Komposit Fe3O4 dan Kopolimer Cangkok Biner Asam Akrilat dan Akrilamida pada Onggok Sebagai Penjerap Logam Berat
KOMPOSIT Fe3O4 DAN KOPOLIMER CANGKOK BINER
ASAM AKRILAT DAN AKRILAMIDA PADA ONGGOK
SEBAGAI PENJERAP LOGAM BERAT
ASNAN RINOVIAN
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Komposit Fe3O4 dan
Kopolimer Cangkok Biner Asam Akrilat dan Akrilamida pada Onggok Sebagai
Penjerap Logam Berat adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi
manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Maret 2015
Asnan Rinovian
NIM G44100059
ABSTRAK
ASNAN RINOVIAN. Komposit Fe3O4 dan Kopolimer Cangkok Biner Asam
Akrilat dan Akrilamida pada Onggok Sebagai Penjerap Logam Berat. Dibimbing
oleh MOHAMMAD KHOTIB dan ZAINAL ALIM MAS’UD.
Polimer superabsorben (PSA) dan Fe3O4 adalah dua material yang dapat
berfungsi sebagai adsorben logam berat. Tujuan penelitian ini adalah
meningkatkan daya adsorpsi PSA dengan menambahkan Fe3O4, serta material
yang dihasilkan diharapkan mampu menyederhanakan proses pemisahan
dibanding material semula yang belum digabungkan. Uji daya jerap PSA, Fe3O4,
dan komposit PSA-Fe3O4 terhadap ion logam Cu2+ dan Ni2+ menunjukkan PSA
memiliki daya jerap yang paling tinggi. Nisbah asam akrilat:akrilamida (2:1)
memiliki daya adsorpsi ion logam Cu2+ dan Ni2+ paling baik hampir di semua
jenis adsorben yang dibuat. PSA dengan kode S4 memiliki daya jerap terhadap
ion logam Cu2+ terbesar yaitu sebesar 80.53%. Daya jerap dari komposit PSAFe3O4 umumnya masih lebih rendah dibandingkan PSA.
Kata kunci: adsorpsi, Fe3O4, polimer superabsorben, logam
ABSTRACT
ASNAN RINOVIAN. Composite Fe3O4 and Binary Graft Copolymer Acrylic
Acid and Acrylamide on Onggok As Heavy Metal Adsorbent. Supervised by
MOHAMMAD KHOTIB and ZAINAL ALIM MAS’UD.
Superabsorbent polymer (SAP) and Fe3O4 are two materials that can be
used as heavy metal adsorbent. The objectives of this reaserch are to increase SAP
adsorption ability with adding Fe3O4, and simplify the separation process by
comparing non-composite material. Adsorption ability test of SAP, Fe3O4, and
SAP-Fe3O4 composite for the metal ion of Cu2+ and Ni2+ showed that SAP had the
highest adsorption ability. Ratio acrylic acid:acrylamide (2:1) has the best
adsorption ability for metal ion Cu2+ and Ni2+ in almost all type of adsorbents that
created. SAP with S4 code had the highest ability for metal ion of Cu2+ with the
adsorption of 80.53%. Adsorption ability of SAP-Fe3O4 was commonly lower
than SAP.
Keywords: adsorption, Fe3O4, superabsorbent polymer, metal
KOMPOSIT Fe3O4 DAN KOPOLIMER CANGKOK BINER
ASAM AKRILAT DAN AKRILAMIDA PADA ONGGOK
SEBAGAI PENJERAP LOGAM BERAT
ASNAN RINOVIAN
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Judul Skripsi : Komposit Fe3O4 dan Kopolimer Cangkok Biner Asam Akrilat dan
Akrilamida pada Onggok Sebagai Penjerap Logam Berat
Nama
: Asnan Rinovian
NIM
: G44100059
Disetujui oleh
Dr Zainal Alim Mas’ud, DEA
Pembimbing II
Mohammad Khotib, MSi
Pembimbing I
Diketahui oleh
Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur kepada Allah SWT atas limpahan rahmat dan nikmat-Nya
sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul Komposit Fe3O4 dan
Kopolimer Cangkok Biner Asam Akrilat dan Akrilamida pada Onggok Sebagai
Penjerap Logam Berat.
Penulis mengucapkan terima kasih banyak kepada semua pihak yang telah
membantu dan memberikan bimbingan kepada penulis selama kegiatan penelitian
dan penulisan skripsi. Secara khusus kepada Bapak Mohammad Khotib, M.Si dan
Bapak Dr. Zainal Alim Mas’ud, DEA selaku pembimbing. Ucapan terima kasih
tak terhingga kepada kepala Laboratorium Kimia Terpadu IPB Dr Komar Sutriah
M dan seluruh staf Laboratorium Kimia Terpadu IPB (Ibu Ani, Ibu Rita, Bapak
Samsul, Bapak Yono, Kak Indah, Kak Tari, Kak Denar, Kak Agy) atas bantuan
dan masukan selama penelitian berjalan. Selain itu penulis mengucapkan terima
kasih kepada Vicky, Miranti, Alfi, Iqbal dan semua teman-teman Kimia angkatan
47 atas kebersamaan dan semangatnya, serta semua pihak yang telah membantu.
Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada orang tua, keluarga dan
para sahabat yang telah memberikan dukungan moral dan materil selama kegiatan
penelitian tugas akhir. Semoga karya ilmiah ini dapat memberikan manfaat
sebesar-besarnya.
Bogor, Maret 2015
Asnan Rinovian
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
METODE
2
Bahan
2
Alat
2
Prosedur Penelitian
2
Pembuatan Superabsorben Onggok
3
Pembuatan Fe3O4 (Wu et al. 2011)
3
Pembuatan komposit Fe3O4-Superabsorben
4
Karakterisasi PSA dan Komposit PSA-Fe3O4
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
5
Superabsorben Poli(Asam Akrilat-ko-Akrilamida)
5
Oksida Besi Magnetit
6
Daya jerap terhadap ion logam Cu2+ dan Ni2+
7
SIMPULAN DAN SARAN
10
DAFTAR PUSTAKA
10
LAMPIRAN
11
RIWAYAT HIDUP
16
DAFTAR TABEL
1 Desain percobaan pembuatan kopolimer cangkok biner asam akrilatakrilamida dan komposit PSA-Fe3O4
2 Adsorpsi ion logam Cu2+ dan Ni2+ dengan beberapa jenis monomer dan
kondisi perlakuan
4
8
DAFTAR GAMBAR
Ilustrasi hipotetik struktur PSA dengan X = gugus –NH2, gugus –OH
Spektrum IR onggok, PSA, dan komposit PSA-Fe3O4
Difraktogram Fe3O4
Daya adsorpsi ion logam Cu2+ dan Ni2+ selama 30 menit oleh PSA, Fe3O4,
dan komposit PSA-Fe3O4
5 Ilustrasi proses pemisahan setelah adsorpsi oleh komposit PSA-Fe3O4
sebelum (a) dan setelah (b) penarikan oleh magnet
1
2
3
4
5
6
7
9
9
DAFTAR LAMPIRAN
1 Diagram alir penelitian
2 Radas kopolimerisasi cangkok biner asam akrilat dan akrilamida pada
onggok
3 Mekanisme sintesis PSA
4 Data puncak difraksi
5 Penjerapan ion logam Cu2+ dan Ni2+ oleh berbagai jenis adsorben selama
30 menit
12
13
14
16
18
PENDAHULUAN
Selama ini berbagai penelitian telah banyak dilakukan guna mengurangi
atau bahkan menghilangkan logam berat berbahaya dari limbah sebelum dibuang
ke perairan. Proses penghilangan logam berat dari limbah cair sudah dilakukan
dengan beberapa cara, seperti pengendapan menggunakan bahan kimia, ekstraksi
menggunakan pelarut tertentu, pertukaran ion, osmosis balik, dan adsorpsi. Proses
adsorpsi dengan pilihan jenis adsorben yang tepat jika dibandingkan dengan
proses lainnya merupakan proses yang sederhana tapi cukup efektif dalam
penghilangan logam berat dari limbah cair (Gupta et al. 2006).
Salah satu adsorben yang memiliki prospek yang baik adalah material
biologi ataupun limbah pertanian seperti alga, limbah apel, sabut kelapa, lumut,
eceng gondok, ampas tebu, genjer, dan lain-lain. Di antara limbah pertanian yang
menarik perhatian adalah limbah singkong. Produksi singkong di Indonesia pada
tahun 2014 mencapai 24.5 juta ton (BPS 2015). Pengolahan singkong pada
industri pangan dapat digolongkan menjadi 3, yaitu fermentasi singkong,
singkong yang dikeringkan, dan tepung tapioka. Pada industri pembuatan tepung
tapioka, dihasilkan produk samping dalam bentuk padat (onggok) dalam jumlah
besar. Dalam pengolahan 1 ton ketela pohon dapat dihasilkan 250 kg tepung
tapioka dan 114 kg onggok (Virlandia 2005). Limbah padat berupa ampas
(onggok) pada industri tapioka dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pada
industri pembuatan saus, campuran kerupuk, obat nyamuk bakar, dan pakan
ternak.
Onggok tapioka memiliki kandungan karbohidrat yang cukup tinggi, yaitu
pati dan serat kasar masing-masing sekitar 61.84−9.90% dan 10.61−4.35%
(Srinorakutara et al. 2006). Kedua fraksi pada onggok ini sangat potensial untuk
dimodifikasi menjadi bentuk lain, salah satunya adalah polimer superabsorben
(PSA), polimer 3 dimensi yang bertautan silang dan dapat menyerap serta
menahan sejumlah besar cairan karena kandungan gugus hidroksilnya yang cukup
tinggi (Liang et al. 2009). Superabsorben adalah suatu material yang memiliki
kemampuan dasar menyerap sejumlah tertentu air, hingga lebih dari 100 kali
bobotnya (Zhang et al. 2007). Material superabsorben yang berupa polimer
memiliki gugus hidrofilik yang mampu menyerap dan mempertahankan sejumlah
air, serta mengeluarkannya dalam kondisi tertentu (Zhang et al. 2006). Namun,
kebanyakan PSA yang ada saat ini memiliki tingkat keteruraian-hayati yang
rendah sehingga berpotensi merusak lingkungan. Oleh karena itu, banyak
dikembangkan penelitian pembuatan PSA yang teruraikan secara alami berbahan
dasar polimer alam seperti pati dan selulosa (Nakason et al. 2010).
Beberapa tahun terakhir telah berkembang pula penelitian partikel magnetik
yang dapat dengan mudah dipisahkan dari larutan dengan memanfaatkan medan
magnet eksternal. Pemisahan magnetik telah menjadi salah satu teknik yang
menjanjikan untuk pemurnian air lingkungan karena sifatnya tidak memproduksi
kontaminan seperti flokulan dan memiliki kemampuan menyaring sejumlah besar
air limbah dalam waktu singkat. Selain itu, pendekatan ini sangat diinginkan
dalam industri karena dapat mengatasi masalah yang hadir dalam proses filtrasi,
sentrifugasi atau pemisahan gravitasi (Wu et al. 2012).
