bermuatan positif. Kation yang dihasilkan akan berinteraksi dengan adsorben sehingga terjadi penurunan intensitas warna. Penelitian ini bertujuan mensintesis metakaolin dari kaolin, mensintesis nanokomposit metakaolin-TiO2 untuk proses adsorpsi-fotodegradasi, menentukan kapasitas adsorpsi, isoterm adsorpsi, dan uji fotokatalisis.
METODE Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kaolin yang berasal dari Bangka Belitung, TiO2 Degussa P25, zat warna biru metilena, TB1, TB2, TB3, dan air destilata. Alat-alat yang digunakan adalah alat-alat gelas, neraca analitik, oven, tanur, cawan porselen, sentrifuga Kokusan H-107, lampu UV, XRD, dan spektrofotometer UV-Vis Shimadzu 1700. Lingkup Kerja Penelitian ini terbagi menjadi empat tahapan (Lampiran 1). Tahap pertama adalah pembentukan metakaolin. Tahap kedua sintesis nanokomposit metakaolin-TiO2. Tahap ketiga adalah penentuan kapasitas adsorpsi dan penentuan tipe isoterm adsorpsi. Tahap keempat adalah uji fotokatalisis.
Penentuan kapasitas adsorpsi dan isoterm adsorpsi zat warna Sebanyak 500 mg metakaolin hasil kalsinasi 250, 550, dan 700 ˚C selama 3 dan 6 jam dimasukkan ke dalam vial kemudian ditambahkan larutan biru metilena dengan konsentrasi 25, 50, 75, 100, 150, 200, dan 300 mg/L sebanyak 15 mL. Larutan tersebut kemudian digojok selama 2 jam, lalu disentrifugasi selama 10 menit dan konsentrasi supernatan ditentukan dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang maksimum. Metode yang sama dilakukan juga untuk TiO2, bahan pengikat, dan nanokomposit. Kapasitas adsorpsi dapat dihitung dengan menggunakan rumus
Keterangan: Q = kapasitas adsorpsi (mg/g) V = volume larutan (L) Co = konsentrasi awal (mg/L) C = konsentrasi akhir (mg/L) m = massa (g) Pola isoterm adsorpsi diperoleh dengan membuat persamaan regresi linier menggunakan persamaan Langmuir dan Freundlich untuk menentukan tipe isoterm yang sesuai. Sintesis Nanokomposit Metakaolin-TiO2
Larutan stok biru metilena 1000 mg/L dibuat dengan cara 1000 mg serbuk zat warna dilarutkan dengan air distilata hingga 1 Liter, kemudian dibuat larutan standar dari larutan biru metilena tersebut dengan konsentrasi 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; dan 3 mg/L.
Nanokomposit metakaolin-TiO2 dibuat dengan mencampurkan metakaolin-bahan pengikat-TiO2 dengan metakaolin sebagai komposisi terbesar dan TiO2 sebagai komposisi terkecil. Sebelum nanokomposit dibuat, dilakukan uji coba 3 jenis bahan pengikat, yaitu TB1, TB2, dan TB3 dengan perbandingan metakaolin-bahan pengikat 9:1, 8:2, dan 7:3. Kemudian campuran metakaolinbahan pengikat-TiO2 dibuat pasta dengan cara menambahkan air distilata. Pasta diaduk hingga homogen kemudian dikeringkan pada suhu 100 ˚C dan dibiarkan pada suhu kamar selama 24 jam. Hasil nanokomposit yang diperoleh dan serbuk TiO2 dianalisis menggunakan XRD.
Penentuan panjang gelombang maksimum
Uji Fotokatalisis
Panjang gelombang maksimum ditentukan dengan mengukur serapan larutan biru metilena 5 mg/L pada panjang gelombang 600-700 nm.
Sebanyak 100 mg nanokomposit dimasukkan ke dalam cawan petri kemudian ditambahkan 15 ml larutan biru metilena 12,5 ppm. Sampel kemudian diletakkan dalam kotak tertutup yang telah diberi lampu UV
Pembentukan Metakaolin Kaolin dikalsinasi pada suhu 250, 550, dan 700 ˚C selama 3 dan 6 jam. Setelah itu, dianalisis menggunakan difraktometer sinar-X (XRD). Pembuatan larutan stok Biru Metilena
selama 6 jam. Larutan diambil dan diukur serapannya dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 700 sampai dengan 200 nm. Sebagai pembanding juga dilakukan untuk 15 ml biru metilena, larutan biru metilena dan TiO2, larutan biru metilena dan bahan pengikat, serta larutan biru metilena dan metakaolin. Sebagai kontrol dilakukan juga perlakuan tersebut dan disimpan dalam ruang gelap (tanpa sinar UV).
