## Sintesis dan karakterisasi magnetit terlapis dimerkaptosilika

## Abdurrazaq Habib Fadhilah*, Ngatijo, Diah Riski Gusti
Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Jambi Jl. Jambi-Ma. Bulian KM 15 Mendalo Darat Jambi 36361 *Email : abdurrazaqhf@gmail.com
Diterima: 7 November 2019 / Disetujui: 23 Desember 2019 / Dipublikasi online: 31 Desember 2019 DOI: https://doi.org/10.22437/chp.v4i2.8034

## ABSTRAK
Sintesis  magnetit  terlapis  dimerkaptosilika  dilakukan  dalam  beberapa  tahap, yaitu  sintesis  magnetit  dari  FeCl 3 .6H 2 O  dan  FeSO 4 .7H 2 O  dengan  metode kopresipitasi.  Ekstraksi  natrium  silikat  dari  abu  sekam  padi  sebagai  sumber silika.  Pelapisan  magnetit  oleh  dimerkaptosilika  menggunakan  2,3-dimercapto-1- propanol  sebagai  sumber  gugus  merkapto  dan  natrium  silikat  sebagai  sumber silika.  Pelapisan  dilakukan  dengan  metode  sol-gel.  Karakterisasi  FTIR menunjukkan munculnya serapan pada bilangan gelombang 894,04 cm -1 , 2951,22 cm -1 dan  3655,26  cm -1 dari  beberapa  absorbansi  yang  juga  muncul  dalam spektrum  bahan  magnetit  yang  menunjukkan  kelompok  ―SH,  ―CH 2 ,  dan  ―OH. Karakterisasi  XRD  ditandai  dengan  penampilan  puncak  pada  2θ,  yaitu  35,43° dan karakterisasi SEM menunjukkan bahwa bahan Fe 3 O 4 . DMS memiliki morfologi dalam bentuk gumpalan bulat–bulat yang membentuk agregat berwarna keabuan.
Kata kunci: magnetit, dimerkaptosilika, FTIR, XRD, SEM

## ABSTRACT
Synthesis of dimerkaptosilica coated magnetite was carried out in several stages, namely synthesis of magnetite from FeCl 3 .6H 2 O and FeSO 4 .7H 2 O by coprecipitation method.  Extraction  of  sodium  silicate  from  rice  husk  ash  as  a  source  of  silica. Coating  magnetite  by  dimerkaptosilica  using  2,3-dimercapto-1-propanol  as  a source of mercaptogroups and sodium silicate as sources of silica. Coating is done by  the  sol-gel  method.FTIR  characterization  showed  the  appearance  of  uptake  at wave  numbers  894,04  cm -1 ,  2951,22  cm -1 and  3655,26  cm -1 from  several absorbances  which  also  appeared  in  magnetite  material  spectra  indicating  ―SH, ―CH2  and  ―OH  groups.  XRD  characterization  was  characterized  by  the appearance of a peak at 2θ, which was 35,43° and SEM characterization showed that  the  material  Fe 3 O 4 ―DMS  had  a  morphological  shape  in  the  form  of  round clumps forming gray-colored aggregates.

