PENGOLAHAN ZAT WARNA TEKSTIL JINGGA METIL MENGGUNAKAN BENTONIT TERPILAR TiO 2 SKRIPSI

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

PENGOLAHAN ZAT WARNA TEKSTIL JINGGA METIL MENGGUNAKAN BENTONIT TERPILAR TiO2

SKRIPSI

IKE SILVIYANTI

DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA SURABAYA 2012

Skripsi

Pengolahan Zat Warna Tekstil Jingga Metil Menggunakan Bentonit Terpilar TiO2

Ike Silviyanti


PENGOLAHAN ZAT WARNA TEKSTIL JINGGA METIL MENGGUNAKAN BENTONIT TERPILAR TiO2

SKRIPSI

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

Oleh :

IKE SILVIYANTI NIM. 080810118

Tanggal lulus : 18 Juli 2012

Disetujui oleh :

Pembimbing I,

Pembimbing II,

Dr. Muji Harsini, M.Si NIP. 19640502 198903 2 002

Yanuardi Raharjo, S.Si., M.Sc NIK. 139 090 961

ii

Skripsi


Ike Silviyanti


LEMBAR PENGESAHAN NASKAH SKRIPSI

Judul Penyusun NIM Tanggal Sidang

: Pengolahan Zat Warna Tekstil Jingga Metil Menggunakan Bentonit Terpilar TiO2 : Ike Silviyanti : 080810118 : 18 Juli 2012

Disetujui oleh :

Pembimbing I,

Pembimbing II,

Dr. Muji Harsini, M.Si NIP. 19640502 198903 2 002

Yanuardi Raharjo, S.Si., M.Sc NIK. 139 090 961

Mengetahui, Kepala Departemen Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga

Dr. Alfinda Novi Kristianti, DEA NIP. 19671115 199102 2 001

iii

Skripsi


Ike Silviyanti


PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI

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

Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga

iv Skripsi


Ike Silviyanti


KATA PENGANTAR

Alhamdulillahirabbil’alamin, segala puji syukur senantiasa penyusun panjatkan kepada Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penyusun dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Pengolahan Zat Warna Tekstil Jingga Metil Menggunakan Bentonit Terpilar TiO2” dengan tepat waktu. Penulisan skripsi ini tidak akan selesai tanpa bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penyusun ingin mengucapkan terima kasih kepada:

1.

Ibu Dr. Muji Harsini, M.Si selaku dosen pembimbing I dan Bapak Yanuardi Raharjo, S.Si., M.Sc selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan waktu, saran, dan bimbingan kepada penyusun hingga terselesaikan skripsi ini.

2.

Bapak Drs. Yusuf Syah, MS. dan Ibu Dr. Alfinda Novi Kristianti, DEA selaku penguji skripsi ini, terima kasih atas kritik dan saran yang telah diberikan sehingga penyusun dapat menyempurnakan penulisan skripsi ini.

3.

Ibu Dr. Sri Sumarsih, M.Si serta Ibu Dr. Afaf Baktir selaku dosen wali yang senantiasa memberikan banyak informasi dan membimbing penyusun dalam menyelesaikan permasalahahan akademik.

4.

Ibu Dr. Alfinda Novi Kristianti, DEA selaku Ketua Departemen Kimia yang senantiasa memberikan ilmu dan saran yang sangat bermanfaat.

5.

Bapak dan Ibu penyusun yang selalu memberikan kasih sayang, doa, semangat kepercayaan, dan dukungan baik secara moril maupun materi kepada penyusun.

v Skripsi


Ike Silviyanti


6.

Serta pihak – pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang banyak memberikan saran, masukan dan pengalamannya. Penyusun menyadari bahwa dalam penulisan proposal skripsi ini masih

banyak kekurangan, sehingga penyusun mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi perbaikan proposal skripsi ini selanjutnya. Penyusun berharap proposal skripsi ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan.

Surabaya, Juli 2012 Penyusun

Ike Silviyanti

vi Skripsi


Ike Silviyanti


DAFTAR ISI Halaman LEMBAR JUDUL ........................................................................................... LEMBAR PERNYATAAN ............................................................................ LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. 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 Masalah ................................................... 1.2 Rumusan Masalah ................................................................... 1.3 Tujuan Penelitian .................................................................... 1.4 Manfaat Penelitian ..................................................................

1 1 5 5 6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA ................................................................ 2.1 Bentonit .................................................................................. 2.2 Fotokatalisis ............................................................................ 2.3 Fotodegradasi ......................................................................... 2.4 Titanium Tetraklorida ............................................................ 2.5 Titanium Dioksida .................................................................. 2.5.1 Mekanisme fotokatalisis semikonduktor TiO2 ............. 2.6 Zat Warna Azo ....................................................................... 2.7 Jingga Metil ...........................................................................

7 7 9 10 10 11 13 15 16

BAB III

METODE PENELITIAN............................................................. 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian................................................. 3.2 Bahan dan Alat Penelitian....................................................... 3.2.1 Bahan-bahan ................................................................. 3.2.2 Alat-alat ........................................................................ 3.3 Diagram Alir Penelitian .......................................................... 3.4 Prosedur Penelitian ................................................................ 3.4.1 Pembuatan larutan HCl 0,1 M ..................................... 3.4.2 Pembuatan larutan HCl 6,0 M ..................................... 3.4.3 Pembuatan larutan TiCl4 0,1 M ................................... 3.4.4 Pembuatan larutan induk jingga metil 1000 ppm......... 3.4.5 Pembuatan larutan standar jingga metil ...................... 3.4.6 Pembuatan larutan jingga metil 50 ppm ......................

17 17 17 17 17 18 19 19 19 19 19 19 20

ix Skripsi


Ike Silviyanti


3.4.7 3.4.8 3.4.9 3.4.10 3.4.11 3.4.12 3.4.13 3.4.14

3.4.15 3.4.16 3.4.17 3.4.18 3.4.19

BAB IV

BAB V

Pembuatan larutan jingga metil pada berbagai variasi konsentrasi ..................................................... Pembuatan bentonit terpilar TiO2 ............................. Karakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction (XRD)......................................................................... Penentuan panjang gelombang maksimum................ Pembuatan kurva kalibrasi jingga metil..................... Penentuan waktu optimum degradasi zat warna jingga metil ............................................................... Penentuan pH optimum degradasi zat warna jingga metil ........................................................................... Karakteristik degradasi zat warna jingga metil pada berbagai variasi konsentrasi terhadap kapasitas degradasi bentonit terpilar TiO2 ................................ Degradasi jingga metil menggunakan sinar UV........ Degradasi jingga metil menggunakan bentonit/UV ................................................................................... Degradasi jingga metil menggunakan TiO2/UV ................................................................................... Degradasi jingga metil menggunakan bentonit terpilar TiO2 .............................................................. Degradasi jingga metil menggunakan bentonit terpilar TiO2/UV .......................................................

HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................... 4.1 Pembuatan Bentonit Terpilar TiO2 ........................................... 4.2 Karakterisasi Menggunakan X-Ray Diffraction ....................... 4.3 Penentuan Panjang Gelombang Maksimum Larutan Jingga Metil ........................................................................................ 4.4 Pembuatan Kurva Kalibrasi Jingga Metil ................................ 4.5 Penentuan Waktu Optimum Degradasi Larutan Jingga Metil .................................................................................................. 4.6 Penentuan pH Optimum Degradasi Jingga Metil ..................... 4.7 Karakteristik Degradasi Zat Warna Jingga Metil pada Berbagai Variasi Konsentrasi terhadap Kapasitas Degradasi Bentonit Terpilar TiO2 ............................................................ 4.8 Mempelajari Pengaruh Sinar UV, TiO2/UV, Bentonit/UV, TiO2/Bentonit, TiO2/Bentonit/UV terhadap Degradasi Zat Warna Jingga Metil .................................................................

20 21 21 22 22 22 23

24 25 25 26 27 27 29 29 31 34 35 37 39

41

44

KESIMPULAN DAN SARAN .................................................... 49 5.1 Kesimpulan ............................................................................... 49 5.2 Saran ......................................................................................... 49

DAFTAR PUSTAKA....................................................................................... 50 LAMPIRAN

x Skripsi


Ike Silviyanti


DAFTAR TABEL

Nomor

Judul Tabel

Halaman

2.1

Karakteristik senyawa azo ...........................................................

16

4.1

Panjang gelombang maksimum larutan jingga metil ...................

35

4.2

Data absorbansi larutan standar jingga metil ...............................

36

xi Skripsi


Ike Silviyanti


DAFTAR GAMBAR

Nomor

Judul Gambar

Halaman

2.1

Struktur kelompok smektit ................................................................

2.2

Skema struktur bentonit . ........................................................................... 8

2.3

Struktur kristal Rutile (A), Anatase (B), dan Brookite (C) ........................13

2.4

Mekanisme fotokatalitik pada TiO2 ............................................................13

2.5

Struktur kimia jingga metil ................................................................

3.1

Reaktor fotokatalitik ...................................................................................17

4.1

(a) Analisa XRD bentonit alam (b) Analisa XRD bentonit terinterkalasi Ti4+ (c) Analisa XRD bentonit terpilar TiO2 ........................32

4.2

Kurva kalibrasi jingga metil pada pH 2; 3,5; dan 6 ................................ 26

4.3

Grafik hubungan antara % degradasi terhadap waktu degradasi larutan jingga metil 50 ppm pada pH 2; 3,5; dan 6 menggunakan 0,5000 g bentonit terpilar TiO2 dan lampu UV 3 x 8 watt .........................38

4.4

Grafik hubungan antara pH dengan % degradasi larutan jingga metil 50 ppm pada pH 2; 3,5; dan 6 menggunakan 0,5000 g bentonit terpilar TiO2 dan lampu UV 3 x 8 watt ................................

7

16

40

4.5

Struktur jingga metil pada keadaan asam (pH < 3,1) dan pada keadaan basa (pH > 4,4) .............................................................................41

4.6

Grafik hubungan antara konsentrasi awal jingga metil dengan kapasitas degradasi larutan jingga metil 25, 50, 75, 100, 150, 200, dan 250 ppm menggunakan 0,5000 g bentonit terpilar TiO2 serta sinar UV 3 x 8 watt ............................................................................42

4.7

Grafik perbandingan hasil degradasi larutan jingga metil 50 ppm pada pH 2 dan pH 6 dengan menggunakan sinar UV, TiO2/UV, bentonit/UV, TiO2/bentonit, serta TiO2/bentonit/UV ................................44

xii Skripsi


Ike Silviyanti


DAFTAR LAMPIRAN

Nomor

Judul

1.

Hasil karakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction

2.

Tabel JCPDS untuk harga jarak antarbidang, d-spacing dengan intensitas terkuat untuk beberapa mineral

3.

Tabel JCPDS untuk harga jarak antarbidang, d-spacing dengan intensitas terkuat untuk titanium dioksida anatase

4. 5.

Spektrum panjang gelombang jingga metil pada pH 2; 3,5; dan 6 Perhitungan persen degradasi jingga metil menggunakan TiO2/bentonit/UV pada optimasi waktu pH 2; 3,5; dan 6

6.

Perhitungan persen degradasi jingga TiO2/bentonit/UV pada optimasi pH

7.

Perhitungan kapasitas degradasi jingga metil pada konsentrasi 25, 50, 75, 100, 150, 200, dan 250 ppm menggunakan TiO2/Bentonit/UV

8.

Perhitungan persen degradasi jingga metil menggunakan sinar UV, TiO2/UV, bentonit/UV, TiO2/bentonit, dan TiO2/bentonit/UV

metil

menggunakan

xiii Skripsi


Ike Silviyanti


Silviyanti, I., 2012, Pengolahan Zat Warna Tekstil Jingga Metil Menggunakan Bentonit Terpilar TiO2, Skripsi ini di bawah bimbingan Dr. Muji Harsini, M.Si. dan Yanuardi Raharjo, S.Si., M.Sc., Departemen Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya.

ABSTRAK Telah dilakukan penelitian pengolahan zat warna tekstil jingga metil menggunakan bentonit terpilar TiO2. Tujuan penelitian ini adalah menentukan waktu dan pH yang optimum pada degradasi jingga metil, mengetahui karakteristik degradasi jingga metil pada berbagai variasi konsentrasi terhadap kapasitas degradasi bentonit terpilar TiO2, serta mempelajari pengaruh UV, TiO2/UV, bentonit/UV, TiO2/bentonit, dan TiO2/bentonit/UV terhadap degradasi zat warna jingga metil. Pembuatan TiO2/bentonit dilakukan dengan mendispersikan larutan pemilar dalam bentuk oligokation titanium ke dalam bentonit alam. Campuran diaduk selama 5 jam kemudian dicuci hingga terbebas dari ion klorida. Bentonit terinterkalasi Ti4+ kemudian dikalsinasi pada suhu 450oC selama 4 jam untuk membentuk pilar TiO2. Bentonit alam, bentonit terinterkalasi, dan TiO2/bentonit dikarakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction untuk mengetahui perubahan basal spacing. Larutan jingga metil 50 ppm dicampur dengan TiO2/bentonit kemudian disinari dengan lampu UV 3 x 8 watt di dalam reaktor tertutup selama waktu optimum 3 jam pada pH 2 dan 3,5 sedangkan pada pH 6 waktu optimumnya adalah 1 jam. Konsentrasi sisa jingga metil diukur dengan spektrofotometer UV-Vis. Hasil karakterisasi XRD TiO2/bentonit menunjukkan runtuhnya bidang d001= 15,5 Ao monmorilonit serta munculnya beberapa puncak difraktogram TiO2 anatase. Hasil optimasi pH pada degradasi jingga metil menggunakan TiO2/bentonit adalah pH 2 dengan persen degradasi sebesar 71,886 %. Pengaruh variasi konsentrasi awal menunjukkan tercapainya kesetimbangan pada konsentrasi 200 ppm dengan kapasitas degradasi sebesar 144,540 mg/g. Perbandingan hasil degradasi pada keadaan optimum menggunakan UV, TiO2/UV, bentonit/UV, TiO2/bentonit, dan TiO2/bentonit/UV menunjukkan persen degradasi masing-masing sebesar 2,757 %, 23,264 %, 90,757 %, 67,361 %, dan 71,886 %.

Kata kunci: bentonit terpilar TiO2, jingga metil, degradasi

vii Skripsi


Ike Silviyanti


Silviyanti, I., 2012, The Treatment of Methyl Orange Textile Dye Using TiO2 Pillared Bentonite. Script was under consulted by Dr. Muji Harsini, M.Si. and Yanuardi Raharjo, S.Si., M.Sc., Chemistry Department, Faculty of Science and Technology of Universitas Airlangga, Surabaya.

