ISSN: 1410-8917
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 17 (2) (2014) : 70 – 74
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa

## Adsorpsi Ion Logam Mg(II) Menggunakan Kitosan Termodifikasi Asam Askorbat
Wawan Prasetyo a , Khabibi a* , Didik Setiyo Widodo a
a Analytical Chemistry Laboratory, Chemistry Department, Faculty of Sciences and Mathematics, Diponegoro University, Jalan Prof. Soedarto, Tembalang, Semarang
* Corresponding author: khabibi@live.undip.ac.id A r t i c l e   I n f o A b s t r a c t
Keywords:
Chitosan, adsorption, chitosan-ascorbic acid, Mg(II) The modification of chitosan-ascorbic acid and its utilization as an adsorbent of Mg(II) metal ions, metal ions Cd(II), and Mg(II)-Cd(II) metal alloys, also determination of pH and  optimum  contact  time  for  adsorption  of  Mg(II),  as  well  as  knowing  the  ability  of adsorption of ascorbic acid-ascorbic acid to Mg(II) ion has been conducted. The research stages consisted of determining the degree of deacetylation of the initial chitosan, the re- deacetylation process, and the determination of the degree of deacetylation of chitosan from the re-deacetylation results using FTIR. After that the re-deacetylated chitosan was modified using ascorbic acid and analyzed using FTIR and SEM. Chitosan-ascorbic acid was used to determine the pH and optimum contact time of adsorption on Mg(II) metal ions and their ability as adsorbents in Mg(II), Cd(II) metal ions and Mg(II)-Cd(II). It was found that pH and optimum contact time of adsorption of ascorbic acid-ascorbic acid to Mg(II) metal ion was at pH 5 and contact time of 12 hours. The adsorption ability of Mg(II) metal ion test was 24.66 mg/g, Cd(II) equal to 24.71 mg/g and the adsorption capacity of acid-ascorbic  chitosan  on  Mg(II)  and  Cd(II),  obtained  Mg(II)  of  24.45  mg/g,  Cd(II)  of 24.61 mg/g.

## A b s t r a k
Kata Kunci: Kitosan, adsorpsi, kitosan-asam askorbat, Mg(II) Modifikasi  kitosan-asam  askorbat  dan  pemanfaatannya  sebagai  adsorben  ion  logam Mg(II),  ion  logam  Cd(II),  dan  campuran  ion  logam  Mg(II)-Cd(II),  juga  dilakukan penentuan pH dan waktu kontak optimum untuk adsorpsi ion Mg(II), serta mengetahui kemampuan  adsorpsi  kitosan-asam  askorbat  terhadap  ion  Mg(II)  telah  dilakukan. Tahapan penelitian terdiri dari penentuan derajat deasetilasi dari kitosan awal, proses re- deasetilasi,  dan  penentuan  derajat  deasetilasi  kitosan  dari  hasil  re-deasetilasi menggunakan FTIR. Setelah itu kitosan hasil re-deasetilasi dimodifikasi menggunakan asam  askorbat  dan  dianalisis  menggunakan  FTIR  dan  SEM.  Kitosan  asam-askorbat digunakan  untuk  menentukan  pH  dan  waktu  kontak  optimum  adsorpsi  terhadap  ion logam Mg(II) serta kemampuannya sebagai adsorben pada ion logam Mg(II), Cd(II), dan campuran  ion  logam  Mg(II)-Cd(II).  Ditemukan  bahwa  pH  dan  waktu  kontak  optimum adsorpsi kitosan-asam askorbat terhadap ion logam Mg(II) yaitu pada pH 5 dan waktu kontak 12 jam. Kemampuan adsorpsi pada uji ion logam Mg(II) sebesar 24,66 mg/g, Cd(II) sebesar 24,71 mg/g serta kemampuan adsorpsi kitosan asam-askorbat pada uji campuran ion logam Mg(II) dan Cd(II), didapatkan Mg(II) sebesar 24,45 mg/g, Cd(II) sebesar 24,61 mg/g.
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 17 (2) (2014) : 70 – 74

