## KARAKTERISASI NANOSILIKA DARI ABU TERBANG
( FLY ASH ) PT. BOSOWA ENERGI JENEPONTO DENGAN MENGGUNAKAN METODE ULTRASONIC
Ika Desianti, Rahmaniah, dan Sri Zelviani Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, UIN Alauddin Makassar Email: ikadesianti11@gmail.com, nia.physics08.uin@gmail.com, sri.zelviani@uin-alauddin.ac.id
Abstract: This  research  aims  at  the  process  of  making  fly  ash nanosilica  using  ultrasonic  methods  and  to  determine  the characterization of nanosilica from fly ash. Many studies have shown that  fly  ash  contains  silica.  The  process  of  extracting  silica  from  fly ash  uses  the  reflux  method  extraction  process.  Meanwhile,  the process of making silica nanoparticles uses ultrasonic methods. The ultrasonic  method  is  a  method  for  breaking  particles  by  utilizing ultrasonic  waves  with  a  high  frequency  that  is  above  20  kHz.  The resulting  silica  was  divided  into  three  with  each  different  treatment, namely  silica  without  sonication  (TN),  silica  with  sonication  process for 60 minutes (N60) and for 120 minutes (N120). The silica each has a percentage of elements (%) ie 23.13%, 20.25% and 17.82%.
Keywords : fly ash, silica, nanosilica, ultrasonic.

## 1. PENDAHULUAN
Menurut  laporan  kerja  PT.  Bosowa  Energi  Jeneponto  Produksi  batubara diperkirakan  sekitar  satu  juta  ton  tiap  tahunnya.  Dari  pembakaran  batubara dihasilkan sekitar 5% polutan padat yang berupa abu ( fly ash dan bottom ash ), di mana sekitar 10-20% adalah bottom ash dan sekitar 80-90% fly ash dari total abu yang dihasilkan.
Abu  terbang  ( fly  ash )  merupakan  limbah  industri  yang  dihasilkan  dari pembakaran batubara yang memiliki ukuran butiran yang halus, berwarna keabu- abuan  dan  diperoleh  dari  hasil  pembakaran  batubara.  Pada  intinya fly  ash mengandung  unsur  kimia  antara  lain  silika  (SiO 2 ),  alumina  (Al 2 O 3 ),  fero  oksida (Fe 2 O 3 ) dan kalsium oksida (CaO), juga mengandung unsur tambahan lain yaitu magnesium oksida (MgO), titanium oksida (TiO 2 ), alkalin (Na 2 O dan K 2 O), sulfur trioksida  (SO 3 ),  pospor  oksida  (P 2 O 5 )  dan  karbon.  Berdasarkan  penelitian  yang dilakukan  oleh  Yunita  (2017),  bahwa  hasil  karakterisasi  pada fly  ash menghasilkan  SiO 2 yaitu  dengan  rata-rata  40%  dan  Kadir  (2016),  bahwa  hasil karakterisasi  pada fly  ash menghasilkan  SiO 2 adalah  41.96%.  Oleh  Karena  itu, dilakukan penelitian ini untuk mengurangi limbah abu terbang ( Fly Ash ).
Nanoteknologi saat ini berkembang begitu pesat di semua bidang vital ilmu pengetahuan  dan  teknologi  seperti  elektronik,  penerbangan,  pertahanan, kedokteran,  dan  kesehatan.  Hal  tersebut  berkaitan  dengan  model,  sintesis, karakterisasi, serta aplikasi material dan peralatan dalam skala nanometer. Sifat fisika, kimia, dan biologis skala nano berbeda dari sifat atom dan molekul dalam material  yang  besar.  Oleh  karena  itu,  hal  tersebut  memberikan  kesempatan untuk  mengembangkan  kelas  baru  pada  kemajuan  material  yang  memenuhi
tuntutan  aplikasi  berteknologi  tinggi.  Salah  satu  metode  yang  dapat  digunakan untuk mengubah suatu material menjadi bentuk nano adalah metode ultrasonic . Metode Ultrasonic merupakan metode yang menggunakan vibrasi suara dengan frekuensi  melebihi  batas  pendengaran  manusia yaitu di  atas 20  KHz.  Sehingga tujuan dilakukannya penelitian ini adalah unutuk mengetahui bagaimana prosses pembuatan  nanosilika  dari  abu  terbang  ( fly  ashi) dan  untuk  mengetahui karakterisasi dari nanosilika tersebut.

