ISSN: 1410-8917
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 20 (1) (2017) : 1 – 4

## Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa
Pengaruh Variasi Jenis Asam terhadap Karakter Nanosilika yang Disintesis dari Abu Sekam Padi
Dini Hayati a , Pardoyo a,* , Choiril Azmiyawati a
a Inorganic Laboratory, Chemistry Department, Faculty of Sciences and Matematics, Diponegoro University, Jalan Prof. Soedarto, Tembalang, Semarang 50275, Telepon (024) 7474754
* Corresponding author: pardoyoku@live.undip.ac.id A r t i c l e   I n f o A b s t r a c t Keywords: husk rice ash, sol- gel, nanosilica
Rice husk ash contains 80% silica therefore it can be utilized as raw material in synthesis of  nanosilica.  In  this  research,  the  synthesis  of  nanosilika  from  rice  husk  ash  with variation of acid type which were HCl, H 2 SO 4 , and H 3 PO 4 with each concentration 3M has been  conducted.  Nanosilicas  were  achieved  by  reacting  sodium  silicate  which  was obtained by dissolving rice husk ash in 2.5 M NaOH solution with acid catalyst to pH 7 via sol gel process. Based on the results, it was obtained that nanosilica produced by posphat acid  catalyst  had  a  surface  morphology  size  of  40  to  60  nm.  Nanosilica  produced  by sulfuric  acid  catalyst  (H 2 SO 4 ) had  the  largest  total  surface  area  of 158.168  m 2 and  pore volume  among  the  three  acid  variations  compared  to  hydrochloric  acid  (HCl)  and phosphate (H 3 PO 4 ) catalysts.

## A b s t r a k
Kata kunci: Abu sekam padi, sol-gel, nanosilika
Abu  sekam  padi  mengandung  80%  silika  sehingga  dapat  dimanfaatkan  sebagai  bahan baku dalam sintesis nanosilika. Pada penelitian ini dilakukan sintesis nanosilika dari abu sekam padi dengan variasi jenis asam  yaitu HCl, H 2 SO 4 , dan H 3 PO 4 dengan konsentrasi masing-masing  3M.  Nanosilika  diperoleh  dengan  mereaksikan  natrium  silikat  yang diperoleh dengan melarutkan abu sekam padi dalam larutan NaOH 2,5 M kemudian proses sol  gel  dengan  katalis  asam  hingga  pH  7.  Berdasarkan  hasil  penelitian  diperoleh nanosilika  dengan  katalis  asam  posfat  dan  diperoleh  ukuran  morfologi  permukaan  40 sampai  60  nm.  Nanosilika  yang  dihasilkan  dengan  katalis  asam  sulfat  (H 2 SO 4 ) menghasilkan luas permukaan dan volume total pori paling besar diantara ketiga variasi asam  yang  digunakan  katalis  asam  klorida  (HCl)  dan  asam  posfat  (H 3 PO 4 ),  yaitu  luas permukaan 158,168 m2/g, volume total pori 0,2378 cc/g, dan diameter pori rata-rata 6 nm.

## 1. Pendahuluan
Sekam  padi  terdiri  dari  40%  selulosa,  30%  lignin, dan  20%  silika  [1]  sedangkan  pada  abu  sekam  padi mengandung  80%  silika  sehingga  dapat  dimanfaatkan sebagai bahan baku dalam sintesis nanosilika.
Dengan perkembangan teknologi, aplikasi penggunaan  silika  pada  industri  semakin  meningkat. Terutama penggunaan silika dalam ukuran kecil sampai skala  nano  partikel,  banyak  dimanfaatkan  sebagai
material building,  yaitu  sebagai  bahan  campuran  pada beton. Rongga yang kosong di antara partikel semen akan diisi  oleh  nanosilika  sehingga  berfungsi  sebagai  bahan penguat beton dan meningkatkan daya tahannya.
Beberapa peneliti menggunakan asam yang berbeda dalam  sintesis  nanosilika.  Noushad ,  dkk.  [2] menggunakan  asam  organik  untuk  presipitasi  larutan natrium  silikat,  sementara  Liou  dan  Yang  [3] menggunakan  asam  klorida,  asam  sulfat,  asam  sitrat, dan asam oksalat. Penggunaan asam yang berbeda dalam
sintesis  nanosilika  mempengaruhi  luas  permukaan dan porositas nanosilika.
Pada  penelitian  ini,  akan  dilakukan  sintesis nanosilika dari abu sekam padi dengan variasi asam yaitu asam  klorida,  asam  sulfat,  dan  asam  posfat  masing- masing  konsentrasi  3  M  dengan  metode  sol-gel  pada kondisi pH 7.

