IMPREGNASI ZEOLIT ALAM DENGAN TiO 2 UNTUK MENDEGRADASI ZAT WARNA METILEN BIRU SECARA FOTOKATALITIK SKRIPSI

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

IMPREGNASI ZEOLIT ALAM DENGAN TiO2 UNTUK MENDEGRADASI ZAT WARNA METILEN BIRU SECARA FOTOKATALITIK

SKRIPSI

AYU EPRILITA FITRI IKA CAHYANI

DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA SURABAYA 2012

Skripsi

Impregnasi Zeolit Alam Dengan TiO2 untuk Mendegradasi Zat Warna Metilen Biru Secara Fotokatalitik

Ayu Eprilita Fitri Ika Cahyani


IMPREGNASI ZEOLIT ALAM DENGAN TiO2 UNTUK MENDEGRADASI ZAT WARNA METILEN BIRU SECARA FOTOKATALITIK

SKRIPSI

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Bidang Kimia Pada Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Surabaya

Disetujui oleh :

Pembimbing I,

Pembimbing II,

Alfa Akustia Widati, S.Si, M.Si NIK. 139 080 770

Drs. Yusuf Syah, M.S NIP. 19490502 198403 1 001

ii

Skripsi




LEMBAR PENGESAHAN NASKAH SKRIPSI

: Impregnasi Zeolit Alam dengan TiO2 untuk Mendegradasi Zat Warna Metilen Biru Secara Fotokatalitik : Ayu Eprilita Fitri Ika Cahyani : 080810526 : Drs. Yusuf Syah, M.S : Alfa Akustia Widati, S.Si, M.Si : 17 Juli 2012

Judul Penyusun NIM Pembimbing I Pembimbing II Tanggal Seminar

Disetujui oleh:

Pembimbing I,

Pembimbing II,

Alfa Akustia Widati, S.Si, M.Si NIK. 139 080 770

Drs. Yusuf Syah, M.S NIP. 19490502 198403 1 001

Mengetahui, Ketua Departemen Kimia Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga

Dr. Alfinda Novi Kristanti, DEA NIP. 19671115 199102 2 001 iii

Skripsi




PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI Skripsi ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam lingkungan Universitas Airlangga. Diperkenankan untuk dipakai sebagai referensi perpustakaan, tetapi pengutipan seijin penulis dan harus menyebutkan sumbernya sesuai kebiasaan ilmiah.

Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga

iv

Skripsi




KATA PENGANTAR

Puji syukur ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan penulisan naskah skripsi dengan judul “ Impregnasi Zeolit Alam dengan TiO2 untuk Mendegradasi Zat Warna Metilen Biru Secara Fotokatalitik” dengan lancar dan tepat waktu. Sholawat serta salam tetap tercurah kepada junjungan kita Nabi besar Rasulullah Muhammad SAW. Pada kesempatan ini penyusun ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. Bapak Drs. Yusuf Syah, M.S selaku dosen Pembimbing I atas bimbingan dan nasehatnya selama penyelesaian skripsi ini di tengah kesibukannya. 2. Ibu Alfa Akustia Widati, S.Si, M.Si selaku dosen Pembimbing II atas bimbingan dan nasehatnya selama penyelesaian skripsi ini di tengah kesibukannya. 3. Ibu Dra. Usreg Sri Handajani, M.Si dan Ibu Dr. Sri Sumarsih, M.Si selaku dosen Penguji I dan Penguji II atas saran dan bimbingannya agar skripsi ini menjadi lebih baik. 4. Kedua orang tua yang selalu memberikan dukungan dan semangat selama penyelesaian skripsi ini.

v

Skripsi




5. Bapak Drs. Hamami, M.Si selaku dosen pendamping yang telah mendampingi, menasehati, dan memberikan semangat yang tidak ada habisnya. Selain itu, beliau merupakan inspirator bagi penyusun dalam penyelesaian skripsi ini. 6. Ibu Dr. Alfinda Novi Kristanti, DEA selaku Ketua Program Studi S-1 Kimia yang banyak memberikan informasi dan saran dalam penyusunan naskah skripsi ini. 7. Teman – teman “Keluarga Besar” (Aci, Anggi, Sari, Nadya, Tari, Devan, Jemmy, Ryan) atas saran dan dukungan selama penyelesaian skripsi ini. 8. Teman – teman Kimia angkatan 2008 selaku penyemangat dalam penyelesaian skripsi ini. 9. Semua pihak yang membantu dalam penyelesaian skripsi ini. Skripsi ini jauh dari sempurna, untuk itu saran dan kritik yang membangun sangat diharapkan untuk kesempurnaan skripsi ini.

Surabaya, Juli 2012 Penyusun,


vi

Skripsi




Cahyani, A.E.F.I, 2012, Impregnasi Zeolit Alam Dengan TiO2 untuk Mendegradasi Zat Warna Metilen Biru Secara Fotokatalitik. Skripsi ini di bawah bimbingan Drs. Yusuf Syah, M.S. dan Alfa Akustia Widati, S.Si, M.Si., Departemen Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya.

ABSTRAK Telah dilakukan degradasi zat warna metilen biru secara fotokatalitik oleh TiO2/zeolit. Proses degradasi dilakukan dalam suatu reaktor tertutup yang diiradiasi dengan 3 buah lampu UV 8 watt. Larutan metilen biru diiradiasi dengan lampu UV selama waktu optimum 45 menit dengan menggunakan TiO2/zeolit. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan hanya menggunakan sinar UV, larutan metilen biru dapat didegradasi namun sangat lambat dengan persen degradasi sebesar 4,68 %. Ketika menggunakan H2O2, persen degradasi meningkat yaitu sebesar 13,05 %. Saat diberi penambahan TiO2 dan zeolit proses degradasi lebih efektif, yaitu diperoleh persen degradasi masing – masing 14,53 % dan 96,84 %. Ketika menggunakan TiO2/zeolit, menghasilkan persen degradasi sebesar 98,08 %. Kondisi optimum degradasi metilen biru dengan TiO2/zeolit diperoleh pada waktu 45 menit dan pH larutan sebesar 5 dengan persen degradasi masing – masing 98,16 % dan 98,20 %. TiO2/zeolit memiliki efektivitas lebih tinggi dibandingkan TiO2, tetapi tidak lebih tinggi dibandingkan dengan zeolit dalam mengadsorpsi zat warna metilen biru pada waktu dan pH optimum. Dalam hal ini zeolit berperan sebagai adsorben, dan TiO2 mendegradasi metilen biru secara fotokatalitik.

Kata kunci: metilen biru, fotodegradasi, TiO2, zeolit alam, dan impregnasi.

vii Skripsi




Cahyani, A.E.F.I., 2012, Natural Zeolit Impregnation of TiO2 to Degradation Methylene Blue Dye in Photocatalytic. Script was under consulted by Drs. Yusuf Syah, M.S. and Alfa Akustia Widati, S.Si, M.Si., Chemistry Department, Faculty of Science and Technology of Universitas Airlangga.

ABSTRACT Methylene blue dye degradation in photocatalytic by TiO2/zeolit has been studied. Degradation process carried out in a closed reactor is irradiated with 3 pieces 8 watt UV lamp. Methylene blue solution was irradiated with UV light for 45 minutes with the optimum use the TiO2/zeolit. The result showed that the presence of UV light, methylene blue dye solution can be degraded but very slow with the percent degradation of 4,68 %. The degradation percent increase in the amount of 13,05 % when added by H2O2. When given the addition of TiO2 and zeolit is more effective degradation processes, namely the percentage degradation of each – respectively 14,53 % and 96,84 %. When done adding TiO2/zeolit as catalyst, resulting in degradation of 98,08 %. Optimum conditions the degradation of methylene blue with TiO2/zeolit obtained at the time of 45 minutes and the pH at 5 by the percent degradation of each respectively 98,16 % and 98,20 %. TiO2/zeolit have a higher effectiveness than TiO2, but no higher than the zeolite in methylene blue dye adsorbed at time and pH optimum. In this case zeolite acts as absorbent, and TiO2 degrade methylene blue in photocatalytic. Key words : methylene blue, photodegradation, TiO2, natural zeolite and impregnation

viii Skripsi




DAFTAR ISI Halaman LEMBAR JUDUL ……….……………………………………………........... LEMBAR PERNYATAAN .……………………………………………….… LEMBAR PENGESAHAN ………………………………………………….. LEMBAR PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI ……………………….. KATA PENGANTAR ….……………………………………………………. ABSTRAK ……………………………………………………………………. ABSTRACT ……………………………………………………………………. DAFTAR ISI ………………………………………………………………….. DAFTAR TABEL ……………………………………………………………. DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………… DAFTAR LAMPIRAN ………………………………………………………

i ii iii iv v vii viii ix xi xii xiii

BAB I PENDAHULUAN ……………………………………………………. 1.1 Latar Belakang ………………………………………….…....... 1.2 Rumusan Masalah ……………………………………...……… 1.3 Tujuan Penelitian ……………………………………………… 1.4 Manfaat Penelitian ……………………………………………..

1 1 4 4 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA …………………………………………….. 2.1 Zeolit Alam…………………………………………………….. 2.1.1 Struktur zeolit alam…………………………………… 2.1.2 Sifat zeolit……………………………………………... 2.2 Aktivasi Zeolit…………………………………………………. 2.3 Fotokatalisis……………………………………………………. 2.4 Semikonduktor TiO2…………………………………………… 2.5 Metilen Biru……………………………………………………. 2.6 Difraksi Sinar – X……………………………………………… 2.7 Spektrofotometri UV – Vis…………………………………….. 2.8 Spektroskopi Inframerah………………………………………..

5 5 7 9 11 12 14 15 16 18 20

BAB III METODE PENELITIAN…………………………………………... 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian …………………………………. 3.2 Bahan dan Alat Penelitian ……………………………………... 3.2.1 Bahan penelitian ……………………………………….. 3.2.2 Alat penelitian ………………………………………..... 3.3 Diagram Alir Penelitian ………………………………………... 3.4 Prosedur Kerja …………………………………………………. 3.4.1 Pembuatan larutan HCl 0,10 M ………………………... 3.4.2 Pembuatan larutan NaOH 0,10 M ………………………

23 23 23 23 23 25 26 26 26

ix

Skripsi




3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.4.6 3.4.7 3.4.8 3.4.9 3.4.10 3.4.11

Pembuatan larutan H2O2 15% ………………………... Pembuatan larutan induk metilen biru 1000 ppm …….. Pembuatan larutan standar metilen biru……………….. Pembuatan larutan sampel metilen biru ………………. Penentuan panjang gelombang maksimum …………… Pembuatan kurva standar metilen biru ………………... Preparasi zeolit alam …………………………………... Preparasi TiO2 terimpregnasi zeolit alam ……………… Penentuan waktu dan pH optimum degradasi metilen biru ……………………………………………………... 3.4.11.1 Penentuan waktu optimum degradasi metilen biru …………………………………………. 3.4.11.2 Penentuan pH optimum degradasi metilen biru ………………………………………….. 3.4.12 Degradasi metilen biru …………………………………. 3.4.12.1 Degradasi metilen biru dengan sinar UV……. 3.4.12.2 Degradasi metilen biru dengan TiO2/Zeolit pada kondisi optimum ………………………. 3.4.12.3 Degradasi metilen biru dengan TiO2 pada kondisi optimum …………………………….. 3.4.12.4 Degradasi metilen biru dengan zeolit pada kondisi optimum …………………………….. 3.4.12.5 Degradasi metilen biru dengan H2O2 pada kondisi optimum………………………………

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Panjang Gelombang Maksimum Larutan Metilen Biru ………… 4.2 Penentuan Kurva Standar Metilen Biru ………………………… 4.3 Preparasi Zeolit Alam ……………………………………………. 4.4 Preparasi TiO2 Terimpregnasi Zeolit Alam ………………………. 4.5 Penentuan Waktu Optimum Degradasi Larutan Metilen Biru …. 4.6 Penentuan pH Optimum Degradasi Larutan Metilen Biru ……... 4.7 Degradasi Metilen Biru dengan TiO2/Zeolit pada Kondisi Optimum ………………………………………………………...

