J. Kartika Kimia , November 2020, 3, (2), 96-100 Journal homepage : http://jkk.unjani.ac.id/index.php/jkk P-ISSN: 2655-1322     E-ISSN: 2655-0938

## Sintesis Nanosilika Daun Bambu (Bambusa sp.) Menggunakan Metode Hidrotermal

## Synthesis Nanosilica of Bamboo’s Leaf (Bambusa sp.) by Using Hydrothermal
Method
Hasri * , Muharram, Fauziah Nadwi Universitas Negeri Makassar
*E-mail: hasriu@unm.ac.id
DOI: https://doi.org/10.26874/jkk.v3i2.56
Received : 30 Oct 2020, Revised : 30 Nov 2020., Accepted : 30 Nov 2020, O nline : 30 Nov 2020

## Abstrak
Keberadaan  tanaman  bambu  sangat  banyak  di  Indonesia.  Bagian  yang  paling  banyak dimanfaatkan  adalah  bagian  batangnya  sedangkan  daunnya  dibiarkan  menjadi  limbah. Padahal kandungan silika pada daun bambu cukup tinggi. Telah dilakukan penelitian sintesis nanosilika  dari  daun  bambu  dengan  menggunakan  metode  hidrotermal  dengan  variasi  suhu dan  waktu.  Ada  beberapa  metode  sintesis  nanosilika,  di  antaranya sol - gel ,  kopresipitasi, polymeric gel dan hidrotermal. Metode hidrotermal adalah metode yang paling mudah dalam eksekusinya karena tidak membutuhkan biaya besar namun menghasilkan nanosilika dengan tingkat kemurnian yang cukup tinggi. Hasil menunjukkan nanosilika yang dihasilkan bersifat multifase,  yaitu  fase cristobalite yang  ditandai  dengan  munculnya  peak  pada  sudut  2θ  23 o , 32 o ,  44 o ,  dan  49 o ;  fase quartz yang  ditandai  dengan  munculnya  peak  pada  sudut  2θ  28 o dan 38 o ;  fase  coesite  yang  ditandai  dengan  munculnya  peak  pada  sudut  2θ  29 o dan  33 o . Disimpulkan  bahwa,  suhu  dan  waktu  hidrotermal  berpengaruh  pada  karakteristik  nanosilika yang dihasilkan. Ukuran nanosilika terkecil yaitu 15,40 nm terbentuk pada suhu 120 o C waktu 6 jam sedangkan ukuran nanosilika terbesar yaitu 27,44 nm terbentuk pada suhu 180 o C waktu 6 jam.
Kata kunci: daun bambu, hidrotermal, nanosilika

## Abstract
The existence of bamboo plants is very much in Indonesia. The part that is mostly used is the stem,  while  the  leaves  are  left  to  become  waste.  Even  though  the  silica  content  in  bamboo leaves  is  quite  high.  Research  on  the  synthesis  of  nanosilica  from  bamboo  leaves  has  been carried  out  using  the  hydrothermal  method  with  variations  in  temperature  and  time.  There are  several  nanosilica  synthesis  methods,  including  sol-gel,  coprecipitation,  polymeric  gel and  hydrothermal.  The  hydrothermal  method  is  the  easiest  method  of  execution  because  it does not  require large costs but  produces nanosilica with a high level  of purity. The results showed  that  the  nanosilica  produced  were  multiphase,  namely  the  cristobalite  phase  which was  marked  by  the  appearance  of  peaks  at  angles  of  2θ  23 o ,  32 o ,  44 o ,  and  49 o ;  the  quartz phase characterized by the appearance of  peaks  at  an angle of  2θ 28 o and  38 o ;  the  coesite phase  is  characterized  by  the  appearance  of  peaks  at  an  angle  of  2θ  29 o and  33 o .  It  was concluded that the temperature and hydrothermal time had an effect on the characteristics of
the  nanosilica  produced.  The  smallest  nanosilica  size  was  15.40  nm,  formed  at  120 o C  for  6 hours, while the largest nanosilica size was 27.44 nm, formed at 180 o C for 6 hours.

