Pengaruh variasi waktu kontak biosorben residu sonikasi Hydrilla verticillata teraktivasi HNO3 dan NaOH terhadap efektivitas adsorpsi logam Pb(II)

INDONESIA:

Biosorben residu sonikasi Hydrilla verticillata merupakan biosorben yang berasal dari limbah hasil penelitian ekstraksi senyawa fitokimia dengan metode ultrasound-assisted ethanol extraction (UAEE). Kandungan sisa selulosa yang semakin tinggi karena demineralisasi dan delignifikasi membuat residu sonikasi Hydrilla verticillata dapat dimanfaatkan dengan efektif untuk adsorpsi logam Pb(II) dalam air limbah. Struktur dengan banyak pori dan situs aktif, membuat ion logam Pb(II) dapat terikat pada permukaan biosorben residu sonikasi Hydrilla verticillata melalui adsorpsi fisika, interaksi elektrostatik, pertukaran ion, dan kompleksasi permukaan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi waktu kontak residu sonikasi Hydrilla verticillata teraktivasi dan tanpa aktivasi terhadap persen adsorpsi logam Pb(II) dalam air limbah.

Tahapan penelitian ini meliputi preparasi residu sonikasi Hydrilla verticillata, aktivasi dengan asam (HNO3 0,3 M), basa (NaOH 0,3 M), bertingkat asam (HNO3 0,15 M) dan basa (NaOH 0,15 M), serta bertingkat basa (NaOH 0,15 M) dan asam (HNO3 0,15 M). Kemudian dilakukan pengontakan dengan variasi waktu kontak 5; 30; 60; 90; dan 120 menit, serta perbandingan persentase adsorpsi biosorben teraktivasi dan tanpa aktivasi. Selain itu, dilakukan penentuan kinetika adsorpsi dan uji one way ANOVA beserta analisis lanjutan Tukey dan Duncan. Analisis konsentrasi awal dan akhir limbah logam Pb(II) dilakukan dengan AAS (Atomic Absorption Spectroscopy). Lalu karakterisasi biosorben menggunakan FTIR untuk mengetahui hasil biosorben sebelum aktivasi, setelah aktivasi, dan setelah pengontakan dengan logam Pb(II).

Hasil penelitian ini didapatkan keberhasilan variasi aktivasi memiliki warna yang berbeda dari sebelum aktivasi dengan penurunan berat 10 g menjadi 6 g. Biosorben sebelum aktivasi berwarna hijau tua kecokelatan, lalu berubah menjadi cokelat setelah aktivasi asam, hijau kecokelatan setelah aktivasi basa, cokelat kehijauan setelah aktivasi bertingkat asam dan basa, serta hijau cerah setelah aktivasi bertingkat basa dan asam. Kondisi optimum waktu pengontakan terjadi pada menit ke-60 untuk semua variasi biosorben, kecuali biosorben teraktivasi bertingkat basa dan asam yang lebih cepat pada menit ke-30. Kemudian setiap variasi biosorben menunjukkan hasil penyerapan yang berbeda nyata berdasarkan uji Tukey dan Duncan. Kemampuan adsorpsi optimum tertinggi didapatkan pada biosorben teraktivasi bertingkat basa dan asam sebesar 99,57%, diikuti teraktivasi basa sebesar 99,27%, teraktivasi bertingkat asam dan basa sebesar 98,98%, teraktivasi asam sebesar 96,55%, dan terendah tanpa aktivasi sebesar 83,89%. Hasil karakterisasi FTIR variasi biosorben residu sonikasi Hydrilla verticillata teraktivasi HNO3 dan NaOH mengkonfirmasi keberhasilan proses delignifikasi yaitu gugus =C-H yang terdeteksi dengan pergeseran bilangan gelombang dan intensitas yang lebih rendah, kemudian gugus O-H dan C-O-C yang terdeteksi dengan adanya pergeseran bilangan gelombang. Keberhasilan proses demineralisasi dengan gugus M-O, COO-M, dan M-N yang terdeteksi dengan pergeseran bilangan gelombang dan intensitas yang lebih rendah. Lalu berhasilnya proses adsorpsi dari biosorben R-S-B-SP yaitu terdeteksinya gugus M-O dan COO-M dengan pergeseran bilangan gelombang, serta M-N dengan intensitas yang lebih rendah daripada biosorben R-S-BA.

