Ap/ikasi Isotopdon Radiasi,/996
PENGARUH IRADIASI GAMMA TERHADAP PENGURAIAN DAN PENGHILANGAN W ARNA ZA T W ARNA DISPERSE BLUE DALAM LARUTAN AIR
.Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi, Batan
ABSTRAK PENGARUH IRADIASI GAMMA TERHADAP PENGURAIAN DAN PENGHILANGAN WARNA ZAT WARNA DISPERSE BLUE DALAM LARUTAN AIR. Telah dilakukan penelitian penguraiandan penguranganWarDazat warna disperse blue dalam larutan air yang diiradiasi pada dosis 0, 2, 4, 6, 8, dan 10 kGy dengan laju dosis 2 kGy/jam. Selama iradiasi, oksigen atau udara dialirkan melalui sampel. Parameteryang diamati ialah perubahan intensitas spektrum, pH, jumlah karbon organik (TOC, total organiccarbon),persentasedisperseblue yang mengendapdenganpenambahankogulan, dan perubahan kebutuhan oksigen kimia (COD) dan pembentukanasam-asam.Intensitas spektrum turun dengan naiknya dosis radiasi, terlebih lagi denganadanya oksigen, namun denganpenambahanasam nitrat setelahradiasi, penurunanintensitas lebih nyata. PengukuranpH setelah iradiasi mengalami penurunan,jumlah karbon organik turun dengan naiknya dosis demikian pula dengankebutuhan oksigenkimia (Chemical Oxygen Demand,COD). Penambahankoagulan Fe2(SO.»)dengan konsentrasi200 ppm ke dalam larutan sampel OB-3 tanpa radiasi (100 ppni) pada pH 7 dapat mengurangi warns sebesar 96%. Pada penambahankoagulan yang sarna ke dalam larutan OB-3 radiasi pads pH 9 dan 12 dapat mengurangi warna berturut-turut sebesar90 dan 87%. Penambahankoagulan Al2(SO.»)(200 ppm) pads larutan OB-3 tanpa dan denganradiasi (100 ppm) pada pH 7 dapat mengurangi warns berturut-turut sebesar76 dan 84%.
ABSTRACT EFFECT OF GAMMA RADIATION ON DEGRADATION AND DECOLORATION OF DISPERSE DYE DISPERSE BLUE-3 IN AQUEOUS SOLUTION. Studies on degradationand decolorationof dispersedye in aqueoussolution was done using gammarays at dosesofO. 2. 4. 6. 8. and 10 kGy with a dose rate of2 kGy/h. During irradiation oxygen or air was bubbled through a porous plate at the bottom of the reactionvessel.The parametersexamined were the changeof absorption spectra, pH total organic carbon (TOC), the percentageof 08-3 precipitatedby adding coagulants. chemical oxygen demand (COD) and the formation of an acids. In oxygen-saturatedsolutions absorption spectradecreasedmarkedly, especially by the adition of nitric acid. The change of pH. total organiccarbon (TOC) and chemical oxygen demand(COD) also decreasedby increasingthe dose.The percentageof 100 ppm 08-3 in aqueoussolution precipitatedby 200 ppm Fez(SO.)] at pH 7 was 96%. The percentageof radiated 08-3 (100 ppm) in aqueoussolution precipitated by Fez(SO.)3 at pH 9 and 12 were90 and 87%, respectively.The percentageof radiatedand unradiated 100ppm 08-3 in aqueoussolution precipitated by 200 ppm AIZ(SO.)3at pH 7 were 76 and 84%, respectively
PENDABULUAN Zat WarDadisperseblue-3 tennasukdalam golongan zat warDadisperseyang tidak larut dalam air. Zat WarDaini banyakdipakai untuk mewarnaiseTalpoliester. selanjutnyapadaprosesakhir. limbah yangdibuangmasih mengandungzat WarDa100 ppm, maka perin dilakukan proseslebih Ianjut untuk mengurangipencemaranlingkungan.Padaumumnya,karena molekul zat wama disperse dilindungi oleh selaputseperti"miser'. prosespenguraian dengancarakonvensionalagaksulit. Salahsatukemungkinan untuk menguraikanmolekul zat WarDatersebutialah dengancara radiasidan gabungandengancarakonvensional antara lain, penambahankoagulan. Penelitian zat WarDadispersebelum banyakdilakukan orang, namun penelitian untuk menghilangkan WarDadari zat wama tersebutkombinasi radiasi daDpenambahankoagulantelah dilakukan oleh SUMARTONO
