PEMBUATAN SUPERABSORBEN MELALUI KOPOLIMERISASI ONGGOK DIKARBOKSILAT DENGAN ASAM AKRILAT PEBRY HIDAYAT

PEMBUATAN SUPERABSORBEN MELALUI KOPOLIMERISASI ONGGOK DIKARBOKSILAT DENGAN ASAM AKRILAT

PEBRY HIDAYAT

DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pembuatan Superabsorben melalui Kopolimerisasi Onggok Dikarboksilat dengan Asam Akrilat adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks yang dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Desember 2013 Pebry Hidayat NIM G44090096

ABSTRAK PEBRY HIDAYAT. Pembuatan Superabsorben melalui Kopolimerisasi Onggok Dikarboksilat dengan Asam Akrilat. Dibimbing oleh ZAINAL ALIM MAS’UD dan M ANWAR NUR. Onggok adalah hasil samping dari industri tapioka yang berbentuk padat dan biasanya berukuran satu kepal. Tujuan penelitian ini adalah membuat polimer superabsorben (SAP) dari onggok dikarboksilat dengan metode kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang. Oksidasi onggok dilakukan dalam 2 tahap, yaitu oksidasi dengan NaIO4 dan dilanjutkan dengan 3 variasi perlakuan H2O2. Hasil oksidasi dikopolimerisasi dengan monomer asam akrilat, inisiator amoniumperoksidisulfat, dan penaut-silang N,N’-metilena-bis-akrilamida pada suhu 75 °C selama 3 jam. Oksidasi dengan H2O2 30% menghasilkan kadar karboksil yang tinggi, tetapi kapasitas penyerapan produk kopolimernya lebih rendah daripada perlakuan dengan H2O2 3% yang kadar karboksilnya lebih rendah. Netralisasi SAP dengan kapasitas penyerapan tertinggi meningkatkan kapasitas penyerapan 55% dibandingkan dengan sebelum netralisasi. Kapasitas penyerapan tertinggi dalam larutan garam sebesar 95.91 g/g dihasilkan dalam NaCl 0.01 M, sedangkan dalam larutan dengan berbagai macam pH, diperoleh pada pH 7. Struktur SAP ditegaskan dengan metode spektrofotometri inframerah transformasi Fourier. Kata kunci: asam akrilat, hidrogen peroksida, oksidasi, onggok, superabsorben

ABSTRACT PEBRY HIDAYAT. Synthesis of Superabsorbent through Copolymerization of Onggok Dicarboxylic with Acrylic Acid. Supervised by ZAINAL ALIM MAS’UD and M ANWAR NUR. Onggok is a by-product from tapioca industry which has solid shape and usually one-fist sized. The main objective of this study was to synthesize superabsorbent polymer (SAP) from onggok dicarboxylic by grafting-crosslinking copolymerization. Onggok oxidation was done in 2 stages, first with NaIO4 and then with 3 variation treatments of H2O2. The oxidation product was copolymerized with acrylic acid monomer by using ammonium peroxydisulfate as initiator and N,N'-methylene-bis-acrylamide as crosslinker at 75 °C for 3 hours. Oxidation with 30% H2O2 produced high carboxyl content, but the absorption capacity of the copolymer product was lower than oxidation with 3% H2O2 producing lower carboxyl content. Neutralization of product with the highest absorption capacity increased the absorption capacity as much as 55%. The maximum absorption capacity in salt solutions was 95.91 g/g observed in 0.01 M NaCl, while in solutions with various pH, it was achieved at pH 7. The structure of SAP was confirmed by Fourier transform infrared spectrophotometry method. Key words: acrylic acid, onggok, hydrogen peroxide, oxidation, superabsorbent

PEMBUATAN SUPERABSORBEN MELALUI KOPOLIMERISASI ONGGOK DIKARBOKSILAT DENGAN ASAM AKRILAT

PEBRY HIDAYAT

Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia

DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013

Judul Skripsi: Nama NIM

: :

Pembuatan Superabsorben melalui Kopolimerisasi Onggok Dikarboksilat dengan Asam Akrilat Pebry Hidayat G44090096

Disetujui oleh

Dr Zainal Alim Mas’ud, DEA Pembimbing I

Prof (em) Dr Ir H M Anwar Nur, MSc Pembimbing II

Diketahui oleh

Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

Judul Skripsi: Nama NIM

Pembuatan Superabsorben melalui Kopolimerisasi Onggok Dikarboksilat dengan Asam Akrilat Pebry Hidayat G44090096

Disetujui oleh

Dr Zainal Alim Mas'ud, DEA Pembimbing I

Prof (em) Dr Ir H M Anwar Nur, MSc Pembimbing II

Diketahui oleh

Tanggal Lulus:

3 1 DEC 2013

PRAKATA Segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah dengan judul Pembuatan Superabsorben melalui Kopolimerisasi Onggok Dikarboksilat dengan Asam Akrilat. Penelitian dilakukan sejak bulan April hingga Oktober 2013 bertempat di Laboratorium Terpadu, Institut Pertanian Bogor. Terima kasih penulis ucapkan kepada pihak yang turut membantu dan memudahkan penulis dalam melaksanakan penelitian serta dalam penyelesaian karya ilmiah ini terutama kepada Bapak Zainal Alim Mas’ud dan Bapak M. Anwar Nur selaku pembimbing atas bimbingan, pengarahan, dan ilmu yang diberikan. Terima kasih juga kepada semua dosen pengajar, staf laboratorium terpadu (Kak Baim, Kak Indah, Kak Yono, Mbak Ani, dan Kak Uud), dan rekanrekan di laboratorium terpadu (Kak Dail, Noni, Tati, Denar, Mia, Rahma, dan Kris) atas bantuan dan dukungannya. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada kedua orang tua, adik, dan seluruh keluarga serta Naadhilah Ramadhan atas do’a dan motivasinya, serta teman-teman dari Kimia 46 IPB terutama Tari, Shinta, Agy, Ilham, dan Fahmi untuk kebersamaan, semangat dan dukungan yang diberikan selama melaksanakan penelitian ini. Semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat.

