Ellsie Viendra P 105 06 076 Pembimbing : Prof. Dr. Buchari

Sintesis Serta Studi Kinerja Solvent Impregnated Resin (SIR) dengan Ligan Pengkelat H2SbBP pada Ekstraksi Ce(III) Menuju Pemisahan Logam Tanah Jarang Monasit Bangka

Ellsie Viendra P105 06 076

Pembimbing :Prof. Dr. Buchari

Agenda Seminar Latar Belakang Penelitian Tujuan Penelitian Ruang Lingkup Penelitian Metodologi Penelitian Hasil dan Pembahasan Kesimpulan Daftar Pustaka

• Indonesia sebagai negeri yang kaya akan sumber daya alam, salah satunya : mineral monasit.

LATAR BELAKANG PENELITIAN

MONASIT

± 70%LTJ

± 30%Non-LTJ

• Kandungan Monasit Bangka(Jolyon and Ralphy, 2006)

Unsur LTJ Komposisi

La 23,9%

Ce 46,1%

Pr 5,05%

Nd 17,4%

Sm 2,53%

Eu 0,05%

Gd 2,7%

Tb 0,04%

Dy 0,69%

Y 2,41%

Pemanfaatan LTJ

Logam Tanah Jarang

Super-konduktor

reaktor nuklir

baterai hibrida

magnet permanen

optik kualitas tinggi

Industri keramik

LCD

Nilai Jual Pasir

Monasit Rendah

Nilai Kandun

gan LTJ

Tinggi

• Harga Jual Pasir mineral Monasit = Rp.800.000,-/ton (Anonimous, 2003)

• Daftar harga oksida LTJ komersial (Acros Organic, 2006/2007)

Metoda Pemisahan yang Pernah Dilakukan

• Ekstraksi Pelarut

Kerugian Keuntungan

Metoda Pemisahan yang Pernah Dilakukan

• Resin Penukar Ion

Kerugian Keuntungan

Solvent Impregnated Resin (SIR)

Ekstraksi Pelarut

· Kapasitas tinggi

· Selektivitas tinggi

· Laju transfer massa cepat

Resin Penukar

Ion

• Tidak ada pelarut yang hilang

• Tahapan lebih sederhana

• Mudah untuk pemisahan fasa cair/padat

SIR

• Prnsip pemisahan dengan menggunakan SIR :

Ekstraktan sebagai ligan pengkelat logam diamobilisasikan ke dalam resin polimer berpori makro yang tidak memiliki gugus fungsional pengekstraksi.

Tujuan Penelitian• Melakukan sintesis dan karakterisasi senyawa H2SbBP.

• Pembuatan SIR dengan H2SbBP sebagai ligan pengkelat dan Amberlyte XAD-16 sebagai resin amobilator .

• Menentukan profil optimasi pemisahan dengan menggunakan metoda Solvent Impregnated Resin.

Ruang Lingkup Penelitian• Penelitian tugas akhir difokuskan pada :

– Sintesis ligan pengkelat H2SbBP

– Karakterisasi H2SbBP

– Penentuan profil impregnasi maksimum resin XAD-16 terhadap ligan H2SbBP dalam pembuatan SIR.

– Karakterisasi SIR– Optimasi serta penentuan profil penyerapan SIR terhadap Ce(III)

menggunakan metoda batch dan colomn.– Penentuan kapasitas maksimum SIR dalam mengikat Ce(III).

• Senyawa Asil Pirazolon

• Memiliki sifat basa Lewis keras• Cocok sebagai pengkelat LTJ (bersifat asam Lewis keras)• senyawa heterosiklik β-diketon yang dapat membentuk ikatan koordinasi dengan ion

logam• Mampu membentuk kompleks yang spesifik tergantung kepada panjang rantai

polimetilennya (Reddy, et al., 2000).

Tinjauan Pustaka

4-sebakoilbis(1-fenil-3-metil-5-pirazolon)n=8

4-asil-5-pirazolon

H2SbBP

Tinjauan Pustaka

Proses pemisahan LTJ dengan metoda SIR (SIR Technology-Twente University)

Metodologi PenelitianPenentuan Profil Penyerapan Impregnated Resin

Terhadap Ce

Ligan H2SbBPFT-IR

Larutan Ligan

Dicampurkan resin XAD-16

H2SbBPImpregnated resinFT-IR

Standar Ce

Dilarutkan dengan kloroform

Dilarutkandengan asam

Larutan Standar Ce

Optimasi kondisi dengan metoda batch & kolom

Ion Ca terikat dalam SIR

Penentuan Profil Penyerapan SIR dengan SpektrofotometerUV-Vis

Kurva A terhadap λ

• MPP• + 40 mL pelarut 1,4-dioksan• dipanaskan T ± (40-50)0C.• Setelah ± 20 menit, + Ca(OH)2

• Dipanaskan ± 10 menit.• + Sebakoil klorida tetes demi tetes, • + 40 mL 1,4-dioksan.• Suhu dinaikan perlahan (100-125)0C, • pemanasan dilanjutkan total proses

reaksi selama ± 6 jam.

