ISSN 0216.3128 145Heny Suseno

DESTRUKSI SENY A W AAN ORGANIK MELALUI PROSESFOTOKATALISIS UNTUK MENGKONDISIKAN LIMBAHRADIOAKTIF CAIR

Heny SusenoPusat Pengembangan dan Pengelolaan Limbah Radioaktif BATAN, Serpong.

ABSTRAKDESTRUKSI SENYAWAAN ORGANIK MELALUI PROSES FOTOKATALISIS UNTUKMENGKONDISlKAN LIMBAH RADIOAKTIF CAIR. Telah dilakukan penelitian simulasi degradasisenyawaan organik yang terkandung di dalam limbah radioaktif. Penelitian ini bertujuan untukmengkondisikan limbah radioaktif cair agar mudah dikelola lebih lanjut sehingga aman untuk dibuang.Salah satu altenwtif degradasi senyawaan organik adalah menggunakan sistem fotokatalis TiO2 berbentuklapisan tipis yang terimobilisasi pada matriks gelas. Lapisan tipis TiO2 dibuat dengan cara mengkalsinasiprekusor Ti(IV) his etilasetatodiisopropoksida 0,5M pada suhu 400"C. Hasil pelapisan dikarakterisasimenggunakan spektrofotometer, SEM dan XRD. Hasil pelapisan menunjukan telah terbentuk lapisan tip isTiO2 berstruktur anatase yang dibuktikan pada kemiripan energi sela sebesar antara 3,1 leV sampai dengan3,27eV dan pola difraksi XRD. Kemampuan mendegradasi senyawaan organik oleh fotokatalis tersebutsebesar 185,7mg/KWh atau nilai quantum yield sebesar 1,25 X 10.4. Hal ini menunjukan sistem lapisan tipisfotokatalis TiO2 yang terimobilisasi pada dinding gelas dapat digunakan untuk mengkondisikan limbah

radioaktif.

ABSTRACTTHE DESTRUCTION OF ORGANIC COMPOUND BY PHOTOCATALYSIS PROCESS FORCONDITIONING OF LIQUID RADIOACTIVE WASTE. The experiment for degradation of organiccompound that was contained at liquid radioactive waste has been done. This experiment was purposed forconditioning liquid radioactive waste so it will be easy for manage and save for disposal. Thin layer ofphotocatalist TiOz that was immobilized at glass matrix is one of alternative for degradation of organiccompound. The thin layer of TiOz was prepared by calcinations process of Ti( IV) bisethylasetatodiisopropoxide O.5M at 400"C. This thin layer was characterized by spectrophotometer. SEMand XRD. The result of characterization was proven that photocatalist have anatase crystal structurebecause it has band gap energy around 3,1 I eV to 3,27eV and has XRD pattern it with anatase structure. Thecapability of photocatalist for degradation of organic compound was 185.7mg/KWh or the quantum yieldvalue was 1,25 X 10.4. This capability show that thin layer photocatalist TiOz that immobilized at glass

matrix can be used for conditioning liquid radioactive waste.

tersebut di dalam limbah cair mampu berikatandengan radionuklida secara kovalen koordinatmembentuk kompleks yang stabil. Kestabilan iniyang menyebabkan pengelolaan limbah radioaktifcair sulit dilakukan. Hal ini dapat dijumpai pactaterlindinya radionuklida dari limbah radioaktif cairyang mengandung senyawaan organik yang telahdimobilisasi menggunakan matrik semen.

Untuk mempermudah pengelolaan limbahradioaktif cair maka senyawaan organik yangterkandung di dalamnya harus dikurangi. Berbagaimacam teknik untuk mengurangi kandungansenyawaan organik tersebut. an tara lain:biodegradasi. fotolisis. fotokatalisis dan

sebagainya. Penerapan biodegradasi dapatdimungkinkan jika senyawaan organik yangterkandung di dalam limbah radioaktif cair dapatdiuraikan oleh mikroorganisme (biodegradable).Senyawaan organik yang tidak dapat diuraikan oleh

mikroorganisme (nonbiodegradable) dapatdiuraikan menggunakan teknik fotolisis maupun

PENDAHULUAANL imbah radioaktif cair yang berasal dari reaktor

riset clan instalasi nuklir lainnya sulitdilakukan pengkondisian dibandingkan limbahradioaktif cair yang berasal dari laboratorium. Halini disebabkan oleh hampir seluruh limbah yangberasal dari reaktor riset clan instalasi nuklirmengandung berbagai senyawaan kimia kompleksdalam jumlah yang cukup besar. Di sisi lainsenyawaan kompleks tersebut menimbulkanberbagai kesulitan pada saat dilakukan prosespengelolaan limbah, antara lain: suI it mereduksivolume, sulit memilih matriks pengisolasi clan sulitmengekstraksi radionuklida yang terkandungdalam limbah tersebut[ 1].

