untuk congo red skripsi, di abstrak - repositoryrepository.unair.ac.id/25752/1/agusty, inge.pdf ·...

vii

Agusty, Inge Prima, 2012, Penggunaan Zeolit Terimpregnasi TiO2 untuk Mendegradasi Zat Warna Congo Red, SKRIPSI, di bawah bimbingan Drs. Yusuf Syah, M. S, dan Alfa Akustia Widati, S. Si, M. Si, Departemen Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian tentang degradasi fotokatalitik congo red menggunakan zeolit terimpregnasi TiO2 (TiO2/zeolit). TiO2/zeolit dibuat melalui pencampuran antara zeolit alam dan TiO2 menggunakan media etanol absolut. Karakterisasi hasil impregnasi dilakukan dengan difraksi sinar-X dan spektrofotometri infra red untuk mengetahui distribusi TiO2 pada permukaan zeolit. TiO2/zeolit digunakan untuk mendegradasi zat warna congo red secara fotokatalitik pada kondisi optimum yaitu pH 4 dan waktu degradasi 120 menit. Degradasi congo red menggunakan katalis TiO2/zeolit (81,66%) menunjukkan hasil yang lebih baik dibanding degradasi congo red menggunakan zeolit (80,69%), TiO2 (78,87%) dan tanpa menggunakan katalis (57,63%).

Kata kunci: degradasi, fotokatalitik, impregnasi, TiO2/zeolit, congo red.

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

Skripsi Penggunaan Zeolit Terimpregnasi TiO2 untuk Mendegradasi Zat Warna Congo Red Inge Prima Agusty

viii

Agusty, Inge Prima, 2012, The Use of Zeolite Impregnated TiO2 for Degradation Congo Red Dyes, SKRIPSI, under Guidance Drs. Yusuf Syah, M. S, and Alfa Akustia Widati, S. Si, M. Si, Departement of Chemistry, Sains and Technology Faculty, Universitas Airlangga, Surabaya

ABSTRACT Research on photocatalytic degradation of congo red using the zeolite

impregnated TiO2 (TiO2/zeolite) has been developed. TiO2/zeolite made by mixing the natural zeolite and TiO2 using absolute ethanol media. Characterization of the impregnation was done using X-ray diffraction and infra red spectrophotometry to determine the distribution of TiO2 on the surface of zeolite. TiO2/zeolite used for degradation congo red dyes in photocatalytic on the optimum conditions were pH 4 and degradation time 120 minutes. Degradation of congo red using TiO2/zeolite catalyst (81,66%) showed better result than the degradation of congo red using zeolite (80,69%), TiO2 (78,87%) and without using a catalyst (57,63%). Keywords : degradation, photocatalytic, impregnation, TiO2/zeolite, congo red.



ix

DAFTAR ISI

Halaman LEMBAR JUDUL ........................................................................................ i LEMBAR PERNYATAAN ........................................................................ ii LEMBAR PENGESAHAN NASKAH SKRIPSI ..................................... iii LEMBAR PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI ................................. iv KATA PENGANTAR ................................................................................. v ABSTRAK ................................................................................................... vii ABSTRACT .................................................................................................. viii DAFTAR ISI ................................................................................................ ix DAFTAR TABEL ....................................................................................... xi DAFTAR GAMBAR ................................................................................... xii DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................... xiii BAB I PENDAHULUAN ............................................................................ 1

1.1 Latar Belakang Masalah ................................................................. 1 1.2 Rumusan Masalah ........................................................................... 4 1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................ 4 1.4 Manfaat Penelitian .......................................................................... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................. 6

2.1 Difraksi Sinar-X .............................................................................. 6 2.2 Fotodegradasi .................................................................................. 7 2.3 Fotokatalisis .................................................................................... 8 2.4 Semikonduktor ................................................................................ 9 2.5 Spektrofotometri UV-Vis ............................................................... 12 2.6 Spektroskopi Infra Merah ............................................................... 14 2.7 Tahapan Reaksi Fotokatalisis TiO2 .......................................................................... 15 2.8 TiO2 .................................................................................................................................................. 15 2.9 Zat Warna ....................................................................................... 18

2.9.1 Senyawa azo ......................................................................... 19 2.9.2 Zat warna congo red ............................................................. 20

2.10 Zeolit ............................................................................................... 21 2.10.1 Komposisi zeolit ................................................................. 22 2.10.2 Struktur zeolit ..................................................................... 24 2.10.3 Sifat-sifat zeolit ................................................................... 25

BAB III METODE PENELITIAN ............................................................ 28

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ......................................................... 28 3.2 Alat dan Bahan Penelitian ............................................................... 28

3.2.1 Alat penelitian ....................................................................... 28 3.2.2 Bahan penelitian ................................................................... 29

3.3 Diagram Alir Penelitian .................................................................. 30 3.4 Prosedur Kerja ................................................................................ 31

3.4.1 Pembuatan larutan HCl 0,05 M ............................................ 31



x

3.4.2 Pembuatan larutan NaOH 0,1 M ........................................... 31 3.4.3 Pembuatan larutan H2O2 15% ............................................... 31 3.4.4 Pembuatan larutan induk congo red 1000 ppm .................... 31 3.4.5 Pembuatan larutan standar congo red ................................... 31 3.4.6 Pembuatan larutan sampel congo red ................................... 32 3.4.7 Penentuan panjang gelombang maksimum congo red ......... 32 3.4.8 Pembuatan kurva standar congo red ..................................... 32 3.4.9 Pembuatan katalis untuk degradasi congo red ...................... 33 3.4.9.1 Preparasi zeolit ........................................................ 33 3.4.9.2 Impregnasi TiO2 ke dalam zeolit ............................ 33 3.4.10 Penentuan waktu degradasi optimum .................................. 34 3.4.11 Penentuan pH optimum ....................................................... 34 3.4.12 Degradasi larutan sampel congo red ..................................... 35 3.4.13 Degradasi larutan sampel congo red dengan TiO2/zeolit pada kondisi optimum ........................................................... 36 3.4.14 Penentuan pengaruh TiO2 terhadap degradasi congo red .... 36 3.4.15 Penentuan pengaruh zeolit terhadap degradasi congo red ... 37

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................... 38 4.1 Penentuan Panjang Gelombang Maksimum Congo Red ............... 38 4.2 Pembuatan Kurva Standar Congo Red ........................................... 39 4.3 Pembuatan Katalis untuk Degradasi Congo Red ........................... 41

4.3.1 Preparasi zeolit .................................................................... 41 4.3.2 Impregnasi TiO2 ke dalam zeolit ........................................ 43

4.4 Penentuan Waktu Degradasi Optimum .......................................... 46 4.5 Penentuan pH Optimum ................................................................. 48 4.6 Degradasi Larutan Sampel Congo Red .......................................... 50 4.7 Degradasi Larutan Sampel Congo Red dengan TiO2/zeolit pada

Kondisi Optimum ........................................................................... 50

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................................... 53 5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 53 5.2 Saran ............................................................................................... 53

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 54 LAMPIRAN



xi

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Tabel Halaman 2.1 Perbandingan sifat rutile dan anatase ................................................ 18 2.2 Nama mineral zeolit dan rumus kimianya ......................................... 23 2.3 Komposisi unsur zeolit alam Turen Malang ..................................... 24 4.1 Data pengukuran larutan standar congo red ....................................... 40 4.2 Data penentuan waktu optimum degradasi congo red ....................... 47 4.3 Data pengukuran pH optimum degradasi congo red........................... 48 4.4 Data pengukuran degradasi congo red dengan TiO2/zeolit, TiO2, zeolit dan tanpa katalis pada waktu dan kondisi pH optimum ........... 51



xiii

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul

1 Kurva Panjang Gelombang Maksimum Congo Red 2 Data Hasil Pengamatan pada Penentuan Kurva Standar Congo Red 3 Data dan Kurva Optimasi Waktu Degradasi Congo Red 4 Data dan Kurva Optimasi pH Degradasi Congo Red 5 Data Perhitungan Optimasi Waktu dan Optimasi pH pada Degradasi

Larutan Congo Red 6 Data dan Kurva Perbandingan Degradasi Congo Red pada Kondisi

Optimum dengan Perlakuan Katalis yang Berbeda 7 Spektra Infra Red Zeolit Setelah Kalsinasi dan TiO2/zeolit serta

Difraktogram Zeolit Sebelum Kalsinasi, Zeolit Setelah Kalsinasi, TiO2 dan TiO2/zeolit



1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Di Indonesia, industri tekstil termasuk penyumbang devisa terbesar selain

pariwisata dan minyak bumi. Namun, kemajuan dalam bidang industri tidak

diiringi dengan kesadaran dalam pengelolaan lingkungan. Industri tekstil

merupakan salah satu kontributor terbesar dalam pencemaran lingkungan terutama

pencemaran oleh limbah zat warna tekstil. Limbah zat warna yang dihasilkan dari

industri tekstil umumnya adalah senyawa organik yang sulit didegradasi secara

alami. Saat ini, berbagai teknik dan metode penanggulangan limbah zat warna

tekstil telah dikembangkan di antaranya adalah metode koagulasi, oksidasi,

elektrokimia, biodegradasi, klorinasi, ozonisasi, adsorpsi, pengendapan dan

penyerapan dengan karbon aktif, serta metode fotodegradasi.

Metode koagulasi, oksidasi, dan elektrokimia dirasa kurang memadai

untuk mengatasi masalah pencemaran zat warna. Hal ini dikarenakan metode-

metode tersebut akan menghasilkan polutan yang lebih terkonsentrasi. Metode

biodegradasi, klorinasi, dan ozonisasi memberikan hasil yang cukup memuaskan,

tetapi membutuhkan biaya operasional yang cukup mahal sehingga kurang efektif

diterapkan di Indonesia (Fatimah, et al., 2006). Metode adsorpsi kurang efektif

karena limbah zat warna yang diadsorpsi masih terakumulasi di dalam adsorben.

Metode pengendapan dan penyerapan dengan karbon aktif juga kurang efektif

karena karbon aktif hanya dapat menyerap polutan senyawa dengan berat molekul



2

yang kecil dan bersifat non polar. Dari beberapa metode di atas, metode

fotodegradasi adalah metode yang paling efektif karena relatif murah dan mudah

diterapkan (Lachheb, et al., 2002; Ekimov, et al., 1985; Rao, et al., 2000).

Metode fotodegradasi (fotokatalisis-degradasi) memerlukan bahan katalis

semikonduktor dan radiasi sinar ultraviolet (UV). Panjang gelombang sinar UV

disesuaikan dengan energi celah yang dimiliki bahan semikonduktor tersebut.

Katalis yang umum digunakan untuk proses fotokatalisis adalah TiO2, Fe2O3,

SnO2, ZnO, ZnS, CuS, CeO2 ZrO2 dan WO3 (Hermann, 1999). TiO2 merupakan

bahan semikonduktor yang ketersediaannya banyak di pasaran serta tergolong

yang paling unggul (Fatimah, et al., 2006). TiO2 lebih sering digunakan dalam

fotokatalisis khususnya pengolahan limbah karena mempunyai celah pita yang

besar (3,2 eV), stabil terhadap cahaya, tidak beracun, dan kemampuan

mengoksidasi tinggi (Linsebigler, 1995).

TiO2 merupakan katalis yang sering digunakan baik dalam industri

maupun dalam penelitian-penelitian yang sedang berkembang saat ini. Hal ini

disebabkan karena TiO2 mempunyai beberapa keunggulan yaitu harganya

ekonomis, non toksik dan yang paling penting adalah kestabilan dan keaktifannya

ketika dikenai cahaya. Jadi dapat disimpulkan bahwa TiO2 adalah fotokatalis yang

ramah lingkungan. Akan tetapi, terdapat kendala yaitu TiO2 yang tersedia secara

komersil memiliki aktivitas fotokatalis yang masih rendah dan tidak selektif

dalam menguraikan zat warna.

