1
BAB I PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang Emas memiliki berbagai kelebihan jika dibandingkan dengan logam lain, seperti keindahan, ketahanan terhadap korosi dan lebih mudah dibentuk ke berbagai bentuk dan ukuran. Oleh karena itu, emas dikenal sebagai logam mulia yang bernilai tinggi. Saat ini, pemanfaatan emas tidak hanya untuk perhiasan namun juga dapat digunakan pada berbagai bidang, seperti bidang katalisis (Shabbir dkk., 2015) dan bidang industri elektronik sebagai komponen penyusun Printed Circuit Board (PCB) (Kim dkk., 2011; Firlak dkk., 2014; Arshadi dan Mousavi, 2015). Industri elektronik yang terus berkembang menyebabkan penggunaan emas pada bidang ini juga terus meningkat. Semakin cepat perkembangan industri elektronik yang terjadi berakibat pada meningkatnya jumlah limbah elektronik yang dihasilkan. Hal ini mengakibatkan jumlah emas dari limbah elektronik di lingkungan terus bertambah. Emas bukanlah satu-satunya material penyusun pada komponen elektronik tersebut namun juga tersusun oleh logam-logam lain. Oleh karena emas memiliki nilai jual yang tinggi, maka hal ini menuntut dikembangkannya suatu metode pemisahan emas dari logam-logam lain yang berada pada limbah tersebut. Metode isolasi emas yang biasa digunakan adalah metode amalgamasi atau metode sianida. Metode amalgamasi dilakukan dengan menggunakan merkuri yang dapat memberi dampak negatif pada lingkungan. Lain halnya dengan metode amalgamasi, proses ekstraksi pada metode sianida dilakukan dengan menggunakan natrium sianida dan berlangsung sangat lambat. Natrium sianida merupakan senyawa yang sangat beracun sehingga saat ini metode sianida kurang disukai untuk proses ekstraksi emas. Oleh karena itu, perlu dikembangkan suatu metode yang efektif, efisien serta ramah lingkungan untuk memisahkan emas dari campuran logam lainnya.
1
2
Salah satu metode alternatif yang dapat digunakan untuk pemisahan emas adalah adsorpsi. Metode ini memiliki berbagai kelebihan, di antaranya ramah lingkungan, tidak menggunakan banyak pelarut, tidak menghasilkan limbah berbahaya (Qu dkk., 2009), biaya yang dibutuhkan relatif murah, dapat diaplikasikan pada konsentrasi ion logam yang rendah (Aguado dkk., 2009) dan adsorben dapat digunakan berulang (Sakti dkk., 2015). Berbagai jenis adsorben dapat digunakan pada proses adsorpsi emas, seperti silika termodifikasi (Aguado dkk., 2009; Sakti dkk., 2012; Awual dan Ismael, 2014; Fotoohi dan Mercier, 2015), membran nanofiber (Li dkk., 2013) dan adsorben nanopori silika (Behbahani dkk., 2014). Tidak sedikit peneliti menggunakan silika sebagai adsorben emas. Silika memiliki gugus silanol (SiOH) dan siloksan (SiOSi) dimana atom oksigen terikat langsung dengan atom Si. Atom O pada silika dapat mendonorkan pasangan elektronnya pada ion logam sehingga silika dapat beperan sebagai adsorben ion logam. Selain itu, penggunaan silika sebagai adsorben Au(III) dianggap menguntungkan karena silika bersifat stabil terhadap asam yang merupakan kondisi sistem proses adsorpsi Au(III). Hal ini mengakibatkan struktur silika tidak rusak pada proses adsorpsi Au(III). Atom O yang terikat langsung dengan atom Si mengakibatkan rendahnya kemampuan oksigen sebagai donor pasangan elektron sehingga ikatan yang terbentuk antara permukaan silika dengan ion logam lemah. Ikatan yang lemah antara silika dan ion logam ini berakibat pada rendahnya efektivitas adsorpsi silika terhadap ion logam. Oleh karena itu, diperlukan