Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia “Kejuangan” 2012
Pengembangan Teknologi Kimia untuk Pengolahan Sumber Daya Alam Indonesia Yogyakarta, 6 Maret 2012
ISSN: 1693-4393
Pembuatan Hidroksi Apatit Dari Kulit Telur Mahreni1, Endang Sulistyowati1, Saeful Sampe2 dan Willyam Chandra2 1
2
Dosen Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri Mahasiswa Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri Universitas Pembangunan Nasional ”Veteran” Yogyakarta Jl. SWK 104 Lingkar Utara, Condongcatur, Yogyakarta, 55283 Telp/fax: 0274 486889; E-mail:
[email protected]
Abstract The eggs produce waste in the form of eggs shell. One alternative to reduce the waste is by processing the egg shell into hydroxy apatite powder. Eggshell is one of the largest sources of calcium carbonate, with 95% of composition. The characteristics of hydroxy apatites that allowed to be used as biomaterials including the mass ratio of Ca:P should have a value of 1.67 and have a crystalline structure. In the first step, the eggs shell reacted with hydrochloric acid. Solution formed to the base condition to get the calcium deposits, which then reacted with sodium phosphate to produce hydroxy apatite deposition. The deposition which formed then dried and heated for forming the hydroxy apatite crystals. The hydroxy apatite crystals are analyzed by X-Ray Difractometry (XRD) and Energy Dispersive Spectroscopy X-ray (EDS). From the analysis results, the mass ratio of Ca:P respectively for samples A (0.8 gr CaCO3 1 mol 20ml HCl and 0.3 mol Na3PO4), C (0.8 gr CaCO3 1 mol 20ml HCl and 1 mol Na3PO4) , and F (0.8 gr CaCO3 1 mol 20ml HCl and 2.5 mol Na3PO4) is 1.981956, 1.749265, and 1.603175. The structure of hydroxy apatite are obtained crystalline form after heating at a temperature of 1000oC for 2 hours. Atomic composition ratio of Ca, PO4 groups, and the OH group in the molecule CAX(PO4)y(OH)z which is from the samples A, C, and F respectively are Ca16,03(PO4)6(OH)9, Ca14,15(PO4)6(OH)6.97, and CA12,9648(PO4)6(OH)6.7889. The conclusion from this study, the egg can be used to produce hydroxyapatite powder. Keywords: Shell egs, biomaterial, precipitation, HAP, wet process.
dengan orthophosphates, pyrophosphates, hidrogen, atau hidroksida. Ini adalah bahan utama dalam pembentukan tulang dan enamel gigi, sehingga di sebut juga sebagai biomaterial. (Anonim, www.wikipedia.com) Kulit Telur yang sudah diolah dalam bentuk hidroksiapatit dapat menambah kebutuhan dunia medis. Tingginya kasus kerusakan tulang dalam medis sering terjadi sebagai akibat fraktur yang penanganannya memerlukan pembedahan dan grafting (pencangkokan) dengan menggunakan biomaterial. Pemenuhan kebutuhan biomaterial tulang di Indonesia masih menggunakan material import. Adapun yang telah dikembangkan di tanah air adalah biomaterial yang berasal dari tulang sapi yang disebut allograf. Allograf pada umumnya hanya terdiri dari komponen mineral saja, serta mempunyai kelemahan, yakni karakternya tidak pasti, tidak konstan dan perbedaan imunitas yang dapat menyebabkan terjadinya karsinogenik. Dalam perkembangannya, untuk mengatasi persoalan tersebut dilakukan pembuatan biomaterial sintetik yang diharapkan karakter bahannya diketahui
