sintesis zeolit-silan tercangkok poliakrilonitril yang...
TRANSCRIPT
SINTESIS ZEOLIT-SILAN TERCANGKOK
POLIAKRILONITRIL YANG DIAMIDOKSIMASI
DAN APLIKASINYA PADA ION LOGAM Cd2+
SKRIPSI
SILVIA FIDYATI
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH
JAKARTA
2019 M / 1440 H
SINTESIS ZEOLIT-SILAN TERCANGKOK POLIAKRILONITRIL YANG
DIAMIDOKSIMASI DAN APLIKASINYA PADA ION LOGAM Cd2+
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
Program Studi Kimia
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta
Oleh
SILVIA FIDYATI
NIM : 11140960000066
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH
JAKARTA
2019 M / 1440 H
ABSTRAK
SILVIA FIDYATI. Sintesis Zeolit-Silan Tercangkok Poliakrilonitril yang
Diamidoksimasi dan Aplikasinya pada Ion Logam Cd2+. Dibimbing oleh TITA
PUSPITASARI dan NURMAYA AROFAH.
Zeolit Modifikasi-Poliakrilonitril (ZM-PAN) merupakan zeolit
termodifikasi silan yang dicangkok dengan akrilonitril menggunakan teknik
pencangkokan iradiasi gamma dari sumber Co-60 dan dilakukan proses
amidoksimasi menjadi ZM-Amidoksim (ZM-AMO) sehingga dapat diaplikasikan
sebagai adsorben untuk menurunkan kadar logam berat seperti kadmium (Cd).
Zeolit yang digunakan dalam penelitian ini adalah zeolit yang berasal dari jenis
klinoptilolit Lampung. Tahapan penelitian meliputi preparasi zeolit alam, preparasi
monomer akrilonitril, pembuatan larutan akrilonitril, modifikasi zeolit dengan
vinyltriethoxysilane (VTES), pencangkokan akrilonitril kepada zeolit termodifikasi
silan menggunakan teknik iradiasi, amidoksimasi dan karakterisasi dengan Fourier
Transform Infra Red (FTIR) dan Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS).
Sintesis dilakukan dengan variasi dosis 10, 15, 25, 50, 75 dan 100 kGy serta variasi
laju dosis 2 dan 6 kGy/jam. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kondisi terbaik
untuk sintesis ZM-PAN, yaitu dengan monomer tanpa dibuat emulsi yaitu pada
dosis 25 kGy dengan laju dosis 2 kGy/jam, sebesar 67,44%. Kemudian dilakukan
proses amidoksimasi terhadap ZM-PAN dengan memanaskannya dalam larutan
hidroksilamin 6% dalam campuran air-metanol (1:1) pada suhu 80℃ selama 3 jam
untuk menghasilkan ZM-AMO. Terbentuknya ZM-PAN dan ZM-AMO dibuktikan
dengan FTIR yang ditandai munculnya pita serapan pada bilangan gelombang 3200
– 3600 cm-1 gugus OH; 2243,21 cm-1 gugus C≡N; 2970,38 cm-1 dan 2816,07 cm-1
gugus–CH2 asimetris dan simetris; 1647,21 gugus C=C; 785,03 gugus T-O-T untuk
ZM-PAN dan setelah proses amidoksimasi terbentuk pita serapan yang melebar
dimana pita serapan antara 3500-3650 cm-1 merupakan pita serapan -NH dari
amidoksim [-C(NH2)=NOH]. Kapasitas adsorpsi optimum untuk ion logam Cd2+
yaitu 200,8845 mg/g dengan efisensi 19,66% untuk ZM-AMO dengan emulsi dan
223,8971 mg/g dengan efisiensi 21,91% untuk ZM-AMO dengan monomer tanpa
dibuat emulsi.
Kata Kunci : Adsorben, akrilonitril, pencangkokan iradiasi, silan, zeolit.
ABSTRACT
SILVIA FIDYATI. Synthesis of Zeolite-Silane Grafted with Polyacrylonitrile
which is Amidoximated and Its Application to Cd2+ Metal Ions. Supervised by
TITA PUSPITASARI and NURMAYA AROFAH.
Zeolite Modified-Polyacrylonitrile (ZM-PAN) is a silane modified zeolite
grafted with acrylonitrile using a gamma irradiation technique from Co-60 source
and the amidoximation process is made into ZM-Amidoxime (ZM-AMO) so that it
can be applied as an adsorbent to reduce levels of heavy metals such as cadmium
(Cd). Zeolite used in this study is zeolite from Lampung, the clinoptilolite type. The
research stages included preparation of natural zeolite, acrylonitrile monomer
preparation, modification of zeolite with vinyltriethoxysilane (VTES), acrylonitrile
grafting to silane modified zeolite using irradiation technique, amidoximation and
characterization with Fourier Transform Infra Red (FTIR) and Atomic Absorption
Spectrophotometer (AAS). Synthesis is carried out with variations in doses of 10,
15, 25, 50, 75 and 100 kGy and variations in dose rates 2 and 6 kGy/hour. The
results showed that the best conditions for ZM-PAN with monomer without
emulsions were at dose of 25 kGy with a dose rate of 2 kGy/hour, at 67.44%. The
ZM-PAN process is then carried out by heating it in a 6% hydroxylamine solution
in a mixture of water-methanol (1:1) at 80℃ for 3 hours (ZM-AMO). The formation
of ZM-PAN and ZM-AMO is proven by FTIR which has verified the absorption
band at wave number 3200-3600 cm-1 is OH group; 2243,21 cm-1 is group C≡N;
2970,38 cm-1 and 2816,07 cm-1 is asymmetrical and symmetrical CH2 groups;
1647,21 cm-1 is C=C groups; 785,03 cm-1 is T-O-T groups for ZM-PAN and after
the amidoximation process widened absorption bands formed while the absorption
band between 3500-3650 cm-1 was the -NH absorption band from amidoxime [-C
(NH2) = NOH]. The optimum adsorption capacity for Cd2+ metal ions is 200,8845
mg/g with efficiency of 19,66% for ZM-AMO with emulsion and 223,8971 mg/g
with efficiency of 21,91% for ZM-AMO with monomers without emulsion.
Keywords: Adsorbent, acrylonitrile, radiation grafting, silane, zeolite.
vii
KATA PENGANTAR
Bismillaahirrahmaanirrahim
Assalamu’alaikum Warahmatullah Wabarakatuh
Puji dan syukur penulis haturkan ke hadirat Allah SWT, atas segala nikmat-
Nya sehingga penulis mampu menyelesaikan proposal penelitian ini. Shalawat serta
salam semoga selalu dilimpahkan kepada Nabi Muhammad SAW. Skripsi ini
berjudul “Sintesis Zeolit-Silan Tercangkok Poliakrilonitril yang
Diamidoksimasi dan Aplikasinya pada Ion Logam Cd2+”. Skripsi ini disusun
sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar strata 1 (S1) Program Studi
Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.
Skripsi ini tidak mungkin selesai tanpa bantuan dari banyak pihak. Pada
kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada semua
pihak yang telah membantu baik dari segi moril maupun materil secara langsung
atau tidak langsung dan mendukung penulis sehingga penelitian dan penulisan
skripsi ini dapat diselesaikan, terutama kepada yang saya hormati sebagai berikut.
1. Dr. Tita Puspitasari, M.Si selaku Pembimbing I yang telah memberikan ilmu,
waktu, saran, masukan serta kemudahan terhadap penulis selama proses
penelitian dan proses penulisan skripsi.
2. Nurmaya Arofah, M.Eng selaku Pembimbing II yang telah memberikan ilmu,
waktu, saran, masukan dan bimbingan terhadap penulis dalam menyelesaikan
penulisan skripsi.
3. Dr. Siti Nurbayti, M.Si selaku Penguji I dan dosen pembimbing akademik yang
telah memberikan kritik, saran, masukan serta memberikan bimbingan dan
motivasi kepada penulis selama penyusunan skripsi dan selama kuliah.
viii
4. Nurhasni, M.Si selaku Penguji II yang telah banyak memberikan kritik dan
saran dalam penyusunan dan penulisan skripsi.
5. Dr. La Ode Sumarlin, M.Si selaku Ketua Program Studi Kimia, Fakultas Sains
dan Teknologi, UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.
6. Prof. Dr. Lily Surayya Eka Putri, M.Env.Stud selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.
7. Drs. Totti Tjiptosumirat, M.Rur.Sci selaku Kepala Pusat Aplikasi Isotop dan
Radiasi (PAIR) Batan Pasar Jumat, Jakarta Selatan.
8. Seluruh dosen Program Studi Kimia UIN Syarif Hidayatullah Jakarta yang telah
memberikan ilmu serta bimbingan kepada penulis selama perkuliahan.
9. Teristimewa kepada orang tua dan keluarga besar yang senantiasa memberikan
semangat dan bantuan moril maupun materi dan doa kepada penulis.
10. Ibu Susi, Ibu Dewi, Ibu Nunung, Bang Imam, Bang Deden dan staf-staf PAIR
BATAN yang telah membantu penulis selama penelitian.
11. Mutia Dewi selaku teman seperjuangan selama penelitian dan penyusunan
skripsi yang telah banyak membantu dalam memberikan masukan, arahan dan
nasihat kepada penulis.
12. Larissa Risky A, Ita Lailatul L, Riska Isnaeny Z, M Rosidi A, Sinta Dara P,
Istifanya S, M Yasir H, Irfan N yang telah banyak membantu memberikan
masukan dan menyemangati penulis selama penulisan skripsi dan penelitian
serta teman-teman seperjuangan angkatan 2014 yang telah mendukung penulis
selama penulisan dan selama kuliah.
13. Keluarga PMII KOMFAST yang telah mendukung penulis dan menjadi
keluarga kedua bagi penulis selama kuliah.
ix
14. Arief Septa Putra yang telah memberikan semangat, dukungan, motivasi
sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dan teman-teman yang tidak
dapat saya sebutkan satu persatu namanya yang telah banyak mendukung
penulis selama penulisan skripsi ini dibuat.
Penulis berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu
pengetahuan, khususnya di bidang kimia, Aamiin Ya Rabbal’alamin.
Jakarta, Agustus 2019
Silvia Fidyati
x
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ......................................................................................... vii
DAFTAR ISI .......................................................................................................... x
DAFTAR TABEL ............................................................................................... xii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xv
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ............................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah .......................................................................................... 6
1.3 Hipotesis ........................................................................................................ 7
1.4 Tujuan Penelitian ........................................................................................... 7
1.5 Manfaat Penelitian ......................................................................................... 7
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................... 8
2.1 Zeolit .............................................................................................................. 8
2.1.1 Sifat Zeolit .......................................................................................... 10
2.1.2 Jenis Zeolit ......................................................................................... 11
2.2 Silan ............................................................................................................. 13
2.3 Akrilonitril ................................................................................................... 16
2.4 Radiasi ......................................................................................................... 18
2.5 Modifikasi Permukaan dengan Gugus Inisiator .......................................... 21
2.6 Kopolimerisasi Cangkok dengan Teknik Iradiasi........................................ 22
2.7 Proses Amidoksimasi .................................................................................. 24
2.8 Adsorpsi ....................................................................................................... 25
2.9 Kadmium (Cd) ............................................................................................. 28
2.10 Fourier Transform Infra Red (FTIR) ........................................................... 28
2.11 Spektrofotometer Serapan Atom (SSA) ...................................................... 31
BAB III METODE PENELITIAN .................................................................... 33
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ...................................................................... 33
xi
3.2 Alat dan Bahan ............................................................................................ 33
3.2.1 Alat ..................................................................................................... 33
3.2.2 Bahan .................................................................................................. 33
3.3 Prosedur Kerja ............................................................................................. 34
3.3.1 Skema Kerja ....................................................................................... 34
3.3.2 Preparasi Zeolit (Puspitasari, 2017) ................................................... 35
3.3.3 Pembuatan Emulsi Akrilonitril 30 % (Puspitasari, 2017) .................. 35
3.3.4 Modifikasi Zeolit (Khan et al., 2017) ................................................ 35
3.3.5 Pembentukan ZM-PAN (Puspitasari, 2017)....................................... 35
3.3.6 Proses Amidoksimasi (Puspitasari, 2017) .......................................... 36
3.3.7 Penentuan Gugus Fungsi dengan Menggunakan FTIR ...................... 36
3.3.8 Uji Kapasitas Adsorpsi ZM-AMO dengan Cd2+ (Amaliasani, 2016) 37
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 38
4.1 Modifikasi Zeolit menjadi Zeolit Modifikasi (ZM)..................................... 38
4.2 Sintesis Zeolit Modifikasi-Poliakrilonitril (ZM-PAN) ................................ 42
4.3 Amidoksimasi .............................................................................................. 51
4.4 Kapasitas dan Efisiensi Adsorpsi ZM-AMO terhadap Ion Logam Cd2+ ..... 54
BAB V PENUTUP ............................................................................................... 59
5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 59
5.2 Saran ............................................................................................................ 59
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 60
LAMPIRAN ......................................................................................................... 66
xii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Perbedaan zeolit dengan resin (Las, 2002) ............................................. 11
Tabel 2. Contoh zeolit alam yang umum diketahui (Sutarti, 1994) ..................... 12
Tabel 3. Rumus oksida beberapa jenis zeolit sintetik (Sutarti, 1994) .................. 13
Tabel 4. Klasifikasi asam dan basa menurut prinsip HSAB (Pearson, 1963) ...... 27
Tabel 5. Data puncak serapan FTIR zeolit dan ZM ............................................. 41
Tabel 6. Data puncak serapan FTIR pada PAN dan ZM-PAN ............................ 51
Tabel 7. Data puncak serapan FTIR ZM-AMO ................................................... 53
xiii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Bentuk tetrahedral silika atau alumina pada struktur zeolit (Las,
2002) .................................................................................................. 9
Gambar 2. Struktur stereotip klinoptilolit (Las, 2002). ......................................... 9
Gambar 3. Struktur VTES (Zhang et al., 2014) .................................................. 15
Gambar 4. Representasi skema mekanisme silanisasi pada zeolit (Yi et al.,
2010) ................................................................................................ 16
Gambar 5. Struktur akrilonitril (Angvardt et al., 2012) ...................................... 17
Gambar 6. Proses reaksi silanisasi dan reaksi cangkok iradiasi (Khan et al.,
2017) ................................................................................................ 24
Gambar 7. Reaksi pada proses amidoksimasi (Khan et al., 2017) ...................... 25
Gambar 8. Prinsip kerja FTIR (Hendayana, 1994) .............................................. 29
Gambar 9. Prinsip kerja SSA (Underwood dan Day, 1986) ................................ 32
Gambar 10. Bagan alir metode penelitian ........................................................... 34
Gambar 11. Mekanisme sintesis zeolit modifikasi (ZM) (Demir et al., 2006; Yi
et al., 2010) ...................................................................................... 39
Gambar 12. Produk Zeolit Modifikasi (ZM) ....................................................... 39
Gambar 13. Hidrofilitas ZM (kiri) dan zeolit (kanan) ......................................... 39
Gambar 14. Spektra FTIR zeolit (hitam) dan ZM (hijau) ................................... 40
Gambar 15. Mekanisme reaksi tahap inisiasi ...................................................... 43
Gambar 16. Mekanisme reaksi tahap propagasi .................................................. 44
Gambar 17. Mekanisme reaksi tahap terminasi .................................................. 44
Gambar 18. Mekanisme reaksi total pembentukan ZM-PAN ............................. 45
Gambar 19. Grafik hubungan antara pengaruh dosis dan % cangkok (emulsi) .. 46
Gambar 20. Grafik hubungan antara pengaruh dosis dan % cangkok ZM-PAN
(tanpa dibuat emulsi) ....................................................................... 47
Gambar 21. Kondisi fisik ZM-PAN .................................................................... 49
Gambar 22. Spektrum ZM-PAN (hitam) dan PAN (biru) ................................... 50
Gambar 23. Spektra FTIR ZM ............................................................................ 50
xiv
Gambar 24. Reaksi amidoksimasi pada ZM-PAN .............................................. 52
Gambar 25. Hasil spektra ZM-AMO ................................................................... 53
Gambar 26. Grafik kapasitas adsropsi pada ion logam Cd2+ ............................... 55
Gambar 27. Grafik hubungan antara konsentrasi awal logam dengan efisiensi
penyerapan ZM-AMO ..................................................................... 56
Gambar 28. Reaksi adsorpsi ZM-AMO pada ion logam Cd2+ ............................ 57
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Sintesis ZM-PAN ............................................................................ 66
Lampiran 2. Sintesis ZM-AMO .......................................................................... 68
Lampiran 3. Contoh perhitungan % cangkok dan densitas amidoksim .............. 69
Lampiran 4. Perhitungan pembuatan larutan logam Cd ...................................... 70
Lampiran 5. Data analisis dengan spektrofotometer serapan atom ..................... 72
Lampiran 6. Data kapasitas adsorpsi dan efisiensi penyerapan .......................... 73
Lampiran 7. Contoh perhitungan kapasitas adsorpsi dan efisiensi penyerapan .. 74
Lampiran 8. Kurva kalibrasi ................................................................................ 75
Lampiran 9. Dokumentasi penelitian .................................................................. 76
Lampiran 10. Daftar Riwayat Hidup ................................................................... 80
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia memiliki kekayaan alam yang berlimpah, salah satunya adalah
zeolit. Zeolit merupakan material aluminosilikat berpori atau batuan berpori yang
memiliki banyak kegunaan, salah satunya adalah sebagai adsorben. Zeolit memiliki
keistimewaan karena sifatnya mudah diatur sehingga dapat dimodifikasi sesuai
dengan kebutuhan (Indah, 2017). Pemanfaatan bahan alam ini mengingatkan kita
bahwa segala sesuatu yang ada di langit dan bumi tidak lain adalah ciptaan Allah
SWT, seperti dalam firman-Nya dalam surat Al Jaatsiyah ayat 13 :
ر لكم ما في ا في الرض جميعا منه إن في السماوات وم وسخ
لك ليات لقوم يتفكرون ذ
Artinya : “Dan Dia telah menundukkan untukmu apa yang di langit dan apa yang
di bumi semuanya, (sebagai rahmat) daripada-Nya. Sesungguhnya pada yang
demikian itu benar-benar terdapat tanda-tanda (kekuasaan Allah) bagi kaum yang
berfikir”. (Q.S. Al-Jaatsiyah : 13).
