SINTESIS ZEOLIT DAN NANOKOMPOSIT ZEOLIT/TiO 2 DARI ABU LAYANG DAN WATERGLASS SERTA UJI ADSORPSI DAN FOTODEGRADASINYA ADE EVAN ERVIANA

Transkripsi

1 SINTESIS ZEOLIT DAN NANOKOMPOSIT ZEOLIT/TiO 2 DARI ABU LAYANG DAN WATERGLASS SERTA UJI ADSORPSI DAN FOTODEGRADASINYA ADE EVAN ERVIANA DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013

2

3 PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sintesis Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO 2 dari Abu Layang dan Waterglass serta Uji Adsorpsi dan Fotodegradasinya adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, April 2013 Ade Evan Erviana NIM G

4

5 ABSTRAK ADE EVAN ERVIANA. Sintesis Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO 2 dari Abu Layang dan Waterglass serta Uji Adsorpsi dan Fotodegradasinya. Dibimbing oleh SRI SUGIARTI dan ETI ROHAETI. Abu layang mengandung Si sebesar 20.74% dan Al 4.09%, sehingga memungkinkan untuk disintesis menjadi zeolit. Zeolit disintesis menggunakan metode peleburan pada suhu 550 C, dan dilanjutkan hidrotermal pada suhu 90 C selama 6 jam. Abu layang dilebur dengan padatan NaOH, dan waterglass dengan 5 ragam, yaitu 1.0 g diberi kode ZK1, ZK2 (1.5 g), ZK3 (2.5 g), ZK4 (5.0 g), dan ZK5 (7.5 g) pada suhu 550 C selama 1 jam. Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa zeolit yang dihasilkan adalah zeolit tipe P1. Zeolit ZK1 memiliki kristalinitas tertinggi (65%), sehingga komposisinya digunakan untuk menyintesis nanokomposit zeolit/tio 2. Hal ini bertujuan meningkatkan karakter zeolit, terutama kemampuan adsorpsi-fotodegradasinya. Zeolit dan nanokomposit hasil sintesis kemudian diuji daya adsorpsinya. Hasil uji menunjukkan bahwa ZK1 memiliki kapasitas adsorpsi tertinggi, yaitu 147 mg/g. Adsorpsi dioptimisasi pada sampel ZK1 dan nanokomposit zeolit/tio 2 untuk membandingkan kemampuan adsorpsi dan menentukan kondisi optimum. Konsentrasi optimum ZK1 ialah 400 ppm dengan bobot adsorben 0.02 g, dan waktu adsorpsi 3 jam. Nanokomposit zeolit/tio 2 memiliki konsentrasi optimum sebesar 250 ppm, bobot adsorben 0.01 g, dan waktu adsorpsi selama 1 jam. Nanokomposit zeolit/tio 2 terbukti mampu mendegradasi biru metilena di bawah radiasi sinar ultraviolet selama 6 jam pada λ=365 nm. Kata kunci : abu layang, fotodegradasi, kapasitas adsorpsi, nanokomposit zeolit/tio 2, zeolit. ABSTRACT ADE EVAN ERVIANA. Synthesis of Zeolite and Zeolite/TiO 2 Nanocomposite from Fly Ash and Waterglass and Their Adsorption and Photodegradation Tests. Supervised by SRI SUGIARTI and ETI ROHAETI. Coal fly ash contains 20.74% Si and 4.09% Al, rendering its possibility to be synthesized to zeolite. Zeolite was synthesized by smelting at 550 C, and continued with hydrothermal method at 90 C for 6 hours. The weighed fly ash was melted with solid NaOH and various amounts of waterglass at 550 C for 1 hour, which were coded ZK1 for 1.0 g of waterglass added, ZK2 (1.5 g), ZK3 (2.5 g), ZK4 (5.0 g), and ZK5 (7.5 g). The results indicated that the zeolite has the character as type P1. ZK1 zeolite had the highest crystallinity (65%), therefore it was used further to synthesize zeolit/tio 2 nanocomposite. The nanocomposite was formed to improve the zeolite characters, especially adsorptionphotodegradation capacity. The synthesized zeolite and the nanocomposite were tested for their adsorption capacities. The results showed that the ZK1 has the highest adsorption capacity, i.e. 147 mg/g. Optimization was performed on ZK1 and zeolit/tio 2 nanocomposite to compare their adsorption capacity and to determine their optimum conditions for adsorption. The optimum concentration of adsorbate that can be adsorbed by ZK1 was obtained at 400 ppm using 0.02 g adsorbent, with the adsorption time of 3 hours. Zeolite/TiO 2 nanocomposite has optimum concentration of 250 ppm with the weight of adsorbent of 0.01 g, and the adsorption time of 1 hour. The nanocomposite zeolite was able degrade methylene blue under ultraviolet radiation for 6 hours at λ=365 nm. Keywords : adsorption capacity, fly ash, nanocomposite zeolite/tio 2, photodegradation, zeolite.

6

7 SINTESIS ZEOLIT DAN NANOKOMPOSIT ZEOLIT/TiO 2 DARI ABU LAYANG DAN WATERGLASS SERTA UJI ADSORPSI DAN FOTODEGRADASINYA ADE EVAN ERVIANA Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Program Studi Kimia DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013

8

9 Judul Skripsi : Sintesis Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO 2 dari Abu Layang dan Waterglass serta Uji Adsorpsi dan Fotodegradasinya Nama : Ade Evan Erviana NIM : G Disetujui oleh Sri Sugiarti, PhD Pembimbing I Dr Eti Rohaeti, MS Pembimbing II Diketahui oleh Prof Dr Ir Tun Tedja Irawadi, MS Ketua Departemen Tanggal Lulus:

10

11 PRAKATA Bismillaahirrohmaanirrohiim Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat, hidayah, dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Sintesis Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO 2 dari Abu Layang dan Waterglass serta Uji Adsorpsi dan Fotodegradasinya. Penelitian ini dilaksanakan dari tanggal 23 Mei 2012 sampai 9 Januari 2013 yang bertempat di Laboratorium Kimia Anorganik, Departemen Kimia, Institut Pertanian Bogor. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Sri Sugiarti, Ph.D selaku pembimbing pertama dan Dr. Eti Rohaeti, MS. selaku pembimbing kedua atas semua bimbingan, dukungan, dan kerjasama yang telah diberikan kepada penulis selama penelitian dan penyusunan skripsi ini. Terima kasih kepada ayah, ibu, adik, serta keluarga atas segala doa dan kasih sayangnya. Terima kasih kepada Bapak Syawal, Bapak Sunarsa, Bapak Mulyadi, Bapak Ismail, dan Mbak Nurul yang telah membantu penulis dengan memfasilitasi penelitian di laboratorium. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Kak Randi atas saran dan bantuannya, Nita Junitasari atas saran dan motivasinya selama ini, serta temanteman kimia 45 yang telah meluangkan waktunya untuk menemani penulis ketika harus mengerjakan penelitian di malam hari. Semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat. Terima kasih. Bogor, April 2013 Ade Evan Erviana

12 DAFTAR ISI DAFTAR TABEL ix DAFTAR GAMBAR ix DAFTAR LAMPIRAN ix PENDAHULUAN 1 Latar Belakang 1 Tujuan Penelitian 2 Manfaat Penelitian 3 METODE 3 Waktu dan Tempat Penelitian 3 Alat dan Bahan 3 Ruang Lingkup Penelitian 3 Sintesis Zeolit 3 Sintesis Nanokomposit Zeolit/TiO 2 4 Uji Adsorpsi 5 Uji Fotodegradasi 6 HASIL DAN PEMBAHASAN 6 Abu Layang, Sintesis Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO 2 6 Karakteristik Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO 2 8 Adsorpsi Biru Metilena oleh Zeolit dan Nanokomposit 12 Isoterm Adsorpsi Zeolit dan Nanokomposit 15 Sifat Fotokatalisis Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO 2 16 SIMPULAN DAN SARAN 18 Simpulan 18 Saran 19 DAFTAR PUSTAKA 19 LAMPIRAN 21 RIWAYAT HIDUP

