Perangkat Baru Penghapus Logam Berat Di Air

JurnalScience – Hidup di negara yang berkembang penuh dengan tantangan dan berbagai macam permasalahan. Permasalahan yang seringkali melanda siapa saja adalah masalah ketersediaan air bersih. Air merupakan sumber kehidupan, dimana sehari-hari kita menggunakan air untuk kebutuhan hidup kita. Tetapi pada kenyataanya hidup dikota-kota besar yang di jumpai air sebagai salah satu sumber kehidupan sudah banyak tercemar oleh logam logam berat yang sebagai efek dari berkembangnya industri. Sebuah ide jenius dari para insinyur di Brown University yang mana telah mengembangkan sebuah perangkat Air Bersih yang efisien dan dapat menghilangkan logam berat di dalam air. 

Dalam percobaan, para peneliti menunjukkan bukti bahwa kandungan kadmium, tembaga dan konsentrasi nikel di dalam air yang terkontaminasi  hilang dan air yang di hasilkan dari perangkat tersebut sesuai dengan standarisasi air. Para ilmuan berpendapat  teknik yang dikembangkan ini memiliki teknik yang terukur, layak untuk dikomersialkan dan sangat baik untuk pendukung rehabilitasi lingkungan dan pemulihan logam. 

Membersihkan air dari unsur logam berat “Benar-benar sulit untuk dilakukan,” kata Joseph Calo,profesor teknik emeritus dan juga pengelola sebuah laboratorium di Brown. Dia mencatat bahwa untuk mewujutkan itu semua dibutuhkan biaya, inefisiensi dan waktu. “Ini seperti mencoba untuk menempatkan jin untuk kembali ke dalam botol”, cela Joseph.

Permasalah ini semua mungkin akan berubah karena Calo dan insinyur lainnya di Brown menjelaskan sebuah metode baru yang menelusuri jejak logam berat di dalam air dengan cara meningkatkan konsentrasi mereka sehingga teknik penghapusan logam bisa terbukti dan dapat menghapus kandungan logam tesebut. Dalam serangkaian percobaan, para insinyur melakukan percobaan dengan metode cyclic electrowinning/precipitation (CEP) dan dapat menghilangkan 99 % dari kandungan tembaga, kadmium dan nikel di dalam air. Sistem Otomatis CEP adalah sebuah sistem yang terukur sehingga memiliki potensi untuk komersil, terutama dibidang rehabilitasi lingkungan dan pemulihan logam.

Sebuah teknik yang telah terbukti mampu untuk menghilangkan kandungan logam berat di dalam air adalah melalui mereduksi ion-ion logam berat dari elektrolit. Sementara teknik ini memilki berbagai nama seperti electrowinning, electrolytic removal/recovery or electroextraction, tetapi pada prinsip semua bekerja dengan cara yang sama yaitu dengan cara menggunakan arus listrik untuk mengubah ion logam bermuatan positip (kation) ke dalam kondisi yang stabil dan padat dimana pada keadaan ini logam dapat dengan mudah dipisahkan dari air. Kelemahan utama dari teknik ini adalah bahwa harus ada konsentrasi yang cukup tinggi kation logam di dalam air agar bisa efektif, jika konsentrasi terlalu rendah (sekitar 100 bagian-perjuta) sehingga bisa menjadi inefisiensi.

Cara lain untuk menghilangkan logam adalah melalui proses kimia sederhana. Teknik ini menggunakan hidroksida dan sulfida untuk mengendapkan ion-ion logam dari air, sehingga logam tersebut menjadi bentuk padat.  Bagaimanapun zat padat merupakan lumpur beracun dan tidak ada cara yang baik untuk menghadapinya. Tempat Pembuangan Sampah umumnya tidak akan mengambil itu, membiarkannya mengendap didalam kolam sehingga kolam menjadi beracun dan tidak ramah lingkungan.” Tak Seorangpun menginginkan itu, karena itu kewajiban besar,” Kata Calo.

Dilema yang timbul dari semua itu adalah bagaimana cara untuk menghilangkan logam yang efisien dan tampa menimbulkan efek samping yang tidak sehat, Calo dan Rekan nya Pengpeng Grimshaw dan George Hradil menggabungkan dua teknik untuk membentuk suatu sistem loop tertutup. “Kami Berkata, ‘ Mari kita gabungkan fitur menarik dari kedua metode dengan menggabungkan mereka dengan proses cyclic,’” kata Calo.

Butuh beberapa tahun untuk para peneliti ini mengembangkan sistem ini. Cara kerja sistem CEP adalah dengan melibatkan dua unit utama, satu untuk pengkonsentrasian kation dan yang lainnya untuk mengubah logam menjadi lebih stabil, logam padat dan menghilangkan logam tersebut. Pada tahap pertama, air yang sarat logam di masukkan kedalam tangki dimana asam sulfida atau natrium hidroksida ditambahkan untuk mengubah pH air, secara efektif memisahkan molekul air dari endapan logam, yang mengendap di bagian bawah. Proses ini diulang secara terus menerus sampai konsentrasi kation logam telah mencapai titik elektriwinning.

Ketika titik tercapai, selanjutnyan di kirim ke perangkat kedua, yang di sebut spouted particulate electrode (SPE). Ini merupakan proses elektrowinning berlangsung, dan kation logam secara kimiawi di ubah menjadi logam padat yang stabil sehingga dapat di hilangkan dengan mudah. Para insinyur menggunakan SPE yang dikembangkan oleh Hradil. Air bersih dikembalikan ke tangki pengendapan, dimana ion-ion logam dapat di endapkan sekali lagi. Selanjutnya air dibersihkan, air supernatant dikirim ke reservoir, dimana proses tambahan digunakan untuk lebih menurunkan tingkat konsentrasi logam. Proses ini terus diulang dengan mode otomatis cyclic sebanyak yang di inginkan sampai mencapai standar air bersih.

"Pendekatan ini menghasilkan pengurangan volume yang sangat besar dari air yang terkontaminasi asli oleh reduksi elektrokimia dari ion valensi nol-logam pada permukaan partikel katodik," tulis para penulis. "Untuk konsentrasi 10 ppm ion logam awal dipertimbangkan, pengurangan volume pada urutan 106."

Sumber: Brown University , Referensi Jurnal: Cyclic electrowinning/precipitation (CEP) system for the removal of heavy metal mixtures from aqueous solutions. Penulis Jurnal: Pengpeng Grimshaw, Joseph M. Calo, George Hradil.(Chemical Engineering Journal, 2011; 175: 103 DOI: 10.1016/j.cej.2011.09.062)

Foto by: Calo Lab/Brown University