Studi Pengaruh Jumlah Pelarut dan Temperatur Kalsinasi

terhadap Ukuran Partikel Katalis Fe2O3/SiO2 Hasil Sintesis

SKRIPSI

Oleh:

Maulana Ali Fatahillah

135090200111026

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2017

i

Studi Pengaruh Jumlah Pelarut dan Temperatur Kalsinasi

terhadap Ukuran Partikel Katalis Fe2O3/SiO2 Hasil Sintesis

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains dalam bidang Kimia

Oleh: Maulana Ali Fatahillah

135090200111026

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2017

iv

Studi Pengaruh Jumlah Pelarut dan Temperatur Kalsinasi

terhadap Ukuran Partikel Katalis Fe2O3/SiO2 Hasil Sintesis

ABSTRAK Sintesis katalis Fischer-Tropsch berbasis besi dan berpengemban silika telah dilakukan. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh jumlah pelarut dan temperatur kalsinasi terhadap ukuran partikel katalis Fe2O3/SiO2 yang dihasilkan. Metode sintesis katalis yang digunakan pada penelitian ini adalah metode sol-gel. Katalis Fe2O3/SiO2 yang dihasilkan dikarakterisasi menggunakan FTIR, XRD, AAS, dan PSA.Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin banyak jumlah pelarut akan mempengaruhi karakteristik hidrogel yang terbentuk. Hasil FTIR menunjukkan adanya vibrasi Fe-O-Si yang tumpang tindih dengan vibrasi Si-O-Si. Hasil XRD menunjukkan spesi Fe2O3 yang terbentuk adalah α-Fe2O3. Sedangkan hasil AAS menunjukkan semakin tinggi temperatur kalsinasi maka semakin kuat ikatan Fe-O-Si dan Fe-O. Ukuran partikel katalis yang diperoleh dengan variasi temperatur kalsinasi 300 °C, 400 °C, dan 500 °C adalah 84,64 μm, 74, 64 μm, dan 94,02 μm.

Kata kunci: Besi oksida, sol, gel, kalsinasi

v

Study of the Effect of Solvent Amount and Calcination

Temperature on Particle Size of Synthesised Fe2O3/SiO2

Catalyst

ABSTRACT Synthesis of Fischer-Tropsch catalyst based on iron and silica-supported has been done. This research aims to study the effect of the amount of solvent and the temperature of calcination on the particle size of the resulting Fe2O3/SiO2 catalyst. The method of catalyst synthesis used in this research was sol-gel method. The resulting Fe2O3/SiO2 catalyst was characterized using FTIR, XRD, AAS, and PSA. The results shows that the greater amount of solvent would affect the hydrogel characteristics formed. FTIR results indicates the presence of Fe-O-Si vibrations which overlap with Si-O-Si vibrations. The XRD results shows that the Fe2O3 species formed are α-Fe2O3. While the AAS results shows as the raise of calcining temperature, the stronger Fe-O-Si and Fe-O bonds formed. The catalyst particle size was obtained with variations of calcination temperature 300 °C, 400 °C, and 500 °C was 84.64 μm, 74, 64 μm, and 94.02 μm. Keywords: Iron oxide, sol, gel, calcination

vi

KATA PENGANTAR

Segala Puji syukur penulis haturkan kepada Allah SWT karena limpahan rahmat dan karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Studi Pengaruh Jumlah

Pelarut dan Temperatur Kalsinasi terhadap Ukuran Partikel Katalis Fe 2O3/SiO2 Hasil Sintesis”.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat dalam memperoleh gelar Sarjana Sains di Jurusan Kimia Fakultas MIPA Universitas Brawijaya. Oleh karena itu, penulis menyampaikan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu penyelesaian skripsi ini. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada: 1. Dr. rer. nat. Rachmat Triandi T., S.Si., M.Si. sebagai dosen

pembimbing satu yang telah sabar membimbing penulis dari awal hingga selesainya skripsi ini.

2. Dr. Tutik Setianingsih, M.Si. sebagai dosen pembimbing dua yang telah memberikan kritik dan saran terhadap skripsi ini.

3. Siti Mariyah Ulfa, S.Si., M.Sc., Dr.Sc. sebagai dosen penasehat akademik yang telah membimbing dan memberi saran selama masa perkuliahan di Jurusan Kimia.

4. Bapak Aprial Jastirbah selaku staf Laboratorium Kimia Anorganik Jurusan Kimia dan seluruh staf Jurusan Kimia lain yang telah memberikan fasilitas selama penulis melaksanakan penelitian.

5. Ayah Gamal Suhadi Prayitno dan ibu Siti Maisarah, kakak Maulana Malik Nasrullah, S.Si. yang telah memberikan dukungan dan doa selama studi.

6. Rekan-rekan satu bimbingan, rekan-rekan satu Laboratorium Anorganik, dan rekan-rekan Kimia 2013 yang telah memberikan motivasi dan sebagai teman diskusi selama penelitian ini.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak kekurangan, oleh karena itu saran dan kritik yang membangun dari semua pihak akan membantu perbaikan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan.

Malang, 11 Juli 2017

Penulis

vii

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL......................................................................i HALAMAN PENGESAHAN ....................................................... iii HALAMAN PERNYATAAN ...................................................... iii ABSTRAK .................................................................................. iv ABSTRACT.................................................................................v KATA PENGANTAR.................................................................. vi DAFTAR ISI .............................................................................. vii DAFTAR GAMBAR ................................................................... ix DAFTAR TABEL ........................................................................x DAFTAR LAMPIRAN ................................................................ xi BAB I PENDAHULUAN..............................................................1 1.1 Latar Belakang Masalah...........................................................1 1.2 Rumusan Masalah ...................................................................2 1.3 Batasan Masalah .....................................................................2 1.4 Tujuan Penelitian ....................................................................3 1.5 Manfaat Penelitian...................................................................3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ....................................................5 2.1 Sintesis Katalis Fe2O3/SiO2 dengan Metode Sol-Gel ..................5 2.2 Xerogel Silika .........................................................................7 2.3 Oksida Besi.............................................................................8 2.4 Analisis Gugus Fungsi dengan Spektrofotometer IR ..................9 2.5 Analisis Ukuran Katalis dengan Particle Size Analyzer (PSA) .. 10 2.6 Analisis Oksida Logam dengan X-Ray Diffraction (XRD) ........ 10 2.7 Analisis Kadar Besi dengan AAS ........................................... 11 BAB III METODE PENELITIAN ............................................... 13 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian................................................. 13 3.2 Alat dan Bahan...................................................................... 13 3.3 Tahapan Penelitian ................................................................ 13 3.4 Prosedur Kerja ...................................................................... 13

3.4.1 Preparasi Larutan 0,87 M Na2SiO3................................ 13 3.4.2 Preparasi Larutan Fe(NO3)3.......................................... 14 3.4.3 Pengaruh Jumlah Pelarut dalam Pembentukan Gel......... 14 3.4.4 Pengaruh Temperatur Kalsinasi dalam Pembuatan Katalis........................................................................................... 14 3.4.5 Preparasi Silika dan Fe2O3 (Pembanding) ...................... 14 3.4.6 Karakterisasi Katalis.................................................... 14

