Hidrogel Getah Asli Sebagai Penjerap Bahan Pewarna Pencemar Dalam Air

Oleh: Prof. Madya Dr. ChM. Siti Fairus Mohd Yusoff¹,  Mhonishya Krishnamoorthy² & Fazira Firdaus³

¹ Pensyarah Kanan, Jabatan Sains Kimia, Fakulti Sains & Teknologi,
Universiti Kebangsaan Malaysia
² Pelajar Kedoktoran, Jabatan Sains Kimia, Fakulti Sains & Teknologi,
Universiti Kebangsaan Malaysia
³ Graduan Sarjana, Jabatan Sains Kimia, Fakulti Sains & Teknologi,
Universiti Kebangsaan Malaysia

Pewarna sintetik banyak digunakan dalam pelbagai industri seperti tekstil, cetakan dan pencelupan, kosmetik, petroleum dan sebagainya. Namun begitu, pencemaran bahan pewarna menarik perhatian penyelidik disebabkan peningkatan masalah pencemaran pewarna terhadap alam sekitar dan ekosistem. Pencemaran ini seringkali terjadi disebabkan pembuangan sisa industri tidak terawat ke dalam sungai. Kira-kira 90% bahan pewarna adalah daripada kumpulan azo dan antrakuinon yang sukar terdegradasi disebabkan struktur molekulnya yang mempunyai kumpulan aromatik dan sifat sintetiknya. Pelepasan bahan pewarna ke dalam air menyukarkan penyinaran matahari ke dalam air dan menganggu aktiviti fotosintetik hidupan air. Pewarna metilena biru (MB) adalah salah satu contoh pewarna yang sering digunakan dalam industri tekstil, cetakan dan kosmetik. MB juga sering menyebabkan ancaman terhadap hidupan dan alam sekitar disebabkan sifatnya yang berpotensi karsinogenik dan mutagenik serta bertoksik.

Terdapat beberapa teknik digunakan oleh para penyelidik bagi menyingkirkan bahan pewarna sintetik daripada sisa buangan industri. Antaranya adalah penjerapan, penggumpalan, pengelompokan, rawatan biologi, pengoksidaan kimia, dan rawatan elektrolisis.

Namun begitu, kebanyakan kaedah ini berkos tinggi dan tidak efektif terutama dalam menyingkirkan bahan pencemaran pada kepekatan yang rendah. Teknik penjerapan merupakan teknik yang lebih efektif kerana mempunyai kadar penjerapan yang tinggi, mudah dikendalikan, dan kos pengoperasian yang rendah berbanding kaedah yang lain (Rashidzadeh et al., 2015). Kaedah penjerapan pewarna melibatkan penggunaan bahan penjerap untuk mengeluarkan efluen pewarna daripada larutan. Penjerap ialah bahan yang mempunyai permukaan besar yang boleh menarik dan mengikat molekul pada permukaannya.

Penyingkiran bahan pewarna menggunakan bahan penjerap seperti hidrogel dengan kumpulan berfungsi karbosilik, amida, amina, atau sulfonik banyak dijalankan disebabkan tindak balas pembengkakannya terhadap kekuatan ionik, pH dan suhu selain sifatnya yang boleh diguna semula bagi penggunaan dalam rawatan sisa air (Mahdavinia et al., 2014). Tambahan pula, proses penjerapan adalah salah satu kaedah terbaik kerana ia tidak menghasilkan produk sampingan yang tidak diingini, mudah untuk dihasilkan, dan tidak sensitif kepada sebatian berbahaya.

