IMMOBILISASI CHELATING AGENT FATTY HYDROXAMIC ACIDS KE DALAM BENTONITE

Prosiding Seminar Nasional Kimia, ISBN : 978-602-0951-00-3 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 20 September 2014

IMMOBILISASI CHELATING AGENT FATTY HYDROXAMIC ACIDS KE DALAM BENTONITE Dedy Suhendra1, Erin Ryantin Gunawan2, Murniati3, Amal4 Program Studi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Mataram1),2),3),4) Jl. Majapahit No. 62 Mataram 83125 Tlp. 0370 634708 Corresponding author, email:[email protected], [email protected]

Abstrak. Akhir-akhir ini, metode pemisahan dan pemekatan ion logam dari perairan berkembang sangat pesat. Perkembangan yang pesat ini tidak terlepas dari tingginya kasus cemaran ion logam pada perairan. Berbagai metode ataupun teknik pemisahan telah dikembangkan diantaranya adalah penggunaan adsorben dan chelating agent (CE). Adsorben baik digunakan untuk pemekatan ion logam namun kurang baik untuk pemisahan ion logam. Untuk pemisahan ion logam akan sangat efektif jika menggunakan CE. Hal ini disebabkan, CE membentuk kompleks secara spesifik dengan ion logam. Penelitian ini menggabungkan kedua teknik tersebut, yaitu immobilisasi CE ke dalam adsorben. CE yang digunakan pada penelitian ini adalah fatty hydroxamic acids (FHA) yang disintesis secara enzimatis dari minyak inti buah ketapang, sedangkan adsorben yang digunakan adalah bentonite. Jerapan maksimum immobilisasi FHA ke dalam bentonite yang diperoleh dalam penelitian ini adalah 2,32mg/g. Sementara itu, kapasitas jerapan maksimum hasil perhitungan menggunakan persamaan Langmuir adalah 1,83 mg/g. Kata kunci: Fatty hydroxamic acids, Bentonite, Immobilisasi, Chelating agent PENDAHULUAN Kasus pencemaran air oleh logam-logam berat sudah menjadi hal yang umum ditemukan. Usaha untuk menanggulangi dan memantau pencemaran memerlukan metode analisis yang selain mempunyai sensitivitas juga selektifitas tinggi. Metode yang memungkinkan untuk memecahkan permasalahan ini adalah metode pemisahan dan pemekatan ion-ion logam menggunakan chelating agent. Telah banyak penelitian yang dilakukan menggunakan CE untuk pemisahan dan pemekatan ion logam di lingkungan perairan, diantaranya adalah pentadentate N3S2 [1] (Mirza, et al., 2014),N,N′-di (carboxymethyl) dithiocarbamate [2] (Jing, et al., 2009), benzothiazole [3] (Meesri, et al., 2007). Teknik yang digunakan dalam pemisahan dan pemekatan ion logam menggunakan CE adalah penggunaan resin polimer yang mengandung gugus pengkelat [4] (Chen dan Chen, 2003),[5] (Iemma, et al., 2008], ekstraksi pelarut [6] (Atanassova dan Dukov,

2010), [7] (Traeger, et al., 2012), dan immobilisasi CE ke dalam resin [8] (Zhang, et al., 2009), [9] (Repo, et al., 2009). Penggunaan CE, baik pada teknik ekstraksi pelarut maupun pada teknik immobilisasi CE pada suatu adsorben, diperlukan CE yang mempunyai sifat hidrofobik dan hidrofilik sekaligus.Hal ini disebabkan pada teknik ekstraksi pelarut, CE diharapkan dapat larut dengan sempura pada pelarut yang immiscibledengan air. Sedangkan pada teknik immobilisasi CE ke dalam suatu adsorben, dibutuhkan CE yang mempunyai gugus hidrofobik yang dapat berinteraksi dengan permukaan adsorben. CE seperti ini dapat dipenuhi oleh suatu CE yang mempunyai gugus pengkhelat hidrofilik dan gugus alkil yang hidrofobik. Hydroxamic acids(HA), merupakan agen pengkelat (chelating agent) turunan hidroksilamina dan asam karboksilat. oleh karena itu hydroxamic acidsjuga disebut Nhidroksi amida karboksilat dengan rumus umum R-CO-NHOH. Kemampuannya se-

