16

ORGANIC POLYMERSynthesis of Poly (APP-co-EGDMA) Particles Using Monomers Derived from Cashew Nut Shell Liquid for the Removal of Cr(III) from Aqueous Solutions

OlehNurul Hidayah 11030194007Pendidikan Kimia InternasionalUNIVERSITAS NEGERI SURABAYA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN IPA

JURUSAN KIMIA2014

KATA PENGANTARKami bersyukur kepada Allah SWT atas berkat dan rahmat-Nya makalah ini dapat diselesaikan dengan baik. Sehubungan dengan penyusunan makalah ini, penyusun mengucapkan terima kasih kepada:

1. Ibu Titik dan Bapak Ismono sebagai dosen mata kuliah Organic Polymer 2. Semua teman-teman di kelas Pendidikan Kimia Internasional 2011 yang telah banyak membantu dan ikut memberikan saran dalam penyelesaian makalah ini.

3. Semua pihak yang telah turut membantu dan berkontribusi atas terselesaikannya makalah ini sesuai dengan rencana yang diinginkan.

Dalam makalah ini, penyusun menyadari bahwa masih terdapat banyak kekurangan dan masih jauh dari kesempurnaan, karena tidak ada gading yang tak retak. Maka dari itu, penyusun mengharapkan kritik dan saran yang positif dan membangun dari berbagai pihak dan akan diterima dengan senang hati. Semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Surabaya, 01 Mei 2014

Penyusun

BAB I

PENDAHULUAN1.1 Latar BelakangPencemaran lingkungan oleh logam berat merupakan masalah yang tersebar saat ini akibat peningkatan aktivitas antropogenik. Pada kebanyakan kasus, pencemaran tersebut akan berakhir masuk ke dalam air yang membahayakan tidak hanya pada organisme air tapi juga kualitas air untuk keperluan domestik. Pencemaran logam berat merupakan salah satu masalah lingkungan yang paling serius karena faktanya mereka berakumulasi menyebabkan dampak buruk bagi makhluk hidup. Dalam pandangan ini, penghilangan logam berat dari limbah industri menjadi sangat penting.

Kromium merupakan salah satu logam berat yang diketahui dapat beracun bagi manusia dan kehidupan air. Beberapa limbah industri dari pigmen, elektroplating, pengalengan, textil, cat, dan industri baja mengandung sejumlah substansial kromium. Umumnya limbah pabrik mengandung ion Cr(III) dan Cr(VI). Meskipun Cr(III) tidak seberacun Cr(VI). Namun pada beberapa kondisi, Cr(III) dapat teroksidasi menjadi Cr(VI), sehingga pentingnya membatasi akumulasinya dalam lingkungan. Selanjutnya penumpukan berlebihan dari ion Cr(III) dapat mempengaruhi ekologi lingkungan serta menghambat berbagai sistem enzim dalam organisme hidup. Penumpukan Cr(III) dalam jangka panjang dapat mengakibatkan kanker dan alergi kulit.

Pentingnya meminimalkan jumlah ion Cr(III) dalam limbah industri dan sumber lain menyebabkan perkembangan metode penghilangan ion logam. Metode umum yang digunakan untuk menghilangkan beberapa ion logam dari air limbah meliputi proses pengendapan, koagulasi kapur, semi-sedimentasi, elektrodialisis, reaksi kimia, proses biologi, pergantian ion, filtrasi, ekstraksi pelarut, dan absorbsi.

Proses absorbsi merupakan cara yang aling umum dan banyak ditulis dalam literatur. Dengan demikian sejumlah absorben mulai dari polimer anorganik sampai organik telah diteliti. Contoh studi polimer organik seperti polistirena, polianilin, polipirol, polipropilkalik, poliaklirikester, poli(MMA-MAGA), poli(GMA-co-EDGMA) dan polistirenadivinilbenzena. Namun polimer ini dibuat dari monomer yang komersial, yang seringkali menghabiskan waktu, mahal dan tidak dapat diperbarui. Untuk itu, dalam upaya menggunakan polimer terbarukan maka dilakukan sintesis partikel kopolimer menggunakan turunan monomer dari CNSL, produk sampingan dari pengolahan kacang mente (Anacardium occidentale L). 1.2 TujuanTujuan dari penelitian ini adalah untuk mensintesis partikel Poly(APP-co-EGDMA) menggunakan turunan monomer Cashew Nut Shell Liquid (CNSL) untuk menghilangkan ion Cr(III) dalam air limbah.1.3 Rumusan MasalahDari latar belakang ini, kita dapat menemukan masalah, yaitu bagaimanakah tingkat penyerapan partikel Poly(APP-co-EGDMA) untuk menghilangkan ion Cr(III) dalam air limbah?BAB II

