makalah04 volume 29 no 2 2011.doc (1)

TELAAH Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Volume 29 (2) 2011: 63-72ISSN : 0125-9121

63

Sintesis Nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes Menggunakan MetodeSol-Gel untuk Fotodegradasi Zat Warna Azo Orange 3R

FAJAR ARIANTO AGUS SUBAGIO DAN IIS NURHASANAHJurusan Fisika - FSM - Universitas Diponegoro,

Jl. Prof. Soedharto, S.H., Tembalang Semarang 50275, [email protected]

Diterima : 11 Agustus 2011 Revisi : 12 September 2011 Disetujui : 20 Oktober 2011

ABSTRAK: Zat warna yang digunakan di industri tekstil umumnya terdiri dari kelompok senyawa azo, salah satunya AzoOrange 3R yang termasuk dalam kelompok bahan aromatik yang sukar terdegradasi. Teknologi pengolahan limbah cairberwarna yang digunakan di industri, pada umumnya lebih banyak menerapkan metode kimia-fisika yang berdampakterbentuknya sludge yang dapat menjadi limbah B3 (bahan berbahaya dan beracun). Dewasa ini mulai dikembangkanteknologi fotodegradasi yang memanfaatkan hasil oksidasi material TiO2 untuk mengoksidasi senyawa azo. Penelitian inimencoba meningkatkan efektifitas oksidasi TiO2 dalam proses fotodegradasi senyawa azo dengan cara dimodifikasikanmenggunakan Carbon Nanotubes dalam bentuk nanokomposit. Nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes disintesismenggunakan metode sol-gel melalui pendispersian TiCl4 99% pada permukaan Carbon Nanotubes. Nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes terbentuk melalui proses kalsinasi pada suhu 450oC selama 180 menit. Struktur kristal dan morfologinanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes dikarakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) dan Scanning ElectronMicroscope (SEM) kemudian digunakan pada proses fotodegradasi zat warna Azo Orange 3R. Fotodegradasi dilakukandengan menambahkan 183,3 mg nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes ke dalam 100 mL larutan zat warna Azo Orange 3R26,91 ppm, kemudian diiradiasi menggunakan cahaya UV dengan panjang gelombang 380 nm pada suhu 40oC-42oC denganvariasi waktu 0, 3, 6 , 9, 12, 15 dan 18 jam. Degradasi konsentrasi zat warna Azo Orange 3R akibat fotodegradasi dianalisismenggunakan spektrofotometer UV-Vis (panjang gelombang maksimum 481 nm). Analisis spektra X-Ray Diffraction (XRD)menunjukkan bahwa Carbon Nanotubes dapat memperkecil ukuran kristalit TiO2 pada nanokomposit TiO2-CarbonNanotubes. Analisis citra Scanning Electron Microscope (SEM) menunjukkan bahwa butiran TiO2 pada permukaan CarbonNanotubes tersebar tidak merata. Nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes mampu mendegradasi zat warna Azo Orange 3Rselama 18 jam sampai dengan prosentase 93,07% yang jauh lebih baik dari jika hanya menggunakan TiO2, yaitu 44,59%.KATA KUNCI : TiO2, Carbon Nanotubes, nanokomposit, fotodegradasi, dan zat warna Azo Orange 3R

ABSTRACT : The dye used in the textile industries generally consist of groups of azo compounds, one of Azo Orange 3R thatincluded in the group of aromatic ingredients that are hard degraded. Generally, colored waste processing technologies thatwas used in industries more chemical-physical method that have impact the formation of sludge which can be B3 waste(hazardous and toxic substances). Photodegradation technology has been developed which utilizes the oxidation of TiO2 tooxidize the azo compound. This research attempts to improve the effectiveness of the oxidation of TiO2 in thephotodegradation process of azo compounds by was modified using Carbon Nanotubes in nanocomposite. TiO2-CarbonNanotubes nanocomposite has been synthesized using sol-gel method by dispersing TiCl4 99% on the surface of CarbonNanotubes. TiO2-Carbon Nanotubes nanocomposite was carried out through process of calcination at temperature of 450