Tafsiran ayat tersebut menunjukkan bahwa segala yang ada di alam semesta
ini merupakan tanda-tanda kekuasaan Allah SWT yang memiliki banyak manfaat
salah satunya yaitu pemanfaatan bahan alam zeolit. Zeolit banyak dipilih karena
dapat dikembangkan lebih luas karena menghasilkan kombinasi gugus pengkelat
dari polimer organik dan kekuatan mekanik istimewa dari matriks anorganik yang
merupakan material baru untuk dikembangkan sebagai adsorben ion logam berat
dalam limbah industri (Puspitasari, 2017).
2
Menurut Wani dan Thorat (2008), zeolit alam jenis klinoptilolit merupakan
adsorben logam berat yang potensial dan cukup efisien karena memiliki
kemampuan pertukaran ion yang tinggi, dapat dimodifikasi, harganya relatif murah
dan mudah didapat. Kapasitas adsorpsi zeolit klinoptilolit dan interaksinya dengan
ion logam masih relatif lemah dan stabilitas mekaniknya buruk, maka untuk
mengatasi keterbatasannya dilakukan penggabungan polimer hibrida organik-
anorganik untuk menghilangkan zat beracun dari air limbah (Samiey et al., 2014).
Material anorganik dengan polimer organik dapat digabungkan dengan
metoda pembuatan material hibrida. Metoda ini adalah metoda ikatan kimia antara
material anorganik dan organik, diantaranya melalui proses interkalasi
monomer/polimer di dalam ruang 3D material anorganik, dilanjutkan dengan
polimerisasi in situ dan pencangkokan (Puspitasari, 2017). Sintesis komposit
hibrida, masing-masing komponen dapat berinteraksi dan menghasilkan material
yang memiliki sifat pengkelat yang tinggi, permukaan yang luas dan kekuatan
mekanik yang baik (Gao et al., 2010). Li et al (2006) menyatakan bahwa
penggabungan material organik-anorganik berbasis polimer komposit menjadi
perhatian dunia dalam bidang ilmu material karena bahan yang dihasilkan memiliki
kinerja yang unggul untuk selektivitas pemisahan gas/cairan khususnya limbah
industri, tetapi ditemukan hambatan menggabungkan molekul zeolit ke dalam
matriks poliakrilonitril karena kompatibilitas yang buruk. Beberapa metode telah
diusulkan untuk meningkatkan kekuatan kinerja zeolit, salah satunya adalah
modifikasi kimia pada permukaan molekul anorganik dengan agen kopling silan
(Li et al., 2006).
3
Derajat pencangkokan akan mempengaruhi kapasitas adsorpsi pada ion
logam berat, sehingga untuk mendapatkan derajat pencangkokan yang lebih tinggi
perlu dilakukan modifikasi zeolit dengan senyawa silan terlebih dahulu sebelum
pencangkokan. Berbagai penelitian sebelumnya diketahui bahwa modifikasi cangkok
monomer ke bahan anorganik dapat dilakukan dengan bantuan gugus silan (Zou et al.,
2001) yang berperan sebagai coupling agent salah satunya adalah Vinyl-triethoxy-
silane (VTES). Agen penggandeng senyawa silan memiliki kemampuan untuk
membentuk ikatan antara bahan organik dan bahan anorganik sehingga dapat
meningkatkan sifat mekanik, kekuatan ikatan dan kekuatan daya serapnya
(Oktaviana et al., 2015). Coupling agent VTES ini telah dimanfaatkan untuk
memodifikasi permukaan silika dengan akrilonitril menghasilkan hibrid (gabungan)
polimer dengan sifat unggul yang dilakukan oleh Khan et al., (2017), hasilnya
menunjukkan pada dosis 20 kGy dengan laju dosis 4,7 kGy/jam sebesar 748% dan
kapasitas adsorpsinya terhadap ion Cu2+ sebesar 172 mg/g.
Penelitian ini menggunakan polimer jenis poliakrilonitril (PAN) karena
polimer ini berfungsi sebagai bahan pengikat yang banyak digunakan untuk bahan-
bahan anorganik karena memiliki kekuatan merekat yang baik dengan bahan-bahan
anorganik, dapat larut dalam pelarut organik dan memiliki stabilitas kimia yang
baik, memiliki banyak pori, kemampuan untuk memuat bahan penukar ion sangat
tinggi serta murah.
Sintesis komposit hibrida antara monomer akrilonitril (AN) dan zeolit masih
sangat terbatas informasinya, pengembangan metoda interkalasi yang lebih
sederhana dengan cara meningkatkan kompatibilitas antara zeolit dengan monomer
pada penelitian ini dilakukan dengan teknik iradiasi gamma karena relatif
4
sederhana, tidak membutuhkan inisiator bahan kimia dan dapat dilakukan pada
suhu ruang (Puspitasari, 2017). Menurut Mcdowall et al (1984); Purwaningsih et al
(2012) modifikasi dengan teknik pencangkokan iradiasi digunakan karena dapat
memperbaiki sifat-sifat adsorben seperti kemampuan dalam penyerapan,
kemampuan penukar ion, ketahanan terhadap termal. Proses ini sederhana, tidak
menghasilkan residu kimia, menghasilkan radikal bebas pada bahan polimer dan
radikal bebas ini akan digunakan untuk memulai proses pencangkokan monomer
(Ma et al., 2011).
Penelitian ini dalam meningkatkan derajat pencangkokan dilakukan dengan
dosis iradiasi dan laju dosis iradiasi yang optimum mengacu pada penelitian
Puspitasari (2017) yang melakukan penelitian dengan berbagai macam zeolit alam,
yaitu zeolit nanggung, zeolit bayah dan zeolit lampung dengan variasi dosis 10 kGy
sampai 150 kGy dan laju dosis 2 kGy/jam dan 6 kGy/jam. Hasilnya menunjukkan
bahwa dosis radiasi optimum pada 100 kGy dengan laju dosis 2 kGy/jam namun
derajat pencangkokannya masih relatif rendah sekitar 20%, maka dari itu dilakukan
variasi dosis dan laju dosis pada penelitian untuk melihat pengaruh derajat
pencangkokannya dan dilakukan modifikasi pada permukaan zeolit dahulu
sebelumnya.
Proses fungsionalisasi polimer menjadi agen pengkelat adalah proses yang
penting untuk mendapatkan adsorben yang memiliki kapasitas adsorpsi yang tinggi
dan juga selektif (Puspitasari, 2017). Penggunaan monomer akrilonitril dapat
difungsionalisasi misalnya menjadi amidoksim (Liu et al., 2012). Gugus
amidoksim adalah gugus yang memiliki reaksi pengkelat yang tinggi terhadap ion-
ion logam berat dibandingkan gugus pengkelat lainnya. Fungsionalisasi
5
poliakrilonitril menjadi agen pengkelat melalui reaksi amidoksimasi dilakukan
untuk meningkatkan kapasitas adsorpsi dan selektifitasnya (Puspitasari, 2017).
Amidoksim dapat mengkelat beberapa jenis ion logam berat dan digunakan untuk
meningkatkan efisiensi penyerapan ion logam berat seperti Cd2+ (Zheng et al.,
2010), Pb2+ (Chen et al., 2010), Zn2+, Cu2+ (Anirudhan et al., 2010).
Menurut Oktaviani et al (2016), proses amidoksimasi dapat mengubah
gugus siano pada akrilonitril menjadi gugus amidoksim yang dapat membentuk
kompleks stabil agar adsorben yang dihasilkan bersifat sebagai pengkelat yang
memiliki selektivitas tinggi terhadap ion logam, khususnya Cd2+ (Zheng et al.,
2010). Puspitasari (2017) menunjukkan bahwa zeolit termodifikasi amidoksim
dengan derajat pencangkokan sebesar 20% memiliki kapasitas adsorpsi terhadap
ion Pb2+ sebesar 62 mg/g, lebih besar 24% dibandingkan zeolit tanpa modifikasi
karena pori-pori zeolit tanpa modifikasi sebagian sudah tidak aktif diakibatkan
sudah tertutup oleh polimer PAN yang belum diaktivasi oleh amidoksim.
Penelitian ini memanfaatkan zeolit Lampung dengan jenis klinoptilolit yang
dimodifikasi dengan monomer akrilonitril yang sebelumnya diberi perlakuan
dengan senyawa silan untuk pengolahan limbah logam berat dengan teknik
kopolimerisasi cangkok iradiasi gamma. Untuk mendapatkan kopolimer zeolit
modifikasi tercangkok poliakrilonitril (ZM-PAN) dengan persen cangkok yang tinggi
dan memiliki kapasitas pertukaran ion logam yang tinggi, maka perlu dilakukan suatu
penelitian untuk mengetahui kondisi optimum dan pengaruh beberapa variabel
terhadap persen cangkok seperti variasi dosis dan variasi laju dosis iradiasi. Pengaruh
persen cangkok terhadap kapasitas adsorpsi logam juga diteliti. Zeolit termodifikasi
silan (ZM) yang tercangkok akrilonitril (ZM-PAN), kemudian dilakukan proses
6
amidoksimasi pada ZM-PAN menjadi ZM-AMO dan diuji kapasitas adsorpsinya
terhadap ion logam Cd2+ dengan menggunakan spektrofotometer serapan atom
(SSA).
Kadmium (Cd) merupakan logam berat yang paling banyak menimbulkan
toksisitas bagi makhluk hidup (Darmono, 2001) dan termasuk ke dalam logam berat
tidak esensial, yaitu logam yang keberadaannya dalam tubuh masih belum diketahui
manfaatnya, sehingga adanya logam Cd perlu diketahui secara pasti dalam perairan.
Kadar maksimum Cd dalam air limbah yang diperbolehkan berdasarkan Keputusan
Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor: KEP-51/MENLH/10/1995 tentang
Baku Mutu Limbah Cair Bagi Kegiatan Industri adalah sebesar 0,05 ppm. Cd sering
digunakan sebagai bahan utama atau tambahan materi dalam industri, antara lain
industri elektroplating, baterai nikel-kadmium, bahan coating, bahan stabilizers
dalam industri plastik dan barang sintetis lain (Sasongko et al., 2017).
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang penelitian, maka rumusan masalah dalam penelitian ini
adalah :
1. Bagaimana pengaruh senyawa silan terhadap hasil pencangkokan dengan
teknik iradiasi pada ZM-PAN ?
2. Bagaimana pengaruh variasi dosis dan laju dosis iradiasi terhadap derajat
pencangkokan ZM-PAN ?
3. Bagaimana kapasitas adsorpsi dan efisiensi penyerapan ZM-AMO menyerap
ion logam Cd2+ ?
7
1.3 Hipotesis
Berdasarkan rumusan masalah penelitian, maka hipotesis dalam penelitian ini
adalah :
1. Senyawa silan mampu memodifikasi zeolit dan dapat meningkatkan derajat
pencangkokan dengan teknik iradiasi pada ZM-PAN.
2. Dosis radiasi yang tinggi dapat menghasilkan pusat aktif yang banyak dan laju
dosis radiasi yang rendah dapat memperpanjang rantai propagasi polimer
sehingga dapat mempengaruhi besarnya derajat pencangkokan pada ZM-
PAN.
3. Kapasitas adsorpsi dan efisiensi penyerapan ZM-AMO dalam menyerap ion
logam Cd2+ dapat meningkat.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini antara lain :
1. Mengetahui pengaruh senyawa silan terhadap hasil derajat pencangkokan
iradiasi pada ZM-PAN.
2. Menentukan dosis iradiasi dan laju dosis iradiasi gamma yang optimum dan
pengaruhnya terhadap ZM-PAN.
3. Menentukan kapasitas adsorpsi dan efisiensi penyerapan ZM-AMO dalam
menyerap ion limbah logam Cd2+.
1.5 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan alternatif bahan yang
lebih praktis untuk penyerapan ion logam berat Cd2+.
8
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Zeolit
Zeolit merupakan mineral alami aluminosilikat yang terhidrasi yang
mengandung kation alkali atau alkali tanah dalam kerangka tiga dimensinya. Zeolit
terdiri dari 3 komponen yaitu kation yang dipertukarkan, kerangka aluminosilikat,
dan fase air. Ikatan ion Al-Si-O membentuk struktur kristal, sedangkan logam alkali
merupakan sumber kation yang mudah dipertukarkan (Sutarti, 1994). Zeolit
merupakan mineral yang bersifat lunak dan mudah kering. Zeolit berwarna putih
keabu-abuan, putih kehijau-hijauan atau putih kekuning-kuningan, mempunyai
struktur berongga dan biasanya rongga ini diisi oleh air dan kation yang
dipertukarkan sehingga zeolit dapat dimanfaatkan sebagai penyaring molekuler,
penukar ion, penyerap bahan dan katalisator (Sutarti, 1994). Zeolit banyak
ditemukan di Indonesia yang tersebar di bseberapa daerah, terutama di Jawa daerah
Sukabumi dan Bayah serta Lampung. Mineral zeolit di Indonesia banyak ditemukan
terutama dari jenis klinoptilolit dan mordenit (Sutarti, 1994). Rumus empiris zeolit
dapat dilihat sebagai berikut :
M2n.O.Al2O3. x SiO2. y H2O……………………………..(1)
Dimana M adalah kation alkali atau alkali tanah, n adalah jumlah valensi logam
alkali, , x dan y adalah angka total tetrahedral per satuan unit sel dengan x yaitu
bilangan antara 2 sampai 10 dan y yaitu bilangan tertentu antara 2 sampai 7 (Sutarti,
1994). Struktur kimia sel zeolit dengan sisi aktifnya dapat dilihat pada Gambar 1.
9
Struktur Zeolit, atom Al dalam bentuk tetrahedral sehingga atom Al akan
bermuatan negatif karena berkoordinasi dengan empat atom oksigen dan selalu
dinetralkan oleh kation alkali tanah untuk mencapai senyawa yang stabil (Las,
2002).
Zeolit lampung diperoleh pada kedalaman kurang lebih 13 meter di bawah
permukaan tanah, berwarna putih dengan jenis mineral klinoptilolit yang
mempunyai densitas antara 1,9942 g/mL-2,1781 g/mL, volume pori total zeolit
adalah 86,26x10-3, dengan luas permukaan 38,93 m2 dan jari-jari pori 44,315 Å.
Klinoptilolit mempunyai struktur kompleks 4-4-1 (T10O20), dengan dua ukuran
saluran 0,35 x 0,79 nm dan 0,44x0,30 nm. Rasio Si/Al klinoptilolit adalah 4,0-5,1
dan mempunyai kandungan ion K>Na>Ca>Mg (Las, 2002). Struktur stereotip
klinoptilolit terdapat pada Gambar 2.
Gambar 1. Bentuk tetrahedral silika atau
alumina pada struktur zeolit
(Las, 2002)
Gambar 2. Struktur stereotip klinoptilolit (Las, 2002).
10
Klinoptilolit dan mordernit terdapat pada beberapa jenis batuan yang tesebar
di daerah dengan kebasaan yang tinggi (saline, alkaline soil), permukaan tanah,
endapan lautan dalam (deep-see sediment), sistem hidrologi terbuka (open
hydrologic system), daerah alterasi panas bumi (hydrothermal alteration zones) dan
di daerah dengan batuan metamorfosa (Las, 2002).
2.1.1 Sifat Zeolit
Zeolit tidak mengalami perubahan struktur yang berarti bila dipanaskan
pada suhu 600 oC, sebagian zeolit tidak memberikan perubahan posisi ion dalam
kristal dan tidak menyebabkan perubahan struktur. Beberapa jenis zeolit tahan
terhadap perlakuan kimia pada pH < 3 dan pH > 12. Ketahanan radiasi zeolit juga
sangat baik, misalnya klinoptilolit dengan tingkat radiasi 106-1010 rad tidak
mengalami perubahan struktur, sedangkan resin organik radiasi dengan dosis 106
rad saja telah menyebabkan turunnya fungsi pertukaran ion resin (Las, 2002).
Zeolit dengan struktur rangka tiga dimensi akan mempunyai luas
permukaan yang besar sehingga memungkinkan zeolit dapat menyerap molekul gas
pada posisi molekul air dalam kristal zeolit. Kemampuan menyerap tidak hanya
ditentukan ukuran partikel, tetapi juga oleh muatan dan lokasi kation yang berada
dalam rongga zeolit. Zeolit perlu diaktivasi untuk menguapkan molekul air sebelum
dipakai sebagai penyerap (Las, 2002). Perbedaan zeolit dengan resin dapat dilihat
pada Tabel 1.
11
Tabel 1. Perbedaan zeolit dengan resin (Las, 2002)
No. Sifat Zeolit Resin
1. Bahan Anorganik Organik
2. Struktur Kristal Amorf
3. Porositas Spesifik, < 1 nm Beragam, 10 nm
4. Ukuran Partikel 0,1 – 50 mm Bervariasi, mm
5. Pertukaran Ion Spesifik Tak jelas
6. Kestabilan Panas Tinggi Rendah
7. Kestabilan Kimia Sedang Sedang
8. Kestabilan Radiasi Tinggi Rendah
9. Harga Tinggi Rendah
2.1.2 Jenis Zeolit
Zeolit terbentuk karena proses perubahan alam (zeolitisasi) dari batuan
vulkanik dan sengaja disintesis oleh manusia melalui proses kimia. Berdasarkan
proses pembentukannya, zeolit digolongkan menjadi dua jenis yaitu zeolit alam dan
zeolit sintetik (Sutarti, 1994).
2.1.2.1 Zeolit Alam
Zeolit alam ditemukan dalam bentuk mineral dengan komposisi yang
berbeda, terutama dalam nisbah Si/Al dan jenis logam yang menjadi komponen
minor. Zeolit alam terbentuk karena adanya proses kimia dan fisika yang kompleks
dari batuan-batuan yang mengalami berbagai macam perubahan di alam. Para ahli
geokimia dan mineralogi memperkirakan bahwa zeolit merupakan produk gunung
berapi yang membeku menjadi batuan vulkanik, batuan sedimen dan batuan
metamorfosa yang selanjutnya mengalami proses pelapukan karena pengaruh panas
dan dingin (Lestari, 2010).
