PENERAPAN KARBON NANOTUBE MULTIWALLED TERMODIFIKASI SEBAGAI PENJERAP PADAT UNTUK PEMISAHAN DAN PREKONSENTRASI KANDUNGAN IONION MANGAN

Disusun Oleh : Badrunanto (G44104004) Dewi Larasati (G44104005) Helga Kurnia (G44104019) Hendri Susanto (G44104026)

DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012

PENERAPAN KARBON NANOTUBE MULTIWALLED TERMODIFIKASI SEBAGAI PENJERAP PADAT UNTUK PEMISAHAN DAN PREKONSENTRASI KANDUNGAN IONION MANGANAbstrak Kemampuan memodifikasi karbon nanotube multiwalled untuk pemisahan dan prekonsentrasi kandungan ion mangan akan dijelaskan dalam penulisan ini. Karbon nanotube multiwalled dioksidasi dengan HNO3 pekat dan dimodifikasi dengan 1-(2-piridiazol)-2-naftol. Ion Mn (II) secara kualitatif dapat ditahan oleh karbon nanotube multiwalled pada rentang pH 8-9,5. Elusi penjerapan mangan dilakukan dengan 5 mL HNO3 0,1 mol/L. limit deteksinya ialah 0,058 ng/mL dan linearitas kurva pada rentang 0,1 ng/mL5 g/mL dengan koefisien korelasi 0,9977 dan faktor prekonsentrasi sebesar 100. Standar deviasi relatif untuk 8 kali ulangan dari 0,5 g/mL adalah 0,41 %. Faktor- faktor yang mempengaruhi percobaan seperti pH sampel, laju alir sampel dan eluen, jenis eluen, pelarut, dan ion pengganggu, dan dipelajari pr Konsentrasi ion- ion Mn(II) pada kondisi optimum. Motode ini telah sukses diaplikasikan untuk pemisahan, prekonsentrasi dan penentuan mangan dalam sampel yang berbeda.

BAB 1 PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang Karbon nanotube (CNTs) merupakan alotrop karbon. Karbon nanotube merupakan satu atom lembaran tebal gulungan grafit berupa tabung dengan diameter berukuran nanometer. Molekul nanotube tabung memiliki sifat yang berpotensi dalam aplikasi nanoteknologi, elektronik, optik, dan ilmu material. Molekul ini bersifat sangat kuat, elektrik, dan konduktor panas yang baik. Nama karbon nanotube didasarkan atas diameter yang berukuran nanometer, meskipun berupa millimeter jika direntangkan. Terdapat dua jenis karbon nanotube yaitu single walled carbon nanotubes (SWCNTs) and multiwalled carbon nanotubes (MWNTs) berdasarkan jumlah lapisan karbonnya. Karbon nanontube pertama dibuat pada tahun 1991, saat itu merupakan bahan yang menarik dilihat dari karakteristik strukturnya. CNTs memiliki luas permukaan yang besar, kekuatan mekanik, stabilitas kimia dan panas yang baik sehinggan CNTs memiliki keunikan karaktristik dan kemampuan adsorpsi yang besar. CNTs telah banyak digunakan untuk menghilangkan polutan dioksin pada udara, kadmium, zink, flour, 1,2-diklrobenzena, dan trihalometana. Banyak industri- industri yang membuang limbah langsung pada aliran atau sumber air tanpa dilakukan pengolahan limbah terlebih dahulu. Hal ini mengakibatkan kontaminan logam mangan yang perlu diperhatikan. Meskipun ma-ngan merupakan mikronutrien penting, penggunaan yang berlebihan pada lingkungan dan tubuh menyebabkan efek beracun seperti gangguan memori, disorientasi, halusinasi, gangguan bicara, perilaku kompulsif dan kecemasan akut. Mangan terdapat dalam campuran logam, sedikit dalam obat-obatan, biological, dan sedikit bentuk kompleksnya di lingkungan. Organisasi kesehatan dunia telah menetapkan batas minimum mangan yaitu 0,2 mg/m3 dan 0,03 g/mL pada udara dan air. Oleh karena itu, telah banyak pengembangan metode untuk menentukan kandungan mangan. Flame Atomic Absorption Spectrometry (FAAS) merupakan salah satu teknik yang mudah untuk menentukan kandungan mangan dalam sampel. Namun, teknik ini memiliki kelemahan yaitu sensitifitas yang rendah

untuk konsentrasi mangan dalam ng/mL. Keterbatasan ini dapat diatasi dengan melakukan prekonsentrasi. Untuk tujuan ini, berbagai prekonsentrasi/ penjerap pemisahan menggunakan Amberlis 36, resin XAD-2, polivinil pirolidin, resin penukar anion, karbon aktif, dan kaolin termodifikasi. Tujuan penelitian ini adalah untuk melakukan modifikasi MWCNTs oleh 1-(2-piridilazo)-2-naftol (PAN). Selain itu kinerja dari MMWCNTs modifikasi di uji dengan penjerap baru untuk prekonsentrasi Mn(II). Pemisahan dan prekonsentrasi Mn(II) telah dilakukan dalam kolom kaca yang berisi MMWCTNs dan kadar Mn(II) ditentukan dengan AAS. Aplikasi dari metode yang diusulkan untuk analisis penentuan sampel yang berbeda juga dijelaskan.