ABSTRACT The research of methyl orange textile dyes treatment using TiO2 pillared bentonite has been studied. The purposes of this research were to determine the optimum time and pH value, knowing the degradation characteristics between methyl orange degradation at concentrations variety of the degradation capacity using TiO2 pillared bentonite, and studying the effects of UV, TiO2/UV, bentonite/UV, TiO2/bentonite, and TiO2/bentonite/UV to degrade methyl orange dye. TiO2/bentonit made by dispersing of pillaring solution (in form oligocations of titanium) into the natural bentonite. The mixture was stirred for 5 hours and then washed until free of chloride ion and then calcined at 450oC for 4 hours to form the pillars of TiO2. Natural bentonite, intercalated bentonite, and TiO2/bentonite were characterized using X-Ray Diffraction to determine the changes in basal spacing. Methyl orange solution 50 ppm was mixed with TiO2/bentonit then irradiated with UV light 3 x 8 watts in closed reactor for 3 hours as the optimum time at pH value 2 and 3.5 while at pH value 6 it irradiated for 1 hour. Residual concentration of methyl orange was measured by spectrophotometer UV-Vis. The results of TiO2/bentonit XRD characterization was indicated the disappearance of the field's d001 = 15.5 Ao of montmorillonite and the appearance of multiple peaks of anatase TiO2 difractogram. The result of pH value optimization on the methyl orange degradation using TiO2/bentonit is pH 2. The effect of initial dye concentration variations indicate the achievement of equilibrium at a concentration of 200 ppm. Comparison study of degradation results in optimum condition using UV, TiO2/UV, bentonite/UV, TiO2/bentonite, and TiO2/bentonite/UV shows degradation percent amounting to 2.757%, 23. 264 %, 90.757%, 67.361% and 71.886%, respectively.

Key words : TiO2 pillared bentonite, methyl orange, degradation

viii Skripsi


Ike Silviyanti


BAB 1 PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Masalah Sebagai negara yang sedang berkembang, Indonesia mengandalkan sektor

industri, salah satunya adalah industri tekstil. Industri dan produk tekstil memberikan efek multiplier dalam kehidupan masyarakat baik dari sisi tenaga kerja, pendapatan maupun terhadap output industri itu sendiri. Perkembangan sektor industri tekstil dan produk tekstil di Indonesia menjadikan industri ini sebagai salah satu industri terpenting dan menjadi ujung tombak dalam meningkatkan perekonomian di Indonesia (Maryadi, 2007). Seiring dengan perkembangan industri tekstil di Indonesia, produksi limbah cair zat warna tekstil pun semakin meningkat. Kehadiran limbah tersebut memberikan suatu permasalahan yang dominan terhadap lingkungan. Proses pencelupan pada industri tekstil memberikan kontribusi yang besar pada pencemaran air apabila limbah dibuang ke selokan atau sungai tanpa diolah terlebih dahulu (Suwarsa,1998). Selama proses pencelupan berlangsung, sekitar 10-15% zat warna dihasilkan sebagai limbah (Fang et al., 2004). Zat warna azo adalah senyawa yang paling banyak terdapat dalam limbah tekstil, yaitu sekitar lebih dari 50 % (Blackburn dan Burkinshaw., 2002). Limbah zat warna

azo merupakan penggambaran dari kelas polutan organik yang

berpotensi karsinogenik (Garcia et al., 2006). Walaupun toksisitas akut zat warna azo relatif rendah, akan tetapi keberadaannya dalam air dapat menghambat 1

Skripsi


Ike Silviyanti


2

penetrasi sinar matahari ke dalam air sehingga mengganggu aktivitas fotosintesis mikroalga. Dampak lanjutannya adalah pasokan oksigen dalam air menjadi berkurang dan akhirnya memicu aktivitas mikroorganisme anoksik-anaerobik yang menghasilkan produk berbau tak sedap. Di samping itu, perombakan zat warna azo secara anaerobik pada dasar perairan menghasilkan senyawa amina aromatik yang kemungkinan lebih toksik dibandingkan dengan zat warna azo itu sendiri (Zee, 2002). Air limbah tekstil umumnya memiliki intensitas warna berkisar 50-100 mg/L dengan nilai parameter BOD dan COD berturut-turut 80-6.000 mg/L dan 150-12.000 mg/L (Pandey et al., 2007). Nilai parameter COD dan BOD tersebut berada jauh di atas nilai ambang batas baku mutu limbah cair industri tekstil yang terdapat

pada KepMen LH No. 51/MENLH/10/1995 yaitu masing-masing

sebesar 300 dan 150 mg/L. Metode alternatif secara fisika, kimia dan biologi telah banyak dilakukan untuk mereduksi zat warna dan senyawa organik dalam limbah cair industri tekstil (Lucas dan Peres, 2009). Supriyati (2007) melakukan penelitian mengenai degradasi zat warna dengan menggunakan ozon yang diproduksi dengan menggunakan plasma. Namun, penelitian ini kurang efisien karena menggunakan sumber energi yang sangat besar dalam jumlah kilovolt. Penghilangan warna secara kimia menggunakan koagulan akan menghasilkan lumpur (sludge) dalam jumlah yang relatif besar. Menurut Peraturan Pemerintah No. 19 tahun 1994, lumpur yang dihasilkan industri tekstil diklasifikasikan sebagai limbah B3, sehingga membutuhkan pengolahan limbah lebih lanjut terhadap lumpur yang terbentuk.

Skripsi


Ike Silviyanti


3

Dengan adanya penanganan lanjutan ini akan menaikkan biaya operasional unit pengolahan limbah (Manurung dkk., 2004). Pengolahan limbah cair dengan menggunakan proses biologi juga banyak diterapkan untuk mereduksi senyawa organik limbah cair industri. Namun, berbagai penelitian menunjukkan bahwa proses biologi konvensional kurang efektif dalam mereduksi zat warna. Hal tersebut karena zat warna cenderung mempunyai sifat tahan terhadap degradasi biologi (recalcitrance) (Manurung dkk., 2004). Untuk mengatasi masalah di atas diperlukan alternatif baru untuk mengolah limbah cair indutri tekstil yang efektif dan efisien dalam menurunkan konsentrasi zat warna. Fotokatalitik heterogen merupakan salah satu metode yang digunakan untuk pengolahan limbah cair. Proses ini dapat juga disebut proses oksidasi berkelanjutan yang cocok untuk mengoksidasi zat warna. Proses oksidasi berkelanjutan ini berdasarkan pada pembentukan radikal hidroksi (HO•), yang merupakan oksidator kuat (E°=2.8 eV) yang dapat mempromosikan mineralisasi total pada polutan organik (Faisal et al., 2007; Saquib et al., 2008; Singh et al., 2008). Titanium oksida merupakan fotokatalis yang paling banyak diteliti untuk proses degradasi polutan organik pada limbah cair. Katalis ini sangat menguntungkan jika dibandingkan dengan semikonduktor yang lain karena kestabilan kimianya, tidak beracun, harganya murah dan tersedia secara komersial (Li et al., 2008; Suwanchawalit dan Wongnawa, 2008; Wang et al., 2008; Yang et al., 2008). Pada proses fotokatalitik menggunakan TiO2 akan dihasilkan radikal hidroksil (OH  ) yaitu suatu agen oksidator yang sangat kuat dan dapat

Skripsi


Ike Silviyanti


4

mengoksidasi senyawa organik (Barka et al., 2010). Radikal hidroksil merupakan radikal yang paling reaktif di antara jenis-jenis radikal yang lain (Stephanson et al., 2003). Efektivitas TiO2 bergantung pada struktur kristal, ukuran partikel, permukaan area, dan porositas. Serbuk TiO2 ultrafine menunjukkan aktivitas katalitik yang baik. Akan tetapi dapat terjadi penggumpalan yang menghasilkan partikel yang lebih besar sehingga dapat menyebabkan reduksi atau hilangnya efektivitas katalitik (Valverde et al., 2003; Suwanchawalit dan Wongnawa, 2008). Cara yang dapat digunakan untuk memaksimalkan kerja TiO2 adalah dengan menjadikannya pemilar dalam lempung terpilar TiO2, dimana TiO2 dapat berperan sebagai pemilar sekaligus sebagai katalis dalam reaksi fotokatalisis (Ding et al., 1999) Bentonit merupakan salah satu jenis lempung yang mempunyai kandungan utama mineral montmorillonit (85% – 95%) dengan rumus kimia secara umum Mx(Al4-xMgx)Si8O20(OH)4.nH2O. Montmorillonit merupakan kelompok mineral lempung yang unik karena memiliki kemampuan mengembang (swelling), memiliki kation-kation yang dapat dipertukarkan (exchangeable cations), dan dapat diinterkalasi (Pinnavaia, 1983). Berdasarkan uraian di atas, akan dilakukan pilarisasi bentonit dengan TiO2 untuk mendegradasi zat warna azo. Pembuatan bentonit terpilar TiO2 dilakukan dengan merendam bentonit pada larutan TiCl4 kemudian dilakukan kalsinasi pada suhu 450oC. Pada penelitian ini, dipilih zat warna azo yang mudah ditemui di laboratorium dan sering digunakan sebagai zat warna tekstil yaitu jingga metil.

Skripsi


Ike Silviyanti


5

Karakterisasi struktur kristal bentonit dan bentonit terpilar TiO2 dilakukan dengan XRD (X-Ray Diffraction). Sedangkan uji aktivitas fotokatalitik dianalisis menggunakan spektrofotometer UV-Vis. Penggunaan sinar ultraviolet selama proses pengolahan zat warna tekstil menggunakan bentonit terpilar TiO2 dapat meningkatkan kinerja fotokatalis TiO2 yang terpilar pada ruang interlamelar bentonit dengan menghasilkan radikal hidroksil yang mampu mendegradasi zat warna. Optimasi pH perlu dilakukan pada penelitian ini karena perubahan pH mampu mempengaruhi perubahan struktur dari zat warna serta dapat mempengaruhi kemampuan bentonit terpilar TiO2 untuk mendegradasi zat warna.

1.2

Rumusan Masalah Berdasarkan uraian latar belakang tersebut, maka dapat dirumuskan

permasalahan sebagai berikut. 1. Berapakah waktu serta pH yang optimum untuk mendegradasi zat warna jingga metil menggunakan bentonit terpilar TiO2? 2. Bagaimana karakteristik degradasi zat warna jingga metil pada berbagai variasi konsentrasi terhadap kapasitas degradasi bentonit terpilar TiO2? 3. Bagaimana pengaruh sinar UV, TiO2/UV, bentonit/UV, TiO2/bentonit, serta TiO2/bentonit/UV terhadap degradasi zat warna jingga metil?

1.3 1.

Tujuan Penelitian Menentukan waktu serta pH yang optimum untuk mendegradasi zat warna jingga metil menggunakan bentonit terpilar TiO2.

Skripsi


Ike Silviyanti


2.

6

Mengetahui karakteristik zat warna jingga metil pada berbagai variasi konsentrasi terhadap kapasitas degradasi bentonit terpilar TiO2.

3.

Mempelajari pengaruh sinar UV, TiO2/UV, bentonit/UV, TiO2/bentonit, serta TiO2/bentonit/UV terhadap degradasi zat warna jingga metil.

1.4

Manfaat Penelitian Manfaat

penelitian

ini

adalah

memberikan

informasi

mengenai

penggunaan bentonit terpilar TiO2 dengan bantuan sinar UV untuk mendegradasi zat warna jingga metil pada limbah cair industri tekstil.

Skripsi


Ike Silviyanti


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Bentonit Bentonit adalah mineral lempung yang mengandung monmorilonit di atas

75%, sejumlah kuarsa, serta sedikit campuran illit, kalsit, mika, dan klorit. Bentonit termasuk dalam kelompok smektit dalam golongan phyllosilicate berstruktur 2:1 yang tersusun dari dua lembar tetrahedral [SiO4]4- (T) dan satu lembar oktahedral alumina Al2(OH)6 (O) serta memiliki ruang interlamelar (I), ditunjukkan oleh Gambar 2.1 (Nagendrappa, 2002 dan Kozak et al., 2002).

Gambar 2.1 Struktur kelompok smektit

Berdasarkan struktur tersebut, komposisi ideal monmorilonit adalah HAlSi2O6 dan permukaan lapisannya bersifat netral, tetapi di alam komposisi tersebut

berubah

menjadi

tidak

menentu,

yaitu

Mn+x/n[Al4xMgx][Si8]O20(OH)4.nH2O dan permukaan lapisannya

bermuatan

negatif. Kation Mn+ adalah kation penyeimbang muatan. Perubahan tersebut terjadi karena substitusi isomorfis Si4+ oleh Al3+ pada lembar tetrahedral, substitusi

7 Skripsi


Ike Silviyanti


8

Al3+ oleh Mg2+ atau ruang kosong (vacancy) pada lembar oktahedral (Bergaya et al., 2006). Jumlah muatan negatif pada lapisan (layer charge) bentonit tergolong rendah yaitu 0.25 – 0.60 per unit formula. Hal ini menyebabkan ikatan interlamelarnya lemah, sehingga molekul-molekul polar, seperti air dapat masuk pada daerah interlamelar menyebabkan mineral monmorilonit dapat mengembang atau mengalami swelling karena bidang basal lapisan bentonit akan bergerak saling menjauh (Yerima dan Van Ranst, 2005). Masuknya air juga akan menimbulkan terbentuknya kation hidrat pada daerah interlamelar, ditunjukkan oleh Gambar 2.2. Semakin banyak air yang masuk, kation-kation yang ada pada interlayer menjadi lebih mudah diganti (Nagendrappa, 2002).

Gambar 2.2 Skema Struktur Bentonit

Berdasarkan sifat-sifat tersebut, bentonit banyak dimanfaatkan sebagai adsorben, penghilang warna (decoloration agent), penukar ion (ion exchange), dan katalis. Daya guna bentonit berasal dari grup Si – O – Si, Al – OH – Al , dan situs asam. Grup Si – O – Si pada permukaan bidang basal dapat mengadsorpsi bahan organik non polar, grup Al – OH – Al pada bidang basal dapat mengadsorpsi kation logam. Adsorpsi kation juga terjadi pada permukaan bidang

Skripsi


Ike Silviyanti


9

basal, karena difusi muatan negatif yang ditimbulkan oleh substitusi isomorfis Si4+ oleh Al3+, sehingga kation logam dapat terperangkap oleh rongga di trigonal pada siloksan. Situs-situs pada tepi bentonit cenderung lebih reaktif untuk adsorpsi ion, karena terdapat gugus silanol, Si(IV) OH dan aluminol, Al(III).H2O (Maurice et al.,2009).

