SEMINAR NASIONAL

SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII

YOGY AKARTA, 16 NOVEMBER 2011ISSN 1978-0176

PENGEMBANGAN MATERIAL BERBASIS ZIRKONIUM (MBZ)SEBAGAI ADSORBEN PADA GENERATOR 99MO /99MTC

Indra Saptiama, Sriyono, Herlina, Endang Sarmini, Rohadi Awaludin

Pusat Radioisotop dan Radiofarmaka (PRR), Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN)Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang Selatan, Telp/fax 021-7563141

Email: Indra.saptiama@batan.go.id

A BSTRAK

PENGEMBANGAN MATERIAL BERBASIS ZIRKONIUM (MBZ) SEBAGAI ADSORBEN PADA

GENERATOR 99Mo;99mTc. Material berbasis zirkonium (MBZ) memiliki daya serap Mo yang tinggi

sehingga berpotensi mengganti alumina sebagai adsorben pada generator Y9Mo/9YmTc.Akan tetapi material

berbasis zirkonium masih memiliki kekurangan yakni material ini masih rapuh dan mudah pecah. Telah

berhasi/ dilakukan sintesis material adsorben berbasis zirconium yang memiliki kapasitas serap tinggi

mencapai 193 mg Mo tiap 1 gram MB2. Partikel MBZ hasil sintesis dengan perlakuan campuran

TEOS:metanol sehingga meningkatkan kekerasan partikel MBZ. Berdasarkan hasil pemeriksaan SEM

dengan melapisi permukaan lvfBZ dengan menggunakan campuran TEOS:metanol, retakan-retakan yang

terdapat pada permukaan MBZ dapat dihilangkan sehingga butiran-butiran MBZ tidak mudah pecah. Hasil

spektrum EDS pada permukaan material berbasis zirkonium yang telah dialiri dengan campuran

TEOS:metanol terdiri atas 44.24 % Zr; 39.35 % 0; 10.78 % CI; 5 % Si. Hasil spectrum XRD menunjukkan

tidak terdapatnya puncak-puncak kristal sehingga bentuk dari MBZ berupa amorphous.

Kata kunci : MBZ, Zirkonium, generator, radioisotop

A BSTRA CT

DEVELOPMENT OF ZIRCONIUM-BASED MATERIAL (MBZ) AS ADSORBEN IN

99Mo/9111TcGENERA TOR. The Zirconium-based material (MBZ) has a high adsorption of Mo and hence

potentially replace alumina as absorbent in 99Mol9mTcgenerator. However,the Zirconium-based material

was fragile and breakable. Zirconium-based material has been successfully synthesis with adsorption

capacity of 193.08 mg of Mo per 1gram of MB2. The MBZ Particle was treated using a solution mixture

TEOS:metanol for increasing the hardness. Based on the result of SEM, the fracture of surface particle MBZ

can be covered TEOS:metanol treatment. The EDS spectrum showed that content of the MBZ coated by

TEOS/methanol comprises 44.24 % Zr; 39.35 % 0; 10.78 % C; 5 % Si. The absence of crystalline in XRD

spectrum peak showed that the MBZ is amorphous.

Keywords:MBZ, Zirconium, generator, radio isoto

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BA TAN 472 [ndra Saptiama dkk

SEMINAR NASIONAL VII

SOM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGY AKARTA, 16 NOVEMBER 2011ISSN 1978-0176

1. PENDAHULUAN

Sebagian besar radionuklida yang digunakansebagai diagnosis dalam aplikasi kedokteran nukliradalah Teknesium-99m karena memiliki waktu

paruh pendek (T 1/2= 6 jam) dan memancarkanenergi gamma (140.5 KeV). Teknesium-99mmerupakan anak luruh dari Mo-99 (TI/2 = 67 h).Secara luas, Teknesium-99m digunakan sebagaiperunut untuk diagnosis dan salah satu radioisotopterbaik diantara radioisotop yang digunakan untukberbagai aplikasi dari single photon emissioncomputed tomography (SPECT)[1,2,3,4].