B - 245


bagai pengompleks logam, HA dan turunannya juga mempunyai aktivitas biologi, seperti pemacu pertumbuhan, antibiotik, antifungi [10] (Kurzak, et al. 1992), inhibitor enzim [11] (Anandan, et al. 2007), anti tumor [12] (Nam, et al. 2013), pencegah korosi besi [13] (Deng, et al. 2008) dan anti oksidan [14] (Liu, et al. 2008). Kompleks antara asam hidroksamik dengan berbagai ion logam banyak digunakan untuk keperluan kimia analitik, yaitu sebagai reagen pada penentuan logam secara gravimetri dan spektrometri [15] (Pacco, 2008), sebagai sensor kimia dalam penentuan logam-logam renik [16] (Isha, et al. 2007), sebagai kolektor untuk unsur-unsur tanah jarang [17] (Agrawal et al. 1999) dan untuk mengekstrak ion-ion logam dari larutan [18] (Suhendra et al. 2005a). Kemampuan sebagai CE dari HAyang tinggi ini tidak dibarengi dengan ketersediaan bahan yang mencukupi. Bahkan, kajian literatur yang telah dilakukan menunjukkan bahwa telah banyak penelitian untuk mensintesis HA dari berbagai bahan dasar, dan bahkan banyak yang sudah tersedia sebagai produk komersial. Akan tetapi, sampai saat ini belum ditemukan produk komersial untuk HA rantai panjang.HA rantai panjang yang sesuai dengan kreteria CE yang akan digunakan dengan teknik immobilisasi ke dalam suatu adsorben adalah FHA. Pada penelitian ini, FHA yang digunakan disintesis secara enzimatis dari minyak inti buah ketapang (Terminalia catappa)dengan menggunakan metode yang dikembangkan oleh Suhendra dan Gunawan (2013) [19]. Penggunaan minyak inti buah ketapang sebagai bahan dasar sintesis FHA, dikarenakan asam lemak yang dikandungnya mempunyai rantai karbon C 14 – C 20, yang memungkinkan terbentuknya gugus hidrofobik dan hidrofilik sekaligus. Selain itu, minyak inti buah ketapang merupakan minyak yang non-edible dari buah yang selama ini tidak termanfaatkan. Beberapa adsorben telah digunakan sebagai matriks pendukung pada immobilisasi CE, diantaranya adalah Amberlite XAD, suatu resin komersial. Resin ini telah digunakan sebagai matrik

pendukung pada immobilisasi FHA yang disintesis dari minyak kelapa sawit [20] (Suhendra et al. 2006). Pada penelitian ini akan digunakan Bentonite sebagai adsorben dari FHA. Alasan penggunaan Bentonite dikarenakan Bentonite merupakan clay yang sebagian besar terdiri dari montmorillonite dengan mineral-mineral seperti kwarsa, kalsit, dolomit, feldspars, dan mineral lainnya. Montmorillonit merupakan bagian dari kelompok smektit dengan komposisi kimia secara umum (Mg,Ca)O.Al2O3.5SiO2.nH2O [21] (Achmadin, 2011).Berdasarkan kandungan dan strukturnya, maka diharapkan Bentonite dapat digunakan sebagai matriks pendukung bagi FHA. METODE PENELITIAN Alat Beberapa alat yang digunakan antara lain: alat-alat gelas yang biasa dipergunakan di laboratorium, neraca analitik, pH meter, FTIR Spektrofotometer, UV-Visible Spektrofotometer, Water Shaker Batch dan Magnetic Stirrer. Bahan Semua bahan kimia yang digunakan pada penelitian ini berderajat analytical grade; hidroksilamina hidroklorida, dan natrium hidroksida, metanol, n-heksana kesemuanya produk dari Merck, Jerman. Enzim lipase yang digunakan adalah Lipozyme produksi dari Novo Nordisk (Denmark). Minyak Inti Buah Ketapang hasil ekstraksi menggunakan heksana, dan Bentonite. PROSEDUR PENELITIAN Tahap Sintesis FHA dari Minyak Inti Buah Ketapang Prosedur yang digunakan pada tahap ini adalah prosedur yang dikembangkan oleh Suhendra, dkk. (2013) [19], yaituSejumlah minyak inti buah ketapang yang dilarutkan