Pendahuluan Telur merupakan lauk yang banyak dikonsumsi oleh masyarakat di Indonesia, selain mempunyai gizi yang tinggi juga harganya terjangkau. Menurut data Badan Pusat Statistik tahun 2009, produksi telur pada tahun 2008 sebesar 860.000 ton per tahun. Sebesar 10 % dari telur tersebut merupakan kulit telur, sehingga dalam setahun di seluruh Indonesia dihasilkan 86.000 ton kulit telur. Kulit telur tersebut belum dimanfaatkan sehingga dibuang percuma dan dapat mencemari lingkungan. Kulit telur merupakan salah satu sumber CaCO3 (calcium carbonate) yang paling besar, dengan kadar yang mencapai 95%. Telur menghasilkan limbah berupa limbah kulit telur, Salah satu alternatif yang dapat dilakukan untuk mengatasi limbah kulit telur adalah dengan mengolah kulit telur tersebut menjadi Serbuk hidroksiapatit atau senyawa kalsium yang selama ini dikenal sebagai pengganti tulang sintetik. Hidroksi apatit adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan sebuah ikatan yang mengandung ion kalsium. Ion kalsium dapat dikombinasikan
C07-1
secara pasti sehingga lebih biokompatibel. (Dewi, 2009) Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan kristal hidroksiapatit dari kulit telur dan asam, mempelajari pengaruh perbandingan antara berat CaCO3 dengan mol HCl, mempelajari perbandingan antara mol CaCl2 berbanding mol Na3PO4 terhadap komposisi atom Ca, gugus PO4, dan gugus OH didalam molekul Cax(PO4)y(OH)z serta membandingkan komposisi Cax(PO4)y(OH)z yang dihasilkan dengan komposisi biomaterial yang sesungguhnya. Hidroksiapatit droksiapatit merupakan senyawa yang tersusun dari kalsium, fosfat, oksigen dan hidrogen. Material hidroksiapatit ini dapat dihasilkan dari limbah kulit telur dengan mengambil kalsium dari kulit telur kemudian direaksikan sikan dengan senyawa (Farzadi, 2010). Prabakaran dkk (2005) melakukan sintesis Hidroksiapatit dari cangkang telur. Metode yang dilakukan dengan menghilangkan komponen organik pada cangkang telur sehingga dapat menghasilkan senyawa kalsium dengan mengkalsinasi cangkang telur pada temperatur 900oC. Kalsium yang diperoleh selanjutnya direaksikan dengan senyawa asam sehingga menghasilkan senyawa kalsium. Untuk memperoleh Hidroksiapatit dilakukan perlakuan pemanasan pada temperatur 400, 700 dan 900oC. Dari hasil analisis dengan difraksi sinar-X sinar diperoleh eroleh bahwa pemanasan yang dapat menghasilkan Hidroksiapatit yaitu pada temperatur 900oC. Hidroksiapatit pada umumnya dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan biomaterial berupa tulang buatan dan gigi manusia. Hidroksiapatit dari kulit telur dapat dihasilkan lkan setelah dilakukan kalsinasi pada suhu 900 C. Dalam pembuatan biomaterial rasio perbandingan antara kalsium dan fosfat yang di ijinkan adalah sebesar 1,67. Kadar ini biasanya di analisa dengan menggunakan alat XX Ray Difractometer (XRD) dan Energy Dispersife Disp Spectrofotometri X-Ray Ray (EDX). Pada umumnya berat hidroksiapatit dapat mencapai 69% dari berat tulang alami. Hidroksiapatit memiliki struktur heksagonal dan merupakan senyawa yang paling stabil di antara berbagai kalsium . Hidroksiapatit juga sangat at stabil dalam cairan tubuh serta di udara kering atau lembab hingga 1200oC (Farzadi, 2010). Senyawa ini tidak terurai dan bersifat bioaktif. Biokompatibilitas dan kesamaan hidroksiapatit dengan komposisi mineral pada tulang dan gigi manusia membuat mereka mere cocok untuk pengganti segmen yang rusak pada sistem kerangka manusia(Cahyanto, 2009).