ENGLISH:

Hydrilla verticillata sonication residue biosorbent is a biosorbent derived from waste from phytochemical compound extraction research using the ultrasound-assisted ethanol extraction (UAEE) method. The higher cellulose residue content due to demineralization and delignification makes Hydrilla verticillata sonication residue can be used effectively for Pb(II) metal adsorption in wastewater. The structure with many pores and active sites allows Pb(II) metal ions to bind to the surface of Hydrilla verticillata sonication residue biosorbent through physical adsorption, electrostatic interaction, ion exchange, and surface complexation. This study aims to determine the effect of contact time variations of activated and unactivated Hydrilla verticillata sonication residue on the percentage of Pb(II) metal adsorption in wastewater.

The stages of this research include the preparation of Hydrilla verticillata sonication residue, activation with acid (0.3 M HNO3), base (0.3 M NaOH), acidic (0.15 M HNO3) and base (0.15 M NaOH), and base (0.15 M NaOH) and acidic (0.15 M HNO3). Then contact was carried out with contact time variations of 5; 30; 60; 90; and 120 minutes, as well as a comparison of the percentage of activated and unactivated biosorbent adsorption. In addition, the determination of adsorption kinetics and one-way ANOVA tests along with further analysis of Tukey and Duncan were carried out. Analysis of the initial and final concentrations of Pb(II) metal waste was carried out using AAS (Atomic Absorption Spectroscopy). Then the characterization of the biosorbent used FTIR to determine the results of the biosorbent before activation, after activation, and after contact with Pb(II) metal.

The results of this study obtained the success of the activation variation having a different color from before activation with a weight loss of 10 g to 6 g. The biosorbent before activation was dark green-brown, then changed to brown after acid activation, brownish green after base activation, greenish brown after acid and base multilevel activation, and bright green after base and acid multilevel activation. The optimum contact time condition occurred at 60 minutes for all biosorbent variations, except for the base and acid multilevel activated biosorbent which was faster at 30 minutes. Then each biosorbent variation showed significantly different absorption results based on the Tukey and Duncan tests. The highest optimum adsorption capacity was obtained in the base and acid multilevel activated biosorbent of 99.57%, followed by base activation of 99.27%, acid and base multilevel activation of 98.98%, acid activation of 96.55%, and the lowest without activation of 83.89%. The results of FTIR characterization of variations in the sonication residue biosorbent of Hydrilla verticillata activated by HNO3 and NaOH confirmed the success of the delignification process, namely the =C-H group was detected with wave variations and lower intensity, then the O-H and C-O-C groups were detected with wave variations. The success of the demineralization process with M-O, COO-M, and M-N groups was detected with a shift in wave number and lower intensity. Then the success of the adsorption process of the R-S-B-SP biosorbent was the detection of the M-O and COO-M groups with wave variations, as well as M-N with a lower intensity than the R-S-BA biosorbent.

ARABIC:

هِيدْرِيلَا فِيرْتِيسِيلَاتَا بَقَايَا الْمُمْتَزِّ الْحَيَوِيِّ هُوَ مُمْتَزٌّ حَيَوِيٌّ مُشْتَقٌّ مِنْ النُّفَايَاتِ النَّاتِجَةِ عَنْ اسْتِخْرَاجِ الْمُرَكَّبَاتِ الْكِيمْيَائِيَّةِ النَّبَاتِيَّةِ بِاسْتِخْدَامِ طَرِيقَةِ اسْتِخْرَاجِ الْإِيثَانُولِ بِمُسَاعَدَةِ الْمَوْجَاتِ فَوْقَ الصَّوْتِيَّةِ (UAEE). الْمُحْتَوَى الْعَالِي مِنْ بَقَايَا السَّلِيلُوزْ بِسَبَبِ إِزَالَةِ الْمَعَادِنِ وَ التَّزْوِيرِ يَجْعَلُ بَقَايَا صَوْتَنَةِ هَيِدْرِيلَا فِيرْتِيسِيلَاتَا يُمْكِنُ اسْتِخْدَامُهَا بِشَكْلٍ فَعَّالٍ لِامْتِصَاصِ مَعْدِنِ (II)Pb فِي مِيَاهِ الصَّرْفِ الصِّحِّيِّ. الْهَيْكَلُ مَعَ الْعَدِيدِ مِنْ الْمَسَامِ وَالْمَوَاقِعِ النَّشِطَةِ ، يَجْعَلُ أَيُونَاتِ الْمَعَادِنِ (II)Pb يُمْكِنُ أَنْ تَرْتَبِطَ بِسَطْحِ الْمُمْتَزِّ الْحَيَوِيِّ لِبَقَايَا صَوْتَنَةِ هَيِدْرِيلَا فِيرْتِيسِيلَاتَا مِنْ خِلَالِ الِامْتِزَازِ الْمَادِّيِّ، وَالتَّفَاعُلِ الْكَهْرُوسْتَاتِيكِيِّ، وَالتَّبَادُلِ الْأَيُونِيِّ، وَتَعْقِيدِ السَّطْحِ. تَهْدِفُ هَذِهِ الدِّرَاسَةُ إِلَى تَحْدِيدِ تَأْثِيرِ التَّبَايُنِ فِي وَقْتِ التَّلَامُسِ لِبَقَايَا صَوْتَنَةِ هَيِدْرِيلَا فِيرْتِيسِيلَاتَا الْمُنَشَّطَةِ وَغَيْرِ الْمُنَشَّطَةِ عَلَى نِسْبَةِ امْتِزَازِ مَعْدِنِ (II)Pb فِي مِيَاهِ الصَّرْفِ الصِّحِّيِّ.

