MODIFIKASI BESI OKSIDA TERLAPIS SILIKA/KITOSAN DENGAN GLISIDILTRIMETILAMONIUM KLORIDA UNTUK ADSORPSI Au(III)
Reni Banowati Istiningrum, Prof. Dr.rer.nat. Nuryono, M.S ; Prof. Drs. Sri Juari Santosa, M.Eng., Ph.D
2024 | Disertasi | S3 Ilmu Kimia
Proses pungut ulang logam emas dari sumber sekunder misalnya limbah elektronik serta pengujian kadar Au(III) dalam sampel air limbah atau air alamiah memiliki tantangan tersendiri terkait kadar Au(III) yang rendah dan matrik sampel yang komplek. Penelitian ini bertujuan mengembangkan adsorben yang dapat diaplikasikan untuk pungut ulang maupun prekonsentrasi Au melalui kajian adsorpsi-desorpsinya. Adsorben yang dikembangkan berbasis besi oksida terlapis silika/kitosan yang dimodifikasi dengan gugus amonium kuaterner menggunakan glisidiltrimetilamonium klorida (GTMAC) (FexOy/SiO2/Kit-AK) sehingga adsorpsi Au(III) dapat berlangsung pada rentang pH yang lebih lebar.
Besi oksida diisolasi dari pasir besi dengan pemisahan secara mekanik diikuti metode kopresipitasi. Larutan kitosan 1% (b/v) dalam asam asetat 1% (v/v) direaksikan dengan 3-glisidoksipropiltrimetoksisilan (GPTMS) selama 1 jam pada suhu kamar kemudian direaksikan dengan GTMAC pada suhu 65 ?C selama 12 jam pada kondisi nitrogen. Besi oksida dilapisi dengan silika melalui metode sol-gel menggunakan natrium silikat dan HCl 1 M yang kemudian direaksikan dengan larutan GPTMS/kitosan/GTMAC.
Data FTIR menunjukkan bahwa FexOy/SiO2/Kit-AK berhasil disintesis dengan rasio mol kitosan:GTMAC optimum 1:2. Komposit FexOy/SiO2/Kit-AK mengandung kristal besi oksida yang didominasi oleh fase magnetit. FexOy/SiO2/Kit-AK memiliki magnetik saturasi sebesar 4,34 emu/g berstruktur mesopori dengan luas area spesifik 80 m3/g. Adsorpsi AuCl4– optimum terjadi pada rentang pH 3–5 melalui mekanisme interaksi-elektrostatik dan difusi intra partikel disertai reduksi Au(III) menjadi Au(0). Kinetika adsorpsinya mengikuti model orde semu kedua dengan tetapan laju adsorpsi 1,24?10-3 g/mg menit. Isoterm adsorpsi AuCl4– pada FexOy/SiO2/Kit-AK mengikuti model isoterm Langmuir dengan kapasitas adsorpsi sebesar 128,36 mg/g. FexOy/SiO2/Kit-AK juga menunjukkan adsorpsi AuCl4? secara selektif terhadap beberapa ion dengan urutan selektivitas SO42– > Cu2+ > CrO42- > Pb2+. Larutan tiourea 6% (b/v) dalam HCl 1 M mampu mendesorpsi Au secara efektif (mencapai 96,57%) dan FexOy/SiO2/Kit-AK dapat digunakan ulang sampai dua kali siklus adsorpsi-desorpsi tanpa menunjukkan penurunan kinerja. Berdasarkan penelitian ini, FexOy/SiO2/Kit-AK berpotensi digunakan sebagai adsorben untuk prekonsentrasi Au(III) pada sampel air alamiah sebelum dianalisis dengan menggunakan instrumen seperti Spektrometer Serapan Atom.
Recovery of gold from secondary sources such as electronic waste and determination of Au(III) in wastewater or natural water samples has its own challenges related to low Au(III) levels and complex sample matrices. This research aims to develop an adsorbent that can be applied for recovery and preconcentration of Au through adsorption-desorption studies. The adsorbent developed was based on silica/chitosan coated iron oxide modified with quaternary ammonium groups using glycidyltrimethylammonium chloride (GTMAC) (FexOy/SiO2/Kit-AK) so that Au(III) adsorption occur over a wider pH range.
Iron oxides were isolated from iron sand by mechanical separation followed by the coprecipitation method. A solution of 1% (w/v) chitosan in 1% (v/v) acetic acid was reacted with 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTMS) for 1 hour at room temperature then reacted with GTMAC at 65 ?C for 12 hours under nitrogen conditions. Iron oxide was coated with silica via the sol-gel method using sodium silicate and 1 M HCl which was then reacted with a GPTMS/chitosan/GTMAC solution.
FTIR data shows that FexOy/SiO2/Kit-AK is successfully synthesized with an optimum chitosan:GTMAC mole ratio of 1:2. The FexOy/SiO2/Kit-AK composite contains iron oxide crystals which are dominated by the magnetite phase. FexOy/SiO2/Kit-AK has a magnetic saturation of 4.34 emu/g and has a mesoporous structure with a specific area of 80 m3/g. Optimum AuCl4– adsorption occured in the pH range 3–5 through electrostatic interaction mechanisms and intra-particle diffusion accompanied by reduction of Au(III) to Au(0). The adsorption kinetics follows a pseudo second order model with an adsorption rate constant of 1.24?10?3 g/mg min. The adsorption isotherm of AuCl4– on FexOy/SiO2/Kit-AK follows the Langmuir isotherm model with an adsorption capacity of 128.36 mg/g. FexOy/SiO2/Kit-AK also showed selective AuCl4? adsorption towards several ions in the selectivity order SO42– > Cu2+ > CrO42? > Pb2+. A solution of 6% (w/v) thiourea in 1 M HCl was able to desorb Au effectively (reaching 96.57%) and FexOy/SiO2/Kit-AK can be reused up to two cycles adsorption-desorption without showing a decrease in performance. Based on this research, FexOy/SiO2/Kit-AK has the potential to be used as an adsorbent in preconcentration of Au(III) in natural water samples before being analyzed using instruments such as Atomic Absorption Spectrometer.
Kata Kunci : besi oksida, silika, kitosan, amonium kuaterner, sol-gel, adsorpsi-desorpsi, AuCl4–