BAB II METODE2.1 Alat dan bahan Alat-alat yang digunakan ialah FSSA model SpectrAA 220 dengan panjang gelombang yang digunakan 279,5 nm, lampu dengan arus 5,0 mA, lebar celah 0,2 nm, aliran asetilen 1,5 L/min, aliran udara sebagai oksidan 3,5 L/min. Penentuan pH dilakukan menggunakan pH meter Metrohm model 713 dengan kombinasi elektroda gelas yang dikalibrasi dengan 2 standar buffer pada pH 4 dan 7, ukuran kolom 10 x 80 mm dengan benang kaca halus yang diletakan pada bagian bawah kolom. Bahan- bahan yang digunakan ialah Mn (II) sulfat monohidrat dilarutkan dalam akuabidest pada labu takar 1L, larutan buffer dengan pH 8,0-9,5 disiapkan dengan campuran ammonia:ammonium asetat 0,5 mol/L, larutan 1-(2-piridilazo)2-naftol disiapkan dengan melarutkannya dalam etanol. MWCTNs dengan diameter rata- rata 3-20 nm, panjang 1-10 m, jumlah dinding 3-15 dan luas permukaan 350 m2/g diperoleh dari Plasma Chem. GmbH ( Berlin, Gernany).

2.2 Preparasi MMWCNTs MWCNTs dipanaskan pada suhu 300 menghilangkan karbon amorf.o

C selama 40 menit untuk

Sebelum digunakan, MWCNTs dioksidasi

menggunakan HNO3 pekat berikatan dengan pada permukaan MWCNTs. Selanjutnya dilakukan dispersi oleh 5 mL HNO3 6 M pada 1 g MWCNTs dan kemudian direfluks selama 6 jam pada suhu 100 oC. Setelah itu MWCNTS yang telah dioksidasi dicuci dengan air destilasi sampai asam nitrat hilang ( pH netral larutan). Kemudian, larutan 1-(2-piridilazo)-2-naftol 0,05% ditambahkan pada MWCNTsdan direfluks selama 3 jam pada suhu 75 oC, kemudian MMWCNTs dikeringkan pada suhu 100 oC dan siap untuk digunakan.

2.3 Preparasi Kolom

MMWCNTs (20 mg) terdispersi dalam air dituangkan kedalam kolom kaca dengan kaca wol di ujungnya. Kolom dikemas dengan 0,02 g MMWCNTs (ketinggian penjerap sampai 15mm) digunakan sebagai kolom operasional. Kolom dapat digunakan berkali- kali sebanyak 50 kali setelah dicuci dengan air destilasi.

2.4 Prosedur Percobaan Larutan yang mengandung mangan dengan konsentrasi 0,05- 50,0 g diambil dari gelas piala 100 mL dan ditambahkan ke dalam 5 mL larutan buffer dengan pH 8,5 dan kemudian diencerkan sampai volume 50 mL dengan air destilasi. Larutan kemudian melewati kolom dengan laju alir 2 mL/menit. Kemudian, kolom dicuci dengan 5 mL air destilasi. Adsorbat mangan pada kolom dielusi dengan 5 mL HNO3 0,1 mol/L dengan laju alir 1 mL/menit. Eluen dimasukkan ke dalam labu takar 5 mL dan mangan ditentukan dengan FAAS.

BAB III HASIL DAN PEMBAHASANPercobaan awal menunjukkan bahwa MWCNTs memiliki kecenderungan yang rendah untuk retensi Mn (II) (kurang dari 62%) tetapi tidak selektif.