## 1. Pendahuluan
Logam  berat  merupakan  salah  satu  sumber pencemar bagi lingkungan hidup. Magnesium merupakan salah satu logam berat esensial yang menjadi bahan  pencemar  dalam  sistem  perairan.  Mg  (II)  dalam tubuh  manusia  tidak  terbiodegradasi,  sehingga  dapat terakumulasi  dalam  organ-organ  tubuh  manusia. Adsorpsi  merupakan  salah  satu  metode  penghilangan logam berat yang sering digunakan karena lebih efektif, murah, dan efisien [1]. Kitosan adalah senyawa turunan kitin  yang  merupakan  salah  satu  adsorben  polimer organik  yang  melimpah  di  alam.  Keberadaan  gugus amina (NH 2 ) dalam kitosan menjadikan kitosan sebagai adsorben yang mampu mengikat logam berat [2]. Dalam beberapa  tahun  terakhir,  perhatian  telah  difokuskan pada  berbagai  adsorben  yang  mampu  mengikat  logam untuk menghilangkan logam berat yang tidak diinginkan dalam air yang terkontaminasi [3]. Salah satu cara untuk mengatasi masalah tersebut yaitu dengan memodifikasi kitosan secara fisik maupun kimia [4]. Pada penelitian ini dicoba  untuk  memanfaatkan  kitosan  sebagai  adsorben selektif  ion  logam  Mg(II)  dengan  memodifikasi menggunakan  asam  askorbat.  Dalam  penelitian  ini dipilih  modifikasi  menggunakan  asam  askorbat  karena merupakan  bahan  kimia  yang  tidak  beracun,  lebih ekonomis, dan mudah didapat serta sebagai elemen yang dibutuhkan  oleh  manusia.  Penelitian  ini  bertujuan memodifikasi kitosan-asam askorbat dan pemanfaatannya  sebagai  adsorben  ion  logam  tunggal Mg(II), ion logam Cd(II), dan campuran ion logam Mg(II) dan Cd(II), menentukan pH dan waktu kontak optimum adsorpsi ion Mg(II).

## 2. Metode Penelitian

## Bahan
Kitosan  (teknis),  NaOH  (Merck)  p.a,  CH 3 COOH (Merck) p.a, Asam askorbat, Etanol, Eter, Glutaraldehid, HCl  (Merck)  p.a,  MgSO 4 .7H 2 O (Merck)  p.a, 3CdSO 4 .8H 2 O (Merck) p.a

## Re-deasetilasi Kitosan
Serbuk kitosan seberat 30 g direndam dalam 600 mL NaOH  50%  kemudian  dilakukan  pengadukan  dengan pengaduk  magnetik  selama  4  jam  pada  suhu  1200 o C. Residu  dan  filtrat  dipisahkan  dengan  penyaringan, kemudian residu dinetralkan melalui pencucian dengan akuades  sampai  pH  netral.  Residu  dikeringkan  dalam oven  dengan  suhu  800 o C  selama  24  jam.  Kitosan  yang telah diredeasetiilasi diuji derajat deasetilasinya dengan FTIR.

## Pembuatan Kitosan Termodifikasi Asam Askorbat
Serbuk kitosan sebanyak 10 g dilarutkan dalam 250 mL  larutan  asam  asetat  2%  kemudian  diaduk  dengan pengaduk  magnetik  sampai  menjadi  homogen, campuran  tersebut  menghasilkan  larutan  kental  yang selanjutnya diteteskan dalam larutan NaOH 1 M dengan diameter  butiran  yang  seragam.  Setelah  24  jam  kontak dengan NaOH, gel kitosan yang didapat dicuci dengan air demineralisasi sampai pH netral. Selanjutnya direndam
dalam larutan asam askorbat 0,5% selama 24 jam, hasil yang  didapat  dicuci  dengan  aquades,  kemudian dikeringkan  sampai  tercapai  berat  konstan.  Kemudian dilakukan pengujian dengan FTIR.