(I) daDANDAY ANI (2). Penelitian zat WarDamudah tarot dalam air seperti zat warDa azo dan antrakuinon sudah banyak dilaporkan antara lain oleh SUZUKI(3) dan NAGAI (4), menurut penelitian yang dilakukan dengan dosis yang rendah, warDa dari zat WarDatersebut sudah hilang, artinya telah terjadi penguraian dari molekul-molekul zat warDa tersebut. Bila air diradiasi dengan sinar gamma maka akan menghasilkan radikal-radikal seperti OH, H, e8l1, Damon di antara radikal-radikal tersebut, OH radikal paling reaktif daD dapat memecahkan molekul zat warDa menjadi molekul-molekul yang lebih kecil. Menurut MIY AT A (5), kemungkinan reaksi yang terjadi iaIah:
95
I
Aplikasi Isotop don Radiasi. J 996
Pembentukangas CO2daDpemecahanrantai C-C ROH + OH > R'C(OH)H + ~O R'C(OH)H + O2 -> R"C(OH)(OO) R"(OH)(OO)H > R' + CO2+ H2O (RH = rnolekul zat warDa)
dosis 5 kGy/jam, karena waktu yang digunakanakan Ie. bib singkat. PersenpenguranganWarDadiperoleh: % pengurangan WarDa =
BAHAN DAN METODE Bahan. Zat WarDadisperseblue-3 diperolehdari Aldrich Co, Jepangyang digunakantanpa pemurnianterlebih dahulu,denganrumus kimia sebagaiberikut:
~
(i
NH,
0 )J..
y
0
y
NH?
Alat. Spektrofotometer UV-VIS buatan Shimadzu, spektrofotometer UV-VIS 2000 buatan Hitachi, pHmeter type TOA HS dan TOC-meter buatan Dohrman. Persiapan Sampel 1. Sampel dengan konsentrasi 50 ppm dimasukkan ke dalam botol pereaksi khusus, kemudian selama iradiasi dialiri oksigen atau udara melalui dasar dari botol tersebut (diameter 5 cm dan tinggi 16 cm). Larutan diiradiasi pada dosis 0, 2, 4, 6, 8, dan 10 kGy pada laju dosis 2 dan 5kGy/jam. 2. Sampel dengan konsentrasi 100 ppm diiradiasi dengan pH normal dan pH 7,9, dan 12 dengan dosis 0-10 kGy pada laju dosis 5 kGy/jam. Sampel dengan pH normal setelah radiasi diukur COD. Sampel dengan pH 7,9, daD 12 ditambahkan koagulan Fe2(SO4)3daD AI2(SO4)3dengan konsentrasi 50, 100, dan 200 ppm. Larutan dikocok dan dibiarkan selama 24 jam, larutan jernih di alas diukur serapannya dengan spektrofotometer UV -VIS. Analisis. Pengukuran spektrum dan pengendapan menggunakan spektrofotometer UV-VIS buatan Shimadzu dan Hitachi 2000, pengukuran pH menggunakan pHmeter type TOA HM-30S daD pengukuran TOC menggunakan Dohrman Carbon Analyzer DC 80 TOC meter.
HAsa DAN PEMBAHASAN Pengaruh Laju Dosis terhadap Pengurangan Warna. Pada Gambar 1. dapat dilihat pengaruh laju dosis terhadap pengurangan WarDadaTi zat WarDadisperse blue3. lradiasi dilakukan pacta dosis 2 kGy dengan mengalirkan udara selama radiasi. Kenaikan laju dosis akan menyebabkan kenaikan persen pengurangan WarDadari zat WarDadisperse blue-3. Pengurangan WarDaterbesar terjadi pada laju dosis antara 4-5 kGy/jam dengan aliran udara selamaradiasi. Pada radiasi selanjutnya dilakukan pada laju
A x 100% A
di mana:
Dalam penelitian ini ingin diketahuipengaruhradiasiterhadapzat warna disperseblue-3.
A,
.