## Keywords: bamboo leaf, hydrothermal, nanosilica
1 Pendahuluan
Bambu  merupakan  tanaman  yang  memiliki peranan  yang  sangat  penting  dalam  masyarakat Indonesia. Keberadaannya sangat banyak dijumpai  pada  beberapa  tempat,  baik  yang ditanam  secara  sengaja  maupun  yang  tumbuh liar.  Tanaman  bambu  terhitung  mudah  untuk tumbuh,  baik  di  lahan  basah  maupun  kering, dataran rendah ataupun dataran tinggi.
Apabila  bambu  dimanfaatkan,  bagian  yang banyak digunakan adalah bagian batang. Sedangkan daun yang dihasilkan hanya dibiarkan menjadi  limbah  agro.  Padahal,  kandungan  silika yang  cukup  tinggi  di  abu  daun  bambu, menjadikan  daun  bambu  berpotensi  sebagai penghasil  silika.  Silika  yang  berasal  dari  bahan organik dikenal dengan nama bio-silika [1]
Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  pernah dilakukan,  bambu  memiliki  kadar  selulosa berkisar  antara  42,4%  -  53,6%,  kadar  lignin berkisar  antara  19,8%  -  26,6%,  kadar  pentosan 1,24% - 3,77%, kadar abu 1,24% - 3,77%, kadar silika  0,10%  -  1,28%,  kadar  ekstraktif  0,9%  - 6,9%  dan  bambu  mengandung  holoselulosa (selulosa  dan  hemiselulosa)  berkisar  antara 73,32% - 83,80% [2]. Dari kandungan silika yang dimiliki  oleh  bambu,  memungkinkan  untuk memanfaatkan  bambu  menjadi  lebih  optimal dengan  mengekstrak  kandungan  silika  dari bambu  tersebut.  Silika  merupakan  bahan  kimia yang pemanfaatannya dan aplikasinya cukup luas berbagai bidang.
Adanya  kandungan  silika  dalam  daun bambu  memiliki  potensial  untuk  dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan material berbahan dasar  silika.  Silika  dari  daun  bambu  ini  dapat diperoleh  dengan  metode  pengabuan  [3].  Seperti penelitian yang telah dilakukan dengan pemanfaatan  silika  dari  abu  daun  bambu  yang digunakan  dalam  bidang  konstruksi  dan  daun bambu sebagai bahan pozzolanic . Dari penelitian beberapa silika daun bambu yang telah dilakukan sebelumnya  mendasari  dilakukannya  penelitian ini  yaitu  akan  memanfaatkan  silika  daun  bambu dengan  metode  yang  berbeda  yaitu  metode hidrotermal.
Nanosilika mewakili salah satu dari nanomaterial  yang  sangat  luas  penggunaannya khususnya  di  bidang    industri,  misalnya  sebagai bahan  utama  dalam  pembuatan  semen,  kaca,
botol,  keramik,  maupun  industri  kosmetik. Ukuran partikel yang diperkecil membuat produk memiliki  sifat  yang  berbeda  sehingga  dapat meningkatkan  kualitas  material  [4].  Salah  satu karakteristik  menarik  dari  partikel  berukuran nano yaitu perbandingan luas area dengan volum yang  besar.  Terdapat  beberapa  metode    dapat digunakan dalam  sintesis nanosilika, seperti sol - gel , kopresipitasi, polymeric gel dan hidrotermal. Di  antara  metode  tersebut  metode  hidrotermal memiliki    beberapa  keuntungan  yaitu  tidak membutuhkan  biaya  besar  dalam  eksekusinya serta  memiliki  tahapan  yang  mudah  dalam pembuatan material nano [5].
Dengan  menggunakan  metode  hidrotermal, pengaturan  morfologi,  struktur  dan  komposisi fase  yang  optimal  dapat  dilakukan  tanpa menggunakan template . Metode hidrotermal juga menghasilkan  kemurnian  dan  kristalitas  yang tinggi  dan  distribusi  ukuran  partikel  yang homogen  dengan  hanya  memanfaatkan  mineral alam  Indonesia  yang  berkualitas  rendah  sebagai benih [6].
Penelitian  ini  dilakukan  untuk  mensintesis nanosilika  menggunakan  sampel  daun  bambu kering dengan menggunakan metode hidrotermal agar diperoleh kadar nano silika yang tinggi.