3.5 Analisis Data......................................................................... 15

viii

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................... 17 4.1 Pengaruh Jumlah Pelarut terhadap Karakteristik Hidrogel ........ 17 4.2 Analisis dengan FTIR ............................................................ 18 4.3 Analisis dengan XRD ............................................................ 21 4.4 Analisis dengan AAS............................................................. 23 4.5 Analisis dengan PSA ............................................................. 24 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................ 27 5.1 Kesimpulan........................................................................... 27 5.2 Saran .................................................................................... 27 DAFTAR PUSTAKA ................................................................. 29 LAMPIRAN............................................................................... 35

ix

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1: Struktur Silika Gel .....................................................5 Gambar 2.2: Pengaruh pH terhadap pembentukan struktur gel .........6 Gambar 2.3: Skema pembuatan xerogel silika .................................8 Gambar 2.4: Spektra XRD α-Fe2O3 (a) dan γ-Fe2O3 (g)............... 11 Gambar 4.1: Hidrogel yang terbentuk dalam berbagai perlakuan .... 17 Gambar 4.2: Spektra FTIR dari Fe2O3 (pembanding), silika (pembanding), katalis Fe2O3/SiO2 dengan variasi temperatur kalsinasi 300 °C, 400 °C dan 500 °C ............................................ 19 Gambar 4.3: Spektra XRD katalis Fe2O3/SiO2 dengan variasi temperatur kalsinasi .................................................................... 21 Gambar 4.4: Konsentrasi besi dalam filtrat katalis Fe2O3/SiO2 dengan variasi temperatur kalsinasi (perhitungan konsentrasi besi dalam filtrat terdapat pada Lampiran B.3)............................................... 23 Gambar 4.5: Rata-rata ukuran partikel katalis Fe2O3/SiO2 dengan variasi temperatur kalsinasi (data ukuran partikel masing-masing katalis terdapat pada Lampiran E.) ............................................... 24 Gambar E.1: Histogram ukuran partikel katalis Fe2O3/SiO2 pada 300

°C .............................................................................................. 41 Gambar E.2: Histogram ukuran partikel katalis Fe2O3/SiO2 pada 400

°C .............................................................................................. 42 Gambar E.3: Histogram ukuran partikel katalis Fe2O3/SiO2 pada 500 °C .............................................................................................. 43 Gambar F.4: Kurva Standar Larutan Fe

3+...................................... 44

x

DAFTAR TABEL Tabel 4.1: Pengaruh jumlah pelarut terhadap larutan Na2SiO3 yang ditambahkan dan karakteristik hidrogel yang terbentuk.................. 17 Tabel 4.2: Interpretasi spektra FTIR dari Fe2O3 (pembanding), silika (pembanding), katalis Fe2O3/SiO2 dengan variasi temperatur kalsinasi 300 °C, 400 °C dan 500 °C ............................................ 19 Tabel 4.3: Interpretasi Spektra XRD Katalis Fe2O3/SiO2 dengan variasi temperatur kalsinasi.......................................................... 21 Tabel B.1: Absorbansi sampel katalis Fe2O3/SiO2 dengan AAS...... 36 Tabel E.2: Data ukuran partikel katalis Fe2O3/SiO2 pada 300 °C..... 41 Tabel E.3: Data ukuran partikel katalis Fe2O3/SiO2 pada 400 °C..... 42 Tabel E.3: Data ukuran partikel katalis Fe2O3/SiO2 pada 500 °C..... 43 Tabel F.2: Data Absorbansi Larutan Standar Fe

3+ .......................... 44

Tabel G.3: JCPDS α-Fe2O3 (JCPDS No. 33-664) ......................... 45

x

DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A. Diagram Alir Penelitian ........................................... 35 Lampiran B. Perhitungan............................................................. 36 B.1 Perhitungan Konsentrasi Larutan Na2SiO3 .............................. 36 B.2 Perhitungan Pembuatan Larutan 0,87 M Na2SiO3.................... 36 B.3 Perhitungan Kadar Besi dengan AAS ..................................... 36 B.3.1 Konsentrasi Besi dalam Filtrat Katalis Fe2O3/SiO2 Temperatur Kalsinasi 300 °C ......................................................................... 36 B.3.2 Konsentrasi Besi dalam Filtrat Katalis Fe2O3/SiO2 Temperatur Kalsinasi 400 °C ......................................................................... 36 B.3.3 Konsentrasi Besi dalam Filtrat Katalis Fe2O3/SiO2 Temperatur Kalsinasi 500 °C ......................................................................... 37 Lampiran C. Hasil Karakterisasi dengan FTIR .............................. 37 C.1. Fe2O3 .................................................................................. 37 C.2 Silika ................................................................................... 38 C.3 Katalis Fe2O3/SiO2 pada 300 °C ............................................. 38 C.4 Katalis Fe2O3/SiO2 pada 400 °C ............................................. 39 C.5 Katalis Fe2O3/SiO2 pada 500 °C ............................................. 39 Lampiran D. Hasil Karakterisasi dengan XRD .............................. 40 D.1 Katalis Fe2O3/SiO2 pada 300 °C ............................................. 40 D.2 Katalis Fe2O3/SiO2 pada 400 °C ............................................. 40 D.3 Katalis Fe2O3/SiO2 pada 500 °C ............................................. 40 Lampiran E. Hasil Karakterisasi dengan PSA ............................... 41 E.1 Katalis Fe2O3/SiO2 pada 300 °C ............................................. 41 E.2 Katalis Fe2O3/SiO2 pada 400 °C ............................................. 42 E.3 Katalis Fe2O3/SiO2 pada 500 °C ............................................. 43 Lampiran F. Kurva Baku Fe

3+ ...................................................... 44

Lampiran G. Data Pendukung ...................................................... 45

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Berdasarkan data yang dirilis oleh Agustina, dkk [1] produksi minyak mentah dan kondensat tahun 2015 mengalami penurunan sebesar 2,98 ribu barel per hari dibandingkan produksi 2014 (-0,38%). Sedangkan konsumsi BBM pada tahun 2015 mengalami penurunan 4,57% dari tahun sebelumnya menjadi 67.509.826 kiloliter. Akan tetapi konsumsi bensin jenis RON 92 dan RON 95 mengalami kenaikan yang signifikan. Kebutuhan akan BBM telah menjadi faktor yang sensitif bagi kehidupan masyarakat Indonesia karena dapat mempengaruhi kebutuhan masyarakat lainnya seperti bahan pangan dan transportasi. Oleh karena itu, perlu adanya pengembangan untuk memperoleh bahan bakar alternatif.

Salah satu metode untuk memperoleh bahan bakar alternatif adalah sintesis Fischer – Tropsch (FT). Sintesis Fischer – Tropsch merupakan sintesis senyawa hidrokarbon dari gas H2 dan CO dengan bantuan katalis. Katalis yang digunakan yaitu, besi, kobalt dan ruthenium. Perbedaan penggunaan logam sebagai katalis FT akan mempengaruhi selektivitas dan kondisi reaksinya. Katalis FT berbasis besi memiliki kelebihan yaitu produk sintesisnya adalah olefin terminal linear dan alkohol pada temperatur tinggi, menghasilkan parafin pada temperatur rendah, aktivitas tinggi terhadap reaksi water gas shift (berkebalikan dengan katalis FT berbasis Co), aktivitas metanasi rendah, sensitivitas terhadap keracunan rendah serta harganya yang murah [2–4].

Material yang sering digunakan sebagai pengemban katalis besi adalah alumina (Al2O3) dan silika (SiO2). Silika memiliki keunggulan memperluas permukaan katalis dan mengurangi ukuran partikel besi, menstabilkan ukuran kristalit dan fasa aktif selama reaksi sintesis FT, mempengaruhi adsorpsi H, C dan O, serta mempengaruhi performa katalitik dari katalis [5].

Sintesis katalis FT berbasis besi dan berpengemban SiO2 dapat diperoleh dengan metode sol-gel. Metode ini sering dilakukan karena metodenya sederhana dan mudah. Pada metode ini, setelah terbentuk gel dan pencucian produk samping, teknik pengeringan yang dilakukan selanjutnya akan menghasilkan xerogel atau aerogel. Aerogel diperoleh dengan memanfaatkan titik kritis dari pelarut, sedangkan xerogel diperoleh dengan penguapan pelarut tersebut [6].

