SKRIPSI TK 141581repository.its.ac.id/43370/1/2313100128-Undergraduate... · 2017-07-26 · skripsi...

SKRIPSI – TK 141581

PENGARUH PERUBAHAN KONSENTRASI CROSS-LINKER TERHADAP PROPERTI REVERSIBILITASTHERMOSENSITIVE NIPAM-CO-DMAAPS GEL,HOMOPOLIMER DMAAPS GEL DANHOMOPOLIMER DMAABS GEL

Oleh:Toni SuhartoNRP. 2313 100 128

Dosen Pembimbing:Dr. Eva Oktavia Ningrum, ST., MS.NIP. 1984 10 23 2009 12 2009

Hikmatun Ni’mah, ST., MS., Ph.DNIP. 1984 10 10 2009 12 2006

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERSURABAYA2017

THESIS – TK 141581

EFFECT OF CROSS-LINKER CONCENTRATIONON THE REVERSIBILITY PROPERTY OFTHERMOSENSITIVE NIPAM-co-DMAAPS GEL,DMAAPS HOMOPOLYMER GEL, AND DMAABSHOMOPOLYMER GEL

Toni SuhartoNRP. 2313 100 128

Academic Supervisor:Dr. Eva Oktavia Ningrum, ST., MS.NIP. 1984 10 23 2009 12 2009

Hikmatun Ni’mah, ST., MS., Ph.DNIP. 1984 10 10 2009 12 2006

DEPARTMENT OF CHEMICAL ENGINEERINGFACULTY OF INDUSTRIAL TECHNOLOGYSEPULUH NOPEMBER INSTITUTE OF TECHNOLOGYSURABAYA2017

i

PENGARUH PERUBAHAN KONSENTRASICROSS-LINKER TERHADAP PROPERTIREVERSIBILITAS THERMOSENSITIVE

NIPAM-CO-DMAAPS GEL, HOMOPOLIMERDMAAPS GEL DAN HOMOPOLIMER

DMAABS GEL

Nama/NRP :

Jurusan : Teknik Kimia FTI – ITSDosen Pembimbing:

ABSTRAKAkhir ini peningkatan konsentrasi dari ion logam berat

pada sumber air telah menjadi salah satu kekhawatiran utamadalam permasalahan lingkungan. Salah satu metode yangmenjanjikan dalam mengatasi masalah tersebut adalah denganmenggunakan thermosensitive sulfobetaine gel sebagai adsorbenuntuk mengadsorp ion logam berat dari air limbah. Tujuan daripenelitian ini adalah untuk mengembangkan gel thermosensitiveyang dapat mengadsorp dan mendesorp ion logam berat darilarutan induknya. Kopolimer gel terdiri dari N,N-dimethyl(acrylamidopropyl) ammonium propane sulfonate(DMAAPS) dan thermosensitive N-isopropylacrylamide(NIPAM), N,N-dimethyl(acrylamidopropyl) ammonium propanesulfonate (DMAAPS) gel, and N,N-dimethyl(acrylamidopropyl)ammonium butane sulfonate (DMAABS) digunakan sebagaiadsorben. Pada penelitian ini, pengaruh dari perubahankonsentrasi cross linker, spacer and suhu pada adsorpsi, desorpsi,and swelling degree dipelajari. Gel yang digunakan disintesis

1. Dr. Eva Oktavia Ningrum, S.T., M.S2. Hikmatun Ni’mah, S.T., M.S., Ph.D

Toni Suharto 2313 100 128

ii

dengan metode polimerisasi radikal bebas. Pada penelitian inilarutan uji yang digunakan adalah Zn(NO3)2. Gel mencapaiequilibrium adsorpsi setelah 12 jam. Dari penelitian diketahuibahwa jumlah ion teradsorp pada semua gel turun seiring dengannaiknya suhu. Untuk gel DMAAPS dan DMAABS, nilai swellingdegree meningkat seiring dengan kenaikan suhu. Konsentrasicross linker tidak mempengaruhi adsorpsi dan swelling degreedari DMAABS secara signifikan, akan tetapi untuk gel DMAAPSkonsentrasi cross linker mempengaruhi swelling degree dari geltapi hanya sedikit berdampak pada adsorpsi dari gel. Swellingdegree dan kemampuan adsorpsi dari gel NIPAM-co-DMAAPSterpengaruh oleh konsentrasi cross linker, dimana konsentrasicross linker yang tinggi akan meningkatkan swelling degree dankemampuan adsorpsi dari gel. Sulfobetaine dengan spacer yanglebih besar menunjukkan kemampuan adsorpsi yang lebih baikakan tetapi tidak dengan swelling degree. Meskipun DMAABSmemiliki spacer yang lebih besar dari pada DMAAPS,DMAABS memiliki swelling degree yang terkecil. Pada gelNIPAM-co-DMAAPS dengan NIPAM sebagai spacer, gelmemiliki kemampuan adsorpsi dan swelling degree yangtertinggi. Walaupun konsentrasi sulfobetaine yang digunakanpada gel kopolimer lebih sedikit dibandingkan pada gelDMAABS dan DMAAPS, gel kopolimer menunjukkankemampuan adsorpsi yang lebih besar 10 kali lipat dari pada gellainnya. Kemampuan desorpsi dari kopolimer gel naik seiringdengan bertambahnya suhu. Kopolimer gel dapat digunakansecara reversibel.

Keywords: adsorpsi, DMAAPS, DMAABS, swelling degree,NIPAM.

iii

EFFECT OF CROSS-LINKER CONCENTRA-TION ON THE REVERSIBILITY PROPERTY

OF THERMOSENSITIVE NIPAM-co-DMAAPS GEL, HOMOPOLYMER DMAAPSGEL, AND HOMOPOLYMER DMAABS GEL

Name/NRP :

Departmen : Teknik Kimia FTI – ITSAdvisor :

ABSTRACTRecently the increasing concentration of heavy metal

ions in the environment has been one of the main concerns inenvironmental issues. A promising method to overcome theproblem mentioned above is by applying thermosensitivesulfobetaine gel as an adsorbent to adsorb heavy metal ions fromwastewaters. The purpose of this research is to develop areversible thermosensitive gel that able to adsorb heavy metalions from its solutions. Copolymer gel consisting of zwitterionicbetaine N,N-dimethyl(acrylamidopropyl) ammonium propanesulfonate (DMAAPS) and thermosensitive N-isopropylacrylamide (NIPAM), N,N-dimethyl(acrylamidopropyl)ammonium propane sulfonate (DMAAPS) gel, and N,N-dimethyl(acrylamidopropyl) ammonium butane sulfonate(DMAABS) was employed as an adsorbent that able to adsorbheavy metal ion in salt solutions. The effects of different crosslinker concentration, spacer and temperature on the adsorption,desorption, and swelling degree of the gel were investigated inthis research. All gels was synthesized by free radicalpolymerization method. In this experiment, Zn(NO3)2 was

1. Dr. Eva Oktavia Ningrum, S.T., M.S.2. Hikmatun Ni’mah, S.T., M.S., Ph.D

Toni Suharto 2313 100 128

iv

selected as the target solution. The synthesized gel showedadsorption equilibrium after 12 hours. It is obtained that theamount of ions adsorbed by all gels decreases as temperaturerises. For the DMAAPS and DMAABS gel, value of swellingdegree increases as temperature rises. Cross linker concentrationonly have weak effect on the adsorption ability and swellingdegree of DMAABS gel, however for DMAAPS gel cross linkerconcentration affected the swelling degree of the gel but onlyhave a little effect on the adsorption ability. As for NIPAM-co-DMAAPS gel both swelling degree and adsorption ability of gelsare affected by the concentration of cross linker, a higher crosslinker concentration increased both the swelling degree of the geland its adsorption ability. Sulfobetaine with larger spacer showshigher adsorption ability power but not in the terms of swellingdegree. DMAABS despite of having more spacer than DMAAPS,has the smallest swelling degree. As for NIPAM-co-DMAAPSwith NIPAM as its spacer has the highest adsorption ability andswelling degree. Although the amount of sulfobetaine incopolymer gel is lesser than the one used in the DMAAPS andDMAABS gel, copolymer gel shows higher adsorption ability upto ten times fold compared to other gels. Desorption ability ofcopolymer gel increases as temperature rises. Copolymer gel canbe used reversibly.

Keywords: adsorption, DMAAPS, DMAABS, swelling degree,NIPAM.

LEMBARPENGESAHAN --ARUH PERUBAHAN KONSENTRASI CROSS

TERHADAP PROPERTI REVERSffiiLITAS R.~OSENSITIVE NIP AM-CO-DMAAPS GEL,

POLIMER DMAAPS GEL DAN HOMOPOLIMER DMAABSGEL

~- ·j:h:: Cntuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar ~ :::.2 Teknik Kimia pada Program Studi S-1 Departemen

' 'mia Fakultas Teknologi Industri lnstitut Teknologi Sepuluh Nopember

Oleh:

~ v"RARTO

leh Tim Penguji Tugas Akhir:

. Eva Oktavia N., S.T., M.S. "?embimbing 1 )

··.matun Ni ' mah, S.T., M.S., Ph.D. ? ernbimbing 2 )

. lr. Sumarno, M. Eng. Penguji I) .. da Novarita T., S.T., M.T.

2313 100128

':) . .. 2) . ~ engUJI ...... ·,.;.·

1...- ........ .

- :man K. , S.T., M.Eng.Sc., Ph.D. } -i. ., a · · "" , 'r\'w:u'l · rv<- i a...Jtri"'J 't l<t-~110UJ13) . ,,.,_;..--. ,, ... .. . .. . . . .......... :J

,;'··-- ~·:-... t:fo: .... • ~ "'"~, "\.:.l<NGt.ot;.,? ·'' "' '/- ~ _, ~ 0 ""'; n (, ,.·~ '

/•/~ ~ _....,_ \.:.. <.-.'.)"e ~"" ~-. ~_I;,_,..~ ~ IJ. .. 1~·~·~ -; ~ J0,~ .... ·"/i ·~"f.. _ '\ ·{ •.:- ,,4:· . . ... ~ (/ ~" ~. ' .· .. ~·Sur· ab<~y·a 1- • ,· l! .... ,. .. ~- ' ;. - .. , \ ~ ~ -~--1 ;:;.~ ~ .. - ~- /-' .. ""'· ) \~- ~ ~ \\ ,~~: :.; illJh; 20J 7 · · 0' '\'l'"' '.i ~ ·~~, i" . i ',- \"'{" - • ... ""·l (." J' \ ' • " ' ! ' . ' } ;.u :.: ,, . " ~ . ·~-:; (\ ·~,\ .)!_J l,· - & "' /j ~. -,. •. '\:i.j."}'y/) tr, 'iii.;',

\ \...J.. :' •,// tY~~' .. '\ Dl;p,~f., .. · ~') . -' r"' ~.. 1 '-ME:rv ''-. ""IV'"' 1- IN/ . .:!:-....__~A

vi

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami sampaikan ke hadirat Tuhan karena hanyadengan rahmat dan berkah-Nya sehingga kami dapat menulis dantelah menyelesaikan proposal skripsi dengan judul “PENGARUHPERUBAHAN KONSENTRASI CROSS-LINKERTERHADAP PROPERTI REVERSIBILITASTHERMOSENSITIVE NIPAM-CO-DMAAPS GEL, DMAAPSGEL DAN DMAABS GEL”.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan skripsiini dapat diselesaikan atas bantuan dari berbagai pihak. Olehkarena itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:1. Bapak Juwari, ST, M.Eng. PhD, selaku Kepala Jurusan S1

Teknik Kimia FTI–ITS.2. Bapak Dr. Ir. Sumarno, M.Eng selaku Kepala Laboratorium

Teknologi Material, Ibu Dr. Eva Oktavia Ningrum, S.T., M.S.selaku Dosen Pembimbing I, Ibu Hikmatun Ni`mah S.T.,M.S., Ph.D, selaku Dosen Pembimbing II, dan Ibu PridaNovarita Trisanti, S.T., M.T., selaku Dosen LaboratoriumTeknologi Material atas bimbingan dan arahan yang sudahdiberikan.

3. Ibu Dr. Lailatul Qadariyah, S.T., M.T, selaku koordianatorTugas Akhir dan Skripsi Jurusan Teknik kimia FTI-ITS.

4. Bapak dan Ibu Dosen pengajar dan karyawan DepartemenTeknik Kimia FTI-ITS.

5. Orang tua dan seluruh keluarga yang telah memberikandukungan, doa, dan kasih sayang kepada kami.

6. Teman-teman di Laboratorium Teknologi Material, parateman – teman yang telah memberikan saran dan motivasiserta seluruh pihak yang tidak dapat penyusun sebutkan satupersatu, yang turut membantu penysun.Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih

banyak terdapat kekurangan, sehingga saran dan kritik yang

vii

membangun dari semua pihak sangat diharapkan untukkesempurnaan laporan ini

Surabaya, 10 Juli 2017

Penulis

viii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDULLEMBAR PENGESAHANABSTRAK ................................................................................... iABSTRACT .............................................................................. iiiKATA PENGANTAR ............................................................... viDAFTAR ISI ............................................................................ viiiDAFTAR GAMBAR .................................................................. xDAFTAR TABEL ..................................................................... xiiBAB I PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang ................................................................ 1I.2 Perumusan Masalah......................................................... 4I.3 Tujuan Penelitian............................................................. 5I.4 Manfaat Penelitian........................................................... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKAII.1 Gel.................................................................................. 7II.2 Sifat Zwitterionic Betaine Gel ..................................... 14II.3 Polyzwitterionic ........................................................... 15II.4 Perilaku Swelling dari Betaine Gel .............................. 20II.5 Sifat Adsorpsi Ion Betaine Gel .................................... 21II.6 Volume Phase Transition ............................................. 22

BAB III METODOLOGI PENELITIANIII.1 Bahan yang Digunakan............................................... 27III.2 Peralatan Penelitian..................................................... 28III.3 Prosedur Penelitian..................................................... 31III.4 Variabel Penelitian...................................................... 35III.5 Karakterisasi Hasil Penelitian..................................... 35III.6 Blok Diagram Penelitian............................................. 38

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASANIV.1 Analisa FTIR .............................................................. 47IV.2 Adsorpsi Ion pada Gel ................................................ 51IV.3 Pengaruh Suhu Terhadap Swelling Degree ................ 56IV.4 Uji Desorpsi NIPAM-co-DMAAPS Gel .................... 57IV.5 Hubungan Swelling Degree dengan

ix

Kemampuan Adsorpsi Gel ...........................................58IV.6 Reversibilitas NIPAM-co-DMAAPS

