BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sintesis silika dan alumina berbasis material mesopori telah memberikan banyak keuntungan sejak tahun 1990, terutama sejak ditemukannya MCM-41 yang merupakan bagian dari bahan M41S oleh Mobil Oil Corporation. Material ini sangat menarik karena memiliki struktur teratur dengan rongga yang seragam, membentuk susunan heksagonal dengan luas permukaan yang besar hingga 1000 m 2 g -1 serta stabilitas termal yang baik (Beck et al., 1992). MCM-41 telah banyak digunakan dalam berbagai aplikasi kimia dan lingkungan, antara lain sebagai katalis heterogen, proses pemisahan, adsorben, material penukar ion, dan nanofiller (Abdelhamid et al., 1999). Keberhasilan sintesis MCM-41 ditentukan oleh beberapa faktor, salah satunya adalah metode sintesis. Sintesis MCM-41 telah dilakukan dengan beberapa metode antara lain metode hidrotermal dan temperatur kamar. Metode hidrotermal menghasilkan material MCM-41 dengan kristalinitas yang tinggi. Akan tetapi, metode ini memerlukan temperatur yang tinggi pada proses sintesisnya (Beck et al.,1992; Debaish et al.,1999). Oshima et al. (2006) juga melakukan sintesis MCM-41 dengan metode hidrotermal pada temperatur 100 C selama 144 jam dan memperoleh material dengan kristalinitas tinggi. Penggunaan energi yang tinggi dan waktu yang lama pada sintesis MCM- 41 dengan metode hidrotermal memunculkan metode baru berbasis kimia hijau untuk sintesis MCM-41, yakni metode temperatur kamar. Chiarakon et al. (2006) melakukan sintesis MCM-41 dengan temperatur kamar dengan waktu pemeraman 2 hari. Hui et al. (2009) melakukan sintesis dengan metode yang sama dengan waktu pemeraman 24 jam pada berbagai ph. Metode sintesis MCM-41 dengan temperatur kamar masih membutuhkan waktu reaksi yang lama seperti yang dilaporkan oleh Hong et al. (1996) dan Chiarakon et al. (2006) dan material yang dihasilkan memiliki kristalinitas yang masih rendah seperti yang telah dilaporkan oleh Yunita (2011) dan Haresh et al. (2007) yang membandingkan hasil sintesis 1

2 2 MCM-41 dengan metode hidrotermal dan temperatur kamar, dimana intesitas XRD material MCM-41 yang disintesis pada temperatur kamar lebih rendah daripada MCM-41 yang disintesis secara hidrotermal. Mokhonoana dan Coville (2010) juga melakukan perbandingan hasil sintesis MCM-41 dua metode dimana MCM-41 yang disintesis dengan metode temperatur kamar mengasilkan material yang tidak jauh lebih baik dari metode hidrotermal dengan waktu pemeraman optimum selama 57 hari. Beberapa kelemahan yang dimiliki oleh kedua metode sintesis MCM-41 yang sebelumnya, memberikan ide untuk mengembangkan metode baru yang tetap berbasis kimia hijau, waktu sintesis yang singkat, dan menghasilkan kualitas material yang memiliki kristalinitas dan keteraturan pori yang tinggi. Salah satu metode yang dikembangkan untuk sintesis material MCM-41 adalah metode sonokimia. Metode sonokimia dapat digunakan untuk sintesis material MCM-41 dengan waktu yang relatif singkat dan menghasilkan MCM-41 dengan struktur yang baik (Beltran et al., 2008). Penggunaan metode sonokimia untuk sintesis MCM-41 masih belum banyak dikaji dan dikembangkan. Sonokimia adalah penggunaan energi suara untuk mendorong perubahan fisika dan kimia dalam medium cairan. Metode sonokimia disini adalah penggunaan ultrasonik dalam mensistesis material. Ultrasonik memiliki panjang frekuensi 20kHz-10MHz. Urshaci et al. (2011) telah melakukan sintesis MCM-41 magnetik dengan metode sonokimia selama 30 menit dengan frekuensi 20 kh. Ultrasonik digunakan pada sintesis material untuk mempersingkat waktu reaksi dan memberikan dispersi yang baik pada suatu material (Yadav et al., 2008; Delmifiana, 2013). Material MCM-41 berbasis silika memiliki situs yang bermuatan netral pada permukaannya, sehingga diperlukan modifikasi untuk memberikan situs aktif pada permukaannya. Beberapa modifikasi yang telah dilakukan pada material MCM-41 diantaranya dengan rekayasa diameter pori. Rekayasa diameter pori dapat dilakukan dengan penggabungan logam-logam transisi ke dalam kerangka maupun luar kerangka MCM-41. Pengaruh keberadaan logam seperti aluminium (Perrot, 1977; Shen dan Kawi, 2002), titanium (Silva et al., 2006), dan