2.2

Fotokatalisis Fotokatalisis adalah reaksi perpaduan antara fotokimia dan katalis. Proses

reaksi fotokimia melibatkan suatu cahaya (foto). Fotokatalisis sendiri adalah suatu proses yang dibantu oleh adanya cahaya dan material katalis. Katalis adalah suatu zat yang mempengaruhi proses laju reaksi tanpa ikut berubah secara kimia. Katalis dapat mempercepat fotoreaksi melalui interaksinya dengan substrat baik keadaan dasar maupun tereksitasi atau dengan fotoproduk utamanya, tergantung pada mekanisme fotoreaksi tersebut (Otmer dan Kirk, 1994). Berdasarkan fasanya, fotokatalisis dibagi menjadi dua, yaitu fotokatalisis homogen dan fotokatalisis heterogen. 1. Fotokatalisis homogen, merupakan suatu proses fotokatalisis satu fasa antara subtrat dengan katalis. Pada umumnya katalis berupa oksidator seperti ozon (O3) dan hidrogen peroksida (H2O2). 2. Fotokatalisis heterogen, merupakan suatu proses fotokatalisis dua fasa yang dilakukan dengan bantuan semikonduktor. Semikonduktor yang dipakai dalam proses ini adalah titanium dioksida (TiO2), seng oksida (ZnO) dan cadmium sulfide (CdS) (Otmer dan Kirk,1994).

Skripsi


Ike Silviyanti


10

2.3

Fotodegradasi Fotodegradasi adalah proses peruraian suatu senyawa (biasanya senyawa

organik) dengan bantuan energi foton. Proses fotodegradasi memerlukan suatu fotokatalis,

yang

umumnya

merupakan

bahan

semikonduktor.

Prinsip

fotodegradasi adalah adanya loncatan elektron dari pita valensi ke pita konduksi pada logam semikonduktor jika dikenai suatu energi foton. Loncatan elektron ini menyebabkan timbulnya hole (lubang elektron) yang dapat berinteraksi dengan pelarut (air) membentuk radikal •OH. Radikal bersifat aktif dan dapat berlanjut untuk menguraikan senyawa organik target (Malldotti et al., 2000 dan Ranjit et al., 1998).

2.4

Titanium Tetraklorida Titanium tetraklorida merupakan cairan tidak berwarna yang dapat larut

pada air dengan penambahan panas serta larut pada asam hidroklorit encer. Rumus kimia untuk titanium tetraklorida adalah TiCl4 dengan berat molekul 189,68 g/mol. Titanium tetraklorida memiliki aroma asam yang sangat kuat (O’Neil, 2001). Tekanan uap titanium tetraklorida adalah 10.0 mm Hg pada suhu 20° C (ATSDR, 1997). Titanium tetraklorida memiliki sifat korosif, tidak mudah terbakar, merupakan cairan yang stabil dan tidak dapat terdekomposisi secara termal di bawah lapisan udara inert pada suhu kamar (Lewis, 2001). Titanium tetraklorida dihidrolisis sempurna oleh udara lembab (Greenwood dan Earnshaw, 1997).

Skripsi


Ike Silviyanti


11

Titanium tetraklorida dapat digunakan sebagai senyawa intermediete pada pembuatan logam titanium, titanium dioksida, pigmen titanium pada industri gelas warna-warni dan mutiara imitasi, sebagai katalis polimerisasi serta untuk menghasilkan layar asap. Titanium tetraklorida jika direaksikan dengan potassium bitartrat dapat digunakan sebagai pengikat zat warna pada industri tekstil serta direaksikan dengan zat warna kayu dalam pewarnaan kulit (O’Neil, 2001). Titanium tetraklorida dapat menyebabkan iritasi pada kulit, mata, dan membran selaput lendir pada manusia. Dampak akut jangka pendek akan terlihat pada permukaan kulit yang terbakar, hidung tersumbat, dan sesak pada beberapa bagian jalur pernapasan atas pada manusia. Dampak jangka pendek juga dapat menimpa mata. Penyakit paru-paru merupakan dampak akut dalam jangka panjang dari penggunaan titanium klorida pada pekerja produksi logam titanium (ATSDR, 1997).

2.5

Titanium Dioksida Titanium dioksida (TiO2) merupakan oksida logam Ti (Titanium) yang

paling banyak dijumpai (Greenwood dan Earnshaw, 1997). Titanium dioksida dikenal sebagai senyawa dioksida berwarna putih yang tahan karat dan tidak beracun. Berdasarkan sifatnya ini TiO2 telah lama digunakan sebagai bahan pemberi warna (pigmen) putih pada makanan maupun produk kosmetik. Konfigurasi elektron atom titanium (22Ti) adalah 1s2,2s2,2p6,3s2,3p6,4s2,3d2. Sementara atom oksigen (8O) yaitu 1s2,2s2,2p4. Secara sederhana orbital molekul Titanium dioksida terbentuk antara ikatan kulit 3d Ti dengan kulit 2p O. Tingkat

Skripsi


Ike Silviyanti


12

energi kulit 3d menjadi daerah konduktif molekul sedangkan kulit 2p menjadi area valensi molekul. Titanium dioksida (TiO2) secara mikroskopis memiliki dua bentuk utama yaitu kristal dan amorf (Gunlazuardi, 2001). Titanium dioksida (TiO2) amorf seperti layaknya senyawa amorf lain tidak memiliki keteraturan susunan atom sehingga bahan tersebut tidak memiliki keteraturan pita konduksi dan valensi. Titanium dioksida amorf juga dikenal memiliki kemampuan untuk mendegradasi polutan dalam waktu yang singkat. Titanium dioksida bentuk kristal diketahui memiliki tiga fase kristal yang berbeda yaitu rutile, anatase, dan brookite. Rutile merupakan bentuk kristal yang paling stabil dibandingkan dua fase lainnya, oleh karena itu kristal jenis ini lebih mudah ditemukan dalam bentuk yang paling murni (bijih). Anatase dikenal sebagai fase kristal yang paling reaktif terhadap cahaya, eksitasi elektron ke pita konduksi dapat dengan mudah terjadi apabila kristal ini dikenai cahaya dengan energi yang lebih besar dari pada celah energinya. Kristal ini juga dapat terbentuk akibat pemanasan TiO2 amorf pada suhu 400oC hingga 600oC. Sedangkan pemanasan hingga 700oC akan menyebabkan kristal anatase bertransformasi menjadi rutile. Brookite merupakan jenis kristal yang paling sulit diamati karena sifatnya yang tidak mudah dimurnikan. Rutile adalah bentuk kristal TiO2 yang paling umum dihasilkan di alam dan diproduksi secara komersial di pasaran. Struktur Rutile berbentuk oktahedral yang ditempati oleh atom titanium. Sedangkan anatase dan brookite berbentuk

Skripsi


Ike Silviyanti


13

kubik (Greenwood dan Earnshaw, 1997). Struktur kristal TiO2 rutile, anatase, dan brookite dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Struktur kristal Rutile (A), Anatase (B), dan Brookite (C)

2.5.1 Mekanisme fotokatalisis semikonduktor TiO2 Proses fotokatalitik pada TiO2 terjadi bila semikonduktor TiO2 menyerap cahaya yang berenergi sama atau lebih besar dari energi celah yang dimilikinya sehingga elektron (e-) pada pita valensi (pv) tereksitasi ke pita konduksi (pk) dan meninggalkan hole positif (h+) pada pita valensi. Semikonduktor + hv  h+ pv + e- pk

(2.1)

Proses fotokatalitik pada semikonduktor TiO2 dapat dijelaskan pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Mekanisme fotokatalitik pada TiO2

Skripsi


Ike Silviyanti


14

1. Pembentukan pasangan pembawa muatan (e- dan h+) oleh foton TiO2 + hv  TiO2 (h+pv + e-pk) 2. Rekombinasi kedua pembawa muatan dengan membebaskan energi panas e-pk + (>Ti(IV)OH•)+  >Ti(IV)OH h+pv + (>Ti(III)OH)  >Ti(IV)OH 3. Inisiasi reaksi oksidasi oleh hole positif pada pita valensi (>Ti(IV)OH•)+ + red  Ti(IV)OH + red•+ 4. Inisiasi reaksi reduksi oleh elektron pada pita konduksi e-tr + oks  >Ti(IV)OH + oks•+ 5. Reaksi fotkatalitik menghasilkan radikal pendegradasi senyawa organik dan sel bakteri. Keterangan : >TiOH

: permukaan TiO2 yang terhidrat primer

e-pk

: elektron pada pita konduksi

h+pv

: hole positif pada pita valensi

(>Ti(IV)OH•)+

: hole positif pita valensi yang terjebak di permukaan

(>Ti(III)OH)= e-tr

: elektron pita konduksi yang terjebak di permukaan

Red

: donor elektron, mengalami oksidasi

Oks

: akseptor elektron, mengalami reduksi Hole positif ini dapat bereaksi baik dengan H2O yang teradsorpsi secara

fisik sehingga mampu menguraikan molekul H2O dan O2 menjadi radikal •OH dan ion superoksida (O2•) yang mampu mendegradasi senyawa organik dan sel-sel

Skripsi


Ike Silviyanti


15

bakteri sehingga menyebabkan inaktivasi dan kematian pada sel bakteri (Sirimahachai et al., 2009).

2.6

Zat Warna Azo Penggolongan zat warna menurut "Colours Index" volume 3, terutama

menggolongkan zat warna atas dasar sistem kromofor yang berbeda misalnya zat warna Azo, Antrakuinon, Ftalosia, Nitroso, Indigo, Benzodifuran, Okazin, Polimetil, Di- dan Tri-Aril Karbonium, Poliksilik, Aromatik Karbonil, Quionftalen, Sulfer, Nitro, Nitrosol dan lain-lain (Heaton, 1994). Zat warna azo adalah kelas terbesar dan terpenting pada golongan zat warna. Jumlah zat warna azo mencapai ribuan (Fessenden dan Fessenden, 1986). Senyawa azo memiliki struktur umum R─N═N─R’, dengan R dan R’ adalah rantai organik yang sama atau berbeda. Senyawa ini memiliki gugus ─N═N─ yang dinamakan struktur azo. Nama azo berasal dari kata azote, merupakan penamaan untuk nitrogen yang berasal dari bahasa Yunani a (bukan) + zoe (hidup). Senyawa azo digunakan sebagai bahan celup, yang dinamakan azo dyes. Salah satu contoh senyawa azo adalah jingga metil (Mirkhani, 2009). Karakteristik dari beberapa senyawa azo diperlihatkan pada Tabel 2.1.

Skripsi


Ike Silviyanti


16

Tabel 2.1 Karakterisitik senyawa azo (Mirkhani, 2009)

2.7

Jingga Metil Dalam dunia industri jingga metil digunakan sebagai zat pewarna tekstil,

sementara itu di laboratorium jingga metil digunakan untuk menentukan kadar alkalinitas air serta sebagai indikator pada proses titrasi, khususnya titrasi asam mineral dan basa kuat. Senyawa azo seperti jingga metil, dapat digunakan sebagai indikator asam, karena dapat berfungsi sebagai asam lemah yang berbeda warna antara asam dan garamnya. Trayek pH jingga metil berada di antara pH 3,1 (berwarna merah) sampai dengan pH 4,4 (berwarna kuning) (O’Neil, 2001). Struktur senyawa jingga metil dapat dilihat pada Gambar 2.5.

(CH3)2N

N

N

SO3Na

Gambar 2.5 Struktur kimia jingga metil

Skripsi


Ike Silviyanti


BAB III METODE PENELITIAN

3.1

Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Analitik dan Laboratorium

Penelitian Departemen Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga, mulai bulan Februari 2012 sampai Juni 2012.

3.2

Bahan dan Alat Penelitian

3.2.1 Bahan-bahan Bahan-bahan kimia yang digunakan pada penelitian ini adalah bentonit alam Turen Malang, TiCl4, TiO2, HCl, jingga metil, AgNO3, dan akuadem. 3.2.2 Alat-alat Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah spektrofotometer UVVis, centrifuge, neraca analitik, reaktor fotokatalitik, Lampu UV 8 watt (Yumiko T8) sebanyak 3 buah, pengaduk magnet, oven, furnace, buret, pH meter, X-Ray Diffraction, serta peralatan gelas yang biasa digunakan dalam laboratorium.

Lampu UV Kotak kayu Pengaduk magnet

Gelas piala Tutup kotak kayu

Gambar 3.1 Reaktor fotokatalitik

17 Skripsi


Ike Silviyanti


18

3.3

Diagram Alir Penelitian Sebanyak 150 gram bentonit yang telah dicuci, dikeringkan pada suhu 120oC, dan lolos ayakan 100 mesh

450 ml larutan TiCl4 0,1 M

direndam & diaduk selama 5 jam Karakterisasi menggunakan XRay Diffraction

Ti4+/bentonit dikalsinasi pada suhu 450oC selama 4 jam TiO2/bentonit

Degradasi larutan jingga metil

Penentuan pengaruh variasi konsentrasi larutan awal jingga metil

Optimasi

Waktu irradiasi (5, 10, 20, 30, 45, 60, 90, 120,180, dan 240 menit)

pH (2; 3,5; dan 5)

Degradasi jingga metil dengan berbagai zat pendegradasi

UV

bentonit/ UV

TiO2/UV

TiO2/ bentonit

TiO2/ bentonit/UV

Analisis Data

Skripsi


Ike Silviyanti


19

3.4

Prosedur Penelitian

3.4.1

Pembuatan larutan HCl 0,1 M Diambil 4,2 ml larutan HCl 37 % dengan massa jenis sebesar 1,18 g/cc

dan dimasukkan ke dalam gelas beaker 500 ml yang telah berisi 100 ml akuadem. Selanjutnya ditambahkan akuadem hingga volume larutan menjadi 500 ml.

3.4.2

Pembuatan larutan HCl 6,0 M Diambil 50 ml larutan HCl 37 % dan dimasukkan ke dalam gelas beaker

250 ml yang telah berisi 50 ml akuadem. Selanjutnya ditambahkan akuadem hingga volume larutan menjadi 100 ml.

3.4.3

Pembuatan larutan TiCl4 0,1 M Diambil 5,6 ml larutan TiCl4 99 % dengan massa jenis sebesar 1,728

g/cc dituangkan ke dalam 4 ml larutan HCl 6,0 M. Larutan diencerkan dengan akuadem hingga volume 500 ml kemudian larutan pemilar didiamkan (aging) selama 2 jam agar hidrolisis menjadi sempurna.

3.4.4

Pembuatan larutan induk jingga metil 1000 ppm Ditimbang 1,0000 g jingga metil yang dilarutkan dengan 100 ml

akuadem dalam gelas beaker. Kemudian dipindahkan ke dalam labu ukur 1000 ml secara kuantitatif dan diencerkan dengan akuadem sampai tanda batas.

