Perpustakaan Digital ITB

Pencemaran ion logam di lingkungan perairan perlu dikendalikan karena dapat menurunkan kualitas ekosistem dan menimbulkan risiko kesehatan. Salah satu ion yang perlu mendapat perhatian adalah Cu²?. Tembaga merupakan unsur esensial pada konsentrasi rendah, tetapi bersifat toksik apabila terakumulasi pada konsentrasi tinggi. Adsorpsi banyak digunakan untuk menurunkan konsentrasi ion logam karena sederhana, ekonomis, dan efektif pada konsentrasi rendah hingga menengah. Keberhasilannya dipengaruhi oleh luas permukaan, porositas, gugus fungsi aktif, kestabilan adsorben dalam air, serta kemudahan pemisahannya. Grafena oksida tereduksi (rGO) berpotensi sebagai adsorben karena memiliki struktur dua dimensi, luas permukaan tinggi, dan gugus beroksigen residual yang dapat berinteraksi dengan ion logam. Namun, lembaran rGO yang halus cenderung beragregasi atau bertumpuk kembali sehingga luas permukaan aktif berkurang dan pemisahannya dari fase cair menjadi sulit. Sintesis grafena oksida secara konvensional dari grafit juga umumnya menggunakan oksidator kuat dan asam pekat. Biomassa limbah pertanian dipilih sebagai alternatif prekursor karbon karena terbarukan, murah, melimpah, dan dapat meningkatkan nilai guna limbah. Kulit pisang tanduk digunakan sebagai prekursor material berbasis grafena oksida karena merupakan limbah lignoselulosa dengan kandungan karbon tinggi. GO selanjutnya direduksi menggunakan ekstrak daun kelor sebagai agen pereduksi alami. Polifenol, flavonoid, dan senyawa antioksidan daun kelor berpotensi mendonorkan elektron untuk mereduksi gugus beroksigen pada GO. Daun kelor juga mudah diperoleh dan tersedia secara lokal. Untuk meningkatkan kestabilan serta memudahkan penanganan rGO, material tersebut diimobilisasi dalam matriks gelatin yang memiliki gugus amino, hidroksil, dan karboksil. Gelatin kemudian ditautsilangkan menggunakan glioksal melalui reaksi gugus aldehida dengan gugus amino sehingga terbentuk jaringan yang lebih stabil dan tahan air. Karena komposisi gelatin dan glioksal dapat memengaruhi kapasitas adsorpsi secara simultan dan nonlinier, optimasi dilakukan menggunakan Response Surface Methodology–Central Composite Design (RSM–CCD) untuk memperhitungkan interaksi antarfaktor secara efisien. Penelitian ini bertujuan menyintesis adsorben rGO yang diimobilisasi dalam matriks gelatin dan ditautsilangkan menggunakan glioksal (rGO/GE–GLI), menentukan komposisi optimum gelatin dan glioksal pada massa rGO tetap, mengarakterisasi sifat fisikokimianya, serta mengevaluasi kemampuan adsorpsi–desorpsi terhadap ion Cu²?. Kulit pisang tanduk dikarbonisasi dan diaktivasi menggunakan HCl untuk menghilangkan mineral pengotor dan abu, kemudian digunakan sebagai prekursor sintesis material berbasis GO. Material tersebut direduksi menggunakan ekstrak daun kelor untuk memperoleh rGO, selanjutnya diimobilisasi dengan gelatin dan ditautsilangkan menggunakan glioksal. Optimasi komposisi dilakukan melalui 13 percobaan CCD dengan massa rGO tetap sebesar 1 g, sedangkan massa gelatin dan glioksal digunakan sebagai variabel bebas dan kapasitas adsorpsi Cu²? sebagai respons. Model kuadratik yang diperoleh signifikan secara statistik (p < 0,05), dengan R² sebesar 98,60%, R² terkoreksi sebesar 97,60%, dan R² prediksi sebesar 90,05%. Analisis kanonik menghasilkan nilai eigen sebesar 0,1707 dan ?0,7441 yang berbeda tanda, sehingga titik stasioner merupakan titik pelana dan kondisi optimum ditentukan melalui optimasi numerik dalam rentang penelitian. Komposisi optimum rGO:gelatin:glioksal dalam rentang penelitian adalah 1:1,5858:1,4321, dengan kapasitas adsorpsi prediksi sebesar 7,52 mg/g dan composite desirability sebesar 0,9482. Validasi melalui empat eksperimen menghasilkan kapasitas adsorpsi rata– rata sebesar 7,67 mg/g. Hasil uji t pada tingkat kepercayaan 95% menunjukkan tidak terdapat perbedaan signifikan antara nilai eksperimen dan prediksi model. Karakterisasi menggunakan FTIR, XRD, SEM–EDS, TG/DTG, BET–BJH, mengindikasikan terbentuknya material berbasis GO–like/rGO–like, dan rGO/GE– GLI serta menunjukkan perubahan pada gugus fungsi, struktur, morfologi, kestabilan termal, dan porositas material. Adsorben memiliki luas permukaan spesifik sebesar 1.986,726 m²/g, volume pori sebesar 1,6100 cm³/g, dan diameter pori sebesar 3,074 nm sehingga termasuk material mesopori. Potensial zeta rata– rata sebesar ?14,96 mV pada pH 4 menunjukkan bahwa permukaan adsorben efektif bermuatan negatif pada kondisi adsorpsi tersebut. Kondisi optimum adsorpsi Cu²? diperoleh pada pH 4, massa adsorben 0,15 g, waktu kontak 90 menit, dan kecepatan pengadukan 120 rpm. Kinetika adsorpsi paling sesuai dengan model orde satu semu dengan R² sebesar 0,9943. Kesetimbangan adsorpsi lebih baik dijelaskan oleh isoterm Freundlich dengan R² sebesar 0,9664 dan nilai n sebesar 2,9896 dibandingkan isoterm Langmuir. Hasil tersebut menunjukkan bahwa adsorpsi berlangsung menguntungkan pada permukaan heterogen dengan kemungkinan pembentukan multilapis, sedangkan model Langmuir menghasilkan kapasitas maksimum teoretis sebesar 21,89 mg/g. Nilai ?G° sebesar ?13,80 hingga ?12,48 kJ/mol pada suhu 303–323 K menunjukkan bahwa proses adsorpsi berlangsung spontan. Nilai ?H° sebesar ?33,83 kJ/mol dan ?S° sebesar ?66,11 J mol?¹ K?¹ menunjukkan bahwa adsorpsi bersifat eksotermik dan meningkatkan keteraturan sistem. HNO3 0,1 M merupakan larutan pendesorpsi terbaik dengan waktu optimum 60 menit. Pada siklus pertama, persentase adsorpsi dan desorpsi masing–masing mencapai sekitar 85% dan 88%, tetapi menurun menjadi sekitar 20% dan 27% pada siklus kedua. Dengan demikian, rGO/GE–GLI berpotensi digunakan sebagai adsorben berbasis biomassa untuk penyisihan ion Cu²?, meskipun kestabilan dan kemampuan regenerasinya masih perlu ditingkatkan.