32 BAB IV Pembahasan Dari serangkaian hasil percobaan yang telah diperoleh dan disajikan pada Bab III, pada Bab IV ini dilakukan pembahasan hasil-hasil percobaan yang meliputi: 1. Mekanisme pembentukan serbuk SnO 2 2. Hasil percobaan presipitasi Sn 3. Hasil analisis XRD serbuk produk sintesis 4. Hasil analisis ukuran butiran 5. Hasil analisis morfologi butiran. IV.1 Mekanisme Sintesis Serbuk SnO 2 Sintesis SnO 2 berlangsung melalui beberapa tahapan (Phantoko, 2023, Arini, 2022). Dalam larutan prekursor SnCl 4, Sn terlarut dalam bentuk Sn 4+ yang berada bersama- sama dengan ion Cl - . Sebagaimana telah disebutkan pada Bab II, larutan SnCl4 dihasilkan dari proses oksidasi ingot timah murni dengan gas klorin yang dilakukan di PT Timah Industri di Cilegon. Setelah dilakukan proses penambahan larutan NH 4OH ke dalam larutan SnCl4, akan berlangsung reaksi antara ion Sn 4+ dengan ion OH - sebagai berikut: Sn 8> + 4OH . → Sn(OH) 8 (4.1) Sn(OH) 4 yang dihasilkan dari reaksi tersebut berbentuk gel berwarna putih dengan karakteristik low crystallinity seperti ditunjukkan dari hasil XRD pada Gambar III.1 dan III.2 pada Bab III. Senyawa Sn(OH) 4 juga dilaporkan sebagai SnO2.2H2O yang masih mengandung air kristal sehingga diffraktogram yang teramati menunjukkan pola diffraksi material dengan kristalinitas rendah dengan puncak diffraksi yang tidak tajam. Oleh sebab itu, diperlukan perlakuan lanjutan untuk menghilangkan air kristal yang masih terkandung melalui proses kalsinasi. Proses yang berlangsung pada proses kalsinasi Sn(OH) 4 adalah pelepasan air kristal melalui reaksi berikut: Sn(OH) 4(s) o SnO2(s) + 2H2O(g) (4.2) 33 Reaksi dissosiasi Sn(OH)4 sudah berlangsung pada suhu sekitar 100 o C, seperti diindikasikan pada profil 'G o Reaksi (4.2) sebagai fungsi suhu yang ditunjukkan pada Gambar IV.1. Dalam penelitian ini proses kalsinasi Sn(OH) 4 dilakukan pada suhu 500 dan 600 o C selama 1 jam, untuk memastikan Sn(OH)4 dapat terkonversi sempurna menjadi SnO 2 dalam waktu yang cepat. Pada suhu yang lebih rendah diperkirakan proses kalsinasi memerlukan waktu yang lebih lama. Gambar IV.1 Profil 'G o reaksi konversi Sn(OH)4 menjadi SnO2 sebagai fungsi suhu (dikonstruksi dengan data termodinamika dari software HSC Chemistry 6) IV.2 Perilaku Presipitasi Sn Dalam penelitian ini, presipitasi Sn dilakukan dengan variasi konsentrasi awal SnCl 4, pH, suhu, dan waktu. Kondisi-kondisi percobaan yang dilakukan mengacu pada penelitian sebelumnya (Phantoko, 2023, Arini, 2022). Pada rentang konsentasi awal SnCl 4 dari 0,1 - 0,4 molar dan suhu ruangan, Sn terlarut dapat terpresipitasi sempurna (persen presipitasi >99%) setelah 48 jam, ketika pH larutan dinaikkan hingga level pH = 8, seperti ditunjukkan pada Gambar IV.2. Hasil analisis termodinamika reaksi presipitasi Sn(OH) 4 dari larutan SnCl4 berupa profil log aktivitas Sn 4+ (dianggap sama dengan konsentrasi molarnya) terhadap pH menunjukkan bahwa pada rentang suhu 25 – 90 o C, dan aktivitas Sn 4+ = 0,1M, -250 -200 -150 -100 -50 0 0 200 400 600 'G o (kJ/mol) Suhu ( o C) 34 daerah kestabilan Sn(OH)4 sudah didapatkan pada level pH 0 – 2 (Gambar 4.3). Daerah kestabilan Sn(OH) 4 adalah daerah di sebelah kanan garis kesetimbangan Sn 4+ - Sn(OH)4 pada Gambar IV.2. Dalam penelitian ini presipitasi Sn 4+ dilakukan dalam rentang pH 7-9 untuk memastikan bahwa semua Sn dalam larutan prekursor dapat terpresipitasi sempurna. Gambar IV.2 Diagram log [Sn 4+ ] terhadap pH pada suhu 25 dan 90 o C (dikonstruksi berdasarkan data termodinamika dari software HSC Chemistry 6) IV.3 Hasil Analisis XRD Serbuk Produk Sintesis Pada Gambar IV.3 disajikan