## 2 Metode Penelitian

## 2.1 Alat
Alat  yang  digunakan  berupa  peralatan gelas,  reaktor  hidrotermal,  termometer, hot  plate stirrer ,  magnet stirrer ,  krus  porselen, furnace , neraca  analitik,  desikator,  oven  ( Memmert ), penyaring Bunchner, ayakan,  lumpang  dan  alu, dan untuk karakterisasi digunakan  XRF ( Thermo scientific ) , SEM-EDX  ( Hitachi  Flexsem  1000 ) dan XRD ( X-Ray Diffraction 700 Shimadzu ) .

## 2.2 Bahan
Bahan-bahan  yang  digunakan  berupa  daun bambu,  asam  sitrat  (C 6 O 8 H 7 )  5  %,    natrium Hidroksida (NaOH) 2,5 N, asam sulfat (H 2 SO 4 ) 5 N, akuades (H 2 O),  indikator universal dan kertas Whatman No. 42.

## 2.3 Prosedur Kerja
1. Sampel  daun  bambu  kering  sebanyak  40  g dibersihkan  dan  dicuci  menggunakan  asam sitrat  5  %  kemudian    dipanaskan  pada  suhu
700 o C  untuk  memperoleh  abu  daun  bambu kemudian dikarakterisasi menggunakan XRF  untuk  mengetahui  kadar  silika  yang terdapat pada abu daun bambu.
2. Abu  daun  bambu  hasil  preparasi  sebanyak 25  g  kemudian  digerus  dan  diayak menggunakan  ayakan  ukuran  100  mesh, selanjutnya  abu  halus    diekstrak  dengan larutan  100  ml  NaOH  2,5  N  selama  3  jam pada    suhu  80-100 o C.  Ekstrak  kemudian didinginkan  dan  disaring.  Larutan  natrium silika  yang  diperoleh  kemudian  dimasukkan ke  dalam  reaktor  hidrotermal  kapasitas  250 mL  dengan  variasi  suhu  120 o C,  150 o C  dan 180 o C  dan  variasi  waktu  2,  4  dan  6  jam. Sampel  natrium  silika  selanjutnya  dititrasi menggunakan  H 2 SO 4 hingga  pH  8-9  dan diendapkan  hingga  terbentuk  silika  gel. Silika    yang  diperoleh  dibilas  dengan akuades  hangat  untuk  menghilangkan  zat pengotor,  silika  kemudian  diaging  dan dikeringkan  menggunakan  oven  dengan suhu 105 o C.
3. Nanosilika    yang  dihasilkan  dikarakterisasi menggunakan X-Ray  Diffraction (XRD) dan Scanning  Electron  Mictroskopy  (SEM) Energy X-ray Spectroscopy (EDX).
3 Hasil dan Diskusi/ Result and Discussion
Daun  bambu  hasil  penggilingan  dicuci untuk  menghilangkan  zat-zat  pengotor  abu  daun bambu berwarna putih dan memiliki tekstur yang halus. Hal ini disebabkan karena menurun/hilangnya  kandungan  senyawa  karbon dalam abu [7]. Komposisi  abu  daun bambu yang telah  dianalisis  XRF  menunjukkan  kandungan silika (SiO 2 ) sebesar  98,31%.
Tabel 1. Komposisi Abu Daun bambu Senyawa Persentase (%) Unsur   Persentase (%) SiO 2 98,31 Si 94,12 CaO 0,65 Px 1.89 K 2 O 0,40 Ca 1,80 P 2 O 5 0,32 K 1,26 Fe 2 O 7 0,17 Fe 0,48 MnO 0,09 Mn 0,28 TiO 2 0,04 Ti 0,11 ZnO 0,01 Zn 0,04 Sn 0,01
