IMPREGNASI ZEOLIT ALAM DENGAN TiO 2 UNTUK MENDEGRADASI ZAT WARNA METILEN BIRU SECARA FOTOKATALITIK SKRIPSI

Transkripsi

1 IMPREGNASI ZEOLIT ALAM DENGAN TiO 2 UNTUK MENDEGRADASI ZAT WARNA METILEN BIRU SECARA FOTOKATALITIK SKRIPSI AYU EPRILITA FITRI IKA CAHYANI DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA SURABAYA 2012

2 IMPREGNASI ZEOLIT ALAM DENGAN TiO 2 UNTUK MENDEGRADASI ZAT WARNA METILEN BIRU SECARA FOTOKATALITIK SKRIPSI Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Bidang Kimia Pada Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Surabaya Disetujui oleh : Pembimbing I, Pembimbing II, Drs. Yusuf Syah, M.S Alfa Akustia Widati, S.Si, M.Si NIP NIK ii

3 LEMBAR PENGESAHAN NASKAH SKRIPSI Judul : Impregnasi Zeolit Alam dengan TiO 2 untuk Mendegradasi Zat Warna Metilen Biru Secara Fotokatalitik Penyusun : NIM : Pembimbing I : Drs. Yusuf Syah, M.S Pembimbing II : Alfa Akustia Widati, S.Si, M.Si Tanggal Seminar : 17 Juli 2012 Disetujui oleh: Pembimbing I, Pembimbing II, Drs. Yusuf Syah, M.S Alfa Akustia Widati, S.Si, M.Si NIP NIK Mengetahui, Ketua Departemen Kimia Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga Dr. Alfinda Novi Kristanti, DEA NIP iii

4 PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam lingkungan Universitas Airlangga. Diperkenankan untuk dipakai sebagai referensi perpustakaan, tetapi pengutipan seijin penulis dan harus menyebutkan sumbernya sesuai kebiasaan ilmiah. Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga iv

5 KATA PENGANTAR Puji syukur ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan penulisan naskah skripsi dengan judul Impregnasi Zeolit Alam dengan TiO 2 untuk Mendegradasi Zat Warna Metilen Biru Secara Fotokatalitik dengan lancar dan tepat waktu. Sholawat serta salam tetap tercurah kepada junjungan kita Nabi besar Rasulullah Muhammad SAW. kepada: Pada kesempatan ini penyusun ingin menyampaikan ucapan terima kasih 1. Bapak Drs. Yusuf Syah, M.S selaku dosen Pembimbing I atas bimbingan dan nasehatnya selama penyelesaian skripsi ini di tengah kesibukannya. 2. Ibu Alfa Akustia Widati, S.Si, M.Si selaku dosen Pembimbing II atas bimbingan dan nasehatnya selama penyelesaian skripsi ini di tengah kesibukannya. 3. Ibu Dra. Usreg Sri Handajani, M.Si dan Ibu Dr. Sri Sumarsih, M.Si selaku dosen Penguji I dan Penguji II atas saran dan bimbingannya agar skripsi ini menjadi lebih baik. 4. Kedua orang tua yang selalu memberikan dukungan dan semangat selama penyelesaian skripsi ini. v

6 5. Bapak Drs. Hamami, M.Si selaku dosen pendamping yang telah mendampingi, menasehati, dan memberikan semangat yang tidak ada habisnya. Selain itu, beliau merupakan inspirator bagi penyusun dalam penyelesaian skripsi ini. 6. Ibu Dr. Alfinda Novi Kristanti, DEA selaku Ketua Program Studi S-1 Kimia yang banyak memberikan informasi dan saran dalam penyusunan naskah skripsi ini. 7. Teman teman Keluarga Besar (Aci, Anggi, Sari, Nadya, Tari, Devan, Jemmy, Ryan) atas saran dan dukungan selama penyelesaian skripsi ini. 8. Teman teman Kimia angkatan 2008 selaku penyemangat dalam penyelesaian skripsi ini. 9. Semua pihak yang membantu dalam penyelesaian skripsi ini. ini jauh dari sempurna, untuk itu saran dan kritik yang membangun sangat diharapkan untuk kesempurnaan skripsi ini. Surabaya, Juli 2012 Penyusun, vi

7 Cahyani, A.E.F.I, 2012, Impregnasi Zeolit Alam Dengan TiO 2 untuk. ini 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 degradasi zat warna metilen biru secara fotokatalitik oleh TiO 2 /zeolit. Proses degradasi dilakukan dalam suatu reaktor tertutup yang diiradiasi dengan 3 buah lampu UV 8 watt. Larutan metilen biru diiradiasi dengan lampu UV selama waktu optimum 45 menit dengan menggunakan TiO 2 /zeolit. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan hanya menggunakan sinar UV, larutan metilen biru dapat didegradasi namun sangat lambat dengan persen degradasi sebesar 4,68 %. Ketika menggunakan H 2 O 2, persen degradasi meningkat yaitu sebesar 13,05 %. Saat diberi penambahan TiO 2 dan zeolit proses degradasi lebih efektif, yaitu diperoleh persen degradasi masing masing 14,53 % dan 96,84 %. Ketika menggunakan TiO 2 /zeolit, menghasilkan persen degradasi sebesar 98,08 %. Kondisi optimum degradasi metilen biru dengan TiO 2 /zeolit diperoleh pada waktu 45 menit dan ph larutan sebesar 5 dengan persen degradasi masing masing 98,16 % dan 98,20 %. TiO 2 /zeolit memiliki efektivitas lebih tinggi dibandingkan TiO 2, tetapi tidak lebih tinggi dibandingkan dengan zeolit dalam mengadsorpsi zat warna metilen biru pada waktu dan ph optimum. Dalam hal ini zeolit berperan sebagai adsorben, dan TiO 2 mendegradasi metilen biru secara fotokatalitik. Kata kunci: metilen biru, fotodegradasi, TiO 2, zeolit alam, dan impregnasi. vii

8 Cahyani, A.E.F.I., 2012, Natural Zeolit Impregnation of TiO 2 to Degradation Methylene Blue Dye in Photocatalytic. Script was under consulted by Drs. Yusuf Syah, M.S. and Alfa Akustia Widati, S.Si, M.Si., Chemistry Department, Faculty of Science and Technology of Universitas Airlangga. ABSTRACT Methylene blue dye degradation in photocatalytic by TiO 2 /zeolit has been studied. Degradation process carried out in a closed reactor is irradiated with 3 pieces 8 watt UV lamp. Methylene blue solution was irradiated with UV light for 45 minutes with the optimum use the TiO 2 /zeolit. The result showed that the presence of UV light, methylene blue dye solution can be degraded but very slow with the percent degradation of 4,68 %. The degradation percent increase in the amount of 13,05 % when added by H 2 O 2. When given the addition of TiO 2 and zeolit is more effective degradation processes, namely the percentage degradation of each respectively 14,53 % and 96,84 %. When done adding TiO 2 /zeolit as catalyst, resulting in degradation of 98,08 %. Optimum conditions the degradation of methylene blue with TiO 2 /zeolit obtained at the time of 45 minutes and the ph at 5 by the percent degradation of each respectively 98,16 % and 98,20 %. TiO 2 /zeolit have a higher effectiveness than TiO 2, but no higher than the zeolite in methylene blue dye adsorbed at time and ph optimum. In this case zeolite acts as absorbent, and TiO 2 degrade methylene blue in photocatalytic. Key words : methylene blue, photodegradation, TiO 2, natural zeolite and impregnation viii

