PENGARUH p-klorofenol TERHADAP EFEKTIVITAS FOTOREDUKSI ION Hg(II) YANG DIKATALISIS TiO 2

Devina, Dkk.:Pengaruh p-Klorofenol terhadap Efektivitas Fotoreduksi Ion Hg(II) yang Dikatalisis TiO 2

PENGARUH p-KLOROFENOL TERHADAP EFEKTIVITAS FOTOREDUKSI ION Hg(II) YANG DIKATALISIS TiO2 Devina Ingrid Anggraini1, Endang Tri Wahyuni2, Mudasir2 1

Sekolah Tinggi Ilmu Farmasi (STIFAR) Yayasan Pharmasi Semarang 2 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Gadjah Mada Yogyakarta Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan metode fotoreduksi yang dikatalisis TiO2 guna pengurangan konsentrasi ion Hg(II). Proses fotoreduksi ion Hg(II) dilakukan dalam suatu reaktor tertutup yang dilengkapi dengan lampu UV, yaitu dengan cara menyinari campuran yang terdiri dari larutan ion Hg(II) dan serbuk fotokatalis TiO2, disertai dengan pengadukan selama waktu tertentu. Penentuan konsentrasi ion Hg(II) yang tidak tereduksi dilakukan dengan menggunakan spektrofotometri serapan atom teknik pembangkitan uap dingin (Cold Vapor-Atomic Absorption Spectrophotometry, CV-AAS). Hasil penelitian menunjukkan bahwa penggunaan fotokatalis TiO2 dapat meningkatkan hasil fotoreduksi ion Hg(II). Pada proses fotokatalisis, TiO2 yang dikenai energi foton dapat menghasilkan radikal •OH dan elektron. Dalam waktu yang bersamaan, elektron dan radikal •OH dapat mengalami penggabungan kembali sambil melepaskan panas. Adanya p-klorofenol dapat meningkatkan efektivitas fotoreduksi ion Hg(II) karena dapat mencegah penggabungan kembali radikal •OH dan elektron. Kristalinitas TiO2 mengalami penurunan hingga 15,54 %. Kata kunci: fotoreduksi, ion Hg(II), TiO2, p-klorofenol Abstract The objective is to develop photoreduction method catalyzed by TiO2 for the decreasing Hg(II) concentration. Photocatalytic reduction was carried out in a closed reactor equipped with UV lamp, by irradiating and stirring a mixture of Hg(II) solution and TiO 2 photocatalyst powder for a certain period of time. The amount of reduced Hg(II) by photoreduction was calculated by substracting initial Hg(II) concentration with unreduced one, which was determined using cold vapor atomic absorption spectrophotometry method. The result of the research indicated that the use of TiO2 photocatalyst has increased the effectiveness of Hg(II) photoreduction. In the photocatalysis process TiO2 exposured by photon energy could resulted in •OH radicals and electrons that can recombined in the same time. The presence of pchlorophenol in the solution mixture increased the photoreduction effectiveness probably due to its capability in capturing •OH radicals.TiO2 decreases in its crystalinity up to 15.54 % after process. Keywords: photoreduction, Hg(II), TiO2, p-chlorophenol

JSKA.Volume.XI.Nomor.2.Tahun.2008


Berbagai metode penghilangan ion

PENDAHULUAN selain

Hg(II) dari lingkungan perairan telah

memberikan manfaat dan keuntungan juga

dikembangkan antara lain secara biologi,

memberikan dampak negatif yang besar

fisika-kimia,

bagi lingkungan. Dampak negatif tersebut

penghilangan ion Hg(II) secara biologi

antara lain berupa pencemaran lingkungan

dilakukan

yang disebabkan oleh pembuangan limbah

mikroorganisme.