Pengaruh jumlah air pada sintesis silika dengan metode sol-gel, yaitu dapat mempengaruhi laju hidrolisis dan kondensasinya [7]. Sedangkan temperatur kalsinasi pada sintesis katalis Co-Fe berpengemban TiO2-SiO2 dapat mempengaruhi produk reaksi FT yang dihasilkan [8]. Selain itu, temperatur kalsinasi mempengaruhi ukuran partikel pada katalis CuO-CeO2/SiO2 [9]. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, maka pada penelitian ini akan dipelajari pengaruh jumlah pelarut dan temperatur kalsinasi terhadap ukuran partikel katalis Fe2O3/SiO2. 1.2 Rumusan Masalah Rumusan masalah dari penelitian ini adalah: 1. Bagaimana pengaruh jumlah pelarut terhadap karakteristik

hidrogel pada sintesis katalis Fe2O3/SiO2? 2. Bagaimana pengaruh temperatur kalsinasi terhadap ukuran

partikel katalis Fe2O3/SiO2? 1.3 Batasan Masalah Batasan masalah dari penelitian ini adalah: 1. Besi yang digunakan berasal dari Fe(NO3)3.9H2O dan silika yang

digunakan dipreparasi dari larutan Na2SiO3. 2. Temperatur yang digunakan dalam pembentukan hidrogel adalah

temperatur ruang dan pH yang digunakan adalah 5. 3. Temperatur aging hidrogel yang digunakan adalah 40 °C. 4. Temperatur pengeringan hidrogel adalah 80 °C selama 10 jam. 5. Penggerusan menggunakan shaker selama 6 jam dengan

kecepatan 100 rpm. 6. Jumlah pelarut yang dikaji dibatasi pada 50 mL, 75 mL dan 100

mL aquades.

7. Temperatur kalsinasi yang dikaji dibatasi pada 300 °C, 400 °C,

dan 500 °C. 8. Karakteristik hidrogel dibatasi pada warna dan waktu aging.

1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dati penelitian ini adalah: 1. Mempelajari pengaruh jumlah pelarut terhadap karakteristik

hidrogel pada sintesis katalis Fe2O3/SiO2

2. Mempelajari pengaruh temperatur kalsinasi terhadap ukuran partikel katalis Fe2O3/SiO2.

1.5 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah: 1. Memperoleh metode sintesis katalis Fe2O3/SiO2. 2. Katalis yang diperoleh dapat diaplikasikan sebagai katalis pada

reaksi Fischer-Tropsch sehingga dapat menghasilkan bahan bakar.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sintesis Katalis Fe 2O3/SiO2 dengan Metode Sol-Gel

Metode sol-gel merupakan salah satu metode sintesis katalis Fe2O3/SiO2 yang melalui dua tahap sistem koloid, yaitu diawali dengan pembentukan sol (padatan terdispersi ke dalam cairan) kemudian pembentukan gel (cairan yang terdispersi ke dalam padatan) [6]. Dalam prosesnya, metode sol-gel melibatkan reaksi hidrolisis dan kondensasi [7]:

Silika merupakan senyawa hasil polimerisasi asam silikat

yang memiliki struktur tetrahedral dengan rumus kimia SiO2. Silika yang terdapat di alam memiliki struktur kristalin, sedangkan silika hasil sintesis memiliki struktur amorf. Silika gel merupakan senyawa silika sintesis berstruktur amorf yang terbentuk dari reaksi hidrolisis dan kondensasi [10].

Terbentuknya struktur silika gel dipengaruhi oleh pH, temperatur gelasi dan penambahan kation. Pengaruh pH yaitu terhadap struktur gel yang akan terbentuk. Pada kondisi asam, pH < 5, struktur gel yang terbentuk adalah struktur bercabang yang lemah dan waktu pembentukan gel menjadi lama karena gugus silanol terprotonasi menjadi ion silikonium dan menghasilkan dua molekul air sebagai produk sampingnya. Sedangkan pada kondisi basa, pH > 7, gugus siloksi akan bereaksi membentuk gugus silanol dan satu molekul air sebagai produk sampingnya. Pada saat kondensasi, penguapan air berjalan lebih cepat karena produk air yang dihasilkan sedikit sehingga terbentuk struktur gel yang lebih keras [6], [11], [12].

Gambar 2.1: Struktur Silika Gel (gambar diambil dari literatur [10]

kondensasi

hidrolisis (2.1)

Gambar 2.2: Pengaruh pH terhadap pembentukan struktur gel

(gambar diambil dari literatur [6]) Pengaruh temperatur gelasi adalah semakin tinggi temperatur

gelasi makan waktu pembentukan gel akan semakin cepat. Hal ini disebabkan karena pada temperatur yang tinggi energi kinetik dan kecepatan partikel akan meningkat, sehingga meningkatkan kemungkinan terjadinya tumbukan dan terbentuknya agregat [13].

Kation logam, dalam hal ini adalah ion logam polivalen seperti alumunium dan besi, dapat bereaksi dengan silika dan membentuk logam-silikat. Hal ini akan menghambat terbentuknya agregasi karena terbentuknya ikatan logam-silikat pada permukaan dari silika [14], [15].

Pada proses pembuatan katalis Fe2O3/SiO2 terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi terutama terhadap pori-pori pengemban serta terbentuknya oksida atau logam yang tersebar di dalam pori-pori tersebut. Faktor-faktor tersebut adalah proses pengeringan dan kalsinasi. Temperatur kalsinasi juga akan mempengaruhi ukuran pori-pori suatu pengemban, semakin tinggi temperaturnya maka rata-rata ukuran pori akan semakin besar [16].

2.2 Xerogel Silika Gel merupakan sistem koloid dimana cairan terdispersi ke

dalam padatan. Hidrogel merupakan gel, dimana cairan yang terdispersi ke dalam padatan berupa air [17]. Terdapat beberapa

pH

Pert

um

buhan d

an g

ela

si

faktor yang mempengaruhi terbentuknya hidrogel, yaitu temperatur dan waktu pada proses aging, yaitu proses dimana gel didiamkan di dalam larutan induknya hingga terbentuk struktur dari gel tersebut. Temperatur dan waktu proses aging akan mempengaruhi luas permukaan dari gel yang dihasilkan. Jika temperatur yang digunakan semakin besar maka akan dihasilkan pori-pori yang besar. Hal tersebut juga berlaku jika waktu aging semakin lama maka pori-pori yang dihasilkan akan semakin besar [18].

Adanya air yang dihasilkan dalam reaksi kondensasi akan menghambat kondensasi dari hidrogel tersebut. Pergantian air (di dalam hidrogel) ke senyawa organik (misalnya etanol) juga dapat mempengaruhi ukuran pori yang dihasilkan karena senyawa organik menyebabkan penyusutan struktur yang lebih besar saat dikeringkan. Hal ini disebabkan karena senyawa organik memiliki tegangan permukaan yang rendah sehingga menghasilkan tekanan kapilaritas yang rendah [18].

Sedangkan xerogel merupakan hasil pengeringan hidrogel secara penguapan. Terdapat tiga tahap pembentukan xerogel, yaitu pertama, desolvasi tanpa membuka pori disertai dengan penyusutan struktur yang disebabkan gaya kapilaritas. Kedua, pembukaan pori-pori akibat aliran cairan menuju permukaan ketika telah mencapai leatherhard point dan tahan terhadap gaya kapilaritas karena densitas yang besar. Ketiga, penguapan cairan yang tersisa [6].

