## ALCHEMY Journal of Chemistry

## Artikel Penelitian

## Isolasi dan Karakterisasi Hidroksiapatit dari Limbah Tulang Hewan
Vina Amalia * , Eko Prabowo Hadisantoso, Dede Hidayat, Riska Farah Diba, Muhamad Fahmi Dermawan, Siti Wilamah Tsaniyah
Jurusan Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi,  Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati Bandung
INFO ARTIKEL

## ABSTRAK
Sejarah artikel Revisi 16 September 2017 Diterima 30 Desember 2017 Tersedia online 16 Januari 2018 Vertebrates bone contains 60% of calcium phosphate that can be used as a  basic  material  of  hydroxyapatite.  Hydroxyapatite  is  a  bioceramics material  that  has  good  adsorption  properties,  so  it  can  be  used  as  an adsorbent.  This  research  focused  on  isolation  and  characterization  of hydroxyapatite  from  some  bone  wastes,  namely  cow  bone,  goat  bone, goramy  and  tuna  fish  bone.  Hydroxyapatite  from  cow  and  goat  bones waste  was  isolated  by  calcination  at  1000°C  and  activated  by  Na 2 CO 3 . Isolation of hydroxyapatite from fish (goramy and tuna) bone waste is only hydrolyzed  by  NaOH  without  calcination.  Characterization  using  XRD showed that  crystalline  hydroxyapatite  was  formed  from  the  isolation  of cow and goat bones, and amorphous hydroxyapatite was formed from the isolation  of  goramy  and  tuna  fish  bones.  Comparison  of  Ca/P  of hydroxyapatite  isolated  from  bovine,  goat,  goramy  and  tuna  bones  are 1.71; 1.79; 1.97; 1.86, respectively. Based on IR spectra, hydroxyapatite has  the  -OH,  PO 4 3- ,  and  CO 3 2- groups.  The  surface  morphology  of  the hydroxyapatite is porous with the particle size of 1-2 μm.
Keywords: hydroxyapatite, bone’s waste, adsorbent
Tulang  vertebrata  mengandung  60%  kalsium  fosfat.  yang  dapat dimanfaatkan  sebagai  bahan  dasar  hidroksiapatit.  Hidroksiapatit merupakan  material  biokeramik  yang  memiliki  sifat  adsorpsi  yang  baik sehingga dapat dimanfaatkan sebagai adsorben. Penelitian ini bertujuan untuk  mengisolasi  dan  mengkarakterisasi  hidroksiapatit  dari  beberapa limbah  tulang,  yaitu  tulang  sapi,  kambing,  gurame,  dan  tongkol. Hidroksiapatit dari limbah  tulang sapi dan kambing diisolasi dengan cara kalsinasi pada suhu 1000°C dan diaktivasi menggunakan Na 2 CO 3 . Isolasi hidroksiapatit  dari  limbah  tulang  gurame  dan  tulang  tongkol  tidak dilakukan  kalsinasi  hanya  digunakan  hidrolisis  menggunakan  NaOH. Karakterisasi  menggunakan  XRD  menunjukkan  bahwa  telah  terbentuk hidroksiapatit  kristalin  dari  hasil  isolasi  tulang  sapi  dan  kambing,  dan terbentuk  hidroksiapatit  amorf  dari  hasil  isolasi  tulang  gurame  dan tongkol.  Perbandingan  Ca/P  hidroksiapatit  hasil  isolasi  dari  tulang  sapi, kambing,  gurame,  dan  tongkol,  masing-masing  adalah  1,71;  1,79;  1,97 dan  1,86.  Spektra  IR  hidroksiapatit  menunjukkan  adanya  gugus  –OH, PO 43- , dan CO 32- . Morfologi permukaan hidroksiapatit hasil isolasi berpori dengan ukuran partikel 1-2 µm.
Kata Kunci: hidroksiapatit, limbah tulang, adsorben
* Penulis korespondensi: Email: vinaamalia@gmail.com