cair. Pencemar limbah cair dapat berupa

konsentrasi ion Hg(II) dapat mengalami

zat organik maupun anorganik. Diantara

penurunan secara signifikan, tetapi secara

pencemar organik yang sering ditemukan

teknik sulit dan mahal. Penghilangan ion

adalah fenol dan turunannya. Turunan

Hg(II) secara fisika-kimia telah dilakukan

senyawa fenol yaitu p-klorofenol, banyak

menggunakan

digunakan dalam pembuatan insektisida,

kaolin.

herbisida, dan bahan pengawet kayu (Hong

memberikan hasil samping berupa limbah

dkk.,

padat adsorben yang telah jenuh oleh

Perkembangan

2003),

industri

sedangkan

pencemar

dan

kimia.

dengan

Cara

menggunakan

Dengan

adsorben ini

cara

asam

humat-

sederhana

tetapi

polutan.

berat seperti merkuri yang secara umum

Hg(II) secara kimia dapat dilakukan

diketahui

dengan

merkuri

merupakan

beracun,

dan

sehingga

penghilangan

fotoreduksi

yang

menggabungkan cahaya ultraviolet dengan

pencemar paling berbahaya. Merkuri

metode

itu,

ini

anorganik diantaranya dapat berupa logam

bahwa

Sementara

Metode

turunannya

sangat

partikel semikonduktor sebagai fotokatalis.

kehadiran

spesies

Fotokatalis yang telah diuji secara intensif

tersebut di lingkungan perairan dapat

dan

mengakibatkan kerugian pada manusia.

lingkungan adalah TiO2. Fotokatalis TiO2

Selain itu pencemaran perairan oleh merkuri terhadap

juga

mempunyai

ekosistem

pengaruh

setempat

yang

ini

diaplikasikan

telah

banyak

pada

teknologi

digunakan

untuk

fotooksidasi atau fotodegradasi senyawa organik

maupun

digunakan

untuk

disebabkan oleh sifat merkuri stabil dalam

fotoreduksi

beberapa

sendimen, kelarutan dalam air rendah dan

sebagaimana

telah

mudah diserap serta terakumulasi dalam

(2005), namun belum banyak dilaporkan

jaringan tubuh organisme air. Oleh karena

untuk

itu

Penghilangan limbah yang mengandung

penghilangan

atau

penurunan

konsentrasi ion Hg(II) dalam air perlu dilakukan.

fotoreduksi

ion

logam,

dilakukan

Wastini

ion

Hg(II).

ion logam serupa secara fotokatalisis akhir-akhir ini memang telah menarik perhatian. Proses diinduksi oleh energi



foton

atau

cahaya

ultraviolet

dan

klorofenol

terhadap

hasil

fotoreduksi

dipercepat oleh TiO2 sebagai fotokatalis.

Hg(II) menjadi Hg(0) yang dikatalisis

Penggunan

pada

TiO2. Sementara itu ketahanan TiO2

Hg(II) telah dilaporkan

setelah digunakan untuk proses katalisis

oleh Chen dan Ray (2001) dan Wang dkk.,

perlu diketahui juga, sehingga sebelum dan

(2003). Chen dan Ray (2001) telah

sesudah digunakan pengujian kristalinitas

mengkaji bahwa adanya ion logam dan

TiO2 harus dilakukan.

fotokatalis

fotoreduksi ion

senyawa-senyawa

TiO2

dapat

Hasil penelitian ini diharapkan dapat

meningkatkan efektivitas fotoreduksi ion

memberikan sumbangan pemikiran bagi

Hg(II) menjadi Hg(0), namun penambahan

pengembangan

oksigen

khususnya

terlarut

organik

memberikan

dampak

negatif terhadap efektivitas fotoreduksi.

bersama-sama

dengan

polutan

organik lain seperti p-klorofenol (4klorofenol). P-klorofenol dapat mengalami fotodegradasi

terkatalisis

penanganan

lingkungan limbah

yang

mengandung ion Hg(II) dan p-klorofenol

Ion Hg(II) di dalam perairan dapat berada

teknologi

secara simultan. METODE PENELITIAN ALAT DAN BAHAN Peralatan

yang

digunakan

dalam

TiO2

penelitian fotoreduksi ion Hg(II) yang

(Mukaromah, 2004; Candra, 2005). TiO2

dikatalisis TiO2 ini meliputi reaktor yang

juga telah dibuktikan dapat mempercepat

dilengkapi dengan satu set alat pengaduk

reaksi

magnetik merk Spinbar ukuran 2 cm dan

fotodegradasi

p-klorofenol

(Alemany dkk., 1997; Burrows 1998;

Wastini,

klorofenol melalui

2005).