## Keyword: Magnetite, dimercaptosilika, FTIR, XRD, SEM

## PENDAHULUAN
Nanoteknologi  merupakan  teknologi  berbasis  pengelolaan  materi  yang berukuran  nanometer  atau  satu  per  miliar  meter.  Partikel  dalam  ukuran nanometer  memiliki  luas  permukaan  yang  besar  dengan  mengecilnya  ukuran (Abdullah  dan  Khairurijal,  2010).  Karakteristik  spesifik  dari  nanopartikel tersebut  bergantung  pada  ukuran,  distribusi,  morfologi,  dan  fasanya  (Willems
dan  Wildenberg  2005).    Salah  satu  nanopartikel  yang  telah  banyak  digunakan dan dikembangkan oleh ilmuwan adalah magnetite (Fe 3 O 4 ) (Teja dan Koh, 2009).
Magnetit  merupakan  salah  satu  jenis  besi  oksida  yang  memiliki  sifat ferromagnetik  sehingga  telah  banyak  digunakan  sebagai  adsorben  untuk removal  berbagai  kation  –  kation  logam  berat  dalam  limbah  cair  (El-kharrag  et al., 2011). Metode kopresipitasi dianggap sebagai metode yang paling sederhana, ekonomis  dan  paling  efisien  (Yuliani  et  al.,  2013).Magnetit  dengan  sifat kemagnetan  yang  tinggi  sangat  efektif  digunakan  sebagai  adsorben.  Namu magnetit memiliki sifat mudah teroksidasi, tidak stabil dalam kondisi asam dan mudah  mengalami  agregasi  (Zhang  et  al.,  2013).  Oleh  karena  itu,  dibutuhkan suatu solusi untuk menanggulangi kelemahan magnetit.
Silika  gel  merupakan  material  anorganik  yang  dapat  dijadikan  sebagai adsorben alternatif. Silika gel memiliki struktur fleksibel, luas permukaan besar, stabilitas  mekanik yang  baik,  dan  tahan  terhadap  panas.  Permukaan  silika  gel yang  berupa  gugus  silanol  (Si―OH)  dan  siloksan  (Si―O―Si)  dapat  dimodifikasi dengan gugus fungsi organik atau anorganik seperti ―CN, ―SH, dan ―NH 2 (Jal et al.,  2004).  Modifikasi  permukaan  silika  dapat  meningkatkan  efektivitas  dan selektivitas  adsorpsi  terhadap  ion  –  ion  logam  (Karimnezhad  dan  Moghimi, 2014).
Nuryono et al (2014), telah melakukan sintesis magnetit dilapisi merkapto- silika  menggunakan  larutan  natrium  silikat  yang  dibuat  dari  abu  sekam  padi sebagai  sumber  silika  yang  telah  dikembangkan  dalam  larutan  berair  melalui pendekatan  persiapan  sederhana  dan  lancar  yang  disebut  satu  proses  pot. Pendekatan  ini  cepat  dan  tidak  memerlukan  penambahan  surfaktan  untuk membentuk hibrida merkapto-silika yang dilapisi langsung ke magnetit.
Lapisan merkapto-silika pada magnetit meningkatkan ukuran partikel, luas permukaan,  dan  stabilitas  kimia.  Kehadiran  kelompok  merkapto  efektif  untuk interaksi  dengan  ion  logam  berat,  stabilitas  kimia  tinggi  tanpa  menghilangkan sifat magnetik (Nuryono et al., 2014). Oleh karena itu, pada penelitian ini akan dilakukan sintesis magnetit terlapis dimerkaptosilika.
Untuk  mengetahui  gugus  fungsional  menggunakan  instrumen  Fourier Transform  Infrared  Sectroscopy  (FTIR),  analisa  struktur  kristal  senyawa dilakukan  dengan  menggunakan  instrumen  X-Ray  Diffraction  (XRD),  analisis morfologi  dalam  komposisi  unsur  dalam  partikel  menggunakan  instrumen Scanning Electron Microscopy (SEM).

## METODOLOGI PENELITIAN

## Alat dan Bahan
Peralatan  yang  digunakan  seperangkat  gelas  standar  (erlenmeyer,  gelas beker,  corong,  labu  ukur,  gelas  ukur),  oven,  furnace,  neraca  analitik,  corong kaca, pHmeter, shaker, stirrer, magnetic, Fourier Transform Infrared (FTIR), X-ray Diffraction (XRD), dan Scanning Electron Microscopy (SEM).
Bahan  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah  besi  (II)  sulfat pentahidrat (FeSO 4. 5H 2 O), besi (II) klorida heksahidrat (FeCl 3 .7H 2 O), ammonium hidroksida  (NH 4 OH) , 2,3-dimerkapto-1-propanol,  asam  klorida  (HCl)  kertas saring whattman 42, tetrakloroaurat [AuCl 4 ] - dan aquades.

## Destruksi Natrium Silikat dari Abu Sekam Padi
Sekam  padi  dibakar  terlebih  dahulu  hingga  menjadi  arang,  kemudian dimasukkan  ke  dalam  furnace  pada  suhu  700 0 C  selama  2  jam  dan  diayak dengan  ukuran  200  mesh.  Sebanyak  60  gram  abu  sekam  padi  (ASP) ditambahkan  500  mL  larutan  NaOH  4  M.    Dipanaskan  dan  distirer  selama  2 jam.  Setelah  di  stirer  didinginkan  dan  disaring.  Didapatkan  filtrat  berwarna merah.
Sintesis magnetit (Fe 3 O 4 )
Sebanyak  16,2  gr  FeCl 3 .6H 2 O  dan  9,7  gr  FeSO 4. 7H 2 O  dilarutkan  masing- masing  dalam  25  ml  akuades  hingga  homogen  dan  dicampur.  Kemudian ditambahkan  NH 4 OH  10%    tetes  demi  tetes  ke  dalam  campuran  sampai terbentuk serbuk berwarna hitam. Larutan dipanaskan dan distirer dengan hot plate  pada  suhu  60°C  sejak  pemberian  tetesan  pertama  NH 4 OH.  Selanjutnya, endapan  disaring  dan  dibilas  hingga  pH  netral  dan  bau  amonia  hilang. Kemudian  dikeringkan  dalam  oven  selama  3  jam  pada  suhu  80°C.  Dilakukan karakterisasi dengan XRD, FTIR dan SEM.

