Pemanfaatan Limbah Tandan Kosong Kelapa Sawit sebagai Membran Pemisah Minyak/Air Multifungsi dan Berkelanjutan

Masalah polusi air akibat limbah industri, polusi air laut, tumpahan minyak masih menjadi tantangan dunia.^1,2,3 Kebocoran produk kimia dan pembuangan air limbah industri berminyak ke perairan dapat mengancam kesehatan manusia termasuk keanaekaragam hayati.^4,5 Dilaporkan bahwa pantai Perancis yang tercemar tumpahan minyak membunuh jutaan invertebrata dan ±20.000 burung.⁶ Minyak menghancurkan kemampuan isolasi mamalia berbulu, menolak air dari bulu burung, mengkontaminasi makan hewan menjadi toksik, serta mengakibatkan perubahan reproduksi, tingkat pertumbuhan, atau bahkan kematian hewan. Beberapa teknik telah dikembangkan untuk mengatasi masalah tersebut termasuk degradasi biologis, bahan kimia, pembakaran terkontrol, penyerapan fisik, dan pemisahan membran.⁵ Mengingat kompleksitas dan keragaman air berminyak, perlu pengembangan bahan pemisahan yang sangat efisien melalui strategi ramah lingkungan.⁷

Indonesia merupakan produsen minyak sawit terbesar di dunia dengan luas yang mencapai 14.3 juta hektar pada tahun 2018.⁸ Setiap 1 hektar menghasilkan ±20.43% tandan kosong kelapa sawit (TKKS) dari 21.63 ton biomassa per tahun. Namun, peningkatan produksi minyak sawit berkontribusi terhadap masalah lingkungan, seperti hilangnya keanekaragaman hayati dan polusi oleh emisi nutrisi, polusi udara, dan gas rumah kaca.⁹ Pabrik minyak sawit mengkontaminasi air menjadi berminyak serta menghasilkan limbah TKKS yang tinggi. Oleh karena itu, perlu strategi penerapan produksi bersih untuk mengurangi dampak dari limbah TKKS dan air yang terkontaminasi minyak. Dalam hal ini, limbah TKKS dapat dimanfaatkan sebagai sumber selulosa dalam sintesis membran pemisah minyak/air (O/W).

Selulosa merupakan sumber daya terbarukan melimpah dan mampu menghilangkan polutan dari air berminyak.¹ Sebanyak 1/3 dari biomassa kelapa sawit terdiri dari TKKS yang mengandung 70-80% karbon mencakup 41.3-46.5% selulosa, 25.3-32.5% hemiselulosa, dan 27.6-32.5% lignin.¹⁰ Nanoselulosa merupakan selulosa berukuran <100 nm yang umumnya dikelompokkan menjadi nanofiber selulosa (CNF) dan nanokristalin selulosa (CNC). Pengembangan membran pemisah O/W berbasis CNF dipilih karena tidak membutuhkan bahan kimia untuk proses isolasinya, efektif, dan efisien.

Belakangan ini, bahan berpori dengan superhidrofobisitas dan superoleofilisitas telah dikembangkan sebagai bahan cerdas untuk adsorpsi minyak.² Membran nanoselulosa dari sumber daya yang murah, melimpah, dan berkelanjutan menyediakan platform berbiaya rendah untuk berbagai teknik filtrasi seperti mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, nanofiltrasi, dan reverse osmosis.¹¹ Membran berbasiskan CNF dianggap sebagai teknologi hijau yang menjanjikan untuk pemisahan O/W karena sifatnya yang biodegradable, ekonomis, terbarukan, dan dapat diproses secara komersial.^12,13 Selain itu, membran berbasis nanoselulosa juga tidak beracun, hidrofilitas yang tinggi, mudah dimodifikasi, kekuatan spesifik yang tinggi, porositas yang dapat diatur, modulus, kimia permukaan, fleksibilitas, transparansi, serta kompatibilitas yang sangat baik dengan molekul organik dan anorganik.^12,14,15,16 Interaksi kimia dan fisik yang kuat dari molekul air yang terdispersi dengan jaringan selulosa yang terjerat memungkinkan material tersebut menjadi substrat yang efektif untuk pemisahan cairan.¹⁷

Aplikasi nanoselulosa sebagai material antifouling pemurnian air dikaitkan dengan rasio luas permukaan terhadap volume yang tinggi, struktur kristal, dan tingginya jumlah gugus -OH untuk interaksi molekul dengan logam berat, pewarna, O/W, dan pengotor kimia lainnya. Nanoselulosa yang dimodifikasi mempunyai kompatibilitas dengan matriks dalam membentuk struktur jaringan yang kuat sehingga penting dalam membentuk saluran adsorpsi kotoran yang lebih baik dan fluks air yang lebih tinggi.¹⁵ Beragam strategi modifikasi nanoselulosa menjadi hidrofobik telah digunakan untuk memisahkan W/O.