Senyawa

mengalami mekanisme

sedangkan

dkk.,

lampu UV 40 watt merk Philips seperti

p-

pada Gambar 1. Alat gelas laboratorium

fotodegradasi

dan instrumen yang digunakan meliputi

fotooksidasi,

erlenmeyer, pipet volum, corong gelas,

merupakan

labu ukur, gelas beker, neraca analitik

fotoreduksi

pasangan fotooksidasi, maka keberadaan

Mettler

p-klorofenol dalam larutan diduga dapat

(International

berpengaruh

ion

AGIMATIC-N, Spektrosfotometri Serapan

Hg(II) menjadi Hg(0). Sampai saat ini

Atom (SSA) GBC HG 3000 teknik

fenomena

pembangkit uap dingin, difraksi sinar-X

dilaporkan dilakukannya mempelajari

terhadap

tersebut

fotoreduksi

belum

sehingga

banyak

mendorong

penelitian pengaruh

senyawa


untuk p-

AE

200,

Centrifuge

Equipment

merk Shimadzu X6000.

IEC

Company)


informasi tambahan seberapa jauh TiO2 masih dapat digunakan untuk proses ini.

HASIL DAN PEMBAHASAN Proses dilakukan

fotoreduksi dengan

ion

cara

Hg(II) menyinari

campuran yang terdiri dari larutan ion Gambar 1 Reaktor Fotokatalis Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah TiO2 teknis, HgCl2, p-klorofenol, kertas saring Whatman 42 (Φ =

110

nm),

dan

akuabides

buatan

Hg(II) dan serbuk fotokatalis TiO2 dengan lampu UV dalam suatu reaktor tertutup. Lampu UV ini berfungsi sebagai sumber energi foton yang diperlukan agar reaksi fotoreduksi

berlangsung.

Efektivitas

fotoreduksi dinyatakan dengan % ion

Laboratorim PAU UGM.

Hg(II) yang tereduksi, yang dihitung PROSEDUR KERJA

berdasarkan selisih antara konsentrasi ion

Proses fotoreduksi dilakukan secara

Hg(II) mula-mula dengan konsentrasi ion

batch dalam suatu reaktor tertutup yang

Hg(II) sisa atau yang tak tereduksi.

dilengkapi dengan lampu UV dan plat

Penentuan konsentrasi ion Hg(II) yang

pengaduk magnetik. Kajian pengaruh p-

tidak

klorofenol ini dilakukan dengan cara

menggunakan spektrofotometri

menyinari campuran yang terdiri dari 25

atom teknik pembangkitan uap dingin

mL larutan ion Hg(II) 5 mg/L, serbuk TiO2

(Cold-Vapor

25 mg, dan 25 mL p-klorofenol dengan

Spectrophotometry,

variasi 1; 2,5; 5; 10; dan 15 mg/L selama

didasarkan pada kurva standar.

tereduksi

dilakukan

Atomic

dengan serapan

Absorption

CV-AAS),

yang

24 jam. Selanjutnya ditentukan konsentrasi

Senyawa p-klorofenol merupakan zat

ion Hg(II) sisa dalam larutan dengan

organik yang sering ditemukan dalam

menggunakan

perairan

metode

spektrofotometri

dan

dapat

mengalami

serapan atom teknik pembangkitan uap

fotooksidasi,

dingin (Cold Vapor-Atomic Absorption

dapat

Spectrophotometry,

CV-AAS).