3.4.5

Pembuatan larutan standar jingga metil Diambil larutan induk 1000 ppm secara kuantitatif menggunakan pipet

volume 10,0 ml kemudian diencerkan dengan akuadem hingga volume 100 ml

Skripsi


Ike Silviyanti


20

sehingga diperoleh larutan kerja jingga metil 100 ppm. Kemudian diambil masing-masing 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, dan 11 ml larutan kerja jingga metil 100 ppm menggunakan buret lalu ditambahkan akuadem hingga tanda batas dalam labu ukur 100 ml untuk menghasilkan larutan standar jingga metil dengan konsentrasi 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, dan 11 ppm pada pH 6. Larutan standar tersebut diukur pHnya menggunakan pH meter. Pembuatan larutan standar pada keadaan yang lebih asam, yaitu pada pH 2 dan 3,5 sama dengan pembuatan larutan standar pada pH 6 hanya saja sebelum diencerkan dengan akuadem, masing-masing larutan standar diatur pada pH 2 dan 3,5 menggunakan HCl 0,1 M dan diukur pHnya menggunakan pH meter.

3.4.6

Pembuatan larutan jingga metil 50 ppm Diambil larutan induk jingga metil 1000 ppm secara kuantitatif

menggunakan pipet volume 25,0 ml dimasukkan ke dalam labu ukur 500 ml. Selanjutnya larutan diencerkan dengan akuadem hingga tanda batas. Larutan dihomogenkan sehingga diperoleh larutan jingga metil dengan konsentrasi 50 ppm.

3.4.7

Pembuatan larutan jingga metil pada berbagai variasi konsentrasi Diambil larutan induk jingga metil 1000 ppm secara kuantitatif

menggunakan buret sebanyak 12,50; 37,50; 50,00; 75,00; 100,00; dan 125,00 ml dimasukkan ke dalam labu ukur 500 ml. Selanjutnya larutan diencerkan dengan akuadem hingga tanda batas. Larutan dihomogenkan sehingga diperoleh larutan

Skripsi


Ike Silviyanti


21

jingga metil dengan konsentrasi masing-masing 25, 75, 100, 150, 200, dan 250 ppm.

3.4.8

Pembuatan bentonit terpilar TiO2 Bentonit alam dicuci beberapa kali menggunakan akuadem kemudian

disentrifugasi dan dipisahkan dengan pasir. Selanjutnya, bentonit dikeringkan dalam oven pada

temperatur 120o C selama 5 jam. Setelah kering lempung

bentonit digerus sampai halus dan diayak menggunakan ayakan 100 mesh. Ditimbang 150 gram lempung bentonit alam yang telah dipreparasi Kemudian dituangkan sedikit demi sedikit larutan 450 ml TiCl4 0,1 M sambil diaduk dengan pengaduk magnet selama 5 jam. Hasil interkalasi dipisahkan dengan penyaring vakum kemudian dicuci beberapa kali dengan akuadem sampai terbebas dari ion klorida. Pencucian dihentikan jika filtrat diuji dengan perak nitrat tidak menghasilkan endapan putih. Bentonit yang telah diinterkalasi dengan TiCl4 dikeringkan dalam oven pada suhu 120oC selama 5 jam. Bentonit yang telah diinterkalasi dengan TiCl4 dan telah dikeringkan kemudian digerus sampai halus dan diayak dengan ayakan 100 mesh. Bentonit selanjutnya dikalsinasi menggunakan furnace pada suhu 450oC selama 4 jam.

3.4.9

Karakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) Diambil 1 gram bentonit alam yang telah dipreparasi, bentonit yang

terinterkalasi Ti4+, dan bentonit terpilar TiO2 untuk diuji karakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction. Uji karakterisasi menggunakan XRD bertujuan untuk mengetahui perubahan struktur kristal bentonit yang telah terpilar TiO2.

Skripsi


Ike Silviyanti


22

3.4.10

Penentuan panjang gelombang maksimum Larutan jingga metil 10 ppm masing-masing pada pH 2; 3,5; dan 6

diukur absorbansinya menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada daerah visible 300-700 nm. Blangko yang digunakan untuk larutan standar pH 6 adalah akuadem sedangkan blangko untuk larutan standar pH 2 dan 3,5 adalah akuadem ditambah HCl.

3.4.11

Pembuatan kurva kalibrasi jingga metil Masing-masing larutan standar jingga metil pada pH 2; 3,5; dan 6 yang

telah dibuat pada bagian 3.4.5 diukur absorbansinya dengan spektrofotometer UVVis pada panjang gelombang maksimum menggunakan blangko seperti pada bagian 3.4.10. Dari data absorbansi yang diperoleh dibuat kurva kalibrasi yang kemudian ditentukan persamaan garis regresi linier. Persamaan regresi linier secara umum adalah: y = a + bx

(3.1)

dimana sumbu y adalah absorbansi dan sumbu x sebagai konsentrasi zat warna jingga metil dalam ppm.

3.4.12

Penentuan waktu optimum degradasi zat warna jingga metil Sebanyak 500 ml larutan jingga metil dengan konsentrasi 50 ppm

dimasukkan ke dalam gelas beaker 1000 ml kemudian diatur pada pH 2; 3,5; dan 6. Pengaturan pH tersebut dilakukan dengan menambahan HCl 0,1 M menggunakan buret dan dihentikan hingga tercapai pH yang sesuai. Pengukuran pH dilakukan dengan menggunakan pH meter. Larutan jingga metil yang telah

Skripsi


Ike Silviyanti


23

diatur pHnya lalu dicampur dengan 0,5000 g bentonit terpilar TiO2. Sebelum diradiasi, campuran diaduk dengan pengaduk magnet selama 15

menit agar

larutan jingga metil dan katalis menjadi homogen. Campuran diradiasi dengan lampu UV 3 x 8 watt selama 240 menit. Hasil degradasi pada menit ke-5, 10, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180, dan 240 diambil 5,0 ml kemudian disentrifugasi dan disaring dengan kertas saring untuk memisahkan larutan jingga metil dengan bentonit terpilar TiO2. Larutan tersebut kemudian diambil 2,0 ml dan diencerkan pada labu ukur 10 ml menggunakan akuadem lalu diukur absorbansinya dengan spektrofotometer UV-Vis. Blangko yang digunakan untuk pH 6 adalah akuadem sedangkan untuk pH 2 dan 3,5 adalah akuadem ditambah HCl. Data absorbansi yang diperoleh dimasukkan dalam persamaan kurva kalibrasi jingga metil untuk mengetahui konsentrasi jingga metil yang tersisa. Selanjutnya dibuat kurva hubungan antara % degradasi terhadap waktu degradasi.

3.4.13

Penentuan pH optimum degradasi zat warna jingga metil Sebanyak 500 ml larutan jingga metil dengan konsentrasi 50 ppm

dimasukkan ke dalam gelas beaker 1000 ml kemudian diatur pada pH 2; 3,5; dan 6. Pengaturan pH 2 dan 3,5 dilakukan dengan menambahan HCl 0,1 M menggunakan buret dan dihentikan hingga tercapai pH yang sesuai, sedangkan pH 6 merupakan pH larutan jingga metil tanpa penambahan asam atau basa. Pengukuran pH dilakukan dengan menggunakan pH meter. Larutan jingga metil yang telah diatur pHnya lalu dicampur dengan 0,5000 g bentonit terpilar TiO2. Sebelum diradiasi, campuran tersebut diaduk dengan pengaduk magnet selama 15 menit agar larutan jingga metil dan katalis menjadi homogen kemudian diradiasi

Skripsi


Ike Silviyanti


24

dengan lampu UV 3 x 8 watt sesuai dengan waktu optimum yang telah diperoleh pada bagian 3.4.12. Larutan yang telah didegradasi diambil 5,0 ml kemudian disentrifugasi dan disaring dengan kertas saring untuk memisahkan larutan jingga metil dengan bentonit terpilar TiO2. Larutan tersebut kemudian diambil 2,0 ml dan diencerkan pada labu ukur 10 ml menggunakan akuadem lalu diukur absorbansinya dengan spektrofotometer UV-Vis. Blangko yang digunakan untuk pH 6 adalah akuadem sedangkan untuk pH 2 dan 3,5 adalah akuadem ditambah HCl. Nilai absorbansi yang diperoleh dimasukkan ke dalam kurva kalibrasi jingga metil untuk mengetahui konsentrasi jingga metil yang tersisa.

3.4.14

Karakteristik degradasi zat warna jingga metil pada berbagai variasi konsentrasi terhadap kapasitas degradasi bentonit terpilar TiO2 Larutan jingga metil yang telah dibuat dengan konsentrasi 25, 50, 75,

100, 150, 200, dan 250 ppm sebanyak 500 ml masing-masing dimasukkan ke dalam gelas beaker 1000 ml kemudian diatur pada pH optimum yang telah diperoleh pada bagian 3.4.13. Larutan tersebut kemudian dicampur dengan 0,5000 g bentonit terpilar TiO2. Sebelum diradiasi, campuran tersebut diaduk dengan pengaduk magnet selama 15 menit agar larutan jingga metil dan katalis homogen kemudian diradiasi dengan lampu UV 3 x 8 watt sesuai dengan waktu optimum yang telah diperoleh pada bagian 3.4.12. Hasil degradasi diambil 5,0 ml kemudian disentrifugasi dan disaring dengan kertas saring untuk memisahkan larutan jingga metil dengan bentonit terpilar TiO2. Larutan tersebut kemudian diambil 2,0 ml dan diencerkan pada labu ukur 10 ml menggunakan akuadem lalu diukur absorbansinya dengan spektrofotometer UV-Vis menggunakan blangko

Skripsi


Ike Silviyanti


25

yang sesuai dengan pH optimum pada bagian 3.4.13. Nilai absorbansi yang diperoleh dimasukkan ke dalam kurva kalibrasi jingga metil untuk mengetahui konsentrasi jingga metil yang tersisa.

3.4.15

Degradasi jingga metil menggunakan sinar UV Sebanyak 500 ml larutan jingga metil dengan konsentrasi 50 ppm

dimasukkan ke dalam gelas beaker 1000 ml. Larutan diatur pada pH 6 dan pada pH optimum yang diperoleh pada bagian 3.4.13. Larutan tersebut diaduk dengan pengaduk magnet dan diradiasi menggunakan sinar UV selama waktu optimum yang telah diperoleh pada bagian 3.4.12. Campuran hasil degradasi diambil 2,0 ml dan diencerkan pada labu ukur 10 ml menggunakan akuadem. Larutan tersebut diukur absorbansinya dengan spektrofotometer UV-Vis menggunakan blangko akuadem untuk pH 6 sedangkan untuk pH optimum digunakan blangko akuadem yang diatur pada pH optimum menggunakan HCl. Nilai absorbansi yang diperoleh dimasukkan ke dalam kurva kalibrasi jingga metil untuk mengetahui konsentrasi jingga metil yang tersisa.

3.4.16

Degradasi jingga metil menggunakan bentonit/UV Sebanyak 500 ml larutan jingga metil dengan konsentrasi 50 ppm

dimasukkan ke dalam gelas beaker 1000 ml. Larutan diatur pada pH 6 dan pada pH optimum yang diperoleh pada bagian 3.4.13. Larutan tersebut kemudian dicampur dengan 0,5000 g bentonit. Sebelum diradiasi, campuran tersebut diaduk dengan pengaduk magnet selama 15 menit agar larutan jingga metil dan bentonit homogen. Setelah homogen kemudian diradiasi dengan lampu UV 3 x 8 watt

Skripsi


Ike Silviyanti


26

selama waktu optimum yang telah diperoleh pada bagian 3.4.12. Hasil degradasi diambil 5,0 ml kemudian disentrifugasi dan disaring dengan kertas saring untuk memisahkan larutan jingga metil dengan bentonit. Larutan tersebut kemudian diambil 2,0 ml dan diencerkan pada labu ukur 10 ml menggunakan akuadem lalu diukur absorbansinya dengan spektrofotometer UV-Vis menggunakan blangko akuadem untuk pH 6 sedangkan untuk pH optimum digunakan blangko akuadem yang diatur pada pH optimum menggunakan HCl. Nilai absorbansi yang diperoleh dimasukkan ke dalam kurva kalibrasi jingga metil untuk mengetahui konsentrasi jingga metil yang tersisa.

3.4.17

Degradasi jingga metil menggunakan TiO2/UV Sebanyak 500 ml larutan jingga metil dengan konsentrasi 50 ppm

dimasukkan ke dalam gelas beaker 1000 ml. Larutan diatur pada pH 6 dan pada pH optimum yang diperoleh pada bagian 3.4.13. Larutan tersebut kemudian dicampur dengan 0,5000 g TiO2. Sebelum diradiasi, campuran tersebut diaduk dengan pengaduk magnet selama 15 menit agar larutan jingga metil dan TiO2 homogen. Setelah homogen kemudian diradiasi dengan lampu UV 3 x 8 watt selama waktu optimum yang telah diperoleh pada bagian 3.4.12. Hasil degradasi diambil 5,0 ml kemudian disentrifugasi dan disaring dengan kertas saring untuk memisahkan larutan jingga metil dengan TiO2. Larutan tersebut kemudian diambil 2,0 ml dan diencerkan pada labu ukur 10 ml menggunakan akuadem lalu diukur absorbansinya dengan spektrofotometer UV-Vis menggunakan blangko akuadem untuk pH 6 sedangkan untuk pH optimum digunakan blangko akuadem yang diatur pada pH optimum menggunakan HCl. Nilai absorbansi yang diperoleh

Skripsi


Ike Silviyanti


27

dimasukkan ke dalam kurva kalibrasi jingga metil untuk mengetahui konsentrasi jingga metil yang tersisa.

3.4.18

Degradasi jingga metil menggunakan bentonit terpilar TiO2 Sebanyak 500 ml larutan jingga metil dengan konsentrasi 50 ppm

dimasukkan ke dalam gelas beaker 1000 ml. Larutan diatur pada pH 6 dan pada pH optimum yang diperoleh pada bagian 3.4.13. Larutan tersebut kemudian dicampur dengan 0,5000 g bentonit terpilar TiO2 dan diaduk dengan pengaduk magnet selama waktu optimum yang telah diperoleh pada bagian 3.4.13 tanpa diradiasi sinar UV. Hasil degradasi diambil 5,0 ml kemudian disentrifugasi dan disaring dengan kertas saring untuk memisahkan larutan jingga metil dengan bentonit terpilar TiO2. Larutan tersebut kemudian diambil 2,0 ml dan diencerkan pada labu ukur 10 ml menggunakan akuadem lalu diukur absorbansinya dengan spektrofotometer UV-Vis menggunakan blangko akuadem untuk pH 6 sedangkan untuk pH optimum digunakan blangko akuadem yang diatur pada pH optimum menggunakan HCl. Nilai absorbansi yang diperoleh dimasukkan ke dalam kurva kalibrasi jingga metil untuk mengetahui konsentrasi jingga metil yang tersisa.