9 DAFTAR ISI Halaman LEMBAR JUDUL.... i LEMBAR PERNYATAAN.. ii LEMBAR PENGESAHAN.. 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 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian.. 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Zeolit Alam Struktur zeolit alam Sifat zeolit Aktivasi Zeolit Fotokatalisis Semikonduktor TiO Metilen Biru Difraksi Sinar X Spektrofotometri UV Vis Spektroskopi Inframerah.. 20 BAB III METODE PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian Bahan dan Alat Penelitian Bahan penelitian Alat penelitian Diagram Alir Penelitian Prosedur Kerja Pembuatan larutan HCl 0,10 M Pembuatan larutan NaOH 0,10 M 26 ix

10 3.4.3 Pembuatan larutan H 2 O 2 15% Pembuatan larutan induk metilen biru 1000 ppm Pembuatan larutan standar metilen biru Pembuatan larutan sampel metilen biru Penentuan panjang gelombang maksimum Pembuatan kurva standar metilen biru Preparasi zeolit alam Preparasi TiO 2 terimpregnasi zeolit alam Penentuan waktu dan ph optimum degradasi metilen biru Penentuan waktu optimum degradasi metilen biru Penentuan ph optimum degradasi metilen biru Degradasi metilen biru Degradasi metilen biru dengan sinar UV Degradasi metilen biru dengan TiO 2 /Zeolit pada kondisi optimum Degradasi metilen biru dengan TiO 2 pada kondisi optimum Degradasi metilen biru dengan zeolit pada kondisi optimum Degradasi metilen biru dengan H 2 O 2 pada kondisi optimum 32 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Panjang Gelombang Maksimum Larutan Metilen Biru Penentuan Kurva Standar Metilen Biru Preparasi Zeolit Alam Preparasi TiO 2 Terimpregnasi Zeolit Alam Penentuan Waktu Optimum Degradasi Larutan Metilen Biru Penentuan ph Optimum Degradasi Larutan Metilen Biru Degradasi Metilen Biru dengan TiO 2 /Zeolit pada Kondisi Optimum BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN x

11 DAFTAR TABEL Tabel Judul Tabel Halaman Komposisi unsur pada zeolit alam Turen, Malang, Jawa Timur. Data absorbansi larutan metilen biru pada berbagai konsentrasi Data penentuan waktu optimum degradasi metilen biru Data pengukuran ph optimum degradasi metilen biru.. Data pengukuran degradasi metilen biru dengan TiO 2 /zeolit pada waktu dan kondisi ph optimum xi

12 DAFTAR GAMBAR Gambar Judul Gambar Halaman 2.1 Struktur bangun primer zeolit Struktur bangun sekunder zeolit Struktur pori pada zeolit Struktur molekul metilen biru Skema alat difraktometer sinar X Kurva panjang gelombang maksimum metilen biru Kurva standar larutan metilen biru Difraktogram zeolit alam dan zeolit setelah kalsinasi Difraktogram TiO 2, TiO 2 /zeolit, dan zeolit sesudah kalsinasi Spektra IR zeolit sesudah kalsinasi dan TiO 2 /zeolit Grafik hubungan antara persen degradasi terhadap waktu degradasi Grafik hubungan antara ph dengan persen degradasi Diagram batang perbandingan persen degradasi metilen biru pada kondisi optimum.. 46 xii

13 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran Judul Lampiran Panjang gelombang maksimum metilen biru Difraktogram zeolit alam Difraktogram zeolit setelah kalsinasi Difraktogram TiO 2 Difraktogram TiO 2 /zeolit Spektra IR zeolit sebelum dan setelah impregnasi Optimasi waktu degradasi larutan metilen biru Optimasi ph degradasi larutan metilen biru Degradasi metilen biru pada kondisi optimum xiii

14 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Keberadaan zeolit alam cukup melimpah di Indonesia namun pemanfaatannya masih belum banyak dilakukan. Mineral zeolit didefinisikan sebagai suatu aluminosilikat yang mempunyai struktur berongga dan biasanya rongga ini diisi oleh air dan kation yang dapat dipertukarkan, serta memiliki ukuran pori tertentu (Muliasari, 2006). Berdasarkan potensi yang dimiliki zeolit, maka cukup banyak aplikasi yang sebenarnya dapat digunakan, antara lain kemampuannya sebagai katalis, senyawa pengemban ataupun adsorben. Untuk dapat memiliki aktivitas yang baik, zeolit alam harus dimodifikasi terlebih dahulu. Telah banyak diteliti berbagai cara modifikasi zeolit alam. Modifikasi zeolit alam yang telah dilakukan yaitu dengan kalsinasi atau pengembanan logam (Suyanti, 2000); modifikasi dengan larutan asam dan surfaktan (Wang dan Peng, 2009); dan modifikasi dengan TiO 2 melalui metode sol gel (Slamet dkk, 2008). Penelitian lain tentang modifikasi zeolit alam yaitu dengan melakukan pemanasan pada suhu 300⁰C selama kurang lebih tiga jam (Aritonang, 2009); aktivasi zeolit alam dengan larutan HCl (Srihapsari, 2006); aktivasi zeolit alam menggunakan larutan H 2 SO 4 (Muliasari, 2006); dan modifikasi zeolit alam dengan heksadesiltrimetilamonium (HDTMA + ) (Setiawan, 2007). 1

15 2 Indonesia merupakan negara yang sedang berkembang. Hal ini ditunjukkan dengan adanya industri yang terus tumbuh dan berkembang. Dengan didukung potensi sumber daya alam dan lingkungan yang dimiliki Indonesia, pemerintah menitikberatkan program pembangunan jangka panjang pada sektor industri (Wijayani, 2004). Dewasa ini perkembangan industri tekstil di Indonesia telah maju pesat, namun kemajuan dalam bidang industri ini tidak diiringi oleh kesadaran yang baik dalam pengelolaan lingkungan. Industri tekstil mengambil peranan penting dalam pencemaran lingkungan, khususnya lingkungan perairan. Apabila air limbah industri yang umumnya mengandung zat pewarna dibuang ke selokan atau sungai tanpa mengalami pengolahan terlebih dahulu, dapat merubah air selokan atau air sungai menjadi tidak sesuai dengan peruntukannya (Suwarsa, 1998). Metilen biru merupakan salah satu dari zat pewarna. Metilen biru paling sering digunakan untuk zat pewarna kapas, kayu, dan kain sutra (Wang dkk, 2011). Pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh zat pewarna sangat memprihatinkan sehingga diperlukan penanganan serius untuk mengatasi masalah tersebut. Berbagai upaya dan metode untuk mengatasi pencemaran zat pewarna telah dilakukan, antara lain dengan metode koagulasi, oksidasi, dan elektrokimia. Namun, metode metode ini dirasa kurang memadai untuk mengatasi masalah pencemaran zat pewarna. Karena metode ini pada dasarnya hanya penciptaan fase yang mengandung polutan yang lebih terkonsentrasi (Fatimah dkk, 2006). Di antara metode moderen penanggulangan limbah, metode fotokatalisis merupakan metode yang relatif murah serta mudah diterapkan. Metode fotokatalisis memerlukan bahan

