Pengolahan Limbah Logam... (Kapti Riyani, dkk) PENGOLAHAN LIMBAH LOGAM BERAT INDUSTRI TEKSTIL MENGGUNAKAN FOTOKATALIS TiO 2 /ARANG AKTIF

Transkripsi

1 Penglahan Limbah Lgam... (Kapti Riyani, dkk) PENGOLAHAN LIMBAH LOGAM BERAT INDUSTRI TEKSTIL MENGGUNAKAN FOTOKATALIS TiO 2 /ARANG AKTIF Kapti Riyani, Tien Setyaningtyas, Ry Andreas Prdi Kimia MIPA FakultasSains dan Teknik UNSOED ABSTRACT Study abut the use f active charcal rice straws (AAJP) was dne in rder t decrease heavy metal in n textile waste water by using phtcatalyst AAJP/TiO 2. Rice straws were gained frm the Banyumas Regency and samples textile waste water frm ne f textile industry in Pemalang. This study was begun by the making f active charcal frm the rice straws, and then the mdificatin f phtcatalyst AAJP/TiO 2 was dne with the cmparisn 1:99, 2:98, 3:97, 4:96, 5:95. The test f heavy metal in phtreductin was dne with sme parameters such as weight cmparisn (1:99, 2:98, 3:97, 4:96, 5:95), ph effect (2, 5, 7, 9, 13) and the effect f ray surce (sun light and the UV lamp). Analysis f phtcatalyst material used SEM and heavy metal in cncentratin used AAS. Results shw that ptimum phtcatalyst activity in weight cmparisn AAJP 3 C / TiO 2 (1:99) with decrease cncentratin was 65.2% fr heavy metal in, mean while AAJP 7 C / TiO 2 (3:97) with decreased cncentratin f heavy metal in is 94.5%. Optimal prcess fr heavy metal in reductin ccur at ph 2 with decreased cncentratin f heavy metal in fr AAJP 3 C / TiO 2 (1:99) is 99.87% and fr AAJP 7 C /TiO 2 (3:97) is %. The surce f UV lamp was gd fr heavy metal in phtreductin (AAJP 3 C /TiO 2 (1:99) was 99.87% and AAJP 7 C /TiO 2 (3:97) was %) Keywrd : phtcatalyst, TiO 2, active charcal, heavy metal in PENDAHULUAN Perkembangan industri tekstil di daerah Jawa Tengah telah maju dengan pesat. Dampak negatif dari pembangunan industri tekstil tersebut terutama dari limbah prses pencelupan dimana mengandung zat warna dan lgam berat seperti Cd, Cr Pb, As, Cu dan Zn. Limbah tersebut merupakan sumber pencemaran lingkungan apabila air limbahnya langsung dibuang ke selkan atau sungai tanpa dilah terlebih dahulu. Air selkan menjadi berwarna dan mengubah kualitas air selkan atau air sungai sehingga tidak sesuai peruntukannya. Oleh karena itu, usaha untuk mengatasi masalah tersebut harus dilakukan sedini mungkin. Teknlgi untuk penglahan limbah in lgam berat dapat dilakukan menggunakan titanium diksida melalui prses ftreduksi in lgam berat menjadi lgamnya sehingga lebih mudah dipisahkan dari perairan. Aktivitas ftkatalisis dari TiO 2 dapat ditingkatkan dengan memdifikasi ftkatalis menggunakan arang aktif (Hilal et. al., 27) yang berfungsi sebagai adsrbent plutan sehingga plutan dapat lebih mudah kntak dengan ftkatalis, dengan semakin mudah plutan kntak dengan TiO 2

