PENGARUH KONSENTRASI TiO2 PADA APLIKASI FOTOKATALISIS DALAM PENJERNIHAN AIR DENGAN MENGGUNAKAN CAT SEBAGAI MEDIA PEREKAT

TUGAS AKHIR – TF 141581

PENGARUH KONSENTRASI TiO2 PADA APLIKASI FOTOKATALISIS DALAM PENJERNIHAN AIR DENGAN MENGGUNAKAN CAT SEBAGAI MEDIA PEREKAT

ANISA NURJANNAH NRP. 2412 100 020 Dosen Pembimbing Lizda Johar Mawarani, ST, MT Dyah Sawitri, ST, MT

JURUSAN TEKNIK FISIKA Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017

FINAL PROJECT TF0141581

THE EFFECT OF TiO2 CONCENTRATION ON THE PHOTOCATALYTIC APPLICATION IN WATER PURIFICATION USING PAINT AS AN ADHESIVE

ANISA NURJANNAH NRP. 2412 100 020 Supervisor Lizda Johar Mawarani, ST., MT. Dyah Sawitri, ST., MT.

DEPARTMENT OF ENGINEERING PHYSICS Faculty of Industrial Technology Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017

ii

iv

PENGARUH DISPERSANT PENGARUH KOMPOSISI KONSENTRASI TiO2 PADAPEG6000 APLIKASI DAN TiO2 TERHADAP FOTOKATALISIS DALAMKEMAMPUAN PENJERNIHAN AIR SELF MENGGUNAKAN CLEANING CAT TEMBOK BATU MEDIA DENGAN CAT SEBAGAI GAMPING PEREKAT Nama Mahasiswa NRP Jurusan Dosen Pembimbing

: Anisa Nurjannah : 2412 100 020 : Teknik Fisika : Lizda Johar Mawarani, ST, MT Dyah Sawitri, ST, MT

Abstrak Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh penambahan TiO2 pada aplikasi proses fotokatalisis dengan media perekat cat besi sebagai upaya proses penjernihan air. TiO2 struktur anatase dan komersil dilarutkan dalam cat besi dengan perbandingan komposisi TiO2 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5 gram dengan massa cat tetap yaitu 20 gram. Selanjutnya cat yang telah dicampur dengan TiO2 dilapiskan pada stik es krim. Stik yang telah dilapisi TiO2 dimasukkan ke dalam 100 ml air yang sudah diberi zat pewarna merah, kemudian diberi perlakuan penyinaran dengan sinar matahari 6 jam/hari selama 8 hari. Hasil pengamatan dan uji absorbansi menunjukkan bahwa semakin besar konsentrasi TiO2 semakin besar kecenderungan (trend) penurunan nilai absorbansinya. Penurunan nilai absorbansi terbesar diperoleh sebesar 62,84% yakni dari sampel air yang diberi stik dengan lapisan TiO2 komersil 2,5 gram. Adapun hasil pengujian bakteri menunjukkan bahwa TiO2 dapat menekan pertumbuhan bakteri sebesar 78,48%. Kata kunci: penjernihan air, fotokatalisis, konsentrasi TiO2

ix

Halaman ini memang dikosongkan

x

THE EFFECT OF TiO2 CONCENTRATION ON THE PHOTOCATALYTIC APPLICATION IN WATER PURIFICATION BY USING PAINT AS AN ADHESIVE Name NRP Department Supervisor

: Anisa Nurjannah : 2412 100 020 : Engineering Physics : Lizda Johar Mawarani, ST, MT Dyah Sawitri, ST, MT

Abstract Has been done this research on the effect additional TiO2 on the application process photocatalytic to an adhesive media paint as the process of water purification. TiO2 anatase structure and commercial dissolved in paint by comparison composition TiO2 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5 grams to the mass paint fixed 20 grams. Next, paint has been mixed with TiO2 superimposed in stick ice cream. Stick ice cream in the sample dipped in water volume 100 ml who had been dyes red. Done the measurement of absorbance everyday after sun-dried for six hours at 08.00-14.00 within 8 days. The result of the observation and absorbance measurement shows that the higher concentration TiO2 the less absorbance value. In addition, the testing bacteria shows that TiO2 reduce baccterial growth of 78,48%. Keyword: water purification, photocatalytic, TiO2 concentration, stick ice cream

xi


xii

KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur Alhamdulillah senantiasa terpanjatkan kepada Allah SWT karena atas anugerah, petunjuk dan karunia-Nya serta shalawat dan salam kepada junjungan Nabi Muhammad SAW, atas terselesaikannya tugas akhir dengan judul: ” Pengaruh Konsentrasi TiO2 pada Aplikasi Fotokatalisis dalam Penjernihan Air dengan Menggunakan Cat sebagai Media Perekat” Berbagai motivasi dan bantuan diterima penulis selama penyelesain Tugas Akhir ini. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih terutama kepada : 1. Bapak Agus Muhamad Hatta, ST, MSi, Ph.D, selaku Ketua Jurusan Teknik Fisika ITS. 2. Bu Lizda Johar Mawarani, ST, MT dan Bu Dyah Sawitri, ST, MT atas bimbingannya selama pengerjaan tugas akhir ini kepada penulis. 3. Dr. Ing. Doty Dewi Risanti, ST, MT selaku Kepala Laboratorium Rekayasa Bahan. 4. Seluruh dosen Rekayasa Bahan yang telah memberikan materi dan bimbingan untuk menunjang tugas akhir, 5. Teman-teman Laboratorium Fotonik atas fasilitas yang telah diberikan. 6. Teman-teman Laboratorium Mikrobiologi dan Bioteknologi atas fasilitas yang telah diberikan 7. Kedua orang tua penulis, Mustofa dan Nurhasi atas doa dan dukungannya selama ini. 8. Rekan-rekan F47 Teknik Fisika ITS, yang senantiasa memberikan motivasi dan perhatian.

xiii

9. Rekan – rekan Ma’had Aisyah Litahfidzil Qur’an atas segala bantuan dan perhatiannya 10. Dan semua pihak yang turut memperlancar kegiatan Tugas Akhir ini yang tentunya tidak bisa disebutkan semuanya. Dalam laporan Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu penulis mengharap saran dan kritik untuk kesempurnaan laporan ini. Semoga laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan semua pihak yang membaca dan mempelajarinya. Surabaya, 25 Januari 2017 Penulis

xiv

DAFTAR ISI Halaman i v ix xi xiii xv xvii xix 1 1 2 2 2

HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK ABSTRACT KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1.2 Rumusan Masalah 1.3 Tujuan 1.4 Batasan Masalah

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

3

2.1 Titanium Dioksida (TiO2) 2.2 Proses Fotokatalisis TiO2 2.3 Absorbansi 2.4 Aplikasi TiO2 dalam Penjernihan Air 2.5 Mekanisme TiO2 dalam Inaktivasi Bakteri 2.6 Bakteri yang Terdapat di Air 2.7 Cat BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Sintesis TiO2 3.2 Uji Validitas TiO2 3.3 Pencampuran dan Pelapisan TiO2 pada Cat 3.4 Perlakuan Penyinaran 3.5 Pengambilan Data 3.6 Pengolahan Data dan Analisa BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Uji Validitas TiO2 4.2 Pengujian Degradasi Warna Air 4.3 Pengujian Absorbansi

3 4 6 7 8 9 11 13 14 15 16 17 17 20 21 21 22 24

xv

4.4 Pengujian Bakteri BAB V KESIMPULAN DAN SARAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A LAMPIRAN B LAMPIRAN C LAMPIRAN D LAMPIRAN E BIOGRAFI PENULIS

xvi

27 29 31

DAFTAR GAMBAR Hal Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 3.1 Gambat 3.2 Gambar 3.3 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4

