SINTESIS POLIMER TERKOORDINASI BERBASIS Zn2+-ASAM ITAKONAT (Zn2+-IA) SEBAGAI ADSORBEN CO2
Disusun oleh :
YETTI SURYANDARI M0312082
SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Bidang Ilmu Kimia
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Desember, 2016
ii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul 2+
“SINTESIS POLIMER TERKOORDINASI BERBASIS Zn -ASAM
ITAKONAT (Zn2+-IA) SEBAGAI ADSORBEN CO2” belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Surakarta, Desember 2016
YETTI SURYANDARI
iii
SINTESIS POLIMER TERKOORDINASI BERBASIS Zn2+-ASAM ITAKONAT (Zn2+-IA) SEBAGAI ADSORBEN CO2 YETTI SURYANDARI Program Studi Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret ABSTRAK Telah dilakukan sintesis polimer terkoordinasi berbasis Zn2+-IA (IA=Asam itakonat) sebagai adsorben gas CO2. Zn2+-IA disintesis menggunakan metode refluks pada suhu 120 °C selama 4 jam. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakter pembentukan Zn2+-IA dengan menggunakan pelarut dan pH yang berbeda. Material hasil sintesis selanjutnya dikarakterisasi menggunakan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-Ray Diffraction (XRD), Surface Area Analyzer (SAA), dan uji adsorpsi CO2. Analisis FTIR menunjukkan pergeseran serapan pada 1702 cm-1 yang merupakan karakteristik stretching vibration C=O dari gugus karboksilat pada ligan IA menjadi 1600 cm-1 ketika membentuk Zn2+IA. Hasil analisis XRD menghasilkan puncak-puncak yang cukup tinggi dan tajam sehingga Zn2+-IA yang dihasilkan memiliki derajat kristalinitas yang tinggi. Hasil analisis luas permukaan dan ukuran pori menunjukkan Zn2+-IA (DMF) memiliki luas permukaan dan volume pori yang lebih besar dari Zn2+-IA [(DMF) pH 4] yaitu 79,19 m2/g dan 0,08 cm3/g, sementara jari-jari pori terbesar didapatkan pada Zn2+-IA [(DMF) pH 4] yaitu 38,02 Å. Hasil uji adsorpsi CO2 menunjukkan Zn2+-IA [(DMF) pH 4] memiliki kemampuan adsorpsi CO2 lebih baik dibandingkan Zn2+-IA (DMF) yang mengadsorpsi 2,91 mmol CO2/g adsorben dibandingkan dengan 2,68 mmol CO2/g adsorben untuk Zn2+-IA (DMF). Kata kunci: adsorpsi CO2, Polimer Terkoordinasi berbasis Zn2+-IA, refluks.
SYNTHESIS OF COORDINATION POLYMERS BASED ON Zn2+-ITACONIC ACID (Zn2+-IA) AS CO2 ADSORBENT YETTI SURYANDARI Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Science Sebelas Maret University
ABSTRACT Research of synthesized Coordination Polymers based on Zn2+ -IA (IA = itaconic acid) as CO2 adsorbent has been done. Synthesized Zn2+-IA using methods reflux at 120 ° C for 4 hours. This research aims to determine character formation of Zn2+-IA using different solvents and pH. The obtained materials were characterized by fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), x-ray diffraction (XRD), surface area analyzer (SAA), and CO2 adsorption. FTIR analysis shows significant shift from 1702 cm-1 to 1600 cm-1. This revealed the deprotonation of ligand and the coordination of C=O group from IA with Zn2+. The peaks of XRD analysis is quite high and sharp so that coordination polymers based Zn2+-IA occupy a high degree of crystallinity. The results of the analysis of surface area and pore size showed Zn2+-IA (DMF) has a surface area and pore volume greater than Zn2+-IA [(DMF) pH 4] are 79.19 m2/g and 0.082 cm3/g, while the pore radius was greatest on Zn2+-IA [(DMF) pH 4] are 38.02 Å. CO2 adsorption test results showed Zn2+-IA [(DMF) pH 4] has a CO2 adsorption capability is better than Zn2+-IA (DMF) which adsorb CO2 of 2.91 mmol/g adsorbent compared with 2.68 mmol CO2/g adsorbent for Zn2+-IA (DMF).