Banyak penelitian yang telah dilakukan untuk memaksimalkan kerja TiO2

dengan cara mendistribusikannya ke dalam media pendukung. Salah satunya



3

adalah dengan mengimpregnasikannya pada karbon aktif. Dari hasil penelitian,

TiO2/karbon aktif dapat mendegradasi zat warna indigo carmine (4 x 10-4 M)

hingga 91,06 % (Subramani, et al., 2007). Cara lain yaitu dengan

mengimpregnasikannya pada bentonit. Dari hasil penelitian, bentonit yang

didukung katalis anatase lebih aktif daripada TiO2 komersil. Dalam waktu 1 jam

dengan konsentrasi zat warna metilen biru 40 mg/L, bentonit yang didukung

katalis anatase dapat mendegradasi zat warna metilen biru hingga konsentrasi

yang tersisa 1 mg/L sedangkan TiO2 komersil 25 mg/L (Rossetto, et al., 2010).

Penelitian lain menyebutkan bahwa untuk memaksimalkan kerja TiO2 adalah

dengan mengimpregnasikannya ke dalam zeolit. Hasil penelitian menunjukkan

bahwa TiO2/zeolit dapat mendegradasi zat warna alizarin s (10-4 M) hingga 99%

dalam waktu 60 menit (Wijaya, et al., 2006).

Zeolit mempunyai struktur berongga. Rongga berisi air dan kation yang

dapat dipertukarkan. Sejauh ini, banyak penelitian yang telah memanfaatkan zeolit

sebagai adsorben gas dan cairan (Sunara, 1987), adsorben logam berat (Harjanto,

1993), dan sebagai media pendukung (Sumartono dan Andayani, 2007; Slamet, et

al., 2008; Wijaya, et al., 2006).

Dalam penelitian ini akan digunakan metode fotodegradasi untuk

mendegradasi zat warna congo red. Zat warna congo red dipilih karena dipandang

cukup mewakili zat warna industri tekstil. Zat warna ini sebenarnya dapat

mengalami fotodegradasi secara alami oleh adanya sinar matahari. Namun,

reaksinya berjalan sangat lambat karena intensitas sinar UV yang sampai ke

permukaan bumi relatif rendah. Hal ini mengakibatkan akumulasi zat warna



4

congo red ke dasar perairan dan tanah lebih cepat daripada proses

fotodegradasinya (Wijaya, et al., 2006)

Dari berbagai penjelasan di atas maka pada penelitian ini akan diteliti

kemampuan TiO2/zeolit untuk mendegradasi zat warna congo red. Selain itu,

penelitian ini juga bertujuan untuk mengetahui potensi TiO2/zeolit jika

dibandingkan dengan TiO2 dan zeolit saja dalam mendegradasi zat warna congo

red. Penelitian ini menggunakan metode adsorpsi dan fotodegradasi dengan

variasi waktu penyinaran oleh UV dan pH pada proses degradasi.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang permasalahan maka dapat diambil suatu

rumusan masalah sebagai berikut

1. Berapa waktu dan pH optimum proses degradasi congo red menggunakan

TiO2/zeolit?

2. Apakah TiO2/zeolit memiliki keaktifan lebih tinggi dibandingkan TiO2 dan

zeolit saja dalam mendegradasi zat warna congo red?

1.3 Tujuan Penelitian

1. Menentukan waktu dan pH optimum pada proses degradasi congo red

menggunakan TiO2/zeolit.

2. Mengetahui keaktifan TiO2/zeolit dibandingkan dengan TiO2 dan zeolit saja

dalam mendegradasi zat warna congo red.



5

1.4 Manfaat Penelitian

Pada penelitian ini, diharapkan dapat memberi informasi ilmiah tentang

metode alternatif dalam pengolahan limbah industri tekstil menjadi zat yang

ramah lingkungan. Selain itu, diharapkan hasil penelitian dapat mendukung

pengembangan metode adsorpsi dan fotodegradasi, serta mengaplikasikan metode

tersebut untuk mendegradasi limbah zat warna tekstil khususnya zat warna congo

red.



6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Difraksi Sinar-X

Sinar-X adalah bentuk dari radiasi gelombang elektromagnetik. Panjang

gelombang sinar-X yaitu 10-10 sampai 10-8 m (1-100 Å), dan yang digunakan

untuk difraksi sinar-X hanya 0,3-0,25 Å. Apabila sinar-X diarahkan pada material

yang kristalin, maka atom yang berada di dalam kristal akan menyerap energi,

kemudian atom akan menghamburkan sinar-X ke segala arah. Berkas sinar-X

yang dihamburkan oleh atom akan saling menguatkan jika sefasa dan saling

meniadakan apabila tidak sefasa.

Metode difraksi sinar-X biasnya digunakan untuk pemeriksaan bahan

kristalin. Pola sinar-X dari bahan-bahan kristalin dapat disebut sebagai sidik jari

(finger print). Dengan menggunakan metode difraksi ini, parameter yang diukur

lebar lebar dari kisi-kisi mineral yang diketahui daripada menentukan struktur dari

mineral tersebut. Hukum yang digunakan pada difraksi sinar-X adalah Hukum

Bragg :

2 d sin = n

dengan n adalah bilangan bulat (1,2,3,...dst) yang disebut orde hamburan/ refleksi.

Persamaan tersebut dikenal sebagai persamaan Bragg.

Hukum Bragg dapat diamati melalui dua metode. Pertama, menggunakan

sinar-X dengan panjang gelombang tertentu dan mengukur λ, sehingga dapat

ditentukan lebar (d) dari beberapa bidang kristal. Metode ini disebut dengan analis



7

struktur. Kedua, menggunakan kristal dengan lebar (d) bidang kristal diketahui,

kemudian mengukur θ sehingga dapat ditentukan panjang gelombang dari radiasi

yang digunakan. Metode ini disebut dengan X-ray spectroscopy.

Pada gambar 2.1 ditunjukkan suatu berkas sinar monokromatis dari sinar-

X yang bertumbukan dengan permukaan suatu kristal.

Gambar 2.1 Kondisi Bragg untuk difraksi sinar X

2.2 Fotodegradasi

Fotodegradasi (fotokatalisis-degradasi) adalah suatu proses peruraian suatu

senyawa dengan bantuan energi foton atau cahaya. Senyawa yang diurai biasanya

adalah senyawa organik. Proses fotodegradasi membutuhkan suatu fotokatalis

yang umumnya merupakan bahan semikonduktor. Prinsip fotodegradasi yaitu

adanya loncatan elektron dari pita valensi ke pita konduksi pada bahan

semikonduktor ketika dikenai suatu energi foton. Loncatan elektron tersebut

menyebabkan terbentuknya hole (lubang elektron) yang dapat berinteraksi dengan

pelarut air membentuk radikal •OH. Radikal •OH bersifat aktif dan dapat

menguraikan senyawa organik yang diinginkan (Fatimah dan Wijaya, 2005).

Proses fotodegradasi secara alamiah dengan cahaya matahari biasanya



8

berlangsung lambat. Oleh karena itu telah dikembangkan berbagai macam

fotokatalis untuk mempercepat proses fotodegradasi.

2.3 Fotokatalisis

Fotokatalisis berasal dari kata fotokimia dan katalis yang dapat diartikan

sebagai suatu reaksi kimia yang memerlukan cahaya dan katalis. Efek fotokatalisis

terjadi pada permukaan semikonduktor, dalam hal ini bahan semikonduktor disebut

fotokatalis. Bahan semikonduktor yang umum digunakan adalah TiO2. Beberapa

aplikasi fotokatalisis adalah dapat menguraikan (dekomposisi) zat-zat organik

beracun dan juga dapat membunuh (inaktivasi) mikroorganisme di dalam media cair

maupun udara (Maddu, et al., 2003). Reaksi fotokatalis melibatkan pasangan

electron-hole (e- dan h+). Jika suatu semikonduktor tipe n dikenai cahaya (hv)

dengan energi yang sesuai, maka elektron (e-) pada pita valensi akan pindah ke

pita konduksi, dan meninggalkan lubang positif (hole) pada pita valensi.

Katalis adalah zat yang mempengaruhi suatu proses kimia tanpa ikut

berubah secara kimia. Katalis dapat mempercepat suatu reaksi. Perubahan kimia

yang disebabkan oleh cahaya terjadi pada permukaan suatu katalis. Suatu reaksi

tanpa katalis akan berjalan lambat kecuali dengan suhu yang sangat tinggi. Hal ini

menyebabkan timbulnya kesulitan lain yaitu kesulitan mengatur suhu yang lebih

tinggi dan terjadi reaksi lain yang tidak diinginkan (Suspeno, 2009)



9

2.4 Semikonduktor

Menurut Kittel dan Charles (1979), zat padat dikelompokkan menjadi tiga

macam berdasarkan daya hantar listriknya (σ) :

1. Konduktor, suatu bahan yang mudah menghantarkan arus listrik dengan nilai

σ = 104-106 ohm-1cm-1.

2. Isolator, suatu bahan yang mempunyai daya hantar arus listrik lemah atau

tidak mempunyai daya hantar arus listrik sama sekali dengan nilai σ = 10-15-

10-3 ohm-1cm-1.

3. Semikonduktor, suatu bahan yang daya hantar arus listriknya berada di antara

konduktor dan isolator dengan nilai σ = 105-103 ohm-1cm-1.

Semikonduktor dapat bersifat sebagai isolator pada temperatur rendah,

sedangkan pada temperatur kamar atau lebih tinggi dapat bersifat sebagai

konduktor. Bahan semikonduktor yang biasa digunakan adalah silikon,

germanium, dan gallium arsenit.

Semikonduktor memiliki pita valensi yang terisi penuh dan pita konduksi

yang kosong. Celah yang terdapat di antara pita valensi dan pita konduksi disebut

energi gap. Energi gap pada semikonduktor bernilai (0,5 - 3,0) eV, nilai ini lebih

kecil dibandingkan dengan isolator yang memiliki nilai energi gap 6,0 eV,

sehingga memungkinkan elektron berpindah dari pita valensi ke pita konduksi.

Perpindahan elektron ini disebabkan adanya energi luar yang memenuhi (biasanya

energi panas). Konduktor tidak mempunyai celah energi gap, sedangkan pada

isolator tidak terjadi perpindahan elektron karena celah energi gap besar.



10

Gambar 2.2 Pita valensi dan pita konduksi semikonduktor

Gambar 2.3 Pita energi pada zat padat

Semikonduktor ada dua macam yaitu semikonduktor intrinsik dan

ekstrinsik. Semikonduktor intrinsik adalah semikonduktor murni atau

semikonduktor yang tidak ditambah dengan doping, sedangkan semikonduktor

ekstrinsik adalah semikonduktor yang ditambahkan pengotor doping dalam suatu

bahan semikonduktor. Semikonduktor ekstrinsik ada 2 yaitu tipe –n dan tipe –p.



11

Penentuan tipe semikonduktor didasarkan pada doping yang diberikan

kepada suatu semikonduktor. Misal pada bahan silikon diberi doping phosphorus

atau arsenic yang pentavalen yaitu bahan kristal dengan inti atom yang memiliki 5

elektron valensi, karena ion silikon memiliki 4 elektron maka doping ini

menyebabkan silikon memiliki kelebihan elektron, sehingga membentuk

semikonduktor tipe-n. Semikonduktor tipe-n disebut juga donor yang siap

melepaskan elektron.

Gambar 2.4 Semikonduktor tipe-n

Apabila silikon diberi doping boron, gallium atau indium, akan didapat

semikonduktor tipe-p. Hal ini disebabkan karena doping tersebut adalah bahan

trivalen yaitu unsur dengan ion yang memiliki 3 elektron pada pita valensi,

sehingga ada ikatan kovalen yang berlubang (hole). Lubang ini sebagai akseptor

yang siap menerima elektron.

Gambar 2.5 Semikonduktor tipe –p



12

2.5 Spektrofotometri UV-Vis

Spektrofotometer adalah suatu alat yang digunakan untuk mengukur

transmisi atau absorbansi suatu sampel sebagai fungsi panjang gelombang (λ).

