AKTIVASI KULIT DURIAN UNTUK BIOSORBEN : PENGARUH AKTIVATOR TERHADAP KARAKTERISTIK STRUKTUR DAN KAPASITAS ADSORPSI METHYLENE BLUE

HANGGARA SUDRAJAT, Prof. Ir. I Made Bendiyasa, M.Sc., Ph.D.

2011 | Tesis | S2 Teknik Kimia

Adsorpsi dengan karbon aktif telah digunakan secara luas untuk menghilangkan zat warna dari air limbah, khususnya zat warna yang tidak mudah terbiodegradasi. Namun demikian, karbon aktif yang tersedia secara komersial memiliki harga yang cukup mahal, oleh karena itu, banyak dilakukan pengembangan untuk mencari sorben alternatif. Telah diketahui bahwa biomassa dari berbagai jenis limbah pertanian dapat dimanfaatkan sebagai biosorben. Pada penelitian ini, kulit durian, suatu limbah pertanian, digunakan sebagai bahan baku biosorben untuk menghilangkan zat warna methylene blue dari sistem larutan. Biosorben dibuat dengan aktivasi kimia menggunakan H2O2, NaOH dan H2SO4 pada rentang konsentrasi aktivator 0,1 hingga 1 M. Untuk mendapatkan deskripsi lengkap terkait dengan struktur, morfologi, komposisi dan sifat kimia permukaan dari biosorben, dilakukan karakterisasi baik dengan teknik instrumentasi maupun analisis konvensional, seperti 13C-NMR, FTIR, EDX, SEM, titration Boehm dan pH drift. Pengaruh berbagai parameter adsorpsi dengan biosorben teraktivasi yang memiliki kapasitas adsorpsi terbesar juga dikaji pada sistem batch. Data kesetimbangan dievaluasi dengan model Langmuir dan Freundlich, sementara parameter termodinamika dihitung berdasarkan nilai konstanta kesetimbangan adsorpsi yang diperoleh dari kedua model. Mekanisme adsorpsi ditentukan secara kuantitatif dengan metode desorpsi sekuensial menggunakan pelarut-pelarut spesifik. Selanjutnya, metode pemodelan molekul digunakan untuk memprediksi pola interaksi methylene blue pada beberapa unit struktural biosorben. Hasil penelitian menunjukkan bahwa: (i) efektifitas aktivator mengikuti urutan H2SO4 < NaOH < H2O2; (ii) terjadi beberapa perubahan struktural pada biosorben yang berkontribusi positif terhadap kemampuan penjerapannya; (iii) gugus karboksil dan hidroksil merupakan gugus fungsi yang berperan utama dalam proses adsorpsi; (iv) pH sistem larutan merupakan faktor yang paling berpengaruh terhadap proses adsorpsi, dimana adsorpsi maksimum tercapai pada kondisi basa; (v) data kesetimbangan sangat sesuai dengan model Langmuir dan Freundlich: berdasarkan model Langmuir, kapasitas adsorpsi maksimum methylene blue dengan biosorben teraktivasi H2O2 1 M adalah sebesar 90,9 mg/g pada suhu 30 ºC; (vi) perubahan energi bebas Gibbs yang berharga negatif mengindikasikan proses adsorpsi berlangsung secara spontan; dan (vii) adsorpsi terutama berlangsung melalui mekanisme ikatan hidrogen, sementara adsorpsi fisis, pertukaran ion dan kompleksasi tidak mendominasi.

Adsorption by activated carbon has been widely used to remove certain classes of dyes from wastewaters, especially those that are not easily biodegradable. However, commercially available activated carbons are quite expensive, and therefore, there is much interest in the development of alternative sorbents. It is well known that biomass like agricultural wastes can be employed as biosorbents. In this study, durian peel, an agricultural waste, was utilized as raw material for preparation of biosorbent to remove methylene blue dye from aqueous solution. Biosorbents were prepared with chemical activation using H2O2, NaOH and H2SO4 ranging from 0.1 to 1 M. To obtain a complete description of structure, morphology, composition and surface chemistry of biosorbents, characterization was performed by using both instrumental and conventional techniques, such as 13C-NMR, FTIR, EDX, SEM, Boehm titration and pH drift. The effects of various adsorption parameters were investigated in the batch mode for selected biosorbent having highest adsorption capacity. Equilibrium data were also evaluated by means of Langmuir and Freundlich models, while thermodynamic parameters were then calculated on the basis of adsorption equilibrium constants obtained from both models. Adsorption mechanisms were quantitatively determined by sequential desorption method using specific solvents. Furthermore, molecular modeling, a novel theoretical method, was applied to predict interaction patterns of methylene blue on some structural units of biosorbent. The results showed that: (i) the effectiveness of three different activating agents was in order of H2SO4 < NaOH < H2O2; (ii) the minor structural changes of biosorbents were occured, giving positive contributions to their adsorption ability; (iii) the main functional groups involved on the adsorption were carboxyl and hydroxyl; (iv) the most influential parameter on the adsorption was solution pH, with the maximum adsorption was achieved under alkaline condition; (v) the Langmuir and Freundlich models yielded excellent fits with equilibrium data: according to the Langmuir model, the maximum adsorption capacity of methylene blue by 1 M H2O2 activated biosorbent was 90.9 mg/g at 30 ºC; (vi) the negative value of Gibbs free energy changes indicated spontaneous nature of adsorption; and (vii) the adsorption mechanisms were found to be mainly through hydrogen bonding, while the interaction through physical adsorption, ion exchange, and complexation were not dominant.

Kata Kunci : -