Key words : CO2 adsorption, Coordination Polymers based on Zn2+-IA, reflux.
v
MOTTO
“Sabar bukanlah sikap yang pasif, sabar adalah berusaha dengan penuh kesungguhan dan segala daya upaya mengharap ridho Allah semata.”
“Apabila kegagalan yang datang, bukanlah Allah tempat segala kesalahan dilemparkan, tetapi segera koreksi diri dan mencari jalan lain dengan tetap di jalan Illahi.”
(Ali bin Abi Thalib)
vi
PERSEMBAHAN
Karya ini penulis persembahkan untuk : Bapak, Ibu, Mbak Endah, Mbak Ninik, Mbak Emy Terima kasih atas setiap do’a yang tiada henti di sela-sela shalat malam kalian, terima kasih atas kasih sayang, motivasi dan setiap keringat yang kalian teteskan untuk menyekolahkan ku dan mendukung ku hingga sejauh ini. Semoga apa yang kalian harapkan menjadi kenyataan. De’ Syifa, de’ Arsyad Terima kasih telah berbagi suka dan duka bersama.
Teman-teman Research Group (Anggit, Listy, Yesi, dan Zahra) Terima kasih atas dukungan, motivasi, serta berbagai bantuan dalam menyelesaikan penelitian ini.
Perempuan-perempuan terbaikku (Arum, Ima, Ilma, Lovita, Nanda, Tari, Tika, Wulan, Zahra) Terima kasih atas dukungan, motivasi, serta berbagai saran membangun yang telah berhasil membantu saya menyelesaikan penelitian ini.
Kimia UNS Angkatan 2012 Terima kasih teman-teman yang selalu ada untuk memberi semangat, doa, serta melipur lara kala penelitian tidak berjalan sesuai harapan. Kalian penyemangat terbaik. See you on top!
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Allah SWT atas segala limpahan nikmat dan karuniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi. Sholawat dan salam senantiasa penulis haturkan kepada Rosulullah SAW sebagai pembimbing seluruh umat manusia. Skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari banyak pihak, karena itu penulis menyampaikan terima kasih kepada : 1. Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si selaku Kepala Program Studi Kimia. 2. Dr.rer.nat Atmanto Heru Wibowo,M.Si selaku pembimbing I. 3. Dr. Abu Masykur, S.Si, M.Si selaku pembimbing II. 4. Teguh Endah Saraswati, M.Sc., Ph.D selaku Pembimbing Akademik. 5. Dr. Sayekti Wahyuningsih, M.Si, selaku Kepala Laboratorium MIPA Terpadu. 6. Dr. Khoirina Dwi Nugrahaningtyas, M.Si Kepala Laboratorium Kimia FMIPA UNS. 7. Dosen Program Studi Kimia FMIPA UNS. 8. Seluruh staf laboran Laboratorium Kimia dan Laboratorium MIPA TERPADU FMIPA UNS. 9. Orang tua saya dan keluarga saya yang telah memberikan kasih sayang, doa dan dukungan. 10. Semua pihak yang tidak dapat kami sebutkan satu persatu Semoga Allah SWT membalas jerih payah dan pengorbanan yang telah diberikan dengan balasan yang lebih baik. Amiin. Penulis menyadari bahwa banyak kekurangan dalam penulisan skripsi ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran untuk menyempurnakannya. Namun demikian, penulis berharap semoga karya kecil ini bermanfaat bagi pembaca.
viii
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL...................................................................................
i
HALAMAN PENGESAHAN .....................................................................
ii
HALAMAN PERNYATAAN ....................................................................
iii
HALAMAN ABSTRAK .............................................................................
iv
HALAMAN ABSTRACT ............................................................................
v
HALAMAN MOTTO .................................................................................
