Kinetika Degradasi Fotokatalitik Pewarna Azoic dalam Limbah Industri Batik dengan Katalis TiO2 Oleh: Mei Sulis Setyowati 1410100031 Dosen Pembimbing: Dr. Ir. Endah Mutiara Marhaeni Putri, M.Si
Latar Belakang
Lebih dari 15% pewarna tekstil lolos kedalam aliran limbah cair selama proses pewarnaan dan mencemari lingkungan Mirkhani dkk. (2009)
Zat warna tekstil yang sering digunakan
Metilen Blue (Yang dkk, 2004) Rhodamin-B (Lodha dkk, 2011)
C.I. Solvent Yellow 14(Hunger, 2003)
Zat warna tekstil sulit untuk didegradasi karena memiliki struktur molekul kompleks aromatik yang stabil (Fewson, 1988 dan Seshadri dkk, 1994).
Batik Pamekasan
Sangat Cerah Tajam Berani
Metode degradasi yang telah dilakukan untuk mendegradasi beberapa pewarna tekstil komersial Referensi
ZatWarna yang didegradasi
Metode yang digunakan
Houas dkk, (2001)
Metilen biru (Methylene blue)
Fotokatalitik degradasi menggunakan fotokatalis TiO2 P25
Lachheb dkk, (2002)
C.I. Acid yellow 17
Fotodegradasi menggunakan proses UV/TiO2
Sivalingam dkk, (2003)
Metilen Biru (Methylene blue), Alizarin S, Metil merah (Methyl red), Congo merah (Congo red) dan Oranye G (Orange G)
Fotokatalitik degradasi menggunakan fotokatalis TiO2 nano anatase
Metode degradasi yang telah dilakukan untuk mendegradasi beberapa pewarna tekstil komersial Referensi
ZatWarna yang didegradasi
Metode yang digunakan
Liu dkk, (2006)
C.I. Acid yellow 17
Fotodegradasi menggunakan proses UV/TiO2
Ibhadon dkk, (2008)
Metil oranye (Methyl orange)
Fotokatalitik degradasi menggunakan fotokatalis Porous Foam TiO2
Mirkhani dkk, (2009)
Congo merah (Congo red), Metil oranye (Methyl orange), C.I. Direct red 80 (DR), C.I. Reactive red 17 (RR), C.I. Direct yellow 50 (DY), Solofenil merah (Solophenyl red 3BL (SR), Coperoxon navy blue RL (CN), Nylosan black 2-BC.S, Acid black 42 (NB)
Fotokatalitik degradasi menggunakan fotokatalis TiO2 yang didoping dengan Ag.
Metode degradasi menggunakan H2O2 dan fotokatalis TiO2 dengan penyinaran UV
Zat warna azoic dalam limbah batik
Diperlukan model kinetika yang tepat untuk mengetahui kondisi optimum dari proses degradasi zat warna azoic dalam limbah batik
Rumusan Masalah
Bagaimana kinetika degradasi pewarna azoic yang meliputi kecepatan reaksi, orde dan konstanta laju reaksi secara oksidasi fotokatalitik menggunakan katalis semikonduktor TiO2 dan sinar UV.
Bagaimana mengetahui kondisi optimum degradasi fotokatalitik pewarna azoic dalam limbah cair industri batik.
Tujuan
Menentukan kinetika degradasi pewarna azoic yang meliputi kecepatan reaksi, orde dan konstanta laju reaksi secara oksidasi fotokatalitik menggunakan katalis semikonduktor TiO2 dan sinar UV.
Mengetahui kondisi optimum degradasi fotokatalitik pewarna azoic dalam limbah cair industri batik.
Batasan Masalah
Pewarna azoic yang digunakan pada penelitian ini merupakan limbah zat warna merah yang berasal dari sentra batik yang dikelola oleh departemen perindustrian Jawa Timur di Pamekasan, Madura. Sedangkan oksidator yang digunakan adalah hidrogen peroksida (H2O2) dengan konsentrasi 0,1% (v/v), 0,2% (v/v), 0,3% (v/v), 0,4% (v/v) dan 0,5% (v/v).
