FOTODEGRADASI ZAT WARNA REMAZOL YELLOWFG DENGAN FOTOKATALIS KOMPOSIT TiO2 SiO 2

(1)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

FOTODEGRADASI ZAT WARNA

REMAZOL YELLOW

FG

DENGAN FOTOKATALIS KOMPOSIT TiO

/SiO

Disusun oleh:

ANDY ALFAN QODRI

M0304002

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Kimia

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA 2011

(2)

commit to user

HALAMAN PENGESAHAN

Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta telah mengesahkan skripsi mahasiswa :

Andy Alfan Qodri, NIM M0304002, dengan judul ” Fotodegradasi Zat Warna Remazol Yellow FG dengan Fotokatalis Komposit TiO2-SiO2 ”

Skripsi ini dibimbing oleh

Pembimbing I Pembimbing II

Candra Purnawan, M.Sc Drs. Patiha, MS

NIP. 19781228 200501 1001 NIP. 19490131 198103 1001

Dipertahankan di depan Tim Penguji Skripsi pada : Hari : Rabu

Tanggal : 16 Februari 2011

Anggota Tim Penguji :

1. Drs. Mudjijono, Ph.D 1.

NIP. 19540418 198601 1 001

2. IF Nurcahyo, M.Si 2.

NIP. 19780617 200501 1 001

Ketua Jurusan Kimia

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta

Prof.Drs. Sentot Budi Rahardjo, Ph.D NIP. 19560507 198601 1001

(3)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul ” FOTODEGRADASI ZAT WARNA REMAZOL YELLOW FG DENGAN FOTOKATALIS KOMPOSIT TiO2-SiO2 ” belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Surakarta, Februari 2011

(4)

commit to user

FOTODEGRADASI ZAT WARNA REMAZOL YELLOW FG DENGAN FOTOKATALIS KOMPOSIT TiO2/SiO2

ANDY ALFAN QODRI

Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Telah dipelajari pengaruh sinergis pengembanan TiO2 ke dalam SiO2 dan pengujian aktivitas katalitiknya dalam proses fotodegradasi zat warna Remazol Yellow FG beserta karaketisasi fisiknya.

Komposit TiO2-SiO2 disintesis melalui proses sol-gel dengan bahan awal TiCl4 dan Na2SiO3. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh komposisi komposit TiO2/SiO2, pH larutan dan lama penyinaran sinar UV terhadap fotodegradasi zat warna Remazol Yellow FG. Identifikasi dan karakterisasi komposit dilakukan dengan Infrared Spectroscopy (IR) and X-Ray Diffraction (XRD). Kondisi fotodegradasi Rema zol Yellow FG oleh komposit TiO2/SiO2 dilakukan dengan variasi konsentrasi komposit TiO2/SiO2 atau perbandingan Ti:Si sebesar 1:0,1; 1:0,5; 1:1; 1:1,5; 1:2. Variasi pH larutan sebesar 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 7,0; 8,0; 9,0; 10,0 dan variasi waktu penyinaran sinar UV selama 3, 6, 12, 24, 30 dan 48 jam.

Hasil penelitian menunjukkan puncak karakteristik XRD komposit TiO2 -SiO2 pada 2q sebesar 22,94 derajat dan 36,24 derajat. Karakteristik IR menunjukkan serapan Ti-O-Si pada bilangan gelombang 962 cm-1. Kondisi optimum fotokalis fotodegradasi Remazol Yellow FG dengan komposit TiO2-SiO2 diperoleh pada komposisi Ti:Si = 1:1, pada pH 3 dengan waktu penyinaran UV selama 24 jam dengan penurunan konsentrasi zat warna sebesar 95,84%.

(5)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

PHOTODEGRADATION OF REMAZOL YELLOW FG DYE WITH COMPOSITE TiO2/SiO2 PHOTOCATALYST

ANDY ALFAN QODRI

Department of Chemistry, Faculty of Mathematic and Science, Sebelas Maret University

ABSTRACT

This thesis is based on the investigation of synergic effect of supporting TiO2 into SiO2 and its activity test in photodegradation of Remazol Yellow FG dye liquid and characterization of physical properties.

Composite TiO2/SiO2 has been synthesized using sol-gel process with starting materials TiCl4 and Na2SiO3. The purposes of this research were to know the effect of composite composition, pH solution and UV radiation time for photodegradation Remazol Yellow FG dye. The identification and characterization of composite were done by infrared spectroscopy (IR) and X-Ray Diffraction. Condition of Remazol Yellow FG photodegradation by composite TiO2/SiO2 were carried out with variation of composite TiO2/SiO2 concentration or the ratio Ti:Si were 1:0,1 ; 1:0,5 ; 1:1 ; 1:1,5 ; 1:2. Variation of pH solution in 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 7,0; 8,0; 9,0; 10,0 and variation of UV radiation times in 3, 6, 12, 24, 48 hours.

The result showed that XRD characteristic of TiO2/SiO2 composite showed 2q_{peaks at 22.94 degrees and 36.24 degrees. IR characteristic of TiO}_2/_SiO₂

showed absorption of Ti-O-Si in the wave number 962 cm-1. The optimum photodegradation of Remazol Yellow FG dye using TiO2/SiO2 composite in Ti:Si = 1:1 composition, pH 3 and with 24 hours radiation times reduce 95,84% dye. Keywords: Composite TiO2-SiO2, photodegradation of Remazol Yellow FG

(6)

commit to user

MOTO

”Sungguh!! Argumen paling utama itu adalah dari Allah”

(QS. 6:149)

Siapa yang menuntut ilmu untuk mendebat orang-orang bodoh, atau

untuk menyombongkan diri terhadap ulama, atau untuk mencari

perhatian orang lain (popularitas), pasti Allah akan memasukkannya

ke dalam neraka

( HR. At-Turmudzi)

”Pendamlah wujudmu dalam ”tanah” tak dikenal, karena sesuatu

yang tumbuh dari benih yang tak ditanam, buahnya tiada

sempurna”

(Sy. Ahmad Ibn ’Athooillaah as-Sakandariy) Al-Hikam, maqoolah 11

“Dan hanya menikmati indahnya ketetapan dari-Nya”

(Lien Iffah Naf’atu Fina)

--Mencoba meneguhkan bahwa diri ini hanyalah seorang

“hamba”--

(7)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

vii

PERSEMBAHAN

Ku persembahkan karya kecilku ini untuk:

Emak dan Bapak, hanya dengan “washilah” mereka, aku ada Mbak Wiwin, Mas Amin. Dari keduanya mengalir teladan tak terkira

Icha, Ifa, Faza, Zidan. Keceriaan itu menumbuhkan senyuman Simbah Virgiawan Oi, sahabat tak lekang waktu

(8)

commit to user

KATA PENGANTAR

Puji Syukur kepada Allah SWT atas segala limpahan nikmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini. Shalawat dan salam senantiasa terlimpah curahkan kepada al-Mushthofa Sayyidinaa Muhammad, Rosulullah SAW dan para Shohabat serta Ahli Baitnya.

Skripsi yang berjudul ”Fotodegradasi Zat Warna Remezol Yellow FG dengan Fotokatalis Komposit TiO2-SiO2” ini disusun atas dukungan dari berbagai pihak, untuk itu penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada :

1. Prof. Drs. Sutarno, M. Sc. Ph. D, selaku Dekan FMIPA Universitas Sebelas Maret.

2. Prof. Drs. Sentot Budi Raharjo, Ph. D, selaku Ketua Jurusan Kimia FMIPA Universitas Sebelas Maret.

3. Candra Purnawan, M. Sc selaku pembimbing I, atas bimbingan, dorongan, arahan dan ilmu yang telah diberikan.

4. Drs. Patiha, MS selaku pembimbing II, atas bimbingan, ilmu dan wawasan tentang logika yang diberikan.

5. IF. Nurcahyo, M. Si selaku Ketua Lab. Kimia Dasar, FMIPA, Universitas Sebelas Maret, beserta laboran mbak Nanik dan mas Anang atas bantuannya selama di laboratorium kimia.

