The corrosion inhibition efficiencyandmechanism ofcarboxymethylchitosan(CMC) on the surface ofmild steel in H2SO4 solution has studied. Determination of the corrosion inhibition efficiency measurement used Weight Loss Method (WLM), whereas the mechanism of corrosion inhibition studied based on the analysis characterizing Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive X-ray (SEM-EDX). The results showed that the corrosion inhibition efficiency of CMC reaches 65.12%. Characterization analysis results showed inhibition mechanism CMC on mild steel surface through chemical adsorption events form a passive layer of Fe-chelate compounds through O elementof -OH group and N element of -NH2 group of molecules KMK

Abdullah, A. (Abdullah)

Erna, M. (Maria)

Herdini, H. (Herdini)

Suharmin, S. (Suharmin)

Jurnal Kimia VALENSI

Abstrak 
 Telah dipelajari efisiensi dan mekanisme inhibisi korosi karboksimetil kitosan (KMK) pada permukaan baja lunak dalam larutanH2SO4.Efisiensi inhibisi korosi ditentukan dengan menggunakan metode pengukuran berat hilang (Weight Loss Method), sedangkan mekanisme inhibisi korosi dipelajari berdasarkan hasil analisis karakterisasi Scanning Electron Microscope- Energy Dispersive X-ray(SEM-EDX). Hasil penelitian menunjukkan bahwa efisiensi inhibisi korosi KMK dalam H2SO4 mencapai 65.12%. Hasil analisis karakterisasi memperlihatkan mekanisme inhibisi KMK pada permukaan baja lunak melalui peristiwa adsorpsi kimia membentuk lapisan pasif berupa senyawa Fe-khelatmelalui unsur O dari gugus –OH dan N dari gugus –NH2 dari molekul KMK
 Kata kunci : Efisiensi inhibisi korosi, karboksimetil kitosan, mekanisme inhibisi


  
 Abstract
 The corrosion inhibition efficiencyandmechanism ofcarboxymethylchitosan(CMC) on the surface ofmild steel in H2SO4 solution has studied. Determination of the corrosion inhibition efficiency measurement used Weight Loss Method (WLM), whereas the mechanism of corrosion inhibition studied based on the analysis characterizing Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive X-ray (SEM-EDX). The results showed that the corrosion inhibition efficiency of CMC reaches 65.12%. Characterization analysis results showed inhibition mechanism CMC on mild steel surface through chemical adsorption events form a passive layer of Fe-chelate compounds through O elementof -OH group and N element of -NH2 group of molecules KMK.
 Keywords : corrosion inhibittion efficiency, carboxymethyl chitosan, inhibition mechanis