16 3 semikonduktor seperti TiO 2, CdS, atau Fe 2 O 3 serta radiasi sinar ultraviolet dengan panjang gelombang sesuai dengan energi celah yang dimiliki oleh bahan semikonduktor tersebut (Nogueria dan Jardim, 1993). Dari sekian banyak jenis semikonduktor, TiO 2 banyak dipilih untuk aplikasi secara luas karena TiO 2 bersifat inert dan stabil terhadap fotokorosi dan fotokimia. Selain itu, TiO 2 bersifat tidak beracun dan dalam pasaran mudah ditemukan dengan harga yang relatif murah (Pristantho, 2011). Pada penelitian yang dilakukan oleh Sumatera, dkk (2002), konsentrasi metilen biru berkurang setelah suspensi disinari dengan sinar UV dan dikatalisis dengan TiO 2 /montmorilonit. Penelitian lain menyebutkan bahwa metilen biru terdegradasi oleh ZnO/TiO 2 sebesar 81,42% dan 77,75% pada panjang gelombang 590 nm dan 286 nm (Ali dan Siew, 2006). Dalam rangka mengatasi pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh metilen biru, pada penelitian ini digunakan zeolit alam yang akan diimpregnasi dengan TiO 2. Impregnasi adalah proses pemasukan prekursor logam dengan sejumlah penyangga dan dibiarkan bereaksi, di mana prekursor TiO 2 dimasukkan ke dalam zeolit alam sebagai penyangga. Selanjutnya zeolit yang telah diimpregnasi dengan TiO 2 diaplikasikan untuk degradasi zat pewarna tekstil metilen biru secara fotokatalisis.

17 4 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang di atas dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut. 1. Berapa waktu dan ph optimum proses degradasi zat warna metilen biru menggunakan zeolit terimpregnasi TiO 2 (TiO 2 /zeolit)? 2. Apakah TiO 2 /zeolit memiliki efektivitas lebih tinggi dibandingkan TiO 2 atau zeolit saja dalam mendegradasi zat warna metilen biru pada waktu dan ph optimum? 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut. 1. Menentukan waktu dan ph optimum proses degradasi zat warna metilen biru menggunakan zeolit terimpregnasi TiO 2 (TiO 2 /zeolit). 2. Mengetahui efektivitas TiO 2 /zeolit dibandingkan TiO 2 atau zeolit saja dalam mendegradasi zat warna metilen biru pada waktu dan ph optimum. 1.4 Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang impregnasi TiO 2 dalam zeolit untuk degradasi zat pewarna tekstil dalam limbah secara fotokatalitik. Selain itu, sebagai metode alternatif dari berbagai metode fotokatalisis yang telah dilakukan.

18 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Zeolit Alam Seorang ahli mineralogi berkebangsaan Swedia bernama Baron Axel Fredick Cronsedt menemukan zeolit pertama kali pada tahun Zeolit ditemukan dalam bentuk kristal yang mempunyai struktur berongga. Nama zeolit berasal dari bahasa Yunani, zeo yang memiliki arti membuih dan lithos yang memiliki arti batu. Pemberian nama zeolit dikarenakan sesuai dengan karakter zeolit yang membuih dan mengeluarkan air apabila dipanaskan (Mumpton dan Fishman, 1977). Para ahli geokimia dan mineralogi memperkirakan bahwa zeolit merupakan produk dari gunung berapi yang berupa lava yang membeku menjadi batuan vulkanik, sedimen, dan batuan metamorfosa. Melalui proses pelapukan karena adanya pengaruh panas dan dingin yang terjadi di dalam tanah, maka batuan tersebut akan membentuk mineral zeolit (Barrer, 1982). Zeolit juga ditemukan sebagai batuan endapan pada bagian tanah jenis basalt dan komposisi kimianya tergantung pada kondisi hidrotermal lingkungan lokal seperti suhu, tekanan uap, dan komposisi air tanah. Hal itu menjadikan zeolit dengan warna dan tekstur yang sama mungkin berbeda komposisi kimianya bila diambil dari lokasi yang berbeda, disebabkan karena kombinasi mineral dengan pengotor lainnya. Di Indonesia, potensi sumber daya alam mineral zeolit alam cukup besar dan kemurniannya cukup tinggi. Daerah daerah yang mempunyai tambang zeolit di 5

19 6 antaranya adalah Lampung Selatan, Bayah, Cikembar, Cipatujah, Jawa Barat Nangapada, Kabupaten Ende di NTT, Kabupaten Malang, dan Kabupaten Gunung Kidul (Maygasari, 2010). Cadangan zeolit alam di Indonesia sebagian besar berada di deret pegunungan karst, sehingga kadar CaO dalam zeolit Indonesia cukup besar (lebih dari 5%). Sedangkan zeolit alam dari luar Indonesia mengandung CaO kurang dari 3%, sesuai dengan jumlah Ca pada zeolit komersial (Nais dan Wibawa, 2011). Tabel 2.1 Komposisi unsur pada zeolit alam Turen, Malang, Jawa Timur (Ismuyanto, 2008) Unsur Komposisi (%) Al 14 Si 48 Na 0 Ca 2,76 Cr 0,0054 Mn 1,93 Fe 25,1 Ni 0 Sr 0 Zr 0 Ag 0 Yb 0 P 0 S 0,74 K 4,93 Ti 1,28 V 0,04 Cu 0,12 Zn 0,795 Zeolit alam merupakan senyawa aluminosilikat yang terhidrasi dengan kationkation terutama kation alkali dan alkali tanah. Di samping itu, zeolit mempunyai rongga dan mempunyai struktur sangkar tiga dimensi (framework). Rongga di dalam

20 7 zeolit ditempati oleh kation-kation dari golongan alkali dan alkali tanah, selain itu juga terdapat molekul air. Kation dan molekul air tersebut dapat digantikan dengan kation atau molekul lain secara reversibel tanpa merusak strukturnya (Mumpton, 1977). Secara empiris, zeolit memiliki rumus empiris sebagai berikut: M x/n [(AlO 2 ) x (SiO 2 )] zh 2 O dengan ketentuan: M x/n n : kation logam alkali atau alkali tanah : valensi logam alkali atau alkali tanah x : bilangan tertentu alumina dari 2 10 y : bilangan tertentu silika dari 2 7 z : jumlah molekul air kristal Mineral zeolit dikenal sebagai bahan alam dan umumnya dalam bentuk batuan clinoptilolite, mordenit, barrerite, chabazite, stilbite, analcime, dan laumonlite. Sedangkan mineral zeolit dalam bentuk offerite, paulingite, dan mazzite hanya sedikit dan jarang dijumpai (Sunarti, 2010) Struktur zeolit Seperti halnya mineral kwarsa dan felspar, zeolit termasuk golongan senyawa tektosilikat, yaitu kristal yang terbentuk oleh sambungan bersama dari tetrahedral tetrahedral memberikan jaringan anionik dimensi tiga dan setiap oksigen dari suatu tetrahedral disumbangkan antara tetrahedral yang satu dengan tetrahedral yang lain (Rakhmatullah dkk, 2007). Struktur zeolit terdiri dari unit unit pembangun, yang secara garis besar dibagi menjadi tiga bagian utama sebagai berikut (Butar, 2011) :

21 8 1. unit bangun primer, yang tak lain adalah bentuk tetrahedral silika (SiO 4 ) 4- dan alumina (AlO 4 ) 5- ; bentuk tetrahedral ini bergabung menjadi satu dengan yang lainnya membentuk kerangka tiga dimensi dengan rumusan ideal (TO 4 ) n. Gambar 2.1 Struktur bangun primer zeolit (Butar, 2011) 2. unit bangun sekunder, yaitu bentuk dari penggabungan dari beberapa TO 4 yang membentuk cincin lingkar 4, 6, dan 8 atau dapat juga gabungan dari dua cincin lingkar 4 dan dua cincin lingkar 6.

