Adsorpsi merupakan metode yang menjanjikan untuk menghilangkan polutan dari air yang terkontaminasi, dan beberapa jenis adsorben telah dikembangkan untuk tujuan tersebut. Kontak adsorben dengan polutan dapat dicapai dengan mengaduk air dengan baik menggunakan beberapa metode mekanis. Di sisi lain, pengumpulan kembali adsorben dari air biasanya dilakukan melalui penyaringan, sentrifugasi, dan sedimentasi. Namun, metode pengumpulan adsorben tersebut tidak dapat diterapkan untuk pengolahan air tercemar yang mengandung beberapa bahan padat tersuspensi. Oleh karena itu, beberapa adsorben yang memiliki sifat unik untuk memfasilitasi pengumpulan adsorben telah dikembangkan, misalnya, dengan memberikan sifat mengapung dan magnetik pada adsorben. Jika adsorben dapat mengapung ke permukaan air setelah adsorpsi polutan, adsorben dapat dikumpulkan dengan mudah di permukaan air. Balon Shirasu (SB) yang dimurnikan dari Shirasu merupakan bahan yang menjanjikan. Shirasu adalah letusan kaca vulkanik yang sebagian besar tersusun atas asam silikat dan aluminium oksida. Shirasu tersebar luas di selatan Kyushu, Jepang, tetapi karena merupakan letusan gunung berapi, ia dapat ditemukan di sekitar gunung berapi di lokasi lain. SB biasanya berdiameter 20 hingga 1400 μm, dan memiliki fitur unik seperti massa jenis rendah, tidak mudah terbakar, titik leleh tinggi, dan memiliki konduktivitas termal yang rendah. Selain itu, SB secara kimiawi sangat stabil dan murah sehingga SB memiliki potensi praktis yang menjanjikan untuk remediasi lingkungan. Dalam penelitian ini, kami mencoba mengembangkan adsorben baru dengan fungsi mengapung dan magnetik dengan menghilangkan Cs. SB terlebih dahulu dimodifikasi terlebih dahulu dengan magnetit (Mag) dan kemudian dengan biru Prusia (PB). Modifikasi Mag dan PB pada SB dievaluasi dengan beberapa analisis instrumental. Perilaku mengapung SB yang dimodifikasi dengan Mag dan PB (PB-Mag-SB) untuk mengapung di permukaan air dan perilaku pengumpulan adsorben oleh magnet dievaluasi.
Isi
Dari perubahan warna adsorben, modifikasi permukaan SB dengan magnetit dan PB dapat dikonfirmasi dengan jelas, Mag-SB berwarna coklat dan PB-Mag-SB berwarna biru. Pola XRD dari masing-masing SB juga mengkonfirmasi keberhasilan modifikasi dengan menggunakan magnetit dan PB. XRD SB biasa hanya menunjukkan puncak melebar, dan tidak ada difraksi yang menunjukan kristal. Puncak difraksi yang berasal dari magnetit dapat diamati pada Mag-SB, meskipun lemah. Difraktogram PB-Mag-SB menunjukkan pola difraksi Mag dan PB yang mirip dengan Mag-PB dari penelitian sebelumnya. Puncak FTIR utama muncul pada 2083 cm−1, 1040“1065 cm−1, dan 785“790 cm−1. Pita serapan pada 1040“1065 cm−1 dan 785“790 cm−1 merupakan karakteristik vibrasi peregangan Si“O dari gugus Si“O“Si dan gugus Si“O“Al. Pita serapan ini dianggap berasal dari SB karena keduanya muncul pada spektrum SB biasa, Mag-SB, dan PB-Mag-SB. Puncak pada 2083 cm−1 mengindikasikan adanya gugus CN dan oleh karena itu dipastikan bahwa Prussian Blue terbentuk pada permukaan SB. Kandungan besi pada permukaan Mag-SB yang dimodifikasi diperkirakan sebesar 117 mg Fe per gram Mag-SB. Karena SB memiliki kapasitas pertukaran ion untuk kation, sebagian Fe(II) dan Fe(III) diadsorpsi pada permukaan SB. Jumlah magnetit yang terbentuk pada permukaan SB meningkat seiring dengan jumlah Fe(II) dan Fe(III) yang digunakan dalam prosedur sintetis; namun, modifikasi permukaan dengan jumlah magnetit yang berlebihan cenderung mengurangi kemampuan SB untuk mengapung pada permukaan air. Kemampuan mengapung PB-Mag-SB pada permukaan air dievaluasi dengan merendam SB dalam