Produksi Silikon Dioksida dan Silikon Berbahan Baku Daun Bambu serta Analisisnya Menggunakan Energy Dispersive XRay dan Fourier Transform Infra Red

Abstract

Bambu merupakan material komposit terdiri dari serat selulosa yang tertanam di dalam matriks lignin. Tanaman bambu banyak tersebar di kebanyakan negara-negara tropis di mana tanaman ini dapat tumbuh di dataran rendah hingga lereng pegunungan pada ketinggian 3000 m dpl. Indonesia memiliki 143 jenis bambu yang beraneka ragam yang disebabkan oleh perbedaan iklim, tanah dan topografi. Tanaman bambu memiliki penyebaran yang lebih banyak di pulau Jawa yaitu mencapai 29.14 juta rumpun atau sekitar 76.83 % dari total populasi bambu Indonesia, sedangkan sisanya sekitar 8.79 juta rumpun (23.17 %) berada di luar Jawa. Daun bambu merupakan limbah agro di mana pada umumnya ketika batang bambu dimanfaatkan, maka daun bambu yang dihasilkan dalam jumlah besar hanya dibiarkan menjadi limbah dengan cara pembakaran. Ditambah dengan data di atas dan dengan konsep zero waste, maka daun bambu khususnya abu daun bambu merupakan sumber potensial untuk menghasilkan silikon dioksida (silika) yang memiliki rumus kimia SiO2. Silika dari bahan organik ini kemudian disebut sebagai bio-silika. Kandungan abu daun bambu atau bamboo leaf ash (BLA) dari daun bambu sebesar 20 % dengan kandungan silika sebesar 75.90 - 82.86% di mana kandungan silika abu daun bambu ini merupakan yang terbesar kedua setelah abu sekam padi yaitu sebesar 93.20%. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh kelajuan suhu pemanasan, pencucian dengan asam dan perbandingan Mg/Silika terhadap karakteristik silika dan silikon asal daun bambu khususnya tingkat kemurnian silika dan silikon dan pita serapan gugus molekul pada silika dan silikon serta konstanta pegas pada ikatan molekul. Penelitian ini terdiri dari tiga tahapan, yaitu pengabuan daun bambu, produksi silika dari abu daun bambu, dan produksi silikon dengan mereduksikan silika asal abu daun bambu dengan magnesium. Pengabuan daun bambu terdiri dari dua tahapan, yaitu pembuatan arang daun bambu dengan cara membakar 2000 g daun bambu yang telah kering di ruangan terbuka yang menghasilkan arang daun bambu sebesar 500 g dan pengabuan arang daun bambu yang mengacu atau mengadopsi pada beberapa penelitian mengenai proses pengabuan dari sekam padi, di mana arang yang telah ditimbang sebanyak 40 g dimasukkan ke dalam cawan porselin kemudian dibakar dalam tanur yang masih bersuhu kamar yaitu sekitar 27 oC dengan laju kenaikan suhu 0.3, 0.4, dan 0.5 oC/menit dinaikkan hingga suhu 400 oC dengan waktu penahanan 2 jam kemudian dinaikkan kembali hingga suhu 950 oC dengan waktu penahanan selama 1 jam dan terakhir diturunkan ke suhu kamar kembali. Proses ini menghasilkan abu daun bambu sebesar 28.96 – 29.83 g dari arang yang ditimbang atau dengan persentase susut massa sebesar 25.42 – 27.60 %. Dengan kata lain, rendemen abu yang dihasilkan terhadap daun bambu keringnya adalah sebesar 18.10 – 18.64%. Pada proses produksi silika, abu yang dihasilkan kemudian dicuci dengan menggunakan asam klorida (HCl) 3 % teknis. Proses pencucian yang dilakukan yaitu pada awalnya abu dimasukkan dalam gelas piala, lalu dicampur dengan asam klorida (HCl) 3 % teknis (yaitu 12 mL