Industri perminyakan merupakan salah satu produsen energi utama dunia. Cakupannya yang luas dan aktivitasnya yang ekstensif, termasuk ekstraksi, transportasi, penyimpanan, dan distribusi dengan intensitas tinggi, meningkatkan risiko tumpahan minyak. Insiden ini mengakibatkan kerugian ekonomi dan konsekuensi lingkungan yang parah. Dua tumpahan minyak yang signifikan telah dilaporkan, termasuk tumpahan minyak Montara, yang disebabkan oleh ledakan dan kebakaran di unit pengeboran West Atlas di ladang minyak Montara pada 29 Agustus 2009. Insiden ini menyebabkan kebocoran berkelanjutan selama 74 hari di Laut Timor, Indonesia. Bencana terkait minyak yang berulang di industri perminyakan telah menyebabkan peningkatan frekuensi kontaminasi minyak di air dan tanah. Masalah ini telah menarik perhatian global dan mendorong upaya penelitian untuk mengembangkan strategi yang efektif untuk remediasi tumpahan minyak di lingkungan laut.
Material magnetik berbasis oksida besi tidak stabil dalam kondisi asam, karena ion besi dapat terlarut dari struktur oksida, sehingga mengurangi efektivitas adsorben dalam memisahkan diri dari adsorbat. Untuk mengatasi kelemahan tersebut, diperlukan lapisan pelindung inert, seperti grafena oksida, untuk melindungi inti magnetik. Nuryono dkk. melaporkan bahwa pelapisan Fe3O4 dengan silika mencegah agregasi dan pelarutan partikel dalam lingkungan asam. Selain itu, silika menghubungkan material magnetik dan situs adsorpsi aktif. Material adsorben harus mengandung gugus fungsi hidrofobik sebagai situs adsorpsi aktif. Hal ini meningkatkan adsorpsi minyak, terutama untuk kontaminan hidrofobik seperti benzena, toluena, dan xilena.
Senyawa organosilan merupakan prekursor dalam sintesis material adsorben karena kemampuannya membentuk ikatan siloksana, yang berfungsi sebagai penghubung antara atom silika dan gugus fungsi organik. Gugus fungsi ini bertindak sebagai situs aktif hidrofobik di dalam adsorben. Heksadesiltrimetoksisilana (HDTMS) adalah salah satu prekursor organosilan yang paling banyak digunakan dan telah banyak digunakan untuk memodifikasi permukaan material dengan fungsi hidrofobik. Xu dkk. melaporkan keberhasilan pelapisan nano-SiO₂ dengan HDTMS, menghasilkan material hidrofobik dengan sudut kontak air (WCA) sebesar 170,9°. Demikian pula, Pal dkk. memodifikasi MCM-41 dengan HDTMS, menghasilkan material superhidrofobik. Duan dkk. melapisi silika dengan enzim lipase menggunakan berbagai organosilan, termasuk metiltrietoksisilana, viniltrietoksisilana, oktiltrietoksisilana, dan dodesiltrietoksisilana, menghasilkan material hidrofobik.
Penelitian ini melaporkan adsorpsi benzena, toluena, dan xilena menggunakan adsorben yang disintesis dari pasir besi magnetik yang dilapisi silika dan gugus fungsi hidrofobik. Variasi gugus fungsi hidrofobik dicapai dengan menggunakan berbagai prekursor. Prekursor-prekursor ini meliputi metiltrietoksisilana (MTES, Me), feniltrietoksisilana (PTES, Ph), dan heksadesiltrimetoksisilana (HDTMS, Hd). Setiap agen hidrofobik digunakan dalam jumlah yang bervariasi: 5, 10, 15, dan 20 mmol. Setiap variasi diuji interaksinya dengan masing-masing adsorbat. Makalah ini juga menyajikan hasil karakterisasi yang diperoleh dari analisis FT-IR, XRD, TEM, dan SEM-EDX. Waktu kontak adsorpsi, konsentrasi, model kinetika, dan model isoterm adsorpsi untuk keempat adsorbat juga dilaporkan. Hasil yang diharapkan adalah memberikan solusi yang efektif dan ekonomis untuk mengatasi kontaminasi minyak di lingkungan akuatik.