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN .................................................................
vii
KATA PENGANTAR ................................................................................
viii
DAFTAR ISI ...............................................................................................
ix
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................
xi
DAFTAR TABEL .......................................................................................
xii
DAFTAR LAMPIRAN ...............................................................................
xii
DAFTAR SINGKATAN ............................................................................
xiv
BAB I PENDAHULUAN ...........................................................................
1
A. Latar Belakang Masalah ..............................................................
1
B. Perumusan Masalah .....................................................................
3
1. Identifikasi Masalah ...............................................................
3
2. Batasan Masalah .....................................................................
4
3. Rumusan Masalah ..................................................................
5
C. Tujuan Penelitian .........................................................................
5
D. Manfaat Penelitian.......................................................................
5
BAB II LANDASAN TEORI .....................................................................
6
A. Tinjauan Pustaka .........................................................................
6
1. Jenis-jenis Material untuk Adsorben CO2 ..............................
6
2. Polimer Terkoordinasi ............................................................
8
3. Metode Refluks ......................................................................
13
4. Instrumen Karakterisasi ..........................................................
13
a. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) ............
13
b. X-Ray Difraction (XRD) ....................................................
15
ix
c. Surface Area Analyzer (SAA) ............................................
15
5. Karbon dioksida (CO2) ...........................................................
15
6. Adsorpsi CO2 ..........................................................................
18
7. Analisis Kuantitatif CO2 dengan Metode Titrimetri ..............
19
B. Kerangka Pemikiran ....................................................................
21
C. Hipotesis ......................................................................................
22
BAB III METODOLOGI PENELITIAN....................................................
23
A. Metode Penelitian .......................................................................
23
B. Tempat dan Waktu Penelitian ....................................................
23
C. Alat dan Bahan ...........................................................................
23
D. Prosedur Penelitian .....................................................................
24
E. Teknik Pengumpulan Data .........................................................
26
F. Teknik Analisis Data...................................................................
26
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ............................
28
A. Sintesis Zn2+-IA melalui Variasi Pelarut dan pH .......................
28
B. Karakterisasi Zn2+-IA Hasil Sintesis ..........................................
29
1. Karakterisasi menggunakan FTIR pada Zn2+-IA....................
29
2. Karakterisasi menggunakan XRD pada Zn2+-IA ....................
35
3. Analisis Pori Menggunakan SAA ..........................................
41
C. Uji Adsorpsi CO2 pada Zn2+-IA .................................................
42
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................
45
A. Kesimpulan ................................................................................
45
B. Saran ...........................................................................................
45
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................
46
LAMPIRAN ................................................................................................
51
x
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 1.
Struktur kristal dari material berpori beserta ukuran pori dan luas permukaan..................................................
Gambar 2.
Ilustrasi
skematik
pembentukan
polimer
terkoordinasi................................................................ Gambar 3.
Contoh
polimer
terkoordinasi
dengan
10
Linker organik berdasarkan geometri yang digunakann untuk sintesis polimer terkoordinasi..................................
Gambar 6.
9
Contoh linker yang digunakan dalam pembentukan polimer terkoordinasi .....................................................
Gambar 5.
8
dimensi
berbeda............................................................................ Gambar 4.
7
11
Pendekatan Molecular building block (MBB) pada polimer terkoordinasi.........................................................
11
Gambar 7.
Frameworks dari MOFs Zn-fumarat ........................................................... 12
i
Gambar 8.
Struktur Asam Itakonat ............................................................................... 12
ii
Gambar 9.
Spektrum FTIR dari MOF Zr-fumarat ........................................................ 14
iii
Gambar 10.
Skema Adsorpsi CO2................................................................................... 18
iv
Gambar 11.
Kurva titrasi basa lemah ion karbonat dengan asam kuat .............................................................................................................. 19
v
Gambar 12.
Serapan inframerah asam itakonat. ............................................................. 30
vi
Gambar 13.
Serapan inframerah dari Zn2+-IA (DMF) .................................................... 31 viii
Gambar 14.