22 9 Gambar 2.2 Struktur bangun sekunder zeolit (Butar, 2011) 3. unit bangun tersier, bentuk polihedral yang tersusun dalam pengulangan unit unit bangun sekunder yang dihubungkan oleh jendela jendela atau saluran saluran membentuk suatu bangunan yang besar yaitu zeolit Sifat zeolit Zeolit mempunyai struktur berongga yang biasanya diisi oleh kation kation dan air yang bisa dipertukarkan dan memiliki ukuran pori tertentu (Srihapsari, 2006). Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam mineral zeolit adalah perbandingan Si dan Al. Kerapatan muatan di dalam struktur kristal zeolit ditentukan oleh perbandingan Si dan Al. Jika perbandingan Si dan Al besar maka kerapatan

23 10 muatannya tinggi dan molekulnya lebih besar. Dengan kata lain, zeolit dengan perbandingan Si dan Al yang tinggi mempunyai kapasitas pertukaran kationnya tinggi (Muliasari, 2006). Gambar 2.3 Struktur pori pada zeolit (Muliasari, 2006) Berbagai sifat dari zeolit alam adalah : 1. Dehidrasi Sifat dehidrasi zeolit berpengaruh terhadap sifat penyerapannya. Keunikan zeolit terletak pada struktur porinya yang spesifik. Pada zeolit alam, di dalam pori porinya terdapat kation kation atau molekul air. Apabila kation kation atau molekul air tersebut dikeluarkan dari dalam pori dengan suatu perlakuan tertentu maka zeolit memiliki pori yang kosong (Barrer, 1982). 2. Adsorpsi Dalam keadaan normal, ruang dalam kristal zeolit terisi oleh molekul air yang berada di sekitar kation. Bila zeolit dipanaskan maka air tersebut akan keluar,

24 11 dengan demikian luas permukaan dari pori pori mineral zeolit bertambah. Zeolit yang telah dipanaskan dapat berfungsi sebagai penyerap gas atau cairan. Penggunaan zeolit sebagai adsorben lebih dikenal sebelumnya, karena zeolit bersifat selektif dan mempunyai kapasitas yang cukup tinggi, di mana pori pori kristal ini mampu mengadsorpsi sejumlah besar molekul atau ion yang ukurannya cukup atau sesuai dengan bentuk atau ukuran saluran untuk selanjutnya masuk ke dalam saluran intrakristal sehingga dapat bertindak sebagai penyaring ion atau molekul (Butar, 2011). 3. Katalis Zeolit merupakan katalisator yang baik karena mempunyai pori pori yang besar dan permukaan yang maksimum (Imansyah, 2011). Keasaman zeolit juga merupakan salah satu faktor penting dalam penggunaan zeolit sebagai pengemban dan sebagai katalis. Zeolit digunakan secara luas sebagai katalis karena adanya situs situs asam, baik situs asam Bronsted maupun Lewis (Tarigan, 2007). Penggunaan zeolit sebagai katalis dapat dioptimalkan dengan cara perlakuan asam, hidrotermal, kalsinasi, dan oksidasi (Imansyah, 2011). 2.2 Aktivasi Zeolit Peningkatan mutu zeolit alam melalui proses aktivasi dan modifikasi dimaksudkan untuk memperbesar kemampuan zeolit baik dari segi daya katalisis, adsorben, maupun pertukaran ion. Beberapa teknik dilakukan untuk meningkatkan mutu zeolit alam, yaitu dengan cara aktivasi dan modifikasi. Proses aktivasi zeolit

25 12 alam dapat dikelompokkan menjadi dua cara, yakni aktivasi secara kimiawi dan aktivasi secara fisik (Fatimah, 2000). Aktivasi secara kimiawi memiliki tujuan untuk membersihkan permukaan pori, membuang senyawa pengotor, dan mengatur kembali letak atom yang dipertukarkan. Prinsip aktivasi secara kimiawi adalah penambahan pereaksi tertentu sehingga didapatkan pori pori zeolit yang bersih (aktif). Sedangkan proses aktivasi secara fisika dilakukan dengan cara pemanasan baik secara kontak langsung maupun tak langsung (sistem vakum). Hal ini bertujuan untuk menguapkan air kristal yang terperangkap di dalam pori pori zeolit sehingga luas permukaan internal pori meningkat (Fatimah, 2000). 2.3 Fotokatalisis Fotokatalisis merupakan suatu proses kombinasi antara proses fotokimia dan katalis, yakni suatu proses degradasi secara kimiawi dengan melibatkan cahaya sebagai pemicu dan katalis berfungsi untuk mempercepat proses transformasi. Transformasi atau reaksi yang diinduksi oleh sinar tersebut terjadi pada permukaan suatu katalis (Sopyan, 1998). Induksi oleh sinar menyebabkan terjadinya eksitasi elektron, dalam proses ini menghasilkan hole. Hole memiliki peranan yang sangat besar dalam hampir semua reaksi fotokatalitik. Induksi oleh sinar menyebabkan terjadinya eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi. Jika suatu semi konduktor dikenai cahaya (hv) dengan energi yang sesuai, maka elektron (e - ) pada

26 13 pita valensi akan tereksitasi ke pita konduksi dan meninggalkan hole (h + ) pada pita valensi (Gunlazuardi, 2001). Berdasarkan fasanya, fotokatalisis digolongkan menjadi dua macam, yaitu fotokatalisis homogen dan fotokatalisis heterogen. Fotokatalisis homogen adalah proses katalisis satu fase antara substrat dengan katalis. Umumnya katalis berupa suatu oksidator seperti ozon dan hidrogen peroksida. Fotokatalisis heterogen adalah proses fotokatalisis dua fase yang dilakukan dengan bantuan semikonduktor sebagai katalis (Otmer dan Kirk, 1994). Proses degradasi fotokatalisis merupakan suatu teknologi alternatif yang dapat digunakan untuk menghancurkan berbagai macam polutan hasil dari limbah industri dan rumah tangga seperti asam, detergen, sabun, dan impuritis impuritis organik. Menurut Lu (1999), metode degradasi fotokatalitik ini mempunyai beberapa keuntungan sebagai berikut. Kontaminan organik dapat terdekomposisi secara keseluruhan dengan cepat. Degradasi fotokatalitik dapat menggunakan matahari sebagai sumber sinar. Proses ini dapat digabungkan dengan proses biologis. Sifat toksik dari logam berat dapat dikurangi dengan metode degradasi fotokatalitik. Selain itu, metode ini bersifat soft sehingga dapat diikuti dengan temperatur dan tekanan rendah.

