Khitosan Terikat Silang
3. Hasil dan Pembahasan Pembuatan Adsorben
Limbah kulit kupang yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah kulit kupang yang berasal dari daerah Sidoarjo. Langkah pertama yang dilakukan dalam pembuatan adsorben adalah preparasi serbuk kulit kupang. Setelah itu, dilanjutkan dengan pembuatan larutan khitosan 1% (w/v). Proses pelarutan ini dilakukan dengan pemanasan agar prosesnya dapat berlangsung lebih cepat. Setelah dihasilkan larutan khitosan, serbuk cangkang kupang sebanyak 3 gram diambil kemudian dicampurkan dalam 20 mL larutan khitosan yang hasilnya disebut sebagai komposit 1. Khitosan berfungsi sebagai binder (pengikat) sedangkan serbuk cangkang kupang berfungsi sebagai filler. Campuran dipipet dengan pipet tetes kemudian diteteskan tetes demi tetes ke dalam larutan NaOH 2N. Setelah pelet terbentuk dalam larutan, selanjutnya disaring lalu direndam dalam larutan glutaraldehid 0,2% selama 24 jam.
Larutan glutaraldehid berfungsi sebagai agen pengikat silang (cross linked). Ikatan silang antara khitosan dan glutaraldehid ini juga sangat stabil dan teratur kekuatannya dalam larutan asam dan basa. Karakteristiknya sangat penting untuk campuran serbuk cangkang kupang-khitosan sebagai adsorben, sehingga dapat digunakan pada lingkungan pH yang lebih rendah.
Setelah proses perendaman, pelet disaring dan dicuci hingga netral. Kemudian pelet tersebut dibiarkan dalam udara bebas hingga kering. Untuk pelet komposit 2 dan 3 dibuat dengan metoda yang sama namun dengan jumlah serbuk cangkang kupang berturut-turut 4 dan 5 gram. Bentuk fisik dari pelet adsorben dengan perbandingan komposisi khitosan dan serbuk cangkang kupang yang berbeda dapat dilihat pada Gambar 1. Berdasarkan hasil pengukuran pada ketiga macam adsorben yang dihasilkan, dapat diketahui ukuran diameter pelet untuk ketiga perbandingan secara berturut-turut adalah 2,1-2,4; 2,9-3,2 dan 3,7-4 mm.
Selanjutnya, pelet adsorben hasil preparasi inilah yang akan diuji kapasitas adsorbsinya terhadap ion logam Ni(II).
AF-120 (a) (b) (c)
Gambar 1. Komposit Adsorben CangkangKupang-Khitosan (a) Komposit 1, (b) Komposit 2 dan (c) Komposit 3
Karakterisasi Struktur Komposit Adsorben dengan FTIR
Karakterisasi dengan FTIR digunakan untuk mengetahui ikatan-ikatan yang terdapat dalam material penyusun (khitosan dan serbuk cangkang kupang) dan ikatan-ikatan yang terdapat dalam komposit adsorben. Spektra FTIR dari khitosan, serbuk cangkang kupang dan komposit adsorben ditunjukkan pada Gambar 2. Berdasarkan spektra FTIR dari khitosan, serbuk cangkang kupang dan komposit adsorben yang ditunjukkan pada Gambar.3, dapat diketahui bahwa komposit adsorben yang dihasilkan memiliki pola spektra yang relatif sama dengan pola spektra dari serbuk cangkang kupang.
Secara garis besar puncak yang muncul pada ketiga spektra adalah relatif sama, sedikit perbedaan terlihat pada spektra FTIR dari khitosan. Ada beberapa puncak yang muncul pada spektra serbuk cangkang kupang, namun tidak muncul pada spektra khitosan.
Puncak-puncak tersebut adalah pada daerah bilangan gelombang 1457 cm-1 yang menunjukkan vibrasi C-H3 dan pada daerah bilangan gelombang 1194 cm-1 yang menunjukkan vibrasi C-O dari eter, kedua puncak karakteristik tersebut merupakan puncak karakteristik yang membedakan antara senyawa khitin dengan khitosan (Khabibi, 2008).
Gambar 2. Spektra FTIR (a) Khitosan, (b) Serbuk Cangkang Kupang dan (c) Komposit Adsorben
Untuk puncak-puncak yang lainnya, muncul pada ketiga spektra FTIR. Munculnya puncak pada daerah bilangan gelombang 3400 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi dari ikatan stretching N-H yang overlapping dengan vibrasi streching O-H, puncak pada daerah bilangan gelombang 2920 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi C-H alifatik. Adanya ikatan C=O karbonil ditunjukkan dengan munculnya puncak pada daerah bilangan gelombang 1634 dan 1769 cm
-1, sedangkan puncak pada daerah 1065 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi C-N.
Berdasarkan karakterisasi dengan FTIR yang ditunjukkan pada Gambar 2 dapat disimpulkan bahwa jenis ikatan yang terdapat pada komposit adsorben sama dengan ikatan yang terdapat pada senyawa penyusunnya, yaitu serbuk cangkang kupang dan khitosan.