Struktur kristal TiO2 (a) anatase, (b) rutile, (c) brookite Proses fotokatalis TiO2 Mekanisme disinfeksi bakteri oleh fotokatalisis Bakteri yang terdapat di air (a) e-coli, (b) coliform Contoh cat besi Skema diagram alir penelitian Acuan standar JCPDS 21-1272 TiO2 fase anatase Skema uji absorbansi Hasil uji XRD TiO2 sintesis Pengamatan degradasi warna air pada jenis TiO2 (a) sintesis, (b) komersil Hubungan konsentrasi TiO2 terhadap nilai absorbansi pada jenis TiO2 sintesis Hubungan konsentrasi TiO2 terhadap nilai absorbansi pada jenis TiO2 komersil

xvii

3 5 9 11 12 13 15 18 21 23 24 26


xviii

DAFTAR TABEL Hal Tabel 2.1 Tabel 3.1 Tabel 4.1 Tabel 4.2

Tabel 4.3

Tabel 4.4

Perbedaan Struktur Kristal Anatase dan Rutile (Palupi,2006) Kode Stik yang Dilapisi TiO2 Ukuran Partikel TiO2 Fasa Anatase Nilai Absorbansi Air Berwarna terhadap Perubahan Konsentrasi TiO2 pada Jenis TiO2 Sintesis Nilai Absorbansi Air Berwarna terhadap Perubahan Konsentrasi TiO2 pada Jenis TiO2 Komersil Hasil Analisis Total Plate Count (TPC) Bakteri

xix

4 16 22

25

25 27


xx

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Air merupakan salah satu unsur penting yang dibutuhkan oleh makhluk hidup di muka bumi ini. Hampir semua aspek kehidupan membutuhkan air bersih untuk kebutuhan air minum, memasak, mandi maupun mencuci. Namun demikian, secara umum pemenuhan kebutuhan air bersih saat ini sudah mulai berkurang oleh menurunnya kualitas maupun kuantitas air di lingkungan. Penurunan kualitas air dapat disebabkan karena pencemaran air. Akibat yang ditimbulkan oleh pencemaran air menjadi masalah yang besar. Dampak langsung dari pencemaran air adalah terjadi degradasi air dimana-mana, baik itu di air tanah, air sungai, maupun air laut (Achmad, 2004). Salah satu teknologi yang memungkinkan untuk mengatasi kekeruhan air adalah dengan memanfaatkan material fotokatalis. Bahan titanium dioksida dikenal dengan titania (TiO2) bersifat fotokatalis. Sifat fotokatalis tersebut dapat digunakan untuk memecah ikatan-ikatan kimia yang ada pada air limbah. Material TiO2 apabila dikenai cahaya UV akan merusak polutan sehingga akan mereduksi keberadaanya di air (Chang W. dan Lin W.Y., 1994). Penelitian yang telah dilakukan Agus A (2012) menunjukkan terjadinya perubahan warna pada air dengan pewarna yang diberi kayu dengan lapisan TiO2 setelah disinari cahaya matahari langsung dalam selang waktu tertentu, yakni warna air tersebut semakin pudar. TiO2 yang terbaik dalam fotokatalisis adalah TiO2 fase anatase dengan energy gap sebesar 3,2 eV, lebih besar dari TiO2 fase rutile yang energy gap-nya 3,0 eV. Dengan jari-jari yang lebih kecil dari lainnya, nano TiO2 fase anatase memiliki luas permukaan yang lebih besar dalam mengabsorbsi sinar UV. Sehingga semakin besar pula energi yang diterima untuk digunakan pada proses fotokatalisis (Linsebigier et al., 1995). Pada penerapan aplikasi TiO2 sebagai fotokatalis dalam penjernihan air di daerah yang sulit terjangkau, penggunaan alat

1

2 dan bahan menjadi pertimbangan tersendiri. Salah satunya adalah media untuk merekatkan TiO2. Kriteria media perekat TiO2 yang tepat untuk digunakan pada daerah yang sulit terjangkau yaitu mudah didapat, memiliki daya rekat yang bagus, mudah diterapkan, dan ramah lingkungan khususnya tidak mencemari atau meracuni air yang akan dijernihkan. Salah satu media perekat yang tepat adalah cat.

1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang di atas, maka permasalahan yang dihadapi dalam tugas akhir ini adalah, bagaimana pengaruh konsentrasi TiO2 dalam aplikasi fotokatalisis pada penjernihan air dengan menggunakan cat sebagai media perekat. 1.3 Tujuan Tujuan dari penelitian tugas akhir ini adalah untuk mengetahui pengaruh konsentrasi TiO2 dalam aplikasi fotokatalisis pada penjernihan air dengan menggunakan cat sebagai media perekat. 1.4 Batasan Masalah Untuk memfokuskan penyelesaian masalah pada penelitian tugas akhir ini dan mencapai tujuan yang diinginkan, maka batasan masalah yang diambil adalah sebagai berikut. TiO2 yang digunakan yakni TiO2 fasa anatase Bahan perekat yang digunakan adalah cat kayu & besi “AVIAN” Bahan pewarna yang digunakan adalah pewarna merah tua Ponceau 4R (Cl. 16255) Kejernihan air diamati dari perubahan warna dan nilai absorbansi yang diasumsikan mewakili tingkat air secara kuantitatif

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Titanium Dioksida (TiO2) Titanium Dioksida (TiO2) merupakan material kristalin yang memiliki tujuh bentuk polimorf, empat bentuk ditemukan di alam dan sisanya sintetik (Ahonen, 2001). Dari empat bentuk alami tersebut hanya tiga yang termasuk dalam sintesis anorganik yaitu anatase, rutile, dan brookite. Dua struktur kristal TiO2 anatase dan rutile adalah yang paling sering digunakan dalam fotokatalisis, dengan anatase yang menunjukkan aktivitas fotokatalisis yang lebih tinggi. Struktur anatase dan rutile dapat dijelaskan dengan pola ikatan oktahedral TiO62+. Dua struktur kristal tersebut dibedakan oleh distorsi dari setiap oktahedron dan pola pemanasan ikatan oktahedra (Linsebigler et. al, 1995)

(a)

(b)

(c)

Gambar 2.1 Struktur kristal TiO2 fase (a) anatase, (b) rutile, (c) brookite (Landmann et al., 2012) Semikonduktor TiO2 merupakan katalis yang banyak dipilih untuk proses fotokatalisis, karena TiO2 bersifat inert secara biologi dan kimia, stabil terhadap korosi akibat foton, stabil terhadap korosi akibat kimia, tidak beracun, dan harganya relatif murah. TiO2 jenis anatase lebih fotoaktif daripada jenis rutile, karena luas permukaan anatase lebih besar daripada rutile, sehingga sisi aktif per unit anatase lebih besar daripada rutile. 3

4 Energi pita konduksi untuk rutile mendekati potensial yang diperlukan untuk mereduksi air menjadi gas hydrogen secara elektrolisis, tetapi untuk anatase diagram energinya lebih tinggi, sehingga kemampuan mereduksinya lebih tinggi. Dengan potensial sebesar itu TiO2 anatase dapat mereduksi molekul oksigen (O2) menjadi superoksida (O2+) secara elektrolisis. Superoksida ini juga mempunyai sifat yang sama dengan radikal hidroksil dalam mendegradasi material organik. Energi gap pada anatase adalah 3,2 eV sedangkan rutil 3,1 eV. Perbedaan struktur kristal anatase dan rutile ditunjukkan pada Tabel 2.1. Kristal rutile memiliki struktur yang lebih padat dibandingkan anatase, karenanya memiliki densitas dan indeks refraktif yang lebih tinggi. Pemilihan TiO2 fase anatase dibandingkan dengan rutile adalah karena kristal anatase memiliki luas permukaan lebih besar daripada rutile, sehingga sisi aktif per unit anatase lebih besar dibandingkan rutile. Tabel 2.1 Perbedaan Struktur Kristal Anatase dan Rutile (Palupi,2006) Kristal Faktor Perbedaan Anatase Rutile Energi gap (eV), 3,2 3,1 3 Massa jenis (gr/cm ) 3,83 4,24 Indeks bias 2,5688 2,9467 Jarak Ti-Ti (Å) 3,97 dan 3,04 3,57 dan 2,96 Jarak Ti-O (Å) 1,937 dan 1,966 1,946 dan 1,983 a = 3,782 a = 2,953 Parameter Kisi (Å) c = 9,502 c = 4,587 . 2.2 Proses Fotokatalisis TiO2 Fotokatalisis, secara umum didefiniskan sebagai proses reaksi kimia yang dibantu oleh cahaya dan katalis padat. Dimana dalam langkah reaksinya melibatkan pasangan electron-hole. Definisi umum tersebut mempunyai implikasi bahwa beberapa langkah-langkah fotokatalis adalah merupakan reaksi redoks yang

5 melibatkan pasangan electron dan hole Pada Gambar 2.2 merupakan proses fotokatalis dari TiO2.