26 26 26 27 27 27 27 28 28 28 29 30 30 30 31 31 32

33 34 35 37 40 43 45

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ……………………………………………………… 48 5.2 Saran……………………………………………………………... 48 DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………... 49 LAMPIRAN

x

Skripsi




DAFTAR TABEL

Tabel

2.1

Judul Tabel

Halaman

Komposisi unsur pada zeolit alam Turen, Malang, Jawa Timur……………………………………………………….

6

Data absorbansi larutan metilen biru pada berbagai konsentrasi …………………………………………………

34

4.2

Data penentuan waktu optimum degradasi metilen biru……

41

4.3

Data pengukuran pH optimum degradasi metilen biru……..

43

4.4

Data pengukuran degradasi metilen biru dengan TiO2/zeolit pada waktu dan kondisi pH optimum………........................

46

4.1

xi Skripsi




DAFTAR GAMBAR

Gambar

Judul Gambar

Halaman

2.1

Struktur bangun primer zeolit ...............................................

8

2.2

Struktur bangun sekunder zeolit ……………………………

9

2.3

Struktur pori pada zeolit ………………………………........

10

2.4

Struktur molekul metilen biru ………………………………

15

2.5

Skema alat difraktometer sinar – X ………………………...

18

Kurva panjang gelombang maksimum metilen biru…………

33

4.2

Kurva standar larutan metilen biru ........................................

35

4.3

Difraktogram zeolit alam dan zeolit setelah kalsinasi.............

36

4.4

Difraktogram TiO2, TiO2/zeolit, dan zeolit sesudah kalsinasi

38

4.5

Spektra IR zeolit sesudah kalsinasi dan TiO2/zeolit………...

39

4.6

Grafik hubungan antara persen degradasi terhadap waktu degradasi ………………………………………………….

41

4.7

Grafik hubungan antara pH dengan persen degradasi …….

44

4.8

Diagram batang perbandingan persen degradasi metilen biru pada kondisi optimum ………………………………..

46

. 4.1

xii Skripsi




DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran

Judul Lampiran

1

Panjang gelombang maksimum metilen biru

2

Difraktogram zeolit alam

3

Difraktogram zeolit setelah kalsinasi

4

Difraktogram TiO2

5

Difraktogram TiO2/zeolit

6

Spektra IR zeolit sebelum dan setelah impregnasi

7

Optimasi waktu degradasi larutan metilen biru

8

Optimasi pH degradasi larutan metilen biru

9

Degradasi metilen biru pada kondisi optimum

xiii Skripsi




BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Keberadaan zeolit alam cukup melimpah di Indonesia namun pemanfaatannya

masih belum banyak dilakukan. Mineral zeolit didefinisikan sebagai suatu aluminosilikat yang mempunyai struktur berongga dan biasanya rongga ini diisi oleh air dan kation yang dapat dipertukarkan, serta memiliki ukuran pori tertentu (Muliasari, 2006). Berdasarkan potensi yang dimiliki zeolit, maka cukup banyak aplikasi yang sebenarnya dapat digunakan, antara lain kemampuannya sebagai katalis, senyawa pengemban ataupun adsorben. Untuk dapat memiliki aktivitas yang baik, zeolit alam harus dimodifikasi terlebih dahulu. Telah banyak diteliti berbagai cara modifikasi zeolit alam. Modifikasi zeolit alam yang telah dilakukan yaitu dengan kalsinasi atau pengembanan logam (Suyanti, 2000); modifikasi dengan larutan asam dan surfaktan (Wang dan Peng, 2009); dan modifikasi dengan TiO2 melalui metode sol gel (Slamet dkk, 2008). Penelitian lain tentang modifikasi zeolit alam yaitu dengan melakukan pemanasan pada suhu 300⁰C selama kurang lebih tiga jam (Aritonang, 2009); aktivasi zeolit alam dengan larutan HCl (Srihapsari, 2006); aktivasi zeolit alam menggunakan larutan H2SO4 (Muliasari, 2006); dan modifikasi zeolit alam dengan heksadesiltrimetilamonium (HDTMA+) (Setiawan, 2007).

1

Skripsi




2

Indonesia merupakan negara yang sedang berkembang. Hal ini ditunjukkan dengan adanya industri yang terus tumbuh dan berkembang. Dengan didukung potensi sumber daya alam dan lingkungan yang dimiliki Indonesia, pemerintah menitikberatkan program pembangunan jangka panjang pada sektor industri (Wijayani, 2004). Dewasa ini perkembangan industri tekstil di Indonesia telah maju pesat, namun kemajuan dalam bidang industri ini tidak diiringi oleh kesadaran yang baik dalam pengelolaan lingkungan. Industri tekstil mengambil peranan penting dalam pencemaran lingkungan, khususnya lingkungan perairan. Apabila air limbah industri yang umumnya mengandung zat pewarna dibuang ke selokan atau sungai tanpa mengalami pengolahan terlebih dahulu, dapat merubah air selokan atau air sungai menjadi tidak sesuai dengan peruntukannya (Suwarsa, 1998). Metilen biru merupakan salah satu dari zat pewarna. Metilen biru paling sering digunakan untuk zat pewarna kapas, kayu, dan kain sutra (Wang dkk, 2011). Pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh zat pewarna sangat memprihatinkan sehingga diperlukan penanganan serius untuk mengatasi masalah tersebut. Berbagai upaya dan metode untuk mengatasi pencemaran zat pewarna telah dilakukan, antara lain dengan metode koagulasi, oksidasi, dan elektrokimia. Namun, metode – metode ini dirasa kurang memadai untuk mengatasi masalah pencemaran zat pewarna. Karena metode ini pada dasarnya hanya penciptaan fase yang mengandung polutan yang lebih terkonsentrasi (Fatimah dkk, 2006). Di antara metode moderen penanggulangan limbah, metode fotokatalisis merupakan metode yang relatif murah serta mudah diterapkan. Metode fotokatalisis memerlukan bahan

Skripsi




3

semikonduktor seperti TiO2, CdS, atau Fe2O3 serta radiasi sinar ultraviolet dengan panjang gelombang sesuai dengan energi celah yang dimiliki oleh bahan semikonduktor tersebut (Nogueria dan Jardim, 1993). Dari sekian banyak jenis semikonduktor, TiO2 banyak dipilih untuk aplikasi secara luas karena TiO2 bersifat inert dan stabil terhadap fotokorosi dan fotokimia. Selain itu, TiO2 bersifat tidak beracun dan dalam pasaran mudah ditemukan dengan harga yang relatif murah (Pristantho, 2011). Pada penelitian yang dilakukan oleh Sumatera, dkk (2002), konsentrasi metilen biru berkurang setelah suspensi disinari dengan sinar UV dan dikatalisis dengan TiO2/montmorilonit. Penelitian lain menyebutkan bahwa metilen biru terdegradasi oleh ZnO/TiO2 sebesar 81,42% dan 77,75% pada panjang gelombang 590 nm dan 286 nm (Ali dan Siew, 2006). Dalam rangka mengatasi pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh metilen biru, pada penelitian ini digunakan zeolit alam yang akan diimpregnasi dengan TiO2. Impregnasi adalah proses pemasukan prekursor logam dengan sejumlah penyangga dan dibiarkan bereaksi, di mana prekursor TiO2 dimasukkan ke dalam zeolit alam sebagai penyangga. Selanjutnya zeolit yang telah diimpregnasi dengan TiO2 diaplikasikan untuk degradasi zat pewarna tekstil metilen biru secara fotokatalisis.

Skripsi




4

1.2

Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang di atas dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut. 1. Berapa waktu dan pH optimum proses degradasi zat warna metilen biru menggunakan zeolit terimpregnasi TiO2 (TiO2/zeolit)? 2. Apakah TiO2/zeolit memiliki efektivitas lebih tinggi dibandingkan TiO2 atau zeolit saja dalam mendegradasi zat warna metilen biru pada waktu dan pH optimum?

1.3

Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut. 1. Menentukan waktu dan pH optimum proses degradasi zat warna metilen biru menggunakan zeolit terimpregnasi TiO2 (TiO2/zeolit). 2. Mengetahui efektivitas TiO2/zeolit dibandingkan TiO2 atau zeolit saja dalam mendegradasi zat warna metilen biru pada waktu dan pH optimum.

1.4

Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang

impregnasi TiO2 dalam zeolit untuk degradasi zat pewarna tekstil dalam limbah secara fotokatalitik. Selain itu, sebagai metode alternatif dari berbagai metode fotokatalisis yang telah dilakukan.

Skripsi




BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Zeolit Alam Seorang ahli mineralogi berkebangsaan Swedia bernama Baron Axel Fredick

Cronsedt menemukan zeolit pertama kali pada tahun 1756. Zeolit ditemukan dalam bentuk kristal yang mempunyai struktur berongga. Nama zeolit berasal dari bahasa Yunani, zeo yang memiliki arti membuih dan lithos yang memiliki arti batu. Pemberian nama zeolit dikarenakan sesuai dengan karakter zeolit yang membuih dan mengeluarkan air apabila dipanaskan (Mumpton dan Fishman, 1977). Para ahli geokimia dan mineralogi memperkirakan bahwa zeolit merupakan produk dari gunung berapi yang berupa lava yang membeku menjadi batuan vulkanik, sedimen, dan batuan metamorfosa. Melalui proses pelapukan karena adanya pengaruh panas dan dingin yang terjadi di dalam tanah, maka batuan tersebut akan membentuk mineral zeolit (Barrer, 1982). Zeolit juga ditemukan sebagai batuan endapan pada bagian tanah jenis basalt dan komposisi kimianya tergantung pada kondisi hidrotermal lingkungan lokal seperti suhu, tekanan uap, dan komposisi air tanah. Hal itu menjadikan zeolit dengan warna dan tekstur yang sama mungkin berbeda komposisi kimianya bila diambil dari lokasi yang berbeda, disebabkan karena kombinasi mineral dengan pengotor lainnya. Di Indonesia, potensi sumber daya alam mineral zeolit alam cukup besar dan kemurniannya cukup tinggi. Daerah – daerah yang mempunyai tambang zeolit di 5

Skripsi




6

antaranya adalah Lampung Selatan, Bayah, Cikembar, Cipatujah, Jawa Barat Nangapada, Kabupaten Ende di NTT, Kabupaten Malang, dan Kabupaten Gunung Kidul (Maygasari, 2010). Cadangan zeolit alam di Indonesia sebagian besar berada di deret pegunungan karst, sehingga kadar CaO dalam zeolit Indonesia cukup besar (lebih dari 5%). Sedangkan zeolit alam dari luar Indonesia mengandung CaO kurang dari 3%, sesuai dengan jumlah Ca pada zeolit komersial (Nais dan Wibawa, 2011). Tabel 2.1 Komposisi unsur pada zeolit alam Turen, Malang, Jawa Timur (Ismuyanto, 2008) Unsur Al Si Na Ca Cr Mn Fe Ni Sr Zr Ag Yb P S K Ti V Cu Zn