difraktogram XRD serbuk Sn(OH) 4 produk presipitasi yang dilakukan pada suhu 25 o C dan 70 o C (konsentrasi awal SnCl4 = 0,1M, pH = 8). Diffraktogram XRD yang diperoleh mengindasikan bahwa serbuk hasil presipitasi pada kedua suhu tersebut mempunyai kristalinitas yang rendah (dengan puncak difraksi yang tidak tajam). Pengolahan data XRD dan hasil analisis dengan software OriginLab menunjukkan bahwa puncak diffraksi XRD presipitat yang dianalisis adalah Sn(OH) 4. Hal ini sesuai dengan hipotesis dan pembahasan pada Subbab IV.1, dimana produk presipitasi Sn dari larutan SnCl 4 berupa SnO2.2H2O atau Sn(OH) 4 yang masih mengandung air hidrat (air kristal). -5 -4,5 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 02468 log [Sn 4+ ] pH T = 25 oCT = 70 oCT = 90 oC Sn(OH)4 35 Gambar IV.3 Hasil analisis XRD produk presipitasi pada suhu 25 dan 70 o C (konsentrasi awal SnCl 4 0,1M, pH = 8) Gambar IV.4 Perbandingan XRD serbuk produk sintesis SnO2 yang di kalsinasi pada suhu 500 dan 600 o C 36 Setelah dilakukan kalsinasi dan dilakukan analisis XRD terhadap produk kalsinasi pada suhu 500 dan 600 o C, hasil XRD serbuk menunjukkan puncak-puncak diffraksi yang tajam yang mengindikasikan terbentuknya material dengan kristaliniats tinggi, seperti ditunjukkan pada Gambar IV.4. Hasil identifikasi dengan software OriginLab menunjukkan bahwa puncak difraksi tersebut berkesesuaian dengan puncak diffraksi SnO 2 kristalin. Gambar IV.5 Gabungan diffraktogram serbuk hasil presipitasi pada suhu 25 dan 70 o C dan diffraktogram serbuk produk kalsinasi pada suhu 500 dan 600 o C Gabungan diffraktogram serbuk hasil presipitasi pada suhu 25 dan 70 o C dan diffraktogram serbuk produk kalsinasi pada suhu 500 dan 600 o C disajikan pada Gambar IV.6. Hasil-hasil XRD produk kalsinasi pada Gambar IV.5 mengkonfirmasi bahwa serbuk yang dikalsinasi sudah menunjukkan kristalinitas yang lebih baik dibandingkan sebelum dikalsinasi (produk presipitasi). Pada suhu kalsinasi yang lebih tinggi (600 o C) dihasilkan partikel SnO2 dengan kristalinitas yang lebih kuat dibandingkan produk kalsinasi pada suhu yang lebih rendah (500 o C), yang diindikasikan oleh puncak difraksi pada 2T 50 – 70 o C yang lebih tajam. 37 Dari data-data XRD produk kalsinasi, ditentukan ukuran kristalit rata-rata serbuk SnO 2 dengan menggunakan persamaan Scherrer. Persamaan Scherrer yang digunakan adalah sebagai berikut: &= � amq (4.3) dimana D = ukuran kristalit (nm), G = konstanta propostionalitas (Scherrer, yaitu = 0,9), � = panjang gelombang yang digunakan (1,54 Å = 0,154 nm) β : lebar penuh pada setengah maksimum dari puncak difraksi (full width at half maximum, FWHM) (dalam radian) � : sudut Bragg (dalam radian) yang sesuai dengan puncak difraksi Hasil perhitungan ukuran kristalit rata-rata SnO 2 produk kalsinasi pada produk presipitat Sn(OH) 4 hasil sintesis pada suhu ruangan dan suhu 70 o C serta ukuran kristal rata-rata produk SnO 2 yang dikalsinasi pada suhu 500 o C dan 600 o C selama 1 jam ditunjukkan pada Tabel IV.1. Berdasarkan hasil perhitungan ukuran rata-rata kristalin pada tabel dibawah terlihat bahwa ukuran kristalit produk presipitat Sn(OH) 4 pada suhu ruangan lebih kecil dibandingkan produk presipitat pada suhu 70 o C serta ukuran kristal rata-rata serbuk SnO2 produk kalsinasi pada suhu 600 o C lebih besar dibandingkan ukuran kristalit serbuk SnO 2 produk kalsinasi pada suhu 500 o C. Selain dari pada itu, jika dilihat secara keseluruhan, ukuran kristal rata-rata produk presipitat Sn(OH) 4 dan produk serbuk SnO2 hasil kalsinasi semakin besar seiring meningkatnya suhu yang digunakan baik pada proses presipitasi maupun pada proses kalsinasi. Hal ini mengindikasikan terjadinya pertumbuhan kristal yang lebih cepat pada serbuk hasil presipitat pada suhu 70 o C serta pada suhu kalsinasi yang lebih tinggi. 