## SINTESIS NANOSILIKA DARI ABU KETEL INDUSTRI GULA DENGAN METODE ULTRASONIKASI DAN PENAMBAHAN SURFAKTAN

## SYNTHESIS OF NANOSILICA FROM BOILER ASH OF SUGAR CANE INDUSTRY WITH ULTRASONICATION METHOD AND ADDITION OF SURFACTANT
Andes Ismayana 1) , Akhiruddin Maddu 2) , Illah Saillah 1) , Ersyad Mafquh 1) , Nastiti Siswi Indrasti 1) *
1) Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor Kampus IPB Dramaga Bogor PO Box 220, 16680
Email: nastiti.indrasti@gmail.com
2) Program Studi Fisika, Fakultas Matemamatika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor
Makalah: Diterima 2 Desember 2016; Diperbaiki 20 Juli 2017; Disetujui 2 Agustus 2017

## ABSTRACT
Boiler ash from sugar industry contains silica compounds which could be synthesized into nanosilica by ultrasonication  method.  The  addition  of  surfactants  in  this  synthesis  method  can  affect  the  characteristics  of nanosilica.  This  study  aims  to  synthesize  nanosilica  with  ultrasonication  method  and  determine  the  effect  of surfactants  on  characteristics  of  nanosilica  generated.  This  research  was  divided  into  three  stages:  (1)  boiler ash  preparation  to  furnace  ash,  (2)  silica  extraction  from  furnace  ash,  and  (3)  synthesis  of  nanosilica  using ultrasonication  method  with  surfactant  addition:  PEG  6000  1:5,  CMC  2.5%  (b/b),  CMC  5%  (b/b),  CMC  10% (b/b),  and  Tween  80  3%  (b/v).  Silica  content  in  boiler  ash  and  furnace  ash  was  49.69%  and  78.75%, respectively. The nanosilics produced using the ultrasonication method had the uniform size (PDI) of 0.638, and with  the  addition  of  surfactant  might  increase  the  uniformity  of  the  particle  (PDI)  to  0.045  and  0.047  on  the usage of CMC 5 and 2.5%. The addition of surfactant also increased the crystallinity degree from 76.96% at no surfactant  to  84.04%  with  10%  CMC  surfactant  added.  The  crystalline  size  of  the  silica  nanoparticles  also became smaller with the addition of 10% CMC of 37.69 nm from 41.40 nm crystal size without the addition of surfactant.  The  addition  of  an  enlarged  CMC  concentration  would  increase  the  degree  of  crystallinity  and decrease the crystal size of the nanosilica particles.
Keywords : boiler ash, nanosilica, ultrasonication, surfactant, degree of crystallinity

## ABSTRAK
Abu  ketel  industri  gula  memiliki  kandungan  silika  yang  dapat  disintesis  menjadi  nanosilika  dengan metode  ultrasonikasi.  Penambahan  surfaktan  pada  sintesis  nanosilika  dengan  metode  ulttrasonikasi  dapat mempengaruhi  karakteristik  nanosilika  yang  dihasilkan.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  melakukan  sintesis nanosilika dengan metode ultrasonikasi dan mengetahui pengaruh penambahan surfaktan terhadap karakteristik nanosilika  yang  dihasilkan.  Penelitian  ini  dibagi  menjadi  tiga  tahap,  yaitu  (1)  preparasi  abu  ketel  menjadi  abu tanur,  (2)  ekstraksi  silika  dari  abu  tanur,dan  (3)  sintesis  nanosilika  menggunakan  metode  ultrasonikasi  dengan penambahan  surfaktan  PEG  6000  1:5,  CMC  2,5%  (b/b),  CMC  5%  (b/b),  CMC  10%,  (b/b)  dan  Tween  80  3% (b/v).  Kadar  silika  dalam  abu  ketel  dan  abu  tanursecara  berturut-turut  adalah  49,69%  dan  78,75%.  Nanosilika yang  dihasilkan  menggunakan  metode  ultrasonikasi  memiliki  ukuran  keseragaman  (PDI)  sebesar  0,638,  dan dengan  penambahan  surfaktan  dapat  meningkatkan  nilai  keseragaman  partikel  sampai  0,045  dan  0,047  pada penggunaan CMC 5 dan 2,5%.  Penambahan surfaktan juga meningkatkan derajat kristalinitas dari 76,96% pada saat tanpa penambahan surfaktan sampai mencapai 84,04% dengan penambahan surfaktan CMC 10%.  Ukuran kristal partikel nanosilika juga menjadi lebih kecil dengan penambahan CMC 10% yaitu sebesar 37,69 nm  dari ukuran kristal 41,40 nm tanpa penambahan surfaktan. Penambahan konsentrasi CMC yang semakin tinggi akan meningkatkan derajat kristalinitas dan menurunkan ukuran kristal partikel nanosilika.
