Fahmiati/J.Prog.Kim.Si. 2011, 1 (2): 101-109
Sintesis dan Karakterisasi Adsorben Lempung Terimpregnasi Oleh 3-merkapto-1,2,4-triazol (trzsh) Fahmiati1) 1) Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Haluoleo
Abstrack Impregnation of clay is one of method to increase the adsorption capacity. Synthesis and characterization of clay impregnated 3-mercapto-1,2,4-triazole (TRZSH) has been carried out. Functional groups of clay was characterized by infrared spectrophotometry while BET test was performed to determine its specific surface area and porosity. Results showed that clay impregnated TRZSH comprises silanol (Si-OH), siloksan (Si-O-Si), C-N, C=N, and SH. Spesific surface area of clay impregnated TRZSH of 184.04 m2/g. Such it has porosity volume and radius of porosity of 123.902 x 10-3 cm/g and 134.672 A, respectively. Keywords : impregnated, clay, 3-mercapto-1,2,4-triazole. Received : 13 October 2011 Accepted :15 November 2011 Abstrak Impregnasi lempung merupakan salah satu metode yang digunakan untuk meningkatkan kapasitas adsorpsi. Telah dilakukan penelitian mengenai sintesis dan karakterisasi adsorben lempung terimpregnasi oleh 3-Merkapto 1,2,4-Triazol (TRZSH). Untuk mengetahui gugus fungsional lempung dilakukan karakterisasi dengan metode inframerah sedangkan untuk mengetahui luas permukaan spesifik dan porositas dilakukan uji BET. Hasil penelitian menunjukkan bahwa lempung yang terimpregnasi TRZSH mengandung gugus silanol (Si-OH), siloksan (Si-O-Si), C-N, C=N, dan SH. Luas permukaan spesifik lempung terimpregnasi TRZSH adalah sebesar 184,04 m2/g. Volume total pori dan jari-jari pori lempung terimpragnasi TRZSH berturut-turut sebesar 123,902 x 10-3 cm/g dan 134,672 A Kata kunci : impregnasi, lempung, 3-merkapto-1,2,4-triazol. Diterima: 13 Oktober 2011 Disetujui untuk dipublikasikan: 15 November 2011 *Penulis Korespondensi/Telp.+62 401 3191929 Fax. +62 401 3190496 E-mail:
[email protected]
101
Fahmiati/J.Prog.Kim.Si. 2011, 1 (2): 101-109 Di Sulawesi Tenggara, lempung
1. Pendahuluan
merupakan salah satu material yang belum Banyak metode telah dikembangkan
dimanfaatkan secara optimal. Selama ini
untuk prekonsentrasi (pemekatan) logam-
lempung
logam dari sistem perairan. Metode-metode
hanya
dimanfaatkan
pada
keperluan tertentu saja, misalnya pembuatan
tersebut antara lain adalah kopresipitasi,
batu bata, barang-barang kerajinan tangan,
adsorpsi, ekstraksi cair-cair, dan filtrasi
gerabah, genting, dan sebagainya. Lempung
melalui kertas saring yang diimpregnasikan
yang terdapat di Propinsi Sulawesi Tenggara
dengan suatu zat pengkelat.
salah satunya tersebar di Desa Amesiu, dapat
Kecamatan Pondidaha, Kabupaten Kendari
padatan
dengan sebaran ± 250 Ha dan ketebalan
pendukung melalui interaksi fisika, sehingga
rata-rata 3 meter serta cadangan sejumlah
gugus fungsional yang ada dalam senyawa
7.500.000 m3 (Anonim, 1995).