Komponen utama zeolit alam adalah silika dan alumina, namun zeolit juga
mengandung beberapa unsur minor seperti Na, K, Ca, Mg dan Fe (Bogdanov et al.,
2009). Zeolit Alam memiliki beberapa kelemahan, diantaranya mengandung
12
banyak pengotor seperti Na, K, Ca, Mg dan Fe serta kristalinitasnya kurang baik.
Keberadaan pengotor-pengotor tersebut dapat mengurangi aktivitas dari zeolit.
Karakter zeolit alam dapat digunakan sebagai katalis, adsorben atau aplikasi lainnya
dengan mengaktivasi zeolit tersebut dan dimodifikasi terlebih dahulu. Zeolit
diaktivasi terlebih dahulu untuk menaikkan daya serap dan daya tukar ionnya. Hasil
aktivasi zeolit pada proses pengolahan air mampu menyerap ion logam berat
berbentuk kation dan untuk menyerap logam berat berupa anion, mikroorganisme
serta zat organik maka zeolit perlu dimodifikasi (Sutarti, 1994). Salah satu cara
modifikasi zeolit adalah dengan polimer atau dengan pelapisan dengan mangan
(Sutarti, 1994). Contoh zeolit alam dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Contoh zeolit alam yang umum diketahui (Sutarti, 1994)
2.1.2.2 Zeolit Buatan (Sintetik)
Zeolit sintetik adalah zeolit yang dibuat secara rekayasa sedemikian rupa
sehingga didapatkan karakter zeolit yang lebih baik dari zeolit alam. Prinsip dasar
produksi zeolit sintetik adalah komponennya terdiri dari silika dan alumina,
sehingga dapat disintesis dari berbagai bahan baku yang mengandung kedua
komponen tersebut. Komponen minor dalam zeolit dapat ditambahkan dengan
senyawa murni, sehingga zeolit memiliki tingkat kemurnian yang tinggi dengan
No. Zeolit Alam Komposisi
1. Analsim Na16(Al16Si32O96).16H2O
2. Kabasit (Na2,Ca)6(Al12Si24O72).40H2O
3. Klinoptilolit (Na4K4)(Al18Si40O96).24H2O
4. Erionit (Na,Ca5,K)(Al9Si27O72).27H2O
5. Ferrierit (Na2Mg2)(Al16Si30O72).18H2O
6. Heulandit Ca4(Al18Si28O72).24H2O
7. Laumonit Ca(Al8Si16O48).16H2O
8. Mordenit Na8(Al8Si40O96).24H2O
9. Filipsit (Na,K)10(Al10Si22O64).20H2O
10. Natrolit Na4(Al4Si6O20).4H2O
11. Wairakit Ca(Al2Si4O12).12H2O
13
komposisi tetap (Sutarti, 1994). Beberapa contoh zeolit sintetik yang dikenal dapat
dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Rumus oksida beberapa jenis zeolit sintetik (Sutarti, 1994)
No. Zeolit Rumus Oksida
1. Zeolit A Na2O.Al2O3.2SiO2.4,5H2O
2. Zeolit N-A (Na,TMA)2O.Al2O3.4,8SiO2.7H2O TMA – (CH3)4N+
3. Zeolit H K2O.Al2O3.2SiO2.4H2O
4. Zeolit L (K2Na2)O.Al2O3.6SiO2.5H2O
5. Zeolit X Na2O.Al2O3.2,5SiO2.6H2O
6. Zeolit Y Na2O.Al2O3.4,8SiO2.8,9H2O
7. Zeolit P Na2O.Al2O3.2-5SiO2.5H2O
8. Zeolit O (Na,TMA)2O.Al2O3.7SiO2.3,5H2O TMA – (CH3)4N+
9. Zeolit Ὼ (Na,TMA)2O.Al2O3.7SiO2.5H2O TMA – (CH3)4N+
10. Zeolit ZK-4 0,85Na2O.0,15(TMA)2O.Al2O3.3,3SiO2.6H2O
11. Zeolit ZK-5 (R,Na2)O.Al2O3.4-6SiO2.6H2O
2.2 Silan
Agen penggandeng silan termasuk ke dalam kelas senyawa organosilan
yang mempunyai sedikitnya dua gugus reaktif dengan tipe yang berbeda yang
terikat pada atom silikon dalam molekul. Salah satu gugus reaktif dengan tipe yang
berbeda (contoh: metoksi, etoksi, dan gugus hidroksi silanolik) reaktif dengan
material anorganik seperti kaca, logam, pasir silika, zeolit dan membentuk ikatan
kimia dengan permukaan material anorganik sementara gugus reaktif lainnya
(contoh: vinil, epoksi, metakril, amino) reaktif dengan berbagai material organik
atau resin sintetis membentuk ikatan kimia. Dengan memiliki dua tipe gugus reaktif
ini, agen penggandeng silan mampu membentuk ikatan kimia antara material
organik dan material anorganik (Oktaviana et al., 2015).
Sifat agen penggandeng silan yang unik ini dimanfaatkan secara luas pada
perlakuan produk serat kaca, peningkatan kemampuan plastik yang diperkuat serat
dengan pencampuran langsung pada resin sintetis, peningkatan kualitas cat,
14
material adhesif dan sintetis lainnya, modifikasi sifat permukaan bahan pengisi
anorganik, cat dasar permukaan berbagai material substrat dan sebagainya
(Oktaviana et al., 2015). Modifikasi dengan menggunakan silan untuk
mengaktivasi permukaan senyawa anorganik seperti zeolit, silika dan senyawa
lainnya agar dapat difungsikan untuk berbagai aplikasi, salah satunya adalah untuk
adsorben (Khan et al., 2017). Penelitian yang dilakukan oleh Khan et al (2017)
untuk memodifikasi silika dengan proses silanisasi pertama kali dilakukan untuk
mengaktivasi permukaan silika agar lebih optimum untuk mengkelat ion logam
Cu2+.
Karakter permukaan zeolit dapat diubah sifatnya dengan melakukan proses
modifikasi permukaan dengan memodifikasi pada permukaan dengan
menggunakan senyawa organik-anorganik hibrida, seperti alkil silan. Pereaksi
organosilan memiliki struktur umum R-SiX3, dengan R merupakan gugus
fungsional organik yang terikat pada silika dalam keadaan hidrolitik yang stabil. X
dapat berupa gugus alkoksi yang dapat dihidrolisis (seperti –OCH3 (metoksi), atau
–OC2H5 (etoksi). Gugus tersebut kemudian dapat diubah menjadi gugus silanol
melalui reaksi hidrolisis dan R merupakan gugus fungsional organik yang bersifat
reaktif, seperti –NH2 (amina), -SH (merkapto) atau dapat terdiri dari beberapa gugus
kimia fungsional (Marjanović et al., 2011). Tujuan dari modifikasi permukaan
adalah untuk mendapatkan sifat yang diinginkan dari suatu zeolite seperti
kemampuan interaksi dengan senyawa lain, perubahan ukuran pori, kemampuan
adsorpsi terhadap adsorbat tertentu dan berbagai hal lainnya (Mockovčiaková et al.,
2008). Salah satu contoh agen penggandeng silan yaitu Vinyltrithoxysilane (VTES)
dan strukturnya dapat dilihat pada Gambar 3.
15
Gambar 3. Struktur VTES (W. Zhang et al., 2014)
Penelitian yang dilakukan oleh Yi et al (2010), memberikan banyak
rincian tentang fungsionalisasi berbasis silan. Pencangkokan zeolit alam dengan
monomer vinyl yang bersifat hidrofobik dan mempunyai karakter ionik dari gugus
fungsinya dapat diaplikasikan sebagai adsorben ion logam Ca2+ (Kiatkamjornwong et
al., 2000). Gugus silanol (SiOH) tersedia secara luas dalam struktur zeolit dimana
hal ini merupakan target utama untuk modifikasi permukaan. Hal ini dapat dilihat
dari Gambar 4 yang memodifikasi permukaan zeolit dengan agen kopling silan
yang termasuk dalam reaksi hidrolisis dan kondensasi. Gugus silanol terbentuk
sebagai hasil dari reaksi hidrolisis yang akan bereaksi dengan gugus hidroksil pada
permukaan zeolit untuk membentuk ikatan siloxane melalui reaksi kondensasi.
Selama silanisasi, beberapa reaksi akan berlangsung (Demir et al., 2006)
(1) Antara gugus silanol zeolit alam dan gugus triethoxy dari silane melalui
reaksi hidrolisis dengan hilangnya etanol
(2) Reaksi kondensasi dan ikatan silang antara pasangan molekul silane
tetangga yang sudah terikat dengan permukaan zeolit. Sebagai hasil dari
reaksi ini, modifikasi permukaan zeolit dengan agen kopling silane
mengurangi jumlah gugus silanol (Yi et al., 2010).
16
2.3 Akrilonitril
Akrilonitril disebut juga vinil sianida atau propen nitril yang berbentuk
cairan yang tidak berwarna, mudah menguap dengan bau yang sangat tajam.
Akrilonitril termasuk monomer yang sangat reaktif berbentuk cair dan memiliki
rumus empiris CH2=CHCN (Angvardt et al., 2012). Akrilonitril dapat
menyebabkan sakit kepala, mual, pusing, sulit bernapas, kelemahan ekstremitas,
sianosis, kejang dan pingsan. Akrilonitril diantipasi menjadi karsinogen bagi
manusia karena berbahaya bagi paru-paru dan kanker prostat (Bradzil, 2010;
INEOS, 2014). Marga (2007) mengemukakan bahwa akrilonitril dibuat dengan cara
dehidrasi senyawa akril amida oleh Moureu pada tahun 1893.
CH2=CH-CONH2 −H2O CH2=CHCN ................................................................. (2)
Gambar 4. Representasi skema mekanisme silanisasi pada zeolit
(Yi et al., 2010)
17
Akrilonitril adalah monomer sintesis yang dihasilkan dari propylene dan
ammonia. Akrilonitril (CH2=CHCN) yang dihasilkan dari propilena, ammonia dan
oksigen dengan mencampurkan katalis oksida. Reaksi pembentukan akrilonitril :
CH2 = CHCH3 + NH3 + O2 Bi2O3/M0O3→ CH2=CHCN + 3H2O ……………………(3)
Akrilonitril merupakan bahan penting dalam pembuatan serat sintesis dan
polimer sehingga dalam bidang industri dibuat dalam jumlah besar. Akrilonitril
tersebut dibuat dari asam sianida dan asetilen dengan bantuan katalis. Reaksinya
sebagai berikut :
CH≡CH + HCN CuCl,NH4→ CH2=CHCN …………………………………………..(4)
Akrilonitril yang diperdagangkan memiliki sifat stabil, tidak berwarna,
cairan aktif dan dapat disimpan selama beberapa bulan dalam kaleng atau botol
gelas tertutup. Akrilonitril dapat digunakan secara langsung untuk berbagai tujuan
karena memiliki kemurnian yang tinggi. Tetapi akrilonitril harus dihilangkan
pengotornya terlebih dahulu jika digunakan dalam proses polimerisasi (Marga,
2007). Struktur akrilonitril terdapat pada Gambar 5.
Poliakrilonitril (PAN) adalah resin polimer organik sintetis semikristalin
dengan formulasi (C3H3N)n. Resin poliakrilonitril terbuat dari komponen utama,
yaitu akrilonitril. PAN merupakan material pengikat untuk penukar ion anorganik
jenis apapun yang memiliki keunggulan karena sifat fisika dan kimianya seperti
Gambar 5. Struktur akrilonitril
(Angvardt et al., 2012)
18
hidrosifitas, porositas dan kekuatan mekaniknya mudah dimodifikasi (Faghihian et
al., 2013; Kaygun dan Akyil, 2007; Nilchi et al., 2002). Polimerisasi akrilonitril
juga dapat dilakukan dalam bentuk monomer murni, larutan emulsi maupun
suspensi.
2.4 Radiasi
Radiasi secara umum adalah pemancaran energi dalam bentuk gelombang
atau partikel yang dipancarkan oleh sumber radiasi atau zat radioaktif (Syahria et
al., 2012). Radiasi dibedakan menjadi beberapa jenis (Zubaidah et al., 2012) yaitu:
1. Berdasarkan tingkat energi yang dimiliki, radiasi dapat dibedakan atas
radiasi non pengion dan pengion. Radiasi non pengion yang berupa gelombang
elektromagnetik adalah radiasi dengan energi yang tidak cukup untuk menyebabkan
terjadinya ionisasi pada materi yang melintasinya, seperti radiasi termal, cahaya
tampak, infra merah, gelombang mikro. Sedangkan radiasi pengion merupakan
radiasi dengan energi besar sehingga mampu melakukan ionisasi atau eksitasi pada
materi yang dilintasinya. Contohnya adalah sinar gamma, alfa dan beta.
2. Berdasarkan sumbernya, radiasi dapat dibedakan atas radiasi alam atau latar
yang telah ada di alam sejak pembentukannya. Contoh, radiasi kosmik yang berasal
dari benda langit di dalam dan luar tata surya, radiasi terrestrial yang berasal dari
kerak bumi dan radiasi sinar gamma hasil peluruhan dan ledakan supernova.
Sedangkan macam radiasi yang lainnya adalah radiasi buatan yang sumbernya
dibuat oleh manusia dengan sengaja. Seperti pembuatan sinar X oleh Wilhelm
Conrad Roentgen pada tahun 1895 (Zubaidah et al., 2012).
19
Pemancaran energi radiasi menurut Zubaidah et al (2012) adalah satu inti
atom yang tidak stabil secara spontan akan berubah menjadi inti atom lain yang
lebih stabil dengan memancarkan energi radiasi. Radiasi yang dipancarkan dapat
berupa partikel alpha (α), partikel beta (β) dan sinar gamma (γ).
Peluruhan alpha dominan terjadi pada inti-inti tidak stabil yang relatif berat
(nomor atom lebih dari 80). Peluruhan α memancarkan partikel α yang terdiri atas
dua proton dan dua neutron (Zubaidah et al., 2012). Sifat radiasi alpha adalah
memiliki daya ionisasi partikel α yang sangat besar (±100 kali daya ionisasi partikel
β dan 10.000 kali daya ionisasi partikel γ), jarak tembusnya sangat pendek yang
bergantung pada energinya, partikel α akan dibelokkan oleh medan magnet atau
medan listrik, kecepatan partikel α bervariasi antara 1/100 hingga 1/10 kecepatan
cahaya (Zubaidah et al., 2012).
Peluruhan beta terjadi pada inti tidak stabil yang relatif ringan yang
memiliki beberapa sifat radiasi, yaitu daya ionisasi di udara 1/100 kali dari partikel
α; jarak tembusnya lebih jauh dari partikel α; kecepatan partikel β berkisar antara
1/100 hingga 99/100 kecepatan cahaya; karena sangat ringan, maka partikel β
mudah dihamburkan jika melewati medium; partikel β akan dibelokkan jika
melewati medan magnet atau medan listrik (Zubaidah et al., 2012).
Peluruhan gamma (γ) tidak menyebabkan perubahan nomor atom atau
nomor massa karena radiasi yang dipancarkan dalam peluruhan ini berupa
gelombang elektromagnetik. Peluruhan ini terjadi bila energi inti atom tidak berada
pada keadaan dasar atau inti atom yang tereksitasi dan peluruhan ini mengikuti
peluruhan α ataupun β (Zubaidah et al., 2012). Sifat radiasi gamma adalah sinar γ
dipancarkan oleh nuklida (inti atom) dalam keadaan tereksitasi dengan panjang
20
gelombang antara 0.005 Å hingan 0.5 Å, daya ionisasinya di dalam medium sangat
kecil sehingga daya tembusnya sangat besar, sinar γ tidak dibelokkan oleh medan
magnet atau medan listrik karena tidak bermuatan (Zubaidah et al., 2012). Salah
satu contoh peluruhan γ yaitu sumber Co-60 dan Ni-60 :
27Co60 → 28Ni60* + β………………………………………………………………(5)
28Ni60* → 28Ni60 + γ…………………….…………………………………………(6)
Manfaat dari radiasi sinar gamma adalah energi dan penetrasinya besar
sehingga pada proses polimerisasi dapat menghasilkan radikal bebas yang memicu
terjadinya reaksi kimia sehingga dapat membentuk ikatan silang yang terjadi antara
dua polimer atau monomer membentuk kopolimer (Khopkar, 2003). Sinar gamma
tidak hanya memiliki daya tembus tinggi, tetapi dapat berfungsi sebagai tenaga
eksitasi electron yang terjadi pada atom atau molekul untuk membentuk radikal dan
terjadinya ionisasi yang akan bereaksi membentuk produk baru. Proses degradasi
yaitu proses pemutusan rantai polimer sehingga diperoleh rantai yang lebih pendek
dan proses pencangkokan dengan menambahkan gugus fungsi aktif pada rantai
panjang polimer. Keunggulan dari pemakaian teknik radiasi untuk memodifikasi
suatu bahan yaitu hasil prosesnya bersih karena tidak mengandung residu dari
bahan kimia misalnya katalisator, prosesnya mudah karena dilakukan pada suhu
kamar dan mudah dikontrol, serta efisien (Erizal et al., 2011).
Dosis radiasi adalah banyaknya energi radiasi yang diterima atau diserap
oleh materi yang dilaluinya. Menurut Zubaidah et al (2012), besaran dosis radiasi
dibagi menjadi empat macam :
21
1. Dosis Serap, yaitu jumlah energi radiasi (semua jenis radiasi pengion) yang
diserap oleh satu satuan massa atau berat dari bahan atau medium yang dilaluinya.
Dalam sistem SI, besaran dosis serap diberi satuan khusus, yaitu Gray (Gy).