oCfor 180 minutes. Crystal structure and morphology of TiO2-Carbon Nanotubes nanocomposite were characterized using X-Ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscope (SEM) and then it was used for the photodegradation process ofAzo Orange 3R dye. Photodegradation was carried out by adding 183.3 mg of TiO2-Carbon Nanotubes nanocomposite into100 mL of Azo Orange 3R dye solution 26.91 ppm, and then was irradiated by UV light with wavelength of 380 nm at 40oC-42oC with the variation of time 0, 3, 6, 9, 12, 15 and 18 hours. Degradation of Azo Orange 3R dye concentration due tophotodegradation was analyzed by UV-Vis spectrophotometer (maximum wavelength 481 nm). Analysis of X-Ray Diffraction(XRD) spectra shows that Carbon Nanotubes can reduce the crystallite size of TiO2 on TiO2-Carbon Nanotubesnanocomposite. Analysis of Scanning Electron Microscope (SEM) image shows that the TiO2 grains on the surface of CarbonNanotubes are not spread evenly. TiO2-Carbon Nanotubes nanocomposite is able to degrade Azo Orange 3R dye for 18 hoursuntil 93.07% which is much better than if only using TiO2, which is 44.59%.KEYWORDS : TiO2, Carbon Nanotubes, nanocomposite, photodegradation, and Azo Orange 3R dye

1. PENDAHULUAN

Zat warna yang digunakan diindustri tekstil umumnya terdiri dari kelompok senyawa azo. Dominasi zatwarna jenis ini di pasaran mencapai setengah dari zat warna komersial yang diperdagangkan [13]. Dari segistrukturnya, senyawa azo sangat bervariasi hingga diketahui sedikitnya terdapat 300 jenis [4]. Disebutkan pula

Sintesis Nanokomposit Fajar Arianto

64

bahwa zat warna azo termasuk dalam kelompok bahan aromatik yang sukar terdegradasi secara biologi karenaadanya ikatan azo, dan pada beberapa senyawa tertentu mengandung gugus sulfat pada cincin aromatiknya [7].

Rendahnya tingkat degradabilitas senyawa azo secara biologi disebabkan oleh sifat penguraian bakteriaerob, yang secara alamiah terdapat di lingkungan, sangat spesifik, yaitu hanya mampu mendegradasi satusenyawa azo tertentu dan kurang efisien untuk mengolah campuran warna yang umumnya dijumpai dalam airlimbah industri [5]. Sementara itu, kebanyakan bakteri yang aktif pada kondisi anaerob akan mereduksi senyawaazo menjadi aromatik amina yang bersifat toksik dan karsinogenik [10]. Oleh karena itu, perlu dilakukan upayaselain menggunakan metode biologi dalam pengolahan limbah cair yang mengandung senyawa azo.

Teknologi pengolahan limbah cair berwarna yang digunakan di industri pada umumnya, lebih banyakmenerapkan metode kimia-fisika yang meliputi flokulasi, koagulasi, presipitasi, filtrasi membran, destruksi secaraelektrokimia, iradiasi, penukar ion, ozonasi, dan adsorpsi [1]. Metode tersebut memang efektif menghilangkanwarna; namun, terdapat pula beberapa kelemahan, diantaranya adalah penggunaan bahan kimia yang terlalubanyak dan terbentuknya sludge yang dapat menjadi limbah B3 (bahan berbahaya dan beracun). Di Indonesia,limbah yang digolongkan sebagai B3 adalah sludge industri tekstil dan industri zat warna yang penanganannyamemerlukan cara-cara khusus [2]. Oleh karena itu, diperlukan alternatif baru untuk mengolah limbah cair indutriberwarna yang lebih efektif dalam mendegradasi polutan organik dan zat warna [8].