Senyawa
organik
diimpregnasikan
pada
suatu
organik tersebut dapat dipergunakan untuk
Oksida silika dan alumina yang
tujuan tertentu, misalnya sebagai absorben
terkandung dalam lempung asal Pondidaha
untuk menyerap ion-ion logam dalam
telah diteliti menggunakan spektrofotometer
medium air. Pada proses impregnasi ini,
fluoresensi
material lebih mudah dipersiapkan bila
sinar-X
dan
diperoleh
kandungannya berturut-turut sebesar 53,07%
dibandingkan dengan proses lain yang
dan 23,47% (Fahmiati, 2000). Berdasarkan
melibatkan interaksi kimia.
kandungan oksida silika dan alumina yang
Padatan anorganik yang digunakan
cukup tinggi ini, maka dilakukan penelitian
sebagai padatan pendukung secara umum
pemanfaatan
adalah padatan yang memiliki sisi aktif pada
Pondidaha sebagai padatan pendukung dari
permukaannya
luas
senyawa organik 3-merkapto-1,2,4-triazol
gugus
(TRZSH). TRZSH diketahui memiliki gugus
siloksan (-Si-O-Si), silanol (-Si-OH), dan
tiol (-SH) sebagai gugus aktif yang dapat
aluminol (-Al-OH) (Celis dkk, 2000).
digunakan untuk menyerap ion logam berat
Lempung merupakan salah satu padatan
dalam sistem perairan.
permukaan
serta
yang
mempunyai
besar,
seperti
anorganik yang dapat digunakan untuk keperluan tersebut karena memiliki gugus silanol, siloksan, dan aluminol. 102
lempung
asal
daerah
Fahmiati/J.Prog.Kim.Si. 2011, 1 (2): 101-109 1.
2. Metode Penelitian
Sebanyak 60 gram lempung dicampur dengan 100 mL larutan H2SO4 6 M dan
2.1 Bahan Lempung yang berasal dari Desa
100 mL KMnO4 0,5 M sambil diaduk
Amesiu, Kecamatan Pondidaha, Kabupaten
pelan selama 4 jam pada temperatur
Kendari, Sulawesi Tenggara, Asam sulfat
800C. Hasilnya dicuci berulangkali
(H2SO4), Kalium permanganat (KMnO4),
sampai air pencucinya mencapai pH
Asam klorida (HCl), metanol (CH3OH),
netral lalu dipanaskan dalam oven
dimetil formamida (C3H7NO), 3-merkapto-
selama 12 jam pada temperatur 800C.
1,2,4-triazol
Hasil yang diperoleh disebut lempung
(C2H3N3S),
kertas
saring
A.
Whatman 42, akuades dan akuabides. 2.
2.2 Pembuatan adsorben
Sebanyak 60 gram lempung dicampur dengan 100 mL larutan H2SO4 6 M dan
2.2.1 Persiapan pembuatan adsorben Lempung yang telah dibersihkan dari
100 mL KMnO4 0,5 M sambil diaduk
kotoran, seperti akar, daun, ranting dan
pelan selama 4 jam pada temperatur
kotoran
dihaluskan,
800C. Campuran ini disimpan selama 12
kemudian dipanaskan dalam oven pada
jam pada suhu kamar. Hasilnya dicuci
temperatur 5500C selama 4 jam untuk
berulangkali sampai air pencucinya
menghilangkan air dan bahan organik yang
mencapai pH netral lalu dipanaskan
ada
lempung
dalam oven selama 12 jam pada
diayak dengan ayakan ukuran 65 mesh (top
temperatur 800C. Hasil yang diperoleh
screen
disebut lempung B.
lain,
dikeringkan,
didalamnya.
Selanjutnya
openings),
dilanjutkan
dengan
ayakan ukuran 150 mesh (bottom screen openings)
sehingga
diperoleh
2.2.3 Impregnasi TRZSH pada lempung
butiran
Masing-masing 30 gram lempung A
lempung dengan ukuran antara 65 sampai
dan B, ditambahkan 5 gram 3-merkapto-
150 mesh.