## Pelapisan magnetit dengan dimerkaptosilika
Dilarutkan  2  gram  Fe 3 O 4 dalam  4  mL  larutan  HCl  1  M,  kemudian ditambahkan  5  mL  natrium  silikat  (Na 2 SiO 3 ),  10  mL  2,3-dimecapto-1-propanol dan  aquades  hingga  volume  campuran  menjadi  24  mL.  Campuran  kemudian ditambahkan dengan larutan HCl 1 M atau NH 4 OH 1 M tetes demi tetes untuk mencapai pH 7. Endapan yang dihasilkan dipisahkan dengan magnet eksternal, dicuci  dengan  aquades  dan  dikeringkan  pada  80°C  selama  2  jam.  Dilakukan karakterisasi dengan XRD, FTIR dan SEM.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembuatan Adsorben Fe 3 O 4 -Dimerkaptosilika
Sebanyak 60 g abu sekam padi ditambahkan 500 mL NaOH sambil diaduk dan  dipanaskan  selama  2  jamsehingga  diperoleh  larutan  natrium  silikat  yang berwarna merah kecoklatan. Adapun rekasi yang terjadi adalah sebagai berikut:
SiO 2(s) + NaOH (aq) → Na 2 SiO 3(aq) + H 2 O (l)
Gambar 1. Mekanisme pembentukan natrium silikat (Alex, 2005).
NaOH terdisosiasi membentuk ion Na + dan OH - . Elektronegativitas O yang tinggi  pada  SiO 2 menyebabkan Si lebih elektropositif  dan  terbentuk  intermediet [SiO 2 OH] - yang tidak stabil dan akan terjadi dehidrogenasi. Ion OH - yang kedua akan berikatan dengan hidrogen membentuk molekul air dan dua ion Na + akan menyeimbangkan muatan negatif ion SiO 32- sehingga terbentuk natrium silikat.
Gambar 2. (a)Fe 3 O 4 (b)Fe 3 O 4― DMS
Sintesis  magnetit  dilakukan  dengan  mereaksikan  16,2  g  FeCl 3 .6H 2 O  dan 9,7  g  Fe 2 SO 4 .7H 2 O  yang  masing-masing  dilarutkan  dalam  25  mL  akuades. Material  magnetit  (Fe 3 O 4 )  yang  diperoleh  berupa  serbuk  berwarna  hitam  dan dapat  ditarik  oleh  magnet  ekternal  seperti  yang  terlihat  pada  gambar  2(a). Pelapisan Fe 3 O 4 dengan dimerkaptosilika (DMS) dilakukan dengan mereaksikan Fe 3 O 4 yang  dilarutkan  dalam  HCl  dengan  natrium  silikat  sebagai  sumber  silika
a b
dan  2,3-dimerkapto-1-propanol  sebagai  sumber  merkapto  dalam  pelarut  air. Material  yang  dihasilkan  berwarna  abu-abu  tanpa  kehilangan  sifat kemagnetannya seperti pada  gambar 2(b).