Bogor, Desember 2013 Pebry Hidayat

DAFTAR ISI

DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN PENDAHULUAN METODE Alat dan Bahan Lingkup Kerja HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Oksidasi Onggok SAP Onggok Dikarboksilat-g-Asam Akrilat Hasil Analisis Gugus Fungsi SAP Kapasitas Penyerapan SAP dalam Larutan Garam Kapasitas Penyerapan SAP dalam Berbagai Larutan pH SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN RIWAYAT HIDUP

vii vii 1 2 2 2 4 4 5 6 7 7 8 8 9 9 11 21

DAFTAR GAMBAR 1 Mekanisme pembengkakan polimer superabsorben 2 Spektrum FTIR onggok setelah dioksidasi dengan perlakuan 1, 2, dan 3 3 Spektrum FTIR SAP onggok setelah dioksidasi dengan perlakuan 1, 2, dan 3 4 Kapasitas penyerapan SAP onggok setelah dioksidasi dengan perlakuan 1, 2, dan 3 serta sebelum dioksidasi, dalam berbagai konsentrasi larutan NaCl 5 Kapasitas penyerapan SAP onggok setelah dioksidasi dengan perlakuan 1, 2, dan 3 serta sebelum dioksidasi dalam larutan dengan berbagai pH

2 5 6

7 8

DAFTAR LAMPIRAN 1 2 3 4 5 6

Diagram alir penelitian Kadar karboksil sampel Persentase massa hasil oksidasi dengan H2O2 Kapasitas serap SAP dalam air Kapasitas serap SAP dalam larutan NaCl Kapasitas serap SAP dalam berbagai larutan pH

11 12 13 14 14 18

PENDAHULUAN Istilah polimer superabsorben (superabsorbent polymer, SAP) mencakup sejumlah jenis polimer yang mampu menyerap air hingga 100 kali dari bobot keringnya dan mampu mempertahankannya di bawah tekanan yang cukup kuat. Polimer superabsorben bertautan-silang secara bebas dengan gugus hidrofiliknya membentuk jejaring 3 dimensi sehingga dapat menyimpan cairan di dalamnya dan tidak mudah melepas cairan tersebut (Kiatkamjornwong 2007). Potensi SAP cukup besar untuk diaplikasikan di berbagai bidang seperti pertanian, produkproduk kesehatan, kebersihan, atau penyimpanan makanan. Namun superabsorben yang digunakan saat ini umumnya merupakan polimer sintetik yang sulit diurai sehingga tetap menjadi masalah lingkungan di kemudian hari. Untuk itu, dikembangkan SAP yang ramah lingkungan dan mudah diuraikan, berbahan dasar polimer alam seperti kitosan, selulosa, atau pati (Qureshi et al. 2011). Onggok merupakan hasil samping dari pengolahan singkong menjadi tepung tapioka yang berbentuk padat, kering, keras, dan biasanya berukuran satu kepal. Nilai jual onggok jauh lebih rendah jika dibandingkan dengan tepung tapioka yang merupakan produk utamanya. Namun, onggok masih mengandung karbohidrat polisakarida yang cukup tinggi dan dapat dimodifikasi untuk menaikkan nilai jualnya. Salah satu bentuk modifikasi untuk meningkatkan sifatsifat fisik dan nilai ekonomi onggok adalah pembuatan SAP berbahan dasar onggok. Beberapa penelitian telah dilakukan untuk membuat SAP tersebut, di antaranya sulfonasi onggok (Ramadhani 2009), kopolimerisasi pencangkokan onggok dengan asam akrilat (Kurniadi 2010), serta kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang onggok dengan akrilamida (Amroni 2011) dan dengan asam akrilat (Bramada 2013). Akan tetapi, pembuatan SAP berbahan dasar karbohidrat teroksidasi dari onggok belum banyak dilakukan. Pembuatan SAP dari polimer alam dapat dilakukan dengan metode kopolimerisasi pencangkokan monomer seperti asam akrilat atau akrilamida ke dalam polimer. Proses kopolimerisasi tersebut memerlukan bahan inisiator dan penaut-silang. Bahan inisiator yang biasanya digunakan ialah garam persulfat (K+, Na+, NH4+) atau hidrogen peroksida, sedangkan bahan penaut-silangnya ialah N,N’-metilena-bisakrilamida (MBA) atau 1,1,1-trimetilpropana triakrilat (Kiatkamjornwong 2007). Besar kecilnya daya serap SAP dipengaruhi oleh gugus hidrofilik terutama gugus karboksilat yang terdapat dalam polimer. Hal tersebut karena gugus karboksilat yang ternetralkan dapat meningkatkan tekanan osmosis di dalam polimer akibat banyaknya ion Na+ yang menggantikan H+ dalam – COOH sehingga polimer tersebut dapat menyerap air lebih banyak (Gambar 1). Untuk itu, pada penelitian ini onggok dimodifikasi dengan cara oksidasi untuk mengubah gugus OH pada pati di posisi C2 dan C3 menjadi asam karboksilat dan kemudian dilakukan kopolimerisasi menggunakan monomer asam akrilat ternetralisasi, inisiator ammonium persulfat (APS), dan bahan penaut-silang, MBA. Penelitian ini bertujuan membuat SAP dari onggok dikarboksilat melalui metode kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang dengan monomer asam akrilat, dan memperoleh data karakteristik produk yang meliputi daya serap dalam air, larutan garam, dan larutan dengan berbagai macam pH.