A = absorbansikontrol A = absorbansisampelsetelahdiradiasi Perubahan Spektrum Zat Warga Disperse Blue-J. Zat wama disperseblue-3 mempunyai serapan maksimumpada panjanggelombang630 dan 760 om seperti yang diperlihatkanpadaGambar2 a. Spektrurnutama tersebutmerupakanspektrumdari sistemterkonjugasi dari molekul zatwama. lradiasi gammadenganaliran oksigenmenyebabkanspektrurnutama pada panjanggelombang630 nm berkurangintensitasnyasesuaidengannaiknyadosis.lntensitasspektrumpadapanjanggelombang760 nm menjadihilang dengannaiknya dosis radiasi. Setelah radiasi, denganpenambahanasam nitrat intensitasspektrum pada panjang gelombang630 nm semakinturun, namun spektrumbarn pada panjang gelombang295 om munculpadasemuadosis.Spektrumyangmunculpada295 nm pada semuadosis walaupunpengendapantelah terjadi diasumsikansebagaispektrumasam nitrat (5). Pengukuran dilakukan denganmengukursarnpelbasil radiasi setelahpenambahanasarnnitrat dan lamtan dibiarkanselama dua hari. Lapisan alas yang jernih diukur perubahan spektrurnnyadenganspektrofotometer UV-VIS. Penunman intensitasspektrumterjadi karena sistemterkonjugasidari molekul zat warDa tersebut putus akibat serangan OH radikal dari basil radiolisis air, sepertihalnya denganzat wamaazoyang lamt dalamair (3). Padapenambahan asam nitrat. intensitasspektrumturun, karenazatwama disperse mempunyaimuatannegatifsehinggadenganpenambahan asamterjadi penetralandan akhimya mengendap. Perubahan Jumlah Karbon Organik (TOC, Total Organic Carbon). Perubahanjumlahkalbonorganik (total organic carbon,TOC) disperseblue-3 dapat dilihat pada Gambar3. PenurunanTOC mula-mula tidak begitu nyatadengannaiknya dosis, namun setelahpenambahan asamnitrat. penurunanterlihat jelas. jumlah TOC sedikit bertambahpadadosis 10kGy. Kenaikan jumlah TOC ini mungkin disebabkanbertambahnyakomponenyang lamt dari partikelkoloid zatwama dispersekarenaradiasi.Prinsip pengukuranTOC denganalat TOC meter ialah berdasarkanoksidasisenyawaorganikdalam air olehpengoksid ~S207 daDsinar UV. Beberapasenyawaorganik yang berbentukkoloid dari molekul zat wama disperseyang tidak larut mungkin tidak dapat dioksidasikanoleh TOC meter tersebut. Namun. dengan radiasi komponenkomponenini menjadi lamt dan menyebabkankenaikan jumlah TOC dalam DB-3 (6). Perubahan pH SetelahIradiasi. PerubahanpH setelah radiasi dalam aliran oksigen dapat dilihat pada Gambar4. PerubahanpH setelahradiasimula-mula tunm dengandrastis.kemudianhampir tidak berubah.Perubahan pH ini disebabkankarena terbentuknya asam-asam sepertihalnya dalam zat wama azo yang larut daIam air
_Aplikasi
(3). Pengukuran dengan HPLC (High PressureLiquid Chromatography)dari larutan menunjukkanbahwaasamasam yang terbentuk ialah asam oksalat. Dalam aliran oksigen, prosesterbentuknyaasam-asamitu lebih cepat terjadi. Pembahan Kebutuhan Oksigen Kimia (COD, Chemical OxygenDemand). Dalam pembuanganlimbah ke dalam lingkungan nilai COD sangatmenentukan.Air limbah yang dibuang harus mempunyai nilai COD yang sesuai dengan motu baku lingkuogan. Pada Gambar 5. dapat dilihat perubahanCOD setelahradiasi. Nilai COD berubahdengannaiknya dosis radiasi, Damonpadadosis 4 kGy sedikit adakenaikan. kemudianturun dengandrastis. Penurunannilai COD sampai 74% terjadi pada dosis 8 kGy, penurunanini disebabkankarenaterurainyamolekul zat WarDadisperse.Hal ini sesuaidengan basil pengukuran larutao DB-3 setelah radiasi denganHPLC, di manaasamoksalattelah terbentuksebagaibasilpenguraian dari molekul DB-3. Tersisanya nilai COD mungkin karenaadanyatambahankomponen-komponenlarut dari partikel-partikel zat WarDadisperse,hat ini sesuaidengan bertambahnyanilai TOC padadosis di atas8 kGy. Pengurangan WarDa dari Zat WarDa DB-3 denganPeoambahanKoagulan Fe2(SO J, daDAI2(SO),. Hasil dari penguranganWarDadenganpenambahankoaguIan dapat dilihat pada Tabel 1. PenguranganwarDaoptimum dari larutao kontrol DB-3 (100 ppm) dengankoaguIan Fe (200 ppm) pada pH 7 sebesar96%, pada sampel radiasi penguranganwarna hanya 78% dengan kondisi yangsarna.PadapH 9 dan 12 deogankoagulanyang sarna (Fe) penguranganWarDadari larutan DB-3 radiasi sebesar 90 dan 87% dibandingkandengankontrol. PenguranganWarDadari larutaoDB-3 (tanpadaDdenganradiasi) dengan koagulanAI (200 ppm) pada pH 7 berturut-turut sebesar76 daD84%.