Prekursor, pelarut, air dan katalis

Pembentukan gel

Proses pengeringan

Pencucian

Aging

Gambar 2.3: Skema pembuatan xerogel silika

(gambar diadaptasi dari literatur [6])

2.3 Oksida Besi Oksida besi dapat diperoleh dari dekomposisi

Fe(NO3)3.9H2O pada temperatur tertentu. Pada temperatur di atas 250 °C makan akan terbentuk Fe2O3. Sedangakan apabila temperatur dinaikkan menjadi 1400 °C, maka akan terbentuk Fe3O4 [19].

Fe(NO3)3.9H2O Fe(NO3)3.2H2O + 7H2O (l) H2O(l) H2O(g) 2Fe(NO3)3.2H2O Fe2O3.3H2O + 3N2O5 + H2O(g) Fe2O3.3H2O Fe2O3 + 3H2O(g) Magnetit (Fe3O4) merupakan oksida logam yang memiliki

struktur kristal rhombohedral. Sedangkan maghemit (Fe2O3) memiliki keistimewaan yaitu terdiri dari beberapa fasa, yaitu fasa alfa yang memiliki struktur rhomobohedral, fasa beta yang memiliki struktur kristal kubus pusat muka, fasa gamma yang memiliki struktur kristal kubik, dan fasa epsilon yang memiliki struktur kristal rhombik [20]. Pada temperatur ruang, struktur kristalin maghemit akan berubah menjadi hematit. Jika maghemit dipanaskan hingga

300-500 °C, maka akan terbentuk hematit [21], [22].

2.4 Analisis Gugus Fungsi dengan Spektrofotometer IR Inframerah dibagi menjadi tiga bagian daerah serapan, yaitu

dekat (panjang gelombang 0,78-2,5μm), tengah (panjang gelombang 2,5-50 μm), dan jauh (bilangan gelombang 50-1000 μm). Sedangkan untuk FTIR menggunakan daerah serapan tengah. Energi yang dihasilkan pada daerah inframerah menyebabkan senyawa yang terkena sinar tersebut mengalami vibrasi dan rotasi. Vibrasi sendiri dibagi menjadi dua jenis, yaitu regangan dan tekukan. Hal ini yang

Xerogel (penguapan)

Stabilisasi

Material akhir

(2.2)

(2.4) (2.3)

(2.5)

menyebabkan ciri khas bilangan gelombang dari suatu gugus fungsi senyawa. Rumus bilangan gelombang secara teoritis sesuai dengan persamaan F.1 [23].

√

√

Dimana:

adalah bilangan gelombang (cm-1) adalah kecepatan cahaya (cm s

-1)

adalah konstanta gaya ikatan (N/m)

massa tereduksi (kg) Spektrofotometer IR dapat menganalisis sampel gas, cairan,

dan padatan. Sampel gas memerlukan sel khusus untuk dianalisis. Sampel cairan dapat menggunakan plat NaCl, tetapi jika sampel cairan masih mengandung air atau volatil, maka memerlukan perlakuan khusus. Sampel padatan dibuat menjadi pelet dengan KBr. KBr digunakan sebagai pelet karena dapat menghasilkan padatan transparan dengan sampel. Pada FTIR, monokromator digantikan dengan interferometer sehingga spektrum gas CO2 dan H2O dapat dipisahkan. FTIR memiliki keunggulan dibandingkan desain instrumen lainnya yaitu kecepatan memperoleh data [24].

Interaksi antara silika dan besi bergantung pada penambahan silika serta kalsinasi pada proses pembuatannya sehingga membentuk ikatan Fe-O-Si [25]. Adanya silika pada katalis besi akan menghasilkan vibrasi pada bilangan gelombang 1600, 1200-900 dan 700 cm

-1. Jumlah silika yang semakin banyak akan mempengaruhi

vibrasi Fe-O (pada bilangan gelombang 538 cm-1

) semakin lemah dan meluas, sedangkan vibrasi pada 1200-900 cm

-1 semakin kuat dan

bergeser ke frekuensi yang lebih besar [5]. 2.5 Analisis Ukuran Katalis dengan Particle Size Analyzer (PSA)

Ukuran suatu partikel dapat ditentukan dengan instrumen particle size analyzer (PSA). Prinsip dasar dari PSA adalah pengukuran suatu partikel berdasarkan intensitas pergerakannya. Faktor yang penting sebelum melakukan pengukuran adalah preparasi sampel. Sampel padatan yang akan dianalisis perlu dipreparasi terlebih dahulu. Metode preparasi sampel dibagi menjadi dua, yaitu wet dispersion (partikel didispersikan ke dalam cairan) dan dry dispersion (parikel didispersikan ke dalam gas, misalnya udara) [26].

(2.6)

Teknik pengukuran partikel pada particle size analyzer (PSA) dibagi menjadi tiga, yaitu laser diffraction technique dan dynamic light scattering technique [27]. Prinsip laser diffraction technique adalah mengukur intensitas dari sinar laser yang dihamburkan ketika mengenai sampel. Intensitas sudut hamburan kemudian dibuat pola hamburannya sehingga diperoleh diameter partikel [26]. Sedangkan prinsip dynamic light scattering technique adalah pengukuran gerak Brownian partikel dalam medium dan mengkorelasikan dengan ukuran partikelnya. Prinsip kerjanya yaitu dengan mengiluminasikan sinar laser dan menganalisa fluktuasi intensitas cahaya yang dihamburkan partikel [28].

Nanopartikel Fe3O4 dapat didispersikan ke dalam heksana [28]. Serta data yang diperoleh adalah ukuran dan distribusi dari nanopartikel tersebut. 2.6 Analisis Oksida Logam dengan X-Ray Diffraction (XRD)

Penentuan struktur kristal pada suatu material dapat diukur dengan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD). XRD memanfaatkan sinar-X yang dihasilkan dari elektron yang ditembakkan ke atom dari target logam, akibatnya elektron pada kulit K dari logam keluar, sehingga kekosongan elektron tersebut digantikan oleh elektron yang berpindah dari kulit L. Transisi elektron inilah yang menghasilkan sinar-X. Sinar-X tersebut jika

mengenai permukaan kristal sebesar sudut θ, sebagian sinar akan dihamburkan oleh lapisan atom pada permukaan. Sinar yang tidak dihamburkan akan menembus lapisan kedua dan akan dihamburkan oleh lapisan tersebut, begitu seterusnya [23].

Persamaan yang digunakan untuk menentukan struktur kristal tersebut adalah persamaan Bragg, yaitu [23]:

nλ = 2d sin θ dimana, n adalah integer, λ adalah panjang gelombang dari sinar-X,

d adalah jarak antar layar, dan θ adalah sudut difraksi.

(2.7)

Gambar 2.4: Spektra XRD α-Fe2O3 (a) dan γ-Fe2O3 (g) (gambar diambil dari literatur [29])

2.7 Analisis Kadar Besi dengan AAS Pengukuran kadar besi dapat dilakukan dengan

menggunakan Atomic Absorption Spectrometri (AAS). Hal yang penting dalam spektroskopi serapan atom adalah pengubahan analit (pada umumnya berupa larutan) menjadi atom (atomisasi). Apabila analit berupa padatan, maka harus diubah terlebih dahulu menjadi larutannya [24].

Prinsip dari AAS adalah lampu katoda akan mengemisikan cahaya dengan panjang gelombang yang dapat disesuaikan dengan analit yang yang akan diukur. Analit yang teratomisasi akan menyerap sebagian cahaya yang diemisikan lampu katoda tersebut. Sebagian intensitas cahaya yang tidak terserap akan diterima oleh detektor. Perhitungan secara kuantitatif berdasarkan hukum Beer [23]:

dimana, A merupakan absorbansi, ε merupakan absorptivitas molar (L mol

-1 cm

-1), b dengan satuan cm, serta C merupakan konsentrasi

dengan satuan mol/liter [23].