27 Semikonduktor TiO 2 Oksida logam titanium (TiO 2 ) merupakan material semikonduktor yang aktif sebagai fotokatalis. Semikonduktor TiO 2 ditemukan di alam dalam bentuk kristal dengan tiga macam bentuk, yaitu brokit, anatase dan rutil. Di samping memiliki aktivitas yang cukup besar dan efektif sebagai fotokatalis, TiO 2 merupakan senyawa yang mudah didapatkan dan bersifat tidak beracun (Fatimah dan Wijaya, 2005). Menurut Hoffman (1995), semikonduktor TiO 2 dalam air yang disinari oleh sinar UV akan membentuk hole positif pada pita valensi (vb) dan elektron pada pita konduksi (cb), yang dapat menginisiasi reaksi redoks bahan kimia yang kontak dengan semikonduktor tersebut. Dalam media air, sistem tersebut mampu menghasilkan radikal hidroksil ( OH). Radikal hidroksil adalah spesi pengoksidasi kuat pada ph = 1 dan memiliki potensial oksidasi sebesar 2,8 Volt. Dengan potensial sebesar itu, kebanyakan senyawa organik di dalam air dapat dioksidasi. Pada permukaan semikonduktor, hole positif dapat bereaksi dengan baik dengan H 2 O yang teradsorpsi secara fisika maupun dengan gugus OH - yang teradsorpsi secara kimia untuk membentuk radikal hidroksil sebagaimana pada reaksi berikut : TiO 2 + hv TiO 2 (h + vb + e - cb) h + vb + H 2 O OH + H + h + vb + OH - OH

28 15 e - cb + O 2 O 2-2 O H 2 O 2 OH + 2 OH - + O 2 Elektron elektron pada pita konduksi kemungkinan bereaksi dengan molekul oksigen untuk membentuk ion superoksida yang selanjutnya membentuk radikal hidroksil. Radikal hidroksil sangat reaktif menyerang molekul molekul organik dan mendegradasinya menjadi CO 2, H 2 O, dan ion ion halida jika molekul organik mengandung atom atom halogen (Hoffman, 1995). 2.5 Metilen Biru Metilen biru merupakan senyawa kimia aromatik heterosiklik dengan rumus molekul C 16 H 18 ClN 3 S dengan nama IUPAC 3,7-Bis-dimetylamino-phenothiazin-5- yilum chloride. Metilen biru memiliki massa molekul relatif 319,85 g/mol dan memiliki titik leleh sebesar 100⁰C. Pada suhu ruang, metilen biru berbentuk serbuk berwarna hijau tua, tidak berbau, menjadi warna biru ketika dilarutkan di dalam air (Budavari dkk, 1989). Selain digunakan sebagai zat pewarna tekstil, metilen biru merupakan zat pewarna yang kerap digunakan sebagai bakterisida dan fungisida dalam akuarium. Gambar 2.4 Struktur molekul metilen biru

29 16 Zat pewarna metilen biru merupakan zat pewarna berbahaya. Efek berbahaya yang ditimbulkan oleh zat pewarna metilen biru antara lain seperti detak jantung mengalami peningkatan, mual, muntah, dan shock (Zendehdel dkk, 2011). 2.6 Difraksi Sinar-X ( X-ray Difraction ) Difraksi sinar-x merupakan suatu metode analisis yang didasarkan pada interaksi antara materi dengan radiasi elektromagnetik sinar-x, yakni pengukuran radiasi sinar-x yang terdifraksi oleh bidang kristal dimana pengukuran ini menggunakan instrumen yang bernama difraktometer sinar-x (Wahyuni, 2003). Sinar-X adalah gelombang elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang sangat pendek, jauh lebih pendek dari panjang gelombang sinar tampak (Glusker, 1985). Penghamburan sinar-x oleh unit unit padatan kristalin akan menghasilkan pola pola difraksi yang digunakan untuk menentukan struktur partikel pada kisi padatan (Chang, 1998). Menurut Srihapsari (2006), kegunaan dari metode difraksi sinar-x ini adalah: 1. penentuan struktur kristal yakni bentuk dan ukuran sel satuan kristal, pengindeksan bidang kristal, dan jumlah atom per sel satuan ; 2. analisis kimia, yakni identifikasi kristal, penentuan kemurnian hasil sintesis dan deteksi senyawa baru. Pola difraksi pada setiap materi akan berbeda satu sama lain sehingga dapat digunakan untuk identifikasi dan memberikan informasi mengenai kesimetrian serta ukuran unit unit molekuler (Atkins, 1998).

30 17 Proses difraksi sinar-x dipelajari oleh Bragg, yakni jika dua berkas sinar yang parallel mengenai bidang bidang kristal yang sama dengan jarak antar bidang, maka perbedaan jarak yang ditempuh oleh kedua sinar tersebut berbanding langsung dengan panjang gelombangnya. Persamaan Bragg dinyatakan sebagai berikut: n λ = 2 d sin θ (2.1) dengan λ = panjang gelombang sinar-x, d = jarak antar bidang (interplanar distances), dan θ = sudut difraksi. Metode difraksi pada sampel berbentuk serbuk halus digunakan secara luas, karena semua bidang kristal yang ada dapat terorientasi sedemikian rupa sehingga dapat mendifraksi sinar-x. Pada metode ini, susunan alat difraksi sinar-x sebagai berikut (Birkholz, 2006). 1. Tabung sinar-x, merupakan tempat produksi sinar-x, berisi katoda filamen tungsen (W) sebagai sumber elektron dan anoda yang berupa logam target. 2. Ganiometer, bergerak memutar selama alat dioperasikan. Alat ini satu unit dengan tempat sampel dan detektor. 3. Tempat sampel, berupa lempeng logam atau plat kaca yang cekung atau berlubang ditengahnya, di mana sampel serbuk diisikan. Sampel akan berputar bersama ganiometer dan membentuk sudut terhadap sinar-x yang datang. 4. Detektor gas, berisi gas yang sensitif terhadap sinar-x, katoda, dan anoda. Atom atom gas terionisasi saat terkena sinar-x membentuk elektron yang menuju

31 18 katoda dan kation yang menuju anoda sehingga menghasilkan arus listrik yang diubah menjadi pulsa yang dihitung oleh scaler and counter. 5. Difraktometer (scaler and counter), berfungsi mendeteksi posisi sudut difraksi dan intensitasnya. 6. Rekorder, berfungsi menampilkan keluaran berupa pola difraksi atau difraktogram yang menyatakan hubungan antara intensitas dengan sudut difraksi. Gambar 2.5 Skema alat difraktometer sinar X (Birkholz, 2006) 2.7 Spektrofotometri UV Vis Spektrofotometri adalah ilmu yang mempelajari tentang penggunaan spektrofotometer. Spektrofotometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur energi secara relatif jika energi tersebut ditransmisikan, direfleksikan, atau diemisikan sebagai fungsi dari panjang gelombang. Spektrofotometer menghasilkan sinar dari

32 19 spektrum dengan panjang gelombang tertentu dan fotometer adalah alat pengukur intensitas cahaya yang ditransmisikan atau yang diabsorbsi. Spektrofotometri UV Vis adalah salah satu teknik analisis spektroskopik yang menggunakan sumber radiasi elektromagnetik ultraviolet dekat dengan daerah panjang gelombang antara nm dan sinar tampak dengan daerah panjang gelombang nm, teknik analisis ini menggunakan instrumen spektrofotometer. Spektrofotometri UV Vis melibatkan energi elektronik yang cukup besar pada molekul yang dianalisis, sehingga spektrofotometri UV Vis lebih banyak dipakai untuk analisis kuantitatif dibandingkan kualitatif (Fessenden dan Fessenden, 1995). Panjang gelombang yang lebih pendek terserap oleh molekul molekul yang memerlukan lebih banyak energi untuk promosi elektron, sedangkan panjang gelombang yang lebih panjang akan terserap oleh molekul molekul yang memerlukan energi lebih sedikit untuk promosi elektron. Senyawa yang menyerap pada daerah sinar tampak yakni senyawa berwarna merupakan senyawa yang memiliki elektron yang lebih mudah dipromosikan daripada senyawa yang menyerap pada daerah sinar ultraviolet (Fessenden dan Fessenden, 1995). Absorpsi sinar ultraviolet atau sinar tampak mengakibatkan transisi elektronik, yaitu promosi elektron elektron dari orbital keadaan dasar yang berenergi rendah ke orbital keadaan tereksitasi yang berenergi lebih tinggi. Selanjutnya energi yang diserap terbuang sebagai kalor, sebagai cahaya, atau tersalurkan dalam reaksi kimia. Panjang gelombang sinar ultraviolet atau sinar tampak tergantung pada mudahnya promosi elektron. Absorpsi energi direkam

