Jurnal Reaksi Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 3 No.5, Juni 2005 ISSN X

Transkripsi

1 17 Jurnal Reaksi Jurusan Teknik Kimia Vol. 3 No.5, Juni 5 ISSN X

2 Saifuddin, Kombinasi Berbagai Oksidator Untuk Mendegradasi 2Chlorobifenil Dalam Sistem UV/TiO 2 /Oksidant KOMBINASI BERBAGAI OKSIDATOR UNTUK MENDEGRADASI 2CHLOROBIFENIL DALAM SISTEM UV/TiO 2 /OKSIDANT Saifuddin *) ABSTRAK Fotodegradasi merupakan proses oksidasi lanjut (AOP) dan dapat digunakan untuk mendegradasi senyawa organik yang terlarut dalam air buangan. Proses ini merupakan kombinasi UV/TiO 2 /Oksidant (H 2 O 2, S 2 O 8 2, dan IO 4 ). Proses tersebut terjadi karena terbentuknya electron (e) dan hole (h) pada permukaan katalis TiO 2 dan adanyanya ion radikal hidroksil (OH*) dari H 2 O 2, radikal IO 3 * dari IO 4, dan *SO 4 dari S 2 O 8 2. Radikal tersebut dapat menginisiasi reaksi kimia seperti oksidasi dan reduksi untuk mendegradasi senyawa organik dalam air buangan menjadi senyawa yang lebih sederhana. Hal tersebut terjadi akibat adanya elektron yang tereksitasi pada atom C kromofor dalam senyawa kimia. Proses ini terjadi dalam reaktor double pipe yang disinari dengan lampu UV (254 nm) watt dan ditempatkan pada pipa bagian dalam, konsentrasi oksidan yang digunakan,1 M dan TiO 2 25 mg/l. Efisiensi penyisihan yang dikombinasikan berkisar dari 92%98,7% pada waktu 9 menit. Kata kunci: AOP (Advance Oxidation Process), 2klorobifenil, TiO 2, Oksidant, dan UV. PENDAHULUAN Fotodegradasi merupakan suatu proses pemutusan ikatan atau pemaksapisahan atom dalam senyawa kimia akibat adanya penyerapan atau radiasi dari sinar matahari (sinar UV) pada panjang gelombang yang spesifik. Radiasi sinar terutama sinar ultra violet (UV) didefinisikan sebagai radiasi gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang lebih pendek dari sinar tampak tetapi lebih panjang dari sinar X. Energi berbanding terbalik dengan panjang gelombang. Energi akan semakin besar jika panjang gelombangnya lebih pendek. Oleh sebab itu fotokatalisis sangat tepat untuk memutuskan ikatan suatu zat kimia yang sukar diurai dalam proses biologi (e.g pestisida, dioxin, organik terkloronasi) terutama gugus aromatik yang biasanya sukar diolah dalam proses biologi dan membutuhkan waktu yang lama dalam proses pengolahannya (Noyes,1994). Pemutusan ikatan suatu molekul dapat dilakukan dengan menggunakan katalis TiO 2, SnO 2, WO 2, ZnO dan lainlainnya, dapat juga dengan menggunakan oxidant seperti H 2 O 2, 2 S 2 O 8 dan IO 4. Penggunaan katalis TiO 2 dapat menghancurkan banyak komponen organik menjadi CO 2. (Wang,1999). Katalis oksidant Organik CO 2 H 2 O Asam sinar UV *) Staf Pengajar Jurusan Teknik Kimia 18 Organik pada persamaan diatas meliputi alkana, alifatik, alkohol, asam karboksilat, surfaktan, herbisida, pestisida dan bahan celupan sebagaimana halnya dengan aromatik dan haloaromatik yang biasanya banyak ditemukan dalam limbah industri petrokimia (Cheng, 1998). Bila TiO 2 dileburkan melalui sinar UV yang mengandung oksigen terlarut dengan senyawa organik maka akan terjadi pemutusan ikatan senyawa kimia pada atom C kromofor dalam senyawa tersebut, yang terpenting adanya peningkatan electron (e) dan hole () dalam partikel TiO 2 (Wang, ). Pada partikel semikonduktor TiO 2, elektron pada pita valensi (valence band, Vb) di dalam partikel TiO 2 akan mengabsorbsi sinar UV (dengan energi band gap TiO 2 ) dan dengan menggunakan energi tersebut untuk berpindah ke pita konduksi (conduction band, Cb) dan meningkatkan hole positif. Dalam beberapa saat posisi ini masih terus langsung berkombinasi di permukaan partikel, akan tetapi ada sebagian pasangan electronhole yang mencapai permukaan partikel dan medonasikan elektronnya pada molekul yang teradsorpsi pada permukaan katalis dan medonasikan elektronnya untuk mereduksi substract atau pelarut pada larutan yang diaerasi, dengan kata lain elektron pada pita konduksi yang mencapai permukaan untuk mereduksi pelarut pada permukan partikel. Ini berarti hole yang juga mencapai permukaan untuk mereduksi pelarut pada permukaan partikel mengoksidasi baik secara langsung atau tidak