Metodologi Penelitian

Sintesis Ligan

• Hasil sintesis dibiarkan mendingin hingga mencapai suhu ruang.

• ditambahkan 250 mL HCl 2M ke dalam labu leher tiga,

• dikocok dengan kuat secara kontinyu selama ± 10 menit, sambil sesekali tutup labu

dibuka untuk mengeluarkan gas yang terbentuk.

• Kristal yang terbentuk disaring dengan buchner, dicuci dengan aqua dm hingga pH

netral.

• kristal dikeringkan dengan menggunakan oven vacum pada suhu 300C.


Sintesis Ligan


Pemurnian ResinResin Amberlite

XAD-16

- Dicuci dengan NaOH 2M -Dicuci dengang HNO3 2M- dicuci dengan aseton- Dikeringkan

Butiran Resin Bersih

- diayak dengan ayakan 30 mesh

Resin Bersih 30 mesh


Penentuan Pengaruh Pelarut terhadap Resin (Swelling)

- Direndam selama 2 jam- Disaring- Ditimbang dalam rentang waktu tertentu hingga berat konstan

Botol Vial 2+ aseton teknis

Sejumlah Resin yang telah dimurnikan


Pembuatan SIR dan Penentuan Kapasitas Maksimum Penyerapan Ligan oleh Resin

SIR dibuat dengan rangkaian perbandingan berat resin dan ligan, dengan cara

melarutkan sejumlah berat ligan dengan 2 mL kloroform p.a ke dalam botol vial 10

mL. Masing-masing larutan diaduk dengan sejumlah resin menggunakan alat Shaker

dengan kecepatan 150 rpm selama 2 jam. SIR dipisahkan, sisa ligan diukur dengan

Spektrofotometer Uv pada panjang gelombang 267,5 nm.

• Dalam labu takar 10 mL, sejumlah volume tertentu larutan standar 50 ppm ditambah:• - 3 tetes indikator fenol merah 0,1% • - tetes demi tetes NaOH 0,2 M ungu. • - tetes demi tetes HCl 0,03 M kuning, • - 1 mL buffer asetat sehingga pH terjaga pada pH 4,6• - 1 mL alizarinnotS • diencerkan hingga 10 mL dengan aqua dm. • Larutan didiamkan selama 1 jam agar reaksi pengompleksan berjalan sempurna.

Penentuan Kapasitas Penyerapan Ce3+ oleh SIR hasil sintesis

Hasil dan Pembahasan

Sintesis Ligan

-H2O

-Cl

2N

N

CH3

H

O

HOH

1

3

1

2

3

N

N

CH3

H

O

Cl

O

Cl

O

(CH2)n

N

N

H3C

H

O1

3

2

1

2

1

2N

N

CH3

H

O

Cl

O

Cl

O

(CH2)nN

N

H3C

H

O

N

N

CH3

O O O

(CH2)nN

N

H3C

O

HH

N

N

CH3

O O O

(CH2)nN

N

H3C

O

1

N

N

CH3

H

O O O

(CH2)nN

N

H3C

H

O

2

3

1

2

3

OHOH

-H2O

+H+

Sintesis Ligan H2SbBP

2C10H10N2O + Ca(OH)2 + C10H16O2Cl2 C30H34O4N4 + H2O + Ca2+ +2Cl-

(1-fenil-3-

metil-5-

pirazolon)

Sebakoil klorida 4-

sebakoilbis(1-

fenil-3-metil-

5-pirazolon)

12,3193 g 10,0784 g 6 mL (ρ=1,119g/mL)

0,0707 mol 0,1360 mol 0,0229 mol - - - -

0,0229 mol

= 14,4484 g

= 97,2038%

TL = 129-1300C

• H2SbBP Hasil Sintesis

• H2SbBP setelah dioven Vacum

• Hasil Karakterisasi FT-IR :

