## PENGEMBANGAN METODE PENGIKATAN GUGUS EPOKSIDA PADA SILIKA GEL UNTUK MENINGKATKAN EFISIENSI

## Choiril Azmiyawati
Laboratorium Kimia Anorganik Jurusan Kimia Fakultas MIPA Universitas Diponegoro Semarang 50275

## ABSTRAK
Pengikatan gugus epoksida pada silika gel G telah dilakukan. Pengikatan ini dilakukan dengan cara mereaksikan silika gel G dan γ-GPS pada konsentrasi dan waktu kontak yang bervariasi. Variasi konsentrasi γ-GPS yang dilakukan adalah 5%, 10%, dan 15%. Variasi waktu kontak antara silika gel dengan γ-GPS adalah 1, 2, dan 8 hari. Diperoleh bahwa semakin besar konsentrasi dan waktu kontak, semakin banyak gugus epoksida yang terikat pada silika gel. Meskipun demikian, efisiensi terbesar yaitu 0,614% terjadi pada konsentrasi γ-GPS 5% dengan waktu kontak 8 hari.
Kata kunci: epoksida, γ-GPS, silika gel, efisiensi.

## METHODE DEVELOPMENT OF EPOXIDE GROUP BINDING ON SILICA GEL TO INCRESE EFICIENCY

## ABSTRACT
It has been done the bonding oxyrane group on silica gel G. This bonding has done by reaction of silica gel G with γ-GPS at various concentration and contact time. The various concentration were 5%, 10%, and 15%. The various contact time between silica gel and oxyrane group were 1,2, and 8 days.  The result  show that  increase concentration  and  contact time, increasing the bonding oxyrane grou, too. Eventhought, most efficient was 0,614% at concentration γ-GPS 5% with contact time 8 days. Key words: oxirane, silica gel,γ-GPS, efficiency.

## PENDAHULUHAN
Sintesis  material  yang  mampu  mengikat  ion logam, baik melalui adsorpsi maupun pertukaran ion  telah  banyak  dilakukan  selama  tigapuluh tahun  terakhir.  Secara  umum,  material  ini  dapat dibuat  melalui  pengikatan  suatu  senyawa  yang memiliki  sisi  aktif  pada  permukaan  padatan pendukung seperti silika gel, zeolit, dan lempung. Pengikatan  ini  dapat  dilakukan  secara  langsung maupun  tidak  langsung.  Pengikatan  secara langsung misalnya pernah dilakukan oleh Terrada (1983), Vierra dkk. (1999), dan Airoldi (2001).
Terrada  (1983)  pernah  melakukan  impregnasi senyawa  organik  pada  permukaan  silika  gel. Senyawa  organik  yang  digunakan  adalah  2- merkaptobenzotiazol,  2-merkaptobenzimidazol, dan  2,3-dimerkapto-1,3,4-tiadiazol.  Viera  dkk. (1999)  telah  melakukan  modifikasi  permukaan silika  gel  dengan  gugus  merkapto.  Silika  gel termodifikasi  gugus  merkapto  ini  diinteraksikan dengan  kation  raksa,  perak,  seng,  dan  tembaga untuk  penentuan  termokimianya.  Penelitian  ini
dilanjutkan  oleh  Airoldi  dan  Arakaki  (2001) dengan  mengimobilisasi  etilensulfida  pada permukaan silika melalui proses sol-gel.
Pengikatan  secara  tidak  langsung  pernah dilakukan oleh Chang dkk. (1976), Lessi (19996), dan Azmiyawati (2004). Chang (1976)
menggunakan suatu senyawa epoksida (oksirana), yaitu γ-glisidoksipropiltrimetoksisilan yang  disingkat  γ-GPS  sebagai  senyawa penghubung.  Senyawa  γ-GPS  diikatkan  pada padatan  pendukung  CPG  ( controlled  porosity glass ). Senyawa yang terbentuk diikatkan dengan senyawa  organik  yang  dapat  digunakan  sebagai fasa diam dalam kromatografi. Material ini dapat digunakan  sebagai  penukar  ion  yang  memiliki sifat  hidrofobik  dan  hidrofilik,  tahan  terhadap fasa gerak dengan kecepatan tinggi, dan memiliki porositas  yang  cukup  untuk  memisahkan biopolimer.
Lessi  dkk.  (1996)  melakukan  impregnasi  2,5- merkapto-1,3,4-tiadiazol dengan senyawa penghubung  3-kloropropiltrimetoksisilan.  Silika
gel  yang  termodifikasi  dapat  mengadsorpsi  ion- ion  logam  Hg,  Fe,  Cd,  Cu,  Zn,  Ni,  Pb,  dan  Co. Akan  tetapi,  ion  logam  yang  paling  banyak teradsorpsi adalah Hg, Cd, dan Pb.
Azmiyawati (2004) melakukan impregnasi gugus sulfonat  pada  silika  gel  melalui  senyawa penghubung  γ-GPS  pada  konsentrasi  larutan  γ- GPS 10%. Silika sulfonat yang terbentuk mampu meningkatkan adsorpsi ion logam Mg.
Dari  beberapa  penelitian  di  atas,  terlihat  bahwa modifikasi  padatan  pendukung  ini  secara  umum dapat meningkatkan kemampuan adsorpsi maupun  pertukaran  ion.  Akan  tetapi,  metode pengikatan secara tidak langsung dapat meningkatkan  kemampuan  adsorpsi  lebih  besar daripada  metode  pengikatan  secara  langsung. Oleh karena itu, metode yang akan dikembangkan di  sini  bertujuan  untuk  menentukan  kondisi optimum  pengikatan  senyawa  perantara  pada metode tidak langsung.
Silika  gel  yang  mengikat  gugus  epoksida  telah digunakan  sebagai  senyawa  perantara  dalam pembuatan  silika  sulfonat  (Azmiyawati,  2004). Selama ini, konsentrasi γ-GPS dan waktu kontak antara silika gel sebagai padatan pendukung dan γ-GPS  sebagai  senyawa  penghubung  belum ditentukan  secara  tepat.  Akan  tetapi,  dari beberapa  penelitian  yang  pernah  dilakukan  oleh Chang  (1976),  konsentrasi  γ-GPS  yang digunakan  sebesar  5%  dan  Azmiyawati  (2004) menggunakan  γ-GPS  dengan  konsentrasi  10%. Dengan  mengetahui  konsentrasi  γ-GPS  dan waktu  kontak  antara  silika  gel  dengan  γ-GPS dapat  ditentukan  kondisi  yang  paling  efisien dalam pengikatan gugus epoksi.