Gambar 1 Mekanisme pembengkakan polimer superabsorben

METODE Alat dan Bahan Alat-alat yang digunakan adalah labu leher 3, termometer, corong penambah cairan, mantel pemanas, pengaduk magnet, neraca analitik, alat-alat kaca, dan spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR). Bahan-bahan yang digunakan antara lain onggok yang didapatkan dari industri pengolahan tepung tapioka di Bogor; asam akrilat, amonium persulfat (APS), dan natrium periodat (Merck®); N,N-metilena-bis-akrilamida (MBA) (Sigma-Aldrich®); metanol, etanol, dan aseton (Smart Lab Indonesia®); gas N2, hidrogen peroksida, dan indikator pH universal.

Lingkup Kerja Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahap (Lampiran 1). Tahap pertama ialah oksidasi onggok berturut-turut dengan natrium periodat dan hidrogen peroksida. Tahap selanjutnya ialah kopolimerisasi pencangkokan dan penautansilang dan tahap terakhir ialah pencirian produk karakterisasi kopolimer. Preparasi Onggok Onggok singkong dicuci dengan air, kemudian didekantasi hingga endapannya terpisah dan disaring dengan kain kasa. Endapan hasil penyaringan lalu dicuci dan disaring kembali hingga terlihat bersih. Setelah itu, onggok dikeringkan di bawah cahaya matahari, dihaluskan, dan disaring dengan saringan 100 mesh. Oksidasi Onggok (Modifikasi Margutti et al. 2002) Onggok ditimbang dengan nisbah 1:100 (b/v) terhadap larutan NaIO4 0.05 M dan dimasukkan ke dalam wadah tertutup, kemudian larutan NaIO4 ditambahkan. Wadah dilengkapi dengan pengaduk magnet dan campuran diaduk selama 1 jam. Setelah itu, onggok disaring, dicuci dengan akuades, dan dikeringkan dalam oven 60 °C. Hasil oksidasi kemudian dioksidasi lebih lanjut

3 dengan hidrogen peroksida. Sebanyak 10 g sampel disuspensikan dalam 80 mL akuades dan diaduk. Larutan CuSO4 dan hidrogen peroksida (konsentrasi 30% atau 3%) kemudian ditambahkan, lalu sampel dioksidasi selama 2 jam dan pH 9 dengan penambahan NaOH. Setelah proses oksidasi, pH diturunkan menjadi 5 dengan ditambahkan H2SO4. Onggok teroksidasi disaring dan dicuci dengan akuades, kemudian dikeringkan dan disimpan untuk dianalisis menggunakan spektrofotometer FTIR dan diuji gugus karboksilnya. Kopolimerisasi Pencangkokan dan Penautan-Silang (Modifikasi Mas’ud et al. 2013) Akuades sebanyak 75 mL ditambahkan ke dalam 7.5 g onggok di dalam labu leher 3, lalu diaduk dan dipanaskan hingga 90 °C. Pada suhu tersebut dialirkan gas nitrogen selama 30 menit, lalu suhu diturunkan hingga 35 °C. Kemudian dimasukkan asam akrilat ternetralisasi sebanyak 22.5 mL dan diaduk 5 menit. Selanjutnya MBA ditambahkan sebanyak 0.03 g dalam 4 mL akuades dan diaduk 5 menit. Setelah itu, dimasukkan APS sebanyak 0.3 g dalam 4 mL akuades dan diaduk 5 menit. Campuran lalu diaduk dan dipanaskan dengan suhu 75 °C selama 3 jam. Setelah 3 jam, campuran dikeluarkan dan direndam dalam metanol semalaman. Selanjutnya campuran direfluks dengan 200 mL aseton dengan suhu 70 °C selama 1 jam dan dikeringkan dalam oven. Uji Gugus Karboksil Sampel onggok teroksidasi disuspensikan dengan HCl 0.1 M (suspensi 20% b/v). Suspensi diaduk selama 30 menit, disaring, kemudian residu dicuci dengan akuades sampai bebas dari ion klorida yang diperiksa dengan uji perak nitrat. Sampel lalu dipindahkan ke erlenmeyer dan didispersikan dengan 300 mL akuades, kemudian campuran dididihkan dan diaduk terus-menerus selama 20 menit. Sampel panas segera dititrasi dengan NaOH 0.1 M dengan indikator fenolftalein. Sampel onggok sebelum oksidasi juga dianalisis dengan cara sama sebagai blangko. Jumlah gugus karboksil ditentukan dengan persamaan berikut: ar oksil

(titrat sampel lan ko) mL

molaritas Na sampel

.