Kajian

fotoreduksi ion Hg(II) yang dikatalisis

kristalinitas

dilakukan

dengan

TiO2. Untuk membuktikan hal itu telah

pengujian XRD terhadap TiO2 sebelum

dilakukan pengamatan hasil fotoreduksi

dan sesudah digunakan, untuk memberikan

ion Hg(II) yang dikatalisis TiO2 dengan

TiO2


sehingga

keberadaannya

memberikan pengaruh terhadap


penambahan

Kajian

demikian, jumlah elektron yang tersedia

dilakukan

untuk mereduksi ion Hg(II) lebih banyak,

dengan cara menyinari campuran yang

sehingga hasil fotoreduksi meningkat.

terdiri dari 25 mL larutan ion Hg(II) 5

Reaksi p-klorofenol dengan radikal •OH

mg/L, serbuk TiO2 25 mg, dan p-

menyebabkan

klorofenol

sehingga

pengaruh

p-klorofenol.

p-klorofenol

ini

25 mL selama 24 jam.

degradasi

dipastikan dalam

p-klorofenol

konsentrasi

larutan

p-

Hasil pengamatan disajikan dalam Gambar

klorofenol

berkurang.

2.

Namun dalam penelitian ini penurunan konsentrasi p-klorofenol tidak ditentukan, sehingga disarankan untuk dilakukan pada

100

91.02

% ion Hg(II) tereduksi

90 80

penelitian selanjutnya.

70.78

Untuk

70 60

mendukung

keberadaan

50 40

data

bahwa

p-klorofenol

telah

meningkatkan efektivitas fotoreduksi ion

30

Hg(II), maka dilakukan kajian tentang

20 10

pengaruh

0

Hg(II) + TiO2

Hg(II) + TiO2 + p-Cp

Gambar 2. Pengaruh penambahan pkloro-fenol terhadap efektivitas fotoreduksi ion Hg(II) yang dikatalisis TiO2

konsentrasi

p-klorofenol

terhadap fotoreduksi ion Hg(II) yang dikatalisis TiO2. Dalam kajian tersebut proses fotoreduksi dilakukan pada kondisi larutan awal 25 mL, konsentrasi ion Hg(II) 5 mg/L, dengan berat TiO2 25 mg, dan

Gambar 2 memperlihatkan bahwa penambahan

p-klorofenol

memberikan

waktu penyinaran 24 jam. Hasil kajian ditunjukkan pada Gambar 3.

efektivitas fotoreduksi yang lebih tinggi

Hal ini terjadi karena p-klorofenol dapat bereaksi dengan radikal •OH yang tersedia dalam sistem reaksi (Hoffman dkk., 1995). Reaksi pengikatan radikal •OH oleh pklorofenol ini dapat mencegah terjadinya

% ion Hg(II) tereduksi

daripada tanpa penambahan p-klorofenol.

100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 0

2

4

6

8

10

12

14

16

Konsentrasi p-klorofenol (m g/L)

penggabungan kembali antara elektron dengan radikal •OH sebagaimana telah dikaji

oleh

Lestari

(2003).


Dengan

Gambar 3.

Pengaruh konsentrasi p-klorofenol terhadap efektivitas


fotoreduksi ion Hg(II) yang dikatalisis TiO2 Gambar 3 menunjukkan bahwa pada

peningkatan fotoreduksi yang signifikan pada kenaikan konsentrasi p-klorofenol dari 10-15 mg/L.

kenaikan konsentrasi p-klorofenol dari 0

Dalam

sampai dengan 10 mg/L memberikan

berinteraksi

kenaikan efektivitas fotoreduksi ion Hg(II)

pembentukan radikal •OH maupun dengan

yang cukup tajam. Namun kenaikan

p-klorofenol. Hal ini dapat berpengaruh

konsentrasi p-klorofenol dari 10 sampai

terhadap

dengan 15 mg/L, hanya memberikan

mengetahui hal tersebut maka dilakukan

kenaikan yang relatif kecil. Kenaikan

penentuan

konsentrasi p-klorofenol dalam larutan

mengkaji difraktogram TiO2 sebelum dan

menunjukkan bahwa jumlah p-klorofenol

sesudah proses. Kristalinitas ditentukan

yang ada dalam sistem reaksi semakin

dengan cara membandingkan intensitas

banyak.

