View
38
Download
1
Category
Preview:
Citation preview
APLIKASI RADIASI UNTUK KOPOLIMERISASI APLIKASI RADIASI UNTUK KOPOLIMERISASI CANGKOK ASAM AKRILAT DAN AKRILAMIDA PADA CANGKOK ASAM AKRILAT DAN AKRILAMIDA PADA
KHITIN SEBAGAI BAHAN PENUKAR IONKHITIN SEBAGAI BAHAN PENUKAR ION
Gatot Trimulyadi ReksoNIP : 19541128 198503 1 002
DISAJIKAN PADA PRESENTASI ILMIAH PENELITI UTAMA
PUSAT APLIKASI ISOTOP DAN RADIASI BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL
2014
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 2
ProdukIndustri Kimia Limbah
Limbah cair yang mengandung logam berat merupakan bahan pencemar yang sangat membahayakan lingkungan dan
kesehatan
Salah satu teknik untuk memperkecil kandungan logam berat adalah secara adsorpsi
Perlu dikembangkan pembuatan bahan adsorben pengkelat/ penukar ion yang baik dari bahan dasar yang mudah diperoleh
Polimer alam Jumlahnya berlimpah
BAB I PENDAHULUANBAB I PENDAHULUAN
Cangkang kepitingCangkang rajunganKulit udangTulang cumi-cumi
Anthropoda
kapang/jamur
Biopolimer terbesar kedua di alam
POLIMER ALAMPOLIMER ALAM
KHITIN
Shells of mollusks
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 4
Menurut Kementerian Kelautan dan Perikanan Ekspor udang tahun 2014 bisa mencapai 200.000 ton
Jumlah ini meningkat 23 % yang sebelumnya hanya 162.000 ton
Sumber potensial khitinSumber potensial khitin
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 5
Udang Olahan hanya bagian daging saja
Bagian kepala, ekor dan kulit badan dibuang
Mengandung senyawa yang disebut khitin
Kandungan khitin : 14 –27 % Kandungan khitin : 13 – 18 %
Kulit Udang Cangkang kepiting
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 6
TUJUAN PENELITIANTUJUAN PENELITIAN
Modifikasi khitin dengan teknik iradiasi , Modifikasi khitin dengan teknik iradiasi , sehingga diperoleh produk baru Khitin-g-Asam sehingga diperoleh produk baru Khitin-g-Asam Akrilat (khit-g-Aac) dan Khitin-g-Akrilamida Akrilat (khit-g-Aac) dan Khitin-g-Akrilamida (khit-g-Aam) yang dapat digunakan sebagai (khit-g-Aam) yang dapat digunakan sebagai pengkelat /penukar ion logampengkelat /penukar ion logamHIPOTESAHIPOTESA
Pencangkokan asam akrilat dan akrilamida yang bersifat penukar Pencangkokan asam akrilat dan akrilamida yang bersifat penukar ion dan donor elektron pada khitin mengakibatkan matrik khitin ion dan donor elektron pada khitin mengakibatkan matrik khitin memiliki sifat ganda, sebagai pengkelat dan penukar ion memiliki sifat ganda, sebagai pengkelat dan penukar ion sehingga kapasitas serapan terhadap ion logam meningkatsehingga kapasitas serapan terhadap ion logam meningkat
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 7
IsolasiFTIR Karakterisasi
Iradiasi
Reaksi pencangkokan
-Jumlah radikal yang terbentuk
- Massa molekul relatif rata-rata
Hasil pencangkokan (%)
Gugus fungsi
Sifat termal
Kapasitas serapan ionnya
Tahapan Penelitian Tahapan Penelitian
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 8
Khitin Khitin Polimer rantai lurus dari unit : Polimer rantai lurus dari unit :
2-asetoamido-2deoksi-D-glukosa 2-asetoamido-2deoksi-D-glukosa dengan ikatan dengan ikatan 1,4 1,4
Termasuk golongan homopolisakarida Termasuk golongan homopolisakarida yang mempunyai massa molekul tinggiyang mempunyai massa molekul tinggi
Struktur linier 2000-3000 unit monomer Struktur linier 2000-3000 unit monomer N-asetil-glukosamin N-asetil-glukosamin
Khitin & khitosan adalah nama untuk Khitin & khitosan adalah nama untuk 2 kelompok yang tidak dibatasi oleh 2 kelompok yang tidak dibatasi oleh stoikhiometri yang pasti.stoikhiometri yang pasti.