تَشْمَلُ مَرَاحِلَ هَذَا الْبَحْثِ تَحْضِيرَ بَقَايَا صَوْتَنَةِ هَيِدْرِيلَا فِيرْتِيسِيلَاتَا، وَالتَّنْشِيطِ بِالْحَمْضِ (٠،٣ M HNO3)، وَالْقَاعِدَةِ (٠،٣M NaOH)، وَالْحَمْضِ الْمُتَدَرِّجِ (٠،١٥ M HNO3) وَالْقَاعِدَةِ (٠،١٥NaOH M )، وَكَذَلِكَ الْقَلَوِيَّةُ (٠،١٥NaOH M) وَالْحَمْضُ (٠،١٥ HNO3 M). ثُمَّ يَتِمُّ اَلتَّحَكُّمُ مَعَ اخْتِلَافِ وَقْتِ اَلِاتِّصَالِ ٥; ۳٠; ٦٠; ٩٠; وَ ١٢٠ دَقِيقَةً، بِالْإِضَافَةِ إِلَى مُقَارَنَةِ النِّسْبَةِ الْمِئَوِيَّةِ لِامْتِصَاصِ الْمُمْتَزِّ الْحَيَوِيِّ الْمُنَشَّطِ وَغَيْرِ الْمُنَشَّطِ. بِالْإِضَافَةِ إِلَى ذَلِكَ، تَمَّ إِجْرَاءُ حَرَكِيَّةِ الِامْتِزَازِ وَاخْتِبَارَاتِ ANOVA أُحَادِيَّةِ الِاتِّجَاهِ جَنْبًا إِلَى جَنْبٍ مَعَ مَزِيدٍ مِنْ التَّحْلِيلِ مِنْ قِبَلِ Tukey وَDuncan . تَمَّ إِجْرَاءُ تَحْلِيلِ التَّرْكِيزَاتِ الْأَوَّلِيَّةِ وَالنِّهَائِيَّةِ لِلنُّفَايَاتِ الْمَعْدِنِيَّةِ (II)Pb بِوَاسِطَةِ AAS (التَّحْلِيلِ الطَّيْفِيِّ لِلِامْتِصَاصِ الذَّرِّيِّ). ثُمَّ يُسْتَخْدَمُ تَوْصِيفُ الْمُمْتَزِّ الْحَيَوِيِّ FTIR لِتَحْدِيدِ نَتَائِجِ الْمُمْتَزِّ الْحَيَوِيِّ قَبْلَ التَّنْشِيطِ وَبَعْدَ التَّنْشِيطِ وَبَعْدَ التَّوْحِيدِ مَعَ مَعْدِنِ (II)Pb.