Berdasarkan percobaan sebelumnya MWCNTs dapat menjerap bahan organik, jadi 1-(2-piridilazo)-2-naftol adalah reagen pengkompleks yang baik dengan Mn(II). MWCNTs dapat menahan Mn(II) dalam larutan sampel ( 98,7 adsorpsi dari Mn(II) ketika larutan uji mengandung 2,5 g Mn(II) dalam 50 mL air). Jadi, adsorpsi PAN pada permukaan MWCNTs memiliki peran yang efektif pada adsorpsi Mn(II). Dengan kata lain sorben ini selektif dan sensitif untuk pemisahan dan prekonsentrasi kandungan mangan dalam sampel. Prosedur pemisahan/ prekonsentrasi dioptimalkan untuk parameter analitik, seperti sifat dan konsentrasi eluen, pH larutan sampel, volume dan jenis eluen, dan laju alir eluen dan sampel. Selain itu, efek gangguan ion juga diselidiki.

3.1 Pengaruh pH sampel pH merupakan salah satu faktor penting dalam ekstraksi fase padat ionion logam, pengaruh pH larutan pada recovery ion Mn(II) pada MMWCNTs telah diselidiki. Persentase menjerapan Mn(II) pada permukaan adsorben sebagai fungsi dari pH larutan sampel dapat dilihat pada gambar 1. Persentase adsorpsi Mn(II) dipengaruhi oleh pH larutan sampel. pH optimum memiliki rentang 8,5- 9,5. Dalam penelitian selanjutnya , pH akan dipertahankan sekitar 8,5.

Gambar 1 Pengaruh pH sampel pada % jerapan Mn(II). Kondisi : Mn:2,5g; laju alir sampel 2 ml/menit; 5 ml Eluen HNO3 0,1 M; laju alir eluen:1 ml/menit; panjang gelombang 279,5 nm; Arus 5mA; slit width 0,2 nm; laju alir asetilen 1,5L/menit; laju alir oksidan 3,5 L/menit.

3.2 Pengaruh Laju Alir Sampel Laju alir larutan sampel mengukur waktu interaksi antara sampel dengan adsorben. Laju alir larutan sampel dilakukan pada rentang 0,2-5 mL/menit. Hasil penelitian menunjukkan variasi laju alir dengan rentang 0,2-3 mL/menit yang tidak memperlihatkan pengaruh yang signifikan dalam menjerap Mn(II). Hal ini disebabkan karena MMWCNTs menjerap Mn(II) relatif cepat. Oleh karena itu, untuk memperoleh presisi yang baik, laju alir 2 mL/menit dipilih untuk studi lebih lanjut.

3.3 Pemilihan Eluen Eluen- eluen yang diseleksi ialah HCl, HNO3, H2SO4, dan natrium tiosulfat digunakan untuk memilih eluen terbaik untuk desorpsi mangan pada permukaan adsorben. Ekstrak Mn(II) dengan konsentrasi 0,5 g/mL dilewatkan pada laju alir 2 mL/menit melalui kolom yang berisi 0,02 g adsorben dengan pH 8,5. Ion-ion mangan terjerap dielusi dengan eluen terpilih sebanyak 5 mL dengan konsentrasi 0,1 mol/L. Ekstraksi fase cair ion mangan dari masing-masing eluen diukur menggunakan FAAS dengan dihitung persen recovery Mn (II) setiap eluen. Hasil penelitian menunjukkan bahwa HNO3 memiliki recovery terbaik digunakan sebagai eluen.

3.4 Pengaruh Laju Alir Eluen Pengaruh laju alir eluen pada desorpsi 2,5 g Mn(II) dari permukaan sorben (0,02 g) diteliti dengan rentang 0,5-5 mL/menit. Ion-ion mangan didesorpsi sempurna pada laju alir 2 mL/menit, untuk efektif dan kuantitatif elusi. Namun, laju alir 1 mL/menit dipilih untuk studi lebih lanjut.

3.5 Volume Terobosan Larutan yang mengandung 2,5 g Mn(II) di dalam 100, 200, 300, 400, dan 500 ml air dilewatkan pada kolom, maka Mn (II) secara kuantitatif ditahan dalam proses elusi dalam volume ini. Oleh karena itu, volume terobosan dalam kondisi optimal harus lebih besar dari 500 mL. Sehingga didapatkan, volume elusi digunakan 5 mL HNO3 0,1 mol/L dan volume terobosan 500 mL, maka dapat dicapai faktor prekonsentrasi 100.