## 1. Pendahuluan
Hidroksiapatit (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) adalah mineral  anorganik  yang  bisa  didapatkan  dalam tulang,  diantaranya  adalah  tulang  hewan.  Tulang adalah salah satu hasil samping selain dagingnya, tulang  sapi  dapat  dimanfaatkan  untuk  keperluan yang  beraneka  ragam.  Tulang  merupakan  salah satu  dari  bagian  hewan  yang  memiliki  banyak manfaat.  Namun  pemanfaatan  tulang  tersebut kurang  optimal.  Oleh  karena  itu,  diperlukan alternatif  lain  untuk  meningkatkan  nilai  ekonomis dan daya guna tulang (Atmoko & Pangestuti, 2011). Salah  satu  contohnya  adalah  pemanfaatan  tulang sapi  sebagai  material  penyerap  (adsorben)  pada proses adsorpsi.
Tulang  mengandung  unsur  seperti  kalsium dan fosfor. Kalsium yang terkandung dalam tulang berupa  7,07%  CaCO 3 ,  1,96%  CaF 2 ,  dan  58,30% Ca 3 (PO 4 ) 2 . Adapun kandungan fosfor dalam tulang adalah  2,09%  Mg 3 (PO 4 ) 2 dan  58,30%  Ca 3 (PO 4 ) 2 (Perwitasari, 2008). Kalsium dan fosfor merupakan unsur  utama  pembentuk  hidroksiapatit  sehingga tulang  dapat  dimanfaatkan  sebagai  bahan  baku dalam sintesis hidroksiapatit. Dari kandungan kimia tersebut,  maka  tulang  hewan  dapat  dimanfaatkan sebagai  adsorben  pada  proses  adsorpsi  (Agarwal & Gupta, 2015).
Potensi  ini  sangat  bermanfaat,  terutama  jika diterapkan  dalam  upaya  mengatasi  pencemaran limbah  berbahaya  yang  berasal  dari  industri maupun  rumah  tangga,  diantaranya  adalah pencemaran  logam  berat.  Beberapa  penelitian telah  melaporkan  penggunaan  tulang  hewan sebagai adsorben, diantaranya penggunaan arang tulang  hewan  sebagai  adsorben  logam  Cr(VI) (Agarwal & Gupta, 2015) dan penghilangan logam Zn(II)  dengan  menggunakan  serbuk  tulang  ikan (Lim, Teng, Ibrahim, Ahmad, & Chee, 2012). Hidroksiapatit  dari  tulang  hewan  dapat disintesis  dengan  beberapa  cara,  diantaranya dengan  metode  Sol-Gel  (Pinangsih,  Wardhani,  & Darjito,  2014)  basah-pengendapan  (Wardhani, 2014), wet  process (Fitriawan,  Amalia,  Saputra, Setyawati,  Yulianto,  &  Aji,  2015),  dan  hidrolisis asam  (Sobczak,  Kowalski,  &  Wzorek,  2009), maupun  hidrolisis  basa  (Barakat,  Khil,  Omran, Sheikh,  &  Kim,  2009).  Pada  penelitian  ini  akan dilakukan  isolasi  hidroksiapatit  dari  beberapa limbah  tulang  hewan,  diantaranya  tulang  sapi, kambing,  gurame,  dan  tongkol.  Hidroksiapatit diisolasi dari tulang sapi dan kambing dengan cara
kalsinasi  pada  suhu  1000°C  dan  aktivasi menggunakan  Na 2 CO 3 .  Isolasi  hidroksiapatit  dari tulang  gurame  dan  tulang  tongkol  dilakukan menggunakan hidrolisis NaOH. Hidroksiapatit hasil isolasi  dikarakterisasi    menggunakan  XRD  ( X-Ray Diffraction ),  XRF  ( X-Ray  Fluoresence ),  FTIR ( Fourier Transform Infra Red ), dan SEM ( Scanning Electron Microscope ).