Kata kunci : abu ketel, nanosilika, ultrasonikasi, surfaktan, derajat kristalinitas

## PENDAHULUAN
Silika adalah suatu polimer anorganik yang tersusun  atas  unsur  silikon  dan  oksigen  dengan rumus kimia  SiO 2 .  Silika  merupakan  suatu  senyawa anorganik  yang  sering  digunakan  dalam  kehidupan manusia karena memiliki banyak potensi pemanfaatan  yang  luas,  seperti  insulator  termal, penyangga katalis, adsorben, penghantar obat, bahan
pengisi pada gelas, kaca, dan bahan baku pembuatan sel surya (Gurav et al., 2009). Silika dapat disintesis dari  berbagai  sumber  di  alam,  khususnya  dari pertanian.  Beberapa  sumber  silika  dari  kegiatan pertanian  antara  lain,  seperti  abu  sekam  padi (Thuadaij dan Nuntiya, 2008; Suka et al., 2008), abu cangkang  sawit  (Pausa et  al., 2015),  abu boiler dari industri pulp dan  kertas  (Purwati et  al., 2007),  dan abu ketel dari industri gula (Affandi et al., 2009).
*Penulis Korespodensi
Jurnal Teknologi Industri Pertanian27 (2):228-234 (2017) ISSN: 0216-3160    EISSN: 2252-3901
Abu ketel atau abu pembakaran bagas pada industri gula merupakan salah satu sumber potensial mineral  silika.  Affandi et  al. (2009)  menegaskan bahwa  mineral  silika  merupakan  unsur  yang dominan  pada  abu  ketel  hasil  pembakaran  bagas pada industri gula. Abu ketel adalah hasil perubahan secara  fisik  dari  pembakaran  bagas  murni.  Bagas merupakan  zat  padat  dari  tebu  yang  diperoleh sebagai  hasil  samping  proses  pengolahan  tebu  pada industri gula. Bagas umumnya dimanfaatkan sebagai sumber  energi  utama  untuk  menghasilkan  uap  air. Hasil  dari  pembakaran  bagas  tersebut  berupa  abu pembakaran atau biasa disebut abu ketel (Affandi et al., 2009).  Potensi  abu  ketel  ini  sangat  besar. Berdasarkan  laporan  sebuah  pabrik  gula  pada  tahun 2010  menunjukkan  jumlah  blotong  dapat  mencapai 3,8%  dari  total  tebu  yang  digiling  atau  sekitar  10% dari jumlah bagas atau dapat mencapai  4,5 juta ton per  tahun.  Sedangkan  potensi  abu  ketel  yang terbentuk  berdasarkan  jumlah  perolehannya  sekitar 1,5-2%,  maka  didapat  sekitar  1,7-2,3  juta  ton  per tahun  (Ismayana,  2014).  Pemanfaatan  abu  ketel selama  ini  belum  dilakukan  secara  optimal. Beberapa penelitian menyebutkan bahwa limbah abu ketel  dimanfaatkan  untuk  pembuatan  kompos bersama  dengan  blotong  (Misran,  2005).    Setyawan et  al. (2007)  memanfaatkan  abu  ketel  untuk  bahan dasar silika gel.
Pemanfaatan  silika  dapat  diperluas  dengan meningkatkan  karakteristiknya.  Salah  satu  cara untuk  meningkatkannya  adalah  dengan  melakukan sintesis  silika  dalam  ukuran  nano.  Nanopartikel adalah partikel padat dengan ukuran sekitar 10–1000 nm  (Tiyaboonchai,  2003;  Mohanraj  dan  Chen, 2006). Nanopartikel memiliki sifat yang khas seperti luas permukaan yang besar, jumlah atom dipermukaan  yang  besar,  energi  permukaan  dan tegangan  permukaan  yang  tinggi  sehingga  banyak diminati  karena  memiliki  ukuran  partikel  yang sangat kecil (Thassu et al., 2007).
Salah  satu  metode  pembentukan  nano partikel  adalah  dengan  menggunakan  metode ultrasonikasi.  Metode  tersebut  memanfaatkan  efek kavitasi yang dihasilkan dari gelombang ultrasonikasi  yang  merambat  dalam  medium  cair (Lidiniyah,    2011;  Safitri,  2012;  Kurniawan,  2013). Menurut Siswanto et al. (2012), metode ultrasonikasi tersebut  dapat  menghasilkan  partikel  dengan kristalinitas  tinggi.  Hal  ini  diharapkan  dapat mengubah  karakter  partikel  silika  dari  abu  bagas yang  memiliki  fase  amorf  (Affandi et  al., 2009). Kelebihan  dari  metode  ini  dibandingkan  metode yang umumnya sudah digunakan, seperti presipitasi, adalah  kemampuan  dalam  merekayasa  karakteristik nanosilika  menjadi  kristal  dan  waktu  sintesis  yang relatif  lebih  cepat  (Safitri,  2012;  Kurniawan,  2013). Ultrasonikasi  pada  cairan  memiliki  berbagai  faktor yang  dapat  berpengaruh,  seperti  frekuensi,  tekanan, viskositas,  dan  konsentrasi  (Safitiri,  2012).  Pada penelitian sebelumnya yang telah dilakukan
Ismayana  (2014),  peluang  terbentuknya  partikel nanosilika  dilakukan  dengan  menggunakan  metode ultrasonikasi  dengan  lama  waktu  2  jam,  frekuensi 20kHz, dan amplitudo 40%, menunjukkan peningkatan  nilai  derajat  kristalinitas  silika  dari 76,43% menjadi nanosilica 83,66%, dan dibandingkan  dengan  metode  presipitasi  yang menghasikan  nanosilika  dengan  derajat  kritalinitas sebesar 54,57%.