dipisahkan dari selaput lendir dan kotoran. Setelah itu ditimbang, kulit telur elur dihancurkan sampai berbentuk serbuk, kemudian diayak menggunakan pengayak ukuran 200 mesh. kulit telur tersebut dimasukkan ke dalam oven pada suhu 110 °C sampai berat konstan untuk proses pengeringan. Serbuk yang telah kering di timbang sebayak 0.8 gram am kemudian dilarutkan dalam larutan HCl 36 % sebanyak 20 ml dengan konsentrasi 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3 N sambil larutan dipanaskan sampai serbuk kulit telur larut. Larutan didinginkan kemudian ditambahkan indicator metil merah kemudian di teteskan dengan NH3 sampai kondisi basa (berwarna kuning)) dan terbentuk endapan. kemudian dilarutkan kembali dengan larutan Na3PO4 dengan konsentrasi 0.3 ; 0.5 ; 1 ; 1.5 ; 2; 2.5 mol sebanyak 20 ml sampai terbentuk endapan baru. Kemudian endapan yang terbentuk disaring dan dicuci dengan air panas untuk menghilangkan ion Cl-. Endapan kemudian dipisahkan dan dimasukkan ke dalam oven untuk dikeringkan sampai berat konstan. Serbuk hasil dari oven kemudian dianalisa. Hasil Dan Pembahasan Percobaan untuk menentukan me variabel jumlah CaCO3 berbanding dengan pelarut HCl dilaksanakan sebagai berikut: Tabel 1. Kelarutan CaCO3 dalam pelarut asam klorida (HCl).
Metodologi mula kulit telur sebanyak 2000 gram Mula-mula dibersihkan menggunakan aquadest untuk
No
HCL (N)
1 2 3 4 5 6
0.5 1* 1.5 2 2.5 3
kelarutan kulit telur (gram / 20 ml HCL) 0.4 0.8 0.85 0.9 1.05 1.1
rafik hubungan kelarutan CaCO3 Gambar 1. Grafik terhadap HCl. C07-2
Dari tabel di atas, dipilih sampel no.2 yaitu dengan pereaksian antara 0,8 gram CaCO3 dalam 20 ml HCl sebagai sampel yang optimum, karena konsentrasinya yang rendah, waktu pereaksian yang cepat, dan memenuhi kebutuhan sampel yang dianalis pada alat XRD dan SEM-EDX. SEM Sampel 0,8 gram kulit telur pada 20 ml HCl dibuat basa (pH>7) (pH> dengan penambahan ammonium hidroksida (NH4OH), kemudian direaksikan dengan natrium fosfat (Na3PO4) untuk ntuk mendapatkan hidroksiapatit. Pengaruh mol CaCl2 terhadap mol Na3PO4 Gambar 3.. Hasil analisa XRD sebelum dipanaskan
Tabel 2. Hasil reaksi CaCl2 dan Na3PO4 menjadi Cax(PO4)y(OH)z dengan variasi normalitas Na3PO4. Sampel Mol Na3PO4
A
0.3 Cax(PO4)y(OH)z 0.52 (gram) pH akhir larutan 8 Cax(PO4)y(OH)z CaCO3 mulamula 0.64
B
C
D
E
F
0.5
1
1.5
2
2.5
0.73 0.91 1.05 1.33 1.32 8
10
11
0.91 1.13 1.3
11
11
1.63 1.63
Dari data diperoleh bahwa reaksi pembentukan hidroksiapatit optimum terdapat pada Sampel dengan 0,8 gram kulit telur pada 20 ml HCl yang direaksikan dengan 2 mol Na3PO4, dimana efisiensi berat dapat mencapai 163.163 % berat telur awal.
b.
Setelah dipanaskan panaskan Untuk mendapatkan struktur Kristal, sampel kemudian di furnace pada 1000o C dengan waktu 2 jam. Di samping hidroksiapatit, juga terbentuk senyawa trikalsium fosfat dari akibat adanya pemanasan pada suhu di atas 600oC.
1,5
massa Hidroksi apatit terbentuk (gram)
Dari hasil analisa XRD dapat dilihat terbentuk hidroksiapatit dalam bentuk amorf, yang ditandai dengan adanya peak pada sudut 2 theta antara 35 s/d 40. Namun peak yang melebar menunjukkan bentuk hidroksiapatit belum berbentuk Kristal. Struktur hidroksiapatit yang tidak berbentuk Kristal tidak dapat dimanfaatkan sebagai biomaterial karena strukturnya rapuh, sehingga sampel kemudian di panaskan pada suhu yang lebih tinggi untuk mendapatkan struktur Kristal.