suatu solusi untuk meningkatkan efektivitas adsorpsi dari silika. Wu dkk. (2008) mengemukakan bahwa silika dapat dimodifikasi dengan berbagai gugus fungsional. Hal ini sangat menguntungkan karena modifikasi ini dapat meningkatkan efektivitas dan selektivitas adsorben. Sebagai contoh, Fotoohi dan Mercier (2015) telah melakukan modifikasi silika dengan gugus amina dan tiol untuk mengadsorpsi Au(III). Penelitian Aguado dkk. (2009) membuktikan bahwa gugus amina, baik monoamina, diamina maupun triamina dapat digunakan untuk memodifikasi permukaan silika dan juga dapat dimanfaatkan sebagai adsorben logam berat. Hal ini dapat terjadi karena pada gugus amina terdapat atom nitrogen
3
yang dapat berperan sebagai donor pasangan elektron apabila berinteraksi dengan logam. Akibatnya, gugus amina yang terdapat pada permukaan silika dapat mengadsorpsi ion logam. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa kapasitas adsorpsi ion logam meningkat seiring dengan meningkatnya jumlah atom nitrogen pada adsorben. Oleh karena itu, senyawa pemodifikasi silika yang dipilih pada penelitian ini adalah senyawa dengan jumlah atom nitrogen yang cukup banyak, yakni 1-o-(tolil)biguanidina (TBG). Struktur dari senyawa ini diperlihatkan pada Gambar I.1.
Gambar I.1 Struktur 1-(o-tolil)biguanidina Senyawa TBG merupakan sumber gugus biguanida yang dipilih pada penelitian ini. Senyawa ini memiliki lima atom N yang memiliki pasangan elektron bebas. Atom N ini dapat terprotonasi pada pH rendah sesuai kondisi adsorpsi Au(III). Gugus fungsi yang telah terprotonasi dapat berinteraksi secara elektrostatik dengan Au(III) yang umumnya berada dalam bentuk [AuCl4] pada pH rendah. Oleh karena itu, jumlah atom N yang cukup banyak pada senyawa TBG diharapkan dapat meningkatkan jumlah Au(III) yang berinteraksi dengan situs aktif adsorben sehingga dapat diperoleh adsorben dengan kapasitas adsorpsi yang besar. Selain itu, interaksi elektrostatik yang terjadi antara atom N terprotonasi dengan [AuCl4] diharapkan dapat mempermudah proses desorpsi emas dari adsorben jika dibandingkan dengan gugus fungsi lain yang berinteraksi melalui ikatan kovalen dengan Au(III), seperti atom S pada gugus tiol. Modifikasi silika dengan gugus biguanida (BG) telah dilakukan oleh beberapa peneliti sebelumnya, seperti Alizadeh dkk. (2012) dan Beygzadeh dkk. (2013). Keduanya telah memodifikasi silika terlapis pada magnetit (Fe3O4) dengan gugus biguanida (Fe3O4/SiO2-BG) yang bersumber dari senyawa metformin. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa material Fe3O4/SiO2-BG dapat digunakan
4
sebagai katalis organosuperbasa dan katalis pada reaksi Suzuki. Oleh karena belum ada penelitian mengenai pemanfaatan silika termodifikasi biguanida sebagai adsorben maka penelitian ini perlu dilakukan. Silika termodifikasi merupakan salah satu adsorben yang cukup efektif untuk adsorpsi emas (Sakti dkk., 2012). Kemampuan adsorpsi yang tinggi dari silika termodifikasi merupakan alasan para peneliti terdahulu menggunakannya sebagai adsorben ion logam. Suatu permasalahan pada penggunaan adsorben jenis ini adalah sulitnya proses pemisahan antara adsorben dengan filtrat. Jadi, diperlukan suatu cara untuk mempermudah dilakukannya proses pemisahan antara adsorben dengan filtrat. Banyak peneliti sebelumnya memanfaatkan sifat kemagnetan untuk mempermudah proses pemisahan adsorben dan filtrat. Sifat kemagnetan yang dimanfaatkan berasal dari bahan magnetik sehingga dihasilkan