Spektrofotometri UV-Vis yaitu suatu metode analisis spektroskopi yang

menggunakan sumber radiasi elektromagnetik ultra violet dekat dan sinar tampak

(visible) menggunakan alat spektrofotometer. Panjang gelombang ultra violet

berada antara 190-380 nm dan panjang gelombang sinar tampak antara 380-780

nm (Mulya dan Suharman, 1995). Semua molekul dapat menyerap radiasi dalam

daerah UV-Vis karena molekul mempunyai elektron yang dapat dieksitasikan ke

tingkat energi yang lebih tinggi.

Spektrofotometri UV-Vis melibatkan energi elektronik yang cukup besar

pada molekul yang dianalisis sehingga lebih banyak dipakai untuk analisis

kuantitatif dibandingkan dengan kualitatif (Mulya dan Suharman, 1995).

Spektrum UV-Vis biasanya diambil dari larutan encer, jika radiasi atau cahaya

putih dilewatkan melalui larutan berwarna maka radiasi dengan panjang

gelombang tertentu akan diserap (absorpsi) sedangkan radiasi lainnya akan

diteruskan (transmisi). Panjang gelombang dimana absorbansi itu terjadi

bergantung pada kekuatan elektron yang terikat dalam molekul tersebut.

Suatu molekul sederhana jika dikenakan radiasi elektromagnetik akan

mengabsorpsi radiasi elektromagnetik dengan energi yang sesuai. Hal ini akan

meningkatkan energi potensial elektron pada tingkat keadaan eksitasi. Jika pada

molekul sederhana hanya terjadi transisi elektronik pada satu macam gugus, maka



13

akan terjadi satu absorpsi yang merupakan garis spektrum (Mulya dan Suharman,

1995).

Ada beberapa transisi serapan elektronik pada pengukuran dengan

spektrofotometer UV-Vis diantaranya adalah pergeseran batokromik dan

pergeseran hipokromik. Pergeseran batokromik adalah pergeseran ke arah panjang

gelombang yang lebih tinggi sedangkan pergeseran hipokromik adalah pergeseran

serapan ke arah panjang gelombang yang lebih pendek Baik pergeseran

batokromik atau hipokromik dapat disebabkan oleh substitusi atau pengaruh

pelarut.

Pengukuran spektroskopi melibatkan penggunaan kombinasi sumber,

perangkat dispersif dan detektor untuk menganalisis spektrum absorpsi atau emisi

dari suatu sampel. Pengukuran ini berdasarkan pada panjang gelombang atau

frekuensi radiasi diukur.

Jika suatu reaksi elektromagnetik dikenakan pada larutan dengan intensitas

radiasi semula (Io) sebagian radiasi tersebut akan diteruskan (It), dipantulkan (Ir),

dan diabsorpsi (Ia) yang dirumuskan sebagai berikut :

Io = Ia + It + Ir (2.1)

Dengan ketentuan : Io = Intensitas cahaya masuk

Ir = Intensitas cahaya yang dipantulkan

It = intensitas cahaya yang diteruskan

Ia = intensitas cahaya yang diserap

Pada Spektrofotometer UV-Vis menggunakan hukum Lambert Beer,

dengan menggunakan persamaan.



14

It = Io.10 –ε b c (2.2)

(2.3)

Atau

A = ε b c (2.4)

Dengan A = absorbansi

ε = koefisien ekstinsi molar ( L mol-1 cm-1 )

c = konsentrasi senyawa yang mengabsorbsi ( mol/L )

b = tebal medium yang dilalui REM

Pada umumnya konfigurasi dasar Spektrofotometer UV-Vis berupa

susunan peralatan optik dengan urutan:

Sumber Radiasi → monokromator → Sampel → Detektor → Amplifier

atau Penguat → Visual display/ meter (Mulya dan Suharman, 1995).

2.6 Spektroskopi Infra Merah

Spektrofotometer infra merah (IR) adalah suatu alat untuk menganalisis

serta mengidentifikasi senyawa organik maupun anorganik berdasarkan

absorbsinya terhadap radiasi inframerah. Inframerah digunakan untuk menentukan

gugus fungsi yang terdapat dalam suatu molekul. Sampel yang digunakan untuk

alat ini dapat berupa cairan, padatan, atau gas. Identifikasi gugus-gugus fungsi

dari suatu senyawa didasarkan pada daerah bilangan gelombang 4000-1600 cm-1

yang disebut dengan daerah gugus fungsi. Sedangkan pada daerah bilangan

gelombang 1600-670 cm-1 dapat disebut dengan daerah sidik jari (finger print).



15

Setiap molekul yang dianalisis menyerap radiasi yang berbeda, hal ini

tergantung dari gugus fungsi yang terdapat di dalamnya. Apabila mengandung

gugus C=O maka akan menghasilkan puncak pada bilangan gelombang 1600-

1750 cm-1, gugus OH menghasilkan spektra dengan puncak yang melebar pada

bilangan gelombang 3000-3700 cm-1, C-H aromatis menghasilkan puncak pada

bilangan gelombang 3000-3100 cm-1.

2.7 Tahapan Reaksi Fotokatalisis TiO2

Fotokatalis berupa oksida logam seperti TiO2 dapat menyerap radiasi

antara fotokatalis dengan air. Peran fotokatalis ini adalah menyediakan lubang

pada pita valensi (hvb+) dan radikal hidroksil yang berfungsi meningkatkan

efektivitas. Radikal hidroksil adalah oksidator kuat (Hoffmann et al., 1995).

Tahap reaksi kimia yang terjadi pada fotokatalisis :

TiO2 hv TiO2 (hvb++ ecb

-)

hvb+ + H2O •OH + H+

hvb+ + OH- •OH

ecb- + O2 •O2

-

ecb- + 2 H2O 2 •OH + 2 OH- + O2

2.8 TiO2

Titanium dioksida (TiO2) atau disebut juga titania adalah bentuk oksida

yang paling umum untuk logam titanium. Titanium dioksida memiliki bentuk

kristal berwarna putih, mempunyai berat molekul 79,886 g/mol, massa jenis 4,23



16

g/cc, titik leleh 18430C tanpa adanya oksigen dan 18920C dengan adanya oksigen,

serta mempunyai titik didih 29720C. Kristal TiO2 bersifat asam yang tidak larut

dalam air, asam klorida, asam sulfat encer, dan alkohol. Namun kristal ini larut

dalam asam sulfat pekat dan asam flourida. Titanium dioksida cukup melimpah

dalam kulit bumi yaitu sekitar 0,6% dengan mineral utama FeTiO3 (ilmenite) dan

CaTiO3 (perovskite).

Titanium dioksida berwarna putih dan mempunyai sifat tidak beracun dan

tahan karat menyebabkan TiO2 banyak dimanfaatkan sebagai pigmen (warna)

putih pada makanan maupun kosmetik. Konfigurasi elektron atom titanium (22Ti)

adalah 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2, dan atom oksigen (8O) adalah 1s2 2s2 2p4.

Dengan demikian orbital molekul TiO2 terbentuk antara ikatan kulit 3d pada Ti

dan kulit 2p pada O, tingkat energi pada kulit 3d menjadi daerah konduktif

molekul sedangkan kulit 2p menjadi daerah valensi molekul.

Titanium dioksida mempunyai pita valensi yang terisi penuh dan pita

konduksi yang kosong dengan celah pita pada sekitar 3,2 eV. Energi foton dari

cahaya memiliki panjang gelombang 400 nm, di luar daerah visibel mendekati

ultraviolet. Bagian ultraviolet dari cahaya matahari dapat mengeksitasi elektron

dari pita valensi TiO2 ke dalam pita konduksi sehingga meninggalkan lubang

positif pada pita valensi. Dengan cara ini, TiO2 dengan adanya sinar matahari

dapat menyediakan elektron yang berenergi tinggi dari pita konduksi. Energi

pasangan elektron donor 3,2 eV (309 kJ/mol) lebih dari cukup untuk menguraikan

air menjadi hidrogen dan oksigen (Suspeno, 2009).



17

Gambar 2.6 Kristal TiO2

Titanium dioksida memiliki bentuk kristal dan amorf. Dalam bentuk amorf

susunan atom pada TiO2 tidak teratur sehingga bentuk ini juga memiliki pita

valensi dan pita konduksi yang tidak teratur. Dalam bentuk kristal TiO2 memiliki

tiga fase, yaitu anatase, rutile dan brookite.

Anatase adalah kristal yang paling reaktif terhadap cahaya dan mempunyai

nilai Eg 3.2 eV. Hal ini menyebabkan eksitasi elektron dari pita valensi menuju

pita konduksi mudah terjadi. Anatase dapat diperoleh melalui pemanasan TiO2

amorf pada temperatur 4000C sampai 6000C. Anatase dapat bertranformasi

menjadi rutile apabila dipanaskan hingga 7000C. Brookite merupakan jenis kristal

yang sulit diamati karena sifatnya yang tidak mudah dimurnikan.

Rutile adalah bentuk kristal yang banyak dihasilkan di alam dan

diproduksi secara komersil di pasaran. Rutile dan anatase mempunyai struktur

sama yaitu struktur tetragonal, sedangkan brookite mempunyai struktur

ortorombik yang jarang dijumpai.



18

A B C

Gambar 2.7 Struktur kristal rutile (A), anatase (B), dan brookite (C)

Tabel 2.1 Perbandingan sifat rutile dan anatase (Fujishima et al., 1999)

Titanium dioksida banyak digunakan sebagai fotokatalis karena stabil,

tahan korosi, aman, memiliki sifat ampifilik, dan murah. Titanium hidroksida

stabil pada pH 4,5-8. Sifat ampifilik adalah sifat yang awalnya superhidrofobik

menjadi superhidrofilik pada permukaan TiO2 setelah disinari UV. Sifat yang

dimiliki TiO2 ini dapat dimanfaatkan sebagai sistem desinfeksi, antifogging, dan

self cleaning.

2.9 Zat Warna

Suatu zat dapat dikatakan berwarna apabila zat tersebut melakukan

absorbansi selektif dari sinar yang masuk, dan meneruskan (memantulkan)

Sifat Rutile Anatase Bentuk Kristal Tetragonal Tetragonal Tetapan kisi-kisi a 4,58 Ǻ 3,78 Ǻ Tetapan kisi-kisi c 2,95 Ǻ 9,49 Ǻ Berat jenis 4,2 3,9 Indeks bias 2,71 2,52 Kekerasan 6,0-7,0 5,5-6,0 Permivitas 114 31

Titik didih 1855 ºC Berubah menjadi rutile pada suhu tinggi



19

sebagian dari sinar yang tidak diabsorbsi. Sinar yang diteruskan ini nampak pada

indera penglihatan. Panjang gelombang warna yang terlihat oleh mata manusia

atau daerah tampak berkisar antara 380-780 nanometer.

Molekul zat warna merupakan gabungan dari zat organik tak jenuh,

kromofor sebagai pembawa warna dan auksokrom sebagai pengikat antara zat

warna dengan serat. Contoh dari gugus kromofor adalah N=N, C=O dan benzena

sedangkan contoh dari gugus auksokrom adalah –OH, -OR dan -NH2. Zat organik

tak jenuh yang biasa dijumpai dalam pembentukan molekul zat warna adalah

senyawa aromatik. Golongan senyawa hidrokarbon aromatik yang digunakan

biasanya diperoleh dari reaksi suatu amino aromatik primer yang disuspensi dari

suatu larutan asam mineral dalam air, kemudian direaksikan dengan natriun nitrit.

Untuk menghasilkan suatu zat warna, senyawa hidrokarbon aromatik tersebut

harus mengandung senyawa azo.

2.9.1 Senyawa azo

Senyawa azo adalah senyawa yang paling banyak terdapat dalam limbah

tekstil, yaitu sekitar 60 % - 70 %. Senyawa azo memiliki struktur umum

R─N═N─R’. Senyawa ini memiliki gugus ─N═N─ yang dinamakan struktur azo.

