PEMBUATAN FILM HYBRID POLI(PROPILEN ITAKONAT) DENGAN DOPAN MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] SEBAGAI ADSORBER CO 2

Transkripsi

1 PEMBUATAN FILM HYBRID POLI(PROPILEN ITAKONAT) DENGAN DOPAN MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] SEBAGAI ADSORBER CO 2 Disusun oleh : Disusun oleh : SHANTI ASTUTI M SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains dalam bidang Ilmu Kimia FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016 i

2

3 PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul PEMBUATAN FILM HYBRID POLI(PROPILEN ITAKONAT) DENGAN DOPAN MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] SEBAGAI ADSORBER CO 2 belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Surakarta, Februari 2016 SHANTI ASTUTI iii

4 PEMBUATAN FILM HYBRID POLI(PROPILEN ITAKONAT) DENGAN DOPAN MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] SEBAGAI ADSORBER CO 2 SHANTI ASTUTI Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret ABSTRAK Film hybrid poli(propilen itakonat) dari asam itakonat dan 1,3-propandiol dengan dopan MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] telah berhasil disintesis. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh poli(propilen itakonat) dalam meningkatkan stabilitas panas dan penambahan MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] terhadap kapasitas serap CO 2 film PPI-MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ]. Pengaruh poli(propilen itakonat) dan penambahan MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] pada film PPI-MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] dilakukan dengan menambahkan MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] sebanyak 1%, 3%, 5%, 10%, 20% dan 40% (b/b) terhadap poli(propilen itakonat) dengan metode sonikasi. Karakterisasi dilakukan dengan TGA untuk mengetahui stabilitas panas dan SEM untuk mengetahui morfologi. Uji adsorpsi CO 2 dilakukan dengan metode volumetri berdasarkan prinsip titrasi asidimetri untuk mengetahui banyaknya CO 2 yang dapat diserap oleh masingmasing film PPI-MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ]. Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan poli(propilen itakonat) menurunkan stabilitas panas dari film PPI-MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ]. Kapasitas serap CO 2 film PPI-MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] semakin meningkat seiring dengan meningkatnya penambahan MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ]. Hal ini disebabkan oleh terbentuknya rongga pada morfologi film PPI-MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ]. Kata kunci: poli(propilen itakonat), MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ], film PPI-MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ], stabilitas panas, kapasitas serap CO 2 iv

5 PREPARATION OF POLY(PROPYLENE ITACONATE) HYBRID FILM WITH MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] DOPANT AS CO 2 ADSORBER SHANTI ASTUTI Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Sebelas Maret University ABSTRACT Poly(propylene itaconate) hybrid films from itaconic acid and 1,3- propanediol with MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] dopant have been successfully synthesized. The purpose of this work was to understand the effect of poly(propylene itaconate) in improving the thermal stability and MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] addition on the CO 2 absorption capacity of PPI-MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] films. The effect of poly(propylene itaconate) and MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] addition on the PPI-MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] films was done by adding MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] as much as 1%, 3%, 5%, 10%, 20% and 40% (w/w) to poly(propylene itaconate) with sonication method. The characterization was done by TGA to understand the thermal stability and SEM to understand the morphology. The CO 2 adsorption test was done with volumetric method based on acidimetric titration principle to determine the amount of CO 2 that can be absorbed by each PPI-MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] film. The results showed that poly(propylene itaconate) decreased the thermal stability of PPI-MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] films. The CO 2 absorption capacity of PPI- MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] films increased with increasing the MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] addition. This was caused by the formation of voids on the morphology of PPI- MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] films. Keywords: poly(propylene itaconate), MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ], PPI-MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] film, thermal stability, CO 2 absorption capacity v

6 MOTTO Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. (Alam Nasyroh: 5) Boleh jadi kamu membenci sesuatu, padahal ia amat baik bagimu, dan boleh jadi (pula) kamu menyukai sesuatu, padahal ia amat buruk bagimu; Allah mengetahui, sedang kamu tidak mengetahui. (Al-Baqarah: 216) No matter how good or bad you think life is, always be thankful. Someone somewhere else is fighting to survive. (Anonymous) vi

7 PERSEMBAHAN Karya kecil ini aku persembahkan untuk: Kedua orang tuaku, Almh. Mamah dan Alm. Bapak Kedua abangku, Mas Danang dan Mas Aryo Keluarga besar di Tangerang Selatan dan Sleman, Bibi, Om, Bu Lik, Pak Lik Sahabat-sahabatku, Astrid, Devita, Diah, Herlani, Ima, Mutiara, Tria, Wireni, Wiwiek Partner penelitianku, Fitriana Jati Teteki vii

8 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini. Sholawat serta salam tak lupa penulis haturkan kepada Nabi Muhammad SAW sebagai pembimbing umat manusia. Skripsi ini dapat terselesaikan karena adanya bantuan, petunjuk dan bimbingan dari berbagi pihak baik berupa moril maupun materiil. Oleh karena itu, penulis menyampaikan terima kasih kepada : 1. Ibu Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si. selaku kepala program studi kimia FMIPA UNS. 2. Bapak Dr.rer.nat. Atmanto Heru Wibowo, M.Si. selaku pembimbing I. 3. Ibu Dr.rer.nat. Witri Wahyu Lestari, M.Sc. selaku pembimbing II. 4. Bapak Dr.rer.nat. Fajar Rakhman Wibowo, M.Si. selaku pembimbing akademis. 5. Bapak dan Ibu Dosen program studi kimia FMIPA UNS atas ilmu yang telah diberikan. 6. Keluarga yang selalu memberikan dukungan serta doa bagi penulis. 7. Teman-teman kimia angkatan 2011 yang saling menyemangati dan saling mendoakan. 8. Kakak dan adik tingkat yang telah memberikan saran serta dukungan. 9. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu dalam penyusunan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak kekurangan. Namun demikian, penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan pihak yang membutuhkan. Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih. viii

9 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii HALAMAN PERNYATAAN... iii HALAMAN ABSTRAK... iv HALAMAN ABSTRACT... v HALAMAN MOTTO... vi HALAMAN PERSEMBAHAN... vii KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR TABEL... xiii DAFTAR LAMPIRAN... xiv DAFTAR SINGKATAN... xv BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Perumusan Masalah Identifikasi Masalah Batasan Masalah Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 5 BAB II LANDASAN TEORI Tinjauan Pustaka Polimer Poliester Proses Polikondensasi Asam Itakonat ,3-propandiol ix

10 2.1.6 Katalis Esterifikasi Metal-Organic Frameworks Material Hybrid Karakteristik Polimer dan MOF Isoterm Adsorpsi Kerangka Pemikiran Hipotesis BAB III METODOLOGI PENELITIAN Metode Penelitian Tempat dan Waktu Penelitian Alat dan Bahan Alat yang digunakan Bahan yang dipakai Prosedur Penelitian Teknik Pengumpulan Data Teknik Analisis Data BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Karakterisasi Poli(Propilen Itakonat) Karakterisasi MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] Karakterisasi Film PPI-MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] Kapasitas Serap CO 2 dari Film PPI- MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN x

11 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Kesetimbangan reaksi esterifikasi hidrolisis secara umum... 9 Gambar 2.2 Struktur asam itakonat Gambar 2.3 Struktur 1,3-propandiol Gambar 2.4 Mekanisme reaksi kondensasi dengan katalis asam Gambar 2.5 Struktur kubik MOF Gambar 2.6 Kerangka MOF Gambar 2.7 Skema adsorpsi CO Gambar 2.8 Grafik klasifikasi isoterm adsorpsi Gambar 4.1 Perbandingan warna poli(propilen itakonat) dengan katalis (a) zink asetat dan (b) titanium butoksida Gambar 4.2 Spektra inframerah (a) asam itakonat, (b) 1,3-propandiol dan (c) poli(propilen itakonat) Gambar 4.3 Struktur kimia poli(propilen itakonat) Gambar 4.4 Mekanisme reaksi pembentukan poli(propilen itakonat) Gambar 4.5 Termogram TGA poli(propilen itakonat) Gambar 4.6 Mekanisme reaksi dekomposisi poli(propilen itakonat) Gambar 4.7 Mikrogram SEM permukaan poli(propilen itakonat) dengan perbesaran (a) 200 kali dan (b) 500 kali Gambar 4.8 Konstruksi jaringan MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] Gambar 4.9 Difraktogram MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] Gambar 4.10 Spektra inframerah (a) asam tereftalat dan (b) MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] Gambar 4.11 Termogram TGA MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] Gambar 4.12 Kurva adsorpsi desorpsi MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] Gambar 4.13 Mikrogram SEM permukaan MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] dengan perbesaran (a) 3000 kali dan (b) kali Gambar 4.14 Termogram TGA film PPI-MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] xi

12 (a) 1%, (b) 3%, (c) 5%, (d) 10%, (e) 20%, (f) 40%, (g) MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] dan (h) PPI Gambar 4.15 Mikrogram SEM (a-f) permukaan dan (a -f ) penampang lintang film PPI-MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] 1%, 3%, 5%, 10%, 20% dan 40% secara berurutan Gambar 4.16 Kapasitas serap CO 2 film PPI-MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] dibandingkan dengan PPI dan MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] xii

13 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Viskositas intrinsik, waktu esterifikasi dan berat molekul sintesis PTT Tabel 4.1 Serapan inframerah gugus fungsi asam itakonat, 1,3-propandiol dan poli(propilen itakonat) Tabel 4.2 Data karakter porositas poli(propilen itakonat) Tabel 4.3 Serapan inframerah gugus fungsi asam tereftalat dan MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] Tabel 4.4 Data karakter porositas MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] Tabel 4.5 Jumlah CO 2 teradsorp dari berbagai variasi film PPI-MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] dibandingkan dengan PPI dan MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] xiii

14 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Gambar Rangkaian Alat Sintesis Poli(Propilen Itakonat) Lampiran 2. Gambar Rangkaian Alat Sintesis MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] Lampiran 3. Gambar Rangkaian Alat Uji Adsorpsi CO Lampiran 4. Formulasi Bahan Sintesis Poli(Propilen Itakonat) Lampiran 5. Perhitungan Formulasi Bahan Sintesis Poli(Propilen Itakonat) Lampiran 6. Formulasi Bahan Sintesis MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] Lampiran 7. Perhitungan Formulasi Bahan Sintesis MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] Lampiran 8. Perhitungan Uji Adsorpsi CO Lampiran 9. Gambar Hasil Sintesis Lampiran 10. Perhitungan Rendemen Hasil Sintesis MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] Lampiran 11. Data Karakter Porositas Film PPI-MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] Lampiran 12. Kurva Isoterm Adsorpsi Film PPI-MOF [Zn 4 O(BDC) 3 ] xiv

15 DAFTAR SINGKATAN BDC BPTC BTB BTC HPDC IRMOF MOF PDO PPI : Benzene-1,4-dicarboxylate : Biphenyl-3,3,5,5 -tetracarboxylate : Benzene-1,3,5-tribenzoate : Benzene-1,3,5-tricarboxylate : 4,5,9,10-tetrahydopyrene-2,7-dicarboxylate : Isoreticular Metal-organic Framework : Metal-organic Framework : 1,3-propandiol : Poli(Propilen Itakonat) xv