## 2. METODE PENELITIAN Preparasi Sampel
Abu  terbang (Fly  Ash) dibilas  dengan aquades  kemudian dikeringkan dan diayak.  Lalu  difurnace  pada  suhu  600 o C  selama  2  jam.  Sampel  didinginkan kemudian  sebanyak  100  gr  dicampurkan  dengan  asam  klorida  (HCl)  dan direndam  selama  4  jam.  Kemudian  dibilas  dengan  aquades  sampai  pH  netral. Campuran  yang  dihasilkan  dikeringkan  dalam  oven  pada  temperatur  105 o C selama 8 jam.

## Tahap Ekstraksi Silika
Proses  ekstraksi  ini  menggunakan  metode  prespitasi.  Proses  ekstraksi dilakukan  dengan  menggunakan  bahan  larutan  NaOH.  Larutan  NaOH  dibuat dengan konsentrasi 4 N. Sebanyak 200 ml larutan NaOH tersebut ditambahkan ke  dalam  30  gram  abu  terbang  ( fly  ash )  kemudian  dipanaskan  sampai  90 o C sambil  diaduk  selama  2  jam.  Setelah  dingin  kemudian  disaring  sehingga menghasilkan  larutan  natrium  silikat.  Untuk  mengendapakan  larutan  natrium silikat dicampur dengan HCL 4 N sehingga menghasilkan yield silika . Kemudian di keringkan didalam oven untuk menghilangkan kadar air.

## Tahap Pembuatan Nanosilika
Tahapan  ini  bertujuan  untuk  membuat  partikel  nanosilika.  Proses pembuatan  nanosilika  pada  tahapan  ini  menggunakan  metode  ultrasonikasi. Terlebih dahulu Poly Etilen Glicol (PEG) 600 o C dipanaskan menggunakan oven pada  suhu  titik  lelehnya  yaitu  105 o C  (Astuti dan Firnando,  2015) agar  diperoleh cairan  PEG  6000.  Silika  dilarutkan  didalam  cairan  PEG  6000  tersebut  dengan perbandingan  1:5.  Larutan  tersebut  dicampur  dengan  air  kemudian  diaduk menggunakan magnetic  stirrer selama  15  menit.  Kemudian  proses  sonikasi dilakukan menggunakan ultrasonic bath dengan variasi waktu 60 menit dan 120 menit.  Kemudian  hasil  sonikasi  dikeringkan  menggunakan  oven.  Larutan kemudian  didiamkan  selama  48  jam  untuk  menghasilkan  endapan  nanosilika. Nanosilika  yang  dihasilkan  kemudian  di  kalsinasi  untuk  memperoleh  serbuk nanosilika.

## Tahap Karakterisasi Nanosilika
Pada  tahap  ini  dilakukan  karakterisasi  untuk  mengetahui  morfologi permukaan  dan  ukuran  partikel  nanosilika  dengan  menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM) dan X-Ray Diffraction (XRD).