Uji Daya Serap dalam Air (Mas’ud et al. 2013) Sebanyak 0.1 g sampel kopolimer dimasukkan ke dalam wadah plastik dan ditambahkan 200 mL akuades, lalu didiamkan selama 24 jam. Setelah itu, disaring dan ditimbang bobotnya. Kapasitas penyerapan air (Qeq) dari superabsorben ditentukan dengan menggunakan persamaan

Qeq = Keterangan: m1 = bobot superabsorben kering m2 = bobot superabsorben yang telah mengembang

Uji Daya Serap dalam Larutan Garam (Mas’ud et al. 2013) Sebanyak 0.1 g sampel kopolimer dimasukkan ke dalam wadah plastik dan ditambahkan 200 mL larutan garam NaCl dengan konsentrasi 0.01 hingga 1 M. Setelah didiamkan selama 24 jam, sampel disaring dan ditimbang bobotnya, lalu dihitung kapasitas penyerapannya. Uji Daya Serap dalam Larutan Berbagai pH (Mas’ud et al. 2013) Sebanyak 0.1 g sampel kopolimer dimasukkan ke dalam wadah plastik dan ditambahkan 200 mL larutan dengan rentang pH 2 hingga 13. Setelah didiamkan selama 24 jam, sampel disaring dan ditimbang bobotnya, lalu dihitung kapasitas penyerapannya.

HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Oksidasi Onggok Onggok yang digunakan dicuci terlebih dahulu untuk menghilangkan pengotor, lalu dihaluskan dan disaring dengan saringan 100 mesh untuk meningkatkan luas permukaan. Onggok kemudian dioksidasi menggunakan oksidator natrium periodat (NaIO4). Natrium periodat merupakan oksidator spesifik yang memutus ikatan C2-C3 dalam pati atau selulosa membentuk gugus dialdehida tanpa hasil samping yang signifikan (Margutti et al. 2002). Hasil oksidasi dengan NaIO4 kemudian dioksidasi lebih lanjut dengan oksidator hidrogen peroksida (H2O2). Oksidasi dengan H2O2 dilakukan dengan 3 variasi perlakuan konsentrasi, volume, dan suhu oksidasi. Oksidasi ini diharapkan dapat mengoksidasi gugus dialdehida yang terbentuk sebelumnya menjadi gugus asam dikarboksilat. Hasil uji kadar karboksil (Tabel) menunjukkan bahwa dari ketiga perlakuan, oksidasi dengan perlakuan 2 (3 mL H2O2 30%, 50 °C) menghasilkan kadar karboksil tertinggi, yaitu 1.54%. Oksidasi dengan perlakuan 1 (7.5 mL H2O2 30%, 50 °C) menghasilkan kadar karboksil yang lebih rendah karena mungkin terjadi oksidasi lanjut menjadi CO2 di dalam onggok. Hal ini ditandai dengan terbentuknya gelembung pada saat proses oksidasi berlangsung. Selain itu, perbedaan kadar karboksil dari tiap perlakuan oksidasi dengan H2O2 ini juga dipengaruhi oleh beberapa faktor lain, yaitu suhu dan cahaya ultraviolet (Koswara 2009). Perhitungan kadar karboksil sampel diberikan di Lampiran 2.

Perlakuan 1 2 3

Tabel Kadar karboksil onggok teroksidasi [H2O2] (%) V H2O2 (mL) Suhu (°C) 30 7.5 50 30 3 50 3 1 28

ar oksil % 1.2235 1.5409 1.1872

5 Analisis gugus fungsi dilakukan untuk membuktikan keberadaan serapan C=O dari gugus asam karboksilat dalam struktur onggok teroksidasi. Gambar 2 menunjukkan bahwa spektrum FTIR dari 3 perlakuan oksidasi memiliki pita serapan yang sama pada bilangan gelombang 1724 cm-1 yang menunjukkan vibrasi ulur C=O. Pita ini dapat menandakan terbentuknya gugus asam karboksilat dalam onggok hasil oksidasi. Selain itu, ketiga spektrum memperlihatkan bahwa pita serapan gugus OH dalam onggok semakin menurun dengan bertambahnya jumlah H2O2 yang digunakan dalam oksidasi. Hal ini menandakan telah rusaknya rantai pati dan selulosa dalam onggok setelah dioksidasi, yang juga ditunjukkan dengan bobot hasil oksidasi yang rendah (Lampiran 3).

Gambar 2 Spektrum FTIR onggok setelah dioksidasi dengan perlakuan 1 (–),2 (– ), dan 3 (–)

SAP Onggok Dikarboksilat-g-Asam Akrilat SAP pada penelitian ini dibuat melalui metode kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang. Kopolimerisasi pencangkokan adalah salah satu metode yang efektif untuk menggabungkan gugus fungsi yang diinginkan ke dalam suatu bahan seperti polimer alam dan sintetik (Liu et al. 2006). Metode ini terdiri atas 3 tahap reaksi, yaitu inisiasi, propagasi, dan terminasi. Asam akrilat yang memiliki ikatan rangkap mengalami reaksi adisi oleh APS membentuk senyawa radikal pada tahap inisiasi, lalu membentuk kopolimer dengan onggok dikarboksilat. Kemudian dengan adanya MBA terbentuk jejaring 3 dimensi yang memperkuat struktur polimer dan berpengaruh pada kapasitas penyerapan air. Superabsorben yang dibuat dari ketiga perlakuan oksidasi memiliki kapasitas penyerapan air yang berbeda-beda. Gugus hidrofilik terutama gugus karboksilat dalam SAP sangat berperan dalam penyerapan air karena gugus