METODE PENELITIAN

2.1 Material Etilen glikol dimetakrilat (EGDMA) 98% dan sodium nitrat digunakan sebagai penerima. Sebuah larutan yang disediakan berisi 1000 mg/L Cr(III) dibuat dengan melarutkan sejumlah cromium nitrat unhidrat dalam air suling. Larutan ini diencerkan hingga mengandung sekitar 0.16 sampai 20 mg/L Cr(III). Semua bahan kimia yang digunakan merupakan reagen secara analitik dan sebagai penerima. CNSL diekstraksi dari kulit kacang mente yang diambil dari daerah Mtwara di Tanzania. Sepotong kulit kacang mente (725 g) direndam dalam sikloheksana (500 mL) selama 3 hari; setelah itu disaring dan dan dipekatkan dengan tekanan menggunakan evaporator putar pada suhu 40oC. Hasilnya berupa CNSL berwarna kecoklatan dengan kandungannya (228 g, 31%). Selanjutnya, asam anakardik yang didapat dari CNSL lewat prosedur kalsium anakardat digambarkan seperti berikut

Skema 1. Tingkatan berbeda pada sintesis aminopentadecylphenols (APP)2.2 Sintesis Amino-Pentadesilfenol dari Asam Anacardic Asam anarkadik (50 g) dihidrogenasi menggunakan katalis palladium dan didapat 2-hidroksi-6-pentadesil-asam benzoat (10.60 g, 21.2%) dalam bentuk cristal putih. IR n(-COOH)=3500-3100 cm-1, n(Ar-OH)=3400-2400 cm-1, n(-COOH)=1631 cm-1, n(Ar-H)= 3009 cm-1, n(alifatik C-Hst)=2914 cm-1 dan 2848 cm1, n (aromatic C=C) = 1444 cm1 dan n (Ar-OH and -COOH) = 1310 cm1. Pada 1H-NMR (500 MHz, CDCl3) menunjukkan pola substitusi cincin benzen pada struktur produknya. Adanya tiga proton aromatik pada produk diamati pada 6.785 , 6.879, dan 7.362 mengindikasi bahwa produk adalah sebuah benzen yang tersubstitusi. Proton alkil diamati pada at 0.862 - 2.983. Fenolik dan proton karboksil diamati pada 5.026 dan 11.026. 2-hidroksi-6-pentadesil-asam benzoat kemudian dikarboksilasi menjadi 3-pentadesilfenol melalui pemanasan pada suhu 200oC selama 5 jam. Produk yang didapat (7.85g, 98%) sebagai cairan hitam kecoklatan yang dapat menjadi lebih padat setelah didinginkan pada suhu ruang. Spektrum IR menunjukkan kedaan seperti 2-hidroksi-6-pentadesil-asam benzoat, itu dapat terjadi karena penyerapan COOH dan aromatik grup OH mengalami overlap. Meskipun demikian, spektrum H-NMR (500 MHz, CDCl3) menunjukkan struktur seperti 2-hidroksi-6-pentadesil-asam benzoat.3-pentadesilfenol (7.85g) dalam diklorometan dinitrasi secara heterogen menggunakan campuran sodium nitrat (10.22 g), sodium hidrogen sulfat monohidrat (16.55 g) dalam silikon dioksida basah (50% w/w). Pada pemeriksaan didapat endapan kuning yang dapat menjadi padat dalam kondisi air es. Rekristalisasi bahan ini dari metanol menghasilkan padatan kuning (2.70 g). Spektrum FT-IR (figure 1) menunjukkan adanya puncak sekitar 1200 cm1 dan 1650 cm-1 menunjukkan adanya grup nitro.

H-NMR (500 MHz, CDCl3) (Gambar 2) . 0,9-3,0 ppm merupakan karakteristik puncak proton alifatik; puncak singlet pada sekitar 7,3 dan 9,0 ppm dikaitkan dengan proton aromatik. Karena ini adalah puncak singlet, ini menunjukkan bahwa sinyal dari atom hidrogen aromatik yang tidak berdekatan. Oleh karena itu dapat diprediksi bahwa proses nitrasi menghasilkan campuran senyawa di-dan tri-nitro, yaitu,5-pentadecyl-2,4-dinitrophenol (dengan dua proton aromatik) dan 3-pentadecyl-2, 4,6-trinitrophenol (dengan satu aro-matic proton). Produk trinitro, 3-pentadecyl-2, 4,6 - trinitrophenol, menampilkan puncak 1H NMR 9,0 ppm pada untuk proton aromatik antara dua kelompok nitro, lebih de-terlindung. Di sisi lain, produk dinitro, 5-pentadecyl-2,4-dinitrophenol, menampilkan puncak 1H NMR untuk proton aromatik antara fenol dan kelompok alifatik (pada 7,3, kurang terlindungi), dan antara dua kelompok nitro (pada 9,0 ppm, lebih terlindungi). Sebuah puncak yang lemah dan melebar di sekitar 11,2 ppm dikaitkan dengan fenolik proton.OH-

