Gatot Trimulyadi- Grafting by irradiation for ion exchange

APLIKASI RADIASI UNTUK KOPOLIMERISASIAPLIKASI RADIASI UNTUK KOPOLIMERISASI
CANGKOK ASAM AKRILAT DAN AKRILAMIDACANGKOK ASAM AKRILAT DAN AKRILAMIDA
PADA KHITIN SEBAGAI BAHAN PENUKARPADA KHITIN SEBAGAI BAHAN PENUKAR
IONION
Gatot Trimulyadi Rekso
NIP : 19541128 198503 1 002
DISAJIKAN PADA
PRESENTASI ILMIAH PENELITI UTAMA
PUSAT APLIKASI ISOTOP DAN RADIASI
BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL
2014

12/15/16Badan Tenaga Nuklir Nasional 2
Produk
Industri Kimia
Limbah
Limbah cair yang mengandung logam berat merupakan bahan
pencemar yang sangat membahayakan lingkungan dan
kesehatan
Salah satu teknik untuk memperkecil kandungan
logam berat adalah secara adsorpsi
Perlu dikembangkan pembuatan bahan adsorben pengkelat/
penukar ion yang baik dari bahan dasar yang mudah diperoleh
Polimer alam Jumlahnya berlimpah
BAB I PENDAHULUANBAB I PENDAHULUAN

Cangkang kepiting
Cangkang rajungan
Kulit udang
Tulang cumi-cumi
Anthropoda
kapang/jamur
Biopolimer terbesar kedua
di alam
POLIMER ALAMPOLIMER ALAMPOLIMER ALAMPOLIMER ALAM
KHITINKHITIN
Shells of mollusks

 Menurut Kementerian Kelautan dan
Perikanan  Ekspor udang tahun
2014 bisa mencapai 200.000 ton
 Jumlah ini meningkat 23 % yang
sebelumnya hanya 162.000 ton

Sumber potensial khitinSumber potensial khitin
Udang Olahan hanya bagian daging saja
Bagian kepala, ekor dan kulit badan dibuang
Mengandung senyawa yang disebut khitin
Kandungan khitin : 14 –27 % Kandungan khitin : 13 – 18 %
Kulit Udang Cangkang
kepiting

TUJUAN PENELITIANTUJUAN PENELITIAN
Modifikasi khitin dengan teknik iradiasi , sehinggaModifikasi khitin dengan teknik iradiasi , sehingga
diperoleh produk baru Khitin-g-Asam Akrilat (khit-g-Aac)diperoleh produk baru Khitin-g-Asam Akrilat (khit-g-Aac)
dan Khitin-g-Akrilamida (khit-g-Aam) yang dapatdan Khitin-g-Akrilamida (khit-g-Aam) yang dapat
digunakan sebagai pengkelat /penukar ion logamdigunakan sebagai pengkelat /penukar ion logam
HIPOTESAHIPOTESA
Pencangkokan asam akrilat dan akrilamida yang bersifat penukarPencangkokan asam akrilat dan akrilamida yang bersifat penukar
ion dan donor elektron pada khitin mengakibatkan matrik khitinion dan donor elektron pada khitin mengakibatkan matrik khitin
memiliki sifat ganda, sebagai pengkelat dan penukar ionmemiliki sifat ganda, sebagai pengkelat dan penukar ion
sehingga kapasitas serapan terhadap ion logam meningkatsehingga kapasitas serapan terhadap ion logam meningkat

Isolasi
FTIR
Karakterisasi
Iradiasi
Reaksi pencangkokan
-Jumlah radikal yang terbentuk
- Massa molekul relatif rata-rata
Hasil pencangkokan (%)
Gugus fungsi
Sifat termal
Kapasitas serapan ionnya
Tahapan PenelitianTahapan Penelitian

