bi-functionalized biocomposite

5/12/2018 Bi-Functionalized Biocomposite - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/bi-functionalized-biocomposite 1/11

Paper Biokomposit - Material Teknik

Aplikasi Biokomposit Sebagai

Adsorban Uranium (VI)

Rhidiyan Waroko

0806331935

Departemen Teknik Metalurgi dan

Material

Fakultas Teknik Universitas Indonesia

2011



2

Aplikasi Biokomposit SebagaiAbsorban Uranium (VI)

Pendahuluan

Beberapa tahun belakangan ini, konsep green economic sedang

digalakkan hampir di semua bidang di seluruh dunia. Hal tersebut sebagai

tindakkan antisipasi terhadap isu pemanasan global. Konsep green

economic ini mengarahkan generasi saat ini untuk lebih peduli terhadap

lingkungannya. Penghematan energi, mencari sumber energi terbarukan

dan salah satu perhatiannya adalah pada material. Para peneliti

kedepannya ingin dapat men-subtitusi material yang tidak bisa di daur

ulang dengan material yang bisa didaur ulang dan lebih ramah terhadap

lingkungan. Oleh sebab itu, penelitian tentang material berbasis

biomaterial sangat banyak dikembangkan, salah satunya material

biokomposit yang paling banyak dikembangkan untuk berbagai aplikasi.

Gambar 1. Foto mikro struktur tulang, material biokomposit terbaik yang

tersusun secara alami

Material komposit adalah material yang tersusun dari dua atau lebih jenis

material atau fasa yang berbeda, baik dalam skala mikroskopis ataupundalam skala makroskopis. Term “komposit” biasanya mengacu kepada

material yang disusun dari dua material yang berbeda yang dapat

dipisahkan dalam skala yang lebih besar dari skala atomik, dan dapat

merubah sifat material dasarnya, seperti contoh sifat ke-elastisannya yang

akan berubah ketika dikomposit dibandingkan sebelum dikomposit.

Material alam cenderung berupa material komposit, seperti kayu, tulang,

gigi dan kulit. Material komposit yang tersusun dari material alami bisa

dikatakan sebagai material biokomposit yang tentunya ramah

lingkungan[3].

Universitas Indonesia



3

Material Biokomposit Sebagai Biosorban

Peningkatan kegiatan industri tentunya berefek terhadap peningkatan

polusi lingkungan dan terdegradasinya suatu ekosistem sebagai

akumulasi dari polutan seperti logam berat, paduan sintetik, limbah nuklir

dan lainnya. Meningkatnya perhatian terhadap lingkungan tersebut

mengindikasikan adanya bahaya lingkungan yang diakibatkan oleh

polutan-polutan tersebut, seperti polusi logam berat yang mencemari

lingkungan. Limbah cair dari industri tambang dan metalurgi tentunya

menjadi sumber terbesar pencemaran logam berat ke lingkungan dan

dibutuhkan metode yang ekonomis dan efisien untuk menghilangkan

logam berat tersebut dari lingkungan. Pengendapan, pertukaran ion,

proses elektrokimia dan/atau proses membran sering digunakan sebagai

treatment untuk penghilangan logam berat dari limbah cair tetapi

terbatasi karena faktor ekonomi. Pencarian teknologi baru untuk

mengadsorpsi logam berat dari limbah cair dengan menggunakan metode

biosorption, berdasarkan sifat pengikatan logam ke bermacam makhluk

biologi. Alga, bakteri dan ganggang memiliki potensi untuk menjadi

adsorban[2].

Material biokomposit dapat digunakan dalam banyak apliksi, misalkan

pada dunia kedokteran dan dunia struktural. Salah satu apliksainya adalah

sebagai suatu absorban atau penyaring suatu logam dari larutan atau

media tertentu. Aplikasi ini tentunya sangat berguna untuk dunia

pemurnian larutan lainnya.

Biosorpsi diyakini sangat berpotensi untuk menjadi adsorban, tidak hanya

untuk logam yang beracun (polusi), tetapi juga logam mulia seperti emas

dan perak.

Biomass mikroba memiliki bentuk yang sebagai partikel kecil dengan

densiti yang rendah, kekuatan mekanik yang sangat buruk dan kekakuan

yang kecil. Kontak mikroba dengan logam berat dengan volume besar

pada larutan sulit untuk terjadi adsorpsi karena masalah pemisahan

liquid/solid. Immobilisasi biomass pada struktur yang solid membuat

material memiliki ukuran yang tepat, kekauatan mekanik dan kekakuan

yang lebih baik. Potensi penggunaan material biomass sangat efisien

untuk digunakan sebagai adsorban menurut faktor ekonomi[2].

Sudah banyak penelitian tentang pemanfaatan bakteri sebagai bahan

absorban logam-logam berat. Banyak jenis dari ragi, alga, bakteri dan

macam binatang air yang memiliki kemampuan untuk menangkap logam

dengan jenis tertentu dari larutan cair. Mekanisme penangkapan logam

tersebut baik dengan cara pertukaran ion, kompleksasi dan adsorpsi atau

dengan pengendapan. Biosorption terjadi akibat adanya kontak antara

permukaan dinding sel yang merupakan biopolimer dengan organisme

lain yang masih hidup ataupun telah mati.