Maria Erna

Herdini Herdini

Abdullah Abdullah

Suharmin Suharmin

Directory of Open Access Journals

Valensi Vol. 4 No. 1, Mei 2014 (30-35) ISSN : 1978 - 819330Studi Inhibisi Korosi Karboksimetil Kitosanpada PermukaanBaja Lunakdalam H2SO4Maria Erna*, Herdini, Abdullah, SuharminProgram Studi Pendidikan Kimia Universitas Riau Pekanbaru*Email : bun_erna@yahoo.comAbstrakTelah dipelajari efisiensi dan mekanisme inhibisi korosi karboksimetil kitosan (KMK) padapermukaan baja lunak dalam larutanH2SO4.Efisiensi inhibisi korosi ditentukan denganmenggunakan metode pengukuran berat hilang (Weight Loss Method), sedangkan mekanismeinhibisi korosi dipelajari berdasarkan hasil analisis karakterisasi Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive X-ray(SEM-EDX). Hasil penelitian menunjukkan bahwa efisiensi inhibisikorosi KMK dalam H2SO4 mencapai 65.12%. Hasil analisis karakterisasi memperlihatkanmekanisme inhibisi KMK pada permukaan baja lunak melalui peristiwa adsorpsi kimiamembentuk lapisan pasif berupa senyawa Fe-khelatmelalui unsur O dari gugus –OH dan N darigugus –NH2 dari molekul KMKKata kunci : Efisiensi inhibisi korosi, karboksimetil kitosan, mekanisme inhibisiAbstractThe corrosion inhibition efficiencyandmechanism ofcarboxymethylchitosan(CMC) on thesurface ofmild steel in H2SO4 solution has studied. Determination of the corrosion inhibitionefficiency measurement used Weight Loss Method (WLM), whereas the mechanism of corrosioninhibition studied based on the analysis characterizing Scanning Electron Microscope-EnergyDispersive X-ray (SEM-EDX). The results showed that the corrosion inhibition efficiency ofCMC reaches 65.12%. Characterization analysis results showed inhibition mechanism CMC onmild steel surface through chemical adsorption events form a passive layer of Fe-chelatecompounds through O elementof -OH group and N element of -NH2 group of molecules KMK.Keywords : corrosion inhibittion efficiency, carboxymethyl chitosan, inhibition mechanism1. PENDAHULUANKarboksimetil kitosan (KMK)merupakan inhibitor ramah lingkungan (greendan eco-friendlyinhibitor) karena bersifatbiodegradable, bioaktif, biokompatible,polikationik, berat molekul tinggi, dapatdiperbaharui dan tidak toksik (Tang,et.al,2007). Penggunaan KMK sebagai inhibitorsudah banyak dipelajari diantaranya Erna(2011) memperlihatkan inhibisi KMK padapermukaan baja lunak dalam air gambutmematuhi persamaan modifikasi isothermadsorpsi Langmuir dan diasumsikan terjadilewat adsorpsi kimia dengan nilai ΔGo -35.413kJ mol-1 serta efisiensi inhibisi korosi KMKpada baja lunak dalam air gambut mencapai93.66 %. Sedangkan Cheng (2007) melaporkanbahwa KMK merupakan inhibitor korosibersifat anodik yaitu terjadi pergeseran kurvaanodik dari kurva polarisasi dan rapatan arusmenjadi rendah. Hasil ini memperlihatkanbahwa KMK berpotensi digunakan untukmengatasi masalah korosi.Masalah korosi termasuk masalah yangbesar dan serius karena berhubungan dengankeselamatan kerja, ekonomi, kerusakanlingkungan dan kesehatan, baik yang terjadi diindustri-industri maupun di berbagai instalasiseperti pada pengolahan air bersih, minyak danlimbah. Masalah korosi pada logam dapatdikendalikan dengan beberapa cara yaituantara lain pelapisan, pengecatan, proteksikatodik dan penambahan zat inhibitor kedalam media korosif.Valensi Vol. 4 No. 1, Mei 2014 (30-35) ISSN : 1978 - 819331Pada penelitian ini dipelajari KMKsebagai inhibitor korosi pada baja lunak dalammedia asam sulfat (H2SO4). Media asam sulfatdipelajari karena termasuk asam kuat yangsangat korosif dan sering digunakan diindustri-industri yang dapat mencemarilingkungan sekitarnya. Objek penelitian iniadalah baja lunak yang banyak ditemukanpenggunaannya dalam kehidupan sehari-haridan juga mudah mengalami korosi. KMK yangdisintesis dipelajari interaksinya dengan ion Feyang merupakan komponen