50075010001250150017502000250030003500400045001/cm

20

30

40

50

60

70

80

90

100

%T3

06

6.8

2

29

24

.09 2

85

4.6

5

17

03

.14

16

22

.13

15

91

.27

15

56

.55

14

94

.83

14

63

.97

14

33

.11

14

02

.25 1

36

1.7

4

13

05

.81

12

49

.87

11

86

.22

10

72

.42

10

28

.06

98

1.7

7 90

8.4

7 82

9.3

9

75

0.3

1

68

6.6

66

40

.37 60

5.6

5

50

1.4

9

h2sbbp

-C-H benzen

-CH2-

CO2

C=O-C=O-C=C fenilCincin pirazolon-C=C=C-

Vibrasi cincin kelat

Identifikasi H2AdBP H2SbBP

v(O-H) - 3350 bv(C-H) aromatik - 3072 s

vas(C=O) karbonil 1631 s 1626 s

v(C=C) fenil 1594 s 1592 sCincin pirazolon 1562 s 1552 s

vas (C=C=C) 1498 s 1498 s

v(C=O) 1363 s 1364 sVibrasi cincin kelat 632 m

508 m640 m508 m

• Spektrum H2SbBP

• SpektrumMPP

50075010001250150017502000250030003500400045001/cm

20

30

40

50

60

70

80

90

100

%T

30

66

.82

29

24

.09 28

54

.65

17

03

.14

16

22

.13

15

91

.27

15

56

.55

14

94

.83

14

63

.97

14

33

.11

14

02

.25 13

61

.74

13

05

.81

12

49

.87

11

86

.22

10

72

.42

10

28

.06

98

1.7

7

90

8.4

7

82

9.3

9

75

0.3

1

68

6.6

6

64

0.3

7

60

5.6

5

50

1.4

9

h2sbbp

-C-H benzen

-CH2-

CO2

C=O

-C=O-C=C fenilCincin pirazolon-C=C=C-

Vibrasi cincin kelat

50075010001250150017502000250030003500400045001/cm

0

15

30

45

60

75

90

%T

31

26

.61

30

24

.38

29

22

.16

26

13

.55

18

11

.16

16

02

.85

15

23

.76

14

56

.26

13

92

.61

13

46

.31

13

05

.81

12

40

.23

11

95

.87

11

53

.43

10

74

.35

10

24

.20

91

6.1

9

85

0.6

1

80

2.3

9

75

6.1

0

68

8.5

9

61

3.3

6

57

4.7

9

49

7.6

3

42

4.3

4

mpp

-C-H benzen

-CH2-

C=O

-C=O-C=C fenilCincin pirazolon-C=C=C-

Penentuan Pelarut terabsorpsi dalam Resin

•Uji Swelling Resin Amberlyte XAD-16 dengan kloroform•w0 Resin = 0,0515 g•direndam dalam 1,5 mL kloroform(pa) selama 2 jam.

Hasil : w esin setelah direndam = 0,0572 gw kloroform dalam resin = 0,0572-0,0515 = 0,0057 g

0 20 40 60 80 100 1200

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3Swelling Resin Amberlyte XAD-16

t (menit)

w X

AD

-16

+ k

loro

form

Penentuan Kapasitas Penyerapan H2SbBP oleh Amberlite XAD-16

• Banyaknya ligan yang tidak terimpregnasi ke dalam resin Amberlite XAD-16 ditentukan Spektrofotometer UV-Vis-NIR 3101 PC

••

200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 4000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Penentuan Panjang Gelombang Maksimum H2SbBP

panjang gelombang (nm)

Ab

sorb

ansi

267,5 nm


Kurva Standar H2SbBP

No.

[H2SbBP]

(mg/mL) Absorbansi

1 0,0000 0,167

2 0,0004 0,319

3 0,0006 0,463

4 0,0008 0,529

5 0,0010 0,562

6 0,0012 0,641

0.0000 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.0010 0.0012 0.00140.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.700

f(x) = 388.493279397345 x + 0.185998178431249R² = 0.967555482719255

Kurva Absorbansi H2SbBP Standar

[H2SbBP] (mg/mL)

Ab

so

rba

ns

i


No.

w Resin

(g)

w Ligan

(g)

Klorofor

m

Ratio

L/R

Abs

Ligan

tersisa

H2SbBP

terukur

(mg/mL)

H2SbBP

dalam

Resin (mg)