Dewasa ini mulai dikembangkan teknologi fotodegradasi yang memanfaatkan hasil oksidasi material TiO2untuk mengoksidasi senyawa azo. Oksidasi fotokatalis merupakan proses partikel semikonduktor di dalamsuspensi air limbah menangkap cahaya ultraviolet (UV) dan selanjutnya energi ini digunakan untuk menghasilkanpasangan elektron dan lubang (hole). Pasangan elektron-hole ini selanjutnya berdifusi ke permukaan partikelyang kemudian mengoksidasi dan mereduksi polutan-polutan beracun [11].

Penelitian ini mencoba meningkatkan efektifitas oksidasi TiO2 dalam proses fotodegradasi senyawa azodengan cara dimodifikasikan menggunakan Carbon Nanotubes. Carbon Nanotubes merupakan materialberbentuk tabung dengan ukuran diameter tabung kurang dari 100 nm yang mampu menyerap benzene, methanol,dan molekul lain serta dapat menyerap hampir dua kali lebih volume CO2 jika dibandingkan dengan karbon aktif[9]. Adanya sifat penyerap yang dimiliki Carbon Nanotubes serta luas permukaannnya yang lebar memunculkanhipotesis akan memperluas bidang paparan TiO2 oleh cahaya UV sehingga meningkatkan efektifitasfotodegradasi senyawa azo.

2. METODOLOGI PENELITIAN

Titanium Klorit (TiCl4) 99%; 9,1 M digunakan sebagai prekursor TiO2, sedangkan Carbon Nanotubesyang digunakan disintesis menggunakan metode spray-pyrolysis yang diproduksi oleh Laboratorium FisikaMaterial Jurusan Fisika F. MIPA Undip. Proses sintesis nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes yang dilakukandalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 3 mL larutan TiCl4 dilarutkan ke dalam 100 mL aquades ditambah1,5 g Carbon Nanotubes. Selanjutnya, larutan diaduk selama 15 menit. Larutan tersebut kemudian didiamkanselama 3x24 jam sampai terbentuk nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes, kemudian disaring dan dikeringkanselama 120 menit pada suhu 135oC.

Nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes kering kemudian dinetralisir hingga memiliki nilai pH 7 dengancara dicuci menggunakan aquades pada kertas saring. Ketika pH yang diinginkan telah tercapai, nanokompositTiO2-Carbon Nanotubes kemudian dikalsinasi pada suhu 450

oC selama 180 menit. Gambar 3.4 menunjukkandiagram alur sintesis nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes. Karakterisasi pada penelitian ini meliputikarakterisasi mikrostruktur serbuk TiO2 dan nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes yang tersintesis.Karakterisasi mikrostruktur serbuk TiO2 dan nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes meliputi karakterisasistruktur kristal dengan uji X-Ray Diffraction (XRD) dan morfologi menggunakan Scanning Electron Microscope(SEM).

Sampel pada penelitian ini adalah larutan zat warna Azo Orange 3R yang memiliki konsentrasi 26,91 ppm,dibuat dengan cara melarutkan 26,91 mg zat warna Azo Orange 3R ke dalam 1000 mL aquades. Sebelum prosesfotodegradasi dimulai, 100 mL sampel dituangkan ke dalam gelas beker yang memiliki kapasitas maksimal 120mL dengan diameter 6 cm. Proses fotodegradasi zat warna Azo Orange 3R dilakukan dengan mencampurkan183,3 mg nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes sebagai reaktan ke dalam 100 mL sampel dengan jarak antaralampu UV dengan permukaan sampel adalah 4 cm. Massa 183,3 mg nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubesmerupakan gabungan dari 83,3 mg Carbon Nanotubes dengan 100 mg TiO2.


