METODE. Penentuan kapasitas adsorpsi dan isoterm adsorpsi zat warna

Transkripsi

1 bermuatan positif. Kation yang dihasilkan akan berinteraksi dengan adsorben sehingga terjadi penurunan intensitas warna. Penelitian ini bertujuan mensintesis metakaolin dari kaolin, mensintesis nanokomposit metakaolin-tio 2 untuk proses adsorpsi-fotodegradasi, menentukan kapasitas adsorpsi, isoterm adsorpsi, dan uji fotokatalisis. METODE Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kaolin yang berasal dari Bangka Belitung, TiO 2 Degussa P25, zat warna biru metilena, TB1, TB2, TB3, dan air destilata. Alat-alat yang digunakan adalah alat-alat gelas, neraca analitik, oven, tanur, cawan porselen, sentrifuga Kokusan H-107, lampu UV, XRD, dan spektrofotometer UV-Vis Shimadzu Lingkup Kerja Penelitian ini terbagi menjadi empat tahapan (Lampiran 1). Tahap pertama adalah pembentukan metakaolin. Tahap kedua sintesis nanokomposit metakaolin-tio 2. Tahap ketiga adalah penentuan kapasitas adsorpsi dan penentuan tipe isoterm adsorpsi. Tahap keempat adalah uji fotokatalisis. Pembentukan Metakaolin Kaolin dikalsinasi pada suhu 250, 550, dan 700 C selama 3 dan 6 jam. Setelah itu, dianalisis menggunakan difraktometer sinar-x (XRD). Pembuatan larutan stok Biru Metilena Larutan stok biru metilena 1000 mg/l dibuat dengan cara 1000 mg serbuk zat warna dilarutkan dengan air distilata hingga 1 Liter, kemudian dibuat larutan standar dari larutan biru metilena tersebut dengan konsentrasi 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; dan 3 mg/l. Penentuan panjang gelombang maksimum Panjang gelombang maksimum ditentukan dengan mengukur serapan larutan biru metilena 5 mg/l pada panjang gelombang nm. Penentuan kapasitas adsorpsi dan isoterm adsorpsi zat warna Sebanyak 500 mg metakaolin hasil kalsinasi 250, 550, dan 700 C selama 3 dan 6 jam dimasukkan ke dalam vial kemudian ditambahkan larutan biru metilena dengan konsentrasi 25, 50, 75, 100, 150, 200, dan 300 mg/l sebanyak 15 ml. Larutan tersebut kemudian digojok selama 2 jam, lalu disentrifugasi selama 10 menit dan konsentrasi supernatan ditentukan dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang maksimum. Metode yang sama dilakukan juga untuk TiO 2, bahan pengikat, dan nanokomposit. Kapasitas adsorpsi dapat dihitung dengan menggunakan rumus Keterangan: Q = kapasitas adsorpsi (mg/g) V = volume larutan (L) Co = konsentrasi awal (mg/l) C = konsentrasi akhir (mg/l) m = massa (g) Pola isoterm adsorpsi diperoleh dengan membuat persamaan regresi linier menggunakan persamaan Langmuir dan Freundlich untuk menentukan tipe isoterm yang sesuai. Sintesis Nanokomposit Metakaolin-TiO 2 Nanokomposit metakaolin-tio 2 dibuat dengan mencampurkan metakaolin-bahan pengikat-tio 2 dengan metakaolin sebagai komposisi terbesar dan TiO 2 sebagai komposisi terkecil. Sebelum nanokomposit dibuat, dilakukan uji coba 3 jenis bahan pengikat, yaitu TB1, TB2, dan TB3 dengan perbandingan metakaolin-bahan pengikat 9:1, 8:2, dan 7:3. Kemudian campuran metakaolinbahan pengikat-tio 2 dibuat pasta dengan cara menambahkan air distilata. Pasta diaduk hingga homogen kemudian dikeringkan pada suhu 100 C dan dibiarkan pada suhu kamar selama 24 jam. Hasil nanokomposit yang diperoleh dan serbuk TiO 2 dianalisis menggunakan XRD. Uji Fotokatalisis Sebanyak 100 mg nanokomposit dimasukkan ke dalam cawan petri kemudian ditambahkan 15 ml larutan biru metilena 12,5 ppm. Sampel kemudian diletakkan dalam kotak tertutup yang telah diberi lampu UV