akuades selama 24 jam. Hampir semua partikel PB-Mag-SB mengapung di permukaan air dengan sangat cepat. Hanya 4% PB-Mag-SB yang tenggelam ke dasar sedangkan 96% partikel tetap mengapung di permukaan air bahkan setelah didiamkan selama 24 jam. Efisiensi mengapung PB-Mag-SB serupa dengan SB yang tidak dimodifikasi, yang menunjukkan bahwa proses modifikasi SB dengan magnetit dan PB ini tidak memengaruhi sifat mengapung SB. Namun, modifikasi berlebihan dengan magnetit dan PB cenderung mengurangi kemampuan mengapung SB. Pengumpulan SB, Mag-SB, dan PB-Mag-SB yang mengapung di permukaan air dapat dilakukan secara magnetik menggunakan magnet neodymium. Akan tetapi, SB tidak dapat dikumpulkan oleh magnet karena tidak adanya sifat magnetik pada SB. Rasio pengumpulan Mag-SB dan PB-Mag-SB dari permukaan air oleh magnet adalah 92% dalam waktu pengumpulan singkat sekitar 30 detik. Hasil tersebut menunjukkan bahwa hampir semua Mag-SB dan PB-Mag-SB dapat mengapung di permukaan air setelah menyerap polutan selama 1 jam dan dapat dikumpulkan secara kuantitatif dalam waktu 5 menit dari permukaan air menggunakan magnet. Adsorpsi Cs pada SB dan yang dimodifikasi diselidiki dengan dan tanpa keberadaan ion lain. Secara umum, konsentrasi ion Cs dalam air dan air yang tercemar sangat rendah dibandingkan dengan kation lain seperti Na+, K+, dan Ca2+, terutama pada air yang tercemar dengan Cs radioaktif. Oleh karena itu, adsorben untuk ion Cs harus memiliki selektivitas yang cukup untuk ion Cs agar memungkinkan untuk menghilangkan Cs dengan adanya kation lain yang berlebihan. SB menunjukkan kemampuan adsorpsi yang signifikan untuk Cs tanpa adanya ion lain. Gugus silanol dalam SB berfungsi sebagai situs adsorpsi untuk Cs melalui interaksi elektrostatik. Konstanta disosiasi asam dari gugus silanol adalah sekitar 2,6. Hasil-hasil tersebut menunjukkan bahwa PB-Mag-SB dapat secara selektif mengadsorpsi ion-ion Cs bahkan dengan adanya ion-ion lain dalam konsentrasi besar. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa kapasitas adsorpsi PB-Mag-SB menurun hingga sekitar 25% pada konsentrasi K+ yang 1000 kali lebih tinggi dibandingkan Cs+. Berbagai metode untuk mensintesis PB telah dilaporkan, dan diasumsikan bahwa sedikit perbedaan dalam mikrostruktur PB karena metode sintesis yang berbeda dapat menyebabkan pengaruh besar oleh adsorpsi kompetitif. Namun, perlu dicatat bahwa PB-Mag-SB masih memiliki kapasitas dan selektivitas yang memadai untuk adsorpsi Cs di bawah konsentrasi K+ yang tinggi.
Adsorben baru yang dapat dikumpulkan dengan pemisahan magnetik dari air dikembangkan dengan memodifikasi permukaan SB dengan Mag dan PB untuk aplikasi menghilangkan Cs dari dalam air. Spektrum XRD dan FT-IR mengkonfirmasi modifikasi adsorben dengan Mag dan PB. SB yang terbuat dari silika memiliki kemampuan untuk mengadsorpsi ion Cs melalui interaksi elektrostatis: namun, kemampuan ini berkurang secara signifikan dengan adanya ion lain seperti Na+, K+, dan Ca2+. Adsorben yang dimodifikasi PB dapat mempertahankan kemampuannya untuk mengadsorpsi ion Cs, bahkan dengan adanya ion-ion lain tersebut karena interaksi yang kuat antara Cs dan PB. Selanjutnya, adsorben yang berhasil dikembangkan dibiarkan mengambang selama minimal 24 jam dan dikumpulkan dengan mudah menggunakan magnet. SB adalah produk alam dan tidak terlalu mahal harganya. Oleh karena itu, adsorben yang dikembangkan cocok untuk pemadatan langsung, penyimpanan, dan pembuangan secara geologis setelah penghilangan Cs dari larutan limbah dilakukan tanpa prosedur desorpsi untuk penggunaan siklik.
Penulis: Satya Candra Wibawa Sakti, S.Si., M.Sc., Ph.D
LINK:
