Kehadiran logam berat merupakan salah satu masalah lingkungan utama. Logam berat dari kegiatan industri seperti penyamakan kulit, tekstil, dan pelapisan listrik dapat menyebabkan berbagai masalah, mulai dari penurunan kualitas air hingga masalah kesehatan manusia. Logam berat dapat masuk ke tubuh manusia melalui makanan dan minuman yang terkontaminasi atau melalui udara, yang menyebabkan efek negatif pada kesehatan manusia. Industri penyamakan kulit merupakan salah satu industri yang menghasilkan polusi logam berat kromium (Cr). Saat ini, 80-90% industri penyamakan kulit di seluruh dunia masih menggunakan kromium sebagai agen penyamakan. Proses penyamakan kulit dapat menghasilkan limbah dengan kadar kromium hingga 14,9 mg.L−1, yang melebihi batas toleransi yang ditetapkan oleh pemerintah Indonesia melalui Peraturan Kementerian Lingkungan Hidup dan Kehutanan sebesar 0,6 mg.L−1. Jika tidak diolah terlebih dahulu, kandungan logam berat dalam limbah industri ini akan berdampak negatif pada ekosistem lingkungan.
Kromium (Cr) adalah salah satu logam berat dengan sifat karsinogenik, alergi, dan iritasi. Kromium memiliki keadaan oksidasi, tetapi bentuk yang paling stabil di alam adalah kromium trivalen dan kromium heksavalen. Kromium tratifien memiliki toksisitas yang lebih rendah dibandingkan dengan kromium heksavalen. Cr(III) dalam air limbah dapat teroksidasi menjadi Cr(VI) (kromium heksavalen), reaksi yang dapat terjadi secara spontan. Oksidasi Cr(III) hingga Cr(VI) secara alami dapat terjadi di tanah karena oksidasi fotokimia atau melalui adanya pengoksidasi seperti MnO2 atau H2O2 di dalam tanah. Paparan logam berat Cr(VI) dapat menyebabkan perforasi, kerusakan septum hidung, edema kulit, serangan asma, rinitis, sakit tenggorokan, fibrosis paru, nyeri gastrointestinal akut, hati dan ginjal nekrotik, dan gangguan pada perut, sistem kemih, dan tulang.
Banyak metode telah dikembangkan untuk mengurangi kadar ion logam dalam larutan. Metode yang umum dikembangkan untuk mengurangi kadar kromium termasuk adsorpsi, bioreduksi, reduksi kimia, reduksi fotokatalitik, dan reduksi elektrokimia. Meskipun metode ini banyak digunakan untuk menghilangkan Cr(VI) dalam air limbah, mereka memiliki beberapa kekurangan. Ini termasuk memerlukan perlakuan sekunder, biaya tinggi untuk metode bioremediasi, kebutuhan akan perawatan tambahan untuk menghilangkan endapan yang dihasilkan dari pengurangan kimia, dan polarisasi konsentrasi yang dapat menghambat penghilangan Cr(VI) lebih lanjut. Salah satu bahan yang dapat digunakan untuk mengurangi kadar logam berat adalah boehmite. Boehmite adalah aluminium oksida hidroksida dengan rumus kimia g-AlOOH.
Boehmite biasanya digunakan sebagai adsorben, terutama untuk memisahkan ion logam dalam larutan. Titik isoelektrik yang tinggi dan titik muatan nol (PZC) membuat boehmite sangat halus dan efektif dalam menyerap ion logam, terutama Cr(VI). Karena adanya gugus hidroksil (–OH) pada boehmite, sering dikombinasikan dengan rantai polimer.
Filtrasi membran adalah solusi lain untuk mengurangi konsentrasi logam berat di badan air. Pemisahan membran adalah metode yang efektif karena kelebihannya, seperti pemisahan partikel terus menerus, permeabilitas tinggi, dan penggunaan kembali. Membran Matriks Campuran (MMM) sering digunakan untuk meningkatkan fungsi dan efektivitas membran, terutama dalam memisahkan analit dari matriksnya. MMM adalah membran yang dimodifikasi dengan menambahkan bahan anorganik. Efisiensi MMM meningkat karena kombinasi metode adsorpsi dan filtrasi, yang mengarah pada pemisahan yang optimal.
Kebaruan dari penelitian ini dikembangkan Mixed Matrix Membrane (MMM) dengan menggabungkan membran polyethersulfone (PES) dengan nanopartikel boehmite yang dimodifikasi dengan polifenol dari kulit Samanea saman. Kombinasi ini telah terbukti memiliki kemampuan untuk menghilangkan logam berat Cr(VI) dengan sangat baik. PES dipilih karena memiliki sifat oksidatif, kimia, sifat mekanik, dan stabilitas termal yang baik. Penambahan nanofiller boehmite-polifenol (B-polifenol) diharapkan dapat meningkatkan hidrofilisitas dan permeabilitas membran fabrikasi. Membran yang dikembangkan kaya akan gugus hidroksil, sehingga meningkatkan kemampuan untuk menyerap Cr(VI). MMM telah dicetak dalam bentuk serat berongga dan diterapkan untuk menghilangkan ion logam berat Cr (VI). Bentuk serat berongga dipilih karena memiliki luas permukaan yang sangat besar, sehingga meningkatkan kemampuannya sebagai adsorben. Membran fabrikasi akan menjalani pengujian kinerja untuk mempelajari sifat-sifatnya yang terkait dengan proses pengolahan air. Tes kinerja meliputi fluks air, porositas, hidrofilisitas, dan kapasitas penghilangan Cr(VI)
METODE
Sintesis nanopartikel boehmite dilakukan dengan melarutkan 6.490 g NaOH dalam 50 mL air deionisasi, dan 20 g Al(NO3)3.9H2O dilarutkan dalam 30 mL air suling. Larutan kemudian dicampur sampai larutan putih terbentuk. Solusinya disonik selama 3 jam pada suhu 25 °C. Campuran yang dihasilkan ditempatkan dalam oven pada suhu 220 °C selama 10 jam menggunakan metode hidrotermal. Endapan yang dihasilkan disaring, dicuci dengan air deionisasi, dan kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 105 °C.