1 Gray = 1 joule/kg = 104 erg/gram = 100 rad.
2. Dosis Ekivalen, yaitu menyatakan jumlah energi radiasi yang diserap oleh
satuan massa atau berat bahan atau medium yang dilaluinya dan sekaligus dikaitkan
dengan efek biologisnya. Dosis ini digunakan untuk yang berkaitan dengan
pengaruh radiasi terhadap tubuh manusia atau sistem biologi lainnya. Satuan dosis
ekivalen dalam sistem SI yaitu Sievert (Sv).
1 Sv = 1 joule/Kg = 100 rem.
3. Dosis Efektif, merupakan penurunan dari besaran dosis ekivalen yang
dibobot. Dosis ini untuk menunjukkan keefektifan radiasi dalam menimbulkan efek
tertentu pada suatu organ.
4. Dosis Paparan, yaitu kemampuan radiasi tertentu untuk menimbulkan
ionisasi pada medium yang tertentu pula dan untuk menyatakan intensitas sinar-X
yang dapat menghasilkan pengionan di udara dalam jumlah tertentu. Besaran dosis
paparan yaitu Roentgen (R).
1 R = 1 sme/gram atau dalam SI: 1 R = 2,58 x 10-4 Coulomb.
2.5 Modifikasi Permukaan dengan Gugus Inisiator
Campuran fisik polimer organik dan partikel-partikel anorganik sebelum
terbentuk dapat menyebabkan pemisahan fasa yang menghasilkan sifat mekanik,
optis dan elektris yang rendah. Partikel-partikel anorganik yang tidak termodifikasi
cenderung berkumpul di dalam matriks polimer sehingga diperlukan mossssdifikasi
22
permukaan partikel untuk merubah sifat-sifatnya atau penggunaan polimer
fungsional yang dapat berinteraksi dengan permukaan partikel (Kickelbick, 2003).
Proses pencangkokan melalui mekanisme “grafting from” dari polimer ke
permukaan bahan anorganik merupakan proses dimana gugus inisiator yang
melekat pada inti anorganik yang menyebabkan struktur seperti partikel dapat
disesuaikan berdasarkan ukuran dan fungsi dari inti anorganik atau lapisan polimer
(Puspitasari, 2017).
2.6 Kopolimerisasi Cangkok dengan Teknik Iradiasi
Metode modifikasi permukaan dengan inisiator radiasi merupakan proses
pencangkokan pada partikel anorganik yang diinduksi oleh radiasi (Puspitasari,
2017). Teknik pencangkokan dengan iradiasi merupakan teknik yang berguna
untuk material fungsional tanpa mempengaruhi sifat stabilitas dan sifat kimia dari
material dasarnya (Khan et al., 2017). Sumber radiasi yang banyak digunakan untuk
sintesis material adalah sumber radiasi gamma yang dihasilkan oleh isotop
radioaktif Cobalt-60, yang memiliki energi sebesar 1,17 dan 1,33 MeV dan
menimbulkan Efek Hamburan Chompton yang merupakan hasil dari interaksi
radiasi gamma dengan molekul, sebuah elektron terlempar yang disebut elektron
sekunder yang memiliki energi yang cukup untuk menyebabkan proses ionisasi dan
eksitasi (Makuuchi dan Cheng, 2012). Proses pencangkokan dapat terjadi dengan
iradiasi berenergi tinggi, seperti sinar gamma dan berkas elektron dengan metode
simultan ataupun dengan metode pra-iradiasi (Khan et al., 2017).
Sifat utama iradiasi berenergi tinggi adalah dapat mengionisasi materi yang
dilaluinya. Iradiasi gelombang elektromagnetik berenergi tinggi dapat menghalangi
23
elektron keluar dari orbitalnya. Interaksi radiasi pengion dengan materi terjadi
dalam bentuk pemindahan energi karena interaksi antara radiasi dan partikel dalam
materi. Energi yang dipindahkan kepada materi menimbulkan proses ionisasi dan
eksitasi salah satu penerapan kimia radiasi adalah dalam proses modifikasi polimer.
Teknik modifikasi iradiasi untuk kopolimerisasi cangkok dapat menghasilkan
polimer dengan sifat yang lebih bermutu (Marga, 2007).
Marga (2007) mengemukakan bahwa ada beberapa keuntungan
kopolimerisasi cangkok dengan teknik iradiasi, diantaranya :
1. Kopolimerisasi cangkok dapat dilakukan pada semua jenis polimer dengan
memperhitungkan sifat compatibility antara polimer dan monomer.
2. Reaksi pencangkokan mempunyai tingkat laju inisiasi yang tinggi dan dapat
dilakukan dalam berbagai fasa.
3. Bahan yang dimodifikasi bebas dari bahan inisiator dan katalis.
4. Penetrasi iradiasi lebih tinggi, sehingga pusat aktifnya yang terbentuk merata.
5. Dapat dikerjakan pada temperatur rendah.
Secara umum metode pencangkokan menggunakan teknik iradiasi dibagi dalam
tiga jenis yaitu metode simultan, metoda pra-iradiasi radikal peroksida dan metode
pra-iradiasi radikal terjebak (Marga, 2007).
Modifikasi zeolit dan monomer akrilonitril dengan metode pencangkokan
teknik iradiasi simultan, dimana zeolit dan monomer diiradiasi bersama-sama
sehingga terbentuk radikal-radikal bebas dan reaksi pencangkokan terjadi dalam
kondisi bebas oksigen. Tahap inisiasi akan terbentuk radikal dari proses iradiasi,
dimana radikal zeolit bereaksi dengan monomer akrilonitril. Tahap terminasi,
24
aktivitas pertumbuhan polimer akan terhenti dan terbentuk zeolit-poliakrilonitril
serta homopolimer poliakrilonitril (Seftiani, 2016).
Khan et al (2017) melakukan penelitian dengan teknik pencangkokan
iradiasi karena metode ini mudah, ekonomis, ramah lingkungan untuk
memodifikasi bahan-bahan seperti silika, polimer, polietilen. Kisi iradiasi juga
cepat, terjadi tanpa inisiator dan menghasilkan sedikit limbah. Penelitian yang
dilakukan oleh Khan et al (2017), memodifikasi silika dengan senyawa silan VTES
yang dicangkok dengan monomer akrilonitril metode cangkok iradiasi. Proses
reaksi yang terjadi terdapat pada Gambar 6.
2.7 Proses Amidoksimasi
Amidoksim adalah oksim amida dengan rumus umum RC=NOH(NRR’).
Oksim diperoleh dari reaksi hidroksilamina dan aldehida atau keton. Istilah oksim
berasal dari abad ke-19 dengan kombinasi antara kata oksigen dan amina. Gugus
siano pada akrilonitril yang tercangkok dengan senyawa anorganik atau polimer
alam dengan reaksi amidoksimasi dapat menghasilkan gugus amidoksim sehingga
Gambar 6. Proses reaksi silanisasi dan reaksi cangkok
iradiasi (Khan et al., 2017)
25
dapat membentuk kompleks stabil dengan ion-ion logam (Oktaviani et al., 2016).
Proses ini dilakukan untuk material-material yang digunakan sebagai penyerap,
seperti adsorben. Adsorben bersifat sebagai pengkelat karena proses amidoksimasi,
karena jenis adsorben tersebut memiliki selektivitas tinggi terhadap ion logam
(Oktaviani et al., 2016).
Penelitian yang dilakukan oleh Khan et al (2017), adsorben berbasis silika
memiliki kelompok amidoksim pada permukaan partikelnya yang kemudian
diiradiasi dengan sinar gamma. Kelompok fungsional amidoksim dipilih karena
kapasitas adsorpsi yang tinggi dan selektivitas terhadap beberapa ion logam (Khan
et al., 2017). Modifikasi kimia dengan proses amidoksimasi terdapat pada Gambar
7.
2.8 Adsorpsi
Adsorpsi merupakan peristiwa terserapnya suatu zat pada permukaan suatu
material, substansi yang terserap pada permukaan disebut adsorbat sedangkan
material yang permukaannya menyerap adsorbat disebut adsorben (Widayatno et
al., 2017). Adsorpsi dapat terjadi karena adanya energi permukaan dan gaya tarik
Gambar 7. Reaksi pada proses amidoksimasi (Khan et al., 2017)
26
menarik permukaan yang memiliki sifat berbeda tergantung pada susunan dalam
molekul zat (Asip et al., 2008).
Proses adsorpsi dapat terjadi karena adanya gaya tarik atom atau molekul
pada permukaan padatan sehingga cenderung menarik molekul-molekul lain yang
bersentuhan dengan permukaan padatan, baik fasa gas atau fasa larutan ke dalam
permukaannya. Akibatnya, konsentrasi molekul pada permukaan menjadi lebih
besar daripada dalam fasa gas atau zat terlarut dalam larutan. Adsorpsi berbeda
dengan absorpsi. Pada absorpsi zat yang diserap masuk ke dalam absorben
sedangkan pada adsorpsi zat yang diserap hanya terdapat pada permukaannya
(Sukardjo, 1990). Adsorben merupakan padatan dengan luas permukaan dalam
yang sangat besar karena banyaknya pori-pori yang halus (Asip et al., 2008).
Ada dua tipe adsorpsi, yaitu adsorpsi fisis atau Van Der Waals dan adsorpsi
kimia. Adsorpsi fisis atau Van Der Waals terjadi jikaadsorbat dan permukaan
adsorben terikat dengan gaya Van Der Waals, molekul yang teradsorpsi terikat pada
permukaan lemah dan panas adsorpsinya rendah. Sedangkan adsorpsi kimia atau
kemisorpsi adalah adsoran dan permukaan adsorben terikat secara kimiawi, nilai
panas adsorpsi setara dengan reaksi kimia karena adanya ikatan kimia yang
terbentuk atau terputus selama adsorpsi (Widayatno et al., 2017).
Kekuatan interaksi adsorben dengan adsorban dipengaruhi oleh sifat
keduanya. Biasanya untuk melihat komponen yang akan diadsorpsi leih kuat adalah
melihat kepolaran adsorben dengan adsoratnya. Apabila adsorbat bersifat polar,
maka komponen yang bersifat polar akan terikat lebih kuat. Sifat keras-lunaknya
ion dari adsorbat juga mempengaruhi kekuatan interaksi adsorben. Pearson (1963)
mengklasifikasikan asam-basa Lewis menurut sifat keras dan lunaknya
27
kation/anion. Kation yang mempunyai kekuatan mempolarisasi yang besar
cenderung bersifat keras yang dimiliki oleh ion-ion logam yang memiliki jari-jari
kecil dan muatan yang besar. Sedangkan kekuatan polarisasi rendah dengan muatan
yang kecil disebut ion lunak. Kation keras akan berikatan kuat dengan anion keras
dan sebaliknya. Menurut Pearson (1963), situs aktif pada permukaan adsorben
dianggap sebagai ligan yang dapat mengikat logam secara selektif. Pearson
mengemukakan suatu prinsip yang disebut Hard and Soft Acid Base (HSAB).
Menurut prinsip HSAB, asam keras akan berinteraksi dengan basa keras
membentuk kompleks, begitu pula asam lunak akan berinteraksi dengan basa lunak.
Klasifikasi tersebut dapat dilihat pada Tabel 4.
Asam Basa
Keras Sedang Lunak Keras Sedang Lunak
H, Li, Na+
K+, Mg2+
Ca2+, Al3+
Cr3+, Co3+
Fe3+,CH3Sn3+
Si4+, Ti4+
RCO+, CO2
NC+, H
(molekul
dengan
ikatan
hidrogen)
Fe2+, Co2+
Ni2+, Pb2+
Zn2+,Cu2+
Sn2+,B(CH3)3
SO2, NO+
R3C+, C6H5+
Cu+, Ag+
Au+, Ti+
Cd2+, Hg+
CH3Hg+,
Co(CN)52-
I+, Br+,
HO+
H2O, OH-
F-,
CH3CO2-
PO43-, Cl-
ClO4-,
ROH, RO-
SO4-,NO3-
NH3,
RNH2,
N2H4
C6H5NH2,
NO2-, SO3
2-
, Br-
C5H5N, N3-,
N2
R2S, RSH,
RS-I-,
SCN-R3P,
R3As,
(RO)3P,
CN-, CO,
RCN,
C2H4,
S2O32-,
C6H6, H-,
R-
Tabel 4. Klasifikasi asam dan basa menurut prinsip HSAB (Pearson, 1963)
28
2.9 Kadmium (Cd)
Kadmium adalah logam berwarna putih perak seperti alumunium, lunak,
mengkilap, tidak larut dalam basa, mudah bereaksi, tahan korosi dan tahan panas
serta menghasilkan Kadmium Oksida bila dipanaskan. Kadmium (Cd) umumnya
terdapat dalam kombinasi dengan klor (Cd Klorida) atau belerang (Cd Sulfit). Cd
memiliki nomor atom 48, berat atom 112,4, titik leleh 321°C, titik didih 767°C dan
memiliki masa jenis 8,65 g/cm3 (Widowati et al., 2008). Kadmium leih menyukai
tingkat oksidasi +2.
Kadmium (Cd) banyak digunakan dibeberapa pabrik untuk proses industri
dan paling sering pada industri pelapisan logam untuk elektrolisis, bahan pigmen
untuk industri cat, enamel, dan plastik. Kadmium (Cd) merupakan salah satu jenis
logam berat yang berbahaya karena beresiko tinggi terhadap pembuluh darah dan
berpengaruh terhadap manusia dalam jangka waktu panjang serta dapat
terakumulasi pada tubuh khususnya hati dan ginjal (Palar, 2004). Menurut Permen
LH tahun 2010 bahwa standar baku mutu air limbah kawasan industri yang hanya
diperbolehkan 0,1 mg/l.
2.10 Fourier Transform Infra Red (FTIR)
Spektroskopi Infra Merah Transformasi Fourier digunakan untuk analisis
kualitatif dan kuantitatif suatu senyawa organik dan dapat pula digunakan untuk
penentuan struktur suatu senyawa anorganik. Instrumen ini merupakan teknik
pengukuran berdasarkan respon bahan terhadap radiasi elektromagnetik (Hajar et
al., 2016).
29
Spektrofotometer Infra Red atau Infra Merah merupakan suatu metode yang
mengamati interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik yang berada pada
daerah panjang gelombang 0,75-1,000 μm atau pada bilangan gelombang 13.000-
10 cm-1. Berdasarkan pembagian daerah panjang gelombang, maka daerah Infra
Red dapat dibagi menjadi tiga bagian yaitu, daerah Infra Merah dekat, pertengahan
dan daerah Infra Merah jauh. Berdasarkan pembagian daerah spektrum
elektromagnetik tersebut, daerah panjang gelombang yang digunakan pada alat
spektrofotometer Infra Merah adalah pada daerah Infra Merah pertengahan, yaitu
pada panjang gelombang 2,5-50 μm atau pada bilangan gelombang 4.000-200cm-1
(Giwangkara, 2007).
FTIR memiliki beberapa kelebihan, yaitu dapat mendeteksi sinyal yang
lemah, dapat menganalisis sampel pada konsentrasi yang sangat rendah, serta dapat
mempelajari daerah antara 950-1500 cm-1 untuk larutan senyawa. Sinyal yang
dihasilkan dari instrument FTIR akan menghasilkan spektrum. Prinsip kerja FTIR
adalah mengenali gugus fungsi suatu senyawa dari absorbansi infra merah yang
dilakukan pada senyawa tersebut (Hajar et al., 2016). Prinsip kerja terdapat pada
Gambar 8.
Gambar 8. Prinsip kerja FTIR (Hendayana, 1994)
30
FTIR terdiri dari lima bagian utama, yaitu (Hendayana, 1994) :
a. Sumber sinar, yang terbuat dari filament Nerst atau globat yang dipanaskan
menggunakan listrik hingga temperatur 1000-1800 oC.
b. Beam Splitter, berupa material transparan dengan indeks relatif sehingga
menghasilkan 50 % radiasi akan direfleksikan dan 50 % radiasi akan
diteruskan.
c. Interferometer, merupakan bagian utama dari FTIR yang berfungsi untuk
membentuk interferogram yang akan diteruskan menuju detektor.
d. Daerah cuplikan, dimana berkas acuan dan cuplikan masuk ke dalam daerah
cuplikan dan masing-masing menembus sel acuan dan cuplikan secara
bersesuaian.
e. Detektor, merupakan piranti yang mengukur energi pancaran yang lewat
akibat panas yang dihasillkan. Detektor yang paling sering digunakan adalah
termokopel dan balometer.
Mekanisme kerja yang terjadi pada alat FTIR dapat dijelaskan sebagai
berikut. Sinar yang datang dari sumber sinar akan diteruskan dan kemudian akan
dipecah oleh pemecah sinar menjadi dua bagian sinar yang saling tegak lurus. Sinar
ini kemudian dipantulkan oleh dua cermin yaitu cermin diam dan cermin bergerak.
Sinar hasil pantulan kedua cermin akan dipantulkan kembali menuju pemecah sinar
untuk saling berinteraksi. Sebagian sinar dari pemecah sinar akan diarahkan menuju
cuplikan dan sebagian menuju sumber. Gerakan cermin yang maju mundur akan
menyebabkan sinar yang sampai pada detektor akan berfluktuasi. Sinar akan saling
menguatkan ketika kedua cermin memiliki jarak yang sama terhadap detektor dan
akan saling melemahkan jika kedua cermin memiliki jarak yang berbeda. Fluktuasi
31
sinar yang sampai pada detektor ini akan menghasilkan sinyal pada detektor yang
disebut interferogram. Interferogram ini akan diubah menjadi spektra IR dengan
bantuan komputer berdasarkan operasi matematika (Peng, 2008).
2.11 Spektrofotometer Serapan Atom (SSA)
Spektrofotometer Serapan Atom (SSA) adalah suatu teknik yang sering
digunakan untuk menentukan konsentrasi logam tertentu dalam suatu sampel yang
akan dianalisis. Teknik ini dapat digunakan untuk menganalisis konsentrasi lebih
dari 70 jenis logam yang berbeda dalam suatu spesi larutan. Spektrofotometri
serapan atom dipergunakan untuk mengidentifikasi dan menentukan keberadaan
ion logam baik secara kualitatif maupun kuantitatif dalam semua jenis materi dan
larutan. Pengukuran dalam spektrofotometri serapan atom ini didasarkan pada
radiasi yang diserap oleh atom yang tidak tereksitasi dalam bentuk uap
(Hermanto, 2009).