65

Pada penelitian ini, nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes diendapkan mengendap di dasar gelas. Fotodegradasizat warna Azo Orange 3R dilakukan pada rentang waktu kelipatan 3 jam, yaitu mulai 0, 3, 6, 9, 12, 15, sampai 18jam. Variasi reaktan yang digunakan pada penelitian ini, yaitu : UV saja (tanpa reaktan); 100 mg TiO2 saja; 83,3mg Carbon Nanotubes saja; UV dengan 100 mg TiO2; UV dengan 83,3 mg Carbon Nanotubes; 183,3 mgnanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes saja; dan UV dengan 183,3 mg nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Spektra XRD hasil pengujian serbuk TiO2 ditunjukkan pada Gambar 1. Tampak bahwa serbuk TiO2 yangdisintesis menggunakan metode sol-gel memiliki berbagai puncak difraksi yang menunjukkan strukturpolikristalin. Puncak-puncak difraksi tersebut bersesuaian dengan bidang-bidang orientasi (211), (110), (215),(101), (103), (321), (111), (400), (200), (105), (211), (220), (213), (301), (301), (301), dan (112); namun, yangpaling dominan adalah (110), (101), dan (211). Sesuai database JCPDS-ICDD (PCPDFWIN versi 1.30), dapatdiketahui bahwa TiO2 tersebut memiliki struktur kristal rutile dan anatase; namun, lebih dominan rutile. Ukurankristalit serbuk TiO2 yang dihitung menggunakan persamaan Scherrer memberikan nilai sebesar 14,38 nm.

Gambar 1. Spektra XRD serbuk TiO2.

Hasil pengujian SEM serbuk TiO2 diperlihatkan pada Gambar 2. Tampak bahwa ukuran butiran serbuk TiO2tidak seragam. Dari gambar 2 dapat dianalisis bahwa butiran serbuk TiO2 memiliki bentuk spheric dengandiameter rata-rata sebesar 86,58 nm yang bergerombol membentuk gumpalan dengan diameter rata-rata 995,1nm.

Carbon Nanotubes yang digunakan pada penelitian ini memiliki spektra difraksi sesuai Gambar 3. Tampakbahwa serbuk Carbon Nanotubes yang disintesis menggunakan metode spray-pyrolysis memiliki berbagaipuncak difraksi yang menunjukkan struktur polikristalin. Ukuran kristalit serbuk Carbon Nanotubes yangdihitung menggunakan persamaan Scherrer memberikan nilai sebesar 54,60 nm.

2-Theta (derajat)

10 20 30 40 50 60 70 80

R:Rutile

A:Anatase


66

Gambar 2. Citra SEM serbuk TiO2. Gambar 4. Citra SEM serbuk CNT.

Gambar 3. Spektra XRD serbuk Carbon Nanotubes.

Hasil pengujian SEM serbuk Carbon Nanotubes diperlihatkan pada Gambar 4. Tampak bahwa serbukCarbon Nanotubes berbentuk tabung dengan diameter tabung rata-rata sebesar 86,43 nm yang dihasilkan akibataktivitas katalis ferrocene pada saat sintesis menggunakan metode spray-pyrolysis. Ditinjau dari ukuran diametertabungnya, diduga bahwa Carbon Nanotubes tersebut berstruktur Multi-Walled Nanotubes. Spektra XRD hasilpengujian struktur nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes ditunjukkan pada Gambar 5. Tampak bahwa serbuknanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes yang disintesis menggunakan metode sol-gel memiliki berbagai puncakdifraksi yang menunjukkan struktur polikristalin. Puncak-puncak difraksi tersebut bersesuaian dengan bidang-bidang orientasi (105), (101), (002), (110), (215), (101), (103), (321), (111), (400), (200), (105), (211), (220),(301), (301), dan (112); namun, yang paling dominan adalah (110), (200), dan (211). Sesuai database JCPDS-ICDD (PCPDFWIN versi 1.30), dapat diketahui bahwa TiO2 tersebut memiliki struktur kristal grafit, rutile dananatase; namun, lebih dominan rutile. Hasil ini juga sesuai dengan hasil peneliti lain yang ditunjukkan padaGambar 6.

2-Theta (derajat)

10 20 30 40 50 60 7080


67

Gambar 5. Spektra XRD serbuk nanokomposit TiO2-CNT.

Gambar 6. Spektra XRD serbuk nanokomposit TiO2-CNT, A (anatase), R (rutile), dan C adalah SWNT [12].