Pengurangan campuran fenol nitropentadecyl (5,0 g) menggunakan timah klorida dan asam klorida memberikan senyawa padatan hitam. Karakterisasi senyawa campuran ini menggunakan IR (Gambar 3) menunjukkan hilangnya puncak sekitar 1200 cm-1 dan 1600 cm-1 (NO2-) dan adanya puncak khas pada 3550 -3110 cm-1 yang menunjukkan deformasi aksial kelompok N-H, 1374 cm-1 ikatan yang kuat sesuai dengan amina aromatik, sekitar 1125 cm-1 dari deformasi aksial dari kelompok C-N, 1572 cm-1 (N-H) menunjukkan adanya amina.

1H-NMR (500 MHz, CDCl3) (Gambar 4) 0,9 ppm -3.0 = proton alifatik dengan cara yang sama seperti senyawa 2-hidroksi-6-pentadesil-asam benzoat dan 3-pentadesilfenol. Selain itu, puncak proton singlet pada 7,2 terkait dengan campuran pertukaran proton secara kimia dari aromatik amina -NH dan fenolik -OH.

2.3 Co-Polimerisasi dari APP dan EGDMA

Campuran komponen APP digunakan untuk polimerisasi tanpa usaha pemisahan. Polimerisasi APP dan EGDMA dilakukan melalui adisi aza-Michael dimulai dengan 1,05 g dari APP dan 5 mL EGDMA. Tanpa inisiator, reaksi polimerisasi dilakukan dengan menyusun mantel refluks. Proses Refluks dilakukan pada suhu 180 C selama delapan jam. Produk ini disaring dan residu dicuci dengan etanol berlebih diikuti dengan diklorometana. 1,65 g polimer diperoleh. Partikel-partikel polimer diuji dengan FT-IR dan Scanning Electron Microscopy (SEM).2.4. Karakterisasi Partikel Kopolimer

Scanning electron microscopy (SEM) digunakan untuk mempelajari morfologi permukaan dan ukuran butir dari bahan co-poli-mer. Perkin-Elmer 2000 FTIR spektrofotometer digunakan untuk menentukan gugus fungsi partikel kopolimer. Spec-tra tercatat 4000-600 cm-1. Selain itu, jumlah gugus fungsi amino yang disatukan pada permukaan kopolimer ditentukan dengan metode titrasi asam. Jumlah spesies yang terikat dengan permukaan setara dengan jumlah HCl yang digunakan.

2.5. Absorbsi Cr(III)

Adsorpsi kromium (III) yang isoterm diperoleh menggunakan beberapa prosedur kesetimbangan. 0,015 g partikel polimer yang dibiarkan selama 4 jam dengan 100 ml larutan yang mengandung Cr (III) dengan konsentrasi 0,16-20,00 mg / L. Nilai pH dari larutan dipertahankan pada pH 6,0 dengan menambahkan HCl atau NaOH, pH jauh di bawah tingkat pengendapan kromium (pH> 8). Setelah setimbang disaring dengan kertas saring, dan filtrat dianalisis kandungan ion Cr (III) menggunakan spektrofotometer serapan atom (novAA 400, Analytic Jena AG). Ion Cr (III) dihilangkan dari adsorben dengan mencucinya menggunakan HCl encer diikuti dengan air suling. Setelah penyaringan dan pengeringan, adsorben yang telah dibersihkan dapat digunakan kembali.BAB III

HASIL DAN DISKUSI

3.1. Sintesis dan Karakteristik Partikel Poli(APP-co-EGDMA)Gambar 5 menunjukkan spektrum FTIR partikel poli (APP-co-EGDMA). Untuk sintesis polimer, puncak penting sekitar 1125 - 1572 cm-1 yang menunjukkan adanya amina, serta pelebaran pita sekitar 3100 cm-1, yang dikaitkan dengan karakteristik fenolik.

Sebagaimana ditentukan dengan metode titrasi asam, adanya gugus NH pada permukaan sintesis partikel poli (APP-co-EGDMA) ditemukan 46 mmol per g polimer kering. Alasan dapat dikaitkan dengan fleksibilitas dari kopolimer.

