BAB II TINJAUAN PUSTAKA Katalis merupakan suatu zat yang sangat diperlukan dalam kehidupan. Katalis yang digunakan merupakan katalis heterogen. Katalis heterogen merupakan katalis yang dapat digunakan berulangkali, prosesnya dapat berlangsung lebih cepat, serta biaya yang relatif murah. Katalis heterogen merupakan katalis yang berbasis kimia hijau (Green Chemistry), dimana katalis ini dikenal ramah lingkungan, tidak berbahaya, hemat energi, dapat memaksimalkan efisiensi dari penggunaan bahanbahan kimia. Hasil penelitian Rodiansono et al. (2008) bahwa degradasi fotokatalitik fenol menggunakan fotokatalisis zeolit-tio 2 (Ze-Ti) dan Ag/Ti, hasil modifikasi dari zeolit alam aktif (ZAA) dengan TiO 2 teremban Ag. Preparasi katalis dilakukan dengan metode impregnasi basah yang dilanjutkan dengan kalsinasi pada suhu 500 C selama 3 jam, dengan variasi Ag (% b/b) : 1; 1,5; 2; dan 2,5%. Hasil penelitian menunjukkan bahwa impregnasi TiO 2 dalam zeolit alam aktif dapat meningkatkan aktivitas fotokatalisis TiO 2 dalam mendegradasi fenol. Impregnasi Ag dapat dapat meningkatkan aktivitas fotokatalisis Ze-Ti dan mencapai optimum pada jumlah Ag teremban sebanyak 2%. Proses penyisihan fenol dengan penyinaran lampu UV lebih baik dibandingkan tanpa penyinaran lampu UV. Pada saat pengujian dengan penyinaran lampu UV, ketika katalis dikontakkan dengan fenol diduga terjadi dua proses secara simultan, 5
6 yaitu adsorbsi dan fotokatalisis. Kondisi optimum dalam penelitian ini adalah pengolahan limbah fenol menggunakan 25 gram katalis TiO 2 /SiO 2 /AC dengan komposisi 2,4; 0,047; 97,5 (rasio berat), yang berhasil menyisihkan 30 ppm fenol yang dialirkan selama 8 jam dengan laju 35 ml/menit, dengan konversi penyisihan fenol sebesar 100% (Slamet et al., 2006) Fotokatalis ZnO pada zeolit yang disintesis dengan metode impregnasi dari larutan Zn(NO 3 ) 2 memiliki energi celah sebesar 3,06 ev. Keberadaan ZnO pada zeolit ditunjukkan dengan puncak serapan pada bilangan gelombang 470 dan 941 cm -1. Luas permukaan zeolit, ZnO pada zeolit sebanyak 0,75 dan 1,5 mmol masing-masing sebesar 133, 689; 51, 144; dan 46,289 m 2 /g. Peran degradasi zat warna dengan penambahan 0,75 dan 1,5 mmol ZnO/g zeolit masing-masing sebesar 89,832 dan 78,286%. Fotokatalis memiliki kemampuan mendegradasi zat warna methylene blue (Wulandari et al., 2014) Penambahan dopan ZnO ternyata tidak mengubah struktur kristal katalis TiO 2, tetapi mempengaruhi intensitas dan ukuran agregat kristal menjadi semakin kecil. Dopan ZnO yang melapisi permukaan TiO 2 ternyata dapat meningkatkan nilai band gap katalis sehingga proses rekombinasi elektron menjadi lebih lama dan proses fotokatalitik lebih efektif. Degradasi fotokatalitik dengan menggunakan nanokomposit ZnO/TiO 2 menunjukkan penurunan konsentrasi fenol yaitu 76,0664% untuk sampel dengan penambahan ZnO/TiO 2 1%, untuk sampel dengan penambahan ZnO/TiO 2 3% didapatkan persentase degradasi sebesar 85,0533% dan untuk sampel
7 dengan penambahan ZnO/TiO 2 5% didapatkan persentase degradasi sebesar 95,3965%. Berdasarkan data diatas, terlihat bahwa kinerja katalis nanokomposit ZnO/TiO 2 1%; 3% dan 5% dapat dikatakan baik dalam mendegradasi limbah cair fenol (Lestari et al., 2012). Menguji degradasi fotokatalitik fenol dari sampel laboratorium dan industri petrokimia air limbah di bawah radiasi UV dengan menggunakan nanopartikel dilapisi titanium dioksida pada dalam dan luar tabung kaca kuarsa. Pengaruh parameter penting termasuk konsentrasi awal fenol, dosis katalis TiO 2, durasi radiasi UV, ph larutan, dan waktu kontak telah dilakukan. Pada tahap lapisan, nanopartikel diproduksi dengan struktur anatase kristal memiliki ukuran partikel rata-rata 30 nm dan terdistribusi merata di atas permukaan tabung. Efisiensi penghilangan fenol meningkat dengan menurunnya ph larutan dan konsentrasi awal fenol dan meningkatnya waktu kontak. Hasil penelitian menunjukkan bahwa cahaya dengan mudah melewati empat lapis coating (sekitar 105 nm). Efisiensi penghilangan fenol tertinggi dengan proses fotokatalitik UV/TiO 2 adalah 50% pada konsentrasi awal fenol 30 mg / L, ph larutan 3, dan 300 menit waktu kontak (Nickeslat et al., 2013) Aktivitas spesifik oksida semikonduktor dalam reaksi degradasi fotokatalitik fenol mengalami perubahan jumlah α-fe 2 O 3 < WO 3 < ZnO< P25 TiO 2 < TiO 2. Hal ini menunjukkan bahwa sintesis titanium dioksida yang dimodifikasi dengan metode solgel merupakan fotokatalis yang paling efektif dalam proses ini. Sifat fisik dan kimia dari katalis disintesis dan diselidiki oleh (XRD), (DR UV-Visible), dan pengukuran
