Adsorpsi Zat Pewarna Metilen Biru Menggunakan Karbon Berpori Teraktivasi NaOH
Eka Marya Mistar 1 *, Chairul Amni 2 ,  Ikramullah Zein 3 , Maulinda 4 ,
Teuku Muhammad Zulfikar 5 , Ida Hasmita 6
1,6 Program Studi Teknik Kimia, Universitas Serambi Mekkah Banda Aceh Indonesia
2,3,4 Program Studi Teknik Industri, Universitas Serambi Mekkah Banda Aceh Indonesia
5 Program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik, Universitas Serambi Mekkah, Banda Aceh Indonesia * Koresponden email : eka.marya.mistar@serambimekkah.ac.id
Diterima: 28 Juni 2023 Disetujui: 15 Juli 2023

## Abstract
Methylene blue (MB) is a dye which is frequently employed in the dyeing process of cotton, wood, and silk. However, the disposal of the wastewater without proper treatment process can lead to environmental issues.  The  use  of  different  biosorbents  as  alternative  low-cost  adsorbents  in  removing  MB  has  been extensively  studied  and  investigated,  including  their  adsorption  capacities  and  experimental  conditions. This research aims were focus to determine the adsorption of methylene blue with activated carbon. In this study, activated carbon produced from NaOH-activated yellow bamboo was utilized as a biosorbent to adsorb MB from aqueous media. Activated carbon was put into a fixed bed column with variations in the flow rate of the  MB  solution;  5  mL/minute  and  10  mL/minute.  The  adsorption  results  indicated  that  the  highest absorption  capacity  of  MB  was  8.23  mg/L  at  a  flow  rate  of  5  mL/minute  at  an  adsorption  time  of  100 minutes .
Keywords: Methylene blue, activated carbon, biosorbent, NaOH

## Abstrak
Metilen  biru  (MB) merupakan  suatu  zat  pewarna  yang  sering digunakan  pada proses  pewarnaan  kapas, kayu dan sutra. Tetapi pembuangan air limbah berwarna tanpa pengolahan yang tepat dapat mengakibatkan berbagai  masalah  lingkungan.  Penggunaan  biosorben  yang  berbeda  sebagai  adsorben  berbiaya  rendah alternatif dalam menghilangkan MB telah dipelajari dan dikaji secara luas, termasuk kapasitas adsorpsi dan kondisi eksperimentalnya. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui adsorpsi methylene blue pada karbon aktif. Dalam penelitian ini, karbon aktif yang diproduksi dari bambu kuning teraktivasi NaOH digunakan sebagai biosorben untuk menyerap MB dari media berair. Karbon aktif dimasukkan ke dalam kolom unggun tetap  dengan  variasi  laju  alir  larutan  MB  yaiut  5  mL/menit  dan  10  mL/menit.  Hasil  adsorpsi mengindikasikan bahwa daya serap MB tertinggi yaitu 8.23 mg/L pada laju alir 5 mL/menit pada waktu adsorpsi menit ke 100.
Kata kunci : metilen biru, karbon aktif, biosorben, NaOH