KESIMPULAN
Isotopdon Radiasi,1996
4. Penambahan asamnitrat pada sampelradiasimenurunkan intensitasspektrumdaD menurunkannilai TOC.
UCAPANTERIMA KASm Para penulis mengucapkanterima kasih kepada Sdr. Christina Tri Suharni alas bantuannyayang diberikan dalam melakukanpenelitian ini, ucapanserupajuga disampaikankepadaSdr Armanu daD rekan-rekandi IFI alasbantuannyadalam meradiasisampel.
DAFTARPUSTAKA SUMARTONO, A., WINARTI, A., SURTIPANTI, S dan ARMANU., "Pengamhiradiasi gammapadazat warDadisperseantrakuinon(terasilblue)dalamlamtan air", Aplikasi Isotop dan Radiasi(Risalah Pertemuan Ilmiah Jakarta, 1993), BATAN, Jakarta (1994) 191. 2. WINARTI, A., SUMARTONO, A., ARMANU daD SURnPANTI, S.,"Pengaruhiradiasi gamma pada zat warDaazo (Terasil Navy) dalarn air", Aplikasi Isotop dalarn Bidang Industri Pertanian daD Lingkungan (Risalah Perternuan Ilrniah Jakarta, 1992),BAT AN, Jakarta(1993)447. 3. SUZUKI, N., NAGAI, T., HOTTA, H., and WASHlNO, M., The radiation-induceddegradationof azo dyes in aqueoussolutions,Inter. J. of Appl. Rad.and Isot. 2.Q(1975) 726.
4. NAGAI, T., and SUZUKI, N., The radition-induced degradationof anthraquinonedyesin aqueoussolutions, Int. J. of Appl. Radiat. Isot. II (1976)699. 5. MIYATA, T., "Liquid wastes-chemistry",Department of Environmentand Resources,Takasaki Radiation ChemistryResearchEstablishment,JAERI, UNDP/ IAEA/RCA RegionalTraining Courseon Radiation Technologyfor Environmental Conservation,TRCRE JAERI 27 September-8 October(1993).
Dari penelitian yang telah dilakukan dapatditarik kesimpulan: 1. PenguranganWarDaoptimum daTitarutaoDB-3 kontrol (100 ppm)di~pai padapH 7 dengankoagulanFe2(SO4)3 6. ARAI, H., (Komunikasi pribadi, 1993). (200 ppm) sebesar96%. 2. Penguranganwama DB-3 radiasi (100 ppm) sangat 7. BAGYO, N.M.A., ARAI, H., andMIYATA, T., Radiaefektif pada pH 9 daD 12 dengankoagulan Fe2(SO4)3 tion-induceddecolorationand sedimentationof col(200 ppm) masing-masingsebesar90 daD84%. loidal disperse dyes in water, (1993) (to be pub3. Penguranganwama DB-3 tanpa radiasidaDdenganralished). diasi (100 ppm) padapH 7 dengankoagulanAI2(SO4)3 (200 ppm) masing-masingsebesar76 daD84%.
97
--IrBdIBB!
Aplikasi Isotopdon Radiasi.1996
Tabel I. Pengurangan wama zat wama disperse blue-3 dengan penambahan koagulan Fe2(SO4)3daD Al2(SO4)3
Oasis (kGy) 0
Kons.
