PENGARUH IRADIASI GAMMA TERHADAP PENGURAIAN DAN PENGHILANGAN W ARNA ZA T W ARNA DISPERSE BLUE DALAM LARUTAN AIR

Transkripsi

1 Ap/ikasi Isotop don Radiasi, /996 PENGARUH IRADIASI GAMMA TERHADAP PENGURAIAN DAN PENGHILANGAN W ARNA ZA T W ARNA DISPERSE BLUE DALAM LARUTAN AIR.Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi, Batan ABSTRAK PENGARUH IRADIASI GAMMA TERHADAP PENGURAIAN DAN PENGHILANGAN WARNA ZAT WARNA DISPERSE BLUE DALAM LARUTAN AIR. Telah dilakukan penelitian penguraian dan pengurangan WarDa zat warna disperse blue dalam larutan air yang diiradiasi pada dosis, 2, 4, 6, 8, dan 1 kgy dengan laju dosis 2 kgy/jam. Selama iradiasi, oksigen atau udara dialirkan melalui sampel. Parameter yang diamati ialah perubahan intensitas spektrum, ph, jumlah karbon organik (TOC, total organic carbon), persentase disperse blue yang mengendap dengan penambahan kogulan, dan perubahan kebutuhan oksigen kimia (COD) dan pembentukan asam-asam. Intensitas spektrum turun dengan naiknya dosis radiasi, terlebih lagi dengan adanya oksigen, namun dengan penambahan asam nitrat setelah radiasi, penurunan intensitas lebih nyata. Pengukuran ph setelah iradiasi mengalami penurunan, jumlah karbon organik turun dengan naiknya dosis demikian pula dengan kebutuhan oksigen kimia (Chemical Oxygen Demand, COD). Penambahan koagulan Fe2(SO.») dengan konsentrasi 2 ppm ke dalam larutan sam pel OB-3 tanpa radiasi (1 ppni) pada ph 7 dapat mengurangi warns sebesar 96%. Pada penambahan koagulan yang sarna ke dalam larutan OB-3 radiasi pads ph 9 dan 12 dapat mengurangi warna berturut-turut sebesar 9 dan 87%. Penambahan koagulan Al2(SO.») (2 ppm) pads larutan OB-3 tanpa dan dengan radiasi (1 ppm) pada ph 7 dapat mengurangi warns berturut-turut sebesar 76 dan 84%. ABSTRACT EFFECT OF GAMMA RADIATION ON DEGRADATION AND DECOLORATION OF DISPERSE DYE DISPERSE BLUE-3 IN AQUEOUS SOLUTION. Studies on degradation and decoloration of disperse dye in aqueous solution was done using gamma rays at doses ofo and 1 kgy with a dose rate of2 kgy/h. During irradiation oxygen or air was bubbled through a porous plate at the bottom of the reaction vessel. The parameters examined were the change of absorption spectra, ph total organic carbon (TOC), the percentage of 8-3 precipitated by adding coagulants. chemical oxygen demand (COD) and the formation of an acids. In oxygen-saturated solutions absorption spectra decreased markedly, especially by the adition of nitric acid. The change of ph. total organic carbon (TOC) and chemical oxygen demand (COD) also decreased by increasing the dose. The percentage of 1 ppm 8-3 in aqueous solution precipitated by 2 ppm Fez(SO.)] at ph 7 was 96%. The percentage of radiated 8-3 (1 ppm) in aqueous solution precipitated by Fez(SO.)3 at ph 9 and 12 were 9 and 87%, respectively. The percentage of radiated and unradiated 1 ppm 8-3 in aqueous solution precipitated by 2 ppm AIZ(SO.)3 at ph 7 were 76 and 84%, respectively PENDABULUAN Zat WarDa disperse blue-3 tennasuk dalam golongan zat warda disperse yang tidak larut dalam air. Zat WarDa ini banyak dipakai untuk mewarnai setal poliester. selanjutnya pada proses akhir. limbah yang dibuang masih mengandung zat WarDa 1 ppm, maka perin