1
0,5 0 0
1
2
3
Mol Na3PO4
Gambar 2. Hubungan antara massa hidroksiapatit terbentuk vs mol Na3PO4. Dari grafik dapat dilihat bahwa pereaksian Na3PO4 optimum yang dapat dipakai adalah sebanyak 2 mol, pada saat di pakai 2,5 mol efisiensi pembentukan hidroksiapatit cenderung mengecil. Hal ini terjadi karena semakin besar konsentrasi Na3PO4 yang direaksikan dibatasi oleh konsentrasi CaCl2 sebagai limiting reaktan.
Gambar 4. dipanaskan
Hasil
anali analisa
XRD
setelah
Hasil Analisa SEM-EDX EDX Spesifikasi ikasi alat SEM-EDX SEM yang dipakai: Instruments : 6510 (LA) Volt : 20.00 kV Mag : x 1.000 Pixel : 512 x 384 Probe Current : 1.0000 nA Energy range : 0 – 20 keV PHA mode : T3
Hasil analisa XRD a. Sebelum dipanaskan hasil sampel yang terbentuk di analisa dengan alat XRD dan SEM-EDX.
C07-3
Tabel 3. hasil komposisi sampel melalui SEM-EDX % massa
% atom
Komponen A
C
F
A
C
F
C
25.3
17.17
13.88
37.95
27.95
22.78
O
40.7
40.79
42.31
45.80
49.84
52.14
P
10.5
13.6
14.49
6.11
8.58
9.22
Ca
20.8
23.79
23.23
0.18
11.60
11.43
Cu
2.12
2.03
-
0.60
0.63
-
Cl
0.35
-
1.07
0.18
-
0.60
Na
-
1.13
4.19
-
0.96
3.59
Zn
-
1.48
0.84
-
0.44
0.25
rasio Ca:P
1.981956
1.749265
1.603175
-
-
-
Dari grafik dapat dilihat rasio kalsium berbanding fosfat yang mendekati biomaterial sesungguhnya terdapat pada sampel F dengan rasio kalsium berbanding fosfat sebesar 1.603175. Secara teoritis, dengan memanfaatkan metode interpolasi antara titik C dan F, rasio Ca:P yang bernilai 1,67 dapat dihasilkan dengan mereaksikan Sampel 0,8 gram kulit telur pada 20 ml HCl yang direaksikan dengan 1.81386 mol Na3PO4. Komposisi nilai X, Y, dan Z pada Cax(PO4)y(OH)z Komposisi perbandingan atom Ca, gugus PO4, dan gugus OH di dalam molekul Cax(PO4)y(OH)z yang di hasilkan dari sampel A, C, dan F berturut – turut adalah Ca16,03(PO4)6 (OH)9, Ca14,15 (PO4)6 (OH)6,97, dan Ca12,9648 (PO4)6 (OH)6,7889. Perbandingan nilai x, y, dan z belum memenuhi komposisi nilai Hidroksiapatit yang mempunyai nilai Ca10(PO4)6(OH)2 karena pada analisa SEM-EDX atom H sulit untuk dideteksi sehingga untuk mendapatkan nilai perbandingan nilai x, y, dan z dilakukan secara teoritis.
Gambar 5. Morfologi hidroksi apatit (hasil analisis SEM) Pada sampel C dan F terdapat ion Cu dan Zn sebagai impurities karena kurs porselin yang dipakai saat pemanasan tidak bersih, sehingga mengotori sampel. Sedangkan adanya ion Na disebabkan oleh pencucian dengan menggunakan air panas pada pencucian sampel tidak begitu bersih, sehingga masih menyisakan ion Na.
Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian “Pembuatan Hidroksi apatit dari kulit telur” dapat disimpulkan sebagai berikut: Kulit telur dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan Hidroksiapatit. Yield hidroksi apatit yang di hasilkan dari reaksi adalah sebesar 160,93 % dari berat bahan baku awal. Secara Teoritis hidroksiapatit dengan perbandingan massa Ca : P sama dengan 1,67 dapat dihasilkan dengan mereaksikan 0,8 gram kulit telur dilarutkan di dalam 20 ml HCl dan direaksikan dengan 1.81386 mol Na3PO4 pada kondisi ruangan. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, sebaiknya: Saran untuk penelitian lanjutan: Mencoba pembuatan hidroksiapatit dengan proses kering yaitu dengan mereaksikan CaO dengan Na3PO4 agar dapat membandingkan efisiensi pembentukan hidroksiapatit. Menguji kuat tekan dari biomaterial yang dihasilkan agar menjamin
3
F
mol Na3PO4
2,5 2
1,5
C
1
0,5
A
0 1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2
2,1
rasio Ca : P
Gambar 6. Grafik hubungan antara mol Na3PO4 rasio (Kalsium : Phosphor) Ca : P
C07-4
Mithcell P.S.,dkk , 2009, The synthesis of apatites with an organophospate and in nonaqueous media ,jurnal science direct vol.28, pp 729-732. Nurlaela A, dewi SU, Dahlan K, Soejoko DS.2009 “The use of eggshell as calcium sources for synthesis of bone mineral “. Proceeding at the 1st International seminar on science and technology 2009, January 24th – 25 th, 2009. P.Sternlieb, Mitchell, dkk ,2009, The synthesis of apatites with an organophosphate and in nonaqueous media , jurnal science direct vol.28, pp 729-732. Prabakaran, K, Balamurugan, A, &Rajeswari , S., 2005, Development of calcium Phosphate based apatite from hen’s eggshell , bull. Mater . Sci 2005. pp 115-119 Retno Dyah.R., 2008. Sintesis Hidroksiapatit menggunakan bahan dasar batu gamping, Fakultas teknologi dan sains, Universitas Airlangga, Surabaya Stadelman, W.J., 2000, Eggs and Egg Products, Encyclopedia of Food Science and Technology, second ed. John Wiley and Sons, New York, pp.593–599. Sudarmadji S., Bambang H., Suhardi, 2007, Analisa Bahan Makanan dan Pertanian , ed.4, Liberty, Yogyakarta. Younes Sina , 2009, Hydroxyapatite, Chemistry and Processing ,Department of Materials Science & Engineering university of tennesee.
biomaterial yang dihasilkan dapat memenuhi spesifikasi biomaterial yang ada di pasaran. Daftar Pustaka Aji S.B., 2009, X-RAY Diffractometer, Diktat Kimia Fisika, Universitas Sebelas Maret, solo. Aminian A, 2010, Synthesis of silicon substituted hydroxyapatite by a hydrothermalmethod, science direct,germany. Arief Cahyanto, 2009. Teknologi Material Kedokteran Gigi . Fakultas Kedokteran Gigi Universitas Padjadjaran. Bandung. Dean mo liu, Troenzynski, Wanjea j. tseng. 2000. Water based sol-gel synthesis of hydroxyapatite. jurnal science direct vol.22, pp 1721-1730. Farzadi A.,2010, synthesis and characterization of hydroxyapatite ,jurnal science direct vol. 37,pp 65 – 71. Fessenden, R.J. dan Fessenden, J.S., 1989, Kimia Organik, ed.3, jilid 2, Erlangga, Jakarta. Harold M Frost MD, FROST,1964, Bone biodynamics 6th Edited , Little Brown and Company, Boston. KIRK, Othmer, 1964, Encyclopedia of chemical technology: Volume III. John Wiley & Sons, New York. Kohutova.P.honcova.2010, Thermal analysis of kindney stones and their characterization , Akademiai Kiadoccta, Hungaria. Laboratorium Pengantar Teknik Kimia. 2011. Petunjuk pratikum pengantar teknik kimia II. UPN Veteran Yogyakarta,Yogyakarta.
C07-5