B - 246


dalam heksana direaksikan dengan hidroksilamina hidro-klorida yang telah dinetralkan dengan NaOH 6 N dan sejumlah enzim lipase dalam Erlenmeyer 100 mL bertutup. Campuran reaksi kemudian di inkubasi ke dalam water shaker batch dengan kecepatan guncangan 100 rpm. FHA yang terbentuk pada antarmuka air-heksana kemudian dipisahkan dari air dan lipase dengan penyaringan. Untuk memperoleh FHA padat, fraksi heksana didinginkan di dalam lemari pendingin (<-5oC) selama lima jam dan kemudian disaring dan dibilas dengan heksana beberapa kali untuk menghilangkan sisa minyak. FHA yang terbentuk dikeringkan dalam desikator vakum di atas fosfor pentoksida selama 24 jam. Terbentuknya gugus HA diindentifikasi menggunakan reaksi pembentukan kompleks antara HA dengan ion besi (III) dan tembaga (II) dalam larutan metanol. Adanya gugus HA akan merubah warna larutan besi (III) menjadi merah dan larutan tembaga (II) menjadi hijau.

juga blangko dengan perlakuan yang sama seperti sampel. Persentase N total kemudian ditentukan dengan rumus sebagai berikut: %N =

(V H₂SO₄ s − V H₂SO₄ b) × [H₂SO₄] × 14,01 Massa sampel × 1000

× 100

Tahap Aktivasi Bentonite Aktvasi bentonite dilakukan secara kimiawi, yaitu dengan mencampur bentonite dengan H2SO4 1,6 M. Aktivasi ini dilakukan selama dua jam dengan suhu 70o C sambil diaduk menggunakan magnetic stirrer. Bentonite disaring, dicuci dengan air panas sampai pH air pencuci ≥ 3. Kemudian dikeringkan dioven pada suhu 105o C sampai beratnya konstan. Dihancurkan dan diayak hingga diperoleh ukuran partikel 100-120 mesh [23] (Tanjaya, 2000).

Tahap Penentuan Jumlah mol FHA Penentuan jumlah mol FHA dilakukan dengan menggunakan metode Semi Makro Kjeldhal yang dikembangkan oleh Sudarmadji, et al., (2003) [22] dengan beberapa modifiasi. Prosedur kerjanya adalah sebagai berikut: Ditimbang 0,5 gram FHA dan dimasukkan kedalam labu Kjeldahl. Ke dalam FHA tersebut kemudian ditambahkan 2 gram Na2SO4−CuSO4 (20:1) dan 5 mL H2SO4 pekat dan dipanaskan pada pemanas listrik sampai terbentuk larutan berwarna biru jernih. Hasil destruksi yang sudah dingin kemudian ditambahkan 150 mL aquades, 25 mL NaOH 40% dan 3 biji batu didih, kemudian dilakukan destilasi. Destilat ditampung sampai volume 150 mL pada Erlenmeyer yang berisi 10 mL asam boraks 2% yang sudah diberi indikator campuran. Destilat kemudian dititrasi dengan H 2SO4 0,1 M sampai titik ekivalen, yang ditandai dengan berubahnya warna indikator dari warna kuning menjadi merah muda. Dibuat

Tahap Immobilisasi bentonite ke dalam FHA Tahap immobilisasi ini menggunakan prosedur yang telah dikembangkan pada publikasi kami terdahulu dengan beberapa modifikasi [20] (Suhendra et al. 2006). Sebanyak 0,5 g bentoniteditambahkan kedalam 20 mL FHA dalam methanol (konsentrasi 50 – 250 ppm). Campuran diaduk menggunakan magnetic stirrer pada 35 rpm selama 12 jam. Daya jerap bentonite terhadap FHA diukur secara spektrofotometri. Satu mL FHA, sebelum dan setelah dikocok dengan bentonit, masingmasing ditambahkan dengan 10 mL methanol dan 0,1 mL larutan besi (III) 0,1M. Kemudian, absorbansi diukur menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang maksimumnya. Selisih konsentrasi sebelum penjerapan (initial) dengan setelah penjerapan (final) adalah daya jerap bentonite terhadap FHA. HASIL DAN PEMBAHASAN Karakterisasi FHA Hasil Sintesis Identifikasi awal adanya FHA adalah reaksi kompleksasi FHA dengan ion besi (III) dan ion tembaga (II). Hasil uji memperlihatkan terjadi perubahan warna larutan ion besi (II) menjadi merah dan