Teknik analisa dari spektrofotometer serapan atom pertama kali
diperkenalkan oleh Welsh pada tahun 1955. SSA merupakan metode yang populer
untuk analisa logam karena disamping sederhana metode ini juga selektif dan
sangat sensitif. Teknik analisa SSA berdasarkan pada penguraian molekul menjadi
atom dengan energi dari arus listrik (Underwood dan Day, 1986).
Metode SSA berprinsip pada absorpsi cahaya oleh atom. Atom-atom
menyerap cahaya tersebut pada panjang gelombang tertentu, tergantung pada sifat
unsurnya. Prinsip kerja alat SSA terdapat pada Gambar 9 (Underwood dan Day,
1986).
32
Prinsip kerja alat spektrofotometri serapan atom adalah larutan yang
mengandung atom-atom netral dari unsur yang dianalisis yang berada pada
keadaan dasarnya disinari oleh sinar yang dipancarkan oleh sumber sinar.
Sebagian intensitas sinar dari sumber sinar dengan panjang gelombang tersebut
diteruskan menuju monokromator lalu ke detektor, kemudian ke amplifier dan
rekorder. Spektra adsorpsinya lebih sederhana dibandingkan dengan spektra
molekulnya karena keadaan energi elektronik tidak mempunyai sub tingkatan
vibrasi-rotasi. Jadi spektra adsorpsi atom terdiri dari garis-garis yang jauh lebih
tajam daripada pita-pita yang diamati dalam spektroskopi molekuler (Underwood
dan Day, 1986).
Gambar 9. Prinsip kerja SSA (Underwood dan Day, 1986)
33
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan selama delapan bulan, dimulai dari bulan Februari
2018-September 2018. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Bahan Industri,
Bidang Proses Radiasi, Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi (PAIR), Badan Tenaga
Nuklir Nasional (BATAN), Jalan Lebak Bulus Raya No.49 Pasar Jumat, Jakarta
Selatan 12440.
3.2 Alat dan Bahan
3.2.1 Alat
Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini adalah iradiator IRPASENA
dan Gamma-Cell milik PAIR-BATAN dengan sumber Co-60, sokhlet, neraca
analitik (AND GR-200), Oven (Memmert), waterbath, alat seal (Sealmaster
Karkolb 420), FTIR (Fourier Transform Infra Red) IR Prestige Shimadzu,
Spektrofotometer Serapan Atom (SSA) Shimadzu 6600, Pemanas dan Stirrer (Wise
Stir), krus porselin, mortar, termometer, plastik polietilen, pH meter (JENWAY),
WiseShaker (SHO-2D), kertas saring, spatula dan peralatan gelas lainnya.
3.2.2 Bahan
Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah Zeolit alam
klinoptilolit Lampung, monomer akrilonitril (Merck), tween 80 (Merck), akuades,
air trides, Vinyltriethoxysilane (VTES) (ALDRICH), Kalium Hidroksida (KOH),
Kalium Bromida (KBr), Hidroksilamin Hidroklorida (NH2OH.HCl) (Merck),
34
Metanol (CH3OH) (Merck), N,N-Dimethylformamide (DMF) (Merck), larutan
logam Cd(NO3)2.
3.3 Prosedur Kerja
3.3.1 Skema Kerja
Teknik pencangkokan dengan sinar gamma metode
simultan
Variasi dosis 10;15;25;50;75;100 kGy
Variasi laju dosis 2 kGy/jam dan 6 kGy/jam
Pembuatan ZM-PAN
Vinyltriethoxysilane
(VTES)
Preparasi zeolit alam
Akrilonitril dan emulsi
akrilonitril 30%
Pencucian ZM-PAN Dimethylformamide
(DMF)
Produk ZM-PAN
Proses amidoksimasi/pembuatan ZM-AMO NH2OH 6%
Produk ZM-AMO
Pengujian ZM-AMO terhadap ion
logam Cd2+ dengan menggunakan
SSA
Karakterisasi dengan
menggunakan FTIR
Gambar 10. Bagan alir metode penelitian
Pembuatan ZM
35
3.3.2 Preparasi Zeolit (Puspitasari, 2017)
Zeolit klinoptilolit Lampung ditimbang sebanyak 500 gram. Kemudian
dicuci dengan air trides menggunakan sokhlet selama 4 x 6 jam (setiap 6 jam pelarut
diganti) pada suhu 80 oC. Suspensi yang dihasilkan kemudian disaring dan
dikeringkan dalam oven pada suhu 100 oC selama 3 jam.
3.3.3 Pembuatan Emulsi Akrilonitril 30 % (Puspitasari, 2017)
Membuat 25 gram emulsi akrilonitril 30%, sejumlah 17 gram akuades
ditambahkan dengan 0,5 gram tween 80 kemudian dikocok secara perlahan setelah
campuran homogen ditambahkan setetes demi setetes 7,5 gram akrilonitril dikocok
secara homogen sampai terbentuk emulsi berwarna putih.
3.3.4 Modifikasi Zeolit (Khan et al., 2017)
Sebanyak 16 ml Vinyltriethoxysilane (VTES) dicampurkan dengan 300 ml
air trides. Kemudian diaduk dengan stirrer selama 30 menit di dalam gelas piala.
Selanjutnya dimasukkan ke dalam gelas piala berisi 15 gram zeolit klinoptilolit dan
campuran diaduk dengan stirrer selama 4 jam pada suhu 60 oC. Kemudian residu
disaring, dicuci dengan metanol dan dikeringkan dalam oven pada suhu 40 oC.
Produk yang dihasilkan dinamakan zeolit termodifikasi (ZM).
3.3.5 Pembentukan ZM-PAN (Puspitasari, 2017)
Sebanyak 1 gram modifikasi zeolit (ZM) ditambahkan 1 gram larutan
akrilonitril atau larutan emulsi akrilonitril dimasukkan ke dalam plastik polietilen.
Campuran diiradiasi dengan iradiasi gamma (sumber Co-60) dengan variasi dosis
iradiasi 10, 15, 25, 50, 75 dan 100 kGy dengan variasi laju dosis 2 dan 6 kGy/jam.
Produk hasil iradiasi kemudian dicuci dengan DMF untuk penghilangan
36
homopolimer poliakrilonitril selama 24 jam. Kemudian produk dikeringkan dalam
oven pada 50 oC. Produk yang dihasilkan dinamakan ZM-PAN. Ditimbang dan
dihitung % pencangkokan, dimana ZM-PAN sebelum dan sesudah pencangkokan
dengan akrilonitril dihitung dengan menggunakan Persamaan (7):
% Cangkok = 𝑊1−𝑊0
𝑊0 x 100 % …………..............................................................(7)
Keterangan : W0= Bobot kering ZM sebelum pencangkokan (gram)
W1= Bobot kering ZM-PAN setelah pencangkokan (gram)
3.3.6 Proses Amidoksimasi (Puspitasari, 2017)
Pereaksi NH2OH 6% dibuat dengan cara melarutkan NH2OH.HCl dalam
pelarut methanol:air (1:1), kemudian dinetralkan dengan KOH. Sejumlah 1 gram
ZM-PAN direaksikan dengan 200 ml NH2OH 6%, kemudian dipanaskan pada suhu
80 oC selama 3 jam. Setelah itu disaring, dikeringkan dan ditimbang. Produk yang
dihasilkan dinamakan ZM-AMO. Dihitung densitas Amidoksim yang terbentuk
dengan menggunakan Persamaan (8):
Densitas amidoksim (mmol/gram) = (𝑊𝑡−𝑊𝑜) 𝑥 1000
33 𝑥 𝑊𝑜……………………………(8)
Keterangan : Wt = Berat ZM-AMO setelah amidoksimasi
Wo = Berat awal ZM-PAN
3.3.7 Penentuan Gugus Fungsi dengan Menggunakan FTIR
Penentuan gugus fungsi zeolit, poliakrilonitril, ZM, ZM-PAN dan ZM-
AMO dilakukan dengan cara dimasukkan ke dalam oven selama 24 jam pada suhu
40 oC. Setelah 24 jam, ZM-AMO dicampur dengan Kalium Bromida (KBr) dan
dihaluskan dalam alu dengan rasio massa 1:100 selanjutnya diukur dengan FTIR.
Pembuatan ZM
37
3.3.8 Uji Kapasitas Adsorpsi ZM-AMO dengan Cd2+ (Amaliasani, 2016)
ZM-AMO yang sudah dikeringkan ditimbang masing-masing 20 mg,
kemudian direndam dalam 20 mL larutan logam Cd dengan variasi konsentrasi 100,
250, 500, 750, 1000 dan 1500 ppm pada pH 6 selama 24 jam dikocok dengan
kecepatan 100 rpm. Setelah itu, konsentrasi akhir ion logam Cd dalam larutan
diukur dengan Spektrofotometer Serapan Atom (SSA). Perhitungan nilai kapasitas
penyerapan (Ɋe) dan nilai efisiensi penyerapan (Ɛ) dapat dihitung berdasarkan
Persamaan (9) dan (10) :
Ɋe (mg/g) = (Co − Ct) × V
W……………………………..…………………(9)
Ɛ (%) = (Co−Ct)
Co× 100%..........................................................................(10)
Keterangan :
Ɋe : Kapasitas penyerapan ion logam (mg/g)
Ɛ : Efisiensi penyerapan (%)
Co : Konsentrasi awal ion logam (mg/L)
Ct : Konsentrasi akhir ion logam (mg/L)
V : Volume larutan ion logam (L)
W : Bobot adsorben (g)
38
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Modifikasi Zeolit menjadi Zeolit Modifikasi (ZM)
Modifikasi zeolit dilakukan dengan metode kopolimerisasi cangkok dengan
teknik iradiasi secara simultan dengan cara memasukkan rantai-rantai panjang dari
polimer pada rantai utama zeolit. Proses modifikasi zeolit menjadi zeolit modifikasi
(ZM) pada penelitian ini dimulai dengan proses pencampuran antara senyawa silan
dengan zeolit. Proses modifikasi ini dapat membentuk ikatan kimia antara material
organik dan material anorganik (Oktaviana et al., 2015). Senyawa silan yang
digunakan adalah Vinyltriethoxysilane (VTES).
Mekanisme zeolit modifikasi menurut Demir et al (2006) dan Yi et al
(2010) menggunakan reaksi hidrolisis dan kondensasi, yaitu dengan reaksi
hidrolisis gugus etoksi pada VTES akan berinteraksi dengan gugus silanol (Si-OH)
dari zeolit yang mengakibatkan gugus etanol menguap. Gugus Si-OH akan bereaksi
dengan gugus hidroksil melalui reaksi kondensasi membentuk siloksan dan
berinteraksi dengan molekul silan VTES yang terikat pada permukaan zeolit.
Kelompok SiOH adalah grup yang paling reaktif dan dapat menyediakan bagian
untuk adsorpsi secara fisik dan kimia dari agen penggabung silan (Li et al., 2006).
Mekanisme sintesis zeolit modifikasi dan hasil pembuatan zeolit modifikasi dapat
dilihat pada Gambar 11 dan 12.
39
Gambar 11. Mekanisme sintesis zeolit modifikasi (ZM) (Demir et al.,
2006; Yi et al., 2010)
Gambar 12. Produk Zeolit Modifikasi (ZM)
Gambar 13. Hidrofilitas ZM (kiri) dan zeolit (kanan)
40
Gambar 13 terlihat perbedaan antara zeolit dan zeolit modifikasi (ZM) yang
dilarutkan pada akuades. Zeolit klinoptilolit memiliki sifat hidrofilik karena
memiliki banyak gugus OH pada molekul zeolit, jika padatan zeolit dilarutkan
dalam akuades akan menyerap air di dalam permukaan zeolit sehingga warnanya
keruh. Zeolit yang sudah dimodifikasi dengan VTES sifatnya akan berubah, karena
gugus vinyl dapat memodifikasi sifat permukaan zeolit dari hidrofilik menjadi
hidrofobik dikarenakan adanya dua gugus etoksi dan satu gugus vinil serta dapat
meningkatkan afinitas zeolit pada matriks polimer (Li et al., 2006). Padatan ZM
akan mengapung jika dilarutkan dalam akuades seperti terlihat pada Gambar 14.
Penentuan gugus fungsi pada zeolit dan zeolit termodifikasi (ZM) ditentukan
dengan analisis serapan inframerah seperti terlihat pada Gambar 14. Analisis ini
berguna untuk memastikan terjadinya modifikasi permukaan zeolit dengan senyawa
silan dengan melihat perubahan pada spektra masing-masing zeolit.
Gambar 14. Spektra FTIR zeolit (hitam) dan ZM (hijau)
500750100012501500175020002500300035004000
1/cm
%T
36
31
,96
34
39
,08
16
31
,78
10
58
,92
79
0,8
1
36
26
,17
34
23
,65
29
76
,16
16
56
,85 1
40
9,9
6
10
53
,13
78
3,1
0Zeolit
ZM (VTES)
zeolit vtes
O-H
Al-O O-T-O
CH2
C=C
-CH
Zeolit
terhidrasi
O-H ZEOLIT
ZM
41
Gambar 14 menunjukkan spektra FTIR zeolit dan zeolit termodifikasi silan
(ZM). Spektra FTIR zeolit klinoptilolit dan data pada Tabel 5 menunjukkan adanya
pita melebar pada bilangan gelombang 3200 – 3600 cm-1 yang merupakan
karakteristik vibrasi gugus –OH atau peregangan gugus fungsi hidroksil yang
terletak pada puncak 3631,96 dan 3439,08 cm-1 (Ruíz-baltazar et al., 2015;
Puspitasari, 2017). Puncak 1631,76 cm-1 merupakan zeolit terhidrasi, bilangan
gelombang 1100 cm-1 merupakan vibrasi ulur simetris O-T (T = Si atau Al) tepatnya
pada puncak 1058,92 cm-1 yaitu vibrasi Al-O dan 970 cm-1 merupakan vibrasi tekuk
gugus silanol yaitu Si-OH (Puspitasari, 2017). Puncak 790,81 cm-1 merupakan
ikatan SiO2 (vibrasi ulur simetris O-T-O). Intensitas yang terkait dengan ikatan Si-
O dan Al-O yang khas dari tektosilikat menunjukkan bahwa zeolit memiliki luas
permukaan yang besar (Ruíz-baltazar et al., 2015). Spektra FTIR pada ZM
menunjukkan adanya puncak penyerapan baru di 2976,16 cm-1 yang merupakan
gugus CH2 stretching, puncak 1656,65 cm-1 yang muncul dari gugus vinil (C=C)
ulur dari senyawa silan VTES, puncak 1409,96 cm-1 yang merupakan gugus =C-H
tekuk ke dalam.
Gugus Fungsi Bilangan Gelombang (cm-1)
Zeolit Zeolit Modifikasi (ZM)
-OH 3631,96 dan 3439,08 3626,17
CH ulur - 2976,16
(CH2 stretching)
=CH - 1409,96
C=C - 1656,65
Zeolit terhidrasi 1631,76 -
O-T 1058,92 1053,13
Si-OH 970 -
Vibrasi ulur simetris
O-T-O
790,81 763,10
Tabel 5. Data puncak serapan FTIR zeolit dan ZM
42
4.2 Sintesis Zeolit Modifikasi-Poliakrilonitril (ZM-PAN)
Proses sintesis komposit hibrida ZM-PAN dimulai dengan proses
penggabungan monomer akrilonitril dengan mineral zeolit yang sudah dimodifikasi
menjadi ZM dan dioptimalisasi dengan variasi dosis radiasi dan laju dosis radiasi.
Media yang digunakan untuk pencampuran ZM dengan PAN yaitu dengan plastik
yang diseal atau direkatkan, karena pengemas plastik yang ditutup rapat lebih baik
daripada botol kaca karena lebih praktis dan meminimalisir oksigen yang masuk
(Puspitasari, 2017). Zeolit mempunyai struktur pori-pori permukaan yang dapat
dibuka atau diaktifkan sehingga molekul monomer dapat masuk ke dalam struktur
tersebut (Swantomo et al., 2008). Modifikasi zeolit termodifikasi silan (ZM)
menjadi zeolit modifikasi-Poliakrilonitril (ZM-PAN) dilakukan dengan teknik
kopolimerisasi cangkok secara simultan dengan teknik iradiasi tinggi dan sumber
radiasi gamma dari Cobalt-60. Teknik ini memiliki keunggulan dalam teknik
penetrasi dan pembentukan pusat aktif (radikal bebas) dengan cepat, homogen serta
hasilnya bebas inisiator sehingga lebih efisien (Puspitasari, 2017).
Metode pencangkokan menggunakan teknik iradiasi simultan yaitu dimana
zeolit termodifikasi dan monomer diiradiasi bersama-sama sehingga terbentuk
radikal bebas dan dapat memulai reaksi dalam kondisi bebas oksigen. ZM dapat
menyerap sejumlah besar monomer akrilonitril yang selanjutnya dipolimerisasi
pada keadaan teradsorpsi (Puspitasari, 2017) atau diinisiasi yaitu tahap
pembentukan radikal bebas yang menyebabkan ikatan rangkap C=C pada ZM tidak
stabil dan berubah menjadi radikal sampai berpropagasi menjadi R-CH2-CH-CN
membentuk rantai poliakrilonitril (PAN) secara in situ di dalam matriks zeolit
modifikasi (ZM) sampai proses terminasi (Puspitasari, 2017). Selanjutnya pada
43
tahap terminasi aktivitas pertumbuhan akrilonitril akan terhenti menghasilkan
homopolimer yang terbentuk oleh radikal-radikal dari fragmen monomer
(Dargaville et al., 2003), sehingga pada proses akhirnya terbentuk ZM-
Poliakrilonitril (ZM-PAN) dan homopolimer poliakrilonitril.
