Indonesian Journal of Chemical Science and Technology

## State University of Medan
e-ISSN : 2622-4968, p-ISSN : 2622-1349
IJCST-UNIMED, Vol. 05, No. 2, Page ; 58 – 62
Received : March 11 th , 2022 Accepted :  May 13 th , 2022             Web Publised ; July 30 th , 2022
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Removal of Heavy Metal Copper (Cu) Ions from Wastewaters

## Using Various Bio-adsorbents
Khairunnisa*, Siti Rahmah, Rini Selly, Jasmidi, Hafni Indriati Nasution and Moondra Zubir
Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Medan, Medan 20221,
Indonesia
*Email : knisa0707@gmail.com

## ABSTRACT
Biosorbent derived from agricultural waste as one of the widely used adsorbents has many applications in the environment  to  remove  pollutants,  one  of  which  is  heavy  metal  copper  (Cu).  In  this  paper,  natural  sources  of agricultural waste materials have been reviewed and have potential as biosorbents for the absorption of heavy metal  copper  (Cu).  The  characteristics  of  the  biosorbent  that  can  be  used  for  the  absorption  of  heavy  metal copper  (Cu)  depend  on  the  surface  area  and  pore  structure  made  by  the  modified  method.  The  biosorbent modification method depends on the precursor and the expected biosorbent characteristics. Natural biosorbents can  be  converted  into  modified  biosorbents  by  chemical,  physical,  or  physico-chemical  modifications. Therefore, this paper aims to provide information about the absorption of adsorbents from agricultural wastes that have been reported for the absorption of heavy metal copper (Cu) in wastewater
Keywords : biosorbent, adsorption, copper (Cu), agricultural waste, wastewater

## I. Pendahuluan
Pesatnya perkembangan industri seperti industri  pelapisan  logam,  operasi  pertambangan, industri  pupuk,  pestisida,  penyamakan  kulit, baterai,  dan  industri  kertas  menyebabkan  limbah logam  berat  secara  langsung  atau  tidak  langsung dibuang  ke  lingkungan  semakin  meningkat.  Tidak seperti  kontaminan  organik,  logam  berat  tidak dapat  terurai  secara  hayati  dan  cenderung terakumulasi  dalam  organisme  hidup  dan  banyak ion  logam  berat  diketahui  bersifat  toksik  atau karsinogenik. 1 Meningkatnya kadar  logam  beracun yang  dibuang  ke  lingkungan  sebagai  limbah industri  merupakan  ancaman  serius  bagi  kesehatan manusia,  sumber  daya  kehidupan,  dan  sistem ekologi. 2 Logam  berat  beracun  yang  menjadi
perhatian  khusus  dalam  pengolahan  air  limbah industri  antara  lain  seng  (Zn),  tembaga  (Cu),  nikel (Ni), merkuri (Hg), kadmium (Cd), timbal (Pb) dan kromium (Cr).
Tembaga  (Cu)  adalah  elemen  penting  dan diperlukan untuk sintesis enzim serta perkembangan jaringan dan tulang. Cu (II) beracun dan  karsinogenik  bila  tertelan  dalam  jumlah  besar dan  menyebabkan  sakit  kepala,  muntah,  mual, gagal hati dan ginjal, masalah pernapasan dan sakit perut.  Tembaga  yang  berlebihan  dalam  sistem kelautan  telah  ditemukan  merusak  kehidupan  laut dan  merusak  insang,  hati,  ginjal,  sistem  saraf,  dan mengubah  kehidupan  seksual  ikan. 3 USEPA  telah menetapkan  batas  tembaga  pada  1,3  ppm  dalam
59
© 2022 State University of Medan
limbah industri. Sumber industri tembaga termasuk peleburan, pertambangan, pelapisan listrik,
finishing  permukaan,  peralatan  listrik,  elektrolisis dan komponen listrik. 4
Dihadapkan  dengan  peraturan  yang  semakin ketat,  saat  ini  logam  berat  menjadi  pencemar prioritas  lingkungan  dan  menjadi  salah  satu masalah  lingkungan  yang  paling  serius.  Berbagai teknologi pengolahan digunakan untuk menghilangkan  logam  berat  termasuk  koagulasi dan flokulasi, reverse osmosis, perawatan elektrokimia,  pertukaran  ion,  adsorpsi,  ultrafiltrasi dan  presipitasi  kimia. 5 Di  antara  metode-metode ini,  adsorpsi  adalah  yang  paling  efisien  karena teknik-teknik  lain  memiliki  keterbatasan  yang melekat  seperti  pembentukan  sejumlah  besar lumpur,  efisiensi  rendah,  kondisi  operasi  yang sensitif  dan  memiliki  biaya  operasi  yang  tinggi. Metode  adsorpsi  adalah  proses  yang  relatif  baru dan  muncul  sebagai  alternatif  pilihan  yang berpotensi  untuk  menghilangkan  logam  berat karena  memberikan  fleksibilitas  dalam  desain, efluen  yang  diolah  berkualitas  tinggi,  reversibel dan adsorben dapat diregenerasi. 1
Adsorben  dapat  dianggap  murah  tergantung pada  karakteristik  bahan  baku  yang  digunakan, seperti  ketersediaan  melimpah,  produk  sampingan dari  industri  lain,  dan  hanya  memerlukan  sedikit pengolahan  sebelum  dapat  dimanfaatkan  sebagai adsorben.  Baru-baru  ini,  limbah  pertanian  adalah prekursor potensial yang menarik minat penelitian. Banyak  penelitian  melaporkan  bahwa  hanya dengan  metode  pemrosesan  atau  proses  perawatan yang  minimal,  limbah  pertanian  dapat  digunakan secara  efisien  sebagai  prekursor  adsorben  dalam menghilangkan  logam  berat  salah  satunya  logam berat  tembaga  (Cu). 5 Bahan  limbah  pertanian biasanya  terdiri  dari  lignin  dan  selulosa  sebagai bahan  utamanya.  Komponen  lainnya  adalah ekstraktif,  hemiselulosa,  protein,  lipid,  pati,  gula sederhana,  hidrokarbon,  air,  abu,  dan  banyak  lagi senyawa  yang  mengandung  berbagai  gugus  fungsi yang  aktif  dalam  proses  pengikatan. 6 Artikel tinjauan  ini  membahas  beberapa  biosorben  dari limbah  pertanian  yang  saat  ini  digunakan  untuk menghilangkan  ion  logam  berat  tembaga  (Cu) dari air limbah.
II. Bio-adsorben yang digunakan untuk
Menghilangkan  Logam  Berat  Tembaga (Cu) dari Air Limbah