2
Salah satu partikel magnetik yang digunakan adalah Fe3O4. Nanopartikel
Fe3O4 langsung digunakan sebagai adsorben untuk pengolahan air. Tetapi
terbatasnya difusi Fe3O4 partikel dalam larutan air mengarah ke laju penyerapan
rendah. Nanokomposit magnetik yang telah mengadsorpsi kontaminan dalam air
dapat langsung dipisahkan dengan menggunakan suatu magnet permanen. Metode
ini sangat mudah, tidak dibatasi oleh volume limbah yang besar karena dapat
dilakukan dengan sistem kontinyu. Bahan adsorben ini sangat efektif mengubah
limbah cair volume besar menjadi bentuk padatan. Hal tersebut menjadikan
penggunaan nanokomposit magnetik sebagai adsorben limbah logam berat yang
sangat menguntungkan (Filsi dan Yusuf 2007). Pembuatan komposit Fe3O4 dan
polimer sebagai penjerap logam juga telah dilakukan. Di antaranya adalah
pembuatan komposit Fe3O4-siklodekstrin sebagai penjerap logam Cu2+
(Badruddoza et al. 2011) dan komposit Fe3O4-dendrimer sebagai penjerap logam
Zn2+ (Chou dan Lien 2011).
Oleh karena itu, pada penelitian ini dilakukan pembuatan komposit
superabsorben dan Fe3O4. Pembuatan komposit ini bertujuan meningkatkan
kualitas adsorben, yang diharapkan mampu menjerap logam dengan lebih baik.
Serta mampu menyederhanakan proses pemisahan dibanding material semula
yang belum digabungkan.
METODE
Bahan
Bahan-bahan yang digunakan adalah limbah padat tapioka (onggok) yang
telah dicuci, N,N’-metilen-bis-akrilamida (MBA), amonium persulfat (APS), asam
akrilat, akrilamida, gas N2, metanol, etanol, FeCl3, FeSO4, NaOH, CuSO4∙5H2O,
dan Ni(NO3)2∙6H2O.
Alat
Alat-alat yang digunakan adalah radas reaktor sintesis, blade stirrer, alatalat gelas, motor pengaduk, alat penghalus/penggiling, hotplate, perangkat lunak
Match!, spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR) IR prestige-21
(Shimadzu), difraksi sinar-X (XRD), dan spektrofotometer serapan atom (SSA)
AA 6300 (Shimadzu).
Prosedur Penelitian
Penelitian akan dilakukan dalam beberapa tahap, yaitu pembuatan
superabsorben onggok, pembuatan Fe3O4, pembuatan komposit PSA-Fe3O4,
analisis logam menggunakan AAS, analisis gugus fungsi menggunakan FTIR, dan
analisis fase menggunakan XRD. Diagram alir penelitian terdapat pada Lampiran
1.
3
Pembuatan Superabsorben Onggok
Pembuatan Superabsorben dengan Kopolimerisasi Cangkok Biner
(Modifikasi Mas’ud et al. 2013)
Sebanyak 15 gram onggok dicampurkan dengan 150 mL akuades lalu
dimasukkan ke dalam reaktor (Lampiran 2). Proses gelatinisasi dilakukan di
dalam reaktor bersuhu 90 °C selama 30 menit. Selama proses tersebut, dilakukan
pengadukan dengan motor pengaduk berkecepatan 200 rpm dan dialiri gas N2.
Setelah itu, suhu sistem diturunkan hingga mencapai suhu 30-35°C. Penambahan
monomer asam akrilat dan akrilamida dilakukan tetes demi tetes secara berurutan
dengan tetap menjaga suhu dan kecepatan putaran pada sistem sebelumnya.
Setelah monomer ditambahkan, proses dilanjutkan dengan penambahan inisiator
amonium persulfat (APS) sebanyak 0.06 gram dalam 8 mL akuades dan penaut
silang N,N’-metilen-bis-akrilamida (MBA) sebanyak 0.006 gram dalam 8 ml
akuades. Proses pencangkokan dilakukan dengan suhu 77 °C selama 3-4 jam.
Jumlah monomer yang ditambahkan adalah 0.2 mol akrilamida dan 0.2 mol asam
akrilat. Selain itu, nisbah asam akrilat : akrilamida juga divariasikan menjadi (1:2),
(2:1), (1:3), dan (3:1).
Presipitasi Gel (Modifikasi Mas’ud et al. 2013)
Produk hasil sintesis (dalam bentuk gel) kemudian ditambahkan dengan 200
ml metanol dan diaduk selama 30 menit dengan kecepatan pengadukan 200 rpm.
Setelah itu, ditambahkan 150 mL etanol dan diaduk dengan kecepatan 200 rpm
selama 5 menit, lalu didiamkan selama 30 menit. Gel dan cairan alkohol
dipisahkan. Selanjutnya gel direfluks dengan 200 ml aseton pada suhu 70 °C
selama 1 jam. Gel hasil refluks dicuci dengan akuades hingga warna cairannya
tidak keruh. Gel kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 60 °C hingga
mencapai bobot konstan kemudian dihaluskan.
Pembuatan Fe3O4 (Wu et al. 2011)
Padatan FeSO4 dan FeCl3 ditimbang dengan nisbah mol 1:2. Kopresipitasi
campuran dilakukan dengan menggunakan 400 mL NaOH 5 M di dalam penangas
ultrasonik 70 °C selama 30 menit. Senyawa Fe3O4 yang terbentuk dipisahkan dari
filtratnya menggunakan sentrifuga dengan kecepatan 3500 rpm selama 5 menit,
kemudian dicuci dengan akuades dan etanol 95% sampai pH 7. Partikel yang
didapatkan kemudian disimpan dalam n-heptana agar tidak terurai lagi.
Analisis fase menggunakan XRD
Hasil sintesis Fe3O4 ditempatkan pada spesimen holder dan dipayar pada
rentang sudut difraksi 2 dari 10°-52.2° dengan laju 3°/menit. Sumber radiasi
yang digunakan ialah Cu Kα (λ:1.54056 Å). Hasil yang diperoleh diidentifikasi
dengan perangkat lunak Match.
4
Pembuatan komposit Fe3O4-Superabsorben
Superabsorben ditimbang sebanyak 3 gram kemudian ditambahkan etanol.
Selanjutnya etanol yang mengandung 1 gram nanopartikel Fe3O4 diteteskan
perlahan ke superabsorben-etanol dalam gelombang ultrasonik (15 kHz).
Nanokomposit padat didapatkan dengan menuangkannya pada gelas. Kemudian
didiamkan pada suhu ruang hingga etanol menguap secara alami.
Tabel 1 Desain percobaan pembuatan kopolimer cangkok biner asam akrilatakrilamida dan komposit PSA-Fe3O4
Kode
F0
S1
S2
S3
S4
S5
K1
K2
K3
K4
K5
Komposisi
Fe3O4
PSA asam akrilat:akrilamida (1:3)
PSA asam akrilat:akrilamida (1:2)
PSA asam akrilat:akrilamida (1:1)
PSA asam akrilat:akrilamida (2:1)
PSA asam akrilat:akrilamida (3:1)
PSA asam akrilat:akrilamida (1:3) + Fe3O4
PSA asam akrilat:akrilamida (1:2) + Fe3O4
PSA asam akrilat:akrilamida (1:1) + Fe3O4
PSA asam akrilat:akrilamida (2:1) + Fe3O4
PSA asam akrilat:akrilamida (3:1) + Fe3O4
Karakterisasi PSA dan Komposit PSA-Fe3O4
Pencirian Gugus Fungsi Menggunakan Spektrofotometer FTIR
Sebanyak 0.02 gram hasil sintesis dan 0.1 gram KBr ditimbang lalu digerus
menggunakan mortar hingga homogen. Campuran tersebut kemudian diukur
menggunakan spektrofotometer FTIR pada bilangan gelombang 4000-400 cm-1.
Uji Daya Jerap Logam (Ekebafe et al. 2012)
Penyerapan ion logam dengan berbagai variasi konsentrasi ditentukan
dengan menggunakan Spektrofotometer Serapan Atom (SSA). Penyerapan
dilakukan dengan mengaduk 0.5 g sorben masing-masing selama 30 menit dalam
100 ml media air yang mengandung ion (tembaga dan nikel). Tembaga sulfat
pentahidrat (CuSO4.5H2O), nikel nitrat heksahidrat Ni(NO3)2.6H2O digunakan
sebagai sumber tembaga (II) dan nikel (II). Larutan stok Cu dan Ni dibuat dengan
melarutkan 0.38 g CuSO4.5H2O dan 0.49 Ni (NO3)2.6H2O masing-masing dalam
1000 ml air deionisasi. Perubahan konsentrasi Cu (II) dan Ni (II) karena
penjerapan ditentukan oleh AAS setelah penyaringan, yaitu sorben dipisahkan
dari ion logam tidak terjerap konsentrasi dengan penyaringan melalui kertas
saring dalam corong.
Ion logam dijerap = konsentrasi ion logam awal − tidak terjerap
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
Superabsorben Poli(Asam Akrilat-ko-Akrilamida)
Kopolimer cangkok biner onggok disintesis dengan menggunakan monomer
asam akrilat dan akrilamida. Inisiator dan penaut silang yang digunakan adalah
APS dan MBA. Selama berlangsungnya pencangkokan, gas N2 dialirkan untuk
menghilangkan oksigen yang dapat mengakibatkan terbentuknya radikal
peroksida. Pembentukan senyawa peroksida perlu dihindari karena senyawa
tersebut dapat menghambat reaksi kopolimerisasi akibat dari pembentukan
homopolimer (Kurniadi 2010).
Proses pencangkokan dilakukan dengan membentuk radikal pada onggok
melalui bantuan inisiator. Pada tahap awal, APS akan mengalami pembelahan di
dalam air dan menghasilkan molekul radikal ∙OSO3-NH4+. Radikal yang
dihasilkan selanjutnya menginisiasi pembentukan radikal pada gugus OH pada
tulang punggung PSA. Setelah itu, tahap propagasi terjadi saat atom O pada
tulang punggung onggok bereaksi dengan ikatan rangkap karbon pada kedua
monomer. Reaksi terjadi secara berulang hingga rantai polimer semakin
memanjang (Lampiran 3). Gambar 1 menunjukan ilustrasi hipotetik struktur PSA
yang telah disintesis.
