Polusi merupakan masalah besar di wilayah perairan, termasuk sungai dan laut. Kondisi ini dapat memengaruhi organisme perairan seperti ikan, krustasea, gastropoda, bentos, plankton, dan tumbuhan air. Logam berat dapat merusak lingkungan perairan melalui proses adsorpsi, presipitasi, dan kopresipitasi. Hal ini dapat menyebabkan peningkatan biota perairan yang terpapar logam berat. Salah satu cara untuk menghilangkan ion logam berat adalah melalui proses adsorpsi. Adsorpsi merupakan proses yang murah, mudah dioperasikan, efisien, dan efektif untuk mengadsorpsi logam berat di lingkungan perairan. Beberapa jenis material yang sering digunakan sebagai adsorben adalah karbon aktif. Namun, material ini cukup mahal dan tidak mudah terurai secara hayati. Eksplorasi material adsorben berbiaya rendah dapat disintesis dari sumber daya alam seperti alginat karena kelimpahan, ketersediaan, keterjangkauan, dan biodegradabilitasnya. Lebih lanjut, alginat memiliki gugus fungsional hidroksil (OH) dan karboksil (COOH), di mana kedua kelompok ini adalah kelompok-kelompok yang memainkan peran utama dalam proses adsorpsi logam berat melalui pertukaran ion.

Hidrogel adalah jaringan tiga dimensi yang dapat dihubungkan secara fisik dan kimia. Hidrogel banyak digunakan sebagai adsorben karena tidak hanya memiliki kemampuan pembengkakan dan adsorpsi yang tinggi, tetapi juga mudah dimanipulasi, diregenerasi, dan digunakan kembali. Kombinasi alginat dengan PVA dalam pembentukan hidrogel sangat efektif dalam meningkatkan sifat fisikokimia hidrogel. Gelasi campuran alginat/PVA yang dimediasi Ca²⁺ dapat membentuk jaringan polimer semi-interpenetrasi pada skala molekuler, di mana jaringan alginat yang kaku tersebar dan saling terkait dengan jaringan PVA yang lunak. Beberapa penelitian telah dilakukan terkait sintesis hidrogel dari alginat/PVA untuk adsorpsi logam berat Cu (II), dengan hasil kapasitas adsorpsi 50% dalam 24 jam, kemudian dengan hasil kapasitas adsorpsi 30% dalam 24 jam, kapasitas adsorpsi 60% dalam 24 jam perlakuan dan hasil kapasitas adsorpsi 40% dalam 24 jam. Sintesis hidrogel AG/PVA/grafit oksida dengan kapasitas adsorpsi 75% dalam 6 jam. Jumlah logam berat Cu (II) yang dapat diserap oleh butiran hidrogel dari alginat dan PVA dilaporkan bervariasi, berkisar dari 85,17 ppm hingga 215,68 ppm.

Namun, penggunaan polimer alami sebagai adsorben ramah lingkungan telah menarik perhatian yang signifikan. Hidrogel alginat/PVA menawarkan keuntungan seperti ikatan mekanik yang kuat dan sifat fisikokimia yang stabil, tetapi kedua polimer tersebut hanya dapat menyerap sejumlah kecil logam berat dalam jangka waktu lama. Berdasarkan hasil penelitian saat ini, hidrogel hanya dapat menyerap maksimal 60% logam berat Cu (II) dalam waktu 24 jam. Oleh karena itu, perlu ditambahkan bahan mineral anorganik seperti bentonit. Bentonit adalah jenis tanah liat yang melimpah dan ekonomis. Bentonit memiliki kapasitas ionik yang tinggi, sehingga efektif dalam menyerap logam berat. Selain itu, bentonit dapat memodulasi sifat mekanik polimer karena bermuatan netral, memungkinkan muatan ini berinteraksi secara fisik dengan polimer positif dan negatif untuk membentuk ikatan silang. Pembaruan penelitian dari studi sebelumnya adalah menerapkan hidrogel pada Cu (II), yang belum pernah dilakukan sebelumnya, dan kemudian menerapkannya pada limbah cair industri kertas.