Komposisi (%) 14 48 0 2,76 0,0054 1,93 25,1 0 0 0 0 0 0 0,74 4,93 1,28 0,04 0,12 0,795

Zeolit alam merupakan senyawa aluminosilikat yang terhidrasi dengan kationkation terutama kation alkali dan alkali tanah. Di samping itu, zeolit mempunyai rongga dan mempunyai struktur sangkar tiga dimensi (framework). Rongga di dalam

Skripsi




7

zeolit ditempati oleh kation-kation dari golongan alkali dan alkali tanah, selain itu juga terdapat molekul air. Kation dan molekul air tersebut dapat digantikan dengan kation atau molekul lain secara reversibel tanpa merusak strukturnya (Mumpton, 1977). Secara empiris, zeolit memiliki rumus empiris sebagai berikut: Mx/n [(AlO2)x(SiO2)] zH2O dengan ketentuan: Mx/n

: kation logam alkali atau alkali tanah

n

: valensi logam alkali atau alkali tanah

x

: bilangan tertentu alumina dari 2 – 10

y

: bilangan tertentu silika dari 2 – 7

z

: jumlah molekul air kristal Mineral zeolit dikenal sebagai bahan alam dan umumnya

dalam bentuk

batuan clinoptilolite, mordenit, barrerite, chabazite, stilbite, analcime, dan laumonlite. Sedangkan mineral zeolit dalam bentuk offerite, paulingite, dan mazzite hanya sedikit dan jarang dijumpai (Sunarti, 2010). 2.1.1

Struktur zeolit Seperti halnya mineral kwarsa dan felspar, zeolit termasuk golongan senyawa

tektosilikat, yaitu kristal yang terbentuk oleh sambungan bersama dari tetrahedral – tetrahedral memberikan jaringan anionik dimensi tiga dan setiap oksigen dari suatu tetrahedral disumbangkan antara tetrahedral yang satu dengan tetrahedral yang lain (Rakhmatullah dkk, 2007). Struktur zeolit terdiri dari unit – unit pembangun, yang secara garis besar dibagi menjadi tiga bagian utama sebagai berikut (Butar, 2011) :

Skripsi




8

1. unit bangun primer, yang tak lain adalah bentuk tetrahedral silika (SiO4)4- dan alumina (AlO4)5-; bentuk tetrahedral ini bergabung menjadi satu dengan yang lainnya membentuk kerangka tiga dimensi dengan rumusan ideal (TO4)n.

Gambar 2.1 Struktur bangun primer zeolit (Butar, 2011) 2. unit bangun sekunder, yaitu bentuk dari penggabungan dari beberapa TO4 yang membentuk cincin lingkar 4, 6, dan 8 atau dapat juga gabungan dari dua cincin lingkar 4 dan dua cincin lingkar 6.

Skripsi




9

Gambar 2.2 Struktur bangun sekunder zeolit (Butar, 2011) 3. unit bangun tersier, bentuk polihedral yang tersusun dalam pengulangan unit – unit bangun sekunder yang dihubungkan oleh jendela – jendela atau saluran – saluran membentuk suatu bangunan yang besar yaitu zeolit. 2.1.2

Sifat zeolit Zeolit mempunyai struktur berongga yang biasanya diisi oleh kation – kation

dan air yang bisa dipertukarkan dan memiliki ukuran pori tertentu (Srihapsari, 2006). Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam mineral zeolit adalah perbandingan Si dan Al. Kerapatan muatan di dalam struktur kristal zeolit ditentukan oleh perbandingan Si dan Al. Jika perbandingan Si dan Al besar maka kerapatan

Skripsi




10

muatannya tinggi dan molekulnya lebih besar. Dengan kata lain, zeolit dengan perbandingan Si dan Al yang tinggi mempunyai kapasitas pertukaran kationnya tinggi (Muliasari, 2006).

Gambar 2.3 Struktur pori pada zeolit (Muliasari, 2006)

Berbagai sifat dari zeolit alam adalah : 1. Dehidrasi Sifat dehidrasi zeolit berpengaruh terhadap sifat penyerapannya. Keunikan zeolit terletak pada struktur porinya yang spesifik. Pada zeolit alam, di dalam pori – porinya terdapat kation – kation atau molekul air. Apabila kation – kation atau molekul air tersebut dikeluarkan dari dalam pori dengan suatu perlakuan tertentu maka zeolit memiliki pori yang kosong (Barrer, 1982). 2. Adsorpsi Dalam keadaan normal, ruang dalam kristal zeolit terisi oleh molekul air yang berada di sekitar kation. Bila zeolit dipanaskan maka air tersebut akan keluar,

Skripsi




11

dengan demikian luas permukaan dari pori – pori mineral zeolit bertambah. Zeolit yang telah dipanaskan dapat berfungsi sebagai penyerap gas atau cairan. Penggunaan zeolit sebagai adsorben lebih dikenal sebelumnya, karena zeolit bersifat selektif dan mempunyai kapasitas yang cukup tinggi, di mana pori – pori kristal ini mampu mengadsorpsi sejumlah besar molekul atau ion yang ukurannya cukup atau sesuai dengan bentuk atau ukuran saluran untuk selanjutnya masuk ke dalam saluran intrakristal sehingga dapat bertindak sebagai penyaring ion atau molekul (Butar, 2011). 3. Katalis Zeolit merupakan katalisator yang baik karena mempunyai pori – pori yang besar dan permukaan yang maksimum (Imansyah, 2011). Keasaman zeolit juga merupakan salah satu faktor penting dalam penggunaan zeolit sebagai pengemban dan sebagai katalis. Zeolit digunakan secara luas sebagai katalis karena adanya situs – situs asam, baik situs asam Bronsted maupun Lewis (Tarigan, 2007). Penggunaan zeolit sebagai katalis dapat dioptimalkan dengan cara perlakuan asam, hidrotermal, kalsinasi, dan oksidasi (Imansyah, 2011).

2.2

Aktivasi Zeolit Peningkatan mutu zeolit alam melalui proses aktivasi dan modifikasi

dimaksudkan untuk memperbesar kemampuan zeolit baik dari segi daya katalisis, adsorben, maupun pertukaran ion. Beberapa teknik dilakukan untuk meningkatkan mutu zeolit alam, yaitu dengan cara aktivasi dan modifikasi. Proses aktivasi zeolit

Skripsi




12

alam dapat dikelompokkan menjadi dua cara, yakni aktivasi secara kimiawi dan aktivasi secara fisik (Fatimah, 2000). Aktivasi secara kimiawi memiliki tujuan untuk membersihkan permukaan pori, membuang senyawa pengotor, dan mengatur kembali letak atom yang dipertukarkan. Prinsip aktivasi secara kimiawi adalah penambahan pereaksi tertentu sehingga didapatkan pori – pori zeolit yang bersih (aktif). Sedangkan proses aktivasi secara fisika dilakukan dengan cara pemanasan baik secara kontak langsung maupun tak langsung (sistem vakum). Hal ini bertujuan untuk menguapkan air kristal yang terperangkap di dalam pori – pori zeolit sehingga luas permukaan internal pori meningkat (Fatimah, 2000).

2.3

Fotokatalisis Fotokatalisis merupakan suatu proses kombinasi antara proses fotokimia dan

katalis, yakni suatu proses degradasi secara kimiawi dengan melibatkan cahaya sebagai pemicu dan katalis berfungsi untuk mempercepat proses transformasi. Transformasi atau reaksi yang diinduksi oleh sinar tersebut terjadi pada permukaan suatu katalis (Sopyan, 1998). Induksi oleh sinar menyebabkan terjadinya eksitasi elektron, dalam proses ini menghasilkan hole. Hole memiliki peranan yang sangat besar dalam hampir semua reaksi fotokatalitik. Induksi oleh sinar menyebabkan terjadinya eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi. Jika suatu semi konduktor dikenai cahaya (hv) dengan energi yang sesuai, maka elektron (e-) pada

Skripsi




13

pita valensi akan tereksitasi ke pita konduksi dan meninggalkan hole (h+) pada pita valensi (Gunlazuardi, 2001). Berdasarkan fasanya, fotokatalisis digolongkan menjadi dua macam, yaitu fotokatalisis homogen dan fotokatalisis heterogen. Fotokatalisis homogen adalah proses katalisis satu fase antara substrat dengan katalis. Umumnya katalis berupa suatu oksidator seperti ozon dan hidrogen peroksida. Fotokatalisis heterogen adalah proses fotokatalisis dua fase yang dilakukan dengan bantuan semikonduktor sebagai katalis (Otmer dan Kirk, 1994). Proses degradasi fotokatalisis merupakan suatu teknologi alternatif yang dapat digunakan untuk menghancurkan berbagai macam polutan hasil dari limbah industri dan rumah tangga seperti asam, detergen, sabun, dan impuritis – impuritis organik. Menurut Lu (1999), metode degradasi fotokatalitik ini mempunyai beberapa keuntungan sebagai berikut. Kontaminan organik dapat terdekomposisi secara keseluruhan dengan cepat. Degradasi fotokatalitik dapat menggunakan matahari sebagai sumber sinar. Proses ini dapat digabungkan dengan proses biologis. Sifat toksik dari logam berat dapat dikurangi dengan metode degradasi fotokatalitik. Selain itu, metode ini bersifat soft sehingga dapat diikuti dengan temperatur dan tekanan rendah.

Skripsi




14

2.4

Semikonduktor TiO2 Oksida logam titanium (TiO2) merupakan material semikonduktor yang aktif

sebagai fotokatalis. Semikonduktor TiO2 ditemukan di alam dalam bentuk kristal dengan tiga macam bentuk, yaitu brokit, anatase dan rutil. Di samping memiliki aktivitas yang cukup besar dan efektif sebagai fotokatalis, TiO2 merupakan senyawa yang mudah didapatkan dan bersifat tidak beracun (Fatimah dan Wijaya, 2005). Menurut Hoffman (1995), semikonduktor TiO2 dalam air yang disinari oleh sinar UV akan membentuk hole positif pada pita valensi (vb) dan elektron pada pita konduksi (cb), yang dapat menginisiasi reaksi redoks bahan kimia yang kontak dengan semikonduktor tersebut. Dalam media air, sistem tersebut mampu menghasilkan radikal hidroksil (•OH). Radikal hidroksil adalah spesi pengoksidasi kuat pada pH = 1 dan memiliki potensial oksidasi sebesar 2,8 Volt. Dengan potensial sebesar itu, kebanyakan senyawa organik di dalam air dapat dioksidasi. Pada permukaan semikonduktor, hole positif dapat bereaksi dengan baik dengan H2O yang teradsorpsi secara fisika maupun dengan gugus OH- yang teradsorpsi secara kimia untuk membentuk radikal hidroksil sebagaimana pada reaksi berikut :

Skripsi

TiO2

+

hv

TiO2

(h+vb + e-cb)

h+vb

+

H2O

•OH

+

h+vb

+

OH-

•OH

H+




15

e-cb

+

O2-

O2

2 •OH + 2 OH- + O2

2 O2- + 2 H2O

Elektron – elektron pada pita konduksi kemungkinan bereaksi dengan molekul oksigen untuk membentuk ion superoksida yang selanjutnya membentuk radikal hidroksil. Radikal hidroksil sangat reaktif menyerang molekul – molekul organik dan mendegradasinya menjadi CO2, H2O, dan ion – ion halida jika molekul organik mengandung atom – atom halogen (Hoffman, 1995).