2 selama 6 jam. Larutan diambil dan diukur serapannya dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 700 sampai dengan 200 nm. Sebagai pembanding juga dilakukan untuk 15 ml biru metilena, larutan biru metilena dan TiO 2, larutan biru metilena dan bahan pengikat, serta larutan biru metilena dan metakaolin. Sebagai kontrol dilakukan juga perlakuan tersebut dan disimpan dalam ruang gelap (tanpa sinar UV). HASIL Pembentukan Metakaolin Serbuk kaolin yang berasal dari Bangka Belitung (BB) dikalsinasi dengan beberapa variasi suhu dan waktu, yaitu 250, 550, dan 700 C selama 3 dan 6 jam. Kemudian dilakukan pencirian menggunakan XRD untuk melihat puncak-puncak khas yang muncul pada 2θ. Gambar 2, 3, dan 4 memperlihatkan pola difraksi sampel kaolin yang dikalsinasi dengan suhu 250, 550, 700 C selama 3 dan 6 jam. Kaolin yang dikalsinasi 250 C selama 3 dan 6 jam masih menunjukkan puncak khas kaolin pada 2θ = 12,36 dan 24,88, sedangkan kaolin yang dikalsinasi pada 550 dan 700 C selama 3 dan 6 jam sudah berbentuk amorf. Perubahan ini ditandai dengan hilangnya puncak-puncak khas kaolin. Hal ini menunjukkan metakaolin hasil kalsinasi 550 dan 700 C selama 3 dan 6 jam sudah terbentuk. Gambar 2 Pola XRD dari metakaolin BB hasil kalsinasi suhu 700 C selama 3( ) dan 6 ( ) jam. Intensitas Intensitas 2θ 2θ Gambar 3 Pola XRD dari metakaolin BB hasil kalsinasi suhu 550 C selama 3 ( ) dan 6 ( ) jam.

3 Gambar 4 Pola XRD dari metakaolin BB hasil kalsinasi suhu 250 C selama 3( ) dan 6 ( ) jam. Penentuan Kapasitas Adsorpsi Metakaolin Panjang gelombang maksimum biru metilena adalah 664 nm (Lampiran 2). Penentuan kapasitas adsorpsi larutan biru metilena yang terjerap pada metakaolin dilakukan menggunakan tujuh konsentrasi yang berbeda. Semakin tinggi konsentrasi, kapasitas adsorpsinya semakin tinggi (Lampiran 3-8). Nilai kapasitas adsorpsi metakaolin hasil kalsinasi 250, 550, dan 700 C selama 3 dan 6 jam ditunjukkan pada Tabel 1. Kurva yang menunjukkan kapasitas adsorpsi metakaolin, TiO 2, dan bahan pengikat TB3 terdapat pada Gambar 5. Nilai kapasitas adsorpsi bahan pengikat TB3 dan TiO 2 pada Lampiran 9 dan 10. Tabel 1 Kapasitas adsorpsi biru metilena pada metakaolin hasil kalsinasi berbagai suhu dan lama kalsinasi Kapasitas adsorpsi Sampel (mg/g) 250 C 3 jam 15, C 6 jam 14, C 3 jam 14, C 6 jam 12, C 3 jam 12, C 6 jam 9,1411 Gambar 5 Kurva kapasitas adsorpsi metakaolin hasil kalsinasi 250 C 3 jam ( ), 250 C 6 jam ( ), 550 C 3 jam ( ), 550 C 6 jam ( ), 700 C 3 jam ( ), 700 C 6 jam ( ), TiO 2 ( ), dan bahan pengikat TB3 ( ) terhadap larutan biru metilena. Pemodelan Isoterm Adsorpsi Metakaolin Hasil pengukuran kapasitas adsorpsi digunakan untuk menentukan tipe isoterm adsorpsi dari metakaolin. Berdasarkan nilai linieritas, tipe isoterm adsorpsi metakaolin hasil kalsinasi 250, 550, dan 700 C selama 3 dan 6 jam adalah isoterm Langmuir (Tabel 2). Data penentuan isoterm adsorpsi dapat dilihat pada Lampiran Nilai konstanta Xm dan k ditunjukkan pada Tabel 3.

