Pengaruh variasi konsentrasi logam besi (Fe) terhadap adsorpsi biosorben residu sonikasi Hydrilla verticillata termodifikasi asam sitrat

ABSTRAK:

Logam besi (Fe) merupakan salah satu polutan berbahaya di perairan yang keberadaannya semakin meningkat akibat pembuangan limbah industri secara langsung ke badan air tanpa pengolahan yang memadai. Pencemaran logam Fe berdampak serius bagi ekosistem perairan maupun kesehatan manusia sehingga diperlukan upaya penanganan yang efektif, efisien, dan ramah lingkungan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan residu sonikasi Hydrilla verticillata yang termodifikasi asam sitrat dalam mengadsorpsi ion logam besi (Fe) dari larutan serta untuk menganalisis karakteristik gugus fungsi biosorben dan kesetimbangan adsorpsi melalui pemodelan isoterm.

Biomassa Hydrilla verticillata yang telah diekstraksi melalui proses sonikasi menggunakan etanol food grade selanjutnya digunakan sebagai bahan dasar biosorben. Residu kemudian diaktivasi menggunakan HNO₃ 0,1 M dan dimodifikasi dengan asam sitrat 0,5 M guna meningkatkan kapasitas adsorpsi melalui penambahan gugus aktif pada permukaan biosorben. Proses adsorpsi dilakukan pada pH 6 untuk biosorben murni dan pH 7 untuk biosorben termodifikasi dengan variasi konsentrasi larutan Fe sebesar 5, 10, 15, 20, 25, dan 30 mg/L. Hasil adsorpsi dianalisis menggunakan Spektroskopi Serapan Atom (AAS) untuk menentukan efisiensi penyerapan logam Fe, sedangkan karakterisasi gugus fungsi biosorben dilakukan menggunakan Spektroskopi Inframerah Transformasi Fourier (FTIR). Kesetimbangan adsorpsi dianalisis menggunakan empat model isoterm yaitu Langmuir, Freundlich, BET, dan Temkin.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa residu sonikasi Hydrilla verticillata murni, teraktivasi, dan termodifikasi memiliki kemampuan menurunkan kadar logam besi secara maksimal pada konsentrasi 25 mg/L yang secara berturut-turut yaitu sebesar 98,655% untuk biosorben murni, 99,923% untuk biosorben teraktivasi asam nitrat dan 98,655% biosorben termodifikasi asam sitrat. Hasil karakterisasi FTIR menunjukkan dengan adanya gugus fungsi C=O Amida, -OH dan N-H amina pada semua kondisi biosorben menunjukkan kemampuan mengikat logam Fe. Hasil analisis isoterm adsorpsi menunjukkan bahwa adsorpsi ion Fe oleh biosorben Hydrilla verticillata murni cenderung mengikuti model Langmuir yaitu dengan nilai R² = 0,4139, sedangkan biosorben yang telah diaktivasi dan dimodifikasi asam sitrat lebih sesuai dengan model BET, dengan nilai R² masing-masing sebesar 0,2422 dan 0,7705.

ABSTRACT:

.
Iron (Fe) is a hazardous pollutant in waters, the presence of which is increasing due to the direct discharge of industrial waste into water bodies without adequate treatment. Fe pollution has serious impacts on aquatic ecosystems and human health, necessitating effective, efficient, and environmentally friendly management measures. This study aimed to determine the ability of sonicated residue from Hydrilla verticillata modified with citric acid to adsorb iron (Fe) ions from solution and to analyze the characteristics of the biosorbent's functional groups and adsorption equilibrium through isotherm modeling.
Hydrilla verticillata biomass extracted through sonication using food-grade ethanol was then used as the base material for the biosorbent. The residue was then activated using 0.1 M HNO₃ and modified with 0.5 M citric acid to increase the adsorption capacity by adding active groups to the biosorbent's surface. The adsorption process was carried out at pH 6 for the pure biosorbent and pH 7 for the modified biosorbent with varying Fe solution concentrations of 5, 10, 15, 20, 25, and 30 mg/L. The adsorption results were analyzed using Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) to determine the Fe metal adsorption efficiency, while the functional group characterization of the biosorbent was performed using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). The adsorption equilibrium was analyzed using four isotherm models: Langmuir, Freundlich, BET, and Temkin.