## METODE PENELITIAN
Pengikatan  gugus  eopksida  pada  silika  gel dilakukan  melalui  empat  langkah  kerja  berikut. Silika  gel  diaktivasi  dengan  dengan  cara dipanaskan  pada  suhu  110ºC  selama  24  jam. Telah  dilakukan  tiga  macam  variasi  konsentrasi γ-GPS dalam larutan sililasi, yaitu 5%, 10%, dan 15%. Pengikatan gugus epoksida pada silika gel teraktivasi  dilakukan  dengan  mencampurkan  γ-
GPS  dan  silika  gel  pada  kondisi  vakum  dengan waktu  kontak  selama  1  hari,  2  hari,  dan  8  hari untuk masing-masing konsentrasi. Silika epoksida  yang  diperoleh  kemudian  ditentukan kandungan  gugus  epoksida  yang  terikat  dengan cara mereaksikan silika epoksida tersebut dengan natrium  tiosulfat.  Senyawa  yang  diperoleh dititrasi dengan HCl

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Modifikasi  permukaan  silika  gel  secara  kimia telah  banyak  digunakan  dan  merupakan  suatu metode  yang  tepat  untuk  menggabungkan  silika gel  dengan  molekul  organik.  Silika  gel  adalah senyawa yang menarik karena tidak mengembang ( swell )  bila  dikenai  air  serta  memiliki  kekuatan mekanik  dan  stabilitas  yang  baik.  Di  antara padatan  pendukung  lain,  silika  gel  yang tertempeli  organosilan  lebih  luas  digunakan dalam  berbagai  teknologi,  misalnya  dalam kromatografi lapis tipis, adsorpsi ion logam, dan senyawa antara dalam pembuatan silika sulfonat dan silika tiazol.
Dalam  penelitian  ini  telah  dilakukan  variasi konsentrasi γ-GPS dan waktu kontak antara silika gel  dengan  γ-GPS.  Variasi  konsentrasi  γ-GPS dilakukan  pada  konsentrasi  5%,  10%,  dan  15%. Kondisi  maksimum  konsentrasi  sebesar  15% dipilih  berdasarkan  penelitian  yang  pernah dilakukan  oleh  Chang  (1976)  bahwa  pada konsentrasi yang lebih besar, kemungkinan yang terbentuk bukan silika epoksi (Si-Ep) melainkan polimer dari γ-GPS.
Waktu  kontak  antara  silika  gel  dengan  γ-GPS adalah 1 hari, 2 hari, dan 8 hari, dengan alas an pada  waktu  kontak  1  hari  diharapkan  reaksi paling banyak terjadi. Penambahan waktu kontak 1 hari dan 7 hari untuk mengetahui seberapa besar pengaruh pertambahan waktu terhadap pengikatan gugus epoksi.
Pengikatan  gugus  epoksida  ke  permukaan  silika gel mengikuti persamaan berikut.
SG + γ-GPS → Si-Ep + metanol ….(1)
Proton  pada  gugus  silanol  dari  silika  gel  akan dilepaskan untuk membentuk ikatan antara Si dari silika gel dengan dengan O - gugus metoksi dari γ-
GPS.  Produk  yang  diperoleh  berupa  silika  gel yang  mengikat  gugus  epoksida  dengan  produk samping metanol. Silika gel yang mengikat gugus epoksida dengan konsentrasi 5%, 10%, dan 15% disebut Si-ep 5%, Si-ep 10%, dan Si-ep 15%.
Penentuan gugus epoksi yang terikat pada silika gel didasarkan pada pemikiran berikut.
Penambahan  natrium  tiosulfat  dan  HCl  akan membuka  gugus  epoksi  dan  menghasilkan  ion hidroksil.  Ion  hidroksi  ini  yang  dititrasi  dengan HCl.  Banyaknya  HCl  yang  digunakan  untuk titrasi  akan  sebanding  dengan  jumlah  ion hidroksil  yang  dihasilkan.  Terbentuknya  ion hidroksil  ditandai  dengan  pH  awal  titrasi  yang cukup  tingi.  Hasil  titrasi  untuk  masing-masing konsentrasi  dan  waktu  kontak  disajikan  dalam Gambar 1, Gambar 2, dan Gambar 3.
Gambar 1.  Kurva  titrasi  silika  epoksi  5%  pada waktu kontak (a) 1 hari, (b) 2 hari, dan (c) 8 hari.
Gambar 2.  Kurva  titrasi  silika  epoksi  10%  pada waktu kontak (a) 1 hari, (b) 2 hari, dan (c) 8 hari.