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Aktivasi Abu terbang ( fly Ash )
Abu  terbang  ( Fly  ash )  mempunyai  kandungan  silika  yang  tinggi,  tetapi memiliki  kadar  besi  yang  cukup  tinggi  juga  dan  kandungan  aluminium  yang rendah.  Sehingga,  untuk  menurunkan  kadar  besi  maka  dilakukan  aktivasi  yaitu dengan cara aktivasi fisik maupun kimia. Aktivasi fisik dengan cara pemanasan di dalam furnace pada suhu 600ºC agar sisa-sisa karbon yang masih melekat pada abu  terbang  semuanya  terbakar.  Hal  ini  sejalan  dengan  keadaan  fisik  abu terbang yang berwarna coklat setelah aktivasi.
Setelah  itu  dilakukan  proses  aktivasi  kimia  dengan  perendaman  asam klorida  (HCl)  dengan  konsentrasi  4  N.  Penggunaan  dengan  HCl  ini  digunakan untuk mengurangi konsentrasi besi oksida dan oksida-oksida alakali yang dalam abu  terbang,  terutama  terdapat  pada  bagian  luar  partikel  abu.  Oleh  karena  itu, refluks  dengan  HCl  akan  membantu  meningkatkan  kandungan  SiO 2 pada campuran reaksi.
Gambar 1 Perendaman abu terbang ( fly ash ) dengan asam klorida (HCl)
Abu layang tersebut disaring dan dibilas dengan aquades hingga mencapai pH  netral.  Setelah  itu, abu  terbang  dikeringkan  dalam oven  selama  6  jam pada suhu  105ºC  untuk  menghilangkan  kadar  air  yang  terdapat  dalam  abu  terbang dan memperluas ukuran pori-porinya.

## Pembuatan Silika
Silikon  dioksida  atau  silika  adalah  salah  satu  senyawa  kimia  yang  sangat umum. Senyawa kimia dengan rumus molekul SiO 2 ( silicon dioxsida ) yang dapat diperoleh dari silika mineral, nabati dan sintesis kristal.
Pembuatan  silika  dari  natrium  silikat  secara  garis  besar  terdiri  dari  empat tahap  yaitu  pengasaman  natrium  silikat,  pembentukan  hidrogel,  pencucian  dan pengeringan  hidrogel  menjadi  serogel.  Pada  tahap  pertama,  asam  yang digunakan  untuk  mengasamkan  natrium  silikat  adalah  asam  klorida  dengan konsentrasi 4 N.
Proses  ini  bertujuan  untuk  membentuk  asam  silikat  yang  merupakan monomer dari silika gel. Pembentukan gel terjadi karena atom oksigen dari asam silikat  akan  menyerang  atom  silikon  dari  asam  silikat  bebas  yang  lain  akan membentuk monomer asam silikat.
Polimerisasi  asam  silikat  akan  terus  berlangsung  membentuk  bola-bola polimer  yang  disebut  sebagai  partikel  silika  primer.  Gugus-gugus  silanol  dari partikel primer yang saling berdekatan akan mengalami kondensasi membentuk partikel  sekunder  dengan  ukuran  yang  relatif  lebih  besar  bila  dibandingkan partikel  silika  primer.  Silika  yang  dihasilkan  masih  relatif  lunak  yang  disebut alkogel.
Kondensasi  antara  bola-bola  primer  terus  berlangsung  dan  terjadi penyusunan volume alkogel didiamkan selama 24 jam. Penyusutan volume silika akibat reaksi kondensasi diikuti dengan berlangsungnya eliminasi larutan-larutan pada silika tahap ini disebut sinersis. Pada akhir proses sinersis akan diperoleh silika  yang  relatif  kaku  dengan  volume  yang  lebih  kecil  bila  dibandingkan denngan alkogel yang disebut hidrogel.
Hidrogel  dicuci  dengan  aquades  bertujuan  untuk  menghilangksn  larutan- larutan yang merupakan hasil samping reaksi pembentukan silika gel hingga pH netral.  Selanjutnya  penyaringan  dan  pengeringan  silika.  Proses  penyaringan menggunankan  kertas  saring Whatman no.41  alasan  digunakannya  alat  ini karena kertas saring ini bebas abu yang biasa digunakan untuk analisa kuantitatif secara gravimetri, serta pengeringan pada suhu 90ºC selama 4 jam.