## 1. Pendahuluan
Dewasa ini, penggunaan zat warna sintetik pada industri tekstil sudah semakin meluas. Namun, jumlah pewarna  yang  menempel  pada  substrat  tekstil  selama  pemrosesan  bervariasi,  bahkan  hanya  mencapai hingga 50% (misalnya pada kapas) dari pewarna reaktif yang digunakan  [1]. Akibatnya, sejumlah besar pewarna terbuang ke lingkungan, terutama di media cair [2;3]. Secara umum, pewarna merupakan masalah serius bagi kesehatan manusia dan keamanan lingkungan. Mereka bisa menjadi racun dan karsinogenik dan merupakan molekul yang sulit ditangani. Pembuangan air limbah berwarna tanpa pengolahan yang tepat dapat  mengakibatkan  berbagai  masalah  seperti  kebutuhan  oksigen  kimiawi  (COD)  oleh  badan  air,  dan peningkatan toksisitas [4]. Kehadiran pewarna dalam air, bahkan pada konsentrasi rendah, beracun bagi spesies hidup dan dapat menyebabkan penghambatan fotosintesis spesies air, pengurangan zat terlarut [5].
Metilen biru (MB) merupakan salah satu zat yang paling umum digunakan untuk mewarnai kapas, kayu dan sutra. Meskipun MB tidak terlalu berbahaya, namun dapat menyebabkan beberapa efek berbahaya dimana paparan akut terhadap MB dapat menyebabkan peningkatan detak jantung, muntah, sianosis, serta nekrosis  jaringan  pada  manusia  [6].  Inovasi  dan  penelitian  dalam  pengelolaan  lingkungan  hidup  sangat diperlukan  untuk  mengurangi  dampak  berbahaya  zat  tersebut  terhadap  manusia  dan  ekosistem. Penghilangan  zat  warna  dengan  fotokatalitik  oksidasi,  mikrobiologi  atau  dekomposisi  enzimatik  dan
adsorpsi  pada  matriks  anorganik  atau  organik  adalah  proses  yang  telah  lebih  sering  disarankan  untuk menghilangkan pewarna sintetis air limbah dan air minum [7].
Di  antara  banyak  teknik  penghilangan  zat  warna  yang  saat  ini  tersedia  pada  literatur,  adsorpsi merupakan  pendekatan  yang  tergolong  murah  dan  ramah  lingkungan. Adsorpsi  memiliki  biaya  murah, fleksibilitas,  kesederhanaan  desain,  dan  kemudahan  pengoperasian.  Karakteristik  penting  lainnya  dari adsorpsi adalah tidak adanya zat berbahaya yang berasal dari kegiatan operasional [8;9]. Adsorben yang paling  umum  digunakan  sebagian  besar  adalah  karbon  aktif  [10;11].  Namun,  penggunaan  bahan  ini memiliki aplikasi terbatas dalam skala besar karena biaya produksi yang relatif tinggi [12]. Banyak bahan yang telah digunakan untuk menghasilkan karbon aktif yang berkualitas baik. Pengaruh penambahan bahan kimia dalam pembuatan karbon aktif juga telah banyak dikaji. Bahan kimia yang digunakan dalam proses aktivasi  memberikan  banyak  keuntungan,  antara  lain  temperatur  aktivasi  yang  rendah,  waktu  aktivasi, langkah aktivasi dan struktur pori yang lebih baik  [13].
Sementara itu, beberapa penelitian melaporkan potensi Bambu kuning ( Bambusa vulgaris) sebagai karbon aktif yang terbukti berpotensi untuk menyerap logam berat seperti Cd, Hg dan Zn [14]. Heidarinejad et al [15] juga menemukan bahwa adsorpsi menggunakan karbon aktif merupakan teknik yang cukup efektif untuk menyerap zat warna tersebut. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui penyerapan methylene blue pada karbon aktif berbahan baku Bambu kuning ( Bambusa vulgaris).

## 2. Metode Penelitian
Penelitian ini menggunakan karbon aktif yang diaktivasi dengan NaOH : arang =  2 : 1 pada suhu pirolisis 600 o C selama 60 menit. Pada proses adsorpsi, larutan MB dialirkan dengan konsentrasi 10 mg/L dengan  variasi  laju  alir  masing  –  masing  5  mL/  menit  dan  10  mL/  menit.  Pengukuran  konsentrasi  MB dilakukan dengan cara mencuplik sampel pada outlet kolom unggun pada 11 interval waktu (1, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, dan 100 menit).

## 3. Hasil dan pembahasan

## 3.1 Karakteristik Karbon aktif bambu kuning
Analisa luas permukaan dan diameter diperoleh dengan menggunakan metode BET. Adapun luas permukaan karbon aktif dari bambu kuning dapat dilihat pada Tabel 1 .
Tabel 1. Karakteristik karbon aktif dari bambu kuning Parameter Unit Value Luas permukaan m 2 /g 319,457 Diameter Pori Rata – Rata Å 30,513 Sumber : Data Peneliti
Karbon aktif yang dihasilkan pada penelitian ini diamati dengan alat Scanning electron microscope untuk mengetahui struktur morfologinya seperti ditunjukkan pada Gambar 1 . Seperti terlihat pada Gambar 1, pori - pori telah terbentuk pada karbon aktif yang telah diproduksi dari penelitian ini. Aktivator NaOH yang digunakan akan bereaksi dengan berbagai senyawa berbasis unsur karbon pada karbon aktif sehingga membuat pori pada permukaan karbon aktif semakin  banyak terbentuk. Reaksi tersebut akan menambah luas permukaan dan volume partikel karbon yang diaktivasi dengan NaOH.
Selanjutnya, suhu pirolisis dan rasio berat karbon terhadap NaOH menyebabkan beberapa perubahan sifat  fisik  karbon  aktif.  Peningkatan  suhu  pirolisis  dan  rasio  berat  karbon  terhadap  NaOH  berpotensi meningkatkan  hilangnya  residu  hidrokarbon  yang  menyumbat  pori  [16].  Penggunaan  aktivator  dapat mengoksidasi dan mengikis dinding karbon sehingga membentuk lebih banyak pori dan meningkatkan luas permukaan karbon, dan meningkatkan panas aktivitas kimia dalam karbon aktif juga berkontribusi pada produksi  pori  yang  lebih  banyak  [17-18].  Pori  yang  terbentuk  akan  memfasilitasi  karbon  aktif  untuk menyerap  berbagai  polutan  termasuk  MB.  Selanjutnya,  pori-pori  tersebut  akan  meningkatkan  luas permukaan karbon aktif sehingga meningkatkan luas bidang kontak antara karbon aktif dan MB .
Gambar 1 . Morfologi permukaan karbon aktif dari bambu kuning
Sumber : Data Peneliti