Kendala  yang  umumnya  terjadi  pada sintesis nanopartikel adalah ketidakseragaman ukuran partikel dan cepatnya proses aglomerasi dari partikel  tersebut.  Oleh  karena  itu,  perlu  adanya perlakuan  khusus  pada  proses  sintesis  nanopartikel, salah satunya yaitu dengan menambahkan surfaktan. Surfaktan  dapat  menurunkan  tegangan  permukaan suatu  cairan  saat  terjadi  proses  kavitasi  sehingga mampu mendispersikan suatu larutan secara sempurna  dan  menstabilkan  partikel  sehingga  tidak terjadi aglomerasi (Lidiniyah, 2011), sehingga dapat terjadi  keseragaman  partikel.    Adapun  surfaktan yang digunakan pada penelitian ini ada 3 jenis, yaitu PEG  6000,  CMC  ( carboximethyl  cellulose ),  dan Tween  80.  PEG  6000  merupakan  pembawa  inert yang mudah larut air. Sifat  kristalin PEG 6000 yang dominan  dengan  membentuk  habit  sferulit  yang sangat  teratur.  Komponen  molekul-molekul  dalam kisi kristal PEG 6000 (suhu lebur yang lebih rendah) secara  dinamis  melakukan  pertukaran  tempat.PEG 6000  juga  merupakan  polimer  kristalin  dengan tingkat  kesimetrian  yang  tinggi  (Gao,  1993).  CMC (c arboxymethylcellulose )  pada  umumnya  digunakan sebagai stabilizer, pengental, dan emulsifier (Lestari et  al., 2014).  Tween  80  digunakan  sebagai  agen pengemulsi  (1-15%  konsentrasi),  agen  pelarut  (1- 10%  konsentrasi),  agen wetting ,  dispersi/suspensi (0,1-3%  konsentrasi)  dan  sebagai  surfaktan  non- ionik (Tarirai, 2005).
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mensintesis nanosilika menggunakan metode ultrasonikasi dengan  penambahan  surfaktan  PEG  6000,  CMC (carboxymethyl cellulose) dan Tween 80, mengetahui pengaruh penambahan surfaktan terhadap nanosilika yang dihasilkan.

## BAHAN DAN METODE
Penelitian  ini  dilakukan  dalam  beberapa tahapan,  yaitu  preparasi  abu  ketel,  ekstraksi  silika dari  abu  tanur,  sintesis  nanosilika  menggunakan metode  ultrasonikasi,  dan  karakterisasi  abu  serta nanosilika  yang  dihasilkan.  Bahan  yang  digunakan dalam penelitian ini adalah abu ketel yang diperoleh dari  Pabrik  Gula  Gunung  Madu Plantation (GMP), PEG  6000,  CMC (carboximethyl  cellulose), dan Tween 80.
Alat  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  tanur,  peralatan  refluks,  dan  ultrasonikator. Peralatan  analisis  yang  digunakan  meliputi  PSA ( particle  size  analyzer )  Vasco , XRF  ( X-Ray
florescence )  ARL  OPTX-2050,  XRD  ( X-Ray diffractometer )  GBC  Emma,  dan  SEM  ( scanning electron microscope ).

## Preparasi Abu Ketel
Preparasi  dilakukan  untuk  membersihkan abu  ketel  dari  kotoran  dan  bahan  asing.  Abu  ketel dari  industri  gula  dicuci  menggunakan  aquades. Kemudian  dikeringkan  dalam  oven  dengan  suhu 105 o C  selama  5  jam.  Setelah  itu,  abu  ketel  disaring menggunakan  saringan  kasar  dan  diabukan  pada suhu  700 o C  selama  6  jam  menggunakan  tanur (Thuadaij dan Nuntiya, 2008). Setelah diperoleh abu tanur,  kemudian  dilakukan  karakterisasi  terhadap abu tanur dan juga abu ketel sebelum dipanaskan.

## Ekstraksi Silika dari Abu Tanur
Pada  tahapan  ini,  basis  yang  digunakan adalah abu tanur sebanyak 10 g. Abu tanur direfluks dalam  80  mL  NaOH  3  N  selama  3  jam.  Larutan disaring  dengan  kertas  saring  dan  residu  dicuci menggunakan  20  mL  aquades  mendidih.  Filtrat didinginkan sesuai suhu ruang. Setelah dingin, filtrat ditambahkan  H 2 SO 4 5  N  hingga  pH  menjadi  2 dilanjutkan  penambahkan  NH 4 OH  2,5  N  hingga  pH menjadi  8,5.  Proses  ini  dilakukan  diatas  peralatan magnetic  stirrer. Larutan  Filtrat  tersebut  dibiarkan dalam  suhu    ruang  selama  3,5  jam,  dan  dilanjutkan dengan  pengeringkan  pada  suhu  105 o C  selama  12 jam (Thuadaij dan Nuntiya, 2008; Ismayana, 2014).