## 2. Metode Penelitian

## Alat dan Bahan
Bahan  kimia  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini meliputi  air  destilasi,  asam  klorida  (HCl)  37%,  asam sulfat (H 2 SO 4 ) 96%, asam posfat (H 3 PO 4 ) 85%, natrium hidroksida (NaOH), dan etanol pro analis. Alat-alat yang digunakan  meliputi  peralatan  gelas,  magnetic  stirrer, oven,  furnace,  neraca  digital.  Nanosilika  hasil  sintesis dikarakterisasi  dengan  instrument  fourier  transform infrared  spectrometer  (FTIR),  gas  sorption  analyzer (GSA),  dan  scanning  electron  microscope-energy dispersive X-ray (SEM-EDX).

## Ekstraksi silika
Sekam padi direndam dalam air destilasi selama satu malam  dan  dicuci  dengan  air  destilasi  untuk menghilangkan debu dan tanah. Sekam padi dikeringkan dalam  oven  pada  suhu  110 0 C  selama  2  jam.  Sekam  padi hasil  pengeringan  dipanaskan  dalam  larutan  HCl  1  M (dalam  wadah  air)  pada  suhu  75 0 C  selama  1  jam  untuk menghilangkan  pengotor  ion  logam.  Suspensi  disaring dan residu padatannya dicuci dengan air destilasi hingga netral.  Selanjutnya  dilakukan pengarangan sekam  padi. Arang  sekam  padi  difurnace  pada  suhu  700 0 C  selama  4 jam  dengan  laju  kenaikan  suhu  5 0 /menit  untuk memperoleh  abu  sekam  padi. Sepuluh  gram abu sekam padi  dilarutkan  dalam  200  mL  larutan  natrium hidroksida (NaOH) 2,5 M dan dipanaskan dalam wadah teflon  selama  2  jam  pada  suhu  100 0 C  dan  dihasilkan larutan natrium silikat.

## Sintesis Nanosilika dengan Variasi Asam
Nanosilika  dihasilkan  dengan  metode  sol  gel menggunakan  variasi  asam  (HCl,  H 2 SO 4 ,  dan  H 3 PO 4 ) dengan  konsentrasi  sama  yaitu  3  M.  Larutan  natrium silikat  dimasukkan  dalam  gelas  beaker  dan  diaduk dengan magnetic  stirrer.  Larutan  natrium  silikat ditambahkan  etanol  pro  analis  dengan  perbandingan 1:0,25  dan  didiamkan  selama  10  menit  dengan pengadukan  konstan,  selanjutnya  ke  dalam  larutan natrium  silikat+etanol,  larutan  asam  3  M  ditambahkan tetes demi tetes hingga pH 7 yang diamati dengan kertas pH universal dan diaduk dengan magnetic stirrer hingga terbentuk  gel.  Gel  yang  terbentuk  didiamkan  selama  2 hari,  selanjutnya  dioven  pada  suhu  80 0 C  hingga terbentuk xerogel. Xerogel yang terbentuk dicuci dengan air deionisasi  mendidih hingga netral untuk menghilangkan  garam  natrium  yang  terbentuk  selama proses  sol  gel.  Serbuk  silika  yang  diperoleh  digerus dengan mortal  dan dikeringkan  pada  suhu  80 0 C  hingga kering.  Selanjutnya,  difurnace  pada  suhu  550 0 C  untuk menghilangkan senyawa organik.