4

Bahan Baku

Tumbuhan laut seperti alga banyak ditemukan di sepanjang pantai.

Ganggang laut memiliki kemampuan sebagai material biosorbent dengan

kemampuan pengikatan logam yang tinggi. Ada banyak potensi

kemampuan alga seperti sebagai preconcentration, speciation, pemisah

dan pendeteksi ada atau tidaknya suatu elemen logam pada lingkungan

cair. Biosorption uranium atau elemen radioaktif yang lain dengan

menggunakan alga telah banyak dikembangkan. Biosorption logam

dengan menggunakan alga terbentuk dari koordinasi antara ion dengan

fungsi grup yang berbeda dari sel alga. Komponen struktural seperti

protein, lemak, karbohidrat, polisakarida, mineral sebagai komponen

mayor dan oligoelemen penting seperti asam amino bebas, dan vitamin

sebagai minor komponen.

Usaha yang keras harus dilakukan untuk meningkatkan proses

biosorption, termasuk sdan mengoptimalkan proses biosorption. Sumber

alga merupakan by-product dari industri fermentasi karena dalam industri

dihasilkan dalam skala sangat besar. Saccharomyces cerevisiae banyak

digunakan pada industri makanan dan minuman dan meskipun berupa

absorban yang kurang baik, tetap menjadi fokus studi untuk para peneliti

dalam mengembangkan biomaterial sebagai adsorban karena

karakteristik penangkapan elemen logam yang unik. Teknik

immobilization menjadi kunci penting dalam aplikasi biosorpsi elemen

mati (logam) dengan menggunakan ganggang atau elemen hidup lainnya.

Komposit menjadi bentuk adsorban yang efektif dari pada adsorban

organik maupun inorganik yang berdiri sendiri karena komposit memiliki

karakter yang lebih baik sebagai adsorban. Penggunaan matriks inorganik

seperti semen, silika gel dan alumina inorganik banyak digunakan sebagai

komposit adsorban. Untuk meng-adsorpsi uranium dari suatu larutan

digunakan material bi-functionalized biocomposite.

Proses Pembuatan

Red macro marine algae (ganggang), J.rubenss dan ganggang

immobilization S. cerevisiae dipersiapkan untuk membuat bi-

functionalized biocomposite sebagai adsorban untuk biosorpsi uranium.

Untuk persiapan bahan baku adsorban ini, ganggang S. cerevisiae harus

melalui tahap immobilization. Ada empat cara untuk membuat membuat

suatu biomass immoblization yaitu, adsorption of inert support,

entrapment pada matriks polimer, on covalent bond to vector compound

dan membuat jaringan silang[2].




5

Gambar 2. Teknik immobilization.

Biomasa kering J. rubins (16.67%), S. cerevisiae (41,5%) dicampur dengansilika gel (41,5%). Pencampuran dilakukan di dengan pembasahan oleh

H2O dengan kemurnian yang tinggi. Setelah di lakukan proses mixing,

maka akan menghasilkan pasta yang kemudian dimasukkan ke dalam

oven dengan temperatur 105OC selama dua jam untuk proses

pengeringan. Pembasahan dan pengeringan dilakukan secara berulang

sehingga mencapai kontak yang maksimal antara J. rubins, S. cerevisiae

dan silika gel dengan tujuan meningkatkan immobilization efficiency .

Kemudian biokomposit ini disaring pada ukuran <125mm. Langkah

berikutnya adalah dengan mengeringkan biokomposit menggunakan oven

pada temperatur kurang lebih 100

O

C selama beberapa jam.

Gambar 3. Alur pembuatan bi-functionalized biocomposite

Karakteristik Bi-Functionalized Biocomposite

Scanning electron microscope (SEM) digunakan untuk menganalisa

permukaan dan morfologi permukaan untuk berbagai material. Gambar 4.

menunjukkan permukaan material biokomposit adsorban. Analisa dari

hasil foto mikro dengan SEM dapat diketahui bahwa terindikasi adanya

pori yang mengakibatkan high internal surface area dan membuat

permukaan biokomposit menjadi lebih kasar, yang mana permukaan

tersebut lebih disukai untuk mengadsorpsi uranium. Ukuran pori yang

terbaca dari foto SEM adalah sekitar 4 mm, sehingga uranium kompleks

akan mudah masuk dan tertangkap oleh pori tersebut.


Bahan baku:

1. J. rubins

2. S.

cerevisiae

Mixing diikuti dengan

pembasahan oleh air

murni kemudian

pengeringan dan

Bi-

functionalized

biocomposite



6

FT-IR spectroscopy digunakan untuk menentukan perubahan frekuensi

getaran pada gugus fungsi adsorban. Spektrum FT-IR dari adsorban

biokomposit menunjukkan banyaknya gugus fungsi yang ada

menggambarkan kompleksitas yang terbentuk secara alami. Spektrum

dari biomass tersebut menunjukkan karakteristik peak pada 3461,66 cm-1

yang menandakan bahwa adanya ikatan O-H pada biokomposit tersebut.