## 2. Bahan dan metode

## 2.1. Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian  ini  antara  lain  limbah  tulang  sapi, kambing,  ikan  gurame,  dan  ikan  tongkol  yang diperoleh dari pasar tradisional dan pedagang kaki lima,  Na 2 CO 3 (Merck), dan NaOH (Merck).
2.2.  Preparasi  dan  pembuatan  adsorben  tulang sapi dan tulang kambing
Sampel  limbah  tulang  sapi  dan  tulang kambing dibersihkan dari daging dan sumsum yang masih  berada  pada  tulang.  Tulang  dicuci  dengan air dan detergen beberapa kali lalu dibilas dengan aquadest,  kemudian  dijemur  selama  satu  hari sampai  kering  dan  tidak  berbau.  Tulang  kering digerus  dan  serbuk  tulang  ditempatkan  pada cawan penguap untuk dipanaskan dengan furnace selama  1  jam  pada  suhu  1000  °C.  Setelah  itu hidroksiapatit didinginkan dalam desikator.
Adsorben  yang  dihasilkan  dari  proses kalsinasi tersebut digerus hingga halus dan diayak menggunakan  ayakan  149  µm.  Selanjutnya dilakukan  aktivasi,  yaitu  dengan  menimbang sebanyak  0,5  gram  adsorben  tulang  sapi dimasukkan  ke  dalam  gelas  kimia  250  mL, kemudian diaktivasi dengan menambahkan larutan Na 2 CO 3 0,1  M  sebanyak  150  mL  di  dalam  gelas kimia  250  mL.  Setelah  itu,  campuran  diaduk selama  5  menit  dan  dipanaskan  dengan menggunakan hotplate selama  1  jam.  Kemudian hidroksiapatit tersebut disaring dan  dibilas dengan aquades.  Setelah  itu,  hidroksiapatit  dioven  pada suhu 110°C selama 2 jam.
2.3.  Preparasi  dan  pembuatan  adsorben  tulang gurame dan tongkol
Sampel  tulang  ikan  gurame  dan  tongkol dibersihkan  dan  dicuci  dengan  akuades  panas. Sampel  yang  sudah  bersih  didiamkan  sampai kering  dan  dioven  dengan  suhu  120°C.  Sampel didinginkan dan diaktivasi.
Serbuk  tulang  ikan  direndam  dalam  larutan NaOH 0,1 M dengan perbandingan padatan:larutan 1:50  (w/v)  dan  diaduk  dengan magnetic  stirer dengan  kecepatan  150  rpm  selama  2  jam. Adsorben  selanjutnya  disaring  dan  dikeringkan dalam  oven  pada  suhu  80°C  selama  24  jam,  lalu didinginkan dalam desikator. Setelah itu, adsorben ditumbuk  sampai  149  μm.  Adsorben  yang  telah siap  digunakan  disimpan  dalam  wadah  kedap udara.

## 2.4. Karakterisasi hidroksiapatit
Instrumen yang digunakan untuk karakterisasi hidroksiapatit  yang  dihasilkan  menggunkan    SEM (JEOL JCM 6000), Spektrofotometer FTIR (Agilent Tipe  Carry  600  Series),  dan XRD (PANanalytical type X’Pert PRO PW3040/x0) .

## 3. Hasil dan pembahasan
3.1. Preparasi dan isolasi hidroksiapatit dari limbah tulang sapi dan kambing
Hidroksiapatit  dari  tulang  sapi  dan  tulang kambing diisolasi dengan cara dekomposisi termal. Kalsinasi dilakukan pada suhu 1000°C, pada suhu di bawah 1000°C yang akan terjadi adalah proses karbonisasi  senyawa  organik  dalam  tulang.  Selain adanya hidroksiapatit, akan terbentuk pula karbon. Pada  suhu  1000°C  dekomposisi  senyawa  organik telah  sempurna  terjadi  sehingga  yang  tertinggal hanya  tinggal  mineral  pada  tulang.  Karena kandungan  mineral  tertinggi  hidroksiapatit,  maka pada  suhu  ini  terbentuk  hidroksiapatit  dengan optimum.  Hasil  kalsinasi  tulang  sapi  dan  kambing pada  suhu  1000°C  menghasilkan  tulang  dengan warna  yang  putih,  seperti  ditunjukkan  pada Gambar  1.  Randemen  hidroksiapatit  hasil  isolasi dari tulang didapatkan sebesar 58,6%.  Pada suhu di  atas  1000°C,  akan  terbentuk  trikalsium  fosfat sebagai hasil dekomposisi hidroksiapatit.
Gambar 1. Tulang sapi yang sudah dikalsinasi
Proses pengayakan bertujuan untuk mendapatkan  ukuran  partikel  yang  lebih  kecil  dan homogen,  sehingga  luas  permukaan  adsorben semakin  besar.  Ukuran  partikel  berpengaruh terhadap  proses  adsorpsi  sehingga  serbuk  tulang yang  berukuran  149  µm  lebih  efektif  untuk dijadikan  adsorben.  Apabila  ukuran  partikel diperkecil maka permukaan adsorben menjadi lebih luas  sehingga  lebih  banyak  permukaan  adsorben yang  siap  untuk  berinterasi  dengan  aktivator maupun  dengan  adsorbat  dan  proses  adsorpsi akan lebih optimal.
Tujuan  dari  proses  aktivasi  adalah  untuk membuka  pori-pori  hidroksiapatit  dengan  cara melarutkan  pengotor  yang  masih  terdapat  dalam hidroksiapatit.  Pemilihan  aktivator  Na 2 CO 3 ini karena  dibandingkan  dengan  H 3 PO 4 dan  NaOH, senyawa  yang  terbentuk  antara  ion  karbonat dengan logam-logam mineral yang masih terdapat dalam  hidroksiapatit  memiliki  kelarutan  yang  lebih besar.  Oleh  karena  itu,  pada  saat  proses  aktivasi dilakukan,  logam-logam  tersebut  dimungkinkan dapat  terlarut  dan  pori-pori  hidroksiapatit  menjadi lebih terbuka.