Gambar 1 Ilustrasi hipotetik struktur PSA dengan X = gugus –NH2, gugus –OH
6
Indikasi keberhasilan proses sintesis PSA dapat diamati melalui pita serapan
gugus fungsi dalam spektrum IR. Spektrum IR dari onggok, PSA, dan komposit
PSA-Fe3O4 yang telah disintesis (Gambar 2) memperlihatkan serapan pada
bilangan gelombang 3113 cm-1 dan 3016 cm-1 (PSA), serta 3107 cm-1 dan 2026
cm-1 (komposit) yang mengindikasikan adanya vibrasi ulur dari N-H. Serapan
pada bilangan gelombang 1589 cm-1 (komposit) mengindikasikan adanya vibrasi
tekuk N-H yang semakin memperkuat keberhasilan proses cangkok akrilamida.
Serapan pada bilangan gelombang 1703 cm-1 (PSA) dan 1666 cm-1 (komposit)
yang menandakan adanya vibrasi ulur C=O dari gugus amida dan karboksilat.
Bilangan gelombang pada selang 1000-1300 cm-1 yang merupakan indikasi dari
adanya vibrasi ulur C-O-C yang berasal dari ikatan glikosida pada pati. Serapan
lebar pada bilangan gelombang 2500-3500 cm-1 pada PSA dan komposit juga
menunjukan adanya vibrasi ulur O-H yang berasal dari gugus hidroksil pada pati
maupun dari gugus hidroksil pada COOH yang belum terionisasi (Pavia et al.
2009). Selain itu, pita serapan pada 574 cm-1 (komposit) merupakan indikasi
adanya ikatan Fe-O dari Fe3O4 (Lopez et al. 2010).
Gambar 2 Spektrum IR onggok, PSA, dan komposit PSA-Fe3O4
Oksida Besi Magnetit
Sintesis oksida besi pada penelitian ini menggunakan FeCl3·6H2O dan
FeSO4·7H2O sebagai campuran garam besi. Metode kopresipitasi pada suhu 70 °C
dilakukan untuk mencampurkan Fe2+ dan Fe3+ dengan basa NaOH sehingga
terbentuk Fe(OH)3 dan Fe(OH)2. Jumlah Fe3+ dan Fe2+ yang dicampurkan
didasarkan pada nisbah mol 2:1, yaitu stoikiometri yang dibutuhkan untuk
membentuk oksida besi fase magnetit (Fe3O4). Menurut Liang et al. (2009),
pembentukan magnetit melibatkan basa kuat dengan konsentrasi yang tinggi.
Zheng et al. (2011) menyatakan bahwa basa kuat dalam pembentukan oksida besi
7
dapat menghasilkan fase magnetit (Fe3O4), sedangkan basa lemah dapat
menghasilkan fase hematit (α-Fe2O3). Penelitian ini menggunakan basa kuat
NaOH 5 M untuk membentuk magnetit. Serbuk oksida besi yang dihasilkan
berwarna hitam. Oksida besi magnetit ini bersifat ferimagnetik sehingga dapat
dijadikan bahan penyusun komposit. Reaksi pembentukan Fe3O4 menurut
Waynert et al (2003) ialah sebagai berikut: Fe2++ 2Fe3++ 8OH- Fe(OH)2 +
2Fe(OH)3 FeO.Fe2O3 atau Fe3O4 + 4H2O.
Pencirian Fe3O4 dilakukan dengan menggunakan XRD. Difraktogram yang
dihasilkan kemudian diidentifikasi dengan perangkat lunak Match!. Perangkat
lunak ini dapat mengidentifikasi dan mengkuantifikasi fase melalui pola
difraksinya. Puncak yang memiliki sudut difraksi yang sama dengan acuan
berdasarkan perangkat lunak Match!, menunjukkan fase yang sama. Pola difraksi
sinar-X beserta puncak acuan (Crystallography Open Database/COD) dari Fe3O4
ditunjukkan pada Gambar 3. Puncak-puncak sudut difraksi menandakan
terbentuknya Fe3O4 (magnetit) antara lain pada 30.36°, 35.77°, 57.51°, dan 63.17°
(COD nomor 96-901-0941), sedangkan puncak-puncak lain menandakan
terbentuknya Fe2.667 O4 (maghemit), seperti pada sudut difraksi 30.32°, 35.68°,
43.36°, 57.37°, dan 63.07° (COD nomor 96-901-2693). Data lengkap dari puncak
difraksi terdapat pada Lampiran 4.
Gambar 3 Difraktogram Fe3O4
Daya jerap terhadap ion logam Cu2+ dan Ni2+
PSA dapat dimanfaatkan untuk menjerap logam, termasuk di dalamnya
adalah golongan logam berat seperti Ni, Cu, Pb (Ekebafe et al. 2012), Cr (Nada et
al. 2007) Mn, Hg (Wang et al. 2011). Tabel 2 menampilkan beberapa jenis PSA
sebagai penjerap ion logam Cu2+ dan Ni2+. Kemampuan adsorpsi PSA dipengaruhi
gugus fungsi yang ada dan strukturnya (Bagheri et al. 2010). Selain itu,
kemampuan adsorpsi PSA juga dipengaruhi ukuran atau radius atom logam dan
elektronegativitas dari logam yang diadsorpsi (Nada et al. 2007). Penjerapan
logam disebabkan oleh gugus CONH2 dan gugus karboksilat (COO-) yang
membentuk senyawa kelat.
8
Tabel 2 Adsorpsi ion logam Cu2+ dan Ni2+ dengan beberapa jenis monomer dan
kondisi perlakuan
Logam
Monomer
Cu2+
akrilamida
dan asam
akrilat
Cu2+
akrilonitril
Ni2+
akrilonitril
Ni2+
akrilamida
Kondisi Lain
dicangkok pada onggok (tanpa
penaut silang), digunakan 0.5 g
sampel untuk menjerap 50 ppm
logam
dicangkok pada pati singkong,
digunakan 0.5 g sampel untuk
menjerap 50 ppm logam, selama
30 menit
dicangkok pada pati singkong ,
digunakan 0.5 g sampel untuk
menjerap 50 ppm logam selama
30 menit
dicangkok pada bubur kayu ,
digunakan 0.1 g sampel untuk
menjerap 20 ppm logam selama
30 menit
Logam
Terjerap
(%)
Literatur
47.82
Pranata
2014
64.52
Ekebafe
et al.
2013
71.06
Ekebafe
et al.
2014
82
Nada et
al. 2007
PSA hasil sintesis dengan kode S1-S5 memiliki kemampuan adsorpsi Cu2+
dan Ni2+ sebesar 42.46−80.53% (Gambar 4). PSA dengan kode S4 memiliki
kemampuan adsorpsi logam Cu2+ yang paling besar. Hal ini karena PSA S4
memiliki gugus COO- yang lebih banyak. Zhang (2009) melaporkan bahwa gugus
COO- memiliki interaksi yang lebih kuat dibanding gugus CONH2 terhadap logam
Cu2+, Ni2+, dan Co2+. Namun, untuk PSA S5, walaupun memiliki jumlah COOyang lebih banyak dibanding yang lain, daya adsorpsinya justru menurun. Hal
tersebut dapat terjadi karena pengaruh pH, yang disebabkan karena asam akrilat
yang digunakan pada proses sintesis PSA tidak dinetralkan terlebih dahulu.
Sehingga sejumlah gugus karboksilat tidak terionisasi dengan baik. Keadaan asam
itu membuat ion logam yang akan dikelat harus berkompetisi dengan ion H+,
sehingga ion logam yang terikat menjadi lebih sedikit. PSA S1 memiliki
kemampuan adsorpsi logam Cu2+ tertinggi kedua setelah S4. Hal ini karena gugus
amida juga berfungsi sebagai gugus pengkelat logam. Selanjutnya penurunan
terjadi berturut-turut pada PSA S2 dan S3, yang juga disebabkan karena pengaruh
pH.
9
Daya Jerap (%)
100%
80%
60%
40%
Cu
20%
Ni
0%
S1
S2
S3
S4
S5
K1
K2
K3
Jenis Adsorben
K4
K5
F0
Gambar 4 Daya adsorpsi ion logam Cu2+ dan Ni2+ selama 30 menit oleh PSA,
Fe3O4, dan komposit PSA-Fe3O4
Pada dasarnya, nanopartikel Fe3O4 sendiri merupakan nanopartikel besi
yang dapat berfungsi sebagai adsorben logam-logam berat ataupun sebagai bahan
perantara untuk memecah kontaminan organik menjadi senyawa yang tidak
beracun (Ridwan dan Manaf 2008). Penambahan Fe3O4 pada PSA diharapkan
mampu memberikan efek sinergis untuk meningkatkan daya jerap terhadap logam
berat. Akan tetapi pada penelitian ini komposit yang dihasilkan memiliki daya
adsorpsi yang lebih rendah dibandingkan PSA. Hal ini disebabkan gugus COOdan CONH2 juga mengkelat Fe3O4, sehingga gugus COO- dan CONH2 yang
tersisa untuk mengkelat logam ion Cu2+ dan Ni2+ menjadi semakin sedikit. Hasil
yang didapat memperlihatkan interaksi antara PSA dengan Fe3O4 lebih dominan
dibandingkan dengan interaksi PSA maupun sifat magnet dari Fe3O4 dengan ion
logam Cu2+ dan Ni2+. Gambar 4 juga memperlihatkan perbandingan daya adsorpsi
antara PSA (S1-S5), Fe3O4 (kode F0), dan komposit dari keduanya (K1-K5).
Berdasarkan data yang didapatkan, PSA masih memiliki daya adsorpsi yang
paling baik. Selanjutnya diikuti oleh komposit PSA-Fe3O4, dan terakhir Fe3O4.
Hal ini menunjukkan, bahwa pencampuran PSA dengan Fe3O4 mampu
meningkatkan daya adsorpsi, dibanding daya adsorpsi dari Fe3O4 saja. Namun
pada percobaan ini peningkatannya belum mampu melebihi daya adsorpsi PSA
terhadap ion logam Cu2+ dan Ni2+. Komposit yang telah dibuat juga mampu
menyederhanakan proses pemisahan dibanding material semula yang belum
digabungkan. Ilustrasi proses pemisahan terlihat pada Gambar 5.
a
b
magnet
Gambar 5 Ilustrasi proses pemisahan setelah adsorpsi oleh komposit PSA-Fe3O4
sebelum (a) dan setelah (b) penarikan oleh magnet
10
SIMPULAN DAN SARAN
Kopolimer cangkok biner asam akrilat dan akrilamida pada onggok dan
kompositnya dengan Fe3O4 telah berhasil disintesis, dibuktikan dengan analisis
gugus fungsi menggunakan spektrofotometer FTIR. Fe3O4 juga telah berhasil
disintesis, dibuktikan melalui analisis fase menggunakan XRD. Nisbah asam
akrilat:akrilamida (2:1) memiliki daya adsorpsi ion logam Cu2+ dan Ni2+ paling
tinggi hampir di semua jenis adsorben yang dibuat. Komposit PSA-Fe3O4
memiliki daya adsorpsi yang lebih rendah dibandingkan PSA. Perlu dilakukan
penetralan asam akrilat sebelum digunakan untuk sintesis PSA.
