Uji adsorpsi senyawa aurivillius SrBi4Ti4O15 yang diperoleh dari metode lelehan garam NaCl-KCL untuk penurunan konsentrasi Ciprofloxacin

Abstrak:

Peningkatan konsumsi antibiotik secara global menyebabkan semakin tingginya pelepasan residu ciprofloxacin ke lingkungan perairan. Keberadaan ciprofloxacin yang bersifat persisten dan sulit terdegradasi berpotensi menimbulkan dampak negatif terhadap ekosistem akuatik serta memicu resistensi antimikroba. Oleh karena itu, diperlukan metode yang efektif untuk mengurangi konsentrasi ciprofloxacin di lingkungan perairan, salah satunya melalui proses adsorpsi menggunakan material berbasis oksida logam. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji kemampuan adsorpsi senyawa SrBi4Ti4O15 yang disintesis menggunakan metode lelehan garam NaCl-KCl dengan rasio 1:7 pada suhu 750 dan 820°C selama 6 jam terhadap ciprofloxacin. Difraktogram menunjukkan bahwa senyawa SrBi4Ti4O15 berhasil terbentuk sebagai fase tunggal dengan struktur ortorombik dan tanpa adanya pengotor. Morfologi partikel dari hasil SEM menunjukkan bentuk plate-like yang merupakan karakteristik khas senyawa Aurivillius dengan ukuran partikel berkisar 3,351–5,831 µm yang relatif besar. Hasil uji adsorpsi menunjukkan bahwa kondisi optimum diperoleh pada pH 4 dengan jumlah ciprofloxacin yang teradsorpsi sebesar 2,9646 ppm, sedangkan waktu kontak optimum diperoleh pada menit ke-30 dengan kemampuan adsrorpsi sebesar 39,53% dari konsentrasi awal 8 ppm. Analisis isotermis adsorpsi menunjukkan bahwa data adsorpsi lebih sesuai mengikuti model Freundlich dengan nilai koefisien determinasi (R²) sebesar 0,97074 dibandingkan model Langmuir (R² = 0,81794) dan Temkin (R² = 0,9083). Nilai konstanta Freundlich yang diperoleh adalah KF sebesar 0,3385 mg/g dan n sebesar 0,4469, yang mengindikasikan bahwa adsorpsi berlangsung pada permukaan heterogen dengan kemungkinan terbentuknya adsorpsi multilayer. Hasil penelitian menunjukkan bahwa senyawa SrBi4Ti4O15 berpotensi digunakan sebagai adsorben untuk mengurangi konsentrasi ciprofloxacin dalam lingkungan perairan.

الملخص:

أَدَّى الِارْتِفَاعُ الْعَالَمِيُّ فِي اسْتِهْلَاكِ الْمُضَادَّاتِ الْحَيَوِيَّةِ إِلَى زِيَادَةِ إِطْلَاقِ بَقَايَا السِّيبْرُوفْلُوكْسَاسِينِ فِي الْبِيئَةِ الْمَائِيَّةِ. وَيُعَدُّ السِّيبْرُوفْلُوكْسَاسِينُ مِنَ الْمُلَوِّثَاتِ الثَّابِتَةِ وَصَعْبَةِ التَّحَلُّلِ، وَلَهُ الْقُدْرَةُ عَلَى التَّأْثِيرِ السَّلْبِيِّ فِي النُّظُمِ الْبِيئِيَّةِ الْمَائِيَّةِ وَالْمُسَاهَمَةِ فِي تَطَوُّرِ مُقَاوَمَةِ مُضَادَّاتِ الْمِيكْرُوبَاتِ. وَلِذَلِكَ تَبْرُزُ الْحَاجَةُ إِلَى طَرِيقَةٍ فَعَّالَةٍ لِخَفْضِ تَرْكِيزِ السِّيبْرُوفْلُوكْسَاسِينِ فِي الْبِيئَةِ الْمَائِيَّةِ، وَمِنْ بَيْنِهَا عَمَلِيَّةُ الِامْتِزَازِ بِاسْتِخْدَامِ مَوَادَّ قَائِمَةٍ عَلَى أَكَاسِيدِ الْفِلِزَّاتِ. هَدَفَتْ هَذِهِ الدِّرَاسَةُ إِلَى فَحْصِ قُدْرَةِ امْتِزَازِ مُرَكَّبِ تِيتَانَاتِ الْبِزْمُوتِ وَالِاسْتِرُونْتِيُومِ الْمُحَضَّرِ بِطَرِيقَةِ مَصْهُورِ الْأَمْلَاحِ تِجَاهَ السِّيبْرُوفْلُوكْسَاسِينِ. أَظْهَرَ تَحْلِيلُ حُيُودِ الْأَشِعَّةِ السِّينِيَّةِ أَنَّ مُرَكَّبَ تَكَوَّنَ بِنَجَاحٍ كَطَوْرٍ وَاحِدٍ ذِي بِنْيَةٍ أُورِيفِيلِيُوسِيَّةٍ مَعَ غِيَابِ الشَّوَائِبِ. كَمَا أَظْهَرَتْ نَتَائِجُ الْمِجْهَرِ الْإِلِكْتْرُونِيِّ الْمَاسِحِ أَنَّ الْجُسَيْمَاتِ تَتَّخِذُ شَكْلًا صَفِيحِيًّا يُمَيِّزُ مُرَكَّبَاتِ أُورِيفِيلِيُوس، مَعَ حَجْمِ جُسَيْمَاتٍ كَبِيرٍ نِسْبِيًّا يَبْلُغُ ٣٣٥١٥٫٨٣١ مِيكْرُومِتْرًا. وَأَظْهَرَتْ نَتَائِجُ اخْتِبَارِ الِامْتِزَازِ أَنَّ الظُّرُوفَ الْمُثْلَى تَحَقَّقَتْ عِنْدَ الرَّقْمِ الْهِيدْرُوجِينِيِّ (pH) = ٤، فِي حِينِ تَحَقَّقَ زَمَنُ التَّلَامُسِ الْأَمْثَلُ عِنْدَ ٣٠ دَقِيقَةً بِكَمِّيَّةِ امْتِزَازٍ بَلَغَتْ ٣٫١٦٢٥ ± ٠٫٢٩٣٣ جُزْءًا فِي الْمِلْيُونِ مِنَ التَّرْكِيزِ الِابْتِدَائِيِّ الْبَالِغِ ٨ أَجْزَاءٍ فِي الْمِلْيُونِ. وَبَيَّنَ تَحْلِيلُ نَمَاذِجِ الِاتِّزَانِ الِامْتِزَازِيِّ أَنَّ الْبَيَانَاتِ تَتَّبِعُ نَمُوذَجَ فْرُويْنْدِلِيشٍ بِشَكْلٍ أَفْضَلَ، بِقِيمَةِ مُعَامِلِ التَّحْدِيدِ (R² = ٠٫٩٧٠٧٤)، مُقَارَنَةً بِنَمُوذَجِ لَانْغْمُور (R² = ٠٫٨١٧٩٤) وَنَمُوذَجِ تِمْكِين (R² = ٠٫٩٠٨٣). وَبَلَغَتْ قِيمَةُ ثَابِتِ فْرُويْنْدِلِيش Kf = ٠٫٣٣٨٥ مِلْغَم/غْرَام، وَقِيمَةُ n = ٠٫٤٤٦٩، مِمَّا يَدُلُّ عَلَى أَنَّ عَمَلِيَّةَ الِامْتِزَازِ تَحْدُثُ عَلَى أَسْطُحٍ غَيْرِ مُتَجَانِسَةٍ مَعَ إِمْكَانِيَّةِ حُدُوثِ امْتِزَازٍ مُتَعَدِّدِ الطَّبَقَاتِ. وَتُظْهِرُ نَتَائِجُ هَذِهِ الدِّرَاسَةِ أَنَّ مُرَكَّبَ تِيتَانَاتِ الْبِزْمُوتِ وَالِاسْتِرُونْتِيُومِ يَمْتَلِكُ إِمْكَانِيَّةً وَاعِدَةً لِلِاسْتِخْدَامِ كَمَادَّةٍ مُمْتَزَّةٍ لِخَفْضِ تَرْكِيزِ السِّيبْرُوفْلُوكْسَاسِينِ فِي الْبِيئَةِ الْمَائِيَّةِ

Abstract:

The global increase in antibiotic consumption has led to a rise in the release of ciprofloxacin residues into aquatic environments. The presence of ciprofloxacin, which is persistent and difficult to degrade, has the potential to negatively impact aquatic ecosystems and trigger antimicrobial resistance. Therefore, effective methods are needed to reduce ciprofloxacin concentrations in aquatic environments, one of which is through the adsorption process using metal oxide-based materials. This study aims to investigate the adsorption capacity of the SrBi4Ti4O15 compound, synthesized using the NaCl-KCl salt melt method with a 1:7 ratio at 750 and 820°C for 6 hours, toward ciprofloxacin. The diffractogram indicates that the SrBi4Ti4O15 compound successfully formed as a single phase with an orthorhombic structure and no impurities. The particle morphology from SEM results shows a plate-like shape, a characteristic feature of Aurivillius compounds, with particle sizes ranging from 3.351–5.831 µm, which are relatively large. The adsorption test results showed that the optimal conditions were achieved at a pH of 4, with 2.9646 ppm of ciprofloxacin adsorbed, while the optimal contact time was 30 minutes, with 39,53% abilty of ciprofloxacin adsorbed from an initial concentration of 8 ppm. Isotherm analysis indicated that the adsorption data fit the Freundlich model better, with a coefficient of determination (R²) of 0.97074, compared to the Langmuir model (R² = 0.81794) and the Temkin model (R² = 0.9083). The Freundlich constants obtained were KF = 0.3385 mg/g and n = 0.4469, indicating that adsorption occurs on a heterogeneous surface with the possibility of multilayer adsorption. The results of this study indicate that the SrBi4Ti4O15 compound has the potential to be used as an adsorbent to reduce ciprofloxacin concentrations in aquatic environments.