suatu material hibrida bahan magnetik-adsorben. Bahan magnetik dapat diperoleh melalui proses sintesis maupun bersumber dari alam. Girginova dkk. (2010) dan Zhang dkk. (2013) mensintesis magnetit sebagai sumber bahan magnetik yang digunakan pada material hibrida bahan magnetik-adsorben. Hal ini berbeda dengan Prasdiantika (2015) yang menggunakan bahan magnetik yang bersumber dari pasir besi alam. Penggunaan pasir besi alam sebagai sumber bahan magnetik memiliki keuntungan dibandingkan menggunakan bahan magnetik sintetis, yakni preparasi yang lebih mudah dilakukan, jumlah bahan kimia yang digunakan lebih sedikit dan biaya preparasi lebih terjangkau. Oleh karena itu, pada penelitian ini bahan magnetik yang digunakan bersumber dari pasir besi alam. Pada
umumnya,
proses
pelapisan
bahan
magnetik
dengan
silika
termodifikasi dilakukan melalui dua tahap pelapisan sehingga dihasilkan dua lapisan pada permukaan bahan magnetik tersebut. Lapisan pertama berupa silika dan lapisan kedua berupa gugus fungsional (Huang dan Hu, 2008; Girginova dkk., 2010; Alizadeh dkk., 2012; Beygzadeh dkk., 2013). Semakin banyak jumlah lapisan pada permukaan bahan magnetik mengakibatkan ukuran bahan magnetik terlapis semakin besar. Akibatnya sifat kemagnetan bahan magnetik menjadi semakin kecil (Wu dkk., 2008). Sifat kemagnetan yang semakin kecil dapat
5
mempersulit proses pemisahan adsorben dari filtrat. Oleh karena itu, pada penelitian ini dilakukan modifikasi silika pelapis bahan magnetik dengan gugus biguanida melalui satu tahap pelapisan sehingga diharapkan sifat kemagnetan bahan magnetik dapat dipertahankan. Berbagai metode pelapisan bahan magnetik telah dilakukan oleh para peneliti terdahulu. Sebagai contoh adalah metode pelapisan bahan magnetik oleh silika termodifikasi gugus fungsi dengan metode refluks (Alizadeh dkk., 2012). Metode ini tidak efektif karena membutuhkan waktu yang lama dan suhu yang tinggi. Oleh karena itu, diperlukan alternatif lain untuk pelapisan bahan magnetik. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Nuryono dkk. (2014a), diketahui bahwa metode sol-gel dapat digunakan untuk memodifikasi permukaan bahan magnetik. Metode ini memiliki beberapa kelebihan di antaranya tidak membutuhkan waktu yang lama, mudah, peralatan yang digunakan sederhana dan dapat dilakukan pada suhu ruang. Jadi, pada penelitian ini pembuatan adsorben magnetik untuk Au(III) dilakukan dengan menggunakan pasir besi alam sebagai bahan magnetik yang kemudian dilapisi dengan silika termodifikasi biguanida melalui metode sol-gel. Kemampuan adsorpsi bahan magnetik terlapis terhadap Au(III) juga dikaji pada penelitian ini. I.2 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah: 1.
Melapisi silika termodifikasi biguanida pada bahan magnetik pasir besi melalui metode sol-gel dengan menggunakan 3-kloropropiltrimetoksisilan (CPTS) sebagai agen penghubung antara TBG dan silika.
2. Mempelajari pengaruh pH, kinetika dan isoterm adsorpsi Au(III) pada BM/SiO2-BG serta selektivitasnya terhadap ion Au(III) dalam campuran ion logam Au(III)/Cu(II)/Ni(II).
I.3 Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi dalam pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi dalam bidang kimia dan aplikasinya, antara lain
6
dapat mengembangkan pemanfaatan pasir besi alam sebagai bahan magnetik, mengetahui karakteristik serta kemampuan adsorpsi dari bahan magnetik pasir besi terlapis silika termodifikasi biguanida terhadap Au(III).