13 DAFTAR TABEL 1 Kode dan komposisi pembuatan zeolit. 4 2 Puncak-puncak utama pada abu layang dan penafsirannya 7 3 Puncak-puncak utama pada zeolit hasil sintesis 10 4 Nilai linearitas isoterm adsorpsi biru metilena oleh sampel 15 5 Nilai konstanta k dan Xm dari persamaan regresi Langmuir 16 DAFTAR GAMBAR 1 Struktur umum zeolit 2 2 Perbandingan difraktogram abu layang awal, kalsinasi, dan aktivasi 7 3 Perbandingan difraktogram ZK1, ZK3, dan ZK Perbandingan difraktogram ZK1 dan nanokomposit zeolit/tio Morfologi permukaan (a) ZK1, (b) nanokomposit zeolit/tio 2 perbesaran 2500x, dan (c) zeolit P1 literatur 12 6 Perbandingan kapasitas adsorpsi ZK1, ZK3, ZK5, dan nanokomposit 13 7 Hasil pengujian bobot adsorben optimum ZK1 dan nanokomposit 14 8 Hasil pengujian waktu adsorpsi optimum ZK1 dan nanokomposit 14 9 Spektrum uji fotodegradasi tanpa penyinaran: BM (T1), BM+TiO 2 (T2), BM+ZK1 (T3), dan BM+NC (T4) Spektrum uji fotodegradasi dengan penyinaran: BM (U1), BM+TiO 2 (U2), BM+ZK1 (U3), dan BM+NC (U4) (a) Endapan hasil fotodegradasi tanpa penyinaran, dan (b) Endapan hasil fotodegradasi dengan penyinaran 18 DAFTAR LAMPIRAN 1 Bagan alir penelitian 21 2 Data SEM-EDX abu layang awal 22 3 Data SEM-EDX abu layang kalsinasi 23 4 Difraktogram sinar-x dan kristalinitas abu layang 24 5 Difraktogram standar Zeolit P1 berdasarkan JCPDS No Difraktogram sinar-x dan kristalinitas dari zeolit dan nanokomposit zeolit/tio Data SEM-EDX ZK Data SEM-EDX nanokomposit zeolit/tio Difraktogram dan kristalinitas ZK Uji adsorpsi zeolit dan nanokomposit zeolit/tio 2 hasil sintesis Optimisasi bobot adsorben ZK1 dan nanokomposit zeolit/tio Optimisasi waktu adsorpsi ZK1 dan nanokomposit zeolit/tio Isoterm adsorpsi zeolit dan nanokomposit zeolit/tio 2 hasil sintesis 38

14

15 PENDAHULUAN Latar Belakang Saat ini jumlah limbah abu layang batu bara (fly ash) yang dihasilkan dari proses pembakaran batu bara di Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) sangat besar, termasuk di Indonesia. PLTU penghasil limbah abu layang batu bara di Indonesia adalah PLTU Paiton (Jawa Timur), PLTU Suralaya (Banten), dan PLTU Bukit Tinggi (Sumatera). Tahun 1996 PLTU Paiton dan Suralaya menghasilkan limbah abu layang batu bara sebesar hampir 1 juta ton/tahun (Mufrodi et al. 2010). Hasil penelitian tersebut menandakan bahwa semakin lama limbah abu layang ini semakin besar dan akan menimbulkan dampak pencemaran yang cukup berbahaya, sehingga diperlukan solusi yang tepat untuk mengatasinya. Hasil analisis mineral abu layang dari pembangkit listrik Eddystone menunjukkan bahwa abu layang mengandung 65.42% SiO 2, 28.23% Al 2 O 3, 2.14% Fe 2 O 3, 0.64% Na 2 O, 0.26% K 2 O, 1.72% CaO, dan lainnya (Ti, Mg, P, oksida S) sebesar 1.59%. Keberadaan komponen silika dan alumina memungkinkan abu layang untuk dapat disintesis menjadi material yang strukturnya mirip dengan zeolit (Chang dan Shih 1998). Adanya kemiripan komponen kimia antara abu layang dengan zeolit telah mendorong para peneliti untuk memanfaatkan abu layang sebagai bahan dasar sintesis zeolit. Sintesis zeolit dari abu layang telah dilakukan dengan beberapa metode dan menghasilkan tipe zeolit yang berbeda-beda. Berdasarkan hasil penelitian Chang dan Shih (1998), zeolit P akan terbentuk dengan komposisi bobot abu layang/naoh sebesar 1/1.2, suhu peleburan 550 C, waktu penuaan pada suhu 90 C selama 4 hari. Zeolit P akan terbentuk dengan proses peleburan dengan NaOH dan dengan perlakuan termal yang tinggi. Perlakuan termal yang rendah (60 C) akan menghasilkan zeolit tipe Faujasit. Alasan terbentuknya zeolit P pada suhu tinggi dan zeolit Faujasit pada suhu rendah diduga berhubungan dengan proses kinetika reaksi. Zeolit P memiliki termodinamika yang lebih stabil dan memiliki bentuk yang stabil pada suhu tinggi. Penelitian ini menggunakan metode peleburan dengan NaOH dan reaksi hidrotermal (90 C) untuk mendapatkan zeolit dengan kualitas yang baik. Selain itu, ditambahkan juga waterglass sebagai sumber silika lain untuk meningkatkan nisbah Si/Al zeolit hasil sintesis, sehingga dapat mengubah sifat zeolit menjadi kurang bersifat hidrofilik yang akan meningkatkan kemampuan adsorpsi zeolit terhadap senyawa yang bersifat nonpolar. Zeolit adalah material kristal silika-alumina yang memiliki struktur penataan polimer tiga dimensi yang terdiri dari unit-unit tetrahedral SiO 4 dan AlO 4 yang bergabung dengan jalan pemakaian bersama (sharing) oksigen. Struktur zeolit dapat dilihat pada Gambar 1 (Mufrodi et al. 2010). Zeolit ada dua macam, yaitu zeolit alam dan zeolit sintetis. Zeolit alam umumnya masih mengandung banyak pengotor sehingga harus diberi perlakuan secara kimiawi maupun fisik. Untuk mendapatkan zeolit dengan sifat dan karakteristik tertentu, maka dilakukan sintesis zeolit dari bahan penyusun utamanya, yaitu abu layang dan waterglass. Zeolit sintetis dikembangkan untuk mengatasi kelemahan dari zeolit alam, antara lain dengan mengatur pori-porinya sehingga lebih spesifik pemanfaatannya.

