Nanolignin dari Limbah Sawit Efektif Serap Timbal

sawitsetara.co - JAKARTA — Limbah tandan kosong kelapa sawit (TKKS) berpotensi memiliki nilai tambah baru. Senyawa lignin yang terkandung di dalamnya dapat diolah menjadi material berukuran nano dan digunakan sebagai adsorben untuk mengurangi pencemaran logam berat, termasuk ion timbal (Pb²⁺) di perairan.

Potensi tersebut terungkap dalam penelitian Sayungki, P., dan kawan-kawan bertajuk Submicron Lignin Particles from Oil Palm Empty Fruit Bunches: Synthesis, Amination, Performance of Pb2+ Adsorption, and DFT Insights. Biomass and Bioenergy, yang mengolah lignin dari TKKS menjadi partikel berukuran nano hingga submikron.

Peneliti menggunakan kombinasi proses ball milling, solvent shifting, dan ultrasonikasi untuk memperkecil ukuran partikel lignin. Hasil karakterisasi menunjukkan ultrasonikasi mampu menurunkan ukuran partikel hingga 268 nanometer. Ukuran tersebut menunjukkan terbentuknya struktur nanolignin yang dinilai efektif untuk diaplikasikan sebagai material adsorben.

Penelitian kemudian mencoba meningkatkan sifat fungsional nanolignin melalui modifikasi kimia. Lignin dimodifikasi menggunakan reaksi Mannich dengan trietilamina sebagai sumber amina tersier.

Keberhasilan proses modifikasi dikonfirmasi melalui analisis unsur CHN dan spektroskopi Fourier Transform Infrared (FTIR). Kedua analisis tersebut menunjukkan adanya penambahan gugus fungsi yang mengandung nitrogen pada struktur lignin.

Namun, hasil pengujian menunjukkan bahwa penambahan gugus amina tidak otomatis membuat kemampuan nanolignin menyerap timbal menjadi lebih baik.

Kemampuan adsorpsi ion Pb²⁺ diuji menggunakan metode batch. Konsentrasi logam setelah proses adsorpsi kemudian dianalisis dengan Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy (ICP-OES). Pengujian dilakukan terhadap lignin tanpa modifikasi dan lignin yang telah mengalami proses aminasi.

Hasilnya cukup menarik. Dari seluruh sampel yang diuji, nanolignin yang dihasilkan melalui proses solvent shifting memiliki kinerja adsorpsi terbaik. Material tersebut mampu menghilangkan ion Pb²⁺ hingga 83,9 persen.

Sebaliknya, lignin yang telah dimodifikasi melalui proses aminasi hanya menghasilkan efisiensi penghilangan Pb²⁺ sebesar 74,2 persen.

Temuan ini menunjukkan bahwa modifikasi kimia dengan gugus amina tersier berukuran relatif besar belum tentu meningkatkan kemampuan lignin sebagai adsorben. Dalam kasus ini, nanolignin tanpa modifikasi justru memberikan efisiensi penghilangan timbal yang lebih tinggi.

Untuk menjelaskan perbedaan tersebut, peneliti menggunakan pendekatan komputasi. Simulasi dilakukan menggunakan metode Density Functional Theory (DFT) yang dikombinasikan dengan Nudged Elastic Band (NEB).

Perhitungan menunjukkan adsorpsi Pb²⁺ pada lignin berlangsung secara spontan tanpa hambatan energi aktivasi. Proses tersebut juga bersifat eksotermik, dengan energi adsorpsi sekitar -0,33 eV.

Interaksi tersebut terjadi melalui pembentukan ikatan antara ion Pb²⁺ dan gugus hidroksil fenolik pada struktur lignin. Artinya, gugus hidroksil fenolik memiliki peran penting dalam proses penjerapan ion timbal.

Kondisinya berbeda setelah lignin dimodifikasi dengan gugus yang mengandung nitrogen. Keberadaan atom nitrogen menyebabkan munculnya hambatan aktivasi moderat sekitar 1,5 eV pada keadaan transisi.

Meski demikian, setelah melewati keadaan transisi tersebut, proses adsorpsi menghasilkan energi akhir yang lebih rendah atau lebih eksotermik, yakni sekitar -1,3 eV.

Simulasi juga memperlihatkan perpindahan posisi ion Pb²⁺ selama proses adsorpsi. Pada kondisi awal, ion Pb²⁺ berada di atas cincin aromatik yang terdoping nitrogen. Selanjutnya, ion tersebut bergerak menuju pembentukan ikatan Pb-O yang kuat dengan atom oksigen pada gugus hidroksil fenolik.

Hasil tersebut memberikan gambaran bahwa keberadaan nitrogen pada material tidak serta-merta menjadi faktor utama yang menentukan efektivitas adsorpsi. Ukuran dan karakteristik gugus yang ditambahkan juga berpengaruh terhadap jalur interaksi ion logam dengan permukaan lignin.

Penelitian ini sekaligus memberikan pemahaman mengenai keterbatasan penggunaan gugus amina tersier berukuran besar pada material berbasis lignin. Alih-alih meningkatkan efisiensi penyerapan Pb²⁺ dalam pengujian eksperimental, modifikasi tersebut justru menghasilkan kinerja adsorpsi lebih rendah dibandingkan nanolignin hasil solvent shifting.

Temuan ini membuka peluang pemanfaatan TKKS bukan sekadar sebagai limbah perkebunan, melainkan sebagai sumber biomaterial bernilai tambah. Lignin yang selama ini menjadi salah satu komponen organik dalam limbah TKKS dapat diproses menjadi nanomaterial untuk aplikasi pengolahan lingkungan, khususnya dalam menangani pencemaran logam berat di perairan.

Hasil penelitian juga memperlihatkan pentingnya menggabungkan eksperimen dan simulasi komputasi dalam pengembangan adsorben berbasis biomassa. Pengujian laboratorium menunjukkan seberapa efektif material menghilangkan Pb²⁺, sedangkan metode DFT dan NEB membantu menjelaskan bagaimana interaksi tersebut terjadi hingga tingkat atom.

Dengan demikian, pengembangan nanolignin dari TKKS tidak hanya bertumpu pada upaya memperkecil ukuran partikel. Pemilihan metode modifikasi dan karakteristik gugus fungsional menjadi faktor penting agar peningkatan sifat kimia material tidak justru menghambat proses adsorpsi.