Gambar 3.  Kurva titrasi silika epoksi 15 % pada waktu kontak (a) 1 hari, (b) 2 hari, dan (c) 8 hari.
Perhitungan berdasarkan kurva titrasi menunjukkan bahwa kandungan gugus epoksida yang  terikat  pada  silika  gel  menunjukkan  data sebagai berikut.
Pada konsentrasi 5%, peningkatan waktu kontak antara  silika  gel  dengan  γ-GPS  akan  sesuai dengan bertambahnya jumlah gugus epoksi yang terikat. Dari Tabel 1 terlihat bahwa jumlah gugus epoksi  yang  terikat  pada  Si-ep  dengan  waktu kontak  8  hari  memiliki  efisiensi  paling  besar dibandingkan Si-ep dengan waktu  kontak 2 hari dan 1 hari.
Tabel 1.  Jumlah gugus epoksi yang terikat pada
Si-ep 5%. Waktu (hari) Jumlah gugus epoksi terikat (µmol) Gugus silanol tersubstitusi (%) Efisiensi (%) 1 180,9 13,60 0,362 2 213,68 16,07 0,427 8 307,05 23,09 0,614
Sedikitnya gugus silanol yang dapat tersubstitusi oleh gugus epoksida dapat dipahami karena tidak semua gugus silanol dapat tersubstitusi. Kondisi ini  dimungkinkan  karena  adanya  gugus  silanol yang  tersembunyi  dalam  pori-pori.  Meskipun demikian hasil penelitian ini cukup
Si-ep 5% 0 5 10 15 0 0 .4 0 .8 1 .2 1 .6 2 Volum e HCl pH t = 2 hari t = 1 hari t = 8 hari 0 2 4 6 8 10 12 pH Volume HCl (mL) t= 1 hari t=2 hari t= 8 hari
0 2 4 6 8 10 12 pH Volume HCl (mL) t = 1 hari t = 2 hari t = 8 hari
menggembirakan  karena  reaksi  berlangsung dalam medium air. Sedangkan untuk penempelan gugus  epoksida  pada  silika  gel  dengan  media bebas air pernah dilakukan oleh Nuryono (2001) diperoleh  bahwa  pada  konsentrasi  5%,  gugus silanol yang dapat tersubstitusi oleh gugus epoksi sebanyak  33,75%.  Azmiyawati  (2004)  pernah melakukan  pengikatan  gugus  epoksi  dengan kondisi  yang  sama  dan  waktu  kontak  30  menit diperoleh  bahwa  gugus  silanol  yang  dapat tersubstitusi oleh gugus epoksi sebesar 15,9447%.
Jumlah  gugus  epoksi  yang  terikat  pada permukaan  silika  gel  untuk  Si-Ep  10%  lebih banyak  daripada  Si-Ep  5%,  seperti  ditunjukkan dalam Tabel 2 berikut.
Tabel 2. Jumlah  gugus  epoksi  yang  terikat pada Si-Ep 10%. Waktu (hari) Jumlah gugus epoksi terikat (µmol) Gugus silanol tersubstitusi (%) Efisiensi (%) 1 144,60 10,872 0,145 2 194,87 14,652 0,195 8 333,90 25,105 0,334
Peningkatan jumlah gugus epoksida yang terikat dengan  bertambahnya  waktu  kontak  dapat dipahami.  Semakin  lama  waktu  kontak,  reaksi yang berlangsung juga semakin banyak sehingga pada  t=8  hari  diperoleh  jumlah  gugus  epoksida yang terikat paling banyak.
Tabel 3.   Jumlah gugus epoksi yang terikat pada
Si-Ep 15%. Waktu (hari) Jumlah gugus epoksi terikat (µmol) Gugus silanol tersubstitusi (%) Efisiensi (%) 1 279 20,977 0,186 2 279 20,977 0,186 8 486 36,541 0,324
Demikian  juga  untuk  Si-Ep  15%,  jumlah  gugus epoksida yang terikat pada permukaan silika gel
semakin meningkat dengan bertambahnya waktu kontak.  Data  yang  diperoleh  untuk  Si-Ep  15% dinyatakan pada Tabel 3.
Dari ketiga tabel dapat dilihat bahwa pada Si-Ep 15% dengan waktu kontak 8 hari memiliki jumlah silanol tersubstitusi paling besar, yaitu 36,541%. Akan  tetapi,  harga  ini  tidak  sebanding  dengan efisiensinya. Harga efisiensi dihitung berdasarkan jumlah  gugus  epoksida  yang  terikat  dibagi dengan  jumlah  gugus  epoksida  yang  ada  dalam larutan  untuk  masing-masing  konsentrasi  γ- GPS,kemudian dikalikan 100%.
Harga efisiensi terbesar justru terjadi pada Si-Ep 5%  dan  waktu  kontak  8  hari,  yaitu  sebesar 0,614%, hampir dua kali lipat dari efisiensi γ-GPS 15% dengan waktu kontak yang sama.

