Kitosan Tercetak Ion Untuk Adsorpsi Selektif Cu(II), Cd(II) Dan Cr(III)

ANIS SHOFIYANI, S.SI.,M.SI., Prof. Dr. Sri Juari Santosa, M.Eng. ; Prof. Dr. Sri Noegrohati, Apt.

2015 | Disertasi | S3 Kimia

Telah dilakukan pembuatan dan karakterisasi kitosan tercetak ion (KTI) dan Kitosan Tercetak Ion pada Biomassa Chlorella (KTIB) dengan menggunakan Cu(II), Cd(II) dan Cr(III) sebagai ion umpan. Pembuatan KTI dilakukan melalui tahapan interaksi kitosan hidrogel dengan ion umpan (pencetakan ion), koagulasi untuk pembentukan kitosan beads dan taut silang menggunakan epiklorohidrin. Ion-ion umpan dielusi menggunakan larutan 0,1 M HNO3 dilanjutkan dengan 0,2 M Na2EDTA untuk menghasilkan templat-templat sebagai situs adsorpsi selektif ion logam. KTIB dibuat melalui tahapan yang sama dengan KTI dengan menambahkan biomassa setelah tahap pencetakan ion. Pada pembuatan KTI dan KTIB, terlebih dahulu dilakukan optimasi variabel konsentrasi ion umpan dan rasio berat kitosan:biomassa untuk mendapatkan kondisi optimum percobaan. Karakteristik adsorpsi Cu(II), Cd(II) dan Cr(III) pada masing-masing KTI dan KTIB ditentukan untuk mempelajari pengaruh pH, waktu kontak, konsentrasi awal ion logam, selektivitas dan kemampuan penggunaan ulang adsorben. Pembuatan KTI menggunakan konsentrasi ion logam umpan sebesar 5000 mg/L menghasilkan stabilitas dan kapasitas relatif adsorpsi yang optimum dengan persentase elusi ion umpan rata-rata 80%, sedangkan pada pembuatan KTIB, perbandingan berat kitosan:biomassa = 1:1 menghasilkan stabilitas dan kapasitas relatif adsorpsi optimum dengan persentase elusi ion umpan rata-rata sebesar 95%. Hasil karakterisasi fisikokimia KTI dan KTIB mengindikasikan keterlibatan gugus fungsional -NH2 dan -OH sebagai situs aktif pengikatan ion logam Cu(II), Cd(II) dan Cr(III) serta keterlibatan gugus karboksilat dari biomassa pada interaksi kitosan-biomassa. Adsorpsi Cu(II) dan Cd(II) berlangsung optimum pada pH 5-6 pada KTI, dan pH 4-6 pada KTIB, sedangkan Cr(III) teradsorpsi optimum pada pH 4-5 pada kedua jenis adsorben. Adsorpsi ion Cu(II), Cd(II) dan Cr(III) pada KTI dan KTIB mengikuti model kinetika pseudo-orde dua dengan konstanta laju (k2) pada KTIB 2-3 kali lebih besar dibandingkan pada KTI. Pola adsorpsi ion Cu(II), Cd(II) dan Cr(III) pada KTI dan KTIB mengikuti model isoterm adsorpsi Langmuir dengan kapasitas adsorpsi (Qm) sebesar 48,780 dan 61,728 mg/g; 44,444 dan 53,763 mg/g, 50,505 dan 61,350 mg/g masing-masing untuk Cu(II), Cd(II), Cr(III) pada KTI dan KTIB. Nilai kapsitas adsorpsi pada kitosan tercetak ion lebih besar dibandingkan pada kitosan tidak-tercetak ion. Data selektivitas adsorpsi menunjukkan bahwa KTI dan KTIB lebih selektif terhadap ion target dibandingkan KTS dan Kit-Bio dan dapat digunakan secara berulang hingga 3 kali dengan persentase ion teradsorpsi >80%.

Synthesis and characterization of Ionic Imprinted Chitosan (IIC) and Ionic Imprinted Chitosan on Chlorellla Biomass surface (IICCB) with Cu(II), Cd(II) and Cr(II) as imprinting ions have been conducted in this study. The IIC was prepared by interacting hydrogel chitosan with imprinting ions, then coagulating it for beads formation and crosslinking it using epichlorohydrin. The imprinted ions were then leached using 0.1 M solution of HNO3 followed by 0.2 M solution of Na2EDTA to provide specific templates as selective adsorption sites of the adsorbents. The IICCB was prepared through the same procedure as that of IIC with adding biomass after ion imprinting stage. Variables of imprinting ions concentration and weight ratio of chitosan:biomass were optimized to get an optimum condition in the preparation of IIC and IICCB, respectively. Adsorption characteristics of Cu(II), Cd(II) and Cr(IIII) on IIC and IICCB were examined to study the effect of initial pH, contact time, concentration of metal ions, selectivity and re-usability of the adsorbents. The synthesis of IIC using imprinting ion concentration of 5000 mg/L provided the optimum stability and relative adsorption capacity with the average percentage of ion elution by 80%, while the weight ratio chitosan:biomass = 1:1 provided the optimum results with 95% average percentage of elution on the synthesis of IICCB. The physicochemical characterization of IIC and IICCB indicated the role of -NH2 and -OH as the main sites for adsorption of Cu(II), Cd(II) and Cr(III) and involvement of -COOH groups of biomass in the interaction of chitosan-biomass. The adsorption of Cu(II) and Cd(II) took place optimally at pH 5-6 on IIC and at pH 4-6 on IICCB, while Cr(III) adsorbed optimally at pH 4-5 in both types of adsorbent. The adsorption kinetics of Cu(II), Cd(II), and Cr(III) on both IIC and IICCB followed the pseudo-second order model with the rate constants (k2) of IICCB were 2-3 times greater than those of IIC. The adsorption of Cu(II), Cd(II), and Cr(III) followed the Langmuir isotherms model with the adsorption capacities (Qm) of 48.780 and 61.728 mg/g, 44.44 and 53.763 mg/g, 50.505 and 61.350 mg/g for Cu(II), Cd(II), Cr(III) on IIC and IICCB, respectively. These capacities were greater than those of the not-imprinted adsorbents. The selectivity data showed that IIC and IICCB were more selective than non-imprinted chitosans (CLC and Chit-Bio) and they could be re-used for 3 times with more than 80% percentage of adsorbed ions.

Kata Kunci : Kitosan Tercetak Ion, Adsorpsi, Selektif, Cu(II), Cd(II), Cr(III)