1,2,4-triazol
(TRZSH)
dalam
dimetil
formamida. Larutan ini kemudian diaduk
2.2.2 Penanganan sampel lempung dilakukan
menggunakan pengaduk magnet selama 24
dengan merujuk pada metode Filho et al.,
jam pada temperatur kamar. Hasil yang
1995:
diperoleh disaring, dicuci dengan akuabides
Pembuatan
adsorben
sampai 103
air
bekas
pencucinya
netral
Fahmiati/J.Prog.Kim.Si. 2011, 1 (2): 101-109 kemudian dibilas dengan metanol, lalu
dapat berikatan dengan senyawa organik
dikeringkan dalam desikator.
yang memiliki afinitas yang baik terhadap atom Si atau atom O (Ishizaki,1998).
2.3 Karakterisasi
Dalam
1. Karakterisasi dilakukan menggunakan
ini
dilakukan
spektroskopi
inframerah
untuk
modifikasi permukaan lempung melalui
mengetahui
gugus fungsional
yang
impragnasi lempung dengan ligan organik 3merkapto-1,2,4-triazol
terdapat pada lempung tersebut. 2.
penelitian
(TRZSH).
Tujuan
luas
impregnasi adalah untuk memaksimalkan
permukaan adsorben yang dihasilkan
gugus aktif yang terdapat pada lempung
dilakukan
dengan
sehingga diperoleh lempung terimpregnasi
instrumen Surface Area Analyzer Nova
yang memiliki luas permukaan yang besar
2.00.
serta situs aktif yang lebih banyak sehingga
Untuk
menghitung
porositas
analisis
BET
dapat
3. Hasil Dan Pembahasan
lebih
efektif
digunakan
untuk
mengadsorpsi ion logam dalam medium air. 3.1. Pembuatan adsorben LempungTRZSH Lempung
merupakan
salah
3.2. Karekterisasi Inframerah
satu
dengan
Metode
mempunyai
Spektroskopi inframerah merupakan
kegunaan cukup luas. Salah satu kegunaan
metoda yang umum untuk identifikasi
lempung
kualitatif gugus fungsional yang terdapat
senyawa
anorganik
selain
yang
sebagai
bahan
baku
dalam suatu senyawa.
pembuatan keramik, genteng, dan batu bata adalah sebagai adsorben untuk menyerap ion-ion
logam
yang
berbahaya
Spektra inframerah lempung yang
dalam
disajikan pada gambar 1 diimpretasikan
lingkungan. Penggunaan lempung sebagai
sebagai berikut: Pita serapan pada bilangan
fasa diam kurang meluas akibat keterbatasan
gelombang 1031 cm-1 menunjukkan vibrasi
gugus silanol yang dimilikinya, sehingga mendorong
beberapa
peneliti
rentang Si-O-Si dan Si-O. Pita serapan pada
untuk
bilangan gelombang 539 cm-1 menunjukkan
memodifikasi permukaan lempung dengan
adanya gugus siloksan. Selain itu, pita
bahan perantara berupa senyawa organik dengan
maksud
untuk
serapan disekitar bilangan gelombang 694
memaksimalkan
cm-1 merupakan vibrasi rentang simetri dari
gugus aktif pada permukaannya. Lempung
O-Si-O. 104
Pita
serapan
pada
bilangan
Fahmiati/J.Prog.Kim.Si. 2011, 1 (2): 101-109 gelombang 343i cm-1 menunjukkan adanya vibrasi rentang dari gugus OH yang terikat. Adanya
gugus
lempung
silanol
didukung
(Si-OH)
oleh
pita
dalam serapan
disekitar bilangan gelombang 3626-3431 cm-1 yang merupakan hasil vibrasi rentang Si-O pada Si-OH. (Silverstein, dkk., 1991,
Gambar 2 Spektra inframerah lempung A
Sastrohamidjojo, 1992).