B - 247


%T

Myk Ketapang FHA

3600

2600

cm-1

1600

600

Gambar 1. Spektrum FTIR FHA Immobilisasi FHA kedalam Bentonite Jumlah FHA yang diimmobilisasi ke dalam bentonite sebagai fungsi konsentrasi dari FHA, ditunjukkan dalam Gambar 2. Pada gambar tersebut terlihat bahwa jerapan maksimum bentonite diperoleh pada konsentrasi FHA 100 ppm. Jumlah FHA yang terjerap di dalam bentonite pada konsentrasi 100 ppm FHA ini adalah 2,32 mg/g.

3,00 2,50 2,00

Daya Jerap, mg/g

larutan ion tembaga (II) menjadi berwarna hijau, hal ini menunjukka bahwa FHA terbentuk dengan sempurna [24] (Suhendra, et al., 2005). Spektrum FTIR dari FHA hasil sintesis (Gambar 1) menunjukkan serapan khas dari monosubtituen amida pada 3050 – 3400 cm-1, 1650 – 1750 cm-1 dan 1450 – 1600 cm-1. Serapan-serapan ini menunjukkan keberadaan gugus O-H dan N-H, baik stretchingmaupun bending. Puncak serapan pada 2800 – 3000 cm-1 (puncak tajam dan menengah) dan 1024 cm-1, masing-masing menunjukkan adanya gugus C-H stretchingdanbending.Jumlah total nitrogen pada FHA kering yang dihasilkan dari analisis menggunakan metode Semi Makro Kjeldhalrata-rata sebesar 1,50%. Ini berarti terdapat 1,0 mmol gugus hidroksamik dalam 1 gram sampel FHA kering hasil sintesis dari minyak inti biji ketapang.

1,50 1,00 0,50 0,00 0

50

100

150

200

Konsentrasi FHA, ppm

Gambar 2. Immobilisasi FHA kedalam bento-nite sebagai fungsi konsentrasi FHA Model Isotherm Langmuir Ada dua model yang biasa digunakan untuk menjelaskan proses adsorpsi pada permukaan zat padat, yaitu isotherm Langmuir dan isoterm Freundlich. Model isoterm adsorpsi Langmuir berlaku untukadsorpsi pada lapisan tunggal (monolayer) padapermukaan zat yang homogen [25] (Santoso, et al., 2008).Sedangkan model isotherm adsorpsi Freundlich bersifat empiris dengan memperhitungkan heterogenitas permukaan adsorben dan interaksi dengan yang terjerap. Persamaan isoterm Langmuirditurunkan secara teoritis dengan menganggapterjadi kesetimbangan antara molekul yangdiadsorpsi dan molekul yang masih bebas. Bentuklinear persamaan isoterm Langmuir dapat dituliskan sebagai berikut:

=

1

+

dimana Ceqadalah konsentrasi ion dalam larutan padakeadaan kesetimbangan (mg/L atau mmol/L), q adalah banyaknya ion teradsorpsi (mg/g atau mmol/g ) dan qm adalah kapasitas adsorpsi (mg/g atau mmol/g). Jika hubungan versus Ceq linier, maka kapasitas adsorpsi teoritik,

B - 248

=

.

Ce/qe


CE, maka diharapkan pemisahan dan pemekatan ion-ion logam tersebut bersifat spesifik, sekaligus dapat dipergunakan untuk pemurnian ion-ion logam cemaran tersebut.

18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

DAFTAR PUSTAKA 1. Mirza, A.H., M.A. Ali, P.V. Bernhardt dan I. Asri. (2014), Dimeric nickel(II) and copper(II) complexes of the pentadentate N3S2 chelating agents derived from Salkyl/aryl esters of dithiocarbazic acidOriginal Research. Polyhedron, Vol. 81, 723-727.

y = -0,545x + 18,63

0

10

20

30

Ce, mg/L

Gambar 3. Grafik liniearisasi isoterm Langmuir

2. Jing, X.S., F.Q. Liu, X. Yang, P.P. Ling, L.J. Li, C. Long dan A.M. Li, (2009), Adsorption performances and mechanisms of the newly synthesized N,N′-di (carboxy-methyl) dithiocarbamate chelating resin toward divalent heavy metal ions from aqueous media. Journal of Hazardous Materials, Vol. 167, 589596.