Gambar 2.2 Proses Fotokatalis TiO2 (Hofmann, et al., 2003) Sebagaimana dinyatakan oleh Macias (2003) apabila partikel-partikel material TiO2 menyerap energi hv yang besarnya melebihi energi gap maka akan menyebabkan elektron (e-) di pita valensi tereksitasi ke pita konduksi sehingga akan meninggalkan hole (h+) yang ditunjukkan oleh reaksi kimia (2.2). Pada bahan TiO2 yang merupakan bahan semikonduktor, sebagian pasangan elektron-hole akan berdifusi ke permukaan partikel katalis. Pasangan elektron-hole yang terjebak di permukaan akan mengalami reaksi kimia dengan molekul donor yang terserap (D) atau molekul akseptor (A). Molekul donor akan teroksidasi oleh hole yang ditunjukkan oleh reaksi kimia (2.3) sedangkan elektron di pita konduksi akan mengurangi elektron molekul akseptor (2.4). TiO2 + hv D + h+ A + e-

TiO2 (h+ + e-) D•+ A•-

(2.1) (2.2) (2.3)

Elektron pada pita konduksi akan mereduksi oksigen di udara sehingga menghasilkan ion superoksida (O2•−) yang

6 merupakan partikel sangat reaktif sehingga mampu untuk mendekomposisi senyawa organik. Selanjutnya superoksida akan bereaksi dengan air (H2O) yang menghasilkan radikal hidroksil (•OH ) dan ion hidroksil (OH-) pada reaksi kimia (2.5). e- + O2 2O2•− + H2O

O2•− 2•OH + 2 OH- + O2

(2.4) (2.5)

Proses fotokatalisis TiO2 akan menyebabkan terjadinya dekomposisi senyawa organik secara langsung oleh hole atau secara tidak langsung oleh radikal hidroksil yang dihasilkan oleh reaksi antara hole dengan air (H2O) ditunjukkan oleh reaksi kimia (2.6) dan antara hole dengan ion hidroksil (OH-) pada reaksi kimia (2.7). h+ + H2O h+ + OH-

•OH + H+ •OH

(2.6) (2.7)

Hole dapat mendekomposisi senyawa organik secara langsung karena termasuk oksidator yang sangat kuat. Begitu pula dengan radikal hidroksil juga merupakan oksidator yang kuat sehingga mampu mendegradasi senyawa organik menjadi CO2 dan H2O. 2.3 Absorbansi Ketika cahaya dengan berbagai panjang gelombang (cahaya polikromatis) mengenai suatu zat, maka cahaya dengan panjang gelombang tertentu saja yang akan diserap. Jika zat menyerap cahaya tampak dan UV maka akan terjadi perpindahan elektron dari keadaan dasar menuju ke keadaan tereksitasi. Perpindahan elektron ini disebut transisi elektronik. Apabila cahaya yang diserap adalah cahaya infra merah maka elektron yang ada dalam atom atau elektron ikatan pada suatu molekul dapat hanya akan bergetar. Sedangkan gerakan berputar elektron terjadi pada energi yang lebih rendah lagi misalnya pada gelombang radio.

7 Atas dasar inilah spektrofotometri dirancang untuk mengukur konsentrasi suatu zat yang ada dalam sampel. Dimana zat yang ada dalam sampel disinari dengan cahaya yang memiliki panjang gelombang tertentu. Ketika cahaya mengenai sampel sebagian akan diserap, sebagian akan dihamburkan dan sebagian lagi akan diteruskan. Pada spektrofotometri, cahaya datang atau cahaya masuk atau cahaya yang mengenai permukaan zat tidak dapat diukur, yang dapat diukur adalah It/I0 atau I0/It (perbandingan cahaya datang dengan cahaya setelah melewati materi ). Cahaya yang diserap dapat diukur sebagai absorbansi (A) sedangkan cahaya yang dihamburkan diukur sebagai transmitansi (T), dinyatakan dengan hukum Lambert-Beer atau hukum Beer, berbunyi: “jumlah radiasi cahaya tampak (ultraviolet, inframerah dan sebagainya) yang diserap atau ditransmisikan oleh suatu larutan merupakan suatu fungsi eksponen dari konsentrasi zat dan tebal larutan”. Berdasarkan hukum Beer, persamaan yang digunakan untuk menghitung banyaknya cahaya yang ditransmisikan:

(2.8) dan absorbansi (A) dinyatakan dengan persamaan:

(2.9) dengan I0 merupakan intensitas cahaya datang dan It adalah intensitas cahaya setelah melewati sampel (Mulja dan Suharman, 1995). 2.4 Aplikasi TiO2 dalam Penjernihan Air Penelitian terkait dengan TiO2 sebagai fotokatalisis menjadi semakin berkembang pesat. Mulai dari teknologi pelapisan material yang dapat membersihkan dengan sendirinya,

8 teknologi pelapisan anti kotor hingga teknologi pemurnian air. Saat ini telah banyak dijumpai jurnal-jurnal ilmiah yang membahas tentang penggunaan TiO2 (Fujishima dkk, 2005). Seperti yang dikemukakan oleh Heller (1998), semua pengetahuan yang diperoleh selama pengembangan semikonduktor fotoelektrokimiawi selama tahun 1970 dan pada 1980-an menghasilkan pengembangan fotokatalisis. Pada satu bagian, diketahui bahwa TiO2 sangat baik untuk fotokatalisis dalam menghancurkan senyawa organik. Contohnya, jika serbuk TiO2 ditaburkan ke dalam kolam dangkal yang airnya tercemari dan membiarkannya disinari cahaya matahri, air tersebut secara perlahan menjadi jernih (Fujishima dkk, 2005). TiO2 jenis rutile dengan kemampuan dapat menyerap cahaya yang lebih luas tampaknya logis untuk mengasumsikan bahwa tipe rutile lebih cocok untuk digunakan sebagai fotokatalis. Namun, dalam kenyataannya, jenis anatase memiliki aktivitas fotokatalitik lebih tinggi. Salah satu alasannya adalah perbedaan dalam struktur energi antara kedua struktur. Dalam kedua jenis, posisi pita valensi dalam, dan hole yang dihasilkan menunjukkan kemampuan oksidatif yang cukup. Diketahui bahwa pita konduksi dalam jenis anatase lebih dekat ke posisi negatif daripada dalam jenis rutile sehingga reduksi dari jenis anatase lebih kuat daripada jenis rutile. Karena perbedaan dalam posisi pita konduksi, jenis anatase memiki aktivitas fotokatalitik yang lebih tinggi secara keseluruhan daripada tipe rutile (Vaclav dkk, 2007). Pada aplikasi fotokatalisis juga menunjukkan bahwa anatase lebih efisien daripada rutile, dengan struktur yang terbuka dibanding dengan rutile (Fujishima dkk, 2005). 2.5 Mekanisme TiO2 dalam Inaktivasi Bakteri Mekanisme fotokatalisis TiO2 dalam menekan pertumbuhan bakteri dapat dilihat pada Gambar 2.3. Fotokatalis dapat membunuh bakteri (i) dengan menghancurkan dinding sel bakteri melalui reaksi oksidasi dengan •OH yang paling berperan dalam penghancuran dinding sel (ii). Selanjutnya (iii) TiO2 mendekomposisi endotoksin pada membran sel yang berisi

9 lipopolisakarida, lipid A, dan rantai gula menggunakan H2O2 yang dihasilkan oleh reaksi oksidasi maupun reduksi sebagai berikut (Sunanda, 1998). Reaksi oksidasi:

+ h+ •OH + •OH

Reaksi reduksi: O2 + eO2•− + H+ •HO2 + e- + H+

(i)

(ii)

•OH H2O2

(2.10)

O2•− •HO2 H2O2

(2.11)

(iii)

Gambar 2.3 Mekanisme disinfeksi bakteri oleh fotokatalis pada sel bakteri (Sunanda, 2003) 2.6 Bakteri yang Terdapat di Air Air merupakan salah satu sumber daya alam yang memiliki fungsi sangat penting bagi kehidupan, baik itu manusia, hewan dan tumbuhan, namun tidak semua jenis air yang dapat digunakan untuk kehidupan manusia. Air di alam ini terutama untuk kehidupan manusia merupakan hal yang sangat penting sekali karena air diperlukan untuk bermacam macam kegiatan seperti minum, mandi, pertanian, industri dan perikanan. Keperluan sehari-hari terhadap air berbeda untuk setiap tempat dan untuk tiap tingkatan kehidupan, yang jelas, semakin tinggi taraf kehidupan, semakin meningkat pula jumlah keperluan akan air (Sulistyandari, 2009). Kebutuhan hidup manusia dan makhluk hidup yang lain memerlukan air yang bersih dan terbebas dari bakteri-bakteri patogen yang merugikan. Sehingga harus diupayakan sedemikian

10 rupa agar tetap tersedia dan memenuhi persyaratan-persyaratan tertentu baik secara fisik, mikrobiologi, maupun kimia. Kehadiran mikroorganisme dalam air menjadi salah satu parameter biologis yang dapat menentukan persyaratan kualitas air. Salah satu kelompok mikroorganisme yang sangat penting diperhatikan kehadirannya dalam air, ialah bakteri terutama yang bersifat enteropatogenik atau penghasil toksin yang berbahaya terhadap manusia (Suriawira, 1996). Menurut ketentuan WHO (world health organization) dan APHA (american public health association), kualitas air ditentukan oleh kehadiran dan jumlah bakteri di dalamnya. Terdapat beberapa jenis bakteri yang hidup di dalam air yaitu bakteri coliform dan e-coli. Coliform merupakan bakteri fecal yang berasal dari sisa hewan atau tumbuhan yang sudah mati termasuk juga manusia. E-coli adalah bakteri komensial pada usus manusia dan umumnya bukan patogen penyebab penyakit, namun apabila di dalam air tersebut terkontaminasi oleh bakteri e-coli yang bersifat fecal jika dikonsumsi terus menerus dalam jangka panjang akan berdampak pada timbulnya penyakit seperti radang usus, diare, infeksi pada saluran kemih dan empedu (Ning, 2012). Semakin tinggi tingkat kontaminasi bakteri coliform, semakin tinggi pula resiko kehadiran bakteri-bakteri patogen lain yang biasa hidup dalam kotoran manusia dan hewan. Salah satu contoh bakteri patogen yang kemungkinan terdapat dalam air terkontaminasi kotoran manusia atau hewan berdarah panas adalah shigella, yaitu mikroba penyebab gejala diare, demam, kram perut, dan muntahmuntah (Suprihatin, 2004). Contoh bakteri e-coli dan coliform terdapat pada Gambar 2.4.

11

(a)

(b)

Gambar 2.4 Bakteri yang terdapat di air (a) e-coli, (b) coliform 2.7 Cat Cat adalah istilah umum yang digunakan untuk keluarga produk yang digunakan untuk melindungi dan memberi warna pada suatu objek atau permukaan dengan melapisinya dengan lapisan berpigmen. Cat dapat digunakan pada hampir semua jenis objek, antara lain untuk menghasilkan karya seni (oleh pelukis untuk membuat lukisan), salutan industri (industrial coating), bantuan pengemudi (marka jalan), atau pengawet (untuk mencegah korosi atau kerusakan oleh air). Cat dapat digunakan sebagai pelapis permukaan yang berfungsi untuk melindungi benda seperti besi, seng, kayu, dan tembok dengan membentuk lapisan tipis. Selain itu cat juga memiliki fungsi lain yaitu sebagai yang memberikan keindahan pada permukaan yang dilapisi (Irawan, 2011). Cat diaplikasikan ke permukaan, pada saat itu proses pengeringan dimulai. Bagian cair mulai menguap dan meninggalkan lapisan film, lapisan film terdiri dari binder, aditif dan pigmen. Pada saat cat mengering pelarut, pigmen, binder dan aditif tidak secara kimiawi mengkilat. Namun partikel-partikel bergerak merapat atau menyatu bersam-sama untuk mengisi celah yang ditinggalkan oleh menguapnya pelarut, dengan istilah coalescence atau penyusutan. Cat besi adalah cat yang digunakan untuk melapisi bahan atau material bahan yang terbuat dari besi atau baja. Cat besi berfungsi sebagai cat anti korosi atau cat tahan korosi. Cat besi biasanya menggunakan perekat utamanya alkyd. Ada juga cat besi yang menggunakan perekat atau binder dari damar atau getah karet pohon. Pada dasarnya bahan baku cat yang digunakan untuk

12 membuat cat besi hampir sama dengan cat lainnya. Perbedaannya adalah pada cat besi ditambahkan lateks atau getah karet dan pada cat besi biasanya menggunakan pelarut minyak agar dapat melarutkan getah karet (Arisworo dkk, 2006).

Gambar 2.5 Contoh cat besi

BAB III METODOLOGI PENELITIAN Pada bab ini menjelaskan tentang tahapan pengerjaan dari penelitian yang telah dilakukan. Berikut ini merupakan diagram alir tahapan pengerjaan secara umum:

tidak

ya

Gambar 3.1 Skema diagram alir penelitian secara umum

13

14

3.1 Sintesis TiO2 Pada penelitian diperlukan beberapa alat dan bahan yang digunakan untuk melakukan proses sintesis. Bahan yang digunakan adalah:  TiCl3 (Titanium trichlorid)  HCl (hydrochlorid acid) 2M 37%  NH4OH (ammonia) 2M 25%  Aquades Sedangkan alat yang digunakan pada proses sintesis adalah:  Timbangan digital  Gelas beker  Gelas ukur  Pipet  Mortar  Crucible ukuran 50 ml  Magnetic stirrer  Furnace  Masker  Sarung tangan Dalam proses sintesis digunakan TiCl3 sebagai prekursor untuk menghasilkan TiO2 dengan dicampurkan 10 ml TiCl3 dengan 0,3 ml HCl dan 4,7 ml aquades, diaduk menggunakan magnetic stirrer dengan temperatur 45o dan kecepatan konstan selama 3 menit. Kemudian ditambahkan HCl 37% sebanyak 20 ml dengan posisi terus diaduk. Setelah larutan berwarna ungu encer kemudian ditambahkan NH4OH 25% sebanyak 50 ml dan terus diaduk hingga mulai berwarna putih jenuh. Selanjutnya pengadukan dihentikan dan didiamkan untuk proses pengendapan TiO2. Hasil pengendapan TiO2 dipisahkan dengan fase cairnya lalu dicuci dengan menggunakan aquades sampai tidak lagi tercium bau NH4OH. Untuk memperoleh fasa anatase dilakukan proses kalsinasi TiO2 pada suhu 400oC selama 4 jam, dan dikalsinasi kembali pada

15 suhu 500oC selam 2 jam apabila masih bersifat amorf. Setelah didapatkan fasa anatase kemudian dilakukan karakterisasi TiO2 dengan menggunakan XRD untuk mengetahui fasanya dan dihitung ukuran partikelnya. 3.2 Uji Validitas TiO2 Uji validitas TiO2 dilakukan dengan pengujian XRD. Pengujian XRD serbuk TiO2 yang disintesis bertujuan untuk mengetahui fase TiO2 yang terbentuk yaitu fase anatase serta mengetahui ukuran partikel dari masing-masing fase. TiO2 yang disintesis sebanyak enam sampel. Pengujian X-Ray Diffraction (XRD) adalah pengujian material yang memanfaatkan prinsip difraksi sinar-X. Sinar-X ditembakkan pada sampel kemudian akan terjadi proses penghamburan setelah sinar-X bertumbukan dengan sampel yang diuji. Hasil dari pengujian ini berupa grafik intensitas terhadap sudut difraksi (2θ) seperti pada Gambar 3.2. Semakin tinggi intensitas yang dihasilkan menunjukkan bahwa material yang terkandung dalam sampel semakin kristalin. Semakin rendah intensitas yang dihasilkan menunjukkan bahwa material yang terkandung dalam sampel berbentuk amorf.