DAFTAR PUSTAKA
Badan pusat Statistik [BPS]. 2015. Luas panen, produktivitas dan produksi ubi
kayu menurut provinsi 2014. [Internet]. [diunduh 2015 Feb 24]. Tersedia
pada: http//www.bs.go.id/tnmn_pgn.php.
Badruddoza AZM, Tay ASH, Tan PY, Hidajat K, Uddin MS. 2011.
Carboxymethyl-β-cyclodextrin conjugated magnetic nanoparticles as
nano-adsorbents for removal of copper ions: synthesis and adsorption
studies. J Haz Mat. 185:1177-1186.doi: 10.1016/j.carbpol.2012.08.030.
Bagheri B, Abdouss M, Aslzadeh MM, Shoushtari AM. 2010. Efficient removal
of Cr3+ Pb2+ and Hg2+ ion from industrial effluents by
hydrolyzed/thioaminated polyacrylonitrile fibers. Iran Pol J. 19:911-925.
Chou CM, Lien HL. 2011. Dendrimer-conjugated magnetic nanoparticles for
removal of zinc (II) from aqueous solutions. J Nanopart Res. 13:20992107.doi: 10.1007/s11051-010-9967-5.
Ekebafe LO, Ogbeifun DE, Okieimen FE. 2012. Removal of heavy metals from
aqueous media using native cassava starch hydrogel. Afr J Env Sci Tech.
6:275-282.doi:10.5897/AJEST12.011.
Filsi A, Yusuf S. 2010. Sintesis nanomagnetik berbasis bahan alam untuk
adsorben thorium. JUSAMI. 11(2):1-6.
Gupta SS, Bhattacharyya KG. 2006. Adsorption of Ni(II) on clay. J. Colloid
Interface Sci.. 295:21-32.doi: 10.1016%2Fj.jcis.2005.07.073.
Kurniadi T. 2010. Kopolimerisasi grafting monomer asam akrilat pada onggok
singkong dan karakterisasinya [tesis]. Bogor(ID): Institut Pertanian Bogor.
Liang R, Yuan H, Xi G, Zhou Q. 2009. Synthesis of wheat straw-g-poly(acrylic
acid) superabsorbent composites and release of urea from it. Car Pol.
77:181-187.doi:10.1016%2Fj.carbpol.2008.12.018.
Lopez JA, González F, Bonilla FA, Zambrano G, Gomez ME. 2010. Synthesis
and characterization of Fe3O4 magnetic nanofluid. Rev. LatinAm. Metal.
Mater. 30(1):60-66.
Mas’ud ZA, Khotib M, Farid M, Nur MA, Amroni M. 2013. Superabsorbent
derived from cassava waste pulp. Intl J Recl Org Was Agr. 2:1-8.doi:
10.1186/2251-7715-2-8.
11
Nada AA, Alkady MY, Fekry HM. 2007. Synthesis and characterization of
grafted cellulose for use in water and metal ions sorption. Biorecources.
3:46-59.
Nakason C, Wohmang T, Kaesaman A, Kiatkamjornwong S. 2010. Preparation of
cassava starch-graft-polyacrylamide super-absorbents and associated
composites by reactive blending. Carbohydr Polym. 81:348-357.
Pavia DL, Lampman GM, Kriz GS, Vyvyan JR. 2009. Introduction to
Spectroscopy. Belmont (US): Brooks/Cole.
Pranata AW. 2014. Adsorben logam berat dari kopolimerisasi cangkok biner asam
akrilat dan akrilamida pada Onggok [skripsi]. Bogor(ID): Institut Pertanian
Bogor.
Ridwan, Manaf A. 2007. Riset dan Pengembangan Nanopartikel Magnetik untuk
pengolahan Limbah Cair. JUSAMI. 536:1-8.
Virlandia F. 2005. Pemanfaatan onggok tapioka sebagai bahan baku pembuatan
minyak melalui metode biokonversi [skripsi]. Bandung(ID): Universitas
Padjajaran.
Wang W, Wang J, Kang Y, Wang A. 2011. Synthesis, swelling and responsive
properties of a new composite hydrogel based on hydroxyethyl cellulose
and
medicinal
stone.
CompositesPartB.42:
809-818.doi
10.1016%2Fj.compositesb.2011.01.018.
Waynert J, Prenger C, Worl L, Wingo B, Ying T, Stewart J, Peterson D. 2003.
Wastewater Treatment with Magnetic Separation. Washington: Los
Alamos National Library.
Wu Q, Feng C, Wang C, Wang Z. 2012. A facile one-pot solvothermal method to
produce superparamagnetic graphene–Fe3O4 nanocomposite and its
application in the removal of dye from aqueous solution. Elsevier Press
101:210-214.doi:10.1016%2Fj.colsurfb.2012.05.036.
Wu S, Sun A, Zhai F, Wang J, Xu W, Zhang Q, Volinsky A. 2011. Fe3O4
magnetic nanoparticles synthesis from tailings by ultrasonic chemical coprecipitation. J MatLat. 65:1882-1884.doi:10.1016/j.matlet.2011.03.065.
Zhang J, Li A, Wang A. 2006. Study on superabsorbent composite. VI.
Preparation, characterization and swelling behaviors of starch phosphate
graft- acrylamide attapulgite superabsorbent composite. Carbohydr Polym.
65(2):150-158.doi:10.1016%2Fj.carbpol.2005.12.035.
Zhang J, Wang L, Wang A. 2007. Preparation and properties of chitosan-g-poly
(acrylic acid) montmorillonite superabsorbent nano-composite via in situ
intercalative polymerization. J Ind Eng Chem Res. 46(8):2497-2502.doi:
10.1021/ie061385i.
Zhang Y. 2009. Preparation of copolymers of acrylic acid and acrylamide for
copper (II) capture from equeous solution [tesis]. Ontario(CAN).
University of Waterloo.
Zheng Y, Huang D, Wang A .2011. Chitosan-g-poly(acrylic acid) hydrogel with
crosslink polymeric networks for Ni2+ recovery. Anal Chim Acta
687:19320.doi:10.1016%2Fj.aca.2010.12.026.
12
Lampiran 1 Diagram alir penelitian
Onggok + asam
akrilat + akrilamida
FTIR
FeCl3 + FeSO4
(Suasana Basa)
Polimer
Superabsorben (PSA)
Komposit
Fe3O4-PAA/PAm
Aplikasi daya
jerap logam
Cu2+ dan Ni2+
AAS
Fe3O4
(Magnetit)
XRD
FTIR
13
Lampiran 2 Radas kopolimerisasi cangkok biner asam akrilat dan akrilamida pada
onggok
kecepatan
motor
pengaduk
termometer
tabung
penambah
cairan
selang gas N2
sampel
14
Lampiran 3 Mekanisme sintesis PSA
Inisiasi
Propagasi
X = gugus -NH2, gugus -OH
15
Lanjutan lampiran 3
Terminasi
X = gugus -NH2, gugus -OH
16
Lampiran 4 Data puncak difraksi
17
18
Lampiran 5 Penjerapan ion logam Cu2+ dan Ni2+ oleh berbagai jenis adsorben
selama 30 menit
Logam
Kode
Adsorben
[Awal]
(ppm)
S1
32.6700
S2
32.6700
S3
32.6700
S4
32.6700
S5
32.6700
Cu2+
F0
23.9100
K1
23.9100
K2
23.9100
K3
23.9100
K4
23.9100
K5
23.9100
S1
34.1500
S2
34.1500
S3
26.8700
S4
34.1500
S5
34.1500
Ni2+
F0
26.8700
K1
26.8700
K2
26.8700
K3
26.8700
K4
34.1500
K5
26.8700
Ket: FP = faktor pengenceran
[Tersisa
Absorban
Terbaca]
(nm)
(ppm)
0.0169
0.0887
0.0186
0.0976
0.0355
0.1862
0.0121
0.0636
0.0256
0.1343
0.0255
0.1084
0.0240
0.1159
0.0228
0.1099
0.0288
0.1400
0.0119
0.0551
0.0263
0.1275
0.0185
0.1164
0.0209
0.1356
0.0123
0.0854
0.0253
0.1709
0.0285
0.1965
0.0186
0.1401
0.0171
0.1227
0.0152
0.1106
0.0185
0.1392
0.0209
0.1356
0.0123
0.1271
FP
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
Contoh perhitungan (S1 pada Cu)
[Aktual terjerap]
= [Awal] – ([Tersisa terbaca] x FP)
= 32.6700 – (0.0887 x 100)
= 23.8000 ppm
% Terjerap
= ([Aktual terjerap] / [Awal]) x 100%
= (23.8000/32.6700) x 100%
= 72.85 %
[Tersisa [Aktual
%
Aktual] Terjerap]
Terjerap
(ppm)
(ppm)
8.8700 23.8000
72.85
9.7600 22.9100
70.12
18.6200 14.0500
43.00
6.3600 26.3100
80.53
13.4300 19.2400
58.89
10.8400 13.0700
54.66
11.5900 12.3200
51.53
10.9900
9.8891
54.04
14.0000
5.1520
41.45
5.5100 18.4000
76.95
12.7500 11.1600
46.67
11.6409 22.5100
65.92
13.5634 20.5900
60.30
8.5400 18.3300
68.22
17.0882 17.0700
49.99
19.6517 14.5000
42.46
14.0100 12.8600
47.86
12.2700 14.6000
54.34
11.0600 15.8100
58.84
13.9200 12.9500
48.19
13.5600 20.5900
60.30
12.7100 14.1600
52.70
19
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan dari pasangan suami istri yang bernama Anugrah
Massiara dan Shantie Hasanah di Jakarta pada tanggal 9 November 1992. Penulis
dibesarkan di tempat kelahirannya dan lulus sekolah dasar di SDN 04 PT pada
tahun 2004, sekolah menengah pertama di SMPN 43 Jakarta pada tahun 2007, dan
sekolah menengah atas di SMAN 55 Jakarta pada tahun 2010. Pada tahun 2010
penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melaui jalur Undangan
Seleksi Masuk IPB (USMI) dan diterima di Departemen Kimia, Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis juga aktif mengikuti beberapa
organisasi, antara lain, penulis pernah menjadi anggota Ikatan Keluarga Muslim
TPB (2010), anggota UKM Koperasi Mahasiswa (2010), anggota Lembaga
Dakwah Fakultas Serum-G (2011-2013), dan Ketua Kerohanian Islam
Departemen Kimia IPB (2011-2014). Selain itu juga pernah menjadi asisten
responsi Pendidikan Agama Islam (2014). Bulan Juli-Agustus 2013 melaksanakan
praktik lapangan di Research and Development (RnD) PT. Pertamina (Persero)
dengan judul Uji Performa dan Karakteristik Campuran Etana dan Propana
sebagai Alternatif Refrigeran Sintetik.