## Sintesis Nanosilika denganMetodeUltrasonikasi
Tahap selanjutnya adalah pembuatan nanosilika  dengan  metode  ultrasonikasi.  Metode ultrasonikasi dilakukan dengan menggunakan peralatan  ultrasonikasi  dengan  panjang  gelombang 20  kHz,  daya  130  watt,  amplitudo  40%  selama 120menit.  Silika  yang  dihasilkan sebelumya didispersikan  terlebih  dahulu  dengan  surfaktan. Surfaktan yang digunakan pada penelitian ini adalah PEG 6000 dengan rasio 1:5 (Delmifiana dan Astuti, 2013), CMC dengan konsentrasi 2,5%, 5%, dan 10% (b/b), dan Tween 80 3% (Safitri, 2012).
Cara penambahan tiap jenis surfaktan tidak sama. Pada jenis surfaktan yang bersifat mudah larut dalam air di suhu ruang, seperti CMC dan Tween 80, dilarutkan  terlebih  dahulu  dalam  air  dengan perbandingan  1:8  (b/v).  Setelah  terbentuk  larutan, kemudian  silika  dilarutkan  ke  dalam  larutan. Sementara  itu,  pada  jenis  surfaktan  yang  bersifat semi  kristalin  dan  memiliki  titik  leleh  yang  tinggi, seperti  PEG  6000,  perlu  adanya  perlakuan pemanasan di suhu titik lelehnya. Setelah PEG 6000 mencair, kemudian silika dilarutkan dalam PEG cair tersebut dengan perbandingan 1:5. Pelarutan dibantu dengan  menggunakan magnetic  stirrer selama  15 menit agar silika dapat terdispersi secara baik dalam larutan tersebut.
Larutan selanjutnya dilakukan proses ultrasonikasi  menggunakan ultrasonic  bath untuk
memecah  partikel  silika  menjadi  partikel  nano. Larutan hasil ultrasonikasi dikeringkan dengan oven 105 o C  selama  24  jam,  kemudian  dilakukan  proses kalsinasi  dalam  tanur  pada  suhu  750ºC  (Thuadaij dan Nuntiya, 2008; Delfimiana dan Astuti, 2013).

## Metode Analisis Parameter
Analisis menggunakan XRF ( X-Ray fluorescence ) dengan menimbang  sebanyak 5 g abu ketel  atau  abu  tanur,  dipindai,  dan  dikalibrasikan sesuai  energi  dan  intensitasnya  dengan  detektor  Si (Li) ( Sintilation ).
Analisis  ukuran  partikel  dilakukan  dengan menggunakan peralatan PSA ( particle size analyzer ),  dengan  menimbangsebanyak  0,002  g nanosilika dan didispersikan dalam 100 mL akuades. Larutan  diaduk  menggunakan magnetic  stirrer selama  20  menit.  Pemindaian  partikel  nanosilika dilakukan selama 2–10 menit.
Analisis  difraktogram  dengan  peralatan XRD ( X-Ray diffraction ) dioperasikan menggunakan radiasi  Cu-Kα  dengan  panjang  gelombang  (λ) 1.54056 Å. Difraktogram dipindai mulai 10˚ sampai 80˚  (2θ)  dengan  laju  pemindaian  3˚  per  menit. Perhitungan derajat kristalinitas menggunakan software PowderX  dan  ukuran  kristal  menggunakan persamaan Scherrer.
Analisis  gugus  fungsi  menggunakan  FTIR ( Fourier  Transform  Infrared )  dilakukan  dengan menimbang  sebanyak  2  mg  sampel  nanosilika,dan ditambahkan  200  mg  KBr  untuk  dibentuk  menjadi pellet  untuk  selanjutnya  dipindai  menggunakan FTIR.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Karakteristik Abu
Hasil  karakterisasi  abu  ketel  diketahui bahwa kandungan silika SiO 2 mencapai 49,69% dan masih  terdapat  banyak  bahan  pengotor  lainnya, seperti  Al 2 O 3 ,  K 2 O,  P 2 O 5 ,  Na 2 O,CaO,  MgO,  Fe 2 O 3 , SO 3 ,  dan  TiO 2 .  Setelah  dilakukan  pembakaran  abu ketel  melalui pemanasan pada suhu 700 o C selama 6 jam,  dan  menjadi  abu  tanur),  kadar  silika  pada  abu tanur  menjadi  78,75%.  Adanya  pemanasan  tersebut menyebabkan  senyawa  pengotor  lainnya  ikut tereduksi  dan  kadarnya  menjadi  lebih  kecil,  bahkan ada  diantaranya  yang  tidak  terdeteksi  lagi,  seperti senyawa  P 2 O 5 dan  SO 3 .  Hal  ini  terjadi  karena  titik lebur dari senyawa-senyawa tersebut berada dibawah suhu 700 o C. Silika memiliki titik lebur sekitar 1600- 1700 o C sehingga tidak mengalami penurunan jumlah akibat pengabuan suhu 700 o C.
Kandungan  silika  pada  abu  tanur  tersebut lebih  tinggi  dari  kandungan  silika  pada  abu  sekam hasil  pemanasan  bagas  pada  suhu  350 o C  yang dilanjutkan pengarangan pada suhu 500-800 o C yang dilakukan  oleh  Hanafi  dan  Nandang  (2010)  yaitu sebesar  64,65%.  Penelitian  Affandi et  al. (2009) menyebutkan bahwa senyawa silica dalam abu ketel
adalah sebesar 50,36%. Hasil karakterisasi abu ketel dan  abu  tanur    menggunakan  XRF  ( X-Ray fluorescence ) disajikan pada Tabel 1.