Salah satu sumber senyawaan kompleksyang terdapat dalam limbah radioaktif cair adalah

senyawaan organik. Senyawaan organik dapatberasal dari deterjen yang digunakan sebagaidekontaminan. Keberadaan senyawaan organik

Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr

P3TM-BATAN Yogyakarts, 27 Junl2002

TATA KERJA

Bahan

Bahan untuk pembuatan model reaktorpengolah limbah organik:

Ti(IV) bis Ethylacetato diisopropoxide,Aldrich spesifikasi proanalitik, TiOz anatase,etanol, asam benzoat, gelas spiral panjang 30 cmdiameter spiral 4 cm terbuat dari tubing gelasberdiameter dalam 6mm, lampu UV daya 8 watt,Kuvet UV dan Visible. Alat yang digunakan :spektrofotometer UVNIS type Beckman DU 60series, XRD, SEM, oven, aerator, pompaperistaltik dan furnace.

fotokatalisis. Penggunaan teknik fotolisis untukmenguraikan senyawaan organik membutuhkansumber foton dengan panjang gelombang pendekclan menggunakan energi listrik yang cukup besar.Di sisi lain penggunaan teknik fotokatalisis hanyamenggunakan fotokatalis TiOz yang dikenai fotondengan panjang gelombang besar clanmenggunakan energi listrik yang cukup kecil.

Proses penguraian senyawaan organikmelalui reaksi fotokatalisis berbasis pada TiOzyang mempunyai sifat semikonduktor. FotokatalisTiOz jika dikenai foton akan mengeksitasi elektronpada pita valensi ke pita konduksi clanmenghasilkan lubang {hole}.

TiO2 + hv ~ TiO2 (hole+YB + e-CB) (1)

Senyawaan organik selanjutnya bereaksidengan hole dan terurai membentuk air dan gaskarbondioksida.

Cara kerja

C.HyO + hole+VB ~ CO2 + H2O (2)

Pembuatan Lapisan lmobilisasi TiO2 PadaDinding Gelas

Pembuatan larutan prekusor Tiorganikdilakukan dengan cara mengencerkan Ti(IV) hisEthylacetato diisopropoxide berkonsentrasi 0,50M menggunakan etanol absolut sebagai pengencer.Lapisan tipis TiO2 terimobilisasi pada dindinggelas reaktor dibuat dengan cara mengisilarutan prekusor ke dalam reaktor dandidiamkan selama 2 menit, selanjutnyadikosongkan. Reaktor yang telah terlapisi olehlarutan prekursor tersebut selanjutnyadikeringkan dalam oven bersuhu 100°C selama 10men it. Selanjutnya dilakukan kalsinasi dalam tanurbersuhu 400°C selama 1 jam. Setelah dingindilakukan pelapisan kembali tubing tersebutdengan cara yang sarna sebanyak 5 kali..

Terdapat dua jenis struktur kristal fotokatalisTiOz yaitu: struktur anatase dan struktur ruti!.Struktur anatase diketahui mempunyai kemampuanmendegradasi senyawaan organik yang lebih besardibandingkan dengan struktur rutil [2]. Sinarultraviolet yang digunakan berpanjang gelombang380nm sesuai dengan besar sela (band gap)fotokatalis TiOz berstruktur anatase.

Karakterisasi Hasil lmobilisasi TiO2

Karakterisasi lapisan yipis dilakukanmenggunakan spektrofotometer. X ray dan SEM.

