SINTESIS HIBRIDA 2,7-DISULFONATO-NAFTALENA-5-HIDROKSI-4- AMINO-N-PROPIL SILIKA DAN SIFAT ADSORPSINYA TERHADAP ION Mg, Ca, Cu(II), Cd(II)

CHOIRIL AZMIYAWATI, Prof. Dr. rer.nat. Nuryono, M.S

2014 | Disertasi | S3 Ilmu Kimia

08/276302/SPA/00197 Penggunaan silika gel (SG) sebagai adsorben ion logam kurang efektif karena hanya memiliki situs aktif silanol dan siloksan. Gugus silanol dapat dimodifikasi dengan gugus sulfonat untuk meningkatkan efektivitasnya terutama dalam proses adsorpsi ion logam keras. Tujuan penelitian ini adalah membuat hibrida 2,7-disulfonatonaftalena-5-hidroksi-4-amino-N-propil Silika (HDSS) dengan memanfaatkan abu sekam padi sebagai sumber silika dan dikaji sifat adsorpsinya terhadap ion Mg, Ca, Cu(II), dan Cd(II) dalam air. Penelitian diawali dengan pengikatan gugus sulfonat dari mononatrium asam 4-amino-5-hidroksi-2,7-naftalenadisulfonat (AHNSNa) pada senyawa penghubung 3-kloropropiltrimetoksisilan (CPTS) menghasilkan PTMDS (N propiltrimetoksisilan-4-amino-5-hidroksi-2,7-disulfonatonaftalena) melalui proses refluks (PTMDSr) dan tanpa refluks (PTMDSnr). Sintesis HDSS dilakukan melalui proses sol-gel dan grafting. Proses sol-gel dilakukan dengan mereaksikan PTMDSr dan PTMDSnr dengan natrium silikat pada pH 7,0 menghasilkan HDSSR dan HDSSNR. Pada proses grafting, silika gel komersial direfluks dengan PTMDSnr dalam natrium bikarbonat 0,5M menghasilkan HDSSG. HDSS yang diperoleh dikarakterisasi dengan spektrofotometri FTIR, 29 Si-NMR, GSA, XRD, dan SEM/EDX. Sifat adsorpsi secara termodinamik dan kinetik ditentukan berdasarkan data adsorpsi ion logam dalam sistem batch pada variasi konsentrasi dan waktu. Pengikatan gugus sulfonat pada silika gel melalui penghubung CPTS dibuktikan dengan munculnya pita pergeseran kimia pada spektra NMR- 29 Si yang didukung munculnya pita serapan pada spektra inframerah yang menandakan adanya gugus sulfonat, aromatis, etilen, dan ikatan C-N. Baik HDSS yang diperoleh melalui proses sol-gel (HDSSR dan HDSSNR) maupun grafting memiliki luas permukaan dan rerata jejari pori lebih besar daripada SG. Luas permukaan HDSSNR (417,597 m 2 /g) lebih besar daripada HDSSG (51,323 m 2 /g) dengan rerata jejari pori berturut-turut adalah 44,01 dan 154,1 Ã…. Tetapan kecepatan adsorpsi (k) dan kapasitas adsorpsi HDSS terhadap ion Mg, Ca, Cu(II), dan Cd(II) lebih besar daripada SG pada pH 6,0. Jumlah ion Mg dan Ca terdesorpsi serta konstanta kecepatan reaksi desorpsi dari HDSS lebih besar daripada SG, baik dalam sistem tunggal maupun biner. Secara umum dapat dikatakan hibridisasi gugus sulfonat pada silika gel dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi dan nilai tetapan laju desorpsi dari ion logam yang dikaji.

Application of silica gel (SG) for metal ion adsorption is less effective due to limitation of it a silanol and siloxane active sites. The silanol groups can be modified with sulfonate groups to improve their effectiveness, especially in adsorb hard metal ions. The aims of this research are synthesis of 2,7- disulfonatonaphthalene-5-hydroxy-4-amino-N-propyl silica (HDSS) by using rice hull ash as silica source and its application for adsorption of Mg, Ca, Cu(II) and Cd(II) ions in aqueous solution. The first steps of the study was attachment of disulfonato groups of 4- amino-5-hydroxy-2,7-naphthalenedisulfonate monosodium salt (AHNSNa) to 3- chloropropyltrimethoxysilane (CPTS), to produce N-propiltrimetoksisilan-4- amino-5-hidroksi-2,7-disulfonatonaftalena (PTMDS) with and without reflux (PTMDSr and PTMDSnr, respectively). Synthesis of HDSS was carried out through sol-gel process and grafting. The sol-gel process was conducted by reacting of PTMDSr and PTMDSnr with sodium silicate solution at pH of 7.0 to find HDSSR and HDSSNR, respectively. For grafting technique, commercial silica gel was refluxed with PTMDSnr in sodium carbonate 0.5M to result in HDSSG. The products of HDSS were characterized with XRD, 29 Si-NMR, GSA, FTIR spectrophotometry and SEM/EDX. Thermodynamics and kinetics properties were evaluated based on adsorption data of investigated metal ions in a batch system at various concentrations and times, respectively. Product HDSS was proved by appearing of the chemical shift 29 Si-NMR spectra supported by infrared spectra indicating the presence of sulfonate groups, aromatics, ethylene and CN bond. HDSS obtained through sol-gel (HDSSR and HDSSNR) and grafting (HDSSG) process had a surface area and mean pore radius greater than SG. More over HDSSNR surface area (417.597 m 2 /g) was greater than HDSSG (51.323 m 2 /g) with a mean pore radius of 44.01 and 154.1 Ã…, respectively. Adsorption rate constant (k) and adsorption capacity of HDSS for Mg, Ca, Cu(II), and Cd(II) ions were greater than that of SG at pH 6.0. The capacity and rate constant (k) of desorption for Mg and Ca ions from HDSS is higher than that on SG, in both individual and biner system. Generally, hybridization of sulfonate groups on SG increases the ability of adsorption and desorption rate of the metal ions investigated.

Kata Kunci : -