38 Tabel IV.1 Ukuran kristalit rata-rata serbuk SnO2 (konsentrasi awal SnCl4 = 0,5M, konsentrasi NH 4OH = 2M, suhu presiptasi = 70°C, waktu presipitasi = 1 jam) Variasi dan suhu kalsinasi ( o C) 2Ɵ (o) FWHM (rad) ukuran kristal rata-rata (nm) suhu ruangan 26,52 0,138 1,79 33,62 0,109 37,14 0,051 51,72 0,079 64,74 0,094 suhu 70 o C 26,41 0,122 1,94 33,9 0,089 37,67 0,047 52,04 0,078 64,66 0,089 suhu 500 26,62 0,024 5,89 33,94 0,020 38,06 0,029 51,89 0,021 65,88 0,041 suhu 600 26,69 0,012 12,56 33,97 0,010 38,07 0,013 51,92 0,012 54,82 0,012 IV.4 Analisis Hasil Pengukuran Partikel Rata-Rata dengan PSA Pengujian PSA dilakukan untuk mengetahui ukuran partikel dari serbuk produk sintesis. Ukuran serbuk SnO 2 berkaitan erat dengan aplikasinya. Serbuk SnO2 berukuran nano mempunyai potensi pemanfaatan yang lebih luas jika dibandingkan dengan serbuk SnO 2 dengan ukuran mikron dan submikron. Ukuran rata-rata partikel serbuk produk presipitasi dan kalsinasi ditunjukkan pada Tabel III.10 (Bab III). Profil distribusi ukuran partikel serbuk produk kalsinasi pada suhu 500 o C dan 600 o C (presipitasi dengan konsentrasi awal SnCl4 0.5 M, suhu 70 o C dengan konsentrasi awal SnCl 4 = 0,5 M, waktu presipitasi = 1 jam) disajikan masing- masing pada Gambar IV.6 dan IV.7. Terlihat bahwa ukuran rata-rata partikel SnO 2 39 produk sintesis berada pada ukuran mikron yaitu dalam rentang ukuran 1000 - 5000 nm (1 – 5 mikron). Gambar IV.6 Distribusi ukuran partikel SnO 2 produk kalsinasi pada suhu 500 o C (SnCl 4 0,5M, suhu 70 o C dengan konsentrasi awal SnCl4 = 0,5M, waktu presipitasi = 1 jam) Gambar IV.7 Distribusi ukuran partikel SnO2 produk kalsinasi pada suhu 600 o C (SnCl 4 0,5M, suhu 70 o C dengan konsentrasi awal SnCl4 = 0,5M, waktu presipitasi = 1 jam) 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0 26,0 1,0 10,0 100,0 1000,0 10000,0 Undersize (%) Frekuensi (%) Ukuran (nm) 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 1,0 10,0 100,0 1000,0 10000,0 Undersize (%) frekuensi (%) ukuran (nm) 40 Ukuran rata-rata partikel produk kalsinasi pada suhu 500 dan 600 o C yang diperoleh dari analisis PSA masing-masing 1398,3 nm dan 2350,4 nm. Hasil pengukuran ukuran partikel serbuk SnO 2 dengan PSA ini menunjukkan bahwa produk serbuk SnO 2 yang dihasilkan adalah berupa partikel dengan ukuran mikron. Sejalan dengan hasil analisis ukuran kristalit, peningkatan suhu kalsinasi cenderung meningkatkan ukuran partikel serbuk SnO 2 produk sintesis. IV.5 Hasil Analisis SEM-EDS-X-Ray Mapping Hasil analisis SEM serbuk SnO 2 produk kalsinasi pada suhu 500 o C dan 600 o C dengan perbesaran 500x telah disajikan masing-masing pada Gambar III.5 dan III.6. Pada Gambar IV.8 dan IV.9 disajikan kembali foto SEM serbuk SnO 2 produk kalsinasi pada suhu 500 o C dan 600 o C masing-masing dengan perbesaran 10.000x. Hasil-hasil analisis SEM menunjukkan bahwa butiran SnO 2 yang diperoleh mempunyai morfologi butiran yang irregular dengan ukuran submikron. Hasil analisis SEM ini mengindikasikan bahwa metode sintesis serbuk SnO 2 dari larutan SnCl 4 dengan metode presipitasi dan kalsinasi pada kondisi yang dipelajari dalam penelitian ini tidak dapat menghasilkan butiran berukuran nano dengan morfologi yang bulat (spherical) ataupun membulat (rounded). Masih perlu studi dan eksperimen yang lebih mendalam untuk mendapatkan serbuk dengan ukuran yang lebih halus dan seragam dengan morfologi yang mendekati bulat.