Pengujian Kinerja Fotokatalis TiOz

.Untuk rnengetahui pengaruh pernakaian bahangelas dilakukan pengujian larutan asarnbenzoat yang dicarnpur dengan TiOz anatasernurni yang diternpatkan rnasing-rnasing dalarnkuvet UV daD Visible. Kedua kuvet tersebuttanpa penarnbahan oksigen diberikan radiasisinar ultraviolet yang bersurnber dari larnpuUV 8 watt jenis germisida selarna 60 rnenit.Jurnlah asarn benzoat yang terdegradasi dalamkuvet visible daD UV dibandingkan uutukrnengetahui kuantitas foton yang diserap olehgelas. Percobaan yang sarna dilakukanrnenggunakan sumber foton yang berasal darilampu UV black light 8 watt.

Fotokatalis yang digunakan dapat berbentuk

suspensi maupun dalam bentuk lapisan tipis yangdilekatkan (diimobilisasi) pada matriks parlato

Pemakaian dalam bentuk suspensi mempunyaikekurangan yaitu tidak dapat diambil kembali

(recovery) setelah proses penguraian senyawaanorganik selesai dilakukan. Penggunaan dalambentuk lapisan tipis dipandang lebih efesien karena

dapat digunakan berulang-ulang. Proses pembuatanlapisan tipis fotokatalis dilakukan dengan caramengkalsinasi prekusor Ti(IV) organik pada suhu

400°C berdasarkan reaksa sebagai berikut:

400°CTi(IV)organik ~ TiO2 + CO2 + H2O (3)

Walaupun cukup efektif penggunaanfotokatalis dalam bentuk lapisan tipis ini

mempunyai beberapa kendala, antara lain hasil

kalsinasi tidak berstruktur anatase. Pada penelitianini akan dilakukan pembuatan lapisan tip is

fotokatalis TiOz yang dilekatkan pada matrik gel as,karakterisasi hasil imobilisaasi dan pengujiankemampuan degradasi fotokatalis tersebut.

Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl NukllrP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl2002

ISSN 0216.3128 147Heny Suseno

proses degradasi senyawaan organik menjadi lebihlambat.

Identifikasi perubahan karakter gelas dapatdilihat daTi perubahan serapan pada daerahultraviolet clan tampak. Penyerapan sinar ultravioletclan tampak oleh bahan gelas yang digunakanpada reaktor sebelum clan setelah proses kalsinasiprekusor Ti(lV) his asetato diisopropoksidaditunjukan pada Gambar 1.

Untuk mengetahui kemampuan reaktormendegradasi senyawaan organik maka kedalam reaktor yang berisi 20 ml airditambahkan 5 ml cuplikan yang berasal dariasam benzoat sehingga konsentrasi TOC dalamreaktor mencapai 100 ppm.

Pada masing-masing konsentrasi tersebut pHlimbah diatur pada kisaran 3, 4 dan 7.

0.06

0.05

0.04

0.03

0.02

0.01

0

Cuplikan pacta masing-masing konsentrasidan kisaran pH tersebut dilewatkan Pactamodel reaktor dilengkapi dengan lampu UV8 watt dan aerator selama 10, 20 dan 40

menit

Sebelum dan sesudah melewati modelreaktor dilakukan analisis kandungan TOC

berdasarkan prosedur UNEP[13].

~-

\.\ '.:.:- ~ _w'-' '-' -.w ~- _.i\..- '-':'