33 20 sebagai absorbansi. Absorbansi suatu senyawa pada suatu panjang gelombang tertentu bertambah dengan banyaknya molekul yang mengalami transisi. Oleh karena itu, absorbansi tergantung pada struktur elektronik senyawa dan juga pada kepekatan sampel dan panjang sel sampel (Fessenden dan Fessenden, 1995). 2.8 Spektroskopi Inframerah Spektroskopi adalah ilmu yang mempelajari tentang analisis senyawa kimia berdasarkan suatu fenomena, yaitu adanya interaksi antara materi dengan sinar. Spektroskopi inframerah merupakan suatu metode yang mengamati interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik yang berada pada daerah panjang gelombang 0, µm atau pada bilangan gelombang cm -1 dengan menggunakan suatu alat yaitu Spektrofotometer Inframerah. Spektroskopi inframerah sangat baik digunakan untuk mengumpulkan informasi tentang struktur suatu senyawa dan sebagai alat analisis untuk menilai kemurnian suatu senyawa (Mulja, 1995). Menurut Fessenden (1995), energi yang dipancarkan (radiasi elektromagnetik) menembus ruang dalam bentuk gelombang gelombang. Tiap tipe radiasi elektromagnetik dicirikan dengan panjang gelombang (λ), yakni jarak antara puncak panjang gelombang yang satu ke puncak panjang gelombang berikutnya. Selain dicirikan dengan panjang gelombang, radiasi elektromagnetik juga dapat dicirikan dengan frekuensi (v) yang didefinisikan sebagai banyaknya gelombang tiap detik.

34 21 Hubungan antara panjang gelombang dan frekuensi berbanding terbalik, sehingga dapat dirumuskan sebagai : =... (2.2) dimana: v c λ : frekuensi (Hz) : kecepatan rambat cahaya ( 3 x cm/det) : panjang gelombang (cm) Didalam spektroskopi inframerah juga dikenal istilah bilangan gelombang, dimana dirumuskan sebagai : = (2.3) Menurut Silverstein dkk (2005), molekul organik menyerap energi pada daerah inframerah untuk melakukan vibrasi. Dalam spektroskopi inframerah terdapat dua macam vibrasi, yaitu stretching dan bending. Ritme gerakan di sepanjang sumbu x ikatan disebut stretching, sedangkan bending merupakan vibrasi yang memungkinkan sudut ikatan berubah. Kedua vibrasi ini terjadi pada daerah cm -1. Panjang gelombang atau frekuensi absorbsi suatu senyawa tergantung pada massa atom relatif, konstanta energi ikatan, dan geometri atom atom. Penentuan frekuensi stretching dirumuskan dengan Hukum Hooke sebagai berikut : = (2.4)

35 22 =...(2.5) Dengan M merupakan massa atom (g) dan k merupakan konstanta energi ikatan tunggal, ikatan rangkap dua, dan ikatan rangkap tiga yang masing masing 5 x 10 5, 10 x 10 5, dan 15 x 10 5.

36 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari hingga Juni 2012 di Laboratorium Kimia Analitik dan Laboratorium Penelitian Departemen Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Surabaya. 3.2 Bahan dan Alat Penelitian Bahan penelitian Bahan bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah zeolit alam dari Turen Malang Jawa Timur, TiO 2, HCl 37 % (Merck), NaOH p.a (Merck), H 2 O 2 30% (Merck), etanol absolut 98 % (Merck), metilen biru, akuadem, kertas aluminium, kertas saring Alat penelitian Alat alat yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah pengaduk magnet, ph meter, centrifuge (Fisher Scientific), tabung centrifuge, oven, furnace, pipet mikro, timbangan analit (Mettler), difraktometer sinar X (Philips), spektrofotometer UV-Vis (Shimadzu), spektrofotometer inframerah (Shimadzu), reaktor fotokatalitik yang terdiri dari kotak pelindung reaktor yang terbuat dari kayu berukuran 50 cm x 50 cm x 50 cm ; sumber sinar UV (lampu UV 3 x 8 Watt) ; wadah 23

37 24 berupa gelas piala 1000 ml, dan beberapa peralatan gelas yang biasanya dipakai di laboratorium. Lampu UV Kotak Kayu Gelas Piala Stirer magnetik Tutup Kayu Kotak Gambar 3.1 Reaktor fotokatalisis

38 Diagram Alir Penelitian Persiapan alat dan bahan Zeolit alam TiO 2 Metilen biru Karakterisasi XRD Pembuatan larutan induk metilen biru 1000 ppm Impregnasi TiO 2 /zeolit Pembuatan larutan standar metilen biru 100 ppm Karakterisasi spektrofotometri inframerah dan XRD Penentuan λ maksimal metilen biru Pembuatan kurva standar metilen biru Degradasi metilen biru oleh TiO 2 /zeolit Kondisi Optimum - waktu degradasi 5,10,20,30,45,60, 120,dan 180 menit - ph 4,5,6,7,8,9

39 Prosedur Kerja Pembuatan larutan HCl 0,10 M Diambil 0,8 ml larutan HCl 37 % (massa jenis sebesar 1,18 g/cc) dan dimasukkan ke dalam gelas piala. Kemudian diencerkan dengan akuadem hingga volume 100 ml sehingga diperoleh larutan HCl 0,10 M Pembuatan larutan NaOH 0,10 M Ditimbang sebanyak 400 mg NaOH padat dan dilarutkan dengan akuadem. Kemudian diencerkan hingga volume 100 ml sehingga diperoleh larutan NaOH 0,10 M Pembuatan larutan H 2 O 2 15% Diambil sebanyak 5 ml larutan H 2 O 2 30% kemudian dimasukkan ke dalam gelas piala. Setelah itu diencerkan hingga volume 10 ml dengan akuadem sehingga diperoleh larutan H 2 O 2 15% Pembuatan larutan induk metilen biru 1000 ppm Ditimbang dengan tepat 1,0 g metilen biru yang kemudian dilarutkan dalam 500 ml akuadem dalam gelas piala. Larutan dipindahkan ke dalam labu ukur 1000 ml secara kuantitatif dan diencerkan hingga tanda batas Pembuatan larutan standar metilen biru Larutan metilen biru 1000 ppm dipipet sebanyak 0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 1,0 ml ke dalam labu ukur 100 ml dan diencerkan dengan akuadem hingga tanda batas, sehingga diperoleh larutan metilen biru dengan konsentrasi 1 ppm, 3 ppm, 5 ppm, 7 ppm, dan 10 ppm.