## 3. Hasil dan Pembahasan

## Sintesis nanosilika
Nanosilika  disintesis  dengan  metode  sol-gel menggunakan precursor  SiO 2 yang  diektraksi  dari  abu sekam padi dengan melarutkan abu sekam padi ke dalam larutan  NaOH  2,5  M  menghasilkan  larutan  natrium silikat berwarna bening.
Gambar 1. Mekanisme reaksi pembentukan natrium silikat [4].
Metode  sol-gel  meliputi  tahapan  proses  hidrolisis dan kondensasi sebagai berikut.
Gambar 2. Mekanisme reaksi hidrolisis [4]
Gambar 3. Mekanisme reaksi kondensasi [4]
Penambahan asam dilakukan tetes demi tetes hal ini bertujuan untuk mengatur kondisi keasaman pada pH 7. Pada pH 7 jumlah gugus silanol (Si-OH) dan gugus siloksi (Si-O - ) berada dalam jumlah yang sama sehingga reaksi pembentukan gel berlangsung cepat dan stabil.

## Gambar 4. Nanosilika hasil sintesis
Tabel 1. Pengaruh variasi asam terhadap massa nanosilika hasil sintesis Jenis Asam Konsen- trasi (M) pH Hasil setelah furnace (gr) HCl 3 7 0,7413 H 2 SO 4 3 7 1,0377 H 3 PO 4 3 7 0,9412
Berdasarkan  hasil  tabel  1  terlihat  bahwa  H 2 SO 4 menghasilkan serbuk silika dengan massa paling besar. Hal  ini  dapat  dijelaskan  berdasarkan  perbedaan  jumlah H + nya. Asam berperan sebagai katalis dan reaktan dalam pembentukan silika gel.  Asam  klorida merupakan asam monoprotik  yang  mampu  melepaskan  1H + sehingga untuk  mencapai  kondisi  pH  7  jumlah  (Si-OH=Si-O - ) membutuhkan  jumlah  yang  lebih  banyak  dibandingkan H 2 SO 4 dan  H 3 PO 4. Asam  sulfat merupakan  asam  diprotik yang mampu melepaskan 2H + dan membutuhkan jumlah yang lebih banyak dibandingkan H 3 PO 4 untuk mencapai kondisi  pH  7 , dengan  penambahan  dalam  jumlah  yang lebih banyak juga dihasilkan anion dari asamnya dalam jumlah  yang  lebih  banyak  sehingga  dihasilkan  jumlah nanosilika  paling  banyak.  Asam  posfat  (H 3 PO 4 ) merupakan  asam  poliprotik  yang  mampu  melepaskan 3H + sehingga membutuhkan jumlah yang paling sedikit untuk mencapai pH 7.

## Karakterisasi nanosilika
Nanosilika  hasil  sintesis  dari  abu  sekam  padi dikarakterisasi  dengan  spektrofotometer  IR  untuk mengetahui  gugus  silanol  (Si-OH)  dan  siloksan  (Si-O- Si), scanning  electron  microscope  (SEM)  untuk mengetahui  ukuran  morfologi  permukaan,  dan gas sorption  analyzer  (GSA)  untuk  mengetahui  luas permukaan serta porositas nanosilika hasil sintesis.
Gambar  5  menunjukkan  spektra  IR  silika  yang disintesis dari abu sekam padi dengan variasi jenis asam sebagai  reaktan  dan  katalis.  Dilihat  dari  spektra  IR menunjukkan  bahwa  nanosilika  hasil  sintesis  dengan asam  klorida  dan  asam  posfat  didominasi  oleh  gugus siloksan  (Si-O-Si),  hal  ini  ditunjukkan  tidak  adanya serapan  pada  bilangan  gelombang  900-an  yang menunjukkan  vibrasi  ikatan  gugus  silanol  (Si-OH). Sementara  nanosilika  yang  disintesis  dengan  katalis asam sulfat menunjukkan adanya serapan pada bilangan gelombang 900-an.
Gambar 5. Spektra IR nanosilika