, , , , , , .., ..., .., ...""""",,(.)(.)~~~0I0Ia>O~~""o)O~~""a>O

~~~~~~~~~~~

Panjang GelorTtJang (nm)

HASIL DAN PEMBAHASAN

Gambar 1. Karakter gelas yang digunakansebagai matriks untuk mengi-mobilisasi TiO2 sebelum dansesudah kalsinasi berdasarkanserapan pada daerah ultraviolet/tampak.

1. Karakterisasi hasil imobilisasi TiO2 padamatriks gelas

Proses imobiliasi lapisan tipis TiO2 padadinding gelas melalui kalsinasi dapat me-

nimbulkan beberapa kemungkinan-kemungkinanantara lain:

I. karakter gelas berubah karena perlakuan panas,

2. terbentuk lapisan tipis fotokatalis TiO2 anatasepada dinding gelas kumparan reaktor,

3. fotokatalis TiO2 anatase tidak terbentuk padaproses kalsinasi ini.

Perubahan karakter gelas yang mungkinterjadi akibat aplikasi termal selama proseskalsinasi akan memberikan kontribusi terhadappenurunan kemampuan fotokatalis mendegradasisenyawaan organik. Hal ini dimungkinkan karenaintensitas foton yang berasal dari lampu ultravioletdengan panjang gelombang tertentu sebelummencapai permukaan lapisan tipis fotokatalis hamsmelewati dinding gelas tempat reaksi degradasitersebut berlangsung. Sebelum mengalami proseskalsinasi bahan gelas dinding reaktor menyerapfoton dengan panjang gelombang tertentu.Perubahan karakter gelas oleh proses kalsinasimengakibatkan peningkatan Colon yang diserapoleh dinding gelas sehingga intensitas Colon yangdigunakan untuk proses degradasi akan berkurang.Kemungkinan lain perubahan karakter gelas adalahterbentuknya daerah serapan tambahan dengankisaran panjang gelombang tertentu. Jikatambahan serapan tersebut mempunyai kisaranpanjang gelombang yang sarna dengan sumberfoton yang berasal dari lampu ultraviolet, maka

Hasil karakterisasi menunjukkan bahwabahan gelas sedikit mengalami perubahan setelahmengalami perlakuan termal pacta suhu 400°Cselama proses kalsinasi prekusor Ti(IV) his

asetato diisopropoksida menjadi lapisan tipisfotokatalis TiOz. Aplikasi termal pacta proseskalsinasi tidak mengahasilkan serapan tambahanpacta kisaran panjang gelombang 280-380nm. Halini sangat menguntungkan karena jika terjadipembentukan serapan baru berpanjang gelombangyang sarna dengan lapisan tipis fotokatalis TiOzterimobilisai maka intensitas sinar ultravioletyang digunakan untuk proses degradasi senyawaanorganik akan berkurang. Berdasarkan hasilpengamatan tersebut diatas maka terdapat peluangbagi energi yang berasal dari sumber foton pactadaerah panjang gelombang di luar serapan bahan

gelas untuk dikonversi menjadi produk degradasisenyawaan organik yang terkandung dalam limbah

radioaktif cair.

Untuk memastikan fotokatalis tersebutterbentuk pacta dinding gel as reaktor maka harusdilakukan karakterisasi. Secara sederhanakarakterisasi dapat dilakukan secara visual dimanaterdapat lapisan putih tipis yang mene-mpel pactapermukaan gel as tersebut. Pengamatan visual

148 ISSN 0216 -3128 Heny Suseno

0.14

0.12

~--Gelas-+-1 Kali Pelapisan--3 Kali Pelapisan---5 Kali Pelapisan

0.1

0.08

0.06"

0.041

0.02. I

0 I 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600

Panjang Gelombang (nm)

Gambar 2. Perbandingan antara serapan sinarultraviolet pada bahan gelas dan hasilimobilisasi TiDl pada bahan gelas.

Menggunakan persamaan Plank maka konversipanjang gelombang yang diperoleh daripengukuran tersebut ke dalam bentuk energidiperoleh besar energi sela fotokalis tersebutsebesar 3,11 eV sampai dengan 3,27eV.Berdasarkan perhitungan energi sela yangdiperoleh maka dapat dipastikan lapisan tipis yangmenempel pada di dinding gelas reaktor adalahfotokatalis TiOz terimobilisasi. Hal ini berdasarkanpada karakter TiOz yang mempunyai energi selasebesar 3,2 eV[3].

