Pengaruh variasi konsentrasi logam tembaga (Cu) terhadap proses adsorpsi menggunakan biosorben ampas Hydrilla verticillata termodifikasi asam sitrat

INDONESIA:

Peningkatan aktivitas industri dapat menyebabkan pencemaran logam berat seperti tembaga (Cu²⁺) di lingkungan perairan. Salah satu metode efektif untuk mengatasi pencemaran logam berat adalah adsorpsi menggunakan bahan alami. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan serta model isoterm adsorpsi yang sesuai dari biosorben dari residu sonikasi Hydrilla verticillata yang telah dimodifikasi menggunakan asam sitrat.

Tahapan awal penelitian meliputi preparasi ampas Hydrilla verticillata sisa sonikasi, kemudian dilakukan aktivasi dengan asam nitrat 0,4 M dan modifikasi menggunakan asam sitrat 1 M. Karakterisasi biosorben dilakukan dengan instrumen FTIR untuk mengetahui perubahan gugus fungsi pada biosorben murni, teraktivasi asam nitrat dan termodifikasi asam sitrat. Proses adsorpsi dilakukan dengan menggunakan variasi konsentrasi larutan Cu²⁺ sebesar 10, 15, 20,25 dan 30 ppm, dengan kondisi pH netral dan waktu kontak 120 menit. Analisis konsentrasi logam sisa dilakukan dengan Spektroskopi Serapan Atom (SSA). Data hasil adsorpsi kemudian dianalisis untuk mengetahui kemampuan adsorpsi serta penentuan model isoterm.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa kemampuan penurunan kadar logam Cu2+ meningkat seiring bertambahnya konsentrasi Cu²⁺ dengan persentase adsorpsi tertinggi pada konsentrasi 30 ppm, yaitu 91,3024% pada biosorben murni, 98,6037% pada biosorben teraktivasi, dan 96,2808% pada biosorben termodifikasi asam sitrat. Analisis isoterm menunjukkan bahwa proses adsorpsi lebih sesuai mengikuti model isoterm Freundlich dengan nilai koefisien determinasi (R²) sebesar 0,9399 pada biosorben murni, 0,9053 pada biosorben teraktivasi, dan 0,8284 pada biosorben termodifikasi. Analisis FTIR menunjukkan bahwa biosorben murni memiliki gugus fungsi utama -OH, dan C–O–C yang menunjukkan keberadaan selulosa, serta -C=O amida, dan N–H yang berkaitan dengan keberadaan protein pada biomassa. Aktivasi asam nitrat menyebabkan melemahnya gugus karboksilat terikat logam (COO–M) meningkatnya gugus C–O–H serta menurunya intesitas yang menunjukkan ikatan β-(1→4)-glikosidik pada selulosa, sedangkan modifikasi asam sitrat ditandai dengan munculnya gugus ester (C=O). Setelah adsorpsi Cu(II), terjadi pergeseran bilangan gelombang serta muncul pita sekitar 500 cm⁻¹ yang menunjukkan terbentuknya ikatan Cu–O.”

ENGLISH:

Increased industrial activity can lead to heavy metal pollution such as copper (Cu²⁺) in the aquatic environment. One effective method to deal with heavy metal pollution is adsorption using natural materials. This study aims to determine the ability and appropriate isothermal adsorption model of Hydrilla verticillata sonication residue based biosorbents that have been modified using citric acid.

The initial stages of the study included preparation and sonication of Hydrilla verticillata biomass to obtain residues, then activation with 0.4 M nitric acid and modification using 1 M citric acid. The adsorption process was carried out using variations in Cu²⁺ solution concentrations of 10, 15, 20, 25 and 30 ppm, with a contact time and pH optimum. Analysis of residual metal concentrations is performed by Atomic Absorption Spectroscopy (SSA). The adsorption data was then analyzed to determine the maximum capacity and isotrem model of adsorption that occurred.