16 2 Gambar 1 Struktur umum zeolit Zeolit merupakan adsorben yang sering digunakan untuk menghilangkan zat warna. Zeolit yang dihasilkan pada penelitian ini diaplikasikan sebagai adsorben untuk menghilangkan zat warna melalui metode adsorpsi. Zat warna yang digunakan, yaitu biru metilena. Biru metilena merupakan zat warna tekstil yang dapat mencemari lingkungan. Metode adsorpsi ternyata kurang efektif karena zat warna yang diadsorpsi tersebut akan terakumulasi di dalam adsorben yang pada akhirnya akan menimbulkan persoalan baru, seperti dihasilkannya fase baru yang mengandung polutan yang lebih terkonsentrasi, sehingga perlu dicari alternatif yang lebih efektif. Adsorpsi-fotodegradasi merupakan metode alternatif yang dapat digunakan untuk penanggulangan sebagian besar polutan zat warna. Hediana (2011) telah berhasil menyintesis nanokomposit sodalit/tio 2 yang memiliki kemampuan adsorpsi-fotodegradasi. Selain itu, nanokomposit sodalit/tio 2 yang dihasilkan ternyata memiliki kapasitas adsorpsi yang lebih besar dibandingkan dengan sodalit. Nanokomposit adalah suatu bahan yang dibuat dari penggabungan antara dua komponen berbeda yang salah satu atau keduanya berskala 10-9 m atau setara dengan ukuran atom dan molekul. Titanium dioksida (TiO 2 ) diketahui dapat mendegradasi limbah organik menjadi senyawa-senyawa yang lebih ramah lingkungan, seperti H 2 O dan CO 2 (Hagfeld dan Gratzel 1995). Dengan demikian, nanokomposit zeolit/tio 2 yang disintesis diharapkan akan memiliki kemampuan adsorpsi-fotodegradasi. Tujuan Penelitian Penelitian bertujuan menyintesis zeolit dan nanokomposit zeolit/tio 2 dari abu layang dan waterglass, mempelajari karakteristik dari abu layang, zeolit, dan nanokomposit zeolit/tio 2 hasil sintesis menggunakan XRD dan SEM-EDX. Selanjutnya menganalisis kapasitas adsorpsi dan isoterm adsorpsi dari zeolit dan nanokomposit zeolit/tio 2, serta melihat kemampuan nanokomposit zeolit/tio 2 dalam menguraikan zat warna biru metilena di bawah sinar ultraviolet.

17 Manfaat Penelitian Penelitian ini memberikan informasi kemungkinan pemanfaatan limbah abu layang menjadi lebih bernilai ekonomis, yaitu zeolit dan nanokomposit zeolit/tio 2. METODE Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilaksanakan dari tanggal 23 Mei 2012 sampai tanggal 9 Januari 2013 di Laboratorium Kimia Anorganik, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Alat dan Bahan Analisis produk-produk hasil penelitian ini dilakukan menggunakan spektrofotometer UV-Vis UV 1700 Pharmaspec, difraktometer sinar-x Shimadzu XRD-7000 Maxima, dan SEM-EDX Bruker. Bahan-bahan yang digunakan adalah abu layang dari PLTU Suralaya-Banten, waterglass, padatan NaOH, HCl 3M, TiO 2, dan biru metilena. Ruang Lingkup Penelitian Penelitian ini meliputi 5 tahapan percobaan (Lampiran 1), yaitu (1) penyiapan abu layang sebagai reagen bagi sintesis zeolit, diantaranya kalsinasi dan aktivasi, (2) sintesis zeolit dengan 5 ragam penambahan waterglass, yaitu 1.0, 1.5, 2.5, 5.0, dan 7.5 g, (3) sintesis nanokomposit zeolit/tio 2 berdasarkan komposisi pembuatan zeolit yang memiliki kristalinitas tertinggi, (4) uji adsorpsi terhadap biru metilena dilakukan terhadap zeolit dan nanokomposit zeolit/tio 2 hasil sintesis dan optimisasi adsorpsi 3 parameter adsorpsi, yaitu ragam konsentrasi, ragam bobot, dan ragam waktu adsorpsi dilakukan terhadap zeolit dengan kristalinitas tertinggi dan nanokomposit zeolit/tio 2, (5) uji fotodegradasi biru metilena dilakukan terhadap zeolit dengan kristalinitas tertinggi dan nanokomposit zeolit/tio 2. Sintesis Zeolit Sintesis zeolit dilakukan berdasarkan prosedur Ojha et al. (2004) dengan beberapa modifikasi. Sampel abu layang ditimbang sebanyak 5.0 g, lalu dimasukan ke cawan porselen kemudian dikalsinasi pada suhu 800 C selama 2 jam. Setelah dikalsinasi, sampel abu layang ditambah 100 ml HCl 3M kemudian

18 4 dipanaskan di ruang asam selama 1 jam. Nisbah NaOH terhadap abu layang berdasarkan bobotnya adalah 1.2. Abu layang yang sudah dikalsinasi dan diaktivasi kemudian dicampurkan dengan padatan NaOH dan waterglass dengan beberapa ragam bobot, seperti yang ditampilkan pada Tabel 1. Setiap campuran tersebut kemudian dipanaskan dalam tanur pada suhu 550 C selama 1 jam. Campuran leburan yang dihasilkan kemudian didinginkan sampai suhu kamar, dimasukan ke dalam gelas piala, dan ditambah 50 ml aquades, lalu diaduk menggunakan pengaduk magnetik selama 18 jam. Tahap ini disebut proses penuaan. Setelah proses penuaan, campuran dimasukan ke dalam botol polipropilena dan dilanjutkan dengan proses hidrotermal pada suhu 90 C selama 6 jam. Setelah itu, sampel dibilas dengan aquades hingga filtrat pencucian netral dan dikeringkan pada suhu 60 C. Produk padatan yang diperoleh dikarakterisasi menggunakan XRD dengan kondisi operasi: atom target Cu, λ=1.5406, voltase 40 kv, arus 30 ma, dan daerah sudut difraksi (2θ): 5-60, serta SEM-EDX. Tabel 1 Kode dan komposisi pembuatan zeolit Kode Abu Layang (g) NaOH (g) Waterglass (g) ZK ZK ZK ZK ZK Keterangan: ZK1 = Zeolit Komposisi 1 Sintesis Nanokomposit Zeolit/TiO 2 Nanokomposit zeolit/tio 2 dibuat dengan perbandingan 85% abu layang dan 15% TiO 2 dari total bobot 5.0 g. Sampel abu layang ditimbang sebanyak 4.25 g, lalu dimasukkan ke cawan porselen dan dikalsinasi pada suhu 800 C selama 2 jam. Setelah dikalsinasi, sampel abu layang ditambah 100 ml HCl 3M kemudian dipanaskan di ruang asam selama 1 jam, lalu dicampurkan dengan 6.0 g padatan NaOH dan 1.0 g waterglass. Campuran tersebut kemudian dimasukan ke dalam tanur pada suhu 550 C selama 1 jam. Campuran leburan yang dihasilkan kemudian didinginkan sampai suhu kamar, dimasukan ke dalam gelas piala, ditambah TiO 2 sebanyak 0.75 g, dan ditambah 50 ml aquades, lalu diaduk menggunakan pengaduk magnetik selama 18 jam. Setelah proses penuaan, campuran dimasukan ke dalam botol polipropilena dan dilanjutkan dengan proses hidrotermal pada suhu 90 C selama 6 jam. Setelah itu, sampel dibilas dengan aquades hingga filtrat pencucian netral dan dikeringkan pada suhu 60 C. Produk padatan yang diperoleh dikarakterisasi menggunakan XRD dengan kondisi