ASAM AKRILAT DAN AKRILAMIDA PADA ONGGOK
SEBAGAI PENJERAP LOGAM BERAT
ASNAN RINOVIAN
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Komposit Fe3O4 dan
Kopolimer Cangkok Biner Asam Akrilat dan Akrilamida pada Onggok Sebagai
Penjerap Logam Berat adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi
manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan
maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Maret 2015
Asnan Rinovian
NIM G44100059
ABSTRAK
ASNAN RINOVIAN. Komposit Fe3O4 dan Kopolimer Cangkok Biner Asam
Akrilat dan Akrilamida pada Onggok Sebagai Penjerap Logam Berat. Dibimbing
oleh MOHAMMAD KHOTIB dan ZAINAL ALIM MAS’UD.
Polimer superabsorben (PSA) dan Fe3O4 adalah dua material yang dapat
berfungsi sebagai adsorben logam berat. Tujuan penelitian ini adalah
meningkatkan daya adsorpsi PSA dengan menambahkan Fe3O4, serta material
yang dihasilkan diharapkan mampu menyederhanakan proses pemisahan
dibanding material semula yang belum digabungkan. Uji daya jerap PSA, Fe3O4,
dan komposit PSA-Fe3O4 terhadap ion logam Cu2+ dan Ni2+ menunjukkan PSA
memiliki daya jerap yang paling tinggi. Nisbah asam akrilat:akrilamida (2:1)
memiliki daya adsorpsi ion logam Cu2+ dan Ni2+ paling baik hampir di semua
jenis adsorben yang dibuat. PSA dengan kode S4 memiliki daya jerap terhadap
ion logam Cu2+ terbesar yaitu sebesar 80.53%. Daya jerap dari komposit PSAFe3O4 umumnya masih lebih rendah dibandingkan PSA.
Kata kunci: adsorpsi, Fe3O4, polimer superabsorben, logam
ABSTRACT
ASNAN RINOVIAN. Composite Fe3O4 and Binary Graft Copolymer Acrylic
Acid and Acrylamide on Onggok As Heavy Metal Adsorbent. Supervised by
MOHAMMAD KHOTIB and ZAINAL ALIM MAS’UD.
Superabsorbent polymer (SAP) and Fe3O4 are two materials that can be
used as heavy metal adsorbent. The objectives of this reaserch are to increase SAP
adsorption ability with adding Fe3O4, and simplify the separation process by
comparing non-composite material. Adsorption ability test of SAP, Fe3O4, and
SAP-Fe3O4 composite for the metal ion of Cu2+ and Ni2+ showed that SAP had the
highest adsorption ability. Ratio acrylic acid:acrylamide (2:1) has the best
adsorption ability for metal ion Cu2+ and Ni2+ in almost all type of adsorbents that
created. SAP with S4 code had the highest ability for metal ion of Cu2+ with the
adsorption of 80.53%. Adsorption ability of SAP-Fe3O4 was commonly lower
than SAP.
Keywords: adsorption, Fe3O4, superabsorbent polymer, metal
KOMPOSIT Fe3O4 DAN KOPOLIMER CANGKOK BINER
ASAM AKRILAT DAN AKRILAMIDA PADA ONGGOK
SEBAGAI PENJERAP LOGAM BERAT
ASNAN RINOVIAN
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Judul Skripsi : Komposit Fe3O4 dan Kopolimer Cangkok Biner Asam Akrilat dan
Akrilamida pada Onggok Sebagai Penjerap Logam Berat
Nama
: Asnan Rinovian
NIM
: G44100059
Disetujui oleh
Dr Zainal Alim Mas’ud, DEA
Pembimbing II
Mohammad Khotib, MSi
Pembimbing I
Diketahui oleh
Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur kepada Allah SWT atas limpahan rahmat dan nikmat-Nya
sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul Komposit Fe3O4 dan
Kopolimer Cangkok Biner Asam Akrilat dan Akrilamida pada Onggok Sebagai
Penjerap Logam Berat.
Penulis mengucapkan terima kasih banyak kepada semua pihak yang telah
membantu dan memberikan bimbingan kepada penulis selama kegiatan penelitian
dan penulisan skripsi. Secara khusus kepada Bapak Mohammad Khotib, M.Si dan
Bapak Dr. Zainal Alim Mas’ud, DEA selaku pembimbing. Ucapan terima kasih
tak terhingga kepada kepala Laboratorium Kimia Terpadu IPB Dr Komar Sutriah
M dan seluruh staf Laboratorium Kimia Terpadu IPB (Ibu Ani, Ibu Rita, Bapak
Samsul, Bapak Yono, Kak Indah, Kak Tari, Kak Denar, Kak Agy) atas bantuan
dan masukan selama penelitian berjalan. Selain itu penulis mengucapkan terima
kasih kepada Vicky, Miranti, Alfi, Iqbal dan semua teman-teman Kimia angkatan
47 atas kebersamaan dan semangatnya, serta semua pihak yang telah membantu.
Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada orang tua, keluarga dan
para sahabat yang telah memberikan dukungan moral dan materil selama kegiatan
penelitian tugas akhir. Semoga karya ilmiah ini dapat memberikan manfaat
sebesar-besarnya.
Bogor, Maret 2015
Asnan Rinovian
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
METODE
2
Bahan
2
Alat
2
Prosedur Penelitian
2
Pembuatan Superabsorben Onggok
3
Pembuatan Fe3O4 (Wu et al. 2011)
3
Pembuatan komposit Fe3O4-Superabsorben
4
Karakterisasi PSA dan Komposit PSA-Fe3O4
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
5
Superabsorben Poli(Asam Akrilat-ko-Akrilamida)
5
Oksida Besi Magnetit
6
Daya jerap terhadap ion logam Cu2+ dan Ni2+
7
SIMPULAN DAN SARAN
10
DAFTAR PUSTAKA
10
LAMPIRAN
11
RIWAYAT HIDUP
16
DAFTAR TABEL
1 Desain percobaan pembuatan kopolimer cangkok biner asam akrilatakrilamida dan komposit PSA-Fe3O4
2 Adsorpsi ion logam Cu2+ dan Ni2+ dengan beberapa jenis monomer dan
kondisi perlakuan
4
8
DAFTAR GAMBAR
Ilustrasi hipotetik struktur PSA dengan X = gugus –NH2, gugus –OH
Spektrum IR onggok, PSA, dan komposit PSA-Fe3O4
Difraktogram Fe3O4
Daya adsorpsi ion logam Cu2+ dan Ni2+ selama 30 menit oleh PSA, Fe3O4,
dan komposit PSA-Fe3O4
5 Ilustrasi proses pemisahan setelah adsorpsi oleh komposit PSA-Fe3O4
sebelum (a) dan setelah (b) penarikan oleh magnet
1
2
3
4
5
6
7
9
9
DAFTAR LAMPIRAN
1 Diagram alir penelitian
2 Radas kopolimerisasi cangkok biner asam akrilat dan akrilamida pada
onggok
3 Mekanisme sintesis PSA
4 Data puncak difraksi
5 Penjerapan ion logam Cu2+ dan Ni2+ oleh berbagai jenis adsorben selama
30 menit
12
13
14
16
18
PENDAHULUAN
Selama ini berbagai penelitian telah banyak dilakukan guna mengurangi
atau bahkan menghilangkan logam berat berbahaya dari limbah sebelum dibuang
ke perairan. Proses penghilangan logam berat dari limbah cair sudah dilakukan
dengan beberapa cara, seperti pengendapan menggunakan bahan kimia, ekstraksi
menggunakan pelarut tertentu, pertukaran ion, osmosis balik, dan adsorpsi. Proses
adsorpsi dengan pilihan jenis adsorben yang tepat jika dibandingkan dengan
proses lainnya merupakan proses yang sederhana tapi cukup efektif dalam
penghilangan logam berat dari limbah cair (Gupta et al. 2006).
Salah satu adsorben yang memiliki prospek yang baik adalah material
biologi ataupun limbah pertanian seperti alga, limbah apel, sabut kelapa, lumut,
eceng gondok, ampas tebu, genjer, dan lain-lain. Di antara limbah pertanian yang
menarik perhatian adalah limbah singkong. Produksi singkong di Indonesia pada
tahun 2014 mencapai 24.5 juta ton (BPS 2015). Pengolahan singkong pada
industri pangan dapat digolongkan menjadi 3, yaitu fermentasi singkong,
singkong yang dikeringkan, dan tepung tapioka. Pada industri pembuatan tepung
tapioka, dihasilkan produk samping dalam bentuk padat (onggok) dalam jumlah
besar. Dalam pengolahan 1 ton ketela pohon dapat dihasilkan 250 kg tepung
tapioka dan 114 kg onggok (Virlandia 2005). Limbah padat berupa ampas
(onggok) pada industri tapioka dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pada
industri pembuatan saus, campuran kerupuk, obat nyamuk bakar, dan pakan
ternak.
Onggok tapioka memiliki kandungan karbohidrat yang cukup tinggi, yaitu
pati dan serat kasar masing-masing sekitar 61.84−9.90% dan 10.61−4.35%
(Srinorakutara et al. 2006). Kedua fraksi pada onggok ini sangat potensial untuk
dimodifikasi menjadi bentuk lain, salah satunya adalah polimer superabsorben
(PSA), polimer 3 dimensi yang bertautan silang dan dapat menyerap serta
menahan sejumlah besar cairan karena kandungan gugus hidroksilnya yang cukup
tinggi (Liang et al. 2009). Superabsorben adalah suatu material yang memiliki
kemampuan dasar menyerap sejumlah tertentu air, hingga lebih dari 100 kali
bobotnya (Zhang et al. 2007). Material superabsorben yang berupa polimer
memiliki gugus hidrofilik yang mampu menyerap dan mempertahankan sejumlah
air, serta mengeluarkannya dalam kondisi tertentu (Zhang et al. 2006). Namun,
kebanyakan PSA yang ada saat ini memiliki tingkat keteruraian-hayati yang
rendah sehingga berpotensi merusak lingkungan. Oleh karena itu, banyak
dikembangkan penelitian pembuatan PSA yang teruraikan secara alami berbahan
dasar polimer alam seperti pati dan selulosa (Nakason et al. 2010).
Beberapa tahun terakhir telah berkembang pula penelitian partikel magnetik
yang dapat dengan mudah dipisahkan dari larutan dengan memanfaatkan medan
magnet eksternal. Pemisahan magnetik telah menjadi salah satu teknik yang
menjanjikan untuk pemurnian air lingkungan karena sifatnya tidak memproduksi
kontaminan seperti flokulan dan memiliki kemampuan menyaring sejumlah besar
air limbah dalam waktu singkat. Selain itu, pendekatan ini sangat diinginkan
dalam industri karena dapat mengatasi masalah yang hadir dalam proses filtrasi,
sentrifugasi atau pemisahan gravitasi (Wu et al. 2012).