Baca juga : Mau IPO, BMBL Pede Pangsa Pasar Bimbel Masih Besar

Modifikasi hidrofobik spons nanoselulosa dengan stearoil klorida menunjukkan sifat superhidrofobisitas (160° sudut kontak air), superoleofilisitas dengan penyerapan minyak secara selektif, serta kapasitas penyerapan berbagai jenis minyak dan cairan non-polar sekitar 25–55 kali lebih tinggi dari berat keringnya.¹⁸  Cervin et al.¹⁹ berhasil mensintesis spons dengan deposisi uap silan hidrofobik pada aerogel nanoselulosa ultra-berpori dengan fleksibilitas dan ketahanan struktural tinggi serta selektif menyerap minyak dari air dengan kapasitas penyerapan hingga 45 kali beratnya. Sementara itu, Meng et al.²⁰ mensintesis aerogel karbon dari selulosa mikrofibril dengan porositas tinggi, kepadatan sangat rendah (0.01 g/cm³), dan sifat hidrofobik (sudut kontak statis 149°). 

Membran graphene oxide dan CNF secara efektif memisahkan campuran O/W dalam rentang pH yang luas dengan konsentrasi garam yang tinggi.²¹ Membran filtrasi polielektrolit CNF dengan karakteristik superoleofobik bawah air juga mampu memisahkan emulsi O/W (efisiensi>99%), fluks air (>11.000 Lm^-2h^-1), menghilangkan pewarna bermuatan positif dengan fluks permeasi yang baik (>10.000L m²h^-1), dan rasio penolakan (>98%). Metode ini memiliki potensi yang sangat baik untuk merancang dan menyiapkan membran multifungsi dalam pengolahan air.²²

Busa CNF juga telah menunjukkan struktur berpori superhidrofobik (150.5°), penyerapan minyak (126.8–320.4 g·g^-1), dan dapat didaur ulang setidaknya 50 kali.²³ Gao et al.²⁴ juga telah berhasil memodifikasi CNF untuk menghasilkan aerogel superhidrofobik sebagai penyerap tumpahan minyak dan pelarut. Sun et al.²⁴ mensintesis aerogel CNF yang dimodifikasi secara regioselektif dengan oksidasi natrium periodat dan sulfonasi natrium sulfit. Aerogel menunjukkan karakteristik superoleofobisitas yang mampu menjaga stabilitas daur ulang setelah 20 siklus.

Adhesi minyak dan bakteri selama proses pemisahan menjadi tantangan besar pada biaya operasi dan masa pakai membran.²⁶ Komposit antimikroba sebagai pemisah O/W mampu mengatasi masalah kerusakan biomaterial dan kualitas air akibat kontaminasi mikroorganisme. Dalam komposit berbasis selulosa, Zhang et al.²⁷ menggunakan nanoselulosa dan kitosan sebagai bahan utama aerogel dengan penambahan monomer N-halamine siloxane. Hidrofilisitas yang kuat dari polimer alami dan struktur mikropori aerogel memberikan sifat oleofobik dengan efisiensi pemisahan yang tinggi dari berbagai jenis campuran O/W.

Sementara itu, Zhang et al.²⁸ juga menggunakan monomer prekursor N-halamine dan sianurat klorida yang dilekatkan pada nanoselulosa dan chloropropyltriethoxysilane untuk menghilangkan tumpahan dodecane dari air dan melawan S. aureus dan E. coli. Fan et al.²⁹ mencangkokkan 3-(3′-acrylicacidpropylester)-5,5-dimethyl hydantoin pada CNF teroksidasi dengan efisiensi pemisahan O/W hingga >99% dan fluks >9500 L·m^-2·h^-1. Aerogel terklorinasi tersebut mampu menonaktifkan 6.72-log E. coli dan 6.60-log S. aureus dalam waktu 10 menit hingga >50 siklus. Bahan antimikroba lainnya yang telah menunjukkan kinerjanya sebagai membran antimikroba seperti Cu²⁺,²⁴ ZnO,³⁰ graphene oxide,³¹ dan lainnya. 

Baca juga : Sirup Obat Tradisional SOHO Aman Dari Cemaran EG Dan DEG

Kedepannya, membran pemisah minyak/air dikembangkan dengan teknologi 3D printing sebagai bagian dari additive manufacturing di Industri 4.0, sebagaimana yang telah dikaji oleh Koh et al.,³² dan Zhang et al.³³ Selain itu, penggabungan mikroba pengurai minyak dalam matriks komposit tampaknya menjadi prospek untuk pengembangan kedepannya. Adapun contoh aplikasi CNF sebagai membran pemisah O/W dapat dilihat pada Gambar 1. Pengembangan membran pemisah berbasis komposit CNF diharapkan berkontribusi terhadap pilar berkelanjutan (Gambar 2) serta target sustainable development goals (SDGs) (Gambar 3).

Gambar 1 Contoh aplikasi CNF sebagai membran pemisah O/W, a) Tipe filtrasi (dimodifikasi dari ref. ³⁴), b) Tipe absorbsi.³⁵

Gambar 2 Analisa aspek pilar berkelanjutanGambar 3 Analisa kontribusi terhadap SDGs

Baca juga : Terbitkan Sukuk Wakalah Bi Al-Istitsmar I, CIMB Niaga Finance Incar Tambahan Modal Rp 1 T

Powered by Froala Editor

Update berita dan artikel RM.ID menarik lainnya di Google News

Dapatkan juga update berita pilihan dan breaking news setiap hari dari RM.id. Mari bergabung di Grup Telegram "Rakyat Merdeka News Update", caranya klik link https://t.me/officialrakyatmerdeka kemudian join. Anda harus install aplikasi Telegram terlebih dulu di ponsel.