6 karboksilat jika dinetralkan dapat meningkatkan tekanan osmosis dalam polimer akibat banyaknya ion Na+ yang menggantikan ion H+ dalam COOH sehingga polimer tersebut dapat menyerap air lebih banyak dan membengkakkan SAP. Namun, jejaring 3 dimensi dalam SAP akan membatasi pembengkakan sehingga air yang terserap dapat tetap tertahan di dalam SAP (Widiyanto 2011). Berdasarkan hasil penelitian (Lampiran 4), kapasitas penyerapan air SAP onggok dikarboksilat-g-asam akrilat tertinggi sebesar 329.99 g/g diperoleh melalui perlakuan oksidasi 3 yang memiliki kadar karboksil lebih rendah daripada perlakuan 2. Hal tersebut dikarenakan setelah dioksidasi menggunakan H2O2, polimer alam pada onggok seperti pati dan selulosa mengalami kerusakan akibat banyaknya H2O2 yang digunakan. Netralisasi dengan NaOH dilakukan untuk meningkatkan kapasitas serap SAP menjadi 509.79 g/g, tetapi nilai tersebut masih lebih kecil dibandingkan dengan SAP onggok-g-asam akrilat (Bramada 2013). Untuk itu, perlu dilakukan optimasi APS dan MBA untuk menentukan kapasitas penyerapan terbaik yang dapat dihasilkan oleh SAP dari onggok dikarboksilat.

Hasil Analisis Gugus Fungsi SAP Spektrum FTIR ketiga SAP memperlihatkan gugus fungsi dalam struktur SAP dengan pita-pita serapan yang relatif mirip (Gambar 3). Pita serapan pada bilangan gelombang 1265, 1447, dan 3358 cm-1 berturut-turut menunjukkan vibrasi ulur C–O, C–H, dan O–H yang berikatan hidrogen dalam SAP. Adanya pita ulur O–H yang lebar di 2936 cm-1 dan C=O di 1709 cm-1 menunjukkan keberadaan gugus asam karboksilat dalam struktur SAP (Pavia et al. 2001). Hasil ini dapat menunjukkan adanya monomer asam akrilat yang berhasil tercangkok.

Gambar 3 Spektrum FTIR SAP onggok setelah dioksidasi dengan perlakuan 1 (–), 2 (–), dan 3 (–)

7 Kapasitas Penyerapan SAP dalam Larutan Garam Kapasitas penyerapan SAP dapat dipengaruhi secara signifikan oleh berbagai faktor, salah satunya adalah konsentrasi larutan garam. Pada prinsipnya larutan garam dapat menurunkan kapasitas penyerapan SAP karena ion dalam larutan garam akan menimbulkan interaksi elektrostatik yang menyebabkan perbedaan tekanan osmotik dan konsentrasi ion antara ion bebas di dalam gel dan di larutan luar. Konsentrasi ion yang lebih tinggi dan tekanan osmotik yang lebih rendah di luar gel akan membuat ion bergerak dari dalam gel ke larutan luar sehingga menurunkan kapasitas penyerapan SAP (Sadeghi dan Koutchakzadeh 2007). Semakin besar konsentrasi larutan garam, kapasitas penyerapan SAP akan semakin menurunkan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa SAP dengan perlakuan 1 memiliki kapasitas penyerapan yang relatif lebih tinggi dibandingkan dengan kedua perlakuan lain dengan kapasitas penyerapan maksimum sebesar 95.91 g/g pada larutan NaCl 0.01 M dan minimum sebesar 22.53 g/g pada larutan NaCl 1 M (Lampiran 5). Namun, jika dibandingkan dengan SAP onggok-g-asam akrilat (Bramada 2013), nilai ini masih lebih rendah (Gambar 4). Hal ini menunjukkan bahwa ketahanan SAP onggok dalam larutan garam berkurang setelah mengalami oksidasi.

Kapasitas penyerapan (g/g)

120 100 Perlakuan 1 Perlakuan 2 Perlakuan 3 Onggok-g-AA (Bramada 2013)

80 60 40 20 0 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

[NaCl] (M) Gambar 4 Kapasitas penyerapan SAP onggok setelah dioksidasi dengan perlakuan 1, 2, dan 3 serta sebelum dioksidasi, dalam berbagai konsentrasi larutan NaCl

Kapasitas Penyerapan SAP dalam Berbagai Larutan pH Selain oleh larutan garam, kapasitas penyerapan SAP juga sangat dipengaruhi oleh pH larutan. Kapasitas penyerapan SAP diuji dalam larutan dengan kisaran pH 2 hingga 13 (Lampiran 6). Pada SAP onggok dikarboksilat-g-

asam akrilat dengan perlakuan 1, 2, dan 3, kapasitas penyerapan tertinggi didapatkan dalam larutan pH 7, sedangkan pada SAP onggok-g-asam akrilat (Bramada 2013) kapasitas penyerapan tertinggi didapatkan dalam larutan pH 8 (Gambar 5). Nilai tersebut menunjukkan bahwa deprotonasi gugus –COOH maksimum terjadi pada pH 7 untuk SAP onggok dikarboksilat-g-asam akrilat dan pH 8 untuk SAP onggok-g-asam akrilat. Deprotonasi gugus –COOH menjadi – COO– meningkatkan gaya tolak anion sehingga kapasitas penyerapan meningkat secara maksimum (Kuruwita 2008). Pada pH 2 hingga 7, kapasitas penyerapan meningkat karena semakin banyaknya perubahan gugus –COOH menjadi –COO–, sedangkan pada pH 7 hingga 13 kapasitas penyerapan menurun karena terbentuk garam –COO–Na+ dalam larutan basa yang menurunkan gaya tolak anion (Pourjavadi et al. 2010). Perlakuan 1 Perlakuan 2 Perlakuan 3 Onggok-g-AA (Bramada 2013)