The results of the study showed that the sonication residue of pure, activated, and modified Hydrilla verticillata had the ability to reduce iron metal levels maximally at a concentration of 25 mg/L, respectively, namely 98.655% for pure biosorbent, 99.923% for nitric acid activated biosorbent and 98.655% for citric acid modified biosorbent. The results of FTIR characterization showed that the presence of C=O Amide, -OH and N-H amine functional groups in all biosorbent conditions showed the ability to bind Fe metal. The results of the adsorption isotherm analysis showed that the adsorption of Fe ions by pure Hydrilla verticillata biosorbent tended to follow the Langmuir model, namely with an R² value of 0.4139, while the activated and modified biosorbent with citric acid was more in accordance with the BET model, with R² values of 0.2422 and 0.7705, respectively.

مستخلص البحث:

المعادن الحديدية (Fe) تُعتبر من الملوثات الخطرة في المياه، والتي تتزايد وجودها نتيجة تصريف نفايات صناعية مباشرة إلى المسطحات المائية دون معالجة كافية. تؤدي تلوث المعادن Fe إلى آثار خطيرة على النظام البيئي المائي وصحة الإنسان، لذا هناك حاجة إلى جهود فعالة، وكفؤة، وصديقة للبيئة لمعالجتها. تهدف هذه الدراسة إلى معرفة قدرة بقايا الهيدريلا الرأسية المعالجة بحمض الستريك على امتصاص أيونات الحديد (Fe) من المحلول، وكذلك لتحليل خصائص مجموعات الوظائف الحيوية للمواد الماصة وتوازن الامتصاص من خلال نمذجة الإيزوثرم.

الكتلة الحيوية لـهيدرِيلا فيرتيسيلاٹا التي تم استخلاصها من خلال عملية السونيك باستخدام الإيثانول الصالح للأغذية تم استخدامها لاحقًا كمواد أساسية للبيوسوربينت. ثم تم تنشيط الرواسب باستخدام HNO₃ 0،1 م ومن ثم تعديلها باستخدام حمض الستريك 0.5 م لزيادة قدرة الامتزاز من خلال إضافة مجموعات فعالة على سطح البيوسوربينت. تم تنفيذ عملية الامتزاز عند الرقم الهيدروجيني 6 للبيوسوربينت النقي وعند الرقم الهيدروجيني 7 للبيوسوربينت المعدل مع تباين تركيز محلول Fe بمقدار 5، 10، 15، 20، 25، و30 ملغ/لتر. تم تحليل نتائج الامتزاز باستخدام مطيافية الامتصاص الذري (AAS) لتحديد كفاءة امتصاص معدن Fe، بينما تم إجراء توصيف مجموعات الوظائف للبيوسوربينت باستخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء بالتحويل فورييه (FTIR). تم تحليل توازن الامتزاز باستخدام أربعة نماذج متساوية وهي نموذج لانغموير، فريوندليتش، BET، وتمكين.

أظهرت نتائج الدراسة أن مخلفات المعالجة بالموجات فوق الصوتية لنبات الهيدريلا فيرتيسيلاتا النقي والمنشط والمعدل تتمتع بقدرة فائقة على خفض مستويات الحديد عند تركيز 25 ملغم/لتر، حيث بلغت نسبة الخفض 98.655% للمادة الماصة الحيوية النقية، و99.923% للمادة الماصة الحيوية المنشطة بحمض النيتريك، و98.655% للمادة الماصة الحيوية المعدلة بحمض الستريك. وأظهرت نتائج تحليل طيف الأشعة تحت الحمراء (FTIR) أن وجود مجموعات وظيفية من نوع C=O أميد، و-OH، وN-H أمين في جميع المواد الماصة الحيوية يدل على قدرتها على الارتباط بالحديد. أظهرت نتائج تحليل منحنى امتصاص الأيزوثيرم أن امتصاص أيونات الحديد بواسطة المادة الماصة الحيوية النقية من نبات الهيدريلا فيرتيسيلاتا يميل إلى اتباع نموذج لانغموير، أي بقيمة R² تبلغ 0.4139، في حين أن المادة الماصة الحيوية المنشطة والمعدلة بحمض الستريك كانت أكثر توافقًا مع نموذج BET، بقيم R² تبلغ 0.2422 و0.7705 على التوالي.