Senyawa azo dapat berupa senyawa aromatik atau alifatik. Senyawa azo aromatik

bersifat stabil dan mempunyai warna menyala. Senyawa azo alifatik seperti

dimetildiazin lebih tidak stabil. Senyawa azo digunakan sebagai bahan celup,

yang biasa disebut dengan nama azo dyes (Christina, et al., 2007).

Dari segi strukturnya, senyawa azo sangat bervariasi hingga diketahui

sedikitnya terdapat 3000 jenis (Chung dan Stevens, 1993). Zat warna azo adalah



20

kelompok bahan aromatik yang sukar terdegradasi secara alami karena adanya

ikatan azo dan pada senyawa tertentu, mengandung gugus sulfat pada cincin

aromatiknya. Zat warna yang berkromofor azo ini yang paling banyak adalah zat

warna reaktif. Zat warna reaktif adalah suatu zat warna yang dapat membentuk

ikatan kovalen dengan substratnya (serat tekstil) (Heanton, 1994). Ikatan kovalen

ini sifatnya lebih kuat daripada ikatan lainnya sehingga sukar dilunturkan.

Lingkungan zat warna azo sangat luas, dari warna kuning, merah, jingga,

biru AL (Navy Blue), violet dan hitam. Jenis yang paling banyak digunakan saat

ini adalah zat warna reaktif dan zat warna dispersi. Hal ini disebabkan produksi

bahan tekstil dewasa ini adalah serat sintetik seperti serat poliamida, poliester dan

poliakrilat. Bahan tekstil sintetik ini, terutama serat poliester, kebanyakan hanya

dapat dicelup dengan zat warna dispersi (Manurung, et al., 2004).

2.9.2 Zat warna congo red

Congo red merupakan bahan kimia yang berbahaya terhadap kesehatan

tubuh manusia. Bahaya yang ditimbulkan diantaranya bila tertelan dapat

mengakibatkan rasa mual pada lambung, muntah dan diare. Selain itu, apabila

bahan ini terkena mata dan teradsorpsi pada kulit dapat menyebabkan iritasi, dapat

mengakibatkan kerusakan sistem pernapasan, menyebabkan kanker serta

menyebabkan gangguan reproduksi dan janin.

Congo red memiliki rumus molekul C32H22N6O6S2Na2 (natrium difenil-

bis-alfa-naftilamin sulfonat). Congo red berbentuk bubuk berwarna merah

kecoklatan, di dalam air akan berwarna merah kekuningan, sedangkan jika

dilarutkan dalam etanol berwarna orange. Kelarutannya dalam air sebesar 25 g/L,



21

dan pHnya sekitar 6,7 pada temperatur 20oC. Pada konsentrasi rendah, spektrum

adsorpsi UV-Vis menunjukkan intensitas puncak sekitar 498 nm dalam larutan

air. Selain dapat larut dalam air, congo red juga dapat larut dalam alkohol dan

sedikit larut dalam aseton tetapi tidak larut dalam eter. Selain digunakan sebagai

zat warna atau pencelup, congo red juga biasa digunakan sebagai indikator, zat

warna biologis dan bahkan untuk keperluan diagnostik.

Gambar 2.8 Struktur congo red

2.10 Zeolit

Zeolit adalah kristal berongga yang terbentuk dari tetrahedral alumina dan

silika. Rongga zeolit berisi ion-ion logam, biasanya golongan logam alkali, dan

molekul air yang bergerak bebas. Zeolit merupakan kelompok mineral yang

dihasilkan dari proses hidrotermal pada batuan beku basa. Mineral zeolit biasanya

mengisi celah-celah batuan tersebut. Selain itu zeolit juga merupakan endapan

dari aktivitas vulkanik yang banyak mengandung unsur silika (Harjanto, 1993).

Keberadaan atom aluminium pada zeolit secara keseluruhan dapat

menyebabkan zeolit memiliki muatan negatif. Muatan negatif ini dapat

menyebabkan zeolit mampu mengikat kation seperti besi (Fe), aluminium (Al)

atau magnesium (Mg). Di samping itu, zeolit juga mudah melepas kation dan

SO3Na

NH2

N N

SO3Na

NH2

NN



22

diganti dengan kation lain, misal zeolit melepas natrium mengikat kalsium atau

magnesium. Dengan demikian, zeolit berfungsi sebagai penukar ion dan adsorben

(Kusnaedi, 2010).

Zeolit juga sering disebut sebagai saringan molekuler karena memiliki pori

yang berukuran molekuler sehingga mampu memisahkan/menyaring molekul

dengan ukuran tertentu. Zeolit mempunyai beberapa sifat, salah satunya yaitu

mudah melepas air akibat pemanasan, tetapi juga mudah mengikat kembali

molekul air dalam udara lembab. Oleh karena sifat tersebut, zeolit banyak

digunakan sebagai bahan pengering. Sifat ini pula yang menyebabkan zeolit

dimanfaatkan untuk melunakkan air. Zeolit dengan ukuran rongga tertentu

digunakan sebagai katalis untuk mengubah alkohol menjadi hidrokarbon sehingga

alkohol dapat digunakan sebagai bensin (Kusnaedi, 2010).

2.10.1 Komposisi zeolit

Secara umum zeolit mempunyai rumus kimia Mx/n.(AlO2)x.(SiO2)y. wH2O

Dimana M = kation alkali/alkali tanah

n = valensi dari kation logam

w = jumlah molekul air per unit sel zeolit

x dan y = bilangan total tetrahedral per unit sel biasanya x /y bernilai 1

sampai 5.

Berdasarkan hasil analisa kimia total, kandungan unsur-unsur zeolit

dinyatakan sebagai oksida SiO2, Al2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O dan Fe2O3.

Namun, tergantung pada komponen bahan induk dan keadaan lingkungan di alam.

Perbandingan Si/Al dapat bervariasi, dan unsur Na, Al, Si, sebagian dapat

disubstitusikan oleh unsur lain (Sinaga, 2010)



23

Parameter kimia yang penting dari zeolit yaitu perbandingan Si/Al, yang

menunjukkan persentase Si yang mengisi di dalam tetrahedral, jumlah kation

monovalen dan divalen, serta molekul air yang terdapat di dalam celah kristal.

Perbedaan kandungan atau perbandingan Si/Al berpengaruh terhadap ketahanan

zeolit terhadap asam atau pemanasan. Ikatan ion Al-Si-O adalah pembentuk

struktur kristal sedangkan logam alkali adalah kation yang mudah tertukar. Jumlah

molekul air menunjukkan jumlah pori-pori atau volume rongga yang terbentuk

apabila unit sel kristal zeolit dipanaskan.

Hingga saat ini sudah 40 jenis (spesies) mineral zeolit yang telah

diketahui. Dari jumlah tersebut, hanya 20 jenis yang diketahui terdapat dalam

bentuk sedimen, terutama dalam bentuk piroklastik. Nama dan rumus kimia zeolit

yang terdapat dalam bentuk piroklastik yaitu:

Tabel 2.2 Nama mineral zeolit dan rumus kimianya (Krauss, et al., 1959).

No Nama Mineral Rumus Kimia Unit Sel 1 Analsim Na16(Al16Si16O96).16H2O 2 Kabasit (Na2Ca)6(Al12Si24O72).40H2O 3 Klinoptilolit (Na4K4)(Al8Si40O96).24H2O 4 Erionit (Na7Ca5K)9(Al9Si27O72).27H2O 5 Paujasit Na58(Al58Si134O384).18H2O 6 Perrierit (Na2Mg2)(Al6Si30O72).18H2O 7 Wairakit Ca(Al2Si4O12).2H2O 8 Yugawaralit Ca(Al2Si4O12).6H2O 9 Pillipsit (Na,K)10(Al10Si22O64).20H2O 10 Epistilbit (Ca,Na2)3(Al6Si18O48).16H2O 11 Gismondin (Na,Ca2,K2)4(Al8Si8O48).16H2O 12 Connardit (Na2Ca)(Al4Si6O20).5H2O 13 Harmotom (Ba,Na2)2(Al4Si12O32).12H2O 14 Natrolit Na4(Al4Si6O20).4H2O 15 Scolecit Ca2(Al4Si6O20).6H2O



24

Komposisi unsur zeolit alam Turen Malang dari hasil XRF pada penelitian

Ismuyanto (2008) dapat dilihat pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3 Komposisi unsur zeolit alam Turen Malang

No. Nama Unsur % (b/b) 1 Al 14 2 Si 48 3 Na 0 4 Ca 2.76 5 Cr 0.054 6 Mn 1.93 7 Fe 25.1 8 Ni 0 9 Sr 0 10 Zr 0 11 Ag 0 12 Yb 0 13 P 0 14 S 0.74 15 K 4.93 16 Ti 1.28 17 V 0.04 18 Cu 0.12 19 Zn 0.795

2.10.2 Struktur zeolit

Zeolit mempunyai struktur kristal tiga dimensi tetrahedral silikat (SiO4-4)

yang biasa disebut tectosilicate. Dalam struktur ini, sebagian silikon (tidak

bermuatan atau netral) kadang-kadang diganti oleh aluminium bermuatan listrik,

sehingga muatan listrik kristal zeolit tersebut bertambah. Kelebihan muatan ini

biasanya diimbangi oleh kation-kation logam K, Na, dan Ca yang menduduki

tempat tersebar dalam struktur zeolit alam. Struktur kisi kristal zeolit terbuka dan



25

mudah terlepas. Volume ruang hampa dalam struktur zeolit cukup besar kadang

mencapai 50 Å.

Gambar 2.9 Kerangka utama zeolit

Dalam struktur tiga dimensi zeolit, masing-masing atom oksigen terdapat

diantara atom silikon dan aluminium. Setiap atom terikat oleh dua struktur yang

tetrahedral. Struktur yang hanya terdiri dari silikon dan oksigen bersifat netral.

Dalam struktur zeolit terdapat pergantian silikon bervalensi empat dengan

aluminium bervalensi tiga. Sebagian silikon (tidak bermuatan listrik atau netral)

dapat diganti oleh aluminium (bermuatan listrik) sehingga muatan listrik zeolit

tersebut bertambah. Kelebihan muatan ini biasanya diimbangi oleh kation logam,

seperti K, Na, Ca, yang menduduki tempat-tempat tersebar dalam struktur kristal

zeolit.

2.10.3 Sifat-sifat zeolit

Zeolit mempunyai sifat di antaranya:

1. Dehidrasi

Dehidrasi yaitu suatu proses yang bertujuan untuk melepaskan molekul air

dari kisi kristal sehingga terbentuk rongga dengan permukaan yang lebih besar.

Preses dehidrasi pada zeolit dapat mempertinggi keaktivannya. Bila zeolit



26

dipanaskan maka jumlah pori-pori atau rongga akan terbentuk sesuai dengan

jumlah molekul air. Pemanasan dapat dilakukan hingga suhu 3500C.

2. Adsorpsi

Pada keadaan normal, rongga dalam kristal zeolit terisi oleh molekul air

bebas yang berada di sekitar kation. Bila zeolit dipanaskan pada suhu 300-4000C,

molekul air akan keluar sehingga zeolit dapat berfungsi sebagai adsorben. Zeolit

dapat mengadsorpsi sejumlah besar substansi selain air dan dapat memisahkan

molekul zat berdasarkan ukuran molekul dan kepolarannya.

Apabila ada dua molekul atau lebih yang dapat melintasi saluran rongga

zeolit, maka hanya satu molekul saja yang diserap, yang lain ditahan atau ditolak.

Hal ini disebabkan karena adanya pengaruh kutub atau hubungan antara molekul-

molekul zeolit dengan zat-zat yang diserap, hal ini merupakan suatu sifat yang

tidak dimiliki oleh bahan jenis lain dalam penyerapan. Molekul yang tidak jenuh

lebih lebih mudah diserap zeolit daripada molekul jenuh (Zussman, et al., 1996).