Abu  daun  bambu  diekstrak  menggunakan NaOH, hasil ekstraksi diperoleh filtrat berbentuk larutan  yang  berwarna  kekuningan.  Fungsi
penambahan  NaOH  untuk melarutkan  SiO 2 yang terdapat  pada  abu  daun  bambu    dan  sebagai penyuplai  Na + sehingga  menghasilkan  natrium silika.  Pelarutan  disertai    pemanasan  bertujuan agar proses pembentukan natrium silikat menjadi sempurna berupa larutan dengan pH 13.
Natrium  silika    yang  dihasilkan  selanjutnya digunakan  dalam  mensintesis  nanosilika  pada variasi suhu 120 o C, 150 o C dan 180 o C dan  variasi waktu 2 jam 4 jam dan 6 jam. Setelah mengalami proses  hidrotermal  selanjutnya  diasamkan  pada pH  7-8,  untuk    membentuk  gel  nanosilika. Pemilihan  nilai  pH  didasarkan  pada  sifat nanosilika  yang  tidak  larut  dalam  media  pada suasana  netral,  sehingga  pada  kondisi  pH  7-8 diharapkan  berlangsung secara  optimal  [8].  Pada kondisi  netral  gugus  siloksi  dan  silanol terdeprotonasi  seimbang  dalam  jumlah  yang relatif banyak. Larutan H 2 SO 4 berfungsi menetralkan  larutan  filtrat  nanosilika  agar berbentuk  gel  [9].  Nanosilika  gel yang  terbentuk disaring  untuk  memisahkan  pelarut  yang  masih tersisa, selanjutnya dioven dan diperoleh nanosilika  padatan  kemudian  digerus  hingga menjadi  bubuk.  Peningkatan  suhu  120 o C  ke 150 o C  menyebabkan  pula  peningkatan  massa nanosilika  yang  pada  berbagai  waktu  reaksi,  hal ini  disebabkan  Saat  terjadi  kenaikan  suhu,  maka energi  pembentukan  kristal.  Namun  saat  suhu ditingkakan  menjadi  180 o C    terjadi  penurunan massa nanosilika, hal ini disebabkan karena pada saat  peningkatan  suhu  reaksi  tanpa  diiringi peningkatan tekanan dan menurunkan intensitasnya,  sehingga  kristalinitasnya  menjadi rendah [10].
Gambar  3  menunjukkan  adanya  perbedaan besaran  silika  yang  dihasilkan.  Pada  suhu  120 o C dan  150 o C  terjadi  penurunan  ukuran  nanosilika seiring dengan bertambahnya waktu reaksi,  pada waktu  reaksi  2  jam    proses  pembentukan  kristal berjalan  dengan  lambat  sehingga  menghasilkan nanosilika  dengan  ukuran  yang  lebih  besar.  Saat waktu  reaksi  ditingkatkan  proses  pembentukan nanosilika terjadi dengan cepat sehingga menghasilkan ukuran nanosilika yang lebih kecil. Pada  suhu  180 o C  terjadi  penurunan    ukuran nanosilika    yang  dihasilkan  seiring  dengan bertambahnya  waktu  reaksi.  Namun  saat  waktu reaksi  ditingkatkan menjadi  6  jam ukuran  kristal menjadi  lebih  besar  karna  proses  pembentukan kristal  terlalu  cepat  sehingga  inti  kristal cenderung  mengalami  agregasi  sehingga  ukuran partikel  nanosilika  lebih  besar  [11].  Dapat disimpulkan  bahwa peningkatan suhu dan waktu reaksi terjadi penurunan ukuran nanosilika.