2.5

Metilen Biru Metilen biru merupakan senyawa kimia aromatik heterosiklik dengan rumus

molekul C16H18ClN3S dengan nama IUPAC 3,7-Bis-dimetylamino-phenothiazin-5yilum chloride. Metilen biru memiliki massa molekul relatif 319,85 g/mol dan memiliki titik leleh sebesar 100⁰C. Pada suhu ruang, metilen biru berbentuk serbuk berwarna hijau tua, tidak berbau, menjadi warna biru ketika dilarutkan di dalam air (Budavari dkk, 1989). Selain digunakan sebagai zat pewarna tekstil, metilen biru merupakan zat pewarna yang kerap digunakan sebagai bakterisida dan fungisida dalam akuarium.

Gambar 2.4 Struktur molekul metilen biru

Skripsi




16

Zat pewarna metilen biru merupakan zat pewarna berbahaya. Efek berbahaya yang ditimbulkan oleh zat pewarna metilen biru antara lain seperti detak jantung mengalami peningkatan, mual, muntah, dan shock (Zendehdel dkk, 2011).

2.6

Difraksi Sinar-X ( X-ray Difraction ) Difraksi sinar-X merupakan suatu metode analisis yang didasarkan pada

interaksi antara materi dengan radiasi elektromagnetik sinar-X, yakni pengukuran radiasi sinar-X yang terdifraksi oleh bidang kristal dimana pengukuran ini menggunakan instrumen yang bernama difraktometer sinar-X (Wahyuni, 2003). Sinar-X adalah gelombang elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang sangat pendek, jauh lebih pendek dari panjang gelombang sinar tampak (Glusker, 1985). Penghamburan sinar-X oleh unit – unit padatan kristalin akan menghasilkan pola – pola difraksi yang digunakan untuk menentukan struktur partikel pada kisi padatan (Chang, 1998). Menurut Srihapsari (2006), kegunaan dari metode difraksi sinar-X ini adalah: 1. penentuan struktur kristal yakni bentuk dan ukuran sel satuan kristal, pengindeksan bidang kristal, dan jumlah atom per sel satuan ; 2. analisis kimia, yakni identifikasi kristal, penentuan kemurnian hasil sintesis dan deteksi senyawa baru. Pola difraksi pada setiap materi akan berbeda satu sama lain sehingga dapat digunakan untuk identifikasi dan memberikan informasi mengenai kesimetrian serta ukuran unit – unit molekuler (Atkins, 1998).

Skripsi




17

Proses difraksi sinar-X dipelajari oleh Bragg, yakni jika dua berkas sinar yang parallel mengenai bidang – bidang kristal yang sama dengan jarak antar bidang, maka perbedaan jarak yang ditempuh oleh kedua sinar tersebut berbanding langsung dengan panjang gelombangnya. Persamaan Bragg dinyatakan sebagai berikut: n λ = 2 d sin θ……………………………………………………(2.1) dengan λ = panjang gelombang sinar-X, d = jarak antar bidang (interplanar distances), dan θ = sudut difraksi. Metode difraksi pada sampel berbentuk serbuk halus digunakan secara luas, karena semua bidang kristal yang ada dapat terorientasi sedemikian rupa sehingga dapat mendifraksi sinar-X. Pada metode ini, susunan alat difraksi sinar-X sebagai berikut (Birkholz, 2006). 1. Tabung sinar-X, merupakan tempat produksi sinar-X, berisi katoda filamen tungsen (W) sebagai sumber elektron dan anoda yang berupa logam target. 2. Ganiometer, bergerak memutar selama alat dioperasikan. Alat ini satu unit dengan tempat sampel dan detektor. 3. Tempat sampel, berupa lempeng logam atau plat kaca yang cekung atau berlubang ditengahnya, di mana sampel serbuk diisikan. Sampel akan berputar bersama ganiometer dan membentuk sudut terhadap sinar-X yang datang. 4. Detektor gas, berisi gas yang sensitif terhadap sinar-X, katoda, dan anoda. Atom – atom gas terionisasi saat terkena sinar-X membentuk elektron yang menuju

Skripsi




18

katoda dan kation yang menuju anoda sehingga menghasilkan arus listrik yang diubah menjadi pulsa yang dihitung oleh scaler and counter. 5. Difraktometer (scaler and counter), berfungsi mendeteksi posisi sudut difraksi dan intensitasnya. 6. Rekorder,

berfungsi

menampilkan

keluaran

berupa

pola

difraksi

atau

difraktogram yang menyatakan hubungan antara intensitas dengan sudut difraksi.

Gambar 2.5 Skema alat difraktometer sinar – X (Birkholz, 2006)

2.7

Spektrofotometri UV – Vis Spektrofotometri adalah ilmu yang mempelajari tentang penggunaan

spektrofotometer. Spektrofotometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur energi secara relatif jika energi tersebut ditransmisikan, direfleksikan, atau diemisikan sebagai fungsi dari panjang gelombang. Spektrofotometer menghasilkan sinar dari

Skripsi




19

spektrum dengan panjang gelombang tertentu dan fotometer adalah alat pengukur intensitas cahaya yang ditransmisikan atau yang diabsorbsi. Spektrofotometri UV – Vis adalah salah satu teknik analisis spektroskopik yang menggunakan sumber radiasi elektromagnetik ultraviolet dekat dengan daerah panjang gelombang antara 190 – 380 nm dan sinar tampak dengan daerah panjang gelombang 380 – 780 nm, teknik analisis ini menggunakan instrumen spektrofotometer. Spektrofotometri UV – Vis melibatkan energi elektronik yang cukup besar pada molekul yang dianalisis, sehingga spektrofotometri UV – Vis lebih banyak dipakai untuk analisis kuantitatif dibandingkan kualitatif (Fessenden dan Fessenden, 1995). Panjang gelombang yang lebih pendek terserap oleh molekul – molekul yang memerlukan lebih banyak energi untuk promosi elektron, sedangkan panjang gelombang yang lebih panjang akan terserap oleh molekul – molekul yang memerlukan energi lebih sedikit untuk promosi elektron. Senyawa yang menyerap pada daerah sinar tampak yakni senyawa berwarna merupakan senyawa yang memiliki elektron yang lebih mudah dipromosikan daripada senyawa yang menyerap pada daerah sinar ultraviolet (Fessenden dan Fessenden, 1995). Absorpsi sinar ultraviolet atau sinar tampak mengakibatkan transisi elektronik, yaitu promosi elektron – elektron dari orbital keadaan dasar yang berenergi rendah ke orbital keadaan tereksitasi yang berenergi lebih tinggi. Selanjutnya energi yang diserap terbuang sebagai kalor, sebagai cahaya, atau tersalurkan dalam reaksi kimia. Panjang gelombang sinar ultraviolet atau sinar tampak tergantung pada mudahnya promosi elektron. Absorpsi energi direkam

Skripsi




20

sebagai absorbansi. Absorbansi suatu senyawa pada suatu panjang gelombang tertentu bertambah dengan banyaknya molekul yang mengalami transisi. Oleh karena itu, absorbansi tergantung pada struktur elektronik senyawa dan juga pada kepekatan sampel dan panjang sel sampel (Fessenden dan Fessenden, 1995).

2.8

Spektroskopi Inframerah Spektroskopi adalah ilmu yang mempelajari tentang analisis senyawa kimia

berdasarkan suatu fenomena, yaitu adanya interaksi antara materi dengan sinar. Spektroskopi inframerah merupakan suatu metode yang mengamati interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik yang berada pada daerah panjang gelombang 0,75 – 1.000 µm atau pada bilangan gelombang 13.000 – 10 cm-1 dengan menggunakan suatu alat yaitu Spektrofotometer Inframerah. Spektroskopi inframerah sangat baik digunakan untuk mengumpulkan informasi tentang struktur suatu senyawa dan sebagai alat analisis untuk menilai kemurnian suatu senyawa (Mulja, 1995). Menurut Fessenden (1995), energi yang dipancarkan (radiasi elektromagnetik) menembus ruang dalam bentuk gelombang – gelombang. Tiap tipe radiasi elektromagnetik dicirikan dengan panjang gelombang (λ), yakni jarak antara puncak panjang gelombang yang satu ke puncak panjang gelombang berikutnya. Selain dicirikan dengan panjang gelombang, radiasi elektromagnetik juga dapat dicirikan dengan frekuensi (v) yang didefinisikan sebagai banyaknya gelombang tiap detik.

Skripsi




21

Hubungan antara panjang gelombang dan frekuensi berbanding terbalik, sehingga dapat dirumuskan sebagai : = ……………………………………………….…………..…(2.2) dimana: v

: frekuensi (Hz)

c

: kecepatan rambat cahaya ( 3 x 1010 cm/det)

λ

: panjang gelombang (cm)

Didalam spektroskopi inframerah juga dikenal istilah bilangan gelombang, dimana dirumuskan sebagai : ̅ = ……………………………………………………………(2.3) Menurut Silverstein dkk (2005), molekul organik menyerap energi pada daerah inframerah untuk melakukan vibrasi. Dalam spektroskopi inframerah terdapat dua macam vibrasi, yaitu stretching dan bending. Ritme gerakan di sepanjang sumbu x ikatan disebut stretching, sedangkan bending merupakan vibrasi yang memungkinkan sudut ikatan berubah. Kedua vibrasi ini terjadi pada daerah 4000 – 400 cm-1. Panjang gelombang atau frekuensi absorbsi suatu senyawa tergantung pada massa atom relatif, konstanta energi ikatan, dan geometri atom – atom. Penentuan frekuensi stretching dirumuskan dengan Hukum Hooke sebagai berikut : =

Skripsi

…………………………………………………………(2.4)




22

̅

=

…………………….…………………………..(2.5)

Dengan M merupakan massa atom (g) dan k merupakan konstanta energi ikatan tunggal, ikatan rangkap dua, dan ikatan rangkap tiga yang masing – masing 5 x 105, 10 x 105, dan 15 x 105.

Skripsi




BAB III METODE PENELITIAN

3.1

Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari hingga Juni 2012 di

Laboratorium Kimia Analitik dan Laboratorium Penelitian Departemen Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Surabaya.

3.2

Bahan dan Alat Penelitian

3.2.1 Bahan penelitian Bahan – bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah zeolit alam dari Turen Malang – Jawa Timur, TiO2, HCl 37 % (Merck), NaOH p.a (Merck), H2O2 30% (Merck), etanol absolut 98 % (Merck), metilen biru, akuadem, kertas aluminium, kertas saring. 3.2.2 Alat penelitian Alat – alat yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah pengaduk magnet, pH meter, centrifuge (Fisher Scientific), tabung centrifuge, oven, furnace, pipet mikro, timbangan analit (Mettler), difraktometer sinar – X (Philips), spektrofotometer UV-Vis (Shimadzu), spektrofotometer inframerah (Shimadzu), reaktor fotokatalitik yang terdiri dari kotak pelindung reaktor yang terbuat dari kayu berukuran 50 cm x 50 cm x 50 cm ; sumber sinar UV (lampu UV 3 x 8 Watt) ; wadah 23

Skripsi




24

berupa gelas piala 1000 mL, dan beberapa peralatan gelas yang biasanya dipakai di laboratorium.