dilakukan proses lebih Ian jut untuk mengurangi pencemaran lingkungan. Pada umumnya, karena molekul zat wama disperse dilindungi oleh selaput seperti "miser'. proses penguraian dengan cara konvensional agak sulit. Salah satu kemungkinan untuk menguraikan molekul zat WarDa tersebut ialah dengan cara radiasi dan gabungan dengan cara konvensional antara lain, penambahan koagulan. Penelitian zat WarDa disperse belum banyak dilakukan orang, namun penelitian untuk menghilangkan WarDa dari zat wama tersebut kombinasi radiasi dad penambahan koagulan telah dilakukan oleh SUMARTONO (I) dad ANDAY ANI (2). Penelitian zat WarDa mudah tarot dalam air seperti zat warda azo dan antrakuinon sudah banyak dilaporkan antara lain oleh SUZUKI(3) dan NA- GAI (4), menurut penelitian yang dilakukan dengan dosis yang rendah, warda dari zat WarDa tersebut sudah hilang, artinya telah terjadi penguraian dari molekul-molekul zat warda tersebut. Bila air diradiasi dengan sinar gamma maka akan menghasilkan radikal-radikal seperti OH, H, e8l1, Damon di antara radikal-radikal tersebut, OH radikal paling reaktif dad dapat memecahkan molekul zat warda menjadi molekul-molekul yang lebih kecil. Menurut MIY AT A (5), kemungkinan reaksi yang terjadi iaiah: 95

2 I Aplikasi Isotop don Radiasi. J 996 Pembentukan gas CO2 dad pemecahan rantai C-C ROH + OH > R'C(OH)H + ~O R'C(OH)H + O2 -> R"C(OH)(OO) R"(OH)(OO)H > R' + CO2 + H2O (RH = rnolekul zat warda) Dalam penelitian ini ingin diketahui pengaruh radiasi terhadap zat warna disperse blue-3. BAHAN DAN METODE Bahan. Zat WarDa disperse blue-3 diperoleh dari Aldrich Co, Jepang yang digunakan tanpa pemurnian terlebih dahulu, dengan rumus kimia sebagai berikut: ~ )J.. (i NH, y y NH? Alat. Spektrofotometer UV-VIS buatan Shimadzu, spektrofotometer UV-VIS 2 buatan Hitachi, phmeter type TOA HS dan TOC-meter buatan Dohrman. Persiapan Sampel 1. Sampel dengan konsentrasi 5 ppm dimasukkan ke dalam botol pereaksi khusus, kemudian selama iradiasi dialiri oksigen atau udara melalui dasar dari botol tersebut (diameter 5 cm dan tinggi 16 cm). Larutan diiradiasi pada dosis, 2, 4, 6, 8, dan 1 kgy pada laju dosis 2 dan 5kGy/jam. 2. Sampel dengan konsentrasi 1 ppm diiradiasi dengan ph normal dan ph 7,9, dan 12 dengan dosis -1 kgy pada laju dosis 5 kgy/jam. Sampel dengan ph normal setelah radiasi diukur COD. Sampel dengan ph 7,9, dad 12 ditambahkan koagulan Fe2(SO4)3 dad AI2(SO4)3 dengan konsentrasi 5, 1, dan 2 ppm. Larutan dikocok dan dibiarkan selama 24 jam, larutan jernih di alas diukur serapannya dengan spektrofotometer UV -VIS. Analisis. Pengukuran spektrum dan pengendapan menggunakan spektrofotometer UV-VIS buatan Shimadzu dan Hitachi 2, pengukuran ph menggunakan phmeter type TOA HM-3S dad pengukuran TOC menggunakan Dohrman Carbon Analyzer DC 8 TOC meter. HAsa DAN PEMBAHASAN Pengaruh Laju Dosis terhadap Pengurangan Warna. Pada Gambar 1. dapat dilihat pengaruh laju dosis terhadap pengurangan WarDa dati zat WarDa disperse blue- 3. lradiasi dilakukan pacta dosis 2 kgy dengan mengalirkan udara selama radiasi. Kenaikan laju dosis akan menyebabkan kenaikan persen pengurangan WarDa dari zat WarDa disperse blue-3. Pengurangan WarDa terbesar terjadi pada laju dosis