3. Penukar Ion

Penukar ion di dalam zeolit adalah proses ketika ion yang berada di dalam

zeolit diganti dengan kation lain dari larutan. Zeolit mempunyai struktur tiga

dimensi yang terdiri dari tetrahedral SiO2 dan AlO4, trivalent Al3+ dalam posisi

tetrahedralnya memerlukan adanya penambahan muatan listrik, biasanya Na+, K+,

Mg2+, atau Ca2+. Dalam struktur rangka zeolit, kation-kation tersebut tidak terikat

dalam posisi yang tepat sehingga dapat dipertukarkan dengan kation-kation lain.



27

4. Katalisator

Zeolit adalah katalisator yang baik karena mempunyai pori-pori yang besar

dengan permukaan yang luas serta memiliki sisi aktif. Dengan adanya rongga,

zeolit dapat digunakan sebagai katalis. Reaksi katalitik dipengaruhi oleh ukuran

dan struktur rongga pada zeolit, karena hal ini tergantung pada difusi dan hasil

reaksi.

5. Penyaring/Pemisah

Zeolit dapat memisahkan suatu zat berdasarkan perbedaan ukuran, bentuk

dan polaritas. Hal ini disebabkan karena zeolit mempunyai rongga yang cukup

besar dengan ukuran yang bermacam-macam (antara 2-3 Å). Volume dan ukuran

rongga zeolit menjadi dasar kemampuan zeolit untuk menyaring molekul.

Molekul yang berukuran lebih kecil dapat masuk ke dalam pori zeolit sedangkan

molekul yang lebih besar akan tertahan.



28

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan di laboratorium Kimia Analitik dan laboratorium

penelitian Departemen Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas

Airlangga. Penelitian dilaksanakan mulai bulan Februari sampai dengan bulan

Juni 2012.

3.2 Alat dan Bahan Penelitian

3.2.1 Alat penelitian

Peralatan laboratorium yang digunakan pada penelitian ini adalah reaktor

fotokatalitik, timbangan analitik, pengaduk magnetik, pH meter, spektrofotometer

UV-Vis Shimadzu tipe UV-1201, spektroskopi infra red Shimadzu, difraksi sinar-

X Philips Analitycal, mortar, centrifuge model 228, oven, furnace, dan peralatan

gelas yang biasa dipakai dalam laboratorium.

Reaktor fotokatalitik terdiri dari :

a) kotak pelindung reaktor yang terbuat dari kayu berukuran 50x50x50 cm.

b) sumber sinar UV yaitu lampu dengan daya 24 watt yang diletakkan di tengah-

tengah kotak reaktor.

c) tempat suspensi berupa gelas piala 1000 mL.



29

Gambar 3.1 Reaktor fotokatalitik

3.2.2 Bahan penelitian

Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian adalah congo red, asam

klorida (HCl) 37% (Merck), natrium hidroksida (NaOH) p.a (Merck), H2O2 30%,

TiO2, etanol absolut 99,9% dan zeolit alam dari daerah Turen Malang. Air yang

digunakan dalam penelitian ini adalah akuadem untuk melarutkan bahan dan

sebagai blangko pada pengukuran dengan spektrofotometer UV-Vis.

Lampu UV

Kotak Kayu

Gelas Piala

Stirer Magnetik

Tutup kayu



30

3.3 Diagram Alir Penelitian

P

Menggunakan larutan standar congo red 25 ppm

Penentuan panjang gelombang maksimum

Kurva dibuat dari larutan standar congo red pada panjang gelombang maksimum

Pembuatan kurva standar congo red

Optimasi

Preparasi zeolit Analisis dengan XRD

Optimasi waktu yaitu pada menit ke- 5, 10, 20, 30, 45, 60, 120,

dan 180

Optimasi pH yaitu pada pH 4, 5, 6, 7, 8, dan 9

Menggunakan TiO2

Impregnasi TiO2 ke dalam zeolit

Pembuatan larutan congo red

Membuat larutan induk 1000 ppm, larutan sampel 25 ppm, serta larutan

standar 5, 10, 15, 20, & 25 ppm

Analisis dengan XRD dan IR

Degradasi larutan sampel congo red 25

ppm pada kondisi optimum

Menggunakan TiO2/zeolit

Menggunakan zeolit

Analisis Data

Tanpa katalis



31

3.4 Prosedur Kerja

3.4.1 Pembuatan larutan HCl 0,05 M

Sebanyak 0,40 mL larutan HCl 37% diambil dengan pipet volume dan

dipindahkan ke dalam labu ukur 100 mL, kemudian ditambahkan dengan

akuadem sampai tanda batas.

3.4.2 Pembuatan larutan NaOH 0,1 M

Sebanyak 0,40 g NaOH ditimbang dengan teliti dan dilarutkan dengan

akuadem dalam gelas piala, kemudian dipindahkan secara kuantitatif ke dalam

labu ukur 100 mL serta ditambahkan akuadem sampai tanda batas.

3.4.3 Pembuatan larutan H2O2 15%

Sebanyak 5,00 mL larutan H2O2 30% diambil dan dipindah ke dalam labu

ukur 10 mL, kemudian ditambahkan dengan akuadem sampai tanda batas.

3.4.4 Pembuatan larutan induk congo red 1000 ppm

Sebanyak 1,000 g congo red ditimbang dengan teliti dan dilarutkan

dengan akuadem dalam gelas piala, kemudian dipindahkan secara kuantitatif ke

dalam labu ukur 1000 mL serta ditambahkan akuadem sampai tanda batas.

3.4.5 Pembuatan larutan standar congo red

Sebanyak 0,50; 1,00; 1,50; 2,00 dan 2,50 mL diambil dari larutan induk

congo red 1000 ppm dengan menggunakan buret. Masing-masing larutan

dimasukkan dalam labu ukur 100 mL dan ditambahkan akuadem sampai tanda

batas, sehingga diperoleh larutan standar congo red dengan konsentrasi berturut-

turut 5, 10, 15, 20, dan 25 ppm.



32

3.4.6 Pembuatan larutan sampel congo red

Sebanyak 12,50 mL larutan induk congo red 1000 ppm diambil

menggunakan buret. Larutan dimasukkan dalam labu ukur 500 mL dan

ditambahkan akuadem sampai tanda batas, sehingga diperoleh larutan sampel

congo red dengan konsentrasi 25 ppm.

3.4.7 Penentuan panjang gelombang maksimum congo red

Larutan standar congo red 25 ppm diukur absorbansinya dengan alat

spektrofotometer UV-Vis untuk mendapatkan panjang gelombang maksimum dari

larutan congo red. Panjang gelombang maksimum diperoleh dari absorbansi

tertinggi yang dibaca alat pada larutan congo red. Sebelum dilakukan pengukuran

absorbansi larutan standar congo red 25 ppm, dilakukan pengukuran absorbansi

larutan blangko terlebih dahulu pada spektrofotometer UV-Vis. Larutan blangko

yang digunakan adalah akuadem.

3.4.8 Pembuatan kurva standar congo red

Kurva standar congo red diperoleh dari pengukuran absorbansi larutan

standar congo red dengan konsentrasi 5, 10, 15, 20, dan 25 ppm. Masing-masing

konsentrasi diukur absorbansinya menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada

panjang gelombang maksimum dengan blangko akuadem. Dari pengukuran

tersebut diperoleh absorbansi dari masing-masing konsentrasi larutan standar.

Dari data tersebut dibuat kurva standar hubungan antara absorbansi terhadap

konsentrasi yang kemudian ditentukan persamaan garis regresi liniernya.

Persamaan regresi linier secara umum: y = a + bx , dengan sumbu x sebagai

konsentrasi congo red (ppm) dan sumbu y sebagai absorbansi.



33

3.4.9 Pembuatan katalis untuk degradasi congo red

Pada penelitian ini, katalis yang digunakan untuk mendegradasi congo red

adalah TiO2/zeolit. Katalis TiO2/zeolit disintesis melalui impregnasi TiO2 ke

dalam zeolit alam. Zeolit alam diperoleh dari daerah Turen Malang.

3.4.9.1 Preparasi zeolit

Sebanyak 100 g zeolit alam ditimbang, digerus sampai halus, lalu diayak

dengan ayakan 200 mesh. Zeolit alam hasil ayakan ditambah 2 L akuadem sambil

diaduk selama 5 jam. Zeolit dipisahkan dan dikeringkan dalam oven kemudian

dikalsinasi pada temperatur 4000C selama 5 jam (Fatimah, et al., 2006). Hasil

yang diperoleh dianalisis dengan XRD (X-ray diffraction) untuk mengetahui

struktur kristal dari zeolit alam tersebut.

3.4.9.2 Impregnasi TiO2 ke dalam zeolit

Fotokatalis TiO2/zeolit dibuat dengan cara mencampurkan 20 g zeolit yang

telah disiapkan pada butir 3.4.9.1 dengan 1 g TiO2 dan ditambah dengan 20 mL

etanol absolut. Campuran diaduk dengan pengaduk magnet selama 5 jam. Setelah

itu campuran dikeringkan dalam oven pada temperatur 1200C selama 5 jam. Hal

ini dilakukan untuk membersihkan pori-pori zeolit dari partikel TiO2 yang tidak

terikat dengan baik pada permukaan zeolit tersebut. Setelah kering TiO2/zeolit

digerus sampai halus dan dikalsinasi pada temperatur 4000C selama 5 jam

(Fatimah, et al., 2006). Hasil yang diperoleh dianalisis dengan XRD (X-ray

diffraction) dan spektroskopi infra red (IR). Analisis dengan XRD dilakukan

untuk mengetahui ada tidaknya perubahan struktur zeolit akibat impregnasi TiO2



34

sedangkan analisis dengan IR untuk mengetahui ikatan yang terbentuk antara

TiO2 dan zeolit.

3.4.10 Penentuan waktu degradasi optimum

Penentuan waktu degradasi optimum dilakukan dengan menggunakan

larutan sampel congo red 25 ppm sebanyak 500 mL dalam gelas piala 1000 mL.

Larutan ditambah dengan 0,50 g TiO2/zeolit dan 100 µL H2O2 15%. Larutan

dihomogenkan selama 15 menit dan diirradiasi menggunakan sinar UV (3x8 watt)

selama 3 jam. Selang menit ke 5, 10, 20, 30, 45, 60, 120, dan 180 menit, larutan

hasil degradasi diambil sebanyak 5 mL, lalu diukur absorbansinya menggunakan

spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang maksimumnya dengan

blangko akuadem. Selama proses irradiasi larutan tetap dalam keadaan

dihomogenkan dengan pengaduk magnetik. Setelah itu dilakukan perhitungan

konsentrasi dengan memasukkan absorbansi yang terbaca ke dalam persamaan

kurva standar congo red. Waktu yang menunjukkan degradasi terbesar merupakan

waktu degradasi optimum.

3.4.11 Penentuan pH optimum

Penentuan pH optimum untuk degradasi congo red dilakukan dengan

menggunakan larutan sampel congo red 25 ppm sebanyak 500 mL dalam gelas

piala 1000 mL. Larutan diatur pH-nya kemudian ditambah 0,50 g TiO2/zeolit dan

100 µL H2O2 15%, lalu dihomogenkan selama 15 menit. Pengaturan pH dilakukan

pada kondisi pH 4, 5, 6 dengan penambahan HCl 0,05 M dan pH 7, 8, 9 dengan

penambahan NaOH 0,1 M.



35

Pada masing-masing kondisi pH, larutan diirradiasi menggunakan sinar

UV (3x8 watt) dalam reaktor selama waktu optimum (butir 3.4.10) sambil

dihomogenkan dengan pengaduk magnetik. Larutan hasil degradasi diambil

sebanyak 5 mL, lalu diukur absorbansinya menggunakan spektrofotometer UV-

Vis pada panjang gelombang maksimumnya. Blangko yang digunakan adalah

akuadem ditambah HCl atau NaOH. Absorbansi yang terbaca dimasukkan ke

dalam persamaan kurva standar untuk mengetahui konsentrasi congo red sisa.