## Proses Pembuatan Nanosilika
Pada  penelitian  ini,  proses  pembuatan  nanosilika  dilakukan  dengan menggunakan  metode  ultrasonic  milling.  Gelombang  ultrasonic  adalah gelombang yang memiliki frekuensi sangat tinggi antara 20 kHz-10 MHz. Prinsip dari  metode  ini  adalah  pemanfaatan  fenomena  kavitasi  akustik  yang  terjadi akibat rambatan getaran suara yang terbentuk dalam media cairan.
Alat  yang  digunakan  adalah  ultrasonic  S40  H  dengan  pemberian  variasi waktu  sonikasi  selama  60  menit  dan  120  menit.  Media  yang  digunakan  pada penelitian  ini  adalah  air.  Air  digunakan  karena  memiliki  yaitu  terjadinya  proses koagulasi pada saat material nano tersebut dipisahkan dengan air. Penggunaan air  masih  dapat  digunakan  dengan  menambahkan  penggunaan  surfaktan sebagai  bahan  koagulasi  yang  berfungsi  untuk  mendispersikan  silika  dilarutkan dalam  air  agar  lebih  sempurna.  Partikel  silika  akan  disalut  oleh  surfaktan  yang digunakan  sehingga  kemungkinan  untuk  terjadinya  aglomerasi  menjadi  lebih kecil.  Penambahan  surfaktan  ini  merupakan  faktor  yang  mempengaruhi  proses kavitasi  yang  terjadi  dalam  sintesis  nanosilika  dengan  metode  ultrasonikasi. Surfaktan  yang  ditambahkan  akan  terakumulasi  pada  bagian  gas  dan  cairan dalam  gelembung  kavitasi  yang  akan  menurunkan  tegangan  permukaan gelembung.  Tegangan permukaan  yang  menurun  tersebut akan  mengakibatkan bertambahnya  kecepatan  pembentukan  gelembung.  Hasil  lain  menunjukkan gelembung yang terbentuk tidak stabil dan akhirnya pecah menjadi ukuran yang lebih  kecil  daripada  gelembung  dalam  medium  cairan  tanpa  penambahan
surfaktan. Menggunakan gelombang ultrasonik tersebut, gumpalan partikel dapat dipisahkan  dan  terjadi  dispersi  sempurna  sengan  penambahan  surfaktan tersebut.
Berdasarkan  penelitian  Arif  (2017),  menggunakan  proses  pemanasan 750ºC agar meningkatkan derajat kristalinitas partikel terhadap silika. Sehingga, dilakukan  proses  pemanasan  pada  suhu  600ºC  yang  dilakukan  diakhir  proses penelitian ini bertujuan untuk menghilangkan kandungan organik surfaktan yang terdapat  pada  silika.  Karakteriasi  silika  tersebut  berwarna  putih  keabu-abuan yang  dikarenakan  pemberian  pada  suhu  yang  tinggi.  Sehingga  menghasilkan nanosilika seperti pada gambar 3.
(a)                                                                  (b) Gambar 3. Nanosilika (a) waktu sonikasi 60 menit, dan (b) waktu sonikasi 120 menit

