Sintesis dan Karakterisasi Komposit magMCM-41 dari Silika Sekam Padi untuk Penjerapan Ion Pb(II)

Abstract

Pencemaran timbal (Pb) dalam lingkungan perairan menjadi permasalahan serius karena bersifat toksik dan dapat menyebabkan gangguan saraf, kerusakan ginjal, serta hambatan perkembangan kognitif. Berbagai aktivitas industri dan pertambangan menyebabkan konsentrasi Pb di perairan sering melampaui ambang aman. Adsorpsi menjadi metode yang banyak dipilih untuk penanganan limbah logam berat karena sederhana, efektif, dan ekonomis. Namun, keberhasilan proses adsorpsi sangat dipengaruhi oleh karakteristik adsorben, terutama luas permukaan, struktur pori, dan gugus aktif permukaannya. Oleh karena itu, pengembangan adsorben berbasis bahan alam yang murah, berkelanjutan, dan memiliki kapasitas adsorpsi tinggi menjadi penting untuk dilakukan.

Penelitian ini bertujuan mensintesis dan mengkarakterisasi komposit magMCM-41 berbasis silika sekam padi dan magnetit, serta mengevaluasi kinerjanya dalam adsorpsi Pb(II). Silika diperoleh dari abu sekam padi melalui proses ekstraksi alkali dan presipitasi, sedangkan magnetit disintesis dengan metode kopresipitasi, Komposit magMCM-41 kemudian dibuat menggunakan metode sol-gel dengan penambahan cetyltrimethylammonium bromide sebagai agen pengarah struktur. Kondisi adsorpsi dioptimalkan menggunakan metodologi respons permukaan dengan variasi pH, waktu kontak, dan bobot adsorben. Mekanisme adsorpsi dikaji menggunakan model isoterm dan analisis termodinamika.

Hasil karakterisasi menunjukkan terbentuknya komposit magMCM-41 yang ditandai oleh keberadaan gugus Si-O-Si dan Fe-O. Struktur magnetit tetap terjaga dalam komposit dengan ukuran kristalit yang menurun setelah proses pembentukan material. Material yang dihasilkan memiliki luas permukaan sebesar 476,744 m2/g dengan diameter pori rata-rata 3,83 nm yang termasuk dalam kategori mesopori. Peningkatan luas permukaan yang signifikan dibandingkan dengan silika awal menunjukkan keberhasilan pembentukan struktur mesopori pada material.

Optimasi adsorpsi menunjukkan bahwa pH menjadi faktor paling berpengaruh terhadap kapasitas adsorpsi, sedangkan peningkatan bobot adsorben menurunkan kapasitas adsorpsi per satuan massa. Kapasitas adsorpsi maksimum sebesar 107,36 mg/g diperoleh pada pH 4,86 dengan bobot adsorben 0,053 g. Data isoterm paling sesuai dengan model Dubinin-Radushkevich yang menunjukkan mekanisme pengisian pori pada permukaan heterogen. Proses adsorpsi bersifat tidak spontan dan eksotermik serta didominasi oleh mekanisme fisisorpsi melalui interaksi elektrostatik dan gaya van der Waals. Temuan ini menunjukkan bahwa magMCM-41 berbasis silika sekam padi berpotensi sebagai adsorben mesopori magnetik yang efektif, berkelanjutan, dan ramah lingkungan untuk remediasi Pb(II) dalam perairan.