Tabel  1.  Kandungan  senyawa  abu  ketel  dan  abu tanur No Senyawa Abu Ketel (%) Abu Tanur (%) 1 SiO 2 49,69 78,75 2 Al 2 O 3 11,24 10,36 3 K 2 O 8,76 1,80 4 P 2 O 5 8,14 0,00 5 Na 2 O 7,00 0,21 6 CaO 4,95 0,89 7 MgO 3,59 1,06 8 Fe 2 O 3 3,23 5,37 9 SO 3 1,63 0,00 10 TiO 2 0,79 0,62

## Analisis Ukuran Partikel
Hasil  ukuran  nanopartikel  silika  yang dihasilkan  dapat  dilihat  pada  Tabel  2.  Rata-rata ukuran  partikel  pada  sampel  tanpa template yang dihasilkan  paling  kecil  dengan  ukuran  203,94  nm dengan PDI 0,638. Hal ini menunjukkan keseragaman  ukuran  yang  dihasilkan  sangat  kecil karena  peluang  untuk  terjadinya  aglomerasi  masih tinggi dengan tanpa penambahan surfaktan. Berbeda dengan  sampel  yang  menggunakan  surfaktan, keseragaman  ukuran  yang  ditunjukkan  dengan  nilai PDI relatif lebih kecil karena penambahan surfaktan meminimumkan  terjadinya  proses  aglomerasi.  Sifat hidrofob  dan  hidrofil  yang  dimiliki  oleh  surfaktan tersebut akan mempertahankan ukuran partikel akhir yang  terbentuk  akibat  proses  kavitasi  sehingga ukuran  partikel  yang  dihasilkan  pada  sampel  PEG 6000, CMC, dan Tween 80 lebih stabil.
Distribusi  ukuran  yang  paling  seragam adalah  sampel  C3  yang  menggunakan  surfaktan CMC  kadar  2,5%  dengan  ukuran  408,76  nm  dan particle  dispertion  index (PDI)  0,047.  Pada nanosilika  yang  dihasilkan  dengan  penambahan CMC  10%  menunjukkan  keseragaman  ukuran  yang kecil  dengan  PDI  0,496.  Hal  ini  disebabkan  dari viskositas  medium  yang  berbeda.  Semakin  banyak penambahan CMC yang digunakan akan menimbulkan  viskositas  medium  yang  semakin tinggi.  Menurut  Lidiniyah  (2011),  nilai  viskositas berbanding  terbalik  dengan  energi  yang  dihasilkan dari  proses  ultrasonikasi.  Formula  yang  memiliki viskositas yang  rendah  memiliki energi  yang tinggi. Rendahnya  nilai  viskositas  akan  mempermudah terjadinya gelembung kavitasi.
Adanya perbedaan energi dalam mengaktifkan gelembung kativasi ini yang memungkinkan  distribusi    partikel  pada  viskositas yang lebih rendah akan lebih seragam dibandingkan dengan  viskositas  yang  lebih  tinggi.  Namun demikian  pengaruh  aglomerasi  juga  memberikan pengaruh  terhadap  keseragaman  partikel  yang
dihasilkan,  seperti  yang  terlihat  pada  larutan  yang tidak menggunakan template , walaupun viskositasnya  rendah,  keseragaman  partikelnya kurang  optimal  karena  ada  partikel-partikel  yang dapat bergabung kembali.
Tabel 2. Ukuran nanopartikel silika
Sampel Range (nm) Rata-rata (nm) PDI Tanpa Template 22,39 – 3716,34 203,94 0,638 PEG 6000 44,68 – 1698,69 259,99 0,244 CMC 10% 35,39 – 3891,48 294,73 0,496 CMC 5% 213,85 – 1023,56 462,89 0,045 CMC 2.5% 186,26 – 933,50 408,76 0,047 Tween 80 3% 48,79 – 2239,31 300,02 0,320

## Analisis Difraktogram XRD
Proses  ultrasonikasi  pada  partikel  silika dalam mensintesa nanosilika memberikan perubahan fase silika yang mulanya amorf menjadi lebih kristal. Hal ini terjadi karena ultrasonikasi hanya memotong kristal yang besar tanpa memecahkan struktur ikatan kimianya.  Proses  sonikasi  menghasilkan  susunan partikel silika menjadi lebih kristal, karena proses ini hanya memotong kristal yang besar tanpa memecahkan  struktur  ikatan  kimianya.  Proses sonikasi  juga  akan  menimbulkan  panas  yang mendorong  susunan  kristal  menjadi  lebih  teratur. Sembiring  dan  Karo-Karo  (2007)  menyebutkan adanya  transformasi  amorf  ke  kristal  dengan peningkatan  suhu  dari  750  ke  1050 o C  dengan membentuk  fasa  kristal cristobalite dan trydimit yang  menunjukkan  peningkatan    kestabilan  termal dari  silika.  Awizar et  al .  (2013)  menunjukkan perubahan  bentuk  amorf  silika  pada  pemanasan 600 o C  menjadi  semi  kristalin  pada  suhu  700 o C  dan kristalin pada suhu 900 o C.