6. Dr. rer. nat. Atmanto Heru Wibowo, M. Si selaku Ketua Sub Lab. Kimia Pusat MIPA Universitas Sebelas Maret, beserta laboran (Mbak Retno, Pak Ken, Pak Baz, Mbak Wati dkk).

7. Seluruh Dosen di Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret, atas ilmu yang telah diberikan.

8. Pak Zamroni selaku operator XRD lab Kimia Analitik FMIPA UGM, dan Bapak Operator Spektrofotometer IR lab Kimia Organik FMIPA UGM

9. Ibu Alvina Kusuma Ayuningtyas, sang “super katalis” dalam reaksi bernama “SKRIPSI” ini, beserta mas NH dan si Kecil Oryz

(9)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

Semoga Allah SWT membalas jerih payah dan pengorbanan yang telah diberikan dengan balasan yang lebih baik. Amin.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dalam rangka untuk menyempurnakan skripsi ini. Akhir kata, semoga karya kecil ini dapat memberikan manfaat bagi ilmu pengetahuan dan bagi pembaca.

Wallahul Muwaffiq ilaa Aqwamith Thoriiq

Surakarta, Februari 2011

(10)

commit to user

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL... i

HALAMAN PENGESAHAN... ii

HALAMAN PERNYATAAN ... iii

ABSTRAK ... iv

ABSTRACT ... v

MOTTO ... vi

PERSEMBAHAN ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... x

DAFTAR TABEL ... xiii

DAFTAR GAMBAR ... xiv

DAFTAR LAMPIRAN ... xv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

A. Latar Belakang Masalah ... 1

B. Perumusan Masalah ... 3

1. Identifikasi Masalah ... 3

2. Batasan Masalah ... 5

3. Rumusan Masalah ... 5

C. Tujuan Penelitian ... 6

D. Manfaat Penelitian ... 6

BAB II LANDASAN TEORI ... 7

A. Tinjauan Pustaka ... 7

(11)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

2. Fotokatalis ... 8

3. Titanium Dioksida (TiO2) ... 9

4. Silika Oksida (SiO2) ... 11

5. Komposit TiO2-SiO2 ... 12

6. Zat Warna Remazol Yellow FG ... 13

B. Kerangka Pemikiran ... 16

C. Hipotesis... 17

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 18

A. Metode Penelitian ... 18

B. Tempat dan Waktu Penelitian ... 18

C. Alat dan Bahan ... 18

1. Alat-alat yang digunakan ... 18

2. Bahan-bahan yang digunakan ... 19

D. Prosedur Penelitian ... 20

1. Preparasi Komposit TiO2 -SiO2 ... 20

2. Karakterisasi komposit TiO2-SiO2 ... 21

a. Karakterisasi dengan Spektroskopi Infra Merah ... 21

b. Karakterisasi dengan Difraksi Sinar-X ... 21

3. fotodegradasi Zat Warna Remazol Yellow FG ... 21

a. Pembuatan Larutan Induk Zat Warna ... 21

b. Penentuan Panjang Gelombang Maksimum Zat Warna Remazol Yellow FG ... 21

c. Pembuatan Kurva Standar Zat Warna Remazol Yellow FG untuk Spektrofotometer UV-Vis ... 21

d. Fotodegradasi Zat Warna Remazol Yellow FG ... 22

(12)

commit to user

1. Pengumpulan Data ... 23

2. Analisis Data ... 25

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 28

A. Sintesis Komposit TiO2-SiO2 ... 28

B. Karakterisasi Komposit TiO2-SiO2 ... 29

1. Difraksi Sinar-X (XRD) ... 29

2. Fourrier Transform Infra Red (FT-IR) ... 31

C. Fotodegradasi Zat Warna Remazol Yellow FG dengan Komposit TiO2-SiO2 ... 33

1. Penentuan panjang gelombang maksimum ... 33

2. Pembuatan kurva standar zat warna ... 33

3. Fotodegradasi Zat Warna Remazol Yellow FG ... 33

a. Variasi perbandingan konsentrasi komposit ... 33

b. Variasi pH larutan awal ... 36

c. Variasi waktu penyinaran UV ... 39

BAB V PENUTUP ... 40

A. Kesimpulan ... 40

B. Saran... 40

(13)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Skema data perubahan absorbansi dengan variasi komposisi komposit, pH larutan dan lama penyinaran UV ... 23 Tabel 2. Skema data perubahan konsentrasi dengan variasi komposisi

komposit, pH larutan dan lama penyinaran UV ... 24 Tabel 3. Skema data persentase penurunan konsentrasi zat warna pada

variasi komposisi komposit, pH larutan dan lama penyinaran UV ... 24 Tabel 4. Skema data persentase penurunan konsentrasi zat warna pada

berbagai variasi, untuk keperluan analisis ANOVA dan Uji Duncan ... 25 Tabel 6. Uji Blangko perubahan konsentrasi Zat Warna Remazol Yellow

FG ... 35 Tabel 5. Uji Blangko perubahan konsentrasi Zat Warna Remazol Yellow

FG pada pH 3 ... 37

(14)

commit to user

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Ilustrasi skematis proses fotoeksitasi dan de-eksitasi pada

suatu semikonduktor ... 9

Gambar 2. Struktur TiO2 rutil, anatase, dan brokit ... 10

Gambar 3. Gugus – gugus kromofor dalam zat warna ... 14

Gambar 4. Struktur Kimia Remazol Yellow FG... 15

Gambar 5. Spektra difraksi sinar-X (XRD) untuk komposit TiO2 100%, SiO2 100% dan TiO2-SiO2 dengan perbandingan komposisi 1:1 ... 30

Gambar 6. Spektra Fourier Transform Infrared (FTIR) untuk komposit TiO2-SiO2 dengan perbandingan komposisi TiO2-SiO2 1:1 SiO2 100% dan TiO2 100% ... 31

Gambar 7. Grafik prosentase penurunan konsentrasi Zat Warna dengan variasi komposisi komposit TiO2-SiO2 ... 34

Gambar 8. Grafik prosentase penurunan konsentrasi Zat Warna dengan variasi pH larutan awal ... 36

Gambar 9. Grafik prosentase penurunan konsentrasi Zat Warna dengan variasi waktu ... 39

(15)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Bagan Prosedur Kerja Sintesis dan Karakterisasi Komposit TiO2-SiO2 dan Aplikasinya Terhadap

Fotodedradasi Zat Warna Remazol Yellow FG ... 46

1. Sintesis dan karakterisasi komposit TiO2 dan SiO2 ... 46

2. Fotodedradasi Zat Warna Remazol Yellow FG ... 47

a. Pembuatan Larutan Induk Zat Warna Remazol Yellow FG ... 47

b. Penentuan panjang gelombang maksimum Zat Warna Remazol Yellow FG ... 47

c. Pembuatan Kurva Standar Zat Warna Remazol Yellow FG Untuk Spektrofotometer UV-VIS... 46

d. Fotodegradasi Zat Warna Remzol Yellow FG menggunakan komposit TiO2-SiO2 dengan sinar UV ... 48

Lampiran 2. Perhitungan Komposisi larutan Sintesis TiO2-SiO2 ... 50

Lampiran 3. Pola Difraksi dan Perhitungan Kelimpahan Fase TiO2 -SiO2 dalam Sampel Komposit TiO2-SiO2 ... 53

