ISSN: 1410-8917
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 17 (3) (2014) : 104 – 108
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa
Sintesis Mikropartikel Kitosan dengan Proses Gelasi Ionik sebagai Adsorben Logam Cd(II)
Heru Witoyo Putra a , Khabibi 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: Adsorption,
chitosan microparticles, ionic gelation, cadmium metals
Synthesis of Chitosan Microparticles with Ionic Gelation Process As Adsorbent Metal Cd (II)  was  performed.  The  method  used  was  ionic  gelation,  which  was  the  formation  of chitosan  microparticles  based  on  ionic  interactions  between  positive  amine  groups  on chitosan and negative  polyanion  tripolyphosphate  groups.  The  chitosan microparticles formed  were  then  characterized  using  FTIR,  BET  and  SEM.  The  optimum  condition  of adsorption was determined by pH 3-8 variation, contact time variation 15-75 minutes and variation of metal ion concentration Cd (II) 20-100 ppm. Then the results were interpreted to the Langmuir isotherm equation to determine the maximum adsorption capacity of Cd (II) ions by the chitosan microparticles. The characterization results showed that chitosan microparticles particle size of 1% and 2% chitosan solutions were 15- 115 μm and 30 -220 μm, respectively, and pore averages of 3.293 nm and 2,679 nm respectively. Based on the analysis,  the  optimum  state  of  adsorption of  chitosan microparticles  from  1%  and  2% chitosan  solution  to  Cd  (II)  ions  was  at  pH  5  with  contact  time  of  45  minutes  and  60 minutes and obtained a maximum adsorption capacity of 28.01 mg/g and 29.94 mg/g.

## A b s t r a k
Kata Kunci:
Adsorpsi,
mikropartikel kitosan, gelasi ionik, logam cadmium Sintesis Mikropartikel Kitosan dengan Proses Gelasi Ionik Sebagai Adsorben Logam Cd(II) telah  dilakukan.  Metode  yang  digunakan  ialah  gelasi  ionik,  yaitu  pembentukan mikropartikel  kitosan  berdasarkan  interaksi  ionik  antara  gugus  amina  positif  pada kitosan  dengan  gugus  negatif  polianion  tripolifosfat.  Mikropartikel  kitosan  yang terbentuk kemudian dikarakterisasi menggunakan FTIR, BET dan SEM. Kondisi optimum adsorpsi ditentukan melalui variasi pH 3-8, variasi waktu kontak 15-75 menit dan variasi konsentrasi ion logam Cd(II) 20-100 ppm. Kemudian hasilnya diinterpretasikan terhadap persamaan  isoterm  Langmuir  untuk  menentukan  kapasitas  adsorpsi  maksimum  ion Cd(II)  oleh  mikropartikel  kitosan.  Hasil  karakterisasi  menunjukkan  bahwa  ukuran partikel mikropartikel kitosan dari  larutan kitosan 1% dan 2% masing-masing sebesar 15-115  µm  dan  30-220  µm,  serta  ukuran  rata-rata  pori  3,293  nm  dan  2,679  nm. Berdasarkan hasil analisis, keadaan optimum adsorpsi mikropartikel kitosan dari larutan kitosan 1% dan 2% terhadap ion Cd(II) adalah pada pH 5 dengan waktu kontak 45 menit dan 60 menit dan diperoleh kapasitas adsorpsi maksimum sebesar 28,01 mg/g dan 29,94 mg/g.