## Karakterisasi
Spektra  FTIR  dari  Fe 3 O 4 dan  Fe 3 O 4 ―DMS  ditunjukkan  pada  gambar  3. Gambar  3(a)  merupakan  spektra  FTIR  dari  Fe 3 O 4 .  Terlihat  pita  serapan  khas yang  muncul,  yaitu  pada  bilangan  gelombang  3146,03  cm -1 dan  1791,95  cm -1 yang masing – masing merupakan vibrasi ulur dan tekuk dari gugus ―OH pada Fe―OH.  Sedangkan  pita  serapan  pada  bilangan  gelombang  605,67  cm -1 merupakan vibrasi tekuk dari ikatan Fe―O(Agnestisia, 2017).
Gambar 3. Spektra FTIR (a) Fe 3 O 4 (b) Fe 3 O 4 ―DMS.
Pada Gambar 8(b) merupakan spektra FTIR dari Fe 3 O 4 ―DMS. Pada spektra tersebut muncul pita serapan baru pada bilangan gelombang 423,39 cm -1 yang merupakan  vibrasi  tekuk  dari  gugus  siloksan  (≡Si―O―Si≡).Pita  serapan  yang muncul  pada  bilangan  gelombang  797,60  cm -1 dan  961,56  cm -1 merupakan vibrasi ulur dari Si―O yang masing  – masing pada gugus siloksan (≡Si―O―Si≡) dan  silanol  (≡Si―OH).  Pita  serapan  pada  bilangan  gelombang  1558,55  cm -1 merupakan vibrasi tekuk ―OH dari gugus silanol (≡Si―OH)(Trivana et al., 2015). Pita serapan pada bilangan gelombang 668,36 cm -1 merupakan ikatan Fe―O―Si (Taib  dan  Suharyadi,  2015).  Pita  serapan  baru  yang  muncul  pada  bilangan gelombang  894,04  cm -1 vibrasi  ulur  S―H  dari  gugus  merkapto,  yang  juga  pita
serapan lemah yang muncul pada bilangan gelombang 2807,51 cm -1 (Nuryono et al.,  2014).  Pita  serapan  baru  yang  muncul  pada  bilangan  gelombang  2951,22 cm -1 merupakan  vibrasi  ulur  dari  gugus  CH 2 (Buhani  et  al.,  2009).  Serta  pita serapan baru yang muncul pada bilangan gelombang 3655,26 cm -1 merupakan gugus ―OH dari gugus silanol (Kalapathy et al., 2000).
Untuk  mengetahui  struktur  padatan  dari  material  yang  telah  disintesis, dapat dianalisis dengan menggunakan XRD. Adapaun hasil XRD yang diperoleh ditunjukan pada gambar 4.
Gambar 4. Difraktogram XRD (a) Fe 3 O 4 (b) Fe 3 O 4 ―DMS.
Gambar  4(a)  merupakan  pola  difraksi  dari  Fe 3 O 4 .  Difraktogram  tersebut menunjukkan  terdapat  beberapa  puncak  yang  muncul  pada  2θ  yakni  21.56°; 30.42°;  35,96°;  41,3°;  53,36°;  57;9°  dan  63,2°  yang  sesuai  dengan  pola  XRD standar  Fe 3 O 4 (JCPDS  card  no  19-629).  Berdasarkan  hasil  analisis  XRD diperoleh  dapat  dikonfirmasi  bahwa  partikel  yang  terbentuk  adalah  Fe 3 O 4 dengan  sistem  kristal  kubik  serta  ukuran  kristal  4,883  nm.  Sedangkan  pada gambar 4(b) yang menunjukkan pola difraksi dari Fe 3 O 4 ―DMS terdapat puncak tertinggi  pada  2θ  yaitu  35,46°  dan  puncak  melebar  pada  2θ  20-22°  yang menunjukkan silika dengan struktur amorf. Berdasarkan penelitian Nuryono  et al  (2014),  untuk  pelapisan  silika  termodifikasi  pada  Fe 3 O 4 ditandai  dengan puncak baru pada 2θ = 35,43°.
Gambar  5  menunjukkan  hasil  karakterisasi  SEM  yang  dilakukan  untuk mengetahui  morfologi  permukaan  material  hasil  sintesis  dengan  perbesaran 10000x. Pada gambar 5(a) merupakan hasil SEM dari partikel Fe 3 O 4 yang sferik dan masih teraglomerasi. Pada gambar 5(b) merupakan hasil SEM dari partikel Fe 3 O 4 ―DMS  yang  menunjukkan  bahwa  terdapat  agregat  partikel  yang  lebih
besar  dengan  bola  kecil  belakang  sebagai  biji  magnetit  yang  dikelilingi  oleh cangkang abu-abu silika.
Gambar 5. Karakterisasi SEM (a) Fe 3 O 4 (b) Fe 3 O 4 ―DMS.

## KESIMPULAN
Magnetit terlapis dimerkaptosilika berhasil disintesis dengan metode sol-gel yang  berwarna  abu-abu.Karakterisasi  FTIR  menunjukkan  munculnya  serapan pada  bilangan  gelombang  894,04  cm -1 ,  2951,22cm -1 dan  3655,26  cm -1 dari beberapa  serapan  yang  juga  muncul  pada  spektra  material  magnetit  yang mengindikasikan  gugus  ―SH,  ―CH 2 dan  ―OH.  Karakterisasi  XRD  ditandai dengan munculnya puncak pada 2θ yaitu 35,43° dengan ukuran partikel 1,317 nm serta karakterisasi SEM menunjukkan bahwa material Fe 3 O 4 ―DMS memiliki bentuk  morfologi  berupa  gumpalan  bulat  –  bulat  yang  membentuk  agregat berwarna keabuan.

