Tembaga adalah logam berat yang banyak digunakan di berbagai industri, seperti elektroplating, pertambangan, pembuatan kuningan, dan penyulingan minyak. Meskipun penting sebagai unsur jejak yang dibutuhkan oleh kehidupan, paparan tembaga secara berlebihan dapat menyebabkan efek berbahaya pada jaringan dan organ, bahkan berpotensi memicu kanker. Lebih lanjut, tembaga yang masuk ke badan air dapat membahayakan kehidupan akuatik dan mengganggu proses pengolahan air, khususnya dalam penanganan nitrogen dan fosfor. Oleh karena itu, penting untuk mengendalikan kadar tembaga (Cu(ii)) dalam air limbah.
Berbagai teknologi telah dikembangkan untuk mengatasi pencemaran logam berat, termasuk presipitasi kimia, pertukaran ion, dan adsorpsi. Dari semua metode yang ada, adsorpsi menonjol sebagai pilihan yang efektif karena biayanya yang rendah dan efisiensinya yang tinggi. Bahan adsorben yang digunakan untuk menghilangkan Cu(ii) antara lain biochar, alga, karbon aktif, selulosa, dan kitosan.
Biochar adalah bahan kaya karbon yang dihasilkan dari biomassa melalui pembakaran dengan oksigen terbatas. Biochar memiliki potensi besar dalam aplikasi lingkungan, seperti remediasi tanah, penyimpanan karbon, dan dekontaminasi air. Dengan porositas tinggi dan luas permukaan yang besar, biochar dapat menyerap logam berat secara efektif. Lebih lanjut, modifikasi biochar dapat meningkatkan kemampuannya dalam menyerap logam berat.
Salah satu material yang menarik untuk dipadukan dengan biochar adalah kitosan, yang dikenal sebagai adsorben alami dengan afinitas kimia tinggi terhadap logam berat. Namun, kitosan memiliki kelemahan dalam kapasitas adsorpsinya karena terbatasnya situs aktif dan luas permukaan spesifik yang rendah. Menggabungkan biochar dengan kitosan yang dimodifikasi dapat menciptakan bahan komposit yang lebih efektif dalam menghilangkan logam berat dari air limbah.
Dalam upaya untuk meningkatkan efisiensi penghilangan Cu(ii), para peneliti mengembangkan biochar yang dimodifikasi menggunakan reaksi multikomponen, khususnya reaksi Ugi. Reaksi Ugi adalah reaksi kondensasi sederhana yang menggabungkan empat molekul untuk membentuk produk tunggal, dengan keunggulan dalam ekonomi atom dan efisiensi. Melalui reaksi ini, biochar yang difungsionalisasi kitosan dapat dimodifikasi lebih lanjut dengan polietilenimina (PEI), yang dikenal memiliki kapasitas adsorpsi yang kuat terhadap logam berat.
Proses modifikasi ini melibatkan beberapa tahap: pertama, menyiapkan biochar komposit dengan reaksi Ugi; kedua, melakukan karakterisasi fisik dan kimia untuk mengidentifikasi morfologi dan komposisi kimia bahan yang dihasilkan; dan ketiga, mempelajari berbagai faktor yang mempengaruhi adsorpsi Cu(ii), seperti jumlah PEI, pH larutan, waktu kontak, dan suhu.
Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa biochar yang dimodifikasi dengan reaksi Ugi memiliki potensi besar dalam menghilangkan tembaga dari air limbah secara efektif dan efisien. Pendekatan ini menawarkan solusi baru yang tidak hanya hemat biaya tetapi juga ramah lingkungan dalam mengatasi pencemaran logam berat, khususnya di sektor industri yang menghasilkan air limbah dengan kadar tembaga tinggi.
Inovasi ini membuka peluang baru dalam penggunaan biochar sebagai solusi berkelanjutan untuk perlindungan lingkungan, sekaligus memberikan alternatif teknologi yang lebih ramah lingkungan dibandingkan metode pengolahan air limbah konvensional.