2
Salah satu partikel magnetik yang digunakan adalah Fe3O4. Nanopartikel
Fe3O4 langsung digunakan sebagai adsorben untuk pengolahan air. Tetapi
terbatasnya difusi Fe3O4 partikel dalam larutan air mengarah ke laju penyerapan
rendah. Nanokomposit magnetik yang telah mengadsorpsi kontaminan dalam air
dapat langsung dipisahkan dengan menggunakan suatu magnet permanen. Metode
ini sangat mudah, tidak dibatasi oleh volume limbah yang besar karena dapat
dilakukan dengan sistem kontinyu. Bahan adsorben ini sangat efektif mengubah
limbah cair volume besar menjadi bentuk padatan. Hal tersebut menjadikan
penggunaan nanokomposit magnetik sebagai adsorben limbah logam berat yang
sangat menguntungkan (Filsi dan Yusuf 2007). Pembuatan komposit Fe3O4 dan
polimer sebagai penjerap logam juga telah dilakukan. Di antaranya adalah
pembuatan komposit Fe3O4-siklodekstrin sebagai penjerap logam Cu2+
(Badruddoza et al. 2011) dan komposit Fe3O4-dendrimer sebagai penjerap logam
Zn2+ (Chou dan Lien 2011).
Oleh karena itu, pada penelitian ini dilakukan pembuatan komposit
superabsorben dan Fe3O4. Pembuatan komposit ini bertujuan meningkatkan
kualitas adsorben, yang diharapkan mampu menjerap logam dengan lebih baik.
Serta mampu menyederhanakan proses pemisahan dibanding material semula
yang belum digabungkan.
METODE
Bahan
Bahan-bahan yang digunakan adalah limbah padat tapioka (onggok) yang
telah dicuci, N,N’-metilen-bis-akrilamida (MBA), amonium persulfat (APS), asam
akrilat, akrilamida, gas N2, metanol, etanol, FeCl3, FeSO4, NaOH, CuSO4∙5H2O,
dan Ni(NO3)2∙6H2O.
Alat
Alat-alat yang digunakan adalah radas reaktor sintesis, blade stirrer, alatalat gelas, motor pengaduk, alat penghalus/penggiling, hotplate, perangkat lunak
Match!, spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR) IR prestige-21
(Shimadzu), difraksi sinar-X (XRD), dan spektrofotometer serapan atom (SSA)
AA 6300 (Shimadzu).
Prosedur Penelitian
Penelitian akan dilakukan dalam beberapa tahap, yaitu pembuatan
superabsorben onggok, pembuatan Fe3O4, pembuatan komposit PSA-Fe3O4,
analisis logam menggunakan AAS, analisis gugus fungsi menggunakan FTIR, dan
analisis fase menggunakan XRD. Diagram alir penelitian terdapat pada Lampiran
1.
3
Pembuatan Superabsorben Onggok
Pembuatan Superabsorben dengan Kopolimerisasi Cangkok Biner
(Modifikasi Mas’ud et al. 2013)
Sebanyak 15 gram onggok dicampurkan dengan 150 mL akuades lalu
dimasukkan ke dalam reaktor (Lampiran 2). Proses gelatinisasi dilakukan di
dalam reaktor bersuhu 90 °C selama 30 menit. Selama proses tersebut, dilakukan
pengadukan dengan motor pengaduk berkecepatan 200 rpm dan dialiri gas N2.
Setelah itu, suhu sistem diturunkan hingga mencapai suhu 30-35°C. Penambahan
monomer asam akrilat dan akrilamida dilakukan tetes demi tetes secara berurutan
dengan tetap menjaga suhu dan kecepatan putaran pada sistem sebelumnya.
Setelah monomer ditambahkan, proses dilanjutkan dengan penambahan inisiator
amonium persulfat (APS) sebanyak 0.06 gram dalam 8 mL akuades dan penaut
silang N,N’-metilen-bis-akrilamida (MBA) sebanyak 0.006 gram dalam 8 ml
akuades. Proses pencangkokan dilakukan dengan suhu 77 °C selama 3-4 jam.
Jumlah monomer yang ditambahkan adalah 0.2 mol akrilamida dan 0.2 mol asam
akrilat. Selain itu, nisbah asam akrilat : akrilamida juga divariasikan menjadi (1:2),
(2:1), (1:3), dan (3:1).
Presipitasi Gel (Modifikasi Mas’ud et al. 2013)
Produk hasil sintesis (dalam bentuk gel) kemudian ditambahkan dengan 200
ml metanol dan diaduk selama 30 menit dengan kecepatan pengadukan 200 rpm.
Setelah itu, ditambahkan 150 mL etanol dan diaduk dengan kecepatan 200 rpm
selama 5 menit, lalu didiamkan selama 30 menit. Gel dan cairan alkohol
dipisahkan. Selanjutnya gel direfluks dengan 200 ml aseton pada suhu 70 °C
selama 1 jam. Gel hasil refluks dicuci dengan akuades hingga warna cairannya
tidak keruh. Gel kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 60 °C hingga
mencapai bobot konstan kemudian dihaluskan.
Pembuatan Fe3O4 (Wu et al. 2011)
Padatan FeSO4 dan FeCl3 ditimbang dengan nisbah mol 1:2. Kopresipitasi
campuran dilakukan dengan menggunakan 400 mL NaOH 5 M di dalam penangas
ultrasonik 70 °C selama 30 menit. Senyawa Fe3O4 yang terbentuk dipisahkan dari
filtratnya menggunakan sentrifuga dengan kecepatan 3500 rpm selama 5 menit,
kemudian dicuci dengan akuades dan etanol 95% sampai pH 7. Partikel yang
didapatkan kemudian disimpan dalam n-heptana agar tidak terurai lagi.
Analisis fase menggunakan XRD
Hasil sintesis Fe3O4 ditempatkan pada spesimen holder dan dipayar pada
rentang sudut difraksi 2 dari 10°-52.2° dengan laju 3°/menit. Sumber radiasi
yang digunakan ialah Cu Kα (λ:1.54056 Å). Hasil yang diperoleh diidentifikasi
dengan perangkat lunak Match.
4
Pembuatan komposit Fe3O4-Superabsorben
Superabsorben ditimbang sebanyak 3 gram kemudian ditambahkan etanol.
Selanjutnya etanol yang mengandung 1 gram nanopartikel Fe3O4 diteteskan
perlahan ke superabsorben-etanol dalam gelombang ultrasonik (15 kHz).
Nanokomposit padat didapatkan dengan menuangkannya pada gelas. Kemudian
didiamkan pada suhu ruang hingga etanol menguap secara alami.
Tabel 1 Desain percobaan pembuatan kopolimer cangkok biner asam akrilatakrilamida dan komposit PSA-Fe3O4
Kode
F0
S1
S2
S3
S4
S5
K1
K2
K3
K4
K5
Komposisi
Fe3O4
PSA asam akrilat:akrilamida (1:3)
PSA asam akrilat:akrilamida (1:2)
PSA asam akrilat:akrilamida (1:1)
PSA asam akrilat:akrilamida (2:1)
PSA asam akrilat:akrilamida (3:1)
PSA asam akrilat:akrilamida (1:3) + Fe3O4
PSA asam akrilat:akrilamida (1:2) + Fe3O4
PSA asam akrilat:akrilamida (1:1) + Fe3O4
PSA asam akrilat:akrilamida (2:1) + Fe3O4
PSA asam akrilat:akrilamida (3:1) + Fe3O4
Karakterisasi PSA dan Komposit PSA-Fe3O4
Pencirian Gugus Fungsi Menggunakan Spektrofotometer FTIR
Sebanyak 0.02 gram hasil sintesis dan 0.1 gram KBr ditimbang lalu digerus
menggunakan mortar hingga homogen. Campuran tersebut kemudian diukur
menggunakan spektrofotometer FTIR pada bilangan gelombang 4000-400 cm-1.
Uji Daya Jerap Logam (Ekebafe et al. 2012)
Penyerapan ion logam dengan berbagai variasi konsentrasi ditentukan
dengan menggunakan Spektrofotometer Serapan Atom (SSA). Penyerapan
dilakukan dengan mengaduk 0.5 g sorben masing-masing selama 30 menit dalam
100 ml media air yang mengandung ion (tembaga dan nikel). Tembaga sulfat
pentahidrat (CuSO4.5H2O), nikel nitrat heksahidrat Ni(NO3)2.6H2O digunakan
sebagai sumber tembaga (II) dan nikel (II). Larutan stok Cu dan Ni dibuat dengan
melarutkan 0.38 g CuSO4.5H2O dan 0.49 Ni (NO3)2.6H2O masing-masing dalam
1000 ml air deionisasi. Perubahan konsentrasi Cu (II) dan Ni (II) karena
penjerapan ditentukan oleh AAS setelah penyaringan, yaitu sorben dipisahkan
dari ion logam tidak terjerap konsentrasi dengan penyaringan melalui kertas
saring dalam corong.
Ion logam dijerap = konsentrasi ion logam awal − tidak terjerap
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
Superabsorben Poli(Asam Akrilat-ko-Akrilamida)
Kopolimer cangkok biner onggok disintesis dengan menggunakan monomer
asam akrilat dan akrilamida. Inisiator dan penaut silang yang digunakan adalah
APS dan MBA. Selama berlangsungnya pencangkokan, gas N2 dialirkan untuk
menghilangkan oksigen yang dapat mengakibatkan terbentuknya radikal
peroksida. Pembentukan senyawa peroksida perlu dihindari karena senyawa
tersebut dapat menghambat reaksi kopolimerisasi akibat dari pembentukan
homopolimer (Kurniadi 2010).
Proses pencangkokan dilakukan dengan membentuk radikal pada onggok
melalui bantuan inisiator. Pada tahap awal, APS akan mengalami pembelahan di
dalam air dan menghasilkan molekul radikal ∙OSO3-NH4+. Radikal yang
dihasilkan selanjutnya menginisiasi pembentukan radikal pada gugus OH pada
tulang punggung PSA. Setelah itu, tahap propagasi terjadi saat atom O pada
tulang punggung onggok bereaksi dengan ikatan rangkap karbon pada kedua
monomer. Reaksi terjadi secara berulang hingga rantai polimer semakin
memanjang (Lampiran 3). Gambar 1 menunjukan ilustrasi hipotetik struktur PSA
yang telah disintesis.