Gambar 3.2 Acuan standar JCPDS 21-1272 TiO2 fase anatase Pengujian ini juga dilakukan untuk mengetahui ukuran partikel dan presentase fasa dari suatu bahan. Dari hasil pengujian XRD serbuk TiO2 tersebut kemudian dapat dilakukan perhitungan ukuran kristal menggunakan persamaan Scherrer (Sardela, 2008)

16 D

k cos  * FWHM

(3.1)

Dengan D adalah ukuran kristal suatu bahan (nm), k adalah konstanta (k=0,89), λ adalah panjang geombang sinar-X(Cu Kλ) yang bernilai 0,154 nm, FWHM adalah full width half maximum (dalam radian), dan θ adalah sudut difraksinya. 3.3 Pencampuran dan Pelapisan TiO2 Sebelum proses pencampuran TiO2 dan cat, ditentukan variasi konsentrasi TiO2 terlebih dahulu. Dengan hipotesa semakin besar konsentrasi akan meningkatkan efektivitas fotokatalisis, maka ditetapkan konsentrasi TiO2 sebesar 0,5 gr; 1 gr; 1,5 gr; 2 gr dan 2,5 gr dengan konsentrasi cat dibuat tetap yaitu sebesar 20 gr. TiO2 digerus terlebih dahulu sampai halus, kemudian ditaburkan ke dalam cat sesuai dengan masing-masing perbandingan konsentrasi. Campuran TiO2 dan cat kemudian diaduk hingga merata. Selanjutnya proses pelapisan permukaan. Stik yang telah disiapkan sebelumnya, dilapisi dengan TiO2 yang telah dicampur dengan cat. Bagian stik yang dilapisi hanya bagian atas stik saja. Teknik pelapisan stik menggunakan dua stik yang diletakkan dikedua sisi sampel stik, kemudian campuran TiO2 dan cat dituangkan diatasnya lalu diratakan ke seluruh permukaan sampel sekali tarik. Teknik pelapisan ini bertujuan agar tebal lapisan di seluruh bagian sampel sama rata. Sampel kemudian dikeringkan selama 24 jam. Dengan 5 macam konsentrasi, dan 2 jenis TiO2, maka total sampel yang dibuat adalah sebanyak 10 buah. Matriks rasio sampel uji disajikan pada Tabel 3.1.

17

Tabel 3.1 Kode Stik yang Dilapisi TiO2 Berdasarkan Jenis dan Konsentrasi TiO2 Konsentrasi Jenis TiO2 TiO2 (gr) Sintesis Komersil 0.5 S0.5 K0.5 1

S1

K1

1.5

S1.5

K1.5

2

S2

K2

2.5

S2.5

K2.5

3.4 Perlakuan Penyinaran Permukaan stik berlapis TiO2 yang telah kering kemudian dimasukkan ke dalam wadah yang berisi 100 ml air berwarna merah. Air berwarna merah tersebut diperoleh dari 2 liter (untuk semua sampel) aquades yang diberi pewarna merah tua sebanyak 8 tetes. Selanjutnya seluruh sampel dalam wadah tertutup transparan disinari matahari langsung dengan ditempatkan pada ruang terbuka selama 6 jam setiap harinya selama 8 hari sehingga total penyinaran 48 jam. 3.5 Pengambilan Data Data yang diambil dari penelitian ini adalah perubahan warna yang terjadi pada air berwarna setelah mendapatkan penyinaran. Data diambil secara kualitatif dan kuantitatif berupa pengamatan degradasi warna air, uji absorbansi serta uji perhitungan bakteri. 3.5.1

Pengamatan degradasi warna air Pengamatan degradasi warna air dilakukan di ruang tertutup dengan pencahayaan yang sama pada setiap pengamatan. Pengambilan gambar ini dilakukan setiap hari selama 8 hari setelah sampel mendapat perlakuan penyinaran. Tujuan pengamatan degradasi warna air adalah untuk membandingkan warna air pada masing-masing sampel berdasarkan perbedaan tingkat konsentrasi TiO2. Data kualitatif hasil pengamatan

18 degradasi warna air merepresentasikan tingkat kejernihan air berdasarkan perubahan warna air. 3.5.2

Uji absorbansi Uji absorbansi menggunakan prinsip Lambert-Beer. Komponen alat yang digunakan untuk mengukur nilai absorbansi diantaranya adalah kuvet berisi air sampel yang akan diukur nilai absorbansinya, laser He-Ne dengan panjang gelombang 632 nm, monokromator, dan detektor OPM (optical power meter). Air yang diambil dari setiap wadah dimasukkan ke dalam kuvet. Kemudian kuvet diletakkan di tengah-tengah antara sumber sinar laser dengan detektor yang saling berhadapan seperti tampak pada Gambar 3.3. Dalam proses pengambilan data, dilakukan pengulangan sebanyak tiga kali.

Gambar 3.3 Skema uji absorbansi Nilai keluaran dari detektor adalah daya. Berdasarkan persamaan absorbansi pada persamaan (2.9), jika dihubungkan dengan persamaan intensitas gelombang elektromagnetik, maka: (3.2) dengan P merupakan daya laser (Watt) dan A adalah luas permukaan (m2). Apabila intensitas laser sebelum mengenai kuvet dan nilai intensitas laser setelah melewati kuvet berisi air berwarna

dibandingkan, maka:

19

(3.3) Sehingga dapat dituliskan: (3.4) dengan A adalah absorbansi, mengenai kuvet dan berisi air.

adalah daya laser sebelum

adalah daya laser setelah melewati kuvet

3.5.3

Uji perhitungan bakteri Uji perhitungan bakteri menggunakan metode total plate count. Prinsip dari uji total plate count adalah bila sel mikroba yang masih hidup ditumbuhkan pada medium, maka mikroba tersebut akan berkembang biak dan membentuk koloni yang dapat dilihat langsung, dan kemudian dihitung tanpa menggunakan mikroskop. Tujuan dari uji perhitungan bakteri adalah untuk mengetahui jumlah mikroba pada suatu bahan. Metode total plate count yang digunakan pada penelitian ini adalah spread plate (dengan memasukkan sampel sebanyak 0,1 ml). Pertama, sampel sebanyak 1 ml diambil dengan mikropipet dan dimasukkan ke dalam seri tabung reaksi yang masing-masing berisi 9 ml aquades hingga didapatkan pengenceran yang diinginkan. Dari masing-masing pengenceran diambil 0,1 ml dengan mikropipet dan diteteskan pada permukaan medium nutrient agar (NA) yang telah dipadatkan dalam cawan petri. Drigalski kemudian dibakar diatas bunsen dan didinginkan beberapa detik. Kemudian suspensi diratakan dengan menggosokkan Drigalski pada permukaan agar sambil cawan petri ikut diputar supaya penyebaran lebih efektif. Selanjutnya kultur diinkubasi selama 24 jam pada suhu ruang. Jumlah koloni dapat dihitung sebagai berikut: Jumlah koloni (CFU/0,1 ml) = jumlah koloni x