## 3.2. Preparasi dan isolasi hidroksiapatit dari limbah tulang gurame dan tongkol
Hidroksiapatit  dari  limbah  tulang  ikan  gurame dan  tongkol  diisolasi  dengan  cara  hidrolisis  basa. Hidrolisis  basa  merupakan  alternatif  isolasi hidroksiapatit  selain  dengan  cara  dekomposisi termal.  Selain  mengandung  hidroksiapatit,  tulang juga mengandung kolagen. Dengan cara hidrolisis basa,  kolagen  dan  senyawa  organik  lainnya  yang terdapat  dalam  tulang  akan  terdekomposisi (Barakat et al., 2009).
Pada  umumnya,  adsorben  tulang  ikan memiliki  daya  adsorpsi  rendah  sehingga  untuk mendapatkan  adsorben  yang  mempunyai  daya adsorpsi  tinggi  perlu  dilakukan  proses  aktivasi. Proses yang dilakukan yaitu dengan menggunakan aktivator NaOH 0,1 M. Aktivasi ini bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan  hidrokarbon  atau  mengoksidasi  molekul- molekul  permukaan  sehingga  serbuk  tulang mengalami  perubahan,  yaitu  luas  permukaan bertambah  besar  dan  berpengaruh  terhadap  daya adsorpsi.

## 3.2. Karakterisasi hidroksiapatit hasil isolasi 3.2.1. Hasil karakterisasi XRD
Analisis  XRD  diperlukan  untuk  menentukan senyawa  anorganik  dan  struktur  kristal  dari  suatu material.  Hasil  analisis  XRD  (Gambar  2) menunjukkan  bahwa  hidroksiapatit  hasil  isolasi memiliki  kesamaan  2θ  puncak  tertinggi  dengan hidroksiapatit standar ( Calculated from ICSD using POWD-12++) yaitu  pada  2θ:  25,867;  31,765; 32,183; 32,899, 39,794; 46,687.
Gambar  2. Spektrum  XRD  hidroksiapatit  hasil isolasi
Dari spektrum XRD terlihat bahwa hidroksiapatit  yang  diisolasi  dari  tulang  sapi  dan kambing dengan cara kalsinasi memiliki kristalinitas yang sangat besar. Berbeda dengan hidroksiapatit hasil  isolasi  dari  tulang  gurame  dan  tongkol  yang dilakukan dengan metode hidrolisis NaOH, memiliki kristalinitas  yang  rendah.  Hal  ini  menunjukkan bahwa  suhu  isolasi  akan  berpengaruh  terhadap struktur  kristal  hidroksiapatit  yang  terbentuk. Semakin  tinggi  suhu  dekomposisi  menyebabkan kristalinitas  dari  hidroksiapatit  semakin  besar (Zanotto, Saladino, Martino, & Caponetti, 2012).