40 Pembuatan larutan sampel metilen biru Larutan induk metilen biru 1000 ppm diambil secara kuantitatif sebanyak 12,50 ml menggunakan buret, kemudian dipindahkan ke dalam labu ukur 500 ml dan ditambahkan akuadem sampai tanda batas sehingga diperoleh larutan sampel metilen biru dengan konsentrasi 25 ppm Penentuan panjang gelombang maksimum Larutan standar metilen biru dengan konsentrasi 5 ppm diukur absorbansinya dengan menggunakan spektrofotometer UV Vis dengan akuadem sebagai larutan blangko, sehingga diperoleh panjang gelombang maksimum metilen biru Pembuatan kurva standar metilen biru Larutan standar metilen biru 1 ppm, 3 ppm, 5 ppm, 7 ppm, dan 10 ppm diukur absorbansinya dengan spektrofotometer UV Vis pada panjang gelombang maksimum dengan akuadem sebagai larutan blangko. Absorbansi yang diperoleh dari masing-masing larutan standar dibuat kurva kalibrasi dengan sumbu x sebagai konsentrasi larutan standar (ppm) dan sumbu y sebagai absorbansi yang dihasilkan oleh larutan standar. Dari grafik didapatkan persamaan regresi linier y = bx + a Preparasi zeolit alam Zeolit alam digerus sampai halus kemudian ditimbang sebanyak 100 g, ditambahkan 400 ml akuadem, sambil diaduk selama 5 jam, kemudian dipisahkan antara zeolit dan akuadem dengan cara dekantasi. Padatan yang didapatkan dikeringkan dalam oven dengan temperatur 120 ⁰C selama 5 jam. Setelah kering,

41 28 padatan dikalsinasi dalam furnace pada temperatur 400 ⁰C selama 5 jam. Hasil yang diperoleh kemudian dianalisis menggunakan difraktometer sinar X untuk mengetahui struktur kristal dari zeolit alam tersebut Preparasi TiO 2 terimpregnasi zeolit alam Ditimbang dengan tepat 20 g zeolit yang telah dilakukan preparasi sebelumnya pada (3.4.9), lalu mencampurkan dengan 1 g TiO 2 dan ditambah dengan 20 ml etanol absolut sambil diaduk dengan pengaduk magnet selama 5 jam. Hasil perlakuan tersebut dipisahkan dengan cara dekantasi. Padatan yang didapatkan dikeringkan dalam oven dengan temperatur 120 ⁰C selama 5 jam. Setelah kering selanjutnya digerus sampai halus dan dikalsinasi pada temperatur 400 ⁰C selama 5 jam untuk membersihkan pori pori zeolit dari partikel TiO 2 yang tidak terikat dengan baik pada permukaan zeolit. Hasil dari perlakuan tersebut dianalisis dengan alat difraktometer sinar X untuk mengetahui struktur zeolit setelah adanya perlakuan impregnasi dan spektrofotometer inframerah untuk mengetahui ikatan yang terbentuk antara TiO 2 dan zeolit Penentuan waktu dan ph optimum degradasi metilen biru Penentuan waktu optimum degradasi metilen biru Sebanyak 500 ml larutan sampel metilen biru 25 ppm dimasukkan ke dalam gelas piala 1000 ml, kemudian ditambah TiO 2 /zeolit sebanyak 0,5 g dan larutan H 2 O 2 15 % sebanyak 100 µl. Campuran dihomogenkan selama 15 menit dan diiradiasi menggunakan sinar UV (3x8 watt) selama 3 jam. Selama proses irradiasi

42 29 larutan tetap dalam keadaan dihomogenkan. Pada menit ke- 5, 10, 20, 30, 45, 60, 120, dan 180 dilakukan pengambilan larutan hasil degradasi sebanyak 5,0 ml untuk dianalisis dengan spektrofotometer UV Vis pada panjang gelombang maksimum, dengan akuadem sebagai blangko. Waktu degradasi yang memberikan konsentrasi metilen biru sisa hasil degradasi yang paling sedikit merupakan kondisi waktu optimum Penentuan ph optimum degradasi metilen biru Larutan sampel metilen biru 25 ppm sebanyak 500 ml dalam gelas piala 1000 ml, ditambah 0,50 g TiO 2 /zeolit dan larutan H 2 O 2 15 % sebanyak 100 µl kemudian diatur ph-nya. Pengaturan ph dilakukan pada ph 4, 5, 6 dengan ditambah HCl 0,10 M dan ph 7, 8, 9 dengan ditambah NaOH 0,1 M. Setelah pengaturan ph, campuran dihomogenkan selama 15 menit. Setiap campuran diiradiasi menggunakan sinar UV (3x8 watt) dalam reaktor selama waktu optimum sambil dihomogenkan. Hasil degradasi diambil sebanyak 5,0 ml untuk dianalisis dengan spektrofotometer UV Vis pada panjang gelombang maksimum, dengan akuadem yang telah ditambahkan HCl/NaOH sebagai larutan blangko. Kondisi ph yang memberikan konsentrasi metilen biru sisa hasil degradasi yang paling sedikit merupakan ph optimum.

43 Degradasi metilen biru Degradasi metilen biru dengan sinar UV Sebanyak 500 ml larutan sampel metilen biru 25 ppm, dimasukkan dalam gelas piala 1000 ml, lalu dilakukan pegaturan ph pada kondisi optimum. Larutan dihomogenkan selama 15 menit dan diirradiasi dengan sinar UV 3x8 watt selama waktu optimum. Hasil degradasi diambil sebanyak 5,0 ml untuk dianalisis dengan spektrofotometer UV Vis pada panjang gelombang maksimum, dengan akuadem yang telah ditambah HCl/NaOH sebagai larutan blangko. Absorbansi yang terukur dimasukkan ke dalam persamaan kurva standar larutan metilen biru agar konsentrasi metilen biru yang tersisa dapat diketahui Degradasi metilen biru dengan TiO 2 /Zeolit pada kondisi optimum Sebanyak 500 ml larutan sampel metilen biru 25 ppm dimasukkan dalam gelas piala 1000 ml dengan pengaturan ph sesuai kondisi optimum, kemudian ditambahkan TiO 2 /zeolit sebanyak 0,5 g dan larutan H 2 O 2 15% sebanyak 100 µl. Campuran dihomogenkan selama 15 menit dan diiradiasi menggunakan sinar UV (3x8 watt) dalam reaktor selama waktu optimum. Hasil degradasi diambil sebanyak 5,0 ml untuk dianalisis dengan spektrofotometer UV Vis pada panjang gelombang maksimum, dengan akuadem yang telah ditambah HCl/NaOH sebagai larutan blangko. Absorbansi yang terukur dimasukkan ke dalam persamaan kurva standar larutan metilen biru agar konsentrasi metilen biru sisa dapat diketahui.