## DAFTAR PUSTAKA
Abdullah, M dan Khairurijal. 2010. Karakterisasi Nanomaterial: Teori, Penerapan, dan Pengolahan Data. Bandung: CV. Rezeki Putera Bandung.
Agnestisia,  R.  2017.  Sintesis  dan  Karakterisasi  Magnetit  (Fe 3 O 4 )  Serta Aplikasinya  Sebagai  Adsorben  Methylene  Blue.  Jurnal  Sains  dan  Terapan Kimia. Vol 11(2): 61 – 70.
Alberty, R. A. 1987. Physical Chemistry. New York: John Wiley & Sons.
Buhani.,  Narsito,  Nuryono  dan  E.  S.  Kunarti.  2009.  Hibrida  Amino-silika  dan Merkapto-silika sebagai Adsorben untuk AdsorpsiIon Cd(II) dalam Larutan. Indo. J. Chem 9 (2): 170 – 176.
El-Kharrag, R., A. Amin dan Y. E. Greish. 2011.  Low Temperature Synthesis of Monolithic Mesophorus Magnetite Nanoparticles. Ceram. Int.
Jal, P. K., M. Sudarshan, A. Saha, S.  Patel, dan B. K. Mishra. 2004.  Synthesis and  Characterization  of  Nanosilica  Prepared  by  Precipitation  Methode.  J. Colloid and Surface A: Physicochem Eng. Aspect. Vol 240: 173 – 378.
Kalapathy, U., A. Proctor dan J. Shultz. 2000. A Simple Method for Production of Pure  Silica  From  Rice  Hull  Ash.  Bioresource  Technology.  Vol  73(3):  257  – 262.
b a
Karimnezhad,  K  dan  A.  Moghimi.  2014.  Extraction  of  Zn(II)  Using  Magnetic Chitosan  Nanoparticles  Grafted  With  β-cyclodextrin  and  Determination  by Faas. Orient. J. Chem.. Vol 30 (1): 95 – 103.
Nuryono,  N.,  E.  Mulyati,  B.  Rusdiarso,  S.  C.  W.  Sakti  dan  S.  Tanaka.  2014. Adsorption Of Au(III), Cu(II) And Ni(II) On Magnetite Coated With Mercapto Groups Modified Rice Hull Ash Silica. Journal Ion Exchange. Vol 25 (4): 114 – 121.
Syed,  S.  2012.  Recovery  of  Gold  from  Secondary  Sources  –  A  Review. Hidrometallurgy. Vol 115 – 116: 30 – 51.
Taib, S dan E. Suharyadi. 2015.  Sintesis Nanopartikel Magnetit (Fe 3 O 4 ) Dengan Template  Silika  (SiO 2 )  dan  Karakterisasi  Sifat  Kemagnetannya.  Indonesian Journal of Applied Physics. Vol 5(1): 23 – 30.
Tanaka  R.,  T.  Nakata,  C.  Yamaguchi,  S.  Wada,  T.  B.  Yamada  dan  H.  Tokuda. 2008.  Potential  Anti-Tumor  Promoting  Activity  of  3a-Hydroxy-D:A- friedooleanan-2-one  from  the  Stem  Bark  of  Mallotus  philippensis.  Planta Med. Vol 74 (4): 413 – 416.
Teja, A. S dan P. Koh. 2009. Synthesis, Properties, and Application of Magnetic Iron Oxide Nanoparticles. Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials. Vol 55: 22 – 45.
Trivana, L., S. Sugiarti dan E. Rohaeti. 2015. Sintesis dan Karakterisasi Natrium Silikat (Na 2 SiO 3 ) Dari Sekam Padi. Jurnal Sains dan Teknologi Lingkungan. Vol 7(2): 66 – 75.
Willems dan V. D. Wildenberg. 2005. Roadmap Report on Nanoparticle. Spain: W & W Espanas.
Yuliani, N. R., S. Arief dan U. Septiani. 2013. Penggunaan Reduktor Organik dan Anorganik pada Proses Sintesis Fe 3 O 4 dengan Metode Kopresipitasi. Jurnal Kimia Unand.Vol 2(1):93 – 97.
Zhang, Y., Q. Xu, S.  Zhang, J. S. Liu, J. Zhou, H. Xu, H. Xiao and J. Li. 2013. Preparation  of  Thiol-modified  Fe 3 O 4 -SiO 2 Nanoparticles  and  Their Application  for  Gold  Recovery  from  Dilute  Solution.  Separation  and Purification Technology. Vol 116: 391 – 397.