water hyacinth

Inovasi Fotokatalis Berbasis Biochar: Solusi Efektif untuk Degradasi Antibiotik Tetrasiklin!

Pada tahun 1940-an, antibiotik tetrasiklin (TC) pertama kali ditemukan sebagai produk alami dari bakteri tanah actinomycetes dan segera dikomersialkan untuk aplikasi klinis. TC merupakan kelompok antibiotik spektrum luas yang mudah ditoleransi dan mudah diberikan, digunakan secara luas dalam kedokteran manusia dan hewan, akuakultur, dan pertanian. Karena metabolisme dan absorpsi TC yang rendah oleh manusia dan hewan, TC sering dibuang ke dalam air limbah dalam bentuk senyawa aslinya. Akumulasi TC di lingkungan dapat menimbulkan efek merugikan, termasuk toksisitas kronis dan penyebaran gen resisten antibiotik, yang mengancam ekosistem dan kesehatan manusia dalam jangka panjang.

Konsumsi antibiotik global, termasuk TC, telah meningkat pesat sejak tahun 2000-an, seiring dengan peningkatan standar hidup dan keterjangkauan perawatan di negara-negara berpenghasilan rendah dan menengah. Peningkatan jumlah air limbah farmasi yang mengandung residu TC menimbulkan ancaman yang lebih besar bagi ekosistem dan kesehatan manusia. Oleh karena itu, sangat penting untuk mengembangkan teknologi yang efektif dan berbiaya rendah untuk menghilangkan TC dari air limbah.

Menghilangkan TC dari air menjadi tantangan utama karena variabilitas keadaannya, biodegradabilitas yang rendah, dan struktur molekul yang kompleks. Proses oksidasi lanjutan berbasis persulfat (AOPs) telah dianggap sebagai teknologi yang sangat kompetitif di bidang pengolahan air. Keunggulan metode ini meliputi kemampuan aktivasi persulfat yang beragam yang memungkinkan penerapannya dalam berbagai rentang pH, serta transportasi dan penyimpanan reagen terkait yang mudah dan biaya katalis yang rendah. Persulfat dibagi menjadi peroksidisulfat (PDS) dan peroksimonosulfat (PMS), dengan PDS dianggap lebih efisien secara biaya, lebih ramah lingkungan, dan lebih stabil dalam penyimpanan dibandingkan PMS.

Meski penelitian sebelumnya terutama fokus pada residu TC di bawah 50 mg/L, air limbah farmasi sering mengandung TC hingga 200 mg/L. Oleh karena itu, diperlukan kinerja yang lebih baik dari AOPs berbasis PDS untuk menghilangkan TC dengan konsentrasi tinggi. Salah satu solusi yang diusulkan adalah merancang metode aktivasi sinergis PDS, seperti sistem biochar/PDS/UV. Sistem sinergis ini telah menunjukkan kinerja yang lebih baik dalam menghilangkan senyawa organik yang sulit terurai dengan diaktivasi melalui biochar dan iradiasi UV. Pembentukan radikal sulfat (SO4˙−) dan radikal hidroksil (˙OH) dengan kapasitas oksidasi yang kuat sangat berkaitan dengan kinerja biochar.

Berbagai jenis biochar telah diproduksi melalui pirolisis sumber daya terbarukan dan bahan limbah seperti jerami, serbuk kayu, dan kotoran hewan. Untuk mengoptimalkan kinerja biochar, fungsionalisasi dengan doping heteroatom (seperti N, S, P) atau memuat logam transisi (seperti Zn, Fe, La) telah dilakukan. Misalnya, Guo et al. mensintesis karbon aktif yang didoping sulfur dengan tiopen sebagai prekursor, yang menunjukkan aktivitas katalitik lebih tinggi dibandingkan karbon aktif tanpa sulfur. Tian et al. menggunakan sulfur sebagai co-dopant untuk meningkatkan kinerja grafena yang didoping nitrogen dalam aktivasi PS dan menganggap sulfur sebagai co-dopant yang menjanjikan.

Penelitian menunjukkan bahwa Zn2+ memiliki kinetika transfer muatan yang cepat. Wang et al. menggunakan keunggulan ini untuk mensintesis bahan karbon berpori yang berasal dari kerangka organik logam–zink–nitrogen (ZMDPC), yang memiliki sifat elektrokimia yang sangat baik. Namun, metode umum fungsionalisasi biochar seringkali menyebabkan agregasi logam, ketidakhomogenan antarmuka, dan pencucian logam yang dapat menyebabkan polusi sekunder. Untuk mendapatkan biochar dengan dispersitas, homogenitas, dan ketahanan pencucian yang baik, penggunaan tanaman akumulator yang menonjol sebagai prekursor biochar telah menjadi strategi yang bijaksana. Elemen logam atau non-logam target dapat diperkenalkan secara terkendali dan langsung ke dalam struktur atom karbon biochar.

Eceng gondok, tanaman mengambang invasif dengan tingkat pertumbuhan agresif, telah dianggap sebagai spesies gulma utama di lebih dari 50 negara. Tanaman ini telah menyebabkan kerusakan lingkungan selama beberapa dekade, termasuk menurunkan konsentrasi oksigen terlarut di air, merusak populasi ikan, mengurangi keanekaragaman hayati, dan menyumbat sungai. Pengelolaan ketat dan pengolahan untuk spesies ini telah dilakukan, dan pemanfaatan sumber daya dari spesies ini sangat dianjurkan. Berdasarkan karakteristik intrinsiknya, eceng gondok dapat dianggap sebagai prekursor biochar yang ideal.

Penelitian tersebut menunjukkan bahwa inovasi dalam desain fotokatalis berbasis biochar dapat menjadi solusi efektif untuk degradasi antibiotik tetrasiklin dalam air limbah, memberikan kontribusi signifikan terhadap perlindungan lingkungan dan kesehatan manusia.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

en_USEnglish