Gel ...........................................................................59BAB V KESIMPULAN .......................................................... 61lDAFTAR PUSTAKA .............................................................. xiiiDAFTAR NOTASI ....................................................................xvAPPENDIKS A ....................................................................... A-1APPENDIKS B ........................................................................B-1

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar II.1.1 Skematik gel dalam dua fase yaitu collapsed danswollen.............................................................. 7

Gambar II.1.2 Volume Phase Transition dari gel pada berbagaimacam stimulus................................................ 9

Gambar II.1.3 Polimerisasi gel ............................................... 11Gambar II.1.4 Tekanan osmotik pada gel............................... 12Gambar II.1.5 Degree of swelling swelling (rasio antara volume

equilibrium dengan volume awal dari N-isopropylacrylamide gel (open circles) danacrylamide gel (filled circles) ........................ 13

Gambar II.1.6 Degree of swelling (rasio antara volumeequilibrium dengan volume awal dari N-isopropylacrylamide gel (open circles).......... 14

Gambar II.3.1 Intra-grup, intra-chain, dan inter-chain interaksipada polybetaine......................................... ....16

Gambar II.3.2 Struktur kimia dari DMAAPS......................... 17Gambar II.3.3 Struktur kimia lauroyl amino propyl dimethyl

carbobetaine................................................... 18Gambar II.3.4 Struktur kimia dari 2-methacryloyloxyethyl

phosphorylcholine .......................................... 19Gambar II.6.1 Diagram fase yang menunjukkan wilayah

konsentrasi aseton dan relative length increasepada gel ......................................................... 23

Gambar III.2.1 Tahapan proses pemurnian DMAPAA........... 28Gambar III.2.2 Tahapan proses pembuatan monomer

DMAAPS ....................................................... 29Gambar III.2.3 Sketsa pembuatan kopolimer gel NIPAM-co-

DMAAPS ....................................................... 30Gambar III.2.4 Alat Jar Test.................................................... 31Gambar IV.1.1 Ikatan penyusun NIPAM, DMAAPS, dan

NIPAM-co-DMAAPS Gel ............................. 47Gambar IV.1.2 Hasil analisa FTIR .......................................... 49Gambar IV.2.1 Pengaruh waktu terhadap adsorpsi ................. 53

xi

Gambar IV.2.2 Pengaruh suhu terhadap adsorpsi ....................53Gambar IV.3.1 Pengaruh suhu terhadap swelling degree.........56Gambar IV.4.1 Pengaruh suhu terhadap desorpsi ....................57Gambar IV.5.1 Hubungan swelling degree dengan adsorpsi....58Gambar IV.6.1 Kemampuan reversibilitas gel .........................59

xii

DAFTAR TABEL

Tabel III.1 Kondisi Sintesa Kopolimer Gel ........................... 26

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangPerkembangan industri yang pesat menjadi salah satu

penyebab meningkatnya konsentrasi logam di lingkungan. Hal inimengkhawatirkan karena logam berat bersifat tidak terurai danpersisten. Keberadaan logam-logam berat khususnya dalamlimbah berupa cairan, merupakan masalah yang harus mendapatperhatian serius, mengingat dalam konsentrasi tertentu dapatmemberikan efek toksik dan berbahaya, baik dalam ekosistemperairan maupun kehidupan manusia sekitarnya. Dewasa inibanyak teknologi yang dikembangkan untuk menurunkan kadarlogam berat limbah cair industri. Metode konvensional yangumum digunakan dalam pemisahan logam berat limbah cairindustri yaitu presipitasi dan neutralisasi (Rubio dkk, 2002).Namun metode ini menghasilkan limbah sekunder berupa sludgedengan konsentrasi ion logam berat yang tinggi. Selain metodediatas, metode alternatif telah dikembangkan antara lain ReverseOsmosis (RO), Nano Filtration (NF) yang menggunakanmembran sebagai media pemisahan logam berat dengan limbahcair namun kekurangan dari metode ini memerlukan biayaoperasional yang tinggi. Penggunaan adsorben yang mengandungligan seperti ion-exchange grup atau chelating agent memilikikelemahan pada saat proses regenerasi resin kation maupun anionkarena memerlukan asam kuat dan basa kuat. Proses ini jika tidakditangani dengan baik akan menimbulkan pencemaranlingkungan akibat secondery waste berupa asam/basa kuattersebut (Qdais, 2004). Oleh karena itu, metode adsorpsi denganmeggunakan thermosensitive gel khususnya zwitterionic betaine

2

lebih menjanjikan dalam mengatasi permasalahan diatas karenamenunjukkan selektivitas ion akibat interaksi antara ion danmuatan positif dan negatif yang terletak di perulangan unit yangsama pada sulfobetaine (Neagu, 2010). Zwitterionic betainemampu mengikat secara simultan baik anion maupun kation padalimbah cairan (simultaneous adsorption) (Ningrum, pada 2014).

Zwitterionic betaine polimer pada umumnyathermosensitive di dalam larutan aqueous, tidak larut di dalam airdi bawah suhu Upper Critical Solution Temperature (UCST),namun larut di atas suhu UCST. Pada suhu di bawah UCST,zwitterionic polimer berada dalam kondisi collapse coil karenaadanya interaksi intra- dan/atau inter-chain. Namun, pada suhu diatas UCST energi termal dapat mengatasi hambatan dari interaksiintra- dan/atau inter-chain (Salamone dkk, 1978). UCSTzwitterionic polimer naik seiring dengan kenaikan konsentrasipolimer tersebut. Hal ini diakibatkan adanya peningkataninteraksi intra- dan/atau inter-chain sehingga kenaikan energitermal juga diperlukan untuk mengatasi interaksi tersebut(Takahashi dkk, 2011). Interaksi antara grup yang bermuatanpada zwitterionic betaine dengan larutan aqueous jugamenentukan properti dari zwitterionic betaine (Kudaibergenovdkk, 2006)

Poly(N-isopropylacrylamide) adalah salah satu contohthermosensitive polimer dengan suhu Low Critical SolutionTemperature (LCST) sekitar 32 oC (Hirokawa dkk, 1984).NIPAM mengalami swelling pada suhu rendah dan shrinkingpada suhu tinggi karena transisinya dari sifat hidrofilik kehidrofobik dan memiliki muatan netral (Li dkk, 1989).

Teknik kopolimerisasi thermosensitive polimer denganmenggunakan zwitterionic telah banyak digunakan sebagaialternatif untuk berbagai macam aplikasi seperti biosensor,katalisator, sistem drug delivery, dan media separasi (Liu dkk,2010). Penggunaan polimer hybrid zwiterionik berdasarkan reaksi

3

ring-opening polimerisasi dari asam pyromellitic dianhydride(PMDA) dan proses sol-gel untuk menghilangkan Pb2+ darilarutan campuran Pb2+/Cu2+ yang diteliti oleh Liu dkk, 2005.Terdapat tiga jenis zwitterionic polimer yaitu sulfobetaine,phosphobetaine dan carboxybetaine yang terdiri dari sulfonate,phosphate dan carboxylate sebagai grup anionik dan quarteneryammonium sebagai grup kationik (Kudaibergenov, 2006). N,N’-dimethyl(acrylamidopropyl)ammonium propane sulfonate(DMAAPS), N,N’-dimethyl (acrylamidopropyl)ammo-niumbutane sulfonate (DMAABS) merupakan beberapa contoh darizwitterionic sulfobetaine polimer.

Ningrum dkk (2014) melakukan penelitian tentanghubungan antara properti adsorpsi ion dan swelling padasulfobetaine gel. Pada konsentrasi polimer dalam gel lebih tinggidari 180 g/l gel pada swelling degree yang rendah jumlah ionZn2+ yang teradorpsi tidak mengalami perubahan. Sebaliknya,apabila konsentrasi polimer dalam gel kurang 180 g/l padaswelling degree yang tinggi jumlah ion Zn2+ yang teradsorpsimenurun. Namun pada gel yang memiliki swelling degree yangsama, jumlah ion Zn2+ yang teradsorpsi akan meningkat seiringkenaikan konsentrasi dari larutan Zn(NO3)2. Febryanita danFirdaus (2016) melakukan penelitian mengenai pengaruhkonsentrasi monomer terhadap property adsorpsi dan desorpsidesorpsi thermosensitive NIPAM-co-DMAAPS gel. Padapenelitian ini menggunakan variasi perbandingan konsentrasimonomer NIPAM:DMAAPS yaitu 8:2, 8,5:1,5 dan 9:1 denganvariasi suhu saat adsorpsi dan desorpsi yaitu 10 oC, 30 oC, 50 oCdan 70 oC dengan menggunakan larutan ZnNO3 PbNO3 danCuNO3. Dari penelitian yang telah dilakukan diketahui bahwaadsorpsi terbaik terjadi pada gel dengan konsentrasi monomer9:1. Akan tetapi pada hasil uji desorpsi didapatkan nilai desorpsiyang rendah pada suhu operasi tinggi.

4

I.2. Perumusan MasalahPenelitian mengenai kopolimerisai sulfobetaine

zwitterionic polimer dan thermosensitive gel telah dilakukan olehbeberapa peneliti sebelumnya, sebagian besar penelitian hanyamenekankan pada sintesa dan properti dari kopolimer gel.Penelitian terdahulu (Ningrum dkk, 2014) mengenai zwitterionicgel tanpa kopolimerisasi dapat diketahui hubungan antara propertiswelling degree dan kemampuan DMAAPS gel dalammengadsorb ion pada berbagai larutan, efek dari konsentrasicross-linker pada adsorpsi dan swelling dari DMAAPS gel. Daripenelitian yang dilakukan oleh Ningrum dkk (2014) didapatkanhubungan antara kosentrasi cross-linker dengan kemampuanadsorpsi DMAAPS gel, dimana semakin tinggi konsentrasi cross-linker maka kemampuan adsorbsi DMAAPS gel akan semakinbaik. Penelitian mengenai kopolimerisasi DMAAPS denganNIPAM. Dari penilitian tersebut dapat disimpulkan bahwadibutuhkan penelitian lebih lanjut untuk memberi spacer baikantar molekul maupun DMAAPS antar charged group padamolekul DMAAPS. Febryanita dan Firdaus (2016) melakukanpenelitian dengan konsentrasi NIPAM:DMAAPS 9:1, 8:2, 7:3.Penilitian yang dilakukan menekankan kepada variasi jarak antarmolekul untuk mengurangi terjadinya linking inter chain, intrachain, dan intra group. Dari hasil penelitian dapat diketahuibahwa semakin tinggi konsentrasi monomer NIPAM gel yangdihasilkan akan memiliki hasil uji swell yang semakin baik pula.Permasalahan yang dihadapi pada saat penelitian ini adalahkurang efektifnya hasil uji desorpsi, tidak diketahuinya efek darikonsentrasi cross-linker terhadap properti gel yang dihasilkan,dan belum dicoba bila spacer antar charged group ditambah.

Oleh karena itu mengacu pada penelitian sebelumnya,maka perlu dicoba teknik desorpsi yang baru agar didapatkanhasil yang memuaskan, perlu dilakukan penilitian untukmempelajari efek dari konsentrassi cross-linker terhadap gel yang

5

terbentuk, dengan harapan akan dapat ditemukan konsentrasiyang optimal dalam pembuatan kopolimer gel, dan pengaruhspacer antar charged group.I.3. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan penelitian ini adalah:1. Mempelajari pengaruh perubahan konsentrasi Cross-

Linker MBAA terhadap karakteristik dari NIPAM-co-DMAAPS, DMAAPS, dan DMAABS gel.

2. Mempelajari pengaruh suhu terhadap karakteristik dariNIPAM-co-DMAAPS, DMAAPS, dan DMAABS gel.

3. Mempelajari pengaruh spacer antar charged grouppada karakteristik gel.

1.4. Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah mendapatkan adsorbengel yang mempunyai sifat yang unggul dalam mengadsorbsi danmendesorbsi ion secara reversibel melalui perubahan suhu.

6

Halaman ini sengaja dikosongkan.

7

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

II.1 Gel

Gel merupakan bentuk intermediet dari padatan (solid) danlarutan (liquid). Gel mengandung polimer atau molekul rantaipanjang yang dihubungkan satu dengan lainnya oleh cross-linkerdan membentuk jaringan berpilin yang terlarut di larutan.Karakteristik dari gel tergantung dari antara dua komponen, yaitusolid dan liquid. Larutan akan mencegah jaringan polimercollapse menjadi massa yang padat, sedangkan jaringan menjagalarutan agar tidak keluar dari gel. Gel dapat mempertahankanbentuknya karena shear modulus ketika gel tersebut terdeformasi.Modulus gel berasal dari cross-linking dari polimer di dalamjaringan gel.

Gambar II.1.1 Skematik gel dalam dua faseyaitu collapsed dan swollen. (Tanaka. 1978)

Berbagai macam aplikasi dari gel telah dikembangkandiantaranya disposable diapers, molecular sieve untuk separasimolekuler antara lain berupa gel permeation chromatography(GPC), dan elekroforesis. Thermosensitive dan pH sensitive geltelah dikembangkan sebagai drug delivery sistem, dimana gel

8

mampu melepaskan obat secara bertahap dengan perubahan suhuatau pH. Gel dibagi berdasarkan stimulan yang dapat mengontrolperubahan volume gel tersebut antara lain suhu, pH, foton, ion, danarus listrik. Pada umumnya, perubahan kecil stimulusmengakibatkan perubahan signifikan pada volume gel atau disebutdengan volume phase transition (VPT), sehingga kemampuan gelini banyak dimanfaatkan dalam aplikasi aktuator maupun sensor,dan alat pengendali. Gambar II.1.2 memperlihatkan VPT gel yangdipengaruhi berbagai macam stimulus.

Gambar II.1.2 Volume Phase Transition(VPT) dari gel pada berbagai macamstimulus. (Tanaka. 1978)

Pada tahun 1981 Tanaka memperkenalkan gel denganmatriks polimer yang berasal dari cross-linked polyacrylamide.Gel disintesis dengan dua jenis monomer yaitu acrylamide danbisacrylamide. Acrylamide yaitu monomer dari jenis molekulorganik dengan gugus akhir gugus aminocarbonyl (-CONH2).Sedangkan bisacrylamide terdiri dari dua monomer acrylamideyang terhubung melalui grup aminokarbonil. Air digunakan

9

sebagai pelarut, dengan inisiator ammonium persulfate (APS) danakselerator tetramethyl ethylene diamine (TEMED) yangditambahkan untuk memulai reaksi polimerisasi.