20 Dikarenakan metode yang digunakan adalah spread plate maka untuk mendapatkan jumlah koloni ‘CFU/ml’, hasil perhitungan koloni tersebut selanjutnya dikalikan dengan 10. Pengujian perhitungan bakteri dilakukan pada hari pertama sebelum diberi perlakuan penyinaran dan pada hari terakhir setelah mendapat perlakuan sinar matahari langsung. 3.6 Pengolahan Data dan Analisa Data yang diperoleh berupa pengamatan degradasi warna air, uji absorbansi dan uji perhitungan bakteri. Data pengamatan degradasi warna air berupa gambar dibandingkan berdasarkan perbedaan konsentrasi TiO2 untuk melihat tingkat kejernihan air yang dilihat dari perubahan warna air. Adapun data hasil uji absorbansi, diperoleh nilai absorbansi masing-masing sampel dengan pengulangan sebanyak tiga kali. Nilai absorbansi yang sudah dirata-rata kemudian diplot dalam bentuk grafik berdasarkan konsentrasi TiO2 untuk melihat trend penurunan nilai absorbansi terhadap perubahan konsentrasi TiO2. Nilai absorbansi pada uji absorbansi merepresentasikan tingkat kejernihan air, semakin jernih suatu air maka nilai absorbansi semakin kecil. Sedangkan data hasil uji perhitungan bakteri dibandingkan untuk mengetahui pengaruh penambahan konsentrasi TiO2 terhadap jumlah bakteri pada air. Sampel yang diuji diantaranya adalah variabel kontrol (0) dan sampel dengan konsentrasi TiO2 tertinggi yaitu TiO2 sintesis dengan konsentrasi 2,5 gr (S2,5).

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Uji Validitas Uji validitas TiO2 dilakukan dengan pengujian XRD. Gambar 4.1 merupakan salah satu hasil pengujian XRD TiO2 fase anatase yang disintesis sebanyak enam kali dengan waktu pemanasan 400oC selama waktu 4 jam. Data uji XRD seluruh hasil sintesis terlampir dalam Lampiran A. Dari pemanasan tersebut diperoleh serbuk TiO2 dan diperoleh puncak-puncak pada Gambar 4.1. Untuk menganalisa fase anatase digunakan acuan standar JCPDS 00-021-1272 dan 00-004-0551. Pada kurva tersebut dapat dilihat bahwa ditemukan TiO2 fase anatase pada sudut 2θ dengan 25,52°, 48,18°, 55,19° dan memiliki bidang (101), (200), (211). Counts 150

3

100

50

0 20

30

40

50

60

Position [°2Theta] (Copper (Cu))

Gambar 4.1 Hasil uji XRD TiO2 sintesis Setelah dilakukan perhitungan sebagaimana persamaan (3.1) didapatkan ukuran partikel TiO2 fasa anatase yang disajikan pada Tabel 4.1.

21

22

Tabel 4.1 Ukuran Partikel TiO2 Fasa Anatase Sintesis keUkuran Partikel (nm) 1 20,04 2 17,18 3 10,94 4 40,09 5 12,02 6 13,36 Proses sintesis TiO2 dilakukan sebanyak enam kali. Serbuk TiO2 setelah mengalami proses kalsinasi kemudian digerus sampai halus sebelum dilakukan pengujian XRD. Berdasarkan hasil pengujian XRD yang terdapat pada Lampiran A, dari keenam hasil sintesis TiO2 seluruhnya berfase anatase, kecuali pada sintesis ke-4 yang ditandai dengan tidak tampaknya puncak-puncak pada hasil uji XRD. Oleh karena itu, serbuk TiO2 yang diperoleh dari hasil sintesis ke-4 tidak digunakan dalam penelitian ini. 4.2 Pengamatan Degradasi Warna Air Pengamatan degradasi warna air merupakan pengujian kualitatif yang diberikan pada air berwarna setelah mendapatkan perlakuan hingga 48 jam. Pengamatan dilakukan setiap 6 jam, 12 jam, 18 jam, 24 jam, 30 jam, 36 jam, 42 jam, dan 48 jam sehingga didapatkan 8 gambar untuk setiap air berwarna. Dari pengamatan degradasi ini diketahui bagaimana pengaruh konsentrasi TiO2 dan lamanya waktu perlakuan penyinaran terhadap perubahan warna. Hasil pengamatan degradasi warna air pada hari pertama dan hari terakhir dapat dilihat pada Gambar 4.2.

23

6 jam

48 jam 0,5 gr

1 gr

1,5 gr

2 gr

2,5 gr

(a)

6 jam

48 jam 0,5 gr

2 gr 2,5 1,5 gr(b gr Gambar 4.2 Pengamatan degradasi warna air pada jenis TiO2 ) 1 gr

(a) sintesis, (b) komersil Dari hasil pengamatan degradasi warna, dapat dilihat bahwa dari hari pertama sampai hari terakhir tidak menunjukkan terjadi degradasi warna yang cukup signifikan.

24 4.3 Pengujian Absorbansi Pengujian ini dilakukan pada setiap air berwarna yang telah diberi perlakuan. Pengujian absorbansi dilakukan setiap 6 jam setelah sampel diberi penyinaran. Pengujian dilakukan hingga total lama penyinaran yang diterima sampel mencapai 48 jam. Sehingga setiap air berwarna mengalami 8 kali pengujian absorbansi yaitu setelah penyinaran selama 6 jam, 12 jam, 18 jam, 24 jam, 30 jam, 36 jam, 42 jam, dan 48 jam. Pengujian absorbansi dilakukan di Laboratorium Rekayasa Fotonika dengan menggunakan laser He-Ne. Nilai keluaran dari detektor adalah daya. Data hasil pengukuran daya terlampir dalam Lampiran E. Data hasil uji absorbansi disajikan pada Tabel 4.2 dan Tabel 4.3. Berdasarkan data nilai absorbansi pada Tabel 4.2 dan Tabel 4.3 dapat disajikan dalam bentuk grafik hubungan nilai absorbansi air berwarna terhadap perubahan konsentrasi TiO2 pada jenis TiO2 sintesis dan komersil seperti pada Gambar 4.3 dan Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Hubungan konsentrasi TiO2 terhadap nilai absorbansi pada jenis TiO2 anatase

25 Tabel 4.2 Nilai Absorbansi Air Berwarna terhadap Perubahan Konsentrasi TiO2 pada Jenis TiO2 Sintesis Konsentrasi Absorbansi Rata-Rata TiO2 (gr) 0 jam 6 jam 12 jam 18 jam 24 jam 30 jam 36 jam 42 jam 0,5 0,15994 0,17561 0,10748 0,09532 0,08679 0,08721 0,14357 0,1167 1 0,15994 0,16162 0,07845 0,10918 0,0542 0,11916 0,16545 0,12215 1,5 0,15994 0,16866 0,09174 0,14926 0,07628 0,09272 0,12487 0,10842 2 0,15994 0,1314 0,08123 0,09559 0,07023 0,09763 0,12015 0,10535 2,5 0,15994 0,15796 0,09334 0,09513 0,06222 0,11035 0,14671 0,13447

48 jam 0,13662 0,06578 0,08703 0,08299 0,10262

Tabel 4.3 Nilai Absorbansi Air Berwarna terhadap Perubahan Konsentrasi TiO2 pada Jenis TiO2 Komersil Konsentrasi Absorbansi Rata-Rata TiO2 (gr) 0 jam 6 jam 12 jam 18 jam 24 jam 30 jam 36 jam 42 jam 0,5 0,15994 0,12645 0,10049 0,09457 0,07271 0,11981 0,12766 0,10247 1 0,15994 0,1741 0,06486 0,16166 0,08764 0,09586 0,11923 0,1067 1,5 0,15994 0,15907 0,11977 0,12018 0,08414 0,1059 0,12976 0,13384 2 0,15994 0,23024 0,08975 0,1052 0,07469 0,10932 0,11527 0,10942 2,5 0,15994 0,10478 0,05731 0,09762 0,04167 0,09733 0,11338 0,09029