## 3.2.2. Hasil karakterisasi XRF
Kandungan  unsur  yang  terdapat  dalam hidroksiapatit  dapat  dilihat  pada  Tabel  1.  Secara umum  kandungan  terbesar  dari  hidroksiapatit adalah  unsur  Ca  dan  P.  Pada  hidroksiapatit komersial  Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ,  perbandingan  Ca/P adalah  1,67  sedangkan  perbandingan  Ca/P  dari hidroksiapatit  hasil  isolasi  menunjukkan  nilai  1,71; 1,79; 1,97; 1,86. Nilai ini lebih besar dari rasio yang seharusnya,  hal  tersebut  dimungkinkan  karena masih adanya senyawa lain dalam bentuk senyawa kalsium dalam hidroksiapatit hasil isolasi. Senyawa
kalsium  yang  mungkin  terbentuk  adalah  CaCO 3 dan CaO (Pinangsih et al., 2014)
Tabel 1. Kandungan unsur dalam hidroksiapatit hasil isolasi
Unsur Massa (%) Tulang Sapi Tulang Kambing Tulang Gurame Tulang Tongkol Si 0,1090 0,1150 0,0809 0,0555 Ti - 0,0034 0,0035 0,0029 Al 0,0183 0,0503 0,0340 0,0263 Fe 0,0144 0,0129 0,0138 0,0271 Mn - - 0,0070 0,0033 Ca 38,6800 39,3500 27,5600 26,300 Mg 1,0400 1,0000 0,4830 0,5340 Na 0,8720 1,3500 0,3480 0,2550 K 0,0295 0,0192 0,0192 0,0779 P 17,4700 16,9800 10,8100 10,9100 S 0,0126 0,0225 0,0494 0,0913 Ca/P 1,71 1,79 1,97 1,86

## 3.2.3. Hasil Karakterisasi FTIR
Berdasarkan analisis spektrum IR (Gambar 3), diketahui  bahwa  hidroksiapatit  memiliki  gugus  OH dan  PO 43- .  Selain  itu,  ada  juga  gugus  CH  dan gugus  CO 32- pada  hidroksiapatit  hasil  isolasi  dari tulang  gurame  dan  tongkol.  Munculnya  puncak  di bilangan  gelombang  gugus  CH  dan  CO 32- mengindikasikan  bahwa  dalam  hidroksiapatit tersebut  masih  terdapat  senyawa  organik  dan senyawa karbonat yang belum terdekomposisi.
Masih  terdapatnya  kolagen  yang  tidak terdekomposisi  dapat  terlihat  dari  munculnya puncak  pada  1550  (regangan  N-H)  dan  2922 (regangan  C-H).  Adapun  keberadaan  diidentifikasi dari  munculnya  puncak  pada  bilangan  gelombang 1663 (regangan C ═ O) dan 1027 ( regangan C-O- C) (Lim et al., 2012).
Gambar  3. Spektrum  FTIR  hidroksiapatit  hasil isolasi

## 3.2.4. Hasil karakterisasi SEM
Morfologi  permukaan  hidroksiapatit  hasil isolasi  diperlihatkan  pada  Gambar  4.  Berdasarkan gambar  tersebut  diketahui  keberadaan  pori  pada permukaan hidroksiapatit. Ukuran partikel hidroksiapatit  tulang  sapi  dan  kambing  sekitar  1-2 µm dan memiliki bentuk yang seragam, sedangkan ukuran  dari  partikel  hidroksiapatit  tulang  gurame dan  tongkol  berukuran  lebih  besar  serta  tidak beraturan.
Perbedaan  suhu  isolasi  menyebabkan perbedaan ukuran dan bentuk kristal hidroksiapatit yang terbentuk. Hidroksiapatit yang disintesis pada suhu  di  atas  900 ° C  memiliki  morfologi  batang heksagonal  yang  beraturan.  Adapun  hidroksiapatit yang terbentuk pada suhu di bawah 900 ° C memiliki morfologi  kristal  berbentuk  jarum  (Zanotto  et  al., 2012).