## KESIMPULAN
Dari  hasil  penelitian  diperoleh  kesimpulan sebagai berikut.
1. Semakin besar konsentrasi
γ- glisidoksipropiltri-metoksisilan, gugus epoksida  yang  terikat  semakin  banyak.
Semakin lama waktu kontak antara silika gel dengan larutan γ-GPS, gugus epoksida yang terikat semakin banyak.
2. Efisiensi terbesar terjadi pada konsentrasi Si- Ep 5% dengan waktu kontak 8 hari.

## DAFTAR PUSTAKA
Airoldi,  C.,  and  Arakaki,  l.N.  H.,  2001, Immobilization  of  ethylenesulfide  on  silica surface  through  sol-gel  process  and  some thermodynamic  data  of  divalent  cation interaction, Polihedron 20:929-936.
Azmiyawati,  C.,  2004,  Modifikasi  Silika  Gel dengan Gugus Sulfonat untuk Meningkatkan Kapasitas  Adsorpsi  Mg(II),  Jurnal  Kuimia Sains  dan  Aplikasi,  Vol.  VII,  No.  1  April 2004.
Chang, S. H., Gooding, K.M. and Regnier, F.E., 1976,  Use  of  Oxirane  in  the  preparation  of Bonded  phase  Supports,  Journal  Paper  No. 6022 from the Purdue University Agricultural Experiment  Station,  West  Lafayette,  Ind 47907 (U.S.A).
Lessi,  P.,  Filho,  N.  L.  D.,  Moreira,  J.  C.,  and
Campos,  J.  T.  S.,  1996,  Sorption  and Preconcentration of Metal Ions on Silica Gel Modified
with 2,5-dimercapto-1,3,4- thiadiazole, Anal. Chim. Acta , 327: 183-190.
Nuryono,  2001,  Sintesis  Silika  Termodifikasi Eter-Mahkota  15C5  da  18C5  Sebagai  Fasa Diam  pada  Kromatografi  Ion,  Seminar
Nasional Kimia IX, Kimia anorganik dalam Pemanfaatan Sumber Daya Alam Indonesia, Yogyakarta 21 Mei 2001.
Terada,  K., Matsumoto,  K.,  dan  Kimuro,  H.,
1983 ,  Sorption  of  Copper(II)  by  Some
Complexing  Agents  Loaded  on  Various Supports, Anal.  Chim.  Acta ,  vol  153:  237-
247.
Vieira, E. F. S., Cestari, A. R., Simoni, J. de A., and  Airoldi,  C.,  1999,  Use  of  Calorimetric Titration to Determine Thermochemical Data for  Interaction  of  Cations  with  Mercapto- Modified  Silica  Gel, Therm.  Act. ,  328: 247- 252.