KhitinKhitin  Polimer rantai lurus dari unit :Polimer rantai lurus dari unit :
2-asetoamido-2deoksi-D-glukosa2-asetoamido-2deoksi-D-glukosa
dengan ikatandengan ikatan ββ 1,41,4
Termasuk golongan homopolisakaridaTermasuk golongan homopolisakarida
yang mempunyai massa molekul tinggiyang mempunyai massa molekul tinggi
Struktur linier 2000-3000 unit monomerStruktur linier 2000-3000 unit monomer
N-asetil-glukosaminN-asetil-glukosamin
Khitin & khitosan adalah nama untukKhitin & khitosan adalah nama untuk
2 kelompok yang tidak dibatasi oleh2 kelompok yang tidak dibatasi oleh
stoikhiometri yang pasti.stoikhiometri yang pasti.
Khitin : N-asetil glukosamin yangKhitin : N-asetil glukosamin yang
terdeasetilasi sedikitterdeasetilasi sedikit
Khitosan : khitin yang terdeasetilasiKhitosan : khitin yang terdeasetilasi
sebanyak mungkinsebanyak mungkin
TINJAUAN PUSTAKATINJAUAN PUSTAKA

12/15/16Badan Tenaga Nuklir Nasional 912/15/16Badan Tenaga Nuklir Nasional 9
Khitin & khitosan adalah nama untuk 2Khitin & khitosan adalah nama untuk 2
kelompok yang tidak dibatasi olehkelompok yang tidak dibatasi oleh
stoikhiometri yang pasti.stoikhiometri yang pasti.
Khitin : N-asetil glukosamin yangKhitin : N-asetil glukosamin yang
terdeasetilasi sedikitterdeasetilasi sedikit
Khitosan : khitin yang terdeasetilasiKhitosan : khitin yang terdeasetilasi
sebanyak mungkinsebanyak mungkin

Sifat khas khitosan adalah kemampuannyaSifat khas khitosan adalah kemampuannya
membentuk senyawa kompleks dengan ion logammembentuk senyawa kompleks dengan ion logam
dimana gugus amin sebagai donor elektrondimana gugus amin sebagai donor elektron
Agar kemampuan khitosan
mengikat ion logam lebih
tinggi maka perlu dilakukan
modifikasi antara lain
mencangkokkan gugus fungsi
yang bersifat elektron donor
dan penukar ion
Agar kemampuan khitosan
mengikat ion logam lebih
tinggi maka perlu dilakukan
modifikasi antara lain
mencangkokkan gugus fungsi
yang bersifat elektron donor
dan penukar ion
O
O
CH2OH
HO NH2
OHHO
Cu
n

Teknik pencangkokan secara kimia:Teknik pencangkokan secara kimia:

Kurita,dkk,(1996)
• Sulit dalam 2 fasa
•Proses relatif panjang karena dibuat turunan
• Pelarut DMSO, N,N Dimetil asetaamida
• Pemurnian lebih rumit
• Hasil kurang homogen

PENCANGKOKAN DENGAN TEKNIKPENCANGKOKAN DENGAN TEKNIK
IRADIASIIRADIASI
PENCANGKOKAN DENGAN TEKNIKPENCANGKOKAN DENGAN TEKNIK
IRADIASIIRADIASI
KEUNTUNGANKEUNTUNGAN
KOPOLIMER CANGKOKKOPOLIMER CANGKOK
TEKNIK IRADIATEKNIK IRADIASISI
1. Laju inisiasi tinggi
2. Dapat dilakukan pada
fasa padat dan cair
3. Bebas inisiator dan katalis
4. Produk yang lebih
homogen
5. Dapat dilakukan pada
temperatur rendah
Oleh karena itu perlu dikembangkan metode yang
lebih efisien dan efektif yaitu dengan Teknik iradiasi

KOPOLIMERISASI CANGKOK DENGANKOPOLIMERISASI CANGKOK DENGAN
TEKNIK IRADIASITEKNIK IRADIASI
•  1. METODE SIMULTAN1. METODE SIMULTAN
•  2. METODE PRA-IRADIASI2. METODE PRA-IRADIASI
a.a. RADIKAL TERJEBAKRADIKAL TERJEBAK
b. PEROKSIDAb. PEROKSIDA

1. METODE SIMULTAN
Pada metode ini polimer dan monomer diiradiasi secara
langsung, bersama-sama dengan kondisi bebas oksigen
Homopolimer
rr
A A A
, M , M - M + M-M
A A A
Rantai polimer
iradiasi
Kopolimer cangkok