Karakterisasi berikutnya penentuanstruktur kristal TiOz setelah prosespembentukannya dari prekusor Ti(IV) his asetatodiisopropoksida. Hasil karakterisasi menggunakanXRD fotokatalis TiO2 yang dibuat melalui proseskalsinasi ditunjukan pada Gambar 3 clan Tabel 1.

menunjukkan dinding gelas reaktor sebelah dalamterlapisi oleh fotokatalisis tersebut, walaupundemikian diperlukan beberapa pembuktian lebihlanjut melalui basil karakterisasi serapan cahayapacta daerah ultraviolet dan tampak. Seperti telahdiketahui bahwa pacta reaksi fotokatalisis yangdiawali oleh peristiwa eksitasi elektron daTi pitavalensi ke pita konduksi diinisiasi oleh penyerapansinar yang mempunyai energi yang sarna atau lebihbesar daTi pacta energi sela semikonduktor.Mengacu pacta fenomena tersebut maka besarenergi sela merupakan karakter intrinsik daTifotokatalis TiO2. Energi sela basil imobilisasidapat ditentukan berdasarkan pengukuran spektrumfotokatalis tersebut pacta daerah ultraviolet/tampakpacta serapan maksimum nilai panjang gelombang,selanjutnya dikonversi menjadi satuan energimenggunakan persamaan Plank. Hasilperhitungan energi sela tersebut selanjutnyadibandingkan dengan energi sela TiO2 sehinggabasil kalsinasi tersebut dapat karakterisasi lebihlanjut untuk menentukan jenis lampu ultravioletyang digunakan sebagai sumber foton.

Untuk mengetahui kemungkinan bahwadaerah serapan sinar ultraviolet antara bahan gelasdan fotokatalisis TiO2 yang dihasilkan tidak beradapacta panjang gelombang yang sarna, maka perludilakukan karakterisasi lanjut. Karakterisasi iniberdasarkan pengukuran cahaya yang diserap(spektrum) lapisan tipis fotokatalis TiO2terimobilisasi pacta bahan gelas dan dibandingkandengan spektrum bahan gelas tersebut. Gambar 2menunjukkan serapan sinar ultraviolet pacta lapisantipis fotokatalis TiO2 yang terimobilisasi pactabahan gelas.

Gambar 2 membuktikan bahwa puncakspektrum pacta panjang gelombang antara 340 dan360nm tersebut adalah lapisan tipis fotokatalisTiO2 basil imobilisasi dan spektrum pacta panjanggelombang 200 sampai dengan 300nm merupakankarakter gelas.

20.00 ~o.oo 40.(;0 50,.00 6('"00 70_00 80.00

Gambar 3. Pola difraksi fotokatalisis TiO2 yang dibentuk melalui proses kalsinasi"'..

Proslding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi NukllrP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Juni 2002

Heny Suseno ISSN 0216 -3128 149

Tabel 1. Data difraksi sinar X hasil proseskalsinasi

dibuat menggunakan teknik sol-gel berkisar antara5-10 nm. Disisi lain keberadaan fotokatalis TiOzyang berukuran nanometer dapat menambah luaspermukaan dan efek sisi kuantisasi (sizequantization effect}[4]. Ukuran partikel TiOz yangberada dalam kelompok blok-blok tersebut secaraindividu tidak teramati apakah berukurannanometer atau mikrometer. Implikasi darikenyataan ini adalah terdapat kemungkinanpenurunan kecepatan mineralisasi senyawaanorganik oleh fotokatalisi yang dihasilkan.Walaupun demikian penurunan kecepatanmineralisasi tersebut diharapkan tidak signifikankarena fotokatalis yang dihasilkan tersebutsebagian besar berstruktur kristal anatase.Disamping itu masih terdapat peluang terbentuknyaukuran nanometer di dalam blok-blok tersebut.

eData standard dari card Hasil

KalsinasiKeterangan

Rutil Anatase

27.2 25,28 25,44

36.04 37,76 37,08

54,22 48.20 37,94

48,20

54,04

Menunjukananatase

Menunjukananatase

Menunjukananatase

Menunjukananatase

Menunjukan rotil

2. Pengujian kemampuan lapisan tipisfotokatalis TiOz mendegradasisenyawaan organik