3 Jurnal Reaksi Jurusan Teknik Kimia Vol. 3 No.5, Juni 5 ISSN X langsung (molekul pembentuk hidroksil) subtract yang kontak dengan permukaan partikel (Gunzalurdi,1996). Model organik secara sederhana, fotokatalisis dengan adanya air dan O 2 yang terlarut dapat digambarkan sebagai berikut: TiO 2 hv TiO 2 (e cb h rb ) (1) TiO 2 (e cb h rb ) panas TiO 2 yang digunakan berbentuk bubuk (% anatase, % rutil), H 2 O 2 yang digunakan 3%, sedangkan oksidant lain yang digunakan KIO 4 dan K 2 S 2 O 8. Analisa dilakukan dengan GC/ECD (HP589A). Pengukuran panjang gelombang sinar UV dilakukan dengan radiometer. Peralatan yang digunakan pada penelitian ini diperlihatkan pada Gambar 2. Ecb O 2 O 2 *e cb (2) Conduction band electron h vb OH OHh vb Valence band hole (3) Tampak jelas dengan menggunakan partikel TiO 2 dan sinar UV dapat menghasilkan spesies pengoksida kuat yang mampu mengoksidasi molekul organik sampai menjadi asam, CO 2 dan air, disamping itu pula TiO 2 tidak larut dalam air sehingga dapat dipisahkan dengan filtrasi (Cheng,1999). UV 2CBF/TiO 2 / oksidant METODE PENELITIAN Penelitian ini dilakukan dalam reaktor dari bahan pyrex yang berbentuk double pipe, dengan diameter pipa bagian dalam 3 cm dan diameter pipa luar 5 cm serta volume reaktor (ruang (annulus) 1 liter. Dalam pipa bagian dalam ditempatkan lampu UV (254 nm) watt. Skema penelitian dapat dilihat pada Gambar 1. Cairan Analisa 2chlorobifenil Reaktor UV Sampel Saring Padatan Gambar 1. Blok Diagram Prosedur Penelitian Tangki air baku Gambar 2. Peralatan yang digunakan. HASIL PENELITIAN Hasil penelitian menunjukkan fotodegradasi semakin bertambah dengan meningkatnya waktu fotodegradasi. Efisiensi penyisihan terbesar diperoleh dengan adanya kombinasi UV/TiO 2 / (H 2 O 2,S 2 O 8 2,IO 4 ) Pengaruh penggunaan TiO 2 Semakin lama reaktor disinari dengan sinar UV, akan mempertinggi terbentuknya pasangan electron (e ) dan hole (h ) yang terbentuk pada permukaan TiO 2 dan berfungsi sebagai adsorber sehingga mampu menginisiasi reaksi kimia seperti reaksi oksidasi dan reduksi untuk menyisihkan senyawa 2klorobifenil dengan menyerang gugus atom C kromofor. Pengaruh penggunaan oksidan Penggunaan oksidan akan mempercepat photodegradasi. Hal tersebut lebih cepat dibandingkan dengan penggunaan TiO 2 karena penggunaan oksidan (H 2 O 2,S 2 O 8 2 dan IO 4 ) akan membentuk radikal yang akan memutuskan 19