3.4.19

Degradasi jingga metil menggunakan bentonit terpilar TiO2/UV Sebanyak 500 ml larutan jingga metil dengan konsentrasi 50 ppm

dimasukkan ke dalam gelas beaker 1000 ml. Larutan diatur pada pH 6 dan pada pH optimum yang diperoleh pada bagian 3.4.13. Larutan tersebut kemudian dicampur dengan 0,5000 g bentonit terpilar TiO2. Sebelum diradiasi, campuran tersebut diaduk dengan pengaduk magnet selama 15 menit agar larutan jingga

Skripsi


Ike Silviyanti


28

metil dan TiO2/bentonit homogen. Setelah homogen kemudian diradiasi dengan lampu UV 3 x 8 watt selama waktu optimum yang telah diperoleh pada bagian 3.4.12. Hasil degradasi diambil 5,0 ml kemudian disentrifugasi dan disaring dengan kertas saring untuk memisahkan larutan jingga metil dengan bentonit terpilar TiO2. Larutan tersebut kemudian diambil 2,0 ml dan diencerkan pada labu ukur 10 ml menggunakan akuadem lalu diukur absorbansinya dengan spektrofotometer UV-Vis menggunakan blangko akuadem untuk pH 6 sedangkan untuk pH optimum digunakan blangko akuadem yang diatur pada pH optimum menggunakan HCl. Nilai absorbansi yang diperoleh dimasukkan ke dalam kurva kalibrasi jingga metil untuk mengetahui konsentrasi jingga metil yang tersisa.

Skripsi


Ike Silviyanti


29

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1

Pembuatan Bentonit Terpilar TiO2 Bentonit alam yang digunakan terlebih dahulu dicuci beberapa kali

menggunakan akuadem untuk menghilangkan pengotor – pengotor larut air yang terdapat pada permukaan bentonit. Bentonit yang telah dicuci kemudian dibuat menjadi bubur dan disentrifugasi untuk memisahkan lempung bentonit dengan pasir. Lempung bentonit yang telah terpisah dari pengotor dan pasir kemudian dikeringkan di dalam oven pada suhu 120oC selama 5 jam. Bentonit yang telah kering kemudian digerus dan diayak menggunakan ayakan 100 mesh. Larutan pemilar dibuat dengan menambahkan 5,6 mL TiCl4 9,01 M sedikit demi sedikit ke dalam 4 mL HCl 6,0 M. Hasil pencampuran diencerkan dengan akuadem sehingga terbentuk larutan kompleks Ti tidak berwarna dengan volume 500 mL, selanjutnya larutan didiamkan selama 2 jam sebelum digunakan (Yuan et al., 2006). Proses pendiaman tersebut bertujuan untuk menyempurnakan reaksi hidrolisis pada pembuatan larutan pemilar (Fatma, 2008). Reaksi hidrolisis TiCl4 tersebut akan menghasilkan kation kompleks polihidroksi titan dengan rumus [(TiO)8(OH)12]4+ (Sun et al., 2002). Reaksi yang terjadi adalah reaksi eksoterm yang ditandai dengan timbulnya rasa panas pada dinding gelas beker. Larutan yang telah homogen ditandai

29

Skripsi


Ike Silviyanti


30

dengan berubahnya warna larutan dari tidak berwarna menjadi berwarna kuning sesuai dengan penelitian Suzuki Eichiro dkk. (1997). Sebanyak 150 g bentonit yang telah dipreparasi didispersikan ke dalam 450 ml larutan kompleks titan. Larutan tersebut diaduk menggunakan pengaduk magnet selama 5 jam. Pada proses ini terjadi interkalasi agen pemilar berupa titan polihidroksi ke dalam antarlapis bentonit. Titan polihidroksi tersebut akan menggantikan kation-kation Na+, Ca2+, Mg2+, dan kation lain yang ada pada permukaan antarlapis bentonit. Interkalasi kompleks titan pada antarlapis bentonit dapat berlangsung pada suhu kamar secara spontan yang ditunjukkan dengan dihasilkannya cairan kental yang berwarna keabuan pada saat penambahan larutan pemilar. Hal tersebut dinyatakan pula pada penelitian serupa oleh Kwon (2001). Hasil interkalasi dipisahkan dengan penyaring vakum kemudian dicuci beberapa kali dengan akuadem sampai terbebas dari ion klorida. Pada penelitian ini, hilangnya ion klorida ditandai dengan tidak terbentuknya endapan putih AgCl pada saat penambahan AgNO3 ke dalam filtrat terakhir. Bentonit terinterkalasi Ti4+ yang telah bebas dari ion klorida kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 120oC selama 5 jam. Bentonit yang telah diinterkalasi selanjutnya dikalsinasi pada suhu 450oC selama 4 jam sehingga terbentuk bentonit terpilar TiO2 berupa serbuk berwarna coklat muda. Kalsinasi bertujuan untuk mengubah kation polihidroksi titan agar terdekomposisi menjadi oksida logam TiO2, H2O, dan proton. Oksida logam TiO2 dapat berfungsi sebagai pilar yang menyangga dan memisahkan antarlapis

Skripsi


Ike Silviyanti


31

bentonit sehingga bentonit menjadi lebih kuat dan stabil, sedangkan proton menjaga keseimbangan muatan asal dari substitusi Al3+ dan Mg2+ pada lembaran oktahedral (Tennakoon dkk., 1986). Dengan mengacu pada reaksi pembuatan titan dioksida dari oligokation dalam Cotton et al., (1999), maka pembentukan TiO2 pada permukaan bentonit dari oligokation titan mengikuti persamaan reaksi sebagai berikut: 4+ + [(TiO)8(OH)12]  8 TiO2 + 4 H2O + 4 H ……………………………

4.2

(4.1)

Karakterisasi Menggunakan X-Ray Diffraction Karakterisasi bentonit alam, bentonit terinterkalasi Ti4+, serta bentonit terpilar

TiO2 dilakukan menggunakan X-Ray Diffraction dengan sinar Cu K-alpha pada λ = 1,54056. Analisis menggunakan XRD ini dilakukan untuk mengetahui perubahan struktur bentonit sebelum dan setelah dilakukan pemilaran oleh TiO2. Keberhasilan proses pilarisasi ditentukan dari hasil analisis XRD dengan membandingkan dspacing dan intensitas relatif dari difraktogram bentonit alam, bentonit terinterkalasi Ti4+ serta bentonit terpilar TiO2. Hasil karakterisasi menggunakan XRD tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.1 serta Lampiran 1.

Skripsi


Ike Silviyanti


32

Gambar 4.1 (a) Analisa XRD Bentonit Alam (b) Analisa XRD Bentonit Terinterkalasi Ti4+ (c) Analisa XRD Bentonit Terpilar TiO2 Gambar 4.1 (a) merupakan hasil karakterisasi XRD untuk bentonit alam. Pada gambar tersebut terlihat bahwa intensitas paling kuat terdapat pada jarak antarbidang d001 = 15,50614 Ao. Hal ini menunjukkan bahwa penyusun utama dari bentonit alam tersebut adalah mineral monmorilonit. Berdasarkan gambar terlihat juga puncakpuncak pada jarak antarbidang d=4,48237 Ao dan d=3,0719 Ao yang juga merupakan puncak dari mineral monmorilonit dengan intensitas yang lebih rendah. Kandungan lain yang tampak pada difraktogram adalah kuarsa dengan puncak khas pada d=3,34288 Ao; d=4,24917 Ao; dan d=1,81857 Ao. Puncak difraktogram tersebut diperoleh dengan membandingkan data pada tabel difraktogram mineral standar JCPDS (Joint Commite On Powder Diffraction Standard)

yang tersaji pada

Lampiran 2.

Skripsi


Ike Silviyanti


33

Gambar 4.1 (b) merupakan hasil karakterisasi XRD untuk bentonit terinterkalasi Ti4+. Berdasarkan gambar tersebut diketahui bahwa terjadi pergeseran jarak antarbidang, terutama pada perubahan jarak antarbidang d001 bergeser menjadi 15,91499 Ao, d=4,48237 Ao bergeser menjadi d=5,11114 Ao, sedangkan d=3,0719 Ao bergeser menjadi 3,42574 Ao. Meningkatnya jarak antarbidang ini terjadi karena kemampuan swelling monmorilonit pada saat interkalasi. Lapisan-lapisan silikat pada monmorilonit dapat terbuka semakin lebar ketika kation-kation Na+, Ca2+, Mg2+, dan kation lain yang ada pada ruang antarlapis monmorilonit tertukar oleh spesies pemilar berupa kation polihidroksi Ti4+ yang ukurannya lebih besar (Cool dan Vansant, 1998). Hasil karakterisasi XRD untuk bentonit terpilar TiO2 ditunjukkan pada Gambar 4.1 (c). Pada gambar tersebut tidak terlihat lagi adanya puncak difraktogram pada bidang (001). Menurut Chen dkk. (1995), hilangnya bidang (001) setelah lempung terinterkalasi diakibatkan oleh terjadinya delaminasi struktur lempung akibat interkalasi kation kompleks. Delaminasi struktur lempung tersebut mempunyai sifat yang unik yaitu dengan struktur berlapis dan didominasi oleh struktur rumah kartu (house of card). Struktur rumah kartu menunjukkan bahwa permukaan lempung memiliki struktur mesopori dan mikropori. Kristal TiO2 yang terbentuk setelah kalsinasi adalah kristal anatase (Yuan et al., 2006). Pada Gambar 4.1 (c) muncul puncak difraktogram pada 2θ=25,37681o ; 37,73554o ; serta 53,77962o yang merupakan puncak dari TiO2 anatase (Zhao et al., 2007) namun intesitas relatif dari TiO2 tersebut tidak terlalu tinggi. Tabel JCPDS untuk difraktogram TiO2 dapat dilihat

Skripsi


Ike Silviyanti


34

pada Lampiran 3. Berdasarkan hasil karakterisasi tersebut, diketahui bahwa terdapat TiO2 pada antarlapis bentonit. Pilar TiO2 yang terbentuk pada antarlapis bentonit tersebut dapat membuat bentonit menjadi lebih stabil dan dapat digunakan sebagai fotokatalis pada pengolahan zat warna.

4.3

Penentuan Panjang Gelombang Maksimum Larutan Jingga Metil Panjang gelombang maksimum larutan jingga metil ditentukan dengan

mengukur absorbansi larutan standar jingga metil 10 ppm menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada daerah visibel antara 300 nm sampai 700 nm. Pada tahapan selanjutnya akan dilakukan degradasi dengan menggunakan variasi pH sehingga perlu juga ditentukan panjang gelombang maksimum larutan jingga untuk masing-masing variasi pH, yaitu pH 2; 3,5; dan 6. Dasar pemilihan variasi pH pada pH 2; 3,5; dan 6 adalah dengan memperhatikan rentang pH jingga metil yaitu 3,1 4,4. Dengan memilih pH 2 yaitu ketika jingga metil berwarna merah, pH 3,5 ketika jingga metil berwarna jingga, serta pH 6 ketika jingga metil berwarna kuning maka dapat dilihat perbedaan pengaruh perubahan struktur jingga metil akibat pengaturan pH terhadap efektivitas degradasi jingga metil menggunakan bentonit terpilar TiO2. Data hasil panjang gelombang maksimum larutan jingga metil tiap pH dapat dilihat pada Tabel 4.1 sedangkan untuk melihat spektrum UV-Vis jingga metil pada berbagai pH dapat dilihat pada Lampiran 4.

Skripsi


Ike Silviyanti


35

Tabel 4.1 Panjang gelombang maksimum larutan jingga metil pH larutan jingga metil 2 3.5 6

Panjang gelombang maksimum (nm) 506 496 464

Pada suasana asam terjadi penambahan ion H+ pada struktur jingga metil yang menyebabkan semakin banyaknya ikatan rangkap terkonjugasi. Semakin banyak ikatan rangkap terkonjugasi pada jingga metil akan menyebabkan terjadinya pergeseran ke arah panjang gelombang yang lebih panjang yang disebut dengan pergesaran batokromik atau pergeseran merah (red shift) (Fessenden dan Fessenden, 1986; Bruice, 1995).

4.4

Pembuatan Kurva Kalibrasi Jingga Metil Larutan standar jingga metil dengan konsentrasi bervariasi yaitu 2, 3, 4, 5, 6,

7, 8, 9, dan 11 ppm diukur absorbansinya menggunakan alat spektrofotometer UVVis pada panjang gelombang maksimum yang telah diperoleh pada bagian 4.3. Karena jingga metil merupakan indikator warna maka panjang gelombang akan bergeser pada saat dilakukan variasi pH sehingga menghasilkan kurva kalibrasi yang berbeda pula. Data absorbansi larutan jingga metil pada berbagai konsentrasi yang diperoleh ditunjukkan pada Tabel 4.2.

Skripsi


Ike Silviyanti


36

Tabel 4.2 Data absorbansi larutan standar jingga metil pH 2 Konsentrasi Absorbansi (ppm) 2 0.213 3 0.324 4 0.423 6 0.646 8 0.860

pH 3,5 pH 6 Konsentrasi Absorbansi Konsentrasi Absorbansi (ppm) (ppm) 3 0,204 3 0.201 5 0.349 5 0.345 7 0.486 7 0.470 9 0.621 9 0.607 11 0.800 11 0.763

Setelah diperoleh nilai absorbansi larutan standar jingga metil maka dapat dibuat grafik hubungan antara konsentrasi terhadap absorbansi larutan standar jingga metil. Dari kurva kalibrasi tersebut akan diperoleh persamaan regresi kurva kalibrasi larutan jingga metil yang dinyatakan dengan persamaan y = a + bx dengan ketentuan y adalah absorbansi (A) dan x adalah konsentrasi larutan jingga metil (ppm). 1,4 1,2 y = 0.107x - 0.003 R² = 0.999

Absorbansi

1

y = 0.073x - 0.020 R² = 0.997

0,8

pH 2

0,6

pH 3,5

0,4

y = 0.069x - 0.007 R² = 0.998

0,2

pH 6

0 0

2

4

6

8

10

12

Konsentrasi (ppm)

Gambar 4. 2 Kurva kalibrasi jingga metil pada pH 2; 3,5; dan 6

Skripsi


Ike Silviyanti


37

Dari gambar kurva kalibrasi jingga metil diperoleh persamaan garis regresi jingga metil untuk pH 2; 3,5; dan 6 masing-masing adalah y = 0,107x – 0,003; y=0,073x – 0,020; y = 0,069x – 0,007 dan koefisien korelasi (R² = 0,999; R² = 0,997; R²= 0,998). Koefisien korelasi ini menunjukkan linearitas kurva, nilai R2 pada kurva semakin mendekati 1 yang berarti kurva hampir linear. Persamaan regresi ini digunakan untuk menentukan konsentrasi sisa larutan jingga metil setelah mengalami proses degradasi.