48 jam 0,08793 0,09244 0,09814 0,08765 0,05942

26

Gambar 4.4 Hubungan konsentrasi TiO2 terhadap nilai absorbansi pada jenis TiO2 komersil Data hasil pengujian absorbansi menunjukkan adanya perubahan nilai absorbansi terhadap perubahan konsentrasi TiO2 pada sampel yang direndam dalam air berwarna. Perlakuan penyinaran dilakukan untuk mengaktifkan sifat fotokatalis TiO2 yang menempel pada stik yang direndam dalam air berwarna. Sifat fotokatalis tersebut berfungsi untuk degradasi warna dalam proses penjernihan air. Nilai absorbansi pada uji absorbansi merepresentasikan tingkat kejernihan air, semakin jernih suatu air maka nilai absorbansi semakin kecil. Dari data hasil uji absorbansi menunjukkan bahwa sampel dengan konsentrasi TiO2 yang lebih besar memiliki pengaruh yang lebih besar pada proses penjernihan air berwarna daripada konsentrasi TiO2 yang lebih kecil. Hal ini ditunjukkan dengan adanya trend penurunan nilai absorbansi terhadap kenaikan TiO2. Penurunan nilai absorbansi terbesar diperoleh pada TiO2 2,5 gr komersil dengan penurunan sebesar 62,9%. Namun demikian, penurunan nilai absorbansi tidak diiringi dengan semakin pudarnya warna air. Hal ini menunjukkan bahwa penurunan nilai absorbansi tidak begitu signifikan. Tidak nampaknya degradasi warna diduga dikarenakan cat memiliki

27 halangan yang cukup besar sehingga dapat menghalangi proses fotokatalisis TiO2. Dengan demikian cat dipandang kurang cocok digunakan sebagai perekat TiO2. Penelitian sebelumnya yang telah dilakukan oleh Mikrajuddin (2009) pada proses penjernihan air dari pencemar organik dengan mencampurkan serbuk TiO2 pada air limbah menunjukkan terjadi perubahan warna air yang cukup signifikan. Limbah yang pada mulanya berwarna kehitamhitaman berubah menjadi jauh lebih bening. Akan tetapi cara ini belum efektif karena TiO2 yang sudah mengendap tentunya akan bercampur kembali dengan air jika mereka dipisahkan dengan difilter. Penelitian lain yang dilakukan oleh Agus A (2012) dengan merekatkan TiO2 pada lem Aica Aibon dalam proses penjernihan air menunjukkan bahwa terjadi perubahan warna pada air yang diberi pewarna setelah disinari cahaya matahri langsung dalam selang waktu tertentu. Namun kelemahannya adalah lem ikut luntur ketika dimasukkan ke dalam air sehingga membuat air menjadi keruh. 4.4 Pengujian Bakteri Pengujian ini dilakukan pada hari pertama sebelum diberi perlakuan sinar matahari dan pada hari terakhir setelah mendapat perlakuan sinar matahari langsung. Adapun sampel yang diujikan diantaranya adalah variabel kontrol (0) dan sampel dengan konsentrasi TiO2 tertinggi (S2,5). Sampel yang diuji pada hari pertama adalah variabel kontrol. Sampel ini diujikan sebelum diberi perlakuan sinar matahari langsung. Sedangkan sampel yang diuji pada hari terakhir adalah S2.5. Pengujian perhitungan bakteri dilakukan dengan menggunakan metode total plate count (TPC). Berikut ini merupakan tabel hasil analisis total plate count pada 2 sampel air berwarna. Tabel 4.4 Hasil Analisis Total Plate Count (TPC) Bakteri Kode Sampel Jumlah Koloni (CFU/ml) 0 (hari ke-0) 1,72 x 1012 S2,5 3,7 x 1011

28 Metode total plate count (TPC) merupakan metode yang paling banyak digunakan dalam analisa, karena koloni dapat dilihat langsung dengan mata tanpa menggunakan mikroskop. Jumlah bakteri pada sampel 0 dihari ke-0 sebesar 1,72 x 1012 CFU/ml. Sampel 0 diasumsikan sebagai keadaan awal yang mewakili jumlah bakteri seluruh sampel, karena sampel 0 belum diberi perlakuan penyinaran. Setelah semua sampel mendapat perlakuan penyinaran selama 48 jam, dilakukan pengujian bakteri kembali pada sampel dengan konsentrasi paling tinggi, yaitu S2,5 Hasilnya, sampel dengan konsentrasi tertinggi, S2,5 mengandung jumlah bakteri sebesar 3,7 x 1011 CFU/ml. Dari data tersebut, dapat diketahui bahwa dengan menjadikan sampel 0 dihari pertama sebagai pembanding, sampel S2.5 mengalami penurunan yang cukup signifikan hingga 78,48%.. Dari hasil tersebut dapat diketahui bahwa fotokatalisis TiO2 dapat menekan pertumbuhan mikroorganisme.

BAB V KESIMPULAN Berdasarkan hasil pengujian dan pembahasan yang telah dilakukan, dengan adanya variasi konsentrasi TiO2 untuk proses penjernihan air, dapat disimpulkan bahwa:  Semakin tinggi konsentrasi TiO2 yang dilapiskan pada stik, maka semakin tinggi pula kemampuannya dalam menjernihkan air  Penurunan nilai absorbansi terbesar diperoleh pada TiO2 2,5 gr komersil dengan penurunan sebesar 62,9%  TiO2 dapat menekan pertumbuhan bakteri hingga 78,48%.

29

30

Halaman ini memang dikosongkan.

DAFTAR PUSTAKA

Achmad Rukaesih, 2004, Kimia Lingkungan, Andi: Yogyakarta Agus Ariyanto. 2011. “Pengaruh Konsentrasi TiO2 pada Aplikasi Fotokatalisis dalam Penjernihan Air”. Tugas Akhir. Teknik Fisika ITS. Amy L. Linsebigler, Guangquan Lu, and John T. Yates, Jr. 1994. “Photocatalysis on TiO2 Surfaces: Principles, Mechanisms, and Selected Results”. Surface Scinece Center, Department of Cemistry, University of Pittsburgh, Pittsburgh, Pennsylvania 15260. Li X Z, Zhang M, Chua H. 1996. Disinfection of Municipal Wastewater by sensitized photooxidation. Water Sci Tech, 111-118. Maresta Fajar T. 2010. “Sistem Penjernih Air yang Tercemar Bakteri E. Coli Berbasis Fotokatalis TiO2 Dikombinasikan dengan Karbon Aktif”. Undip. Mikrajuddin Abdullah, dkk. 2009. Penjernihan Air dari Pencemar Organik dengan Proses Fotokatalis pada Permukaan Titanium Dioksida (TiO2). Jurnal Nanosains & Nanoteknologi. Ning Sri Utami. 2012. Kaitan Pencemaran Bakteri Coliform dan E-Coli Pada Air Sumur Penduduk Dengan Kepadatan Permukiman Di Kecamatan Jebres Kota Surakarta Tahun 2012. Program Pendidikan Geografi. UNS Surakarta. Nurfadhilah. 2016. Pengaruh Komposisi Dispersant PEG6000 dan TiO2 terhadap Kemampuan Self Cleaning Cat Tembok Batu Gamping. Tugas Akhir. Teknik Fisika ITS Siti Naimah, Rahyani Ernawati. 2011. Efek Fotokatalisis Nano TiO2 Terhadap Mekanisme Antimikroba E Coli dan Salmonella . Balai Besar Kimia dan Kemasan Kementrian Perindustrian. Suriawira. 2008. Mikrobiologi air. Bandung: PT Alumni

31

32


LAMPIRAN A Uji XRD TiO2 Hasil XRD TIO2 Fasa Anatase Counts TiO2

150

100

50

0 20

30

40

50

60

Sampel 1. Dipanaskan 4000C selama 4 jam dengan ukuran partikel 20.044 nm Position [°2Theta] (Copper (Cu))

Counts 2 80

60

40

20

0 20

30

40

50

60


Sampel 2. Dipanaskan 4000C selama 4 jam dengan ukuran partikel 17.189 nm

Counts 150

3

100

50

0 20

30

40

50

60


Counts

40

Sampel 3. Dipanaskan 4000C selama 4 jam dengan ukuran partikel 10.940 nm 4

20

0

20

30

40

50

60


Sampel 4. Dipanaskan 4000C selama 4 jam dengan ukuran partikel 40.095 nm (sampel tidak dipakai)