antara 4-5 kgy/jam dengan aliran udara selama radiasi. Pada radiasi selanjutnya dilakukan pada laju dosis 5 kgy/jam, karena waktu yang digunakan akan Ie. bib singkat. Persen pengurangan WarDa diperoleh : % pengurangan WarDa =. A, A A x 1% di mana: A = absorbansi kontrol A = absorbansi sampel setelah diradiasi Perubahan Spektrum Zat Warga Disperse Blue-J. Zat wama disperse blue-3 mempunyai serapan maksimum pada panjang gelombang 63 dan 76 om seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2 a. Spektrurn utama tersebut merupakan spektrum dari sistem terkonjugasi dari molekul zat wama. lradiasi gamma dengan aliran oksigen menyebabkan spektrurn utama pada panjang gelombang 63 nm berkurang intensitasnya sesuai dengan naiknya dosis. lntensitas spektrum pada panjang gelombang 76 nm menjadi hilang dengan naiknya dosis radiasi. Setelah radiasi, dengan penambahan asam nitrat intensitas spektrum pada panjang gelombang 63 nm semakin turun, namun spektrum barn pada panjang gelombang 295 om muncul pada semua dosis. Spektrum yang muncul pada 295 nm pada semua dosis walaupun pengendapan telah terjadi diasumsikan sebagai spektrum asam nitrat (5). Pengukuran dilakukan dengan mengukur sarnpel basil radiasi setelah penambahan asarn nitrat dan lamtan dibiarkan selama dua hari. Lapisan alas yang jernih diukur perubahan spektrurnnya dengan spektrofotometer UV-VIS. Penunman intensitas spektrum terjadi karena sistem terkonjugasi dari molekul zat warda tersebut putus akibat serangan OH radikal dari basil radiolisis air, seperti halnya dengan zat wama azo yang lamt dalam air (3). Pada penambahan asam nitrat. intensitas spektrum turun, karena zat wama disperse mempunyai muatan negatif sehingga dengan penambahan asam terjadi penetralan dan akhimya mengendap. Perubahan Jumlah Karbon Organik (TOC, Total Organic Carbon). Perubahanjumlah kalbon organik (total organic carbon, TOC) disperse blue-3 dapat dilihat pada Gambar 3. Penurunan TOC mula-mula tidak begitu nyata dengan naiknya dosis, namun setelah penambahan asam nitrat. penurunan terlihat jelas. jumlah TOC sedikit bertambah pada dosis 1 kgy. Kenaikan jumlah TOC ini mungkin disebabkan bertambahnya komponen yang lamt dari partikel koloid zat wama disperse karena radiasi. Prinsip pengukuran TOC dengan alat TOC meter ialah berdasarkan oksidasi senyawa organik dalam air oleh pengoksid ~S27 dad sinar UV. Beberapa senyawa organik yang berbentuk koloid dari molekul zat wama disperse yang tidak larut mungkin tidak dapat dioksidasikan oleh TOC meter tersebut. Namun. dengan radiasi komponenkomponen ini menjadi lamt dan menyebabkan kenaikan jumlah TOC dalam DB-3 (6). Perubahan ph Setelah Iradiasi. Perubahan ph setelah radiasi dalam aliran oksigen dapat dilihat pada Gambar 4. Perubahan ph setelah radiasi mula-mula tunm dengan drastis. kemudian hampir tidak berubah. Perubahan ph ini disebabkan karena terbentuknya asam-asam seperti halnya dalam zat wama azo yang larut daiam air