Berdasarkan grafik pada Gambar 3, maka persamaan isoterm Langmuir untuk immobilisasi FHA kedalam bentonite menjadi: = −0,5454

+ 18,63

dari persamaan ini diperoleh harga kapasitas adsorpsi teoritik, qm = 1,83 mg/g.Gambar 3 tersebut juga menunjukkan bahwa immobilisasi FHA kedalam bentonite mengikuti model adsorpsi isoterm Langmuir. KESIMPULAN Beberapa kesimpulan dapat diambil dari penelitian ini, diantaranya adalah: 1. FHA dapat disintesis dari minyak inti buah ketapang. 2. Kapasitas adsorpsi teoritik berdasarkan model isoterm Langmuir pada adsorpsi FHA oleh bentonite adalah 1,83 mg/g. SARAN Immobilisasi FHA kedalam bentonite ini bertujuan untuk pemisahan dan pemekatan ion-ion logam dari lingkungan perairan. Oleh karena itu, perlu studi lanjutan untuk pemisahan dan pemekatan ion-ion logam dari lingkungan perairan menggunakan FHABentonite ini. Mengngat FHA adalah suatu

3. Meesri, S., N. Praphairaksit dan A. Imyim, (2007), Extraction and preconcentration of toxic metal ions from aqueous solution using benzothiazolebased chelating resins. Microchemical Journal, Vol. 87, 47-55. 4. Chuh-Yean Chen dan Chuh-Yung Chen, (2003), Stability constants of watersoluble and latex types of chelating polymers containing iminodiacetic acid with some transition-metal ions. European Polymer Journal, Vol. 39, 991-1000. 5. Iemma, F., G. Cirillo, U.G. Spizzirri, F. Puoci, O.I. Parisi dan N. Picci, (2008). Removal of metal ions from aqueous solution by chelating polymeric microspheres bearing phytic acid derivatives. European Polymer Journal, Vol. 44, 1183-1190. 6. Atanassova, M. dan I. Dukov, (2010), Lanthanoid ions solvent extraction with 4benzoyl-3-phenyl-5-isoxazolone Synergis-tic effects in the presence of long chain alkylammonium salts.

B - 249


Separation and Purification Technology, Vol. 74, 300-304.

organic inhibitor of hydroxamic acid and UV irradiation. Electrochimica Acta, 53: 2972–2983.

7. Traeger, J., J. König, A. Städtke, dan H.J. Holdt, ( 2012), Development of a solvent extraction system with 1,2-bis(2methoxyethylthio)benzene for the selective separation of palladium(II) from secondary raw materials. Hydrometallurgy, Vol. 127–128, 30-38.

14. Liu, Y.H., Lin, S.Y., Lee, C. and Hou, W.C. (2008), Antioxidant and nitric oxide production inhibitory activities of galacturonyl hydroxamic acid. Food Chemistry, 109: 159–166. 15. Pacco, A., Absillis, G., Binnemans, K., Parac-Vogt, T.N. (2008), Copper(II) 15Metallacrown-5 Lanthanide(III) Complexes Derived from l-serine and lthreonine Hydroxamic Acids. Journal of Alloys and Compounds, 451: 38–41.

8. Zhang, Y., R. Qu, C. Sun, H. Chen, C. Wang, C. Ji, P. Yin, Y. Sun, H. Zhang, dan Y. Niu, (2009), Comparison of synthesis of chelating resin silica-gelsupported diethylenetriamine and its removal properties for transition metal ions. Journal of Hazardous Materials, Vol. 163, 127-135. 9. Repo, E., T.A. Kurniawan, J.K. Warchol, dan M.E.T. Sillanpää, (2009), Removal of Co(II) and Ni(II) ions from contaminated water using silica gel functionalized with EDTA and/or DTPA as chelating agents. Journal of Hazardous Materials, Vol. 171: 1–3, 1071-1080.

