Studi Komprehensif Adsorpsi Metilen Biru dalam Air oleh Polianilina

Abstract

Permasalahan lingkungan yang semakin mengkhawatirkan di berbagai dunia, salah satunya adalah pencemaran air akibat limbah cair industri tekstil yang mengandung zat pewarna. Pewarna sintetik dalam industri tekstil yang biasa digunakan, salah satunya adalah zat warna metilen biru. Metilen biru adalah pewarna kationik yang toksik dan sulit terurai di lingkungan. Penghilangan metilen biru ini membutuhkan metode yang memadai, seperti yang banyak digunakan adalah Adsorpsi. Adsorpsi merupakan proses melekatnya suatu molekul atau ion dari zat terlarut (adsorbat) pada permukaan padatan yang bertindak sebagai adsorben. Metode ini populer karena sifatnya yang sederhana, efisien, hemat energi, dan dapat memanfaatkan berbagai jenis bahan sebagai adsorben. Adsorben yang digunakan untuk adsorpsi dapat berupa material alami, sintetis, atau hasil modifikasi seperti karbon aktif, zeolit, biomassa, hingga polimer konduktif. Polianilina (PANI) adalah adsorben berbasis polimer yang banyak diteliti untuk aplikasi adsorpsi dalam berbagai bidang. PANI memiliki berbagai sifat unggul, seperti kemudahan dalam sintesis, stabilitas tinggi terhadap lingkungan, dan kemampuan untuk meningkatkan konduktivitas melalui proses doping. PANI dapat dibuat secara mudah menggunakan metode pencampuran cepat. Pada penelitian ini dilakukan optimasi dosis adsorben, pH larutan, waktu kontak, kinetika adsorpsi, isoterm adsorpsi, dan studi termodinamika adsorpsi. Model kinetika yang dikaji meliputi model orde satu semu, orde dua semu, dan Elovich. Pendekatan model kinetika digunakan untuk pendekatan matematis yang digunakan untuk memahami laju dan mekanisme adsorpsi adsorbat (MB) pada permukaan PANI. Model isoterm yang dikaji meliputi model Langmuir dan Freundlich. Model isoterm digunakan untuk menggambarkan hubungan antara konsentrasi zat di larutan dan jumlah zat yang terikat pada permukaan adsorben dalam kondisi kesetimbangan. Karakterisasi yang digunakan pada penelitian ini yaitu spektrofotometer FTIR dan SEM. Karakterisasi FTIR ini digunakan untuk memastikan keberhasilan sintesis dengan mengetahui gugus fungsi yang terdapat pada struktur polimer serta morfologi permukaannya sebelum dan sesudah adsorpsi. SEM digunakan untuk mengetahui morfologi PANI. Hasil karakterisasi FTIR menunjukkan bahwa PANI yang disintesis mengandung gugus fungsi utama seperti benzenoid dan kuinonoid, serta ikatan CN dan N-H yang merupakan struktur polianilina. Hasil SEM menunjukkan bahwa

partikel PANI memiliki bentuk aglomerat yang tidak teratur, menunjukkan bahwa

morfologi

permukaannya sesuai untuk aplikasi sebagai adsorben karena menyediakan area permukaan yang luas. Optimasi parameter adsorpsi dilakukan terhadap dosis adsorben, pH larutan, dan waktu kontak. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa dosis optimum PANI untuk adsorpsi MB adalah sebesar 10 mg, dengan pH optimum pada pH 8, dan waktu kontak optimum selama 70 menit. Pada kondisi tersebut, efisiensi dan kapasitas adsorpsi mencapai nilai maksimal. Model kinetika yang paling sesuai adalah model orde dua semu, yang mengindikasikan bahwa laju adsorpsi tidak hanya tergantung pada konsentrasi adsorbat, tetapi juga pada ketersediaan situs aktif adsorben. Model isoterm adsorpsi menunjukkan bahwa model Freundlich lebih sesuai, menunjukkan bahwa proses adsorpsi terjadi pada permukaan heterogen dan membentuk lapisan multilayer. Studi termodinamika menunjukkan bahwa proses adsorpsi metilen biru oleh PANI bersifat spontan, endotermik, dan terjadi peningkatan ketidakteraturan. Nilai perubahan entalpi juga menunjukkan bahwa adsorpsi melibatkan interaksi fisik (fisisorpsi). Analisis interaksi antara adsorben dan adsorbat dilakukan dengan membandingkan spektrum FTIR sebelum dan sesudah proses adsorpsi. Hasil dari analisis ini ditemukan bahwa PANI dalam bentuk emeraldine salt mengalami dedoping selama proses adsorpsi dan berubah menjadi bentuk emeraldine base. Interaksi yang terlibat antara PANI dan MB berdasarkan analisis ini yaitu berupa interaksi π-π stacking antara cincin aromatik MB dan backbone aromatik PANI.