HASIL Pembentukan Metakaolin
Kaolin yang dikalsinasi 250 ˚C selama 3 dan 6 jam masih menunjukkan puncak khas kaolin pada 2θ = 12,36 dan 24,88, sedangkan kaolin yang dikalsinasi pada 550 dan 700 ˚C selama 3 dan 6 jam sudah berbentuk amorf. Perubahan ini ditandai dengan hilangnya puncak-puncak khas kaolin. Hal ini menunjukkan metakaolin hasil kalsinasi 550 dan 700 ˚C selama 3 dan 6 jam sudah terbentuk.
Intensitas
Serbuk kaolin yang berasal dari Bangka Belitung (BB) dikalsinasi dengan beberapa variasi suhu dan waktu, yaitu 250, 550, dan
700 ˚C selama 3 dan 6 jam. Kemudian dilakukan pencirian menggunakan XRD untuk melihat puncak-puncak khas yang muncul pada 2θ. Gambar 2, 3, dan 4 memperlihatkan pola difraksi sampel kaolin yang dikalsinasi dengan suhu 250, 550, 700 ˚C selama 3 dan 6 jam.
2θ ) dan 6 ( ) jam.
Intensitas
Gambar 2 Pola XRD dari metakaolin BB hasil kalsinasi suhu 700 ˚C selama 3(
2θ Gambar 3 Pola XRD dari metakaolin BB hasil kalsinasi suhu 550 ˚C selama 3 ( jam.
) dan 6 (
)
Gambar 4 Pola XRD dari metakaolin BB hasil kalsinasi suhu 250 ˚C selama 3(
) dan 6 ( ) jam.
Penentuan Kapasitas Adsorpsi Metakaolin Panjang gelombang maksimum biru metilena adalah 664 nm (Lampiran 2). Penentuan kapasitas adsorpsi larutan biru metilena yang terjerap pada metakaolin dilakukan menggunakan tujuh konsentrasi yang berbeda. Semakin tinggi konsentrasi, kapasitas adsorpsinya semakin tinggi (Lampiran 3-8). Nilai kapasitas adsorpsi metakaolin hasil kalsinasi 250, 550, dan 700 ˚C selama 3 dan 6 jam ditunjukkan pada Tabel 1. Kurva yang menunjukkan kapasitas adsorpsi metakaolin, TiO2, dan bahan pengikat TB3 terdapat pada Gambar 5. Nilai kapasitas adsorpsi bahan pengikat TB3 dan TiO2 pada Lampiran 9 dan 10. Tabel 1 Kapasitas adsorpsi biru metilena pada metakaolin hasil kalsinasi berbagai suhu dan lama kalsinasi Kapasitas adsorpsi Sampel (mg/g) 250˚C 3 jam
15,1949
250˚C 6 jam
14,9446
550˚C 3 jam
14,7637
550˚C 6 jam
12,2890
700˚C 3 jam
12,1521
700˚C 6 jam
9,1411
Gambar
5
Kurva kapasitas adsorpsi metakaolin hasil kalsinasi 250 ˚C 3 jam ( ), 250 ˚C 6 jam ( ), 550 ˚C 3 jam ( ), 550 ˚C 6 jam ( ), 700 ˚C 3 jam ( ), 700 ˚C 6 jam ( ), TiO2 ( ), dan bahan pengikat TB3 ( ) terhadap larutan biru metilena.
Pemodelan Isoterm Adsorpsi Metakaolin Hasil pengukuran kapasitas adsorpsi digunakan untuk menentukan tipe isoterm adsorpsi dari metakaolin. Berdasarkan nilai linieritas, tipe isoterm adsorpsi metakaolin hasil kalsinasi 250, 550, dan 700 ˚C selama 3 dan 6 jam adalah isoterm Langmuir (Tabel 2). Data penentuan isoterm adsorpsi dapat dilihat pada Lampiran 11-16. Nilai konstanta Xm dan k ditunjukkan pada Tabel 3.