2. a. METODE PRA
IRADIASI RADIKAL
TERJEBAK
Pada metode ini, polimer diiradiasi
dahulu dengan kondisi bebas oksigen.
Selanjutnya baru direaksikan dengan
monomer yang digunakan
Iradiation
M
A A A
- M
A A A
Rantai polimer
Inert
Kopolimer cangkok
Iradiasi

2. b. METODE PRA IRADIASI
PEROKSIDA
Pada metode ini polimer diiradiasi dengan
adanya oksigen, sehingga terbentuk
peroksida
Pada metode ini polimer diiradiasi dengan
adanya oksigen, sehingga terbentuk
peroksida
Iradiasi pemanasan
Homopolimer
rr
A A A A A
-O-O- - O - O-M + M- M
A A A A A
Rantai polimer Hidroperoksida
Udara
Kopolimer cangkok
M

BAB III METODOLOGIBAB III METODOLOGIBAB III METODOLOGIBAB III METODOLOGI
PROSES ISOLASI KHITINPROSES ISOLASI KHITIN
KULIT UDANG
PROSES DEPROTEINASI
PROSES DEMINERALISASI
PENGHILANGAN WARNA
KHITIN
NaOH 1M, 80ºC
3 jam, (1:10) w/w
HCl 1M, t ruang
12 jam, (1:10) w/w
Filtrat
Filtrat

Proses pencangkokanProses pencangkokan
KHITINKHITIN
Met. peroksidasi Met. Radikal terjebak
IRADIASI SINAR GAMMA
REAKSI PENCANGKOKAN
PEMISAHAN
KHITIN TERCANGKOK
-Monomer
-Pelarut
-Temperatur
Homo polimer
FTIR
DSC & TGA
XRD
SEM
Kapasitas serapan ion

BAB IV HASIL PENELITIANBAB IV HASIL PENELITIAN
Karakterisasi khitin
No Parameter Nilai
1
2
3
4
5
6
7
Ukuran partikel
Bau
Warna
Kadar air (%)
Kadar abu (%)
Kadar protein (%)
Derajat deasetilasi (%)
Serbuk
Tidak berbau
Putih
10,2
1,8
4,2
38,5
Bilangan gelombang ( cm-1 )
Abs
Regang O-H dan N-H
Regang C-H
Regang C=O
No Gugus fungsi / jenis vibrasi Bilangan gelombang (cm
-1
)
1
2
3
4
5
6
7
Vibrasi ulur gugus –OH
-OH skunder pada C-3
-OH primer pada C-6
Vibrasi ulur karbonil –C=O
Vibrasi ulur -C-N
Vibrasi tekuk –N-H
Vibrasi ulur C-H pada gugus metil –CH3
3450
1317, 1261, 1150
953, 893
1650
1400
1550
2950

0 kGy
6 kGy
9 kGy
12 kGy
15 kGy
Untuk reaksi pencangkokan diperlukan
jumlah radikal sebanyak mungkin
dengan dosis serendah mungkin
Pengaruh dosis iradiasi terhadap jumlah radikal yang terbentuk
Peroksida (Bojarski)
Alkil (Bojarski)

Metode pencangkokanMetode pencangkokanMetode pencangkokanMetode pencangkokan
Monomer asam akrilat Monomer akrilamida
6 9 12 15 20
50
40
30
20
10
0
Dosis iradiasi (kGy)
Hasilpencangkokan(%)
Pra-iradiasi radikal terjebak
pra-iradiasi peroksida
6 9 12 15 20
50
40
30
20
10
0
Dosis Iradiasi (kGy)
HasilPencangkokan(%)
pra-iradiasi radikal terjebak
pra-iradiasi peroksida
- Pra-Iradiasi Radikal terjebakPra-Iradiasi Radikal terjebak
-- Pra-Iradiasi PeroksidaPra-Iradiasi Peroksida