Setelah dilakukan karakterisasi sepertitersebut diatas dan menunjukan hasil yang masihmungkin digunakan pacta model intrumentasi TOCmeter yang dimodifikasi, maka tahapan selanjutnyadilakukan uji coba degradasi senyawaan organikyang terdapat di dalam cuplikan yang akandianalisis. Waktu yang dibutuhkan untukmendegradasi senyawaan organik dalam cuplikanyang akan dianalisis bergantung dari daya danpanjang gelombang sumber foton (lampuultraviolet) yang digunakan. Berkaitan dengan haltersebut maka pemilihan jenis lampu ultravioletsebagai sumber foton menjadi hal yang penting.Akan tetapi kecocokan panjang gelombang sumberfoton dengan energi sela fotokatalis TiOz tidakselalu memberikan proses degrdasi yang lebihcepat. Kenyataan ini dapat dilihat dalam kasusdegadasi fenol yang menggunakan suspensi TiOzanatase berkonsentrasi 1 gram perl itermenggunakan dua jenis lampu yang berbeda yaitu :germicidal (panjang gelombang 250nm) dan blacklight (panjang gelombang 350nm) seperti yangditunjukan pacta Tabel. 2[5].

Tabel 2. Harga konstanta kecepatan reaksidegradasi fenol menggunakan duajenis lampu ultraviolet

Seperti terlihat pacta Gambar 3 dan Tabel I,difraksi sinar X pacta hasil proses kalsinasimenunjukan keberadaan tiga buah puncak terkuatdan merupakan karakter anatase. Hal inimembuktikan bahwa proses kalsinasi Ti(IV) hisasetato diisopropoksida pacta suhu 400°Cmenghasilkan lebih banyak menghasilkanfotokatalis TiO2 berstruktur anatase dibandingkandengan rutil.

Untuk membuktikan keberadaan kristalfotokatalis berukuran nanometer dan homogenitasbulir kristal maka dilakukan pengamatan SEMyang ditunjukan pacta Gambar 4

Gambar 4. Pengamatan hasil kalsinasi menggunkanSEM

Berdasarkan Gambar I, 2 menunjukan prosespelapisan tidak sempurna. Hal ini ditunjukan dariketidakseragaman ukuran butiran fotokatalis TiOz.Hal ini ditunjukan dari ukuran blok-blok yangmengandung populasi partikel TiOz berukurantidak seragam. Ukuran blok-blok tersebut berkisardari O,If.1m sampai dengan 5f.1m. Secara teoritisukuran partikel fotokatalis TiOz terimobilisasi yang

(Sumber: Hoffman et. ai, 1995, Pustaka no.5)

Proslding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologl NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

150 ISSN 0216.3128 Heny Suseno

Hasil yang ditunjukan pada Tabel 2 membuktikanbahwa proses degradasi tidak hanya berjalansecara fotokatalisis, tetapi efek fotolisis jugamempunyai berkontribusi dan bersinergi sehinggakecepatan degradasi dapat ditingkatkan. Mengacupada degradasi fenol menggunakan dua jenislampu ultraviolet yang berbeda seperti yangditunjukkan pada Tabel 3, maka dilakukan ujidegradasi pendahuluan menggunakan lampu jenisblack light dan germicidal. Proses degradasi inimenggunakan asam benzoat sebagai senyawaanorganik dan suspensi TiOz anatase sebagaifotokatalis. Reaksi dilangsungkan dalam wadahgelas dan quarz. Pengujian ini berguna untukmengetahui kuantitas foton dari sumber tersebutyang diserap oleh matriks gelas mengingat fotonterlebih dahulu melewati dinding gelas sebelummengenai fotokatalis. Scpcrti diketahui bahwaquarz tidak menyerap foton yang bersumber darilampu ultraviolet jika basil degradasi menggunakankedua matriks tersebut dibandingkan, makakuantitas foton yang diserap oleh matriks gelasdapat ditentukan. Karakterisasi bahan gelas yangdigunakan sebagai dinding reaktor terhadappenyerapan foton yang berasal dari lampu blacklight dan germicidal ditunjukan pada Gambar 5.

senyawaan organik hanya sebesar 76,2% sisanyadiserap oleh matriks gelas. Berkaitan hal tersebutmaka terbukti dan dipilih lampu ultraviolet ~hisblack light sebagai sumber foton.

Untuk mengetahui kemampuan reaktor yangterlapisi oleh fotokatalis TiO2 dilakukan pengujiandegradasi asam benzoat yang digunakan sebagaisenyawaan organik pacta berbagai pH larutan.Hasil yang diperoleh ditunjukan pacta Gambar 6.