## 2.1 Sekam Padi
Sekam  padi  merupakan  limbah  pertanian  yang diperoleh  dari  penggilingan  padi  dan  mengandung persentase  silika  yang  tinggi.  Ye  et  al,  (2012) melaporkan  sifat  fisik  sekam  padi  seperti  luas permukaan  438,05m 2 /g,  densitas  curah  0,3086 g/cm 3 dan  porositas  0,38  per  fraksi. 7 Komposisi kimia sekam padi dengan analisis komponen terdiri dari  34,4%  selulosa,  29,3%  hemiselulosa,  19,2% lignin,  dan  17,1%  abu  mineral. 8 Sekam  padi  dapat digunakan sebagai  bahan  biosorben  karena stabilitas kimia yang tinggi, kekuatan mekanik dan struktur  granular. 9 Bahan  kimia  yang  digunakan untuk  modifikasi  sekam  padi  dalam  meningkatkan kapasitas  adsorpsi  antara  lain  basa  natrium hidroksida  dan  natrium  karbonat.  Li  et  al  (2015) sekam  padi  termodifikasi  natrium  hidroksida dengan  penambahan  asam  klorida  untuk  proses penetralan  melaporkan  kapasitas  adsorpsi  untuk penyerapan  tembaga  sebesar  8,89  mg/g  dengan efisiensi  penyerapan  98%  dan  pH  optimum  6. 9 Acharya  et  al  (2019)  modifikasi  sekam  padi menggunakan  natrium  bikarbonat  melaporkan kapasitas  adsorpsi  untuk  penyerapan  tembaga  dari air  limbah  sebesar  4,8  mg/g  dengan  efisiensi penyerapan 97%  dan  pH optimum 6. 10 Jaman et al (2009)  mengolah  sekam  padi  menggunakan natrium  hidroksida  dengan  penambahan  aquades untuk proses penetralan memiliki efisiensi penyerapan  98%  pada  pH  optimum  9. 11 Tabel  1. Menyajikan data adsorpsi tembaga (Cu) menggunakan sekam padi sebagai biosorben.