## 1. Pendahuluan
Kandungan logam berat dalam suatu perairan dapat menyebabkan  kontaminasi  dan  pencemaran  terhadap lingkungan. Salah satu logam berat yang terdapat dalam
perairan  ialah  logam  kadmium.  Kadmium  merupakan salah satu logam berat yang paling banyak menimbulkan toksisitas pada makhluk hidup, hal tersebut disebabkan
ion  Cd(II)  yang  bersifat  toksik  dan  dapat  terakumulatif dalam tubuh [1].
Metode  yang  sering  digunakan  untuk  menurunkan konsentrasi logam berat dalam perairan adalah adsorpsi. Adsorpsi  merupakan  metode  yang  sederhana  dan memiliki  kelebihan  tersendiri  sebagai  adsorben,  yaitu dapat  memanfaatkan  limbah-limbah  organik  sebagai biosorben,  serta  dapat  diregenerasi  kembali  [2].  Salah satu yang marak dikembangkan saat ini adalah adsorpsi menggunakan biomolekul kitin.
Kitin dapat ditransformasi menjadi kitosan dengan cara menghilangkan gugus asetil dalam proses deasetilasi [3].
Kitosan  mempunyai  reaktivitas  kimia  yang  tinggi, sehingga  dapat  berperan  sebagai  penukar  ion  dan berfungsi  sebagai  adsorben  ion  logam  berat. Pemanfaatan kitosan sebagai adsorben ion logam Cd(II) dianggap  kurang  maksimal,  sehingga  dilakukan penelitian  lebih  lanjut  mengenai  modifikasi  kitosan. Serbuk  kitosan  dapat  dimodifikasi  menjadi  bentuk mikropartikel  kitosan  untuk  meningkatkan  daya adsorpsi terhadap logam berat.
Pembentukan mikropartikel kitosan dapat dilakukan dengan beberapa metode, salah satunya ialah menggunakan metode gelasi ionik. Metode ini dilakukan dengan  cara  mencampurkan  polimer  kitosan  dengan polianion  sodium  tripolifosfat.  Harapan  dari  penelitian ini  ialah  untuk  menghasilkan  kitosan  dengan  ukuran mikro  dengan  luas  permukaan  yang  besar,  sehingga memungkinkan adanya interaksi permukaan yang lebih besar dalam adsorpsi ion logam, khususnya logam Cd(II).

## 2. Metode Penelitian

## Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini, yaitu peralatan gelas, neraca analitik, magnetic stirrer, kertas saring. alumunium foil, freeze dryer, Fourier Transform InfraRed  (FTIR),  Brunauer,  Emmet  dan  Teller  (BET), Scanning  Electron  Microscopy  (SEM)  dan  Atomic Adsorption  Spectroscopy  (AAS).  Bahan-bahan  yang digunakan  pada  penelitian  ini,  yaitu  kitosan,  akuades, NaTPP, CH 3 COOH p.a, CdCl 2 .2H 2 O p.a, HCL p.a, dan NaOH p.a.

## Re-deasetilasi Kitosan
Kitosan seberat 30 g direndam dalam 600 mL NaOH 50%,  kemudian  diaduk  menggunakan  magnetik  stirrer dengan  kecepatan  sambil  dilakukan  pemanasan  pada suhu  90°C  selama  4  jam.  Residu  hasil  penyaringan  lalu dinetralkan  melalui  pencucian  menggunakan  akuades. Residu dikeringkan dalam oven pada suhu 80°C selama 5 jam.  Kitosan  hasil  re-deasetilasi  diuji  derajat deasetilasinya menggunakan FTIR.

## Pembuatan Mikropartikel Kitosan dari Larutan Kitosan
1% dan 2%
Kitosan  sebanyak  1  gram  dan  2  gram  dilarutkan dalam 100 mL asam asetat 1% sampai terbentuk larutan kitosan.  Larutan  kitosan  yang  terbentuk  kemudian diambil sebanyak 50 mL lalu ditambahkan dengan 20 mL natrium  tripolifosfat  1%  tetes  demi  tetes  sambil
dilakukan pengadukan dalam magnetik stirrer. Gel yang terbentuk  selanjutnya  disentrifugasi  dengan  kecepatan 2000  rpm  selama  30  menit.  Residu  kitosan  yang diperoleh lalu dibekukan dengan freeze dryer.

## Karakterisasi Mikropartikel Kitosan
Mikropartikel  kitosan  hasil  sintesis  kemudian dikarakterisasi menggunakan FTIR, BET dan SEM.