(2.8)

2θ (derajat)

Inte

nsi

tas

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Anorganik Jurusan Kimia Fakultas MIPA Universitas Brawijaya mulai bulan Februari hingga Mei 2017.

3.2 Alat dan Bahan Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah gelas kimia 500 mL, pipet ukur 10 mL, pipet tetes, labu ukur 100 mL, labu ukur 500 mL, gelas ukur 100 mL, botol semprot 500 mL, pengaduk gelas, bola hisap, pipet ukur 1 ml, pipet volume 0,5 ml, corong gelas, kertas saring, statif, ayakan 150 mesh, cawan porselen, magnetic stirer, hot plate, pH meter Mettler Toledo, neraca analitik Ohaus, syringe pump, tanur RHF 1500/Carbolite, shaker , FTIR 8400S/Shimadzu, PSA 1090/Cilas, AAS AA-6200/Shimadzu. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Fe(NO3)3.9H2O (Merck), larutan prekursor Na2SiO3 (Merck ; Na2O 7,5-8,5%; SiO2 25,5-28,5%), bubuk besi (Merck), HNO3 1 M, larutan NH4OH p.a., etanol 96%, aquades.

3.3 Tahapan Penelitian 1. Preparasi larutan Na2SiO3 dan Fe(NO3)3. 2. Pembuatan hidrogel. 3. Pembuatan xerogel. 4. Pembuatan katalis dengan variasi temperatur kalsinasi. 5. Karakterisasi katalis. 6. Analisis data. Rincian tahapan penelitian terdapat pada Lampiran A.

3.4 Prosedur Kerja 3.4.1 Preparasi Larutan 0,87 M Na2SiO3

Sebanyak 8,90 mL larutan prekursor Na2SiO3 diambil dengan pipet ukur 10 mL dan diencerkan menajdi 100 mL, sehingga diperoleh larutan Na2SiO3 dengan konsentrasi 0,87 M (Perhitungan preparasi larutan 0,87 M Na2SiO3 terdapat pada Lampiran B.2).

3.4.2 Preparasi Larutan Fe(NO3)3

Sebanyak empat gram Fe(NO3)3.9H2O ditimbang kemudian dilarutkan dengan aquades hingga 50 mL dan dimasukkan ke dalam

gelas kimia. Kemudian dengan massa yang sama, Fe(NO3)3.9H2O dilarutkan dengan aquades hingga 75 mL dan 100 mL dan dimasukkan ke dalam gelas kimia yang berbeda.

3.4.3 Pengaruh Jumlah Pelarut dalam Pembentukan Gel Pembuatan hidrogel diadaptasi dari literatur [30]. Larutan

Na2SiO3 yang telah dipreparasi diambil dan dimasukkan ke dalam syringe 20 mL. Kemudian dimasukkan ke dalam larutan 50 mL Fe(NO3)3 tetes demi tetes dengan menggunakan syringe pump sambil diaduk dengan magnetic stirer. Perlakuan yang sama dilakukan untuk 75 dan 100 mL Fe(NO3)3. Pengadukan dilakukan di dalam temperatur ruang hingga terbentuk hidrogel [7]. Penambahan larutan Na2SiO3 dilakukan hingga pH hidrogel berada di pH 5.

3.4.4 Pengaruh Temperatur Kalsinasi dalam Pembuatan Katalis Pembuatan xerogel mengacu pada literatur [31]. Temperatur

kalsinasi yang digunakan adalah 300 °C, 400 °C dan 500 °C selama empat jam. Setelah itu, katalis yang diperoleh digerus dengan shaker selama enam jam dengan kecepatan 100 rpm sehingga diperoleh katalis besi.

3.4.5 Preparasi Silika dan Fe 2O3 (Pembanding) Langkah-langkah pembuatan silika pembanding sama seperti pembuatan katalis Fe2O3/SiO2 dengan perbedaan pada pembentukan sol-gel, larutan HNO3 1 M dimasukkan ke dalam larutan Na2SiO3 0,87 M hingga pH 5. Sedangkan Fe2O3 pembanding dibuat dengan cara sebanyak 3 g Fe(NO3)3.9H2O dilarutkan ke dalam HNO3 1 M. Kemudian ditambahkan larutan NH4OH p.a. tetes demi tetes sambil diaduk hingga terbentuk endapan berwarna coklat. Endapan yang terbentuk disaring lalu dikeringkan di dalam oven. Endapan yang telah kering kemudian dikalsinasi dengan temperatur 300 °C, 400 °C dan 500 °C.

3.4.6 Karakterisasi Katalis

3.4.6.1 Karakterisasi dengan FTIR Masing-masing sampel katalis dicampurkan dengan KBr dan

dibuat pelet KBr. Kemudian pelet KBr tersebut dimasukkan ke dalam FTIR. Selain sampel katalis yang diukur dengan FTIR, silika dan Fe2O3 pembanding juga diukur dengan FTIR.

3.4.6.2 Karakterisasi dengan XRD Karakterisasi dengan XRD dilakukan di Laboratorium

Material dan Metalurgi Institut Sepuluh November Surabaya. Sampel yang diuji adalah katalis Fe2O3/SiO2 hasil sintesis. 3.4.6.3 Karakterisasi dengan PSA

Katalis Fe2O3/SiO2 hasil sintesis diayak menggunakan ayakan 150 mesh, kemudian hasil ayakan dipisahkan untuk dikarakterisasi dengan PSA. Sampel tersebut kemudian didispersikan ke dalam air, lalu dikarakterisasi dengan PSA.

3.4.6.4 Karakterisasi dengan AAS Larutan standar besi 1000 ppm dibuat dengan cara sebanyak

0,5 g bubuk besi dilarutkan ke dalam 50 ml HNO3 1 M. Kemudian diencerkan dengan aquades hingga 500 mL. Setelah itu, dibuat larutan untuk kurva standar dengan konsentrasi 0 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 15 ppm, dan 20 ppm.

Sisa katalis yang tidak lolos ayakan 150 mesh, digerus sampai halus dan ditimbang sebesar 0,2 g, kemudian didestruksi dengan larutan HNO3 1 M selama dua jam. Kemudian disaring dan filtrat ditampung di dalam botol vial. Filtrat diambil 0,5 mL lalu diencerkan hingga 100 mL.

Pengukuran dengan menggunakan AAS dimulai dari pembuatan kurva standar dari larutan standar yang telah dibuat. Kemudian diukur absorbansi dari masing-masing sampel.

3.5 Analisis Data Berdasarkan hasil analisis dengan spektrofotmeter IR akan

diperoleh spektra dari masing-masing katalis hasil variasi temperatur kalsinasi. Sedangkan hasil analisis dengan PSA akan diperoleh data ukuran partikel dari katalis.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengaruh Jumlah Pelarut terhadap Karakteristik Hidrogel

Pada penelitian ini mempelajari pengaruh jumlah pelarut terhadap karakteristik hidrogel. Pengaruh jumlah pelarut terhadap karakteristik hidrogel ditunjukkan pada Gambar 4.1. dan Tabel 4.1.