Lampu UV Kotak Kayu Gelas Piala Stirer magnetik

Tutup Kayu Kotak

Gambar 3.1 Reaktor fotokatalisis

Skripsi




25

3.3

Diagram Alir Penelitian

Persiapan alat dan bahan

Zeolit alam

TiO2

Karakterisasi XRD

Metilen biru

Pembuatan larutan induk metilen biru 1000 ppm

Impregnasi TiO2/zeolit alam

Karakterisasi spektrofotometri inframerah dan XRD

Pembuatan larutan standar metilen biru 100 ppm Penentuan λ maksimal metilen biru Pembuatan kurva standar metilen biru

Kondisi Optimum Degradasi metilen biru oleh TiO2/zeolit

- waktu degradasi 5,10,20,30,45,60, 120,dan 180 menit - pH 4,5,6,7,8,9

Skripsi




26

3.4

Prosedur Kerja

3.4.1 Pembuatan larutan HCl 0,10 M Diambil 0,8 mL larutan HCl 37 % (massa jenis sebesar 1,18 g/cc) dan dimasukkan ke dalam gelas piala. Kemudian diencerkan dengan akuadem hingga volume 100 mL sehingga diperoleh larutan HCl 0,10 M. 3.4.2 Pembuatan larutan NaOH 0,10 M Ditimbang sebanyak 400 mg NaOH padat dan dilarutkan dengan akuadem. Kemudian diencerkan hingga volume 100 mL sehingga diperoleh larutan NaOH 0,10 M. 3.4.3 Pembuatan larutan H2O2 15% Diambil sebanyak 5 mL larutan H2O2 30% kemudian dimasukkan ke dalam gelas piala. Setelah itu diencerkan hingga volume 10 mL dengan akuadem sehingga diperoleh larutan H2O2 15%. 3.4.4 Pembuatan larutan induk metilen biru 1000 ppm Ditimbang dengan tepat 1,0 g metilen biru yang kemudian dilarutkan dalam 500 mL akuadem dalam gelas piala. Larutan dipindahkan ke dalam labu ukur 1000 mL secara kuantitatif dan diencerkan hingga tanda batas. 3.4.5 Pembuatan larutan standar metilen biru Larutan metilen biru 1000 ppm dipipet sebanyak 0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 1,0 mL ke dalam labu ukur 100 mL dan diencerkan dengan akuadem hingga tanda batas, sehingga diperoleh larutan metilen biru dengan konsentrasi 1 ppm, 3 ppm, 5 ppm, 7 ppm, dan 10 ppm.

Skripsi




27

3.4.6 Pembuatan larutan sampel metilen biru Larutan induk metilen biru 1000 ppm diambil secara kuantitatif sebanyak 12,50 mL menggunakan buret, kemudian dipindahkan ke dalam labu ukur 500 mL dan ditambahkan akuadem sampai tanda batas sehingga diperoleh larutan sampel metilen biru dengan konsentrasi 25 ppm. 3.4.7 Penentuan panjang gelombang maksimum Larutan standar metilen biru dengan konsentrasi 5 ppm diukur absorbansinya dengan menggunakan spektrofotometer UV – Vis dengan akuadem sebagai larutan blangko, sehingga diperoleh panjang gelombang maksimum metilen biru. 3.4.8 Pembuatan kurva standar metilen biru Larutan standar metilen biru 1 ppm, 3 ppm, 5 ppm, 7 ppm, dan 10 ppm diukur absorbansinya dengan spektrofotometer UV – Vis pada panjang gelombang maksimum dengan akuadem sebagai larutan blangko. Absorbansi yang diperoleh dari masing-masing larutan standar dibuat kurva kalibrasi dengan sumbu x sebagai konsentrasi larutan standar (ppm) dan sumbu y sebagai absorbansi yang dihasilkan oleh larutan standar. Dari grafik didapatkan persamaan regresi linier y = bx + a. 3.4.9 Preparasi zeolit alam Zeolit alam digerus sampai halus kemudian ditimbang sebanyak 100 g, ditambahkan 400 ml akuadem, sambil diaduk selama 5 jam, kemudian dipisahkan antara zeolit dan akuadem dengan cara dekantasi. Padatan yang didapatkan dikeringkan dalam oven dengan temperatur 120 ⁰C selama 5 jam. Setelah kering,

Skripsi




28

padatan dikalsinasi dalam furnace pada temperatur 400 ⁰C selama 5 jam. Hasil yang diperoleh kemudian dianalisis menggunakan difraktometer sinar – X untuk mengetahui struktur kristal dari zeolit alam tersebut. 3.4.10 Preparasi TiO2 terimpregnasi zeolit alam Ditimbang dengan tepat 20 g zeolit yang telah dilakukan preparasi sebelumnya pada (3.4.9), lalu mencampurkan dengan 1 g TiO2 dan ditambah dengan 20 mL etanol absolut sambil diaduk dengan pengaduk magnet selama 5 jam. Hasil perlakuan tersebut dipisahkan dengan cara dekantasi. Padatan yang didapatkan dikeringkan dalam oven dengan temperatur 120 ⁰C selama 5 jam. Setelah kering selanjutnya digerus sampai halus dan dikalsinasi pada temperatur 400 ⁰C selama 5 jam untuk membersihkan pori – pori zeolit dari partikel TiO2 yang tidak terikat dengan baik pada permukaan zeolit. Hasil dari perlakuan tersebut dianalisis dengan alat difraktometer sinar – X untuk mengetahui struktur zeolit setelah adanya perlakuan impregnasi dan spektrofotometer inframerah untuk mengetahui ikatan yang terbentuk antara TiO2 dan zeolit. 3.4.11 Penentuan waktu dan pH optimum degradasi metilen biru 3.4.11.1 Penentuan waktu optimum degradasi metilen biru Sebanyak 500 mL larutan sampel metilen biru 25 ppm dimasukkan ke dalam gelas piala 1000 mL, kemudian ditambah TiO2/zeolit sebanyak 0,5 g dan larutan H2O2 15 % sebanyak 100 µL. Campuran dihomogenkan selama 15 menit dan diiradiasi menggunakan sinar UV (3x8 watt) selama 3 jam. Selama proses irradiasi

Skripsi




29

larutan tetap dalam keadaan dihomogenkan. Pada menit ke- 5, 10, 20, 30, 45, 60, 120, dan 180 dilakukan pengambilan larutan hasil degradasi sebanyak 5,0 mL untuk dianalisis dengan spektrofotometer UV – Vis pada panjang gelombang maksimum, dengan akuadem sebagai blangko. Waktu degradasi yang memberikan konsentrasi metilen biru sisa hasil degradasi yang paling sedikit merupakan kondisi waktu optimum. 3.4.11.2 Penentuan pH optimum degradasi metilen biru Larutan sampel metilen biru 25 ppm sebanyak 500 mL dalam gelas piala 1000 mL, ditambah 0,50 g TiO2/zeolit dan larutan H2O2 15 % sebanyak 100 µL kemudian diatur pH-nya. Pengaturan pH dilakukan pada pH 4, 5, 6 dengan ditambah HCl 0,10 M dan pH 7, 8, 9 dengan ditambah NaOH 0,1 M. Setelah pengaturan pH, campuran dihomogenkan selama 15 menit. Setiap campuran diiradiasi menggunakan sinar UV (3x8 watt) dalam reaktor selama waktu optimum sambil dihomogenkan. Hasil degradasi diambil sebanyak 5,0 mL untuk dianalisis dengan spektrofotometer UV – Vis pada panjang gelombang maksimum, dengan akuadem yang telah ditambahkan HCl/NaOH sebagai larutan blangko. Kondisi pH yang memberikan konsentrasi metilen biru sisa hasil degradasi yang paling sedikit merupakan pH optimum.

Skripsi




30

3.4.12 Degradasi metilen biru 3.4.12.1 Degradasi metilen biru dengan sinar UV Sebanyak 500 mL larutan sampel metilen biru 25 ppm, dimasukkan dalam gelas piala 1000 mL, lalu dilakukan pegaturan pH pada kondisi optimum. Larutan dihomogenkan selama 15 menit dan diirradiasi dengan sinar UV 3x8 watt selama waktu optimum. Hasil degradasi diambil sebanyak 5,0 mL untuk dianalisis dengan spektrofotometer UV – Vis pada panjang gelombang maksimum, dengan akuadem yang telah ditambah HCl/NaOH sebagai larutan blangko. Absorbansi yang terukur dimasukkan ke dalam persamaan kurva standar larutan metilen biru agar konsentrasi metilen biru yang tersisa dapat diketahui. 3.4.12.2 Degradasi metilen biru dengan TiO2/Zeolit pada kondisi optimum Sebanyak 500 mL larutan sampel metilen biru 25 ppm dimasukkan dalam gelas piala 1000 mL dengan pengaturan pH sesuai kondisi optimum, kemudian ditambahkan TiO2/zeolit sebanyak 0,5 g dan larutan H2O2 15% sebanyak 100 µL. Campuran dihomogenkan selama 15 menit dan diiradiasi menggunakan sinar UV (3x8 watt) dalam reaktor selama waktu optimum. Hasil degradasi diambil sebanyak 5,0 mL untuk dianalisis dengan spektrofotometer UV – Vis pada panjang gelombang maksimum, dengan akuadem yang telah ditambah HCl/NaOH sebagai larutan blangko. Absorbansi yang terukur dimasukkan ke dalam persamaan kurva standar larutan metilen biru agar konsentrasi metilen biru sisa dapat diketahui.

Skripsi




31

3.4.12.3 Degradasi metilen biru dengan TiO2 pada kondisi optimum Sebanyak 500 mL larutan sampel metilen biru 25 ppm dimasukkan ke dalam gelas piala 1000 mL dengan pengaturan pH dalam kondisi optimum, kemudian ditambahkan TiO2 sebanyak 0,50 g dan larutan H2O2 15% sebanyak 100 µL. Campuran dihomogenkan selama 15 menit dan diirradiasi menggunakan sinar UV (3x8 watt) dalam reaktor selama waktu optimum. Hasil degradasi diambil sebanyak 5,0 mL untuk dianalisis dengan spektrofotometer UV – Vis pada panjang gelombang maksimum, dengan akuadem yang telah ditambahkan HCl/NaOH sebagai larutan blangko. Absorbansi yang terukur dimasukkan ke dalam persamaan kurva standar larutan metilen biru agar konsentrasi metilen biru sisa dapat diketahui. 3.4.12.4 Degradasi metilen biru dengan zeolit pada kondisi optimum Sebanyak 500 mL larutan sampel metilen biru 25 ppm dimasukkan ke dalam gelas piala 1000 mL dengan pengaturan pH dalam kondisi optimum, kemudian ditambahkan zeolit sebanyak 0,50 g dan larutan H2O2 15 % sebanyak 100 µL. Campuran dihomogenkan selama 15 menit dan diirradiasi menggunakan sinar UV (3x8 watt) dalam reaktor selama waktu optimum. Hasil degradasi diambil sebanyak 5,0 mL untuk dianalisis dengan spektrofotometer UV – Vis pada panjang gelombang maksimum, dengan akuadem yang telah ditambah HCl/NaOH sebagai larutan blangko. Absorbansi yang terukur dimasukkan ke dalam kurva standar larutan metilen biru agar konsentrasi metilen biru yang tersisa dapat diketahui.