utama penyusunbaja lunak dengan menggunakan FourierTransform Infrared Specroscopy (FTIR).Untuk mempelajari efisiensi inhibisiKMK dipelajari melalui pengaruh konsentrasiKMK dan H2SO4, dan waktu interaksi yangditentukan dengan metode berat hilang (WeightLoss). Efisiensi inhibisi korosi dinyatakandalam persentase penurunan laju korosi bajayang diperoleh dari pengurangan laju korositanpa inhibitor dikurangi dengan laju korosidengan menggunakan inhibitor dan dibagidengan laju korosi baja tanpa inhibitor (Collie,1983). Bentuk morfologi permukaan bajasebelum dan setelah direndam dalam H2SO4dikaraktersasi menggunakan peralatanScanning Electron Microscope-EnergyDispersive X-ray(SEM-EDX).2. METODE PENELITIANBahan yang digunakan adalah kitosan(Sigma, H2SO4, NaOH, Isopropanol, asammonokloroasetat, etanol, lempengan baja lunakdengan kode BJTP 24 (0.16% C; 0.19% Si;4.8% Mn; 0.16% P; 0.22% S dan sisanya Fe),kertas pasir karbit silikon 100,200, dan 400-grit, kloroform, aseton, n-butanol danaquadest. Sedangkan perlatan yang digunakantimbangan analitik, seperangkat alat refluk,oven,FTIR, SEM-EDX dan peralatan gelasyang umum dipakai.Sintesis KMKKitosan 1 g tambahkan NaOH 1.35 gdan pelarut (aquadest 2 mL + Isopropanol 8mL), lalu masukkan kedalam water bath 60oC.Kemudian tambahkan asam monokloroasetat1.5 g yang telah dilarutkan kedalamisopropanol 2 mL dan direaksikan selama 4jam. Reaksi dihentikan dengan menambahkanetanol 70% 20 mL.Padatan disaring dan dicucidengan etanol 90% serta dikeringkan padatemperatur ruang dan siap digunakan sebagaiinhibitor korosi (Panget al., 2007).Interaksi KMK dengan Ion FeInteraksi KMK dipelajari denganmempersiapkan larutan Fe dengan konsentrasi5 ppm, pH 6 dan massa KMK 5 mg selama 15menit dengan menggunakan Shaker 200 rpmpada temperatur ruang. Kemudian larutandisaring dan KMK yang sudah digunakandianalisis gugus fungsinya denganmenggunakan FTIR.Penentuan Efisiensi Inhibisi KorosiEfisiensi inhibisi korosi KMK pada bajalunak dalam media asam sulfat ditentukandengan metode berat hilang (Weight LossMethod). Caranya siapkan lempengan bajalunak 1 x 2 cm2 dan digosok permukaannyadengan kertas pasir karbit silikon 400-grit dandibilas dengan aseton. Kemudian dikeringkandalam oven pada suhu 40oC selama 15 menit.Lalu disiapkan konsentrasi KMK dalam asamsulfat dengan variasi (300, 400, 500, 600 dan700 ppm) dan variasi konsentrasi asam sulfat(0.075, 0.1, 0.25, 0.5, 0.75 dan 1.0)  sertavariasi waktu perendaman (1, 5 dan 9 hari)pada temperatur ruang. Kemudian spesimendibilas dengan kloroform, aseton dan dibrosserta dicuci dengan air dan dikeringkan dalamoven pada 60oC. Selanjutnya spesimenditimbang kembali dan dihitung laju korosi (R)dengan satuan mdd dan efisiensi inhibisi (E)dalam % dengan menggunakan persamaan (1)dan (2).S.tWR  (1)dimana W adalah berat logam yang hilang(mg), S adalah luas penampang logam yangterkorosi (dm2) dant adalah waktu proseskorosi (hari)%xR RRE 100121  (2)dengan R1 adalah laju korosi logam tanpainhibitordan R2adalah laju korosi logamdengan menggunakan inhibitor.Karakterisasi Permukaan Baja LunakKarakterisasi permukaan baja lunakdilakukan dengan mempersiapkan lempenganbaja lunak 1 x 2 cm2 dan digosokpermukaannya dengan kertas pasir karbitsilikon 400-grit dan dibilas denganInhibisi Korosi Karboksimetil Kitosan Erna, et.al.32aseton.Kemudian dikeringkan dalam ovenpada suhu 40oC selama 15 menit, kemudiananalisis bentuk morfologi permukaanmenggunakan SEM-EDX yaitu sebelum dansetelah dicelupkan dalam asam sulfat.3. HASIL DAN PEMBAHASANKMK disintesis dengan mengggunakanmetode seperti yang dilaporkan oleh Pang(2007), yaitu dengan cara mereaksikan kitosandengan asam monokloroasetat pada keadaanbasa (NaOH). Skema reaksi pembentukanKMK dapat dilihat pada Gambar 1.OCH2OHOHNH2OCH2OHOHNH2OCH2OHOHOHNH2O OnOHClCH2COOHNaOHOCH2OCH2COOHOHNH2OCH2OCH2COOHOHNH2OCH2OCH2COOHOHOHNH2O