Gambar 4.1: Hidrogel yang terbentuk dalam berbagai perlakuan (a) Empat gram Fe(NO3)3.9H2O di dalam 50 ml aquades, (b) Empat gram Fe(NO3)3.9H2O di dalam 75 ml aquades, (c) Empat gram Fe(NO3)3.9H2O di dalam 100 ml aquades

Tabel 4.1: Pengaruh jumlah pelarut terhadap larutan Na2SiO3 yang ditambahkan dan karakteristik hidrogel yang terbentuk

Perlakuan Larutan Na2SiO3 yang ditambahkan

(mL)

Waktu Aging (jam)

Karakteristik hidrogel yang

terbentuk

(a) 109,2 1 Coklat (b) 105 3 Coklat-

kekuningan

(c) 103,7 5 Kuning Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, jumlah pelarut

mempengaruhi banyaknya larutan Na2SiO3 yang ditambahkan. Semakin banyak jumlah pelarut, maka larutan Na2SiO3 yang ditambahkan semakin sedikit. Hal ini disebabkan karena pada pelarut air, Fe(NO3)3 akan terionisasi menjadi Fe

3+ dan NO3

- (pH larutan

berkisar 1,4-1,6). Kemudian, dengan jumlah pelarut yang semakin banyak maka pH larutan Fe(NO3)3 menjadi semakin besar akibat konsentrasi H

+ yang semakin kecil.. Sedangkan Fe

3+ akan mengalami

reaksi hidrolisis dengan H2O sebagai berikut [32]:

(a) (c) (b)

Fe3+

+ H2O FeOH2+

+ H+ (4.1)

Fe3+

+ 2H2O Fe(OH)2+ + 2H

+ (4.2)

Fe3+

+ 3H2O Fe(OH)30 + 3H

+ (4.3)

Fe3+

+ 4H2O Fe(OH)4- + 4H

+ (4.4)

Pengaturan pH untuk membuat hidrogel ditentukan pada pH 5, karena diharapkan pada pH tersebut hidrogel dapat terbentuk. Hal ini berdasarkan jika kondisi yang terlalu asam, maka struktur hidrogel yang terbentuk adalah struktur bercabang yang lemah. Sedangkan pada kondisi terlalu basa, maka struktur yang lebih rapat dan keras [6].

Banyaknya jumlah pelarut dapat mempengaruhi waktu aging dari hidrogel. Hal ini disebabkan semakin banyak pelarut maka semakin rendah konsentrasi silikat. Konsentrasi silikat yang rendah menyebabkan reaksi kondensasi semakin lambat. Oleh karena itu, waktu aging akan semakin lambat.

Ditinjau dari warna hidrogel yang terbentuk, warna hidrogel semakin terang dengan peningkatan jumlah pelarut. Terbentuknya warna pada hidrogel tersebut disebabkan terbentuknya oksida besi(III) hidrat (Fe2O3.H2O atau FeOOH) yang mempunyai warna coklat-kekuningan (α-FeOOH) dan jingga (γ-FeOOH) [33]. Kemungkinan oksida besi hidrat yang terbentuk pada hidrogel dengan jumlah pelarut yang banyak adalah γ-FeOOH. Sedangkan kemungkinan oksida besi(III) hidrat yang terbentuk pada hidrogel dengan jumlah pelarut yang sedikit adalah α-FeOOH.

4.2 Analisis dengan FTIR Analisis dengan FTIR bertujuan unutk mengeidentifikasi

gugus fungsi yang terdapat di dalam katalis Fe2O3/SiO2. Selain itu, gugus-gugus fungsi yang teridentifikasi di dalam katalis Fe2O3/SiO2 dibandingkan dengan gugus fungsi Fe2O3 dan SiO2 (pembanding). Gambar 4.2 menunjukkan gabungan dari spektra FTIR masing-msaing spektra FTIR yang terdapat di Lampiran C.

Gambar 4.2: Spektra FTIR dari Fe2O3 (pembanding), silika (pembanding), katalis Fe2O3/SiO2 dengan variasi temperatur kalsinasi 300 °C, 400 °C dan 500 °C

Tabel 4.2: Interpretasi spektra FTIR dari Fe2O3 (pembanding), silika (pembanding), katalis Fe2O3/SiO2 dengan variasi temperatur kalsinasi 300 °C, 400 °C dan 500 °C

ν (cm-1

) Interpretasi

Blanko Fe2O3

Blanko silika

Fe2O3/SiO2 (300 °C)

Fe2O3/SiO2 (400 °C)

Fe2O3/SiO2 (500 °C)

ν (cm

-1)

Gugus fungsi

442,3 461,72 454,00 454,00 450,15 463-465

461

Fe(III)-O [5], [29] δ Si-O-Si [34], [35]

533,08 - - - - 538 Fe-O [5]

- 799,24 795,38 793,45 793,45 700-800

Vibrasi ulur simetrik Si-O-Si

[5], [34]–[36]

- 1088,54 1075,04

1073,11

1073,11

1089 Vibrasi ulur asimetrik Si-O-Si [34]

- 1383,63 1383,63

1383,63

1383,63

1200 Vibrasi ulur asimetrik Si-O-Si [5], [34]

- 1645,93 1630,50

1634,36

1634,36

1637 Vibrasi tekuk OH [37]

- 3663,04 3424,18

3464,68

3464,68

3400 Vibrasi ulur OH [37]

Berdasarkan interpretasi spektra FTIR, kemungkinan terdapat Fe(III)-O dari katalis Fe2O3/SiO2 karena terdapat vibrasi pada bilangan gelombang 450-454 cm

-1 walaupun pada bilangan

gelombang yang mendekati juga terdapat vibrasi dari ikatan Si-O-Si. Sedangkan vibrasi untuk ikatan Fe-O pada bilangan 533,08 cm

-1

tidak ditemukan pada katalis Fe2O3/SiO2 karena kemungkinan Fe-O berikatan dengan Si membentuk ikatan Fe-O-Si yang menyebabkan vibrasi pada bilangan gelombang 533,08 cm

-1 menghilang. Vibrasi

Fe-O-Si terjadi pada bilangan gelombang 1000 cm-1

[5]. Vibrasi pada daerah bilangan gelombang sekitar 795, 1075,

1383,63 cm-1

pada katalis Fe2O3/SiO2 menunjukkan bahwa pada katalis tersebut ditemukan adanya SiO2 karena vibrasi-vibrasi pada daerah bilangan gelombang tersebut merupakan vibrasi yang menunjukkan ikatan Si-O-Si. Jika spektra blanko silika dibandingkan dengan spektra dari katalis Fe2O3/SiO2 dengan variasi temperatur kalsinasi terlihat hampir menyerupai, tetapi pada spektra FTIR dari katalis Fe2O3/SiO2, vibrasi pada bilangan gelombang 1000 cm

-1

terlihat melebar. Hal ini menunjukkan adanya ikatan Fe-O-Si (vibrasi ulur asimetrik Fe-O-Si) yang tumpang tindih dengan ikatan Si-O-Si [5]. 4.3 Analisis dengan XRD

Analisis dengan XRD bertujuan untuk mengidentifikasi spesi Fe2O3 yang terbentuk di dalam katalis Fe2O3/SiO2 merupakan α-Fe2O3 (hematit) dan γ-Fe2O3 (maghemit). Pada Gambar 4.3 menunjukkan gabungan dari spektra XRD pada Lampiran D.

Gambar 4.3: Spektra XRD katalis Fe2O3/SiO2 dengan variasi temperatur kalsinasi Tabel 4.3: Interpretasi Spektra XRD Katalis Fe2O3/SiO2 dengan variasi temperatur kalsinasi

T kalsinasi

300 °C

T kalsinasi

400 °C

T kalsinasi

500 °C α-Fe2O3

d (Å) I (%) d (Å) I (%) d (Å) I (%) d (Å) I (%) 3,05 100 3,05 100 3,08 100 2,70 100

2,80 75,69 - - - - 2,52 70

- - - - 2,29 3,21 2,29 3 2,31 33,43 - - - - 2,20 20

1,89 48,54 - - - - 1,84 40 Spektra XRD yang diperoleh dari katalis Fe2O3/SiO2 dengan

variasi temperatur kalsinasi hanya menghasilkan sedikit puncak-puncak difraksi yang menunjukkan kristalinitas dari katalis

Fe2O3/SiO2. Pada variasi temperatur kalsinasi 300 °C hanya ditemukan 4 puncak difraksi, sedangkan pada variasi temperatur

kalsinasi 400 °C dan 500 °C hanya ditemukan 1 dan 2 puncak difraksi. Hal ini dikarenakan pada saat proses kalsinasi berlangsung, temperatur tanur yang dihasilkan tidak konsisten sehingga kemungkinan struktur kristal Fe2O3 tidak terbentuk atau rusak (menjadi amorf). Selain itu, kemungkinan kadar Fe di dalam katalis Fe2O3/SiO2 terlalu sedikit, sehingga hanya sedikit Fe yang terbentuk mejadi oksidanya.