Serapan inframerah dari Zn2+-IA [(DMF) pH 4] ........................................ 32
Gambar 15.
Serapan inframerah dari Zn2+-IA [(DMF) pH 6] ........................................ 33
Gambar 16.
Serapan inframerah Zn2+-IA [(Akuades) pH 6] .......................................... 34
x
Gambar 17.
Serapan inframerah Zn2+-IA [(DMF-Akuades) pH 6] ................................ 35
xii
Gambar 18.
Pola difraktogram XRD Zn2+-IA (DMF) .................................................... 36
Gambar 19.
Pola difraktogram XRD Zn2+-IA [(DMF) pH 4] ......................................... 37
Gambar 20.
Pola difraktogram XRD Zn2+-IA [(DMF) pH 6].............
Gambar 21.
2+
38
Pola difraktogram XRD Zn -IA [(Akuades) pH 6] ................................... 39
xi
Gambar 22.
Pola difraktogram XRD Zn2+-IA [(DMF-Akuades) pH 6]............................................................................................................ 40
Gambar 23.
Kurva adsorpsi CO2 pada Zn2+-IA .............................................................. 43
xii
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1.
Hasil Sintesis Zn2+-IA dengan Pelarut dan pH yang Berbeda............................................................................
28
Tabel 2.
Serapan Inframerah Gugus Fungsi Asam Itakonat ..................................... 30
i
Tabel 3.
Luas Permukaan dan Volume Pori Zn2+-IA ................................................ 41
ii
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1.
Bagan Alir Sintesis Zn2+-IA ........................................................................ 48
i
Lampiran 2.
Foto Alat Sintesis Zn2+-IA .......................................................................... 49
ii
Lampiran 3.
Formulasi Bahan Sintesis Zn2+-IA .............................................................. 50
iii
Lampiran 4.
Perhitungan Formulasi Bahan Sintesis Zn2+-IA .......................................... 51
iv
Lampiran 5.
Foto Rangkaian Alat Adsorpsi Gas CO2 ..................................................... 52
v
Lampiran 6.
Spektra Inframerah Asam Itakonat (IA) ..................................................... 53
vi
Lampiran 7.
Tabel Serapan Inframerah Gugus Fungsi Asam
Lampiran 8. Lampiran 9.
Itakonat ........................................................................................................ 54
vii
Spektra Inframerah Zn2+-IA (DMF)........................................................... 55
viii
2+
x
2+
Spektra Inframerah Zn -IA [(DMF) pH 4] ................................................ 56
Lampiran 10.
Spektra Inframerah Zn -IA [(DMF) pH 6] ............................................... 57
xii
Lampiran 11.
Spektra Inframerah Zn2+-IA [(akuades) pH 6] ............................................ 58
xiv
Lampiran 12.
Spektra Inframerah Zn2+-IA [(DMF-air) pH 6] .......................................... 59
xv
Lampiran 13.
Spektra XRD Asam Itakonat ....................................................................... 60
xvi
Lampiran 14.
Spektra XRD Zn(NO3)2·4H2O .................................................................... 61
1
2+
Lampiran 15.
Spektra XRD Zn -IA (DMF) .................................................................... 62
xii
Lampiran 16.
Spektra XRD Zn2+-IA [(DMF) pH 4] ......................................................... 63
xiv
Lampiran 17.
Spektra XRD Zn2+-IA [(DMF-akuades) pH 6] ........................................... 64
xv
Lampiran 18.
Spektra XRD Zn2+-IA [(Akuades) pH 6] .................................................... 65
xvi
Lampiran 19.
Perhitungan Kapasitas CO2 ......................................................................... 66
Lampiran 20.
Data Pendukung Penelitian ......................................................................... 67
xiv
DAFTAR SINGKATAN
CCS
Carbon Capture and Storage
CO2
Karbon dioksida
DMF
N,N dimetilformamida
FTIR
Fourier Transform Infrared Spectroscopy
IA
Itaconic Acid
SAA
Surface Area Analyzer
XRD
X-Ray Diffraction
Zn
Zinc
xv