1 0,0506 0,0053 2 mL 0,1047 0,0860 0,0003 4,9567

2 0,0507 0,0115 2 mL 0,2268 0,2590 0,0002 6,1894

3 0,0506 0,049 2 mL 0,9684 0,6010 0,0011 8,3754

4 0,0510 0,0758 2 mL 1,4863 0,9160 0,0019 12,6540

5 0,0502 0,1078 2 mL 2,1474 0,6140 0,0011 9,3107

6 0,0509 0,1295 2 mL 2,5442 1,2360 0,0027 9,3455


0.10470.2268

0.96841.4863

2.14742.5442

0.0000

2.0000

4.0000

6.0000

8.0000

10.0000

12.0000

14.0000

Kapasitas XAD-16 terhadap H2SbBP

Ratio L/R

Lig

an T

erse

rap

(mg

)

Penyerapan maksimum :

12,654 mg H2SbBP / 0,0510 g XAD-16

= 248,1175 mg H2SbBP / g XAD-16

= 2,4812.10-1 g H2SbBP / g XAD-16

Karakterisasi SIR

50075010001250150017502000250030003500400045001/cm

%T

37

65

.05

37

11

.04

35

27

.80

35

06

.59

34

85

.37

34

68

.01

34

50

.65

34

29

.43

30

18

.60

29

26

.01

28

56

.58

23

62

.80

23

37

.72

18

09

.23

17

20

.50

16

58

.78

16

02

.85

14

87

.12

14

44

.68

13

82

.96

12

03

.58

11

70

.79

10

76

.28

98

9.4

8

90

4.6

1 83

3.2

57

94

.67

75

6.1

07

09

.80

58

0.5

7

50

7.2

8

35

29

.73

34

69

.94

29

26

.01

16

60

.71

16

02

.85

15

12

.19

14

87

.12

14

46

.61

13

79

.10 11

72

.72

10

20

.34

99

1.4

1

90

4.6

1 83

5.1

87

96

.60

71

1.7

3

64

8.0

8

57

8.6

45

30

.42 45

7.1

3

Multipoint BaselinecorrectionSmooth

sir

Penentuan Profil Pengikatan Ce3+ oleh SIR

Kurva Standard Kompleks Ce(III)-Alizarinnot.S

N

o.

[Ce(II

I)]

(ppm

)

A1 (532

nm)

A2 (532

nm)

A

rata-

rata

1 1 0,061 0,059 0,0600

2 2 0,065 0,063 0,0640

3 4 0,132 0,118 0,1250

4 8 0,256 0,27 0,2630

5 12 0,402 0,431 0,4165

0 2 4 6 8 10 12 140

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

f(x) = 0.0333665865384615 x + 0.00552043269230776R² = 0.990262763972374

Kurva Standar Kompleks Ce-Alizarinnot.S

[Ce(III)] (ppm)

Ab

so

rba

ns

i

• Kurva Variasi [Ce]


No. W SIRppm Ce Absorbansi

[Ce](aq) (ppm)

Ce(aq) (mg)

Ce(SIR) (mg)

Ce-SIR (mg/g) D Log D

3 0,2001 4 0,027 0,6667 0,0222 0,0098 0,1599 0,8333-

0,0792

4 0,1997 8 0,0285 0,7121 0,0237 0,0403 0,3205 0,9110-

0,0405

5 0,2011 12 0,0368 0,9636 0,0321 0,0639 0,4774 0,9197-

0,0364

6 0,202 16 0,0364 0,9515 0,0317 0,0963 0,6337 0,9405-

0,0266


• Kurva Variasi [Ce]

2 4 6 8 10 12 14 16 180.0000

0.0200

0.0400

0.0600

0.0800

0.1000

0.1200

Pengikatan Ce-SIR dengan Variasi [Ce]

Ce terserap (mg)

[Ce] (ppm)

Ce

dal

am S

IR (

mg

)

2 4 6 8 10 12 14 16 180.600000000000001

0.700000000000001

0.800000000000001

0.900000000000001

1

Pengikatan Ce-SIR Variasi [Ce]

[Ce] (ppm)

D

Penentuan Kondisi Optimum Pengikatan Ce3+ oleh SIR

• Optimasi pH dengan metode batch

• pH optimum : 2,52

4.0043.5

3.0062.52

21.76

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

Optimasi pH

pH

Ce

(SIR

) (m

g)

Penentuan Kapasitas SIR terhadap Ce(III)

• Menggunakan metoda kolom dengan laju alir 1,5 mL/menit

Elusi

Ke-

Elusi 25

ppm Ce

(mL)

Total mL

elusi Ce Abs 1 Abs2

Abs

Rata-

rata

Ce (aq)

(mg)

Ce(SIR)

(mg)