2 Mlekul, Vl. 3. N. 1. Mei, 28 : - 47 maka plutan semakin mudah didegradasi leh ftkatalis TiO 2. Indnesia, terutama Jawa Tengah merupakan negara penghasil beras. Menurut Badan Bimas Ketahanan Pangan Jawa Tengah, prduksi padi di Jawa Tengah pada tahun 25 mencapai tn. Pada prses penggilingan padi akan dihasilkan limbah yaitu jerami padi. Jerami padi saat ini kurang banyak dimanfaatkan. Kandungan sellulsa dan silika yang tinggi pada jerami padi dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku arang aktif. Arang aktif yang dihasilkan dari jerami padi dapat dimanfaatkan untuk memdifikasi ftkatalis TiO 2 untuk prses ftreduksi in lgam berat menjadi lgamnya sehingga lebih mudah dipisahkan dari perairan dan dapat dimanfaatkan kembali. Dengan adanya arang aktif pada ftkatalis TiO 2 maka prses ftreduksi akan semakin efisien karena aktivitas ftkatalis akan meningkat. Ada beberapa hal yang mempengaruhi aktivitas ftreduksi in lgam berat menggunakan katalis AAJP/TiO 2, yaitu perbandingan berat arang aktif dengan TiO 2, knsentrasi senyawaan rganik, ph dari medium, serta sumber sinar yang digunakan (Dingwang, 1999 dan Nguyen, 23). METODE PENELITIAN Bahan dan Alat Jerami padi diambil dari daerah Banyumas, limbah tekstil sebelum dilah atau sebelum masuk ke badan perairan diambil dari PT. Candi Mekar, Pemalang, TiO 2, HNO 3, Aquademin. Prsedur Kerja Pembuatan arang aktif jerami padi (AAJP) Jerami padi dikeringkan pada suhu 15 C selama 24 jam pada ven untuk menghilangkan kandungan air sampai berat knstan. Setelah itu dilakukan prses aktivasi secara termal. Sampel yang telah dikeringkan diaktivasi pada furnace dengan suhu 3 C dan 7 C selama 3 menit yang diikuti dengan penumbukan dan pengayakan dengan ukuran partikel kurang dari mesh. Arang aktif yang dihasilkan dari jerami padi dengan prses aktivasi termal tersebut diberi simbl AAJP3 dan AAJP7. Pembuatan mdifikasi ftkatalis AAJP/TiO 2 Mdifikasi ftkatalis AAJP/TiO 2 dibuat dengan perbandingan berat AAJP/TiO 2 yaitu 1:99, 2:98, 3:97, 4:96, 5:95. Dengan kntrl TiO 2 tanpa AAJP. AAJP dan TiO 2 disuspensikan dalam aquademin, selanjutnya suspensi diletakkan dalam snikatr selama 5 jam, setelah disaring kemudian AAJP/TiO 2 dikeringkan dalam ven dengan suhu 15 C selama 24 jam. Mrflgi dari partikel ftkatalis AAJP/TiO 2 dianalisis menggunakan SEM Uji aktivitas ftreduksi in lgam berat limbah tekstil dengan ftkatalis AAJP/TiO 2 Ftkatalis TiO 2 tanpa AAJP digunakan sebagai kntrl. 2 ml air limbah yang telah disaring untuk menghilangkan endapan dimasukkan ke dalam gelas beaker. Tingkat ph medium diatur pada ph 2, 5, 7, 9 dan 13, ph diatur dengan menggunakan asam nitrat dan NaOH. Kemudian.5 gram ftkatalis dimasukkan ke dalam medium. Selanjutnya terhadap masingmasing medium untuk ftkatalisis yang telah diatur ph-nya diberi perlakuan dengan sumber sinar yang berbeda yaitu sumber sinar lampu UV dan sumber sinar matahari. Adapun perlakuan secara keseluruhan untuk 41