Tahap pertama dalam reaksi polimerisasi adalah reaksiantara ammonium persulfate dan TEMED dimana molekulTEMED diaktifkan oleh ammonium persulfate yang menghasilkanmolekul dengan elektron valensi yang tidak berpasangan. MolekulTEMED yang teraktifasi dapat dipasangkan dengan monomeracrylamide atau bisacrylamide. Pada proses akhir, elektron yangtidak berpasangan bereaksi dengan unit acrylamide sehinggamenjadi reaktif. Monomer-monomer lainnya dapat pula teraktifasidengan metode yang sama. Polimer berkembang menjadi lebihbesar sampai persediaan monomer yang ada habis bereaksi denganpusat aktif, selanjutnya bergeser terus menerus menjadi gugusrantai akhir yang bebas. Apabila larutan hanya mengandungmonomer acrylamide, rantai polimer akan lurus tanpa adapercabangan. Sedangkan bisacrylamide dapat saling terhubungsatu sama lain secara serentak dengan ikatan yang permanen, danmembentuk poly(acrylamide) yang tumbuh menjadi jaringankompleks yang tersusun atas simpul dan cabang-cabang.Polimerisasi berjalan selama 30 menit. Setelah beberapa jampurging, dilakukan pencucian gel dengan menggunakan distilledwater untuk menghilangkan sisa monomer atau inisiator yang tidakbereaksi. Poly(acrylamide) gel berbentuk transparan atau tidakberwarna, sangat elastis, dengan permukaan lembut. OsmoticPressure Gel adalah faktor yang menentukan gel mengembang(swelling) atau mengkerut (shrinking) yang merupakan kombinasidari tiga komponen yaitu rubber elasticity, polymer-polymeraffinity, dan hydrogen ion pressure. Rubber elasticity, elasticitymerupakan kemampuan individual polimer untuk menegang(stretch) atau menahan tekanan (compress). Apabila untaianpolimer ditarik sampai menegang (stretch), pergerakan randomdari segmen-segmen memberikan dorongan ujung rantai untukbergerak ke arah dalam. Sedangkan apabila untaian polimerditekan (compress) pergerakan segmen ke arah luar. Jumlah gaya

10

pada tengah rantai polimer menjadi nol karena besarnya gaya darirubber elasticity terhadap suhu absolut.

Polimer affinity adalah interaksi antara untaianpolyacrylamide dengan solven. Polimer lebih larut di dalam air(titik hitam) dibandingkan dengan aceton (warna terang) (GambarII.1.4). Ketika konsentrasi aceton tinggi, dua untai polimer dapatmenurunkan total energinya dengan cara koagulasi danmengeluarkan solven dari sela-sela polimer. Polymer-polymeraffinity selalu bertanda negatif yang mengakibatkan penyusutangel, dan naik seiring dengan kenaikan konsentrasi aceton namuntidak bergantung besarnya suhu. Faktor yang ketiga adalahhydrogen-ion pressure. Di dalam gel, muatan positif dari ionhidrogen dinetralkan oleh muatan positif pada jaringan polimer.Ion tersebut dapat bergerak bebas seperti molekul gas namunterjebak di dalam gel. Gerakan termal adalah acak dan besarnyaproporsional terhadap suhu absolut. Hydrogen-ion pressure jugatergantung pada jumlah ion saat hidrolisis.

11

Gambar II.1.3 Polimerisasi Gel. Polimerisasi gel berlangsungmelalui reaksi antar rantai. (Tanaka. 1981).

12

Gambar II.1.4 Tekanan osmotik padagel. Tiga komponen yang menentukantekanan osmotik pada gel yaitu rubberelasticity, polymer-poymer affinity, danhydrogen-ion pressure (Tanaka. 1981)

13

Gambar II.1.5 Degree of swelling (rasioantara volume equilibrium denganvolume awal dari N-isopropylacrylamide gel (open circles)dan acrylamide gel (filled circles) dalamcampuran air dan dimethylsulfoxide(DMSO) di plot sebagai fungsikomposisi pelarut. (Tanaka. 1984)

Pada Gambar II.1.5 derajat swelling N-isopropylacrylamide dan gel acrylamide diplot sebagai fungsikomposisi DMSO dalam campuran. N-isopropylacrylamide geldirendam dalam campuran komposisi DMSO 0-33% volumesedikit swell dibandingkan dengan volume aslinya. Di atas 33%DMSO gel ini collapse ke dalam keadaan padat. Ada volumetransisi diskontinyu pada 33% DMSO. Di atas 90% DMSO gelmenunjukkan reswelling diskontinyu. Berbeda dengan gelisopropylacrylamide, gel acrylamide menunjukkan hanyasejumlah kecil dari swelling tanpa diskontinuitas.

14

Gambar II.1.6 Degree of swelling (rasioantara volume equilibrium denganvolume awal dari N-isopropylacrylamide gel (open circles)dalam campuran air di plot sebagaifungsi suhu. (Tanaka. 1984)

Keseimbangan swelling gel N-isopropylacrylamide dalamair murni sebagai fungsi temperatur. Hasilnya ditunjukkan padaGambar II.1.6 Pada suhu rendah gel mengalami swell, pada suhutinggi gel tersebut collapse. Ada volume transisi diskontinyusekitar 33,2 ˚C. Perilaku ini berbeda dengan gel acrylamideterionisasi yang mengembang pada suhu tinggi. Total entropi darigel (polimer dan pelarut) harus meningkat pada suhu tinggi.

II.2 Sifat Zwitterionic Betaine Gel

Polimer betaine gel atau biasa dikenal sebagaipolyzwitterions merupakan bagian dari polyampholytes yangmemiliki muatan positif atau negatif pada unit monomer yang

15

sama. Polimer betaine larut dalam air murni dan larutan garam.Sebaliknya, carboxybetaine, sulfobetaine, dan phosphobetainepolimer memiliki efek mengganggu yang sangat kecil padastruktur jaringan ikatan hidrogen molekul air dalam larutan encer,karena kedekatan intra dan inter antara kelompok yang bermuatansebaliknya. Zwitterions dengan berat molekul rendah dapat melipatintra-molekuler menjadi konformasi lingkaran berdasarkanperhitungan permodelan molekul dan NMR. Muatan positif darizwitterions pada salah satu ujung molekul berinteraksi denganmuatan negatif di ujung tergantung pada panjang dan fleksibilitasspacer. Pola lipat ini berguna untuk desain polimer supramolekulatau gel dengan memvariasikan fleksibilitas linker dan panjang.Sejumlah penelitian tentang polimer dan gel dari zwiterionicsulfobetaine telah dilakukan dalam beberapa tahun terakhir,sebagian besar telah menempatkan penekanan pada sintesis dansolusi properti dari polimer, seperti sifat termosensitif atau swellingdegree dari gel, variasi pada konsentrasi monomer, konsentrasicross-linker, konsentrasi garam, kekuatan ion dan sebagainya.Sebaliknya, penelitian tentang adsorpsi kation dan anion padapolimer dan gel tersebut relative sedikit, meskipun perilakuadsorpsi diakui mempengaruhi swelling dan transisi perilaku.Selain itu, ada sedikit informasi tentang dampak kondisi yangdigunakan dalam penyusunan gel, seperti cross-linker danmonomer konsentrasi pada jumlah ion teradsorpsi ke gel. Perilakuadsorpsi polimer dan gel dari zwiterionic sulfobetaine terutamaditentukan oleh interaksi antara kelompok dalam sulfobetaine(SO3

- dan N+) dan ion (kation dan anion) dalam larutan.

II.3 Polyzwitterionic

Polyzwitterions atau yang biasa disebut dengan polymericbetaine merupakan makromolekul yang terdiri dari sejumlahanionik dan kationik yang sama pada unit monomer yang sama.Zwitterionic betaine polimer sangat berbeda dari polimer ionik,dimana polimer ionik mengandung grup-grup fungsionalbermuatan negatif dan positif. Zwitterionic betaine polimer juga

16

memiliki daya selektivitas ion karena kemampuannya untukmengikat ion–ion melalui kedua muatan positif dan negatif (Neagudkk. 2010). Keunikan karakter dari zwitterionic betaine yaitukemampuan fragmen–fragmennya dalam membentuk sebuahkonformasi siklik dari grup anionik kationik yang berdekatandalam satu rantai polimer (intra-chain), atau antar grup anionikkationik dalam satu makromolekul (inter-chain), serta konformasisiklik head-to-tail dalam satu makromolekul (intra-grup) sehinggamampu menghalangi kelarutan zwitterionic betaine dalam air(Kudaibergenov dkk. 2006). Interaksi diatas dipengaruhi olehfleksibilitas dan panjang alkylene yang memisahkan dua muatanyang berlawanan yang juga menentukan solubilitas fase, volume,kemampuan ionisasi dan konformasi polimer betaine di dalamlarutan aqueous.

Gambar II.3.1 Interaksi (a) Intra-grup, (b)intra-chain, dan (c) inter-chain padapolybetaine.

Berdasarkan sifat alami dari grup ionik, polymeric betainedapat dikelompokkan dalam berbagai jenis, yang kebanyakantersebar luas yaitu sulfobetaine, phosphobetaine, dancarbobetaine.

1. Polysulfobetaine

Polysulfobetaine mengandung sulfonate sebagai grup yang

17

bermuatan negatif dan quartenery ammonium sebagai grup yangbermuatan positif. Sulfobetaine disintesis melalui reaksialkilsulfonasi dari monomer atau polimer amin tersier dengansultone, sebagai contoh 1,3-propanesultone or 1,4-butanesultone.Pada awal ditemukannya, polimer betaine diturunkan dari senyawasulfo. Struktur kimia dari polysulfobetaine juga dapat diturunkandari beberapa senyawa berikut: ester atau amida quatener dariasam metakrilat, senyawa polypyrrolidinium quatener, ion, dansenyawa polyvinylpyridinium atau polyvinylimidazolium(Kudaibergenov dkk. 2006). Pada penelitian ini sulfobetainemonomer pada NIPAM-co-DMAAPS dipilih sebagai agenpengadsorpsi karena mudah dalam mensintesis, stabil dalammengadsorpsi ion, tidak dipengaruhi oleh pH, dan menunjukkanproperti thermosensitive seperti NIPAM dalam larutan aqueous.Contoh sulfobetaine polimer atau gel adalah N,N-dimethyl(acrylamidopropil)-ammonium propane sulfonate(DMAAPS) yang ditunjukkan oleh Gambar II.3.2

Gambar II.3.2 Struktur kimia dari N,N-dimethyl(acrylamidopropil) ammoniumpropane sulfonate (DMAAPS).

2. PolycarbobetainePolycarbobetaine mengandung karboksilat sebagai grup

yang bermuatan negatif sedangkan quartenery ammonium sebagaigrup yang bermuatan positif. Struktur kimia polycarbobetainedibagi kedalam tiga grup yaitu: polyzwitterion yang diturunkandari heterosiklik polimer atau senyawa vinil aromatik, quarteneryester atau amide dari asam metakrilat dimana quartenery nitrogendisubstitusi oleh grup alkoksi dari rantai yang berbeda, danquartenery polypyrolidinium mengandung grup alkylcarboxylinear dan bercabang. Kinetika polimerisasi dari carbobetaine

18

sangat tergantung pH karena karboksilat mampu diprotonasi padalarutan asam aqueous. Penambahan NaOH menghasilkan ionisasigrup karboksilat yang mampu mengurangi agregasi interaksi inter-chain. Namun dengan penambahan sedikit NaCl pH 12 akanmeningkatkan penguraian interaksi inter-chain karena turunnyahydrodynamic radius dan molar mass. Penambahan NaCl secaraterus menerus mengakibatkan pengembangan rantai karenaterurainya interaksi intra-chain, sehingga pada konsentrasi NaClyang cukup tinggi, masing-masing interaksi intra-grup, intra-chain dan inter-chain juga akan terurai. Polycarbobetaine lebihlarut di dalam air jika dibandingkan dengan polysulfobetaine. Salahsatu contoh dari polycarbobetaine adalah lauroyl amino propyldimethyl carbobetaine yang ditunjukkan pada Gambar II.3.3.

Gambar II.3.3 Struktur kimia lauroyl amino propyl dimethylcarbobetaine

Perbedaan utama antara polycarbobetaine danpolysulfobetaine adalah tingkat kebasaan, karboksil grup dalamcarbobetaine lebih basa dibandingkan dengan sulfonate grupdalam polysulfobetaine. Dengan menurunkan pH larutan aqueous,karboksilat grup dapat menjadi non ionik, sedangkan grupsulfonate tetap anionik bahkan pada saat pH rendah karenarendahnya pKa. Hal ini mengakibatkan turunnya viskositaspolycarboxybetaine sampai mencapai minimum dengan transisidari polyanion ↔ polyzwitterion ↔ polycation. Sedangkan padapH rendah, polysulfobetaine tidak dapat menurunkan viskositasnyakarena rendahnya tingkat kebasaan dari grup sulfonate.

3. PolyphosphobetainePolyphosphobetaine mengandung phosphate sebagai grup

bermuatan negatif dan juga ammonium sebagai grup yangbermuatan positif. Polimerisasi dari polyphospobetaine sebagian

19

besar diaktifasi oleh reaksi inisiasi redok atau fotokimia menjadipolimerisasi radikal bebas. Contoh dari polimer tipepolyphosphobetaine adalah 2-methacryloyloxyethylphosphorylcholine (MPC) yang ditunjukkan pada GambarII.3.4.

Gambar II.3.4 Struktur kimia dari 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine(MPC).

Kesulitan utama dalam mensintesis phospobetaine adalahdalam penggabungan phosphatidylcholine dan lesitin. Namun, saatini telah ditemukan metode yang lebih efektif dalam mensintesismonomer phospobetaine vinyl yaitu melalui reaksi grup OH yangmengandung methacrylate atau methacrylamide dengan 2-chloro-2-oxo-1,3,2-dioxaphospholane, dan dilanjutkan dengan reaksi ringopening dengan trimethylamine yang menghasilkan senyawa yangmengandung phosphorylcholine. Polimer berasal kopolimer MPCdengan asam metakrilat banyak diaplikasikan dalam bidangbioteknologi.

Phosphobetaine kopolimer MPC dengan asam metakrilatdisiapkan oleh polimerisasi radikal dalam air untuk meningkatkansifat gel dimetakrilat cross-linker baru dengan linkagephosphorylcholine seperti yang digunakan dalam kopolimerisasiMPC dan 2-hidroksietil metakrilat. Hal tersebut ditemukan olehWang et al. bahwa turunan silang akrilamida dengan N,N-methylenebisacrylamide menyebabkan penurunan swelling geldengan meningkatnya suhu.