## 2.2 Tempurung Kelapa
Tempurung kelapa adalah biomassa lignoselulosa  yang  mudah  diperoleh  dari  pertanian dan  memiliki  biaya  rendah,  struktur  padat,  kadar abu rendah, dan kekuatan tinggi.
Biomassa/biomaterial  ini  terdiri  dari  beberapa gugus  kimia  atau  fungsional  seperti  asetamido, amino,  amida,  sulfhidril,  sulfat,  dan  karboksil, hidroksil, dll yang dapat menarik dan menyerap ion logam  dari  larutan. 3 Acheampong  et  al,  (2014) melaporkan  sifat  fisik  sekam  padi  seperti  luas permukaan  0,4  m 2 /g,  densitas  curah  1,35  g/cm 3 , porositas  55%  dan  volume  spesifik  0,90  cm 3 /g.
© 2022 State University of Medan
Tabel 1. Adsorpsi Tembaga (Cu) Menggunakan Sekam Padi sebagai Adsorben
Adsorben Konsentrasi Logam (mg/L) pH Optimum Model Waktu Kontak (min) Massa Adsorben (g/L) Kapasitas Adsorpsi (mg/g) Efisiensi Penyerapan (%) Referensi Sekam padi 500 9 Langmuir 240 1 - 99,2 [12] Sekam padi modifikasi NaOH & HCl 5 6 Langmuir 30 0,2 8,89 98 [9] Sekam padi modifikasi Na 2 CO 3 10 6 -
60 10 4,8 97 [10] Abu sekam padi 400 6,2 - 180 1 20,12 99,52 [13] Karbon aktif sekam padi 64 5 Langmuir 1440 0,4 9,57 - [14]
Bahan  kimia  yang  digunakan  untuk  modifikasi sekam padi dalam meningkatkan kapasitas adsorpsi antara lain basa natrium hidroksida dan asam tanat. Perlakuan basa dalam biosorben dapat menghilangkan  komponen  seperti  lignin  dan hemiselulosa  juga  memberikan  kelarutan  selulosa yang  lebih  besar  karena  mencegah  pembentukan ikatan intramolekul. 3 Neto et al (2013) melaporkan tempurung  kelapa  yang  diberi  perlakuan  alkali dengan penambahan
natrium
hidroksida
dibandingkan  dengan  tempurung  kelapa  tanpa perlakuan  alkali  memiliki  efisiensi  adsorpsi  yang lebih tinggi. Modifikasi tempurung kelapa menggunakan  asam  tanat  dengan  perlakuan  alkali meningkatkan  efisiensi  penyerapan  dari  79,95% untuk  tempurung  kelapa  tanpa  modifikasi  menjadi 92,3%  dengan  pH  optimum  5,5.  Tabel  2. Menyajikan data adsorpsi tembaga (Cu) menggunakan tempurung kelapa sebagai biosorben.
3
Tabel 2. Adsorpsi Tembaga (Cu) Menggunakan Tempurung Kelapa sebagai Adsorben
Adsorben Konsentrasi Logam (mg/L) pH Optimum Model Waktu Kontak (min) Massa Adsorben (g/L) Kapasitas Adsorpsi (mg/g) Efisiensi Penyerapan (%) Referensi Tempurung kelapa 10 7 - 420 20 - 80 [2] Tempurung kelapa modifikasi C 76 H 52 O 46 40 5,5 Langm uir 180 50 18,46 92,3 [3] Karbon aktif tempurung kelapa modifikasi NaOH 5 5 - 60 1 - 90 [15] Karbon aktif tempurung kelapa modifikasi HNO 3 5 5 -
60 1 - 90 [15] Karbon aktif tempurung kelapa modifikasi KmnO 4 5 5 -
60 1 - 90 [15] Karbon aktif tempurung kelapa modifikasi FeSO 4 5 7 -
60 6 - 60 [15]