Gambar 3 Spektra inframerah lempung B Gambar 1 Spektra inframerah Lempung
Spektra inframerah lempung yang Sebelum diimpregnasikan dengan ligan
organik
telah diasamkan dengan asam sulfat dan
3-merkapto-1,2,4-triazol,
asam klorida (A, B, dan C) pada dasarnya
lempung terlebih dahulu dicuci dengan asam, baik asam sulfat maupun asam klorida. Tujuan pencucian lempung dengan
mempunyai
kemiripan
inframerah
lempung
Perbedaannya
dengan tanpa
hanya
spektra
perlakuan.
terlihat
pada
asam adalah untuk menghilangkan bahan-
pergeseran serapan disekitar 1031 cm-1
bahan organik dan anorganik yang bersifat
bergeser ke 1094 cm-1 untuk lempung A dan
sebagai pengotor yang kemungkinan dapat
1030 cm-1 untuk lempung B. Kedua spektra
menutupi
situs-situs
lempung
sehingga
keberhasilan
aktif dapat
impregnasi
permukaan
inframerah
mengurangi dengan
tersebut
ligan
pada juga
dibandingkan
organik.
bilangan tampak
spectra
gelombang lebih
tajam
lempung
tanpa
perlakuan. Penurunan intensitas juga terjadi pada bilangan gelombang 3433 cm-1 dan 3625 cm-1 yang merupakan vibrasi rentang gugus OH. Hal ini kemungkinan disebabkan 105
Fahmiati/J.Prog.Kim.Si. 2011, 1 (2): 101-109 oleh rusaknya struktur OH yang berasal dari
akibat lain adalah serapan SH biasanya tidak
Al-OH oktahedral akibat perlakuan lempung
dapat terdeteksi dalam sel yang tipis.
dengan asam. Perlakuan lempung dengan asam dapat meningkatkan jumlah gugus silanol (-Si-OH) dan memunculkan gugus siloksan
(Si-O-Si)
yang
semula
kemungkinan tertutupi komponen organik atau oksida logam lain atau menggantikan posisi Al oleh Si akibat dealuminasi oleh asam
(Silverstein,
dkk.,
1991; Gambar 4. Spektra inframerah 3-merkapto1,2,4triazol (TRZSH)
Sastrohamidjojo, 1992; Tan, 1995).
Gugus fungsional pada Lempung-TRZSH
Gugus fungsional pada 3-merkapto-1,2,4triazol (TRZSH)
Untuk
2881,5
dan
3080,1
keberhasilan
modifikasi permukaan lempung dengan
Pita serapan medium pada bilangan gelombang
mengetahui
ligan,
cm-1
salah
satunya
dilihat
menunjukkan simetri NH ulur, dimana
berdasarkan
serapan pada bilangan gelombang 3080,1
diproleh. Spektra inframerah lempung A, B,
cm-1
dan C yang diimpregnasi dengan ligan 3-
ini
juga
menunjukkan
serapan
spektra
dapat inframerah
diberi
notasi
yang
karakteristik untuk amina sekunder. Serapan
merkapto-1,2,4-triazol
A–
medium pada bilangan gelombang 1188,1
TRZSH dan B–TRZSH disajikan pada
dan 1060,8 cm-1 menunjukkan amin C−N,
gambar 5.
sedangkan untuk C=N ditunjukkan oleh serapan lemah pada bilangan gelombang 1690
sampai
1637
cm-1.
Serapan
karakteristik untuk gugus merkaptan (S−H) terlihat lemah pada bilangan gelombang 2555,5 cm-1 yang merupakan vibrasi rentang SH. Oleh karena ikatan hidrogen yang Gambar 5. Spektra inframerah Lempung A-TRZSH
dihasilkan oleh gugus SH sangat lemah, maka serapannya seperti gugus hidroksil, 106
Fahmiati/J.Prog.Kim.Si. 2011, 1 (2): 101-109 Berdasarkan
terlihat
6 dan Gambar 7 pada dasarnya hampir mirip
bahwa lempung yang diimpregnasi dengan
dengan A–TRZSH. Perbedaan yang terjadi
TRZSH
perubahan
hanya pada pergeseran bilangan gelombang
spektrum yang diinterpretasikan sebagai
pada kedua spektrum tersebut. Perbedaan
berikut : serapan kuat dan melebar pada
paling mencolok terlihat pada B-TRZSH
-
dimana terlihat spktra karakteristik untuk
peningkatan
gugus merkapto (-SH) walaupun sangat
jumlah gugus silanol yang merupakan hasil
lemah pada bilangan gelombang 2666 cm-1
vibrasi rentang Si-O pada Si-OH. Hal ini
yang merupakan vibrasi rentang gugus SH.
