Logam berat telah memberikan ancaman yang serius terhadap kesehatan manusia dan lingkungan karena tidak dapat terdegradasi secara biologis dan mudah terakumulasi di dalam jaringan makluk hidup. Hal ini disebabkan pertumbuhan sektor industri yang cepat dan sistem pengelolaan air limbah industri yang kurang sesuai. Ada beberapa jenis ion logam berat yang ditemukan di lingkungan air, diantaranya adalah Pb, Cd, Hg, Cr, Cu, Ni, Zn, dan As. Seperti dilaporkan oleh Zhou et al. (2018), konsentrasi ion Pb2+ di sungai dan danau meningkat secara drastis di 5 benua yaitu dari 9.38 µg/L pada tahun 1970 menjadi 116.13 µg/L pada tahun 2010, dimana konsentrasinya sudah 5 kali lebih tinggi daripada standar WHO yaitu 10 µg/L. Semakin meningkatnya kepedulian terhadap pembangunan yang berkelanjutan (SDG’s) terutama terkait dengan good health and well-being (3), responsible consumption and production (12), protecting life below water (14), dan life on earth (15) telah memicu studi yang intensif yang berfokus pada panapisan ion logam berat dari badan air.
Berapa teknologi penapisan ion logam berat telah dikembangkan, diantaranya adalah teknologi pengendapan kimia, penukar ion, adsorpsi, filtrasi membran, listrik, dan fotokatalitik. Diantara teknologi tersebut, adsorpsi meggunakan adsorben alami/ biosorben merupakan metode penapisan ion logam berat yang terus dikembangkan karena efektif, pengoperasiannya mudah, murah, dan ramah lingkungan. Beberapa jenis biosorben yang sudah disintesis, dikembangkan, dan diaplikasikan untuk proses penapisan ion logam berat diantaranya adalah lumut, alga, dan biopolisakarida. Biopolisakarida menawarkan keunggulan-keunggulan karena merupakan jenis biosorben yang mudah dikontrol dibandingkan dengan lumut dan alga. Salah satu contoh senyawa yang tergolong biopolisakarida adalah kitosan.
Kitosan mempunyai gugus amina dan hidroksil yang mempunyai kapasitas membentuk ikatan dengan ion logam berat yang sangat tinggi. Kitosan dapat disintesis dari kitin yang dapat diperoleh dari cangkang hewan golongan crustacea, cangkang molusca, insekta, dan jamur melalui proses deasetilasi, demineralisasi, dan deproteinasi. Kitosan dapat mengadsorpsi ion logam berat melalui mekanisme interaksi elektrostatik antara ion logam berat dengan pasangan elektron bebas yang terdapat pada gugus fungsi amino kitosan menghasilkan proses adsorpsi yang efektif. Kapasitas adsorpsi kitosan terhadap ion logam berat bisa ditingkatkan dengan cara mencangkokkan senyawa/ gugus fungsi tertentu di dalam struktur kitosan. Modifkasi ini juga bisa menyebabkan proses adsorpsinya menjadi lebih selektif. Dalam penggunaannya kitosan dapt dibuat dalam bentuk bead, membran, fiber, dan nanopartikel.
Kitosan alami menunjukkan keunggulan dalam hal biokompatibel, non toksik, dan bisa terurai secara biologis. Namun, kitosa alami juga masih menunjukkan kekurangan karena jeleknya sifat mekanik, termal, dan stabilitas kimia. Selain itu, kitosan alami seringkali tidak efektif jika diaplikasikan pada kondisi pH, panas, dan modifikasi kimia yang ekstrem. Untuk mengatasi hal tersebut, maka dilakukan proses coss-link untuk memperkuat struktur kitosan.
Adsorpsi ion logam berat oleh kitosan merupakan multi step proses yang terdiri dari (1) difusi ion logam berat pada permukaan kitosan; (2) pendekatan permukaan, dimana ikatan hidrogen yang lemah atau interaksi elektrostatik menginisiasi terjadinya kontak; (3) pembentukan kelat dan kompleks, membentuk ikatan koordinasi M–N dan M–O yang stabil; (4) stabilisasi kesetimbangan, dimana ion yang tersisa tertahan di bagian luar permukaan kitosan atau merupakan interaksi sekunder.
Ada beberapa strategi yang harus dilakukan untuk meningkatkan efektivitas kitosan sebagai biosorben untuk penapisan ion logam berat yaitu grafting/ pencangkokan senyawa/ gugus fungsi tertentu pada struktur kitosan untuk meningkatkan afinitas dan selektivitas biosorben, crosslink/ ikatan silang untuk meningkatkan stabilitas struktur biosorben, dan modifikasi morfologi untuk mengontrol asesibilitas sisi aktif dan transport massa biosorben.
Penulis: Ganden Supriyanto
Link terkait artikel ilmiah populer di atas, POLYMER BULLETIN: Decontamination of toxic heavy metal ions by chitosanbased biosorbent: rational designs.
https://link.springer.com/article/10.1007/s00289-025-06058-x