Berdasarkan nilai d (Å) dan I (%) yang diperoleh dari katalis

Fe2O3/SiO2 dengan variasi temperatur kalsinasi 300 °C, kemungkinan besi oksida yang terbentuk adalah α-Fe2O3 dengan simetri heksagonal (disesuaikan dengan JCPDS No. 33-664).

Sedangkan katalis dengan variasi temperatur kalsinasi 400 °C dan

500 °C tidak dapat dipastikan apakah spesi besi oksida yang terbentuk adalah α-Fe2O3 karena terlalu sedikit puncak difraksi yang dihasilkan. Selain itu, spesi γ-Fe2O3 juga tidak terlihat dari spektra XRD yang diperoleh, hal serupa untuk nilai d (Å) dan I (%) yang tidak dapat disesuaikan dengan JCPDS γ-Fe2O3 (JCPDS No. 39-1346). Sehingga di dalam katalis Fe2O3/SiO2 kemungkinan tidak terdapat spesi γ-Fe2O3, yang mungkin disebabkan akibat temperatur pada proses kalsinasi dan kadar Fe di dalam katalis yang telah disebutkan sebelumnya.

4.4 Analisis dengan AAS

Analisis dengan AAS bertujuan untuk mengetahui konsentrasi besi di dalam filtrat katalis Fe2O3/SiO2. Hal ini berguna untuk mengetahui apakah terdapat besi di dalam katalis Fe2O3/SiO2. Data pengukuran AAS ini dapat menguatkan argumen bahwa terdapat besi oksida di dalam katalis Fe2O3/SiO2.

Gambar 4.4: Konsentrasi besi dalam filtrat katalis Fe2O3/SiO2 dengan variasi temperatur kalsinasi (perhitungan konsentrasi besi dalam filtrat terdapat pada Lampiran B.3)

Hasil yang diperoleh dari pengukuran dengan AAS dapat diketahui bahwa di dalam katalis Fe2O3/SiO2 terdapat besi. Hal tersebut dapat memperkuat pernyataan bahwa di dalam katalis Fe2O3/SiO2 terbentuk senyawa besi oksida. Walaupun tidak dapat dipastikan apakah besi oksida yang terdapat dalam katalis tersebut berupa α-Fe2O3 atau γ-Fe2O3.

Berdasarkan Gambar 4.4 dapat terlihat semakin tinggi temperatur kalsinasi, konsentrasi besi di dalam katalis Fe2O3/SiO2 semakin berkurang. Hal ini dapat dimungkinkan bahwa ikatan Fe-O dan Fe-O-Si semakin kuat dengan meningkatnya temperatur kalsinasi. Sehingga, besi semakin sulit untuk diekstraksi dengan HNO3 1 M. Selain itu, kemungkinan semakin sedikitnya konsentrasi besi dalam filtrat katalis dengan semakin meningkatnya temperatur kalsinasi disebabkan karena terbentuknya α-Fe2O3. Terbentuknya α-Fe2O3 dikarenakan H2O yang lepas dari α-FeOOH (yang terdapat di dalam hidrogel) akibat meningkatnya temperatur. Lepasnya H2O ini terjadi pada rentang temperatur 292-355 °C [38]. Pada Fe2O3 terdapat

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

250 300 350 400 450 500 550

Konse

ntr

asi

Besi

/M

Temperatur Kalsinasi/°C

65

70

75

80

85

90

95

100

250 300 350 400 450 500 550

Dia

mete

r P

art

ikel/μ

m

Temperatur Kalsinasi/°C

ikatan Fe-O-Fe yang akan semakin banyak akibat naiknya temperatur kalsinasi. Semakin banyak ikatan tersebut maka Fe akan semakin susah terlepas jika dilarutkan di dalam asam.

2α-FeOOH α-Fe2O3 + 2H2O (4.5)

4.5 Analisis dengan PSA Analisis dengan PSA bertujuan untuk mengetahui ukuran

partikel dari katalis Fe2O3/SiO2 dengan variasi temperatur kalsinasi. Data ukuran partikel katalis dinyatakan dalam diameter partikel (μm). Gambar 4.5: Rata-rata ukuran partikel katalis Fe2O3/SiO2 dengan variasi temperatur kalsinasi (data ukuran partikel masing-masing katalis terdapat pada Lampiran E.)

Pengaruh temperatur kalsinasi terhadap ukuran partikel katalis Fe2O3/SiO2 adalah semakin tinggi temperatur kalsinasi yang digunakan maka ukuran partikel akan semakin besar. Hal ini disebabkan karena semakin tinggi temperatur kalsinasi maka struktur kristal akan semakin kompak sehingga dengan metode penggerusan yang sama akan menyebabkan katalis susah digerus sehingga menghasilkan ukuran partikel katalis yang besar.

Rata-rata ukuran partikel katalis Fe2O3/SiO2 dengan variasi

temperatur kalsinasi 500 °C lebih besar dibandingkan variasi

tempertatur kalsinasi 300 °C. Tetapi, pada variasi temperatur

kalsinasi 400 °C terjadi penurunan ukuran partikel katalis yang mungkin disebabkan karena proses penggerusan yang tidak rata. Meskipun kecepatan shaker yang digunakan untuk menggerus semua

katalis (300 °C, 400 °C, dan 500 °C) sama dan dengan waktu penggerusan yang sama, kemungkinan ada sebagian katalis yang tergerus secara kontinyu dan ada pula yang tidak tergerus dengan baik.

Berdasarkan histogram pada Gambar E.1 hingga Gambar

E.3 menunjukkan profil kurva yang hampir mirip. Selain itu, distribusi ukuran partikel katalis dengan variasi temperatur kalsinasi menunjukkan keseragaman. Meskipun berdasarkan rata-rata ukuran partikel katalis (Gambar 4.5) menunjukkan penurunan pada variasi

temperatur kalsinasi 400 °C, tidak dapat dinyatakan bahwa variasi temperatur kalsinasi mempengaruhi secara signifikan terhadap ukuran partikel katalis Fe2O3/SiO2.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan penelitian ini dapat disimpulkan bahwa: 1. Jumlah pelarut mempengaruhi karakteristik hidrogel yang

terbentuk. Semakin banyak pelarut, maka warna hidrogel semakin terang.

2. Tidak ada pengaruh yang signifikan antara variasi temperatur kalsinasi dengan ukuran partikel katalis Fe2O3/SiO2.

5.2 Saran Perlu suatu metode yang lebih baik untuk penggerusan

sampel yang berjumlah sedikit supaya hasil lebih merata. Selain itu, dapat dikaji lebih lanjut tentang faktor-faktor yang dapat mempengaruhi luas permukaan atau pori-pori katalis karena luas permukaan dan pori-pori katalis dapat mempengaruhi aktivitas katalis.

DAFTAR PUSTAKA [1] Agustina, S., dkk, 2015, Statistik Minyak dan Gas Bumi,

Jakarta.