ISI
Aktivasi oksida besi pada permukaan MIS menggunakan HCl memfasilitasi konversi gugus Fe–O menjadi Fe–OH, yang memungkinkan interaksinya dengan silika membentuk jembatan siloksana. Reaksi hidrolisis dan kondensasi selanjutnya membentuk jembatan siloksana dan gugus silanol pada permukaan silika. Berdasarkan spektrum FT-IR MIS@SiO2/organosilan, pembentukan ikatan kovalen antara silika dan modifikasi fungsionalnya masing-masing terkonfirmasi, yang menunjukkan potensi adsorpsi oleh situs aktif yang terdiri dari agen hidrofobik.
Gambar SEM menunjukkan bahwa material hasil sintesis menunjukkan bentuk yang tidak beraturan, tekstur kasar, dan berbagai ukuran partikel. Distribusi partikel yang tidak seragam yang diamati pada mikrograf SEM menunjukkan dispersi heterogen gugus fungsi MIS, silika, dan organosilan. Hasil EDX mengonfirmasi keberadaan unsur-unsur kunci, termasuk karbon (C), oksigen (O), silikon (Si), dan besi (Fe), dalam MIS@SiO2/organolin. Data menunjukkan bahwa kandungan karbon bervariasi bergantung pada jenis organosilan yang ditambahkan, dengan peningkatan persentase karbon berkaitan dengan panjang rantai alkil yang lebih panjang. Persentase atom karbon tertinggi dalam adsorben yang dimodifikasi dengan HDTMS menunjukkan keberhasilan fungsionalisasi permukaan dengan senyawa organosilan.
Jenis adsorben dengan kapasitas adsorpsi optimal ditentukan dengan menginteraksikan semua variasi adsorben dengan larutan benzena, toluena, dan xilena. Sebagaimana diperkirakan, penambahan organosilan (MTES, PTES, dan HDTMS) ke permukaan MIS@SiO2 meningkatkan kemampuan adsorben untuk mengadsorpsi senyawa yang diteliti (benzena, toluena, dan xilena), kecuali untuk adsorpsi benzena pada adsorben dengan jumlah PTES dan HPTES terendah yang ditambahkan (5 mmol). Hal ini kemungkinan disebabkan oleh gugus hidrofobik organosilan, pada konsentrasi yang lebih rendah, yang berinteraksi dengan gugus fungsi pada permukaan MIS@SiO2, sehingga menurunkan kapasitas adsorpsi. Analisis difraksi sinar-X (XRD) dilakukan untuk menentukan komposisi fasa MIS@SiO2/organosilan. Puncak difraksi magnetit yang khas diamati pada nilai 2θ masing-masing sebesar 18,26°, 30,04°, 35,39°, 43,01°, 56,88°, dan 62,45°, yang sesuai dengan bidang kristalografi [110], [220], [311], [400], [422], dan [440]. Puncak-puncak ini tetap ada di semua variasi MIS@SiO2/organosilan, yang menunjukkan bahwa proses pelapisan silika dan modifikasi organosilan tidak mengubah struktur kristal magnetit.
Karakterisasi TEM mengonfirmasi keberhasilan pelapisan dan fungsionalisasi MIS dengan gugus silika dan organosilan, memperkuat integritas struktural material dan distribusi komponen fungsional yang seragam. Waktu kontak optimal untuk adsorpsi benzena adalah 210 menit, dengan kapasitas adsorpsi 15,31 mg/g pada MIS@SiO2/Hd3. Waktu kontak optimal untuk toluena adalah 150 menit, dengan kapasitas adsorpsi 46,56 mg/g pada MIS@SiO2/Ph2. Sementara itu, xilena mencapai kesetimbangan pada 180 menit, dengan kapasitas adsorpsi 71,27 mg/g pada MIS@SiO2/Hd3. Waktu kontak optimal menandai titik kesetimbangan, di mana tidak ada perubahan lebih lanjut yang terjadi pada konsentrasi benzena, toluena, atau xilena, baik pada permukaan adsorben maupun dalam larutan.