-
koagulan
koagulan (ppm)
7
Fe
7
;
% Pengurangan WarDa
50 65 96
8
Fe
50
22
II
100 200
100 200
7
Al 100 200
50 75 76
74
5
7
AI 100 200
50
3
84 50 8
100 200
5
50 4 90
10
Fe
50
2
100 200
2
Fe
50
100 200
87
100 200 0
12
5
12
6
27
Fe
9
"
4
Fe
9
;:'
78
0
0
i I
~
Jenis
pH
3
0
12
Al 100 200
50 0,8
5
12
AI 100 200
50 3 5
4
/
10~
L -I
2
---I
3
0
.udBrB
-I
-4
Laju dosls (kGy / jam) Garnbar1. Pengaruhlaju dosis terhadappenguranganwarDa (dosis radiasi2 kGy)
98
6
Ap/ikasi IsotopdonRadiasi.1996
c CD
C
cd
.c
I.-
0 CD
.c
<=:
Panjang
gelombang
(nm)
Gambar 2. Perubahan spektrum disperse blue-3 (0,2,4,6,8, daD 10 kGy) a = dalam oksigen daD b = dalam oksigen + HNO3
-+--
-4-
0 Dosis (kGy) Gambar 3. Perubahan TOC karena radiasi
99
Aplika.fil.fotopdanRadia.fi,1996
8
pH
[~~~:~~~~~]
'"'"
""" """
6
~
4
2
0
2
6
4 Dosls (kGy)
Gambar4. PerubahanpH karena radiasi
Gambar5. PerobahanCOD setelahradiasi
100
8
10
Aplikasi Isotopdon Radiasi.1996
DISKUSI
SUPANDI Apakah pengaruh iradiasi gamma terhadap penguranganzat WarDadispersiblue secaravisual masih tarnpakjelas atautidak?
2. Apa produk akhir dari degradasi dispersi blue daD bagaimanatoksisitasnyadibandingkandengandispersi blue?
AGUSTIN S. AGUSTIN S.
Secaravisual tampakdari tarutaoyang berwarna
jemih.
I.
RCOOH > RCOO- + H+ RCOO- + AI)+ > RCOOAI RCOO- + Fe3+ > RCOOFe RCOOH (molekul zat warDa) 2. Produk akhir dari degradasi disperse blue -3 yaitu asam
oksaJat,asam tersebutkurang beracunbila dibandingEMLINARTI 1. Bagaimana pengaroh konsentrasi koagulan bila > 200 ppm atau < 200 ppm, apakah mempengaruhi persentase pengurangan WarDa? 2. Selain Fe2(SO .)3 dan Al2 (SO .)3' koagulan apalagi yang dapat digunakan untuk mengurangi zat warDa DB ?
AGUSTIN S.
1. Pengaruhkonsentrasikoagulan hila > 200 ppm tidak ekonomis,karenajenub, hila < 200 ppm pengurangannya kurang maksimum. 2. Tidak kami lakukan, namun untuk zat WarDadispersi yangkami gunakanCa (OCI)2dan FeSO..
GENI RINA SUNARYO Dari basil penelitian Anda, kondisi perlakuan yangbagaimanakahyang terefektif untuk penguranganzat WarDadispersiblue?
AGUSTIN S.
Kondisi yang terefektif ialah dengan menggunakanAl2 (SO4)3karena dilakukan padapH netral (7).
kan zat WarDasemula.
ROSALINA SINAGA Apakah degradasi zat warDa oleh radiasi ber. hubungandenganwarDa?
AGUSTIN S. Ya
SOFNIEMARUSIN Dari basil penelitianAnda, untuk menghilangkan wama, zat warDa disperse blue manakah yang terbaik denganadanyaradiasiataudenganpenambahankoaguian ataupundenganpenambahankoagulan+ radiasi ?
AGUSTIN S.
Karena penelitian ini masih mencari alternatif terbaik, maka penggunaan baik iradiasi, penambahan koagulan,ataupunkoagulan+ iradiasi masihdalam penetitian lebih Ianjut.
ROSISETIADR 1. Mohon dijelaskanmekanismereaksidegradasidispersi blue akibat iradiasi sinar-'t denganbantuankoagulan?
Ke Daftar Isi
101