Adsorpsi Ion Ni(II)
Proses adsorpsi ion Ni(II) yang berupa NiSO4·6H2O dengan komposit cangkang kupang-khitosan terikat silang ini dilakukan dengan sistem batch, yaitu merendam komposit adsorben ke dalam larutan logam Ni(II) pada suhu kamar. Kemampuan komposit cangkang
AF-121 kupang-khitosan terikat silang dalam adsorpsi ion Ni(II) diperoleh dari berbagai kondisi meliputi pH optimum dan waktu kontak.
Pengaruh pH Terhadap Kapasitas Adsorpsi
Kondisi pH larutan sangat berpengaruh terhadap daya adsorpsi adsorben terhadap ion Ni(II) dan terhadap kapasitas permukaan dari adsorben yang berupa komposit serbuk cangkang kupang-khitosan terikat silang. Oleh karena itu penting untuk mempelajari pengaruh pH pada adsorpsi ion Ni(II). Grafik Variasi pH Beberapa Konsentrasi Ni(II) ditunjukkan pada gambar 3.(a)
(a) (b)
(c)
Gambar 3. (a) Grafik Variasi pH Beberapa Konsentrasi Ni(II), (b) Variasi waktu Kontak dan (c) Variasi Komposisi
Pada Gambar 3 (a), ditunjukkan bahwa adsorpsi ion Ni(II) mencapai maksimum pada pH 4. Selanjutnya pH tersebut digunakan sebagai pH acuan untuk adsorpsi ion Ni(II) pada variasi komposit khitosan-cangkang kupang yang lain.
Penentuan Waktu Kontak Optimum
Penentuan waktu kontak ini dilakukan dengan cara mengambil masing-masing 25 mL larutan ion logam Ni(II) dengan konsentrasi 100 mg/L dalam 8 beker gelas. Kondisi pH larutan diatur sesuai pH optimum yaitu pada pH 4. Grafik Variasi Waktu Kontak ditunjukkan pada Gambar 3 (b) sebagai berikut :
Adsorpsi ion Ni(II) mencapai maksimum pada waktu kontak ≥ 75 menit. Selanjutnya waktu kontak optimum yang digunakan sebagai waktu acuan untuk adsorpsi ion Ni(II) untuk komposit serbuk cangkang kupang-khitosan terikat silang adalah 90 menit.
Penentuan Kapasitas Adsorpsi
Penentuan kapasitas adsorpsi ini dilakukan untuk mengetahui isoterm yang sesuai pada proses adsorpsi ion Ni(II) dengan komposit cangkang kupang-khitosan terikat silang dimana isoterm yang diujikan pada penelitian ini adalah jenis isoterm Langmuir dan Freundlich. Kurva yang dibuat berdasarkan data yang diperoleh ditunjukkan pada Gambar 3 (c).
Model Adsorpsi Isoterm Ni(II) pada Komposit Adsorben
Berdasarkan hasil yang ditunjukkan pada gambar 3 (c), dapat diketahui bahwa masing-masing komposit serbuk cangkang kupang-khitosan dengan komposisi 1, 2 dan 3, keseluruhannya menunjukkan hasil bahwa dengan semakin meningkatnya konsentrasi akhir atau konsentrasi kesetimbangan (Ce), maka kapasitas adsorpsinya juga semakin meningkat, sampai pada akhirnya adsorben jenuh sehingga diperoleh kapasitas adsorpsi maksimum.
AF-122 Data yang dihasilkan dapat digunakan untuk menganalisis untuk kedua isoterm baik Freundlich maupun Langmuir.
Berdasarkan perhitungan qmaks untuk tiap-tiap perbandingan komposit menunjukkan bahwa perbandingan komposisi khitosan dan cangkang kupang berpengaruh terhadap kapasitas maksimumnya, namun pengaruh tersebut tidak terlalu signifikan. Nilai Parameter untuk Adsorpsi dengan Model Freundlich dan Langmuir untuk masing-masing komposit ditunjukkan pada Tabel 1. Berdasarkan data nilai R2 yang ditunjukkan pada Tabel 1 dapat disimpulkan bahwa model isoterm adsorpsi yang sesuai untuk ketiga jenis komposit adalah isoterm Langmuir.
Tabel 1. Nilai Parameter untuk Adsorpsi dengan Model Freundlich dan Langmuir Model Freundlich
Salah satu faktor yang mempengaruhi kapasitas adsopsi dari suatu adsorben adalah luas permukaannya. Pada umumnya, semakin besar luas permukaan suatu material maka kemampuan adsorpsinya juga semakin besar. Nilai luas permukan masing-masing komposit ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Data luas permukaan, Ukuran dan Volume Pori Komposit Hasil Pengukuran BET Komposi
Berdasarkan data luas permukaan yang diperoleh dapat diketahui bahwa semakin banyak kandungan serbuk cangkang kupang, maka luas permukaannya semakin menurun.