Skripsi




32

3.4.12.5 Degradasi metilen biru dengan H2O2 pada kondisi optimum Sebanyak 500 mL larutan sampel metilen biru 25 ppm dimasukkan ke dalam gelas piala 1000 mL dengan pengaturan pH dalam kondisi optimum, kemudian ditambahkan larutan H2O2 15% sebanyak 100 µL. Campuran dihomogenkan selama 15 menit dan diirradiasi menggunakan sinar UV (3x8 watt) dalam reaktor selama waktu optimum. Hasil degradasi diambil sebanyak 5,0 mL untuk dianalisis dengan spektrofotometer UV – Vis pada panjang gelombang maksimum, dengan akuadem yang telah ditambahkan HCl/NaOH sebagai larutan blangko. Absorbansi yang terukur dimasukkan ke dalam persamaan kurva standar larutan metilen biru agar konsentrasi metilen biru sisa dapat diketahui.

Skripsi




BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1

Panjang Gelombang Maksimum Larutan Metilen Biru Panjang gelombang maksimum untuk larutan metilen biru ditentukan dengan

larutan standar metilen biru 5 ppm menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada rentang panjang gelombang 400 nm sampai 800 nm. Panjang gelombang maksimum yang diperoleh adalah sebesar 664,5 nm. Panjang gelombang maksimum dari larutan metilen biru yang diperoleh akan digunakan untuk pengukuran absorbansi larutan

absorbansi

metilen biru pada penelitian selanjutnya.

panjang gelombang (nm) Gambar 4.1 Kurva panjang gelombang maksimum metilen biru

33

Skripsi




34

4.2

Penentuan Kurva Standar Metilen Biru Kurva standar metilen biru diperoleh dari deret larutan standar metilen biru

dengan konsentrasi 1, 3, 5, 7, dan 10 ppm. Masing – masing larutan standar diukur absorbansinya dengan menggunakan alat spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang maksimum 664,5 nm. Data absorbansi larutan metilen biru pada berbagai konsentrasi yang diperoleh ditunjukkan pada Tabel 4.1. Tabel 4.1 Data absorbansi larutan metilen biru pada berbagai konsentrasi Konsentrasi ( ppm ) 1 3 5 7 10

Absorbansi 0,0918 0,2632 0,4700 0,6775 1,0433

Persamaan kurva standar larutan metilen biru dinyatakan dengan persamaan y = a + bx dengan ketentuan y adalah absorbansi (A) dan x adalah konsentrasi larutan metilen biru. Dari data didapatkan persamaan kurva standar larutan metilen biru y = 0,1059x – 0,0416 dan harga R2 = 0,995. Persamaan kurva standar ini digunakan untuk mengetahui nilai konsentrasi metilen biru yang tersisa setelah adanya proses degradasi.

Skripsi




35

1,2

Absorbansi

1 0,8 0,6 0,4 y = 0,1059x - 0,0416 R² = 0,9956

0,2 0 0

2

4

6

8

10

12

Konsentrasi (ppm)

Gambar 4.2 Kurva standar larutan metilen biru 4.3

Preparasi Zeolit Alam Preparasi zeolit alam dilakukan dengan cara menggerus zeolit sampai halus

kemudian ditambahkan akuadem dan diaduk selama 5 jam. Setelah diaduk, campuran dikeringkan dalam oven pada temperatur 120 ⁰C selama 5 jam. Pengeringan ini bertujuan untuk membersihkan pori – pori zeolit dari air yang terdapat pada permukaan zeolit. Setelah dikeringkan, zeolit yang diperoleh dikalsinasi dalam furnace pada temperatur 400 ⁰C bertujuan untuk membersihkan pori – pori zeolit dari pengotor seperti oksida logam yang terikat pada permukaan zeolit. Zeolit hasil preparasi dikarakterisasi menggunakan difraktometer sinar – X untuk mengetahui struktur zeolit.

Skripsi




36

Gambar 4.3 Difraktogram zeolit alam dan zeolit setelah kalsinasi Pada difraktogram zeolit alam (Gambar 4.3) terdapat refleksi dengan intensitas yang tajam pada daerah 2θ = 9,83⁰; 13,52⁰; 19,70⁰; 22,40⁰; 23,71⁰; 25,72⁰; 26,33⁰; 27,77⁰. Refleksi ini merupakan karakteristik mordenit (Wijaya dkk., 2006). Dengan demikian dapat diketahui bahwa zeolit yang digunakan pada penelitian ini dapat digolongkan jenis mordenit. Dari difraktogram zeolit sesudah kalsinasi (Gambar 4.3) terlihat bahwa puncak karakteristik mordenit dari zeolit alam masih terlihat, maka dapat disimpulkan bahwa struktur zeolit alam tidak berubah setelah adanya perlakuan kalsinasi.

Skripsi




37

4.4

Preparasi TiO2 Terimpregnasi Zeolit Alam (TiO2/zeolit) TiO2 terimpregnasi zeolit alam dibuat dari zeolit yang telah dipreparasi, TiO2,

dan etanol absolut yang kemudian diaduk untuk menghomogenkan campuran selama 5 jam. Setelah diaduk, campuran dikeringkan dengan oven pada temperatur 120 ⁰C selama 5 jam. Hal ini bertujuan untuk menguapkan etanol absolut dan membersihkan pori – pori zeolit dari partikel TiO2 yang tidak terikat dengan baik pada permukaan zeolit (Fatimah dkk, 2006). Setelah dikeringkan, padatan yang diperoleh dikalsinasi dalam furnace pada temperatur 400 ⁰C. Pada penelitian ini, TiO2/zeolit dibuat untuk meningkatkan aktivitas degradasi zat warna metilen biru. Zeolit berperan sebagai material pendukung TiO2, sehingga dengan adanya penempelan tersebut luas permukaan dari TiO2 menjadi lebih besar. Dengan luas permukaan lebih besar, diharapkan proses degradasi dapat berlangsung efektif. Dari Gambar 4.3 tampak bahwa difraktogram zeolit sebelum perlakuan impregnasi tidak jauh berbeda dengan difraktogram zeolit setelah perlakuan impregnasi. Hal ini mengindikasikan bahwa adanya proses impregnasi tidak mengubah struktur zeolit. Perubahan struktur zeolit akan ditandai dengan perbedaan yang jelas pada profil difraktogram sinar – X (Kok, 2008). Dengan demikian dapat dapat dikatakan bahwa perlakuan impregnasi tidak memberikan perubahan struktur zeolit secara bermakna.

Skripsi




38

Gambar 4.4 Difraktogram TiO2, TiO2/zeolit, dan zeolit sesudah kalsinasi Dari difraktogram TiO2/zeolit (Gambar 4.4), tidak muncul puncak – puncak TiO2 sehingga belum diketahui secara pasti apakah TiO2 telah menempel pada permukaan zeolit. Tidak munculnya puncak TiO2 pada difraktogram TiO2/zeolit disebabkan banyaknya TiO2 yang diimpregnasi pada zeolit hanya 5 % dari jumlah zeolit. Sedangkan untuk dapat muncul pada difraktogram, TiO2 yang digunakan harus lebih dari 10 % (Ulfa dan Prasetyoko, 2009). Hasil karakterisasi difraksi sinar – X belum dapat mengetahui secara pasti apakah TiO2 telah menempel pada permukaan zeolit, sehingga dibutuhkan karakterisasi menggunakan spektrofotometer inframerah.

Skripsi




39

Karakterisasi gugus – gugus fungsional secara kualitatif dipelajari dengan spektrofotometri inframerah. Pada Gambar 4.4, untuk spektra IR zeolit terlihat bahwa serapan pada bilangan gelombang 3417,86 cm-1 karakterisitik untuk rentangan O – H oktahedral (O – H regang) dari H2O yang diperkuat oleh serapan pada bilangan gelombang 1635,64 cm-1 yang merupakan serapan deformasi dari H2O (O – H tekuk). Serapan pada bilangan gelombang 1049,28 cm-1 dan 786,96 cm-1 merupakan serapan regangan asimetris internal dan asimetris eksternal O – Si – O / O – Al – O. Serapan pada bilangan gelombang 478,35 cm-1 adalah karakteristik ikatan Al – O dan Si – O bonding.

Gambar 4.5 Spektra IR zeolit sesudah kalsinasi dan TiO2/zeolit

Skripsi




40

Spektra IR TiO2/zeolit menunjukkan adanya pergeseran serapan bilangan gelombang pada 3448,72 cm-1 yang merupakan serapan ikatan O – H regang yang menunjukkan terjadinya dehidrasi akibat proses pemanasan dengan furnace. Pada spektra IR TiO2/zeolit muncul kembali bilangan gelombang 1635,64 cm-1 yang berasal dari ikatan O – H (Utubira, dkk , 2006). Pada spektra IR TiO2/zeolit muncul serapan pada daerah bilangan gelombang 428,12 cm-1 dan 2337,72 cm-1 yang merupakan karakter dari TiO2. Sebelumnya pada spektra IR zeolit juga muncul serapan pada bilangan gelombang 2337,72 cm-1 yang merupakan karakter dari TiO2, hal ini disebabkan zeolit sendiri memiliki kandungan Ti dalam unsur penyusunnya. Bertambahnya intensitas serapan daerah bilangan gelombang 2337,72 cm-1 pada spektra IR TiO2/zeolit, menunjukkan bahwa jumlah Ti bertambah dengan adanya impregnasi.

4.5

Penentuan Waktu Optimum Degradasi Larutan Metilen Biru Penentuan waktu optimum degradasi larutan metilen biru diperoleh melalui

irradiasi larutan metilen biru 25 ppm dengan menggunakan sinar lampu UV 3x8 watt selama 3 jam dengan rentang waktu pengambilan sampel pada menit ke-5, 10, 20, 30, 45, 60, 120, 180, dan 200 menit. Pada penentuan waktu optimum ini, sampel didegradasi dengan menggunakan TiO2/zeolit serta H2O2. Waktu optimum ditentukan dari hubungan antara waktu saat degradasi metilen biru dengan absorbansi metilen biru sisa. Waktu yang memberikan sisa konsentrasi metilen biru paling kecil

Skripsi




41

dinyatakan sebagai waktu optimum. Tabel optimasi waktu degradasi dapat dilihat pada Tabel 4.2. Tabel 4.2 Data penentuan waktu optimum degradasi metilen biru No.

Waktu degradasi (menit)

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

5 10 20 30 45 60 120 180 200

Kadar metilen biru sisa (ppm) 0,78 0,66 0,54 0,49 0,48 0,84 0,53 0,52 0,50

% Degradasi 96,88 97,36 97,84 98,04 98,08 96,64 97,88 97,92 97,98

100 98 96 % degradasi

94 92 90 88 86 84 82 80 0

50

100

150

200

250

waktu (menit)

Gambar 4.6 Grafik hubungan antara persen degradasi terhadap waktu degradasi

Skripsi




42

Dari Gambar 4.6 menunjukkan bahwa TiO2/zeolit dan H2O2 mampu mendegradasi metilen biru lebih dari 97 %. Pada menit ke – 5 menunjukkan % degradasi metilen biru sebesar 96,88 %, persen degradasi yang tinggi diduga adanya radikal •OH dari TiO2 yang dapat mendegradasi metilen biru dan fungsi zeolit sebagai adsorben. Semikonduktor TiO2 dalam air yang diiradiasi oleh sinar UV akan membentuk hole positif pada pita valensi (vb) dan elektron pada pita konduksi (cb), yang dapat menginisiasi reaksi redoks bahan kimia yang kontak dengan semikonduktor tersebut. Proses fotokatalitik terjadi ketika TiO2 diiradiasi menggunakan sinar UV, sehingga elektron pada TiO2 tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi bereaksi dengan oksigen membentuk ion superoksida, sedangkan hole pada pita valensi bereaksi dengan ion hidroksi membentuk radikal •OH (Hoffman, 1995). Mekanisme reaksi secara umum yaitu : TiO2

+

hv

TiO2

(h+vb + e-cb)

h+vb

+

H2O

•OH

+

e-cb

+

O2

O2-

h+vb

+

OH-

•OH

H+

Adanya H2O2 berfungsi untuk mempercepat proses degradasi metilen biru dengan kemampuannya yang juga dapat menghasilkan radikal •OH pada saat diiradiasi oleh sinar UV. Hasil analisis waktu optimum berada pada menit ke – 45 dengan persen degradasi sebesar 98,08 %.

