Penelitian yang dilakukan oleh Widayani, Yessi Gusnia, Sparisoma Viridi, dan Triati Dewi K Wungu mengeksplorasi kapasitas dan efisiensi adsorpsi dari lembaran komposit yang terbuat dari kitosan dan karbon aktif dalam menyerap zat metilena biru, yang sering digunakan sebagai zat pewarna dalam berbagai aplikasi industri. Penggunaan zat pewarna ini secara luas telah menimbulkan permasalahan lingkungan karena sifatnya yang persisten dan beracun, terutama bila terakumulasi di lingkungan air. Oleh karena itu, pengembangan material adsorben yang mampu menyerap polutan beracun seperti metilena biru dengan efisiensi tinggi sangatlah penting untuk mengurangi dampak negatifnya pada ekosistem.

Penelitian ini menawarkan perspektif menarik mengenai potensi lembaran komposit berbasis kitosan-karbon aktif sebagai material adsorben, yang mampu menurunkan tingkat pencemaran air dari zat pewarna industri seperti metilena biru. Pada masa kini, ketika pencemaran lingkungan semakin sulit diatasi, material adsorben yang ramah lingkungan menjadi kunci dalam strategi pemulihan lingkungan. Lemari komposit ini, yang menggabungkan kitosan sebagai bahan alami dengan karbon aktif, menyajikan cara baru dan efektif dalam menyerap zat pewarna beracun dan mereduksi dampak polusi secara berkelanjutan.

Di dunia industri, metilena biru digunakan secara luas dalam proses pewarnaan tekstil, percetakan, hingga laboratorium, tetapi sifatnya yang tahan lama dan cenderung stabil menjadikan pewarna ini sulit diurai setelah berakhir di lingkungan perairan. Ketika melebihi batas aman, metilena biru dapat menghalangi penetrasi cahaya dan memengaruhi organisme perairan, sehingga perannya sebagai polutan yang potensial memerlukan penanganan segera. Lembar komposit kitosan-karbon aktif yang diusulkan dalam penelitian ini mampu menjadi solusi tepat karena kitosan memiliki gugus aktif yang dapat berinteraksi langsung dengan molekul pewarna, sedangkan karbon aktif memberikan luas permukaan yang lebih besar, memperluas kapasitas dan efisiensi adsorpsi (Gambar 1).

Gambar 1. Sintesis, karakterisasi komposit kitosan magnetik/arang akti dan penggunaannya dalam adsorpsi metilena biru dan reaktif biru

Lembar komposit berbasis kitosan dan karbon aktif yang dikembangkan dalam penelitian ini menawarkan kombinasi unik antara sifat adsorptif kitosan, yang memiliki banyak gugus amina dan hidroksil, dengan sifat poros karbon aktif yang memungkinkan adsorpsi secara efektif. Material kitosan dipilih karena ramah lingkungan, mudah didapatkan, dan memiliki kemampuan untuk membentuk ikatan dengan berbagai jenis ion, termasuk molekul pewarna seperti metilena biru. Penggunaan karbon aktif, di sisi lain, bertujuan untuk meningkatkan luas permukaan adsorben, sehingga memberikan lebih banyak area bagi molekul metilena biru untuk berikatan secara fisik dan kimiawi. Penelitian ini menggunakan berbagai teknik karakterisasi untuk memastikan bahwa komposit yang terbentuk memiliki struktur yang diinginkan dan dapat memaksimalkan fungsi adsorpsi.

Dalam uji efisiensi, komposit ini diuji pada berbagai konsentrasi metilena biru, pH, dan waktu kontak untuk memahami karakteristik adsorpsinya. Pada konsentrasi tinggi, komposit menunjukkan kemampuan adsorpsi yang signifikan, dan sifatnya ini terus meningkat hingga mencapai titik jenuh. Hal ini menunjukkan bahwa lembar komposit memiliki sejumlah besar situs aktif untuk mengikat molekul metilena biru, namun pada titik tertentu, permukaan material mencapai batas maksimal. Pada pH yang lebih tinggi, kapasitas adsorpsi meningkat karena kitosan mengalami deprotonasi, menguatkan ikatan elektrostatik antara molekul metilena biru yang bermuatan positif dengan permukaan komposit. Interaksi ini menjadikan komposit sangat efektif di lingkungan dengan pH basa, yang sering dijumpai dalam limbah industri.

Hasil eksperimen menunjukkan bahwa kemampuan adsorpsi lembaran komposit kitosan-karbon aktif sangat bergantung pada konsentrasi awal metilena biru, pH larutan, dan waktu kontak antara adsorben dan adsorbat. Pada konsentrasi yang lebih tinggi dari metilena biru, kapasitas adsorpsi komposit cenderung meningkat karena lebih banyak molekul metilena biru yang tersedia untuk berinteraksi dengan situs aktif pada permukaan komposit. Namun, pada tingkat tertentu, laju peningkatan kapasitas adsorpsi mulai melambat, mengindikasikan bahwa seluruh situs aktif pada permukaan telah terisi penuh dan mencapai titik jenuh adsorpsi.

Efisiensi adsorpsi dari komposit ini juga meningkat pada pH yang lebih tinggi. Pada kondisi pH basa, gugus amina dari kitosan mengalami deprotonasi yang meningkatkan interaksi elektrostatik dengan molekul metilena biru yang memiliki muatan positif. Proses ini membuat komposit memiliki lebih banyak situs aktif yang mampu mengadsorpsi molekul pewarna secara lebih efektif. Penelitian juga menemukan bahwa waktu kontak memainkan peran penting dalam efektivitas adsorpsi, di mana efisiensi adsorpsi meningkat seiring bertambahnya waktu, hingga mencapai kesetimbangan ketika tidak ada lagi peningkatan signifikan dalam jumlah metilena biru yang teradsorpsi.