Rasio pembengkakan (swelling ratio of hydrogel) meningkat tajam dalam dua jam pertama. Selama periode ini, hidrogel mampu menyerap air pada kapasitas maksimumnya. Alginat, sebagai polimer hidrofilik, berperan dalam meningkatkan kapasitas pembengkakan. Selain itu, PVA, dengan gugus hidrofiliknya, juga memicu efek sinergis dengan alginat, membentuk ikatan hidrogen antarmolekul, memungkinkan molekul air menembus permukaan hidrogel. Rasio bentonit yang ditambahkan ke hidrogel juga memengaruhi rasio pembengkakan. Ketika komponen mineral ditambahkan, tingkat ikatan silang antar polimer berkurang secara signifikan, memungkinkan hidrogel untuk menyerap lebih banyak air. Namun, hasil rasio pembengkakan lebih besar pada perlakuan P4 dibandingkan dengan P5 karena penambahan 1,25% bentonit membuat ikatan silang terlalu padat sehingga penyerapan air oleh hidrogel menurun. Rasio pembengkakan menurun pada semua perlakuan penambahan bentonit pada jam ketiga. Hal ini karena setelah menyerap air yang cukup, butiran hidrogel mencapai keseimbangan. Hidrogel cenderung stabil atau bahkan kolaps karena kurangnya ruang penyerapan lebih lanjut. Gaya elastis yang berlawanan dengan gaya osmotik juga mencegah rasio pembengkakan berlanjut pada jam ketiga. Oleh karena itu, menurut teori Flory, ketika konsentrasi zat terlarut meningkat, tekanan osmotik menurun, dan dengan demikian, laju dan rasio pembengkakan juga menurun.

Perlakuan penambahan bentonit menunjukkan peningkatan persentase adsorpsi (adsorption test of heavy metal Cu (II), tetapi pada perlakuan penambahan 1,25% bentonit (P5), terjadi penurunan sebesar 42,383%. Hal ini karena semakin banyak bentonit yang ditambahkan, semakin kasar dan menggumpal permukaan butiran hidrogel. Permukaan yang menggumpal menyebabkan pori-pori tidak dapat terbentuk, sehingga mengakibatkan penurunan persentase adsorpsi. Bentonit berasal dari Montmorillonit (MMT), yang kaya akan gugus Al-OH. Sejumlah gugus fungsional, termasuk –OH dan -COOH, dapat terlibat dalam ikatan hidrogen untuk memfasilitasi reduksi logam berat. Bentonit juga memiliki permukaan bermuatan negatif sehingga kation dari logam berat dapat dengan mudah mengalami pertukaran ion untuk mengoptimalkan proses adsorpsi. eknologi butiran hidrogel membantu operasi industri dalam memenuhi tanggung jawab lingkungan mereka, menjadikannya alat yang berharga di bidang kesehatan dan keselamatan kerja. Salah satu karakteristik utama hidrogel, selain efisiensi adsorpsi yang tinggi, adalah kapasitas regenerasinya dengan mendesorpsi logam berat yang terserap, yang selanjutnya memungkinkan untuk digunakan kembali. Kemampuan untuk meregenerasi dan menggunakan kembali bahan adsorben juga merupakan faktor penting untuk penilaian praktis aplikasinya. Banyak hidrogel berasal dari polimer alami atau dirancang agar dapat terurai secara biologis, menawarkan alternatif yang lebih ramah lingkungan daripada metode pengolahan konvensional.

Karakteristik permukaan butiran hidrogel, seperti yang ditunjukkan secara penampang, menunjukkan bahwa hidrogel adalah jaringan tiga dimensi dengan beberapa struktur berpori terbuka. Hal ini dimungkinkan karena adanya hidrogen di antara gugus hidroksil fenolik dalam alginat dan gugus hidroksil alkohol dalam rantai polivinil alkohol. Bentonit yang dikombinasikan dengan hidrogel yang terikat silang menyebabkan permukaan yang kasar. Namun, struktur ini masih menyediakan tempat untuk adsorpsi logam berat sehingga struktur gabungan dapat berfungsi untuk mengadsorpsi logam berat Cu (II). Perubahan jumlah struktur berpori yang lebih sedikit dan lebih padat dalam hidrogel setelah proses adsorpsi disebabkan oleh hidrogel yang terisi logam berat. Hasil EDX mengkonfirmasi keberadaan beberapa unsur seperti C, O, Cl, N, dan Ca. Dua unsur terbesar adalah C dan O, yang terdistribusi secara merata, sehingga mendukung adsorpsi logam berat.