[2] Eshraghi, A., Mirzaei, A. A., dan Atashi, H., 2015, Kinetics of

the Fischer-Tropsch reaction in fixed-bed reactor over a nano-structured Fe-Co-Ce catalyst supported with SiO2,” J. Nat. Gas Sci. Eng., vol. 26, hal. 940–947.

[3] Schulz, H., 1999, Short history and present trends of

Fischer–Tropsch synthesis, Appl. Catal. A Gen., vol. 186, no. 1–2, hal. 3–12.

[4] Cheng, K., dkk, 2015, Pore size effects in high-temperature

Fischer–Tropsch synthesis over supported iron catalysts, J. Catal., vol. 328, hal. 139–150.

[5] Suo, H., dkk, 2012, Chemical and structural effects of silica

in iron-based Fischer-Tropsch synthesis catalysts , J. Catal., vol. 286, hal. 111–123.

[6] de Jong, K. P., 2009, Synthesis of Solid Catalyst, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co, Weinheim.

[7] Milea, C. A., Bogatu, C., dan Duta, A., 2011, The Influence

of Parameters in Silica Sol-Gel Process, Eng. Sci., vol. 4, no. 1.

[8] Feyzi, M., Yaghobi, N., dan Eslamimanesh, V., 2015, Cobalt-

iron nano catalysts supported on TiO2-SiO2:

Characterization and catalytic performance in Fischer-Tropsch synthesis,” Mater. Res. Bull., vol. 72, hal. 143–153.

[9] Aguila, G., Guerrero, S., dan Araya, P., 2013, Applied

Catalysis A: General Effect of the preparation method and

calcination temperature on the oxidation activity of CO at low temperature on CuO–CeO2/SiO2 catalysts, Appl. Catal. A Gen., vol. 462–463, hal. 56–63.

[10] Sulastri, S. dan Kristianingrum, S., 2010, Berbagai Macam

Senyawa Silika: Sintesis, Karakterisasi dan Pemanfaatan, hal. 211–216.

[11] Nuryono dan Narsito, 2005, Effect of Acid Concentration on

Characters of Silica Gel Synthesized from Sodium Silicate , Indones. J. Chem., vol. 5, hal. 23–30.

[12] Sinkó, K., 2010, Influence of Chemical Conditions on the Nanoporous Structure of Silicate Aerogels , Materials, vol. 3, hal. 704–740.

[13] Twej, W. A. A., 2009, Temperature Influence on the

Gelation Process of Tetraethylorthosilicate Using Sol-Gel Technique , Iraqi J. Sci., vol. 50, no. 1, hal. 43–49.

[14] Wijnen, P. W. J. G., Beelen, T. P. M., Rummens, K. P. J., dan van Santen, R. A., 1993, The role of cations in the formation of aqueous silica gels, J. Non. Cryst. Solids, vol. 152, no. 2–3, hal. 127–136.

[15] Bremere, I., dkk, 2000, Prevention of silica scale in

membrane systems: removal of monomer and polymer silica, Desalination, vol. 132, no. 1–3, hal. 89–100.

[16] Richardson, J. T., 1989, Principles of Catalyst Development, Kluwer Academic/Plenium Publishers, New York.

[17] Patel, R. P., Purohit, N. S., dan Suthar, A. M., 2009, An

overview of silica aerogels , International Journal of ChemTech Research, vol. 1, no. 4. hal. 1052–1057.

[18] Brinker, C. J. dan Scherer, G. W., 1990, Sol-Gel Science: The

Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing, Academic Press, Inc, San Diego.

[19] Gadalla, A. M. dan Yu, H., 1990, Thermal decomposition of

Fe(III) nitrate and its aerosol,” J. Mater. Res., vol. 5, hal. 1233–1236.

[20] Hadi, A. P., 2009, Kajian Transformasi Antar Fasa Pada

Komposit Fe 3O4/Fe 2O3, Institut Teknologi Sepuluh November.

[21] Chirita, M. dan Grozescu, I., 2009, Fe2O3–Nanoparticles ,

Physical Properties and Their Photochemical And Photoelectrochemical Applications ,” Chem. Bull. “POLITEHNICA,” vol. 54, no. 68, hal. 1–8.

[22] Petrovsk, E., dkk, 1996, Transformation of hematite to

maghemite as observed by changes in magnetic parameters: Effect of mechanical activation?, Geophys. Res. Lett., vol. 23, no. 12, hal. 1477–1480.

[23] Skoog, D. A., Holler, F. J., dan Crouch, S. R., 2007, Principles of Instrumental Analysis , Sixth Edition, Thomson Brooks/Cole, Kanada.

[24] Harvey, D., 2000, Modern Analytical Chemistry, Second Edition, Mc-Graw Hill Companies, USA.

[25] Mogorosi, R. P., Fischer, N., Claeys, M., dan Van Steen, E., 2012, Strong-metal-support interaction by molecular

design: Fe-silicate interactions in Fischer-Tropsch catalysts , J. Catal., vol. 289, hal. 140–150.

[26] Malvern Instruments Ltd, 2012, A basic guide to particle

characterization, Inf. White Pap., hal. 1 – 26.

[27] H. Scientific, 2010, A Guidebook To Particle Size Analysis , Distribution, hal. 1–17.

[28] Ermawati, R. dan Ratnawati, E., 2011, Sintesis Nanopartikel

Magnetit dengan Metode Dekomposisi Termal, J. Kim. dan Kemasan, vol. 33, no. 1, hal. 96–101.

[29] Sahoo, S. K., dkk, 2010, Characterization of γ- and α-Fe 2O3

nano powders synthesized by emulsion precipitation-calcination route and rheological behaviour of α-Fe 2O3, Int. J. Eng. Sci. Technol, vol. 2, no. 8, hal. 118–126.

[30] Oktirisa, R., 2012, Studi Pengaruh Konsentrasi Ion Logam

Ni2+

pada Sintesis Kristal Tunggal Mn-Ni Tartrat (MnxNi(1-x)C4H4O6) dalam Gel Metasilikat, Universitas Brawijaya.

[31] Lee, J., dkk, 2011, Journal of Industrial and Engineering

Chemistry Pd catalyst supported on SiO2–Al2O3 xerogel for hydrocracking of paraffin wax to middle distillate , J. Ind. Eng. Chem, vol. 17, hal. 310–315.

[32] Stefansson, A., 2007, Iron(III) Hydrolysis and Solubility at

25 °C, Environ. Sci. Technol., vol. 41, no. 17, hal. 6117–6123.

[33] Housecroft, C. E. dan Sharpe, A. G., 2005, Inorganic

Chemistry, Second Edition, Pearson Education Limited, England.

[34] Petrache, C., dkk, 2005, Sol-Gel Fe xOy-SiO2

Nanocomposites ,” Rom. Journ. Phys., vol. 50, hal. 595–606, 2005.

[35] Raileanu, M., dkk, 2003, Fe 2O3-SiO2 Nanocomposites

Obtained By Different Sol-Gel Routes, J. Optoelectron. Adv. Mater, vol. 5, no. 3, hal. 693–698.

[36] Zhang, X., dkk, 2014, Preparation and thermal stability of

the spindle α-Fe2O3@SiO2 core-shell nanoparticles, J. Solid State Chem., vol. 211, hal. 69–74.

[37] Hu, Y., 2013, Highly compressible magnetic liquid marbles

assembled form hydrophobic magnetic chain-like nanoparticles , R. Soc. Chem., hal. 1–7.

[38] Rizov, B., 2012, Phase Transformations From Goethite To

Hematite And Thermal Decomposition In Various Nickeliferous Laterite Ores, J. Univ. Chem. Technol. Metal., vol. 47, no. 2, hal. 207–210.