. 120

100 . -pH 2,96

_pH4

--pH 7

"'"' ,~

80

"'"-I0() 60

'6'"tJE, 40 "

20 ~0 5 10 15 20

Waktu (menit)30 40 60

Gambar 6. Degradasi senyawaan organik meng-

gunakan /apisan fotokatalisis TiO2terimobilisasi pada dinding ge/asreaktor

4033.37

Penyerap 30an olehmat r I ks

gelos 20(%)

10

0

Jenis Lam pu UV

Proses degradasi selama 60 menit pada pH7 menurunkan kadar TOC dari 109,3 ppm menjadi25,6ppm. Disisi lain pada pH 3 dan pH 4senyawaan organik habis terdegradasi masing-masing selama 30 dan 40 menit. BerdasarkanGambar 15 menunjukan bahwa proses degradasisenyawaan organik dipengaruhi oleh pH larutan.

Hal ini didasarkan pada fenomena interaksidonor dan aseptor elektron dengan TiO2 ditentukanoleh sifat instrinsik permukaan fotokatalis tersebut.Fotokatalis TiO2 mempunyai sifat asam-asamdiprotik yang secara fungsional adalah titanol> TiOH. Gugus hidroksi pada permukaan TiO2diketahui mengalami keseimbangan asam bas a .

Gambar 5. Kuantitas foton yang diserap oleh ma-triks gelas pada rekasi fotokatalisis yangmenggunakan lampu germicidal danblack light

Gambar 5 menunjukan bahwa penyerapan fotonoleh matriks gelas lebih besar jika menggunakanlampu ultraviolet jenis germicidal dibandingkandengan jenis black light. Efek fotolisis yangdigunakan oleh lampu germicidal untuk prosesdegradasi senyawaan organik hanya sebesar 66,6%dan sisanya diserap oleh matriks gelas. Disisi lainpenggunaan lampu ultraviolet jenis black lightsebagai sumber foton untuk proses degradasi

>TiOH2+ TiOH + H+

:j;:.

TiO. + Hr,.>TiOH

E ~

pKsa2

E ~

Prosiding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl NukllrP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

diirnobilisasi pada dinding gelas reaktor.Berdasarkan Garnbar 7 juga dapat dilihat

kernarnpuan degradasi senyawaan organikrnenggunakan dua jenis fotokatalis tersebut harnpirsarna. Penggunaan fotokatalis TiO2 bentuksuspensi rnarnpu rnelakukan degradasi senywaaanorganik dalarn waktu 20 rnenit, disisi lainfotokatalis TiO2 dalarn bentuk terimobilisasirnernbutuhkan waktu 30 menit. Hal inirnenunjukan bahwa proses kalsinasi untukrnembuat lapisan tipis fotokatalis TiO2 yangterirnobilisasi pada dinding reaktor marnpurnenghasilkan reaktor berkinerja harnpir menyarnaipenggunaan fotokatalis TiO2 dalam bentuksuspensi.

Implementasi sistem imobilisasifotokatalis TiO2 untuk mengolah limbah radioaktifdengan konsentrasi dan volume tertentu makakondisi proses degradasi pada pH 3 harusdinyatakan dalam satuan yang memudahkan untukproses perancangan. Pada proses ini digunakandaya lampu ultraviolet sebesar 8 watt untukmendegradasi senyawaan organik sebanyak 25mlberkonsentrasi 110ppm selama 30 menit.Konversi basil percobaan ini diperoleh kecepatandegradasi daD randemen kuantum (quantum yield)masing -masing sebesar 185,7mg/KWh clan1,25 X 10-4.

dimana pKsa\ adalah minus log dari konstantakeasaman mikroskopik. Harga pH pada muatanlistrik permukaan bemilai not direpresentasikansebagai pHzJx: clan merupakan setengah daripenjurnlahan pKs.\ clan pKSa2 clan dipengaruhi olehlapisan ganda listrik yang mengelilingi fotokatalis.Selanjutnya harga masing-masing pKsa dipengaruhipotensial permukaan. Disisi lain potensialpermukaan dipengaruhi oleh kekuatan ion (ionikstreght). Kormann clan kawan-kawan menyatakanpergeseran potensial redoks dari tepi pitamendominasi reaktivitas partikel TiO2. Hal tersebutberdasarkan pengamatannya pada kasus oksidasisubstrat berkecepatan rendah berkurang 59mVsetiap penambahan nilai pH. Mengacu pada basilpercobaan tersebut maka untuk operasional sistemdetruksi senyawaan organik dalam limbahradioaktif cair meter yang dimodifikasi akandilakukan pada pH 3 [6]