Oalam kurun waktu 50 tahun ini, berbagaimacam sistem generator 99mTc/9Mo telah banyakdikembangkan karena kebutuhan akan 99mTcsebagairadioisotop medis semakin meningkat. Generatorkolom kromotagrafi menggunakan alumina telahmuncul sebagai sistem generator 99mTc/9Mo yangpaling umum di dunia saat ini . Radionuklida induk99Mo yang digunakan dalam sistem generator99mTc/9Mo merupakan produk fisi yang memilikiaktivitas jenis yang tinggi. Akan tetapi, kapasitaspenyerapan ion molibdate sangat terbatas (2-20 mgMol gram alumina) sehingga diperlukan bahan lainuntuk menggantikan alumina sebagai penyerap Moyang lebih tinggi [3,4].

Masakazu Tanase dkk [5], telah berhasilmengembangkan adsorben polimer anorganik untuk99Mo aktivitas jenis rendah. Adsorben polimeranorganik tersebut berbahan dasar zirkonium (II)klorida disebut sebagai poli zirkonium klorida(PZC). Jumlah 99Mo yang dapat diserap oleh PZCdapat mencapai 200 mg/ g PZC. Oleh sebab itu,material berbasis zirkonium sangat potensial untukdikembangkan sebagai bahan penyerap 99Mo .

Pada saat ini Pusat Radioisotop danRadiofarmaka telah melakukan kegiatanpengembangan material penyerap berbasiszirkonium yang kemudian disebut Material BerbasisZirkonium (MBZ). Pada penelitian sebelumnya,material penyerap berbasis zirkonium telah berhasildisintesis dengan mereaksikan zirkonium (II)klorida, isoropanol dan air didalam pelaruttetrahidrofuran. Material berbasis zirkonium ini

memiliki kapasitas serap yang tinggi sekitar 180 mgMo/g. Akan tetapi, butiran-butiran penyerap tersebutmudah pecah pada sa at proses penyerapan [6].Selanjutnya, untuk meningkatkan kekerasan materialberbasis zirkonium tersebut dilakukan perendamandengan Tetraetylorthosilicate (TEOS) sehinggaretakan yang terbentuk pad a butiran MBZ berhasildihilangkan namun menurunkan daya serap hinggalebih dari 50% [7]. Oleh sebab itu, dalam makalah1m akan disajikan pengaruh aliran campuran

TEOS:metanol sebagai proses pengembanganadsorben material berbasis zirkonium. Tujuankegiatan ini adalah mendapatkan adsorben materialberbasis zirkonium yang memiliki daya serap tinggidan tidak mudah pecah.

2. TAT A KERJA

2.1 Bahan dan Peralatan

Bahan-bahan yang digunakan adalah larutanTetraetylorthosilicate (TEOS) dari Aldrich danMetanol dari E.Merck sebagai bahan pelapisadsorben material berbasis zirkonium (MBZ). Bahanpendukung lainnya seperti serbuk Zirkonium (IV)klorida (ZrCI4), Tetrahydrofurane (THF), larutanisopropanol, natrium hidroksida dipasok dari EMerck sedangkan aquabidest (HP) didapat dariIPHA-Indonesia. Semua bahan kimia tersebutmemiliki kualifikasi pro analisis. Bahan kimiasasaran iradiasi sebagai sumber Mo menggunakanmolibdenum (VI) oksida (Mo03) alam dari E­merck.

Peralatan gelas yang digunakan dalam penelitianini seluruhnya dari pyrex . Peralalatan yangdigunakan adalah timbangan analitik ACCULAB®ALC - 110.4, stirring hot plate HEALTHMAGNETIC STIRRER, tungku pemanas (furnace)VULCAN A-130, Untuk pengukuran aktivitasperunut 99Mo menggunakan dose calibratorATOMLAB 100 plus.

2.2 Cara Kerja

2.2.1 Sintesis penyerap Material BerbasisZirkonium (MBZ)

Mula-mula 50 g serbuk ZrCl4 ditambahkansecara perlahan kedalam gelas piala yang berisicampuran dari 20 g tetrahydrofilrane (THF) dan 26gr isopropanol sambi I dilakukan pengadukan denganmenggunakan stirring hot plate. Setelah itu, larutanditambahkan dengan campuran 10 g THF dan 3.81 gaquabidest sedikit demi sedikit lalu dipanaskanhingga temperatur 95°C. Temperatur pemanasandijaga konstan hingga larutan mengental menyerupaibubur halus. Apabila pengadukan denganmenggunakan magnetic stirrer sudah tidak mampu,maka pengadukan dilakukan secara manual denganbatang pengaduk hingga terbentuk seperti adonanyang liat dan kering. Tahap ini disebut pre-MBZ.