Analisis XRD digunakan untuk menentukan komposisi fase, struktur, dan fitur mikrostruktural dari bahan kristalin. Hasil uji XRD untuk perlakuan kontrol tidak menunjukkan puncak karena alginat merupakan jenis bahan amorf. Bahan amorf adalah bahan yang tidak memiliki struktur kristal yang teratur. Selain itu, susunan atom dalam bahan amorf longgar dan tidak teratur, sehingga mudah bagi cairan untuk masuk. Hasil FTIR dari butiran hidrogel dengan panjang gelombang 3414 cm^-1 menunjukkan adanya ikatan –OH. Ikatan -OH merupakan jenis gugus fungsional hidroksil di mana gugus ini memiliki peran utama dalam adsorpsi logam berat melalui pertukaran ion. Sampel butiran hidrogel setelah proses adsorpsi menunjukkan pergeseran panjang gelombang gugus hidroksil menjadi 3437 cm^-1. Pergeseran ke arah panjang gelombang yang lebih tinggi dimungkinkan karena interaksi gugus –OH aktif dengan ion logam berat, yang menyebabkan energi ikatan menjadi lebih kuat. Puncak gelombang pada 1637 cm^-1 adalah gugus fungsi karboksilat yang dapat mengalami deprotonasi untuk membentuk ikatan –COO- sehingga logam berat terikat.

Hasil aplikasi butiran hidrogel pada tiga logam berat dalam limbah cair industri kertas menunjukkan kapasitas adsorpsi sebagai berikut: Cr (VI) > Cu (II) > Pb (II). Urutan kapasitas adsorpsi dijelaskan dalam teori asam-basa Ralph Pearson (asam basa keras lunak). Teori ini mendefinisikan bahwa asam dan basa Lewis diberi label keras dan lunak berdasarkan kemampuan mereka untuk mendonasikan dan menerima pasangan elektron. Teori HSAB juga menjelaskan hubungan antara ion logam berat (asam) dan adsorben (basa) dalam proses adsorpsi. Asam keras berinteraksi lebih mudah dengan basa keras dan sebaliknya. Sampel butiran hidrogel mengandung gugus hidroksil, yang merupakan basa keras. Cr (VI) adalah asam keras, sedangkan Cu (II) dan Pb (II) adalah asam perantara. Butiran hidrogel (basa kuat) memiliki kapasitas adsorpsi terbesar pada logam berat Cr (VI) karena cenderung berinteraksi dengan asam kuat. Tahap berikutnya diperlukan eksplorasi lebih lanjut untuk menerapkan butiran hidrogel pada logam berat lainnya yang berpotensi meningkatkan kapasitas adsorpsi, seperti Cr. Butiran hidrogel menawarkan manfaat praktis untuk pengelolaan lingkungan, terutama dalam pengolahan air limbah melalui adsorpsi selektif dan penghilangan kontaminan seperti logam berat.

Penulis : Prof. Ir. Mochammad Amin Alamsjah, M.Si., Ph.D.

Fakultas Perikanan dan Kelautan

Universitas Airlangga

Miftakhul Ulumiah¹ , Mochammad Amin Alamsjah²* , Patmawati²

¹Master Program of Fisheries and Marine Biotechnology, Faculty of Fisheries and Marine, Universitas Airlangga, Surabaya, 60115. Indonesia

²Department of Marine, Faculty of Fisheries and Marine Science, Universitas Airlangga, Surabaya, 60115. Indonesia

JURNAL ILMIAH PERIKANAN DAN KELAUTAN Volume 18 No 1 February 2026 https://e-journal.unair.ac.id/JIPK/article/view/79661/35536