19 5 operasi: atom target Cu, λ=1.5406, voltase 40 kv, arus 30 ma, dan daerah sudut difraksi (2θ): 5-60, serta SEM-EDX. Uji Adsorpsi (Modifikasi Hediana 2011) Pembuatan Kurva Standar Biru Metilena Larutan biru metilena dibuat pada berbagai konsentrasi, yaitu 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, dan 3.0 mg/l, kemudian diukur serapannya pada panjang gelombang nm. Setelah itu, dibuat kurva hubungan antara konsentrasi dengan absorbans dan ditentukan persamaan linear. Persamaan linear ini digunakan untuk menghitung konsentrasi biru metilena pada filtrat setelah pengocokan biru metilena dalam zeolit dan nanokomposit zeolit/tio 2 hasil sintesis. Penentuan Kapasitas Adsorpsi Biru Metilena Larutan biru metilena dengan konsentrasi 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, dan 500 mg/l sebanyak 15 ml disiapkan pada sembilan botol vial yang masing-masing telah diisi 20 mg zeolit atau nanokomposit zeolit/tio 2, kemudian dikocok dengan shaker selama 2 jam. Setelah itu, campuran dipisahkan dengan sentrifusa, kemudian dilakukan pengukuran konsentrasi filtrat biru metilena pada panjang gelombang nm. Kapasitas adsorpsi dihitung dengan persamaan berikut: Keterangan: Q = Kapasitas adsorpsi (mg/g) V = Volume larutan (L) Co = Konsentrasi awal (ppm) Ca = Konsentrasi akhir (ppm) m = Massa adsorben (g) Penentuan Bobot Optimum untuk Adsorpsi Sampel zeolit dengan kristalinitas tertinggi atau nanokomposit zeolit/tio 2 dengan bobot 10, 20, 30, 40, 50, dan 60 mg masing-masing ditambah 15 ml larutan biru metilena konsentrasi optimum yang diperoleh. Setelah itu, campuran dikocok dengan shaker selama 2 jam, kemudian campuran dipisahkan dengan sentrifusa dan konsentrasi filtrat biru metilena diukur pada panjang gelombang nm.

20 Penentuan Waktu Adsorpsi Optimum untuk Adsorpsi Sampel zeolit dengan kristalinitas tertinggi atau nanokomposit zeolit/tio 2 ditimbang sesuai dengan bobot optimum yang diperoleh, kemudian ditambah 15 ml larutan biru metilena dengan konsentrasi optimum yang diperoleh. Setelah itu, campuran dikocok dengan shaker dengan waktu 1, 2, 3, 4, dan 5 jam, kemudian campuran dipisahkan dengan sentrifusa dan konsentrasi filtrat biru metilena diukur pada panjang gelombang nm. Uji Fotodegradasi (Hediana 2011) Sampel zeolit dengan kristalinitas tertinggi, TiO 2, dan nanokomposit zeolit/tio 2 ditimbang sebanyak 100 mg, ditambah 15 ml larutan biru metilena dengan konsentrasi 12.5 mg/l, kemudian diradiasi lampu UV pada panjang gelombang 365 nm selama 6 jam. Selain itu, disiapkan juga sampel tanpa diradiasi lampu UV (sampel disimpan di tempat gelap selama 6 jam) sebagai kontrol. Sampel tanpa diradiasi lampu UV diasumsikan tidak akan terjadi reaksi fotolisis pada biru metilena dan hanya berlangsung adsorpsi. Setelah perlakuan selama 6 jam, endapan dan filtratnya dipisahkan. Filtrat kemudian dipayar serapan maksimumnya dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 200 sampai 700 nm dan dilakukan pengamatan secara visual terhadap endapan yang dihasilkan. HASIL DAN PEMBAHASAN Abu Layang, Sintesis Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO 2 Bahan baku sintesis zeolit dan nanokomposit zeolit/tio 2 dalam penelitian ini adalah abu layang dan waterglass. Hasil karakterisasi menggunakan SEM-EDX menunjukkan bahwa abu layang awal memiliki kadar Si sebesar 20.74% dan Al sebesar 4.09% (Lampiran 2). Hal ini terlihat dari difraktogram abu layang yang menunjukkan adanya senyawa silikon dan aluminium, yaitu terlihat puncak senyawaan kuarsa (SiO 2 ) pada 2θ sekitar , , , (Gambar 2) mengacu pada JCPDS No (Tabel 2) dan mineral mullit (3Al 2 O 3 2SiO 2 ) ditandai dengan munculnya puncak pada sudut sekitar , , mengacu pada JCPDS No (Tabel 2), dan senyawa lain yang bersifat amorf. Proses kalsinasi abu layang bertujuan menghilangkan pengotor yang belum terbakar. Proses kalsinasi menyebabkan intensitas puncak kuarsa (SiO 2 ) dan mullit (3Al 2 O 3 2SiO 2 ) menjadi meningkat (Gambar 2). Hasil SEM-EDX abu layang kalsinasi menunjukkan kandungan Si sebesar 19.53% dan Al sebesar 3.31% (Lampiran 3). Kristalinitas abu layang awal, yaitu sebesar 57.69% dan mengalami peningkatan pada abu layang kalsinasi menjadi 62.14%

21 7 (Lampiran 4). Semakin meningkatnya kristalinitas disebabkan hilangnya pengotorpengotor yang ada pada abu layang setelah proses kalsinasi. Proses aktivasi abu layang bertujuan untuk melarutkan pengotor serta mengaktivasi zeolit dan meningkatkan daya jerap zeolit. Proses aktivasi dengan HCl 3M mengakibatkan terlarutnya komponen-komponen pengotor berupa logam. Terlarutnya logam pengotor mengakibatkan turunnya kristalinitas abu layang aktivasi menjadi 55.53% (Lampiran 4). Aktivasi juga menyebabkan semakin tingginya puncak kuarsa (SiO 2 ) dan berkurangnya puncak mullit (3Al 2 O 3 2SiO 2 ) (Gambar 2). Gambar 2 Perbandingan difraktogram abu layang awal, kalsinasi, dan aktivasi Tabel 2 Puncak-puncak utama abu layang dan penafsirannya Abu Layang Awal Kalsinasi Aktivasi 2θ I 2θ I 2θ I Penafsiran Kuarsa Kuarsa Mullit Mullit Kuarsa Mullit Kuarsa Referensi (JCPDS ) (JCPDS ) (JCPDS ) (JCPDS ) (JCPDS ) (JCPDS ) (JCPDS )

22 8 Proses peleburan bertujuan memudahkan abu layang, waterglass, dan padatan NaOH bereaksi. NaOH berperan sebagai aktivator selama peleburan untuk membentuk larutan silikat dan garam aluminium, serta berperan lebih jauh dalam pembentukan zeolit selama proses hidrotermal. Kation Na + berperan penting dalam menstabilkan muatan pada struktur zeolit (Ojha et al. 2004). Adanya penambahan NaOH menyebabkan ph lebih dari 6, pada kondisi ini akan terbentuk anion Al(OH 4 ) - atau AlO - 2 yang merupakan anion pembentuk zeolit yang berasal dari sumber alumina. Apabila larutan dalam keadaan asam, maka spesies yang dominan adalah [Al(H 2 O) 6 ] 3+ yang akan menghambat pembentukan kerangka aluminosilikat dari zeolit. Kerangka zeolit juga dipengaruhi oleh keberadaan anion - dari silikat. Ketika ph lebih dari 12, maka akan terbentuk ion Si(OH) 4 yang merupakan ion utama dalam pembentukan kerangka zeolit (Hamdan 1992). Reaksi umum dalam proses sintesis zeolit (Ojha et al. 2004) : NaOH + xal 2 O 3 ysio 2 Na 2 SiO 3 + Na 2 AlO 2 NaOH (aq) + Na 2 Al(OH) 4 (aq) + Na 2 SiO 3 (aq) [Na x (AlO 2 ) y (SiO 2 ) z NaOH H 2 O] (gel) Na p [(AlO 2 ) p (SiO 2 ) q ] H 2 O Proses penuaan berperan dalam proses pembentukan inti kristal zeolit, sedangkan proses hidrotermal berperan dalam proses kristalisasi zeolit. Pencucian zeolit hasil hidrotermal dengan aquades hingga ph netral bertujuan menghilangkan sisa NaOH yang tidak bereaksi serta menghilangkan material pengotor lain selain zeolit. Bahan baku pembuatan nanokomposit zeolit/tio 2 menggunakan abu layang dengan waterglass yang ditambah dengan TiO 2. TiO 2 dicampurkan pada saat proses penuaan, sehingga tercampur secara sempurna dengan abu layang dan waterglass. Tujuan penambahan TiO 2, yaitu terbentuknya rongga baru yang disebabkan adanya molekul TiO 2 yang dapat menyelinap diantara struktur zeolit, sehingga permukaan sisi aktif zeolit lebih besar dan diharapkan nanokomposit yang terbentuk memiliki kemampuan adsorpsi-fotodegradasi. Titanium oksida paling banyak digunakan sebagai material fotokatalis karena paling stabil, tahan terhadap korosi, memiliki sifat ampifilik, dan harganya relatif murah (Fatimah dan Wijaya 2005). TiO 2 mampu mendegradasi limbah berupa zat warna. Karakteristik Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO 2 Difraktometer sinar-x merupakan salah satu alat yang dapat mengidentifikasi tingkat kristalinitas suatu bahan (WL. dan WH. Bragg 1993). Hasil karakterisasi sampel zeolit sintesis ZK1 menunjukkan bahwa jumlah puncak yang muncul lebih banyak dibandingkan dengan puncak pada abu layang, sehingga membuktikan bahwa telah terjadi reaksi pembentukan zeolit (Gambar 3). Puncak kuarsa (SiO 2 ) masih terlihat pada difraktogram yang ditunjukkan dengan adanya puncak di sekitar 2θ , , dan intensitas kuarsa yang paling tinggi yaitu pada 2θ Masih terlihatnya puncak-puncak kuarsa (SiO 2 ) pada difraktogram disebabkan kuarsa (SiO 2 ) sulit bereaksi dan struktur kristalinnya harus diruntuhkan terlebih dahulu agar bisa bereaksi dalam proses sintesis. Berdasarkan puncak-puncak difraktogram yang muncul, maka sampel ZK1