Setelah tahap pre-MBZ selesai, adonan yanghampir kering tersebut didiamkan selama 12 jamhingga kering. Kemudian adonan dipanaskan didalam tungku pemanas dengan temperatur 150°C

Indra Saptiama dkk 473 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

SEMINAR NASIONAL

SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII

YOGYAKARTA,16NOVEMBER2011ISSN 1978-0176

TEOS:metanol telah berhasil melapisi permukaanMBZ sehingga tidak pecah pada saat prosespenyerapan Mo tetapi pada MBZ-002 tidak seluruhpermukaan pada setiap butiran MBZ berhasildilapisi, kemungkinan disebabkan aliran yang tidakmerata ke seluruh butiran MBZ pada saat prosesaliran di dalam kolom.

selama 1 jam. Adonan yang terbentuk berwamacoklat muda kemudian digerus secara perlahansehingga diperoleh serbuk MBZ.

2.2.2 Pelapisan MBZ melalui aliran dengancampuran TEOS:metanol

Pelapisan MBZ dilakukan dengan proses alirandi dalam kolom gelas. Larutan yang digunakanadalah campuran TEOS:metanol. Variasi komposisivolume campuran TEOS:metanol sebesar 25 %:75%( MBZ-OOI), 50%:50% (MBZ-002), 75%:25%(MBZ-003) dilakukan pada saat proses pelapisanMBZ. Masing-masing campuran TEOS:metanoldialirkan kedalam kolom gelas yang telah berisiMBZ sebanyak 5 kali (recycle). Setelah selesai,masing-masing MBZ tersebut dicuplik untuk ujiserap terhadap penyerapan molibdenum.

(a) (b) (e)

2.2.3 Uji Serap MBZ terhadap Molibdenum

Serbuk MBZ yang telah dilapisi dengancampuran TEOS:metanol dengan variasi komposisivolume yakni 25%:75% (MBZ-OOI), 50%:50%(MBZ-002), 75%:25% (MBZ-003) dicupliksebanyak 0,2 gram kemudian dimasukkan kedalamtiga buah botol 10 mL bertutup yang berisi 5 mllarutan Mo dengan konsentrasi aktivitas 99Mo

masing-masing 1,7 mCi dengan kandungan Mo totalmasing-masing 40 mg dan pH larutan 6.

Gambar 1. Kondisi penyerap MBZ dalamlarutan Mo-99 (a) MBZ-OOl (b) MBZ-002

(c) MBZ-003

Butiran material berbasis zirkonium (MBZ-OOI)sebelum pelapisan dan setelah pelapisan denganlarutan campuran TEOS:metanol (25%:75%) sertasetelah penyerapan Mo difoto dengan menggunakanScanning Electron Microscope (SEM) denganperbesaran 150x. Hasilnya ditunjukkan pad aGambar 2.

Gambar 2. Foto SEM dari MBZ-OOl

(a) sebelum pelapisan (b) setelah pelapisan(c) setelah penyerapan Mo.

Masing-masing botol tersebut dipanaskandidalam oil bath pada temperatur 90°C selama 3 jamdan setiap 30 menit masing-masing botol digoyangpelan-pelan. Setelah pemanasan, seluruh botol yangmengandung cairan dan padatan Mo-MBZdidiamkan hingga temperatur kamar. Cairan yangada dalam botol dipisahkan dari padatannya dengancara dekantasi dan ditampung dalam masing-masingbotol limbah. Padatan Mo-MBZ dicuci denganmenggunakan aquabidest hingga air cucian jemihkemudian air cucian disatukan didalam botollimbah.Masing-masing cairan dalam botol limbah diukuraktivitas 99Mo dengan dose calibrator untukmengetahui persen yield penyerapan dan kapasitasserap MBZ terhadap Molibdenum.

(a) (b) (e)

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Terlihat pada Gambar 1 hasil sintesis MBZdengan menggunakan aliran larutan campuranTEOS : metanol ( v/v). Terlihat pada gambar I(b)kondisi MBZ-002, dalam larutan tersebut butiran­

butiran MBZ pecah dan sebagian melayang sehinggalarutan menjadi keruh sedangkan pada MBZ-OOIdan MBZ-003 butiran-butiran MBZ berada di dasar

larutan dan larutan tetap jenih. Hal ini menunjukkanbahwa pada MBZ-OOI dan MBZ-003, pelapisan