(a) (b) (c)
Gambar 3. (a) Difraktogram Nanosilika Suhu Reaksi  120 ℃  (b)  Difraktogram  NanosilikaSuhu Reaksi  150  ℃  (c)  Difraktogram    Nanosilika  Suhu Reaksi 180 ℃
Akan  tetapi  suhu  terlalu  tinggi  dan  waktu  reaksi semakin lama mengakibatkan peningkatan ukuran  nanosilika  hal  ini  dapat  terjadi  karena kenaikan suhu akan mengakselerasi pertumbuhan kristal yang melibatkan proses pemanasan [12].
Secara  umum  nanosilika  yang  dihasilkan bersifat  multifase,  yaitu  fase cristobalite yang ditandai  dengan  munculnya peak pada  sudut  2θ 23 o ,  32 o ,  44 o ,  dan  49 o ;  fase quartz yang  ditandai dengan  munculnya peak pada  sudut  2θ  28o  dan 38 o ; fase coesite yang ditandai dengan
munculnya peak pada  sudut  2θ  29 o dan  33 o . Munculnya peak pada  daerah  di  atas  2θ  50 o menandakan adanya pengotor pada sampel Hasil  analisis X-Ray  Difraction (XRD) digunakan  untuk  mengidentifikasi  ukuran  dan fasa  kristal  nanosilika.  Adapun  ukuran  dan difraktogram  nanosilika  hasil  sintesis  dapat dilihat pada tabel 2 dan gambar 3(a);(b);(c).
Tabel  2. Ukuran    Nanosilika  yang  dihasilkan  pada Variasi Suhu dan Waktu Suhu (C) Waktu (jam) 2 theta FWHM  Ukuran (nm)
Adapun  morfologi  kristal  tidak  beraturan dapat  disebabkan  karena  proses  nukleasi  yang terjadi  bersifat  heterogen  akibat  keberadaan senyawa lain ( impurities ) yang juga menyebabkan  komposisi  dari  produk  menjadi heterogen  [13].  Gambar  4  di  bawah  juga memperlihatkan bahwa pada permukaan beberapa  kristal  terdapat  kristal  kecil  yang menempel.  Dan  dimungkinkan  terdapat  pula partikel pengotor melekat pada permukaan silika sebagai  matrix  hasil  itu  sesuai  dengan  data difraktogram menunjukkan adanya peak pengotor pada sampel.
Berdasarkan hasil pengamatan EDX ( Energy Dispersion  X-Ray  Spectroscopy )  dan  Mapping terlihat  bahwa  pada  partikel  nanosilika  terdapat terdapat beberapa unsur lain selain Si dan O.
120 2 31,9266  0,3792 23,96 4 32,3565  0,5678 15,87 6 32,2130  0,5877 15,40 150 2 32,2831  0,54012  22,52 4 64,3968  0,5598 18,19 6 32,2014  0,5355 16,96 180 2 32,0089  0,5189 17,55 4 32,0238  0,5677 15,89 6 31,8570  0,3290 27,44
Gambar  4. Morfologi  Nanoslika  pada  Suhu  120  ℃, Waktu 6 Jam Pembesaran (A) 1000x, (B) 5000x
Tabel  4. Komposis  Nanosilika  Sekam  Padi  Hasil Sintesis