## Adsorpsi Ion Cd(II) Menggunakan Mikropartikel Kitosan

## Penentuan pH Optimum
Penentuan  pH  optimum  dilakukan  dengan mengkondisikan  25  mL  larutan  logam  Cd  50  ppm menjadi  pH 3-8  interval  pH  1 dengan  penambahan  HCI atau  NaOH.  Larutan  logam  kemudian  dipindahkan kedalam gelas beaker 100 mL yang telah berisi 0,3 gram mikropartikel  kitosan  dan  diaduk  dalam  magnetik stirrer.  Selanjutnya  konsentrasi  larutan  diukur  dengan AAS.

## Penentuan Waktu kontak Optimum
Larutan  Cd(II)  50  ppm  sebanyak  25  mL  diatur menjadi  pH  optimum.  Larutan  kemudian  dipindahkan kedalam gelas beaker 100 mL yang telah berisi 0,3 gram mikropartikel  kitosan,  lalu  diaduk  menggunakan magnetik stirrer kecepatan dengan variasi waktu kontak 15-75  menit  interval  15  menit,  Selanjutnya  konsentrasi larutan diukur dengan AAS.

## Variasi Konsentrasi Larutan Logam Cd(II)
Larutan  Cd(II)  sebanyak  25  mL  divariasikan  pada konsentrasi  20-100  ppm  interval  20  ppm  yang  telah dikondisikan  pada  pH  optimum.  Larutan  kemudian dimasukan ke dalam erlenmeyer 250 mL yang telah berisi 0,3 gram mikropartikel kitosan, lalu diaduk menggunakan  magnetik  stirrer  kecepatan  250  rpm selama waktu kontak optimum. Selanjutnya disaring dan konsentrasi larutan diukur menggunakan AAS.

## 3. Hasil dan Pembahasan

## Re-deasetilasi Kitosan
Re-deasetilasi kitosan
dilakukan untuk meningkatkan  derajat  deasetilasi  dari  kitosan.  Dengan meningkatnya  derajat  deasetilasi  kitosan,  maka kandungan  gugus  NH2  dalam  kitosan  akan  semakin banyak,  sehingga  diharapkan  akan  meningkatkan kemampuan  kitosan  untuk  berikatan  dengan  ion tripolifosfat. Hasil spektrum FTIR dari kitosan hasil re- deasetilasi dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Spektra FTIR kitosan
Berdasarkan  spektra  tersebut,  diperoleh  derajat deasetilasi kitosan hasil re-deasetilasi sebesar 69,9%.

## Pembuatan Mikropartikel Kitosan
Kitosan dimodifikasi menjadi mikropartikel kitosan dengan  metode  gelasi  ionik  bertujuan  untuk meningkatkan kemampuan kitosan dalam mengadsorpsi logam  berat.  Kitosan  dilarutkan  terlebih  dahulu  dalam asam asetat 1% sehingga terbentuk larutan kitosan. Asam asetat  akan  memprotonasi  gugus  amina  pada  kitosan menjadi  gugus  NH 3 + .  Pembentukan  butiran  partikel dilakukan dengan penetesan larutan natrium tripolifosfat  1%  pada  larutan  kitosan  sambil  diaduk dengan  magnetik  stirer  pada  kecepatan  tinggi.  Larutan selanjutnya  disentrifugasi  untuk  memisahkan  larutan asetat  dengan  endapan  kitosan-tripolifosfat.  Endapan kitosan-tripolifosfat lalu dibekukan dengan freeze dryer di  dalam  ruang  pembeku  vakum  hingga  terbentuk mikropartikel  kitosan.  Menurut  Lee dkk.  [4], pembentukan  ikatan  kitosan  dengan  ion  tripolifosfat dapat diprediksikan sebagai berikut :
Gambar 2 Ikatan silang antara Kitosan dan natrium tripolifosfat