Kapasitas penyerapan (g/g)

700,00 600,00 500,00 400,00 300,00 200,00 100,00 0,00 0

2

4

6

8

10

12

14

pH Gambar 5 Kapasitas penyerapan SAP onggok setelah dioksidasi dengan perlakuan 1, 2, dan 3 serta sebelum dioksidasi dalam larutan dengan berbagai pH

SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Oksidasi onggok menjadi onggok dikarboksilat menghasilkan kadar karboksil tertinggi dengan 3 mL H2O2 30% pada suhu 50 °C. SAP onggok dikarboksilat telah berhasil dibuat, tetapi memiliki kapasitas penyerapan lebih rendah daripada SAP onggok-g-asam akrilat sebelum dioksidasi. Onggok dikarboksilat hasil oksidasi dengan 1 mL H2O2 3% pada suhu 28 °C menghasilkan

SAP dengan kapasitas penyerapan tertinggi dalam air, sedangkan kapasitas penyerapan tertinggi dalam larutan garam dihasilkan oleh SAP dari onggok dikarboksilat hasil oksidasi dengan 7.5 mL H2O2 30% pada suhu 50 °C. Hasil ini menunjukkan bahwa penggunaan semakin banyak H2O2 dapat meningkatkan ketahanan SAP dalam larutan garam. Semua SAP yang dibuat memiliki kapasitas penyerapan maksimum dalam larutan pH 7 yang menunjukkan bahwa deprotonasi maksimum gugus asam karboksilat terjadi pada pH 7. Netralisasi gugus tersebut dapat meningkatkan kapasitas penyerapan SAP.

Saran Perlu dilakukan optimasi penambahan APS dan MBA untuk menentukan kapasitas penyerapan terbaik yang dapat dihasilkan oleh SAP dari onggok dikarboksilat. Netralisasi hasil oksidasi dapat dilakukan untuk meningkatkan kapasitas penyerapan produk kopolimerisasi. Faktor yang dapat memengaruhi hasil oksidasi seperti sinar ultraviolet perlu diperhatikan untuk meminimumkan perbedaan kadar karboksil yang dihasilkan dari onggok hasil oksidasi.

DAFTAR PUSTAKA Amroni M. 2011. Sintesis superabsorben melalui kopolimerisasi pencangkokan dan penautan silang onggok dengan akrilamida [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Bramada E. 2013. Sintesis dan pencirian superabsorben onggok-g-asam akrilat [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Kiatkamjornwong S. 2007. Superabsorbent polymers and superabsorbent polymer composites. ScienceAsia 33(Suppl 1):39-43. Koswara S. 2009. Teknologi Modifikasi Pati. Semarang (ID): Unimus. Kurniadi T. 2010. Kopolimerisasi grafting monomer asam akrilat pada onggok singkong dan karakteristiknya [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Kuruwita T. 2008. Smart polymer materials [disertasi]. Ohio (US): Bowling Green State University. Liu Y, Zhang R, Zhang J, Zhou W, Li S. 2006. Graft copolymerization of sodium acrylate onto chitosan via redox polymerization. Iranian Polym J. 15(12): 935-942. Margutti S, Vicini S, Proietti N, Capitani D, Conio G, Pedemonte E, Segre LA. 2002. Physical-chemical characterization of acrylic polymers grafted on cellulose. Polymer. 43:6183-6194. Pavia DL, Lampman GM, Kriz GS. 2001. Introduction to Spectroscopy. Ed ke-3. Washington (US): Thomson Learning. Pourjavadi A, Soleyman R, Bardajee SF. 2010. γ-Irradiation synthesis of a smart hydrogel: optimization using Taguchi method and investigation of its swelling behavior. Chem Eng. 17:15-23.

10 Qureshi K, Bhatti I, Rajput MH. 2011. Preparation of superabsorbent hydrogel from pulverized wheat straw by chemical method. Di dalam: International Conference on Chemical, Ecology and Environmental Sciences (ICCEES'2011); 2011 Des 17-18; Pattaya, Thailand. hlm 394-396. Ramadhani P. 2009. Sulfonasi onggok sebagai superabsorben [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Sadeghi M, Koutchakzadeh G. 2007. Swelling kinetics study of hydrolyzed carboxymethylcellulose-poly (sodium acrylate-co-acrylamide) superabsorbent hydrogel with salt-sensitivity properties. J Sci I A U. 17(64):19-26. Widiyanto. 2011. Superabsorben hasil pencangkokan dan penautan-silang fraksi nonpati onggok dengan akrilamida [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Lampiran 1 Diagram alir penelitian

Onggok Oksidasi dengan NaIO4 Onggok dialdehida Oksidasi dengan H2O2, uji kadar karboksil, uji FTIR Onggok dikarboksilat Kopolimerisasi, presipitasi, refluks SAP

Pencirian:  FTIR  Uji kapasitas serap air  Uji kapasitas serap air dalam larutan garam  Uji kapasitas serap air dalam larutan pH berbeda