Counts 5

200

100

0 20

30

40

50

60



Counts

6 300

200

100

0 20

30

40

50

60



TiO2 Fase Anatase (JCPDS 21-1272)

TiO2 Fase Anatase (JCPDS 04-0551)


LAMPIRAN B Hasil Pengamatan Degradasi Warna Tabel B-1 Degradasi Warna Air pada Jenis TiO2 Sintesis Lama Konsentrasi TiO2 (gr) penyinaran 0.5 1 1.5 2 2.5 6 jam

12 jam

18 jam

24 jam

30 jam

36 jam

42 jam

48 jam

Tabel B-2 Degradasi Warna Air pada Jenis TiO2 Komersil Lama Konsentrasi TiO2 (gr) penyinaran 0.5 1 1.5 2 2.5 6 jam

12 jam

18 jam

24 jam

30 jam

36 jam

42 jam

48 jam


LAMPIRAN C Data Uji Absorbansi Tabel C-1 Nilai Absorbansi Air Berwarna terhadap Perubahan Konsentrasi TiO2 pada Jenis TiO2 Sintesis Konsentrasi Absorbansi TiO2 (gr) 6 jam 12 jam 18 jam 24 jam 30 jam 36 jam 42 jam 48 jam 0,17545 0,10748 0,09532 0,08679 0,08721 0,14357 0,1167 0,13662 0,5 0,17677 0,10724 0,09510 0,08648 0,08719 0,14334 0,1154 0,13657 0,17461 0,10772 0,09554 0,0871 0,08723 0,1438 0,118 0,13667 0,16201 0,07845 0,10918 0,0542 0,11916 0,16545 0,12215 0,06578 1 0,16212 0,07822 0,10901 0,0503 0,11908 0,16529 0,12211 0,06521 0,16072 0,07868 0,10935 0,0581 0,11924 0,16561 0,12219 0,06635 0,16826 0,09174 0,14926 0,07628 0,09272 0,12487 0,10842 0,08703 1,5 0,16887 0,09137 0,14915 0,0762 0,0924 0,12476 0,10821 0,087 0,16884 0,09211 0,14937 0,07636 0,09304 0,12498 0,10863 0,08706 0,13111 0,08123 0,09559 0,07023 0,09763 0,12015 0,10535 0,08299 2 0,13167 0,08111 0,0953 0,07013 0,09745 0,1208 0,10543 0,08276 0,13141 0,08135 0,09588 0,07033 0,09781 0,1195 0,10527 0,08322 0,15841 0,09334 0,09513 0,06222 0,11035 0,14671 0,13447 0,10262 2,5 0,15847 0,09317 0,09502 0,06212 0,11027 0,14623 0,13412 0,10227 0,157 0,09351 0,09524 0,06232 0,11043 0,14719 0,13482 0,10297

Tabel C-2 Nilai Absorbansi Air Berwarna terhadap Perubahan Konsentrasi TiO2 pada Jenis TiO2 Komersil Konsentrasi Absorbansi TiO2 (gr) 6 jam 12 jam 18 jam 24 jam 30 jam 36 jam 42 jam 48 jam 0,12637 0,10049 0,09457 0,07271 0,11981 0,12766 0,10247 0,08793 0,5 0,12734 0,10034 0,09413 0,07235 0,11979 0,12743 0,10213 0,08776 0,12563 0,10064 0,09501 0,07307 0,11983 0,12789 0,10281 0,0881 0,17393 0,06486 0,16166 0,08764 0,09586 0,11923 0,1067 0,09244 1 0,1744 0,06423 0,16134 0,08743 0,09562 0,11909 0,1059 0,09237 0,17396 0,06549 0,16198 0,08785 0,0961 0,11937 0,1075 0,09251 0,1589 0,11977 0,12018 0,08414 0,1059 0,12976 0,13384 0,09814 1,5 0,15888 0,11789 0,12011 0,08402 0,1028 0,12938 0,13346 0,09806 0,15943 0,12165 0,12025 0,08426 0,1090 0,13014 0,13422 0,09822 0,2303 0,08975 0,1052 0,07469 0,10932 0,11527 0,10942 0,08765 2 0,23018 0,08969 0,1025 0,07452 0,10925 0,11519 0,10935 0,08738 0,23023 0,08981 0,1079 0,07486 0,10939 0,11535 0,10949 0,08792 0,10466 0,05731 0,09762 0,04167 0,09733 0,11338 0,09029 0,05942 2,5 0,10477 0,05727 0,09734 0,04145 0,09713 0,11323 0,09008 0,05926 0,1049 0,05735 0,0979 0,04189 0,09753 0,11353 0,0905 0,05958

LAMPIRAN D Dokumentasi

Gambar D-1 Sampel yang akan diberi perlakuan penyinaran

Laser He-Ne

Monokromator

Kuvet Berisi sampel

Detektor

Gambar D-2 Uji absorbansi yang dilakukan di laboratorium Rekayasa Fotonika jurusan Teknik Fisika ITS

LAMPIRAN E Data Hasil Pengukuran Daya pada Uji Absorbansi Tabel E-1 Hasil Pengukuran Daya pada Jenis TiO2 Sintesis Konsentrasi Pair Ptransmisi (mV) TiO2 (gr) (mV) 0 jam 6 jam 12 jam 18 jam 24 jam 30 jam 36 jam 0,5 7,92 5,48 5,28 6,18 6,36 6,49 6,48 5,69 1 7,92 5,48 5,46 6,61 6,16 6,99 6,02 5,41 1,5 7,92 5,48 5,37 6,41 5,61 6,64 6,40 5,94 2 7,92 5,48 5,85 6,60 6,35 6,74 6,32 6,0 2,5 7,92 5,48 5,50 6,39 6,36 6,86 6,14 5,65

42 jam 6,09 5,98 6,17 6,21 5,81

48 jam 5,78 6,80 6,48 6,54 6,25

Tabel E-2 Hasil Pengukuran Daya pada Jenis TiO2 Komersil Ptransmisi (mV) 0 jam 6 jam 12 jam 18 jam 24 jam 30 jam 36 jam 5,48 5,92 6,28 6,37 6,70 6,01 5,90 5,48 5,30 6,82 5,46 6,47 6,35 6,02 5,48 5,49 6,01 6,00 6,52 6,20 5,87 5,48 4,66 6,44 6,21 6,67 6,15 6,09 5,48 6,22 6,94 6,32 7,20 6,33 6,10

42 jam 6,28 6,19 5,82 6,15 6,43

48 jam 6,47 6,40 6,32 6,47 6,98

Konsentrasi Pair TiO2 (gr) (mV) 0,5 7,92 1 7,92 1,5 7,92 2 7,92 2,5 7,92

BIODATA PENULIS

Penulis mempunyai nama lengkap Anisa Nurjannah lahir di Kabupaten Probolinggo pada tanggal 1 Januari 1994 dan merupakan anak kedua dari 3 bersaudara. Penulis melewati masa kecil tepatnya di Desa Sumberkedawung, Kabupaten Probolinggo dengan menempuh pendidikan di SDN Sumberkedawung V, kemudian SMPN 1 Leces. Kemudian melanjutkan studi di SMA Taruna Dra. Zulaeha yang kemudian dilanjutkan ke ITS Jurusan Teknik Fisika pada tahun 2012 dengan NRP 2412100020. Hingga pada tahun 2016 penulis akhirnya melaksanakan Tugas Akhir sebagai syarat untuk menyelesaikan studi S1 di Jurusan Teknik Fisika dengan judul “Pengaruh Konsentrasi TiO2 pada Aplikasi Fotokatalisis dalam Penjernihan Air dengan Menggunakan Cat sebagai Media Perekat”. Bagi pembaca yang memiliki saran, kritik, atau ingin berdiskusi lebih lanjut tentang Tugas Akhir ini, maka bisa menghubungi penulis melalui nomor (08998167623) atau [email protected]


PENGARUH KONSENTRASI TiO2 PADA APLIKASI FOTOKATALISIS DALAM PENJERNIHAN AIR DENGAN MENGGUNAKAN CAT SEBAGAI MEDIA PEREKAT

Recommend Documents