## Karakterisasi Kitosan Termodifikasi Asam Askorbat
Spektra  pada  kitosan  awal,  kitosan  re-deasetilasi, dan kitosan-tripolifosfat diperoleh dengan menggunakan  Fourier  Transform  Infrared  (FTIR) Shimadzu  820  IPC.  Kitosan-tripolifosfat  diuji  analisis menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM) JSM 6360LA.

## Pengaruh pH Terhadap Adsorpsi Mg(II)
Larutan Mg(II) dengan konsentrasi 0,02 M, volume 25 mL diatur keasamannya pada pH 2, 3, 4, 5, 6, dan 7 dengan  menggunakan  larutan  HCl  dan  NaOH. Selanjutnya  dimasukkan  ke  dalam  erlenmeyer  250  ml yang  telah  berisi  0,1g  kitosan-asam  askorbat. Selanjutnya  digojog  dengan  kecepatan  250  rpm  selama 24  jam,  disaring  dan  filtrat  yang  diperoleh  dianalisis menggunakan SSA.

## Pengaruh Waktu Kontak Terhadap Adsorpsi Mg(II)
Larutan Mg(II) dengan konsentrasi 0,02 M, volume 25  mL  pada  pH  optimum,  selanjutnya  dimasukkan  ke dalam erlenmeyer 250 ml yang telah berisi 0,1 g kitosan- asam  askorbat.  Masing-masing  erlenmeyer  digojog dengan kecepatan 250 rpm selama 3 jam, 6 jam, 9 jam, 12 jam,  dan  15  jam,  disaring  dan  filtrat  yang  diperoleh dianalisis menggunakan SAA.

## Adsorpsi Ion Mg(II) Dalam Larutan Ion Logam Tunggal
Mg(II) dan Cd(II)
Sebanyak  0,1  g  kitosan-asam  askorbat  cetakan Mg(II)  ditambahkan  ke  dalam  25  ml  larutan  sulfat mengandung  ion  logam  Mg(II)  100  ppm  pada  pH  dan waktu  kontak  optimum.  Larutan  diaduk  sesuai  pH  dan waktu optimum pada 250 o C, dan dilakukan penyaringan. Filtrat  yang  diperoleh  dianalisis  dengan  SSA.  Proses diulang  dengan  menggunakan  25  mL  larutan  sulfat mengandung ion logam Cd(II) 0,02M.

## Adsorpsi Ion Mg(II) Dalam Larutan Campuran Ion Mg(II) dan Cd(II)
Sebanyak  0,1  g  kitosan-asam  askorbat  cetakan Mg(II)  ditambahkan  ke  dalam  25  ml  larutan  sulfat mengandung  ion  logam  Cd(II)  dan  Mg(II)  100  ppm. Larutan  diaduk  sesuai  pH  dan  waktu  kontak  optimum pada  250 o C,  dan  lakukan  penyaringan.  Filtrat  yang diperoleh dianalisis dengan SSA.

## 3. Hasil Dan Pembahasan

## Penentuan Derajat Deasetilasi Kitosan Awal
Kitosan dianalisis menggunakan spektroskopi FTIR untuk mengetahui gugus fungsi dan menghitung derajat deasetilasi  kitosan  dengan  menggunakan  metode Base Line  [5].  Spektra  FTIR  dari  kitosan  dapat  dilihat  pada gambar 1.
Gambar 1. Spektra FTIR Kitosan Awal
Penentuan  derajat  deasetilasi  kitosan  dilakukan untuk mengetahui persen gugus asetil yang telah hilang dari  struktur  kitin  dan  digantikan  oleh  gugus  amina. Semakin  tinggi  derajat  deasetilasi  kitosan,  maka  gugus asetil  yang  terdapat  dalam  kitosan  tersebut  semakin sedikit dan semakin banyak aminanya [6].