Lampiran 4. Pola Difraksi dan Perhitungan Kelimpahan Fase TiO2 Anatase dan Fase TiO2 Rutil dalam Sampel TiO2 Hasil Sintesis ... 54

a. Tabel Pola Difraksi dan Intensitas (counts) Puncak-Puncak Sampel TiO2 yang sesuai dengan Standar TiO2 anatase ... 54

b. Tabel Pola Difraksi dan Intensitas (counts) Puncak-Puncak Sampel TiO2 yang sesuai dengan Standar TiO2 rutil ... 55

Lampiran 5. Pola Difraksi Sinar X dari Komposit TiO2-SiO2 ... 56

Lampiran 6. Pola Difraksi Sinar X dari TiO2 Hasil Sintesis ... 60

(16)

commit to user

Lampiran 8. Standar JCPDS TiO2-SiO2,TiO2 anatase dan TiO2 rutil ... 68

Lampiran 9. Pola Spektra FTIR Komposit TiO2-SiO2 ... 70

Lampiran 10. Pola Spektra FTIR TiO2 dan SiO2 ... 71

Lampiran 11. Data Panjang Gelombang Maksimum ... 73

Lampiran 12. Data Pembuatan Kurva Standar Remazol Yellow FG ... 75

Lampiran 13. Data hasil Pengukuran Fotodegradasi Remazol Yellow FG dengan Variasi Komposisi Komposit TiO2-SiO2 ... 77

a. Absorbansi UV-VIS Remazol Yellow FG dengan variasi Komposisi TiO2-SiO2 ... 77

b. Konsentrasi Remazol Yellow FG dengan variasi Komposisi TiO2-SiO2 berdasarkan kurva standar ... 77

c. Prosentase Penurunan Kadar Remazol Yellow FG dengan variasi Komposisi TiO2-SiO2 ... 77

d. Hasil Uji ANOVA ... 78

Lampiran 14. Data hasil Pengukuran Fotodegradasi Remazol Yellow FG dengan Variasi pH larutan awal ... 79

a. Absorbansi UV-Vis Remazol Yellow FG dengan variasi pH larutan awal ... 79

b. Konsentrasi Remazol Yellow FG dengan variasi pH larutan berdasarkan kurva standar ... 79

c. Prosentase Penurunan Kadar Remazol Yellow FG dengan variasi pH... 80

d. Hasil Uji ANOVA ... 80

Lampiran 15. Data Hasil Pengukuran Fotodegradasi Remazol Yellow FG dengan Variasi Waktu Pneyinaran UV ... 82

a. Absorbansi UV-VIS Remazol Yellow FG dengan variasi Waktu Penyinaran ... 82

b. Konsentrasi Remazol Yellow FG berdasarkan kurva baku dengan variasi waktu penyinaran ... 82

(17)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

xvii

c. Prosentase Penurunan Kadar Remazol Yellow FG dengan variasi waktu penyinaran ... 82 d. Hasil Uji ANOVA ... 83

(18)

commit to user

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi di Indonesia secara langsung mendorong tumbuhnya perindustrian. Adanya berbagai macam industri dapat memberikan dampak negatif, salah satunya adalah emisi polutan-polutan ke dalam lingkungan.

Limbah cair sebagai hasil samping dari aktivitas industri sering menimbulkan permasalahan bagi lingkungan (Krim et al., 2006). Limbah cair yang mengandung bahan-bahan berbahaya dan beracun dapat mengganggu proses-proses biologi yang terjadi di dalamnya, dan juga dapat mengganggu estetika badan perairan akibat munculnya bau busuk. Pencemaran air oleh logam-logam berat maupun limbah-limbah organik dapat berasal dari proses-proses industri seperti industri metalurgi, industri penyamakan kulit, industri pembuatan fungisida, industri cat dan industri tekstil (Redhana, 1994).

Jawa tengah merupakan salah satu provinsi yang mempunyai intensitas tinggi dalam hal industiri tekstilnya. Tercatat sebesar 14 % dari total perusahaan tekstil nasional terkonsentrasi di Jawa Tengah (Miranti, 2007). Di Surakarta dan sekitarnya, industri tekstil menjadi sektor yang terbilang cukup besar mewarnai dunia industri. Hal ini mengakibatkan buangan limbah cair indutri tekstil di Surakarta dan sekitarnya juga cukup besar.

Limbah cair tekstil yang mengandung zat warna dapat memberikan masalah tersendiri karena zat warna tekstil berbahaya bagi makhluk hidup khususnya manusia. Limbah zat warna tekstil menjadi perhatian tersendiri hal ini di karenakan : (1) Konsumsi tekstil akan selalu mengikuti peningkatan populasi penduduk, (2) Sebagian besar zat warna dibuat agar mempunyai resistensi terhadap pengaruh lingkungan seperti efek pH, suhu dan penyeberangan mikroba (Albanis, 2000), (3) Pengolahan limbah zat warna menjadi sulit karena struktur aromatik pada zat warna sulit terdegradasi.

(19)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

Salah satu jenis zat warna sintetik yang banyak digunakan terutama di wilayah Surakarta dan sekitarnya yang merupakan salah satu sentral industri batik adalah Remazol Yellow FG. Remazol Yellow FG menjadi pilihan karena dipandang cukup mewakili zat warna industri tekstil, sementara gugus kromofornya mudah sekali dalam memberikan warna-warna yang cerah dan tahan uji. Di lingkungan senyawa Remazol Yellow FG sebenarnya dapat mengalami fotodegradasi secara alami oleh adanya sinar UV dari cahaya matahari, namun reaksi ini berlangsung relatif lambat, karena intensitas cahaya uv yang sampai ke permukaan bumi relatif rendah sehingga akumulasi Remazol Yellow FG ke dasar perairan atau tanah lebih cepat daripada proses fotodegradasinya (Gunlazuardi, 2001; Hamdan, 1992; Lachheb et al., 2002).

Saat ini berbagai teknik atau metode penanggulangan limbah tekstil telah dikembangkan, diantaranya adalah metode adsorpsi. Namun metode ini ternyata kurang begiti efektif karena zar warna tekstil yang diadsopsi tersebut masih terakumulasi di dalam adsorben yang pada suatu saat nanti akan menimbulkan persoalan baru. Sebagai alternatif dikembangkan metode fotodegradasi dengan menggunakan bahan fotokatalis dan radiasi sinar ultraviolet. Dengan metode fotodegradasi ini, zat warna akan diurai menjadi komponen-komponen yang lebih sederhana yang lebih aman untuk lingkungan (Corrent, et al., 1999; Colton, et al., 1999; Ekimov, et al., 1985 dan Gunlazuardi, 2000).

Untuk mengoptimalkan kemampuan sinar UV dalam degradasi zat warna Remazol Yellow, maka perlu digunakan fotokatalis. Titanium dioksida dikenal sebagai fotokatalis yang banyak diterapkan untuk mengatasi masalah lingkungan seperti pencemaran limbah industri yang mengandung zat warna, fenol, dan sebagainya. Hal ini dikarenakan TiO2 memiliki aktivitas yang tinggi dan stabil terhadap proses biologi dan kimia.

Pada umumnya TiO2 digunakan dalam bentuk serbuk. Hal ini tidak cukup efektif, karena diperlukan jumlah TiO2 yang cukup banyak. Untuk mengatasi hal ini dapat dilakukan dengan cara mengembankannya dalam matriks seperti lempung zeolit, atau dengan membuatnya sebagai komposit dengan matriks silika. Pengembanan TiO2 dalam lempung maupun zeolit dilaporkan dapat menghasilkan distribusi TiO2 yang merata dengan ukuran yang relatif kecil

(20)

commit to user

sehingga menghasilkan luas permukaan yang relatif besar. Hal ini dapat meningkatkan aktivitas fotokatalitik TiO2 (Hapsari, 2008).