3.6 Evaluasi kapasitas penjerap Kapasitas adsorpsi dari MMWCNTs ditentukan dengan volume berbeda yaitu 50 g/mL Mn(II), penentuan Mn(II) menggunakan FAAS. Kapasitas maksimum dari adsorben adalah 1180 g Mn(II) per gram adsorben. Ditemukan bah-wa adsorpsi properti 50 siklus penyerapan dan desorpsi. dari adsorben tetap konstan setelah

3.7 Gangguan Gangguan yang terdapat bersama ion pada campuran biner Mn(II) dengan ion asing diteliti dengan persen recovery mangan (0,5 g/mL). setelah memasukkan larutan biner pada kolom, ion mangan dijerap dengan elusi 5 mL

HNO3 0,1 mol/L. Kandungan mangan dalam sampel ditentukan dengan FAAS dengan menghitung recoverynya. Berdasarkan selektivitas yang diberikan oleh ekstraksi padat dan FAAS, anion dan kation ikut diukur. Keberadaan anion dapat mengganggu variasi dengan hasil kesalahan 4%. Pengaruh ion asing pada prekonsentrasi dan penentuan mangan telah diselidiki. Ion-ion yang diukur ialah : I-, SCN-, Cl-, Br-, NH4+, CH3COOH-, S2O32-, Na+, K+, Al3+ membuktikan tidak memberikan gangguan pada konsentrasi 1000 kali lebih tinggi dari konsentrasi mangan. Namun, Fe3+, Cu3+, Mg2+, Ca2+ terbukti memberikan gangguan pada konsentrasi 250 kali lebih tinggi dari konsentrasi mangan dan Co3+, Zn2+, Pb2+, Cd2+, Ni2+ terbukti memberikan gangguan pada konsentrasi 20 kali lebih tinggi dari konsentrasi mangan.

3.8 Analisis Kurva dan Sensitivitas Analisis hasil ditentukan pada mangan dilakukan pada kondisi optimum. Dalam kondisi optimal, kurva kalibrasi linear dari 0,1 ng/mL- 5 g/mL dalam larutan awal. Prosedur yang direkomendasikan diulang 8 kali untuk menemukan standar deviasi relatif (RSD) pada penentuan 0,5 g/mL ion Mn(II) dan RSD diperoleh sebesar 0,41%. Limit deteksi terukur 0,058 ng/mL berdasarkan 3 kali standar deviasi larutan blanko (n=8) di dalam larutan sebenarnya. Sensitivitas untuk absorbansi 1% adalah 9,1 ng/mL. Hal ini dimungkinkan untuk mempertahankan 0,05 g mangan dari 500 mL larutan yang melalui kolom dengan konsentrasi 0,1 ng/mL dalam larutan air.

3.9 Analisis mangan dalam paduan standar Metode penentuan mangan diaplikasikan berdasarkan Nippon Keikinzoku Kogyo (NKK) CRM No. 920 Aluminum alloy. 100 mg sampel dari paduan standar didekomposisi dengan 10 mL campuran HNO3 dan HCl (1:1) dan larutan dievaporasi untuk pengeringan dengan pemanasan dalam water-bath. Larutan disaring dan diencerkan dalam 100 mL dengan air akuades dalam labu takar. Hasilnya terlihat pada table 1. Hasil yang didapat berdasarkan acuan nilai sertifikat.

3.10 Analisis mangan dalam larutan sampel Sebelum analisis dari sampel air, sampel sebelumnya disaring dengan membrane selulosa dengan ukuran pori 45 m. Untuk prekonsentrasi, pH dari 60 mL sampel air dibuat 8,5 dengan larutan buffer, kemudian dilakukan

prekonsentrasi. Sampel Mangan diambil dari berbagai air wilayah Kerman di Iran. Hasilnya ditunjukkan pada tabel 2.

BAB IV KESIMPULANBanyaknya hasil jerapan yang telah dilaporkan untuk prekonsentrasi dan penentuan mangan. Jurnal ini menunjukkan kegunaan sorben MMWCNTs sebagai adsorben baru. Pada jurnal ini, metode baru untuk aplikasi MWCNTs telah dilakukan. Kelebihan adsorben baru ini yaitu sederhana, cepat, metode tepat, akurat dan dapat diandalkan dengan dikembangkan prekonsentrasi kandungan mangan dalam sampel yang berbeda. Selain itu, faktor prekonsentrasi dari sorben cukup tinggi. Tabel 3 membandingkan metode prekonsentrasi dari mangan. Hal ini

menun-jukkan bahwa metode yang diusulkan memiliki limit deteksi yang rendah diban-dingkan dengan penelitian sebelumnya dan memungkinkan

penentuan ng/mL mangan. Metode ini ekonomis dari perbandingan menggunakanadsorben yang lainnya. Prosedur yang digunakan untuk pengukuran mangan dalam paduan standar menunjukkan akurasi yang baik. Prosedur yang sampel kom-pleks. PAN ini

diusulkan diterapkan untuk

menentukan mangan dalam

cukup sensitif dan selektif dalam menjerap mangan, prekonsentrasi di tetapkan dalam pengukuran dengan Atomik Absorpsi Spektrometri, untuk mendukung sensitivitas dan selektifitas hasil.