bilangan 1
Gambar
5
memperlihatkan
gelombang
memperlihatkan
3623-3408
adanya
cm
sangat jauh berbeda jika dibandingkan
Berdasarkan
dengan lempung A, B, dan C yang memiliki
inframerah
intensitas lebih kecil. Indikasi terikatnya
silanol
oleh adanya spektra medium yang muncul
sedangkan gelombang
gugus
serapan 1877
amina
pada
cm-1dan
disimpulkan
(Si-OH)
pada
lempung
yang
tetapi terjadi pula penurunan yang cukup
C-N,
besar pada jumlah gugus siloksan (Si-O-Si).
bilangan 1634
dapat
diimpregnasi dengan ligan organik TRZSH,
pada bilangan gelombang 1020-1418 cm-1 merupakan
tersebut
spektrun
bahwa terjadi peningkatan jumlah gugus
ligan TRZSH pada lempung ditunjukkan
yang
ketiga
Secara keseluruhan terlihat bahwa terjadi
cm-1
ikatan antara TRZSH dengan lempung.
menunjukkan adanya gugus C=N.
Dengan
mempertimbangkan
hasil
identifikasi spektra inframerah di atas, dapat diinterpretasikan TRZSH,
bahwa
B–TRZSH,
adsorben dan
A–
C–TRZSH
terutama mengandung gugus Si-OH, Si-OSi, C-N, C=N, dan SH. 3.3. Analisis Brunauer, Teller (BET) Sifat-sifat
Gambar 6. Spektra inframerah Lempung seperti
B-TRZSH
morfologi, Spektra inframerah B–TRZSH dan
luas
fisika
Emmet, kimia
permukaan,
kristal,
serta
dan
lempung porositas,
struktur
dan
komposisi merupakan dasar dari aplikasi
C–TRZSH yang diperlihatkan pada Gambar 107
Fahmiati/J.Prog.Kim.Si. 2011, 1 (2): 101-109 teknologinya (Bailey, 1984). Sifat-sifat ini
interkalasi. Luas permukaan dan volume
dapat memiliki perbedaan tergantung pada
pori yang semakin besar sangat berperan
perlakuan
dalam meningkatkan kapasitas adsorpsi
asam,
mekanik,
maupun
pemanasan (Hassan dan El-Shall, 2004).
lempung.
Perlakuan asam dan pemanasan mineral
Tabel 1. Hasil analisis BET
lempung dapat mengakibatkan berubahnya SBET (m2/g)
Volume Total Pori (cm3/g)
Lempung LempungB
14,24 95,21
11,916 x 10-3 86,327 x 10-3
Jarijari Pori (A) 16,736 98,185
B-TRZSH
184,04
123,902 x 10-3
134,672
sifat dan jumlah permukaan asam Lewis dan Sampel
Bronsted. Situs asam ini ditandai dengan meningkatnya luas permukaan dan volume mesopori,
yang
secara
langsung
mempengaruhi aktivitas kimia dan fisika lempung. Perlakuan asam dan impregnasi dengan suatu bahan kimia lain atau aktivasi
Berdasarkan
dapat meningkatkan luas permukaan dan
hasil
analisis
inframerah dan BET dapat disimpulkan
aktivitas lempung, yang sangat diperlukan
bahwa lempung yang diimpregnasi dengan
untuk berbagai aplikasi.
ligan
organik
3-merkapto-1,2,4-triazol
Hasil analisis BET berupa luas
(TRZSH) dapat digunakan sebagai adsorben
permukaan spesifik dan porositas disajikan
untuk menyerap logam-logam berat yang
pada Tabel 1. Berdasarkan Tabel 1 terlihat
bersifat keras dan lunak karena memiliki
bahwa terjadi peningkatan luas permukaan
luas permukaan spesifik yang besar serta
spesifik pada lempung setelah diperlakukan
gugus silanil dan thiol.