Dalam penelitian ini, dilakukan kajian tentang preparasi, karakterisasi senyawa komposit TiO2-SiO2 dan aplikasinya dalam fotodegradasi zat warna Remazol Yelow FG. Diharapkan dengan pembuatan komposit TiO2-SiO2 didapatkan aktivtas fotokatalitik yang lebih tinggi dibandingkan dengan aktivitas fotokatalitik TiO2 dalam bentuk serbuk. Selain itu, dalam penelitian ini juga akan dipelajari pengaruh kadar TiO2 dalam komposit TiO2-SiO2 terhadap efektivitas fotodegradasi za warna Remazol Yellow FG.

B. Perumusan Masalah

1. Identifikasi Masalah

Secara garis besar permasalah yang timbul dari penelitian ini antara lain: a. Metode preparasi fotokatalis TiO2-SiO2

Terdapat beberapa metode preparasi katalis teremban yang lazim digunakan. Beberapa metode tersebut, seperti yang dikemukakan oleh Othmer antara lain extruding, tableting dan impregnasi. Impregnasi ini mencakup impregnasi basah dan impregnasi kering. Selain itu terdapat pula metode sol-gel (Xu, et. al.,1997) serta metode precipitatiaon (Bedja et. al., 1995). Dari beberapa metode tersebut masing-masing memberikan hasil yang berbeda terhadap sifat-sifat material hasil sintesis. Selain itu, tingkat kesulitan dalam penerapan metode juga perlu dipertimbangkan. Oleh karena itu perlu dipilih suatu metode yang efektif dalam pembuatan fotokatalis TiO2-SiO2.

b. Jenis perkusor Ti dan Si yang digunakan

Spesies Ti dapat diperoleh dalam bentuk serbuk maupun larutan. Beberapa perkusor yang digunakan sebagai bahan awal pembuatan TiO2 antara lain larutan ammonium titanil oksalat (NH4)2TiO(C2O4)2H2O (Yamashinta et al., 1999) dan titanium (IV) tetraisopropoxide (Ti-(O-C3H7)4) (Xu et. al.,1999). Sumber larutan logam Ti lainnya adalah Titanium (III) Chlorire dan Titanium (IV) Chloride. (Ehrman et. al.,1999). Perkusor Si yang biasa digunakan dalam pembuatan SiO2 diantaranya tetra etil orto silikatatau TEOS (Fatimah dkk 2006),

(21)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dexamethyl disiloxilane, HDMS (C6H18OSi2) (Ehrman et. al.,1999), sodium meta silikat (Na2SiO3) (Hidayat, 2005). Dari beberapa perkusor yang disebutkan memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Salah satu yang harus dipertimbangkan adalah ketersediaan perkusor. Berdasar pada hal ini, perlu dipilih satu perkusor yang tepat dalam pembuatan fotokatalis TiO2-SiO2.

c. Variasi Rasio komposisi penyusun fotokatalis TiO2-SiO2

Aktivitas katalitik dari fotokatalis TiO2-SiO2 diduga bergantung pada besarnya komposisi penyusun di dalamnya. Hal ini akan menentukan aktivitas fotokatalitik dan perbedaan orientasi atau persebaran material TiO2-SiO2 yang berperan dalam proses fotokatalisis. Oleh karena itu, perlu dikaji komposisi optimum campuran berdasarkan rasio molar masing-masing bahan penyusunnya untuk mendapatkan komposisi optimum yang digunakan dalam proses fotodegradasi.

d. Variasi pH larutan

Keasaman larutan menjadi salah satu faktor yang menentukan dalam proses reaksi fotokatalitik degradasi pada zat warna. Seperti yang telah di sebutkan oleh Rasjid dkk (1976) bahwa gugus reaktif pada Remazol Yellow FG dapat bereaksi dengan baik memerlukan penambahan alkali atau asam sehingga mencapai suatu pH tertentu. Selain itu, berdasarkan penelitian Gumus and Akbal (2010), TiO2 memiliki point of zero pada pH 6,8 sehingga memiliki kecenderungan sifat yang berbeda ketika berada pada pH di atas atau di bawah pH tersebut. Oleh karena itu perlu dikaji tentang pH optimum yang digunakan dalam proses fotodegradasi Zat Warna Remazol Yellow FG.

e. Waktu penyinaran sinar UV

Aktivitas fotokatalitik dari Ti bergantung pada banyaknya radikal hidroksil yang terbentuk selama proses penyinaran. Hal ini disebabkan karena radikal hidroksil menjadi pengoksidasi kuat senyawa-senyawa organik. Semakin banyak hidroksil yang dihasilkan semakin besar pula aktivitas fotodegradasinya. Pembentukan radikal hidroksil ini ditentukan oleh banyaknya hole positif (h+) yang berekasi dengan uap air pada permukaan TiO2. Pembentukan hole positif dipengaruhi oleh lama waktu penyinaran dengan sinar UV. Oleh karena itu, perlu

(22)

commit to user

dikaji pula pengaruh lama penyinaran terhadap efektivitas fotodedradai zat warna. .

1. Batasan Masalah Pada penelitian ini permasalahan dibatasi pada :

a. Metode preparasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode sol-gel dengan temperatur rendah. Pemilhan metode ini didasarkan pada penelitian yang dilakukan oleh Lenza (2002) yang medapatkan hasil bahwa metode sol-gel dalam temperatur rendah pada pembuatan komposit TiO2 -SiO2 dapat memberikan homogenitas dan kemurnian yang lebih baik daripada dengan metode konvensional dengan suhu tinggi. Selain itu, metode sol-gel cukup mudah dilakukan.

b. Perkusor logam Ti yang digunakan dalam penelitian ini adalah Titanium (IV) Chloride atau TiCl4, karena senyawa ini mudah teroksidasi menjadi TiO2. Selain itu, larutan TiCl4 lebih mudah didapat daripada larutan ammonium titanil oksalat (NH4)2TiO(C2O4)2H2O dan titanium (IV) tetraisopropoxide (Ti-(O-C3H7)4). Untuk perkusor Si digunakan Na2SiO3, sebagaimana penelitian yang telah dilakukan Hidayat (2005) yang mensintesis TiO2-SiO2 dengan perkusor TiCl4 dan Na2SiO3 dan memberikan hasil yang cukup baik.

c. Perbandingan rasio mol katalis Ti/Si yang digunakan pada awal reaksi adalah 1:0,1 ; 1:0,5 ; 1:1 ; 1:1,5 dan 1:2. Rasio molar dari Ti:Si ini merujuk pada penelitian yang dilakukan oleh Ehrman et. al.(1999) dan hapsari (2006).

d. Variasi pH larutan dikondisikan pada pada pH yang berbeda yaitu 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 dan 10. Variasi pH larutan awal ini merujuk pada penelitian yang telah dilakukan oleh Gumus and Akbal (2010).

e. Untuk mengetahui pengaruh lama penyinaran terhadap degradasi zat warna Remazol Yellow FG dilakukan variasi lama penyinaran dengan sinar UV selama 3, 6, 12, 24 dan 48 jam dan dilakukan pada suhu kamar

(23)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

3. Rumusan Masalah

Dari batasan masalah yang telah disebutkan diatas maka rumusan masalah pada penelitian ini adalah :

1. Apakah rasio molar TiO2:SiO2 (saat preparasi) berpengaruh terhadap fotodegradasi Zat Warna Remazol Yellow FG ?

2. Apakah pH larutan awal berpengaruh terhadap fotodegradasi Remazol Yellow FG?

3. Apakah lama penyinaran UV berpengaruh terhadap fotodegradasi Remazol Yellow FG ?

C. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Mengetahui pengaruh rasio molar TiO2:SiO2 (saat preparasi) terhadap fotodegradasi zat warna Remazol Yellow FG.