4.5

Penentuan Waktu Optimum Degradasi Larutan Jingga Metil Untuk menentukan waktu optimum degradasi larutan jingga metil pada

masing-masing variasi pH dilakukan penyinaran pada masing-masing 500 ml larutan jingga metil 50 ppm pH 2; 3,5; dan 6 dengan menggunakan sinar lampu UV 3 x 8 watt selama 4 jam dengan rentang waktu pengambilan sampel pada menit ke-5, 10, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180, dan 240 menit untuk didapatkan nilai absorbansi pada masing-masing pH. Pada penentuan waktu optimum ini sampel didegradasi dengan menambahkan 0,5000 gram bentonit terpilar TiO2. Hasil waktu degradasi optimum untuk larutan jingga metil menggunakan bentonit terpilar TiO2 dapat dilihat pada Gambar 4.3.

Skripsi


Ike Silviyanti


38

80 70

% degradasi

60 50 40

pH 2

30

pH 3.5

20

pH 6

10 0 0

50

100

150

200

250

300

Waktu (menit)

Gambar 4.3

Grafik hubungan antara % degradasi terhadap waktu degradasi larutan jingga metil 50 ppm pada pH 2; 3,5; dan 6 menggunakan 0,5000 g bentonit terpilar TiO2 dan lampu UV 3 x 8 watt

Semakin lama waktu radiasi mengakibatkan persen degradasi larutan jingga metil

menggunakan

TiO2/bentonit

meningkat

hingga

tercapai

keadaan

kesetimbangan kemudian persen degradasi tersebut akan menjadi konstan atau dapat juga mengalami penurunan. Pada pH 2 dan 3,5 terjadi penurun persen degradasi pada menit ke-240 sedangkan pada pH 6 terjadi penurunan pada menit ke-90. Berdasarkan data tersebut dapat dikatakan bahwa pada menit sebelum terjadi penurunan persen degradasi, larutan jingga metil berada dalam keadaan kesetimbangan. Pada saat terjadi penurunan persen degradasi terjadi ketidakstabilan pada multilayer akibat adanya daya tolakan antarmolekul yang diserap sehingga menyebabkan lapisan adsorpsi terlepas kembali ke larutan (desorpsi). Oleh karena hal yang disebutkan di atas, maka waktu optimum untuk degradasi larutan jingga metil menggunakan

Skripsi


Ike Silviyanti


39

bentonit terpilar TiO2 pada pH 2 dan 3,5 adalah 180 menit sedangkan pada pH 6 adalah 60 menit.

4.6

Penentuan pH Optimum Degradasi Jingga Metil Penentuan pH optimum bertujuan untuk mengetahui besarnya pH pada

efektivitas degradasi jingga metil. Sebanyak 500 ml larutan jingga metil 50 ppm diatur pada variasi pH 2; 3,5; dan 6. Larutan tersebut kemudian ditambah dengan 0,5000 g bentonit terpilar TiO2 dan disinari dengan sinar UV 3 x 8 watt selama waktu optimum yang telah diperoleh pada bagian 4.5, yaitu 1 jam untuk pH 6 sedangkan unuk pH 2 dan 3,5 adalah 3 jam. Pengaturan pH 2 dan 3,5 dilakukan dengan penambahan HCl 0,1M sedangkan untuk pH 6 tanpa penambahan larutan pH. Larutan HCl digunakan dalam pengaturan pH karena larutan ini relatif stabil terhadap proses degradasi fotokatalitik dengan TiO2. Apabila menggunakan larutan bufer untuk pengaturan pH maka larutan bufer dapat terdegradasi oleh TiO2 sehingga mempengaruhi proses degradasi jingga metil. Setelah dilakukan degradasi terhadap larutan jingga metil dengan masingmasing variasi pH, selanjutnya diukur absorbansi larutan jingga metil tersebut menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada masing-masing panjang gelombang maksimumnya. Dari pengukuran tersebut akan diperoleh absorbansi larutan jingga metil yang kemudian digunakan untuk menentukan konsentrasi sisa serta persen

Skripsi


Ike Silviyanti


40

degradasi larutan jingga metil. Selanjutnya dibuat grafik hubungan antara pH larutan terhadap persen degradasi larutan jingga metil yang dapat dilihat pada Gambar 4.4. 80 70

% degradasi

60 50 40 30 20 10 0 0

1

2

3

4

5

6

7

pH

Gambar 4.4

Grafik hubungan antara pH dengan % degradasi larutan jingga metil 50 ppm pada pH 2; 3,5; dan 6 menggunakan 0,5000 g bentonit terpilar TiO2 dan lampu UV 3 x 8 watt

Dari grafik diketahui bahwa persen degradasi untuk pH 2; 3,5; dan 6 masingmasing adalah 71,886 %, 54,640 %, dan 15,508 %. Keadaan maksimum ditunjukkan pada degradasi larutan jingga metil pH 2 dengan persen degradasi sebanyak 71,886 %. Dari hasil tersebut diketahui bahwa larutan jingga metil pada suasana asam akan lebih mudah mengalami degradasi dengan menggunakan bentonit terpilar TiO2. Pada keadaan asam ion H+ akan melakukan protonasi pada ikatan rangkap N yang ada pada struktur jingga metil, kemudian akan terjadi resonansi yang mengakibatkan jingga metil bermuatan positif (Fessenden dan Fessenden, 1986). Muatan positif pada jingga metil mengakibatkan bentonit yang mempunyai muatan permukaan negatif

Skripsi


Ike Silviyanti


41

lebih mudah untuk mengadsorpsi jingga metil pada keadaan asam. Sedangkan pada keadaan basa, jingga metil akan bermuatan negatif karena mengikat gugus sulfonat (SO3-) yang mengakibatkan jingga metil bermuatan negatif tersebut lebih susah teradsorpsi oleh permukaan bentonit yang juga bermuatan negatif. Struktur jingga metil pada keadaan asam (pH < 3,1) dan pada keadaan basa (pH > 4,4) dapat dilihat pada Gambar 4.5 (Coutinho et al., 2009). CH3

H+ -O3S

NH N

+

N

CH3

Gambar 4.5

4.7

OH-

CH3

X+-O3S

H+

N

N

N CH3

Struktur jingga metil pada keadaan asam (pH < 3,1) dan pada keadaan basa (pH > 4,4)

Karakteristik Degradasi Zat Warna Jingga Metil pada Berbagai Variasi Konsentrasi terhadap Kapasitas Degradasi Bentonit Terpilar TiO2 Penelitian untuk mengetahui pengaruh variasi konsentrasi awal larutan jingga

metil terhadap kapasitas degradasi menggunakan TiO2/bentonit dilakukan dengan membuat variasi konsentrasi awal larutan jingga metil antara lain 25, 50, 75, 100, 150, 200, dan 250 ppm masing-masing sebanyak 500 ml kemudian diberikan penambahan bentonit terpilar TiO2 dalam jumlah yang tetap yaitu 0,5000 gram. Proses degradasi zat warna jingga metil dilakukan pada keadaan optimum yang telah diperoleh pada bagian 4.5 dan 4.6, yaitu pada pH 2 selama 3 jam di dalam reaktor fotokatalitik. Setelah dilakukan degradasi terhadap larutan jingga metil pada berbagai variasi konsentrasi awal, selanjutnya diukur absorbansi larutan jingga metil tersebut

Skripsi


Ike Silviyanti


42

menggunakan spektrofotometer UV-Vis. Dari pengukuran tersebut akan diperoleh absorbansi larutan jingga metil yang kemudian digunakan untuk menentukan konsentrasi sisa serta kapasitas degradasi zat warna jingga metil. Selanjutnya dibuat grafik hubungan antara konsentrasi awal larutan jingga metil terhadap kapasitas degradasi bentonit terpilar TiO2 yang dapat dilihat pada Gambar 4.6. 160,000

Kapasitas degradasi bentonit terpilar TiO2 (mg/g)

140,000 120,000 100,000 80,000 60,000 40,000 20,000 0,000 0

50

100

150

200

250

300

Konsentrasi awal jingga metil (mg/L)

Gambar 4.6

Grafik hubungan antara konsentrasi awal jingga metil dengan kapasitas degradasi larutan jingga metil 25, 50, 75, 100, 150, 200, dan 250 ppm menggunakan 0,5000 g bentonit terpilar TiO2 serta sinar UV 3 x 8 watt

Berdasarkan grafik tersebut diketahui bahwa kapasitas degradasi bentonit terpilar TiO2 akan meningkat seiring dengan kenaikan konsentrasi awal larutan jingga metil. Semakin besar konsentrasi larutan jingga metil maka akan semakin banyak pula jumlah molekul jingga metil di dalam larutan. Banyaknya jumlah molekul

Skripsi


Ike Silviyanti


43

tersebut mengakibatkan interaksi antara molekul jingga metil dan bentonit akan meningkat. Kenaikan konsentrasi akan diikuti dengan meningkatnya jumlah zat yang terdegradasi oleh bentonit terpilar TiO2 hingga tercapai keadaan kesetimbangan, yaitu pada konsentrasi 200 ppm dengan kapasitas degradasi sebesar 144,540 mg/g. Setelah mencapai konsentrasi kesetimbangan, kapasitas degradasi akan cenderung konstan atau dapat pula terjadi penurunan kapasitas degradasi seperti yang terlihat pada Gambar 4.6. Penurunan kapasitas degradasi terjadi pada saat konsentrasi 250 ppm yaitu menjadi 133,171 mg/g. Hal ini disebabkan karena bentonit terpilar TiO2 yang massanya tetap akan mengalami kejenuhan untuk mendegradasi jingga metil dengan konsentrasi yang semakin besar. Kemampuan TiO2 untuk melepaskan radikal hidroksil yang berperan dalam degradasi juga akan berkurang karena situs aktif dari permukaan titanium dioksida tertutup oleh banyaknya ion zat warna jingga metil. Hal tersebut juga menjadi penyebab terjadinya kejenuhan atau bahkan mungkin terjadi penurunan kapasitas degradasi zat warna jingga metil oleh bentonit terpilar TiO2 (Poulios dan Tsachpinis, 1999).

Skripsi


Ike Silviyanti


44

4.8

Mempelajari Pengaruh Sinar UV, TiO2/UV, Bentonit/UV, TiO2/Bentonit, serta TiO2/Bentonit/UV Terhadap Degradasi Zat Warna Jingga Metil Pada penelitian ini dilakukan perbandingan hasil pengolahan zat warna jingga

metil dengan

menggunakan sinar UV 3 x 8 watt tanpa penambahan katalis,

penambahan 0,5000 gram TiO2 dengan disinari UV, penambahan 0,5000 gram bentonit dengan disinari UV, penambahan 0,5000 gram bentonit terpilar TiO2 tanpa disinari UV, serta penambahan 0,5000 gram bentonit terpilar TiO2 dengan disinari UV. Penelitian ini dilakukan pada keadaan pH 6 selama waktu optimum yang diperoleh pada bagian 4.5 yaitu 60 menit serta pada pH 2 selama 180 menit. Data

% degradasi

hasil perbandingan dapat dilihat pada Gambar 4.7.

Gambar 4.7

Skripsi

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 UV

TiO2/UV

Bentonit/ UV

TiO2/ Bentonit

TiO2/ Bentonit/ UV

pH 6

1,652

5,798

3,334

10,29

15,508

pH 2

2,757

23,264

90,757

67,361

71,886

Grafik perbandingan hasil degradasi larutan jingga metil 50 ppm pada pH 2 dan pH 6 dengan menggunakan sinar UV, TiO2/UV, bentonit/UV, TiO2/bentonit, serta TiO2/bentonit/UV


Ike Silviyanti


45

Berdasarkan grafik tersebut diketahui bahwa semua perlakuan dapat memberikan pengaruh terhadap proses degradasi jingga metil. Sinar ultraviolet saja dapat memberikan pengaruh pada proses degradasi larutan jingga metil. Dengan pencahayaan ultraviolet kebanyakan polutan organik dapat dioksidasi menjadi CO2 dan H2O (Chen et al., 2003). Dengan hanya menggunakan sinar UV saja hasil degradasi tidak terlalu baik yang ditunjukkan dengan persen degradasi sebesar 1,652 % pada keadaan netral dan 2,757 % pada keadaan optimum. Hal ini terjadi karena tidak adanya dukungan dari katalis ataupun material pendegradasi. Penambahan fotokatalis TiO2 dapat meningkatkan persen degradasi karena TiO2 merupakan semikonduktor yang memiliki celah energi sehingga mampu mengabsorpsi radiasi elektromagnetik pada daerah ultraviolet. Berdasarkan Gambar 4.7 adanya penambahan TiO2 meningkatkan persen degradasi sebesar 5,798 % pada keadaan netral dan 23,264 % pada keadaan optimum. Pada keadaan optimum, yaitu pada pH 2 akan terjadi protonasi oleh H+ terhadap struktur jingga metil, sehingga struktur jingga metil menjadi lebih mudah diputus oleh sinar UV yang dikatalis TiO2. Proses fotodegradasi TiO2 terhadap jingga metil terjadi setelah TiO2 mengabsorpsi radiasi sinar UV sehingga terjadi eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi dan menyebabkan adanya kekosongan atau hole (h+vb) yang dapat berperan sebagai muatan positif. Selanjutnya hole (h+vb) akan bereaksi dengan hidroksida logam yaitu hidroksida oksida titan yang terdapat dalam larutan membentuk radikal hidroksida logam yang merupakan oksidator kuat untuk

Skripsi


Ike Silviyanti


46

mengoksidasi jingga metil. Untuk elektron yang ada pada permukaan semikonduktor akan terjebak dalam hidroksida logam dan dapat bereaksi dengan penangkap elektron yang ada dalam larutan misalnya H2O atau O2, membentuk radikal hidroksil (•OH) -

atau superoksida (•O2 ) yang akan mengoksidasi zat warna jingga metil dalam larutan (Lacheb et al., 2002). Jika intensitas penyinaran konstan maka radikal hidroksil akan meningkat seiring dengan lamanya waktu radiasi. Selama waktu radiasi cukup panjang, senyawa organik seperti jingga metil dapat terdegradasi dengan sempurna menjadi H2O, CO2 dan asam mineral (Lian, 2002). Reaksi fotodegradasi jingga metil menggunakan TiO2 dapat dituliskan sebagai berikut: (C14H14N3O3S)-Na+ + 43/2O2 → NaOH + H2SO4 + 3HNO3 + 14CO2 + H2O ……. (4.2) Penggunaan bentonit untuk mengadsorpsi zat warna jingga metil tidak terlalu baik pada pH 6, dilihat dari persen degradasi yang hanya mencapai 3,334 %. Namun, ketika larutan jingga metil berada pada pH 2, kemampuan bentonit dalam mengadsorpsi zat warna jingga metil bertambah hingga mencapai 90,757 %. Hal tersebut terjadi karena pada pH 6 struktur jingga metil bermuatan negatif dan pada pH 2 struktur jingga metil bermuatan positif akibat adanya protonasi H+, sedangkan keberadaan bentonit di alam memiliki lapisan permukaan yang negatif (Bergaya et al., 2006). Bentonit yang bermuatan negatif akan mengadsorp jingga metil lebih baik pada pH 2 yang bermuatan positif agar mencapai keadaan netral.