Hidrogel didefinisikan sebagai rangkaian hidrofilik tiga dimensi yang mempunyai kapasiti serapan air yang tinggi dan tidak terlarut disebabkan kehadiran ikatan taut silang secara kimia atau fizikal (Yildiz et al., 2010). Apabila hidrogel terdedah kepada larutan pewarna, hidrogel akan menyerap larutan tersebut dan membengkak. Molekul bahan kimia tersebut akan terperangkap dalam rangkaian hidrogel disebabkan tarikan elektrostatik antara molekul tersebut dengan kumpulan berfungsi pada hidrogel. Namun begitu, kebanyakan hidrogel pada masa kini terdiri daripada bahan selulosa, kanji dan polimer sintetik mempunyai kelemahan dari segi kapasiti penjerapan serta ketahanan mekanikal yang rendah. Oleh itu, penghasilan hidrogel berasaskan getah asli (NR) mampu mengatasi kelemahan ini kerana NR mempunyai sifat keelastikan dan mekanikal yang tinggi. Berdasarkan daripada kumpulan penyelidikan kami, hidrogel yang dihasilkan daripada getah asli adalah cekap untuk menyingkirkan pewarna daripada larutan. Ini disebabkan oleh luas permukaan hidrogel yang besar dan keliangan serta ciri-ciri kimia getah asli tersebut.

NR berasal daripada pokok Hevea brasiliensis yang menghasilkan getah asli berstruktur cis-1,4-poliisoprena. Seterusnya, getah asli boleh diubahsuai menjadi getah asli cecair (LNR) yang mempunyai mikrostruktur yang sama dengan NR namun mempunyai berat molekul yang lebih rendah serta  mempunyai rantai polimer yang lebih pendek. Rantaian LNR yang lebih pendek dan berat molekul yang lebih rendah menyebabkan tindak balas lanjutan serta modifikasi kimia keatas LNR lebih mudah berbanding NR dan dapat digunakan secara meluas (Nor & Ebdon 1998).

Pengubahsuaian LNR dengan polimer organik seperti asid akrilik (AAc) telah berjaya menghasilkan hidrogel penjerap. Asid akrilik mempunyai kumpulan berfungsi –COOH yang mempunyai peranan penting dalam penjerapan dan pembengkakan hidrogel dalam pelarut air. Fungsi sebatian hidrogel meningkat semasa proses penjerapan apabila gabungan LNR dan asid akrilik (AA) digunakan, dimana ianya telah meningkatkan kecekapan penyingkiran. Berdasarkan kajian yang dilakukan oleh Ahmad et al., (2020), telah terbukti bahawa hidrogel berasaskan LNR mempunyai purata kapasiti penyingkiran pewarna sebanyak 95% yang menunjukkan keberkesanan penghubung silang AAc dengan LNR dan ianya boleh digunakan secara berulang kali untuk beberapa kitaran. Justeru itu, pembangunan hidrogel berasaskan getah asli sebagai bahan penjerap pewarna adalah suatu penemuan yang boleh menjadi alternatif baru bagi menggantikan kaedah rawatan air yang komersial.

Rujukan dan bahanan lanjutan:

1. Rashidzadeh, A., Olad, A. & Salari, D. 2015. The effective removal of methylene blue dye from aqueous solutions by NaAlg-g-poly(acrylic acid-co-acryl amide)/clinoptilolite hydrogel nanocomposite. Fibers and Polymers 16(2): 354– 362.
2. R. Mahdavinia, H. Aghaie, H. Sheykhloie, M. T. Vardini, and H. Etemadi, “Synthesis of CarAlg/MMt nanocomposite hydrogels and adsorption of cationic crystal violet,” Carbohydr. Polym., vol. 98, no. 1, pp. 358–365, 2013, doi: 10.1016/j.carbpol.2013.05.096.
3. Yildiz, U., Kemik, Ö. F. & Hazer, B. 2010. The removal of heavy metal ions from aqueous solutions by novel pH-sensitive hydrogels. Journal of Hazardous Materials 183(1–3): 521–532.
4. Nor, H. M. & Ebdon, J. R. 1998. Telehelic liquid natural rubber: A review. Progress in Polymer Science 23(97): 143–177.
5. Krishnamoorthy, N. H. Ahmad, H. N. Amran, M. A. Mohamed, N. H. M. Kaus, and S. F. M. Yusoff, “BiFeO3 immobilized within liquid natural rubber-based hydrogel with enhanced adsorption-photocatalytic performance,” Int. J. Biol. Macromol., vol. 182, pp. 1495–1506, 2021