Modifikasi Permukaan Silika dengan Asam Fosfonoasetat dan Aminoetildihidrogenfosfat untuk Adsorpsi Co(II), Ni(II), Cu(II), dan Zn(II)

DIAN MARUTO WIDJONARKO, S.SI.,M.SI., Prof. Dr. Muryono, M.S.; Indriana Kartini, S.Si., M.Si., Ph.D; Prof. Drs. Jumina, Ph.D.

2015 | Disertasi | S3 Kimia

Telah dilakukan modifikasi permukaan silika gel dengan asam fosfonoasetat (phosphonoacetic acid/PA) dan aminoetildihidrogenfosfat (aminoethyldihydrogenphosphate/AEPH2) dengan gugus jembatan dari glisidoksipropiltrimetoksisilan (glycydoxyprophyltrimethoxysilane/GPTMS) dan 1,4-dibromobutana serta karakterisasi adsorpsinya terhadap Co(II), Ni(II), Cu(II), dan Zn(II). Pengaruh NaOH dan HNO3 pada aktivasi silika; pengaruh etanol, toluena, dan air pada penyambungan GPTMS pada silika; serta pengaruh air, tetrahidrofuran (THF), dan dioksana pada penyambungan AEPH2 pada GPTMS tersambung silika dikaji. Pengaruh GPTMS dan 1,4-dibromobutana serta PA dan AEPH2 beserta laju, kapasitas, dan selektivitas adsorpsi material juga dikaji. Modifikasi permukaan silika dilakukan secara bertahap. Silika mula-mula diaktivasi dengan NaOH dan HNO3. Selanjutnya, silika disambung dengan GPTMS dan 1,4-dibromobutana dan dilanjutkan dengan PA dan AEPH2. Material hasil dianalisis gugus fungsi dan situs aktifnya dengan spektroskopi infra-merah dan analisis porositas dengan metode adsorpsi/desorpsi gas N2. Adsorpsi Co(II), Ni(II), Cu(II), dan Zn(II) oleh material hasil dilakukan dengan teknik batch dengan menganalisis kandungan logam terlarut sisa adsorpsi dengan spektroskopi serapan atom. Laju, kapasitas, dan selektivitas adsorpsi dianalisis dengan menggunakan sejumlah model kinetika dan isoterm adorpsi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa modifikasi permukaan silika berhasil dilakukan. Material hasil terdiri dari fosfonat yang terikat pada silika melalui organosilan dengan rantai hidrokarbon. Material hasil termasuk material mesopori. NaOH lebih mampu daripada HNO3 untuk meningkatkan aktivitas silika. Toluena lebih mampu dibandingkan dengan etanol dan air untuk menyambung GPTMS pada silika. Air adalah pelarut yang lebih mampu dibandingkan THF dan dioksana untuk menyambung AEPH2 pada GPTMS tersambung silika. GPTMS dan 1,4-dibromobutana menghasilkan gugus jembatan organosilan namun GPTMS menghasilkan tambahan situs aktif berupa CH2-O-CH2-. PA dan AEPH2 menghasilkan gugus fosfonat dengan situs aktif berupa P-OH yang mampu menukar kation dan P=O yang mampu membentuk ikatan kompleks dan kelat. PA menghasilkan gugus jembatan -C=O(O) yang mampu membentuk ikatan kompleks dan kelat sedangkan AEPH menghasilkan gugus jembatan berupa -NH-. Situs aktif dan ion logam sangat dipengaruhi pH. Adsorpsi Cu(II) cenderung mengikuti orde-2 sedangkan Co(II), Ni(II), dan Zn(II) cenderung mengikuti pseudo orde-2. Model isoterm adsorpsi Freundlich sesuai untuk Cu(II) sedangkan model isoterm adsorpsi Langmuir sesuai untuk Co(II), Ni(II), dan Zn(II). Kapasitas adsorpsi material hasil dari sumber PA lebih besar daripada dari AEPH2 namun kapasitas adsorpsi material hasil dari sumber GPTMS lebih besar daripada dari 1,4-dibromobutana. Data tersebut menunjukkan dominasi potensial ionik dibandingkan situs aktif dan porositas. Silika termodifikasi fosfonat memiliki pola selektivitas Cu(II)>Co(II)>Ni(II)>Zn(II) menunjukkan bahwa fosfonat merupakan basa lemah.

Modification of silica surface with phosphonoacetic acid (PA) and aminoethyldihydrogenphosphate (AEPH2) through bridging group of glycydoxyprophyltrimethoxysilane (GPTMS) and 1,4-dibromobutane and its adsorption characteristic toward Cu(II), Ni(II), Cu(II), and Zn(II) have been performed. The effect of NaOH and HNO3 in activation; effect of ethanol, toluene, and water in grafting of GPTMS on silica; and effect of water, tetrahidrofuran (THF), and dioxane in grafting of 2-aminoethyldihydrogenphosphate (AEPH2) on GPTMS grafted onto silica have been studied. The effect of GPTMS and 1,4-dibromobutane; PA and AEPH2; and rate, capacity, and selectivity of adsorption of materials were evaluated. The modification of silica was carried out in multisteps. Firstly, silica was activated with NaOH and HNO3 in various contact time. Then, GPTMS and 1,4-dibromobutane were grafted, followed with grafting of PA and AEPH2 on material previously resulted. The resulted materials were characterized its active sites and porousity with infra-red spectroscopy and adsorption/desorption of N2, respectively. While, adsorption characteristic was studied by applying the materials resulted in batch technique toward Co(II), Ni(II), Cu(II), and Zn(II) in aqueous solution. The unadsorbed metal ions were analyzed with flame atomic absorption spectroscopy. In order to analysis the rate, capacity, and selectivity of adsorption, some isotherm and kinetics models were evaluated. The result of the study show that modification of silica surface has been succesfully performed. The resulted materials consist of silica centered with phosphonate and bridging with organosilane. The resulted materials are mesoporous. The activator prefer NaOH to HNO3 in silica activation. The solvent prefer toluene to water and ethanol in grafting of GPTMS on silica. The solvent prefer water to THF and dioxane in grafting of AEPH2 on GPTMS grafted onto silica. The grafting of GPTMS and 1,4-dibromobutane result organosilane bridging group while GPTMS result COC which able to form complex and chelate bonding with cations. The grafting of PA and AEPH2 result POH and PO which act as ion exchanger and able to form complex and chelate bonding, respectively. The grafting of PA result COO as bridging group which able to form complex and chelate bonding while AEPH result NH which able to form complex and chelate bonding. This active sites and metal ion depend on pH. Cu(II) adsorption by resulted materials followed second order, whilst for Co(II), Ni(II), and Zn(II) followed to pseudo 2 order. Adsorption of Cu(II) on modified silica followed isotherm adsorption Freundlich model, whilst adsorption of Co(II), Ni(II) and Zn(II) followed isotherm adsorption Langmuir model. The adsorption capacity of resulted materials of PA are bigger than of AEPH2 while adsorption capacity of resulted materials of GPTMS are bigger than of 1,4-dibromobutane. The data indicates the domination of ionic potential effect rather than active sites and porousity. The selectivity of resulted materials follow the order of Cu(II)>Co(II)>Ni(II)>Zn(II) indicate phosphonate as a weak base.

Kata Kunci : silika gel, modifikasi, fosfonat, organosilan, adsorben