Prosiding Pertemuan limiah limu Pengetahuan dan Teknologi Bahan '99Serpong, 19 -20 Oktober 1999 ISSN 1411-2213

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ADSORBAN PP-AMIDOKSIM

Kadarijahl, Isni Marlijantil, Anik Sunarnil daDSudrajat Iskandar1P3TIR-BATAN, JJ.Cinere,Ps.Jumat, Jakarta 12070

ABSTRAK

PEMBUA TAN DAN KARAKTERISASI ADSORBAN PP-AMIDOKSIM. Pembuatan polipropilena -amidoksim( PP-amidoksim) dengan cara radiasi pencangkokan clan karakterisasinya telah dilakukan. Propilena berbentuk serbuk dibuat PP-g-akrilonitril dengan cara radiasi simultan , kemudian dibuat amidoksim dengan memanaskannya dalam larutan hidroksilamin 3%dalam campuran air-metanoll: 1 pacta suhu 80 °C selama lebih kurang 2 jam .Untuk mengetahui terbentuknya pencangkokanakrilonitril pacta polipropilena clan lerbentuknya amidoksim diamati spektrum IR nya. Perubahan sifat termal dianalisa denganDSC clanperubahan permukaan butirail dilihat dengan elektron mikroskop. Hasil yang diperoleh bahwa setelah radiasi pencangkokanterbentuk PP-g-akrilonitril dapat dilihat daTi munculnya pita serapan pacta bilangan gelombang 2245 cm-) yang menunjukanadanya gugus nitril ( -CN ). Setelah proses amoksimasi terbentuk pita serapan yang membengkak dimana pita serapan antara

3500 -3650 cm-. merupakan pita serapan -NOH dari amidoksim [-C(NH2)=NOH]. Dari termogram DSC dapat dilihat pulaperubahan suhu titik leleh daTi 164 °c menjadi 154,7 °c clan terbentuk puncak eksotermal pacta PP-AN clan PP-amidoksim yangpuncaknya makin melebar. Dari mikrograf SEM dapat pula dilihat perubaham permukaan butiran yang semakin kasar clan agakmembesar.Setelah menyerap ion Cu (II) permukaan butiran berubah agak halus.

ABSTRACT

PREP ARAnON AND CHARACTERIZA nON OF PP-AMIDOXIM ADSORBAN. Polypropylene - amidoxim( PP-amidoxim ) was prepared by simultaneous radiation grafting PP with acrylonitril monomer followed by heating it in 3%hydroxylamine in the water: methanol 1:1 at 80 °C for about 2 hours. The FT-IR absorption of the sample spectrum wererecorded by FT-IR Shimadzu.The DSC thermogram of the samplewere measured by Du Pont Differencial scanning calorimetryin nitrogen gass with heating rate of 10°Ctmin and the micrographof electron microscope were investigated by SEM-JEOL.Theresult showed that PP-g-AN can be identified by the absorption peak at 2245cm -I as nitril group (-CN), while the peak at1627 cm-I corresponding to the stretch vibration of bond C=N. The broudens peak from 365 - 3000 cm"1 identified as oxime

group from amidoxime [-C(NH2)=NOH].The DSC thermogram of product show that the melting tempera~re decreases from164°c to 154,7°C and appeared exothermal peak at 268 °Cfor PP-g-AN and 273 °Cfor PP-amidoxime. Irradiation graftingand amidoximation made the changes of surface roughness. After adsorbed Cu (II) ion the surface a little changes.

Kata kunci : Adsorban, PP-Amidoksim, PP-g-Akrilonitril

PENDAHULUAN

Material polimer reaktifuntuk mengolah limbahair/cair ataupun untuk penukar ion banyak mendapatperhatian. Berbagai tulisan yang berisi penelitianpembuatanbahanpolimer reaktif yangberasaldaribOOanalam ataupunsintetistelah banyak diterbitkan[1,2,3,4].Bahanyangdigunakanbisaberbentukserat,film,benang,kain daD lain-Iainnya. Untuk mendapatkan materialpolimerreaktiftersebutbisabermacam-macam,salahsatutara yaitu' dengan kopolimerisasi cangkok secarakonvensional ataupun dengan radiasi. Kopolimerisasicangkok dengan tara radiasi yangmerupakan salah satutara memodiftkasi bahan polimer dapat diaplikasikanuntukmendapatkan bahan fungsionaldengan mengubahrantai utama polimer menjadi rantai yang mempunyairantai cabang fungsional. Rantai fungsional inilahyangdiharapkan bisa mengikat ion.