12 Lampiran 2 Kadar karboksil sampel No.

Ulangan

Blangko 1

1 2 1 2 3 1 2 3

2

3

Massa sampel (g) 0.5006 0.5087 0.5033 0.5010 0.5163 0.5003 0.5005 0.5057 0.5023

V NaOH terpakai (mL) 0 1.6 1.1 1.7 1.9 1.5 1.4 1.1 1.4

Keterangan: 1. [H2O2] = 30%, V H2O2 = 7.5 mL, Suhu = 50 °C 2. [H2O2] = 30%, V H2O2 = 3 mL, Suhu = 50 °C 3. [H2O2] = 3%, V H2O2 = 1 mL, Suhu = 28 °C Contoh perhitungan: ar oksil = =

(

(

)

)

= 0.5498%

kar oksil (%) 1.4437 1.0032 1.5575 1.6891 1.3762 1.2839 0.9984 1.2793

13 Lampiran 3 Persentase massa hasil oksidasi dengan H2O2

No. 1

2

3

Massa onggok Ulangan awal (g) 1 2 3 1 2 3 1 2 3

10.0461 10.0516 10.0087 10.0580 10.0612 10.0182 10.0194 10.0740 10.0044

Massa onggok setelah oksidasi (g) 1.3140 1.2645 1.4493 1.5419 1.5202 1.6209 1.9287 1.7287 1.9078

Persentase massa hasil (%) 13.08 12.58 14.48 15.33 15.11 16.18 19.25 17.16 19.07

Keterangan: 1. [H2O2] = 30%, V H2O2 = 7.5 mL, Suhu = 50 °C 2. [H2O2] = 30%, V H2O2 = 3 mL, Suhu = 50 °C 3. [H2O2] = 3%, V H2O2 = 1 mL, Suhu = 28 °C Contoh perhitungan : Persentase massa hasil = =

Massa on ok setelah oksidasi Massa on ok a al

.

=13.08%

Rerata

13.38

15.54

18.49

14 Lampiran 4 Kapasitas penyerapan SAP dalam air Sampel

Ulangan

Bobot awal (g)

1

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2

0.1075 0.1054 0.1006 0.1018 0.1044 0.1016 0.1180 0.1007 0.1009 0.1039 0.1028

2

3

3 (ternetralisasi) Contoh perhitungan:

Kapasitas penyerapan = = = 207.16 g/g

Bobot akhir (g) 22.3771 22.5713 22.0343 24.1071 23.2989 24.9243 35.9474 35.1462 34.2362 41.2005 58.8921

Kapasitas penyerapan (g/g) 207.16 213.15 218.03 235.81 222.17 244.32 303.64 348.02 338.31 447.71 571.88

Rerata

212.78

234.10

329.99 509.79

15 Lampiran 5 Kapasitas penyerapan SAP dalam larutan NaCl Sampel 1

[NaCl]

Ulangan

Bobot awal (g)

0.01

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

0.1051 0.1055 0.1045 0.1005 0.1036 0.1013 0.1086 0.1030 0.1042 0.1007 0.1012 0.1006 0.1005 0.1071 0.1012 0.1018 0.1026 0.1011 0.1011 0.1017 0.1034 0.1024 0.1019 0.1063 0.1052 0.1074 0.1021

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.2

0.5

1

Bobot akhir (g) 10.0139 10.4044 10.1187 8.7505 8.9655 8.5335 7.1524 6.9515 6.8928 5.1287 5.2361 5.1085 4.8803 5.2618 4.9507 4.8233 4.6898 4.5404 4.1299 4.1361 4.3480 2.9655 2.8777 3.0848 2.4575 2.5980 2.3524

Kapasitas penyerapan (g/g) 94.28 97.62 95.83 86.07 85.54 83.24 64.86 66.49 65.15 49.93 50.74 49.78 47.56 48.13 47.92 46.38 44.71 43.91 39.85 39.67 41.05 27.96 27.24 28.02 22.36 23.19 22.04

Rerata

95.91

84.95

65.50

50.15

47.87

45.00

40.19

27.74

22.53

16 lanjutan Lampiran 5 Sampel 2

[NaCl]

Ulangan

Bobot awal (g)

Bobot akhir (g)

0.01

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

0.1015 0.1009 0.1043 0.1035 0.1070 0.1059 0.1015 0.1055 0.1060 0.1041 0.1068 0.1049 0.1032 0.1088 0.1076 0.1042 0.1027 0.1092 0.1045 0.1096 0.1069 0.1033 0.1020 0.1039 0.1078 0.1081 0.1047

9.5938 9.6117 9.7750 8.5946 9.0008 8.8543 7.1212 7.3797 7.4242 5.1113 5.2129 5.0866 4.3581 4.5576 4.5805 4.1253 4.0751 4.2184 3.7892 3.9314 3.9147 2.9007 2.8203 2.9902 2.5053 2.4820 2.3495

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.2

0.5

1


Rerata

93.50

82.59

69.05

47.80

41.23

38.30

35.25

27.17

21.88


[NaCl]

Ulangan

Bobot awal (g)

0.01

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

0.1066 0.1066 0.1021 0.1062 0.1054 0.1092 0.1086 0.1062 0.1097 0.1046 0.1039 0.1059 0.1068 0.1049 0.1043 0.1096 0.1087 0.1072 0.1071 0.1063 0.1058 0.1044 0.1085 0.1069 0.1052 0.1075 0.1061