4 C akhir X C akhirx Saifuddin, Kombinasi Berbagai Oksidator Untuk Mendegradasi 2Chlorobifenil Dalam Sistem UV/TiO 2 /Oksidant ikatan senyawa 2klorobifenil (2CBF) dari atom C kromofor dengan adanya elektron yang tereksitasi dibandingkan dengan penggunaan katalis TiO 2 karena oksidan yang terpakai dalam bentuk cairan sehingga penyebarannya lebih cepat dan jumlah molekul oksidan yang tersinari UV lebih banyak membentuk radikal hidroksi (OH*), radikal tiosulfat (S 2 O 8 *)dan (IO 4 *), yang pada akhirnya semakin banyak sehingga kemampuan radikal tersebut semakin banya untuk mendegradasi senyawa 2CBF. Hasil fotodegradasi UV/TiO 2, UV/H 2 O 2 dan UV/TiO 2 / H 2 O 2, selama 9 menit diperlihatkan pada Gambar UV/TiO2/H2O2 UV/TiO2 UV/H2O2 Gambar 3 Hasil fotodegradasi UV/TiO 2, UV/H 2 O 2 dan UV/TiO 2 /H 2 O 2, selama 9 menit Pengaruh UV/TiO 2 /(H 2 O 2, S 2 O 8 2, IO 4 ) Kombinasi antara UV/TiO 2 / (H 2 O 2, S 2 O 8 2, IO 4 ) akan mempertinggi efesiensi penyisihan dibandingkan dengan tanpa pemakakaian oksidant. Pemakaian oksidant H 2 O 2 akan membentuk radikal *OH yang teradsorbsi pada permukaan katalis TiO 2. TiO 2 hv e cb h rb (4) OHads h VB *OHads (5) H 2 Oads h VB *OHads H (6) O 2 e CB *O 2 (7) *O 2 e CB 2 *O 2 (8) *O 2 H HO 2 * (9) HO 2 * HO 2 * H 2 O 2 O 2 (1) *O 2 HO 2 * HO 2 (11) HO 2 H H 2 O 2 (12) Dari reaksi 4 sampai 12 dapat dilihat bahwa Hydrogen Peroksida juga akan terbentuk akibat adanya O 2 dan H dari air. Hasil fotodegradasi UV/TiO 2, UV/IO 4 dan UV/TiO 2 /IO 4, selama 9 menit diperlihatkan pada Gambar 4. Gambar 4 Hasil fotodegradasi UV/TiO 2, UV/IO 4 dan UV/TiO 2 /IO 4, selama 9 menit Pengaruh penambahan konsentrasi H 2 O 2 bila disinari dengan sinar UV akan menambah jumlah radikal *OH yang terbentuk pada air, seperti pada reaksi 13 sampai 16. H 2 O 2 e CB *OH OH (13) H 2 O 2 *O 2 *OH OH O 2 (14) H 2 O 2 hv 2*OH (16) Efisien penyisihan dengan penggunaan hydrogen peroksida yang dikombinasikan sebesar 92%. Photolisis kombinasi dengan penambahan oksidant IO 4 cenderung akan mempertinggi efisiensi penyisihan 2CBF, karena disamping terbentuknya ion radikal, priodat sendiri akan membentuk ion radikal lain yang sangat reaktif berupa IO 3 *, *OH, IO 3 dan IO 4 * (Weavers dkk,1997) seperti pada reaksi IO 4 hv IO 3 * O* (13) O* H *OH (14) OH IO 4 OH IO 4 * (15) H 4 IO 6 hv H 3 IO 5 *OH (16) H 3 IO 5 IO 3 H 2 O *OH (17) Pemakaian priodat yang dikombinasikan menghasilkan efisiensi sebesar 98,3% selama 9 menit. 2 Pemakaian S 2 O 8 akan meningkatkan laju degradasi dibandingkan tanpa menggunakan S 2 O 2 8, karena disamping telah terbentuknya 2 radikal hidroksi pada permukaan katalis, S 2 O 8 juga akan membentuk radikal *SO 4 yang merupakan oksidant yang kuat sebagai pengoksidasi senyawa organik. Reaksi pembentukan radikal hidroksi pers 18 dan 19. S 2 O UV/TiO2/IO4 UV/TiO2 UV/IO4 2*SO 4 (18) *SO 4 H 2 O *OH SO 4 2 H (19)

5 C akhirx Jurnal Reaksi Jurusan Teknik Kimia Vol. 3 No.5, Juni 5 ISSN X Efisiensi penyisihan diperoleh sebesar 98,7%. 2 Hasil fotodegradasi UV/TiO 2,UV/S 2 O 8 dan UV/TiO 2 /S 2 O 2 8, selama 9 menit diperlihatkan pada Gambar UV/TiO2/S2O8 UV/TiO2 UV/S2O8 M.C Cheng JN and TU.MF, Photocatalitic Oxidation of Propoxur in Aqueos Titanium Dioksida Suspension. Environ.Sci.Health, Weavers L.K. Hua I and Hoffman MR, Degradation of Triethanolamine and Chemical Oxygen Demand Reduction in Wastewater by Photoactivated Periodate. Water Envi. Res 69, Gambar 5. Hasil fotodegradasi UV/TiO 2,UV/S 2 O 8 2 dan UV/TiO 2 /S 2 O 8 2, selama 9 menit. Kombinasi UV/TiO 2 /(H 2 O 2,S 2 O 8 2,IO 4 ) Kombinasi ini hanya sedikit mampu meningkatkan laju degradasi dibandingkan dengan penggunaan UV/oksidan. Hal ini disebabkan proses pembentukan radikal hidroksi dari oksidant yang lebih cepat saat tersinari UV dibandingkan dengan penggunaan katalis TiO 2. KESIMPULAN 2CBF dapat disisihkan dengan menggunakan proses AOPS Penambahan oksidan dalam sistim UV/TiO 2 secara signifikan berpengaruh terhadap laju degradasi 2CBF. Sistim kombinasi hanya sedikit mampu meningkatkan laju degradasi dibandingkan dengan sistim UV/oksidant. Efisiensi yang diperoleh untuk sistem UV/TiO 2 /H 2 O 2 sebesar 92%, UV/TiO 2 /IO 4 sebesar 98,3%, dan dengan UV/TiO 2 /S 2 O 8 2 sebesar 98,7%. DAFTAR PUSTAKA. Cheng D and Ray, Photodegradation Kinetic of 4Nitrofenol in TiO 2 Suspentions, Water Research Gunzalurdi J dan Sunardi, Proses Fotokatalitik Sebagai Alternatif Untuk Detoksifikasi Dalam Pengolahan Limbah, Alami. 21