## Tabel 2. Interpretasi spektra IR
Bilangan gelombang (cm -1 ) Gugus fungsi HCl H 2 SO 4 H 3 PO 4 470,63 470,63 470,63 Vibrasi tekuk ≡ Si-O-Si ≡ 802,39 802,39 802,39 Vibrasi ulur simetri ≡ Si-O-Si ≡ 956,69 Vibrasi ulur Si-O dari Si-OH 1095,57 1103,28 1103,28 Vibrasi ulur asimetri ≡ Si-O-Si ≡ 1635,64 1635,64 1635,64 Vibrasi tekuk O-H dari H 2 O 3448,72 3452,58 3448,72 Vibrasi ulur O-H dari ≡ Si-OH atau H 2 O
Gambar 6. Kurva isothermal adsorpsi-desorpsi nanosilika hasil sintesis dengan variasi asam
Gambar 7. Kurva distribusi ukuran pori nanosilika hasil sintesis dengan variasi asam
Gambar 8. Citra SEM nanosilika
Gambar 9. EDX nanosilika
Gambar 6 menunjukkan hasil analisis GSA adsorpsi gas  nitrogen  dari  nanosilika  hasil  sintesis  yang digambarkan dengan kurva adsorpsi-desorpsi isotermal. Kurva  adsorpsi-desorpsi  isotermal  nanosilika  hasil sintesis dengan variasi asam merupakan kurva isotermal tipe IV (berdasarkan IUPAC) dengan loop histerisis type H2.  Loop  histerisis  disebabkan  oleh  kondensasi  kapiler dan  mengindikasikan  bahwa  nanosilika  hasil  sintesis tergolong mesopori dengan diameter pori > 2 nm-50 nm. Gambar  7  menunjukkan  kurva  diferensial  distribusi ukuran  pori  yaitu  hubungan  bagaimana  perubahan ukuran  pori  terhadap  volume  pori  karena  jumlah  pori yang banyak. Dapat terlihat bahwa dengan penggunaan asam  klorida  (HCl)  sebagai  reaktan  dan  katalis  dalam proses  sol-gel  menghasilkan  nanosilika  dengan distribusi  pori  yang  lebih  seragam  ( uniform) dibandingkan  asam  sulfat  dan  asam  posfat.  Hal  ini ditunjukkan  oleh  adanya  peak  pada  kurva  diferensial distribusi ukuran pori ( Dv/Dr). Kurva asam sulfat (H 2 SO 4 ) menunjukkan distribusi ukuran pori yang lebih seragam dibandingkan  asam  posfat  (H 3 PO 4 )  yang  menunjukkan distribusi  ukuran  pori  kurang  seragam  tapi  tersebar  di beberapa ukuran.
Tabel 3. Luas permukaan, volume total pori, dan ukuran pori nanosilika hasil sintesis dengan variasi asam
Jenis asam Luas permukaan (m2/g) Volume total pori (cc/g) Diameter pori rata- rata (nm) HCl 130,867 0,1420 4,34 H2SO4 158,168 0,2378 6 H3PO4 112,5 0,2274 8
Berdasarkan  data  pada  Tabel  4  terlihat  bahwa dengan penggunaan asam sulfat (H 2 SO 4 ) sebagai reaktan dan  katalis  dalam  proses  sol-gel  menghasilkan nanosilika  dengan  luas  permukaan  paling  besar meskipun  distribusi  ukuran  pori  dengan  penggunaan asam  klorida  lebih  seragam, namun  intensitas  peaknya (gambar 7) lebih tinggi. Sedangkan dengan penggunaan katalis H 3 PO 4 menghasilkan luas permukaan paling kecil karena  distribusi  ukuran  porinya  tidak  seragam  dan intensitas peaknya rendah.
Berdasarkan  intensitas  peak  Dv/Dr  pada  kurva diferensial  distribusi  ukuran  pori menunjukkan  volume total  pori  dan  ukuran  pori  rata-rata  pada  kurva  HCl paling  kecil  dibandingkan  H 2 SO 4 dan  H 3 PO 4 .  Hal  ini karena distribusi ukuran pori dengan penggunaan asam klorida (HCl) paling seragam pada ukuran pori kecil yaitu 2-4  nm.  Penggunaan  katalis  H 2 SO 4 menghasilkan nanosilika dengan volume total pori paling besar karena luas  permukaannya  paling  besar  dengan  distribusi ukuran pori yang relative seragam pada ukuran pori 2-7 nm.  Sedangkan  penggunaan  H 3 PO 4 menghasilkan nanosilika  dengan  ukuran  pori  rata-rata  paling  besar karena  distribusi  ukuran  porinya  tidak  seragam  tapi tersebar di beberapa ukuran.
Dari  citra  SEM  (Gambar  8)  yang  diperoleh menunjukkan  bahwa  nanosilika  berhasil  disintesis dengan  menggunakan  katalis  asam  posfat  dengan ukuran morfologi permukaan yaitu 40 sampai 60 nm.
Tabel 4. Data EDX Unsur % Massa O 57,97 Na 0,59 Si 30,06 P 0,40
Keberadaan  unsur  Si  dan  O  berasal  dari  gugus siloksan  (Si-O-Si)  dan  silanol  (Si-OH).  Adanya  unsur natrium (Na) dan posfor (P) dalam jumlah sedikit berasal dari larutan sodium silikat dan anion posfat (PO 4 3- ) dari asam  yang  dihasilkan  selama  proses  gelasi  dengan menggunakan asam posfat (H 3 PO 4 ).