Data dari penelitian menunjukkan adanya peningkatan kapasitas adsorpsi sebesar 20-40% ketika karbon aktif ditambahkan ke dalam lembaran kitosan dibandingkan dengan kitosan murni. Hal ini menunjukkan bahwa karbon aktif secara signifikan meningkatkan performa kitosan dalam menyerap metilena biru. Berdasarkan model kinetika adsorpsi yang digunakan, data menunjukkan bahwa proses adsorpsi mengikuti model pseudo-second-order, yang mengindikasikan bahwa mekanisme utama yang terlibat adalah interaksi kimia antara molekul metilena biru dan situs aktif pada komposit kitosan-karbon aktif (Gambar 2).

Gambar 2. Proses sintesis hidrogel yang mengandung CS-g-GEL dan SWCNTs.

Dalam pembahasan penelitian, para peneliti mencatat bahwa kapasitas adsorpsi maksimum yang dicapai oleh komposit tersebut memiliki nilai yang sebanding dengan adsorben komersial lain yang tersedia di pasaran. Ini menunjukkan bahwa komposit berbasis kitosan-karbon aktif berpotensi untuk menjadi alternatif yang efektif dan ramah lingkungan bagi pengolahan limbah industri yang mengandung zat pewarna. Analisis mikroskopis terhadap komposit setelah proses adsorpsi menunjukkan adanya perubahan morfologi permukaan yang mengindikasikan terjadinya ikatan antara molekul metilena biru dengan permukaan komposit.

Selain itu, uji ketahanan komposit menunjukkan bahwa material ini dapat digunakan berulang kali tanpa mengalami penurunan yang signifikan dalam kapasitas adsorpsinya. Hal ini menjadi keunggulan tambahan karena memperpanjang masa penggunaan komposit, yang pada akhirnya dapat mengurangi biaya dan limbah. Peneliti juga menyarankan bahwa metode regenerasi komposit melalui pencucian menggunakan larutan asam dapat mengembalikan sebagian besar kapasitas adsorpsi komposit, meskipun penelitian lebih lanjut diperlukan untuk mengoptimalkan proses regenerasi ini.

Salah satu hasil yang menarik dari penelitian ini adalah peningkatan kapasitas adsorpsi yang dicapai melalui penambahan karbon aktif. Dibandingkan dengan kitosan murni, komposit kitosan-karbon aktif menunjukkan kenaikan kapasitas adsorpsi hingga 40%. Ini membuktikan bahwa karbon aktif memberikan kontribusi signifikan dalam memperluas area permukaan aktif yang mampu mengikat molekul metilena biru secara lebih efektif. Mekanisme utama adsorpsi mengikuti kinetika pseudo-order dua, yang berarti bahwa interaksi antara molekul pewarna dan komposit melibatkan reaksi kimia kompleks selain interaksi fisik. Hal ini mengindikasikan bahwa molekul metilena biru tidak hanya terikat pada permukaan tetapi juga membentuk ikatan yang lebih kuat, memberikan stabilitas pada proses adsorpsi.

Visualisasi menggunakan mikroskop elektron menunjukkan perubahan morfologi permukaan komposit setelah proses adsorpsi. Permukaan komposit tampak memiliki area yang lebih penuh dengan partikel, yang membuktikan adanya penyerapan molekul metilena biru. Analisis mikroskopis ini mendukung hasil eksperimen, memberikan bukti fisik yang memperkuat bahwa komposit kitosan-karbon aktif efektif mengikat zat pewarna dan dapat digunakan sebagai teknologi pemurnian air yang hemat biaya.

Yang tidak kalah menarik, komposit ini memiliki sifat yang memungkinkan penggunaannya kembali, menjadikannya solusi jangka panjang yang tidak hanya efektif tetapi juga efisien. Ketahanan lembar komposit diuji melalui proses regenerasi menggunakan larutan asam, yang memungkinkan molekul metilena biru yang teradsorpsi untuk dilepas kembali. Dengan metode ini, komposit dapat dipulihkan sebagian besar kapasitas adsorpsinya tanpa mengalami penurunan performa yang berarti, sehingga mengurangi kebutuhan produksi material adsorben baru dan menekan biaya pengolahan limbah. Pendekatan ini juga mendukung prinsip ekonomi sirkular di mana material dapat dimanfaatkan dalam jangka panjang tanpa menghasilkan limbah berlebihan.

Penelitian ini tidak hanya memperkenalkan metode baru dalam mengatasi pencemaran air tetapi juga menawarkan wawasan lebih dalam tentang peran kombinasi kitosan dan karbon aktif sebagai teknologi lingkungan yang menjanjikan. Lembar komposit ini menghadirkan solusi inovatif dengan efisiensi tinggi, yang mampu beradaptasi dengan berbagai kondisi dan lingkungan limbah. Sebagai alternatif yang ramah lingkungan dan hemat biaya, komposit ini memiliki potensi besar untuk digunakan dalam skala yang lebih luas di masa depan, membantu industri dalam mengurangi dampak lingkungan yang disebabkan oleh penggunaan zat pewarna kimia yang sulit terurai.

DOI: Adsorption Capacity and Efficiency of Composite Thin Sheet Made of Chitosan-Activated Carbon on The Adsorption of Methylene Blue

Editor:     Rezekinta Syahputra Sembiring