Penelitian ini mencoba mendapatkanpolipropilena-amidoksimyaitumodiftkasipolipropilenaagarmempunyaigugusfungsiamidoksim.Pertama-tamapolipnpilena dicangkok dengan akrilonitril menjadipolipropilen-g-akrilonitril yang selanjutnya direaksikandengan hidroksilamina untuk mendapatkanpolipropilena-amidoksim.Gugus amidoksiminilahyangdiharapkan akan menarik atau mengerap ion sepertiCu(II), uranium, daD lain-lain. Dalam penelitian inidigunakan polipropilen serbuk. Wujud serbuk inidiharapkan dapat lebih baik, karena seperti aluminamempunyai luas permukaan yang lebih besar sehinggapenyerapan ionnya lebih baik.

Penelitian ini barn sebatas pembuatan daDkarakterisasi, tetapi setelah pengujian penyerapan ion-ion logam terutama logam berat, diharapkan hasilnyabermanfaat daD dapat membantu dalam pengolahanlimbOO cairo

QO

Pembuatan don Karakterlsasi Adsorban PP-A",idoksim (Kadarljalr)

METODEDANPERCOBAAN

Pembuatan amidoksim, Polipropilena yangdigunakan dalam pereobaan ini adalah polipropilenaserbuk berasal dari Jepang. Metoda peneangkokandilakukan dengan tara radiasi simultan. Monomerakrilonitril yang digunakan langsung tanpa pemumianlebihdahulu ,demikian pulahidroksilamin.Polipropilenadimasukkanke dalamkantongplastikpolietilenaditambahmonomerakrilonitrilyang sudahdialiri N2sampaisemonbutiran PP basah danjenuh. Untuk mengurangi adanya°2 sebelum ditutup, plastik tersebut dialiri gas N2 laiDdiradiasi dengan dosis 5, 10,clan15kGy clan laju dosis5 kGy/jam. Polipropilena -g- AN dieuei dengan metanolkemudian dikeringkan. Jumlah polimer eangkok +homopolimer yang terbentuk dihitung dari penambahanbobot awal yaitu dengan persamaan :

WI-Wo% p = _m x 100

Wo

Di sini homopolimer yang trebebtuk tidak dihilangkan.Untuk mendapatkanpolipropilena-amidoksim,PP-g-ANdirendam dalam tarutao hidroksilamina 3% dalamcampuran metanol: air = I : I pada suhu 80 °Cselama2-3jam. PP-amidoksimkemudiandicucidenganmetanolclandikeringkan.

Pengujian

Untuk melihat perubahan suggS fungsi setelah prosespeneangkokan dengan monomer clan prosesamidoksimasi, contohdilihatdengan FT-IR Shimadzu.Perubahan sifat terroal dilihat dengan DSC Du-Pont,sedangkan perubahan bentuk serbuknya diamati denganSEM.PenyerapanionCu(II)dilakukandenganmerendam0,5g PP-amidoksimdalam50mllarutanCu500ppmselama30menit. Keeuali parameter di atas, ketahanan terhadappelarut organik seperti alkohol, THF, clan DMF jugadilakukan yaitu dengan merendamPP-amidoksimdalampelarut tersebut selama 24 jam. Persen penguranganbobot dihitung dari selisih bobot awal W dengan bobotsetelah direndam W' dikalikan 100%.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada radiasi polipropilena, radikal yang palingmungkin terbentuk karena lepasnya atom H yang labilyang terletak pada atom C tersier yang kemudianbereaksi dengan akrilonitril seperti berikut [5]:

CH, CH, CH.,I I y I

-CH,-C-CH,-C- .. CH,-C - + H'I 1---'7H H

(1 )

propi)...CH, CII,I I

(- CH,- Coo), + CH,-CHCN ---'7(C CH .. f -), (2)okrllonllrll (-CH,-CH(CN)-).

PP-g-okkrllonilrll

Amidoksimasi. Pembentukan amidoksim diperkirakansebagai berikut :

01.1I hidroksilamina

HH-C-)" :>I(-012 -Q:I(CN)-),.

01)I

(-OI-C-)" (3)

( -&2 -Q:I(qNHl)=mH)."

PP-g-akrilonitril PP - amidoksim

Persamaan reaksi diatas hanya gambaran yangsederhana yang paling mungkin terbentuk. Persenkonversi yang diperoleh setelah iradiasi antara 35 - 48%.Polipropilena- AN dengankonversi:I: 40 % dibuatPP-amidoksim.