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa nanosilika  berhasil  disintesis  dengan  menggunakan katalis asam posfat dengan ukuran morfologi permukaan 40  sampai  60  nm.  Nanosilika  yang  disintesis  dengan penggunaan  asam  sulfat  (H 2 SO 4 )  sebagai  katalis  dan reaktan menghasilkan luas permukaan dan volume total pori yang lebih besar dibandingkan katalis asam klorida (HCl)  dan  asam  posfat  (H 3 PO 4 ),  dengan  ukuran  luas permukaan 158,168 m 2 /g, volume total pori 0,2378 cc/g, dan diameter pori rata-rata 6 nm.

## 5. Daftar Pustaka
[1]  K  Amutha,  R  Ravibaskar,  G  Sivakumar,  Extraction, synthesis  and  characterization  of  nanosilica  from rice husk ash, International Journal of Nanotechnology and applications, 4 (2010) 61-66.
[2]  Mohammed  Noushad,  Ismail  Ab  Rahman,  Noor Sheeraz  Che  Zulkifli,  Adam  Husein,  Dasmawati Mohamad,  Low  surface  area  nanosilica  from  an agricultural  biomass  for  fabrication  of  dental nanocomposites, Ceramics International, 40 (2014) 4163-4171.
[3] Tzong-Horng Liou, Chun-Chen Yang, Synthesis and surface characteristics of nanosilica produced from alkali-extracted rice husk ash, Materials Science and Engineering: B, 176 (2011) 521-529.
[4] Lok P. Singh, Sriman K. Bhattacharyya, Rahul Kumar, Geetika  Mishra,  Usha  Sharma,  Garima  Singh, Saurabh  Ahalawat,  Sol-Gel  processing  of  silica nanoparticles  and  their  applications,  Advances  in Colloid and Interface Science, 214 (2014) 17-37.