HCl 3% teknis untuk 1 g abu daun bambu), kemudian dipanaskan di atas hotplate (tombol pengatur suhu pada hotplate diatur sehingga menunjukkan skala suhu 200 oC dan diaduk dengan magnet stirrer pada kecepatan 240 rpm selama 2 jam. Sampel lalu dicuci menggunakan akuades panas berulang-ulang sampai bebas asam (diuji dengan menggunakan kertas lakmus), lalu disaring dengan kertas saring bebas abu. Hasil penyaringan kemudian dipanaskan dalam tanur dengan suhu 1000 oC dengan kenaikan laju 0.3, 0.4, dan 0.5 oC/menit sampai silika putih yang tersisa. Sampel didinginkan dalam tanur diusahakan suhunya sama dengan suhu ruangan. Sampel yang dihasilkan kemudian dianalisis dengan menggunakan EDX dan FTIR. Rendemen silika yang dihasilkan terhadap daun bambu kering adalah sekitar 14.19%. Proses terakhir yaitu produksi silikon dilakukan dengan mereduksikan silika asal abu daun bambu dan magnesium. Bubuk silika kemudian diayak menggunakan ayakan berukuran 150 μm atau 100 mesh, kemudian sampel silika dicampur dengan magnesium bubuk dan diaduk rata dengan perbandingan Mg:SiO2 sebesar 49:60 dan 51:60, lalu dibakar dalam tanur hingga mencapai suhu 650 oC yang ditahan selama 1 jam dengan laju kenaikan suhu 3, 5, dan 7 oC/menit. Campuran silika dan magnesium kemudian dicuci dengan menggunakan asam klorida (HCl) 3% teknis. Sampel (silika+Mg) pada awalnya dimasukkan ke dalam gelas piala untuk dicuci dengan HCl 3 % teknis, kemudian ditutup menggunakan kaca arloji lalu dipanaskan dengan hotplate (diatur dengan menunjukkan skala 200 oC) sambil diaduk dengan magnet stirrer pada kecepatan 240 rpm selama 2 jam. Sampel lalu dicuci dengan HCl 3 % 300 mL selama 1 jam sebanyak 1 kali, kemudian dicuci dengan akuades panas sehingga bebas asam, disaring dengan kertas bebas abu lalu dikeringkan dalam tanur pada suhu 110 oC selama 12 jam. Sampel kemudian dikarakterisasi dengan EDX dan FTIR. Berdasarkan hasil analisis EDX, sampel silika pada penelitian ini memiliki tingkat kemurnian 65.85 – 74.49 % dengan masih terdapatnya impuritas atau senyawa selain SiO2 pada sampel seperti Al2O3, Rb2O, dan Fe2O3. Sedangkan, pada sampel silikon memiliki tingkat kemurnian sebesar 0.52 – 6.41 % dan masih terdapat juga impuritas pada sampel. Masih terdapatnya impuritas diduga disebabkan oleh persentase impuritas yang lebih tinggi 10 – 12 kali dibandingkan dengan abu sekam padi. Tingkat kemurnian yang masih rendah ini harus dilakukan optimasi lebih lanjut agar mendaapatkan tingkat kemurnian yang lebih tinggi. Hasil FTIR mengindikasikan bahwa sampel silika memiliki pita serapan pada bilangan gelombang 1095 cm-1, 802 cm-1, dan 455-463 cm-1 yang menunjukkan adanya vibrasi ulur asimetris dan vibrasi tekuk Si-O dari gugus siloksan (Si-O-Si) dengan nilai konstanta pegas Si-O sebesar 1030.531 N.m-1. Sedangkan, silikon memiliki pita serapan pada bilangan gelombang 3410 cm-1, 1636 cm-1, 1010 cm-1, 787 cm-1, 617 cm-1, dan 468 cm-1 yang menunjukkan adanya vibrasi ulur dan vibrasi tekuk –OH dari gugus silanol (Si-OH) atau air serta vibrasi ulur asimetris dan vibrasi tekuk Si-O dari gugus siloksan (Si-O-Si) dengan nilai konstanta pegas Si-O sebesar 1094.376 N.m-1. Uji XRD menunjukkan nilai konstanta kisi silikon a = 5.438879 untuk sampel Si_5 dan a = 5.423915 untuk sampel Si_6.