p-

yang relatif tinggi pada beberapa harga d

klorofenol yang semakin banyak, maka

pada difraktogram TiO2 sebelum dan

semakin banyak juga radikal •OH yang

sesudah

terikat atau bereaksi dengan p-klorofenol,

fotoreduksi ion Hg(II) dengan adanya p-

sehingga

dan

klorofenol. Difraktogram TiO2 sebelum

radikal •OH dapat tercegah secara lebih

dan sesudah digunakan untuk fotoreduksi

efektif. Pencegahan yang efektif terhadap

ion Hg(II) dengan adanya p-klorofenol

rekombinasi elektron dan radikal •OH ini

disajikan sebagai Gambar 4.

Dengan

jumlah

penggabungan

molekul

elektron

proses

fotokatalisis,

dengan

kristalinitas

kristalinitas

digunakan

sinar

TiO2. TiO2,

dalam

TiO2 untuk

Untuk

dengan

proses

memungkinkan tersedianya elektron yang diperlukan untuk reduksi ion Hg(II) dalam jumlah yang tetap dan relatif banyak, sehingga fotoreduksi berlangsung semakin efektif. Namun untuk kenaikan konsentrasi p-klorofenol

yang

lebih

tinggi

lagi,

ternyata tidak memberikan pengaruh yang signifikan. Hal ini mungkin disebabkan oleh jumlah radikal •OH yang ada relatif tetap sehingga hampir semua radikal •OH telah

ditangkap

demikian

tidak

p-klorofenol. teramati


Dengan adanya

Gambar 4. Difraktogram TiO2 sebelum dan sesudah digunakan dalam


prosesfotoreduksi ion Hg(II) dengan adanya p-klorofenol

no.

Sebelum

Sesudah

1

22,90

3,87

481

462

2

25,40

3,50

2202

1605

3

29,51

3,02

1043

1013

4

37,89

2,37

473

417

difraktogram TiO2 sebelum dan sesudah

5

48,15

1,89

689

550

digunakan dalam proses fotoreduksi ion

6

54,00

1,70

415

392

Hg(II) relatif sama, tetapi intensitasnya

7

55,18

1,66

398

348

berbeda.

8

62,80

1,48

342

317

Gambar 4 menunjukkan bahwa puncak-puncak

yang

muncul

pada

Puncak-puncak

pada

difraktogram TiO2 sebelum digunakan

Jumlah

6043

5104

dalam proses fotoreduksi ion Hg(II)

Kristalinitas relatif

100%

84,46%

mempunyai intensitas yang lebih tinggi

(%)

daripada intensitas difraktogram TiO2 sesudah

digunakan

dalam

proses

menandakan

intensitas telah

difraktogram

terjadi

penurunan

kristalinitas TiO2. Untuk memperjelas besarnya penurunan kristalinitas tersebut, telah ditentukan persentase kristalinitas TiO2 dengan membandingkan intensitas total difraksi sinar X TiO2 sebelum dan sesudah

digunakan

dalam

proses

fotoreduksi ion Hg(II) dengan adanya pklorofenol.

Hasil

memperlihatkan

kristalinitas

TiO2 sesudah digunakan adalah 84,46%,

fotoreduksi ion Hg(II). Penurunan

Data

penentuan

disajikan

dalam tabel 1 berikut.