16. Isha, A,. Suhendra, D., Yusof, N.A., Ahmad, M., Wan Yunus, W.M.Z. and Zainal, Z. (2007), Optical Fiber Chemical Sensor For Trace Vanadium(V) Determination Based On Newly Synthesized Palm Based Fatty Hydroxamic Acid Immobilized in Polyvinyl Chloride Membrane. Spectrochimica Acta Part A, 67: 1398– 1402.

10. Kurzak, B., Kozlowski, A. and Farkas, F. (1992), Hydroxamic and Amino Hydroxamic Acids and Their Complexes with Metal Ions, Coordination Chemistry Reviews, 114:169-200.

17. Agrawal, Y.K. and Kaur, H. (1999), Poly(-styryl) Hydroxamic Acids: Synthesis and Ion Exchange Separation of Rear Earths, Reactive & Functional Polymers, 39: 155-164.

11. Anandan, S.K., Ward, J.S., Brokx, R.D., Mark T.D. Bray, R., Patel D.V. and Yi Xiao, X. (2007), Design and synthesis of thiazole-5-hydroxamic acids as novel histone deacetylase inhibitors. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 17: 5995– 5999

18. Suhendra, D., Yeen, K.P., Haron, M.J., Silong, S., Basri, M. Wan Yunus, W.M.Z. (2005a), Copper Ion Extraction By A Mixture of Fatty Hydroxamic Acids Synthesized from Commercial Palm Olein. Solvent Extracion and Ion Exchange Journal, 23: 5, 713 – 723.

12. Nam, N., T.L. Huong, D.T.M. Dung, P.T.P.Dung, D.T.K.Oanh, D. Quyen, L.T. Thao, S.H. Park, K.R. Kim, B.W. Han, J. Yun, J.S. Kang, Y. Kim, dan S.B. Han, (2013), Novel isatin-based hydroxamic acids as histone deacetylase inhibitors and antitumor agents. European Journal of Medicinal Chemistry, Vol. 70, 477-486.

19. Suhendra, D. dan E.R. Gunawan, (2013), Sintesis Asam-Asam Lemak Hidroksamik dari Minyak Kelapa Menggunakan Lipase Sebagai Katalis. Natur Indonesia, Vol. 14 No. 2, 160-164.

13. Deng, H., Nanjo, H., Qian, P., Xia, Z., Ishikawa, I. and Suzuki, T.M. (2008), Corrosion prevention of iron with novel

20. Suhendra, D., Haron, M.J., Silong, S., Basri, M. Wan Yunus, W.M.Z. (2006), Separation and Preconcentration of Copper(II) Ion by Fatty Hydroxamic Acids Immobilized Onto Amberlite

B - 250


XAD– 4 Resin.Indonesian Journal of Chemistry,6: 2, 165-169. 21. Achmadin. 2011. Bentonit. http://achmadinblog.wordpress.com/2010/11/30/bento nit/, [19 Agustus 2013]. 22. Sudarmadji, S., Haryono, B, dan Suhardi., 2003, Analisa Bahan Makanan dan Pertanian, Liberty, Yogyakarta. 23. Tanjaya, Ailen.2000. Aktivasi Bentonit Alam Pacitan sebagai Bahan Penjerap pada Proses Pemurnian Minyak Sawit. Universitas Katolik Widya Mandala. Surabaya. 24. Suhendra, D., Haron, M.J., Silong, S., Basri, M. Wan Yunus, W.M.Z. (2006), Separation and Preconcentration of Copper(II) Ion by Fatty Hydroxamic Acids Immobilized Onto Amberlite XAD– 4 Resin.Indonesian Journal of Chemistry,6: 2, 165-169. 25. Santoso, U.T., D. Umaningrum, U. Irawati, dan R. Nurmasari, (2008), Imobilisasi Asam Humat pada Kitosan Menggunakan Metode Reaksi PengikatanSilang Terproteksi dan Aplikasinya sebagai Adsorben Pb(II), Cd(II), dan Cr(III). Indo. J. Chem., 2008, 8 (2), 177 – 183.

B - 251

IMMOBILISASI CHELATING AGENT FATTY HYDROXAMIC ACIDS KE DALAM BENTONITE

Recommend Documents