Adsorpsi Nitrat Menggunakan Biochar Kulit Buah Kakao Teraktivasi H3PO4 dengan Variasi Dosis Adsorben, pH, dan Konsentrasi Adsorbat

Abstract

Kulit buah kakao merupakan salah satu biomassa lignoselulosa dengan kandungan selulosa 35%, hemiselulosa 11%, dan lignin 14,6%. Berdasarkan kandungan tersebut, biomassa kulit buah kakao dapat dikonversi menjadi biochar. Biochar merupakan karbon yang dihasilkan dari konversi biomassa melalui proses dekomposisi termal dalam keadaan oksigen terbatas (pirolisis). Salah satu aplikasi biochar adalah sebagai adsorben untuk menyerap polutan baik organik maupun anorganik di lingkungan perairan. Berdasarkan porositas dan gugus fungsi di permukaannya, biochar memiliki kemampuan adsorpsi yang baik, namun perlu ditingkatkan kapasitas adosorpsinya. Peningkatan kapasitas adsorpsi untuk mengadsorp nitrat dapat dilakukan melalui proses aktivasi menggunakan zat aktivator berupa asam atau basa. Penelitian ini bertujuan untuk mengaktivasi biochar menggunakan H3PO4 dan mengkaji sifat adsorpsinya terhadap ion nitrat. Penelitian ini dibagi menjadi beberapa tahap diantaranya, pembuatan biochar, aktivasi dan karakterisasi biochar, serta studi adsorpsi terhadap ion nitrat. Pada tahap pembuatan biochar dilakukan menggunakan metode pirolisis lambat (200-480 oC) selama 4 jam. Tahap aktivasi dilakukan menggunakan larutan H3PO4 30% dengan perendaman selama 9 jam, kemudian dinetralkan dan karbonisasi pada suhu 575oC selama 1 jam menggunakan furnace. Biocharteraktivasi yang diperoleh kemudian dikarakterisasi secara fisikokimia seperti penentuan rendemen, kadar air, kadar abu, bilangan iodin dan analisis gugus fungsi menggunakan FTIR. Tahap terakhir yaitu studi adsorpsi biochar teraktivasi terhadap ion nitrat menggunakan metode batch. Variabel studi adsorpsi yang dianalisis yaitu dosis adsorben (2, 4, 6, 8, 10 g/L), pH larutan adsorbat (3, 5, 7), dan konsentrasi awal nitrat (25, 30, 35, 40, 45, dan 50 ppm). Proses adsorpsi dianalisis menggunakan metode brusin dan diukur absorbansinya dengan spektrofotometri UV-Vis pada panjang gelombang 405 nm. Hasil yang diperoleh dari tahap pembuatan biochar yaitu didapatkan rendemen sebesar 45,304% dan secara fisik perubahan warna terjadi dari biomassa yang berwarna keokelatan menjadi biochar yang berwarna hitam. Parameter fisikokimia lainnya dari biochar yaitu didapatkan kadar air sebesar 8,882%, kadar abu 25,090%, dan bilangan iodin 563,324 mg/g. Analisis gugus fungsi menunjukkan bahwa biochar memiliki gugus aktif berupa -COOH, C=O, -OH, dan C-O-C. Hasil karakterisasi dari biochar teraktivasi yaitu didapatkan rendemen sebesar 62,729%, kadar air 1,294%, kadar abu 6,565%, dan bilangan iodin 946,18 mg/g, dan hasil tersebut telah memenuhi persyaratan biochar teraktivasi menurut SNI. Analisis gugus fungsi biochar teraktivasi mengkonfirmasi terjadinya perubahan gugus fungsi dari biochar setelah proses aktivasi. Hasil menunjukkan bahwa terbentuk gugus fosfat (P=O) dari hasil aktivasi dan beberapa gugus lainnya seperti -OH, -CO, C=C yang berkontribusi terhadap peningkatan adsorpsi. Studi adsorpsi biochar teraktivasi yang dilakukan dengan beberapa variabel menunjukkan bahwa kondisi optimum tercapai ketika efisiensi adsorpsi maksimum telah didapatkan. Dosis optimum tercapai pada dosis 2 g/Ldengan efisiensi adsorpsi sebesar 63,702%, pH 5 dengan efisiensi adsorpsi sebesar 70,085%, dan konsentrasi awal 50 ppm dengan efisiensi adsorpsi sebesar 68,88%. Penelitian ini berpotensi untuk pengembangan lebih lanjut pada analisis luas permukaan (BET), morfologi (SEM) dan analisis komprehensif yang mencakup model isotherm, kinetika, dan termodinamika adsorpsi.