## 4. Kesimpulan
Hidroksiapatit  dapat  diisolasi  dari  limbah tulang  dengan  cara  kalsinasi  tanpa  penambahan pelarut (tulang sapi dan kambing) dan dengan cara hidrolisis NaOH (tulang gurame dan tongkol). Hasil karakterisasi  XRD  menunjukkan  bahwa  terbentuk hidroksiapatit  dengan  kristalinitas  yang  berbeda tergantung  dari  metode  isolasi.  Rasio  Ca/P hidroksiapatit  hasil  isolasi  menunjukkan  nilai  1,71; 1,79;  1,97;  1,86  masing-masing  pada  tulang  sapi, kambing,  gurame,  dan  tongkol.  Partikel hidroksiapatit  yang  diperoleh  dari  isolasi  dengan cara kalsinasi memiliki ukuran yang lebih kecil dan lebih seragam dibandingkan dengan hasil hidrolisis basa.

## Ucapan Terima Kasih
Ucapan  terima  kasih  ditujukan  kepada  Diktis Kemenag  yang  telah  memberikan  bantuan  dana penelitian.

## Daftar Pustaka
Agarwal,  A.,  &  Gupta,  P.  K.  (2015).  Adsorption study of Cr(II) from aqueous solution using animal  bone  charcoal  as  low  cost adsorbent. International  Journal  of Engineering Technology, Management and Applied Sciences , 3 (1), 151–163. Atmoko, I. D., & Pangestuti, R. D. (2011). Produksi gelatin  dari  tulang  sapi  dengan  proses hidrolisa .  Semarang.  Retrieved  from http://eprints.undip.ac.id/36784/
Barakat, N. A. M., Khil, M. S., Omran, A. M., Sheikh, F.  A.,  &  Kim,  H.  Y.  (2009).  Extraction  of pure  natural  hydroxyapatite  from  the bovine  bones  bio  waste  by  three  different methods. Journal  of  Materials  Processing Technology, 209(7), 3408–3415. Fitriawan,  M.,  Amalia,  S.R.,  Saputra,  B.A., Setyawati,  E.,  Yulianto,  A.,  &  Aji,  M.P. (2015).  Sintesis  hidroksiapatit  berbahan dasar  tulang  sapi  dengan  metode presipitasi  sebagai  kandidat  pengganti graft berdasarkan compressive strength . In Prosiding Seminar  Nasional  Mahasiswa Fisika 2014 , Semarang.
Lim, H.K., Teng, T.T., Ibrahim, M.H., Ahmad, A., & Chee, H.T. (2012). Adsorption and removal of  Zinc  (II)  from  aqueous  solution  using powdered fish bones. APCBEE Procedia , 1 ,
96–102.
b
Gambar 4. Morfologi permukaan hidroksiapatit hasil isolasi dari tulang (a) sapi, (b) kambing, (c) gurame, dan (d) tongkol dengan perbesaran 2000 kali.
c d
Perwitasari,  D.S.  (2008).  Hidrolisis  tulang  sapi menggunakan  HCl  untuk  pembuatan gelatin.  In Makalah  Seminar  Nasional
Soebardjo  Brotohardjono  “Pengolahan
Sumber Daya Alam dan Energi Terbarukan”
(pp. 1–9). Retrieved from https://core.ac.uk/download/pdf/12218210. pdf Pinangsih,  A.  C.,  Wardhani,  S.,  &  Darjito.  (2014). Sintesis
biokeramik hidroksiapatit (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 )  dari  limbah  tulang  sapi menggunakan  metode  sol-gel. Kimia Student Journal , 1 (2), 203–209.
Sobczak,  A.,  Kowalski,  Z.,  &  Wzorek,  Z.  (2009).
Preparation  of  hydroxyapatite  from  animal bones. Acta  of  Bioengineering  and Biomechanics , 11 (4), 23–28.
Wardhani,  S.  (2014).  Sintesis  hidroksiapatit  dari tulang  sapi  dengan  metode  basah- pengendapan. Kimia Student Journal , 1 (1), 92–97. Zanotto,  A.,  Saladino,  M.  L.,  Martino,  D.  C.,  & Caponetti,  E.  (2012).  Influence  of temperature  on  calcium  hydroxyapatite nanopowders. Advances  in  Nanoparticles , 1 (3), 21–28.