Khitin : N-asetil glukosamin yang Khitin : N-asetil glukosamin yang terdeasetilasi sedikitterdeasetilasi sedikit
Khitosan : khitin yang terdeasetilasi Khitosan : khitin yang terdeasetilasi sebanyak mungkinsebanyak mungkin
TINJAUAN PUSTAKATINJAUAN PUSTAKA
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 905/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 9
Khitin & khitosan adalah nama untuk 2 Khitin & khitosan adalah nama untuk 2 kelompok yang tidak dibatasi oleh kelompok yang tidak dibatasi oleh stoikhiometri yang pasti.stoikhiometri yang pasti.
Khitin : N-asetil glukosamin yang Khitin : N-asetil glukosamin yang terdeasetilasi sedikitterdeasetilasi sedikit
Khitosan : khitin yang terdeasetilasi Khitosan : khitin yang terdeasetilasi sebanyak mungkinsebanyak mungkin
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 10
Sifat khas khitosan adalah kemampuannya Sifat khas khitosan adalah kemampuannya membentuk senyawa kompleks dengan ion logam membentuk senyawa kompleks dengan ion logam
dimana gugus amin sebagai donor elektrondimana gugus amin sebagai donor elektron
Agar kemampuan khitosan mengikat ion
logam lebih tinggi maka perlu dilakukan
modifikasi antara lain mencangkokkan gugus
fungsi yang bersifat elektron donor dan
penukar ion
O
O
CH2OH
HO NH2
OHHO
Cun
Teknik pencangkokan secara kimia:Teknik pencangkokan secara kimia:
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 11
Kurita,dkk,(1996)
• Sulit dalam 2 fasa•Proses relatif panjang karena dibuat turunan• Pelarut DMSO, N,N Dimetil asetaamida• Pemurnian lebih rumit• Hasil kurang homogen
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 12
PENCANGKOKAN DENGAN TEKNIK PENCANGKOKAN DENGAN TEKNIK IRADIASIIRADIASI
KEUNTUNGAN KEUNTUNGAN KOPOLIMER CANGKOK KOPOLIMER CANGKOK
TEKNIK IRADIATEKNIK IRADIASISI
1. Laju inisiasi tinggi
2. Dapat dilakukan pada
fasa padat dan cair
3. Bebas inisiator dan katalis
4. Produk yang lebih
homogen
5. Dapat dilakukan pada
temperatur rendah
Oleh karena itu perlu dikembangkan metode yang lebih efisien dan efektif yaitu dengan Teknik iradiasi
KOPOLIMERISASI CANGKOK DENGAN KOPOLIMERISASI CANGKOK DENGAN TEKNIK IRADIASITEKNIK IRADIASI
• 1. METODE SIMULTAN1. METODE SIMULTAN
• 2. METODE PRA-IRADIASI2. METODE PRA-IRADIASI a.a. RADIKAL TERJEBAKRADIKAL TERJEBAK b. PEROKSIDAb. PEROKSIDA
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 13
1. METODE SIMULTAN
Pada metode ini polimer dan monomer diiradiasi secara langsung, bersama-sama dengan kondisi bebas oksigen
Homopolimerrr
A A A
, M , M - M + M-M
A A A Rantai polimer
iradiasi
Kopolimer cangkok
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 15
2. a. METODE PRA IRADIASI RADIKAL TERJEBAK
Pada metode ini, polimer diiradiasi dahulu dengan kondisi bebas oksigen. Selanjutnya baru direaksikan dengan monomer yang digunakan
Iradiation M
A A A
- M
A A A Rantai polimer
Inert
Kopolimer cangkok
Iradiasi
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 16
2. b. METODE PRA IRADIASI PEROKSIDA
Pada metode ini polimer diiradiasi dengan adanya oksigen, sehingga terbentuk peroksida
Iradiasi pemanasan
Homopolimerrr