2. Mengetahui pengaruh pH larutan awal terhadap fotodegradasi zat warna Remazol Yellow FG

3. Mengetahui pengaruh lama penyinaran sinar UV terhadap fotodegradasi zat warna Remazol Yellow FG

D. Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat memberikan alternatif penanganan bahan pencemar lingkungan berupa zat warna Remazol Yellow FG dengan memanfaatkan komposit TiO2-SiO2 sebagai fotokatalis.

(24)

commit to user BAB II

LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

1. Fotodegradasi (Fotokatalitik Degradasi)

Reaksi fotokatalitik merupakan reaksi yang melibatkan cahaya atau foton dan katalis secara bersama-sama sehingga katalis ini dapat mempercepat fotoreaksi melalui interaksinya dengan substrat baik dalam keadaan dasar atau dalam keadaan tereksitasi dan fotoproduk utamanya tergantung pada fotorekasi tersebut.

Fotodegradasi merupakan sebuah teknik yang relatif baru untuk pengolahan polutan air dan udara. Polutan yang berupa senyawaan organik didestruksi secara oksidatif menggunakan cahaya. Pada proses degradasi ini dikenal dua macam senyawa yang ditambahkkan untuk mempercepat reaksi degradasi senyawa organik, yaitu oksidan kimia dan fotokatalis yang biasanya berupa semikonduktor.

Metode fotokatalitik dengan semikonduktor akhir-akhir ini mendapat perhatian yang besar dalam hubungannya dengan berbagai aplikasnya seperti untuk meningkatkan kecepatan fotodegradasi polutan organik. Partikel semikonduktor berukuran kecil (nanopartikel) tersebut telah diteliti dalam bentuk yang berbeda yaitu

glasses, lempung dan terenkapsulasi ke dalam zeolit sebagai penyaring molekular. Sinar matahari yang keberadaannya melimpah di alam ini menjadikan proses ini membutuhkan biaya yang rendah (low cost). Sinar matahari yang langsung mempunyai salah satu fraksi energi pada daerah UV dekat yang dapat digunakan dalam induksi fotodegradasi.

Bila sinar dengan panjang gelombang pendek (dibawah ~390 nm) ini mengiluminasi serbuka anatase (TiO2), elektron pada pita valensi akan tereksitasi ke

pita konduksi meninggalkan hole positif (h+). Hole-hole ini bereaksi dengan ion-ion hidroksida dalam uapa air yang teradsorbsi pada permukaan TiO2, menghasilkan

radikal hidroksil (OH*). Radikal hidroksil ini merupakan reagen oksidasi yang sangat

(25)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

kuat dan dapat bereaksi dengan senyawa organik menghasilkan produk-produk sedarhana, mislanya CO2, H2O, atau HCl jika senyawa tersebut mengandung klorida.

TiO2 + hv à h+vb + eeb

-h+vb + OH- à OH•

Senyawa organik + OH• _à CO2 + H2O

Secara keseluruhan mekanisme reaksi yang terlibat dalam reaksi redoks terkatalisis semikonduktor ini masih belum jelas meskipun dalam banyak kasus, adsorpsi substrat pada partikel diyakini sebagai tahap awal reaksi (Purtadi, 1999)

2. Fotokatalis

Fotokatalis merupakan katalis yang dapat mempercepat fotoreaksi. Ketika fotokatalis dikenai oleh cahaya maka akan menjadi uap air dan dua macam zat yang kereaktifannya tinggi berbentuk radikal hidroksil (.OH•) dan radikal anion superoksida (.O2-). Radikal hidroksil dan radikal anion superoksida ini dapat mengoksidasi senyawa organik beracun menjadi karbondioksida dan air pada temperatur kamar dengan sumber cahaya UV atau sekitar UV (Greenmillenium.com). Secara umum fenomena fotokatalisis pada permukaan semikonduktor dapat dipahami dengan penjelasan seperti yang terlihat pada gambar 1.

Jika terjadi penyerapan cahaya oleh suatu semikonduktor tipe-n dengan energi foton hυ setara atau lebih besar daripada energi band-gap (Eg) semikonduktor tersebut, maka elektron (e-) pada pita valensi akan pindah ke pita konduksi, dan meninggalkan lubang positif (hole+, disingkat sebagai h+) pada pita valensi. Sebagian besar pasangan e- dan h+ ini akan berekombinasi kembali, baik di permukaan (jalur A) atau di dalam bulk partikel (jalur B). Sementara itu sebagian pasangan e- dan h+ dapat bertahan sampai pada permukaan semikonduktor (jalur C dan D), dimana h+ dapat menginisiasi reaksi oksidasi dan di lain pihak e- akan menginisiasi reaksi reduksi zat kimia yang ada di sekitar permukaan semikonduktor.

(26)

commit to user

berlangsung melalui donasi elektron dari substrat ke h+(menghasilkan radikal pada substrat yang akan menginisiasi reaksi berantai). Apabila potensial oksidasi yang dimiliki oleh h+pada pita valensi ini cukup besar untuk mengoksidasi air dan/atau gugus hidroksil pada permukaan partikel, maka akan dihasilkan radikal hidroksil. Radikal hidroksil adalah spesi pengoksidasi kuat pada pH=1 memiliki potensial redoks sebesar 2,8volt (relatif pada elektroda Nernst). Potensial sebesar ini cukup kuat untuk mengoksidasi kebanyakan zat organik menjadi air, asam mineral, dan karbondioksida

Gambar1. Ilustrasi skematis proses fotoeksitasi dan de-eksitasi pada suatu semikonduktor (Linsebigler et al., 1995)

3. Titanium Dioksida (TiO2)

Pertikel TiO2 telah cukup lama digunakan sebagai fotokatalis pendegradasi

berbagai senyawa organik. Titanium dioksida merupakan semikonduktor yang berfungsi sebagai fotokatalis yang memilki fotoaktivitas tinggi dan stabilitas kimia meski dalam kondisi keras sekalipun (Sophian et a.l., 1996; Cao et al., 1999; Xu et al.,1999). Selain itu, titanium dioksida juga bersifat non toksik, murah dan memiliki

(27)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

sifat redoks yakni mampu mengoksidasi polutan organik dan mereduksi sejumlah ion logam dalam larutan (Rajh et al.,1996)

Oksda TiO2 merupakan padatan berwarna putih, degan berat molekul 79,90

dengan titik lebur 1885oC. Senyawa ini tidak larut dalam air,asam klorida, dan asam nitrat tetapi larut dalam asam sulfat pekat (Cotton et al., 1999). Titanium dioksida memiliki tiga fase yaitu anatase, rutil dan brokit (gambar 2), akan tetapi hanya anatase dan rutil saja yang mempunyai peran penting dalam akativitas fotokatalitik.anatase dan rutil memiliki perbedaan dalam massa jenis (massa jenis anatase 3,9 g/mL dan rutil 4,2 g/mL), luas permukaan dan sisi aktifnya.