ZM-PAN saja dapat diperoleh dengan menghilangkan homopolimer
melalui pencucian dengan menggunakan pelarut N,N-Dimethylformamide (DMF)
karena merupakan pelarut yang baik untuk monomer akrilonitril (Stevens, 2001).
Hasilnya menunjukkan bahwa sebagian PAN yang terpolimerisasi di dalam pori-
pori ZM tidak dapat diekstraksi oleh pelarut DMF, hanya homopolimernya saja
yang terekstraksi (Puspitasari, 2017). Mekanisme reaksi yang terbentuk pada proses
pencangkokan dapat dilihat pada Gambar 15, Gambar 16, Gambar 17 dan Gambar
18.
Gambar 15. Mekanisme reaksi tahap inisiasi
44
Gambar 16. Mekanisme reaksi tahap propagasi
Gambar 17. Mekanisme reaksi tahap terminasi
45
Gambar 18. Mekanisme reaksi total pembentukan ZM-PAN
Salah satu parameter yang mempengaruhi kadar pencangkokan adalah dosis
dan laju dosis yang diserap selama iradiasi, secara umum semakin besar dosis yang
digunakan semakin tinggi radikal bebas yang terbentuk, jadi jumlah radikal bebas
menentukan besar kecilnya kadar pencangkokan (Karo et al., 1998). Semakin tinggi
dosis total maka kadar cangkok semakin bertambah yang disebabkan oleh semakin
bertambahnya radikal bebas polimer substrat yang terbentuk, sehingga peluang
untuk membentuk kopolimer ZM-PAN semakin besar. Sedangkan laju dosis
berpengaruh terhadap kecepatan pembentukan radikal dan menentukan panjang
rantai polimer. Teknik iradiasi simultan, jumlah rantai dan panjang rantai yang
dicangkokan dipengaruhi oleh dosis gamma dengan meningkatnya dosis iradiasi
gamma dan jumlah radikal bebas yang terbentuk (Khan et al., 2017). Variasi dosis
iradiasi dan laju dosis iradiasi sangat berpengaruh terhadap persentase
pencangkokan.
46
Gambar 19 menunjukkan grafik hasil pencangkokan emulsi akrilonitril pada
permukaan zeolit yang sudah dimodifikasi dengan silan Vinyltriethoxysilane
(VTES) pada laju dosis iradiasi 2 kGy/jam dan 6 kGy/jam dengan variasi dosis 10,
15, 50, 75 dan 100 kGy. Grafik berwarna biru merupakan hasil persen cangkok
dengan variasi dosis pada laju 2 kGy/jam. Grafik tersebut menunjukkan bahwa
pencangkokan akrilonitril pada matriks zeolit meningkat seiring meningkatnya
dosis iradiasi yang diserap. Persen cangkok paling tinggi pada laju dosis 2 kGy/jam
yaitu pada dosis 50 kGy, yaitu sebesar 11,27%. Sedangkan grafik berwarna oranye
merupakan hasil persen cangkok dengan variasi dosis pada laju 6 kGy/jam. Grafik
tersebut menunjukkan bahwa persen cangkok paling tinggi terdapat pada dosis
iradiasi 50 kGy, yaitu sebesar 19,50% dan penyerapan mulai melambat ketika
melebihi dosis 50 kGy. Hasil penelitian yang didapat terlampir pada Lampiran 1.
Hasil optimum persen pencangkokan ini yaitu pada dosis 50 kGy dengan laju dosis
6 kGy/jam.
Gambar 19. Grafik hubungan antara pengaruh dosis dan % cangkok (emulsi)
0
5
10
15
20
25
10 15 50 75 100
% C
angk
ok
Dosis Radiasi (kGy)
2 kGy/jam
6 kGy/jam
47
Gambar 20 menunjukkan grafik hasil pencangkokan monomer akrilonitril
tanpa dibuat emulsi pada ZM pada laju dosis iradiasi 2 kGy/jam dan 6 kGy/jam
dengan variasi dosis 10, 15, 25, 50, 75 dan 100 kGy. Grafik berwarna biru
merupakan hasil persen cangkok dengan variasi dosis pada laju 2 kGy/jam. Grafik
tersebut menunjukkan bahwa pencangkokan akrilonitril pada matriks zeolit
meningkat seiring meningkatnya dosis iradiasi yang diserap. Persen cangkok paling
tinggi pada laju dosis 2 kGy/jam yaitu pada dosis 25 kGy, yaitu sebesar 67,44%.
Sedangkan grafik berwarna oranye merupakan hasil persen cangkok dengan variasi
dosis pada laju 6 kGy/jam. Grafik tersebut menunjukkan bahwa persen cangkok
paling tinggi terdapat pada dosis iradiasi 50 kGy, yaitu sebesar 62,94% dan
penyerapan mulai melambat ketika melebihi dosis 50 kGy. Hasil penelitian yang
didapat terlampir pada Lampiran 1. Hasil optimum persen pencangkokan ini yaitu
pada dosis 25 kGy dengan laju dosis 2 kGy/jam.
Gambar 20. Grafik hubungan antara pengaruh dosis dan % cangkok ZM-PAN
(tanpa dibuat emulsi)
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
10 15 25 50 75 100
% c
angk
ok
Dosis Radiasi (kGy)
2 kGy/jam
6 kGy/jam
48
Derajat pencangkokan optimum pada penelitian ini yaitu ZM-PAN yang
dimodifikasi dengan monomer akrilonitril dalam bentuk larutan monomer tanpa
dibuat emulsi pada dosis 25 kGy dan laju dosis 2 kGy/jam sebesar 67,44%. Hasil
derajat pencangkokan pada penelitian ini lebih besar 3 kali lipat jika dibandingkan
dengan zeolit tanpa modifikasi silan, seperti penelitian yang dilakukan Puspitasari
(2017) dan Seftiani (2016) dengan dosis radiasi 100 kGy dengan laju dosis 2
kGy/jam. Persen pencangkokan yang didapatkan masing-masing yaitu sebesar 20%
dan 20,31%. Dalam penelitian ini, penggunaan monomer akrilonitril dalam bentuk
emulsi derajat pencangkokannya terhadap matriks zeolit lebih kecil dibandingkan
larutan monomer akrilonitril. Emulsi monomer terbentuk dalam campuran dengan
air dan adanya emulsifier. Pada sistem emulsi air, mayoritas monomer terdapat
dalam misel dan sisanya ada di dalam tetesan monomer yang akan mempengaruhi
laju pencangkokan. Emulsi yang stabil dengan sejumlah besar pengemulsi dapat
menurunkan efisiensi pencangkokan, sehingga emulsi yang stabil tidak cocok untuk
polimerisasi cangkok karena pencangkokan emulsi tergantung kepada kelarutan
monomer di dalam air (Makuuchi dan Cheng, 2012).
Menurut Nasef dan Guven (2012), dosis iradiasi menjadi parameter penting
dalam mempengaruhi jumlah radikal yang dihasilkan pada sistem pencangkokan.
Kenaikkan dosis iradiasi sangat berpengaruh pada jumlah ikatan silangnya
(crosslink) sehingga derajat pencangkokan pun meningkat. Kenaikkan dosis
iradiasi akan meningkatkan jumlah radikal bebas yang dihasilkan sehingga
probabilitas reaksi polimerisasi akan semakin tinggi sehingga peluang terbentuknya
kopolimer ZM-PAN semakin besar (Swantomo et al., 2008). Penurunan nilai
persentase pencangkokkan dengan dosis tinggi dapat disebabkan oleh reaksi
49
rekombinasi radikal dan penghentian cepat pada pertumbuhan rantai-rantai yang
dicangkokkan. Penambahan ZM ke dalam monomer akrilonitril bertujuan untuk
memperbaiki sifat fisik akrilonitril, sedangkan penambahan monomer akrilonitril
ke dalam zeolit bertujuan untuk meningkatkan kemampuan adsorpsinya
(Swantomo et al., 2008). Sedangkan laju dosis berpengaruh terhadap kecepatan
pembentukan radikal dan menentukan panjang rantai. Kecepatan pembentukan sisi
aktif lebih cepat terjadi sehingga radikal dengan rantai pendek jumlahnya banyak,
jadi tahap terminasi mudah terjadi sehingga sedikit homopolimer akrilonitril yang
berikatan silang dengan ZM. Hasil pembuatan ZM-PAN dapat dilihat pada Gambar
21.
Gambar 21. Kondisi fisik ZM-PAN
50
Terjadinya proses pencangkokan pada penelitian ini dapat dibuktikan
dengan melihat hasil penentuan gugus fungsi pada ZM-PAN dengan menggunakan
alat FTIR, spektra yang terbentuk dapat terlihat pada Gambar 22.
Gambar 22. Spektrum ZM-PAN (hitam) dan PAN (biru)
500750100012501500175020002500300035004000
1/cm
75
100
%T
ZM(VTES)PAN 6 kGy per jam
500750100012501500175020002500300035004000
1/cm
%T
36
14
,60
34
41
,01
32
34
,62
29
70
,38
28
16
,07
24
97
,82
22
43
,21
18
32
,38
16
47
,21
14
60
,11
10
49
,28
78
5,0
3
66
9,3
0
59
9,8
6
46
0,9
9
35
99
,17
35
37
,45
29
41
,44
22
45
,14
16
31
,78
14
50
,47
13
46
,31
12
26
,73
10
72
,42
77
7,3
1
53
4,2
8
ZM - PAN (VTES)PAN
ZM(VTES)PAN 6 kGy per jam
𝐶 ≡ 𝑁
-CH2
-CH2 𝐶 ≡ 𝑁
-CH2
bending
C=C
C=C
Gambar 23. Spektra FTIR ZM
ZM-PAN
PAN
ZM
C=C
C-H
O-T
51
Tabel 6. Data puncak serapan FTIR pada PAN dan ZM-PAN
Gugus Fungsi Bilangan Gelombang (cm-1)
PAN ZM-PAN
CH ulur 2941,44 (CH2 stretching) 2970,38 dan 2816,07
(CH2 stretching)
C ≡ N 2245,14 2243,21
C=C 1631,78 1647,21
CH bending 1450,47 dan 1346,31 1460,11
Gambar 22 merupakan spektra ZM-PAN dan Gambar 23 merupakan spektra
ZM. Tabel 6 merupakan data serapan FTIR yang menunjukkan adanya puncak
serapan baru pada puncak 2243,21; 2970,38 dan 2816,07 cm-1. Puncak 2243,21 cm-
1 adalah peregangan gugus C≡N, sedangkan puncak 2970,38 cm-1 dan 2816,07 cm-
1 merupakan karakteristik dari grup –CH2 asimetris dan simetris yang menunjukkan
bahwa pencangkokan monomer akrilonitril pada ZM (VTES) berhasil dilakukan
(Khan et al., 2017). Hal ini terjadi karena gugus fungsi reaktif pada PAN berhasil
dicangkok pada ZM. Spektra FTIR pada PAN menunjukkan adanya peregangan
CH2 (metilen asimetris C-H ulur) pada puncak 2941,44 cm-1, puncak 2245,14 cm-1
menunjukkan adanya peregangans C≡N, puncak 1450,47 cm-1 dan 1346,31 cm-1
merupakan CH2 bending. Puncak-puncak pada bilangan gelombang tersebut
merupakan puncak serapan khas dari PAN (Yang et al., 2015).
4.3 Amidoksimasi
Kopolimerisasi cangkok dengan cara radiasi yang merupakan salah satu
cara memodifikasi bahan polimer dapat diaplikasikan untuk mendapatkan bahan
fungsional dengan mengubah rantai utama polimer menjadi rantai yang mempunyai
rantai cabang fungsional. Fungsionalisasi PAN dengan senyawa hidroksilamin
menjadi amidoksim untuk meningkatkan kapasitas penukar ion sehingga rantai
52
fungsional inilah yang dapat mengikat ion logam (Zhang, M et al., 2016;
Puspitasari, 2017). Kelompok Amidoksim dapat mengkelat beberapa jenis ion
logam berat dan digunakan untuk meningkatkan efisiensi penyerapan ion logam
berat seperti Cd2+ (Zheng et al., 2010) dengan efisiensi tinggi. ZM-PAN yang
direaksikan dengan hidroksilamin klorida menghasilkan gugus amidoksim
sehingga hasil akhir dari proses ini disebut ZM-Amidoksim (ZM-AMO),
mekanisme reaksi yang terjadi pada Gambar 24. Densitas Amidoksim dari proses
amidoksimasi ZM-AMO (emulsi) pada penelitian ini sebesar 8,1189 mmol/g dan
densitas amidoksim ZM-AMO (tanpa dibuat emulsi) pada penelitian ini sebesar
18,2229 mmol/g. Terjadinya proses amidoksimasi pada penelitian ini dapat
dibuktikan dengan melihat hasil penentuan gugus fungsi pada ZM-AMO dengan
menggunakan alat FTIR, spektra yang terbentuk dapat terlihat pada Gambar 25.
Data proses amidoksimasi terdapat pada Lampiran 2.
Gambar 24. Reaksi amidoksimasi pada ZM-PAN
53
Gambar 25. Hasil spektra ZM-AMO
Tabel 7. Data puncak serapan FTIR ZM-AMO
Gugus Fungsi Bilangan Gelombang (cm-1)
N-H ulur 3381,21
O-H 2941,44
C=N 1649,14
N-OH 935,48
Gambar 25 merupakan spektra FTIR dan Tabel 7 merupakan data puncak
serapan dari ZM-AMO. Spektra ZM-AMO menunjukkan bahwa pada puncak
2243,21 cm-1 menghilang dan ada penambahan puncak baru di 935,48 cm-1 dan di
1649,14 cm-1 yang masing-masing merupakan gugus N-OH dan C=N konversi dari
gugus C≡N menjadi gugus amidoksim. Spektra ini juga menunjukkan adanya pita
melebar dari 3000 – 3600 cm-1 yaitu gugus OH dan NH ulur yang spesifik pada
puncak 3381,21 cm-1 yaitu NH ulur. Puncak 2941,44 cm-1 juga masih ada yaitu
500750100012501500175020002500300035004000
1/cm
45
52,5
60
67,5
75
82,5
90
97,5
%T
33
81
,21
29
41
,44
16
49
,14
14
40
,83
13
90
,68
10
39
,63
93
5,4
8
76
9,6
0
58
6,3
6
44
1,7
0
ZM-AMO VTESTE
C=N
N-OH
NH
ulur
dan
OH
T-O-T
54
gugus aldehid CH ulur (CH2) dari senyawa silan VTES. Kelompok T-O-T juga
masih muncul pada spektra di puncak 1039,63 cm-1 milik zeolit.
4.4 Kapasitas dan Efisiensi Adsorpsi ZM-AMO terhadap Ion Logam Cd2+
Proses adsorpsi ion logam oleh adsorben dipengaruhi oleh beberapa faktor,
yaitu jenis adsorben, jenis zat yang diserap, luas permukaan adsorben, konsentrasi
awal zat yang diadsorpsi, suhu, pH dan waktu kontak. Adsorpsi ion logam Cd2+
dilakukan menggunakan variasi konsentrasi larutan logam yang akan diserap.
Variasi konsentrasi yang digunakan pada masing-masing logam yaitu 100 ppm, 250
ppm, 500 ppm, 750 ppm, 1000 ppm dan 1500 ppm. Analisis menggunakan
spektrofotometer serapan atom dengan perhitungan konsentrasi ion Cd dalam
larutan menggunakan persamaan regresi dari kurva kalibrasi yaitu y = 1E-04x +
1.7449 dengan harga R² = 0.9359. Grafik kapasitas adsorpsi pada logam Cd dengan
adsorben ZM-AMO dengan emulsi dan ZM-AMO tanpa dibuat emulsi dapat dilihat
pada Gambar 26.
55
Gambar 26 merupakan grafik hubungan antara konsentrasi larutan logam
Cd dan kapasitas adsorpsi adsorben ZM-AMO. Gambar ini menunjukkan bahwa
semakin tinggi konsentrasi larutan logam, semakin tinggi kapasitas adsorpsinya.
Gambar tersebut menunjukkan penyerapan maksimum pada adsorben ZM-AMO
dengan emulsi diperoleh pada konsentrasi 1000 ppm, yaitu sebesar 200,8845 mg/g.
Sedangkan penyerapan maksimum pada adsorben ZM-AMO tanpa dibuat emulsi
diperoleh pada konsentrasi 1000 ppm, yaitu sebesar 223,8971 mg/g.
Konsentrasi yang tinggi akan menyebabkan jumlah molekul dalam larutan
bertambah, sehingga meningkatkan interaksi molekul adsorbat dengan adsorben.
Interaksi yang tinggi akan menyebabkan laju reaksi, sehingga adsorbat yang
terserap semakin besar dan menyebabkan nilai kapasitas adsorpsi meningkat seiring
dengan konsentrasi adsorbat (Barros et al., 2003). Namun menurut Suhartini et al
(2017), kapasitas adsorpsi meningkat pada konsentrasi yang semakin tinggi karena
Gambar 26. Grafik kapasitas adsropsi pada ion logam Cd2+
0
50
100
150
200
250
0 200 400 600 800 1.000 1.200 1.400 1.600
Kap
asit
as A
dso
rpsi
(m
g/g)
Konsentrasi awal ion logam Cd2+ (mg/L)
ZM-AMO dengan emulsi
ZM-AMO tanpa dibuat emulsi
56
jumlah ion logam dalam larutan semakin banyak sehingga ion logam yang
berinteraksi dengan sisi aktif adsorben meningkat sedangkan pada konsentrasi yang
terlampau tinggi adsorben akan mengalami kejenuhan karena sisi aktif pada
adsorben telah tertutup oleh ion logam sehingga adsorben tidak dapat menyerap ion
logam lagi. Peristiwa adsorpsi lebih dominan pada awal reaksi sehingga
berlangsung cepat dan pada waktu tertentu adsorpsi melambat, sehingga terjadi
peristiwa desorpsi. Keadaan ketika laju adsorpsi menjadi sama dengan laju desorpsi
disebut dengan keadaan setimbang (Puspitasari, 2017).
Gambar 27 merupakan grafik hubungan antara konsentrasi larutan ion
logam yang terserap dengan persentase efisiensi penyerapan pada logam Cd.