Metodologi
Alat dan Bahan
Peralatan yang digunakan: Lampu UV 6 W Magnetik Botol Semprot Kertas saring Kertas whatman no.42
Peralatan gelas yang digunakan: Gelas beaker 3000 mL (reaktor) Erlenmeyer Labu ukur Corong gelas Gelas ukur Pipet volume Pipet ukur Pipet tetes Pengaduk kaca Botol timbang Kaca arloji
Peralatan instrumen yang digunakan: Hot plate dengan magnetic stirrer Neraca analitik Spektrofotometer Genesys 10S UV-vis Spektrofotometer Fourier Transform Infrared
Shimadzu
Bahan-bahan yang digunakan: Limbah tekstil berwarna merah yang mengandung pewarna
azoic yang didapatkan dari sentra batik yang dikelola oleh departemen perindustrian Jawa Timur di Pamekasan, Madura. Naphtol AS (3-Hidroksi-2-naphtoic anilida) Garam merah R (2-Metoksi-5-nitrobenzendiazonium tetraklorozinkat) NaOH pellet Benang wol bebas lemak Asam asetat (CH3COOH) 10% (v/v) Amonia (NH4OH) 10% (v/v) Na2SO4 anhidrat Titanium dioksida (TiO2) Degussa P25 Hidrogen peroksida (H2O2) 35% (v/v) Aqua Demineralisasi (Aqua DM)
Prosedur Kerja dan Analisis
Sintesis pewarna azoic sebagai larutan standar
NaOH (s) Diambil 0,3 gram Dilarutkan dengan aqua
Naphtol AS Diambil
0,5 gram
DM hingga volume total larutan 100 mL
NaOH (aq)
Garam merah R Diambil 0,3
gram Dilarutkan dengan aqua DM hingga volume total larutan 100 mL
Dipanaskan
Larutan garam merah R
Larutan Natrium naphtolat
Larutan Standar
Identifikasi pewarna azoic dalam limbah industri batik
Larutan standar dan Sampel limbah batik Ditambah 10 mL asam asetat 10%
(v/v) Ditambah benang wol bebas lemak Dididihkan selama 10 menit Benang wol Dicuci dengan aqua DM Dimasukkan kedalam 10 mL
amonia 10% (v/v) Dididihkan Disaring Filtrat
Residu
Larutan sisa
Ditambahkan Na2SO4 anhidrat Didiamkan selama 10 menit Disaring dengan kertas
Whatman no.42
Filtrat
Residu
Dianalisis dengan
spektrofotometer FTIR Shimadzu Spektra IR larutan standar dan sampel Hasil
Penentuan panjang gelombang maksimum dari pewarna azoic
Larutan standar Disaring dengan kertas Whatman no.42
Filtrat
Residu
Diambil 10 mL Dimasukkan labu ukur 100 mL Ditambahkan aqua demineralisasi hingga
tanda batas Dianalisis panjang gelombang maksimum dengan spektrofotometer UV-vis
Panjang gelombang maksimum pewarna azoic
Hasil
Degradasi fotokatalitik pewarna azoic dengan pengenceran 5 kali
H2O2 35% (v/v)
Sampel Zat Warna Azoic Disaring dengan kertas
Whatman no.42
Filtrat
Residu
Diambil 200 mL Dimasukkan labu ukur 1000 mL Ditambahkan aqua DM hingga
tanda batas
Sampel Hasil pengenceran
Dicampur sesuai variasi pada tabel 1
hingga volume total campuran 1000 mL Dimasukkan reaktor
Campuran
TiO2
Diaduk dengan magnetic stirrer hingga
homogen Didegradasi dibawah lampu UV 6 W selama 10
jam dengan catatan setiap dua jam sekali diambil sampel sebanyak 10 mL untuk dianalisis absorbansi menggunakan spektrofotometer UV-vis Data Absorbansi
Hasil
Degradasi fotokatalitik pewarna azoic dengan pengenceran 10 kali
H2O2 35% (v/v)
Sampel Zat Warna Azoic Disaring dengan kertas
Whatman no.42
Filtrat
Residu
