Adsorpsi Ion Logam Zn (II) Menggunakan Biomassa Chlorella sp. Yang Diimobilisasi Pada Silika Gel

Pencemaran lingkungan oleh logam berat merupakan masalah yang perlu ditangani secara serius. Salah satu logam yang banyak ditemukan di perairan adalah seng (Zn). Adanya logam seng (Zn) di dalam air yang melampaui batas dapat menyebabkan gangguan kesehatan bagi manusia karena dapat terakumulasi pada makhluk hidup dan tidak dapat terdegradasi. Beberapa  metode untuk menghilangkan logam berat dari perairan telah banyak dilakukan salah satunya adalah adsorpsi. Metode ini mempunyai keunggulan dibandingkan dengan metode lain karena biaya yang diperlukan rendah, tingkat efisiensi tinggi dan tidak memberikan hasil samping berupa zat beracun. Saat ini telah dikembangkan beberapa jenis adsorben untuk mengadsorpsi logam berat, salah satunya adalah dengan memanfaatkan mikroalga. Mikroalga dapat menyerap ion-ion logam karena memiliki sejumlah gugus fungsional seperti hidroksil, karboksil, amino dan sulfat yang dapat digunakan untuk berikatan dengan ion logam.

Chlorella sp. merupakan mikroalga yang mempunyai kelimpahan cukup besar diperairan laut, mudah dibudidayakan, cepat berkembang biak, dan mempunyai daya adaptasi kuat. Biomassa mikroalga yang digunakan untuk adsorpsi logam adalah sel mikroalga mati yang diperoleh dengan cara pengeringan beku dari sel hidupnya. Namun, biomassa mikroalga memiliki beberapa kelemahan seperti berat jenis yang rendah dan mudah rusak karena degradasi oleh mikroorganisme lain. Untuk mengatasi kelemahan tersebut maka berbagai upaya dilakukan, diantaranya dengan metode imobilisasi. Imobilisasi merupakan metode untuk mengikat sel ke dalam suatu matriks pendukung untuk meningkatkan stabilitasnya dengan syarat aktivitas dari sel tersebut masih tetap ada dan dapat digunakan secara kontinue. Imobilisasi biomassa Chlorella sp. pada silika gel akan menghasilkan adsorben yang akan meningkatkan daya adsorpsi.

Salah satu material yang memiliki kandungan silika adalah abu terbang (fly ash). Abu terbang merupakan limbah padat industri kelapa sawit dengan kandungan utama silika sebesar 30,25%-36,83% (SiO2), alumina 14,52%-23,78% (Al2O3), dan besi oksida 13,46%-19,94% (Fe2O3), sisanya adalah kalsium, magnesium, natrium, dan belerang (Paiton, 2002). Untuk mengetahui gugus fungsi yang terdapat pada biomassa Chlorella sp. yang diimobilisasi pada silika gel, dilakukan karakterisasi dengan Spektrofotometer Inframerah (IR) dan untuk mengetahui penurunan kadar ion logam Zn oleh biomassa Chlorella sp. yang diimobilisasi pada silika gel digunakan Spektrofotometer Serapan Atom (SSA) dengan variabel variasi pH, waktu kontak, dan konsentrasi awal logam untuk menentukan kapasitas adsorpsi maksimum dari Chlorella sp. yang diimobilisasi pada silika gel.

Proses Imobilisasi Biomassa Chlorella sp. pada Larutan Natrium Silikat

Proses imobilisasi mikroalga dengan larutan natrium silikat dilakukan dengan menggunakan metode sol gel yaitu penambahan HCl. Penambahan larutan HCl pekat bertujuan untuk proses pembentukkan asam silikat bebas, yang dapat berikatan membentuk dimer, trimer dan seterusnya melalui reaksi polikondensasi dan pelepasan molekul H2O. Mekanisme reaksi substitusi Na+ dari larutan natrium silikat oleh H+ dari penambahan HCl membentuk asam silikat bebas dan gugus siloksan.

Spektra Clorella sp. yang diimobilisasi pada silika gel menggunakan spektroskopi IR

Spektra Chlorella sp. menunjukkan pita serapan pada bilangan gelombang 3695,61cm-1 yang merupakan vibrasi ulur dari N-H primer. Adanya pita serapan melebar pada bilangan gelombang 3000-3600 cm-1 yang menunjukan vibrasi ulur O-H berikatan dengan hidrogen pusat pada 3425,58 cm-1. Pita serapan pada bilangan gelombang 2924,09 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi ulur C-H. Vibrasi tekuk N-H dari gugus amina terekam pada panjang gelombang 1519,91 cm-1, gugus ini merupakan bagian dari gugus protein yang diperkuat dengan adanya serapan 1643,35 cm-1 sebagai serapan C O (ikatan peptida). Pada bilangan gelombang 1450,47 cm-1 terdapat vibrasi tekuk OH-karboksilat. Pita serapan disekitar bilangan gelombang 1111,00 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi ulur asimetris Si-O-Si. Pita serapan disekitar bilangan gelombang 1018,41 cm-1 diidentifikasi sebagai vibrasi ulur C-O. Pada spektra Chlorella sp. yang telah diimobilisasi pada silika gel, terlihat serapan di bilangan gelombang 3448,72 cm-1 yang merupakan serapan dari vibrasi ulur O-H dari Si-OH. Adanya serapan kuat disekitar bilangan gelombang 1635,64 cm-1 menunjukkan vibrasi ulur C=O. Pita serapan yang cukup tajam di daerah 1087,85 cm-1 diidentifikasi sebagai vibrasi ulur asimetris Si-O-Si. Gugus-gugus aktif inilah yang diharapkan dapat berinteraksi dengan logam Zn(II) pada saat proses adsorpsi.