Skripsi


Ike Silviyanti


47

Sesuai dengan Gambar 4.7, penggunaan bentonit terpilar TiO2 memberikan kenaikan efektivitas degradasi yang cukup tinggi. Proses adsorpsi dan proses fotodegradasi akan berjalan bersamaan (sequential). Karena perubahan sifat fisikokimia TiO2/bentonit, maka jingga metil akan teradsorp lebih dulu ke dalam antarlapis bentonit kemudian mengadakan kontak dengan fotokatalis TiO2 yang ada dalam struktur bentonit sehingga reaksi

fotodegradasi dapat berlangsung.

Berdasarkan kenaikan persen degradasi larutan jingga metil pada keadaan optimum, dengan menggunakan TiO2/bentonit tanpa penyinaran persen degradasi sebesar 67,361 % mengalami kenaikan menjadi 71,886 % ketika menggunakan TiO2/bentonit dengan bantuan sinar ultraviolet. Hal tersebut menunjukkan bahwa sinar ultraviolet cukup berperan besar dalam mengaktivasi semikonduktor TiO2 yang berada pada antarlapis bentonit. Kemampuan bentonit terpilar TiO2 cukup baik dalam mendegradasi senyawa jingga metil hingga mencapai 71,886 %, namun kemampuan tersebut tidak lebih baik jika dibandingkan kemampuan adsorpsi bentonit pada pH 2 yaitu sebesar 90,757 %. Hal ini serupa dengan penelitian Saefudin (2008) yang meneliti pengaruh lempung terpilar TiO2 terhadap Rhodamin B dan metanil kuning. Pada penelitian tersebut degradasi terhadap Rhodamin B memberikan hasil yang sangat baik yaitu sebesar 95,58 % sedangkan persentase degradasi zat warna metanil kuning yang strukturnya hampir sama dengan jingga metil hanya sebesar 31,75 %. Berdasarkan penelitian ini yang didukung oleh penelitian sebelumnya mengenai degradasi beberapa macam zat

Skripsi


Ike Silviyanti


48

warna menggunakan lempung terpilar TiO2, diketahui bahwa kemampuan material dalam mendegradasi zat warna dipengaruhi oleh beberapa faktor, salah satunya adalah struktur dari zat warna tersebut. Struktur zat warna Rhodamin B lebih rapat atau rigid sedangkan struktur zat warna jingga metil dan metanil kuning lebih memanjang sehingga jingga metil akan lebih susah untuk masuk ke permukaan bentonit. Selain karena pengaruh struktur zat warna, ruang antarlapis bentonit yang lebih besar dibandingkan TiO2/bentonit menyebabkan zat warna jingga metil lebih mudah masuk ke permukaan bentonit dibandingkan ke permukaan TiO2/bentonit.

Skripsi


Ike Silviyanti


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1

Kesimpulan 1. Waktu optimum untuk degradasi zat warna jingga metil menggunakan bentonit terpilar TiO2 adalah 180 menit dengan pH optimum adalah pH 2. 2. Karakteristik degradasi zat warna jingga metil menunjukkan peningkatan

kapasitas

degradasi

TiO2/bentonit

seiring

dengan

kenaikan konsentrasi awal larutan jingga metil hingga tercapai kesetimbangan pada konsentrasi 200 ppm. 3. Sinar

UV,

TiO2/UV,

bentonit/UV,

TiO2/bentonit,

dan

TiO2/bentonit/UV dapat memberikan pengaruh terhadap degradasi zat warna jingga metil yang ditunjukkan oleh masing-masing persen degradasi pada keadaan optimum yaitu 2,757 %, 23,264 %, 90,757 %, 67,361 %, dan 71,886 % .

5.2

Saran 1. Pada penelitian lebih lanjut sebaiknya dilakukan proses identifikasi terhadap produk hasil degradasi sehingga mekanisme yang terjadi antara zat warna dengan TiO2/bentonit benar-benar diketahui. 2. Bentonit terpilar TiO2 dapat dimanfaatkan pada pengolahan limbah zat warna terutama pada zat warna kationik.

49 Skripsi


Ike Silviyanti


DAFTAR PUSTAKA

ATSDR (Agency for Toxic Substances and Disease Registry), 1997, Toxicological Profile for Titanium Tetrachloride, Public Health Service, U.S. Department of Health and Human Services, Atlanta. Barka, N., Qourzal, S., Assabbane, A., Ait-Ichou, Y., 2010, Kinetic Modeling of the Photocatalytic Degradation of Methyl Orange by Supported TiO2, J. of Environ. Sci. and Eng., Vol. 4, No.5, pp. 2. Bergaya, F., Theng, B.K.G., Lagaly, G., 2006, Handbook of Clay Science, 1st ed. Elsevier, Amsterdam. Blackburn, R.S., dan Burkinshaw, S.M., 2002, A Greener to Cotton Dyeing With Excellent Wash Fastness, Green Chemistry, 4, pp. 47-52. Bruice, P.Y., 1995, Organic Chemistry, Prentice Hall, Inc, New Jersey, pp. 680681. Chen, J.P., Hausladen, M.C., Yang, R.T. 1995, Delaminated Fe2O3-Pillared Clay: Its Preparation, Characterization, and Activities for Selective Catalytic Reduction of NO by NH3+, J. of Catal., 151, pp. 135-146. Chen, J., Liu, M., Zhang, L., Zhang, J., Jin, L. 2003, Application of Nano TiO2 Towards Polluted Water Treatment Combined with ElectroPhotochemical Method, Water Research, 37, pp. 3815–3820. Cool, P. dan Vansant, E. F., 1998, Pillared Clays : Preparation, Characterization and Applications, Catal. Rev., Sci. Eng., 3 : 265-285. Cotton, F.A., Wilkinson, G., and Gaus, P.L., 1999, Basic Inorganic Chemistry, John Wiley and Sons, Inc., New York. Coutinho, C.A., Gupta, V. K., 2009, Photocatalytic Degradation of Methyl Orange using polymer-titania Microcomposites, J. of Coll. and Int. Sci. 333(2), pp. 457-64 Ding, Z., Zhu, H. Y., Lu, G. Q., Greenfield, 1999, Photocatalytic Properties of Titania Pillared Clays by Different Drying Methods, J. Colloid and Interface Sci., 209, pp.193-199. Faisal, M., Abu Tariq, M., Muneer, M., 2007, Photocatalysed Degradation of Two Selected Dyes in UV-Irradiated Aqueous Suspensions of Titania, Dyes and Pigments 72, pp. 233–239. 50 Skripsi


Ike Silviyanti


51

Fang, H.,Wenrong, H., Yuezhong, L., 2004, Biodegradation Mechanisms And Kinetics of Azo Dye 4BS by A Microbial Consortium, Chemosphere 57, pp 293–301. Fatma, T., dan Suna, B., 2008, Synthesis and Characterization of Pillared Interlayered Bentonites, J. of Sci., Chemical Engineering Department, Gazi University, Ankara. Fessenden, J. R. dan Fessenden, J. S., 1986, Kimia Organik (diterjemahkan oleh A. H. Pudjaatmaka), Edisi Ketiga, Jilid II, Jakarta: Erlangga, hal. 441-451. Garcia, J., Ruiz, N., Munoz, I., Domenech, X., Garcia-Hortal, J.A., Torrades, F., Peral, J., 2006, Environmental Assessment Of Different Photo-Fenton Approaches For Commercial Reactive Dye Removal, J, Hazard, Mater, A 138, pp 218– 225. Greenwood, N.N. dan Earnshaw, A., 1997, Chemistry of The Elements, Second Edition, Elsivier Butterworth-Heinemann Linacre House, Jordan Hill, Oxford. Gunlazuardi, J., 2001, Fotokatalisis pada Permukaan TiO2: Aspek Fundamental dan Aplikasinya, Seminar Kimia Fisika II. Heaton , A., 1994, The Chemical Industry , Second edition, Blackie Academic and Profesional , Chapman dan Hal London. Kozak, M., Domka, L., Skrzypczak, A., 2002, Adsorption of The Quaternanry Ammonium Salts on Bentonite, Fizykochemiczne Problemy Mineralurgii, 36, page 299-306. Kwon, O.Y., Park, W.K., Jeong, S.Y., 2001, Preparation of Porous SilicaPillared Montmorillonite: Simultaneous Intercalation of AmineTetraethylorthosilicate into H-Montmorillonite and Intra-Gallery Amine-Catalyzed Hydrolysis of Tetraethylorthosilicate, Bull. Korean Chem. Soc., 22(7), 678-684. Lacheb, H.,Puzenat, E., Houas, A., Khisbi, M., Elaloui, E., Guillard, C., Hermann, J.M., 2002, Photocatalytic Degradation of Various Types of Dyes (Congo Red, Crocein Orange G, Methyl Red, Congo Red, Methylene Blue) in Water by UV - Irradiated Titania, Appl.Catal.B.Environ., 39, 75-90. Lewis, R. J., 2001, Hawley’s Condensed Chemical Dictionary, 14th edition, John Wiley & Sons, Inc.,New York, page 742,1105.

Skripsi


Ike Silviyanti


52

Li, Y., Ma, M., Sun, S.,Wang, X., Yan,W., Ouyang, Y., 2008, Preparation And Photocatalytic Activity of TiO2 - Carbon Surface Composites By Supercritical Pretreatment And Sol – Gel Process. Catalysis Communications 9, 1583–1587. Lian, G., 2002, Photo-catalytic Materials of Nano-Titanium Dioxide and Its Application, Chemical Industry Press : Beijing, pp. 158-168. Lucas, M.S. dan Peres J.A., 2009, Treatment of Olive Mill Wastewater by A Combined Process: Fenton's Reagent and Chemical Coagulation, J. Environ. Sci. Health Part AToxic/ -Hazard. Subst. Environ. Eng. 44, 198205. Malldotti,A., Andrenalli,L., Mollinari, A., Varani, G., Cerichelli,G., Chiarini, M., 2000, Photocatalytic Properties of Iron-Phorpyrin Revisited In Aqueous Micellar Environment, Green Chemistry, 3, 42-46. Manurung, R., Hasibuan, R., Ivan, 2004, Perombakan Zat Warna Azo Reaktif secara Anaerob-Aerob, Fakultas Teknik, USU, Sumatera Utara. Maryadi, M., 2007, Analisis Pertumbuhan Investasi Sektor Industri Tekstil dan Produk Tekstil (Tpt) Terhadap Perekonomian Indonesia : Analisis Input-Output, Skripsi, Jurusan Ilmu Ekonomi, IPB, Bogor. Maurice, P. A., Haack, E.A., Mishra, B., 2009, Siderophore sorption to clays, Biometals, 22, 649 – 658. Mirkhani, V., 2009, Photocatalytic Degradation of Azo Dyes Catalyzed by Ag Doped TiO2 Photocatalyst, J. Iran, Chem. Soc., Vol. 6, No.3, pp. 578588. Nagendrappa, G., 2002, Organic Synthesis Using Clay Catalysts, Resonance, 7, 6 4-77. Otmer dan Kirk, 1994, Encyclopedia of Chemical Tecnology, vol. 18 ed.14, 592593 dan 820-834. O’Neil, M. J. (senior editor), 2001, The Merck Index. An Encyclopedia of Chemicals, Drugs, and Biologicals, 13th edition, Merck and Co. Inc., Whitehouse Station, NJ,USA, 6124, 9549. Pandey, A., P. Singh, L. Iyengar, 2007, Bacterial Decolorization and Degradation of Azo Dyes [review], Int Biodet and Biodeg, 59: 73-84. Pinnavaia, T. J., 1983, Intercalated Clay Catalysts, Science, 220 : 4595.

Skripsi


Ike Silviyanti


53

Poulios, I., dan Tsachpinis, I.,1999, Photodegradation of the Textile Dye Reative Black 5 in the Presence of Semiconducting Oxides, J. Chem. Technol. Biotechnol, 74, pp. 349-357. Ranjit, K., Willner, I., Bossmann, S., Braun, A., 1998, Iron (III) PhtalocyanineModified Titanium Dioxide: A Novel Photocatalyst for Enhanced Photodegradation of Organic Pollutans, J. Phys.Chem. B., 102, 93979403. Saefudin, A., Darmawan, A., Azmiyawati, C., 2008, Sintesis Lempung Terpilar TiO2 Menggunakan Surfaktan Dodesilamin, Karakterisasi dan Aplikasinya Sebagai Fotokatalis Degradasi Zat Warna Indigo Charmine, Methanil Yellow, dan Rhodamin, Kimia Anorganik, Jurusan Kimia, Universitas Diponegoro, Semarang. Saquib, M., Abu Tariq, M., Haque, M.M., Muneer, M., 2008, Photocatalytic Degradation of Disperse Blue 1 Using UV/TiO2/H2O2 Process, J. of Environ. Manag. 88, 300–306. Singh, H.K., Saquib, M., Haque, M.M., Muneer, M., 2008, Heterogeneous Photocatalysed Decolorization of Two Selected Dye Derivatives Neutral Red And Toluidine Blue In Aqueous Suspensions, Chem. Eng. J. 136, 77–81. Sirimahachai, U., Phongpaichit, S., Wongnawa, S., 2009, Evaluation of Bactericidal Activity of TiO2 Photocatalysts : a Comparative Study of Laboratory-made and Commercial TiO2 Sample, Sungklanakarin J. Sci. Technol., Prince Sung Klu University, Thailand. Stephanson, C. J., Stephanson, A.M., Flanagan, G. P., 2003, Evaluation of Hydroxyl Radical-Scavenging Abilities of Silica Hydride, an Antioxidant Compound, by a Fe2+-EDTA-Induced 2Hydroxyterephthalate Fluorometric Analysis, J Med Food 6 (3), pp. 249–253 Sun, Z., Chen, Y., Ke, Q., Yang, Y.; Yuan, J., 2002, Photocatalytic Degradation of Cationic Azo Dye by TiO2/bentonite Nanocomposite, J. of Photochem. and Photobio. A, Chemistry 149, pp. 169–174. Supriyati, A., 2007, Aplikasi Lucutan Plasma Penghalang Dielektrik Berkonfigurasi Spiral Silinder Menggunakan Udara Bebas Sebagai Gas Sumber Untuk Menghasilkan Ozon, Skripsi 2007, Jurusan Fisika FMIPA; UNDIP, Semarang.