Interaksi kelompok antara zwitterionic betaine gel danlarutan garam encer juga sangat menentukan sifat zwitterionicbetaine gel. Kelarutan polimer zwitterionic betaine dan swellingdegree gel dalam larutan garam tergantung pada sifat dari anion

20

dan kation dan baik dijelaskan oleh Hofmeister dan teori Pearson.Untuk garam dengan anion umum (Cl-) dan kation monovalen,kelarutan berkurang sebagai K+> Na+> NH4

+>Li+, sedangkan untukkation divalen kelarutan berkurang dalam urutan Ba2+> Sr2+>Ca2+> Mg2+. Selanjutnya, kelarutan berkurang dalam urutan ClO4

-

> I-> Br-> Cl-> F- di hadapan garam dengan kation umum (K+)tetapi spesies anion yang berbeda. Polybetaine memiliki kapasitasmengikat kuat terhadap garam dengan berat molekul rendah karenakepadatan tinggi di unit dipolar dan momendipol, dan digunakansecara luas sebagai elektrolit padat untuk baterai energi tinggi.Perilaku seperti ditunjukkan untuk sejumlah polybetaine dicampurdengan LiClO4, NaClO4, NaNO3, NaBr, atau NaI.

II.4 Perilaku Swelling dari Betaine Gel

Gel polybetaine mirip dengan gel polielektrolit yaitu,sensitif terhadap rangsangan eksternal seperti pH, suhu, kekuatanionik, alam pelarut, dan DC medan listrik. gel polielektrolit jugabisa swell, shrink, atau bend ketika arus listrik eksternal diterapkan.Properti listrik dari gel polybetaine tergantung pada pH larutanluar, kekuatan ionik, arah medan listrik sehubungan denganspesimen gel, dan tegangan yang diberikan. Swelling dari polimersulfobetaine gel bervariasi sebagai fungsi dari konsentrasi garamdan suhu, menunjukkan pentingnya asosiasi kinerja antara guguszwiterionik dari bahan zwiterionik. Swelling dan sifat mekanik darigel berdasarkan cross linked monomer zwiterionikN,N-dimethylmethacryloyloxyethyl-N-(3-sulfopropil) amoniumbetaine dengan etilena glikol dimetakrilat telah ditentukan sebagaifungsi temperatur oleh Huglin et al. volumetrik swelling telahditemukan untuk menurunkan sedikit suhu. Di sisi lain, modulusYoung serta kepadatan cross linked meningkat dengan suhu secaraeksperimental. Serangkaian xerogels berdasarkan sodium acrylate(SA), N,N-dimetil(acrylamidopropyl) amonium propane sulfonate(DMAAPS) atau dimetil(methacryloyloxyetil) amonium propanesulfonate (DMAPS) dilaporkan. Perilaku swelling terkait denganstruktur kimia, komposisi, dan sifat larutan garam eksternal.

21

Perilaku swelling berbagai kopolimer gel berdasarkan sulfobetainejuga telah dilakukan. Lee et al. meneliti sifat swelling gelzwiterionik dalam berbagai larutan garam. Gel zwiterionik berasaldari N-isopropylacrylamide (NIPAM), trimetil acrylamidopropylamonium iodida (TMAAI), dan dimetil(methacryloxyethyl)amonium propane sulfonate (DMAPS) dalam berbagai larutangaram. Dilaporkan bahwa dalam larutan garam, rasio swelling gelNIPAM murni tidak berubah secara signifikan dengan peningkatankonsentrasi garam sampai konsentrasi garam lebih besar dari 0,5M. Selain itu, gel kopolimer memperlihatkan perilakupolyelectrolytic bawah konsentrasi garam yang lebih rendah ( 10-5-10-1 M), ditunjukan gel nonionik (seperti NIPAM) perilaku padakonsentrasi garam 0,1-0,5 M, dan menunjukkan perilakuantipolyelectrolytic atau efek polyzwitterionic pada konsentrasigaram lebih dari 0,5 M.

II.5 Sifat Adsorpsi Ion Betaine Gel

Kapasitas adsorbsi polybetaine merupakan subjek penelitianini. Pengembangan baru pada zwiterionik ion-exchangermenunjukkan bahwa ion-exhanger menunjukan selektivitaspemisahan yang unik dan kemungkinan pemisahan simultan kationdan anion pada satu kolom. Selain itu, kehadiran dari chargedgroup yang berlawanan pada permukaan fase diam dapatmemberikan pemisahan analit zwiterionik karena interaksisimultan analit dengan kedua kelompok fungsional fase diam.Neagu et al. meneliti kapasitas retensi divalen dan trivalen logamberat dalam penukar ion zwiterionik dengan gugus carboxybetaineberdasarkan 4-vinylpyridine, kopolimer divinylbenzene dengandua struktur morfologi yaitu, porous dan non-porous jenis gel.Kedua jenis gel yang disintesis untuk studi mereka ditahan ionlogam dan anion dari larutan aqueous namun tidak menyeraplogam alkali tanah.

Adsorpsi dalam serangkaian polimer hibrida zwiterionikdibuat dari polimerisasi ring opening dari dianhydride piromelitat

22

asam (PMDA) dan phenylaminomethyl trimetoksisilan(PAMTMS), dan proses sol-gel selanjutnya diselidiki oleh Liu etal. Dilaporkan bahwa polimer hibrida zwitterionik memilikiafinitas yang lebih besar untuk Pb2+. Efisiensi desorpsi Cu2+ danPb2+ masing-masing mencapai hingga 96 dan 89%. Keduanyamenunjukkan bahwa mereka dapat diregenerasi dan didaur ulangdalam industri. Temuan mereka menunjukkan bahwa polimeradsorben ini menjanjikan untuk menghilangkan selektif Pb2+ dariPb2+ / Cu2+ campuran larutan, dan dapat diterapkan untukmemisahkan dan memulihkan ion logam berat dari air yangtercemar dan limbah kimia.

II.6 Volume Phase Transition

Polimer gel dapat menjalani fase transisi volume (baikcontinouos atau discontinouos) saat stimulus eksternal sepertitemperatur atau komposisi pelarut. Selama masa transisi volumedapat berubah hingga seribu kali dan bermacam polapengembangan pada gel. Pola yang timbul dari swelling danshrinking berbeda dikedua penampilan dan mekanisme fisiknya.Mekanisme pembentukan dan perubahan pola pada swelling gelakibat ketidakstabilan mekanisme. Sebaliknya pola shrinkingterlihat sensitif terhadap kedua keadaan awal dan akhir daritransisi. Berikut klasifikasi pola shrinking pada gel acrylamidedalam bentuk fase diagram.

23

Gambar II.6.1 Diagram fase yangmenunjukkan area konsentrasi aseton danrelative length increase pada gel acrylamideyang terbentuk. (Tanaka. 1984)

Gambar II.6.1 merupakan suatu diagram fase yang menunjukkanpola gel acrylamide berdasarkan wilayah konsentrasi aseton danfinal fixed length. Untuk bagian negatif dari relative lengthincrease menunjukkan bahwa final fixed length lebih pendekdibanding original length, dimana saat bernilai positif gelstretched sebelum shrinking. Tanaka et al. melakukan penelitianmengenai pengaruh ionisasi gel dengan membuat gel terionisasipada kopolimerisasi acrylamide dan natrium acrylate. Efeknyaadalah untuk menggeser diagram fase menuju konsentrasi asetonyang lebih tinggi dan memperluas area dimana gabungan polabamboo dan bubble terlihat. Setelah terbentuk pola bamboo, tubeand bubble yang stabil dan tidak menghilang untuk waktu yanglama. Area dilute dari jaringan polimer dalam semua polamenjadi berongga di beberapa titik yang mengakibatkan rantaipolimer terputus. Hal ini memungkinkan gel swelling di dalamair.

24


25

BAB IIIMETODE PENELITIAN

Sintesa N-isopropylacrylamide (NIPAM; KJ ChemicalsCo., Ltd., Japan) sebagai monomer primer untuk kopolimer geldimurnikan dengan metode rekristalisasi gel dengan menggunakanN-hexane. Sintesa polyN,N-dimethyl-(acrylamido propyl)ammonium propane sulfonate (DMAAPS) dengan menggunakanmetode yang dikenalkan oleh (Lee dan Tsai, 1994) yaitu reaksi ringopening dari N,N-dimethylaminopropylacrylamide (DMAPAA;KJ Chemicals Co., Ltd., Japan) and 1,3-propanesultone dan 1,4-butanesultone (PS dan BS; Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.,Japan). Larutan campuran dari PS/BS (75 g) dan acetonitrile (75g) ditambahkan tetes demi tetes kedalam larutan campuranDMAPAA (100 g) dan acetonitrile (200 g) selama 90 menitdisertai dengan pengadukan pada suhu 30 oC. Pengadukandilanjutkan sampai 16 jam, selanjutnya kristalDMAAPS/DMAABS dicuci menggunakan aceton 500 mL.Pengadukan dilanjutkan kembali pada suhu kamar selama 2 hari.Kristal putih yang terbentuk kemudian difiltrasi dan dicuci kembalimenggunakan 500 mL acetone, lalu dikeringkan pada vacum ovenkurang lebih selama 24 jam pada suhu 50 oC.

Sedangkan kopolimer (NIPAM-co-DMAAPS) gel disintesamelalui reaksi polimerisasi radikal bebas. Pertama-tama N-isopropylacrylamide (NIPAM), DMAAPS, N,N’-Methyl-enebisacrylamide (MBAA) dan N,N,N’,N’-tetramethylethylenedimamine (TEMED) dilarutkan kedalamdistillled water hingga volume larutan total mencapai 100 mL.Larutan monomer ini kemudian dituangkan ke dalam separableflask berleher empat. Larutan di-purging dengan menggunakannitrogen gas untuk menghilangkan oksigen terlarut selama 10menit, kemudian larutan ammonium peroxodisulfate (APS)sebanyak 20 mL yang telah di-purging sebelumnya ditambahkanke dalam larutan monomer. Reaksi polimerisasi berlangsungselama 6 jam pada suhu 10 oC dengan tetap mengalirkan nitrogen

26

gas selama reaksi berlangsung. Kondisi sintesa kopolimer gel dapatdilihat pada tabel berikut:

Tabel III.1 Kondisi Sintesa Kopolimer Gel

Untuk mendapatkan silinder gel, sintesis gel dilakukan didalam separable flask leher empat dengan menempatkan gelas tubeberukuran 3 mm (ID) dan 2 cm (L). Reaksi pembentukan gelberlangsung kurang lebih selama 30 detik, dan setelah reaksipolimerisasi selesai gel yang terbentuk di dalam glass tubesdipotong dengan panjang 3mm. NIPAM-co-DMAAPS gelkemudian dicuci dengan distilled water dan dikeringkan secaraperlahan selama beberapa hari pada kertas teflon yangdihamparkan pada petridish. Petridish ditutupi dengan plastic filmyang telah diberi lubang-lubang kecil untuk mengurangipenguapan. Hal ini bertujuan untuk mencegah keretakan geldengan menurunkan laju pengeringannya. Produk gel yang laindipotong-potong dengan ukuran kecil, dicuci, dan dikeringkan didalam oven. Selanjutnya gel yang telah kering di-mixer dan diayakuntuk mendapatkan ukuran ≥ 90 mesh. Gel berbentuk silinderdigunakan dalam uji swelling, sedangkan gel dengan ukuran ≥ 90mesh diperlukan dalam uji adsorpsi dan desorpsi ion padakopolimer gel menggunakan analisa Atomic Absorbtion

Konsentrasi(mmol/L)

Monomer1

N,N-dimethyl(acrylamidopropyl)ammonium propane sulfonate (DMAAPS) 200

N-isopropylacrylamide (NIPAM) 800Monomer2

N,N-dimethyl(acrylamidopropyl)ammonium propane sulfonate (DMAAPS) 500

Monomer3

N,N-dimethyl(acrylamidopropyl)ammonium butane sulfonate (DMAABS) 500

Linker N,N’-Methyl-enebisacrylamide (MBAA) 10, 30Akselerator N,N,N’,N’-tetramethylenediamine (TEMED) 10Inisiator Ammonium peroxodisulfate (APS) 2

27

Spectrophotometry (AAS).

III.1 Bahan yang DigunakanBahan yang digunakan dalam penelitian adalah :1. Monomer : N-isopropylacrylamide (NIPAM), N,N-

dimethyl acrylamido propyl ammonium propanesulfonate (DMAAPS), N,N-dimethyl acrylamide propylammonium butane sulfonate (DMAABS).

2. Linker : N,N'-methylenebisacrylamide (MBAA)3. Akselerator: N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine

(TEMED)4. Inisiator : Ammonium peroxodisulfate (APS)5. N,N-dimethylaminopropylacrylamide (DMAPAA)6. 1,3-propanesultone (PS)7. 1,4-butanesultone (BS)8. 4-methoxyphenol9. Acetonitrile10. Acetone11. Hexane12. Benzene13. Distilate Water14. Larutan ZnNO3

15. Nitrogen liquid16. Nitrogen gas

28

III.2 Peralatan Penelitian1. Pemurnian DMAPAA/DMAABS

Gambar III.2.1 Proses Pemurnian N,N-dimethylaminopropylacrylamide DMAPAA

Keterangan Gambar :1. Controller2. Heating Mantle3. Labu Distilasi4. Kondensor Liebig5. Statif6. Vacuum Trap7. Pompa Vacuum

29

2. Pembuatan monomer DMAAPS/DMAABS

Gambar III.2.2 Tahapan proses pembuatan monomer DMAAPS

Menambahkan aceton 500 mL dandiaduk selama 2 hari pada suhukamar

30

3. Pembuatan kopolimer gel NIPAM-co-DMAAPS

Gambar III.2.3 Sketsa pembuatan kopolimer gel NIPAM-co-DMAAPS

1. Reaktor polimerisasi2. Magnetic stirrer3. Water Bath4. Tabung N2

5. N2 Inlet6. Gas Outlet

31

7. Gas Outlet8. Stirrer9. Kondensor10. Statif dan klem holder11. Inlet inisiator

4. Jar Test

Gambar III.2.4 Gambaran peralatan untuk jar test1. Pompa,2. Input air,3. Output air,4. Stirrer,5. Larutan dengan gel,6. Controller.

III.3 Prosedur Penelitian1. Pemurnian N,N-dimethylaminopropylacrylamide

(DMAPAA)1. Mempersiapkan DMAPAA sebanyak 2 x 450 mL

32

2. Memasukkan DMAPAA kedalam labu leher 2.3. Menambahkan padatan 4-methoxyphenol sebanyak

0.5 gram kedalam larutan DMAPAA.4. Memulai proses distilasi larutan DMAPAA

sehingga diperoleh hasil distilat DMAPAA yangberwarna kuning transparan dengan kondisi operasisuhu 180 ℃ dan tekanan vakum.