4 Tabel 2 Nilai linieritas isoterm adsorpsi Sampel Langmuir Freundlich Tabel 4 Hasil uji coba beberapa jenis perbandingan metakaolin dan bahan pengikat 250 C 3 jam 0,9942 0, C 6 jam 0,9977 0, C 3 jam 0,9972 0, C 6 jam 0,9955 0, C 3 jam 0,9992 0, C 6 jam 0,9888 0,8764 Tabel 3 Nilai konstanta isoterm Langmuir pada metakaolin Sampel Xm (mg/g) k (g/l) Jenis bahan pengikat Perbandingan metakaolin dan bahan pengikat Hasil TB 1 9:1 Hancur 8:2 Hancur 7:3 Hancur TB 2 9:1 Hancur 8:2 Hancur 7:3 Hancur TB 3 9:1 Hancur 8:2 Sedikit Hancur 7:3 Tidak hancur Pola difraksi nanokomposit metakaolin- TiO 2 dan TiO 2 ditunjukkan pada Gambar C 3 jam 15, , C 6 jam 15,1057 0, C 3 jam 15,6006 0, C 6 jam 12,9366 0, C 3 jam 12,5945 0, C 6 jam 9,8912 0,0477 Sintesis Nanokomposit Metakaolin-TiO 2 dan Karakterisasi XRD Nanokomposit metakaolin-tio 2 dibuat dengan mencampurkan metakaolin dan TiO 2 secara fisik, tetapi pencampuran secara fisik tersebut tidak membuat nanokomposit terbentuk sehingga ditambahkan bahan pengikat agar kedua komponen tersebut saling mengikat. Bahan pengikat yang diujicobakan ada tiga jenis, yaitu TB1, TB2, dan TB3. Hasil penelitian menunjukkan bahan pengikat yang dapat mengikat metakaolin dengan TiO 2 adalah TB3. Metakaolin yang dapat dibentuk nanokomposit dengan baik adalah metakaolin hasil kalsinasi 550 C selama 3 jam. Data hasil uji coba bahan pengikat ditunjukkan pada Tabel 4 dan Lampiran 17. Gambar 6 Pola XRD nanokomposit metakaolin-tio 2 ( ) dan TiO 2 ( ). Kapasitas Adsorpsi Nanokomposit Metakaolin-TiO 2 Penentuan kapasitas adsorpsi larutan biru metilena yang terjerap pada nanokomposit dilakukan menggunakan tujuh konsentrasi yang berbeda. Kurva kapasitas adsorpsi nanokomposit ditunjukkan pada Gambar 7.

5 Kapasitas adsorpsi nanokomposit lebih rendah daripada metakaolin, yaitu 13,2631 mg/g (Lampiran 18). A B C D E Gambar 7 Kurva kapasitas adsorpsi nanokomposit terhadap larutan biru metilena. Pemodelan Isoterm Adsorpsi Nanokomposit Metakaolin-TiO 2 Gambar 9 Perubahan warna larutan biru metilena tanpa sinar UV setelah 6 jam. (a) biru metilena; (b) biru metilena dan TiO 2 ; (c) biru metilena dan metakaolin; (d) biru metilena dan nanokomposit (e) biru metilena dan bahan pengikat TB3. Hasil reaksi fotokatalisis dengan radiasi sinar UV selama 6 jam secara visual dapat dilihat pada Gambar 10. Isoterm nanokomposit mengikuti tipe isoterm Langmuir (Gambar 8). Nilai R 2 isoterm Langmuir lebih besar dari isoterm Freundlich. Nilai R 2 dari isoterm Langmuir dan Freundlich berturut-turut 0,9982 dan 0,9353. Perhitungan isoterm Langmuir nanokomposit ditunjukkan pada Lampiran 19. Nilai Xm dan k untuk nanokomposit, yaitu 13,1643 mg/g dan 0,0706 g/l. A B C D E Gambar 10 Perubahan warna larutan biru metilena dengan sinar UV setelah 6 jam. (a) biru metilena; (b) biru metilena dan TiO 2 ; (c) biru metilena dan metakaolin; (d) biru metilena dan nanokomposit (e) biru metilena dan bahan pengikat TB3. Gambar 8 Kurva isoterm Langmuir nanokomposit. Uji Fotokatalis Hasil reaksi fotokatalisis tanpa radiasi sinar UV secara visual dapat dilihat pada Gambar 9. Larutan biru metilena dengan metakaolin dan biru metilena dengan nanokomposit tidak memperlihatkan perubahan warna yang jelas antara tanpa dan dengan sinar UV. Selain itu, hasil pemayaran menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada Lampiran 20 terlihat hilangnya puncak biru metilena. Bukti biru metilena terdegradasi dapat dilihat dari endapan (Lampiran 21). Warna endapan yang masih biru pada perlakuan tanpa sinar UV menunjukkan bahwa nanokomposit tersebut hanya memiliki kemampuan menjerap saja dan fotokatalis TiO 2 tidak bekerja. Sedangkan