Perbedaan struktur kristal tersebut juga mempengaruhi perbedaan tingkat energi pita elektroniknya. Tingakat energi hasil hibridisasi yang berasal dari kulit 3d titanium bertindak sebagai pita konduksi, sedangkan tingkat energi hasil hibridisasi dari kulit 2p oksigen bertindak sebagai pita valensi. Sebagai konsekwensinya posisi tingkat energi pita valensi, pita konduksi, dan besarnya energi gap diantara keduanya akan berbeda jika lingkungan dan/atau penyusunan atom Ti dan O dalam kristal TiO2

berbeda, seperti pada anatase (Eg = 3,2 eV) dan rutil (Eg = 3,0 eV) (Gunlazuardi, 2001)

TiO2 anatase TiO2 Rutil TiO2 Brokit

Gambar 2. struktur TiO2 rutil, anatase, dan brokit (Gnanasekar et al., 2002)

Meskipun TiO2 tidak menyerap cahaya tampak, ia menyerap radiasi UV.

Absorpsi UV olehnya dapat menyebabkan radikal hidroksil yang menyebabkan pigmen sebagai fotokatalis. Rekativitas TiO2 terhadap asam tergantung temperatur

saat dipanaskan. Efisiensi fotokatalitik TiO2 sangat besar, dipengaruhi oleh struktur

(28)

commit to user

dari metode preparasinya. Cara paling nyata untuk memperbaiki efisiensi fotokatalitik rekasi oksidasi dalah dengan meningkatkan luas muka fotokatalis.

Solusi alternatifnya adalah dengan mendukungkan TiO2 pada

material-material berpori dengan ukuran partikel yang tepat dan ini telah dieliti terhadap silika gel, karbon aktif, pasir, lempung, dan zeolit (Xu et al., 1997). Kirk Othmer menambahkan contoh yang lain dari pengemban seperti silika carbide, lempung terpilar, keramik, aeolit alam maupun sintesis, purnice, material polimer, kalsium karbonat, barium karbonat dan sulfat serta magnesium halida (Kirk-Othmer, 1993)

Penggunaan TiO2 sebagai fotokatalis untuk mendegradasi zat-zat organik

telah sering dilaporkan. Noguiera, et al. (1993), melakukan penelitian tentang fotodegradasi oleh sinar matahari dengan menggunakan katalis TiO2. Aktivitas TiO2

untuk mendegradasi metilen blue tersebut sangat tinggi, yaitu hampir 99% dalam waktu 1 jam. Penelitian yang sama dilaporkan oleh Houras et al. (2000), yang hasilnya menunjukkan bahwa TiO2 mampu mendegradasi dan menghilangkan warna

(decolorization) senyawa meliten biru pada temperatur kamar yang menghasilkan produk akhir berupa CO2, SO4-, NH4+, dan NO3-.

4. Silika (SiO2)

Silikon jarang ditemukan secara alami dalam bentuk murninya. Silikon murni yang dikandung kerak bumi sekitar 25,7%. Silikon berikatan kuat dengan oksigen dan hampir selalu ditemukan sebagai silikon dioksida, SiO2 (quartz), atau

sebagai silikat (SiO4-4). Silikon ditemukan sebagai mineral asli hanya dalam

pernafasan vulkanis dan kandungan kecil dalam emas.

Silika adalah suatu istilah yang digunakan dalam geologi untuk SiO2 atau

silikon dioksida dalam bentuk quartz, atau sebagai suatu segmen kimia dari silikat atau silikon dioksida yang larut dalam air.

Unit dasar kimia dan silikat adalah SiO4 bentuk tetrahedron, anionik dengan

(29)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dimana oksigen mempunyai muatan negatif dua (-2) dari energi ikatan total oksigen. Kondisi ini memungkinkan oksigen mengikat ion silikon sehingga menghubungkan satu (SiO4) tetrahedron dengan yang lain. Struktur tetahedron silikat ini sungguh

mengagumkan karena dapat membentuk unit tunggal, unit ganda, rantai, lembaran, cincin dan sruktur kerangka (Berry et al,.1983)

Scott (1993) menyatakan bahwa silika bersifat amorf, mempunyai daya serap tinggi, serta sebagian berada dalam bentuk terhidrat. Silika amorf memiliki densitas yang rendah. Luas permukaan yang besar dan porositas yang tinggi sehingga dapat digunakan sebagai katalis. Silika memiliki gugus aktif pada permukaannya yaitu gugus silanol (Si-OH) dan gugus siloksan (Si-O-Si) (Oscik, 1982). Silika dipilih sebagai host material agar dapat berfungsi sebagai pembatas pertumbuhan kristal oksida yang berada di dalamnya sehingga ukuran partikel menjadi sangat kecil. Efektivitas dari suatu semikonduktor dapat meningkat jika memiliki ukuran partikel relatif kecil atau dalam skala nanometer (Ekimov et al., 1985)

5. Komposit TiO2-SiO2

Komposit TiO2-SiO2 memiliki koefisien termal yang rendah dan indeks

refraksi yang terkontrol, sehingga TiO2-SiO2 memiliki kegunaan-kegunaan khusus di

bidang optik. Selain itu, TiO2-SiO2 juga dapat digunakan sebagai material katalis

maupun sebagai material pendukung katalis. Reaktivitas permukaannya sangat tergantung pada komposisi dan homogenitas dari campuran.

Preparasi komposit TiO2-SiO2 pada umumnya dilakukan dengan metode

sol-gel pada temperatur rendah. Dilaporkan bahwa metode sol-gel pada temperatur rendah untuk pembuatan komposit TiO2-SiO2 dapat memberikan homogenitas dan

kemurnian yang lebih baik daripada dengan metode konvensional dengan temperatur tinggi (Lenza, 2006)

Tahapan yang terjadi pada pembentukan komposit TiO2-SiO2 dengan

(30)

commit to user

hidrolisis dilanjutkan dengan pembentukan sol dari TiO2 dan SiO2 kemudian

mengalami proses aging sehingga sol tersebut berubah menjadi gel yang kaku. Fenomena yang menyebabkan sifat kaku dari gel disebut aging atau masa pertumbuhan sel (Schubert, 2000) untuk memperoleh komposit yang diinginkan, dilakukan perlakuan termal pada suhu 500 oC, dan hasilnya disebut xerogel.

Beberapa penelitian telah membahas tentang pembuatan komposit dengan matriks silika dan menggunakan TiO2 sebagai katalis. Zhou et al. (1996) dalam

penelitiannya telah membuktikan keberhasilan preparasi nanokomposit dari pertikel nanokristal TiO2 yang terdispersi dalam SiO2 dengan metode sol-gel, yang ternyata

dapat meningkatkan energi band gap-nya dari 2,8 eV menjadi 3,5 eV.

6. Zat Warna Remazol Yellow FG

Molekul zat warna merupakan gabungan dari zat organik tidak jenuh dengan kromofor sebagai pembawa warna dan auksokrom sebagai pengikat warna dengan serat. zat organik tidak jenuh yang dijumpai dalam pembentukan zat warna adalah senyawa aromatik antara lain senyawa hidrokarbon aromatik dan turunannya, fenol dan turunannya serta senyawa-senyawa hidrokarbon yang mengandung nitrogen. Gugus kromofor adalah gugus yang menyebabkan molekul menjadi berwarna.

Sebagian zat warna adalah racun bagi tubuh manusia, tetapi ada zat warna yang relatif tertentu ynag relatif aman bagi manusia, yaitu zat warna yang digunakan dalam industri pangan, minuman dan farmasi. Penggolongan zat warna berdasarkan pada sifat-sifat dan penggunaannya yaitu zat warna asam, basa, direct, mordan, komplek logam, azoat, belerang, bejana, dispersi dan reaktif (Isminingsih

et al., 1982).