5. Produk raffinate sebagai residu berwarna kuningpekat

2. Pembuatan Monomer N,N-dimethyl (acrylamidopropyl)ammonium propane sulfonate (DMAAPS), N,N-dimethyl (acrylamidopropyl) ammonium butanesulfonate (DMAABS)

1. Mempersiapkan DMAPAA sebanyak 100 gram danacetonitril sebanyak 200 gram, kemudianmencampurkan kedua komponen dan diaduk selama10 menit.

2. Mempersiapkan 1,3-propane sultone sebanyak 75gram dan acetonitrile sebanyak 75 gram, kemudianmencampurkan kedua komponen dan diaduk selama10 menit.

3. Menambahkan tetes demi tetes larutan PS kedalamlarutan DMAPAA selama 90 menit pada suhu 30oCdengan pengadukan

4. Melakukan pengadukan pada suhu 30oC selama 16jam sampai terbentuk kristal DMAAPS

5. Produk presipitasi kristal DMAAPS kemudiandicuci menggunakan larutan acetone 500 mL.

6. Menambahkan acetone 500 mL pada produk kristalDMAAPS selanjutnya dilakukan pengadukan padasuhu kamar selama 2 hari.

7. DMAAPS dipisahkan dari larutannya menggunakanvacuum filter.

8. Produk DMAAPS kemudian dikeringkan dalamvacuum oven selama 2 jam pada suhu 50oC

33

9. Produk monomer DMAAPS siap dipergunakanuntuk pembuatan kopolimer gel.

10. Untuk pembuatan DMAABS langkah yangdilakukan sama seperti pembuatan monomerDMAAPS hanya berbeda pada reaktan yangdigunakan pada DMAABS menggunakanDMAPAA dan BS.

3. Pemurnian monomer N-isopropylacrylamide(NIPAM)

1. Mempersiapkan benzene sebagai solven untukNIPAM sebanyak 510 mL.

2. Mempersiapkan NIPAM sebanyak 300 gram.3. Mempersiapkan hexane (non solven untuk NIPAM)

sebanyak 10 x dari total larutan (NIPAM+benzene)sebanyak kurang lebih 5 liter.

4. Mempersiapkan 6 buah erlenmeyer berukuranmasing-masing 1000 mL.

5. Campurkan benzene dan NIPAM dan lakukanpengadukan sampai NIPAM terlarut homogen.

6. Membagi larutan NIPAM+benzene kedalam 6 buaherlenmeyer yang telah dipersiapkan sebelumnya.

7. Menambahkan hexane kedalam erlenmeyer tersebutsehingga total larutan NIPAM+benzene+hexanesebanyak kurang lebih 1 liter.

8. Menutup erlenmeyer dengan plastik film danmasukkan ke dalam almari pendingin selama 1 hari.

9. Produk kristal NIPAM yang diperoleh kemudiandipisahkan dengan vacuum filter

10. Produk kristal NIPAM kemudian dikeringkankedalam vacuum oven selama 2 jam pada suhu 50oC.

11. Produk monomer NIPAM siap dipergunakan untukpembuatan kopolimer gel.

4. Pembuatan kopolimer gel NIPAM-co-DMAAPS,DMAABS, dan DMAAPS

34

1. Mempersiapkan monomer DMAAPS/DMAABSdan NIPAM dengan total konsentrasi 1000 mmol/L(total volume larutan 120 mL).

2. Menambahkan cross-linker MBAA 30 mmol/L danakselerator TEMED 10 mmol/L.

3. Melarutkan kedalam distilled water dengan totalvolume 100 mL sehingga diperoleh larutan A.

4. Masukkan larutan kedalam labu leher empat dengansuhu 10oC.

5. Purging menggunakan gas N2 dengan flowrate (500mL/min).

6. Melakukan pengadukan selama 10 menit dengankecepatan tinggi untuk menghomogenkan larutan.

7. Setelah 10 menit, persiapkan inisiator APS 2mmol/L dalam 20 mL distilled water.

8. Masukkan ke dalam labu inisiator sehinggadiperoleh larutan B dan purging dengan gas N2,kemudian tunggu selama 30 menit.

9. Campurkan kedua larutan A dan larutan B denganstirrer dan tetap mem-purging dengan gas N2.

10. Menunggu 15 detik hingga tercampur sempurna.11. Menarik holder glass silinder dan naikkan

kecepatan stirrer.12. Dalam 5 menit kopolimer gel terbentuk, dan reaksi

polimerisasi berlangsung selama 6 jam sambil di-purging menggunakan N2.

13. Memotong silinder gel dengan ukuran 2 x 2 mm, danmemotong kasar gel untuk percobaan adsorpsi.

14. Mencuci gel dengan distilled water selama 7 haridengan mengganti distilled water setiap hari.

15. Keringkan gel pada kertas teflon untuk selanjutnyadigunakan dalam experiment adsorpsi dan desorpsi,dan swelling properti.

16. Untuk pembuatan gel homopolimer DMAAPS danDMAABS langkah langkah yang dilakukan sama

35

hanya merubah dengan monomer yang bersesuaian.

III.4 Variabel PenelitianVariabel – variabel yang digunakan dalam penelitian iniadalah sebagai berikut :

1. Variabel tetapa. Sintesis kopolimer gel dilakukan pada temperatur 10

oCb. Konsentrasi total monomer adalah 1000 mmol/Lc. Konsentrasi larutan (Zn(NO3)2: 10 mmol/L

2. Variabel Inputa. Konsentrasi cross-linker (MBAA) : 10 mmol/L dan 30

mmol/Lb. Suhu adsorpsi dan desorpsi : 10 °C, 30 °C, 50 °C, 70 °C

c. Komposisi monomer : NIPAM 800 mmol/L danDMAAPS 200 mmol/L, DMAAPS 500 mmol/L,DMAABS 500 mmol/L

3. Variabel Respon Adsorpsi dan desorpsi ion pada gel Swelling degree gel DMAAPS, gel DMAABS, dan

kopolimer gel Reversibilitas dari kopolimer gel.

III.5 Karakterisasi Hasil Penelitian1. Uji Swelling degree (SD)

Swelling degree (SD) dilakukan dengan memasukkansilinder gel yang diameternya telah diukur dengan milimeter blockpada suhu 70 oC dan dibiarkan selama 12 jam untuk mengembangdan mencapai equilibrium swelling. Kemudian diameter gel diukurkembali dengan menggunakan milimeter block. Suhu larutan untukpenelitian ini adalah pada suhu 10 oC, 30 oC, 50 oC dan 70 oC.Swelling degree dihitung menggunakan persamaan 3.1

36

Swelling Degree =

.................................................3.1Dimana dswell menunjukkan diameter gel yang telah mencapaiequilibrium swelling pada suhu tertentu (diameter of swollen gel)sedangkan ddry menunjukkan diameter gel kering (dry gel).

2. Uji Adsorpsi / Desorpsi

Pada penelitian ini, larutan yang digunakan pada prosesadsorpsi dan desorpsi adalah ZnNO3. Satu gram kopolimer gelditambahkan ke dalam gelas botol yang berisi 20 mL larutanaqueous dengan konsentrasi yang diinginkan. Gelas botolkemudian diletakkan di dalam waterbath yang disertai pengadukanselama 12 jam pada suhu yang diinginkan untuk mencapai kondisiadsorpsi equilibrium. Untuk menghitung konsentrasi kationmaupun anion di dalam larutan setelah proses adsorpsi dandesorpsi, gel dipisahkan dari larutan dengan sentrifuge selama 10menit. Kemudian gel difiltrasi dengan syringe filter. Untuk ujidesorpsi dilakukan dengan memasukkan gel hasil adsorpsi yangsudah dikeringkan sebelumnya ke dalam larutan yaitu ZnNO3 dandilanjutkan dengan pengadukan selama 12 jam pada suhu tetap,sehingga didapatkan larutan akhir dengan metode yang sama padaeksperimen adsorpsi.Jumlah ion yang teradsorpsi ke dalam gel dihitung dari konsentrasikation dan anion sebelum dan sesudah proses adsorpsi denganmenggunakan persamaan 3.2,= ( )

3.2

Sementara untuk menghitung jumlah ion yang terdesorpsi kedalam distilled water menggunakan persamaan 3.3,= ( )

3.3

dimana Q adalah jumlah kation atau anion yang teradsorbsi atauyang terdesorpsi, C0 adalah konsentrasi dari ion dalam larutansebelum proses adsorpsi atau desorpsi, C adalah konsentrasi dari

37

ion dalam larutan setelah proses adsorpsi atau desorpsi, V adalahvolume larutan, and m adalah berat dry gel (≥ 90 mesh).Konsentrasi ion ditentukan dengan menggunakan analisa AtomicAbsorption Spectophotometry (AAS).

3. Uji FTIR

Fourier-transform Infrared Spectroscopy (FTIR)dilakukan dengan tujuan mengidentifikasi gugus fungsional dalamsenyawa. Pertama mempersiapkan NIPAM, DMAAPS, dan gelkering yang selanjutnya akan di teliti menggunakanspectrofotometri infrared. Pada uji ini diperoleh data wavenumbers(cm-1) dimana dari data tersebut kita dapat mengidentifikasi gugusfungsional dalam senyawa tersebut sesuai dengan data range gugusfungsi yang tersedia.

4. Uji ReversibilityPada pengujian ini menggunakan metode yang sama denganmetode adsorpsi. Uji desorpsi dilakukan dengan memasukkancrush gel hasil adsorpsi yang sudah dikeringkan sebelumnya kedalam larutan ZnNO3 dengan konsentrasi larutan 10 mmol/L.Kemudian dilakukan pengadukan selama 12 jam pada suhu yangdiinginkan. Untuk menghitung konsentrasi ion di dalam larutansetelah proses adsorpsi dan desorpsi, gel dipisahkan dari larutandengan sentrifuge selama 10 menit. Kemudian gel difiltrasidengan syringe filter. Gel kemudian dengan oven untukdigunakan kembali dalam metode adsorbsi. Tahap ini dilakukanterus menerus hingga gel tidak mampu untuk mengadsorb ion lagiatau nilai adsorpsi maupun desorpsinya sangat kecil.

38

III.6 Diagram Blok Penelitian

1. Pemurnian DMAPAA

START

Mempersiapkan DMAPAA sebanyak 2 x 450 mL.

Memasukkan DMAPAA kedalam labu leher 2.

Menambahkan padatan 4-methoxyphenol sebanyak

0.5 gram kedalam larutan DMAPAA.

Memulai proses distilasi larutan DMAPAA sehinggadiperoleh hasil distilat DMAPAA yang berwarna kuning

transparan.

Produk raffinate sebagai residu berwarna kuning

FINISH

39


START

Mempersiapkan DMAPAA sebanyak 100 gram danacetonitril sebanyak 200 gram.

Mencampurkan kedua komponen dan diaduk selama 10menit.

Mempersiapkan 1,3-propane sultone/1,4-butane sultonesebanyak 75 gram dan acetonitrile sebanyak 75 gram


Menambahkan tetes demi tetes larutan PS/BS kedalamlarutan DMAPAA selama 90 menit pada suhu 30oC dengan

pengadukan.

Melakukan pengadukan pada suhu 30oC selama 16 jamsampai terbentuk kristal DMAAPS/DMAABS

A

40

A

Produk presipitasi kristal DMAAPS/DMAABS kemudiandicuci menggunakan larutan acetone 500 mL

Menambahkan acetone 500 mL pada produk kristalDMAAPS/DMAABS selanjutnya dilakukan pengadukan

pada suhu kamar selama 2 hari

DMAAPS/DMAABS dipisahkan dari larutannyamenggunakan vacuum filter

Produk DMAAPS/DMAABS kemudian dikeringkan dalamvacuum oven selama 2 jam pada suhu 50oC

Produk monomer DMAAPS siap dipergunakan untukpembuatan kopolimer gel

FINISH

41


START

Mempersiapkan DMAPAA sebanyak 100 gram danacetonitril sebanyak 200 gram.


Mempersiapkan 1,3-propane sultone/1,4-butane sultonesebanyak 75 gram dan acetonitrile sebanyak 75 gram


Menambahkan tetes demi tetes larutan PS/BS kedalamlarutan DMAPAA selama 90 menit pada suhu 30oC dengan

pengadukan.

Melakukan pengadukan pada suhu 30oC selama 16 jamsampai terbentuk kristal DMAAPS/DMAABS

A

42

A

Produk presipitasi kristal DMAAPS/DMAABS kemudiandicuci menggunakan larutan acetone 500 mL

Menambahkan acetone 500 mL pada produk kristalDMAAPS/DMAABS selanjutnya dilakukan pengadukan

pada suhu kamar selama 2 hari

DMAAPS/DMAABS dipisahkan dari larutannyamenggunakan vacuum filter

Produk DMAAPS/DMAABS kemudian dikeringkan dalamvacuum oven selama 2 jam pada suhu 50oC

Produk monomer DMAAPS siap dipergunakan untukpembuatan kopolimer gel

FINISH

43

3. Pemurnian monomer NIPAM

START

Mempersiapkan benzene sebagai solven untuk NIPAM sebanyak510 mL

Mempersiapkan NIPAM sebanyak 300 gram

Mempersiapkan hexane (non solven untuk NIPAM) sebanyak10 x dari total larutan (NIPAM+benzene) sebanyak kurang

lebih 5 liter

Mempersiapkan 6 buah erlenmeyer berukuran masing-masing1000 mL

Campurkan benzene dan NIPAM dan lakukan pengadukansampai NIPAM terlarut homogen.