Skripsi




43

4.6

Penentuan pH Optimum Degradasi Larutan Metilen Biru Penentuan pH optimum dengan tujuan untuk mengetahui besarnya pH pada

efektivitas degradasi zat warna metilen biru. Dilakukan variasi pH antara lain 4, 5, 6, 7, 8, dan 9. Pengaturan pH 4, 5, dan 6 dengan penambahan HCl 0,1M sedangkan untuk pH 7, 8, dan 9 dengan penambahan NaOH 0,1 M. Larutan metilen biru 25 ppm sebanyak 500 mL yang telah mengalami pengaturan pH ditambahkan TiO2/zeolit sebanyak 0,5 g serta larutan H2O2 15 % sebanyak 100 µL kemudian diiradiasi dengan sinar UV 3 x 8 watt pada waktu optimum 45 menit. Adanya variasi pH pada proses degradasi maka dapat dibuat grafik optimasi pH degradasi metilen biru berdasarkan Tabel 4.3. Tabel 4.3 Data pengukuran pH optimum degradasi metilen biru

Skripsi

No.

pH

1. 2. 3. 4. 5. 6.

4 5 6 7 8 9

Kadar metilen biru sisa (ppm) 0,44 0,45 0,48 0,51 0,53 0,55


% Degradasi 98,19 98,20 98,08 97,96 97,87 97,79



44

98,25 98,2 98,15 % degradasi

98,1 98,05 98 97,95 97,9 97,85 97,8 97,75 4

5

6

7

8

9

pH

Gambar 4.7 Grafik hubungan antara pH dengan persen degradasi Gambar 4.7 menunjukkan bahwa persen degradasi metilen biru dengan nilai pH yang berbeda. Persen degradasi metilen biru semakin menurun diiringi dengan bertambahnya nilai pH. Pada pH 4 dan 5, persen degradasi metilen biru hampir sama ditandai dengan selisih nilai persen degradasi yang kecil. Kemudian persen degradasi metilen biru menjadi turun pada pH 6 yaitu sebesar 98,08 %. Selanjutnya kenaikan pH larutan metilen biru sampai pada pH 9 menyebabkan persen degradasi menurun. Hal ini disebabkan karena metilen biru bermuatan negatif dalam medium asam (Mohamed, dkk., 2012), sedangkan TiO2 bermuatan positif dalam larutan asam dan bermuatan

negatif

dalam

larutan

basa

(Barka,

dkk.,

2008).

TiOH + OH‾ ↔ H2O2 + TiO‾ TiOH + H+

Skripsi

↔ H2O2 + TiOH2+




45

Oleh karena itu pada proses pendegradasian metilen biru dalam suasana asam, metilen biru lebih mudah terdegradasi karena molekul metilen biru tertarik pada TiO2 yang bemuatan positif sehingga terjadi interaksi elektrostatis antara metilen biru dengan permukaan TiO2 yang bermuatan positif. Adanya interaksi elektrostatis tersebut mengakibatkan adsorpsi yang kuat dari pendukung TiO2 dalam hal ini zeolit. Pada pH kurang dari 5, ion metilen biru dapat masuk dalam struktur pori. Sedangkan pada pH lebih tinggi dari 7, metilen biru membentuk zwitterion yang dapat meningkatkan agregasi metilen biru untuk membentuk suatu molekul yang lebih besar sehingga tidak dapat masuk dalam struktur permukaan zeolit (Arivoli, dkk., 2010). Hasil analisis pH optimum pada penelitian ini berada pada pH 5 yang ditandai dengan hasil persen degradasi metilen biru terbesar.

4.7

Degradasi Metilen Biru dengan TiO2/Zeolit pada Kondisi Optimum Larutan sampel metilen biru 25 ppm didegradasi dengan menggunakan

TiO2/zeolit selama 45 menit, volume H2O2 100 µL, dan kondisi pH 5. Hasil persen degradasi zat warna metilen biru dengan katalis TiO2/zeolit dibandingkan dengan persen degradasi menggunakan zeolit, TiO2, H2O2, dan sinar UV saja. Perbandingan ini dilakukan untuk mengetahui sejauh mana efektivitas TiO2/zeolit dalam proses degradasi fotokatalitik zat warna metilen biru. Hasil degradasi larutan metilen biru dengan TiO2/zeolit, zeolit, TiO2, H2O2, serta sinar UV dapat dilihat pada Tabel 4.4.

Skripsi




46

Tabel 4.4 Data pengukuran degradasi metilen biru dengan TiO2/zeolit, TiO2, zeolit, H2O2, dan sinar UV pada kondisi optimum No.

Katalis

1. 2. 3. 4. 5.

TiO2/zeolit TiO2 Zeolit H2O2 Sinar UV

Kadar metilen biru sisa (ppm) 0,46 20,85 0,79 21,73 23,82

% Degradasi 98,16 14,53 96,84 13,05 4,68

100 90 80 % degradasi

70 60 50 40 30 20 10 0 Sinar UV

H2O2

TiO2

Zeolit

TiO2/zeolit

Gambar 4.8 Diagram batang perbandingan persen degradasi metilen biru pada kondisi optimum Gambar 4.8 menunjukkan bahwa degradasi metilen biru lebih efektif menggunakan TiO2/zeolit dibandingkan dengan TiO2 saja. TiO2/zeolit dapat mendegradasi metilen biru sebesar 98,16 % sedangkan dengan zeolit sebesar 96,84 %

serta TiO2 sebesar 14,53 %. Akan tetapi metilen biru sendiri dapat terdegradasi dengan H2O2 saja sebesar 13,05 % dan dengan sinar UV saja sebesar 4,68 %. Dari

Skripsi




47

data yang diperoleh, persen degradasi metilen biru menggunakan TiO2/zeolit tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan dibandingkan dengan persen degradasi metilen biru menggunakan zeolit. Sehingga proses pendegradasian metilen biru kurang efektif apabila menggunakan TiO2/zeolit. Pada awalnya diinginkan dengan adanya proses impregnasi ini, zeolit sebagai adsorben dan TiO2 memiliki kemampuan fotokatalitik akan menambah aktifitas degradasi metilen biru. Tetapi pada kenyataannya peran zeolit sebagai adsorben lebih dominan daripada TiO2, hal ini ditunjukkan dengan hampir samanya persen degradasi menggunakan zeolit dan TiO2/zeolit. Dari data yang diperoleh, diduga distribusi TiO2 tidak menyebar rata pada pori – pori zeolit pada saat proses impregnasi. Pada saat pori zeolit diduga terisi oleh beberapa molekul TiO2, kontak antara molekul metilen biru dengan TiO2 menjadi lebih sedikit. Sehingga mekanisme degradasi yang terjadi lebih didominasi oleh adsorpsi dari zeolit daripada sifat fotokatalitik dari TiO2.

Skripsi




BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1

Kesimpulan 1. Kondisi

optimum proses

degradasi

zat

warna

metilen

biru

menggunakan zeolit terimpregnasi TiO2 (TiO2/zeolit) diperoleh pada waktu 45 menit dan pH larutan sebesar 5 dengan persen degradasi masing – masing 98,16 % dan 98,20 %. 2. TiO2/zeolit memiliki efektivitas lebih tinggi dibandingkan TiO2, tetapi tidak lebih tinggi dibandingkan dengan zeolit dalam mengadsorpsi zat warna metilen biru pada waktu dan pH optimum. Dalam hal ini zeolit berperan sebagai adsorben dan TiO2 mendegradasi zat warna metilen biru secara fotokatalitik. 5.2

Saran 1. Perlu dilakukan penelitian impregnasi menggunakan zeolit dengan berbagai konsentrasi TiO2. 2. Perlu dilakukan penelitian degradasi menggunakan campuran TiO2 dan zeolit untuk membandingkan apakah ada perbedaan persen degradasi menggunakan campuran TiO2 dan zeolit dengan TiO2/zeolit.

48

Skripsi




DAFTAR PUSTAKA Ali, R., Siew, O.B., 2006, Photodegradation of New Methylene Blue N in Aqueous Solution Using Zinc Oxide and Titanium Oxide as Catalyst, Jurnal Teknologi, Vol. 45, No. F, 31 – 42. Aritonang, S.P., 2009, Bahan Penyalut Pada Zeolit Alam Untuk Menurunkan Konsentrasi Ion Cu2+ Dalam Larutan Teh Hitam, Tesis, Universitas Sumatera Utara, Medan. Arivoli, S., Hema, M., Parshtasarathy, S., Manju, N., Adsorption Dynamics of Methylene Blue by Acid Activated Carbon, Journal of Chemical and Pharmaceutical Research, Vol. 2, No. 5, 626 – 641. Atkins, P. W., 1998, Physical Chemistry, 6th ed, Oxford University Press, Oxford. Barka, N., Assabbane, A., Nounah, A., Dussaud, J., Ichou, A.Y., 2008, Photocatalytic Degradation of Methyl Orange with Immobilized TiO2 Nanoparticles: Effect of pH and Some Inorganic Anions, Physics Chemistry News, Vol 41, 85 – 88. Barrer, R. M, 1982, Hydrothermal Chemistry of Zeolit, Academic Press, London, New York, 105-246. Birkholz, M., 2006, Thin Film Analysis by X-Ray Scattering, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim. Budavari, S., Windholz, M., Stroumtsos, L.Y., 1989, The Merck Index : An Encyclopedia Chemical and Drugs, Merck & Co., New Jersey. Butar, S.B., 2011, Studi Pendahuluan Konversi Asam Oleat Menjadi Alkana Cair Melalui Metode Hidrogenasi Katalitik Dengan Katalis Ni-Zeolit, Skripsi, Jurusan Kimia, FMIPA Universitas Pendidikan Indonesia, Bandung. Chang, R., 1998, Chemistry, Sixth Edition, Mc Graw-Hill, Boston. Fatimah, I., 2000, Penggunaan Na-Zeolit Alam Teraktivasi Sebagai Penukar Ion Cr3+ dalam Larutan, Jurnal Logika, Vol. 4, No. 5, 25 – 34. Fatimah, I., Sugiharto, E., Wijaya, K., Tahir, I., Kamalia, 2006, Titan Dioksida Terdispersi Pada Zeolit Alam (TiO2/zeolit) dan Aplikasinya untuk Fotodegradasi Congo Red, Indonesian Journal of Chemistry, Vol. 6 No. 1, 38 – 42. 49