3 Penglahan Limbah Lgam... (Kapti Riyani, dkk) ftreduksi in lgam adalah sebagai berikut: Pengaruh perbandingan berat AAJP/TiO 2 terhadap aktivitas ftkatalis AAJP/TiO 2 Variasi perbandingan berat AAJP : TiO 2 yang digunakan adalah :1, 1:, 1:99, 2:98, 3:97, 4:96 dan 5:95. Dengan kndisi ph 13 (ph limbah), sumber sinar lampu UV. Suhu pembuatan arang aktif 3 C dan 7 C Pengaruh ph terhadap aktivitas ftkatalis AAJP/TiO 2 Variasi ph yang digunakan adalah 2, 5, 7, 9 dan 13. Kndisi percbaan, suhu pembuatan arang aktif 3 C dan 7 C, sumber sinar lampu UV, perbandingan berat AAJP/TiO 2 yang digunakan adalah perbandingan berat ptimum AAJP/TiO 2. Pengaruh sumber sinar terhadap aktivitas ftkatalis AAJP/TiO 2 Variasi sumber sinar yang digunakan adalah sinar lampu UV dan sinar matahari. Kndisi percbaan, suhu pembuatan arang aktif 3 C dan 7 C, perbandingan berat AAJP/TiO 2 yang digunakan adalah perbandingan berat ptimum dan ph yang digunakan adalah ph ptimum. Reaktr untuk ftkatalisis disetimbangkan selama 3 menit pada kndisi gelap, kemudian reaktr diberi sumber sinar. Sampel diambil setiap 1 jam sampai 3 jam penyinaran. Knsentrasi in lgam berat (Pb, Cd, Cr dan Cu) dianalisis menggunakan AAS. Setiap percbaan diulang 3x (tripl). HASIL DAN PEMBAHASAN Pembuatan Arang Aktif Rendemen arang dari jerami padi didapat sebesar 34,5% (b/b), selanjutnya terhadap arang yang didapat diaktivasi pada suhu 3 C dan 7 C sehingga didapat arang aktif. Besarnya % berat arang aktif per berat jerami padi didapat sebesar 17,93% untuk aktivasi pada suhu 7 C dan 24,11% untuk aktivasi pada suhu 3 C. Analisis Ftkatalis Menggunakan SEM Ftkatalis yang telah dibuat dianalisis mrflgi permukaannya dengan analisis SEM. Analisis SEM dilakukan untuk melihat mrflgi dari ftkatalis. Gambar 1. memperlihatkan bahwa untuk aktivitas ptimum yaitu 1%AAJP 3 /TiO 2 dan TiO 2 /1%AAJP 7, pri-pri dari katalis lebih besar dibanding dengan pri-pri TiO 2 serta lebih merata. Untuk penambahan masing-masing AAJP lebih lanjut maka permukaan ftkatalis menjadi tidak merata dan pri-prinya menjadi semakin kecil. 42

4 Mlekul, Vl. 3. N. 1. Mei, 28 : - 47 A B C D E Gambar 1. Hasil SEM untuk ftkatalis A. TiO 2 B. 1%AAJP 3 / TiO 2 C. 5%AAJP 3 / TiO 2 D. 3%AAJP 7 / TiO 2 E. 5%AAJP 7 / TiO 2 Pengaruh Perbandingan Berat AAJP/TiO 2 Penambahan 1% AAJP 3 terhadap TiO 2 akan meningkatkan aktivitas ftkatalis yang cukup signifikan dibandingkan dengan TiO 2 saja ataupun perbandingan lainnya. Data untuk katalis TiO 2 terjadi penurunan knsentrasi in lgam sebesar 65,2%. Data untuk katalis 1%AAJP 3 /TiO 2 terjadi penurunan knsentrasi in lgam berat sebesar 65,2%. Sedangkan pada Gambar 2.B. penambahan 3% AAJP 7 meningkatkan aktivitas ftkatalis dibandingkan dengan TiO 2 saja ataupun perbandingan lainnya. Data untuk katalis 3%AAJP 7 /TiO 2 terjadi penurunan knsentrasi in lgam sebesar 94,5%. 43

5 % PENURUNAN KONSENTRASI ION LOGAM BERAT % PENURUNAN KONSENTRASI ION LOGAM BERAT Penglahan Limbah Lgam... (Kapti Riyani, dkk) Peningkatan aktivitas TiO 2 dengan adanya penambahan AAJP pada TiO 2 terjadi karena AAJP berfungsi sebagai adsrben sehingga zat warna dan in lgam akan terknsentrasi pada AAJP sehingga prses ftkatalisis leh TiO 2 akan semakin efisien karena semakin banyak zat warna dan in lgam yang berhubungan dengan TiO 2. Penurunan aktivitas ftkatalis pada penambahan AAJP lebih lanjut terjadi karena permukaan ftkatalis yang tidak merata dan pri-pri yang semakin mengecil seperti terlihat dari data SEM, sehingga jumlah zat warna dan in lgam yang teradsrpsi leh ftkatalis semakin menurun yang akan menurukan aktivitas ftkatalis. TiO 2 dapat mengkatalisis reaksi reduksi dan ksidasi. Reaksi ksidasi dapat terjadi karena lubang psitif yang terbentuk selama aktivasi ftkatalis akan mengksidasi in hidrksi atau air pada permukaan katalis menghasilkan radikal hidrksil HO. Radikal ini akan mengksidasi senyawaan rganik zat warna yang juga terdapat pada limbah tekstil. Reaksi reduksi in lgam dapat terjadi karena elektrn yang dihasilkan leh ftkatalis akan bereaksi dengan in lgam menghasilkan lgamnya. Mekanisme reaksi digambarkan leh Snawane et. al. (26), tahapannya sebagai berikut: TiO 2 + hv TiO 2 (e - + h + ) (1) h + + OH - ad OH ad (2) h + + H 2 O ad OH ad + H + (3) e - + M n+ M (4) radikal hidrksil OH yang dihasilkan memiliki peranan penting dalam mengksidasi senyawaan rganik yaitu zat warna yang juga terdapat pada limbah cair industri tekstil. Semakin tinggi pembentukan hidrksil radikal maka akan semakin besar pula kemampuan ftkatalis untuk mengksidasi senyawaan rganik In Cu2+ In Cd2+ 6 In Cd2+ In Cu TiO2 AAJP 3 1%AAJP3 2%AAJP3 3%AAJP3 4%AAJP3 5%AAJP3 A B Gambar 2. Persen penurunan knsentrasi zat warna dan in lgam limbah cair industri tekstil pada ph 13 dengan pengaruh perbandingan berat AAJP/TiO 2. A. untuk AAJP 3 dan B. untuk AAJP 7 Pengaruh ph TiO2 AAJP 7 1%AAJP7 2%AAJP7 3%AAJP7 4%AAJP7 5%AAJP