A A A A A
-O-O- - O - O-M + M- M
A A A A A
Rantai polimer
Hidroperoksida
Udara
Kopolimer cangkok
M
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 17
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 18
BAB III METODOLOGIBAB III METODOLOGI
PROSES ISOLASI KHITINPROSES ISOLASI KHITIN
KULIT UDANG
PROSES DEPROTEINASI
PROSES DEMINERALISASI
PENGHILANGAN WARNA
KHITIN
NaOH 1M, 80ºC3 jam, (1:10) w/w
HCl 1M, t ruang12 jam, (1:10) w/w
Filtrat
Filtrat
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 19
Proses pencangkokanProses pencangkokan
KHITINKHITIN
Met. peroksidasi Met. Radikal terjebak
IRADIASI SINAR GAMMA
REAKSI PENCANGKOKAN
PEMISAHAN
KHITIN TERCANGKOK
-Monomer-Pelarut-Temperatur
Homo polimerFTIRDSC & TGAXRDSEMKapasitas serapan ion
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 20
BAB IV HASIL PENELITIANBAB IV HASIL PENELITIAN
Karakterisasi khitin
No Parameter Nilai
1 2 3 4 5 6 7
Ukuran partikel Bau Warna Kadar air (%) Kadar abu (%) Kadar protein (%) Derajat deasetilasi (%)
Serbuk
Tidak berbau Putih 10,2 1,8 4,2
38,5
Bilangan gelombang ( cm-1 )
Abs
Regang O-H dan N-H
Regang C-H
Regang C=O
No
Gugus fungsi / jenis vibrasi
Bilangan gelombang (cm-1)
1 2 3 4 5 6 7
Vibrasi ulur gugus –OH -OH skunder pada C-3 -OH primer pada C-6
Vibrasi ulur karbonil –C=O Vibrasi ulur -C-N
Vibrasi tekuk –N-H Vibrasi ulur C-H pada gugus metil –CH3
3450
1317, 1261, 1150 953, 893
1650 1400 1550 2950
0 kGy
6 kGy
9 kGy
12 kGy
15 kGy
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 21
Untuk reaksi pencangkokan diperlukan jumlah radikal sebanyak mungkin dengan dosis serendah mungkin
Pengaruh dosis iradiasi terhadap jumlah radikal yang terbentuk
Peroksida (Bojarski)
Alkil (Bojarski)
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 22
Metode pencangkokanMetode pencangkokan
Monomer asam akrilat Monomer akrilamida
6 9 12 15 20
50
40
30
20
10
0
Dosis iradiasi (kGy)
Hasil
pen
can
gko
kan
(%
)
Pra-iradiasi radikal terjebak
pra-iradiasi peroksida
6 9 12 15 20
50
40
30
20
10
0
Dosis Iradiasi (kGy)
Hasil
Pen
can
gko
kan
(%
)
pra-iradiasi radikal terjebak
pra-iradiasi peroksida
- Pra-Iradiasi Radikal terjebakPra-Iradiasi Radikal terjebak- - Pra-Iradiasi PeroksidaPra-Iradiasi Peroksida
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 23
Monomer asam akrilatMonomer asam akrilat Monomer akrilamida
1007550250
120
100
80
60
40
20
0
Komposisi pelarut (%)
Has
il p
enca
ng
koka
n (
%)
air (A) - metanol (B)
air (A) - as.asetat (B)
metanol (A) - as.asetat (B)
A B100 75 50 25 01007550250
100
80
60
40
20
Komposisi pelarut (%)
Has
il pe
ncan
gkok
an (%
)
air (A) - metanol(B)
air (A) - asam asetat (B)
metanol (A) - asam asetat (B)
BA100 75 50 25 0
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 24
Pengaruh dosis total iradiasi Pengaruh dosis total iradiasi terhadap hasil pencangkokanterhadap hasil pencangkokan
211815129630
120
100
80
60
40
20
0
Dosis Iradiasi (kGy)
Has
il Pe
ncan
gkok
an (%
)
asam akrilat
akrilamida
G = kpkt-1 [M] ln {kt {RM]0 t }
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 25
Pengaruh konsentrasi Pengaruh konsentrasi monomer dan waktu reaksi monomer dan waktu reaksi