Membagi larutan NIPAM+benzene kedalam 6 buah erlenmeyeryang telah dipersiapkan sebelumnya

Menambahkan hexane kedalam erlenmeyer tersebut sehinggatotal larutan NIPAM+benzene+hexane sebanyak kurang lebih 1

liter

A

`

`

44

A

Menutup erlenmeyer dengan plastik film dan masukkan kedalam almari pendingin selama 1 hari

Produk kristal NIPAM yang diperoleh kemudian dipisahkandengan vacuum filter

Produk kristal NIPAM kemudian dikeringkan kedalam vacuumoven selama 2 jam pada suhu 50oC

Produk monomer NIPAM siap dipergunakan

FINISH

4. Pembuatan kopolimer gel NIPAM-co-DMAAPS gel

START

Mempersiapkan monomer DMAAPS, DMAABS dan NIPAMdengan total konsentrasi 1000 mmol/L (total volume larutan 120

mL)

A

`

`

`

`

`

`

`

45

A

Menambahkan cross-linker MBAA 10, 30 mmol/L danakselerator TEMED 10 mmol/L

Melarutkan kedalam distilled water dengan total volume 100 mLsehingg/a diperoleh larutan A

Masukkan larutan kedalam labu leher empat dengan suhu 10oC

Purging menggunakan gas N2 dengan flowrate (500mL/min)

Melakukan pengadukan selama 10 menit dengan kecepatan tinggiuntuk menghomogenkan larutan

Setelah 10 menit, persiapkan inisiator APS 2 mmol/L dalam 20mL distilled water

Masukkan ke dalam labu inisiator sehingga diperoleh larutan Bdan purging dengan gas N2, kemudian tunggu selama 30 menit

B

`

`

`

`

`

`

`

`

46

B

Campurkan kedua larutan A dan larutan B dengan stirrer dantetap mem-purging dengan gas N2

Menunggu 15 detik hingga tercampur sempurna

Menarik holder glass silinder dan naikkan kecepatan stirrer

Dalam 5 menit kopolimer gel terbentuk, dan reaksi polimerisasiberlangsung selama 6 jam sambil di-purging menggunakan N2

Memotong silinder gel dengan ukuran 2 x 2 mm, dan memotongkasar gel untuk percobaan adsorpsi

Mencuci gel dengan distilled water selama 7 hari denganmengganti distilled water setiap hari

Keringkan gel pada kertas teflon untuk selanjutnya digunakandalam experiment adsorpsi dan desorpsi, dan swelling properti

FINISH

`

`

`

`

`

`

`

`

47

BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN

IV.1 Analisa Fourier Transform Infra Red (FTIR)

Gambar IV.1.1 Ikatan penyusun NIPAM, DMAAPS, MBAA danNIPAM-co-DMAAPS Gel.

DMAAPS

NIPAM

MBAA

NIPAM-co-DMAAPS

48

Reaksi yang terjadi didalam reactor adalah sebagai berikut.APS akan terdekomposisi menjadi ammonia dan ion persulfate.Persulfate yang terlepas akan terdekomposisi lebih lanjut menjadisulfat radikal seperti yang ditunjukkan pada reaksi dibawah ini.

S2O82-+ 2SO4

-*

Ion SO4- radikal akan mengambil 1 atom hydrogen pada TEMED

sehingga TEMED menjadi radikal bebas. Penggunaan TEMEDsendiri dapat mempercepat pembentukan kopolimer gel.

2SO4-* +

Temed yang teraktifasi akan menyerang gugus vinyl padaNIPAM, DMAAPS, dan MBAA membentuk kopolimer gel sepertipada Gambar IV.1.1. Pada Gambar IV.1.1 struktur molekulberwarna merah, ungu, hitam, dan biru berturut turut adalahTEMED, NIPAM, DMAAPS, dan MBAA (Giz et al, 2001).

Spektroskopi Infra Merah (IR) merupakan suatu metode yangmengamati interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik yangberada pada daerah panjang gelombang 0,75 – 1000 µm atau padabilangan gelombang 13000–10 cm-1. Satuan cm-1 dikenal sebagaiwavenumber (1/wavelength) yang merupakan ukuran unit untukfrekuensi. Prinsip kerja dari spektrofotometer infra merah denganinteraksi energi dengan suatu materi. Analisa ini dilakukan untukmengetahui adanya gugus–gugus fungsi penyusun monomerNIPAM dan DMAAPS, juga NIPAM-co-DMAAPS gel. Analisa inidigunakan daerah radiasi infra merah tengah dari panjanggelombang 4000 cm-1 sampai 500 cm-1 (Ningrum, 2015).

49

Gambar IV.1.2 Spektrum infra merah: (a) N,N’-dimethyl(acry-lamidopropyl)ammonium propane sulfonate (DMAAPS); (b) N-isopropylacrylamide (NIPAM); (c) NIPAM-co-DMAAPS gel.

(c)

DMAAPS

NIPAM

NIPAM-co-

(a)

(b)

DMAAPS

50

a. Uji FTIR pada DMAAPSMonomer DMAAPS disiapkan dengan mereaksikan antara

N,N-dimethylaminopropylacrylamide (DMAPAA) yang telahdimurnikan sebelumnya dengan distilasi vakum, danacetonitril serta 1,3-propane sultone (PS) yang disertai denganpengadukan selama 16 jam. Gambar IV.1.2 (a) menunjukkanhasil analisa FTIR dari DMAAPS. Pada panjang gelombang3273,19 cm-1 menunjukkan adanya ikatan N–H. Ikatan C–Hditunjukkan pada panjang gelombang infra merah sebesar2973,63 cm-1. Sedangkan pada panjang gelombang 1662,61cm-1 menunjukkan adanya ikatan C=O. Ikatan S=Oditunjukkan pada panjang gelombang sebesar 1226,06 cm-1.Panjang gelombang sebesar 1180,57 cm-1 menunjukkanadanya ikatan C–N. Ikatan vinil (CH2=CH) dapat dilihat padapanjang gelombang 980,47 cm-1. Gugus ini sesuai denganikatan penyusun dari DMAAPS yang terlihat pada GambarIV.1.1.

b. Uji FTIR pada NIPAMHasil analisa N-isopropylacrylamide (NIPAM) dari

pemurnian NIPAM dengan menggunakan metoderekristalisasi (Klaus Tauer, 2009). NIPAM memiliki ikatanN–H, C–H, C=O, –C(CH3)2, CH2=CH, C–C, dan C–N yangjelas terlihat pada Gambar IV.1.1. Pada panjang gelombang3280,15 cm-1 menunjukan ikatan N–H. Ikatan C–Hditunjukkan pada daerah panjang gelombang 2968,84 cm-1.Sedangkan pada panjang gelombang 1655,69 cm-1

menunjukkan ikatan C=O. Ikatan –C(CH3)2 terlihat padapanjang gelombang 1385,48 cm-1. Pada panjang gelombang1243,05 cm-1 terdapat ikatan C–C. Untuk ikatan C–N dapatdilihat pada panjang gelombang 1169,06 cm-1. Dan padapanjang gelombang 960,68 cm-1 menunjukkan adanya ikatanvinil (CH2=CH).

c. Uji FTIR pada NIPAM-co-DMAAPS gelNIPAM-co-DMAAPS gel terbentuk melalui reaksi

polimerisasi radikal bebas. Gambar IV.1.2 (c) menunjukkan

51

hasil analisa spektofotometri sinar infra merah dari NIPAM-co-DMAAPS gel dengan kosentrasi NIPAM 800 mmol/L danDMAAPS sebesar 200 mmol/L. Ikatan N–H ditunjukkan padapanjang gelombang 3281.77 cm-1. Pada panjang gelombangmencapai titik 1633,77 cm-1 menunjukkan adanya ikatanC=O. Ikatan C–N bisa dilihat pada panjang gelombang1170,80 cm-1. Sedangkan ikatan S=O ditunjukkan padapanjang gelombang 1330,50 cm-1.

Perbedaan gugus fungsi masing-masing penyusunmonomer maupun kopolimer gel terlihat pada keberadaangugus vinil CH2=CH yang akan menentukan keberhasilan darireaksi kopolimer tersebut. Ikatan vinil (CH2=CH) terletakpada rentang panjang gelombang antara 950 sampai 1000 cm-

1 (Joseph dkk, 1987). Pada NIPAM ikatan vinil (CH2=CH)terlihat pada panjang gelombang 960,68 cm-1 (GambarIV.1.2 (b)). Pada DMAAPS, ikatan vinil (CH2=CH) jugaterlihat pada panjang gelombang 980,47 cm-1 (GambarIV.1.2 (a)). Namun pada hasil analisa FTIR dari NIPAM-co-DMAAPS gel (Gambar IV.1.2 (c)) tidak terdapat peak yangmenunjukkan ikatan CH2=CH. Hal ini mengindikasikankeberhasilan reaksi kopolimerisasi antara NIPAM danDMAAPS dalam membentuk NIPAM-co-DMAAPS gel.

IV.2. Adsorpsi Ion pada GelAdsorpsi dapat didefinisikan sebagai suatu pengikat

reversibel molekul dan atom dari fase gas dan cairan padapermukaan, media adsorben yang sangat berpori. Sedangkanproses yang sebaliknya biasa disebut dengan desorpsi. Dalamadsorpsi, daya serap terakumulasi pada adsorben yang kemudiandimuat dengan adsorbat (Ullmann, 2005).

Pada gel poli(DMAAPS) dan poli(DMAABS) konsentrasimonomer yang digunakan hanya 500 mmol/L, hal ini disebabkanoleh kelarutan DMAABS yang rendah pada konsentrasi tinggi.Oleh karena itu konsentrasi DMAAPS mengikuti konsentrasiDMAABS untuk mempermudah analisa (Ningrum, 2015).

52

Pada penelitian adsorpsi dan desorpsi ini menggunakan crushgel dengan kisaran ukuran ≥ 90 µm. Uji adsorpsi dilakukandengan menggunakan larutan Zn(NO3)2 sebesar 10 mmol/Ldimana pada penelitian sebelumnya (Dewitasari dan Mulyadi,2015) didapatkan nilai adsorpsi dan desorbsi yang optimal padakonsentrasi tersebut. Sedangkan untuk uji desorpsi dilakukandengan menggunakan gel hasil desorbsi dan dilakukan denganmetode yang sama dengan adsorbsi.

IV.2.1. Pengaruh Waktu Terhadap Adsorbsi Gel

Gambar IV.2.1 Pengaruh waktu terhadap kemampuan adsorpsidari a) NIPAM-co-DMAAPS, b) DMAAPS dan DMAABS gelpada suhu 50°C.

Gambar IV.2.1 adalah grafik hubungan antar waktu adsorpsigel dengan besarnya jumlah adsorpsi ion Zn2+ pada larutanZn(NO3)2 dalam rentang waktu 0 – 24 jam. Grafik ini bertujuanmengetahui waktu NIPAM-co-DMAAPS gel dalam mencapaiequilibrium adsorpsi di dalam larutan Zn(NO3)2. Pada 6 jampertama jumlah ion Zn2+ yang teradsorpsi meningkat secarasignifikan, kemudian 6 – 12 jam sedikit mengalami penurunanselanjutnya konstan. Hal ini dikarenakan, pada waktu 6 jampertama gradient konsentrasi antara kopolimer gel dan larutanbesar sehingga driving force perpindahan massa sebelum 6 jamlebih besar dari pada driving force saat diatas 6 jam. Ketika waktu

b)

a)

a) b))

53

lebih dari 6 jam gradien konsentrasi menurun dikarenakan adanyaion yang teradsorp oleh gel maka laju perpindahan massa menjadisemakin lambat hingga akhirnya didapatkan kondisi equilibrium.Dari hasil diatas ditentukan waktu untuk kopolimer gel dalammencapai equilibrium adsorpsi yaitu diatas 12 jam yang nanti akandigunakan pada eksperimen selanjutnya (Ningrum, 2015).

IV.2.2. Pengaruh Suhu Terhadap Adsorbsi Gel

Gambar IV.2.2 Pengaruh suhu terhadap kemampuan adsorbsi daria) DMAAPS, b) DMAABS, dan c) Kopolimer gel NIPAM-co-DMAAPS.

Gambar IV.2.2 menunjukkan hasil adsorpsi homopolimerdan kopolimer gel. Pada gambar IV.2.2 a), b) dan c) jumlah ionyang teradsorp oleh gel menurun seiring dengan bertambahnyasuhu. Naiknya suhu akan melemakan ikatan antara ion dengan grupbermuatan pada gel (N+ dan SO3

-) sehingga ikatan dalam gel lebih

a) b)

c)

54

didominasi oleh ikatan intra-group, inter-chain, dan intra-chain.Jumlah ion teradsorpsi oleh gel DMAAPS dengan konsentrasicross-linker yang tinggi akan melemahkan kemampuan gel dalammengadsorp ion. Hal tersebut dikarenakan network yang terbentuklebih padat. Hal tersebut membatasi kemampuan gel untukmengembang dan menyusut. Saat gel mengembang, kemampuanswelling dari gel terbatas oleh network yang terbentuk dari polimerdan cross-linker sehingga jarak antar charged group menjadi lebihdekat. Sedangkan bila konsentrasi cross-linker rendah, gel akanmemiliki fisik yang lebih fleksibel. Sifat tersebut mempengaruhikemampuan gel ketika swelling dikarenakan sifat fisiknya lebihfleksibel gel dapat mengembang lebih baik sehingga jarak antargrup bermuatan semakin besar. Jarak antar grup bermuatan yangsemakin berdekatan akan mempermudah terjadinya ikatan intra-group (Ningrum, 2014).

Adsorpsi ion pada DMAABS gel ditunjukkan pada GambarIV.2.2 c). Pada gambar diatas dapat dilihat bahwa adsorpsi gelDMAABS lebih besar dari pada adsorpsi ion pada gel DMAAPS.Hal ini sesuai dengan hipotesa awal dimana jarak antar gugusbermuatan yang lebih jauh akan memperlemah ikatan antar gugusbermuatan dan meningkatkan interaksi antar ion larutan dan gugusbermuatan dalam gel. Pada gel dengan konsentrasi cross-linkeryang rendah dan tinggi tidak memiliki perbedaan yang signifikan.Hal ini disebabkan oleh sifat dari DMAABS sendiri, dimanapoli(DMAABS) memiliki sifat hidrofobik (Ning, 2013). Karenagel bersifat lebih hidrofobik maka permeabilitas dari gel rendahsehingga larutan sulit untuk menembus masuk kedalam gel. Ikatanantar muatan dalam gel dengan methylene spacer yang lebihpanjang tidak mempengaruhi fleksibilitas dari grup bermuatan(Weers, 1991). Antara dua grup bermuatan dari molekulcarboxybetaine dengan methylene spacer kurang dari 3 memilikinila pKa lebih rendah bila dibandingkan dengan molekul yangmemiliki methylence spacer lebih dari 3, hal tersebutmengindikasikan bahwa carboxybetaine dengan methylene spacer<3 mempunyai kemampuan lemah untuk berinteraksi dengan air

55

dibandingkan carboxybetaine yang memiliki methylene spacer >3.Selain itu antara 2 charged groups pada 1 molekul zwitterion yangdipisahkan oleh methylene spacer>4 tidak saling mempengaruhi 1dengan yang lainnya sedangkan pada zwitterion yang chargedgroups dipisahkan oleh methylene spacer <3, charged groups padamolekul yang sama lebih interaktif memperngaruhi satu denganyang lainnya (Shao, 2013). Melihat kesamaan dari sulfobetaine dancarboxybetaine maka dapat diperkirakan bahwa sulfobetainedengan methylene spacer >3 (dalam hal ini DMAABS) lebihmudah untuk berikatan dengan air sehingga menghambat ion-ionZn(NO3)2 berikatan dengan gugus bermuatan (N+ dan SO3

-).Poli(DMAABS) sendiri memiliki formasi pasangan inter-chainyang efektif pada charged groups yang ada di dalam sulfobetaine.Karena ikatan inter-chain yang terjadi sangat kuat, perbedaancross-linker tidak memberikan efek yang signifikan pada adsorpsiion oleh gel (Ning, 2013).