3 _Aplikasi Isotop don Radiasi, 1996 (3). Pengukuran dengan HPLC (High Pressure Liquid Chromatography) dari larutan menunjukkan bahwa asamasam yang terbentuk ialah asam oksalat. Dalam aliran oksigen, proses terbentuknya asam-asam itu lebih cepat terjadi. Pembahan Kebutuhan Oksigen Kimia (COD, Chemical Oxygen Demand). Dalam pembuangan limbah ke dalam lingkungan nilai COD sangat menentukan. Air limbah yang dibuang harus mempunyai nilai COD yang sesuai dengan motu baku lingkuogan. Pada Gambar 5. dapat dilihat perubahan COD setelah radiasi. Nilai COD berubah dengan naiknya dosis radiasi, Damon pada dosis 4 kgy sedikit ada kenaikan. kemudian turun dengan drastis. Penurunan nilai COD sampai 74% terjadi pada dosis 8 kgy, penurunan ini disebabkan karena terurainya molekul zat WarDa disperse. Hal ini sesuai dengan basil pengukuran larutao DB-3 setelah radiasi dengan HPLC, di mana asam oksalat telah terbentuk sebagai basil penguraian dari molekul DB-3. Tersisanya nilai COD mungkin karena adanya tambahan komponen-komponen larut dari partikel-partikel zat WarDa disperse, hat ini sesuai dengan bertambahnya nilai TOC pada dosis di atas 8 kgy. Pengurangan WarDa dari Zat WarDa DB-3 dengan Peoambahan Koagulan Fe2(SO J, dad AI2(SO ),. Hasil dari pengurangan WarDa dengan penambahan koagu- Ian dapat dilihat pada Tabel 1. Pengurangan warda optimum dari larutao kontrol DB-3 (1 ppm) dengan koagu- Ian Fe (2 ppm) pada ph 7 sebesar 96%, pada sampel radiasi pengurangan warna hanya 78% dengan kondisi yang sarna. Pada ph 9 dan 12 deogan koagulan yang sarna (Fe) pengurangan WarDa dari larutan DB-3 radiasi sebesar 9 dan 87% dibandingkan dengan kontrol. Pengurangan WarDa dari larutao DB-3 (tanpa dad dengan radiasi) dengan koagulan AI (2 ppm) pada ph 7 berturut-turut sebesar 76 dad 84%. KESIMPULAN Dari penelitian yang telah dilakukan dapat ditarik kesimpulan: 1. Pengurangan WarDa optimum dati tarutao DB-3 kontrol (1 ppm) di~pai pada ph 7 dengan koagulan Fe2(SO4)3 (2 ppm) sebesar 96%. 2. Pengurangan wama DB-3 radiasi (1 ppm) sangat efektif pada ph 9 dad 12 dengan koagulan Fe2(SO4)3 (2 ppm) masing-masing sebesar 9 dad 84%. 3. Pengurangan wama DB-3 tanpa radiasi dad dengan radiasi (1 ppm) pada ph 7 dengan koagulan AI2(SO4)3 (2 ppm) masing-masing sebesar 76 dad 84%. 4. Penambahan asam nitrat pada sampel radiasi menurunkan intensitas spektrum dad menurunkan nilai TOC. UCAPAN TERIMA KASm Para penulis mengucapkan terima kasih kepada Sdr. Christina Tri Suharni alas bantuannya yang diberikan dalam melakukan penelitian ini, ucapan serupa juga disampaikan kepada Sdr Armanu dad rekan-rekan di IFI alas bantuannya dalam meradiasi sampel. DAFTARPUSTAKA SUMARTONO, A., WINARTI, A., SURTIPANTI, S dan ARMANU., "Pengamh iradiasi gamma pada zat warda disperse antrakuinon (terasil blue) dalam lamtan air", Aplikasi Isotop dan Radiasi (Risalah Pertemuan Ilmiah Jakarta, 1993), BATAN, Jakarta (1994) WINARTI, A., SUMARTONO, A., ARMANU dad SURnPANTI, S.,"Pengaruh iradiasi gamma pada zat warda azo (Terasil Navy) dalarn air", Aplikasi Isotop dalarn Bidang Industri Pertanian dad Lingkungan (Risalah Perternuan Ilrniah Jakarta, 1992), BAT AN, Jakarta (1993) SUZUKI, N., NAGAI, T., HOTTA, H., and WASHlNO, M., The radiation-induced degradation of azo dyes in aqueou solutions, Inter. J. of Appl. Rad. and Isot. 2.Q (1975) NAGAI, T., and SUZUKI, N., The radition-induced degradation of anthraquinone dyes in aqueou solutions, Int. J. of Appl. Radiat. Isot. II (1976) MIYATA, T., "Liquid wastes-chemistry", Department of Environment and Resources, Takasaki Radiation Chemistry Research Establishment, JAERI, UNDP/ IAEA/RCA Regional Training Course on Radiation Technology for Environmental Conservation, TR- CRE JAERI 27 September -8 October (1993). 6. ARAI, H., (Komunikasi pribadi, 1993). 7. BAGYO, N.M.A., ARAI, H., andmiyata, T., Radiation-induced decoloration and sedimentation of colloidal disperse dyes in water, (1993) (to be published). 97