Nilai luas permukaan yang ditunjukkan oleh masing-masing komposit urutannya sebanding dengan urutan kapasitas adsorpsinya, dimana semakin besar luas permukaan komposit maka kapasitas adsopsinya semakin besar.
4. Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa Preparasi adsorben cangkang kupang-khitosan terikat silang dapat dilakukan dengan mencampurkan larutan khitosan dengan serbuk cangkang kupang dengan agen pengikat silang glutaraldehid.
Kapasitas adsorpsi larutan Ni(II) mencapai maksimum pada kondisi larutan pH 4 dan waktu kontak 90 menit. Pola adsorpsi isoterm untuk tiap-tiap perbandingan komposit sesuai dengan model Langmuir. Kandungan serbuk cangkang kupang dalam komposit yang semakin besar dapat menurunkan kapasitas adsorpsi, namun meningkatkan kecepatan adsorpsinya.
Ucapan Terima Kasih
3. Semua pihak yang mendukung terselesaikannya naskah ini.
AF-123 Daftar Pustaka
Bastaman, dkk., (1990), “Penelitian Limbah Udang sebagai Bahan Industri Khitin dan Khitosan“, BBIHP, Bogor.
Chong, K. H. and Volesky, B., (1995), “Description of Two-Metal Biosorption Equilibria by Langmuir-Type Models”, Department of Chemical Engineering, Mc Gill University, Kanada.Vol.47, Hal.
451-460.
Cotton, F.A., Wilkinson, G., (1989), “In Advanced Inorganic Chemistry”, Interscience Publishers, New York.
Ewing, Galen. W., (1988), “ Instrumental Methodes of Chemicals Analysis”, 5th edition, McGraw-Hill Book Company, New York.
Fernandez, M.S., J.L. Arias, (2002), ”Biomimetic Processes Through The Study of Mineralized Shell”, CIMAT Universida de Chile, Chile.
Fessenden, (1992), “Kimia Organik”, edisi 3, jilid 1, Erlangga, Jakarta.
Jonsson-Charrier, M., Guibal, E., Roussy, J., (1996), “Vanadium
(IV) Sorption by Chitosan : Kinetics and Equilibrium“, Wal. Res., 30, 2, Hal. 6285-6290.
yan, G., Anbalagan, K., Andal, N.M., (2004), “Adsorption Dynamics and Equilibrium Studies of Zn(II) onto Chitosan”, Indian J. Chem. Sci.,116, 2, Hal. 119-127.
Ko, D.C.K., J.F. Porter, G. McKay, (2000), “Optimized Correlations for The Fixed-bed Adsorption of Metal on Bone Char”, Chem. Eng. Sci, 55, Hal. 5819-5829.
Kumar, M.N.V., (2000), “A Riview of Chitin and Chitosan Applications“, Reactive and Functional Polymers, 46, Hal. 1-27.
Lima, I.S. and Airoldi, C., (2000), “A Thermodynamics Investigation and Chitosan Divalent Cation Interactions“, Thermo Chimica Acta, 421, Hal. 133-139.
Marganof, (2003), ”Potensi Limbah Udang sebagai Penyerap
Logam Berat (Timbal, Kadmium dan Tembaga) di Perairan. Makalah Pribadi Pengantar ke Falsafah Sains (PP702)”, Program Pasca Sarjana/ S3 ITB, Bandung.
Majeti, N.V. Rafi Kumar, (2000), ”A Review of Chitin and Chitosan Applications”, J. Reactive &
Functional Polimer, Vol 46, Hal. 1-3.
Miller, J.C. and J.N. Miller, (1993), ”Statistics for Analytical Chemistry”, third edition, Prentice Hall.
Oyrton, A., (1999), “Some Thermodynamic Data on Copper Chitin and Copper-Chitosan Biopolymer Interactions”, Journal of Colloid and Interface Science, 212, Hal. 212-213.
Planas, M. Ruiz., (2002), “Development of Techniques Based on Natural Polymer for The Recovery of Precious Metals“, Thesis Doctoral, Universitat Politecnica de Catalunya, Spnyol.
Sankararamakrishnan, Nalini and sanghi, Rashmi, (2006), “Preparation and characterization of a novel xanthated chitosan”, Indian Institute of Technology Kanpur, India, Vol. 66, Hal. 160-167.
Schmul, R., Krieg, H.M., and Keizer, K., (2001), “Adsorption of Cu(II) and Cr(IV) Ions by Chitosan : Kinetics and Equilibrium Studies“, Water SA, vol 27, no.1, Hal. 79-86.
Skoog, Douglas A., Donald M. West, F. James Holler, (1996), “Fundamentals of Analysis Chemstry”, 7th ed, Saunders College Publishing, Philadelphia.
Varian, (1989), “Analytical Methods : Flame Atomic Adsorption Spektrometri”, Varian Australia Ptv. Ltd, Victoria, Australia.
AF-124