Gambar 1 Ilustrasi hipotetik struktur PSA dengan X = gugus –NH2, gugus –OH
6
Indikasi keberhasilan proses sintesis PSA dapat diamati melalui pita serapan
gugus fungsi dalam spektrum IR. Spektrum IR dari onggok, PSA, dan komposit
PSA-Fe3O4 yang telah disintesis (Gambar 2) memperlihatkan serapan pada
bilangan gelombang 3113 cm-1 dan 3016 cm-1 (PSA), serta 3107 cm-1 dan 2026
cm-1 (komposit) yang mengindikasikan adanya vibrasi ulur dari N-H. Serapan
pada bilangan gelombang 1589 cm-1 (komposit) mengindikasikan adanya vibrasi
tekuk N-H yang semakin memperkuat keberhasilan proses cangkok akrilamida.
Serapan pada bilangan gelombang 1703 cm-1 (PSA) dan 1666 cm-1 (komposit)
yang menandakan adanya vibrasi ulur C=O dari gugus amida dan karboksilat.
Bilangan gelombang pada selang 1000-1300 cm-1 yang merupakan indikasi dari
adanya vibrasi ulur C-O-C yang berasal dari ikatan glikosida pada pati. Serapan
lebar pada bilangan gelombang 2500-3500 cm-1 pada PSA dan komposit juga
menunjukan adanya vibrasi ulur O-H yang berasal dari gugus hidroksil pada pati
maupun dari gugus hidroksil pada COOH yang belum terionisasi (Pavia et al.
2009). Selain itu, pita serapan pada 574 cm-1 (komposit) merupakan indikasi
adanya ikatan Fe-O dari Fe3O4 (Lopez et al. 2010).
Gambar 2 Spektrum IR onggok, PSA, dan komposit PSA-Fe3O4
Oksida Besi Magnetit
Sintesis oksida besi pada penelitian ini menggunakan FeCl3·6H2O dan
FeSO4·7H2O sebagai campuran garam besi. Metode kopresipitasi pada suhu 70 °C
dilakukan untuk mencampurkan Fe2+ dan Fe3+ dengan basa NaOH sehingga
terbentuk Fe(OH)3 dan Fe(OH)2. Jumlah Fe3+ dan Fe2+ yang dicampurkan
didasarkan pada nisbah mol 2:1, yaitu stoikiometri yang dibutuhkan untuk
membentuk oksida besi fase magnetit (Fe3O4). Menurut Liang et al. (2009),
pembentukan magnetit melibatkan basa kuat dengan konsentrasi yang tinggi.
Zheng et al. (2011) menyatakan bahwa basa kuat dalam pembentukan oksida besi
7
dapat menghasilkan fase magnetit (Fe3O4), sedangkan basa lemah dapat
menghasilkan fase hematit (α-Fe2O3). Penelitian ini menggunakan basa kuat
NaOH 5 M untuk membentuk magnetit. Serbuk oksida besi yang dihasilkan
berwarna hitam. Oksida besi magnetit ini bersifat ferimagnetik sehingga dapat
dijadikan bahan penyusun komposit. Reaksi pembentukan Fe3O4 menurut
Waynert et al (2003) ialah sebagai berikut: Fe2++ 2Fe3++ 8OH- Fe(OH)2 +
2Fe(OH)3 FeO.Fe2O3 atau Fe3O4 + 4H2O.
Pencirian Fe3O4 dilakukan dengan menggunakan XRD. Difraktogram yang
dihasilkan kemudian diidentifikasi dengan perangkat lunak Match!. Perangkat
lunak ini dapat mengidentifikasi dan mengkuantifikasi fase melalui pola
difraksinya. Puncak yang memiliki sudut difraksi yang sama dengan acuan
berdasarkan perangkat lunak Match!, menunjukkan fase yang sama. Pola difraksi
sinar-X beserta puncak acuan (Crystallography Open Database/COD) dari Fe3O4
ditunjukkan pada Gambar 3. Puncak-puncak sudut difraksi menandakan
terbentuknya Fe3O4 (magnetit) antara lain pada 30.36°, 35.77°, 57.51°, dan 63.17°
(COD nomor 96-901-0941), sedangkan puncak-puncak lain menandakan
terbentuknya Fe2.667 O4 (maghemit), seperti pada sudut difraksi 30.32°, 35.68°,
43.36°, 57.37°, dan 63.07° (COD nomor 96-901-2693). Data lengkap dari puncak
difraksi terdapat pada Lampiran 4.
Gambar 3 Difraktogram Fe3O4
Daya jerap terhadap ion logam Cu2+ dan Ni2+
PSA dapat dimanfaatkan untuk menjerap logam, termasuk di dalamnya
adalah golongan logam berat seperti Ni, Cu, Pb (Ekebafe et al. 2012), Cr (Nada et
al. 2007) Mn, Hg (Wang et al. 2011). Tabel 2 menampilkan beberapa jenis PSA
sebagai penjerap ion logam Cu2+ dan Ni2+. Kemampuan adsorpsi PSA dipengaruhi
gugus fungsi yang ada dan strukturnya (Bagheri et al. 2010). Selain itu,
kemampuan adsorpsi PSA juga dipengaruhi ukuran atau radius atom logam dan
elektronegativitas dari logam yang diadsorpsi (Nada et al. 2007). Penjerapan
logam disebabkan oleh gugus CONH2 dan gugus karboksilat (COO-) yang
membentuk senyawa kelat.
8
Tabel 2 Adsorpsi ion logam Cu2+ dan Ni2+ dengan beberapa jenis monomer dan
kondisi perlakuan
Logam
Monomer
Cu2+
akrilamida
dan asam
akrilat
Cu2+
akrilonitril
Ni2+
akrilonitril
Ni2+
akrilamida
Kondisi Lain
dicangkok pada onggok (tanpa
penaut silang), digunakan 0.5 g
sampel untuk menjerap 50 ppm
logam
dicangkok pada pati singkong,
digunakan 0.5 g sampel untuk
menjerap 50 ppm logam, selama
30 menit
dicangkok pada pati singkong ,
digunakan 0.5 g sampel untuk
menjerap 50 ppm logam selama
30 menit
dicangkok pada bubur kayu ,
digunakan 0.1 g sampel untuk
menjerap 20 ppm logam selama
30 menit
Logam
Terjerap
(%)
Literatur
47.82
Pranata
2014
64.52
Ekebafe
et al.
2013
71.06
Ekebafe
et al.
2014
82
Nada et
al. 2007
PSA hasil sintesis dengan kode S1-S5 memiliki kemampuan adsorpsi Cu2+
dan Ni2+ sebesar 42.46−80.53% (Gambar 4). PSA dengan kode S4 memiliki
kemampuan adsorpsi logam Cu2+ yang paling besar. Hal ini karena PSA S4
memiliki gugus COO- yang lebih banyak. Zhang (2009) melaporkan bahwa gugus
COO- memiliki interaksi yang lebih kuat dibanding gugus CONH2 terhadap logam
Cu2+, Ni2+, dan Co2+. Namun, untuk PSA S5, walaupun memiliki jumlah COOyang lebih banyak dibanding yang lain, daya adsorpsinya justru menurun. Hal
tersebut dapat terjadi karena pengaruh pH, yang disebabkan karena asam akrilat
yang digunakan pada proses sintesis PSA tidak dinetralkan terlebih dahulu.
Sehingga sejumlah gugus karboksilat tidak terionisasi dengan baik. Keadaan asam
itu membuat ion logam yang akan dikelat harus berkompetisi dengan ion H+,
sehingga ion logam yang terikat menjadi lebih sedikit. PSA S1 memiliki
kemampuan adsorpsi logam Cu2+ tertinggi kedua setelah S4. Hal ini karena gugus
amida juga berfungsi sebagai gugus pengkelat logam. Selanjutnya penurunan
terjadi berturut-turut pada PSA S2 dan S3, yang juga disebabkan karena pengaruh
pH.
9
Daya Jerap (%)
100%
80%
60%
40%
Cu
20%
Ni
0%
S1
S2
S3
S4
S5
K1
K2
K3
Jenis Adsorben
K4
K5
F0
Gambar 4 Daya adsorpsi ion logam Cu2+ dan Ni2+ selama 30 menit oleh PSA,
Fe3O4, dan komposit PSA-Fe3O4
Pada dasarnya, nanopartikel Fe3O4 sendiri merupakan nanopartikel besi
yang dapat berfungsi sebagai adsorben logam-logam berat ataupun sebagai bahan
perantara untuk memecah kontaminan organik menjadi senyawa yang tidak
beracun (Ridwan dan Manaf 2008). Penambahan Fe3O4 pada PSA diharapkan
mampu memberikan efek sinergis untuk meningkatkan daya jerap terhadap logam
berat. Akan tetapi pada penelitian ini komposit yang dihasilkan memiliki daya
adsorpsi yang lebih rendah dibandingkan PSA. Hal ini disebabkan gugus COOdan CONH2 juga mengkelat Fe3O4, sehingga gugus COO- dan CONH2 yang
tersisa untuk mengkelat logam ion Cu2+ dan Ni2+ menjadi semakin sedikit. Hasil
yang didapat memperlihatkan interaksi antara PSA dengan Fe3O4 lebih dominan
dibandingkan dengan interaksi PSA maupun sifat magnet dari Fe3O4 dengan ion
logam Cu2+ dan Ni2+. Gambar 4 juga memperlihatkan perbandingan daya adsorpsi
antara PSA (S1-S5), Fe3O4 (kode F0), dan komposit dari keduanya (K1-K5).
Berdasarkan data yang didapatkan, PSA masih memiliki daya adsorpsi yang
paling baik. Selanjutnya diikuti oleh komposit PSA-Fe3O4, dan terakhir Fe3O4.
Hal ini menunjukkan, bahwa pencampuran PSA dengan Fe3O4 mampu
meningkatkan daya adsorpsi, dibanding daya adsorpsi dari Fe3O4 saja. Namun
pada percobaan ini peningkatannya belum mampu melebihi daya adsorpsi PSA
terhadap ion logam Cu2+ dan Ni2+. Komposit yang telah dibuat juga mampu
menyederhanakan proses pemisahan dibanding material semula yang belum
digabungkan. Ilustrasi proses pemisahan terlihat pada Gambar 5.
a
b
magnet
Gambar 5 Ilustrasi proses pemisahan setelah adsorpsi oleh komposit PSA-Fe3O4
sebelum (a) dan setelah (b) penarikan oleh magnet
10
SIMPULAN DAN SARAN
Kopolimer cangkok biner asam akrilat dan akrilamida pada onggok dan
kompositnya dengan Fe3O4 telah berhasil disintesis, dibuktikan dengan analisis
gugus fungsi menggunakan spektrofotometer FTIR. Fe3O4 juga telah berhasil
disintesis, dibuktikan melalui analisis fase menggunakan XRD. Nisbah asam
akrilat:akrilamida (2:1) memiliki daya adsorpsi ion logam Cu2+ dan Ni2+ paling
tinggi hampir di semua jenis adsorben yang dibuat. Komposit PSA-Fe3O4
memiliki daya adsorpsi yang lebih rendah dibandingkan PSA. Perlu dilakukan
penetralan asam akrilat sebelum digunakan untuk sintesis PSA.