تَمَّ الْحُصُولُ عَلَى نَتَائِجِ هَذِهِ الدِّرَاسَةِ مَعَ نَجَاحِ تَبَايُنِ التَّنْشِيطِ بِلَوْنٍ مُخْتَلِفٍ عَنْ قَبْلِ التَّنْشِيطِ مَعَ انْخِفَاضِ الْوَزْنِ مِنْ ١٠ g إِلَى ٦ g. تَكُونُ الْمَوَادُّ الْمَاصَّةُ الْحَيَوِيَّةُ قَبْلَ التَّنْشِيطِ بِنْيَةً دَاكِنَةَ اللَّوْنِ، ثُمَّ تَتَحَوَّلُ إِلَى اللَّوْنِ الْبُنِّيِّ بَعْدَ تَنْشِيطِ الْحَمْضِ، وَالْأَخْضَرِ الْبُنِّيِّ بَعْدَ اَلتَّنْشِيطِ الْقَلَوِيِّ، وَالْبُنِّيِّ الْمُخْضِرِ بَعْدَ التَّنْشِيطِ الْمُتَدَرِّجِ بِالْحَمْضِ وَالْقَلَوِيَّةِ، وَالْأَخْضَرِ الْفَاتِحِ بَعْدَ التَّنْشِيطِ الْمُتَدَرِّجِ الْقَلَوِيِّ وَالْحَمْضِيِّ. حَدَثَتْ الْحَالَةُ الْمُثْلَى لِوَقْتِ الْإِعْدَادِ فِي 60 دَقِيقَةً لِجَمِيعِ أَشْكَالِ الْمَاصَّاتِ الْحَيَوِيَّةِ ، بِاسْتِثْنَاءِ الْمُمْتَصَّاتِ الطَّبَقِيَّةِ الْقَلَوِيَّةِ وَالْحَمْضِيَّةِ الْأَكْثَرِ نَشَاطًا بِسُرْعَةٍ فِي 30 دَقِيقَةً. ثُمَّ أَظْهَرَ كُلُّ اخْتِلَافٍ فِي الْمُمْتَزِّ الْحَيَوِيِّ نَتَائِجَ امْتِصَاصٍ مُخْتَلِفَةً بِشَكْلٍ كَبِيرٍ بِنَاءً عَلَى اخْتِبَارَاتِ Tukey وَDuncan . تَمَّ الْحُصُولُ عَلَى أَعْلَى قُدْرَةِ امْتِصَاصٍ مِثَالِيَّةٍ فِي الْمُمْتَزَّاتِ الْحَيَوِيَّةِ الْقَلَوِيَّةِ وَالْحَمْضِيَّةِ بِنِسْبَةِ ٩٩،٥٧ ٪، تَلِيهَا الْقَلَوِيَّةُ الْمُنَشَّطَةُ ٩٩،٢٧ ٪، الْحَمْضِيَّةُ وَالْقَلَوِيَّةُ الْمُنَشِّطَةُ ٩٨،٩٨ ٪، الْحَمْضِيَّةُ الْمُنَشِّطَةُ ٩٦،٥٥ ٪، وَالْأَدْنَى بِدُونِ تَنْشِيطٍ ٨٣،٨٩ ٪. أَظْهَرَتْ نَتَائِجُ التَّوْصِيفِ مَعَ FTIR وُجُودَ مَجْمُوعَاتِ OH- وَ C-H وَ C-H= وَC-O وَ C-C وَ C-O-C وَ C=O وَ N-H وَ C-S وَ N-H+ وَ M-O وَ M-N وَ COO-M فِي مَجْمُوعَاتِ الْمُمْتَزِّ الْحَيَوِيِّ دُونَ تَنْشِيطٍ. أَظْهَرَتْ نَتَائِجُ الْمُمْتَزَّاتِ الْحَيَوِيَّةِ الْمُنَشَّطَةِ الْحَمْضِيَّةِ وَالْقَلَوِيَّةِ وَالْقَلَوِيَّةِ وَالْحَمْضِيَّةِ وُجُودَ مَجْمُوعَاتٍ مُنْخَفِضَةِ الْكَثَافَةِ C-H= ،C=O غَيْرِ مُكْتَشَفَةٍ، OH- وَ C-O-C الْمُكْتَشَفَةِ بِكَثَافَةٍ عَالِيَةٍ مِمَّا يُشِيرُ إِلَى نَجَاحِ عَمَلِيَّةِ إِزَالَةِ الْجِيلَةِ. تَمَّ الْكَشْفُ عَنْ الرَّابِطَةِ بَيْنَ الْمَجْمُوعَةِ النَّشِطَةِ وَالْمَعْدِنِ بِكَثَافَةٍ عَالِيَةٍ لِلْمُمْتَزَّاتِ الْحَيَوِيَّةِ الْمُنَشِّطَةِ غَيْرِ النَّشِطَةِ وَالْحَمْضِيَّةِ وَالْقَلَوِيَّةِ، وَبَعْدَ الِارْتِبَاطِ بِمَعْدِنِ (II)Pb فِي الْمُمْتَزَّاتِ الْحَيَوِيَّةِ الْمُنَشَّطَةِ الْقَلَوِيَّةِ وَالْحَمْضِيَّةِ الطَّبَقِيَّةِ الَّتِي كَانَتْ فِي السَّابِقِ مُنْخَفِضَةَ الْكَثَافَةِ أَوْ حَتَّى غَيْرَ مُكْتَشَفَةٍ. تُظْهِرُ عَمَلِيَّةُ إِزَالَةِ الْمَعَادِنِ نَجَاحًا جَيِّدًا فِي الْمَوَادِّ الْمَاصَّةِ الْحَيَوِيَّةِ الْقَلَوِيَّةِ وَالْمُنَشَّطَةِ بِالْحَمْضِ.