Monomer asam akrilatMonomer asam akrilat Monomer akrilamida
1007550250
120
100
80
60
40
20
0
Komposisi pelarut (%)
air (A) - metanol (B)
air (A) - as.asetat (B)
metanol (A) - as.asetat (B)
A B
100 75 50 25 01007550250
100
80
60
40
20
Komposisi pelarut (%)
air (A) - metanol(B)
air (A) - asam asetat (B)
metanol (A) - asam asetat (B)
BA
100 75 50 25 0

Pengaruh dosis total iradiasiPengaruh dosis total iradiasi
terhadap hasil pencangkokanterhadap hasil pencangkokan
211815129630
120
100
80
60
40
20
0
asam akrilat
akrilamida
211815129630
120
100
80
60
40
20
0
asam akrilat
akrilamida
G = kpkt
-1
[M] ln {kt {RM•]0 t }

Pengaruh konsentrasiPengaruh konsentrasi
monomer dan waktu reaksimonomer dan waktu reaksi
6543210
120
100
80
60
40
20
0
Waktu reaksi (jam)
Asam akrilat 10 %
Asam akrilat 20 %
Asam akrilat 30 %
Asam akrilat 40 %
6543210
120
100
80
60
40
20
0
Waktu reaksi (jam)
Asam akrilat 10 %
Asam akrilat 20 %
Asam akrilat 30 %
Asam akrilat 40 %
6543210
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Waktu reaksi (jam)
Akrilamida 10 %
Akrilamida 20 %
Akrilamida 30 %
Akrilamida 40 %
6543210
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Waktu reaksi (jam)
Akrilamida 10 %
Akrilamida 20 %
Akrilamida 30 %
Akrilamida 40 %
Monomer Asam Akrilat Monomer Akrilamida
G = kpkt
-1
[M] ln {kt {RM•]0 t }

Pengaruh temperatur reaksiPengaruh temperatur reaksi

KarakterisasiKarakterisasi
FTIRFTIR
Khitin Khit-g-AAc

Khit-g-AAmKhitin

Pengujian sifat termal dengan DSC
KhitinKhitin Khitin-g-AAcKhitin-g-AAc
O
O
CH2
OH NH
C O
CH3
O
C
O
OHCH
n
CH2
C
O
CH
-H2O
O
O
CH2
OH NH
C O
CH3
O
CH2
C
O
O
CH
n
CH2
C
O
OH
CH
CH2
Dehidrasi gugus karboksilat

Khit-g-AAm
O
O
CH2
OH NH
C O
CH3
O
C
O
NH2CH
n
CH2
C
O
CH
- NH2
O
O
CH2
OH NH
C O
CH3
O
CH2
C
O
NH
CH
n
CH2
C
O
NH2
CH
CH2
Deaminasi gugus amina
Khitin

TGATGA
Khitin Khit-g-AAc
Khit-g-AAm

Derajat kristalinitas
No Material derajat
kristalinitas (%)
1
2
3
4
5
6
Khitin
Khitin-g-Aac
Khitin-g-Aam
Khitosan
Khitosan-g-Aac
Khitosan-g-Aam
55,8
50,6
45,7
43,4
41,4
37,5
O
HO
H
NH
C
CH3
O
O
CH2HO
CH2
O
OH NH2
C O
CH3
H
O
Derajat kristalinitas

Reaksi pencangkokan asam akrilat pada khitin
diperkirakan sebagai berikut :
O
HO
H
NH
C
CH3
O
O
CH2
HO
CH2
O
OH NH
C O
CH3
H
O
O
O
HO
H
NH
C
CH3
O
O
CH2
HO
CH2
O
OH NH
C O
CH3
H
O
O
O
HO
H
NH
C
CH3
O
O
CH2
O
CH2
O
OH NH
C O
CH3
H
O
O
O
HO
H
NH
C
CH3
O
O
CH2
O
CH2
O
OH NH
C O
CH3
O
O
CH2 C
O
OH
CH
O
HO
H
NH
C
CH3
O
O
CH2
O
CH2
O
OH NH
C O
CH3
H
O
O
O
HO
H
NH
C
CH3
O
O
CH2
O
CH2
OH NH
C O
CH3
O
O
CH2
C
O
OH
CH
CH2
C
O
OH
CH
O
n
n
n
CH2
C
O
OH
CH
.
. .
Iradiasi
Pemanasan