23 merupakan zeolit tipe P1 (Na 6 Al 6 Si 10 O 32 12H 2 O) berdasarkan JCPDS no yang menunjukkan adanya pola difraktogram yang sama dengan standar Zeolit P1 (Tabel 3, Lampiran 5). Kristalinitas yang dimiliki oleh sampel zeolit ZK1, yaitu sebesar 64.68% (Lampiran 6). Sampel zeolit ZK3 menunjukkan difraktogram yang hampir sama dengan sampel zeolit ZK1. Berdasarkan difraktogram tersebut sampel zeolit ZK3 juga menunjukkan pola difraksi yang sama dan memiliki karakteristik yang sama, yaitu zeolit P1 (Na 6 Al 6 Si 10 O 32 12H 2 O) mengacu pada JCPDS no (Tabel 3, Lampiran 5). Kristalinitas sampel zeolit ZK3, yaitu sebesar 53.59% ditampilkan pada Lampiran 6. Kristalinitas ZK3 lebih kecil dibandingkan dengan ZK1 disebabkan fase kristalin pada ZK3 lebih sedikit dibandingkan dengan fase amorf dan diduga penambahan waterglass yang lebih banyak dibandingkan ZK1 juga mempengaruhi turunnya kristalinitas zeolit ZK3. Puncak-puncak yang muncul pada difraktogram sampel ZK5 hampir sama dengan ZK1 dan ZK3, sehingga ketiga sampel tersebut memiliki karakteristik dan tipe zeolit yang sama, yaitu zeolit tipe P1 (Na 6 Al 6 Si 10 O 32 12H 2 O) berdasarkan JCPDS no (Tabel 3, Lampiran 5). ZK5 memiliki kristalinitas yang paling rendah dibandingkan zeolit ZK1 dan ZK3, yaitu sebesar 37.58% (Lampiran 6). Hal ini menunjukkan bahwa penambahan waterglass dapat mempengaruhi kristalinitas zeolit, penambahan waterglass yang berlebihan akan menurunkan kristalinitas zeolit. Adanya pergeseran puncak-puncak utama pada ZK1, ZK3, dan ZK5 jika dibandingkan terhadap difraktogram standar Zeolit P1 diduga disebabkan masih adanya pengotor pada zeolit hasil sintesis (Tabel 3). Kristalinitas yang tinggi pada sampel ZK1 menjadi pertimbangan dalam pemilihan komposisi untuk sintesis nanokomposit zeolit/tio 2. Kristalinitas yang tinggi diharapkan dapat membentuk kerangka nanokomposit zeolit/tio 2 yang kuat dan dapat meningkatkan kapasitas adsorpsi dari nanokomposit zeolit/tio 2. Zeolit hasil sintesis yang didapatkan ialah Zeolit P1, sedangkan Ojha et al. (2004) dengan menggunakan metode yang sama mendapatkan zeolit X. Adanya perbedaan jenis zeolit yang dihasilkan merupakan salah satu hal baru yang didapatkan pada penelitian ini. Menurut Breck (1974), adanya perbedaan produk hasil sintesis ini disebakan sifat Zeolit X yang tidak stabil secara termodinamika dibandingkan dengan Zeolit P. Keunggulan Zeolit P1 yaitu memiliki porositas, luas permukaan, dan kapasitas tukar kation yang tinggi, sehingga dapat digunakan sebagai adsorben dalam pengolahan air limbah, penukar ion, dan untuk menghilangkan unsur-unsur beracun atau logam berat dari pembuangan limbah tambang (Musyoka et al. 2009). 9

24 10 Gambar 3 Perbandingan difraktogram ZK1, ZK3, dan ZK5 Tabel 3 Puncak-puncak utama pada zeolit hasil sintesis Zeolit ZK1 ZK3 ZK5 Referensi 2θ I 2θ I 2θ I (JCPDS No ) (JCPDS No ) (JCPDS No ) (JCPDS No ) (JCPDS No ) (JCPDS No ) (JCPDS No ) (JCPDS No ) (JCPDS No ) Difraktogram hasil XRD nanokomposit zeolit/tio 2 menunjukkan pola difraksi yang hampir sama dengan ZK1, akan tetapi terdapat puncak TiO 2 di sekitar 2θ (Gambar 4). Hal ini menunjukkan bahwa interkalasi TiO 2 pada struktur zeolit berhasil, serta mengindikasikan bahwa senyawa nanokomposit yang diinginkan telah terbentuk. Kristalinitas nanokomposit zeolit/tio 2 memiliki nilai sebesar 55.28% (Lampiran 6). Kristalinitas nanokomposit zeolit/tio 2 lebih kecil

25 11 dibandingkan dengan ZK1 (64.68%). Hal ini menunjukkan fase amorf dari nanokomposit zeolit/tio 2 lebih besar dibandingkan dengan fase kristalinnya. Gambar 4 Perbandingan difraktogram ZK1 dan nanokomposit zeolit/tio 2 ZK1 memiliki tekstur permukaan yang sedikit kasar seperti adanya butiranbutiran kecil yang menempel, berbentuk bulat (Gambar 5a). Ukuran partikel diduga sekitar 3.0 μm dan terlihat seragam. Hasil analisis menggunakan SEM- EDX menunjukkan bahwa ZK1 memiliki rasio Si/Al sebesar 1.4 (Lampiran 7). Tekstur permukaan nanokomposit zeolit/tio 2 lebih kasar dibandingkan ZK1, terlihat butiran-butiran kecil yang menempel lebih banyak (Gambar 5b). Hal ini diduga disebabkan adanya TiO 2 yang membentuk agregat dalam nanokomposit zeolit/tio 2. Apabila dibandingkan hasil SEM ZK1 dan nanokomposit zeolit/tio 2 dengan literatur, maka hasil SEM menunjukkan bahwa ZK1 dan nanokomposit zeolit/tio 2 adalah zeolit tipe P1 (Na 6 Al 6 Si 10 O 32 12H 2 O) (Gambar 5). Berdasarkan hasil analisis SEM-EDX, nanokomposit zeolit/tio 2 memiliki rasio Si/Al sebesar 1.4 dengan kadar Titanium sebesar 3.39% (Lampiran 8). Rasio Si/Al yang didapatkan merupakan rasio total, namun karena yang terbentuk adalah zeolit P1, seharusnya rasio Si/Al yang didapatkan lebih besar dari rasio Si/Al total. Hal ini menunjukkan bahwa pada kondisi reaksi ini kuarsa (SiO 2 ) lebih mudah larut dibandingkan dengan mullit (3Al 2 O 3 2SiO 2 ).