6 % PENURUNAN KONSENTRASI ION LOGAM BERAT % PENURUNAN KONSENTRASI ION LOGAM BERAT Mlekul, Vl. 3. N. 1. Mei, 28 : - 47 Pada pengaruh ph memperlihatkan bahwa untuk semua ftkatalis AAJP/TiO 2 yang digunakan aktivitas ftkatalis akan semakin meningkat dengan penurunan ph. ph ptimum untuk semua ftkatalis yang digunakan adalah ph 2, dengan besar penurunan knsentrasi in lgam untuk katalis 1%AAJP 3 /TiO 2 sebesar 99,87%, untuk katalis 3%AAJP 7 /TiO 2 sebesar %. Menurut Tr (26), ph larutan akan mempengaruhi muatan pada partikel TiO 2, bentuk agregat TiO 2 dan psisi dari pita knduksi dan pita valensi TiO 2. TiOH + H + TiOH 2 + TiOH + OH - TiO - (6) (5) Persamaan diatas menunjukkan bahwa muatan partikel TiO 2 tidak berpengaruh terhadap aktivitas ftreduksi in lgam pada limbah tekstil. In lgam pada suasana asam akan bermuatan psitif (+) sedangkan permukaan partikel TiO 2 juga bermuatan psitif. Pada Percbaan ini yang berperan pada peningkatan aktivitas ftkatalis adalah jumlah radikal hidrksil yang dihasilkan dari sistem. Semakin banyak radikal hidrksil maka ftdegradasi zat warna yang terdapat pada limbah tekstil akan semakin meningkat pula maka rekmbinasi hle dan elektrn akan berkurang sehingga ftreduksi in lgam pun akan meningkat pula. Pada ph asam radikal hidrksil yang dihasilkan leh sistem ftkatalis akan semakin meningkat dengan persamaan reaksi sebagai berikut (Hffman, 1995): TiO 2 (e - ) + O 2 TiO 2 + O 2 (7) O 2 + H + HO 2 (8) O 2 + HO 2 OH + O 2 + H 2 O 2 (9) 2HO 2 O 2 + H 2 O 2 (1) TiO 2 (e-) + H 2 O 2 TiO OH + OH (11) TiO 2 (h + ) + - OH OH (12) In Cd2+ In Cu2+ 94 In Cd2+ In Cu ph 2 ph 5 ph 7 ph 9 ph ph 2 ph 5 ph 7 ph 9 ph 13 A B Gambar 3. Pengaruh ph terhadap aktivitas ftkatalis AAJP/TiO 2 A. 1%AAJP 3 /TiO 2 dan B. 3%AAJP 7 /TiO 2 45