OnOHKitosan (1) Karboksimetil KitosanGambar 1. Reaksi pembentukan karboksimetilkitosanGambar 2. Spektrum FT-IR KMK:a) sebelumdanb) setelah beinteraksi  dengan ion Feselama 15 menit, konsentrasi Fe 5 ppm,pH 6 dan massa KMK 5 mgGambar 2 menunjukkan spektrum FTIRdari KMK sebelum dan setelah berinteraksidengan ion Fe, terlihat bahwa vibrasi regangangugus -O-H dan -N-H terjadi pada bilangangelombang 3437cm-1 dan puncak khas KMKmuncul pada 1606 dan 1416 cm-1 yaitu gugus –COO- yang menunjukkan karboksimetilasiterjadi pada gugus amino pada kitosan. Puncak1065 cm-1 menjadi lebih tajam dibandingkandengan spektrum kitosan dan puncak alkoholprimer pada 1030 cm-1 tidak signifikan, hal inimenunjukkan juga bahwa karboksimetilasijuga terjadi pada gugus hidroksil primer padakitosan. Hasil spektrum KMK sesuai denganyang dilaporkan oleh Cai Ge dan Luo Ke(2005). Untuk spektrum FT-IR dari KMKsetelah berinteraksi dengan ion Fe terlihatpuncak khas dari KMK yaitu pada bilangangelombang 1606 dan 1416 cm-1 (–COO-) sudahtidak ada lagi. Hal ini menunjukkan gugus –COO- berperan dalam mengikat ion Fe.Hasilinteraksi ion Fe dengan KMK menunjukkanbahwa KMK dapat digunakan sebagai inhibitorkorosi pada baja lunak.Gambar 3. Efisiensi inhibisi KMK sebagaiinhibitor korosi baja lunak dalamH2SO4 dengan variasi konsentrasiGambar 4. Efisiensi inhibisi KMK sebagaiinhibitor korosi baja lunak denganvariasi konsentrasi H2SO4Valensi Vol. 4 No. 1, Mei 2014 (30-35) ISSN : 1978 - 819333Hasil uji efisiensi inhibisi korosi dapatdilihat pada Gambar 3. Efisiensi inhibisioptimum baja lunak dalam media H2SO4terjadi pada konsentrasi KMK mencapai 500ppm yaitu 45.32%.Sedangkan Gambar 4,memperlihatkan bahwa inhibitor KMKmemiliki efisiensi inhibisi optimum terjadipada konsentrasi H2SO40.25 M denganefisiensi inhibisi mencapai 65.12%.Gambar 5. Efisiensi inhibisi KMK sebagaiinhibitor korosi baja lunak dalamH2SO4 dengan variasi waktuperendamanGambar 6. Foto visualisasi untuk baja lunak dalam0.25 M H2SO4 dengan variasiperendaman 1, 5 dan 9 hari: a) tanpaKMK (atas) dan dengan KMK (bawah)Untuk mempelajari ketahanan efisiensiinhibisi korosi dilakukan variasi waktuperendaman baja lunak dalam media H2SO4.Gambar 5 terlihat bahwa efisiensi inhibisioptimum KMK pada baja lunak dalam terjadidengan waktu perendaman selama 1 hari yaitumencapai 65.12%.Gambar 6 membuktikan secara visualbahwa KMK dalam H2SO4 efektifmenghambat korosi pada baja lunak untuk 1hari dan hari berikutnya kemampuan KMKakan berkurang. Terlihat pada hari pertamalarutan H2SO4 dengan KMK yang dicelupkanbaja lunak berbeda dengan media tanpa mediayaitu larutan tetap bening. Sedangkan setelah 5dan 9 hari media dengan KMK tidak berbedawarna larutannya dengan tanpa media.Mekanisme inhibisi KMK padapermukaan baja lunak dalam asam sulfatadalah melalui peristiwa adsorpsi kimia yangterjadi secara spontan dan membentuk lapisanpasif berupa senyawa Fe-khelat. Lapisan pasifterbentuk akibat pemakaian bersama pasanganelektron bebas dari atom-atom oksigen dannitrogen dari inhibitor yang teradsorpsi padapermukaan baja membentuk ikatan kovalenkoordinasi. Peristiwa adsorpsi KMK padapermukaan baja melalui pembentukan senyawaFe intermediet dengan molekul air. Hal initerjadi karena energi interaksi senyawa organikpada permukaan logam lebih tinggi dari padamolekul air, sehingga molekul air terlebihdahulu teradsorpsi (Abd El-Maksoud, 2008).Untuk membuktikan prinsip kerja inhibitorKMK pada permukaan baja dapat diamatimenggunakan peralatan SEM.Gambar 7. Foto SEM spesimen baju lunak: (atas)tanpa dan (bawah) dengan KMKyang direndam dalam 0.25 M H2SO4selama3 hari pada suhu kamarInhibisi Korosi Karboksimetil Kitosan Erna, et.al.34Pada Gambar 7, memperlihatkanpermukaan baja yang direndam dalam H2SO4ditemukan permukaan baja rusak yaitu ditandaiadanya lubang-lubang pada permukaan baja.Sedangkan