8 N 2 -adsorpsi. Hasilnya TiO 2 memiliki aktivitas katalitik yang lebih tinggi dari sampel industri TiO 2 P25. Efisiensi maksimum penggunaan katalis dicapai pada rentang suhu 303-313 K dengan konsentrasi TiO 2 dari 1 g L -1, konsentrasi fenol dari 0,532 mm, dan ph netral. Kehadiran elektrolit mengurangi nilai efisiensi proses (Cherepivska et al., 2014) Fotokatalis terdiri dari ZnO yang diimobilisasi dalam SiO 2 yang dipreparasi melalui kalsinasi bahan prekursor pada temperatur 350 C selama 9 jam. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui efek dari katalis dan ph dalam efisiensi fotodegradasi metil orange dan fenol. Setelah diamati bahwa efisiensi fotodegradasi meningkat dengan muatan katalis sampai maksimal. Setelah itu efisiensi fotodegradasi menurun. Efisiensi fotodegradasi maksimal diamati pada 3,0 g/l dan masing-masing 1,5 g /L muatan katalis untuk metil orange dan fenol. Aktivitas fotokatalitik ZnO-SiO 2 juga ditemukan sangat tergantung pada larutan ph metal orange dan fenol. Efisiensi fotodegradasi yng baik diamati pada ph 7 untuk metil orange dan ph 5 sampai 7 untuk fenol (Apollo et al,. 2014) Sintesis fotokatalis TiO 2 dengan doping tembaga dan sulfur dengan metode sol-gel dan karakterisasinya menggunakan XRD dan DR UV-Vis. Fotokatalis Cu-S TiO 2 terhasil diaplikasikan pada degradasi senyawa fenol menggunakan berbagai energi foton. Sintesis Cu-S TiO 2 dilakukan dalam satu tahap reaksi menggunakan prekrusor TiCl 4, Cu(NO 3 ) 2.3H 2 O, H 2 SO 4 dan kalsinasi dilakukan pada suhu 450 o C selama 4 jam. Dari hasil sintesis diperoleh partikel nanokristalin anatase Cu-S TiO 2
9 dengan ukuran kristal 8,77 nm, dan menurunkan band gap TiO 2 anatase dari 3,2 ev menjadi 1,9 ev sehingga dapat diaplikasikan pada sinar matahari. Dari uji fotokatalisis pada degradasi senyawa fenol pada sinar UV, sinar tampak dan sinar matahari selama 6 jam, berturut turut diperoleh penurunan konsentrasi fenol sebesar 84,24%, 83,74% dan 66,26% (Haris et al.,2014). Proses pengolahan limbah Cr(VI) dan degradasi fenol dengan konsentrasi awal limbah 40 ppm, katalis 0,2% CuO/TiO 2 yang dipreparasi dari prekursor Cu- Asetat merupakan katalis yang memiliki aktifitas optimal. Jumlah Cr(VI) yang berhasil direduksi sebesar 99,67% dan fenol terdegradasi sebesar 97,18%. Sedangkan secara simultan katalis TiO 2 Degussa p25 merupakan katalis yang memiliki aktifitas tertinggi. Jumlah Cr(VI) yang direduksi sebesar 100% dan jumlah fenol yang berhasil direduksi sebesar 93,81% (Slamet et al., 2007). Kristal CuO/TiO 2 yang disintesis dengan metode sol-gel modifikasi larutan polimer PEG, mempunyai fase TiO 2 anatase pada temperatur kalsinasi 400 o C dan pada kenaikan temperatur kristal akan berubah fase menjadi TiO 2 rutil. Kenaikan temperature kalsinasi mengakibatkan kenaikan ukuran kristal CuO/TiO 2 karena terjadi sintering. Pada pengukuran menggunakan metode BET, luas permukaan nanokatalis CuO/TiO 2 mengalami penurunan pada kenaikan temperature kalsinasi. Analisis menggunakan SEM-EDX menunjukkan bahwa nanokatalis CuO/TiO 2 yang disintesis menggunakan metode sol-gel modifikasi mempunyai bentuk yang belum homogen dan pendistribusian CuO pada TiO 2 juga belum homogen serta terdapat
10 residu karbon. Nanokatalis CuO/TiO 2 dapat diaplikasikan sebagai katalis degradasi fenol dengan waktu optimum t=50 menit sebesar 60,625%. Proses degradasi menggunakan oksigen sebagai oksidator pada reactor slurry. Hasil analisis GC-MS menunjukkan terbentuknya 2-propanon yang diduga merupakan hasil oksidasi fenol (Lestari et al., 2013) Fotokatalis ZnO pada zeolit yang disintesis dengan metode impregnasi dari larutan Zn(NO 3 ) 2 memiliki energi celah sebesar 3,06 ev. Keberadaan ZnO pada zeolit ditunjukkan dengan puncak serapan pada bilangan gelombang 470 dan 941 cm -1. Luas permukaan zeolit, ZnO pada zeolit sebanyak 0,75 dan 1,5 mmol masing-masing sebesar 133, 689; 51, 144; dan 46,289 m 2 /g. Peran degradasi zat warna dengan penambahan 0,75 dan 1,5 mmol ZnO/g zeolit masing-masing sebesar 89,832 dan 78,286%. Fotokatalis memiliki kemampuan mendegradasi zat warna methylene blue(lestari et al.,2015)