Akan tetapi kemampuan adsorbsi dari ion dipengaruhi olehsuhu dimana seiring meningkatnya suhu interaksi ion dalamlarutan dan gugus gugus bermuatan akan melemah. Pada NIPAM-co-DMAAPS gel kopolimerisasi meningkatkan kemampuanadsorbs dari gel hingga 10 kali lipat seperti yang terlihat padaGambar IV.2.2a). Peningkatan nilai adsorpsi disebabkan karenaadanya NIPAM yang bertindak sebagai pemisah antar molekulDMAAPS. NIPAM yang merupakan polimer thermosensitive akanmengalami swelling pada suhu rendah sehingga saat NIPAMmengembang, jarak antar molekul DMAAPS akan bertambah danikatan intra-chain, inter-chain dan intra-group akan berkurang.Dengan berkurangnya ikatan ikatan tersebut, gugus gugusbermuatan yang tidak berikatan dapat mengikat ion ion yang adadalam larutan. Dapat dilihat pada gambar diatas kemampuanadsorpsi dari kopolimer gel bergantung oleh suhu dimana seiringbertambahnya suhu kemampuan adsorpsinya akan berkurang. Padasuhu tinggi kemampuan adsorpsi dari gel rendah, hal inidikarenakan adanya kenaikan suhu yang melemahkan interaksiantar ion larutan dan gugus gugus bermuatan di dalam gel. Selain

56

itu berkurangnya kemampuan gel untuk mengadsorp iondisebabkan oleh gel yang mengalami shrinking pada suhu yangtinggi sehingga gel menjadi lebih padat. Saat shrinking ion ion didalam gel akan didesak keluar karena adanya ikatan inter-chain,intra-chain, dan intra-group. Selain itu thermal motion juga dapatmelemahkan kekuatan ikatan antar ion (Ningrum, 2015).

IV.3 Pengaruh Suhu Terhadap Swelling Degree

Gambar IV.3.1. Pengaruh suhu terhadap swelling degree a)DMAABS, b) DMAAPS, dan c) kopolimer gel NIPAM-co-DMAAPS gel.

Pengaruh suhu pada swelling degree dari gel ditunjukkan padaGambar IV.3.1. Untuk DMAAPS dan DMAABS nilai swellingdegree dari gel akan naik seiring dengan naiknya suhu. Hal inidisebabkan oleh sifat materialnya dimana DMAAPS dan

a) b)

c)

57

DMAABS memiliki UCST >50 oC. Swelling degree dari gelNIPAM-co-DMAAPS turun seiring dengan kenaikan suhu. Hal inidisebabkan karena NIPAM adalah monomer dengan konsentrasiyang paling besar sehingga sifat dari kopolimer akan condong kearah NIPAM. Semakin tinggi konsentrasi cross-linker padaswelling degree dari gel maka nilai swelling degree akanmeningkat, hal ini dapat dilihat pada gel DMAAPS dan NIPAM-co-DMAAPS gel. Konsentrasi cross-linker yang tinggimenyebabkan gel menjadi kaku. Karena polimer dalam bentuk gel,ketika rantai mengalami swelling seluruh network akan mengalamiswelling. Akan tetapi karena adanya cross-linker kemampuanswelling dari gel terhambat karena cross-linker yang digunakantidak bersifat thermosensitif. Pada DMAABS cross-linker tidakmemberikan pengaruh yang signifikan. Hal ini dikarenakan ikatanantar molekulnya yang kuat dan banyaknya ikatan inter-chain yangada dalam DMAAPS sehingga rantai polimernya mengalamientanglement (Ning, 2013).

IV.4 Uji Desorpsi NIPAM-co-DMAAPS Gel

Gambar IV.4.1. Pengaruh suhu terhadap desorpsi ion NIPAM-co-DMAAPS gel. Dengan mengkopolimerisasikan DMAAPS denganNIPAM.

Pengaruh suhu terhadap kemampuan desorpsi dari gelditunjukkan pada Gambar IV.4.1. Pada grafik diatas dapat

58

diketahui bahwa kemampuan desorpsi dari gel naik seiring dengannaiknya suhu. Pelepasan ion di dalam gel pada suhu yang lebihtinggi disebabkan oleh adanya thermal motion yang melemahkanikatan antar ion larutan dan charged groups dalam gel. Selain itugel juga menyusut sehingga jarak antar gugus gugus bermuatanlebih pendek, karena jarak yang lebih pendek tersebut ion larutanakan keluar dari gel dan gugus gugus yang berdekatan akanmembentuk ikatan inter-chain, intra-chain, dan intra-group. Nilaitertinggi dari uji desorpsi tercapai saat suhu 50°C.

IV.5 Hubungan Swelling Degree dengan KemampuanAdsorpsi Gel.

Gambar IV.5.1. Hubungan antara swelling degree denganadsorpsi NIPAM-co-DMAAPS gel.

Dari Gambar IV.5.1. dapat diketahui hubungan antaraswelling degree dan kemampuan adsorpsi dari gel. Untuk gelhomopolimer DMAAPS dan DMAABS nilai swelling degree turunseiring dengan naiknya kemampuan adsorpsi dair gel. Hal inimenunjukkan pada saat swelling degree tinggi tidak berarti bahwaadsorpsi ion akan tinggi juga. Pada suhu 70oC gel hanya menyerapair lebih banyak dari pada suhu 10oC. Hal ini dikarenakan gel tidakmempunyai kemampuan cukup untuk melemahkan ikatan inter-chain, intra-chain, dan intra-group yang ada di dalam gel. Haltersebut sangat terlihat pada gel homopolimer DMAABS, gel

59

DMAABS memiliki nilai swelling degree yang hampir stabil akantetapi kemampuan adsorpsi dari gel DMAABS lebih tinggi daripada adsorpsi pada gel DMAAPS. Kecilnya nilai swelling degreepada DMAABS disebabkan ikatan antar molekulnya yang kuatakan tetapi ion tetap bisa diadsorp oleh gel dikarenakan interaksiinter-chain yang lemah didalam gel (Ning, 2013).

IV.6 Reversibilitas NIPAM-co-DMAAPS Gel

Gambar IV.6.1 Kemampuan reversibility kopolimer gel padakonsentrasi N:D = 8:2.

Gambar IV.6.1 menunjukkan kemampuan gel yangdigunakan secara reversibel sebanyak 3 kali. Kemampuan geldalam mengadsorp ion seperti terlihat pada Gambar IV.6.1 padapengulangan kedua dan ketiga kemampuan adsorpsi dari gelmenurun. Penurunan kemampuan adsorpsi gel disebabkan karenamelemahnya driving force yang mendorong terjadinyaperpindahan massa sehingga pada rentang waktu yang samakemampuan gel untuk mengadsorp ion berkurang. Sedangkanuntuk kemampuan desorpsi dari gel menurun pada pengulangankedua.

60


61

BAB V

KESIMPULAN

V.1 Kesimpulan1. Waktu untuk mencapai equilibrium adsorpsi diatas 6 jam.2. Pada NIPAM-co-DMAAPS gel cross-linker memiliki

dampak yang signifikan dimana penambahan konsentrasicross-linker menurunkan nilai swelling degree. Akantetapi pada DMAABS dan DMAAPS gel penambahancross-linker tidak memberikan efek yang signifikanterhadap nilai swelling degree dari gel. KemampuanAdsorpsi NIPAM-co-DMAAPS meningkat denganpenurunan kosentrasi cross-linker, sedangkan padaDMAAPS dan DMAABS perubahan konsentrasi cross-linker tidak memberikan efek yang signifikan padakemampuan adsorpsi gel.

3. NIPAM-co-DMAAPS memiliki nilai swelling degreetertinggi diikuti oleh DMAAPS dan yang terendahDMAABS. NIPAM-co-DMAAPS gel memiliki nilaiadsorpsi tertinggi yang kemudian diikuti oleh DMAABSgel dan yang terendah DMAAPS gel.

4. Kemampuan adsorpsi dari gel baik NIPAM-co-DMAAPS, DMAAPS, dan DMAABS mengalamipenurunan seiring dengan meningkatnya suhu operasi.Kemampuan desorpsi dari NIPAM-co-DMAAPS gel naikseiring dengan bertambahnya suhu. DMAAPS danDMAABS gel tidak memiliki kemampuan untukmendesorp ion. Swelling degree dari NIPAM-co-DMAAPS gel naik seiring dengan penurunan suhu,sedangkan nilai swelling degree dari DMAABS danDMAAPS gel.naik seiring dengan meningkatnya suhuoperasi.

62

5. Kemampuan adsorpsi dan desorpsi NIPAM-co-DMAAPSgel menurun setiap pengulangan proses adsorpsi/desorpsi.

V.2 Saran1. Untuk mendapatkan hasil analisa adsorpsi, desorpsi, dan

reversibilitas yang lebih cepat sebaiknya digunakanlarutan dengan konsentrasi yang lebih tinggi agar drivingforce perpindahan massa lebih besar.

2. Menambahkan uji untuk mengkarakterisasi kopolimer gelseperti NMR, mengukur BM rata-rata, SEM, dan ujiuntuk mengetahui VPT dari kopolimer.

xiii

DAFTAR PUSTAKA

Gis A, Giz HC, Alb Alina, Brousseau JL, and Reed WF. 2001.“Kinetics and Mechanism of Acrylamide Polymerizationfrom Absolute Outline Monitoring of PolymerizationReaction”. Macromolecules Vol.34, hal 1180-1191.

Hirokawa Y dan Toyoichi Tanaka. 1984. “Volume phasetransition in a nonionic gel”.J.Chem.Phys.Vol 81, hal 71-73

Kudaibergenov SE, Jaeger W, Laschewsky A. 2006. “Polymericbetaines: synthesis, characterization, and application”.Adv Polym Sci. Vol.201, hal 157–224.

Lee WF, Tsai CC. 1994. “Aqueous solution properties of poly(trimethyl acrylamido propyl ammonium iodide) [poly(TMAAI)]”. J Appl Polym Sci. Vol.52, hal 1447–58.

Liu J, Ma Y, Xu T, Shao G. 2010. “Preparation of zwitterionichybrid polymer and its application”

Ningrum EO, Murakami Y, Ohfuka Y, Gotoh T, Sakohara S.2014. “Investigation of ion adsorption properties ofsulfobetaine gel and relationship with its swellingbehavior”. Polymer. Vol.55, hal 5189–97.

Ning J, et al. 2013. “Characteristics of zwitterionic sulfobetaineacrylamide polymer and the hydrogels prepared by free-radical polymerization and effects of physical andchemical crosslink on UCST”. React funct polymer.Vol.73, hal 909-978.

Neagu V, Vasiliu S, Racovita S. 2010. “Adsorption studies ofsome inorganic and organic salts on new zwitterionic ionexchangers with carboxybetaine moieties”. Chem Eng J.Vol.162, hal 965–73.

Rubio J, Sauza ML, Smith RW. 2001. “Overview of flotation as awastewater treatment technique”. Minerals Engineering.Vol.15, hal 135-155.

xiv

Salamone JC, Volksen W, Olson AP, Israel SC. 1978. “Aqueoussolution properties of a poly(vinyl imidazoliumsulphobetaine)”. Polymer. Vol.19, hal 1157–62.’

Takahashi A, Hamai K, Okada Y, Sakohara S. 2011.“Thermosensitive properties of semi-IPN gelcomposed of amphiphilic gel and zwitterionc

Tanaka Toyoichi 1981. “Gels” J.Chem.Phys.Vol 81, hal 45-59.Qdais HA, Moussa H. 2004. “Removal of heavy metal from

wastewater by membrane processes: a comparativestudy”. Desalation Vol. 164, hal 105-110.

xv

DAFTAR NOTASI

1. dswell = Diameter gel saat mengembang (mm)2. ddry = Diameter gel saat kering (mm)3. SD = Swelling degree4. C0 = Konsentrasi larutan awal (mmol/L)5. Cf = Konsentrasi larutan setelah selesai desorpsi

(mmol.L)6. C = Konsentrasi larutan setelah selesai adsorpsi

(mmol/L)7. V = Volume larutan (L)m = Massa gel yang dimasukan dalam uji

adsorpsi/desorpsi (mg/L)

A-1

APPENDIKS APERHITUNGAN PEMBUATAN LARUTAN

UJI

Larutan Uji yang digunakan untuk menguji swelling degree,adsorpsi, dan desorpsi adalah larutan Zn(NO3)2 dan Pb(NO3)2

dengan konsentrasi larutan yaitu 10 mmol/L.

Perhitungan Massa Larutan Zn(NO3)2 yang DibutuhkanPerhitungan jumlah massa yang dibutuhkan dalampembuatan larutan uji menggunakan persamaan sebagaiberikut :

M = BM ( ) x 1000VKeterangan :

M = Konsentrasi Larutan (mmol/L)m = Massa Zn(NO3)2 (gram)BM = Berat Molekul Zn(NO3)2

V = Volume Larutan (L)Sehingga,

m = M x BM ( ) x V1000Konsentrasi 10 mmol/L

m (gram) = 10 mmolL x 261,44 x 1 (L)1000m = 2,6144 gram

(A1)

(A2)

A-2

Jadi, massa yang dibutuhkan untuk membuat larutanZn(NO3)2 dengan konsentrasi 10 mmol/L sebesar 2,6144gram

Tabel A.1 Perhitungan Massa Zn(NO3)2 yang dibutuhkan dalamPembuatan Larutan Uji Zn(NO3)2 dengan konsentrasi 10 mmol/L.