7 % PENURUNAN KONSENTRASI ION LOGAM BERAT % PENURUNAN KONSENTRASI ION LOGAM BERAT Penglahan Limbah Lgam... (Kapti Riyani, dkk) Pengaruh Sumber Sinar Penggunaan sinar matahari sebagai sumber sinar untuk prses ftkatalis AAJP/TiO 2 menunjukkan aktivitas yang cukup baik pada penglahan in lgam berat yang terdapat pada limbah industri tekstil. Untuk penggunaan 1%AAJP 3 /TiO 2 diperleh hasil penurunan knsentrasi in lgam sebesar 69,81%, untuk 3%AAJP 7 /TiO 2 sebesar 56,83%. Hasil dari pengaruh sumber sinar dapat dilihat pada Gambar 4. Ftreduksi in lgam sangat dipengaruhi leh sumber sinar yang digunakan, untuk penggunaan sinar matahari sebagai sumber sinar terjadi penurunan aktivitas ftreduksi in lgam. Zat warna yang terdapat pada limbah tekstil dapat berperan sebagai sensitizer sinar tampak, tidak meningkatkan aktivitas ftreduksi in lgam karena elektrn yang diinjeksikan zat warna ke permukaan TiO 2 tidak digunakan untuk mereduksi in lgam berat. Elektrn yang digunakan untuk mereduksi in lgam hanya berasal dari eksitasi TiO 2 ke pita knduksi menggunakan sinar UV, sinar UV pada sinar matahari intensitasnya jauh lebih kecil dibanding pada lampu UV sehingga aktivitas ftreduksi in lgam juga akan jauh lebih kecil pada penggunaan sumber sinar matahari dibanding dengan sumber lampu UV In Cd2+ In Cu2+ 2 SINAR UV A SINAR MATAHARI 12 6 In Cd2+ In Cu2+ 2 SINAR UV SINAR MATAHARI B Gambar 4. Pengaruh sumber sinar terhadap % penurunan zat warna dan in lgam berat pada katalis A. 1% AAJP 3 /TiO 2 B. 3% AAJP 7 /TiO 2 46

8 Mlekul, Vl. 3. N. 1. Mei, 28 : - 47 KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa aktivitas TiO 2 untuk mereduksi in lgam berat pada limbah cair tekstil dapat ditingkatkan dengan memdifikasi penggunaan karbn aktif dari jerami padi. Perbandingan berat AAJP/TiO 2 akan mempengaruhi aktivitas ftkatalis. Aktivitas ftkatalis ptimum pada pengaruh perbandingan berat AAJP 3 C/TiO 2 (1:99) dengan persen penurunan knsentrasi in lgam sebesar 65,2 %, sedangkan AAJP 7 C/TiO 2 (3:97) dengan persen penurunan knsentrasi in lgam berat 94,5 %. DAFTAR PUSTAKA Dingwang Chen and Ajay K. Ray Eliminatin f Mercury in Wastewater by Hetergeneus Phtcatalysis., The 8 th Cngress f Asia Pacific Cnfederatin f Chemical Enggineering. August 16-19, Seul, Krea Hilal, HS., LZ Majjad, N. Zaatar, A. El- Hamuz. 27. Dye-effect in TiO 2 Catalyzed Cntaminant Pht-degradatin: Sensitizatin vs. Charge-transfer Frmalism. Slid State Sciences., 9., 9-15 Hffman, M.R., et. All Envirnmental Applicatin f Semicnductr Phtcatalysis. Chem. Rev. 95, Besarnya ph limbah akan mempengaruhi aktivitas ftkatalis. Prses ptimum untuk reduksi in lgam berat terjadi pada ph 2 dengan persen penurunan knsentrasi in lgam berat untuk AAJP 3 C/TiO 2 (1:99) sebesar 99,87 % sedangkan untuk AAJP 7 C/TiO 2 (3:97) sebesar %. Sumber sinar akan mempengaruhi aktivitas ftkatalis. Sumber sinar lampu UV sangat baik untuk ftreduksi in lgam berat (AAJP 3 C/TiO 2 1:99 adalah 99,87 % dan AAJP 7 C/TiO 2 3:97 adalah %). Nguyen, V.N.H., Amal R., Beydun D. 23. Effect f Frmate and Methanl n Phtreductin /remval f Txic Cadmium In Using TiO 2 Semicnductr as Phtcatalyst., Chem. Eng. Sci., 58 (19) Snawane, R.S., and M.K. Dngare. 26. Sl-gel Synthesis f Au/TiO 2 Thin Films fr Phtcatalytic Degradatin f Phenl in Sunlight. Jurnal f Mlecular Catalysis A: Chemical 243, Tr, A.P., Anp Verma., C.K. Jtshi., P.K. Bajpai., and Vasundhara Singh. 26. Phtcatalytic Degradatin f Direct Yellw 12 Dye Using UV/TiO 2 in a Shallw Pnd Slurry Reactr. Dyes and Pigments. 68,