Diambil 100 mL Dimasukkan labu ukur 1000 mL Ditambahkan aqua DM hingga
tanda batas
Sampel Hasil pengenceran
Dicampur sesuai variasi pada tabel 1
hingga volume total campuran 1000 mL Dimasukkan reaktor
Campuran
TiO2
Diaduk dengan magnetic stirrer hingga
homogen Didegradasi dibawah lampu UV 6 W selama 10
jam (analisis absorbansi hanya dilakukan pada t = 0 jam dan t = 10 jam) Data Absorbansi
Hasil
Ilustrasi Reaktor Degradasi Zat Warna
Lampu UV Reaktor Aluminium Foil Buffle Statif Campuran Magnetik Hot Plate dan Magnetic Stirrer
Hasil dan Pembahasan
Hasil identifikasi pewarna azoic dalam limbah batik
Hasil penentuan panjang gelombang maksimum dari pewarna azoic
0,45
409 nm
0,4
Absorbansi
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1 350
370
390
410
430
450
470
Panjang Gelombang (nm)
490
510
530
Aktivitas degradasi fotokatalitik dari pewarna azoic
Sampel 1 (pengenceran 5 kali)
Kondisi reaksi: [H2O2] = 0,1%
Orde reaksi dan konstanta laju reaksi dari degradasi fotokatalitik pewarna azoic
Sampel 1 (pengenceran 5 kali)
Log v
-0,12
Sehingga,
-0,118
-0,116
y = 1,0127x - 2,6975 R² = 0,9991
Log[Azoic]
-0,114
-2,811 -2,812-0,112 -2,813 -2,814 -2,815 -2,816 -2,817 -2,818 -2,819 -2,82
Harga Konstanta laju pseudo-orde satu sebesar 2 × 10-3 jam-1 Kondisi reaksi: [H2O2] = 0,1%
Pembuktian pseudo-orde satu
0,025
y = 0,002x - 0,0003 R² = 0,9928 Sampel 1
0,02 ln(A0/At)
0,015 0,01
0,005 0 0 -0,005
2
4
6
8
10
12
t (jam)
Kondisi reaksi: [H2O2] = 0,1%
Rekapitulasi harga konstanta laju reaksi degradasi pewarna azoic menggunakan beberapa variasi konsentrasi hidrogen peroksida (%v/v) H2O2
k1 × 103 (jam-1)
0,1%
2
0,2%
6,3
0,3%
13
0,4%
19,5
0,5%
31,4
Keterangan: k1 = konstanta laju sampel 1 (pengenceran 5 kali)
Kinetika laju reaksi degradasi fotokatalitik pewarna azoic
Tanpa sinar UV dan katalis TiO2
Sampel 1 (pengenceran 5 kali)
Dengan sinar UV dan katalis TiO2
Sampel 1 (pengenceran 5 kali)
Perbandingan Konversi Degradasi (%) Antara Sampel 1 (pengenceran 5 kali, [A]0 = 0,773) dan Sampel 2 (pengenceran 10 kali, [A]0 = 0,386) Selama 10 Jam Degradasi dengan Konsentrasi H2O2 yang Berbeda (%v/v) H2O2 0,1% 0,2% 0,3% 0,4% 0,5% Keterangan:
Konversi 1 (%) 1,984 7,805 15,653 22,380 34,455
Konversi 2 (%) 6,218 7,513 15,803 26,425 39,378
Konversi 1 = Konversi degradasi sampel 1 (pengenceran 5 kali). Konversi 2 = Konversi degradasi sampel 2 (pengenceran 10 kali).
Pengenceran 5 kali
Pengenceran 10 kali
Kesimpulan
Degradasi fotokatalitik pewarna azoic dalam limbah cair
industri batik mengikuti pseudo-orde satu dengan konstanta laju reaksi yang semakin naik seiring dengan kenaikan konsentrasi H2O2. Kondisi optimum degradasi fotokatalitik pewarna azoic belum tercapai, sedangkan kondisi maksimum adalah dengan menggunakan konsentrasi H2O2 sebesar 0,5% dalam waktu 2 jam (120 menit).
Sekian dan Terima Kasih
Tabel 1: Variasi konsentrasi H2O2 dalam campuran Persentase H2O2 dalam campuran
1 2
Komposisi
0,1%
Volume H2O2 (35% v/v) dalam campuran 3 mL
100 mg
0,2%
6 mL
100 mg
0,3%
9 mL
100 mg
0,4%
12 mL
100 mg
0,5%
15 mL
100 mg
TiO2