Ukuran kristalit serbuk TiO2 pada nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes yang dihitung menggunakanpersamaan Scherrer memberikan nilai sebesar 9,79 nm. Nilai 2 pada 26,46o dengan jarak antar bidang (d)sebesar 3,366 merupakan sumbangan dari spektra difraksi Carbon Nanotubes.Hasil pengujian SEM serbuk nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes diperlihatkan pada Gambar 7. Tampakbutiran-butiran TiO2 yang berbentuk spheric menempel pada permukaan Carbon Nanotubes. Hal tersebutmenguatkan dugaan bahwa Carbon Nanotubes telah terdispersi oleh TiO2. Butiran serbuk TiO2 menempel padatabung Carbon Nanotubes dengan diameter rata-rata sebesar 88,64 nm. Hasil SEM tersebut sesuai denganpeneliti lain yang ditunjukkan pada Gambar 8.

0 20 30 40 50 60 702-Theta (derajat)

2-Theta (derajat)

10 20 30 40 50 60 70 80

R:Rutile

A:Anatase

G:Grafit

R:Rutile

A:Anatase

G:Grafit


68

Gambar 7. Citra SEM serbuk nanokomposit TiO2-CNT. Gambar 8. Citra SEM nanokomposit CdS-CNT [3].

Proses fotodegradasi zat warna Azo Orange 3R memerlukan tiga komponen utama, yaitu: sumber cahaya(foton), senyawa target, dan reaktan. Dalam penelitian ini, sumber cahaya berasal dari lampu UV dengan panjanggelombang 380 nm, senyawa target adalah larutan zat warna Azo Orange 3R, dan reaktan nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes. Konsentrasi (ppm) zat warna Azo Orange 3R ditentukan menggunakan SpektrofotometerUV-Vis pada panjang gelombang 481 nm. Panjang gelombang 481 nm dijadikan sebagai acuan dalam penentuankonsentrasi zat warna Azo Orange 3R karena masih termasuk rentang panjang gelombang UV sampai cahayatampak. Sehingga memenuhi syarat dalam penggunaan Spektrofotometer UV-Vis. Penyinaran menggunakancahaya UV pada penelitian ini dilakukan pada variasi waktu 0, 3, 6, 9, 12, 15, dan 18 jam untuk menguji aktivitasfotodegradasi nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes. Campuran yang telah mengalami proses fotodegradasidianalisis menggunakan Spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang maksimumnya (481 nm). Sebagaipembanding dilakukan pencampuran larutan zat warna Azo Orange 3R dengan UV saja (tanpa reaktan), 100 mgTiO2 saja; 83,3 mg Carbon Nanotubes saja, UV dengan 100 mg TiO2, dan UV dengan 83,3 mg CarbonNanotubes sebagai fungsi waktu.

Gambar 9. Grafik prosentase degradasi konsentrasi zat warna Azo Orange 3R pada fotodegradasi menggunakannanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes dengan radiasi UV.

42,29 %

61,87%

62,28 % 62,88 %

92,86 % 93,07 %


69

Prosentase degradasi konsentrasi zat warna Azo Orange 3R menggunakan nanokomposit TiO2-CarbonNanotubes dengan radiasi UV diperlihatkan pada Gambar 9. Tampak bahwa prosentase degradasi konsentrasi zatwarna Azo Orange 3R menggunakan nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes dengan radiasi UV selama 18 jam.Pada jam ke-3 sampai 18 secara berturut prosentase degradasi ketika dibandingkan dengan konsentrasi awalsampel menunjukkan nilai 42,29 %; 61,87 %; 62,28 %; 62,88 %; 92,86 %; dan 93,07 %. Prosentase degradasi zatwarna Azo Orange 3R pada penelitian ini paling besar terjadi pada jam ke-18 yaitu sebesar 93,07 %.