## 3.2 Adsorpsi Methylene blue
Penyerapan methylene blue oleh karbon aktif ditampilkan pada Gambar 2 dan Gambar 3 .
Gambar 2 . Penyerapan MB oleh karbon aktif pada Laju alir 5 mL/menit 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 20 40 60 80 100 120 K o n se n tr as i M et h y le n e B lue (m g/L ) Waktu (mg/L)
Gambar 3. Penyerapan MB oleh karbon aktif pada laju alir 10 mL/menit
Seperti terlihat pada Gambar 2 dan 3 , data proses adsorpsi mengindikasikan bahwa konsentrasi MB menunjukkan penurunan pada  tingkat  laju  alir  5  mL/menit dibandingkan  dengan  laju  alir  10  mL/menit. Konsentrasi efluen pada pencuplikan sampel di menit ke 100 pada laju alir 5 mL/menit  adalah 8,23 mg/L. Sedangkan untuk laju alir 10 mL/menit konsentrasi efluen yang diperoleh adalah sebesar 8,94 mg/L. Data yang diperoleh mengindikasikan bahwa waktu kontak antara larutan MB dengan karbon aktif akan semakin lama pada laju alir yang lebih rendah. Hal ini akan berkontribusi pada optimalnya proses penyerapan MB karena proses difusi antara zat warna tersebut di permukaan dan ke dalam pori karbon aktif akan semakin meningkat.  Proses  difusi  tersebut  akan  meningkatkan  kapasitas  adsorpsi  karbon  aktif  pada  proses penyerapan secara kontinu dalam kolom unggun tetap. Selain itu, luas permukaan karbon aktif yang tinggi juga meningkatkan proses adsorpsi MB. Pori karbon aktif yang telah terbentuk akan menyediakan fasilitas terhadap MB untuk melekat pada lapisan permukaan dan lapisan dalam karbon aktif tersebut .

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang diperoleh, maka dapat disimpulkan bahwa penyerapan MB lebih optimal pada laju alir 5 mL/menit dibandingkan dengan 10 mL/menit. Dalam hal ini, konsentrasi  efluen pada proses adsorpsi  pada menit ke 100 menunjukkan konsentrasi MB sebesar 8.23 mg/L. Proses adsorpsi akan lebih optimal apabila waktu kontak antara karbon aktif dan MB akan semakin lama dengan besaran laju alir yang lebih rendah.