## Tabel 1. Bilangan gelombang dan prediksi gugus fungsi yang ada pada spektra FTIR kitosan
Bilangan gelombang
(cm -1 ) Prediksi gugus fungsi 3425,58 Uluran OH dan uluran NH 2877,79 Uluran C-H 1658,78 N-H tekuk 1381,03 & 1319,31 Uluran C-N dan OH tekuk 1080,14 & 1033,85 Uluran C-O
Dari tabel 1 sesuai dengan gugus fungsi khas kitosan, yang  menunjukkan  bahwa  kitosan  yang  diperoleh memiliki puncak pada 3425,58 cm -1 yang mengindikasikan adanya uluran OH dan NH serta gugus N-H tekuk ditunjukkan pada 1658,78. Dari perhitungan diperoleh  derajat  deasetilasi  kitosan  awal  sebesar 69,85%.

## Re-deasetilasi Kitosan
Re-deasetilasi
kitosan dilakukan untuk meningkatkan  derajat  deasetilasi  kitosan  awal.  Reaksi deasetilasi  pada  dasarnya  merupakan  suatu  reaksi hidrolisis  gugus  amida  (-NHCOCH 3 )  menggunakan larutan basa. Proses deasetilasi menyebabkan hilangnya gugus asetil (-COCH 3 ) melalui pemutusan ikatan antara karbon  dan  nitrogen  pada  gugus  amida.  Kitosan  hasil proses re-deasetilasi kemudian diuji kembali menggunakan  spektroskopi  FTIR  untuk  mengetahui derajat deasetilasinya. Spektra FTIR hasil re-deasetilasi kitosan dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2. Spektra FTIR re-deasetilasi kitosan
Dari  gambar  2 gugus  fungsi  yang ada  pada  kitosan hasil  re-deasetilasi  tidak  berbeda  secara  signifikan  jika dibandingkan dengan kitosan murni sebelum dilakukan proses  re-deasetilasi,  yang  membedakan  yaitu  adanya absorbansi  pada  uluran  O-H  dan  uluran  N-H  dengan bilangan  gelombang  3448,72  serta  N-H  tekuk  dengan bilangan  gelombang  1635,64  yang  mempunyai  % transmitasi lebih kecil. Nilai transmitasi yang lebih kecil menyebabkan absorbansi lebih besar, sebab transmitasi berbanding  terbalik  dengan  absorbansi.  Berdasarkan perhitungan  diperoleh  derajat  deasetilasi  sebesar 78,32%.  Derajat  re-deasetilasi  mengalami  peningkatan sebesar 8,47% dibandingkan dengan derajat deasetilasi awal yang hanya sebesar 69,85%.

## Pembuatan Kitosan Termodifikasi Asam Askorbat
Tujuan  modifikasi  kitosan  dengan  asam  askorbat adalah  untuk  menambah  gugus  aktif  pada  kitosan sehingga  memperkuat  sifat  fisik  dan  mampu meningkatkan kemampuan kitosan dalam mengadsorpsi ion  logam.  Kitosan  asam  askorbat  yang  terbentuk kemudian  dikarakterisasi  menggunakan  FTIR.  Spektra FTIR  hasil  modifikasi  kitosan  dengan  asam  askorbat dapat dilihat pada gambar 3.
Gambar 3. Spektra FTIR kitosan- asam askorbat
Spektra FTIR kitosan-asam askorbat terdapat pada puncak 1635,64 cm -1 yang menunjukan gugus fungsi C=O tekuk yang merupakan gugus fungsi pada asam askorbat, sehingga  dapat  diketahui  bahwa  asam  askorbat  telah terikat pada kitosan.
Karakterisasi Kitosan Termodifikasi Asam Askorbat dengan Menggunakan Analisis SEM ( Scanning Electron Microscopy)
Morfologi permukaan kitosan-asam-askorbat dapat dilihat menggunakan SEM. Berdasarkan citra SEM dengan  perbesaran  3000X  tersebut  dapat  dilihat morfologi kitosan-asam askorbat. Dikarenakan perbesaran  yang  kurang  maka  hanya  dapat  terlihat morfologi  permukaan  kitosan-asam  askorbat  tanpa adanya  pori  yang  begitu  jelas.  Citra  SEM  kitosan-asam askorbat mempunyai morfologi yang memiliki beberapa pori.  Adsorben  dengan  adanya  pori  memungkinkan kemampuan  adsorpsinya  lebih  besar,  sebab  luas permukaan adsorbennya lebih besar. Hasil analisis SEM menggunakan perbesaran 3000X pada kitosan termodifikasi asam askorbat dapat dilihat pada gambar 4 berikut:

## Gambar 4. Citra SEM Kitosan-Asam askorbat

## Pengaruh pH Terhadap Adsorpsi Ion Logam Mg(II)
Pada  gambar  5  menunjukkan  hasil  adsorbsi  ion logam  Mg(II).  Pada  pH  2  jumlah  proton  yang  banyak sehingga  akan  terjadi  kompetisi  antara  ion  H+  dengan ion  Mg(II)  yang  menempati  gugus  amina  (-NH 2 ) sehingga  adsorpsi  ion  Mg  pada  kitosan-asam  askorbat cetakan  Mg(II)  rendah.  Pada  pH  3  dan  pH  4  terjadi peningkatan  adsorpsi  ion  Mg 2+ dan  mencapai  pH optimum  pada  pH  5  dengan  adsorpsi  Mg(II)  terbesar sebanyak  1232,29  mg/g,  karena  jumlah  ion  H + lebih rendah dibandingkan pada suasana pH 2.
Sedangkan adsorpsi ion Mg(II) akan menurun pada pH 5 keatas, hal ini dikarenakan dengan bertambahnya pH maka jumlah ion OH - meningkat sehingga interaksi yang  terjadi  antara  ion  logam  Mg(II)  dengan  ion  OH - semakin kuat. Pada penelitian ini, pH optimum adsorpsi ion  Mg(II)  terjadi  pada  pH  5,  karena  pada  pH  5  jumlah proton  H + dan  ion  OH - di  dalam  larutan  tidak  terlalu banyak,  sehingga  ion  Mg(II)  dapat  berikatan  dengan adsorben dalam jumlah yang optimal.

## Gambar 5. Grafik Hubungan pH dengan Konsentrasi Ion
Logam Mg Teradsorpsi (mg/g)

## Pengaruh Waktu Kontak Terhadap Adsorpsi Ion Logam Mg(II)
Dari  gambar  6  menunjukkan  bahwa  pada  kitosan- asam  askorbat  mengalami  peningkatan  adsorpsi  ion Mg 2+ yang  sama  secara  signifikan  yaitu  pada  waktu kontak  3,  6,  dan  9  jam.  Sedangkan  waktu  kontak optimum yang didapat yaitu pada waktu kontak 12 jam.
Gambar 6. Grafik Hubungan Waktu Kontak dengan Konsentrasi Ion Logam MgTeradsorpsi (mg/g)

## Uji Adsorpsi Ion Mg(II)
Uji adsorpsi terhadap ion Mg(II) di lakukan dengan adsorpsi  pada  larutan  ion  logam  tunggal  Mg(II)  dan Cd(II), serta dilakukan pada larutan campuran ion logam Mg(II),  Cd(II).  Proses  adsorpsi  dilakukan  pada  waktu kontak optimum (12 jam) dan pH optimum (pH=5). Hasil uji  adsorpsi  pada  ion  logam  tunggal  dapat  dilihat  pada tabel 2.