3 3 Cerium (Chien dan Chun, 2005) ke dalam struktur mesopori telah banyak dikaji. Keberadaan logam baik pada kerangka maupun di luar kerangka selain dapat memberikan sifat keasaman juga memberikan efek muatan negatif pada permukaan material MCM-41 (Araujo et al., 2007). Pemasukan logam kedalam material MCM-41 dapat dilakukan melalui dua cara, yakni direct synthesis (secara langsung) dan post synthesis (secara tidak langsung). Ke dua cara ini dapat memberikan pengaruh yang berbeda terhadap material yang dihasilkan. Pemasukan logam yang dilakukan secara post synthesis dapat menyebabkan distribusi logam pada permukaan lebih besar daripada kerangka. Keberadaan logam ini dapat mengakibatkan terjadinya pore blocking sehingga ukuran porinya menjadi lebih kecil (Mihai et al., 2010). Beberapa penelitian telah dilakukan terkait dengan modifikasi MCM-41 dengan teknik post synthesis. Zhang et al. (2000) melakukan sintesis ZnO yang disisipkan dalam silika mesopori melalui fungsionalisasi permukaan MCM-41 dengan etilendiamin. Penelitian yang sama juga dilakukan oleh Chen et al. (2004) yang melakukan modifikasi permukaan MCM-41 dengan ZnO. Bao et al. (2002) dan Fu et al. (2003) juga melakukan sintesis ZnO/MCM-41 dan menunjukkan adanya ikatan Zn O Si pada permukaan MCM-41. Kajian lebih lanjut dilakukan oleh Babu et al. (2013) yang melakukan sintesis ZnO/MCM-41 dan melaporkan bahwa material yang dihasilkan memiliki diameter pori lebih kecil dari MCM-41 sebelum dimodifikasi. Modifikasi MCM-41 secara post synthesis dapat memberikan pengaruh lain pada permukaan MCM-41, yakni efek fotokimia yang diakibatkan adanya oksida logam pada permukaannya (Tang et al., 2004). Efek fotokimia ini yang menjadikan MCM-41 termodifikasi dapat digunakan sebagai fotokatalis untuk degradasi zat warna. Zat warna yang digunakan dalam penelitian ini adalah metilen biru yang merupakan zat warna kationik. Proses fotokatalitik pada zat warna metilen biru didasarkan pada interaksi yang terjadi antara material fotokatalis dengan zat warna tersebut (Ali dan Siew, 2005). Penggunaan fotokatalis pada proses degradasi zat warna metilen biru telah banyak dikaji, salah satunya yang dilakukan oleh Babu et al. (2013) yang menggunakan ZnO/MCM-

4 4 41 untuk proses degradasinya. Mihai et al. (2010) juga menggunakan katalis ZnO/MCM-41 dan ZnO/SBA-15 untuk degradasi zat warna metilen biru yang mana aktifitasnya lebih besar daripada ZnO. Pengaruh metode sonokimia terhadap kristalinitas dan keteraturan pori material MCM-41 serta kajian mengenai pengaruh modifikasi permukaan MCM- 41 menggunakan logam secara post synthesis yang dapat memberikan efek fotokatalitik akan dikaji dalam penelitian ini. Hasil penelitian ini diharapkan dapat dijadikan sebagai salah satu informasi untuk menambah informasi mengenai metode sintesis material yang lebih mengarah pada kimia hijau dan memperkaya wawasan dalam bidang penanggulangan masalah yang diakibatkan oleh zat warna. 1.2 Tujuan Penelitian Tujuan umum yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah sintesis MCM-41 dan ZnO/MCM-41 menggunakan metode sonokimia dengan aktifitas fotokatalitik yang tinggi pada zat warna metilen biru. Adapun tujuan khusus dari penelitian ini antara lain: a. Mengkaji pengaruh variasi waktu sonikasi pada sintesis MCM-41 terhadap kristalinitas dan keteraturan pori. b. Mengkaji pengaruh persentase Zn pada sintesis ZnO/MCM-41 terhadap kristalinitas dan diameter pori MCM-41. c. Mengkaji kemampuan fotokatalitik material ZnO/MCM-41 pada proses degradasi zat warna metilen biru. 1.3 Manfaat Penelitian Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini antara lain: a. Memberikan alternatif metode untuk sintesis material MCM-41 yang lebih green, hemat, dan ramah lingkungan dengan metode sonokimia. b. Memberikan informasi proses sintesis ZnO/MCM-41 secara post synthesis (eksitu) dengan metode sonokimia.

5 5 c. Diperoleh material MCM-41 termodifikasi yang memiliki kemampuan untuk proses degradasi zat warna. d. Memperoleh alternatif baru dalam rangka mengatasi permasalahan limbah zat warna yakni menggunakan teknologi fotokatalitik.