Berdasarkan hasil foto SEM pad a Gambar 2asebelum dialiri campuran TEOS:metanolmemperlihatkan permukaan MBZ yang kasar danadanya retakan-retakan. Keretakan tersebut

menyebabkan MBZ rapuh dan mudah pecah saatproses penyerapan Mo. Pada gambar 2b dan 2cmenunjukkan retakan-retakan pad a permukaan MBZtidak terlihat dan permukaan lebih halus. Hal inimenunjukkan bahwa dengan aliran TEOS:metanol(25%:75%) pada butiran MBZ mampu mengurangidan menutup retakan-retakan yang terbentuk pad a

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 474 Indra Saptiama dkk

SEMINAR NASIONAL VII

SDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011ISSN 1978-0176

pennukaan MBZ sehingga butiran menjadi kerasdan tidak mudah pecah.

Tabel L Karakteristik sinar-X

Hasil karakterisasi EDS

unsur lapisan pada MBZperlakuan seperti yangGambar 3.

diperoleh kandungandari masing-masingditunjukkan pada

Unsur

Oksigen

Zirkonium

Klor

Ka0,525

15,78

2,62

!9!

17,67

2,82

La

2,225

-•••••...•..

J

)100

Ig

2400

~.1 •••• - ~b••• •

DOO

,..•••

Terlihat pada Tabel 2, kandungan oksigenmengalami peningkatan sebesar 11 % yang didugahasil interaksi dengan silikon membentuk lapisansilikon oksida pada pennukaan MBZ [7].Perbandingan massa antara silikon dan penambahanoksigen diubah menjadi perbandingan jumlah atom .Hasilnya didapat perbandingan Si:O sebesar 1:4.

Tabel 2. Perbandingan massa unsur penyusun MHZ

l,V

(a)

(b)

Gambar 3. Spektrum EDS pad a permukaanMHZ - 001 (a) sebelum dialiri TEOS:metanol

(b) setelah dialiri TEOS:metanol

Unsur SebelumSetelah

PelapisanPelapisan

(%)(%)

028.35 39.35

Si

tidak ada 5

CI

15.0210.78

Zr

56.6244.24

Hasil pengukuran XRD dari pennukaan MBZsetelah dialiri TEOS:metanol seperti terlihat padaGambar 4 yang menunjukan bahwa tidak adanyapuncak-puncak yang dapat memberikan informasiidentitas dari kemungkinan terbentuknya kristal darisenyawaan silikon oksida seperti Si02 dan bentukkristal dari MBZ. Oleh karena itu diduga bentukmorfologi dari MBZ yang telah dilapisiTEOS:metanol berupa amorphous dan tidakterbentuk kristal dari senyawaan silikon.

9,00 tz:.OO IH!6 ILOO 21J)O

J600

)2001 ~ ~

...- :,r;me

24002~~ I f. :.t

i c

'-I

1 ••••

1200IlOO;00o-I~, I,),00

6J)()

Tabel 3. HasH Uji serap penyerapan Mo denganaliran TEOS:metanol

Hasil uji penyerapan Mo pada MBZ disajikandalam Tabel 3, menunjukkan masing-masingkapasitas serap yang dihasilkan dari masing-masingMBZ.

dengan berbagai perbandingan

Berdasarkan hasil spektrum EDS dari MBZ-OO1,sebelum dialiri TEOS:metanol pada gambar 3(a),terlihat adanya sinar-X karakteristik dari beberapaunsur yang disajikan pada Tabel 1. Hal inimenunjukkan pada pennukaan MBZ mengandungunsur 0, unsur Zr, dan unsur Cl dengan komposisipersentasi massa yang berbeda-beda yang terlihatpad a Tabel 2. Unsur-unsur tersebut merupakankomponen utama dari material berbasis zirkoniumini. Spektrum EDS pada permukaan MBZ setelahdialiri TEOS:metanol terlihat adanya sinar-x darisilikon (Ka 1,74 keV) dan alumunium (Ka 1,48keV) sebesar 5,98 % dan 0,44 %. Adanya unsursilikon menunjukkan MBZ telah berhasil terlapisi,walaupun kandungannya hanya sedikit tetapi mampumeningkatkan dari segi kekerasan dari materialtersebut.

