M.-Y.,  Kim,  M.-H., Park,  K.-Y.,  Gwon,  H.,  Lee,  Y.,Kang, K.2013.  A  Novel  High-Energy  Hybrid Supercapcitor  with  an  Anatase  TiO 2 - Reduced  Graphene  Oxide  Anode  and an Activated Carbon Cathode.
Advanced Energy Materials .
9. Manikandan,  K.,  Ahamed,  A.  J.,
Thirugnanasundar, A., & Brahmanandhan,  G.  M.2015.  A  Novel Approach to Synthesis and Characterization  of  Titanium  dioxide Nanoparticles for Photocatalytic Applications. Digest Journal of Nanomaterials  and  Biostructures,  10 , 1427-1437.
10. Astuti,  &  Ningsi,  S.2017.  Sintesis  dan Karakterisasi  Nanopartikel  Titanium Dioksida (TiO 2 ) Menggunakan Metode Sonokimia. Jurnal Ilmu Fisika (JIF), 9 , 26-32.
11. Filippou,  D.,  &  Hudon,  G.  2009.Iron removal  and  recovery  in  the  titanium dioxide feedstock and pigment industries. JOM, 61 , 36-42.
12. Lu,  C.,  and  Chen,  Z.2009.  High temperature  resistive  hydrogen  sensor based  on  thin  nanoporous  rutile  TiO 2 film  on  anodic  aluminium  oxide. Sensors  and  Actuators  B:  Chemical,
140 , 109-115.

## Istiqomah, dkk. Akta Kimia Indonesia 4(2), 2019, 145-151
13. Fujishima and Hondam. 1972. Electrochemical  photolysis  of  water  at a semiconductor electrode, Nature 238,
37–38.
14. Linsebigler, Lu, Yates.1995.Chem. Rev. 95, 735–758.
15. B.  O’Regan&Atzel.1991.Nature  353, 737–739.
16. Hasegawa, Sasaki, Matsuhara.1993.Sens.  Actuator  B  13– 14, 509–510.
17. Mukti,  L.  A.2013.  Ekstraksi  TiO 2
Berbasis Pasir Kabupaten Tulungagung melalui  Proses  Magnetic  Separation dan Leaching
H 2 SO 4 serta
Karakterisasi Konstanta Dielektrik.
Skripsi .