MODIFIKASI KITOSAN DENGAN PENAUTSILANGAN, PENCANGKOKAN DAN PENCETAKAN ION SERTA APLIKASINYA SEBAGAI ADSORBEN ION LOGAM BERAT

ABU MASYKUR, Prof. Drs. Sri Juari Santosa, M.Eng, PhD; Drs. Dwi Siswanta, M.Eng, PhD; Prof. Drs. Jumina, PhD

2015 | Disertasi | S3 Kimia

Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan modifikasi kitosan untuk mendapatkan adsorben yang stabil dalam asam, mempunyai kemampuan adsorpsi ion logam yang baik dan selektif terhadap ion logam berat. Modifikasi dilakukan dengan penautsilangan, pencangkokan dan pencetakan ion. Penautsilangan kitosan bertujuan untuk membuat adsorben yang stabil dalam asam menggunakan tiga buah senyawa yang berbeda yaitu etilen glikol diglisidil eter (EGDE), dietilen glikol diglisidil eter (DEGDE) dan bisfenol A diglisidil eter (BADGE). Pencangkokan pada kitosan tertaut silang menggunakan dua senyawa yaitu suksinat anhidrida dan asam kloroasetat bertujuan untuk meningkatkan kemampuan adsorpsi ion logam berat. Teknik pencetakan ion menggunakan ion Pb(II) yang dicetak pada karboksimetil kitosan dengan penaut silang BADGE bertujuan untuk meningkatkan kemampuan adsorpsi ion Pb(II). Karakterisasi pada adsorben dilakukan melalui identifikasi gugus fungsi dengan spektrofotometer FTIR, luas permukaan, XRD, analisis unsur, DTA-TGA, spektrometer 13C NMR, dan SEM-EDX. Adsorpsi ion logam dipelajari pengaruhnya pengaruh terhadap pH larutan, waktu kontak, variasi konsentrasi, selektivitas dan mekanisme adsorpsi. Penautsilangan kitosan menghasilkan adsorben yang tidak larut dalam asam. Hasil uji adsorpsi pada ion Pb(II), Cu(II) dan Cd(II) menunjukkan pH optimum adsorpsi terjadi pada pH 5. Senyawa penaut silang mempengaruhi kemampuan adsorpsi ion logam dengan urutan BADGE > DEGDE > EGDE. Pencangkokan dengan asam kloroasetat meningkatkan kemampuan adsorpsi ion logam lebih besar daripada pecangkokan suksinat anhidrida. Kinetika adsorpsi ion Pb(II) pada seluruh adsorben mengikuti kinetika pseudo orde dua. Adsorpsi Pb(II) pada kitosan mengikuti isoterm adsorpsi Freundich sedangkan adsorben lainnya mengikuti isoterm adsorpsi Langmuir. Kapasitas adsorpsi kitosan tercangkok asam klorosasetat mengikuti urutan Pb(II) > Cu(II) > Cd(II). Energi bebas adsorpsi ion Pb(II) pada adsorben berkisar antara -21 sampai -28 kJ/mol. Adsorpsi ion Pb(II) pada kitosan melibatkan interaksi pemerangkapan, pertukaran ion, ikatan hidrogen dan ikatan kovalen, sedangkan pada adsorben tercangkok kloroasetat didominasi ikatan hidrogen. Pencangkokan kloroasetat meningkatkan selektivitas adsorpsi ion Pb(II) terhadap ion Cu(II), Cd(II), Zn(II) dan Ni(II). Adsorben hasil pencetakan ion (Pb-IIP) memiliki kemampuan adsorpsi ion Pb(II) yang lebih besar dibandingkan adsorben tanpa pencetakan ion (NIP). Selektivitas adsorpsi Pb-IIP sangat bergantung pada ukuran ion pasangannya.

The aim of the study was to modify chitosan to obtain adsorben with good stability towards acid solution, high ability to adsorp metal ion and good-selectivity on specific ion. Modification was done through processes of crosslinking, grafting and ion imprinting. Chitosan crosslinking was aimed to form an acid-insoluble adsorben using three various crosslinking agents of ethylene glycol diglycidyl ether (EGDE), diethylene glycol diglycidyl ether (DEGDE) and bisphenol A diglycidyl ether (BADGE). Succinic anhydride and chloroacetic acid were used for the grafting of the crosslinked chitosan. Ion imprinting technique used was Pb(II) that was templated on carboxymethyl chitosan using BADGE crosslinker. Adsorben was characterized using FTIR to identify the functional groups, XRD, DTA-TGA, 13C NMR spectrometer, SEM-EDX, surface area analysis (SAA) and elemental analysis (EA). The adsorben properties studied by pH influence, contact times, concentration metals ion, selectivity and mechanism of the adsorption were also performed. Crosslinking of chitosan showed that adsorbent formed was insoluble in the acid solution. At pH 5 was optimum pH reached for the adsorption of Pb(II), Cu(II) and Cd(II) ions. Adsorption ability of the adsorbent was influenced by crosslinking agents used with BADGE > DEGDE > EGDE sequence. Adsorption ability was also influenced by grafter agent, in which chloroacetic acid was better than succinic anhydride. Adsorption kinetic of Pb(II) on the all adsorbents followed a kinetic of the pseudo second order. Pb(II) adsorption of chitosan obeyed the adsorption isotherm of Langmuir, but other adsorbents obeyed adsorption isotherm of Freundlich. Adsorption capacity of chloroacetic acid-grafted chitosan was Pb(II) > Cu(II) > Cd(II). Energy of Pb(II) adsorption was -21 - -28 kJ/mole. Interaction ion Pb(II) on chitosan were trapping, ion exchange, hydrogen bonding and covalent bonding. Chloroacetic acid grafted adsorbent was mostly hydrogen bonding. Grafting with chloroacetic acid improved the selectivity of of Pb(II) ion over Cu(II), Cd(II), Zn(II) and Ni(II) ions. Ion imprinted adsorbent (Pb-IIP) had better adsorption ability on Pb(II) ion than NIP. Selectivity of Pb-IIP adsorbent was depend on the size of counterion.

Kata Kunci : kitosan, penautsilangan, pencangkokan, pencetakan ion, adsorpsi, ion logam