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.2

0.5

1

Contoh perhitungan: Kapasitas penyerapan = = = 81.49 g/g

Bobot akhir (g) 8.7934 8.7156 8.3834 5.9812 5.8423 6.0606 5.7851 5.8240 5.7768 4.9413 4.8449 4.9752 3.6013 3.4575 3.4930 3.3910 3.4110 3.3436 2.9763 2.9923 2.9084 2.5776 2.6159 2.6340 2.1566 2.2855 2.1167


Rerata

81.12

54.75

52.59

45.95

32.39

30.17

26.81

23.48

19.57

18 Lampiran 6 Kapasitas penyerapan SAP dalam berbagai larutan pH Sampel 1

pH

Ulangan

Bobot awal (g)

2

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

0.1016 0.1032 0.1019 0.1026 0.1042 0.1006 0.1047 0.1007 0.1026 0.1035 0.1004 0.1034 0.1014 0.1033 0.1026 0.1022 0.1018 0.1037 0.1043 0.1029 0.1014 0.1036 0.1025 0.1011 0.1023 0.1034 0.1049 0.1068 0.1096 0.1045 0.1044 0.1089 0.1055 0.1067 0.1021 0.1048

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Bobot akhir (g) 1.1633 1.2374 1.2442 12.0894 12.1664 11.9794 16.3479 16.1130 15.5275 17.1479 16.9274 17.5563 18.6120 18.3285 18.5378 20.8212 20.9759 20.9204 15.7702 18.1814 18.2216 16.2144 17.7489 16.8685 12.8161 12.5714 13.6748 9.9623 10.9732 9.9693 7.9448 7.7025 8.4031 3.7879 3.3540 3.8692

Kapasitas penyerapan (g/g) 10.45 10.99 11.21 116.83 115.76 118.08 155.14 159.01 150.34 164.68 167.60 168.79 182.55 176.43 179.68 202.73 205.05 200.74 150.20 175.69 178.70 155.51 172.16 165.85 124.28 120.58 129.36 92.28 99.12 94.40 75.10 69.73 78.65 34.50 31.85 35.92

Rerata

10.88

116.89

154.83

167.02

179.55

202.84

168.20

164.51

124.74

95.27

74.49

34.09


pH

Ulangan

Bobot awal (g)

2

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

0.1008 0.1052 0.1018 0.1010 0.1035 0.1001 0.1021 0.1002 0.1033 0.1001 0.1002 0.1007 0.1013 0.1026 0.1011 0.1034 0.1022 0.1019 0.1015 0.1021 0.1029 0.1039 0.1031 0.1049 0.1068 0.1038 0.1033 0.1016 0.1008 0.1003 0.1043 0.1040 0.1051 0.1039 0.1044 0.1025

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Bobot akhir (g) 1.1461 1.1698 1.0699 11.5595 11.9522 11.2312 16.1951 16.4789 16.4753 17.8108 17.3286 18.1502 17.4317 19.3196 18.8642 20.1713 24.8745 24.2818 17.7067 21.1735 22.2686 20.4018 19.2653 20.1744 16.3756 15.9894 15.6520 11.9888 11.3884 12.0962 9.8783 10.2232 9.6419 4.2360 3.9108 4.0990


Rerata

10.00

113.04

159.86

176.04

181.32

224.59

198.41

190.85

151.96

116.19

93.92

38.41


pH

Ulangan

Bobot awal (g)

2

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

0.1007 0.1094 0.1004 0.1007 0.1000 0.1052 0.1009 0.1077 0.1007 0.1010 0.1020 0.1014 0.1022 0.1024 0.1006 0.1013 0.1021 0.1048 0.1049 0.1043 0.1035 0.1051 0.1039 0.1042 0.1068 0.1060 0.1046 0.1096 0.1073 0.1061 0.1019 0.1011 0.1032 0.1077 0.1063 0.1069

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Bobot akhir (g) 1.0372 1.0754 1.0150 13.4404 13.0580 14.3598 17.6777 19.0209 17.9357 21.5160 20.5612 22.5848 21.6296 21.9566 22.1491 25.0140 24.5704 27.0342 23.6623 23.6605 23.2430 22.4788 22.2606 22.5530 19.4066 19.4701 19.1376 13.3065 12.8910 13.3431 10.0596 9.7380 10.0568 4.4911 4.2616 4.6619


Rerata

9.08

132.52

175.64

211.45

214.41

247.51

224.66

213.86

181.78

121.44

96.50

40.80

21 Contoh perhitungan : Kapasitas penyerapan = = = 9.30 g/g

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 25 Februari 1992 dari ayah Masdianto dan ibu Desniati. Penulis adalah putra pertama dari dua bersaudara. Tahun 2009 penulis lulus dari SMA Negeri 63 Jakarta dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN) dan diterima di Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum Kimia Organik Layanan pada tahun ajaran 2011/2012 dan asisten Kimia Organik Berbasis Kompetensi pada tahun ajaran 2012/2013. Bulan Juli-Agustus 2012 penulis melaksanakan Praktik Lapangan di Balai Penelitian Peternakan (Balitnak) dengan judul Pembuatan Senyawa Nanokarotenoid dari Ekstrak Daun Kaliandra (Calliandra Calothyrsus) dan Pengujian Degradasi secara In Vitro.

PEMBUATAN SUPERABSORBEN MELALUI KOPOLIMERISASI ONGGOK DIKARBOKSILAT DENGAN ASAM AKRILAT PEBRY HIDAYAT

Recommend Documents