Penentuan pH Optimum

Penentuan pH optimum dilakukan pada variasi pH 4, 5, 6, 7 dan 8 yang sesuai dengan bentuk spesies Zn2+ pada pH tertentu. Hubungan antara variasi pH terhadap persentase logam yang teradsorpsi. Berdasarkan uji statistik menunjukkan bahwa pada derajat kepercayaan 95%, adsorpsi Chlorella sp. yang diimobilisasi pada silika gel dengan variasi pH 4, 5, 6, 7, dan 8 tidak berbeda nyata. Oleh karena itu pH 6 dipilih sebagai pH optimum dalam penelitian. Dengan demikian pemilihan pH 6 berdasarkan pH air sungai yang berada di kisaran pH 6-7, sehingga jika diaplikasikan pada sampel air sungai tidak diperlukan pengkondisian pH. Adsorpsi ion seng (Zn2+) oleh biomassa Saccharomyces cerevisiae dengan perlakuan NaOH memiliki pH optimum 6. Adsorpsi maksimum Zn(II) menggunakan arang hayati (biocharcoal) kulit pisang kepok terjadi pada pH 6, serta adsorpsi logam Zn(II) menggunakan kitin terikat silang glutaraldehid juga optimum di pH 6.

Penentuan Waktu Kontak Optimum

Penentuan waktu kontak optimum dilakukan pada variasi 15, 30, 45, 60, dan 75 menit. Jumlah Zn(II) yang teradsorpsi meningkat pada 30 menit pertama. Pada waktu kontak 30 menit telah terjadi kenaikan adsorpsi dengan presentase tertinggi yaitu sebesar 97,28%. Kenaikan proses adsorpsi dikarenakan semakin lama waktu kontak maka semakin banyak adsorben yang akan berinteraksi dan bertumbukkan dengan larutan Zn(II) sehingga semakin besar adsorpsi yang terjadi. Kesetimbangan terjadi pada waktu kontak 30 menit sehingga pada waktu kontak 45-75 menit terjadi penurunan persen adsorpsi dan cenderung konstan. Berdasarkan uji statistik pada derajat kepercayaan 95 %, adsorpsi Chlorella sp. yang diimobilisasi pada silika gel pada waktu kontak 15 menit berbeda nyata dengan waktu kontak 30, 45, 60 dan 75 menit. Pada waktu kontak 30 tidak berbeda signifikan dengan 15 menit, begitu juga dengan waktu kontak 45, 60 dan 75 menit. Sehingga dapat disimpulkan bahwa waktu kontak optimum dalam penelitian ini adalah 30 menit.

Kapasitas Adsorpsi Chlorella sp. yang diimobilisasi pada Silika Gel

Peningkatan jumlah konsentrasi Zn(II) teradsorpsi pada awal konsentrasi Zn(II) hingga konsentrasi 18,05 mg/L. Hal tersebut disebabkan permukaan adsorben belum mengalami kejenuhan sehingga adsorpsi masih cenderung meningkat. Semakin naiknya konsentrasi Zn(II) maka semakin banyak molekul Zn(II) yang berinteraksi dengan adsorben. Proses adsorpsi Zn(II) oleh Chlorella sp. yang diimobilisasi pasa silika gel dapat dijelaskan dengan menggunakan dua persamaan isoterm yaitu persamaan isoterm Langmuir dan persamaan isoterm Freundlich. Isoterm Langmuir yang diperoleh dengan cara memplotkan nilai 1/Ce terhadap 1/qe. Kapasitas adsorpsi maksimum kitosan terimobilisasi ditizon menurut isoterm Langmuir yaitu sebesar 1,138 mg/g sedangkan nilai konstanta adsorpsi Langmuir sebesar 3,355. Isoterm Freundlich yang diperoleh dengan memplotkan nilai log Ce terhadap log qe. Hasil persamaan diperoleh nilai konstanta adsorpsi Freundlich, nilai eksponen isoterm Freundlich, dan koefisien korelasi. Nilai konstanta adsorpsi Freundlich menunjukan kapasitas adsorpsi yaitu sebesar 9,332 mg/g sedangkan eksponen Freundlich yaitu sebesar 0,882. Berdasarkan nilai R2 yang diperoleh pada hasil analisis, adsorpsi Zn(II) oleh Chlorella sp. yang diimobilisasi pada silika gel secara matematis sesuai dengan model isoterm Langmuir dan Freundlich. Namun nilai R2 pada isoterm Freundlich sebesar 0,882 lebih tinggi daripada isoterm Langmuir yaitu 0,706. Isoterm Freundlich menunjukkan bahwa proses penyerapan tersebut terjadi pada situs aktif yang bersifat heterogen. Jika dilihat dari gugus-gugus fungsi pada Chlorella sp. Imobilisasi yang berperan dalam proses adsorpsi yaitu gugus hidroksil, karbonil dan siloksan, maka dalam isoterm adsorpsi Freundlich diasumsikan gugus gugus tersebut memiliki potensi penyerapan yang berbeda beda.

Kesimpulan dari Adsorpsi Ion Logam Zn (II) Menggunakan Biomassa Chlorella sp. yang Diimobilisasi Pada Silika Gel : Adsorpsi logam Zn(II) optimum pada pH 6 dengan waktu kontak 30 menit. Kapasitas adsorpsi maksimum Zn(II) oleh Chlorella sp. yang diimobilisasi pada silika gel yaitu sebesar 9,332 mg/g.