Kondisi optimum efisiensi penyerapan pada ZM-AMO dengan emulsi terdapat
pada konsentrasi 750 ppm, yaitu sebesar 25,54%. Sedangkan kondisi optimum
efisiensi penyerapan pada ZM-AMO tanpa dibuat emulsi terdapat pada konsentrasi
500 ppm, yaitu sebesar 29,49%. Efisiensi penyerapan ZM-AMO dapat mengkelat
Gambar 27. Grafik hubungan antara konsentrasi awal logam dengan efisiensi
penyerapan ZM-AMO
0
5
10
15
20
25
30
35
0 200 400 600 800 1.000 1.200 1.400 1.600
% E
fisi
ensi
Konsentrasi awal ion logam Cd2+ (mg/L)
ZM-AMO dengan emulsi ZM-AMO tanpa dibuat emulsi
57
ion Cd2+ karena adanya gugus aktif yang berasal dari gugus NH2 dan NOH dari
gugus amidoksim (konversi dari gugus nitril [C≡N] pada poliakrilonitril (PAN)
menjadi amidoksim [C-(NH2)=NOH] (Suhartini et al., 2017).
Gambar 27 menunjukkan bahwa meningkatnya konsentrasi ion logam,
maka efisiensi penyerapannya semakin berkurang, karena kemampuan adsorben
menyerap ion logam berat sudah maksimum. Menurut Refilda et al (2001), hal
tersebut disebabkan karena konsentrasi yang lebih tinggi, jumlah ion logam dalam
larutan tidak sebanding dengan jumlah partikel yang tersedia dalam adsorben
sehingga permukaan adsorben akan mencapai titik jenuh dan kemungkinan akan
terjadi proses desorpsi atau pelepasan kembali antara adsorben dengan adsorbat.
Mekanisme reaksi yang terjadi dapat dilihat pada Gambar 28.
Gambar 28. Reaksi adsorpsi ZM-AMO pada ion logam Cd2+
58
Mekanisme reaksi pada Gambar 28 menjelaskan bahwa gugus –OH dan
NH2 yang terdapat dalam komposit ZM-AMO dapat mengkelat ion logam kadmium
sehingga membentuk kompleks kelat yang stabil karena adanya koordinasi ion yang
menunjukkan perubahan pada ikatan hidrogennya (Kadarijah et al., 1999). ZM-
AMO memiliki gugus fungsional NH2 dan OH yang dapat mengkelat ion Cd2+
dikarenakan atom N pada gugus NH2 dan atom O pada NOH menjadi basa lewis
kuat karena memiliki pasangan elektron bebas yang dapat memberikan kompleks
untuk koordinasi dengan ion Cd2+ namun ikatannya tidak terlalu kuat dikarenakan
ion Cd2+ merupakan asam lemah (Lin et al., 2016). Fenomena ini dapat dijelaskan
dengan teori HSAB yang dikemukakan oleh Pearson, yaitu kelompok logam asam
keras akan lebih suka berinteraksi dengan basa keras yang merupakan interaksi
ionik sedangkan kelompok asam lunak akan lebih suka berinteraksi dengan basa
lunak yang interaksinya lebih bersifat kovalen. Ion logam Cd2+ merupakan asam
lunak dimana pada asam lunak dapat berinteraksi dengan basa lunak dan akan
berinteraksi agak lemah dengan basa kuat.
59
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Hasil penelitian yang telah dilakukan, maka dapat diambil beberapa
kesimpulan yaitu:
1. Senyawa silan VTES berhasil untuk memodifikasi permukaan zeolit, sehingga
dapat mempengaruhi kenaikan derajat pencangkokan dengan teknik iradiasi
pada ZM-PAN.
2. Kondisi optimum derajat pencangkokan ZM-PAN tanpa dibuat emulsi didapati
pada dosis 25 kGy dengan laju dosis 2 kGy/jam, sebesar 67,44%.
3. ZM-AMO yang dibuat tanpa emulsi dapat menyerap ion logam Cd2+ dengan
kapasitas adsorpsi terbaik sebesar 223,8971 mg/g dengan efisensi 21,91% pada
konsentrasi logam sebesar 1000 ppm.
5.2 Saran
ZM-AMO yang dibuat tanpa emulsi untuk mendapatkan hasil yang baik
perlu dilakukan uji luas permukaan dengan alat Surface Area Analyzer (SAA) dan
dilakukan pengujian lebih lanjut terhadap pengaplikasian pada jenis-jenis ion logam
yang lebih selektif terhadap gugus pada adsorben.
60
DAFTAR PUSTAKA
Amaliasani, R. 2016. Adsorbsi Kadmium Menggunakan Adsorben Berbasis
Lumpur Instalasi Pengolahan Air Minum Yang Dienkapsulasi Dalam Agar
Dan Alginate Gel Adsorbtion Of Cadmium Using Adsorbent Based On
Sludge From Drinking Water Treatment Plant Encapsulated In Agar And
Alginate. (Cd). Teknik Lingkungan. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan:
Universitas Islam Indonesia
Anirudhan, T., Divya, L., Bringle, C.,S Suchithra. 2010. Removal of Copper(II) and
Zinc(II) from Aqueous Solutions Using a Lignocellulosic-based Polymeric
Adsorbent Containing Amidoxime Chelating Functional Groups. Sep. Sci.
Technol. 45 (16), 2383–2393.
Asip, F., Mardhiah, R., dan Husna. 2008. Uji Efektifitas Cangkang Telur Dalam
Mengadsorbsi Ion Fe Dengan Proses Batch. Jurnal Teknik Kimia. 15(2), 22–
26.
Barros, L.M., Maedo, G.R., Duarte, M.M.L., Silva, E.P., dan Lobato. 2003.
Bisorption Cadmium Using The Fungus Aspergillus Niger. Braz J. Chem.
20: 1-17.
Bogdanov, B., Georgiev., Angelova dan Hristov, Y. 2009. Synthetic Zeolites and
Their Industrial and Environmental Applicatons Review. International
Science Conference. Volume IV Natural & Mathematical Science.
Bradzil, J.F. 1991. Acrylonitrile, dalam Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical
Technology, 4th Ed. (1), Wiley-Interscience, 352-369.
Chen, S., Shen, W., Yu, F., Hu, W., and Wang, H. 2010. Preparation of
Amidoximated Bacterial Cellulose and Its Adsorption Mechanism for Cu2+
and Pb2+. Wiley Interscience. Republic of China.
Dargaville, T.R., George, G.A., Hill, D.J.T., Whittaker, A.K., 2003. High energy
radiation grafting of fluoropolymers. Prog. Polym. Sci. 28, 1355–1376.
Darmono, 2001. Lingkungan Hidup dan Pencemaran (Hubungannya dengan
Toksikologi Senyawa Logam). Jakarta: Universitas Indonesia Press.
Demir, H., Balköse, D., and Ülkü, S. 2006. Influence of Surface Modification of
Fillers and Polymer on Flammability and Tensile Behaviour of
Polypropylene-Composites. Polymer Degradation and Stability, 91(5),
1079–1085.
Erizal., A, Basril., Sudirman., W, Thamrin., dan Budianto, E. 2011. Pengaruh
Iradiasi Gamma pada Sifat Fisiko-Kimia Agar- Agar dalam Bentuk Padat.
Jurnal Kimia Dan Kemasan, 33(2), 160.
61
Faghihian, H., Iravani, M., Moayed, M dan Ghannadi-Maragheh, M. 2013. A Novel
Polyacrilonitrile-Zeolite Nanocomposite to Clean Cs and Sr from
Radioactive Waste. Environmental Chemistry Letter. 11, 277-282.
Gao, B., Gao, Y., and Li, Y. 2010. Preparation and chelation adsorption property of
composite chelating material poly(amidoxime)/SiO2 towards heavy metal
ions. Chemical Engineering Journal, 158(3), 542–549.
Giwangkara, S. 2007. Kategori Kimia Instrumentasi Spektrofotometri Infra Merah.
Jakarta: Erlangga.
Hajar, E. W. I., Sitorus, R. S., Mulianingtias, N., & Welan, F. J. 2016. Efektivitas
Adsorpsi Logam Pb 2+ dan Cd2+ Menggunakan Media Adsorben Cangkang
Telur Ayam. Konversi, 5(1), 1–7.
Hendayana, S. 1994. Kimia Analitik Instrumen. Semarang: IKIP Semarang Press.
Hermanto, Sandra. 2009. Mengenal Lebih Jauh Teknik Analisa Kromatografi dan
Spektroskopi. Jakarta : Fakultas Sains dan Teknologi UIN Jakarta.
Indah Fajar Mukti, N. 2017. Modifikasi Zeolit Alam Sebagai Adsorben Ammonium
Hidroksida (Nh4Oh). Teknoin, 22(10), 752–763.
INEOS. 2014. Acrylonitrile: Safe Storage and Handling Guide. INEOS, Texas.
Kadarijah, Marlijanti, I., Sunarni, A., dan Iskandar, S. 1999. Pembuatan dan
karakterisasi Adsorban PP-Amidoksim. Prosiding Pertemuan limiah limu
Pengetahuan dan Teknologi Bahan '99. P3TIR. BATAN.
Karo Karo, A., Ginting, J., Lahagu, I. ., Asijati, E., & Sabarinah, Y. 1998.
Kopolimerisasi Cangkok Radiasi 4-Vinilpiridin Pada Serat Propilena
Sebagai Alternatif Pembuatan Serat Penukar Ion : Studi Kinetika
Pencangkokan. Prosiding Simposium Nasional Polimer.
Kaygun, A.K dan Akyil, S. 2007. Study of Behaviour of Thorium Adsorption on
PAN/Zeolite Composite Adsorbent. Journal of Hazardous Materials. 147,
357-362.
Kementerian Lingkungan Hidup Republik Indonesia. 2010. Peraturan Menteri
Negara Lingkungan Hidup No. 03 Baku Mutu Air Limbah Bagi Kawasan
Industri.
Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup (KEPMEN LH) Nomor 51 Tahun
2004 Tentang Baku Mutu Limbah Cair Bagi Kegiatan Industri.
Khan, I. A., Yasin, T., and Hussain, H. 2017. Development Of Amidoxime
Functionalized Silica By Radiation-Induced Grafting. Journal of Applied
Polymer Science, 134(42), 1–7.
Khopkar. 2003. Konsep Dasar Kimia Analitik. Jakarta: UI Press.
62
Kiatkamjornwong, S., Chomsaksakul, W., and Sonsuk, M. 2000. Radiation
modification of water absorption of cassava starch by acrylic acid /
acrylamide. Radiation Physics and Chemistry, 59(4), 413–427.
Kickelbick, G. 2015. Concepts for the incorporation of inorganic building blocks
into organic polymers on a nanoscale. Prog Polym Sci Concepts for the
incorporation of inorganic building blocks into organic polymers on a
nanoscale (Vol. 28).
Las, T., dan Zamroni, H. 2002. Penggunaan Zeolit dalam Bidang Industri dan
Lingkungan. Tangerang Selatan, Serpong: Pusat Pengembangan
Pengelolaan Limbah Radioaktif-BATAN. Jurnal Zeolit Indonesia.
Lestari, D.Y. 2010. Kajian Modifikasi dan Karakterisasi Zeolit Alam dari Berbagai
Negara. Yogyakarta: Universitas Negeri Yogyakarta.
Lin, H., Xu, J., Dong, Y., Wang, L., Xu, W., and Zhou, Y. 2016. Adsorption of
heavy metal cadmium (II) ions using chemically modified corncob:
mechanism, kinetics, and thermodynamics. Desalination and Water
Treatment, 57(39), 18537–18550.
Liu, X., Liu, H., Ma, H., Cao, C., Yu, M., Wang, Z., Li, J. 2012. Adsorption of the
uranyl ions on an amidoxime-based polyethylene nonwoven fabric prepared
by preirradiation-induced emulsion graft polymerization. Industrial and
Engineering Chemistry Research, 51(46), 15089–15095.
Liu, H., Ming, Y., Bo, D., Lifan, L., Haiqing, J and Jingye, L. 2012. Pre-Iradiation
Induced Emulsion Graft Polymerization of Acrylonitrile onto Polyethyilene
Nonwoven Fabric. Journal of Radiation Physics and Chemistry 81 : 93-96.
Li, Y., Guan, H. M., Chung, T. S., and Kulprathipanja, S. 2006. Effects of novel
silane modification of zeolite surface on polymer chain rigidification and
partial pore blockage in polyethersulfone (PES)-zeolite A mixed matrix
membranes. Journal of Membrane Science, 275(1–2), 17–28.
Ma, H., Morita, K., Hoshina, H., and Seko, N. 2011. Synthesis of Amine-type
Adsorbents with Emulsion Graft Polymerization of 4-hydroxybutyl
Acrylate Glycidylether. Materials Sciences and Applications, 2(7), 776–
784.
Makuuchi, K., dan Cheng, S. 2012. Radiation Processing of Polymer Materials and
Its Industrials Application. A John Wiley and Sons, Inc., Publication, New
Jersey.
Marga, U. 2007. Kopolimer Lateks Karet Alam Radiasi. Jakarta: BATAN.
Marjanović, V., Lazarević, S., Janković-Častvan, I., Potkonjak, B., Janaćković, D.,
and Petrović, R. 2011. Chromium (VI) Removal from Aqueous Solutions
Using Mercaptosilane Functionalized Sepiolites. Chemical Engineering
Journal, 166(1), 198–206.
63
Matijasevic, T., Dakovi, A., Magdalena, T.A., Mirjana, A., and Deana, I. 2006.
Uranium (VI) Adsorption on Surfactant Modified Heulandite/Clipnotilolite
Rich Tuff. Journal Serb. Chem. Soc. 71 : 1323-1331.
Mcdowall, D. J., Gupta, B. S., and Stannett, V. T. 1984. Grafting of Vinyl
Monomers to Cellulose by Ceric Ion Intiation, I, 1–50.
Mockovčiaková, A., Matik, M., and Orolínová, Z. 2008. Structural Characteristics
of Modified Natural Zeolite. Journal of Porous Materials, 15(5), 559–564.
Nasef, M.M., dan Guven, O. 2012. Radiation-Grafted Copolymers for Separation
and Purification purposes status challenges and future directions. Progr.
Polym. Sci. 37(12): 1597–1656.
Nilchi, A., Saberi, R., Moradi, M., Azizpour, H dan Zarghami, R. 2012. Evaluation
of AMP-PAN Composite for Adsorption of Cs+ ions from Aqueous Solution
Using Batch and Fixed Bed Operations. Journal of Radioanalytical Nuclear
Chemistry. 292, 609-617.
Oktaviana, R., Sitorus, B., dan Malino, M. B. 2015. Pengaruh 3-
Aminopropyltriethoxysilane Terhadap Sifat Dan Morfologi Komposit Karet
Alam-Selulosa Tandan Kosong Kelapa Sawit. Jkk, 4(4), 94–100.
Oktaviani, O., Budianto, E., dan Danu, S. 2016. Sintesis dan Karakterisasi Selulosa
Bakteri Tercangkok Poliakrilonitril dan Teramidoksimasi Menggunakan
Teknik Pra-iradiasi. Jurnal Ilmiah Aplikasi Isotop Dan Radiasi, 11(1), 1.
Palar, Heryando. 2004. Pencemaran dan Toksikologi Logam Berat. Rineka Cipta:
Jakarta.
Pearson, R. G. 1963. Hard and Soft Acids and Bases. Physical and Inorganic
Chemistry, 85, No 22(3).
Peng, Y., Faiza, A., Tao, Q., Fan, M., Liu, Z., Zhu, J., He, H and Chen, T. 2008. A
Combined Study By XRD, FTIR, TGA And HRTEM On The Structure Of
Delaminated Fe-Intercalated/Pillared Clay. Journal Of Colloid and
Interface Science 324: 142-149.
Purwaningsih, H., Irawadi, T. T., Alim, Z., dan Fauzi, A. M. 2012. Rekayasa
Biopolimer Jerami Padi dengan Teknik Kopolimerisasi Cangkok dan Taut
Silang. Jurnal Valensi, 2(4).
Puspitasari, Tita. 2017. Sintesis dan Karakterisasi Material Hibrida Zeolit-
Poliakrilonitril Teramidoksimasi (Z-AMO) dengan Radiasi-γ dan
Aplikasinya sebagai Adsorben Ion Pb2+. [Disertasi]. Bandung: Institut
Teknologi Bandung.
Refilda, M.S., Zein, R., dan Munaf, E. 2001. Pemanfaatan Ampas Tebu sebagai
Bahan Alternatif Pengganti Penyerap Sintetik Logam-logam Berat pada Air
Limbah. Padang: FMIPA Universitas Andalas. Jurnal Kimia.
64
Ruíz-baltazar, A., Esparza, R., Gonzalez, M., Rosas, G., & Pérez, R. 2015.
Preparation and Characterization of Natural Zeolite Modified with Iron
Nanoparticles. Journal of Nanomaterials, 2, 1–9.
Samiey, B., Cheng, C. H., & Wu, J. 2014. Organic-inorganic hybrid polymers as
adsorbents for removal of heavy metal ions from solutions: A review.
Materials, 7(2), 673–726.
Seftiani, S. 2016. Adsorpsi Ion Uranium (VI) Menggunakan Adsorben Zeolit-Pan
(Poli Akrilonitril). [Skripsi]. Jakarta: UIN Syarif Hidayatullah.
Stevens, M.P., 2001. Polymer Chemistry: An Introduction, Oxford University Press
Inc. Diterjemahkan oleh Iis Sopyan. 2001. Kimia Polimer. Jakarta : PT
Pradnya Paramita.
Suhartini, M., Darwis, D., Rekso, G. T., dan Sulimarno, A. 2017. Data Aplikasi
Adsorben Ion Logam Berat Toksik dari Selulosa-Glycidyl Methacrylate
(GMA). Jakarta. Jurnal Polimer Radiasi.
Sukardjo. 1990. Kimia Anorganik. Jakarta: Rineka Cipta.