## Hasil Karakterisasi Menggunakan SEM-EDX
Analisis  menggunakan Scanning  Electron  Microscope-Energy  Dispersive X-Ray (SEM-EDX)  bertujuan  untuk  mengetahui  perbedaan  ukuran  partikel  dan bentuk  morfologi  partikel  silika  serta  komposisi  unsur  dan  senyawa yangterkandung  dalam  silika.  Gambar  morfologi  hasil  SEM  dapat  dilihat  pada gambar berikut ini.
(a)
(b)
Gambar 4 Morfologi dengan waktu sonikasi yang berbeda
(a)  waktu sonikasi 60 menit, dan (b) waktu sonikasi 120 menit
Gambar  4  menunjukkan  ukuran  partikel  yang  berbeda.  Terlihat  bahwa pada  gambar  dengan  waktu  sonikasi  60  menit  lebih  besar  dibandingankan dengan  waktu  sonikasi  120  menit.  Perbedaan  partikel  ini  disebabkan  karena perbedaan  sonikasi.  Semakin  lama  waktu  sonikasi  maka  semakin  tinggi intensitas  energi  yang  diberikan  kepada  silika.  Hal  itu  akan  membuat  semakin
kecilnya  ukuran  partikel.  Ukuran  partikel  dengan  perlakuan  waktu  sonikasi  60 menit  adalah  6,625  nm.  Sedangkan  pada  ukuran  partikel  dengan  perlakuan waktu  sonikasi  120  menit  adalah  3,875  nm.  Tabel  perbedaan  ukuran  partikel dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 1 Perbedaaan ukuran partikel antara nanosilika dengan perlakuan lama waktu sonikasi selama 60 menit (N60) dan 120 menit (N120)
No. PerlakuanWaktuSonikasi (menit) UkuranPartikel (nm) 1. N60 6,625 2. N120 3.875
Ukuran  partikel  yang  dihasilkan  masih  relatif  besar.  Hal  tersebut disebabkan  karena  perlakuan  pencamuran  PEG  6000  dengan  silika  yang menggunakan  perbandingan  yang  tinggi  yaitu  perbandingan  1:5.  Salah  satu faktor  yang  mempengaruhi  proses  kavitasi adalah  konsentrasi  larutan.  Semakin tinggi  konsentrasi  larutan  maka  akan  semakin  tinggi  konsentrasi  larutan  maka akan  sulit  energi  kavitasi  untuk  menghancurkan  partikel  maupun  ikatan  atom pada larutan.
Berdasarkan tabel 1 diperoleh unsur kandungan tertinggi pada silika tanpa sonikasi  dengan  lama  sonikasi 60  menit  (N60) dan  silika  dengan  lama  sonikasi 120  menit  (N120)  adalah  pada  oksigen  dengan  persentase  (%w.t)  masing- masing  adalah  63.85%,  64.93%  dan  63.20%.  Persentase  (%w.t)  silika  masing- masing adalah 23.13%, 20.25% dan 17.82%. Berdasarkan penelitian Arif  (2017), bahwa  persentase  unsur  dengan  lama  perlakuan  waktu  sonikasi  60  menit  dan 120 menit masing masing adalah 36,31% dan 33,77%.
Tabel 2 Kandungan unsur pada silika tanpa sonikasi dengan perlakuan lama waktu sonikasi 60 menit dan 120 menit Sampel % Persentase Unsur (% W.t) Silikon (Si) Oksigen (O) Natrium (Na) Aluminium (Al) Klorin (Cl) Kalium (K) Besi (Fe) TN 23.13 63.85 5.74 4.49 2.48 0.30 - N60 20.25 64.93 6.54 6.59 1.10 0.52 0.07 N120 17.82 63.20 7.61 9.27 0.68 0.96 0.06
Hasil Karakterisasi Menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) Uji X-Ray  Diffraction (XRD)  bertujuan  untuk  mengetahui  struktur  kristal, derajat kristal, fase kristal dan ukuran  kristal serta unsur yang terkandung dalam material.  Maka,  pada  penelitian  ini  dilakukan  pengujian  XRD  untuk  mengetahui struktur  kristal,  parameter  kisi,  dan  ukuran  kristal.  Proses  analisis  difratogram menggunakan  softwere  match.  Sehingga  dihasilkan  seperti  gambar  7  dan  8 berikut.
Gambar 5 Diafraktogram nanosilika dengan waktu sonikasi 60 menit
Berdasarkan  gambar  5.  diperoleh  struktur  kristal  pada  sudut  (2θ)  32.82º dan  45,76º  dengan  parameter  kisi  adalah  a=  7.1370  Å,  b=12.3700  Å,  dan  c= 7,1740  Å,  serta  bentuk  kristal  adalah  monoclinic.  Dari  gambar  di  atas  dapat dilihat bahwa yang silika merupakan unsur yang paling tinggi, lalu aluminium dan natrium.
Gambar 6 Diafraktogram nanosilika dengan waktu sonikasi 120 menit
Berdasarkan  gambar  7.  diperoleh struktur  kristal  pada  sudut  (2θ)  31.70º  dan 28.84º  dengan  parameter  kisi  adalah  a=  5.4300  Å,  dan  bentuk  kristal  adalah cubic. Dilihat dari grafik diatas bahwa unsur yang paling tinggi adalah silika lalu natrium dan aluminium sama seperti pada gambar 5.