## 5. Daftar Pustaka
[1]   A.A. Basheer. 2017. Chemical chiral pollution: impact on the society and science and need of the regulations in the 21st century. Chirality 30, 402-406. https://doi.org/10.1002/chir.22808.
[2]   M.H.  Dehghani,  D.  Sanaei,  I. Ali, A.  Bhatnagar.  2016.  Removal  of  chromium  (VI)  from  aqueous solution  using  treated  waste  newspaper  as  a  low-cost  adsorbent:  kinetic  modeling  and  isotherm studies. J. Mol. Liq. 215, 671-679. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2015.12.057.
[3]   E.  Burakova,  T.P.  Dyachkova, A.V.  Rukhov,  E.N.  Tugolukov,  E.V.  Galunin, A.G.  Tkachev, A.A. Basheer,  I.  Ali.  2018.  Novel  and  economic  method  of  carbon  nanotubes  synthesis  on  a  nickel magnesium  oxide  catalyst  using  microwave  radiation.  J.  Mol.  Liq.  253,  340-346. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2018.01.062.
[4]   Mohammed  M.A.,  Shitu A.  and  Ibrahim A.  2014.  Removal  of  Methylene  Blue  Using  Low  Cost Adsorbent: A Review. Research Journal of Chemical Sciences. Vol. 4(1), 91-102.
[5]   J.M.  Silva,  B.S.  Farias,  D.D.R.  Gründmann, T.R.S.  Cadaval  Jr.,  J.M.  Moura,  G.L. Dotto.,  L.A.A. Pinto. 2017. Development of chitosan/Spirulina bio-blend films and its biosorption potential for dyes. J. Appl. Polym.Sci. 134, 1-8. https://doi.org/10.1002/app.44580.
[6]   R.S. Razmara, A. Daneshfar, R. Sahrai. 2011. Determination of methylene blue and sunset yellow in wastewater and food samples using salting-out assisted liquid–liquid extraction. Journal of Industrial and Engineering Chemistry 17; 533–536. doi:10.1016/j.jiec.2010.10.028.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 20 40 60 80 100 120 K o n se n tr as i M et h y le n e B lue (m g/L )
Waktu (mg/L)
[7]   A. Apurva, Narvekar, J.B. Fernandes, S.G. Tilve. 2018. Adsorption behavior of methylene blue on glycerol based carbon materials. J Environ Chem Eng 6, 1714-1725.
https://doi.org/10.1016/j.jece.2018.02.016.
[8]   X.  Chen,  K.F  Lam,  S.F.  Mak,  W.K.  Ching,  T.N.  Ng,  K.L.,  Yeung.  2012. Assessment  of  sericin biosorbent for selective dye removal. Chin. J. Chem. Eng. 20, 426-432. https://doi.org/10.1016/S1004-9541(11)60149-3.
[9]   H.N. Bhatti, S. Sadaf, A. Aleem. 2015. Treatment of textile effluents by low cost agricultural wastes: batch biosorption study. J Anim Plant Sci 25, 284-289.
[10]   E.M. Mistar, T. Alfatah,  M.D.  Supardan.  2020. Synthesis  and  characterization  of  activated  carbon from Bambusa vulgaris striata using two-step KOH activation. Journal of Materials Research and Technology 9 (3) : 6278 – 6286. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.03.041.
[11]   A.A.  Ceyhan,  O.  Sahin, O. Baytar,  C.Saka. 2013.Surface  and porous  characterization  of activated carbon prepared from pyrolysis of biomass by two-stage procedure at low activation temperature and it’s the adsorption of iodine. J Anal Appl Pyrolysis;104:378–83.
[12]   D.S. Paz, A. Baiotto, M. Schwaab, M.A. Mazutti, M.M. Bassaco, D.A. Bertuol, E.. Foletto, L. Meili. 2013.  Use  of  papaya  seeds  as  a  biosorbent  of  methylene  blue  from  aqueous  solution.  Water  Sci. Technol. 68, 441-447.
[13]   K. Yang, J. Peng, Srinivasakannan, L. Zhang, H. Xia, X. Duan. 2010. Preparation of high surface area activated carbon from coconut shells using microwave heating, Bioresource Technology 101, 6163– 6169.
[14]   P.G. Gonzalez, and Y.B Pliego. 2015. Adsorption of Cd (II), Hg (II) and Zn (II) from aqueous solution using mesoporous activated carbon produced from Bambusa vulgaris schrad, Chemical Engineering Research and Design 92, 2715–2724.
[15]   Z. Heidarinejad, O. Rahmanian, M. Fazlzadeh, M. Heidari. 2018. Enhancement of methylene blue adsorption  onto  activated  carbon  prepared  from  date  Press  Cake  by  low  frequency  ultrasound. J.Mol.Liq. 264, 591–599. https://doi.org/10.1016/J. MOLLIQ.2018.05.100.
[16]   E.M. Mistar, S. Ahmad, A. Musim, T. Alfatah, M.D. Supardan. 2018. Preparation and characterization of a high surface area of activated carbon from Bambusa vulgaris—Effect of NaOH activation and pyrolysis  temperature.  IOP  Conf.  Series:  Materials  Science  and  Engineering  334  (2018)  012051. doi:10.1088/1757-899X/334/1/012051.
[17]   M.A. Yahya, M.H. Masor, W.A.A.W. Zolkarnaini, N.S. Rusli, A. Aminuddin, K. Mohamad, F.M.S. Aina, A.A.A. Atik. 2018. A brief review on activated carbon derived from agriculture by-product. AIP Conference Proceedings 1972, 030023. https://doi.org/10.1063/1.5041244.
[18]   Shofa,  2012.  Activated  carbon  from  bagasse  with  potassium  hydroxide  activation,  Chemical Engineering, Indonesia University.