## Karakterisasi Mikropartikel Kitosan dengan FTIR, BET dan SEM
Perbedaan  gugus  fungsi  dalam  kitosan  dengan mikropartikel  kitosan  dapat  dilihat  dari  spektra  FTIR yang dihasilkan
Gambar 3. Spektra FTIR dari Mikropartikel kitosan
Pada  spektra  FTIR  mikropartikel  kitosan  terdapat puncak  serapan  baru  pada  bilangan  gelombang  1153,8 cm -1 yang menunjukan adanya gugus fungsi P=O dari ion tripolifosfat.
Mikropartikel  kitosan  hasil  sintesis,  kemudian dikarakterisasi  menggunakan  BET  (Brunauer,  Emmet dan  Teller)  untuk  menentukan  ukuran  rata  pori,  luas permukaan  dan  volume  total  pori.  Berdasarkan  hasil karakterisasi  BET,  mikropartikel  kitosan  dari  larutan kitosan  1%  memiliki  ukuran  rata-rata  pori  sebesar 3,2926 nm, luas permukaan 1,268 m 2 /g dan volume total pori  2,118  x  10 -3 (cc/g),  sedangkan  pada  mikropartikel kitosan dari larutan kitosan 2% sebesar 2,6686 nm, 1,587 m 2 /g dan 1,465 x 10-3 (cc/g).
Selanjutnya  mikropartikel  kitosan  dikarakterisasi menggunakan SEM untuk melihat bentuk morfologi dan ukuran partikel dari mikropartikel kitosan
Gambar 4. Hasil SEM (a) mikropartikel kitosan dari larutan kitosan 1% dan (b) mikropartikel kitosan dari larutan kitosan 2%
Berdasarkan  hasil  analisis  SEM  diketahui  ukuran partikel  mikropartikel  kitosan  dari  larutan  kitosan  1% berkisar antara 15-115 µm, sedangkan pada mikropartikel kitosan dari larutan kitosan 2% memiliki ukuran  partikel  berkisar  antara  30-220  µm.  Ukuran partikel  tersebut  menandakan  bahwa  mikropartikel kitosan  hasil  sintesis  masuk  dalam  rentang  ukuran partikel mikropartikel (1-1000 µm).

## Adsorpsi Ion Cd(II) oleh Mikropartikel Kitosan

## Penentuan pH Optimum
Pengaruh  pH  terhadap  adsorpsi  Cd(II)  dilakukan pada larutan Cd(II) 50 ppm variasi pH 3-8 interval pH 1, dengan  waktu  kontak  30  menit.  Adanya  pengaruh  pH terhadap adsorpsi ion Cd(II) oleh mikropartikel kitosan dapat dilihat dari Gambar 5.
Gambar 5. Grafik adsorpsi ion logam Cd(II) pada variasi pH
Berdasarkan  hasil  analisis  didapatkan  kondisi  pH optimum  kitosan  re-deasetilasi  terjadi  pada  pH  7, sedangkan  pada  mikropartikel  kitosan  dari  larutan kitosan 1% dan 2% diperoleh pH optimum 5. Keadaan ini dimungkinkan karena pada keadaan pH optimum jumlah proton H + dan ion OH - dalam larutan tidak terlalu banyak dan relatif seimbang sehingga gugus aktif kitosan akan lebih optimum berikatan dengan ion Cd(II).

## Penentuan Waktu kontak Optimum
Penentuan waktu kontak optimum bertujuan untuk mengetahui  seberapa  lama  waktu  yang  dibutuhkan adsorben  dalam  menjerap  ion  logam  Cd(II)  secara optimum. Penelitian ini dilakukan dengan variasi waktu kontak  15-75  menit  interval  15  menit,  yang  dilakukan pada pH 5 (pH optimum). Adanya pengaruh waktu kontak terhadap adsorpsi ion Cd(II) dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Grafik adsorpsi ion logam Cd(II) pada variasi waktu
Kondisi  waktu  kontak  optimum  mikropartikel kitosan dari larutan kitosan 1% terjadi pada waktu kontak 45  menit,  sedangkan  pada  mikropartikel  kitosan  dari larutan kitosan 2% terjadi pada waktu kontak 60 menit