Fotodegradasi terjadi paling efektif pada jam ke-3 yaitu turun dari konsentrasi 26,91 ppm menjadi 15,53ppm yang diduga pada jam tersebut TiO2-Carbon Nanotubes masih sangat aktif bereaksi. Pada jam ke-6 sampaike-12 hampir tidak terjadi penurunan konsentrasi zat warna azo Orange 3R. Hal ini diduga karena kurangmeratanya paparan cahaya UV yang mengenai permukaan fotokatalis akibat sebaran nanokomposit TiO2-CarbonNanotubes yang kurang merata di dasar sampel. Di samping itu, juga akibat adanya serbuk TiO2 yang tidakterlapiskan pada Carbon Nanotubes; namun, ikut tertuang ke dalam sampel sehingga mengurangi massananokomposit TiO2-Carbon Nanotubes yang seharusnya digunakan.

Pada jam ke 15 sampai 18 terjadi sedikit penurunan konsentrasi larutan zat warna Azo Orange 3R. Hal inididuga karena TiO2-Carbon Nanotubes mendekati tingkat kejenuhan akibat pengotor yang berasal dari sisa hasildegradasi dan kemudian menempel pada permukaannya. Setelah mengalami proses fotodegradasi selama 18 jam,larutan zat warna Azo Orange 3R, yang awalnya berwarna orange, berubah menjadi bening (ditunjukkan olehGambar 10).

(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g)

Gambar 10. Warna sampel hasil fotodegradasi: (a) 0 jam, (b) 3 jam, (c) 6 jam, (d) 9 jam, (e) 12 jam, (f) 15jam, (g) 18 jam.

Konstanta laju reaksi degradasi zat warna Azo Orange 3R ditentukan menggunakan grafik hubungan lnCt/Co dengan lama fotodegradasi, sesuai Gambar 11. Konstanta laju reaksi (k) dapat ditentukan dari perhitunganslope grafik yang disajikan dalam Gambar 11, yaitu sebesar 0,1454 ppm.jam-1 dengan koefisien korelasi (R2) =0,8276 diperlihatkan pada Gambar 12. Gambar 12 menunjukkan prosentase degradasi konsentrasi zat warna AzoOrange 3R selama 18 jam menggunakan beberapa reaktan, yaitu : TiO2, Carbon Nanotubes, UV dengan CarbonNanotubes, UV, UV dengan TiO2, nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes, dan nanokomposit TiO2-CarbonNanotubes dengan radiasi UV. Prosentase degradasi zat warna Azo Orange 3R tersebut berturut-turut : 8,659 %;14,79 %; 38,28 %; 44,59 %; 63, 40 %; dan 93,07 %. Hasil tersebut menunjukkan proses fotodegradasi palingefektif adalah menggunakan reaktan nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes dengan radiasi UV dengankonsentrasi akhir sampel sebesar 93,07 %.


70

Gambar 11. Grafik hubungan ln Ct/Co dengan lama fotodegradasi zat warna Azo Orange 3R menggunakannanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes dengan radiasi UV.

Prosentase degradasi konsentrasi zat warna Azo Orange 3R selama 18 jam menggunakan variasi reaktan

Gambar 12. Grafik prosentase degradasi konsentrasi zat warna Azo Orange 3R pada fotodegradasi selama 18jam dengan variasi reaktan.

Menurut Lee [6], ada beberapa alasan yang menyebabkan Carbon Nanotubes mampu meningkatkanfotodegradasi TiO2. Alasan pertama, Carbon Nanotubes membantu meningkatkan luas permukaan spesifik TiO2.Hal ini disebabkan Carbon Nanotubes memiliki luas permukaan spesifik yang besar (>150 m2/g). Menurut Woan[14], campuran antara TiO2 dan Carbon Nanotubes memiliki area yang besar sehingga polutan dapat teradsorb.Adsorpsi merupakan proses penting dalam fotodegradasi. Seperti yang diungkapkan oleh Woan [14], bahwaCarbon Nanotubes juga memberikan luas permukaan yang besar sehingga mampu meningkatkan fotodegradasiTiO2.