Zat warna reaktif merupakan suatu zat warna yang dapat mengadakan reaksi dengan serat sehingga zat warna tersebut merupakan bagian dari pada serat. Zat warna reaktif mengandung gugus fungsi elektrofilik yang dapat bereaksi

(31)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

dengan nukleofilik untuk membentuk ikatan kovalen satu sama lain melalui reaksi adisi atau pertukaran. Nukleofilik pada serat yang secara khusus bereaksi dengan zat warna adalah gugus hidroksil pada selulosa ; amino, hidroksil ; gugus amino pada poliamida (Kirk Othmer, 1992).

Zat warna reaktif terdiri dari tiga komponen dasar ; zat warna (dye), gugus perantara (B) dan gugus reaktif (R) sehingga rumus umumnya adalah dye-B-R . Gugus reaktif terdiri dari dua bagian, gugus pembawa dan komponen reaktif. Salah satu contoh zat warna reaktif dengan gugus reaktif golongan vinil sulfon telah diperkenalkan Hoechst tahun 1958 dengan nama dagang Remazol atau rumus umunya adalah dye (Kirk Othmer, 1992).

Zat warna (dye) atau kromogen dapat berupa spesies berwarna. Biasanya digunakan kromofor seperti azo logam dengan zat warna formazan sebagai kromofor zat warna biru. Zat warna kuning umunya adalah monoazo dan sebagian besar dikoplingkan dengan pyrazolone atau pyridine (Kirk Othmer, 1992).

Beberapa gugus kromofor yang biasa digunakan dalam zat warna ditunjukkan pada gambar 1 berikut ini.

Gambar 3 . Gugus – gugus kromofor dalam zat warna

Zat warna Remazol Yellow FG merupakan salah satu zat warna reaktif yang banyak digunakan dalam industri batik. Gugus reaktif pada zat warna reaktif merupakan bagian dari zat warna yang mudah lepas sehingga zat warna mudah bereaksi dengan serat.

Zat warna ini dapat larut dalam air, mempunyai gugus reaktif yang berupa vinil sulfon, dimana gugus sulfon akan menyebabkan kepolaran pada gugus vinil sehingga ikatan rangkap pada senyawa tersebut dapat bereaksi dengan gugus OH dari air, alkohol, dan selulosa, sehingga dalam pewarnaan akan lebih tahan lama.

(32)

commit to user

Limbah cair, khususnya yang mengandung zat warna, dapat menimbulkan masalah tersendiri karena zat warna dalam konsentrsai rendah saja dapat sangat terlihat di perairan dan mungkin beracun bagi organisme air.

Struktur molekul zat warna Remazol Yellow FG ditunjukkan pada Gambar 2.

SO3Na

NaO3S

N N SO2 CH2 CH2 OSO3Na

Gambar 4 . Struktur Kimia Remazol Yellow FG

Gugus reaktif merupakan bagian dari zat warna dan mudah lepas, sehingga bagian zat yang berwarna mudah bereaksi dengan serat. Reaksi dapat berjalan dengan baik memerlukan penambahan alkali atau asam sehingga mencapai suatu pH tertentu (Rasjid et al., 1976).

(33)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

B. Kerangka Pemikiran

Fotokatalisis degradasi dengan katalis TiO2 merupakan proses degradasi

senyawa dengan cahaya sebagai sumber energi dan katalis TiO2 sebagai pemercepat

reaksi. Proses fotodegradasi salah satunya dipengaruhi oleh besarnya kontribusi TiO2

dalam reaksi tersebut. Efektifitas katalis TiO2 akan meningkat ketika memiliki ukuran

yang relatif kecil hingga pada skala nanometer dan luas permukaan yang relatif besar (Ekimov et al., 1985). Ukuran partikel yang lebih kecil akan meningkatkan band gap. Semakin besar band gap, potensial oksidasi reduksinya akan semakin besar sehingga aktivitas katalitiknya juga semakin besar (Ekimov et al., 1985). Ukuran yang relatif kecil dapat terjadi ketika pertumbuhan kristal oksidanya dihambat. Hal tersebut dapat dilakukan dengan mengembankan TiO2 pada matriks silika (SiO2). Aktivitas

komposit TiO2-SiO2 sebagai katalis dipengaruhi oleh orientasi atau persebaran TiO2

dalam matrik silika. Perbedaan rasio molar Ti/Si yang digunakan dalam pembuatan komposit akan memberikan pengaruh yang berbeda pada aktivitas fotokatalitiknya, sebagaimana yang dilaporkan oleh Qourzal et. al. 2009 bahwa perbedaan komposisi Ti/Si memberikan hasil yang berbeda dalam mendegradasi senawa β-napthol.

Katalis TiO2 memiliki point of zero pada pH 6,8 (Neppolian dalam Gumus and

Akbal, 2010). Saat TiO2 berada pada sistem dengan pH di bawah 6,8 akan bermuatan

positif, sebaliknya ketika berada pada pH di atas 6,8 akan bermuatan negatif. Zat warna Remazol Yellow FG memiliki gugus reaktif berupa gugus sulfonat yang memiliki muatan negatif. Reaksi fotodegradasi diawali dengan adsorpsi substrat pada permukaan fotokatalis (Purtadi, 1999). Salah satu yang mempengaruhi adsorbsi substrat pada susatu partikel adalah adanya perbedaan muatan antara keduanya. Fotokatalis TiO2 dalam suasana asam akan bermuatan positif, sedangkan zat warna

Remazol Yellow FG sebagai substrat memiliki gugus sulfonat yang bermuatan negatif. Adsorbsi zat warna pada permukaan fotokatalis akan semakin besar dengan adanya perbedaan muatan antara substrat dan katalis (Gumus and Akbal, 2010).

(34)

commit to user

banyaknya radikal hidoksil yang berperan dalam reaksi degradasi. Radikal hidoksil dihasilkan dari hole positif (h+) yang bereaksi dengan OH-dari uap air yang teradsorp pada permukaan katalis semikonduktor sebagaimana reaksi berikut

TiO2 + hv à h+ + eeb

-h+vb + OH- à OH•

Senyawa organik + OH• à CO2 + H2O

Pembentukan h+ sebagai reagen penghasil radikal hidroksil dipengaruhi oleh energi (hv) yang terus dipancarkan oleh sinar UV. Semakin besar hv yang dipancarkan oleh sinar UV, semakin banyak h+ yang terbentuk. Secara otomatis radikal hiroksil yang dihasilkan juga semakin besar. Semakin banyak hidroksil yang tebentuk, semakin banyak reagen pengoksidasi senyawa organik dan akan meningkatkan degradasi senyawanya. Besarnya energi (hv) yang dipancarkan oleh sinar UV sebanding dengan lamanya penyinaran.

C. Hipotesis

Berdasarkan kerangka pemikiran dapat diajukan hipotesis sebagai berikut: 1. H0 (semua komposisi memiliki aktivitas fotodegradasi yang sama) ditolak dan

H1(ada komposisi yang memiliki aktivitas fotodegradasi berbeda) diterima,

sehingga rasio TiO2:SiO2 (saat preparasi)berpengaruh terhadap fotodegradasi Zat

Warna Remazol Yellow FG

2. H0 (pada semua pH memiliki aktivitas fotodegradasi yang sama) ditolak dan

H1(ada kondisi pH yang memiliki aktivitas fotodegradasi berbeda) diterima,

sehingga pH larutan berpengaruh terhadap fotodegradasi Remazol Yellow FG 3. H0 (pada semua waktu penyinaran memiliki aktivitas fotodegradasi yang sama)

ditolak dan H1(ada waktu penyinaran yang memiliki aktivitas fotodegradasi yang

berbeda) diterima, sehingga lama penyinaran UV berpengaruh terhadap fotodegradasi Remazol Yellow FG

(35)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Metode Penelitian

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah eksperimental yang dilakukan di laboratorium untuk memperoleh data. Penelitian ini melibatkan tiga variabel bebas dan satu variabel terikat. Variabel bebasnya adalah katalis dengan variasi komposisi TiO2 dan SiO2, pH larutan awal dan waktu penyinaran sinar UV. Variabel terikatnya adalah prosentase konsentrasi zat warna yang hilang selama proses fotodegradasi. Harga prosentase didapatkan dari perubahan absorbansi sebelum penyinaran UV dan setelah penyinaran UV yang diplotkan pada kurva standar yang dibuat untuk masing-masing variabel.