relatif terhadap kristalinitas TiO2 sebelum digunakan dalam proses fotoreduksi ion Hg(II), yang berarti telah terjadi penurunan kristalinitas sebesar 15,54%. Hal ini mengindikasikan bahwa selama proses fotoreduksi ion Hg(II) dengan adanya pklorofenol telah terjadi kerusakan kristal TiO2. Kerusakan ini dapat disebabkan oleh interaksi antara TiO2 dengan cahaya, dan TiO2 dengan ion Hg(II) maupun dengan pklorofenol. Selain itu, penurunan intensitas dapat

disebabkan

oleh

penutupan

Tabel .1 Data 2θ, d, dan intensitas TiO2

permukaan TiO2 oleh padatan Hg0 hasil

sebelum dan sesudah digunakan

fotoreduksi. Namun demikian, puncak-

dalam proses fotoreduksi ion

puncak yang muncul tidak memperlihatkan

Hg(II)

adanya puncak Hg0, atau semua puncak

dengan

adanya

p-

klorofenol

yang muncul adalah milik TiO2. Ketiadaan puncak

Puncak 2θ (o)

d(Ǻ)

Intensitas (Counts)


Hg0

kemungkinan

pada karena

difraktogram Hg0

tersebut


berbentuk amorf atau kristal dalam jumlah yang sedikit.

KESIMPULAN Penambahan fotokatalis TiO2 dapat

Engineering Science, 56, 15611570. Hoffmann, M. R., Martin, S. T., Choi, W., dan Bahnemann, D. W., 1995, Environmental Application of Semiconductor Photocatalysis, J. Chem Rev., 95, 69-96.

meningkatkan laju fotoreduksi ion Hg(II) dengan

berperan

sebagai

penyedia

elektron. Penambahan p-klorofenol dapat meningkatkan efektivitas fotoreduksi ion Hg(II) dari 70,78 % menjadi 90,12 %, disertai penurunan kritalinitas TiO2 sebesar 15,54 %.

DAFTAR PUSTAKA Alemany, L. J., Banares, M. A., Pardo, E., Martin, F., Galán-Fereres, M., dan Blasco, J. M., 1997, Photodegradation of Phenol in Water Using Silica-Supported Titania Catalysis, Appl. Catal. B: Environ., 13, 289-297. Burrows, H. D., Ernestova, L. S., Kemp, T. J., Skurlatov, Y. I., Purmal, A. P., dan Yermakov, A. N., 1998, Kinetics and Mechanism of Photodegradation of Chlorophenol, J. Sci. and Techn. Lett., 23, 42854299. Candra, W., 2005, Pengaruh 4-Nitrofenol dan 2,4-Dinitrofenol Terhadap Efektivitas Fotodegradasi 4Klorofenol Terkatalisis TiO2, Skripsi, FMIPA UGM, Yogyakarta. Chen, D., dan Ray, A. K., 2001, Removal of Toxic Metal Ion from Wastewater by Semiconductor Photocatalysis, J. Chemical


Hong, J., Do-Gyun K., Jung-Ju S., Chulhyun L., Chaejoon C., dan Kwang-Wook K., 2003, Identification of Electrical Degradation Product of 4Chlorophenol in Water, J. Analytical Sciences, 19, 537-542. Lestari, A. D. N, 2003, Mempelajari Proses Fotoreduksi Cr(VI) yang Terkatalisis oleh ZnO-Zeolit, Skripsi, FMIPA UGM, Yogyakarta. Mukaromah, A.H., 2004, Pengaruh Ion Fe(III) terhadap Efektivitas Fotodegradasi p-Klorofenol Terkatalisis TiO2, Tesis S-2, Program Studi Kimia FMIPA UGM, Yogyakarta. Wang, X., Pchkoncn, S. O. dan Ray, A.K., 2003, Photocatalytic Reduction of Hg(II) on Two Commercial TiO2 Catalysts, J. Electrochimica Acta, 49, 1435-1444. Wastini., 2005, Kajian Pengaruh Ion Cr(VI) terhadap Efektivitas Fotodegradasi p-Klorofenol Terkatalisis TiO2, Skripsi, Program Sarjana S-1, FMIPA UGM, Yogyakarta.

PENGARUH p-klorofenol TERHADAP EFEKTIVITAS FOTOREDUKSI ION Hg(II) YANG DIKATALISIS TiO 2

Recommend Documents