Reaktan

Keterangan reaktan :

A : TiO2

B : Carbon Nanotubes

C : UV dengan CarbonNanotubes

D : UV

E : UV dengan TiO2

F : Nanokomposit TiO2

Carbon Nanotubes

G : UV dengan nanokomposit

TiO2-Carbon Nanotubes

93,07

14,79

38,28

63,40

44,59

8,659

0,0000

Y = -0,1454X + 0,0530

R2 = 0,8276-0,5497

-0,9642

-0,9750 -0,9909

-2,639 -2,668


71

Alasan kedua, Carbon Nanotubes mampu mencegah rekombinasi elektron pada TiO2. Rekombinasielektron yang telah tereksitasi pada proses fotodegradasi dapat mengganggu proses fotodegradasi. Menurut Woan[14], elektron pada TiO2 memiliki waktu rekombinasi sebesar 10

-9 s, sedangkan interaksi kimia antara TiO2dengan spesies polutan yang teradsorbsi memiliki waktu 10-8-10-3 s. Carbon Nanotubes memegang perananpenting sebagai penyimpan elektron yang dieksitasi oleh cahaya, sebagaimana diilustrasikan pada Gambar 13a.

(a) (b)

Gambar 13 (a). Mekanisme transfer elektron dari TiO2 ke CNT, (b). Mekanisme penghilangan elektron dari pitavalensi TiO2 oleh CNT [14].

Dalam mekanisme ini, cahaya berenergi tinggi mengeksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksiTiO2. Elektron yang dieksitasi oleh cahaya yang terbentuk dalam daerah space-charge ditransfer ke CarbonNanotubes, dan sisa lubang pada TiO2 ambil bagian dalam reaksi redoks. Menurut Lee [6], Carbon Nanotubesdapat menjebak elektron yang dieksitasi oleh cahaya secara efektif dalam sistem Carbon Nanotubes yangterdispersi dengan TiO2. Menurut Woan [14], Carbon Nanotubes memiliki kapasitas penyimpanan elektron yangbesar (satu elektron untuk tiap 32 atom karbon). Hal inilah yang menyebabkan Carbon Nanotubes mampumenjadi penyimpan elektron yang telah tereksitasi pada TiO2. Dengan demikian rekombinasi dapat dihindariselama fotodegradasi.

Alasan ketiga, Carbon Nanotubes mampu menghilangkan elektron pada pita valensi TiO2. Mekanismenyadapat dilihat pada Gambar 13b. Elektron yang dieksitasi oleh cahaya UV diinjeksikan ke pita konduksi TiO2,mengawali pembentukan radikal superoksida dengan menyerap molekul oksigen. Ketika hal ini terjadi, CarbonNanotubes yang bermuatan positif menghilangkan elektron dari pita valensi TiO2 meninggalkan sebuah lubang.Kini TiO2 yang bermuatan positif dapat bereaksi dengan air yang terserap membentuk gugus radikal hidroksil[14]. Berdasarkan data yang diperoleh dari semua pengujian menunjukkan bahwa Carbon Nanotubes dapatmeningkatkan efektivitas fotodegradasi TiO2 terhadap zat warna Azo Orange 3R. Hal tersebut disebabkanCarbon Nanotubes dapat memperluas bidang paparan TiO2 oleh cahaya UV. Di samping itu, Carbon Nanotubesjuga berperan mencegah rekombinasi elektron, dan menghilangkan elektron dari pita valensi TiO2 pada saatterjadi proses fotodegradasi.

4. KESIMPULAN DAN SARAN

Berdasarkan hasil-hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:1. Nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes telah berhasil disintesis menggunakan metode sol-gel.2. Spektra XRD nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes menunjukkan adanya pengaruh Carbon Nanotubes yang

memperkecil ukuran kristalit TiO2.3. Nanokomposit TiO2-Carbon Nanotubes mampu mendegradasi zat warna Azo Orange 3R selama 18 jam

sampai dengan prosentase 93,07% yang jauh lebih baik dari jika hanya menggunakan TiO2, yaitu 44,59%.Berdasarkan hasil-hasil yang telah diperoleh pada penelitian ini, dapat direkomendasikan beberapa saran

yang bermanfaat untuk penelitian lebih lanjut mengenai sintesis dan aplikasi nanokomposit TiO2-CarbonNanotubes:


72

1. Proses fotodegradasi zat warna Azo Orange 3R menggunakan cahaya UV yang berasal dari matahari2. Penggunaan sampel zat warna selain Azo Orange 3R atau diterapkan pada jenis limbah yang lain.

