Adsorpsi Biru Metilena menggunakan Campuran Kopolimer Cangkok Akrilamida pada Selulosa Kulit Nanas dan Karbon Aktif Berbantuan Mikrogelombang

Abstract

Meningkatnya penggunaan biru metilena dapat menimbulkan masalah bagi lingkungan dan bahaya bagi kesehatan manusia. Penanganan biru metilena sebagai limbah dalam air dapat dilakukan menggunakan metode adsorpsi. Selulosa merupakan biopolimer polisakarida yang banyak digunakan sebagai adsorben. Namun, adanya ikatan hidrogen intramolekul dan antarmolekul yang kuat membuat selulosa sulit untuk terikat dengan senyawa lain. Oleh karena itu, selulosa perlu dikombinasikan dengan bahan lain agar dapat meningkatkan kinerjanya sebagai adsorben. Kopolimerisasi cangkok merupakan teknik yang efektif untuk meningkatkan karakteristik dan sifat selulosa. Kombinasi pencangkokan akrilamida pada selulosa dengan penambahan karbon aktif diharapkan dapat menghasilkan hibrida yang tidak hanya memiliki sifat keduanya tetapi juga memiliki sifat baru karena interaksinya. Penelitian ini bertujuan untuk membuat adsorben kopolimer cangkok akrilamida pada selulosa dan karbon aktif berbantuan iradiasi mikrogelombang, dan uji kinerjanyanya sebagai adsorben biru metilena. Tahapan penelitian ini dilakukan dengan isolasi selulosa kulit nanas, pencirian selulosa, pembuatan adsorben kopolimer cangkok, dan uji kinerjanya sebagai adsorben biru metilena. Selulosa kulit nanas yang didelignifikasi menggunakan hidrogen peroksida menunjukkan kadar selulosa, hemiselulosa, dan lignin masing-masing sebesar 75,46%; 7,23%; dan 0,53%. Adsorben kopolimer cangkok akrilamida pada selulosa dan karbon aktif menunjukkan persentase pencangkokan optimum terdapat pada adsorben 1:3:0,2 pada menit ke-4; 1:4:0,2 dan 1:5:0,2 pada menit ke-3 masing-masing sebesar 95%; 99,74%; dan 96,10%. Namun, persentase pencangkokan menurun hingga waktu reaksi pada menit ke-5. Hal ini dikarenakan radikal bebas selulosa tidak tersedia lagi dan telah terikat dengan radikal bebas monomor akrilamida. Kapasitas adsorpsi terhadap biru metilena pada adsorben 1:3:0,2 menit ke-4; 1:4:0,2 dan 1:5:0,2 menit ke-3 masing-masing sebesar 11,834; 14,005; dan 6,013 mg/g. Model kinetika pseudo orde dua menunjukkan nilai laju adsorpsi pada adsorben 1:3:0,2 menit ke-4, 1:4:0,2 dan 1:5:0,2 menit ke-3 masing-masing sebesar 16,129; 4,110; dan 8,718 g/mg min. Model kinetika adsorpsi dan isoterm adsorpsi zat warna biru metilena memenuhi model orde dua semu dan isoterm Langmuir yang didasarkan oleh nilai koefisien determinasi (R2 ). Hasil FTIR terhadap adsorben terbaik menunjukkan adanya puncak serapan baru pada 1675 cm-1 yang mengindikasikan vibrasi ulur C=O. Selain itu, munculnya puncak serapan pada 1608 cm-1 mengindikasikan vibrasi tekuk N-H. Munculnya puncak baru pada adsorben mengkonfirmasi keberhasilan pencangkokan. Adsorben setelah penyerapan metilen biru menunjukkan perubahan puncak serapan pada kisaran 600-1000 cm-1 yang menunjukkan adanya vibrasi ikatan C-H pada cincin benzena. Analisis SEM menunjukkan adsorben membentuk jaringan saling terhubung. Jaringan yang terbentuk menunjukkan adanya ikatan silang yang terjadi antar rantai polimer. Berdasarkan nilai kapasitas adsorpsi, adsorben 1:4:0,2 pada menit ke-3 memiliki kapasitas adsorpsi yang lebih tinggi dibandingkan adsorben lainnya. Model kinetika adsorpsi dan isoterm adsorpsi zat warna biru metilena memenuhi model orde dua semu dan isoterm Langmuir. Adsorben secara efektif dapat menghilangkan atau mengeliminasi zat warna biru metilena dalam media air.

The increasing use of methylene blue can pose problems to the environment and a hazard to human health. Treatment of methylene blue as waste in water can be done using the adsorption method. Cellulose is a polysaccharide biopolymer that is widely used as an adsorbent. However, the presence of strong intramolecular and intermolecular hydrogen makes cellulose difficult to use with other compounds. Therefore, cellulose needs to be combined with other materials in order to improve its performance as an adsorbent. Graft copolymerization is an effective technique to improve the characteristics and properties of cellulose. The combination of acrylamide grafting on cellulose with the addition of activated carbon is expected to produce hybrids that not only have both properties but also have new properties due to their interactions.This study aims to make an adsorbent from acrylamide graft copolymer on cellulose with the addition of activated carbon assisted by microwave irradiation and to test its performance as a methylene blue adsorbent. The steps of this research were the isolation of pineapple peel cellulose, characterization of cellulose, manufacture of graft copolymer adsorbent, and test its performance as methylene blue adsorbent. Pineapple peel cellulose which was delignified using hydrogen peroxide showed cellulose, hemicellulose, and lignin content of 75,46% ; 7,23%; and 0,53%, respectively. The adsorbent of the acrylamide graft copolymer on cellulose and activated carbon showed the optimum grafting percentage found in the adsorbent 1:3:0.2 at the 4th minute; 1:4:0,2 and 1:5:0,2 in the 3rd minute are 95%; 99,74%; and 96,10%, respectively;. However, the percentage of grafting decreased until the reaction time at 5 min. This is because cellulose free radicals are no longer available and have been bound to acrylamide monomorphic free radicals. Adsorption capacity of methylene blue on the adsorbent 1:3:0,2 at the 4rd minute; 1:4:0,2 and 1:5:0,2 3rd minute of 11,834; 14,005; and 6.013 mg/g, respectively.The pseude second order kinetic model shows the adsorption rate on the adsorbent 1:3:0,2 in the 4th minute, 1:4:0,2 and 1:5:0,2 in the 3rd minute of 16,129; 4.110; and 8.718 g/mg min, respectively. The adsorption kinetics model and the adsorption isotherm of methylene blue dye complied with the pseudo second order model and the Langmuir isotherm based on the coefficient of determination (R2 ). The FTIR results for the best adsorbent showed a new absorption peak at 1675 cm-1 which indicated the stretching vibration of C=O. In addition, the appearance of an absorption peak at 1608 cm-1 indicates the bending vibration of N-H. The appearance of new peaks on the adsorbent confirmed the success of grafting. The adsorbent after methylene blue absorption showed a change in the absorption peak in the range of 600-1000 cm-1 indicating vibration of the C-H bond on the benzene ring. SEM analysis shows that the adsorbent forms an interconnected network. The network formed shows the presence of cross-links that occur between polymer chains. Based on the adsorption capacity value, the adsorbent 1:4:0.2 at minute 3 had a higher adsorption capacity than other adsorbents. The adsorption kinetics model and the adsorption isotherm of methylene blue dye complied with the pseudo second order model and the Langmuir isotherm. The adsorbent can effectively remove or eliminate methylene blue dye in aqueous media.