No

2

3

Jenis Penyerap

MBZ -001

MBZ -002

MBZ-003

Kapasitas Serap

(mg/gram)193.08

191.87

188.12

lndra Saptiama dkk 475 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

SEMINAR NASIONAL

SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII

YOGY AKART A, 16 NOVEMBER 2011ISSN 1978-0176

Adsorben material berbasis zirkonium yangmemiliki daya serap tinggi dan tidak mudah pecahtelah berhasil disintesis dengan aliran campuranTEOS:metanol dengan komposisi 25% TEOS dan75% metanol terhadap butiran-butiran penyerapMBZ. Material berbasis zirkonium (MBZ) tersebutmemiliki kapasitas serap sebesar 193 mg Mo tiap 1gram MBZ. Berdasarkan hasil pemeriksaan SEM. 7.dengan melapisi permukaan MBZ denganmenggunakan campuran TEOS:metanol, retakan­retakan yang terdapat pada permukaan MBZ dapatdihilangkan sehingga butiran-butiran MBZ tidakmudah pecah. Berdasarkan hasil pemeriksaandengan EDS penyusun material berbasis zirkoniumyang telah dialiri dengan campuran TEOS:metanolterdiri atas 44.24 % Zr; 39.35 % 0; 10.78% CI; 5%Si. Morfologi yang tebentuk dari sintesis materialberbasis zirkonium berupa amorfous dan tidakterbentuk kristal Si02 sebagaimana dugaansebelumnya terlihat dari spectrum XRD dari MBZyang telah dialiri campuran TEOS dan metanol.

1.

5.

2.

JUN BYUNG JIN, et.al., "Feasibility Study on

Mass Production of (n,y) 99Mo". JAEA­Research. 20 I0-046.

M.MOST AFA, et.al., "Labeling of ceftriaxone

for infective inflammation imaging using 99mTc

eluted from 99MormTc generator based on

zirconium molybdate". Applied Radiation and

isotope 68 (2010) 1959-1963.R.CAHAKRA VARTY, et.al., "A Novel

electrochemical technique for the production of

clinical grade 99mTc using (n,y) 99Mo". Nuclear

Medicine and Biology 37 (2010) 21-18.

S. CHATTOPADHYAY, et.al., "A simple and

rapid technique for recovery of 99mTcfrom low

specific activity (n,y) 99Mo based on solventextraction and column chromatography".

Applied Radiation and isotope 68 (2010) 1-4.MASAKAZU TANASE, et.al., "A 99mTc

Generator using a New Inorganic Polymer

Adsorben for (n, y)99Mo". Appl. Radiat . Isot.

Vol 48. N05, pp. 607-611,1997.AWALUDIN R, SRIYONO, HERLINA,

"Sintesis dan Karakterisasi Penyerap

Molibdenum Berkapasitas Tinggi untuk

Generator 99MormTc",Jumal Radioisotop dan

Radiofarmaka, Volume 13, No.1, halaman 23-

32, April 2010, ISSN 1410-8542.AWALUDIN R, SRIYONO, "Pengaruh

perlakuan Tetraorthosilikate terhadapkarakterisitik material berbasis zirkonium untuk

generator radioisotop 99Mo/99mTc", Jumal

Sains dan Teknologi Nuklir Indonesia, Vol. 12,No. I, Februari 2011, ISSN 1411-3481.

8. S.CHA TTOP ADHY AY, et.al., "A novel 99mTc

delivery system using (n,y)99Mo adsorbed on a

large alumina column in tandem with Dowex-l

and AgCI columns". Applied Radiation and

Isotope 57 (2002) 7-

6.

3.

4.

6. DAFTAR PUSTAKA

Penelitian ini didukung oleh Kementrian Risetdan Teknologi melalui program insentif riset (RT­2011-0599) tahun 2011.

5. UCAPAN TERIMA KASIHPZC P"JlYERAPAN

1011010I

40i 30I

~1000

'0::030'"501101010go

2_.

Gambar 4. HasH pengukuran XRD pada MBZ-OOI

4. KESIMPULAN

Berdasarkan hasil uji serap diperoleh bahwa MBZdengan aliran TEOS:metanol memiliki kapasitasserap sebesar 193,08;191,87; dan 188,12 mg Mountuk tiap gram MBZ. MBZ-OO1 memilikikapasitas serap tertinggi sehingga aliran denganlarutan campuran TEOS:metanol denganperbandingan komposisi 25%:75% merupakankomposisi yang paling baik diantara dua komposisiyang lainnya dari segi penyerapan dan kekerasanmaterial serbuk MBZ karena memiliki daya seraptinggi juga tidak pecah saat proses penyerapan Mo.

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BA TAN 476 lndra Saptiama