Download - 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
5/12/2018 Bi-Functionalized Biocomposite - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bi-functionalized-biocomposite 2/11
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
5/12/2018 Bi-Functionalized Biocomposite - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bi-functionalized-biocomposite 3/11
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.
Universitas Indonesia
5/12/2018 Bi-Functionalized Biocomposite - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bi-functionalized-biocomposite 4/11
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].
Universitas Indonesia
5/12/2018 Bi-Functionalized Biocomposite - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bi-functionalized-biocomposite 5/11
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.
Universitas Indonesia
Bahan baku:
1. J. rubins
2. S.
cerevisiae
Mixing diikuti dengan
pembasahan oleh air
murni kemudian
pengeringan dan
Bi-
functionalized
biocomposite
5/12/2018 Bi-Functionalized Biocomposite - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bi-functionalized-biocomposite 6/11
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
Universitas Indonesia
Gambar 4. Gambar SEM dari bi-functionalized
biocom osite
5/12/2018 Bi-Functionalized Biocomposite - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bi-functionalized-biocomposite 7/11
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.
Universitas Indonesia
Gambar 5. Pengaruh pH terhadap adsorpsi uranium dengan menggunaka S.
cerevisiae
5/12/2018 Bi-Functionalized Biocomposite - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bi-functionalized-biocomposite 8/11
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
Universitas Indonesia
Gambar 6. Pengaruh konsentrasi uranium dalam larutan terhadap
kinerja adsorpsi
5/12/2018 Bi-Functionalized Biocomposite - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bi-functionalized-biocomposite 9/11
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
Universitas Indonesia
5/12/2018 Bi-Functionalized Biocomposite - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/bi-functionalized-biocomposite 10/11
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.
Universitas Indonesia