Skripsi




50

Fatimah, I., Wijaya, K., 2005, Sintesis TiO2/Zeolit Sebagai Fotokatalisis Pada Pengolahan Limbah Cair Industri Tapioka Secara AdsorpsiFotodegradasi, Jurnal TEKNOIN, Vol. 10, No. 4, 257 – 256. Fessenden, R,J., Fessenden, J.S., 1995, Kimia Organik II, (Terj) A.H Pudjaatmaka, Edisi Ketiga, Penerbit Erlangga, Jakarta. Glusker, J.P., Trueblood, K.N., 1985, Crystal Structure Analysis Aprimer, second edition, Oxford University Press, New York. Gunlazuardi, J., 2001, Fotokatalisis pada Permukaan TiO2: Aspek Fundamental dan Aplikasinya, Seminar Nasional Kimia Fisika II, Jurusan Kimia, FMIPA Universitas Indonesia. Hoffman, M.R., Martin, S.T., Choi, W., Bahnemann, D.W., 1995, Environmental Applications of Semiconductor Photocatalysis, Chem.Rev, 69 – 96. Imansyah, Z.A., 2011, Studi Kesetimbangan dan Kinetika Impregnasi Ion Cu2+ Pada Zeolit-H, Skripsi, Jurusan Pendidikan Kimia, FPMIPA Universitas Pendidikan Indonesia, Bandung. Ismuyanto, B., 2008, Penerapan Solidifikasi/Stabilisasi pada Limbah Lumpur Industri Lapis Listrik, Penelitian Masalah Lingkungan di Indonesia, Jurusan Kimia, FMIPA Universitas Brawijaya. Kok, T., 2008, Modifikasi Zeolit Alam Dan Pemanfaatannya Untuk Menurunkan Kadar Pencemaran Tembaga Dari Limbah Air Buangan, Artocarpus Journal, Vol. 8, No. 2, 74 – 84. Lu, M.C., 1999, Photocatalytic Oxidation of Propoxur Insecticide with Titanium Dioxide Supported on Activated Carbon, Journal of Environmental Science and Health, Vol. 34, No. 2, 17 – 32. Maygasari, D.A., Satriadi, H., Widayat, Jestyssa, A.H., 2010, Optimasi Proses Aktivasi Katalis Zeolit Alam Dengan Uji Proses Dehidrasi Etanol, Seminar Rekayasa Kimia dan Proses, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Diponegoro, Semarang. Mohamed, R.M., Mkhalid, I.A., Baeissa, E.S., Al-Rayyani, M.A., 2012, Photocatalytic Degradation of Methylene Blue by Fe/ZnO/SiO2 Nanoparticles under Visiblelight, Journal of Nanotechnology, Vol. 2012, No. 2012. Muliasari, E., 2006, Pemanfaatan Zeolit Aktif Dari Turen Malang Untuk Pertukaran Ion Timbal (II), Skripsi, Jurusan Kimia, FMIPA Universitas Airlangga, Surabaya.

Skripsi




51

Mulja, 1995, Analisis Instrumental, Airlangga University Press, Surabaya. Mumpton, F.A., Fishman, P.H., 1977, The Application of Natural Zeolites in Animal Science and Aquaculture, Journal of Animal Science, Vol. 45, No. 5, 1188 – 1203. Nais, M.F., Wibawa, G., 2011, Peningkatan Kualitas Zeolit Alam Indonesia Sebagai Adsorben Pada Produksi Bioethanol Fuel Grade, Seminar Nasional Teknologi Industri XV, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. Nogueira, R.F.P., Jardim, W.F., 1993. Photodegradation of Methylene Blue Using Solar Light and Semiconductor (TiO2), Journal of Chemical Education, Vol. 70, No. 10, 861 – 862. Otmer and Kirk, 1994, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol 18, 14th edition, John Wiley and Sons, USA. Pristantho, J.F., 2011, Degradasi Fotokatalitik Surfaktan NaLS (Natrium Lauril Sulfat) Dengan Kombinasi Reagen Fenton dan TiO2, Skripsi, Jurusan Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga, Surabaya. Rakhmatullah, D.K.A., Wiradini, G., Ariyanto, N.P., 2007, Pembuatan Adsorben Dari Zeolit Alam Dengan Karakteristik Adsorption Properties Untuk Kemurnian Bioetanol, Laporan Akhir Penelitian Bidang Energi Penghargaan PT. Rekayasa Industri, Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung, Bandung. Sari, I.P., 2010, Adsorpsi Metilen Biru Dengan Abu Dasar PT. IPMOMI Probolinggo Jawa Timur dan Zeolit Berkarbon, Skripsi, Jurusan Kimia, FMIPA Institut Sepuluh Nopember, Surabaya. Setiawan, A., 2007, Pengaruh Modifikasi Zeolit Alam Dengan Heksadesil Trimetilamonium (HDTMA+) Pada Kemampuan Adsorbsinya Terhadap Ion Pb2+ dan Cd2+, Skripsi, Universitas Gajah Mada, Yogyakarta. Silverstein, R.M., Webster, Francis, X., Kiemle, David, J., 2005, Spectrometric Identification of Organic Compound, 7th ed, John Wiley and Sons Inc, New York. Slamet, Ellyana, M., Bismo, S., 2008, Modifikasi Zeolit Alam Lampung Dengan Fotokatalisis TiO2 Melalui Metode Sol Gel dan Aplikasinya Untuk Penyisihan Fenol, Jurnal Teknologi, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Depok.

Skripsi




52

Sopyan, I., 1998, Fotokatalisis Semikonduktor : Teori dan Terapan, Majalah BPTT Teknologi, Vol. LXXXVII, Jakarta. Srihapsari, D., 2006, Penggunaan Zeolit Alam Yang Telah Diaktivasi Dengan Larutan HCl Untuk Menjerap Logam – Logam Penyebab Kesadahan Air, Skripsi, Jurusan Kimia, FMIPA Universitas Negeri Semarang, Semarang. Sumatera, I.K., Wijaya, K., Tahir, I., 2002, Fotodegradasi Metilen Biru Menggunakan Katalis TiO2-Montmorilonit dan Sinar UV, Seminar Nasional Pendidikan Kimia, Jurusan Kimia, FMIPA Universitas Negeri Yogyakarta. Sunarti, 2010, Perbedaan Kadar Besi (Fe) Pada Air Sumur Bor Yang Disaring Dengan Zeolit dan Karbon Aktif, Skripsi, Fakultas Kesehan Masyarakat Universitas Sumatera Utara, Medan. Suwarsa, S., 1998, Penyerapan Zat Warna Tekstil BR Red HE 7B Oleh Jerami Padi, Jurnal Matematika dan Sains, Vol. 3, No. 1, 32 – 40. Suyanti, L., 2000, Kinetika Reaksi Pirolisis Tar Batu Bara Dengan Menggunakan Katalis, Tesis, Program Pasca Sarjana, Jurusan Kimia, FMIPA Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Tarigan, S., 2007, Aktivitas Katalis Cr/Zeolit Dalam Reaksi Konversi Katalitik Fenol Dan Metil Isobutil Keton, Jurnal Ilmiah Indonesia, Universitas Karo, Kabanjahe. Ulfa, M., Prasetyoko, D., 2009. Synthesis and Characterization Tio2/TS-1 with Variation of Calcination Temperature, The 1st International Seminar on Science and Technology 2009. Utubira, Y., Wijaya, K., Triyono, Sugiharto, E., 2006, Preparasi dan Karakterisasi TiO2-Zeolit Serta Pengujiannya pada Degradasi Limbah Industri Tekstil secara Fotokatalitik, Indonesian Journal of Chemistry, Vol. 6 No. 3, 231 – 237. Wang, L., Zhang, J., Wang, A., 2011, Fast Removal of Methylene Blue From Aqueous Solution by Adsorption onto Chitosan-g-poly (Acrylic Acid) / Attapulgite Composite, Journal of Desalination, 33 – 39. Wijaya, K., Sugiharto, E., Fatimah, I., Tahir, I., Rudatiningsih, 2006, Fotodegradasi Zat Warna Alizarin S Menggunakan TiO2-Zeolit dan Sinar UV, Indonesian Journal of Chemistry, Vol. 6 No. 1, 32 – 37.

Skripsi




53

Zendehdel, M., Kalateh, Z., Alikhani, H., 2011, Efficiency Evaluation of NaY Zeolite and TiO2/NaY Zeolite in Removal of Methylene Blue Dye From Aqueous Solutions, Iranian Journal of Environment Health Science and Engineering, Vol. 8, No. 3, 265-272. .

Skripsi




Lampiran 1 Panjang gelombang maksimum metilen biru

Skripsi




Lampiran 2 Difraktogram zeolit alam

Skripsi




Skripsi




Skripsi




Lampiran 3 Difraktogram zeolit setelah kalsinasi

Skripsi




Skripsi




Skripsi




Lampiran 4 Difraktogram TiO2

Skripsi




Skripsi




Skripsi




Lampiran 5 Difraktogram TiO2/zeolit

Skripsi




Skripsi




Skripsi




Lampiran 6 Spektra IR zeolit sebelum dan setelah impregnasi

Sebelum impregnasi

Skripsi




Setelah impregnasi

Skripsi




Lampiran 7 Optimasi waktu degradasi larutan metilen biru Menghitung % degradasi

Xo - Xt

% Degradasi =

x 100 %

Xo Keterangan :

X0

= Konsentrasi awal sebelum didegradasi

Xt

= Konsentrasi setelah didegradasi

Tabel data pengukuran degradasi larutan metilen biru pada berbagai variasi waktu

Skripsi

t (menit)

Absorbansi

Xt

% degradasi

5

0,0410

0,78

96,88

10

0,0280

0,66

97,36

20

0,0160

0,54

97,84

30

0,0108

0,49

98,04

45

0,0091

0,48

98,08

60

0,0470

0,84

96,64

120

0,0147

0,53

97,88

180

0,0132

0,52

97,92

200

0,0119

0,50

97,98




Cara menghitung nilai persen degradasi, missal pada menit ke – 5 Nilai absorbansi pada menit ke – 5 dimasukkan dalam persamaan regresi kurva standar y = 0,1059x – 0,0416 0,0410 = 0,1059x – 0,0416 0,1059x = 0,0416 + 0,0410 0,1059x = 0,0826 x = 0,78 ppm

% Degradasi =

25 – 0,78

x 100 % = 96,88 %

25 Cara perhitungan nilai persen degradasi ini akan digunakan pada tahap perhitungan selanjutnya.

Skripsi




Lampiran 8 Optimasi pH degradasi larutan metilen biru Tabel data pengukuran degradasi metilen biru dengan berbagai variasi pH

Skripsi

pH

Absorbansi

Xt

% Degradasi

4

0,0059

0,44

98,19

5

0,0060

0,45

98,20

6

0,0090

0,48

98,08

7

0,0120

0,51

97,96

8

0,0150

0,53

97,87

9

0,0170

0,55

97,79




Lampiran 9 Degradasi metilen biru pada kondisi optimum Tabel data pengukuran degradasi metilen biru dengan TiO2/zeolit, TiO2, zeolit, H2O2, dan sinar UV pada kondisi optimum

Skripsi

Katalis

Absorbansi

Xt

% Degradasi

TiO2/Zeolit

0,007

0,46

98,16

TiO2

2,220

21,36

14,53

Zeolit

0,042

0,79

96,84

H2O2

2,260

21,73

13,05

Sinar UV

2,481

23,82

4,68



IMPREGNASI ZEOLIT ALAM DENGAN TiO 2 UNTUK MENDEGRADASI ZAT WARNA METILEN BIRU SECARA FOTOKATALITIK SKRIPSI

Recommend Documents