dengan asam dan setelah diimpregnasi
4. Kesimpulan
dengan ligan TRZSH. Hal yang sama
Berdasarkan hasil penelitian dan
terlihat pula pada volume total pori dan jari-
pembahasan, diperoleh kesimpulan sebagai
jari pori yang meningkat secara signifikan.
berikut: Lempung yang telah diimpregnasi
Secara umum, lempung memiliki kapasitas yang
besar
untuk
menyerap
dengan
senyawa
lempung
menyebabkan
3-merkapto-1,2,4-triazol
mengandung gugus silanol(Si-OH), siloksan
organik, karena lembar silika yang terdapat pada
ligan
(Si-O-Si), C-N, C=N, dan SH. Luas
senyawa
permukaan spesifik lempung terimpregnasi
organik dapat mengisi ruang antarlapis
TRZSH
(interlayer space) dan membentuk kompleks 108
adalah
sebesar
184,04
m2/g.
Fahmiati/J.Prog.Kim.Si. 2011, 1 (2): 101-109 Volume total pori dan jari-jari pori lempung
6. Foth, D.A., 1994, Dasar-dasar Ilmu
terimpragnasi TRZSH berturut-turut sebesar
Tanah, Edisi keenam, Penerbit Erlangga,
-3
123,902 x 10 cm/g dan 134,672 A.
Jakarta. 7. Hassan, M., and El-Shall, H., 2004,
5. Pustaka
Glauconitic clay of El Gidida, Egypt;
1. Anonim, 1995, Laporan Penyelidikan
Evaluation and Surface Modification,
Geologi Terpadu Daerah Kabupaten Dati
II
Kendari
Tenggara.
Propinsi
Bidang
Pertambangan
dan
Applied Clay Science, 27, 219-222
Sulawesi
8. Lessi., P., Filho, N.L.D., Moreira, J.C.,
Wilayah
Energi
dan Campos, J.T.S., 1996, Sorption and
Propinsi
Preconcentration of Metal ions on Silica
Sulawesi Tenggara, Kendari.
Gel Modified with 2,5-dimercapto-1,3,4-
2. Bailey, S.W., 1984, Micas. Reviews in
thiadiazole, Anal. Chim. Acta, 327, 183-
Mineralogy, Miner. Soc. Am, 13, 583.
190.
3. Celis, R., Hermosin, C.M., and Cornejo,
9. Sastrohamidjojo, H., 1992, Spektroskopi
J., 2000, Heavy Metal Adsorption by Functionalized
Clays,
Environ.
Inframerah,
Sci.
Morril,
(SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO) dan Uji untuk
Pembuatan
11. Tan, K.H., penerjemah : Didiek Hadjar Goenadi, 1998, Dasar-dasar Kimia
5. Filho, N.L.D., Gushiken, Y., and Piloto,
Tanah, Gadjah Mada University Press,
2-mercaptobenzothiazole
Matric
for
Sorption
Spectrometric
New York.
Matematika, Volume 4 No. 2, 210-216.
as
1991,
5th edition, John Wiley and Sons Inc,
Keramik, Paradigma-Majalah Sains dan
Clay
C.T.,
Identification of Organis Compounds,
Pembakaran pada Lempung asal Daerah
1995,
Liberty,
10. Silverstein, R.M., Bassler, G.C., and
4. Fahmiati, 2000, Analisis Oksida Logam
W.L.,
Pertama,
Jogyakarta.
Technol. 34, 4593-4599.
Pondidaha-Kendari
Edisi
Yogyakarta.
and
12. Terada,
Preconcentration of Some Heavy Metals
Kimura,
from Aqueous Solution, Anal. Chim.
K., K.,
Matsumoto, 1983,
K.,
Sorption
dan of
Copper(II) by some Complexing Agents
Acta, 306, 167-172.
Loaded on Various Supports, Anal. Chim. Acta, 153, 237-247.
109