Derajat  kristalinitas  partikel  nanosilika yang  dihasilkan  (Tabel  3)  menunjukkan  bahwa nanosilika  yang  disintesis  menggunakan  surfaktan memiliki  derajat  kristalinitas  yang  lebih  tinggi daripada  nanosilika  tanpa  surfaktan. Pada penelitian penambahan  surfaktan  CTA  terhadap  ZnO,  Greetha dan  Thilagavanthi  (2010)  menunjukkan  peran surfaktan  kationik  berfungsi  sebagai  agen  yang mengarahkan pembentukkan struktur kristal.
Tabel 3. Derajat kristalinitas nanosilika
Sampel Derajat Kristalinitas (%) Rataan Ukuran Kristal (nm) Tanpa Template 76,96 41,40 PEG 6000 78,58 38,84 CMC 10% 84,04 37,69 CMC 5% 82,07 39,29 CMC 2,5% 78,45 39,53 Tween 80 3% 79,59 41,48
Hal  ini    ditekankan  juga  oleh  Abdullah et al. (2008)  bahwa  surfaktan  tersebut  tidak  hanya digunakan  untuk  pertumbuhan  kristal,  tetapi  juga
untuk  mencegah  terjadinya  pembentukkan  agregat pada  kristal  sehingga  melindungi  permukaan tersebut  dari  atom  prekusor  lainya.  Dengan  adanya perlindungan  ini  pertumbuhan  kristal  menjadi  lebih baik dan mengakibatkan derajat kristalinitas semakin tinggi.  Adanya  perlindungan  pertumbuhan  kristal oleh  surfaktan  ditunjukkan  juga  dengan  perbedaan penambahan  surfaktan  CMC  pada  konsentrasi  yang berbeda.
Pada nanosilika yang disintesis menggunakan  CMC,  hasilnya  menunjukkan  adanya perbedaan  derajat  kristalinitas  dengan  besarnya konsentrasi  CMC  yang  diberikan.  Oleh  karena  itu, dapat  diketahui  bahwa  semakin  banyak  surfaktan yang  ditambahkan,  maka  akan  meningkat  pula derajat  kristalinitas  dari  kristal  nanosilika  yang dihasilkan.  Dengan  adanya  penambahan  surfaktan yang  lebih  tinggi,  maka  pertumbuhan  kristal  akan lebih  terjaga,  sehingga  derajat  kristalinitas  dapat menjadi lebih tinggi.
Penentuan  ukuran  kristal  dilakukan  dengan menggunakan persamaan Scherrer :
𝐷 = k λ B cos θ
Dimana  k  merupakan  konstanta  scherrer  (0,9),  λ adalah  panjang  gelombang  Cu  (0,154  nm),  B merupakan  lebar  kurva.  Hasil  rataan  ukuran  kristal yang  didapatkan  terdapat  dalam  kisaran  37-41  nm.
Adanya  penambahan  surfaktan  akan  menurunkan rataan  ukuran  kristal  nanosilika.  Penelitian  Fahyuan et  al. (2013)  menjelaskan  bahwa  penurunan  ukuran kristal  disebabkan  karena  dengan  penambahan surfaktan  (CTAB),  terdapat  efek  tekanan  untuk memadatkan  kristal  lebih  tinggi,  akibatnya  jarak antar  bidang  menjadi  lebih  dekat  dan  ukuran  kristal menjadi  lebih  kecil,  sehingga  dengan  penambahan surfaktan  dihasilkan  ukuran  kristal  yang  lebih  kecil dibandingkan  dengan  sampel  tanpa  penambahan surfaktan,  walaupun  pada  konsentrasi  tertentu  akan kembali meningkatkan ukuran kristal yang disebabkan proses emulsi balikan (reverse emulsion).
Pola  difraksi  pada  Gambar  1  menunjukkan perbedaan  yang  jelas  pada  tinggi  intensitas  antara nanosilika  tanpa template dan  nanosilika  dengan penambahan  surfaktan.  Nanosilika  tanpa template memiliki intensitas paling rendah daripada nanosilika  yang  ditambahkan  surfaktan,  baik surfaktan jenis PEG, CMC, maupun tween 80.
Perbedaan  intensitas  yang  terjadi  menjadi salah  satu  indikator  yang  menunjukkan  tinggi  atau rendahnya  derajat  kristalinitas  nanosilika  yang dihasilkan. Semakin tinggi intensitas yang ditunjukkan  dalam  pola  difraksi,  maka  semakin tinggi  pula  derajat  kristalinitas  dari  nanosilika.  Jika intensitas  pada  pola  difraksi  rendah,  maka  derajat kristalinitas nanosilika cenderung lebih rendah pula.
Gambar  1.Pola  difraksi  nanosilika  (A)  tanpa template, (B)  PEG  6000,  (C1)  CMC  10%,  (C2)  CMC  5%,  (C3) CMC 2,5%, dan (D) tween 80.