44 Degradasi metilen biru dengan TiO 2 pada kondisi optimum Sebanyak 500 ml larutan sampel metilen biru 25 ppm dimasukkan ke dalam gelas piala 1000 ml dengan pengaturan ph dalam kondisi optimum, kemudian ditambahkan TiO 2 sebanyak 0,50 g dan larutan H 2 O 2 15% sebanyak 100 µl. Campuran dihomogenkan selama 15 menit dan diirradiasi menggunakan sinar UV (3x8 watt) dalam reaktor selama waktu optimum. Hasil degradasi diambil sebanyak 5,0 ml untuk dianalisis dengan spektrofotometer UV Vis pada panjang gelombang maksimum, dengan akuadem yang telah ditambahkan HCl/NaOH sebagai larutan blangko. Absorbansi yang terukur dimasukkan ke dalam persamaan kurva standar larutan metilen biru agar konsentrasi metilen biru sisa dapat diketahui Degradasi metilen biru dengan zeolit pada kondisi optimum Sebanyak 500 ml larutan sampel metilen biru 25 ppm dimasukkan ke dalam gelas piala 1000 ml dengan pengaturan ph dalam kondisi optimum, kemudian ditambahkan zeolit sebanyak 0,50 g dan larutan H 2 O 2 15 % sebanyak 100 µl. Campuran dihomogenkan selama 15 menit dan diirradiasi menggunakan sinar UV (3x8 watt) dalam reaktor selama waktu optimum. Hasil degradasi diambil sebanyak 5,0 ml untuk dianalisis dengan spektrofotometer UV Vis pada panjang gelombang maksimum, dengan akuadem yang telah ditambah HCl/NaOH sebagai larutan blangko. Absorbansi yang terukur dimasukkan ke dalam kurva standar larutan metilen biru agar konsentrasi metilen biru yang tersisa dapat diketahui.

45 Degradasi metilen biru dengan H 2 O 2 pada kondisi optimum Sebanyak 500 ml larutan sampel metilen biru 25 ppm dimasukkan ke dalam gelas piala 1000 ml dengan pengaturan ph dalam kondisi optimum, kemudian ditambahkan larutan H 2 O 2 15% sebanyak 100 µl. Campuran dihomogenkan selama 15 menit dan diirradiasi menggunakan sinar UV (3x8 watt) dalam reaktor selama waktu optimum. Hasil degradasi diambil sebanyak 5,0 ml untuk dianalisis dengan spektrofotometer UV Vis pada panjang gelombang maksimum, dengan akuadem yang telah ditambahkan HCl/NaOH sebagai larutan blangko. Absorbansi yang terukur dimasukkan ke dalam persamaan kurva standar larutan metilen biru agar konsentrasi metilen biru sisa dapat diketahui.

46 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Panjang Gelombang Maksimum Larutan Metilen Biru Panjang gelombang maksimum untuk larutan metilen biru ditentukan dengan larutan standar metilen biru 5 ppm menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada rentang panjang gelombang 400 nm sampai 800 nm. Panjang gelombang maksimum yang diperoleh adalah sebesar 664,5 nm. Panjang gelombang maksimum dari larutan metilen biru yang diperoleh akan digunakan untuk pengukuran absorbansi larutan metilen biru pada penelitian selanjutnya. absorbansi panjang gelombang (nm) Gambar 4.1 Kurva panjang gelombang maksimum metilen biru 33

47 Penentuan Kurva Standar Metilen Biru Kurva standar metilen biru diperoleh dari deret larutan standar metilen biru dengan konsentrasi 1, 3, 5, 7, dan 10 ppm. Masing masing larutan standar diukur absorbansinya dengan menggunakan alat spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang maksimum 664,5 nm. Data absorbansi larutan metilen biru pada berbagai konsentrasi yang diperoleh ditunjukkan pada Tabel 4.1. Tabel 4.1 Data absorbansi larutan metilen biru pada berbagai konsentrasi Konsentrasi ( ppm ) Absorbansi 1 0, , , , ,0433 Persamaan kurva standar larutan metilen biru dinyatakan dengan persamaan y = a + bx dengan ketentuan y adalah absorbansi (A) dan x adalah konsentrasi larutan metilen biru. Dari data didapatkan persamaan kurva standar larutan metilen biru y = 0,1059x 0,0416 dan harga R 2 = 0,995. Persamaan kurva standar ini digunakan untuk mengetahui nilai konsentrasi metilen biru yang tersisa setelah adanya proses degradasi.

48 35 1,2 1 Absorbansi 0,8 0,6 0,4 0,2 0 y = 0,1059x -0,0416 R² = 0, Konsentrasi (ppm) Gambar 4.2 Kurva standar larutan metilen biru 4.3 Preparasi Zeolit Alam Preparasi zeolit alam dilakukan dengan cara menggerus zeolit sampai halus kemudian ditambahkan akuadem dan diaduk selama 5 jam. Setelah diaduk, campuran dikeringkan dalam oven pada temperatur 120 ⁰C selama 5 jam. Pengeringan ini bertujuan untuk membersihkan pori pori zeolit dari air yang terdapat pada permukaan zeolit. Setelah dikeringkan, zeolit yang diperoleh dikalsinasi dalam furnace pada temperatur 400 ⁰C bertujuan untuk membersihkan pori pori zeolit dari pengotor seperti oksida logam yang terikat pada permukaan zeolit. Zeolit hasil preparasi dikarakterisasi menggunakan difraktometer sinar X untuk mengetahui struktur zeolit.

49 36 Gambar 4.3 Difraktogram zeolit alam dan zeolit setelah kalsinasi Pada difraktogram zeolit alam (Gambar 4.3) terdapat refleksi dengan intensitas yang tajam pada daerah 2θ = 9,83⁰; 13,52⁰; 19,70⁰; 22,40⁰; 23,71⁰; 25,72⁰; 26,33⁰; 27,77⁰. Refleksi ini merupakan karakteristik mordenit (Wijaya dkk., 2006). Dengan demikian dapat diketahui bahwa zeolit yang digunakan pada penelitian ini dapat digolongkan jenis mordenit. Dari difraktogram zeolit sesudah kalsinasi (Gambar 4.3) terlihat bahwa puncak karakteristik mordenit dari zeolit alam masih terlihat, maka dapat disimpulkan bahwa struktur zeolit alam tidak berubah setelah adanya perlakuan kalsinasi.

50 Preparasi TiO 2 Terimpregnasi Zeolit Alam (TiO 2 /zeolit) TiO 2 terimpregnasi zeolit alam dibuat dari zeolit yang telah dipreparasi, TiO 2, dan etanol absolut yang kemudian diaduk untuk menghomogenkan campuran selama 5 jam. Setelah diaduk, campuran dikeringkan dengan oven pada temperatur 120 ⁰C selama 5 jam. Hal ini bertujuan untuk menguapkan etanol absolut dan membersihkan pori pori zeolit dari partikel TiO 2 yang tidak terikat dengan baik pada permukaan zeolit (Fatimah dkk, 2006). Setelah dikeringkan, padatan yang diperoleh dikalsinasi dalam furnace pada temperatur 400 ⁰C. Pada penelitian ini, TiO 2 /zeolit dibuat untuk meningkatkan aktivitas degradasi zat warna metilen biru. Zeolit berperan sebagai material pendukung TiO 2, sehingga dengan adanya penempelan tersebut luas permukaan dari TiO 2 menjadi lebih besar. Dengan luas permukaan lebih besar, diharapkan proses degradasi dapat berlangsung efektif. Dari Gambar 4.3 tampak bahwa difraktogram zeolit sebelum perlakuan impregnasi tidak jauh berbeda dengan difraktogram zeolit setelah perlakuan impregnasi. Hal ini mengindikasikan bahwa adanya proses impregnasi tidak mengubah struktur zeolit. Perubahan struktur zeolit akan ditandai dengan perbedaan yang jelas pada profil difraktogram sinar X (Kok, 2008). Dengan demikian dapat dapat dikatakan bahwa perlakuan impregnasi tidak memberikan perubahan struktur zeolit secara bermakna.