26 12 (a) (b) (c) Gambar 5 Morfologi permukaan (a) ZK1, (b) nanokomposit zeolit/tio 2 perbesaran 2500x, dan (c) zeolit P1 literatur Sampel ZK2 memiliki difraktogram yang hampir sama (Lampiran 9) dengan difraktogram ZK1, dan kristalinitas yang dihasilkan pun tidak berbeda jauh dengan kristalinitas ZK1, yaitu sebesar 63.63%. Berdasarkan puncak-puncak dengan intensitas tertinggi pada difraktogram ZK2 dan kemiripan difraktogram dengan ZK1, maka ZK2 termasuk zeolit tipe P1 mengacu pada JCPDS no Sampel ZK4 tidak dikarakterisasi menggunakan XRD dengan pertimbangan bahwa zeolit yang terbentuk diduga akan memiliki difraktogram yang hampir mirip dengan ZK3 dan ZK5 jika dilihat dari penambahan waterglass yang digunakan. Data yang diperoleh untuk sampel ZK4 ialah data rendemen sebesar 4.01 g. Berdasarkan pertimbangan di atas, maka sampel ZK2 dan ZK4 tidak dilakukan uji adsorpsi. Adsorpsi Biru Metilena oleh Zeolit dan Nanokomposit Hasil uji adsorpsi terhadap zeolit hasil sintesis menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi biru metilena tidak selalu diikuti dengan meningkatnya kapasitas adsorpsi. Sampel ZK3 memiliki konsentrasi optimum 300 ppm dengan kapasitas adsorpsi sebesar mg/g, sedangkan ZK5 memiliki konsentrasi optimum 450 ppm dengan kapasitas adsorpsi sebesar mg/g (Gambar 6,

27 Kapasitas Adsorpsi (mg/g) 13 Lampiran 10). Konsentrasi 300 ppm dianggap optimum karena pada konsentrasi biru metilena ppm mengalami kenaikan dan puncaknya pada 300 ppm memiliki kapasitas adsorpsi yang paling tinggi. Ketika konsentrasi biru metilena lebih dari 300 ppm diduga telah terjadi desorpsi, sehingga kapasitas adsorpsi menurun. Begitu juga dengan ZK5, diduga mengalami proses desorpsi biru metilena yang menyebabkan kapasitas adsorpsinya menurun, sehingga tapak aktif zeolit baru terisi penuh ketika konsentrasi 450 ppm. Sampel ZK1 memiliki kapasitas adsorpsi paling tinggi, yaitu mg/g dengan konsentrasi biru metilena optimum 400 ppm (Gambar 6, Lampiran 10). Kapasitas adsorpsi sampel ZK1 tertinggi jika dibandingkan dengan sampel lainnya. Kapasitas adsorpsi nanokomposit zeolit/tio 2 lebih kecil dibandingkan ZK1, yaitu mg/g dengan konsentrasi optimum 250 ppm (Gambar 6, Lampiran 10). Hal ini menunjukkan bahwa daya jerap ZK1 terhadap biru metilena lebih besar dibandingkan daya jerap nanokomposit zeolit/tio 2. Kapasitas adsorpsi nanokomposit zeolit/tio 2 yang lebih kecil disebabkan kurang sempurnanya proses interkalasi TiO 2 diantara struktur zeolit, sehingga tidak membentuk pori yang lebih besar yang dapat meningkatkan sisi aktif nanokomposit zeolit/tio 2. Selain itu, diduga bahwa kurang sempurnanya interkalasi TiO 2 telah menyebabkan penurunan luas permukaan karena adanya agregasi TiO 2, sehingga menutupi pori-pori nanokomposit zeolit/tio 2 (Fatimah dan Wijaya 2005) ZK1 ZK3 ZK5 NC Konsentrasi Awal (ppm) Gambar 6 Perbandingan kapasitas adsorpsi ZK1, ZK3, ZK5, dan nanokomposit Hasil pengukuran sampel ZK1 dan nanokomposit zeolit/tio 2 menunjukkan bahwa adsorpsi mencapai optimum dengan bobot masing-masing sebesar 20 mg dan 10 mg (Gambar 7, Lampiran 11). Kenaikan bobot setelah 20 mg untuk ZK1 dan 10 mg untuk nanokomposit zeolit/tio 2 tidak diikuti kenaikan kapasitas adsorpsi.

28 Kapasitas Adsorpsi (mg/g) Kapasitas Adsorpsi (mg/g) Bobot Adsorben (g) Gambar 7 Hasil pengujian bobot adsorben optimum ZK1 dan nanokomposit ZK1 Hasil pengukuran waktu adsorpsi optimum pada ZK1 dan nanokomposit zeolit/tio 2 menunjukkan bahwa waktu adsorpsi yang berlebih dapat menyebabkan molekul adsorbat yang terikat pada adsorben terlepas kembali, sehingga bisa menurunkan efektivitas adsorpsi. Waktu adsorpsi yang lebih lama tidak selalu diikuti dengan kenaikan kapasitas adsorpsi. Waktu adsorpsi optimum untuk sampel ZK1, yaitu selama 3 jam dan nanokomposit zeolit/tio 2 selama 1 jam (Gambar 8, Lampiran 12). Waktu adsorpsi nanokomposit zeolit/tio 2 yang lebih kecil, menunjukkan bahwa tapak aktif terisi lebih cepat oleh biru metilena, sehingga diduga pori-pori yang terbentuk lebih kecil dibandingkan dengan poripori ZK1. Menurut Fatimah dan Wijaya (2005), diduga terjadi agregasi TiO 2 pada permukaan padatan, sehingga dapat menutupi pori-pori pada nanokomposit zeolit/tio 2. Nilai kapasitas adsorpsi dari sampel ZK1 dan nanokomposit zeolit/tio 2 cenderung fluktuasi seiring dengan bertambahnya waktu adsorpsi NC ZK1 NC Waktu Agitasi (Jam) Gambar 8 Hasil pengujian waktu adsorpsi optimum ZK1 dan nanokomposit