3.2. Studi Penyerapan Isoterm

Penyerapan ion Cr (III) pada sintesis partikel poli(APP-co-EGDM) diamati dengan konsentrasi yang berbeda. Hasil untuk penyerapan Cr (III) ditunjukkan pada Gambar 8, dengan efisiensi penghilangan dengan menggunakan Persamaan

dimana, Ci dan C adalah konsentrasi awal dan setimbang. Seperti yang terlihat pada gambar, presentase penyerapan ion Cr (III) menurun dari 75% menjadi 11% dengan peningkatan konsentrasi awal ion Cr (III) dari 0,16-20,00 mg / L. Ini adalah indikasi bahwa penyerapan ion Cr (III) tergantung pada konsentrasi awal. Pada konsentrasi rendah, ion Cr (III) terserap pada daerah tertentu, tetapi dengan meningkatnya konsentrasi ion Cr (III) daerah serapan cenderung jenuh sangat cepat.Umumnya pada konsentrasi ion Cr (III) yang lebih rendah, persentase penghilangan lebih tinggi karena area permukaan polimer yang lebih besar untuk penyerapan ion Cr (III). Ketika konsentrasi ion Cr (III) menjadi lebih tinggi, persentase penghapusan menjadi rendah karena daerah untuk penyerapan menjadi berkurang. Pada konsentrasi awal ion Cr (III) yang lebih tinggi, perbandingan jumlah mol awal ion Cr (III) dengan luas permukaan daerah absorbsi menjadi tinggi danpresentase hasil absorbsi menjadi berkurang.

Untuk menguji hubungan distribusi antara (Cads) dan keseimbangan konsentrasi ion Cr (III) (Ceq). Model isoterm yang paling banyak digunakan adalah persamaan Langmuir dan Freundlich. Sedangkan model Langmuir mengasumsikan bahwa penyerapan ion logam terjadi pada permukaan homogen oleh absorbsi monolayer tanpa interaksi antara ion teradsorpsi, model Freundlich lebih empiris dan mengasumsikan penyerapan heterogen karena keragaman dari dari adsorpsi atau sifat yang beragam dari ion logam. Untuk mendapatkan data kesetimbangan, konsentrasi awal ion Cr (III) divariasi sedangkan massa absorben tiap sample tetap. Data yang diperoleh dikorelasikan dengan bentuk lineari menggunakan Persamaan Langmuir,

dimana, qm adalah kapasitas absorbsi maksimal (mg/g) dan Ka adalah ketetapan kesetimbangan berhubungan dengan energi absorbsi (L/mg).

Sebuah plot khas diberikan pada Gambar 10. Data dari persamaan Langmuir dengan nilai R2=0.99. Tingginya koefisien korelasi (R2) menunjukkan bahwa reaksi permukaan tunggal dengan energi aktivasi konstan merupakan penyerapan yang dominan. Hal ini juga sejalan dengan penurunan bertahap persentase penghilangan ion Cr (III) dari larutan ketika konsentrasi awal meningkat (Gambar 8). Nilai-nilai parameter adsorpsi Langmuir yaitu qm dan Ka menyimpulkan bahwa nilai slope dan perpotongan plot adalah 16 mg/g dan 0,6 L/mg. Model penyerapan Freundlich juga diaplikasikan untuk penyerapan ion Cr (III) (gambar11).

Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai R adalah 0.95. korelasi yang relatif rendah dari persamaan Freundlich, persamaan Langmuir membuktikan bahwa proses adsorpsi terutama pada monolayer. Koefisien k adalah parameter yang mencerminkan jumlah situs absorbsi aktif dan koefisien karakteristik n berhubungan dengan energi atau intensitas adsorpsi. Nilai n antara 2 dan 10 menunjukkan adsorpsi yang baik. Nilai-nilai n dan k yang diperoleh dari penelitian ini masing-masing adalah 2,6 dan 5,4.

3.3 Penggunaan KembaliSetelah mencuci polimer dengan asam encer diikuti dengan air suling, partikel polimer dikeringkan pada 50 C dan kemudian dibiarkan dingin suhu kamar. Material tersebut kemudian digunakan lagi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa bahan-bahan yang digunakan kembali memiliki absorbsi maksimal 13 mg Cr (III) per g, yang efisiensinya lebih dari 80% dibandingkan dengan partikel poli (APP-co-EGDMA) yang baru.

3.4. Perbandingan Penghilang Cr(III) dengan Absorben Lain

BAB IV

PENUTUP4. Kesimpulan

Partikel Poli (APP-co-EGDMA) berhasil disintesis melalui kopolimerisasi campuran amino pentadecylphenols (berasal dari CNSL) dan etilena glikol dimetakrilat. Karakterisasi partikel poli (APP-co-EGDMA) di alam seperti bulatan, dengan ukuran butir berkisar 0,5-2,5 uM. Partikel-partikel memiliki gugus amino 46 mmol / g. Partikel-partikel kopolimer yang dibuat memiliki kapasitas adsorpsi maksimum ion Cr (III) ion 16 mg per g polimer kering. Partikel polimer yang telah digunakan dapat dibersihkan dan digunakan kembali.