In te ns it
as
In te ns it as In te ns it as In te ns it
as
In te ns it
as
In te ns it as A B D C1 C2 C3 2θ 2θ 2θ 2θ 2θ 2θ
a b
c
d
Gambar 2. Morfologi dari nanosilika dengan surfaktan CMC menggunakan SEM perbesaran (a) 500x, (b) 1000x, (c) 5000x, dan (d) 10 000x.

## Morfologi Nanosilika
Gambar  2  menunjukkan  morfologi  dari nanosilika  yang  telah  dihasilkan.  Pada  Gambar  2 tersebut  terlihat  bentuk  morfologi  nanosilika  yang dihasilkan  tidak  beraturan  dan  terlihat  ada  sebagian partikel  yang  berukuran  besar  dari  ukuran  partikel lainnya.  Partikel  besar  tersebut  merupakan  partikel yang  tersusun  atas  partikel-partikel  kecil  yang  telah mengalami proses aglomerasi.  Gambar 2 (a) dan (b) terlihat  bahwa  distribusi  ukuran  partikel  nanosilika yang  dihasilkan  cukup  merata  dengan  PDI  yang dihasilkan  adalah  0,047.  Hal  ini  mengindikasikan terjadinya  proses  aglomerasi  telah  terminimalisasi dengan adanya penambahan surfaktan. Gambar 2 (c) dan  (d)  menunjukkan  permukaan  dari  sampel nanosilika  yang  terlihat  jelas  bahwa  struktur  kristal nanosilika  yang  dihasilkan  teratur.  Pernyataan  ini dibenarkan  oleh  Ismayana  (2014),  bahwa  pada proses  sintesis  nanosilika  menggunakan  metode ultrasonikasi  menghasilkan  susunan  kristal  yang lebih  teratur  karena metode  tersebut  dapat menimbulkan  panas.  Panas  yang  dihasilkan  dapat mendorong susunan kristal nanosilika  menjadi lebih teratur.
Informasi  tambahan  yang  didapatkan  dari analisis  dengan  SEM  adalah  data  EDS,  yang menunjukkan  unsur-unsur  yang  terdapat  dalam sampel  serta  komposisi  sampel  berdasarkan  unsur tersebut.  Hasil  yang  diperoleh menunjukkan terdapatnya  berbagai  unsur  kimia  dalam  sampel, meliputi O, Si, C, Na, dan K. Atas dasar keberadaan unsur  tersebut,  dapat  diduga  bahwa  dalam  sampel terdapat  berbagai  fase  meliputi  SiO 2 ,  Na 2 O,  K 2 O, dan CaO.

## KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan Metode ultrasonikasi untuk sintesis nanosilika  yang  berasal  dari  abu  ketel  limbah industri gula  dapat menghasilkan nanosilika dengan derajat kristalinitas yang tinggi. Pemberian surfaktan dapat  meningkatkan  keseragaman  ukuran  partikel nanosilika yang dihasilkan, karena dapat menghindari  adanya  aglomerasi  diantara  partikel nanosilica.    Surfaktan  pada  sintesis  nanosilika  akan melindungi pertumbuhan kristal sehingga menghasilkan  derajat  kristalinitas  yang  lebih  tinggi. Selain  itu,  penambahan  surfaktan  juga  mampu meningkatkan  derajat  kristalinitas.    Keteraturan pertumbuhan  kristal  nanosilika  dengan  adanya penambahan  surfaktan  akan  menurunan  ukuran kristal partikel nano yang dihasilkan.

## Saran
Penelitian  lanjutan  pelu  dilakukan  dengan memvariasikan  waktu  ultrasonikasi,  meningkatkan konsentrasi  surfaktan,  serta  optimasi  penambahan surfaktan yang memiliki viskositas tinggi.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terima  kasih  kepada  Direktorat Riset  dan  Pengabdian  Masyarakat,  Direktorat Jenderal  Penguatan  Riset  dan  Pengembangan, Kementerian  Riset,  Teknologi  dan  Pendidikan Tinggi  yang  telah  memberikan  dana  melalui  Hibah Kompetensi untuk menjalankan penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
Abdullah M, Virgus Y, Nirmin, Khairurrijal.   2008. Review:  Sintesis  nanomaterial. Jurnal Nanosain & NanoTeknologi 1(2):33-57. Affandi  S,  Setyawan  H,  Winardi  S,  Purwanto  A, Balgis  R.  2009.  A  Facile  method  for production  of  high  purity  silica  xerogel  from bagasse  ash. Journal  Advanced  Powder Technology . 20 : 468–472.
Awizar  DA,  Othman  NK,  Jalar  A,  Daud  AR, Rahman IA, Al-hardan NH. 2013.
nanosilicate  extraction  from  rice  husk  ash  as green corrosion inhibitor. International Journal Electrochem Science . 8:1759-1769. Delmifiana  B  dan  Astuti.  2013.  Pengaruh  sonikasi terhadap  struktur  dan  morfologi  nanopartikel magnetik  yang  disintesis  dengan  metode kopresipitasi. Jurnal Fisika  Unand. 2(3):186- 189.
Fahyuan HD, Dahlan D, dan Astuti. 2013. Pengaruh konsentrasi CTAB
dalam sintesis nanopartikel  TiO 2 untuk  aplikasi  sel  surya menggunakan  metode  sol  gel. Jurnal  Ilmu Fisika . 5 (1) : 16-23.