Persiapan B-polifenol dimulai dengan ekstraksi polifenol dari bubuk kulit kayu Samanea saman. Proses ekstraksi dimulai dengan merendam bubuk kulit kayu Samanea saman dalam pelarut etanol selama 2 × 24 jam. Pelarut kemudian dikeluarkan menggunakan evaporator putar. Sebanyak 15 g boehmite yang disintesis ditambahkan ke 250 mL etanol/air (1 : 4 v/v) dan disonikasi selama 15 menit. Kemudian, 15 mL CPTES ditambahkan dan refluks pada suhu 50 °C selama 9 jam. Setelah itu, 10 g ekstrak saman Samanea ditambahkan dan direfluks pada suhu 60 °C selama 14 jam untuk mendapatkan nanopartikel boehmite-polifenol (B-polifenol). B-polifenol dipisahkan dengan sentrifugasi, dicuci dengan etanol, dan dikeringkan dalam oven pada suhu 60 °C.
Obat bius MMM dibuat dengan mencampur PES, PVP, NMP, dan B-polifenol. Pelet PES yang digunakan adalah 18 wt%, sedangkan pemuatan PVP yang digunakan adalah 1 wt%. Pemuatan B-polifenol bervariasi pada 0; 0.5; 1.0; 1.5; dan 2.0 wt%. Larutan narkoba dipanaskan pada suhu 60 °C selama 6 jam kemudian diaduk terus menerus selama 1 hari.
Mesin serat berongga pemintalan kering / basah digunakan untuk membuat membran serat berongga. Spinneret lapisan tunggal dengan ukuran diameter untuk bagian dalam dan luar 0,4/0,8 mm digunakan dalam penelitian ini. Pemintal ditempatkan dengan jarak 40 cm dengan bak mandi koagulan. Laju ekstrusi narkoba yang digunakan adalah 1 mL min−1, kecepatan pemompaan cairan bor (air suling) adalah 1 mL min−1, dan kecepatan pengumpulan adalah 5 m min−1. Pasca-perawatan serat berongga-MMM (HF-MMM) dicuci selama 50 jam dengan air keran, sehingga perendaman dalam gliserol 10% wt% selama 24 jam.
B-polifenol dicirikan oleh difraktometri sinar-X (XRD), spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR), mikroskop elektron pemindaian (SEM), penganalisis ukuran partikel (PSA). Sementara, HF-MMM dicirikan oleh mikroskop elektron pemindaian (SEM), spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR), sudut kontak air (WCA), Porositas, uji kekuatan tarik.
HASIL
Pengangkatan Cr(VI) yang dilakukan dalam penelitian ini menggunakan modul membran, sehingga diperoleh kondisi pengujian yang mirip dengan kondisi aktual. XRD, FTIR, PSA, kekuatan tarik, dan karakterisasi SEM-EDS dilakukan untuk mempelajari karakteristik membran dan nanofiller. Difraktogram XRD menunjukkan puncak spesifik untuk boehmite pada 2q = 14°. Hasil karakterisasi FTIR B-polifenol juga mengidentifikasi keberadaan gugus fungsional Al-O pada bilangan gelombang 733, 603, 474 cm−1 untuk nanofiller dan gugus fungsional OH, C]C, C-O, dan C]O untuk membran PES/B-polifenol. Berdasarkan SEM-EDS dan uji kekuatan tarik, diamati bahwa nilai modulus Young dari membran adalah 56,67 MPa dan memiliki permukaan berpori yang terdistribusi merata. Membran serat berongga matriks campuran PES/B-polifenol yang telah dibuat dapat mengurangi kadar Cr(VI) hingga 92,12%. Membran serat berongga matriks campuran PES/B-polifenol mempunyai fluks air 14,1 L m−2 h−1 dengan porositas 85,3% dan sudut kontak yang terbentuk antara permukaan membran dan air ialah 58–32°. Berdasarkan hasil yang diperoleh, membran serat berongga matriks campuran PES/B-polifenol ini berpotensi untuk diterapkan dalam skala yang lebih besar terkait penerapannya untuk menurunkan kadar Cr(VI).
Penulis: Yanuardi Raharjo, Ph.D.
Informasi detail dari penelitian ini dapat dilihat pada artikel kami di:
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/ra/d4ra09028d
Yanuardi Raharjo, Rico Ramadhan, Jourdham Nathanael, Mochamad Ifan Nugroho, Amelia Julia Tria Fetty dan Ahmad Fauzi Ismail
Application of mixed matrix hollow fiber membrane PES/B-polyphenol nanoparticle for removal of chromium hexavalent, RSC Advances, 2025, 15, 7149-7159.
https:// doi.org/10.1039/d4ra09028d
Baca juga: Efek Penambahan Exergame Boxing terhadap Fungsi Kognitif pada Lansia Wanita