Perubahan struktur polipropilen setelah terjadipeneangkokan dengan monomer akrilonitril clansetelahproses amidoksimasidapat dilihat dari adanyaperubahanspektrum gugus fungsi FT-IR yang diamati. Perubahantersebut dapat dilihat pada Gambar Ia , Ib clan Ie.Spektrumpolipropilensebelumterjadireaksidapat dilihatpada Gambar Ia. Setelah reaksi peneangkokan denganakrilonitril, muneul pita serapan barDpada 2245 em')yang diidentiftkasikansebagai vibrasi tarik gugus -CaN(nitril), ini menunjukkan adanya polimer cangkokakrilonitril pada polipropilen seperti reaksi (2). Setelahproses amidoksimasi, perubahan gugus fungsi dapatdilihatpada spektrum Gambar 1e. Gugusnitril menurun,

.

'\\

l\\..! A,

~ I

" \~\ I \)..c';:.c;<

0

""1""1'" ",~~.~ ,--r-o~.'lrr~_.0 -. 0 _0 ,""",0 , ...0-

H In "elomnan.,em-l

Gambar J. Spektrum FT - lR p~iipropilen(a), Polipropilen-g-AN (b), Polipropilen-amidoksim

01

Prosiding Pertemaan IIndah lima Pengetahuan don Teknologi Bahan '99Serpong, 19 -20 Oktober 1999 ISSN 1411-2213

ini berarti terjadi reaksi nitril dengan hidroksilaminmembentukamidoksim,-C (NH2) = NOH. Hal inidapatdilihat pada pita serapan yang makin melebar padabilangan gelombang 3000 - 3650 em-)yang merupakanvibrasi gugus fungsi -OH dan -NH. Sedangkan pitaserapan pada 1658 em-) menunjukkan adanyavibrasi -C=N- yang berasal dari nitril seperti perkiraanpadareaksi (3). Spektrum FT-IRdari PP-amidoksimdanPP-amidoksim-Cu dapat dilihat pada Gambar 2a dan 2b .Puneak yang melebar pada bilangan gelombang3650-3000 em-I yang menunjukkan ikatan hidrogenkelihatan ada berubahan. Hal ini dapat diasumsikanadanyakoordinasi ionCu(II) dengan-OH dan-NH2daTigrup amidoksim seperti berikut :

P-C-NI I

NH2 OH

Vu

Perubahanpuneak pada bilangan gelombangdari 1050-1300em-)yangmerupakan vibrasi-N-Hdan -C=Njugamenunjukkan adanya koordinasi ion Cu(II) denganamina.

a

f't~ J r~~I\A\J' (

\J I '~.'~

\J

....c"

.<.~Cm

.<.<

-'° )!GO.O "".0 2500.0 '100.0 1000.02000.0

Ri langan gelomh.ng,cm-l

Gamba, 2. SpektTllm FT-IR polipropilen-amidoksim (a), dan polipropilen-amidoksim-Cu (b).

Sifat termaL Perubahan sifat termal dapat dilihat daritermogram DSC. Homopolipropilen serbuk buatanJepang mempunyai suhu titik leleh 164°Cdapat dilihatpada Gambar 3a. Setelah dieangkok dengan akrilonitril,terlihat ada perubahan sifat termal yang dapat dilihatpada Gambar 3b. PP-g-AN yang terbentuk suhu titiklelehnyamenurunmenjadisekitar152,7°C,ini disebabkanadanya penurunan jumlah kristalin karena. adanyapeneangkokandengan akrilonitrilataupunkarena radiasi,

schab polipropilen rentan terhadap radiasi. Menurutpeneliti terdahulu (5,7), peneangkokan terjadi didaerahamorf karenapada daerahamortmolekulnya lebihmobildan monomerlebihmudahberdifusi.Tetapipencangkoknjuga terjadi didaerah batas antara kristalin dan amort.Hal ini bisa terjadi karena monomer sukar berdifusi kedalam daerah kristalin sehingga monomer hanya bisaberreaksidenganradikalterjebakyang ada didaerahbatasterseuut. Pada PP-g-AN terbentuk juga puneakeksotermikpadasuhu268 °c. Setelahprosesamidoksimasidan terbentuk PP-amidoksim, temyata suhu titik lelehdan suhu puneak eksotermik bergeser yaitu 154,7 °Cdan 273 °Cdenganbentukpuneakyang lebihlebarsepertiGambar 3e. Perubahan ini menunjukkan adanyaperubahan struktur daTipolipropilen yang berarti jugalebihtahanterhadappanas. Termogram3d menunjukkanPP-amidoksim yang telah mengadsorbsi ion Cu. Disinijuga terjadiperubahanbentukpuneakeksotermikmenjadiagak menyempit,yangkemungkinandisebabkanadanyakoordinasi ion Cu(II) dengan -NH2 dan -OH dariamidoksim.