## 4 Kesimpulan
Disimpulkan  bahwa,  suhu  dan  waktu hidrotermal  berpengaruh  pada  karakteristik nanosilika  yang  dihasilkan.  Ukuran  nanosilika terkecil  yaitu  15,40  nm  terbentuk  pada  suhu 120 o C waktu 6 jam sedangkan ukuran nanosilika terbesar  yaitu  27,44  terbentuk  pada  suhu  180 o C waktu  6  jam.  Nanosilika  yang  dihasilkan memiliki sifat multifase yaitu cristobalite, quartz, dan coesite. Penentuan  struktur  kristal dilakukan  menggunakan software  match , berdasarkan pola diffraksi nanosilika.

## Ucapan Terima Kasih
Terima  kasih  yang  sebesar-besarnya  kepada seluruh  pihak  yang  telah  memberi  dukungan kepada  penelitian  kami,  baik  dari  pihak  pemberi sponsor,  rekan  dosen,  maupun  para  proofreader kami  yang  telah  memeriksa  hasil  dari  penelitian ini.

## Daftar Pustaka
[1]   Husnain.  Mengenal  Silika  Sebagai  Unsur
Hara.  Warta  Penelitian  dan  Pengembangan Pertanian. 2010;19–20.
[2]  Krisdianto  S,  Sumarni,  Ismiarto  A.  Sari Hasil Penelitian Bambu. Departemen Kehutanan Jakarta. 2006;
[3]   Amu OO, Adetuberu AA. Characteristics of Bamboo  Leaf  Ash  Stabilization  on  Lateritic Soil  in  Higway  Construction.  Int  J  Eng Technol. 2010;2(4):212–9.
[4]  Munasir, Triwikantoro, Zainuri M, Darminto.  Perbandingan  Massa  Kalium Hidroksida Pada Ekstraksi SiO2 Orde Nano Berbasis  Bahan  Alam  Pasir  Kuarsa.  In: Prosiding  Seminar  Nasional  Sains  dan Pendidikan  VII  UKSW.  Surabaya:  Institut Teknologi Surabaya; 2013.
[5]   Durrani SK, Syed ZH, Khalid S, Yaqoob K, Mohammad  A,  Nisar  A.  Hydrothermal Synthesis and Characterization of Nanosized Transition  Metal  Chromite  Spinels.  Turk  J Chem. 2012;36:111–20.
[6]   Wustoni S,  Mukti R, Wahyudi A, Ismunandar  I.  Sintesis  Zeolit  Mordenit dengan  Bantuan  Benih  Mineral  Alam
Indonesia. urnal Mat Dan Sains. 2012;16(3):158–60.
[7]  Setyaningsih  I,  Linawati  H,  Monintja  DR, Sondita  FA,  Bintang  M,  Lailati  N,  et  al. Ekstraksi  Senyawa  Antibakteri  Dari  Diatom Chaetoceros gracilis dengan Berbagai Metode. Bogor: IPB Press; 2017.
[8]   Suka  IG,  Simanjuntak  W,  Sembiring  S, Trisnawati  E.  Karakteristik  Silika  Sekam Padi dari Provinsi Lampung yang Diperoleh dengan Metode Ekstraksi. J MIPA. 2008;37(1):47–52.
[9]   Sofyan  GGI,  Alauhdin  M,  Susatyo  EB. Sintesis  dan  Karakterisasi  Bahan  Keramik Cordierite  dari  Abu  Sekam  Padi.  Indones  J Chem Sci. 2013;2(2).
[10]  Cao  X,  Yong-Chun  S,  Yong-Neng  H, Guang-Ping  L,  Liu  C.  Integrated  Process  of Large-Scale  and  Size-Controlled  SnO2 Nanoparticles  by  Hydrothermal  Method. Trans  Nonferrous  Metlas  Soc  China. 2013;23(3):725–30.
[11] Liang W, Niu Y, Ge S, Song S, Su J, Luo Z. Effects  of  hydrothermal  treatment  on  the properties  of  nanoapatite  crystals.  Int  J
Nanomedicine [Internet]. 2012/09/28. 2012;7:5151–8. Available from:
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23055727
[12] Liang  W,  Yunfei  N,  Shuhua  G,  Shaojun  S, Jiacan S, Zhuojing L. Effect of Hydrotermal Treatment on The Properties of Nanoapatite Crystals. Int J Med. 2012;7:5151–5158.
[13] Byrappa  K,  Yoshimura  M.  Hydrothermal Technology—Principles  and  Applications [Internet].  Handbook  of  Hydrothermal Technology.  Elsevier;  2001.  p.  1–52.
Available from: http://dx.doi.org/10.1016/b978-081551445- 9.50002-7 Unsur Berat % C 2,56 N 2,57 O 48,89 Na 7,12 Si 36,78 S 2,07