The results of the study indicate that adsorption capacity increases with increasing Cu²⁺ concentration, with the highest adsorption percentage at a concentration of 30 ppm, namely 91.3024% in pure biosorbent, 98.6037% in activated biosorbent, and 96.2808% in citric acid-modified biosorbent. Isotherm analysis indicates that the adsorption process better follows the Freundlich isotherm model with a coefficient of determination (R²) value of 0.9399 for the pure biosorbent, 0.9053 for the activated biosorbent, and 0.8284 for the modified biosorbent. FTIR analysis showed that the pure biosorbent has the main functional groups -OH, and C–O–C indicating the presence of cellulose, as well as -C=O amide and N–H,related to the presence of protein in the biomass. Nitric acid activation caused the weakening of metal-bound carboxylate groups (COO–M) increasing C–O–H groups and decreasing intensity indicating β-(1→4)-glycosidic bonds in cellulose, while citric acid modification was characterized by the appearance of ester groups (C=O). After Cu(II) adsorption, a shift in the wave number occurs, and a band around 500 cm⁻¹ appears, indicating the formation of a Cu–O bond.

ARABIC:

يُمْكِنُ أَنْ تُؤَدِّيَ زِيَادَةُ النَّشَاطِ الصِّنَاعِيِّ إِلَى تَلَوُّثِ الْمَعَادِنِ الثَّقِيلَةِ مِثْلَ النُّحَاسِ الطُّرُقِ الْفَعَّالَةِ لِمُعَالَجَةِ تَلَوُّثِ الْمَعَادِنِ الثَّقِيلَةِ هِيَ الِامْتِزَازُ بِاسْتِخْدَامِ مَوَادَّ طَبِيعِيَّةٍ. تَهْدِفُ هَذِهِ الدِّرَاسَةُ إِلَى مَعْرِفَةِ الْقُدْرَةِ وَنَمُوذَجِ الِامْتِزَازِ الْمُتَوَافِقِ لِلْمَوَادِّ الْحَيَوِيَّةِ الْمُسْتَنِدَةِ إِلَى مُخَلَّفَاتِ سُونَاتْ هَيِدْرِيلْلَا فِيرْتِيسِيلَايْتَا الَّتِي تَمَّ تَعْدِيلُهَا بِاسْتِخْدَامِ حَمْضِ السِّتْرِيكِ.

تَشْمَلُ مَرَاحِلُ الْبَحْثِ اَلْأَوَّلِيَّةُ التَّحْضِيرَ وَالِاهْتِزَازَ الْحَيَوِيَّ لِكُتْلَةِ الْأَحْيَاءِ مِنْ هَيِدْرِيلْلَا فِيرْتِيسِيلَايْتَا لِلْحُصُولِ عَلَى الْمُخَلَّفَاتِ، ثُمَّ يَتِمُّ تَنْشِيطُهَا بِاسْتِخْدَامِ حَمْضِ النَّيِتْرِيكِ 0،4 م وَتَعْدِيلُهَا بِاسْتِخْدَامِ حَمْضِ السِّتْرِيكِ 1 م. يَتِمُّ إِجْرَاءُ تَوْصِيفٍ لِلْمَوَادِّ الِامْتِصَاصِيَّةِ بِاسْتِخْدَامِ أَدَاةِ FTIR لِمَعْرِفَةِ التَّغْيِيرَاتِ فِي الْمَجْمُوعَاتِ الْوَظِيفِيَّةِ عَلَى الْمَوَادِّ الِامْتِصَاصِيَّةِ النَّقِيَّةِ، الْمُنَشَّطَةِ بِحَمْضِ النَّيِتْرِيكِ وَالْمُعَدَّلَةِ بِحَمْضِ اَلسِّتْرِيكِ. تَمَّتْ عَمَلِيَّةُ الِامْتِزَازِ بِاسْتِخْدَامِ تَبَايُنِ تَرْكِيزِ مَحْلُولِ Cu²⁺ بِمِقْدَارِ 5 وَ 10 وَ 15 وَ 20 وَ 25 جُزْءٍ فِي الْمِلْيُونِ، مَعَ ظُرُوفِ pH تَبْلُغُ 7 وَمُدَّةِ تَلَامُسِ 120 دَقِيقَةً لِلْمَوَادِّ الْمَاصَّةِ النَّقِيَّةِ، وَpH 6 وَمُدَّةِ تَلَامُسِ 90 دَقِيقَةً لِلْمَوَادِّ الْمَاصَّةِ الَّتِي تَمَّ تَنْشِيطُهَا بِاسْتِخْدَامِ حَمْضِ النَّتْرِيكِ، وَpH 6 وَمُدَّةِ تَلَامُسِ 150 دَقِيقَةً لِلْمَوَادِّ الْمَاصَّةِ الْمُعَدَّلَةِ. وَتَمَّ تَحْلِيلُ تَرْكِيزِ الْمَعَادِنِ الْمُتَبَقِّيَةِ بِاسْتِخْدَامِ طَيْفِ الِامْتِصَاصِ الذَّرِّيِّ(SSA). ثُمَّ تَمَّ تَحْلِيلُ بَيَانَاتِ نَتَائِجِ الِامْتِزَازِ لِمَعْرِفَةِ السَّعَةِ الْقُصْوَى بِالْإِضَافَةِ إِلَى نَمُوذَجِ إِيزُوثِيرْمْ الِامْتِزَازِ الَّذِي يَحْدُثُ.