29 15 Isoterm Adsrorpsi Zeolit dan Nanokomposit Tipe isoterm adsorpsi dapat digunakan untuk mempelajari mekanisme penjerapan. Adsorpsi fase cair-padat pada umumnya mengacu pada jenis isoterm Langmuir dan Freundlich (Atkins 1999). Isoterm adsorpsi adalah hubungan yang menunjukkan distribusi adsorben antara fase teradsorpsi pada permukaan adsorben dengan fase ruah saat kesetimbangan pada temperatur tertentu. Penelitian ini termasuk jenis adsorpsi fase cair-padat, sehingga adsorpsinya diuji dengan persamaan isoterm Langmuir dan Freundlich. Berdasarkan kelinieritasannya, adsorpsi biru metilena oleh sampel zeolit maupun nanokomposit zeolit/tio 2 mengikuti tipe Isoterm Langmuir yang ditunjukkan pada Tabel 4 (Lampiran 13). Hal ini berarti permukaan zeolit maupun nanokomposit zeolit/tio 2 bersifat homogen, sehingga proses adsorpsi terjadi melalui mekanisme yang sama dan membentuk satu lapisan tunggal (monolayer) saat adsorpsi maksimum. Tabel 4 Nilai linearitas isoterm adsorpsi biru metilena oleh sampel Sampel Isoterm % Linearitas ZK1 Langmuir Freundlich ZK3 Langmuir Freundlich 0.12 ZK5 Langmuir Freundlich Nanokomposit Langmuir Freundlich Berdasarkan tipe adsorpsi yang diperoleh yaitu Isoterm Langmuir, maka dapat ditentukan nilai Xm dan k dari persamaan regresi Langmuir masing-masing sampel (Tabel 5). Nilai Xm menggambarkan jumlah adsorbat yang dijerap oleh permukaan adsorben. Nilai k merupakan konstanta yang bertambah dengan kenaikan ukuran molekuler yang menunjukkan kekuatan ikatan molekul adsorbat pada permukaan adsorben. Hasil pengujian menunjukkan bahwa nilai Xm yang paling besar, yaitu ZK1. Hal ini berbanding lurus dengan kapasitas adsorpsinya yang tinggi. Semakin tinggi nilai Xm, maka kapasitas adsorpsinya semakin tinggi pula, serta semakin banyak jumlah biru metilena yang dijerap oleh sampel. Molekul biru metilena lebih kuat terikat pada sampel ZK1 dibandingkan dengan sampel zeolit lain dan nanokomposit zeolit/tio 2. Apabila dibandingkan dengan nanokomposit zeolit/tio 2, perbedaan nilai k ini dapat disebabkan adanya TiO 2 yang terikat pada nanokomposit zeolit/tio 2, sehingga menyebabkan interaksi antara biru metilena dengan nanokomposit zeolit/tio 2 berkurang (Widiyanti 2011).

30 16 Tabel 5 Nilai konstanta k dan Xm dari persamaan regresi Langmuir Sampel Xm (mg/g) k (L/g) ZK ZK ZK Nanokomposit Sifat Fotokatalisis Zeolit dan Nanokomposit Zeolit/TiO 2 Hasil pengukuran spektrum dari larutan biru metilena (T1) dan sisa pengocokkan dengan TiO 2 (T2) (Gambar 9) serta larutan biru metilena setelah penyinaran (U1) (Gambar 10) menunjukkan karakteristik puncak khas dari biru metilena, yaitu pada λ=664 nm. Hal ini menunjukkan bahwa tidak terjadi proses adsorpsi dan fotodegradasi karena masih adanya kandungan biru metilena pada filtrat. Spektrum U2 (filtrat pengocokan biru metilena dengan TiO 2 dan penyinaran UV) memperlihatkan adanya penurunan intensitas puncak serapan pada λ=664 nm, artinya telah terjadi proses fotodegradasi biru metilena oleh TiO 2 dengan bantuan sinar ultraviolet. Mekanisme fotodegradasi diawali dengan adanya loncatan elektron dari pita valensi ke vita konduksi pada logam semikonduktor, jika dikenai energi foton. Loncatan elektron ini menyebabkan timbulnya lubang elektron yang dapat berinteraksi dengan air membentuk radikal hidroksida ( OH) yang merupakan oksidator kuat. Elektron pada pita konduksi akan bereaksi dengan oksigen di lingkungan menghasilkan radikal superoksida ( O 2 - ) yang bersifat sebagai reduktor. Radikal bersifat aktif dan dapat terus terbentuk sehingga bereaksi dan menguraikan senyawa organik target (Fatimah dan Wijaya 2005). Mekanisme reaksi yang terjadi pada proses fotodegradasi dengan TiO 2 adalah sebagai berikut: TiO 2 + UV TiO 2 (e - + h - ) TiO 2 (h + ) + H 2 O TiO 2 + HO* + H TiO 2 (e - ) + O 2 - TiO 2 + O 2 Dye + O - 2 * Produk degradasi Berdasarkan spektrum T3 dan U3 terlihat bahwa puncak khas dari biru metilena hilang, begitu juga dengan spektrum T4 dan U4. Hilangnya puncak khas biru metilena pada λ=664 nm menunjukkan bahwa kandungan biru metilena dalam filtrat sudah tidak ada. Hilangnya biru metilena pada spektrum tanpa penyinaran dan dengan penyinaran ultraviolet menunjukkan bahwa proses adsorpsi oleh ZK1 dan nanokomposit zeolit/tio 2 sangat tinggi, sehingga proses terjadinya fotodegradasi sulit diamati melalui perubahan spekrum UV-Vis. Selanjutnya untuk mengetahui terjadinya proses fotodegradasi pada sampel ZK1 dan nanokomposit zeolit/tio 2 dilakukan dengan mengamati endapan yang dihasilkan, seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 11.

31 17 Gambar 9 Spektrum uji fotodegradasi tanpa penyinaran: BM (T1), BM+TiO 2 (T2), BM+ZK1 (T3), dan BM+NC (T4) Gambar 10 Spektrum uji fotodegradasi dengan penyinaran: BM (U1), BM+TiO 2 (U2), BM+ZK1 (U3), dan BM+NC (U4) Perubahan warna pada endapan (adsorben) setelah pengocokkan merupakan salah satu indikator terjadinya fotodegradasi. Endapan berwarna biru menunjukkan bahwa pada sistem hanya terjadi proses adsorpsi, sedangkan bila endapan berwarna putih, maka pada sistem tidak terjadi adsorpsi atau terjadi proses adsorpsi yang diikuti fotodegradasi. Endapan ZK1 dan nanokomposit zeolit/tio 2 tanpa penyinaran ultraviolet terlihat memiliki warna biru yang sangat pekat (Gambar 11a). Hal ini menunjukkan bahwa pada sistem hanya terjadi proses adsorpsi biru metilena. Hasil uji fotodegradasi dengan penyinaran menunjukkan bahwa endapan TiO 2 berwarna putih (Gambar 11b). Hal ini membuktikan bahwa telah terjadi proses degradasi biru metilena. Endapan ZK1 dengan penyinaran ultraviolet berwarna biru pekat sama dengan endapan ZK1 tanpa penyinaran

32 (Gambar 11), sehingga ZK1 dinyatakan hanya mengalami proses adsorpsi tanpa adanya fotodegradasi. Endapan nanokomposit zeolit/tio 2 dengan penyinaran ultraviolet (Gambar 11b) berwarna biru lebih pudar dibandingkan endapan nanokomposit zeolit/tio 2 tanpa penyinaran (Gambar 11a), sehingga diduga perubahan warna tersebut menunjukkan bahwa nanokomposit zeolit/tio 2 memiliki kemampuan adsorpsi sekaligus mendegradasi biru metilena menjadi senyawa yang lebih sederhana. (a) (b) Gambar 11 (a) Endapan hasil fotodegradasi tanpa penyinaran dan (b) Endapan hasil fotodegradasi dengan penyinaran SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa zeolit hasil sintesis dengan komposisi abu layang 5.0 g, NaOH 6.0 g, dan penambahan waterglass sebanyak 1.0, 2.5, dan 7.5 g adalah zeolit P1. Zeolit dengan kristalinitas paling tinggi (65%) diperoleh pada penambahan waterglass sebanyak 1.0 g (ZK1). Nanokomposit zeolit/tio 2 berhasil disintesis pada komposisi abu layang 4.25 g, NaOH 6.0 g, waterglass 1.0 g, dan TiO g. Adsorpsi terhadap biru metilena oleh ZK1 diperoleh pada kondisi optimum konsentrasi sebesar 400 ppm, bobot adsorben 0.02 g, dan waktu adsorpsi selama 3 jam, sedangkan nanokomposit zeolit/tio 2 pada konsentrasi sebesar 250 ppm, bobot adsorben 0.01 g, dan waktu adsorpsi