Kondisi pH yang menunjukkan degradasi terbesar pada larutan congo red

digunakan sebagai pH optimum.

3.4.12 Degradasi larutan sampel congo red

Sebanyak 500 mL larutan sampel congo red 25 ppm dalam gelas piala

1000 mL diatur pH-nya pada pH optimum (butir 3.4.11). Larutan ditambah 100

µL H2O2 15%, dihomogenkan selama 15 menit dan diirradiasi menggunakan sinar

UV (3x8 watt) dalam reaktor selama waktu optimum (butir 3.4.10). Selama proses

irradiasi larutan tetap dalam keadaan dihomogenkan dengan pengaduk magnetik.

Larutan yang telah didegradasi diambil sebanyak 5 mL, lalu diukur absorbansinya

dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang maksimumnya.

Blangko yang digunakan adalah akuadem ditambah HCl atau NaOH. Absorbansi

yang terukur dimasukkan ke dalam persamaan kurva standar untuk mengetahui

konsentrasi congo red sisa.



36

3.4.13 Degradasi larutan sampel congo red dengan TiO2/zeolit pada kondisi

optimum


1000 mL diatur pH-nya pada pH optimum. Larutan ditambah 0,5 g TiO2/zeolit

dan 100 µL H2O2 15%, dihomogenkan selama 15 menit dan diirradiasi

menggunakan sinar UV (3x8 watt) dalam reaktor selama waktu optimum. Selama

proses irradiasi larutan tetap dalam keadaan dihomogenkan dengan pengaduk

magnetik Larutan yang telah didegradasi diambil sebanyak 5 mL, lalu diukur

absorbansinya dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang

maksimumnya. Blangko yang digunakan adalah akuadem ditambah HCl atau

NaOH. Absorbansi yang terukur dimasukkan ke dalam persamaan kurva standar

untuk mengetahui konsentrasi congo red sisa.

3.4.14 Penentuan pengaruh TiO2 terhadap degradasi congo red


1000 mL diatur pH-nya pada pH optimum. Larutan ditambah dengan 0,5 g TiO2











37

3.4.15 Penentuan pengaruh zeolit terhadap degradasi congo red


1000 mL diatur pH-nya pada pH optimum. Larutan ditambah dengan 0,5 g zeolit











38

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada penelitian ini dilakukan proses degradasi zat warna congo red secara

fotokatalitik menggunakan zeolit alam terimpregnasi TiO2 (TiO2/zeolit) ditambah

hidrogen peroksida serta penyinaran dengan lampu UV dengan daya 3x8 watt

sebagai sumber radiasi. Penelitian ini juga mempelajari kondisi degradasi

optimum melalui parameter waktu reaksi dan pH larutan.

4.1 Penentuan Panjang Gelombang Maksimum Congo Red

Panjang gelombang maksimum adalah panjang gelombang yang

memberikan nilai absorbansi maksimal dari senyawa yang diukur. Penentuan

panjang gelombang maksimum dilakukan untuk mendapatkan kondisi analisis

dengan kepekaan tinggi dan kesalahan yang kecil sehingga dapat digunakan untuk

analisis larutan dalam konsentrasi rendah.

Penentuan kadar congo red yang telah terdegradasi dilakukan dengan

mengukur absorbansi pada panjang gelombang maksimumnya. Nilai panjang

gelombang maksimum diperoleh dari pengukuran absorbansi maksimum larutan

standar congo red pada konsentrasi 25 ppm menggunakan spektrofotometer UV-

Vis pada daerah visibel (380-780 nm). Dari hasil pengukuran, panjang gelombang

maksimum yang didapat adalah 498 nm. Selanjutnya panjang gelombang ini

digunakan untuk pembuatan kurva standar dan penentuan kadar congo red sisa.

Gambar 4.1 merupakan kurva panjang gelombang maksimum congo red.



39

Gambar 4.1 Kurva panjang gelombang maksimum congo red

4.2 Pembuatan Kurva Standar Congo Red

Kurva standar congo red adalah hubungan antara konsentrasi congo red

dan absorbansi congo red yang diukur dengan spektrofotometer UV-Vis.

Pembuatan kurva standar congo red dilakukan dengan melakukan variasi

konsentrasi larutan standar congo red yaitu 5, 10, 15, 20, dan 25 ppm. Larutan

standar diukur absorbansinya dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang

gelombang maksimum (498 nm). Nilai absorbansi tersebut digunakan untuk

menentukan persamaan linier dalam bentuk persamaan y = a + bx. Data

pengukuran larutan standar congo red dapat dilihat pada Tabel 4.1.



40

Tabel 4.1 Data pengukuran larutan standar congo red

No. Konsentrasi (ppm) Absorbansi 1. 5 0,1426 2. 10 0,2838 3. 15 0,4088 4. 20 0,5604 5. 25 0,6972

Kurva standar congo red dibuat berdasarkan data pada Tabel 4.1 dengan

konsentrasi sebagai sumbu x dan absorbansi sebagai sumbu y. Dari penelitian ini

didapatkan persamaan y = 0,0277x + 0,0028 dengan R2 sebesar 0,9994.

Persamaan regresi ini digunakan untuk menentukan konsentrasi sisa larutan congo

red setelah proses degradasi dengan cara memasukkan nilai absorbansi pada

fungsi y. Gambar 4.2 merupakan kurva standar congo red.

Gambar 4.2 Kurva standar congo red

y = 0.0277x + 0.0028R² = 0.9994

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0 5 10 15 20 25 30

Ab

sorb

ansi

Konsentrasi (ppm)

Kurva Standar Congo Red



41

4.3 Pembuatan Katalis untuk Degradasi Congo Red

Pada penelitian ini, katalis yang digunakan untuk mendegradasi congo red

adalah TiO2/zeolit. Katalis TiO2/zeolit disintesis melalui impregnasi TiO2 ke

dalam zeolit alam. Zeolit alam diperoleh dari daerah Turen Malang.

4.3.1 Preparasi zeolit

Zeolit alam ditimbang 100 g kemudian digerus sampai halus dan diayak

dengan pengayak 200 mesh. Penggerusan zeolit berfungsi untuk memperluas

permukaan zeolit dan pengayakan zeolit dilakukan agar partikel zeolit berukuran

sama besar. Pengayak 200 mesh adalah pengayak yang mempunyai 200 lubang

pada tiap 1 cm2. Zeolit alam hasil ayakan ditambah 2 L akuadem sambil diaduk

selama 5 jam menggunakan pengaduk magnetik. Fungsi akuadem adalah sebagai

pencuci yaitu menghilangkan pengotor yang larut akuadem. Zeolit dipisahkan dan

dikeringkan dalam oven kemudian dikalsinasi pada temperatur ± 4000C selama 5

jam (Fatimah, et al., 2006). Pengeringan dalam oven berfungsi untuk menguapkan

air yang masih tersisa pada zeolit sedangkan fungsi kalsinasi adalah

membersihkan pori zeolit dari pengotor oksida logam. Kalsinasi zeolit dilakukan

pada suhu ± 4000C agar struktur zeolit tidak rusak.

Zeolit alam yang telah dikalsinasi dianalisis menggunakan XRD untuk

mengetahui struktur kristalnya dan dibandingkan dengan zeolit sebelum kalsinasi.

Hasil XRD dapat dilihat pada Gambar 4.3.



42

Gambar 4.3 Difraktogram zeolit alam sebelum kalsinasi dan setelah kalsinasi

Pada difraktogram zeolit sebelum kalsinasi terdapat puncak pada 2 Theta:

9,82; 13,42; 19,69; 22,33; 25,66; 26,27; dan 27,69º dan pada difraktogram zeolit

setelah kalsinasi terdapat puncak pada 2 Theta: 9,92; 13,45; 19,67; 22,32; 25,70;

26,31; dan 27,72º. Puncak-puncak tersebut merupakan puncak karakteristik

mineral modernit alam sehingga dapat disimpulkan bahwa zeolit alam yang

digunakan pada penelitian ini adalah zeolit alam jenis modernit.

Gambar 4.3 menunjukkan puncak difraktogram zeolit alam sebelum dan

setelah kalsinasi tidak mengalami perubahan. Dengan kata lain, proses kalsinasi

pada zeolit tidak menyebabkan perubahan difraktogram yang mengindikasikan

bahwa tidak ada perubahan struktur zeolit.

10 20 30 40 50 60 70 80 900

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Zeolit Sebelum Preparasi

10 20 30 40 50 60 70 80 900

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Counts

*2 Theta

Zeolit Setelah Preparasi

Zeolit sebelum kalsinasi

Zeolit setelah kalsinasi

* 2 Theta

Intensitas



43

4.3.2 Impregnasi TiO2 ke dalam zeolit

Fotokatalis TiO2/zeolit dibuat dengan cara mencampurkan 20 g zeolit yang

telah disiapkan dengan 1 g TiO2 dan ditambah dengan 20 mL etanol absolut.

Etanol absolut berfungsi sebagai media pendispersi. Campuran diaduk dengan

pengaduk magnet selama 5 jam dan dikeringkan dalam oven pada temperatur

1200C selama 5 jam. Pengadukan dilakukan untuk membantu proses distribusi

TiO2 ke dalam zeolit. Pengeringan dalam oven dilakukan untuk membersihkan

pori-pori zeolit dari partikel TiO2 yang tidak terikat dengan baik pada permukaan

zeolit tersebut. Setelah kering TiO2/zeolit digerus sampai halus dan dikalsinasi

pada temperatur ± 4000C selama 5 jam (Fatimah, et al., 2006).

Hasil impregnasi dianalisis menggunakan XRD dan dibandingkan dengan

zeolit alam setelah kalsinasi untuk mengetahui ada tidaknya perubahan struktur

zeolit akibat impregnasi dengan TiO2, kemudian dianalisis dengan IR untuk

mengetahui ikatan yang terbentuk antara TiO2 dan zeolit. Hasil XRD dapat dilihat

pada Gambar 4.4.



44

Gambar 4.4 Difraktogram TiO2, zeolit setelah kalsinasi dan TiO2/zeolit

Pada difraktogram TiO2 terdapat puncak pada 2 Theta 27,45 dan 36,10º

yang merupakan puncak karakteristik rutile sehingga dapat disimpulkan bahwa

TiO2 yang digunakan pada penelitian ini adalah TiO2 dalam bentuk rutile.

Pada Gambar 4.4 terlihat bahwa puncak difraktogram zeolit setelah

kalsinasi dan zeolit yang telah terimpregnasi TiO2 (TiO2/zeolit) tidak jauh

berbeda. Hal ini dapat disimpulkan bahwa adanya impregnasi TiO2 tidak merubah

struktur zeolit. Akan tetapi, adanya penambahan TiO2 pada zeolit tidak

menyebabkan munculnya puncak khas TiO2 pada difraktogram TiO2/zeolit. Hal

ini disebabkan karena TiO2 yang ditambahkan ke dalam zeolit kurang dari 10%

10 20 30 40 50 60 70 80 900

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

TiO2

10 20 30 40 50 60 70 80 900

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Zeolit Setelah Preparasi

10 20 30 40 50 60 70 80 900

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Counts

*2 Theta

TiO2/Zeolit

Zeolit setelah kalsinasi

TiO2/zeolit

TiO2

Intensitas

* 2 Theta



45

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 5000

10

20

30

40

Tran

smitt

an (%

)

Bilangan Gelombang (1/cm)

TiO2/zeolit Zeolit setelah kalsinasi

(Ulfa dan Prasetyoko, 2009). Impregnasi TiO2 kurang dari 10% mengakibatkan

puncak khas TiO2 tidak dapat diamati melalui analisis XRD, sehingga perlu

dilakukan analisis dengan IR. Spektra IR dari TiO2/zeolit dan zeolit setelah

kalsinasi dapat dilihat pada Gambar 4.5.