Gao K. 1993. Polyethylene Glycol as an Embedment for  Microscopy  and  Histochemistry .  CRC Press. 1-10.
Geetha  D  dan  Thilagavathi  T.  2010.  Hydrothermal synthesis of nano ZnO structures from CTAB. Digest  Journal  Nanomater  Biostruct .  5(1): 297-301.
Gurav  JL,  Rao  AV,  Rao  AP,  Nadargi  DY,  Bhagat SD.  2009.  Physical  properties  of  sodium silicate  based  silica  aerrogel  prepared  by single  step  sol-gel  process  dried  at  ambient pressure. Alloys  and  Compounds .  476  :  397- 402.
Hanafi  AS  dan  Nandang  AR.  2010.  Studi  pengaruh bentuk  silika  dari  abu  ampas  tebu  terhadap kekuatan  produk  keramik. Jurnal Kimia Indonesia. 5(1):35-38.
Ismayana  A.  2014.  Perancangan  proses co-
composting dan nanoteknologi untuk penanganan  limbah  padat  industri  gula [Disertasi].  Bogor  (ID)  :  Institut  Pertanian Bogor.
Kurniawan D. 2013. Sintesis nanopartikel serat rami dengan metode ultrasonikasi. [Skripsi]. Bogor (ID) : Institut Pertanian Bogor.
Lestari  P,  Titi  N,  Siti  H,  Djagal  W.  2014.
Pengembangan teknologi pembuatan biopolimer  bernilai  ekonomi  tinggi  dari limbah  tanaman  jagung  ( Zea  mays )  untuk industri makanan. Laporan Penelitian. Yogyakarta : Universitas Gajah Mada.
Lidiniyah.  2011.  Peningkatan  jumlah  nanopartikel kitosan  terisi  ketoprofen  berdasarkan  ragam
surfaktan  dan  kondisi  ultrasonikasi.  [Tesis]. Bogor (ID) : Institut Pertanian Bogor.
Mohanraj  VJ  dan  Chen Y.  2006. Nanoparticles  –  A Review. Tropical  Journal  of  Pharmaceutical Research. 5(1):561–573.
Pausa Y,  Mariana  B,  dan  Yudha A. 2015. Optimasi tingkat  kemurnian  silika,  SiO 2 ,  dari  abu cangkang  sawit  berdasarkan  konsentrasi pengasaman. Prisma Fisika. 3(1) : 1-4. Purwati  S,  Soetopo  R,  dan  Setiawan  Y.  2007. Potensi  penggunaan  abu boiler industri  pulp dan  kertas  sebagai  bahan  pengkondisi  tanah gambut  pada  areal  gambut  tanaman  industri. Selulosa. 42(1):8-17.
Safitri  D.  2012.  Sintesis  nanopartikel  serat  kulit rotan  dengan  metode  ultrasonikasi.  [Skripsi]. Bogor (ID) : Institut Pertanian Bogor.
Setyawan  H,  Wibawa  G,  dan  Taufani  F.    2007. Pengembangan  proses  pembuatan  silika  gel dari abu ketel pabrik gula. Laporan Penelitian Hibah  bersaing  Dirjen  DIKTI  Kemendiknas.
Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh November.
Sembiring S dan Karo-Karo P. 2007. Pengaruh suhu sintering terhadap  karakteristik  termal  dan mikrostruktur  silica  sekam  padi. Jurnal  Sain MIPA. Edisi Khusus. 13(3): 233-239.
Siswanto,  Hamzah  M,  Mahendra  A,  Fausiah.  2012. Perekayasaan nanosilika berbahan baku silika lokal  sebagai  filler  kompon karet  rubber  air bag peluncur  kapal  dari  galangan. Prosiding . Workshop Insinas Jakarta, 29-30 Nop 2012.
Suka  I,  Wasinton  S,  Simon  S,  Evi  T.  2008.
Karakteristik  silika  sekam  padi  dari  provinsi Lampung  yang  diperoleh  dengan  metode ekstraksi. MIPA. 37(1) : 47-52.
Tarirai  C.  2005.  Cross-linked  chitosan  matrix systems  for  sustained  drug  release  [Thesis]. Tshwane: Tshwane University of Technology. Thassu  D,  Pathak  Y,  dan  Deleers  M.  2007. Nanoparticulate  Drug-Delivery  Systems  :  an Overview.  Di  dalam:  Thassu  D,  Pathak  Y, Deleers  M,  editor. Nanoparticulates  Drug Delivery  Systems. New  York:  Informa healthcare. Hlm. 1–31.
Thuadaij  N  dan  Nuntiya  A.  2008.  Preparation  of nanosilica  powder  from  rice  husk  ash  by precipitation  method. Chiang  Mai  Journal Science . 35(1) : 206-211. Tiyaboonchai  W . 2003.  Chitosan  nanoparticles:  a promising system for drug delivery. Naresuan University Journal. 11(3):51-66.
Yudhistira  AD,  Fajar  BI,  dan  Tutuk  DK.  2012. Pembuatan asimetrik membran untuk pengolahan  air  :  pengaruh  waktu  penguapan terhadap  kinerja  membran. Jurnal  Teknologi Kimia dan Industri. 1(1) : 186-193.