## Tabel 2: Uji adsorpsi ion Mg(II) pada larutan ion logam
tunggal Ion logam Ion logam yang teradsorpsi (mg/g) Mg(II) 24,45 Cd(II) 24,71
Tabel 2 menjelaskan bahwa adsorben kitosan-asam askorbat  memiliki  kemampuan  adsorpsi  yang  sama bagusnya  terhadap  logam  Mg(II)  maupun  Cd(II). Sedangkan hasil uji adsorpsi pada larutan campuran ion logam  Mg(II),  Cd(II)  dapat  dilihat  pada  tabel  3  sebagai berikut:
Tabel 3: Uji adsorpsi ion Mg(II) pada larutan campuran ion logam Mg(II) dan Cd(II) Ion logam Ion logam yang teradsorpsi (mg/g) Mg(II) 24,45 Cd(II) 24,61
Tabel 3 menjelaskan bahwa adsorben kitosan-asam askorbat  mempunyai  kemampuan  adsorpsi  yang  sama bagusnya  terhadap  ion  logam  Mg(II)  dan  Cd(II).  Hasil yang  ditunjukkan  oleh  tabel  2  dan  3  dapat  terjadi,  hal dikarenakan berbagai faktor yang mempengaruhi antara lain  jari-jari  ion  logam,  keelektronegatifan,  dan  dosis agen pengikat silang.
Ditinjau dari aspek fisik, jari-jari ion logam Mg(II) adalah 1,35 Å lebih besar jika dibandingkan dengan jari- jari ion Cd(II) sebesar 0,92 Å, hal tersebut mengakibatkan ion logam Cd(II) yang akan lebih banyak teradsorpsi pada pori  kitosan-asam  askorbat.  Keelektronegatifan  ion Mg(II)  1,31  lebih  rendah  dibandingkan  dengan keelektronegatifan  ion  Cd(II)  1,69  sehingga  ion  Cd(II) semakin mudah menarik elektron seperti NH 3 + . Peranan dosis  agen  pengikat  silang  berpengaruh  terhadap kemampuan  adsorpsi,  dosis  agen  pengikat  silang  yang terlalu  banyak  menyebabkan  gugus  aktif  pada  kitosan terikat oleh asam askorbat yang berfungsi sebagai agen pengikat  silang.  Sehingga  gugus  aktif  yang  seharusnya dapat  digunakan  untuk  mengikat  ion  logam  tidak  bisa mengikat ion logam. Hal ini mengakibatkan gugus aktif pada kitosan menjadi lebih sedikit sehingga kemampuan adsorpsi lebih rendah.

## 4. Kesimpulan
Telah dihasilkan modifikasi kitosan-asam askorbat sebagai  adsorben.  pH  dan  waktu  kontak  optimum adsorpsi  kitosan-asam  askorbat  terhadap  ion  logam Mg(II)  yaitu  pada  pH  5  dan  waktu  kontak  12  jam. Kemampuan adsorpsi pada uji ion logam tunggal Mg(II) sebesar  24,66  mg/g,  Cd(II)  sebesar  24,71  mg/g  serta kemampuan  adsorpsi  kitosan  asam-askorbat  pada  uji campuran  ion  logam  Mg(II)  dan  Cd(II),  didapatkan Mg(II) sebesar 24,45 mg/g, Cd(II) sebesar 24,61 mg/g.

## 5. Daftar Pustaka
[1]  Mirjana Minceva, Liljana Markovska, Vera Meshko, Removal  of  Zn  2+,  Cd  2+  and  Pb  2+  from  binary aqueous  solution  by  natural  zeolite  and  granulated activated carbon, Macedonian Journal of Chemistry and  chemical  engineering,  26,  2,  (2007)  125-134 http://dx.doi.org/10.20450/mjcce.2007.267
[2]  Bimbing  Herwanto,  Eko  Santoso,  Adsorpsi  Ion Logam  Pb  (II)  pada  Membran  Selulosa  Kitosan Terikat Silang, Akta Kimia Indonesia, 2, 1, (2006) 9-
24
[3]  Shengling  Sun,  Li  Wang,  Aiqin  Wang,  Adsorption properties  of  crosslinked  carboxymethyl-chitosan resin  with  Pb(II)  as  template  ions, Journal  of Hazardous  Materials,  136,  3,  (2006)  930-937 http://dx.doi.org/10.1016/j.jhazmat.2006.01.033
[4]  ES  Dragan,  MV  Dinu,  Removal  of  copper  ions  from aqueous  solution  by  adsorption  on  ionic  hybrids
based  on  chitosan  and  clinoptilolite, Ion  Exchange Lett, 2, (2009) 15-18
[5] Serkan Keleşoğlu, Comparative adsorption studies of heavy  metal  ions  on  chitin  and  chitosan biopolymers, İzmir Institute of Technology,
[6]  Dietrich  Knorr,  Functional Properties  of  Chitin and Chitosan, Journal of Food Science, 47, 2, (1982) 593- 595
http://dx.doi.org/10.1111/j.1365- 2621.1982.tb10131.x