Skripsi


Ike Silviyanti


54

Suwanchawalit, C., dan Wongnawa, S., 2008, Influence of Calcinations on The Microstructures and Photocatalytic Activity of Potassium OxalateDoped TiO2 Powders, Applied Catalysis A: General 338, 87–99. Suwarsa, S., 1998, Penyerapan Zat Warna Tekstil BR, Red HE 7B Oleh Jerami Padi, JMS Vol. 3 No.1, Fakultas MIPA : ITB, Bandung. Suzuki, E., Kusano, S., Hatayama, H., Okamoto, M., dan Ono, Y, 1997, Synthesis of Titanium Tetraalkoxides from Hydrous Titanium Dioxide and Dialkyl Carbonates, J. Chem. Matter., 7(10), p.2049-2051. Tennakoon, D.T., Jonesw, W., Thomas, J.M., 1986, Structural Aspect of Metal Oxide-Pillared Sheet Silicates, J. Am. Chem. Soc., Faraday Trans., 82, pp. 3081. Valverde, J.L., Lucas, A., Sánchez, P., Dorado, F., Romero, A., 2003, Cation Exchanged and Impregnated Ti-Pillared Clays for Selective Catalytic Reduction of NOx By Propylene, Applied Catalysis B: Environmental 43, 43–56. Wang, L., Yang, F., Ji, T., Yang,Q., Qi,X.,Du,H., Sun, J., 2008, Preparation and Characterization of Ti1−xZrxO2/ZrO2 Nanocomposite, Scripta Materialia 58, 794–797. Yang, X., Zhu, H., Liu, J., Gao, X., Martens, W.N., Frost, R.L., Shen, Y., Yuan, Z., 2008, A Mesoporous Structure For Efficient Photocatalysts: Anatase Nanocrystals Attached to Leached Clay Layers, Microporous and Mesoporous Materials 112, 32–44. Yerima, B. P. K., dan Van Ranst, E., 2005. Introduction to Soil Science : Soils of the Tropics. Trafford Publishing Oxford, UK. Yuan, P., Yin, X., He, H., Yang, D., Wang, L., Zhu, J., 2006, Investigation on the Delaminated-Pillared Structure of TiO2-PILC Synthesized By TiCl4 Hydrolysis Method, Microporous and Mesoporous Materials 93(13), pp. 240-247. Zee, F. P. V. D., 2002, Anaerobic Azo Dye Reduction .Wageningan University. Netherlands. Zhao, D., Zhou, J., Liu, N., 2007, Surface Characteristics and Photoactivity of Silvermodified Palygorskite Clays Coated With Nanosized Titanium Dioxide Particles, Materials Characterization 58: 249–255.

Skripsi


Ike Silviyanti


Lampiran 1. Hasil karakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction a. Difraktogram XRD bentonit alam

Skripsi


Ike Silviyanti


Skripsi


Ike Silviyanti


Skripsi


Ike Silviyanti


Skripsi


Ike Silviyanti


b. Difraktogram XRD bentonit terinterkalasi Ti4+

Skripsi


Ike Silviyanti


Skripsi


Ike Silviyanti


Skripsi


Ike Silviyanti


Skripsi


Ike Silviyanti


c. Difraktogram XRD bentonit terpilar TiO2

Skripsi


Ike Silviyanti


Skripsi


Ike Silviyanti


Skripsi


Ike Silviyanti


Lampiran 2. Tabel JCPDS untuk harga jarak antarbidang, d-spacing dengan intensitas terkuat untuk beberapa mineral

a. Ca-monmorilonit d (Ao) 15,0 I/Io

5,01

3,02

80

60

60

b. Kuarsa d (Ao)

3,34

4,26

1,82

I/Io

100

35

17

10,01

5,0

3,3

100

70

50

c. Illit d (Ao) I/Io

Skripsi

100

4,5


Ike Silviyanti


Lampiran 3. Tabel JCPDS untuk harga jarak antarbidang, d-spacing dengan intensitas terkuat untuk titanium dioksida anatase

a. Titanium dioksida anatase 2θ 25, 281 37,80 48,049 I/Io

Skripsi

100

20

35

53,890

55,06

62,69

20

20

14


Ike Silviyanti


Lampiran 4. Spektrum panjang gelombang jingga metil pada pH 2; 3,5; dan 6 a. Spektrum panjang gelombang maksimum jingga metil pH 2

Skripsi


Ike Silviyanti


b. Spektrum panjang gelombang maksimum jingga metil pH 3,5

Skripsi


Ike Silviyanti


c. Spektrum panjang gelombang maksimum jingga metil pH 6

Skripsi


Ike Silviyanti


Lampiran 5. Perhitungan persen degradasi jingga metil menggunakan TiO2/bentonit/UV pada optimasi waktu pH 2; 3,5; dan 6 a. Menghitung konsentrasi awal larutan sebelum didegradasi untuk pH 2 dan 3,5 (V x M)1 = (V x M)campuran Keterangan : V1

= Volume awal larutan jingga metil ( 500 ml)

M1

= Konsentrasi awal larutan jingga metil ( 50 ppm )

Vcampuran

= V1 ditambah volume HCl yang digunakan untuk mengatur pH ( ml ) = Konsentrasi awal sebelum didegradasi ( ppm )

Mcampuran b. Menghitung % degradasi % Degradasi = Keterangan :

100%

X0

= Konsentrasi awal sebelum didegradasi

Xt

= Konsentrasi setelah didegradasi

Tabel hasil optimasi waktu larutan jingga metil pH 2

Skripsi

t (menit)

Absorbansi

Faktor Pengenceran

Xt

% degradasi

5

0,392

5x

18,458

61, 968

10

0,356

5x

16,775

65, 437

20

0,317

5x

16,355

66,302

30

0,338

5x

15,935

67,167

45

0,335

5x

15,794

67,458

60

0,322

5x

15,187

68,708

90

0,306

5x

14,439

70,250

120

0,294

5x

13,878

71,406

180

0,250

5x

11,822

75,642

240

0,255

5x

12,056

75,160


Ike Silviyanti


Tabel hasil optimasi waktu larutan jingga metil pH 3,5 t (menit)

Absorbansi

Faktor Pengenceran

Xt

% degradasi

5

0,416

5x

29,863

40,070

10

0,405

5x

29,110

41,581

20

0,394

5x

28,356

43,094

30

0,374

5x

26,986

45,844

45

0,357

5x

25,822

48,180

60

0,356

5x

25,753

48,318

90

0,351

5x

25,411

49,005

120

0,343

5x

24,863

50,104

180

0,315

5x

22,945

53,953

240

0,326

5x

23,699

52,440

Tabel hasil optimasi waktu larutan jingga metil pH 6

Skripsi

t (menit)

Absorbansi

Faktor Pengenceran

Xt

% degradasi

5

0,601

5x

44,058

11,884

10

0,595

5x

43,623

12,754

20

0,576

5x

42,246

15,508

30

0,564

5x

41,377

17,246

45

0,558

5x

40,942

18,116

60

0,543

5x

39,855

20,290

90

0,590

5x

43,261

13,478

120

0,576

5x

42,246

15,508

180

0,571

5x

41,884

16,232


Ike Silviyanti


Tabel volume HCl yang digunakan untuk pengaturan pH pH

Volume HCl (ml)

2

15,1

3,5

1,7

Cara menghitung nilai persen degradasi, misal pada menit ke 5 (pH 2) Nilai absorbansi pada menit ke-5 (pH 2) dimasukkan dalam persamaan regresi kurva kalibrasi y = 0,107x – 0,003 0,392 = 0,107x – 0,003 0,392 + 0,003 = 0,107x x = 3,6916 x faktor pengenceran x = 3,6916 x 5 = 18,458

Menghitung konsentrasi awal larutan sebelum didegradasi (V x M)1

= (V x M)campuran

500 x 50

= 515,1 x M campuran

M campuran

= 48, 534 ppm

% Degradasi =

,

,

,

100% = 61,968

Cara perhitungan % degradasi ini digunakan pada tahap perhitungan selanjutnya

Skripsi


Ike Silviyanti


Lampiran 6. Perhitungan persen degradasi jingga metil menggunakan TiO2/bentonit/UV pada optimasi pH Menghitung konsentrasi awal larutan sebelum didegradasi untuk pH 2; 3,5; dan 10 (V x M)1 = (V x M)campuran Keterangan : V1


M1


Vcampuran

= V1 ditambah volume HCl yang digunakan untuk mengatur pH ( ml ) = Konsentrasi awal sebelum didegradasi ( ppm )

Mcampuran

Menghitung % degradasi % Degradasi = Keterangan :

100%

X0


Xt


Tabel degradasi jingga metil dengan berbagai pH pH

Xo (ppm)

Absorbansi I

II

III

Faktor

Xt

%

rata- Pengenceran (ppm) degradasi rata

Skripsi

2

48,534

0,295 0,284 0,289 0,289

5x

13,645 71,886

3,5

49,830

0,306 0,308 0,315 0,310

5x

22,603 54,640

6

50

0,574 0,576 0,578 0,576

5x

42,246 15,508

10

49,232

0,636 0,625 0,631 0,631

5x

46,232 6,094


Ike Silviyanti


Tabel volume HCl yang digunakan untuk pengaturan pH pH

Volume HCl (ml)

2

15,1

3,5

1,7

Cara menghitung nilai persen degradasi, misal pada pH 2 Nilai absorbansi pada pH 2 dimasukkan dalam persamaan regresi kurva kalibrasi y = 0,107x – 0,003 0,289 = 0,107x – 0,003 0,289 + 0,003 = 0,107x x = 2,729 x faktor pengenceran x = 2,729 x 5 = 13,645

Menghitung konsentrasi awal larutan sebelum didegradasi (V x M)1

= (V x M)campuran

500 x 50


M campuran

= 48, 534 ppm

% Degradasi =

,

,

= 71,886 %

,

100%


Skripsi


Ike Silviyanti


Lampiran 7. Perhitungan kapasitas degradasi jingga metil pada konsentrasi 25, 50, 75, 100, 150, 200, dan 250 ppm menggunakan TiO2/Bentonit/UV Menghitung konsentrasi awal larutan sebelum didegradasi (V x M)1 = (V x M)campuran Keterangan : V1


M1

= Konsentrasi awal larutan jingga metil

Vcampuran

= V1 ditambah volume HCl yang digunakan untuk mengatur pH ( ml )

Mcampuran

= Konsentrasi awal sebelum didegradasi ( ppm )

Menghitung kapasitas degradasi Kapasitas degradasi = Keterangan :

–

×

X0


Xt


V

= volume larutan yang didegradasi (liter)

m

= massa material pendegradasi ( g )

Tabel volume HCl yang digunakan untuk pengaturan pada pH 2 Konsentrasi (ppm) 25 50 75 100 150 200 250

Skripsi

Volume HCl (ml) 48,8 15,1 16,2 17,9 22 23,3 20


Ike Silviyanti


Tabel degradasi jingga metil dengan variasi konsentrasi awal pada kondisi optimum Xo (ppm)

Absorbansi I

II

III

Faktor rata- Pengenceran

Xt

Kapasitas

(ppm)

degradasi (mg/g)

rata 22,777

0,642 0,646 0,649 0,646

-

6,065

18,343

48,534

0,293 0,294 0,293 0,293

5x

13,832

35,750

72,646

0,336 0,357 0,317 0,337

5x

15,888

58,597

96,544

0,550 0,566 0,542 0,553

5x

25,981

73,089

143,678 0,486 0,500 0,496 0,494

10 x

46,448

101,508

191,095 0,565 0,563 0,564 0,564

10 x

52,991

144,540

240,385 0,596 0,603 0,595 0,598

20 x

112,336

133,171

Cara menghitung nilai kapasitas degradasi, misal pada konsentrasi 25 ppm Nilai absorbansi pada konsentrasi 25 ppm dimasukkan dalam persamaan regresi kurva kalibrasi y = 0,107x – 0,003 0,646 = 0,107x – 0,003 0,646 + 0,003 = 0,107x x = 6,065

Menghitung konsentrasi awal larutan sebelum didegradasi

Skripsi

(V x M)1

= (V x M)campuran

500 x 25


M campuran

= 22,777 ppm


Ike Silviyanti


–

Kapasitas degradasi = =

(

,

× ,

,

) ,

= 18, 343 mg/g Cara perhitungan kapasitas degradasi ini digunakan pada tahap perhitungan selanjutnya.

Skripsi


Ike Silviyanti


Lampiran 8. Perhitungan persen degradasi jingga metil menggunakan sinar bentonit/UV, TiO2/bentonit, dan UV, TiO2/UV, TiO2/bentonit/UV Menghitung konsentrasi awal larutan sebelum didegradasi (V x M)1 = (V x M)campuran Keterangan : V1


M1


Vcampuran

= V1 ditambah volume HCl yang digunakan untuk mengatur pH ( ml )

Mcampuran

= Konsentrasi awal sebelum didegradasi ( ppm )

Menghitung % degradasi % Degradasi = Keterangan :

100%

X0


Xt


a. Tabel degradasi larutan jingga metil dengan berbagai perlakuan pada pH 6 Perlakuan

Absorbansi I

II

III

rata-

Faktor

Xt

%

Pengenceran

(ppm)

degradasi

rata UV

0,338

0,320

0,339

0,332

10 x

49,174

1,652

TiO2/UV

0,638

0,648

0,642

0,643

5x

47,101

5,798

Bentonit/

0,658

0,661

0,662

0,660

5x

48,333

3,334

0,610

0,613

0,613

0,612

5x

44,850

10, 29

0,574

0,576

0,578

0,576

5x

42,246

15,508

UV TiO2/ bentonit TiO2/ bentonit/UV

Skripsi


Ike Silviyanti


b. Tabel degradasi larutan jingga metil dengan berbagai perlakuan pada kondisi optimum Perlakuan

Absorbansi I

II

III

rata-

Faktor

Xt

%

Pengenceran

(ppm)

degradasi

rata UV

0,503

0,500

0,504

0,502

10

47,196

2,757

TiO2/UV

0,794

0,796

0,793

0,794

5

37,243

23,264

Bentonit/

0,476

0,478

0,477

0,477

-

4,486

90,757

0,333

0,331

0,344

0,336

5

15,841

67,361

0,295

0,284

0,289

0,289

5

13,645

71,886

UV TiO2/ bentonit TiO2/ bentonit/UV

Cara menghitung nilai persen degradasi, misal pada perlakuan dengan menggunakan sinar UV saja saat keadaan optimum Nilai absorbansi dimasukkan dalam persamaan regresi kurva kalibrasi y = 0,107x – 0,003 0,502 = 0,107x – 0,003 0,502 + 0,003 = 0,107x x = 4,7196 x faktor pengenceran x = 4,7196 x 10 = 47,196 ppm

Menghitung konsentrasi awal larutan sebelum didegradasi

Skripsi

(V x M)1

= (V x M)campuran

500 x 50


M campuran

= 48, 534 ppm


Ike Silviyanti


% Degradasi =

,

,

,

100% = 2,757 %


Skripsi


Ike Silviyanti

PENGOLAHAN ZAT WARNA TEKSTIL JINGGA METIL MENGGUNAKAN BENTONIT TERPILAR TiO 2 SKRIPSI

Recommend Documents