Gambar 4.5 Perbandingan spektra IR TiO2/zeolit dan zeolit setelah kalsinasi

Pada spektra IR zeolit setelah kalsinasi muncul puncak pada bilangan

gelombang 3417,86 cm-1 yang merupakan puncak karakteristik OH. Puncak lain

yaitu pada bilangan gelombang 2337,72 cm-1 yang merupakan serapan Ti-O dan

pada bilangan gelombang 1635,64 cm-1 yang merupakan puncak khas zeolit. Pada

439.77

470.63

586.36 1635.64 2337.72

Serapan Ti – O Khas Zeolit Karakter TiO2 OH

3448.72



46

spektra IR zeolit setelah kalsinasi juga muncul puncak pada bilangan gelombang

594,08 dan 478,35 cm-1 yang merupakan puncak khas TiO2.

Pada spektra IR TiO2/zeolit muncul puncak pada bilangan gelombang

3448,72 cm-1 yang merupakan puncak karakteristik OH. Puncak yang lain yaitu

pada bilangan gelombang 2337,72 cm-1 dan 1635,64 cm-1 yang masing-masing

adalah puncak serapan Ti-O dan puncak khas zeolit. Pada spektra IR TiO2/zeolit

juga muncul puncak pada bilangan gelombang 586,36; 470,63; dan 439,77 cm-1

yang merupakan puncak khas TiO2.

Untuk membuktikan bahwa TiO2 telah terdistribusi pada permukaan zeolit

dilakukan pengamatan spektra khas TiO2 pada bilangan gelombang 690,5 - 420,5

cm-1. Luas area spektra khas TiO2 pada TiO2/zeolit lebih besar dibanding spektra

zeolit, perbedaan luas ini menunjukkan adanya perbedaan jumlah vibrasi molekul.

Luas area yang lebih besar pada TiO2/zeolit mengindikasikan bahwa jumlah

vibrasi TiO2 pada TiO2/zeolit lebih besar daripada zeolit, sehingga dapat

dipastikan bahwa telah terjadi penempelan TiO2 pada zeolit akibat proses

impregnasi.

4.4 Penentuan Waktu Degradasi Optimum

Pada penelitian ini, waktu optimum ditentukan berdasarkan nilai persen

degradasi terbesar dari larutan congo red. Optimasi waktu dilakukan dengan cara

melakukan variasi waktu pada proses degradasi larutan congo red yaitu pada 5,

10, 20, 30, 45, 60, 120 dan 180 menit. Larutan congo red ditambah dengan

TiO2/zeolit dan H2O2 kemudian didegradasi selama 3 jam dalam reaktor



47

fotokatalitik. Larutan diambil pada setiap menit ke 5, 10, 20, 30, 45, 60, 120, dan

180 untuk analisis kadar congo red sisa. Data penentuan waktu optimum

degradasi congo red dapat dilihat pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Data penentuan waktu optimum degradasi congo red

No. Waktu degradasi (menit) Absorbansi Persen degradasi 1. 5 0,5331 23,42 2. 10 0,5293 23,97 3. 20 0,4961 28,77 4. 30 0,4435 36,36 5. 45 0,4253 38,99 6. 60 0,3893 44,19 7. 120 0,3372 51,71 8. 180 0,4044 42,01

Dari Tabel 4.2 dapat diketahui bahwa pada waktu 5 sampai 120 menit

terjadi kenaikan persen degradasi dari 23,42% hingga 51,71%, sedangkan pada

waktu 180 menit terjadi penurunan persen degradasi yaitu 42,01%. Persen

degradasi menunjukkan banyaknya larutan congo red yang terdegradasi, sehingga

semakin besar nilai persen degradasi maka larutan congo red yang terdegradasi

semakin banyak. Persen degradasi terbesar berada pada menit ke 120, sehingga

dapat disimpulkan bahwa waktu optimum degradasi larutan congo red pada

penelitian ini berada pada waktu 120 menit. Kurva optimasi waktu degradasi

congo red dibuat berdasarkan data pada Tabel 4.2 dengan waktu sebagai sumbu x

dan persen degradasi sebagai sumbu y. Kurva optimasi waktu degradasi congo red

dapat dilihat pada Gambar 4.6.



48

Gambar 4.6 Kurva optimasi waktu degradasi congo red

4.5 Penentuan pH Optimum

Pada penelitian ini, pH optimum ditentukan berdasarkan persen degradasi

terbesar dari larutan congo red. Optimasi pH dilakukan dengan cara melakukan

variasi pH larutan congo red pada pH 4, 5, 6, 7, 8, dan 9. Larutan congo red

dengan pH yang telah ditentukan ditambah dengan TiO2/zeolit dan H2O2

kemudian didegradasi selama 120 menit dalam reaktor fotokatalitik. Data

pengukuran pH optimum degradasi congo red dapat dilihat pada Tabel 4.3.

Tabel 4.3 Data pengukuran pH optimum degradasi congo red

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

0 50 100 150 200

% D

egra

das

i

Waktu (menit)

Kurva Optimasi Waktu

No. pH Absorbansi Persen Degradasi 1. 4 0,1259 82,18 2. 5 0,2382 65,98 3. 6 0,2495 64,37 4. 7 0,2564 63,36 5. 8 0,3491 49,95 6. 9 0,3590 48,42



49

Dari Tabel 4.3 dapat diketahui bahwa semakin asam pH larutan congo red

maka persen degradasi congo red semakin besar. Pada pH 9 larutan congo red

yang terdegradasi hanya 48,42% sedangkan pada pH 4 terdegradasi hingga

82,18%. TiO2 pada pH asam bermuatan positif, sedangkan congo red merupakan

zat warna anionik yang dapat melepas muatan negatif. Adanya muatan positif dari

TiO2 dan muatan negatif dari congo red menyebabkan terjadinya tarik-menarik

antara muatan congo red dan TiO2 sehingga degradasi semakin besar (Fangbai, et

al., 2001).

Dari Tabel 4.3 dapat disimpulkan, hasil analisis pH optimum pada

penelitian ini berada pada pH 4 yang ditandai dengan hasil persen degradasi

congo red terbesar. Kurva optimasi pH degradasi congo red dibuat berdasarkan

data pada Tabel 4.3 dengan pH sebagai sumbu x dan persen degradasi sebagai

sumbu y. Kurva optimasi pH degradasi congo red dapat dilihat pada Gambar 4.7.

Gambar 4.7 Kurva optimasi pH degradasi congo red

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

4 5 6 7 8 9

% D

egr

ad

asi

pH

Kurva Optimasi pH



50

4.6 Degradasi Larutan Sampel Congo Red

Pada penelitian ini, degradasi larutan sampel congo red adalah irradiasi

larutan congo red ditambah H2O2 menggunakan sinar UV selama 120 menit pada

kondisi pH 4, kemudian diukur absorbansinya pada panjang gelombang 498 nm.

Analisis ini digunakan untuk mengetahui banyaknya congo red yang terdegradasi

tanpa adanya penambahan katalis. Dari hasil penelitian diperoleh persen degradasi

congo red tanpa katalis sebesar 57,63%. Hasil ini kemudian dibandingkan dengan

persen degradasi congo red menggunakan TiO2/zeolit, menggunakan TiO2 dan

zeolit saja.

4.7 Degradasi Larutan Sampel Congo Red dengan TiO2/zeolit pada

Kondisi Optimum

Larutan congo red 25 ppm didegradasi dengan menggunakan katalis

TiO2/zeolit ditambah H2O2 pada waktu 120 menit dan kondisi pH 4. Hal ini

dilakukan untuk mengetahui persen degradasi congo red dengan adanya katalis

TiO2/zeolit pada degradasi congo red. Hasil persen degradasi congo red dengan

katalis TiO2/zeolit dibandingkan dengan persen degradasi congo red

menggunakan TiO2, menggunakan zeolit dan tanpa menggunakan katalis.

Perbandingan ini dilakukan untuk mengetahui apakah penambahan katalis

TiO2/zeolit dapat lebih aktif dalam proses degradasi fotokatalitik congo red

dibandingkan dengan penambahan TiO2 dan zeolit saja.

Data pengukuran degradasi congo red dengan TiO2/zeolit, TiO2, zeolit dan

tanpa katalis pada waktu dan kondisi pH optimum dapat dilihat pada Tabel 4.4.



51

Tabel 4.4 Data pengukuran degradasi congo red dengan TiO2/zeolit, TiO2, zeolit dan tanpa katalis pada waktu dan kondisi pH optimum.

Dari Tabel 4.4 dibuat diagram batang perbandingan degradasi congo red

antara TiO2/zeolit, TiO2, zeolit serta tanpa adanya katalis. Diagram batang

perbandingan degradasi congo red dapat dilihat pada Gambar 4.8.

Gambar 4.8 Diagram batang perbandingan degradasi congo red

Pada Gambar 4.8 dapat dilihat bahwa pada degradasi fotokatalitik congo

red menggunakan TiO2/zeolit menghasilkan persen degradasi sebesar 81,66%,

sedangkan degradasi menggunakan zeolit, TiO2 dan tanpa katalis masing-masing

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Tanpa katalis TiO2 Zeolit TiO2/zeolit

57.63 %

78.87 % 80.69 % 81.66 %

% D

egra

das

i

Kurva Perbandingan Degradasi

No. Katalis Absorbansi Persen degradasi 1. TiO2/zeolit 0,1295 81,66 2. TiO2 0,1499 78,87 3. Zeolit 0,1362 80,69 4 Tanpa Katalis 0,2955 57,63



52

80,69; 78,87 dan 57,63%. Persen degradasi terbesar terdapat pada degradasi

menggunakan TiO2/zeolit tetapi besarnya nilai persen degradasi ini tidak jauh

berbeda jika dibandingkan dengan degradasi menggunakan zeolit saja. Hal ini

diduga karena distribusi TiO2 tidak menyebar rata pada pori-pori zeolit pada saat

impregnasi sehingga kontak antara congo red dan TiO2 menjadi terbatas. Hal ini

menyebabkan mekanisme degradasi yang terjadi lebih didominasi oleh sifat

adsorbsi zeolit daripada sifat fotokatalitik dari TiO2.



53

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Proses penurunan konsentrasi congo red menggunakan TiO2/zeolit melalui

adsorpsi, kondisi optimum adsorpsi congo red secara fotokatalitik dengan

katalis TiO2/zeolit diperoleh pada menit ke 120 dan pH 4.

2. Adsorpsi fotokatalitik congo red menggunakan TiO2/zeolit menghasilkan

persen adsorpsi terbesar yaitu 81,66%, sedangkan adsorpsi menggunakan

zeolit, TiO2 dan tanpa katalis masing-masing adalah 80,69; 78,87 dan

57,63%.

5.2 Saran

Saran untuk penelitian adalah adanya penelitian lebih lanjut menggunakan

TiO2/zeolit dengan mengoptimasi suhu dan konsentrasi congo red serta optimasi

massa TiO2/zeolit untuk proses degradasi zat warna congo red yang lebih baik,

baik dalam segi waktu maupun kondisi pH.



54

DAFTAR PUSTAKA

Christina, M., Mu’nisatun, S., Saptaaji, R., dan Marjanto, D., 2007, Studi Pendahuluan Mengenai Degradasi Zat Warna Azo (Metil Orange) dalam Pelarut Air Menggunakan Mesin Berkas Elektron 350 keV/10 mA. JFN, 1(1). Yogyakarta: Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir- BATAN.

Chung, K. T., dan Stevens, S. E., 1993, Degradation Azo Dyes by

Environmental Microorganisms and Helminths, Environmental Toxicology and Chemistry, 12, 2121-2132.

Ekimov, A. I., Efros, A. I. L., and Onushchenko, A. A., 1985, Quantum Size

Effect in Semiconductor Microscrystals, Solid State Communications, 56(11), 921-924.