,

~'i--

\\

F...,...

\\ 6

'O'.CO't

.U.".:

ZOI.OS't

"'. 'o'cD

""O,.,.

IS'. o,'C

5!1 ._- iiJO'- c -"2iJO--"'--"'-'~

SuHu l C)

Gamba, 3, Termogram DSC daTi H-polipropilen

(a), Polipropilen-g-akrilonitril (b), Polipropilen-amidoksim (c), Polipropilen-amidoksim-Cu (d)

Pengamatan dengan Elektron Mikroskop.Perubahan butiran serbuk HPP diamati dengan elektron

92

Pembuatan don Karakterisasi Adsorban PP-Amidoksim (Kadorljah)

mikroskop daD basil mikrograf dapat dilihat padaGambar 4a, 4b, 4c daD4d. Permukaanbutiransebelumradiasipencangkokan terlihathalus sepertiterlihatpadaGambar 4a. Setelah terjadi kopolimerisasi cangkokmenjadi Frog-AN, permukaan mulai berubah menjadilebihkasarsepertiterlihatpada mikrograf 4b.Selanjutnyabasil amidoksimasimengubahpermukaansemakinlebihkasar daDbutiran juga menjadi lebih besar. Ini dapatdilihat pada mikrograf 4c daD menunjukkan adanyareaksihidroksilaminadengan-Ditrilmenjadiamidoksim.PP-amidoksim yang telah mengikat ion Cu (II) dapatdilihatpadamikrograf 4d. Mikrografmenunjukkanbahwapenyerapan ionCu(II) menyebabkan butiran serbukmenjadi sedikit lebih rata hila dibandingkan denganPP-amidoksim.

Gambar 4. Mikrograf SEM polipropilena (A),polipropilena-g-AN (B), polipropilena-amidoksim (C), polipropilena-amidoksin-Cu

Ketahanan terhadap pelarut. Ketahanan terhadappelarut dicoba dengan etanol, THF daDDMF. Setelahdirendamselama24jam, adapenurunanberat sekitar2%tetapi penampilanbutiranPP-amidoksimmasihbaikataunormal.

Tabel 1. Ketahanan terhadap pelarut organik

KESIMPULAN

Dari percobaan yang dilakukan, diperoleh penukar- Propilena serbuk telab berhasil dibuat PP-amidoksim.- PP - amidoksim dapat digunakan sebagai penyerap

atau penukar ion Cu(II).- Percobaan ini masih perlu dilanjutkan untuk

mengetabui sejauh mana daD berapa banyak PP-amidoksim dapat menyerap ion logam yang lainterutama ionuranium.

DAFTARACUAN

[1]. WEIPING LIN, YUN LIE and HANMIN ZENG,J.Appl.PoI.Sci.,47(1993)40

[2]. YUMIARTI, YUMEMELLAWATI, SURIPTOdanMARYOTO, Penyerapan ionlogam berat dalamlarutan oleh sabutkelapa sawit,Risalah PertemuanIlmiabAplikasi Isotop dan Radiasi,Jakarta (1994).

[3]. YUNLIE, CUIXIA \VlJ, WEIPINGLIN, LIYUANTANG and HANMIN ZENG, J.AppI.PoI.Sci.,53(1994)1461

[4]. RAOLEI, XU 00, XU JUN,and ZHAN RUIYUN,J.Appl.Pol. Sci.,53 (1994)325

[5]. LO YUN, ZHANG ZOO and ZENG HANMIN,lAppI.PoI.Sci.,53 (1994)405

[6]. NICK MARTAKIS, MICHAIL NIAOUNAKISand DIMITRIS PASSIMISSIS,J.AppI.PoI.Sci.,51(1994)313

[7]. SUNDARDI,KADARIJAHand ISNIMARLIANTI,lAppI.Po1.Sci.,28, (1983)3123

93

Pelanrt Etanol 1HF DMF

!:J.W-% 2,11 2.33 1.64

WPerubahan penampakan NonnaI NonnaI Norma\