Evaluasi pengaruh waktu kontak memberikan wawasan berharga tentang kinetika adsorpsi benzena, toluena, dan xilena. Proses adsorpsi terutama diatur oleh mekanisme kemisorpsi yang melibatkan pembagian atau pertukaran elektron antara adsorben dan adsorbat. Studi-studi ini menegaskan bahwa kinetika adsorpsi sebagian besar mengikuti model pseudo-orde kedua, yang menunjukkan interaksi yang kuat antara adsorben dan adsorbat.
Perilaku adsorpsi benzena, toluena, dan xilena mengikuti model isoterm Freundlich, sebagaimana ditunjukkan oleh nilai koefisien korelasi (R²), yang mendekati 1 dibandingkan dengan model isoterm Langmuir. Model Freundlich menggambarkan proses adsorpsi berlapis-lapis pada permukaan heterogen, dengan situs-situs adsorpsi menunjukkan tingkat energi yang berbeda. Pembentukan lapisan-lapisan ini dipengaruhi oleh keberadaan gugus fungsi metil, fenil, dan heksadesil pada adsorben. Gugus metil berkontribusi terhadap sifat hidrofobisitas permukaan adsorben, yang memfasilitasi interaksi hidrofobik dan gaya Van der Waals antara adsorben dan adsorbat. Sementara itu, gugus fenil meningkatkan interaksi hidrofobik, interaksi π–π, dan gaya Van der Waals dengan benzena, toluena, dan xilena, sehingga meningkatkan kapasitas adsorpsi.
Secara keseluruhan, kapasitas adsorpsi untuk xilena > toluena > benzena pada adsorben yang dimodifikasi dengan MTES, PTES, dan HDTMS dapat dijelaskan oleh karakteristik polaritasnya, yang ditunjukkan oleh nilai Pow dan kelarutannya. Xilena memiliki nilai Pow tertinggi (3,2), diikuti oleh toluena (2,7) dan benzena (2,1).
KESIMPULAN
Penelitian ini dilakukan dengan modifikasi permukaan pasir besi magnetik (MIS) yang dilapisi silika dan difungsionalisasi dengan tiga gugus organosilan: metiltrietoksisilana, feniltrietoksisilana, dan heksadesiltrimetoksisilana, untuk mengembangkan adsorben hidrofobik. Eksperimen adsorpsi dilakukan pada konsentrasi adsorbat 5, 10, 15, dan 20 mmol. Material hasil sintesis digunakan untuk adsorpsi benzena, toluena, dan xilena, dengan varian adsorben yang paling efektif dipilih untuk evaluasi lebih lanjut terhadap waktu kontak, efek konsentrasi, kinetika adsorpsi, dan model isotermal. Konsentrasi organosilan divariasikan pada 5, 10, 15, dan 20 mmol untuk berat konstan 0,5 g MIS dan 1 mol NaSiO3. Hasil penelitian menunjukkan bahwa waktu kontak optimal untuk benzena, toluena, dan xilena masing-masing adalah 210, 150, dan 180 menit, dengan konsentrasi optimal 150 mg/L, 100 mg/L, dan 50 mg/L. Kapasitas adsorpsi maksimum yang diperoleh adalah 99,64 mg/g untuk benzena dan 114,29 mg/g untuk toluena menggunakan MIS@SiO2/Hd3 (15 mmol), dan 135,71 mg/g untuk xilena menggunakan MIS@SiO2/Ph2 (10 mmol). Kinetika adsorpsi mengikuti model pseudo-orde kedua, sementara isoterm adsorpsi sesuai dengan model Freundlich. Temuan ini menyoroti potensi material yang dikembangkan sebagai adsorben yang efektif untuk mengurangi pencemaran minyak di lingkungan perairan.