KapasitasPenukaranion(mg/g)
KAPASITAS PENUKARAN ION
Hg (II) > Cu (II) > Cr (III)

Bab V. KESIMPULAN
1. Telah berhasil dicangkokkan asam akrilat dan akrilamida pada khitin dengan
metode pra-iradiasi peroksida dengan kondisi optimal sebagai berikut :
• Dosis iradiasi 12 kG
• Pelarut : metanol/asam asetat= 1/1 untuk pencangkokan asam akrilat dan
air/metanol = 7/3, untuk pencangkokan akrilamida
• Konsentrasi monomer 30
• Temperatur reaksi 70ºC dengan waktu reaksi 3 jam
2. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pencangkokan menggunakan monomer
akrilamida menghasilkan kopolimer cangkok lebih tinggi dibandingkan
pencangkokan menggunakan asam akrilat
3. Kapasitas penyerapan terhadap ion logam (Hg, Cr, Cu) semua kopolimer cangkok
lebih tinggi dari senyawa dasar (khitin, khitosan). Khitosan- g- Aac memiliki
kapasitas serapan tertinggi terhadap ketiga ion logam dibandingkan kopolimer
cangkok lainnya.
1. Telah berhasil dicangkokkan asam akrilat dan akrilamida pada khitin dengan
metode pra-iradiasi peroksida dengan kondisi optimal sebagai berikut :
• Dosis iradiasi 12 kG
• Pelarut : metanol/asam asetat= 1/1 untuk pencangkokan asam akrilat dan
air/metanol = 7/3, untuk pencangkokan akrilamida
• Konsentrasi monomer 30
• Temperatur reaksi 70ºC dengan waktu reaksi 3 jam
2. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pencangkokan menggunakan monomer
akrilamida menghasilkan kopolimer cangkok lebih tinggi dibandingkan
pencangkokan menggunakan asam akrilat
3. Kapasitas penyerapan terhadap ion logam (Hg, Cr, Cu) semua kopolimer cangkok
lebih tinggi dari senyawa dasar (khitin, khitosan). Khitosan- g- Aac memiliki
kapasitas serapan tertinggi terhadap ketiga ion logam dibandingkan kopolimer
cangkok lainnya.

Ucapan TerimakasihUcapan Terimakasih
Terimakasih kami ucapkan kepada rekan
rekan di Kelompok Polimer Bidang Proses
Radiasi dan rekan rekan di Instalasi Fasilitas
Iradiasi, Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi
yang banyak memberikan konstribusi dan
dukungan sehingga penelitian ini dapat
berjalan dengan lancar

Bilangan gelombang (cm-
1
Abs
Spektrum FTIR standar khitin (database Sadtler)

radiasi
Cell-O-Cell Cell-O• + Cell•
Cell-OH Cell-O• + H•
Cell-H Cell• + H•
Cell-OH Cell• + OH•
Cell-CH2-OH Cell• + CH2OH•
Cell• + O2 Cell-OO•
Cell-OO• + H-Cell Cell-OOH + Cell•
Cell• + O2 Cell-OO•
Effek radiasi pada selulosa

Mekanisme pemutusan rantai glukosida akibat radiasi
pada khitosan
R-H R•(C1-C6) + H•
R-H + H• R•(C1-C6) + H2
R•(C1,C4) F1 + F2
R-NH2 + H• R•(C2) + NH3

puncak spektrum khitin dan khitin yang
dicangkokkan dengan asam akrilat
No Bilangan gelombang
(cm-1
)
Gugus fungsi Khitin Khit-g-Aac 17,8
%
1 3450 ν (- OH ) Kuat Kuat
2 2950 ν (- CH3) Kuat Lemah
3 1665 ν (- C=O ) Lemah Kuat
4 1550 δ ( N-H) Sedang Lemah
5 1400 ν (- C-N ) Kuat Kuat
6 1150 ν ( C-O ) –OH
sekunder pada C-3
Sedang Hilang
7 1317 ν ( C-O ) –OH
sekunder pada C-3
Kuat Lemah
8 953 -OH Primer pada C-6 Lemah Hilang
9 893 -OH Primer pada C-6 Sedang Hilang
10 1400 ν (- C-N ) Kuat Kuat

