Pembangunan bahan komposit nano valensi sifar (nZVI) dan potensi rawatan terhadap pewarna sintetik dan logam berat di persekitaran

Abstract

Kajian penyelidikan ini adalah berkaitan dengan pembangunan bahan komposit nano valensi sifar (nZVI) dan potensi rawatan terhadap pewarna sintetik dan logam berat di persekitaran. Kajian ini dilakukan berasaskan tiga objektif utama iaitu; (i) untuk menghasilkan bahan komposit besi nano valensi sifar (nZVI) dan mengenalpasti sifatsifat fiziko-kimia, mineralogi dan morfologi bahan komposit yang dihasilkan, (ii) untuk menentukan keupayaan penjerapan bahan komposit nZVI (iii) Untuk menentukan sifat dan tingkah laku pengangkutan bahan pencemar dalam kolum turasan serta menentukan keupayaan bahan komposit (nZVI) dengan mengira nilai pemalar penjerapan (Kd). Penyelidikan ini menggunakan dua jenis pewarna sintetik digunakan iaitu pewarna anionik (Asid Oren (II)) dan pewarna kationik (Metil Biru (MB)) serta logam berat seperti plumbum (Pb), kuprum (Cu), kobalt (Co), cadmium (Cd), nikel (Ni) dan zink (Zn). Untuk merawat bahan pencemar, sebanyak tujuh jenis bahan penjerap yang terdiri daripada tiga bahan geologi (bentonit, karbon aktif dan tanah baki granit), besi nano valensi sifar (nZVI) dan tiga bahan komposit besi nano valensi sifar iaitu bentonit- besi nano valensi sifar (B-nZVI), karbon aktif-besi nano valensi sifar (AC-nZVI) dan tanah baki granit-besi nano valensi sifar (Gr-nZVI) digunakan. Untuk mengetahui potensi setiap bahan penjerap, analisis ujian makmal dilakukan. Ia melibatkan lima ujian utama iaitu ujian fizikal (Luas Permukaan Brunauer–Emmett–Teller (BET)), ujian kimia (Kapasiti Penukaran Kation (CEC), Flouresensi Sinar-X (XRF) dan Spektroskopi Fotoelektron Sinar-X dengan Spektroskopi Elektron Auger (XPS-AES)), ujian mineralogi (ujian pembelauan sinar-X (XRD) dan Spektroskopi Inframerah Transformasi Fourier (FTIR)), ujian morfologi (mikroskopi imbasan elektron pancaran medan (FESEM) dan analisis mikroskop elektron pengimbas (SEM)) dan ujian penjerapan (ujian penjerapan berkelompok dan ujian kolum turasan). Bagi ujian penjerapan berkelompok, terdapat lapan faktor yang dikaji seperti faktor dos bahan penjerap, faktor kepekatan, faktor bahan penjerap, faktor jenis bahan larutan (pewarna sintetik atau logam berat), faktor jenis larutan (larutan tunggal atau larutan campuran), faktor pH, faktor kinetik dan faktor suhu. Hasil keputusan ujian penjerapan berkelompok menunjukkan AC-nZVI mempunyai keupayaan penjerapan yang paling baik terhadap pewarna sintetik anionik (Kd=7000000 L/g), kationik (Kd=5000000 L/g) dan logam berat (Pb: Kd=41.2330 L/g, Cu: Kd=9.1626 L/g, Co: Kd=21.0320 L/g, Cd: Kd=17.2800 L/g, Ni: Kd=17.1700 L/g, Zn: Kd=19.5750 L/g) berbanding bahan penjerap yang lain. Seterusnya, ujian kolum turasan dilakukan dengan menggunakan bahan penjerap AC-nZVI dan terdapat tiga faktor yang dikaji dalam analisis ini iaitu faktor dos bahan penjerap, jenis bahan larutan (pewarna sintetik/ logam berat) dan kadar pengaliran bahan pencemar. Selain itu, nilai pekali penjerapan Kd dan kesan AC-nZVI terhadap nilai pH larutan efluen (kapasiti pemampanan) turut ditentukan. Bagi ujian kolum turasan yang mempunyai larutan logam berat berunsur Pb, nisbah dos 1:60 dan kadar pengaliran 3 ml/min, nilai Kd adalah rendah iaitu Kd=0.3715 L/g; R2=0.8028 manakala nilai Kd dari ujian penjerapan berkelompok adalah tinggi iaitu Kd=41.233 L/g; R2=0.8547. Berdasarkan kesemua analisis yang terlibat, AC-nZVI merupakan bahan komposit nZVI yang terbaik dalam menjerap bahan pencemar tanpa sabarang syarat. Bahan penjerap nano seperti nZVI, B-nZVI dan Gr-nZVI juga terbaik dalam merawat larutan pencemar berbanding bahan penjerap B, AC dan Gr. Walaubagaimanapun, ia mempunyai kapasiti penjerapan yang berlainan kerana setiap bahan penjerap mempunyai ciri-ciri fiziko-kimia, mineralogi dan morfologi yang berlainan.