Mengacu pada dugaaan keterbatasan lapisantipis fotokatalis TiO2 terimobilisasi dibandingkandengan bentuk suspensi yang berdampak padakecepatan degradasi senyawaan organik maka perlupembuktian lebih lanjut. Pembuktian darikesamaan kemampuan degradasi senyawaanorganik antara dua jenis fotokatalis ditunjukanpada Gambar 7.

KESIMPULAN

Proses kalsinasi prekusor Ti(IV) bisethilasetato diisopropoksida pada temperatur 400°Cmenghasilkan lapisan tipis fotokatalis TiO2 padadinding gelasr yang mempunyai energi sela sebesar3, II e V sampai dengan 3,27 e V. Karakterisasilapisan tipis fotokatalis TiO2 menggunakan XRDmembuktikan sebagian besar basil kalsinasimempunyai struktur kristal anatase. Karakterisasilapisan tipis fotokatalis TiO2 menggunakan SEMmembuktikan kristal yang terbentuk berukurantidak homogen .Kemampuan fotokatalis inimendegradasi senyawaan organik sebesar185,7mg/KWh atau dalam satuan randemenkuantum(quantum yield) sebesar 1,45 X 10-4.

-I00

:0-"0~

Gambar 7. Degradasi senyawaan organik (asambenzoat) pada pH 3 menggunakanfotokatalis jenis suspensi donterimobilisasi don melalui fotolisis.

Gambar 7 menunjukan perbandingan degradasisenyawaan organik berjalan secara fotolisis clanfotokatalisis. Hasil yang diperolehmengindikasikan bahwa proses degradasi berjalansecara fotokatalisis sehingga menepis keraguanberfungsinya lapisan tipis fotokatalis TiO2 yang

DAFfARPUSTAKA

1. NECHAEV F., "Principal Results of DewamProject Implementation Stage IV", Paper forRCM on Decommissioning Techniques forResearch Reactors 14-18 May 200 I, St.Petersburg Institute of Technology, RusianFederasion ,(200 1).

2. Howe RF," Recent Development inPhotocatalysis, University of New SouthWales, Autralia (1997)

Prosldlng Pertemuan dan Presentasillmiah Penelltlan Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologl NukllrP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

Photocatalist by SAD in TEM", daliinPhotocatalic Purification and Treatment :ufWater and Air, DF Ollis et.al (editor), ElsevierScience Publisher, Netherland (1993).

TANYAJAWAB

Ngasifudin...Bagaimana mekanisme reaksi degradasi

senyawa organik oleh TiC2 sampai diperolehharga 195, mg! Kwh?

...Apakah pengkondisian ini bisa ditampilkandalam parameter waktu penyimpanan limbah ?

Heny Suseno.Dilakukan konversi satuan selisih kandungan

senyawa organik sebelum dan sesudahdidegradasi. Selanjutnya waktu dan watt yangdigunakan dikonversi ke dalam satuan Kwh.

.Pengkondisian memang ditujukan untukmempertahankan faktor imobilisasi limbahsehingga limbah akan aman disimpan dalamwaktu yang lama.

3. Linseblinger AL , "Photocatalysis on TiO2Surface: Principles, Mechanism and SelectedResult", Chern. Rev, 1735-758, dan referensi didalamnya (1995)

4. Tanaka K, et.al"Effect of Crystal Form ofTiO2 on The Photocatalytic Degradation ofPollutan", dalam Photocatalic Purification andTreatment of Water and Air, DF Ollis et.al(editor), Elsevier Science Publisher,Netherland (1993).

5. Hofman R.M , "Environmental Appli-cationof Semiconduktor of Photocatalysis",Chern.Rev, (1995), 69-96.

6. Anomin, " Manual for the Geochemical

Analyses of Marine Sediments and SuspendedParticulate Matter: Reference Methods ForMarine Pollution Studies No. 63, UNEP (1995)

7. Matthews W.R," Photocatalysis inWaterPurification : Posibilities, Problem andProspect", dalam Photocatalytic Purificationand Treatment of Water and Water, edited byOllis D.F, Elsevier Science Publisher BY,USA, (1993), p.121-137

8. Wang F.Y, " Direct Observation of Crystal

Surface Structure of Powdery TiO2

,,!~':~

Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl NukllrP3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002