Perpustakaan Digital ITB

Dewasa ini, material komposit hibrida pengelat banyak menarik perhatian karena masing-masing komponen penyusunnya dapat terikat secara kimia sehingga dapat dimanfaatkan sebagai adsorben. Komposit hibrida ini dapat menghasilkan kombinasi gugus fungsi pengelat dari polimer organik dan kekuatan mekanik serta termal yang baik dari matriks anorganik. Zeolit alam jenis klinoptilolit merupakan bahan anorganik yang sudah dikenal berfungsi sebagai adsorben logam berat yang efisien karena memiliki kemampuan mempertukarkan ion, murah, mudah didapat khususnya di Indonesia dan dapat dimodifikasi. Namun kapasitas adsorpsinya terhadap ion logam masih sangat rendah dibandingkan resin organik berbasis polimer. Pada modifikasi zeolit yang menggunakan teknik komposit konvensional, poliakrilonitril (PAN) hanya digunakan sebagai bahan pengikat (binder agent) menghasilkan adsorben yang tahan terhadap lingkungan asam atau basa sehingga kapasitas adsorpsinya berkurang drastis. Teknik pencangkokan (grafting) yang diinduksi radiasi-γ adalah salah satu teknik yang dapat digunakan untuk menghasilkan material hibrida antara zeolit dan PAN. Pada teknik ini proses pencangkokan dapat dilakukan secara in situ sehingga dapat berlangsung secara efektif, sederhana, cepat dan tidak membutuhkan inisiator kimia. Pada penelitian ini dipelajari sintesis material hibrida Zeolit-PAN (Z-PAN) dengan menggunakan teknik pencangkokan yang diinduksi oleh radiasi-γ dan dilanjutkan dengan proses fungsionalisasi PAN tercangkok menjadi zeolit teramidoksimasi (Z-AMO) yang memiliki gugus amidoksim serta aplikasinya sebagai adsorben ion Pb2+. Secara khusus tujuan penelitian ini adalah (i) menyeleksi zeolit alam dari beberapa daerah (Nanggung, Bayah dan Lampung Selatan), yang akan dimodifikasi lebih lanjut menjadi komposit hibrida Z-PAN; (ii) mensintesis komposit hibrida Z-PAN dan mengarakterisasi sifat fisikokimianya; (iii) memfungsionalisasi komposit hibrida Z-PAN melalui reaksi amidoksimasi gugus nitril menjadi Z-AMO yang memiliki agen pengelat serta karakterisasi sifat fisikokimianya; (iv) mengkaji kinerja kapasitas adsorpsi Z-AMO terhadap ion Pb2+. Karakterisasi terhadap zeolit alam dari Nanggung-Bogor (ZN), Bayah-Banten (ZB) dan Lampung Selatan (ZL) meliputi FTIR, XRD, XRF, TGA dan SEM telah dilakukan. Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa kristal ZL didominasi oleh jenis klinoptilolit yang murni karena tidak mengandung pengotor silika padat (kuarsa) sedangkan ZN dan ZB mengandung kuarsa. Perbandingan Si/Al pada ZL terkecil yaitu 5,59 dibandingkan ZN dan ZB, masing-masing sebesar 5,75 dan 6,25. ZL memiliki kapasitas adsorpsi terhadap ion Pb2+ tertinggi yaitu 4,270 mg/g sementara kapasitas adsorpsi ZN dan ZB adalah 3,196 mg/g dan 3,051 mg/g. Selain itu, kapasitas adsorpsi ZL homoionik (NH4-ZL dan Na-ZL) terhadap ion Pb2+ sama dengan ZL. Oleh sebab itu, ZL dapat langsung digunakan untuk proses pencangkokan dengan poliakrilonitril (PAN) tanpa harus melalui proses penyeragaman kation. Sintesis material hibrida Z-PAN menggunakan teknik pencangkokan yang diinduksi radiasi-γ sudah berhasil dilakukan dengan menggunakan ZL sebagai substrat zeolitnya. Emulsi air dan Tween-80 yang berfungsi sebagai pengemulsi dapat meningkatkan kompatibilitas larutan monomer akrilonitril dengan zeolit sehingga proses interkalasi dapat berlangsung pada suhu ruang. Konsentrasi monomer yang optimal adalah 30% (b/b) dengan dosis radiasi-γ dan laju dosis radiasi yang optimal sebesar 100 kGy dan 2 kGy/jam. Kondisi ini menghasilkan poliakrilonitril yang tercangkok di dalam zeolit atau disebut dengan derajat pencangkokan sebesar 20%. Struktur material hibrida Z-PAN terkonfirmasi oleh FTIR dengan adanya puncak baru pada bilangan gelombang 2250 cm-1 yang merupakan puncak karakteristik dari gugus C≡N. Analisis SEM dan TEM menunjukkan adanya perubahan morfologi pada permukaan zeolit. Selain itu, analisis termogravimetri (TG) menunjukkan kekuatan termal hibrida yang mendekati zeolit dibandingkan polimernya. Fungsionalisasi terhadap Z-PAN melalui reaksi amidoksimasi menjadi Z-AMO sudah berhasil dilakukan, menghasilkan densitas amidoksim sebesar 5,05 mmol/g Z-AMO. Konversi gugus nitril menjadi amidoksim (AMO) terkonfirmasi oleh hilangnya puncak nitril pada 2250 cm-1 dan kemunculan puncak baru pada bilangan gelombang 1300 cm-1 dari gugus NH dan bilangan gelombang 950 cm-1 dari gugus N-OH. Analisis XRD menunjukkan tidak adanya perubahan kristalinitas pada zeolit. Analisis pemetaan SEM dan EDX menunjukkan berhasilnya pencangkokan dan fungsionalisasi karena terdapat peningkatan intensitas elemen C dan N yang signifikan masing-masing sebesar 23% dan 28%. Hal ini dikonfirmasi lebih lanjut dengan menggunakan analisis Physisorption yang menunjukkan luas permukaan dan volume mikropori Z-PAN dan Z-AMO yang berkurang dibandingkan dengan zeolit tanpa modifikasi. Analisis 27Al MAS (Magic Angle Spinning) NMR menunjukkan nilai FWHM (Full-Width at Half Maximum) pada sampel Z-AMO menurun tajam sedangkan posisi puncak (Xc) meningkat tajam dibandingkan dengan zeolit dan Z-PAN yang mengindikasikan adanya lingkungan Al yang terpengaruh oleh proses amidoksimasi. Kapasitas adsorpsi Z-AMO terhadap ion Pb2+ lebih tinggi sebesar 24% dibandingkan zeolit dikarenakan adanya gugus fungsi amidoksim yang berperan sebagai pengelat, sedangkan kapasitas adsorpsi Z-PAN lebih rendah dibandingkan zeolit alam karena tertutupnya pori zeolit oleh PAN yang tercangkok yang belum difungsionalisasi. Dari kajian isotermik dan kinetika diperoleh informasi bahwa adsorpsi ion Pb2+ pada permukaan zeolit dan Z-AMO sesuai dengan model isoterm Langmuir dengan nilai qmax masing-masing 50 dan 62 mg/g serta mengikuti model kinetika adsorpsi orde dua semu.