33 selama 1 jam. Kapasitas adsorpsi terbesar dimiliki oleh sampel ZK1, yaitu sebesar 147 mg/g, sehingga ZK1 memiliki kemampuan adsorpsi yang lebih baik dibandingkan nanokomposit. Isoterm adsorpsi sampel zeolit dan nanokomposit mengikuti Isoterm Langmuir. Nanokomposit zeolit/tio 2 terbukti memiliki kamampuan mendegradasi biru metilena di bawah radiasi sinar ultraviolet dengan panjang gelombang 365 nm selama 6 jam. Saran Perlu diragamkan waktu penuaan untuk melihat efek penambahan waterglass terhadap lamanya waktu penuaan. Optimisasi adsorpsi sebaiknya menggunakan metode full factorial sehingga didapatkan hasil yang lebih efektif dan lebih terintegrasi. Selain itu, perlu dilakukan optimisasi konsentrasi, bobot, dan waktu penyinaran untuk uji fotodegradasi, sehingga hasil yang didapatkan lebih baik. DAFTAR PUSTAKA Atkins PW Kimia Fisik. Irma IK, penerjemah. Jakarta (ID): Erlangga. Terjemahan dari: Physical Chemistry. Bragg WH, Bragg WL The reflection of X-rays by crystals. Proc R Soc Lond. 88: Breck DW Zeolite Molecular Sieve: Structure Chemistry and Use. New York (US): Wiley. Chang HL, Shih WH A general methods for the conversion of fly ash into zeolites as ion exchangers for Cesium. Ind Eng Chem Res. 37(1): Fatimah Is, Wijaya K Sintesis TiO 2 /zeolit sebagai fotokatalis pada pengolahan limbah cair industri tapioka secara adsorpsi-fotodegradasi. Teknoin 10(4): Hamdan H Introduction to zeolites: synthesis, characterization, and modification. Universitas Teknologi Malaysia, Kuala Lumpur. Hediana N Sintesis, pencirian, dan uji fotodegrgadasi nanokomposit sodalit/tio 2 terhadap zat warna biru metilena [skripsi]. Bogor (ID): Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Hagfeldt A, Gratzel M Light induced redox reactions in nanocrystalline systems. Chem. Rev. 95: Mufrodi Z, Sutrisno B, Hidayat A Modifikasi limbah abu layang sebagai material baru adsorben. Di dalam: Pengembangan Teknologi Kimia untuk Pengolahan Sumber Daya Alam Indonesia. Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia Kejuangan ; Yogyakarta, 26 Januari Musyoka NM, Petrik LF, Balfour G, Natasha M, Gitari W, Marbovu B Removal of toxic element from brine using zeolit Na-P1 made from South African coal fly ash. Di dalam: Proceedings International Mine Water

34 20 Conference; Pretoria, Oktober Pretoria: Document Transformation Technologies cc. hlm Ojha K, Narayan CP, Amar NS Zeolite from fly ash: Synthesis and characterization. Bull Master Sci. 6(27): Rongsayamanont C, Sopajaree K Modification of synthetic zeolite pellets from lignite fly ash A: the pelletization. Di dalam: World of Coal Ash (WOCA), Northern Kentucky, 7-10 Mei Northern Kentucky (US): World of Coal Ash (WOCA). Widiyanti E Sintesis nanokomposit alofan/tio 2 dan uji fotodegradasi pada zat pewarna biru metilena [Skripsi]. Bogor (ID): Program Sarjana Institut Pertanian Bogor.

35 21 Lampiran 1 Bagan alir penelitian. Abu Layang Karakterisasi dengan XRD dan SEM-EDX Kalsinasi pada: T = 800 C t = 2 jam Difraktogram, Morfologi Permukaan, Komposisi Unsur Penyusun Sampel Abu Layang Kalsinasi Karakterisasi dengan XRD dan SEM-EDX Aktivasi dengan HCl 3M, t = 1 jam Abu Layang Aktivasi Karakterisasi dengan XRD Kapasitas Adsorpsi Pola Isoterm Adsorpsi Uji Adsorpsi Terhadap Biru Metilena Zeolit Zeolit ZK1 Sintesis Zeolit (abu layang 5.0 g, NaOH 6 g, dan waterglass dengan variasi 2.5, 5.0, 7.5, 1.0, 1.5) Zeolit dengan kristalinitas tertinggi Karakterisasi dengan XRD Difraktogram Sintesis nanokomposit zeolit/tio 2 (85% abu layang dan 15% TiO 2 dari bobot total 5.0 g) Nanokomposit Zeolit/TiO 2 Karakterisasi dengan XRD dan SEM-EDX Difraktogram, Morfologi Permukaan, Komposisi Unsur Penyusun Sampel Karakterisasi dengan XRD dan SEM-EDX Optimisasi Adsorpsi Konsentrasi, Bobot, Waktu Uji Adsorpsi Terhadap Biru Metilena Uji Fotodegradasi Terhadap Biru Metilena Kondisi Optimum Adsorpsi Pola Isoterm Adsorpsi Data Spektrum Serapan Sinar Tampak pada Filtrat Hasil Pengamatan Visual Warna Endapan

36 22 Lampiran 2 Data SEM-EDX abu layang awal.

37 Lampiran 3 Data SEM-EDX abu layang kalsinasi. 23

38 24 Lampiran 4 Difraktogram sinar-x dan kristalinitas abu layang. (a) (b) Keterangan: (a). Abu layang awal (b). Abu layang kalsinasi (c). Abu layang aktivasi (c)

39 Lampiran 5 Difraktogram standar Zeolit P1 berdasarkan JCPDS No

40 26 Lampiran 6 Difraktogram sinar-x dan kristalinitas dari zeolit dan nanokomposit zeolit/tio 2. (a) (b) (c) (d) Keterangan: (a). ZK1 (b). ZK3 (c). ZK5 (d). Nanokomposit zeolit/tio 2

41 Lampiran 7 Data SEM-EDX ZK1. 27

42 28 Lampiran 8 Data SEM-EDX nanokomposit zeolit/tio 2.

43 29 Lampiran 9 Difraktogram dan kristalinitas ZK2 Difraktogram ZK2 Kristalinitas ZK2

44 30 Lampiran 10 Uji adsorpsi zeolit dan nanokomposit zeolit/tio 2 hasil sintesis. a. ZK1 Massa [Awal] [Akhir] Absorban FP [Terjerap] Q (mg/g) (gram) (ppm) (ppm) Q rata-rata (mg/g) Persamaan garis kurva standar biru metilena: y = x ; R 2 = Contoh perhitungan: Kapasitas adsorpsi (Q) : Keterangan: Q = Kapasitas adsorpsi (mg/g) V = Volume larutan (L) Co = Konsentrasi awal (ppm) Ca = Konsentrasi akhir (ppm) m = Massa adsorben (g)

45 31 Lampiran 10 Lanjutan b. ZK3 Massa [Awal] [Akhir] Absorban FP [Terjerap] Q (mg/g) (gram) (ppm) (ppm) Q rata-rata (mg/g) Persamaan garis kurva standar biru metilena: y = x ; R 2 = Contoh perhitungan: Kapasitas adsorpsi (Q) : Keterangan: Q = Kapasitas adsorpsi (mg/g) V = Volume larutan (L) Co = Konsentrasi awal (ppm) Ca = Konsentrasi akhir (ppm) m = Massa adsorben (g)