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Banat, I.M., P. Nigam, D. Singh, dan R. Marchant. Microbial Decolorization of Textile-Dye ContainingAffluents: a Review. Bioresource Technology, 58:217-227 (1996).

[2]. Bapedal, Himpunan Peraturan tentang Pengelolaan Bahan Berbahaya dan Beracun. Badan PengendalianDampak Lingkungan (1996).

[3]. Chensha, LI., Yaping, Tang., Bonan, Kang., Binson, Wang., Feng Zhou., Qiang, Ma., Ji, Xiao.,Dazhi,Wang., Ji, Liang., Photocatalytic degradating methyl orange in water phase by UV-irradiatedCdS carried by Carbon Nanotubes, Springer. Sci China Ser E-Tech Sci.vol. 50 | no. 3 | 279-289 (2007).

[4]. Chung, K.T. dan S.E. Stevens., Degradation of Azo Dyes by Environmental Microorganisms andHelmints. Environ. Toxicol. Chem., 12:2121-2132 (1993).

[5]. Cripps, C., J.A. Bumpus, dan S.D. Aust., Biodegradation of Azo and Heterocyclic Dyes byPhanerochaete chrysosporium. Applied and Environmental Microbiology, 56(4): 1114-1118 (1990).

[6]. Lee, Sung-Hwan, Photocatalytic Nanocomposite Based on TiO2 And Carbon Nanotubes, Disertasi,University of Florida, Florida (2004).

[7]. Leisinger, T. dan Brunner, W., Poorly Degradable Subtances, dalam Biotechnology, a ComprehensiveTreatise in Eight Volumes, Vol 8: Microbial Degradations, editors: Rehm, H.J. dan Reed, G., VCHVerlagsgesellschaft MBH, Weinheim, FRG, hal 497-498 (1986).

[8]. Manurung, Renita., Hasibuan, Rosdanelli., Irvan., Perombakan Zat Warna Azo Reaktif Secara AnaerobAerob, e-USU Repository Universitas Sumatera Utara (2004).

[9]. Meyyappan, M., Carbon Nanotubes Science and Applications, NASA Ames Research Center MoffetField, CA CRC PRESS, Boca Raton London New York Washington, D.C (2005).

[10]. Pasti-Grigsby, M.B., A. Paszczynski, S. Goszczynski, D.L. Crawford, dan R.L. Crawford., Influence ofAromatic Substitution Patterns on Azo Dye Degradability by Streptomyces spp. And Phanerochaetechrysosporium. Applied and Environmental Microbiology, 58(1):3605-3613 (1992).

[11]. Subiyanto, Haruno, dkk., Pelapisan Nanomaterial TiO2 Fase Anatase pada Nilon Menggunakan BahanPerekat Aica Aibon dan Aplikasinya Sebagai Fotokatalis, Jurnal nanosains dan Nanoteknologi Edisikhusus, ISSN 1979-088V (2009).

[12]. Sun, Jing dan Gao, Lian., Attachment of inorganic nanoparticles onto Carbon Nanotubes, SpringerScience. J Electroceram., 17:9194 (2006).

[13]. Weber dan Adams., Chemical and Sediment Mediated Reduction of the Azo Dye Disperse Blue 79,Environ. Sci. Technol., 29 : 1163-1170 (1995).

[14]. Woan, Karran, Pyrgiotakis, Georgios, Sigmund, Wolfgang, Photocatalytic Carbon-Nanotube-TiO2Composites, Advanced Materials, 21, 223

makalah04 volume 29 no 2 2011.doc (1)

Documents