Transformasi khitin Khitosan
O
O
O
O
N-C-CH3
H O
N-C-CH3
H O
N-C-CH3
..
H
O
O
N-C-CH3
..
H
O
N-C-CH3
..
H
O
-
OH
O-H
OH
O
-
HO-H
CH3-C- O
-
+OH
-+NH2

PERHITUNGAN DERAJAT DEASETILASI DENGANMETODE BASE LINE
P
P
o
% N-Deasetilasi = 1 - {(A1650/ A3450 x 1/1,33)} x 100 %
A1650 = Absorban pada 1650 cm-1 (menyatakan gugus karbonil pada
gugus asetil)
A3450 = Absorban pada 3450 cm-1 (menyatakan gugus amina primer)
1,33 = Nilai konversi untuk N-Deasetilasi yamg sempurna
A = log Po / P
P = Jarak antara garis dasar
dengan puncak
P0 = Jarak antara garis dasar
dengan garis singgung

ESR
Bila terjadi interaksi antara elektron dengan inti yang paramagnetik, terjadi hyperfine-
spliting dari tingkat energi elektron

T c T
e k s o t e r m ik
T mT g
d Q /d T e n d o t e r m ik
g a r is d a s a r

DSC ( Differential Scanning Calorimetry)
Teknik DSC digunakan untuk menentukan jumlah energi
(dQ/dt) yang dibutuhkan untuk menetralkan perbedaan
temperatur antara sampel dan bahan pembanding (Dodd,
1987). Secara skematik kurva DSC untuk polimer
semikristalin yang mengilustrasikan efek pemanasan. Dengan
teknik DSC dapat diketahui temperatur transisi gelas suatu
sampel polimer. Proses transisi gelas merupakan reaksi orde
dua. Transisi orde dua ini ditunjukkan oleh terjadinya
perubahan garis dasar yang dihasilkan dari perubahan
kapasitas panas (Haines, 1995). Transisi orde pertama, seperti
kristalisasi dan pelelehan, ditunjukkan oleh puncak yang
tajam. Luas daerah puncak adalah sebanding dengan
perubahan entalpi dalam polimer, dan perubahan entalpi
berhubungan dengan jumlah kristalin yang dimiliki oleh
suatu sampel polimer (Dodd, 1987; Wetton, 1993).

Spektrum Infra Merah KitosanSpektrum Infra Merah Kitosan
Seminar Penelitian Mia Ledyastuti 20/27
5007501000125015001750200025003000350040004500
1/cm
20
30
40
50
60
70
80
90
100
%T
3423.65
3412.08
3385.07
3369.64
3313.71
2918.30
2887.44
2850.79
2501.67
2358.94
2343.51
1656.85
1639.49
1629.85
1579.70
1544.98
1425.40
1379.10
1323.17
1251.80
1151.50
1083.99
1033.85
948.98
894.97
709.80
667.37
659.66
634.58
601.79
561.29
524.64
459.06
401.19
Khitosan
Regang O-H dan
N-H
Regang C-H
Regang C=O
Tekuk C-H
Regang C-O-C
Hasil PenelitianHasil Penelitian

R-H + H• R•(C1-C6) + H2
R•(C1,C4) F1 + F2
R-NH2 +H•  R•(C2) + NH3

Gatot Trimulyadi- Grafting by irradiation for ion exchange

Empfohlen

Empfohlen

Weitere ähnliche Inhalte

Andere mochten auch

Andere mochten auch (20)

Ähnlich wie Gatot Trimulyadi- Grafting by irradiation for ion exchange

Ähnlich wie Gatot Trimulyadi- Grafting by irradiation for ion exchange (20)

Mehr von Dr.Ir. Gatot Trimulyadi Rekso, M.Si- Indonesia

Mehr von Dr.Ir. Gatot Trimulyadi Rekso, M.Si- Indonesia (17)

Gatot Trimulyadi- Grafting by irradiation for ion exchange