## 4. PENUTUP Kesimpulan
Dari hasil penelitian ini, dapat disimpulkan sebagai berikut:
a.  Proses  pembuatan  silika  melalui  empat  tahap  yaitu  pengasaman  natrium silikat,  pembuatan  hidrogel,  pencucian  daan  pengeringan  hidrogel  menjadi xerogel,  serta  proses  pembuatan  nanopartikel  silika  menggunakan  metode ultrasonic .
b.  Karakterisasi SEM-EDX  diperoleh  karakterisasi nanosilika  perlakuan  sonikasi 60 menit dan 120 menit memiliki ukuran parikel masing-masing adalah 6.625 nm  dan  3.875  nm,  serta  kandungan  unsur  Silika  (Si)  yaitu  masing-masing 20.25%  dan 17.82% dengan bentuk kristal masing-masing adalah monoclinic dan kubic.

## DAFTAR PUSTAKA
Aman dan P.S. Utama. Pengaruh Suhu dan Waktu pada Ekstraksi Silika dari Abu Terbang  (Fly  Ash)  Batubara .  Seminar  Nasional  Teknik  Kimia.  Universitas Riau. 2013.
Ardiansyah,  Arie. Sintesis  Nanosilika  dengan  Metode  Sol –  Gel  dan  Uji Hidrofobisitasnya Pada Cat Akrilik . Universitas Negeri Semarang. 2015. Astuti  dan  Hayati. Sintesis  Nanopartikel  Silika  Dari  Pasir  Pantai  Purus  Padang Sumatera  Barat  Dengan  Metode  Koprepitasi .  Jurnal  Fisika  Unand  Vol.  4. No. 3, Juli 2015 ISSN 2302-8491. 2015.
Kadir, Marwan. 2016. Sintesis Zeolit dari Abu Terbang (Fly Ash) dengan Metode Hidrotermal  dan  Uji  Adsorbtivitas  Terhadap  Logam  Tembaga  (Cu). Universitas Islam Negeri Alauddin Makassar. 2016.
Rahman,  Arif.  2017. Pembuatan  Nanosilika  Gel  dari  Silika  Abu  Sekam  Padi . Universitas Islam Negeri Alauddin Makassar. 2016.
Retnosari,  Agustin. ekstraksi  dan  penentuan  kadar  silika  (sio2)  hasil  ekstraksi dari  abu  terbang  (fly  ash)  batubara. jurusan  kimia  FMIPA  universitas jember 2013.
Saputri,  dkk. Pengaruh  Lama  Sonikasi  terhadap  Porositas  dan  Kekerasan Nanokomposit Hidroksiapatit- SiO 2 Berbasis Batu Onyx Bojonegoro dengan Metode Sonokimia . Program Studi Fisika FMIPA Universitas Negeri Malang Sholika, Ismiati dkk.2017. Sintesis dan Karakterisasi Silika Gel dari Limbah Abu Sekam  Padi  (Oryza  Sativa)  dengan  variasi  Konsentrasi  Pengasaman. FMIPA Universitas Negeri Yogyakarta.