## Pengaruh Konsentrasi Larutan logam
Pengaruh konsentrasi dilakukan pada larutan Cd(II) dengan variasi konsentrasi 20-100 ppm interval 20 ppm yang  dikondisikan  pada  pH  5  (pH  optimum),  dalam pengadukan  magnetik  stirrer  pada  waktu  kontak optimum. dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Grafik adsorpsi ion logam Cd(II) pada variasi konsentrasi
Hasil  adsorpsi  ion  Cd(II)  mengalami  peningkatan sebanding dengan penambahan konsentrasi awal larutan logam.  Semakin  besar  konsentrasi  larutan  logam  maka kemampuan  adsorpsi  mikropartikel  kitosan  semakin meningkat,  sampai  semua  gugus  aktif  adsorben  terisi oleh adsorbat.

## Penentuan Kapasitas Adsorpsi Maksimum
Kapasitas  adsorpsi  maksimum  diketahui  dengan meginterpretasikan terhadap isoterm Langmuir, sehingga diperoleh persamaan garis seperti pada Gambar 8 yang menunjukan nilai kapasitas adsorpsi
Gambar 8. Grafik isoterm Langmuir (a) mikropartikel kitosan dari larutan kitosan 1% dan (b) mikropartikel kitosan dari larutan kitosan 2%
Grafik  isoterm  Langmuir,  menunjukan  adanya persamaan  garis  yang  dapat  digunakan  untuk menghitung  kapasitas  adsorpsi  maksimum  ion  Cd(II) oleh  adsorben  mikropartikel  kitosan.  Nilai  kapasitas adsorpsi  ion  Cd(II)  pada  mikropartikel  kitosan  dari larutan kitosan 1% dan 2% masing-masing sebesar 28,01 mg/g dan 29,94 mg/g.

## 4. Kesimpulan
Mikropartikel  kitosan  dari  larutan  kitosan  1%  dan 2%  diperoleh  dengan  ukuran  partikel  masing-masing sebesar  15-115  µm  dan  30-220  µm,  serta  ukuran  rata- rata pori 3,2926 nm dan 2,6686 nm. Keadaan optimum adsorpsi  mikropartikel  kitosan  dari  larutan  kitosan  1% dan 2% terhadap ion Cd(II) ialah pada pH 5 dengan waktu kontak  45  menit  dan  60  menit.  Kapasitas  adsorpsi  ion Cd(II) pada mikropartikel kitosan dari larutan kitosan 1% dan  2%  masing-masing  sebesar  28,01  mg/g  dan  29,94 mg/g.

## 5. Daftar Pustaka
[1]  Darjito Darjito, Danar Purwonugroho, Siti Nasirotun Nisa,  Study  On  Adsorption  Of  Cd(II)  By  Chitosan- Alumina, Indonesian  Journal  of  Chemistry,  6,  3,
(2010) 238-244 http://dx.doi.org/10.22146/ijc.311
[2]  Harry  Agusnar,  Penggunaan  Kitosan  Dari  Tulang Rawan Cumi-Cumi (Loligo Pealli) Untuk
Menurunkan  Kadar  Ion  Logam  Cd  Dengan
Menggunakan  Spektrofotometri  Serapan  Atom, (2010)
[3]  LH  Rahayu,  S  Purnavita,  Optimasi  pembuatan kitosan  dari  kitin  limbah  cangkang  rajungan (Portunus  pelagicus)  untuk  adsorben  ion  logam merkuri, Reaktor, 11, 1, (2007) 45-49
[4]  Sung-Tao  Lee,  Fwu-Long  Mi,  Yu-Ju  Shen,  Shin- Shing  Shyu,  Equilibrium  and  kinetic  studies  of copper (II) ion uptake by chitosan-tripolyphosphate chelating  resin, Polymer,  42,  5,  (2001)  1879-1892 http://dx.doi.org/10.1016/S0032-3861(00)00402-X