Jenis Larutan KonsentrasiLarutan

(mmol/L)

Massa yangdibutuhkan

(gram)Zn(NO3)2 10 2,6144

Larutan yang telah dibuat kemudian di analisamenggunakan AAS (Atomic Absorption Spectroscopy) untukmengetahui kadar larutan Zn(NO3)2 dan Pb(NO3)2 yangsebenarnya melalui perhitungan. Kadar larutan Zn(NO3)2 danPb(NO3)2 yang sebenarnya digunakan untuk mengetahui kadaradsorpsi dan desorpsi. Berikut ini merupakan data perhitungankonsentrasi larutan uji sebenarnya:

Konsentrasi 10 mmol/L Larutan Zn(NO3)2z mmolL = massa (gr)BM Zn( )1000 x 10Dimana: z = Konsentrasi Sebenarnya (mmol/L)

Tabel A.2 Hasil analisa AAS (Atomic Absorption Spectroscopy)pada larutan uji Zn(NO3)2

Konsentrasi sebenarnya (mmol/L) Hasil AAS (Zn2+) (ppm)10 5.5

5 2.882 1.150 0

(A3)

A-3

Untuk mendapatkan konsentrasi kalibrasi sebenarnya dariZn(NO3)2 dan Pb(NO3)2 3 maka Tabel A.2 dibuat grafikantara konsentrasi larutan sebelum kalibrasi dengan hasilanalisa AAS. Sehingga didapatkan grafik sebagai berikut:

Gambar A.1 Grafik kalibrasi standart larutan Zn(NO3)2

Dari Gambar A.1 diatas mendapatkan persamaan linearsebagai berikut:

y = 1,8168 x-0.075Dimana:

x = Konsentrasi kalibrasi larutan sebenarnya(mmol/L)

y = Hasil analisa, Zn2+ (mg/L)

Untuk mendapatkan jumlah konsentrasi kalibrasi larutansebenarnya (x) persamaan (A6) menjadi:y = 1.8168 − 0.075

y = 1.8168x - 0.075

-2

0

2

4

6

8

10

12

0 1 2 3 4 5 6

Kalibrasi

(A6)

(A7)

A-4

- Konsentrasi 10 mmol/L (Hasil Analisa AAS = 5.5 mg/LZn2+) y = 1.8168 ∗ 5.5 − 0.075x = 9.9174 mmol/L

- Untuk perhitungan konsentrasi kalibrasi larutansebenarnya pada hasil analisa AAS mg/L dapat dilihatpada tabel berikut:

Tabel A.3 Perhitungan konsentrasi kalibrasi larutan Zn(NO3)2

sebenarnyaKonsentrasisebenarnya (mmol/L)

Hasil AAS (Zn2+)(ppm)

Konsentrasi kalibrasi(mmol/L)

10 5.5 9.91745 2.88 5.157384

B-1

APPENDIKS BPERHITUNGAN SWELLING DEGREE,

ADSORPSI DAN DESORPSI

Equilibrium Adsorpsi gelPerhitungan data equilibrium adsorpsi gel menggunakan

larutan Zn(NO3)2 10 mmol/L dengan konsentrasi cross-linker10 mmol/L dan 30 mmol/L pada gel NIPAM-co-DMAAPS,homopolimer DMAAPS, dan homopolimer DMAABS padasuhu 30 ˚C. Kosentrasi ion dalam gel diukur setiapwaktunnya. Berikut beberapa tabel diameter swelling gel.Konsentrasi ion di dalam gel didapatkan melalui persamaanberikut.

Dimana:

Q = Jumlah Kation yang teradsorpsiCo = Konsentrasi Kalibrasi Sebenarnya (mmol/L)C = Konsentrasi Akhir (mmol/L)V = Volume Larutan (L)m = massa (gram)

Contoh perhitungan menggunakan data waktu 6 jamkonsentrasi MBAA 10 mmol/L.= (10 − 3.958) ∗ 301000 ∗ 0.5= 0.363 mmol/g dry gel

Persamaan B2) juga digunakan untuk menghitungkemampuan adsorbs dari gel pada berbagai suhu

Q = (Co - C) Vm

(B1)

B-2

Tabel B.1 Konsentrasi Ion dalam NIPAM-co-DMAAPS geltiap waktu

Waktu(jam)

C0 (mmol/L) C (mmol/L) Q (mmol/g dry gel)MBAA10mmol/L

MBAA30mmol/L

MBAA10mmol/L

MBAA30mmol/L

MBAA10mmol/L

MBAA30mmol/L

0 10 10 10 10 0.000 0.0006 10 10 3.958 3.958 0.363 0.363

12 10 10 3.958 3.958 0.363 0.36318 10 10 3.958 3.958 0.363 0.36324 10 10 3.958 3.958 0.363 0.363

Tabel B.2 Konsentrasi ion dalam homopolimer DMAAPS danhomopolimer DMAABS gel tiap waktu

Waktu(jam)

DMAAPS(mmol/g drygel)

DMAABS(mmol/g dry gel)

0 0 06 0.0285 0.0325

12 0.0305 0.03218 0.028 0.03424 0.0275 0.03575

Perhitungan Swelling Degree NIPAM-co-DMAAPSNilai swelling degree dari kopolimer gel dihitung

menggunakan diameter swell dari kopolimer gel denganmenggunakan persamaan berikut :=

dswell = Diameter gel equilibrium swelling (cm)ddry = Diameter gel kering (cm)Contoh untuk mencari nilai SD pada kopolimer gel pada

suhu 10°C dengan konsentrasi cross-linker 10 mmol/L.

(B2)

B-3

== 0.7250.260= 21.682

Tabel B.3 Swelling Degree NIPAM-co-DMAAPS gel padalarutan Zn(NO3)2 dengan konsentrasi cross-linker 10 mmol/L

dan 30 mmol/L pada Suhu 10 ˚C, 30 ˚C, 50 ˚C dan 70 ˚C.

Suhu(℃)

ddry (mm) dswell (mm) SDMBAA10mmol/L

MBAA30mmol/L

MBAA10mmol/L

MBAA30mmol/L

MBAA10mmol/L

MBAA30mmol/L

10 0.260 0.260 0.725 0.495 21.682 6.901

30 0.250 0.230 0.695 0.410 21.485 5.665

50 0.230 0.250 0.540 0.440 12.942 5.452

70 0.210 0.270 0.460 0.455 10.510 4.786

Tabel B.4 Swelling Degree DMAAPS dan DMAABS gel padalarutan Zn(NO3)2 dengan konsentrasi cross-linker 10 mmol/L

dan 30 mmol/L pada suhu 10 ˚C, 30 ˚C, 50 ˚C dan 70 ˚C.

Suhu(℃)

swelling degreeDMAAPS

swelling degreeDMAABS

MBAA10mmol/L

MBAA30mmol/L

MBAA10mmol/L

MBAA30mmol/L

10 7.222 4.653 3.162 2.50030 8.889 6.597 2.941 3.08850 13.194 8.750 2.574 3.38270 15.556 9.931 4.412 4.044

B-4

Dari grafik diatas terlihat bahwa pada waktu 6 jam sampai24 jam adsorpsi oleh kopolimer gel mengalami equilibrium.

Perhitungan Adsorpsi NIPAM-co-DMAAPS,Homopolimer DMAAPS, dan Homopolimer DMAABSPada Berbagai Suhu

Kemampuan gel dalam mengadsorp ion dihitungdengan persamaan B1. Berikut ini merupakan tabel dataperhitungan adsorpsi berupa suhu pada berbagaikonsentrasi.

Tabel B.5 Perhitungan Jumlah ion Zn2+ yang Teradsorpsioleh NIPAM-co-DMAAPS Gel Pada Berbagai Suhu dengan

Konsentrasi Cross-Linker 10 mmol/L dan 30 mmol/L.

Suhu (℃)Q (mmol/g-dry gel)

MBAA 10mmol/L

MBAA 30mmol/L

10 0.393 0.377

30 0.363 0.363

50 0.361 0.344

70 0.357 0.344

Tabel B.6 Perhitungan Jumlah ion Zn2+ yang Teradsorpsioleh Homopolimer DMAAPS Gel Pada Berbagai Suhu

dengan Konsentrasi Cross-Linker 10 mmol/L dan 30 mmol/L.

Suhu (℃)Q (mmol/g-dry gel)

MBAA 10mmol/L

MBAA 30mmol/L

10 0.031 0.03330 0.028 0.03150 0.026 0.03170 0.020 0.028

B-5

Tabel B.7 Perhitungan Jumlah ion Zn2+ yang teradsorp olehDMAABS Gel Pada Berbagai Suhu dengan Konsentrasi Cross-Linker 10 mmol/L dan 30 mmol/L.

Suhu(℃)

Q (mmol/g-dry gel)MBAA10mmol/L

MBAA30mmol/L

10 0.036 0.034

30 0.032 0.032

50 0.030 0.031

70 0.029 0.027

Perhitungan Desorpsi NIPAM-co-DMAAPS

Perhitungan Desorpsi NIPAM-co-DMAAPSmenggunakan persamaan sebagai berikut := ( − ) ∗

Dimana:Q = Jumlah kation yang terdesorpsiC = Konsentrasi akhir (mmol/L)Ce = Konsentrasi saat equilibrium adsorpsi

saat 10°C.V = Volume (L)m = massa (gram)

Berikut ini merupakan tabel data perhitungan adsorpsiberupa suhu pada berbagai konsentrasi.

(B3)

B-6

Tabel B.7 Perhitungan Jumlah ion Zn2+ yang Terdesorpsioleh Homopolimer DMAABS Gel Pada Berbagai Suhu

dengan Konsentrasi Cross-Linker 10 mmol/L dan 30 mmol/L.

Suhu(℃)

Ce

(mmol/L)C(mmol/L)

Q(mmol/gdry gel)

MBAA10mmol/L

MBAA10mmol/L

MBAA10mmol/L

10 3.450 3.450 0.00030 3.450 3.740 0.01750 3.450 3.958 0.03170 3.450 3.450 0.000

Tabel B.8 Perhitungan Konsentrasi Ion Zn2+ di DalamNIPAM-co-DMAAPS Gel untuk Reversibilitas Gel.

Cycle Suhu (℃)

C0

(mmol/L)C

(mmol/L)Q

(mmol/gdry gel)

MBAA10mmol/L

MBAA10mmol/L

MBAA10mmol/L

1Adsorpsi 10 3.686 0.379

Desorpsi 10 3.886 0.367

2Adsorpsi 10 3.740 0.376

Desorpsi 10 3.831 0.370

3Adsorpsi 10 3.795 0.372

Desorpsi 10 3.686 0.379

Perhitungan Persen (%) Adsorpsi dan Desorpsi

B-7

Perhitungan Persen (%) Adsorpsi

Perhitungan persen (%) adsorpsi adalah kemampuan geldalam menyerap ion yang dibandingkan dengan maksimumkapasitas dari charge-grup yang tersedia dalam gel.

%A = x 100%

Ket: Q = Jumlah ion yang teradsorpsi (mmol/g dry gel)Cd = mol DMAAPS dalam 1 gram dry gel (mmol/g dry gel)= (∑ × )I = Jumlah komponenCi = Konsentrasi Komponen i (mol/L)BMi = Berat Molekul Komponen i (gram/mol)CDMAAPS = Konsentrasi Komponen DMAAPS dalam

larutan (mmol/L)Contoh perhitungan persen adsorpsi menggunakan data saat

suhu 10°C% = ..% = 29.3 %Tabel B.9 Perhitungan Persen Adsorpsi di Dalam NIPAM-co-

DMAAPS Gel.

Suhu(℃)

Q (mmol/g-dry gel) % AdsorpsiMBAA10mmol/L

MBAA30mmol/L

MBAA10mmol/L

MBAA30mmol/L

10 0.393 0.377 29.3 28.1

30 0.363 0.363 27.1 27.1

50 0.361 0.344 27.0 25.7

70 0.357 0.344 26.7 25.7

(B4)

(B4)

B-8

Tabel B.10 Perhitungan Persen Adsorpsi di DalamHomopolimer DMAAPS Gel.

Suhu(℃)

AdsorbsiDMAAPS % Adsorpsi

MBAA10mmol/L

MBAA30mmol/L

MBAA10mmol/L

MBAA 30mmol/L

10 0.031 0.033 0.873 0.918

30 0.028 0.031 0.794 0.860

50 0.026 0.031 0.728 0.869

70 0.020 0.028 0.563 0.778

Tabel B.11 Perhitungan Persen Adsorpsi di DalamHomopolimer DMAABS Gel.

Suhu(℃)

AdsorbsiDMAABS % Adsorpsi

MBAA10mmol/L

MBAA30mmol/L

MBAA10mmol/L

MBAA30mmol/L

10 0.036 0.034 1.008 0.953

30 0.032 0.032 0.906 0.891

50 0.030 0.031 0.836 0.867

70 0.029 0.027 0.813 0.758

Perhitungan Persen (%) Desorpsi

Perhitungan persen (%) desorpsi adalah kemampuan geldalam melepas ion yang dibandingkan dengan maksimumkapasitas dari charge-grup yang tersedia dalam gel.% = × 100%Ket: Q = Jumlah ion yang terdesorpsi (mmol/g-dry gel)

Cd = mol DMAAPS (mmol/L)

(B6)(B5)

B-9

Tabel B.12 Perhitungan Persen Desorpsi di DalamHomopolimer DMAABS Gel.

Suhu(℃)

C0

(mmol/L)C

(mmol/L)Q

(mmol/gdry gel)

%D

MBAA 10mmol/L

MBAA10mmol/L

MBAA10mmol/L

MBAA10mmol/L

10 3.450 3.450 0.000 0.030 3.450 3.740 0.017 1.350 3.450 3.958 0.031 2.3

B-10


RIWAYAT PENULIS

Toni Suharto, penulis lahir di Surabaya padatanggal 24 Mei 1995 yang merupakan anakpertama dari dua bersaudara. Penulis telahmenempuh pendidikan formal, yaitu lulus dari TKMimi pada tahun 2001, lulus dari SD KatolikSanta Maria pada tahun 2007, lulus dari SMP

Katolik Santa Maria pada tahun 2010, dan lulus dari SMA KatolikSt. Louis 1 pada tahun 2013. Setelah menyelesaikan pendidikan dijenjang SMA, penulis melanjutkan pendidikan Strata-1 diDepartemen Teknik Kimia, FTI – ITS dengan nomor registrasi2313100128. Selama kuliah penulis aktif berkerja di PT. CahayaSelaras Lestari, serta berbagai pelatihan dan seminar yangdiadakan di Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS).

Email : [email protected] : 082257765351

SKRIPSI TK 141581repository.its.ac.id/43370/1/2313100128-Undergraduate... · 2017-07-26 · skripsi...

Documents

Transcript of SKRIPSI TK 141581repository.its.ac.id/43370/1/2313100128-Undergraduate... · 2017-07-26 · skripsi...