Peak antara 3500-3200 cm-1 menunjukkan adanya ikatan N-H yang berarti

adanya grup amino. Daerah peak antara 2300-2400 cm-1 menandakan

adanya NH2+, NH+ dan ikatan N-H pada biokomposit. Ketiga spektrum

tersebut menunjukkan adanya struktur protein pada material

biokomposit[1].

Bi-Functionalized Biocomposite sebagai Adsorban

Sebagai adsorban uranium pada lingkungan cair, banyak variabel yang

mempengaruhi kinerja dari adsorban tersebut. Hal-hal yang

mempengaruhi kinerja bi-functionalized biocomposite adalah seperti pH

larutan, konsentrasi uranium dalam larutan, waktu kontak untuk adsorpsi

dan temperatur.

pH pada larutan menjadi salah satu parameter penting untuk adsorban

logam pada proses adsorpsi. Dalam

penangkapan metal. Peran pH adalah mengatur sifat permukaan dari

gugus fungsi suatu dinding sel dan sifat kimia logam pada larutan. Untuk

biosorpsi uranium (VI), bi-functionalized biocomposite secara maksimal

berada pada pH 4.0 dengan distribusi koefisiensi 1463 mL/g.

Mekanisme biosorpsi uranium dipengaruhi oleh pH karena hidrolisis dari

ion uranyl dalam laurtan. Pada pH rendah, uranium yang berada dalam

larutan dalam bentuk bebas sebagai ion UO22+. Pada peningkatan pH,

gugus uranyl akan cenderung untuk lebih terhidrolisasi dan membentuk


Gambar 4. Gambar SEM dari bi-functionalized

biocom osite



7

larutan oligometrik. Berikut macam-macam bentuk gugus uranyl yang

terbentuk pada berbagai macam kondisi pH.

pH optimal untuk berbagai logam mungkin berbeda, tetapi pH optimal

untuk mengadsorpsi uranium dengan menggunakan S. cerevisiae adalah 4

sampai 5. Dimana pada pH 4 tercatat bahwa adsorpsi uranium mencapai

94%.

Selain dipengaruhi oleh pH, kinerja adsorbsi uranium oleh S. cerevisiae

juga dioengaruhi oelh konsentrasi dari uranium yang ada dalam larutan.

Dari hasil penelitian diketahui bahwa larutan dengan konsentrasi uranium

sekitar 50 mg/L menjadi titik yang optimum terhadap kinerja adsorbsi,

yaitu sekitar 94%, seperti yang terlihat pada gambar 6.


Gambar 5. Pengaruh pH terhadap adsorpsi uranium dengan menggunaka S.

cerevisiae



8

Temperatur dan waktu juga mempengaruhi kinerja adsorpsi seperti

terlihat pada gambar 7 dan gambar 8. Peningkatan temperatur akan

meningkatkan adsorpsi karena energi sistem bertambah[1].

Gambar 7. Pengaruh waktu proses terhadap kinerja adsorpsi


Gambar 6. Pengaruh konsentrasi uranium dalam larutan terhadap

kinerja adsorpsi



9

Gambar 8. Pengaruh temperatur terhadap kinerja adsorpsi

Kesimpulan

Dari studi tersebut, dapat disimpulkan bahwa adsorban bi-functionalized

biocomposit dapat digunakan untuk menghilangkan atau menangkap

uranium dari larutan cair. S. cerevisiae sebagai biomassa dan mudah

didapatkan dari berbagai macam industri makanan dan minuman serta

industri fermentasi. Alga laut, J. rubens banyak ditemukan di laut aegean.

Pemilihan biomaterial yang baik dan murah menjadi salah satu faktor

penting yang harus diperhitungkan.

Tabel 1.

Telah ditunjukkan diatas bahwa biosorption uranium dari larutan cair

dengan adsorban biokomposit dipengaruhi oleh beberapa faktor, sepertipH, konsentrasi uranium, waktu operasi dan temperatur. Persen biosorpsi




10

dan konstanta distribusi untuk ion uranium sekitar 97-+ 2 % dan 3471-+

104 mL/g. Keadaan tersebut dapat diambil dalam keadaan larutan dengan

pH 4.0, konsentrasi uranium 100 mg/L, waktu proses 120 menit dan

temperatur 313 K [1].

Berdasarkan kesimpulan diatas, menunjukkan bahwa bi-functionalized composite dapat digunakan sebagai adsorban untuk menurunkan kadar

uranium dalam larutan dengan biaya yang murah dan tentunya juga

ramah lingkungan.

Referensi

[1] S. Aytas, D. A. Turkozu, C. Gok, Biosorption of uranium (VI) by bi-

functionalized low cost biocomposite adsorbent, Desalination 280

(2011) 354-362.

[2] F.Veglio, F.Beolchini, Removal of metals by biosorption : a review,Hydrometallurgy 44 (1997) 301–316.




11

[3] Joon P, Lakes RS. 2007. Biomaterial An Introduction Third Edition. pp

207-224. New York: Springer.


bi-functionalized biocomposite

Documents