permukaan baja yang direndamdengan inhibitor KMK terlihat adanya lapisanyang menutupi permukaan baja. Lapisan inidisebut lapisan pasif yang dapat menghambatkorosi.Gambar 8. Spektrum EDX dari permukaanspesimen baja lunak (atas) tanpadan dengan KMK (bawah)Tabel 1. Hasil analisis unsur-unsur pada spesimenbaja lunak yang direndam dalam 0,25 MH2SO4 selama 3 hari pada suhu kamartanpa dan dengan KMKMasssa (%) Permukaan baja lunak setelahdirendam dalam 0,25 M H2SO4Tanpa K MK DenganKMKC 2.69 3.57N 1.60 0.61O 6.06 22.85F 0.93 -S 0.87 1.7Cl 0.13 0.06Fe 87.73 72.14Hasil analisis unsur-unsur padapermukaan baja lunak menggunakan SEM-EDX dapat dilihat pada Tabel 1. Terlihatpersentase massa unsur C, O, N dan S padaspesimen baja setelah direndam dalam H2SO4tanpa KMK lebih rendah. Sedangkan F, Cl danFe lebih tinggi dari spesimen dengan KMK.Hal ini membuktikan molekul-molekul KMKteradsorpsi pada permukaan baja lunakmembentuk suatu lapisan pasif melalui unsurO dari gugus –OH dan N dari gugus –NH2.Berdasarkan hasil analisis karakterisasiSEM-EDX dapat diusulkan mekanismeinhibisi inhibitor KMK pada permukaan bajadalam media asam sebagai berikut:aqadsadsaqnadsOHKMKOHKMKKMKneFeKMK)FeKMKFe22( Untuk menjelaskan adsorpsi KMK padapermukaan baja dapat digunakan suatu modeadsorpsi. Pada Gambar 9 menunjukkan contohmode adsorpsi inhibitor KMK pada permukaanbaja lunak. Terlihat atom O dan N darimolekul KMK yang memiliki pasanganelektron bebas berikatan dengan ion Fe padapermukaan baja membentuk ikatan koordinasi.Gambar 9. Mode adsorpsi struktur KMK padapermukaaan baja4. SIMPULANHasil efisiensi inhibisi korosi optimumKMK pada baja lunak dalam H2SO4 terjadidengan waktu perendaman selama 1 hari,konsentrasi KMK 500 ppm dan konsentrasiH2SO4 0.25 M yaitu mencapai 65.12%. Hasilanalisis karakterisasi SEM-EDXmemperlihatkan permukaan baja setelahdirendam dengan adanya KMK dalam H2SO4membentuk lapisan pasif melalui unsur O dariValensi Vol. 4 No. 1, Mei 2014 (30-35) ISSN : 1978 - 819335gugus –OH dan N dari gugus –NH2 yaitusenyawa Fe-Khelat melalui ikatan kovalenkoordinasi.Perlu dilakukan penenlitian lebih lanjutuntuk memperbaiki efisiensi inhibisi KMKpada permukaan baja lunak dalam H2SO4dengan cara memodifikasi struktur KMK.UCAPAN TERIMA KASIHTerima kasih kepada DP3M Dirjen Diktimelalui Lembaga Penelitian Universitas Riauyang telah membiayai penelitian ini dari skimpenelitian fundamental tahun 2013.DAFTAR PUSTAKAAbd El-Maksound, S.A, 2008, The effect of organiccoumpound on the electrochemicalbehaviour of steel in acidic media, A review,Int.J.Electrochem.Sci.,3: 528-555Cheng, S., Chen, S., Liu, T., and Y. Yin, 2007,Carboxymenthyl Chitosan as an EcofriendlyInhibitor for Mild Steel in 1 M HCl.Materials Letters.,61, 3276 – 3280.Collie, M.J., 1983, Corrosion InhibitorsDevelopmentd Since 1980, Noyes DataCorporation. Park Ridge, New Jersey,U.S.A: 369.Erna, M., Emriadi.,Alif, Adan Arief, S, 2011,Karboksimetil kitosan sebagai inhibitorkorosi pada baja lunak dalam media airgambut, JMS, 16(2): 106-110.Cai Ge, H  dan Luo Ke, D., 2005, Preparation ofcarboxymetyl chitosan in aqueous solutionunder microwave irradition, CarbohydrateReasearch., 340: 1351-1356.Pang, H. T., Chen, X.G., Park,H.J., and J. F.Keneddy, 2007, Preparation and RheologicalProperties of Deoxycholate-chitosan andCarboxymehyl-Chitosan in AqueousSystem, Carbohydrate polymer., 69: 419-425.Tang, Z.X., Qian, J.Q., and Shi, L.U., 2007,Characterizations of immobilized neutrallipase on chitosan nano-particles. MaterialsLetters., 61: 37–40.

Studi Inhibisi Korosi Karboksimetil Kitosanpada Permukaan Baja Lunakdalam H2SO4

https://journal.uinjkt.ac.id/index.php/valensi/article/download/1073/965

Studi Inhibisi Korosi Karboksimetil Kitosanpada Permukaan Baja Lunakdalam H2SO4

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Directory of Open Access Journals