terhadap hasil pencangkokanterhadap hasil pencangkokan
6543210
120
100
80
60
40
20
0
Waktu reaksi (jam)
Hasil
pen
can
gko
kan
(%
)
Asam akrilat 10 %
Asam akrilat 20 %
Asam akrilat 30 %
Asam akrilat 40 %
6543210
16014012010080604020
0
Waktu reaksi (jam)
Has
il p
enca
ng
koka
n (
%)
Akrilamida 10 %
Akrilamida 20 %
Akrilamida 30 %
Akrilamida 40 %
Monomer Asam Akrilat Monomer Akrilamida
G = kpkt-1 [M] ln {kt {RM]0 t }
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 26
Pengaruh temperatur reaksi Pengaruh temperatur reaksi terhadap hasil pencangkokanterhadap hasil pencangkokan
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 27
KarakterisasiKarakterisasi
FTIRFTIR
Khitin Khit-g-AAc
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 28
Khit-g-AAmKhitin
Pengujian sifat termal dengan DSC
Khitin Khitin-g-AAc
OO
CH2
OH NHC OCH3
O
COOHCH
n
CH2
CO
CH
-H2O
OO
CH2
OH NHC OCH3
O
CH2
CO
O
CH
n
CH2C O
OHCHCH2
Dehidrasi gugus karboksilat
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 29
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 30
Khit-g-AAm
OO
CH2
OH NHC OCH3
O
CONH2CH
n
CH2
CO
CH
- NH2
OO
CH2
OH NHC OCH3
O
CH2
CO
NH
CH
n
CH2C O
NH2CHCH2
Deaminasi gugus amina
Khitin
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 31
TGATGA
Khitin Khit-g-AAc
Khit-g-AAm
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 32
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 33
Derajat kristalinitas
No Material derajat
kristalinitas (%)
1
2
3
4
5
6
Khitin
Khitin-g-Aac
Khitin-g-Aam
Khitosan
Khitosan-g-Aac
Khitosan-g-Aam
55,8
50,6
45,7
43,4
41,4
37,5
O
HO
H
NHC
CH3
OO
CH2HO
CH2
O
OH NH2
C OCH3H
O
Derajat kristalinitas
Reaksi pencangkokan asam akrilat pada khitin diperkirakan sebagai berikut :
O
HO
H
NHCCH3
OO
CH2HO
CH2
O
OH NHC OCH3H
O
O O
HO
H
NHCCH3
OO
CH2HO
CH2
O
OH NHC OCH3H
O
O
O
HO
H
NHCCH3
OO
CH2O
CH2
O
OH NHC OCH3H
O
O O
HO
H
NHCCH3
OO
CH2O
CH2
O
OH NHC OCH3
O
O
CH2 CO
OHCH
O
HO
H
NHCCH3
OO
CH2O
CH2
O
OH NHC OCH3H
O
O O
HO
H
NHCCH3
OO
CH2O
CH2 OH NHC OCH3
O
O
CH2
COOH
CH
CH2
COOH
CH
O
n
n
n
CH2
COOH
CH
.. .
IradiasiPemanasan
Kapa
sita
s Pen
ukar
an io
n (m
g/g)
KAPASITAS PENUKARAN ION
Hg (II) > Cu (II) > Cr (III)
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 36
Bab V. KESIMPULAN
1. Telah berhasil dicangkokkan asam akrilat dan akrilamida pada khitin dengan metode pra-iradiasi peroksida dengan kondisi optimal sebagai berikut :
• Dosis iradiasi 12 kG
• Pelarut : metanol/asam asetat= 1/1 untuk pencangkokan asam akrilat dan air/metanol = 7/3, untuk pencangkokan akrilamida
• Konsentrasi monomer 30
• Temperatur reaksi 70ºC dengan waktu reaksi 3 jam
2. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pencangkokan menggunakan monomer akrilamida menghasilkan kopolimer cangkok lebih tinggi dibandingkan pencangkokan menggunakan asam akrilat
3. Kapasitas penyerapan terhadap ion logam (Hg, Cr, Cu) semua kopolimer cangkok lebih tinggi dari senyawa dasar (khitin, khitosan). Khitosan- g- Aac memiliki kapasitas serapan tertinggi terhadap ketiga ion logam dibandingkan kopolimer cangkok lainnya.