## 2.3 Kulit Jagung
Kulit  jagung  adalah  biosorben  yang  efektif  dan murah  untuk  pemurnian  air.  Kandungan  kulit jagung  terdiri  dari  selulosa  36,81%,  abu  6,04%, lignin  15,7%,  dan  hemiselulosa  27,01%.  Bahan kimia  yang  digunakan  untuk  modifikasi  kulit jagung  dalam  meningkatkan  kapasitas  adsorpsi antara  lain  asam  tanat,  asam  metanoat,  dan  fenol. Edbert  et  al  2017  melaporkan  kulit  jagung  tanpa modifikasi  memiliki  kapasitas  adsorpsi  sebesar 9,65  mg/g  dengan  pH  optimum  5,  adanya
modifikasi dengan asam tanat  yang dilakukan oleh Gashemi  et  al  2017  menunjukkan  adanya peningkatan  kapasitas  adsorpsi  menjadi  18,5 dengan  pH  optimum  6. 16,6 Duru  et  al  2019 melaporkan  modifikasi  kulit  jagung  menggunakan fenol, asam tanat, dan asam metanoat meningkatkan efisiensi penyerapan dari 74% untuk kulit  jagung  tanpa  modifikasi  menjadi  75%,  87% dan  92%  masing-masing  dengan  waktu  optimum 20-25  menit. 17 Tabel  3.  Menyajikan  data  adsorpsi tembaga  (Cu)  menggunakan  kulit  jagung  sebagai biosorben.
Tabel 3. Adsorpsi Tembaga (Cu) Menggunakan Kulit Jagung sebagai Adsorben
Adsorben Konsentrasi Logam (mg/L) pH Optimum Model Waktu Kontak (min) Massa Adsorben (g/L) Kapasitas Adsorpsi (mg/g) Efisiensi Penyerapa n (%) Referensi Kulit jagung 50 5 - 45 0,2 9,65 - [16] Kulit jagung modifikasi C 76 H 52 O 46 10 6 Langmuir 90 1 18,5 74 [6] Kulit Jagung 100 5,5 - 20-25 0,2 - 74 [17] Kulit jagung modifikasi C 76 H 52 O 46 100 5,5 - 20-25 0,2 - 87 [17] Kulit jagung modifikasi CH 2 O 2 100 5,5 - 20-25 0,2 - 75 [17] Kulit jagung modifikasi
C 6 H 6 O
100 5,5 - 20-25 0,2 - 92 [17]

## III. Kesimpulan
Limbah  pertanian  merupakan  salah  satu  limbah yang  potensial  untuk  dijadikan  biosorben  dalam proses  adsorpsi  karena  harganya  yang  murah, ketersediannya  yang  melimpah  dan  terkadang  juga dapat  mencemari  lingkungan.  Biosorben  dari limbah  pertanian  memiliki  luas  permukaan  dan daya  adsorpsi  yang  baik  dalam  penyerapan  logam tembaga  (Cu).  Proses  modifikasi  pada  biosorben limbah  pertanian  menjadi  salah  satu  proses  yang berpengaruh pada morfologi adsorben dan meningkatkan  kemampuan  adsorpsi.  Modifikasi secara  fisika  maupun  kimia  dengan  proses  termal ataupun penambahan senyawa asam dan basa dapat meningkatkan efisiensi penyerapan dalam beberapa adsorben yang berasal dari limbah pertanian.