Fangbai, L., Guobang, G., Guofeng, H., Yunli, G., and Hongfu, W., 2001, TiO2-

assisted Photo-catalysis Degradation Process of Dye Chemicals, Journal of Environmental Sciences, 13(1), 64-68.

Fatimah, I., dan Wijaya, K., 2005, Sintesis TiO2/Zeolit Sebagai Fotokatalis

Pada Pengolahan Limbah Cair Industri Tapioka Secara Adsorpsi-Fotodegradasi, TEKNOIN, 10(4), 257-267.

Fatimah, I., Sugiharto, E., Wijaya, K., Tahir, I., and Kamalia, 2006, Titanium

Oxide Dispersed on Natural Zeolite (TiO2/Zeolite) and Its Application for Congo Red Photodegradation, Indonesian Journal Chemistry, 38-42.

Fujishima, K., Hashimoto, T., Watanabe, 1999, Fundamentals and applications,

BKC Tokyo. Harjanto, S., 1993, Endapan Zeolit, Departeman Pertambangan dan Energi,

Jakarta. Heanton, A., 1994, The Chemical Industry, 2nd edition, Chapman and Hall, 148. Hermann, J. M., 1999, Heterogeneous Photocatalysis Fundamentals and

Applications to the Removal of Various Types of Aqueous Pollutants, Catalysis Today, 53, 115-129.

Hoffmann, M. R., Martin, S. T., Choi, W,. and Bahneman, D. W., 1995,

Environmetal Aplication of Semiconductor Photocatalisis, Jurnal Chemical Reviews, 69-96.

Ismuyanto, B., 2008, Penerapan Solidifikasi/Stabilisasi pada Limbah Lumpur

Industri Lapis Listrik, Penelitian Masalah Lingkungan di Indonesia.



55

Kittel dan Charles, 1979, Introduction to solid state physics, ed 55, Wiley Eastern Limited, India, 130.

Krauss, E., H., Hunt, W., F., and Stephen, R., L., 1959, Mineralogy an

Introduction to the Study of Minerals and Cristals, The Maple Press Company, New York.

Kusnaedi, 2010, Mengolah Air Kotor untuk Air Minum, Jakarta: Penebar

Swadaya, 40-42. Lachheb, H., Puzenat, E., Houas, A., Khisbi, M., Elaloui, E., Guillard, C., and

Herrmann, J. M., 2002, Photocatalytic Degradation of Various Types of Dyes (Alizarin S, Crocein Orange G, Methyl Red, Congo Red, Methylene Blue) in Water by UV - Irradiated Titania, Applied Catalysis B: Environmental, 39, 75-90.

Linsebigler, Amy, L., 1995, Photocatalysis on TiO2 Surface: Principle,

Mechanism, and Selected Result, Chemical Reviews, 95, 735-758. Maddu, A., Dahlan, K., dan Mubarik, N., R., 2003, Inaktivasi Bakteri E.coli

melalui Fotokatalisis TiO2, Staf Pengajar Departemen Fisika, FMIPA-IPB.

Manurung, R., Hasibuan, R., dan Irvan. 2004. Perombakan Zat Warna Azo

Reaktif Secara Anaerob–Aerob. Medan : Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara.

Mulya, M. dan Suharman, 1995, Analisis Instrumental, Airlangga University

Press, Surabaya , 31-45. Rao, K.V.S., Srivinas, B., Prasad, A.R., and Subrahmanyam, M., 2000, A Novel

One Step Photocatalitic Synthesis of Dihydropyrazine from Ethylenediamine and Propylene Glycol, Chemical Communications, 1553-1534.

Rosetto, E., Petkowicz, D. I., Santos, J., Pergher, S., Penha, F., 2010, Bentonit

Impregnated with TiO2 for Photodegradation of Methylene Blue, Journal Applied Clay Sience, 48, 602-606.

Sinaga, G., 2010, Penentuan Kadar Β-Karoten dari Minyak Sawit yang

Terikat pada Adsorben Zeolit Alam dalam Berbagai Variasi Ukuran Partikel, Skripsi, FMIPA USU, Medan.

Slamet, Ellyana, M., dan Bismo, S., 2008, Modifikasi Zeolit Alam Lampung

dengan Fotokatalis TiO2 melalui Metode Sol Gel dan Aplikasinya untuk Penyisihan Fenol, Jurnal Teknologi, Edisi No.1, 59-68.



56

Subramani, A. K., Byrappa, K., Ananda, S., Ray, K. M. L., Ranganathaiah, C., and Yoshimura, M., 2007, Photocatalytic Degradation of Indigo Carmine Dye Using TiO2 Impregnated Activated Carbon, Bulletin of Material Science, 31, Indian Academy of Sciences, 37-41.

Sumartono, A., and Andayani, W., 2007, The Use of TiO2-Zeolit as A Catalyst

on The Degradation Process of Erionil Red Dye, Indonesian Journal Chemistry., 7 (1), 141-146.

Sunara, T., 1987, Pemberian Mineral Zeolit sebagai Imbuh Makanan Ternak

Domba dan Babi, Laporan Penelitian, Dirjen umum PPTM, Jakarta, 32. Suspeno, M., 2009, Interaksi Asam Basa: Kimia Anorganik, Medan : USU Press. Ulfa, M., and Prasetyoko, D., 2009, Synthesis and Characterization TiO2/TS-1

with Variation of Calcination Temperature, The 1st International Seminar on Science and Technology 2009.

Wijaya, K., Sugiharto, E., Fatimah, I., Tahir, I., and Rudatiningsih, 2006,

Photodegradation of Alizarin S Dye Using TiO2-Zeolit and Radiation, Indonesian Journal Chemistry, 6 (1), 32-37.

Wijaya, K., Sugiharto, E., Fatimah, I., Sudiono, S., dan Kurniaysih, D., 2006,

Utilisasi TiO2-Zeolit dan Sinar UV untuk Fotodegradasi Zat Warna Congo Red, TEKNOIN, 11(3), 199-209.

Zussman, J., Howie, R. A., Deer, W. A., 1996, An Introducing to the Rock

forming Minerals, Longman Group Limited, England.



http://www.ias.ac.in/matersci/



Lampiran 1

Kurva Panjang Gelombang Maksimum Congo Red



Lampiran 2

Data Hasil Pengamatan pada Penentuan Kurva Standar Congo Red

No. Konsentrasi (ppm) Absorbansi 1. 5 0,1426 2. 10 0,2838 3. 15 0,4088 4. 20 0,5604 5. 25 0,6972

y = 0.0277x + 0.0028R² = 0.9994

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0 5 10 15 20 25 30

Ab

sorb

ansi

Konsentrasi (ppm)

Kurva Standar Congo Red



Lampiran 3

Data dan Kurva Optimasi Waktu Degradasi Congo Red

No. Waktu degradasi (menit) Absorbansi Persen degradasi 1. 5 0,5331 23,42 2. 10 0,5293 23,97 3. 20 0,4961 28,77 4. 30 0,4435 36,36 5. 45 0,4253 38,99 6. 60 0,3893 44,19 7. 120 0,3372 51,71 8. 180 0,4044 42,01

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

0 50 100 150 200

% D

egra

das

i

Waktu (menit)

Kurva Optimasi Waktu



Lampiran 4

Data dan Kurva Optimasi pH Degradasi Congo Red

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

4 5 6 7 8 9

% D

egra

das

i

pH

Kurva Optimasi pH

No. pH Absorbansi Persen Degradasi 1. 4 0,1259 82,18 2. 5 0,2382 65,98 3. 6 0,2495 64,37 4. 7 0,2564 63,36 5. 8 0,3491 49,95 6. 9 0,3590 48,42



Lampiran 5

Data Perhitungan Optimasi Waktu dan Optimasi pH pada Degradasi Larutan Congo Red

1. Data Perhitungan Optimasi Waktu pada Degradasi Larutan Congo Red

Waktu (menit)

Absorbansi

Congo Red (ppm)

% Congo

Red Sisa

% Congo Red Terdegradasi

Terdegradasi Sisa 5 0.5331 5.8556 19.1444 76.58 23.42 10 0.5293 5.9928 19.0072 76.03 23.97 20 0.4961 7.1913 17.8087 71.23 28.77 30 0.4435 9.0903 15.9097 63.64 36.36 45 0.4253 9.7473 15.2527 61.01 38.99 60 0.3893 11.0469 13.9531 55.81 44.19 120 0.3372 12.9278 12.0722 48.29 51.71 180 0.4044 10.5018 14.4982 57.99 42.01

2. Data Perhitungan Optimasi pH pada Degradasi Larutan Congo Red

Kondisi

pH

Absorbansi

Congo Red (ppm)

% Congo

Red Sisa

% Congo Red Terdegradasi

Terdegradasi Sisa 4 0.1259 20.4961 4.4440 17.82 82.18 5 0.2382 16.4843 8.4982 34.02 65.98 6 0.2495 16.0889 8.9061 35.63 64.37 7 0.2564 15.8323 9.1552 36.64 63.36 8 0.3491 12.4782 12.5018 50.05 49.95 9 0.3590 12.0710 12.8592 51.58 48.42

Cara Menghitung Prosentase Congo Red yang Terdegradasi

Dengan menggunakan data pada optimasi waktu degradasi congo red,

penentuan konsentrasi sisa dari larutan congo red dapat ditentukan seperti contoh

berikut:

Misal pada waktu 5 menit dengan konsentrasi 25 ppm untuk degradasi

larutan congo red didapatkan absorbansi 0,5331 maka dengan mensubstitusikan

0,5331 ke dalam persamaan regresi linear larutan standar congo red y = 0,0277x +

0,0028 akan diperoleh konsentrasi congo red sisa sebesar:



0,5331 = 0,0277x + 0,0028

x =19,1444

Untuk menentukan prosentase congo red yang terdegradasi:

% congo red terdegradasi = konsentrasi awal – konsentrasi sisa konsentrasi awal

= 25 – 19,1444 25

= 23,42%

Perhitungan diatas berlaku juga untuk menentukan konsentrasi congo red

sisa pada optimasi pH.



Lampiran 6

Data dan Kurva Perbandingan Degradasi Congo Red pada Kondisi Optimum dengan Perlakuan Katalis yang Berbeda

Perlakuan

Absorbansi

Congo red (%)

Rata-rata % congo red

terdegradasi

Sisa

Terdegradasi Tanpa Katalis 0,2967 42,54 57,46

57,63 Tanpa Katalis 0,2943 42,19 57,81 TiO2 0,1489 21,15 78,85

78,87 TiO2 0,1487 21,12 78,88 Zeolit 0,1358 19,25 80,75

80,69 Zeolit 0,1365 19,35 80,65 TiO2/zeolit 0,1295 18,34 81,66

81,66 TiO2/zeolit 0,1296 18,35 81,65

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

tanpa katalis TiO2 Zeolit TiO2/zeolit

57.63 %

78.87 % 80.69 % 81.66 %

% D

egra

das

i

Kurva Perbandingan Degradasi



Lampiran 7

Spektra Infra Red Zeolit Setelah Kalsinasi dan TiO2/zeolit serta Difraktogram Zeolit Sebelum Kalsinasi, Zeolit Setelah Kalsinasi, TiO2 dan TiO2/zeolit 1. Spektra Infra Red dari Zeolit Setelah Kalsinasi

2. Spektra Infra Red dari TiO2/zeolit



3. Difraktogram dari Zeolit Sebelum Kalsinasi

10 20 30 40 50 60 70 80 900

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Zeolit Sebelum Kalsinasi

4. Difraktogram dari Zeolit Setelah Kalsinasi

10 20 30 40 50 60 70 80 900

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Zeolit Setelah Kalsinasi



5. Difraktogram dari TiO2

10 20 30 40 50 60 70 80 900

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

TiO2

6. Difraktogram dari TiO2/zeolit

10 20 30 40 50 60 70 80 900

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Coun

ts

*2 Theta

TiO2/zeolit



untuk congo red skripsi, di abstrak - repositoryrepository.unair.ac.id/25752/1/agusty, inge.pdf ·...

Documents