4 --IrBdIBB! Aplikasi Isotop don Radiasi Tabel I. Pengurangan wama zat wama disperse blue-3 dengan Oasis (kgy) penambahan koagulan Fe2(SO 4)3 dad Al2(SO 4)3 - ph Jenis Kons. ~ ; koagulan - 7 Fe 1 2 % Pengurangan koagulan (ppm) Fe 5 II Al AI Fe Fe Fe Fe 1 2 Al , AI WarDa ;:' 8 " 4 i I 1~ / -I 2 ---I 3 L Laju dosls (kgy / jam).udbrb -I Garnbar 1. Pengaruh laju dosis terhadap pengurangan warda (dosis radiasi 2 kgy) 98

5 Ap/ikasi Isotop don Radiasi c CD C cd.c I.- CD.c <=: Panjang gelombang (nm) Gambar 2. Perubahan spektrum disperse blue-3 (,2,4,6,8, dad 1 kgy) a = dalam oksigen dad b = dalam oksigen + HNO Dosis (kgy) Gambar 3. Perubahan TOC karena radiasi 99

6 Aplika.fil.fotopdanRadia.fi,1996 ph 8 '" '"""" [~~~:~~~~~] 6 """ 4 ~ Dosls (kgy) Gambar 4. Perubahan ph karena radiasi Gambar 5. Perobahan COD setelah radiasi 1

7 Aplikasi Isotop don Radiasi DISKUSI SUPANDI Apakah pengaruh iradiasi gamma terhadap pengurangan zat WarDa dispersi blue secara visual masih tarnpak jelas atau tidak? AGUSTIN S. jemih. EMLINARTI Secara visual tampak dari tarutao yang berwarna 1. Bagaimana pengaroh konsentrasi koagulan bila > 2 ppm atau < 2 ppm, apakah mempengaruhi persentase pengurangan WarDa? 2. Selain Fe2 (SO.)3 dan Al2 (SO.)3' koagulan apalagi yang dapat digunakan untuk mengurangi zat warda DB? 2. Apa produk akhir dari degradasi dispersi blue dad bagaimana toksisitasnya dibandingkan dengan dispersi blue? AGUSTIN S. I. RCOOH > RCOO- + H+ RCOO- + AI)+ > RCOOAI RCOO- + Fe3+ > RCOOFe RCOOH (molekul zat warda) 2. Produk akhir dari degradasi disperse blue -3 yaitu asam oksajat, asam tersebut kurang beracun bila dibandingkan zat WarDa semula. ROSALINA SINAGA Apakah degradasi zat warda oleh radiasi ber. hubungan dengan warda? AGUSTIN S. AGUSTIN S. 1. Pengaruh konsentrasi koagulan hila > 2 ppm tidak Ya ekonomis, karena jenub, hila < 2 ppm pengurangannya kurang maksimum. 2. Tidak kami lakukan, namun untuk zat WarDa dispersi SOFNIE MARUSIN yang kami gunakan Ca (OCI)2 dan FeSO.. Dari basil penelitian Anda, untuk menghilangkan wama, zat warda disperse blue manakah yang terbaik GENI RINA SUNARYO dengan adanya radiasi atau dengan penambahan koaguian ataupun dengan penambahan koagulan + radiasi? Dari basil penelitian Anda, kondisi perlakuan yang bagaimanakah yang terefektif untuk pengurangan zat WarDa dispersi blue? AGUSTIN S. AGUSTIN S. Kondisi yang terefektif ialah dengan menggunakan Al2 (SO 4)3 karena dilakukan pada ph netral (7). Karena penelitian ini masih mencari alternatif terbaik, maka penggunaan baik iradiasi, penambahan koagulan, ataupun koagulan + iradiasi masih dalam penetitian lebih Ian jut. ROSI SETIADR 1. Mohon dijelaskan mekanisme reaksi degradasi dispersi blue akibat iradiasi sinar-'t dengan bantuan koagulan? 11