1 2,5 2,5 0,0106 0,0096 0,0101 0,0038 0,0587

2 2,5 5 0,0126 0,0126 0,0126 0,0051 0,1162

3 2,5 7,5 0,018 0,019 0,0185 0,0189 0,1597

4 2,5 10 0,015 0,014 0,0145 0,0169 0,2053

5 3 13 0,169 0,166 0,1675 0,0739 0,2064

6 3 16 0,181 0,178 0,1795 0,0793 0,2021

7 3 19 0,169 0,166 0,1675 0,0739 0,2033

Penentuan Kapasitas SIR terhadap Ce(III)• Menggunakan metoda kolom dengan laju alir 1,5 mL/menit

» kapasitas pengikatan Ce oleh SIR d dengan ligan pengkelat H2SbBP

» = 0,2033 mg Ce / 0,4994 g SIR» = 0,4071 mg Ce/ g SIR

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200.00000.01000.02000.03000.04000.05000.06000.07000.08000.0900

Ce(aq)

elusi Ce (mL)

Ce

(aq

) (m

g)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Pengikatan Ce oleh SIR

elusi ke-1 (2,5mL)

elusi ke-2 (2,5mL)

elusi ke-3 (2,5mL)

elusi ke-4 (2,5mL)

elusi ke-5 (3mL)

elusi ke-6 (3mL)

elusi ke-7 (3mL)

Elusi pada mL ke-

ce (

SIR

) (m

g)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200.0000

0.0500

0.1000

0.1500

0.2000

0.2500

Pengikatan Ce oleh SIR

Penyerapan Ce olh 0,4994 g SIR

Elusi Pada mL ke-

mg

Ce

(SIR

)

Kesimpulan• Ligan H 2SbBP telah berhasil disintesis dengan memberikan warna

coklat muda, rendemen hasil pemurnian sebesar 97,2 %, titik leleh 129-1300C, larut baik dalam kloroform, serta hasil karakterisasi dengan FT-IR menunjukan karakeristik senyawa pirazolon dan cincin pengkelat.

• Kapasitas penyerapan ligan hasil sintesis oleh XAD-16 sebesar 248,12 mg/g resin.

• Dibandingkan metoda batch, pengikatan ion Ce3+ menggunakan metoda kolom memberikan kinerja yang lebih baik, dengan kondisi laju alir 1,5 mL/menit.

• pH optimum 2,52. • Kapasitas penyerapan ion Ce3+ oleh SIR-H2SbBP hasil sintesis pada

kondisi optimum ialah sebesar 0,4071 mg/g SIR.

Daftar Pustaka•E. Metwally., (2005), Extraction and Separation of Uranium (VI) and Thorium (IV) Using Tri-n-dodecylamine Impregnated Resins.• Journal of Nuclear and Radiochemical Sciences, Vol. 6, No.2, pp. 119-126, 2005 •Mari, E.V., Carlos, A.S., Alcidio.A., (2004), Sequential separation of the yttrium-heavy rare earths by fractional precipitation, J•ournal of Alloys and Compounds, 374, 405-407.•Aminudin. S., (2002), Disertasi, Institut Teknologi Bandung, Bandung.•Amri. M., (2004), Skripsi, Institut Teknologi Bandung, Bandung.•Puspitawati. Ferra., (2007), Skripsi, Institut Teknologi Bandung, Bandung.•Guan, Y. and X. Y. Wu, (1990), The theory and application of solvent impregnated resins, Ion Exch. Adsorp., 6, 60-67•Heyes, S. (1998). Lanthanides & Actinides. http://www.chem.ox.ac.uk/icl/heyes/LanthAct/ lanthact.htm. •Khaldun, Ibnu., (2009), Disertasi, Institut Teknologi Bandung, Bandung.•Rohiman, Asep., (2008), Skripsi, Institu Teknologi Bandung, Bandung. •Uzoukwu, B.A., Gloe, K., Suddeck, H., (1998). Metal(II) Complexes of 4-Acylbis(Pyrazolone-5): Synthesis and Spectroscopic Studies. J. SYNTH. REACT. INORG. MET.-ORG. CHEM., 28(2), 207-221(1998).•Delvy., (2009), Skripsi, Institut Teknologi Bandung, Bandung.•Jalaludin, Mohamad., (2009), Skripsi, Institut Teknologi Bandung.•Flett, 1977; Tavlaride et al., 1987; Warshawsky, 1981•http://id.wikipedia.org/logam_tanah_jarang diakses tanggal 11 Agustus 2009http://chem-is-try.org/tabel_periodik/gadolinium diakses tanggal 21 Januari 201

http://id.wikipedia.org/logam_tanah_jarang

http://chem-is-try.org/tabel_periodik/gadolinium

Documents

Ellsie Viendra P 105 06 076 Pembimbing : Prof. Dr. Buchari