Sutarti, Mursi dan Minta Rachmawati. 1994. Zeolit: Tinjauan Literatur. Jakarta :
Pusat Dokumentasi dan Informasi Ilmiah, Lembaga Ilmu Pengetahuan
Indonesia.
Swantomo, D., Noor, A.K dan Satriawan, L. 2009. Adsorpsi Fenol Dalam Limbah
Dengan Zeolit Alam Terkalsinasi. Seminar Nasional V Sdm Teknologi
Nuklir 2009 Issn 1978-0176.
Syahria, Setiawati, E., & Firdausi, K. S. 2012. Pembuatan Kurva Isodosis Paparan
Radiasi Di Ruang Pemeriksaan Instalasi Radiologi RSUD Kabupaten
Kolaka - Sulawesi. Berkala Fisika, 15(4).
Wani, P. P., & Thorat, S. R. 2008. Heavy metal adsorption by klinoptilolit from
aqueous solutions. Curr. World Environment, 3(1), 135–141.
Widayatno, T., Yuliawati, T., & Susilo, A. A. 2017. Adsorpsi Logam Berat (Pb)
dari Limbah Cair dengan Adsorben Arang Bambu Aktif. Jurnal Teknologi
Bahan Alam, 1(1), 17–23.
Widowati W, Sastiono A, Jusuf R. R. 2008. Efek Toksik Logam Pencegahan dan
Penanggulangan Pencemaran. Yogyakarta: Penerbit Andi.
Tan, W.T., Radhi, M.M., Rahman dan Kasim, A.B. 2010. Synthesis and
Characterization of Grafted Polystyren with Acrylonitrile Using Gamma-
Irradiation. Journal of Aplied Science 10 : 139-144.
Underwood dan Day, R.A. 1986. Analisis Kimia Kuantitatif. Jakarta: Erlangga.
65
Yang, C., Zhang, Y., and Wang, B. 2015. Synthesis and Characterization of
Polyacrylonitrile Copolymers Containing Amine Groups. (Ap3er), 127–
130.
Yi, S., Su, Y., & Wan, Y. 2010. Preparation and Characterization of
Vinyltriethoxysilane (VTES) Modified Silicalite-1/PDMS Hybrid
Pervaporation Membrane and Its Application in Ethanol Separation from
Dilute Aqueous Solution. Journal of Membrane Science, 360(1–2), 341–
351.
Yusan, S., and Erenturk, S. 2011. Adsorption Characterization of Strontium on
PAN/Zeolite Composite Adsorbent. World Journal of Nuclear Science and
Technology, 01(01), 6–12.
Zhang, M., Gao, Q., Yang, C., Pang, L., Wang, L., Li, H., Wu, G. 2016. Preparation
of amidoxime-based nylon 66 fibers for removing uranium from low
concentration aqueous solutions and simulated nuclear industry effluents.
ACS Publications, Industrial and Engineering Chemistry Research.
Zhang, W., Xia, C., Li, L., Ren, Z., Liu, J., and Yang, X. 2014. Preparation and
Application Of A Novel Ethanol Permselective Poly(Vinyltriethoxysilane)
Membrane. RSC Advances, 4(28), 14592–14596.
Zheng, L., Dang, Z., Zhu, C., Yi, X., Zhang, H., & Liu, C. 2010. Removal of
cadmium (II) from aqueous solution by corn stalk graft copolymers.
Bioresource technology, 101(15), 5820-5826.
Zou, W., Zhao, L., dan Han, R. 2009. Removal of Uranium (VI) by Fixed Bed Ion-
exchange Column Using Natural Zeolite Coated with Manganese Oxide.
Chinese Journal of Chemical Engineering, 17 : 585-593.
Zubaidah, A., Hidayati, S., Akhadi, M., Purba, M., Purwadi, D., Ariyanto, S.,
Winarno, H., Rismiyanto., Sofyatiningrum, E., Hendriyanto, H.,
Widyastono, H., Parmanto, E.M dan Syahril. 2012. Buku Pintar Nuklir.
Pusat Diseminasi Iptek Nuklir, Pasar Jumat: Badan Tenaga Nuklir Nasional.
66
LAMPIRAN
Lampiran 1. Sintesis ZM-PAN
Data proses pembentukan ZM-PAN (emulsi) dengan laju dosis 2 kGy/jam
Dosis
Iradiasi
(kGy)
Bobot
ZM (g)
Bobot
Emulsi
Akrilonitril
(g)
Bobot
KS (g)
Bobot ZM-
PAN
setelah
pencucian
(g)
Cangkok
(%)
10 1,0509 1,0516 0,9093 1,9980 3,60
15 1,0099 1,0210 0,9232 2,0220 8,80
25 1,0120 1,0569 0,9527 2,0570 9,12
50 1,0245 1,0385 0,9841 2,1241 11,27
75 1,0193 1,0750 0,9203 1,9401 0,05
100 1,0212 1,0736 0,9892 2,0672 5,56
Data proses pembentukan ZM-PAN (emulsi) dengan laju dosis 6 kGy/jam
Dosis
Iradiasi
(kGy)
Bobot
ZM (g)
Bobot
Emulsi
Akrilonitril
(g)
Bobot
KS (g)
Bobot ZM-
PAN
setelah
pencucian
(g)
Cangkok
(%)
10 1,0103 1,0680 0,9827 2,1007 10,66
15 1,0314 1,1281 0,8935 2,0770 14,75
25 1,0108 1,0450 0,9339 2,0295 8,39
50 1,0090 1,0487 0,9366 2,1424 19,50
75 1,0127 1,0474 0,9254 2,0993 15,92
100 1,0338 1,0521 0,9439 2,1490 16,57
67
Data proses pembentukan ZM-PAN (tanpa dibuat emulsi) dengan laju dosis 2
kGy/jam
Dosis
Iradiasi
(kGy)
Bobot
ZM (g)
Bobot
Akrilonitril
(g)
Bobot
KS (g)
Bobot ZM-
PAN
setelah
pencucian
(g)
Cangkok
(%)
10 1,0100 1,0160 0,9031 2,5123 59,33
15 1,0079 1,0133 0,9961 2,6168 60,80
25 1,0106 1,0208 0,8668 2,5589 67,44
50 1,0123 1,0093 0,9635 2,4028 42,18
75 1,0202 1,0272 0,9089 2,6100 66,74
100 1,0106 1,0194 0,9272 2,4898 24,94
Data proses pembentukan ZM-PAN (tanpa dibuat emulsi) dengan laju dosis 6
kGy/jam
Dosis
Iradiasi
(kGy)
Bobot
ZM (g)
Bobot
Akrilonitril
(g)
Bobot
KS (g)
Bobot ZM-
PAN
setelah
pencucian
(g)
Cangkok
(%)
10 1,0012 1,0163 0,9597 2,0896 12,85
15 1,0022 1,0022 0,9318 2,4676 53,24
25 1,0068 1,0035 0,9125 2,4812 55,81
50 1,0011 1,0099 0,9771 2,6083 62,94
75 1,0008 1,0039 0,9379 2,4890 54,99
100 1,0039 1,0040 0,9487 1,8280 -12,41
68
Lampiran 2. Sintesis ZM-AMO
Data proses amidoksimasi
Silan Bobot KS
(g)
ZM-PAN
(g)
ZM-AMO+
KS (g)
Densitas
Amidoksim
(mmol/g)
VTES 0,9155 1,0432 2,2382 8,1189
VTES (tanpa
emulsi)
0,7750 1,5061 3,1868 18,2229
69
Lampiran 3. Contoh perhitungan % cangkok dan densitas amidoksim
1. % Cangkok = 𝐖𝟏−𝐖𝟎
𝐖𝟎 × 𝟏𝟎𝟎%
Keterangan:
W1 = Bobot kering ZM sebelum pencangkokan (gram)
W0 = Bobot kering ZM-PAN setelah pencangkokan (gram)
75 kGy laju dosis 2 kGy/jam ZM-PAN VTES
% cangkok = 1,7011 g−1,0202 g
1,0202 g× 100% = 66,74 %
2. Densitas Amidoksim (mmol/g) = (𝐖𝐭−𝐖𝐨)×𝟏𝟎𝟎𝟎
𝟑𝟑×𝐖𝐨
Keterangan:
Wt = Bobot ZM-AMO setelah amidoksimasi
Wo = Bobot awal ZM-PAN
1. Densitas Amidoksim (VTES) = 1,3227 − 1,0432 × 1000
33 × 1,0432= 8,12 mmol/g
2. Densitas Amidoksim (VTES) (tanpa emulsi)
= 2.4118 − 1,5061 × 1000
33 × 1,5061= 18,22 mmol/g
70
Lampiran 4. Perhitungan pembuatan larutan logam Cd
1. Pembuatan larutan induk Cd2+ 2000 ppm
Massa Cd = BM Cd(NO3)2 . 4𝐻2𝑂
Ar Cd× 2 (dalam 1 L)
= 331 g/mol
207 g/mol×
2
2 dalam 500 mL air
= 2,7444 gram dalam 500 mL air
2. Pengenceran larutan
1500 ppm
V1 × M1 = V2 × M2
V1 × 2000 ppm = 100 mL × 1500 ppm
V1 = 150000
2000 = 75 mL
1250 ppm
V1 × M1 = V2 × M2
V1 × 2000 ppm = 100 mL × 1250 ppm
V1 = 125000
2000 = 62,5 mL
1000 ppm
V1 × M1 = V2 × M2
V1 × 2000 ppm = 100 mL × 1000 ppm
V1 = 100000
2000 = 50 mL
750 ppm
V1 × M1 = V2 × M2
V1 × 2000 ppm = 100 mL × 750 ppm
V1 = 75000
2000 = 37,5 mL
500 ppm
V1 × M1 = V2 × M2
V1 × 2000 ppm = 100 mL × 500 ppm
V1 = 50000
2000 = 25 mL
250 ppm
V1 × M1 = V2 × M2
V1 × 2000 ppm = 100 mL × 250 ppm
V1 = 25000
2000 = 12,5 mL
71
100 ppm
V1 × M1 = V2 × M2
V1 × 2000 ppm = 100 mL × 100 ppm
V1 = 10000
2000 = 5 mL
72
Lampiran 5. Data analisis dengan spektrofotometer serapan atom
Data hasil SSA pada ion logam Cd2+
Data Hasil Adsorpsi dengan alat SSA pada Cd2+
Sampel ID
True Value
(ppm)
Concentration
(ppm) Absorbansi
Std. 1 500 1.5838
Std. 2 750 1.828
Std. 3 1000 1.8504
Std. 4 1250 1.8625
Std. 3 (500 ppm) 238.4497 1.7686
Std. 4 (750 ppm) 727.6016 1.8173
Std. 5 (1000 ppm) 1021.897 1.8466
Std. 6 (1250 ppm) 1212.736 1.8656
Std. 7 (1500 ppm) 1491.964 1.8934
ZM-AMO 500 ppm 223.3833 1.7671
ZM-AMO 750 ppm 541.7843 1.7988
ZM-AMO 1000 ppm 821.0125 1.8266
ZM-AMO 1500 ppm 1310.165 1.8753
ZM-AMO (TE) 500 ppm 168.1406 1.7616
ZM-AMO (TE) 750 ppm 641.2215 1.8087
ZM-AMO (TE) 1000 ppm 817.9999 1.8263
ZM-AMO (TE) 1500 ppm 1382.483 1.8825
73
Lampiran 6. Data kapasitas adsorpsi dan efisiensi penyerapan
Data Kapasitas Adsorpsi Cd2+
Konsentrasi
Awal
Larutan Ion
Logam
(mg/L)
Konsentrasi Akhir
Larutan Ion Logam
(mg/L)
Volume
Larutan
Ion
Logam
(L)
Bobot
Adsorben
(g)
Kapasitas Adsorpsi
(mg/g)
ZM-AMO ZM-AMO
(TE) ZM-
AMO
ZM-
AMO
(TE)
238.4497 223.3833 168.1406 0.0200 0.0200 15.0664 70.3091
727.6016 541.7843 521.2215 0.0200 0.0200 185.8173 206.3801
1,021.8970 821.0125 797.9999 0.0200 0.0200 200.8845 223.8971
1,491.9640 1,310.1650 1,282.4830 0.0200 0.0200 181.7990 144.4697
Data Efisiensi Penyerapan Cd2+
Konsentrasi
Awal
Larutan Ion
Logam
(mg/L)
Konsentrasi Akhir Larutan
Ion Logam (mg/L) Efisiensi Penyerapan (%)
ZM-AMO ZM-AMO (TE) ZM-AMO ZM-AMO
(TE)
238.4497 223.3833 168.1406 6.3185 29.4859
727.6016 541.7843 521.2215 25.5383 28.3644
1,021.8970 821.0125 797.9999 19.6579 21.9099
1,491.9640 1,310.1650 1,282.4830 12.1852 14.0406
74
Lampiran 7. Contoh perhitungan kapasitas adsorpsi dan efisiensi penyerapan
1. Ɋe (mg/g) = (𝑪𝒐 − 𝑪𝒕) × 𝑽
𝑾
Keterangan:
Ɋe : Kapasitas penyerapan ion logam (mg/g)
Co : Konsentrasi awal ion logam (mg/L)
Ct : Konsentrasi akhir ion logam (mg/L)
V : Volume larutan ion logam (L)
W : Bobot adsorben (g)
Logam Cd dengan konsentrasi 1000 ppm (ZM-AMO tanpa emulsi)
Ɋe (mg/g) = (1021.897 mg/L – 797.9999 mg/L) × 0.02 L
0.02 g= 223.8971 mg/g
2. Ɛ (%) = (𝐂𝐨−𝐂𝐭)
𝐂𝐨× 𝟏𝟎𝟎%
Keterangan:
Ɛ : Efisiensi penyerapan (%)
Co : Konsentrasi awal ion logam (mg/L)
Ct : Konsentrasi akhir ion logam (mg/L)
Logam Cd dengan konsentrasi 500 ppm (ZM-AMO VTES tanpa
emulsi)
Ɛ (%) = (238.4497 mg/L−168.1406 mg/L)
238.4497 mg/L× 100% = 29.49 %
75
Lampiran 8. Kurva kalibrasi
Kurva kalibrasi ion logam Cd
y = 1E-04x + 1,7449R² = 0,9359
1,78
1,79
1,8
1,81
1,82
1,83
1,84
1,85
1,86
1,87
1,88
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
76
Lampiran 9. Dokumentasi penelitian
Pencucian zeolit
dengan cara sokhlet
Proses penyaringan
ZM
ZM+PAN sebelum diiradiasi
Emulsi akrilonitril
Hasil ZM-PAN setelah diiradiasi
Proses penyaringan
zeolit
Pembuatan ZM Produk ZM
77
Pencucian hasil cangkok dengan
larutan DMF menggunakan refluks
Sebelum proses amidoksimasi
Proses
amidoksimasi
dalam waterbath
Setelah proses
amidoksimasi ZM-
PAN
pH meter
Hasil amidoksimasi
ZM-PAN tanpa
dibuat emulsi
Pembuktian sampel yang
mengandung VTES (ZM) dan
zeolit saja.
78
Timbangan
Tween 80 Shaker
Sealer untuk plastik PE
Oven Spektrofotmeter FTIR Prestige-21
Shimadzu
79
Iradiator Gammacell 220 Plastik PE
80
Lampiran 10. Daftar Riwayat Hidup
BIODATA MAHASISWA
IDENTITAS PRIBADI
Nama Lengkap : Silvia Fidyati
NIM : 11140960000066
Tempat, Tanggal Lahir : Jakarta, 29 Juni 1996
Jenis Kelamin : Perempuan
Anak ke : 1 dari 3 bersaudara
Alamat Rumah
: Jl.H.Asmawi No.68 RT 08 RW 005,
Kel. Beji, Kec. Beji, Depok.
Nomor Telp./HP : 082112264987
Alamat email : [email protected]
PENDIDIKAN FORMAL
Sekolah Dasar : SDN Beji 06 Depok
Lulus tahun 2008
Sekolah Menengah Pertama : SMPN 2 Depok
Lulus tahun 2011
Sekolah Menengah Atas : MA Al-Hamidiyah
Lulus tahun 2014
Perguruan Tinggi : UIN Syarif Hidayatullah Jakarta
Masuk tahun 2014
81
PENDIDIKAN NON FORMAL/ PELATIHAN
1. Pelatihan K3 di Laboratorium Kimia : No. Sertifikat -
2. Pelatihan Kalibrasi dan Perawatan pH Meter
dan Analitycal Balance
: No. Sertifikat -
3. Pelatihan Kromatografi Shimadzu : No. Sertifikat -
PENGALAMAN ORGANISASI
No. Nama Organisasi Tahun Jabatan
1. Pergerakan Mahasiswa
Islam Indonesia 2015-2016
2016-2017
2017-2018
Anggota Biro keislaman
dan Kebudayaan
Wakil Bendahara
Bendahara Umum
2. LMC 2014-2016 Research and Development
3. Himpunan Mahasiswa
Kimia
2015-2017 Staff Departemen PSDM
4. Senat Mahasiswa Fakultas
Sains dan Teknologi
2016 Anggota Komisi
Kelembagaan
5. SAMAN HIMKA 2014-2016 Anggota
PENGALAMAN KERJA INTERNSHIP
1. Praktek Kerja Lapangan
(PKL)
: Badan Tenaga Nuklir Nasional
Judul PKL: Pengaruh Konsentrat Monomer
Akrilat dan Akrilamida pada Sintesis
Kopolimer Selulosa Bakterial –Co-Akrilat dan –Co-Akrilamida dengan Metode
Iradiasi Simultan
PENGALAMAN KERJA
1. Asisten Praktikum Kimia Analitik II (Tahun 2017/2018)
2. Asisten Praktikum Kimia Fisik I (Tahun 2018/2019)
3. Guru Privat Matematika SMP dan SMA
4. Surveyor Pilkada 2017 Lembaga Saiful Mujani
5. Registrasi Acara Indonesia Properti Expo 2017
6. - Barista di Haus Coffee (November 2018-Februari 2019)
- Barista di Kilas Balik Kedai dan Karya (Maret 2019-September 2019)