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 37
Ucapan TerimakasihUcapan Terimakasih
Terimakasih kami ucapkan kepada rekan rekan di Kelompok Polimer Bidang Proses Radiasi dan rekan rekan di Instalasi Fasilitas Iradiasi, Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi yang banyak memberikan konstribusi dan dukungan sehingga penelitian ini dapat berjalan dengan lancar
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 37
Bilangan gelombang (cm-1
Abs
Spektrum FTIR standar khitin (database Sadtler)
radiasi Cell-O-Cell Cell-O + Cell
Cell-OH Cell-O + H
Cell-H Cell + H
Cell-OH Cell + OH
Cell-CH2-OH Cell + CH2OH
Cell + O2 Cell-OO
Cell-OO + H-Cell Cell-OOH + Cell Cell + O2 Cell-OO
Effek radiasi pada selulosa
Mekanisme pemutusan rantai glukosida akibat radiasi pada khitosan
R-H R(C1-C6) + H•
R-H + H• R(C1-C6) + H2
R(C1,C4) F1 + F2
R-NH2 + H• R(C2) + NH3
puncak spektrum khitin dan khitin yang dicangkokkan dengan asam akrilat
No Bilangan gelombang (cm-1 )
Gugus fungsi Khitin Khit-g-Aac 17,8 %
1 3450 (- OH ) Kuat Kuat
2 2950 (- CH3) Kuat Lemah
3 1665 (- C=O ) Lemah Kuat
4 1550 ( N-H) Sedang Lemah
5 1400 (- C-N ) Kuat Kuat
6 1150 ( C-O ) –OH sekunder pada C-3
Sedang Hilang
7 1317 ( C-O ) –OH sekunder pada C-3
Kuat Lemah
8 953 -OH Primer pada C-6 Lemah Hilang
9 893 -OH Primer pada C-6 Sedang Hilang
10 1400 (- C-N ) Kuat Kuat
Gambar alat pencangkokan
Transformasi khitin Khitosan
O
O
O
O
N-C-CH3
H ON-C-CH3
H O
N-C-CH3
..
H
O
O
N-C-CH3
..
H
O
N-C-CH3
..
H
O-
OH
O-H
OH
O-
HO-H
CH3-C- O-
+OH-+NH2
PERHITUNGAN DERAJAT DEASETILASI DENGANMETODE BASE LINE
P
Po
% N-Deasetilasi = 1 - {(A1650/ A3450 x 1/1,33)} x 100 %
A1650 = Absorban pada 1650 cm-1 (menyatakan gugus karbonil pada gugus asetil)
A3450 = Absorban pada 3450 cm-1 (menyatakan gugus amina primer)
1,33 = Nilai konversi untuk N-Deasetilasi yamg sempurna
A = log Po / PP = Jarak antara garis dasar dengan puncak
P0 = Jarak antara garis dasar dengan garis singgung
ESR
Bila terjadi interaksi antara elektron dengan inti yang paramagnetik, terjadi hyperfine-spliting dari tingkat energi elektron
Prinsip ESR
Khitin dan glukosa
T c T
e k s o te rm ik
T mT g
d Q /d T e n d o t e rmik
ga ris d a sa r
DSC ( Differential Scanning Calorimetry)
Teknik DSC digunakan untuk menentukan jumlah energi (dQ/dt) yang dibutuhkan untuk menetralkan perbedaan temperatur antara sampel dan bahan pembanding (Dodd, 1987). Secara skematik kurva DSC untuk polimer semikristalin yang mengilustrasikan efek pemanasan. Dengan teknik DSC dapat diketahui temperatur transisi gelas suatu sampel polimer. Proses transisi gelas merupakan reaksi orde dua. Transisi orde dua ini ditunjukkan oleh terjadinya perubahan garis dasar yang dihasilkan dari perubahan kapasitas panas (Haines, 1995). Transisi orde pertama, seperti kristalisasi dan pelelehan, ditunjukkan oleh puncak yang tajam. Luas daerah puncak adalah sebanding dengan perubahan entalpi dalam polimer, dan perubahan entalpi berhubungan dengan jumlah kristalin yang dimiliki oleh suatu sampel polimer (Dodd, 1987; Wetton, 1993).
Spektrum Infra Merah KitosanSpektrum Infra Merah Kitosan
Seminar Penelitian Mia Ledyastuti 2 0/27
50075010001250150017502000250030003500400045001/cm
20
30
40
50
60
70
80
90
100
%T
3423
.65
3412
.08
3385
.07
3369
.64
3313
.71
2918
.30 28
87.4
428
50.7
9
2501
.67
2358
.94
2343
.51
1656
.85
1639
.49
1629
.85
1579
.70
1544
.98
1425
.40
1379
.10
1323
.17
1251
.80
1151
.50
1083
.99
1033
.85
948.
98
894.
97
709.
8066
7.37
659.
6663
4.58
601.
79 561.
2952
4.64
459.
06
401.
19
Khitosan
Regang O-H dan N-H
Regang C-H
Regang C=O
Tekuk C-HRegang C-O-C
Hasil PenelitianHasil Penelitian
05/01/23Badan Tenaga Nuklir Nasional 52
R-H + H R(C1-C6) + H2
R(C1,C4) F1 + F2
R-NH2 +H R(C2) + NH3
Recommended