نَتَائِجُ الْبَحْثِ تُظْهِرُ أَنَّ قُدْرَةَ الِامْتِزَازِ تَزْدَادُ مَعَ زِيَادَةِ تَرْكِيزِ أَيُونَاتِ النُّحَاسِ امْتِزَازٍ عِنْدَ تَرْكِيزِ 30 جُزْءًا فِي الْمِلْيُونِ (ppm)، وَقَدْ بَلَغَتْ ‎91,3024%‎ فِي الْمُمْتَزِّ الْحَيَوِيِّ النَّقِيِّ، وَ‎98,6037%‎ فِي الْمُمْتَزِّ الْحَيَوِيِّ الْمُنَشَّطِ، وَ‎96,2808%‎ فِي الْمُمْتَزِّ الْحَيَوِيِّ الْمُعَدَّلِ بِحَمْضِ السِّتْرِيكِ. وَأَظْهَرَ تَحْلِيلُ الْإِيزُوثِيرْمِ أَنَّ عَمَلِيَّةَ الِامْتِزَازِ أَكْثَرُ تَوَافُقًا مَعَ نَمُوذَجِ فْرِينْدْلِيشْ ، حَيْثُ بَلَغَتْ قِيَمُ مُعَامِلِ التَّحْدِيدِ (R²) ‎0,9399‎ لِلْمُمْتَزِّ الْحَيَوِيِّ النَّقِيِّ، وَ‎0,9053‎ لِلْمُمْتَزِّ الْحَيَوِيِّ الْمُنَشَّطِ، وَ‎0,8284‎ لِلْمُمْتَزِّ الْحَيَوِيِّ الْمُعَدَّلِ. وَأَظْهَرَ تَحْلِيلُ مِطْيَافِ الأَشِعَّةِ تَحْتَ الْحَمْرَاءِ (FTIR) أَنَّ الْمُمْتَزَّ الْحَيَوِيَّ النَّقِيَّ يَحْتَوِي عَلَى مَجْمُوعَاتٍ وَظِيفِيَّةٍ رَئِيسِيَّةٍ مِثْلَ ‎–OH‎ وَ‎C–O–C‎ وَرَوَابِطَ ‎β-غْلِيكُوسِيدِيَّةٍ‎ تَدُلُّ عَلَى وُجُودِ السِّلُولُوزِ، إِلَى جَانِبِ مَجْمُوعَاتِ ‎C=O‎ الأَمِيدِيَّةِ وَ‎N–H‎ الْمُرْتَبِطَةِ بِوُجُودِ الْبُرُوتِينِ فِي الْكُتْلَةِ الْحَيَوِيَّةِ. وَأَدَّى التَّنْشِيطُ بِحَمْضِ النِّتْرِيكِ إِلَى ضَعْفِ شِدَّةِ مَجْمُوعَةِ الْكَرْبُوكْسِيلَاتِ الْمُرْتَبِطَةِ بِالْفِلِزِّ (COO–M)، بَيْنَمَا تَمَيَّزَ التَّعْدِيلُ بِحَمْضِ السِّتْرِيكِ بِظُهُورِ مَجْمُوعَةِ الإِسْتِرِ (C=O). وَبَعْدَ امْتِزَازِ أَيُونَاتِ النُّحَاسِ (Cu(II)) لُوحِظَ انْزِيَاحٌ فِي أَعْدَادِ الْمَوْجَاتِ وَظُهُورُ حُزْمَةٍ عِنْدَ نَحْوِ ‎500‎ سَم⁻¹ تَعُودُ إِلَى اهْتِزَازِ ‎Cu–O‎، مِمَّا يَدُلُّ عَلَى تَكَوُّنِ رَابِطَةِ ‎Cu–O‎.