Tabel 2 Nilai linieritas isoterm adsorpsi Sampel
Langmuir
Freundlich
250 ˚C 3 jam
0,9942
0,9855
250 ˚C 6 jam
0,9977
0,9716
550 ˚C 3 jam
0,9972
0,9439
550 ˚C 6 jam
0,9955
0,9640
700 ˚C 3 jam
0,9992
0,8511
700 ˚C 6 jam
0,9888
0,8764
Tabel 4
Hasil uji coba beberapa jenis perbandingan metakaolin dan bahan pengikat
Jenis bahan pengikat TB 1
Perbandingan metakaolin dan bahan pengikat 9:1 8:2 7:3 9:1 8:2 7:3 9:1 8:2
TB 2
TB 3
7:3 Tabel 3
Hasil Hancur Hancur Hancur Hancur Hancur Hancur Hancur Sedikit Hancur Tidak hancur
Nilai konstanta isoterm Langmuir pada metakaolin
Sampel
Xm (mg/g)
k (g/L)
250 ˚C 3 jam
15, 1515
0,1466
250 ˚C 6 jam
15,1057
0,1679
550 ˚C 3 jam
15,6006
0,0811
550 ˚C 6 jam
12,9366
0,0571
700 ˚C 3 jam
12,5945
0,0973
700 ˚C 6 jam
9,8912
0,0477
Pola difraksi nanokomposit metakaolinTiO2 dan TiO2 ditunjukkan pada Gambar 6.
Sintesis Nanokomposit Metakaolin-TiO2 dan Karakterisasi XRD Nanokomposit metakaolin-TiO2 dibuat dengan mencampurkan metakaolin dan TiO2 secara fisik, tetapi pencampuran secara fisik tersebut tidak membuat nanokomposit terbentuk sehingga ditambahkan bahan pengikat agar kedua komponen tersebut saling mengikat. Bahan pengikat yang diujicobakan ada tiga jenis, yaitu TB1, TB2, dan TB3. Hasil penelitian menunjukkan bahan pengikat yang dapat mengikat metakaolin dengan TiO2 adalah TB3. Metakaolin yang dapat dibentuk nanokomposit dengan baik adalah metakaolin hasil kalsinasi 550 ˚C selama 3 jam. Data hasil uji coba bahan pengikat ditunjukkan pada Tabel 4 dan Lampiran 17.
Gambar
6
Pola XRD nanokomposit metakaolin-TiO2 ( ) dan TiO2 ( ).
Kapasitas Adsorpsi Nanokomposit Metakaolin-TiO2 Penentuan kapasitas adsorpsi larutan biru metilena yang terjerap pada nanokomposit dilakukan menggunakan tujuh konsentrasi yang berbeda. Kurva kapasitas adsorpsi nanokomposit ditunjukkan pada Gambar 7.
Kapasitas adsorpsi nanokomposit lebih rendah daripada metakaolin, yaitu 13,2631 mg/g (Lampiran 18).
A
Gambar 9
Gambar
7
Kurva kapasitas adsorpsi nanokomposit terhadap larutan biru metilena.
Pemodelan Isoterm Adsorpsi Nanokomposit Metakaolin-TiO2 Isoterm nanokomposit mengikuti tipe isoterm Langmuir (Gambar 8). Nilai R2 isoterm Langmuir lebih besar dari isoterm Freundlich. Nilai R2 dari isoterm Langmuir dan Freundlich berturut-turut 0,9982 dan 0,9353. Perhitungan isoterm Langmuir nanokomposit ditunjukkan pada Lampiran 19. Nilai Xm dan k untuk nanokomposit, yaitu 13,1643 mg/g dan 0,0706 g/L.
8
Kurva isoterm nanokomposit.
Langmuir
Uji Fotokatalis Hasil reaksi fotokatalisis tanpa radiasi sinar UV secara visual dapat dilihat pada Gambar 9.
C
D
E
Perubahan warna larutan biru metilena tanpa sinar UV setelah 6 jam. (a) biru metilena; (b) biru metilena dan TiO2; (c) biru metilena dan metakaolin; (d) biru metilena dan nanokomposit (e) biru metilena dan bahan pengikat TB3.
Hasil reaksi fotokatalisis dengan radiasi sinar UV selama 6 jam secara visual dapat dilihat pada Gambar 10.
A
Gambar 10
Gambar
B
B
C
D
E
Perubahan warna larutan biru metilena dengan sinar UV setelah 6 jam. (a) biru metilena; (b) biru metilena dan TiO2; (c) biru metilena dan metakaolin; (d) biru metilena dan nanokomposit (e) biru metilena dan bahan pengikat TB3.
Larutan biru metilena dengan metakaolin dan biru metilena dengan nanokomposit tidak memperlihatkan perubahan warna yang jelas antara tanpa dan dengan sinar UV. Selain itu, hasil pemayaran menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada Lampiran 20 terlihat hilangnya puncak biru metilena. Bukti biru metilena terdegradasi dapat dilihat dari endapan (Lampiran 21). Warna endapan yang masih biru pada perlakuan tanpa sinar UV menunjukkan bahwa nanokomposit tersebut hanya memiliki kemampuan menjerap saja dan fotokatalis TiO2 tidak bekerja. Sedangkan