## Referensi
1.   Fu  F,  Wang  Q.  (2011,  Jan.).  "Removal  of heavy  metal  ions  from  wastewaters:  A review." J Environ Manage . 92, pp.407-418.
2.   Acheampong  MA,  Pereira  JPC,  Meulepas RJW,  Lens  PNL.  (2012,  Feb).  "Kinetics modelling of Cu(II) biosorption on to coconut shell and Moringa oleifera seeds from tropical regions." Environ Technol . 33(4), pp.409-417.
3.   De  Oliveira  Sousa  Neto  V,  Melo  DQ,  De Oliveira  TC,  et  al.  (2014,  Mar).  "Evaluation of  new  chemically  modified  coconut  shell adsorbents  with  tannic  acid  for  Cu  (II) removal from wastewater." J Appl Polym Sci . pp.1-11.
4.   Renu  Bisht,  Agarwal  M,  Singh  K.  (2016). "Heavy metal removal from wastewater using various adsorbents: A review." J Water Reuse Desalin . pp.1-33.
5.   Rahim  ARA,  Iswarya,  Johari  K,  Shehzad  N, Saman N, Mat H. (2021, Jan). "Conversion of
coconut  waste  into  cost  effective  adsorbent for  Cu(II)  and  Ni(II)  removal  from  aqueous solutions." Environ Eng Res . 26(4), pp.1-9.
6.   Ghasemi SM, Mohseni-Bandpei A,
Ghaderpoori M, et al. (2017). "Application of modified maize hull for removal of cu(II)ions from  aqueous  solutions." Environ  Prot  Eng . 43(4), pp.93-103.
7.   H,  Zhang  L,  Zhang  B,  Wu  G,  Du  D.  (2011, Jan).  "Adsorptive  removal  of  Cd(II)  from aqueous  solution  using  natural  and  modified rice  husk." Int  J  Eng  Res  Appl .  2(2),  pp.855- 863.
8.   Elhafez  SEA,  Hamad  HA,  Zaatout  AA, Malash  GF.  (Jan,  2017).  "Management  of agricultural  waste  for  removal  of  heavy metals  from  aqueous  solution:  adsorption behaviors, adsorption mechanisms, environmental protection, and techno- economic  analysis." Environ  Sci  Pollut  Res . pp. 1-19.
9.   Li  WC,  Law  FY,  Chan  YHM.  (2015,  Jul). "Biosorption  studies  on  copper  (II)  and cadmium  (II)  using  pretreated  rice  straw  and rice husk." Environ Sci Pollut Res . pp.1-13.
10.  Acharya  J,  Kumar  U,  Meikap  BC.  (2015, Apr).  "Thermodynamic  spectral  and  kinetic analysis  of  the  removal  of  Cu(II)  from aqueous solution by sodium carbonate treated rice  husk." J  Environ  Sci  Heal  -  Part  A Toxic/Hazardous Subst Environ Eng . pp.1-9.
11.  Jaman  H,  Chakraborty  D,  Saha  P.  (2009, Aug).  "A  study  of  the  thermodynamics  and kinetics of copper adsorption using chemically  modified  rice  husk." Clean  -  Soil, Air, Water . 37(9), pp.704-711.
12.    Sadeek  SA,  Negm  NA,  Hefni  HHH,  Abdel Wahab  MM.  (2015,  Aug).  "Metal  adsorption by agricultural biosorbents: Adsorption isotherm,  kinetic  and  biosorbents  chemical structures." Int  J  Biol  Macromol .  81,  pp.400- 409.
13.   Wang  LH,  Lin  CI,  Wu  FC.  (2010,  Jan).
"Kinetic study of adsorption of copper (II) ion from  aqueous  solution  using  rice  hull  ash." J Taiwan Inst Chem Eng . 41, pp.599-605. 14.   Zhang  J,  Fu  H,  Lv  X,  Tang  J,  Xu  X.  (2011, Sep).  "Removal  of  Cu(II)  from  aqueous solution  using the rice husk carbons  prepared by  the  physical  activation  process." Biomass and Bioenergy . 35, pp.464-472.
15.   Deng  Z,  Sun  S,  Li  H,  et  al.  (2021,  Feb). "Modification of coconut shell-based activated carbon and purification of wastewater." Adv  Compos  Hybrid  Mater .  4,
pp.65-73.
16.   Duru  C,  Duru  IA,  Chidi  Edbert  D,  Akunna DI.  (2017),  "Adsorption  Capacity  of  Maize Biomass  Parts  in  the  Remediation  of  Cu  2+ Ion Polluted Water." World News Nat Sci . 12, pp.51-62.
17.   Duru  CE,  Duru  IA,  Ogbonna  CE,  Enedoh MC,  Emele  P.  (2019,  Aug).  "Adsorption  of Copper  Ions  from  Aqueous  Solution  onto Natural and Pretreated Maize Husk:
Adsorption Efficiency and Kinetic Studies." J
Chem Soc Niger . 44(5), pp.798-803.