DAFTAR PUSTAKA
Badan pusat Statistik [BPS]. 2015. Luas panen, produktivitas dan produksi ubi
kayu menurut provinsi 2014. [Internet]. [diunduh 2015 Feb 24]. Tersedia
pada: http//www.bs.go.id/tnmn_pgn.php.
Badruddoza AZM, Tay ASH, Tan PY, Hidajat K, Uddin MS. 2011.
Carboxymethyl-β-cyclodextrin conjugated magnetic nanoparticles as
nano-adsorbents for removal of copper ions: synthesis and adsorption
studies. J Haz Mat. 185:1177-1186.doi: 10.1016/j.carbpol.2012.08.030.
Bagheri B, Abdouss M, Aslzadeh MM, Shoushtari AM. 2010. Efficient removal
of Cr3+ Pb2+ and Hg2+ ion from industrial effluents by
hydrolyzed/thioaminated polyacrylonitrile fibers. Iran Pol J. 19:911-925.
Chou CM, Lien HL. 2011. Dendrimer-conjugated magnetic nanoparticles for
removal of zinc (II) from aqueous solutions. J Nanopart Res. 13:20992107.doi: 10.1007/s11051-010-9967-5.
Ekebafe LO, Ogbeifun DE, Okieimen FE. 2012. Removal of heavy metals from
aqueous media using native cassava starch hydrogel. Afr J Env Sci Tech.
6:275-282.doi:10.5897/AJEST12.011.
Filsi A, Yusuf S. 2010. Sintesis nanomagnetik berbasis bahan alam untuk
adsorben thorium. JUSAMI. 11(2):1-6.
Gupta SS, Bhattacharyya KG. 2006. Adsorption of Ni(II) on clay. J. Colloid
Interface Sci.. 295:21-32.doi: 10.1016%2Fj.jcis.2005.07.073.
Kurniadi T. 2010. Kopolimerisasi grafting monomer asam akrilat pada onggok
singkong dan karakterisasinya [tesis]. Bogor(ID): Institut Pertanian Bogor.
Liang R, Yuan H, Xi G, Zhou Q. 2009. Synthesis of wheat straw-g-poly(acrylic
acid) superabsorbent composites and release of urea from it. Car Pol.
77:181-187.doi:10.1016%2Fj.carbpol.2008.12.018.
Lopez JA, González F, Bonilla FA, Zambrano G, Gomez ME. 2010. Synthesis
and characterization of Fe3O4 magnetic nanofluid. Rev. LatinAm. Metal.
Mater. 30(1):60-66.
Mas’ud ZA, Khotib M, Farid M, Nur MA, Amroni M. 2013. Superabsorbent
derived from cassava waste pulp. Intl J Recl Org Was Agr. 2:1-8.doi:
10.1186/2251-7715-2-8.
11
Nada AA, Alkady MY, Fekry HM. 2007. Synthesis and characterization of
grafted cellulose for use in water and metal ions sorption. Biorecources.
3:46-59.
Nakason C, Wohmang T, Kaesaman A, Kiatkamjornwong S. 2010. Preparation of
cassava starch-graft-polyacrylamide super-absorbents and associated
composites by reactive blending. Carbohydr Polym. 81:348-357.
Pavia DL, Lampman GM, Kriz GS, Vyvyan JR. 2009. Introduction to
Spectroscopy. Belmont (US): Brooks/Cole.
Pranata AW. 2014. Adsorben logam berat dari kopolimerisasi cangkok biner asam
akrilat dan akrilamida pada Onggok [skripsi]. Bogor(ID): Institut Pertanian
Bogor.
Ridwan, Manaf A. 2007. Riset dan Pengembangan Nanopartikel Magnetik untuk
pengolahan Limbah Cair. JUSAMI. 536:1-8.
Virlandia F. 2005. Pemanfaatan onggok tapioka sebagai bahan baku pembuatan
minyak melalui metode biokonversi [skripsi]. Bandung(ID): Universitas
Padjajaran.
Wang W, Wang J, Kang Y, Wang A. 2011. Synthesis, swelling and responsive
properties of a new composite hydrogel based on hydroxyethyl cellulose
and
medicinal
stone.
CompositesPartB.42:
809-818.doi
10.1016%2Fj.compositesb.2011.01.018.
Waynert J, Prenger C, Worl L, Wingo B, Ying T, Stewart J, Peterson D. 2003.
Wastewater Treatment with Magnetic Separation. Washington: Los
Alamos National Library.
Wu Q, Feng C, Wang C, Wang Z. 2012. A facile one-pot solvothermal method to
produce superparamagnetic graphene–Fe3O4 nanocomposite and its
application in the removal of dye from aqueous solution. Elsevier Press
101:210-214.doi:10.1016%2Fj.colsurfb.2012.05.036.
Wu S, Sun A, Zhai F, Wang J, Xu W, Zhang Q, Volinsky A. 2011. Fe3O4
magnetic nanoparticles synthesis from tailings by ultrasonic chemical coprecipitation. J MatLat. 65:1882-1884.doi:10.1016/j.matlet.2011.03.065.
Zhang J, Li A, Wang A. 2006. Study on superabsorbent composite. VI.
Preparation, characterization and swelling behaviors of starch phosphate
graft- acrylamide attapulgite superabsorbent composite. Carbohydr Polym.
65(2):150-158.doi:10.1016%2Fj.carbpol.2005.12.035.
Zhang J, Wang L, Wang A. 2007. Preparation and properties of chitosan-g-poly
(acrylic acid) montmorillonite superabsorbent nano-composite via in situ
intercalative polymerization. J Ind Eng Chem Res. 46(8):2497-2502.doi:
10.1021/ie061385i.
Zhang Y. 2009. Preparation of copolymers of acrylic acid and acrylamide for
copper (II) capture from equeous solution [tesis]. Ontario(CAN).
University of Waterloo.
Zheng Y, Huang D, Wang A .2011. Chitosan-g-poly(acrylic acid) hydrogel with
crosslink polymeric networks for Ni2+ recovery. Anal Chim Acta
687:19320.doi:10.1016%2Fj.aca.2010.12.026.
12
Lampiran 1 Diagram alir penelitian
Onggok + asam
akrilat + akrilamida
FTIR
FeCl3 + FeSO4
(Suasana Basa)
Polimer
Superabsorben (PSA)
Komposit
Fe3O4-PAA/PAm
Aplikasi daya
jerap logam
Cu2+ dan Ni2+
AAS
Fe3O4
(Magnetit)
XRD
FTIR
13
Lampiran 2 Radas kopolimerisasi cangkok biner asam akrilat dan akrilamida pada
onggok
kecepatan
motor
pengaduk
termometer
tabung
penambah
cairan
selang gas N2
sampel
14
Lampiran 3 Mekanisme sintesis PSA
Inisiasi
Propagasi
X = gugus -NH2, gugus -OH
15
Lanjutan lampiran 3
Terminasi
X = gugus -NH2, gugus -OH
16
Lampiran 4 Data puncak difraksi
17
18
Lampiran 5 Penjerapan ion logam Cu2+ dan Ni2+ oleh berbagai jenis adsorben
selama 30 menit
Logam
Kode
Adsorben
[Awal]
(ppm)
S1
32.6700
S2
32.6700
S3
32.6700
S4
32.6700
S5
32.6700
Cu2+
F0
23.9100
K1
23.9100
K2
23.9100
K3
23.9100
K4
23.9100
K5
23.9100
S1
34.1500
S2
34.1500
S3
26.8700
S4
34.1500
S5
34.1500
Ni2+
F0
26.8700
K1
26.8700
K2
26.8700
K3
26.8700
K4
34.1500
K5
26.8700
Ket: FP = faktor pengenceran
[Tersisa
Absorban
Terbaca]
(nm)
(ppm)
0.0169
0.0887
0.0186
0.0976
0.0355
0.1862
0.0121
0.0636
0.0256
0.1343
0.0255
0.1084
0.0240
0.1159
0.0228
0.1099
0.0288
0.1400
0.0119
0.0551
0.0263
0.1275
0.0185
0.1164
0.0209
0.1356
0.0123
0.0854
0.0253
0.1709
0.0285
0.1965
0.0186
0.1401
0.0171
0.1227
0.0152
0.1106
0.0185
0.1392
0.0209
0.1356
0.0123
0.1271
FP
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
Contoh perhitungan (S1 pada Cu)
[Aktual terjerap]
= [Awal] – ([Tersisa terbaca] x FP)
= 32.6700 – (0.0887 x 100)
= 23.8000 ppm
% Terjerap
= ([Aktual terjerap] / [Awal]) x 100%
= (23.8000/32.6700) x 100%
= 72.85 %
[Tersisa [Aktual
%
Aktual] Terjerap]
Terjerap
(ppm)
(ppm)
8.8700 23.8000
72.85
9.7600 22.9100
70.12
18.6200 14.0500
43.00
6.3600 26.3100
80.53
13.4300 19.2400
58.89
10.8400 13.0700
54.66
11.5900 12.3200
51.53
10.9900
9.8891
54.04
14.0000
5.1520
41.45
5.5100 18.4000
76.95
12.7500 11.1600
46.67
11.6409 22.5100
65.92
13.5634 20.5900
60.30
8.5400 18.3300
68.22
17.0882 17.0700
49.99
19.6517 14.5000
42.46
14.0100 12.8600
47.86
12.2700 14.6000
54.34
11.0600 15.8100
58.84
13.9200 12.9500
48.19
13.5600 20.5900
60.30
12.7100 14.1600
52.70
19
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan dari pasangan suami istri yang bernama Anugrah
Massiara dan Shantie Hasanah di Jakarta pada tanggal 9 November 1992. Penulis
dibesarkan di tempat kelahirannya dan lulus sekolah dasar di SDN 04 PT pada
tahun 2004, sekolah menengah pertama di SMPN 43 Jakarta pada tahun 2007, dan
sekolah menengah atas di SMAN 55 Jakarta pada tahun 2010. Pada tahun 2010
penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melaui jalur Undangan
Seleksi Masuk IPB (USMI) dan diterima di Departemen Kimia, Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis juga aktif mengikuti beberapa
organisasi, antara lain, penulis pernah menjadi anggota Ikatan Keluarga Muslim
TPB (2010), anggota UKM Koperasi Mahasiswa (2010), anggota Lembaga
Dakwah Fakultas Serum-G (2011-2013), dan Ketua Kerohanian Islam
Departemen Kimia IPB (2011-2014). Selain itu juga pernah menjadi asisten
responsi Pendidikan Agama Islam (2014). Bulan Juli-Agustus 2013 melaksanakan
praktik lapangan di Research and Development (RnD) PT. Pertamina (Persero)
dengan judul Uji Performa dan Karakteristik Campuran Etana dan Propana
sebagai Alternatif Refrigeran Sintetik.