Modifikasi Biochar dari Tongkol Jagung Teraktivasi H3PO4 Menggunakan FeCl3 untuk Adsorpsi Ion Nitrat

Abstract

Biochar adalah material kaya karbon yang dihasilkan dari proses pirolisis biomassa dalam keadaan oksigen terbatas atau tanpa oksigen. Biochar dapat diperoleh dari berbagai biomassa, salah satunya tongkol jagung. Biochar dalam aplikasinya, digunakan sebagai adsorben. Aplikasi biochar terhadap ion nitrat memiliki kelemahan yaitu kemampuan adsorpsinya yang rendah. Dengan demikian diperlukan upaya untuk meningkatkan kinerja biochar sebagai adsorben nitrat. Salah satu upaya tersebut adalah modifikasi biochar melalui aktivasi menggunakan asam kemudian diikuti dengan penambahan logam dalam biochar. Tujuan penelitian ini yaitu memodifikasi biochar menggunakan aktivator H3PO4 dan diikuti dengan penambahan FeCl3. Dalam penelitian ini dikaji pengaruh rasio massa Fe terhadap biochar teraktivasi H3PO4 (Fe:BA) pada sifat fisikokimia biochar teraktivasi termodifikasi (BA-Fe), serta perilaku adsorpsi pada nitrat. Penelitian diawali dengan pirolisis biomassa tongkol jagung pada rentang suhu 200-594℃ selama 4 jam sehingga menghasilkan biochar. Berikutnya tahap aktivasi menggunakan aktivator H3PO4 30% selama 9 jam. Tahap berikutnya perlakuan biochar aktif (BA) dengan perendaman dalam larutan FeCl3 variasi rasio massa Fe terhadap biochar aktif (Fe:BA) yaitu 6:10, 7:10, dan 8:10. Hasil biochar dan biochar aktif dikarakterisasi rendemen, kadar air dan analisis struktur berdasarkan gugusnya. Hasil BA-Fe dikarakterisasi rendemen, struktur berdasarkan gugusnya, kadar air, kadar abu, dan bilangan iodin. Studi adsorpsi BA-Fe pada nitrat dilakukan dengan metode batch, kemudian dihitung kemampuan adsorpsi (Qe) dan uji model isotermalnya. Model isotermal yang diamati meliputi model Langmuir dan model Freundlich. Hasil rendemen biochar yang diperoleh dari pirolisis adalah sebanyak 33,722% dengan kadar air 3,922%. Biochar yang telah terbentuk setelah proses pirolisis biomassa ditandai dengan perubahan warna biomassa menjadi hitam serta tekstur yang rapuh. Biochar setelah proses aktivasi menghasilkan biochar aktif dengan rendemen sebanyak 85,245% serta kadar air sebesar 1,948%. Penambahan variasi rasio massa Fe:BA tidak mempengaruhi secara signifikan pada hasil kadar air BA-Fe. Rendemen biochar teraktivasi termodifikasi (BA-Fe) yang dihasilkan semakin meningkat seiiring dengan bertambahnya rasio massa Fe:BA. Hasil karakterisasi FTIR menunjukkan pirolisis biomassa menyebabkan perubahan pada gugus fungsi biomassa, yaitu pergeseran puncak pada gugus –OH, C-H, C=O, dan C=C akibat dekomposisi dan degradasi lignoselulosa. Hasil karakterisasi FTIR biochar aktif terdapat perubahan struktur seperti hilangnya gugus hidroksil (–OH) dan munculnya gugus fosfat (P=O) akibat aktivasi dengan H3PO4. Analisis gugus fungsi menunjukkan biochar teraktivasi termodifikasi terdapat gugus fungsi baru pada bilangan gelombang sekitar ~848-872 cm-1 yang mengindikasikan gugus Fe O. Hasil kadar abu pada BA-Fe yaitu semakin tinggi dengan penambahan rasio massa Fe:BA. Nilai bilangan iodin dari biochar yaitu 507,08 mg/g kemudian meningkat menjadi 1085,48 mg/g setelah dimodifikasi. Namun, Nilai bilangan iodin menurun kembali seiring modifikasi penambahan rasio massa Fe:BA. Uji adsorpsi dilakukan dengan variasi konsentrasi nitrat 25, 30, 35, 40, 45, dan 50 ppm menghasilkan kemampuan adsorpsi tertinggi pada variasi BA-Fe 8:10. Model isotermal adsorpsi ditinjau berdasarkan nilai koefisien determinasi (R2) tidak berbeda secara signifikan sehingga dari semua variasi biochar teraktivasi termodifikasi dapat mengikuti model Langmuir dan Freundlich. Namun karena nilai R2 tertinggi ditunjukkan pada model Freundlich maka model isotermal adsorpsi dominan terjadi pada model Freundlich. Hal tersebut mengindikasikan bahwa proses adsorpsi berlangsung secara multilayer. Saran untuk penelitian selanjutnya dapat dilakukan modifikasi dengan variasi rasio massa Fe kurang dari 6:10 dan lebih dari 8:10 untuk mengamati pengaruh penambahan Fe terhadap kemampuan adsorpsi nitrat. Selain itu, studi termodinamika dan kinetika juga disarankan untuk mengevaluasi efektivitas biochar teraktivasi termodifikasi (BA-Fe) sebagai adsorben.