Metode analisis data menggunakan pendekatan statistik dengan memanfaatkan metode analisis varians ANOVA satu faktor. Masing-masing faktor yang diujikan berupa komposisi komposit, pH larutan serta waktu penyinaran dengan UV. Level untuk masing-masing faktor adalah lima level untuk faktor komposisi, delapan level untuk faktor pH larutan dan lima level untuk faktor waktu penyinaran.

B. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Sub Laboratorium Kimia, Sub Laboratorium Biologi UPT Laboratorium Pusat Universitas Sebelas Maret Surakarta dan Laboratorium Kimia Dasar FMIPA Surakarta dari bulan Januari–November 2010.

C. Alat dan Bahan

1. Alat-alat yang digunakan a. Peralatan gelas

b. Spektrofotometer X-Ray Diffraction

Spektrofotometer XRD yang digunakan adalah merek Shimadzu XRD-6000, dengan dengan kondisi pengukuran sebagai berikut: sumber sinar-X dari lampu tabung dengan logam target Cu (1,54060 oA); voltase = 40,0

(36)

commit to user

kV; arus = 30,0 mA, scan range 2θ = 5o – 90o; scan mode = continous scan; scan speed = 5(deg/min); preset time = 0,24 sec.

c. Spektrofotometer UV-VIS

Menggunakan spektrofotometer Shimadzu PC 1601dengan sumber sinar UV dari lampu muatan hidrogen atau deuterium (D2).

d. Spektroskopi FT-IR

Menggunakan Spektrofotometer FTIR Shimadzu 8201 PC dengan sampel padatan (pellet) dan range scan pada bilangan gelombang 300 cm-1 – 4000 cm-1.

e. Furnace (Thermolyne 48000) f. Oven

g. pH meter (Walklab TI 9000)

h. Neraca analitis (Sartorius BP 110, maksimum 110 g; minimum 0.001 g) i. Stop watch

j. Lampu UV 9 W (Goldstar ; SNI : 04-6504-2001) k. Magnetic stirer

l. Desikator

2. Bahan-bahan yang digunakan a. Zat warna Remazol Yellow FG

b. Asam Klorida 37 % p.a. (Merck) c. Asam Sulfat 98 % p.a. (Merck) d. Titanium (IV) klorida p.a. (Merck) e. Natrium Silikat (Merck)

f. Metanol absolute (Merck) g. Isobutanol (Merck) h. CTABr p.a. (Merck) i. Asam Nitrat (Merck) j. NH3 (Merck)

k. Akuades (Sub Lab Kimia Pusat UNS) l. Kertas saring Whatman 42

(37)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

D. Prosedur Penelitian

1. Preparasi Komposit TiO2 -SiO2 a. Pembuatan komposit TiO2-SiO2

Sintesis komposit TiO2-SiO2 mengacu pada penelitian Nugraheni (2006) dengan bahan Na2SiO3 dilarutkan dalam 30 mL metanol dengan ditambahkan 4.10 mL HCl 37%, CTABr 16 mM dan perbandingan mol air/mol Na2SiO3 sama dengan 2.385 . Pada tempat yang berbeda juga dilarutkan TiCl4 dalam 15 mL metanol dengan ditambahkan pengompleks isobutanol sebanyak 15 mL untuk mengurangi kecepatan hidrolisa dari TiCl4. Volume Na2SiO3 dan TiCl4 yang digunakan menyesuaikan dengan variasi perbandingan mol Ti/Si (1/0,1; 1/0,5; 1/1; 1/1,5 dan 1/2).

Sintesis material komposit TiO2-SiO2 dengan bahan awal SiO2 menggunakan Na2SiO3 yang dilarutkan dalam campuran metanol, HCl 37%, H2O dan CTABr dalam hal ini konsentrasi CTABr yang digunakan 16 mM, berdasarkan penelitian Setyaningsih (2005) yang melakukan sintesis grafit/TiO2 dengan variasi konsentrasi CTABr 4, 8, 12 dan 16 mM dan diperoleh bahwa kondisi maksimum pada penggunaan CTABr 16 mM. Surfaktan CTABr berfungsi sebagai agen pembentuk struktur pori.

Larutan SiO2 direfluks dengan ditambahkan TiCl4 sedikit demi sedikit dan distirer sampai homogen dengan menjaga temperatur 70 OC. Proses refluks dihentikan setelah TiCl4 habis dan campuran ditutup rapat kemudian distirer selama 3 hari. Setelah 3 hari ditambahkan NH3 sebanyak 6.20 ml dan diaduk disertai pemanasan pada temperatur 70 oC sampai menjadi gel. Setelah menjadi gel, kemudian dioven pada temperatur 100 oC selama 1 hari. Serbuk komposit TiO2-SiO2 yang terbentuk dikalsinasi pada temperatur 600 oC. (Nugraheni, 2006 dan Andreanis, 2008), pada suhu 600 ºC ini diketahui merupakan suhu optimum pembentukan TiO2-SiO2 (Hidayat S, 2005), kalsinasi ini dimaksudkan untuk menghilangkan CTABr sebagai surfaktan (thermal decomposition = 250 ºC, melting range = 249-253 ºC), sehingga tempat surfaktan yang ditinggalkan akan membentuk pori-pori dalam bahan komposit sehingga terbentuk kristal mesopori.

(38)

commit to user

2. Karakterisasi komposit TiO2-SiO2

a. Karakterisasi dengan Spektroskopi Infra Merah

Karakterisasi dilakukan untuk mengidentifikasi gugus fungsional TiO2-SiO2 pada bilangan gelombang 300-4000 cm-1 dengan sampel dibuat dalam bentuk pellet. Terjadinya polimerisasi antara SiO2 dan TiO2 membentuk komposit SiO2 -TiO2 akan ditandai dengan munculnya gugus Si-O-Ti, yang dapat dikarakterisasi dari spektra IR pada panjang gelombang 945-950 cm-1.

b. Karakterisasi dengan Difraksi Sinar-X

Karakterisasi dilakukan untuk menentukan fase kristal dengan menggunakan sinar-X pada 2θ = 20 s/d 90o (Slamet et al., 2001).. Peak yang melebar menunjukkan kristalinitas yang rendah, sedangkan peak yang meruncing tajam menunjukkan kristalinitas yang lebih baik. Pergeseran dan perubahan pola peak menandakan terjadinya perubahan d spacing (jarak antar bidang kristal) atau transformasi bentuk dari kisi kristal. Struktur dan sistem kristal komposit hasil sintesis dapat diketahui berdasarkan difraktogram XRD-nya yang dibandingkan dengan beberapa standar difraktogram SiO2-TiO2. Munculnya puncak serapan karakteristik dibandingkan dengan difraktogram standar.

3. fotodegradasi zat warna Remazol Yellow FG a. Pembuatan Larutan Induk Zat Warna

Larutan induk zat warna 100 ppm dibuat dengan melarutkan 10 mg Remazol Yellow FG dalam 100 ml aquades. Larutan induk ini kemudian digunakan dalam setiap pembuatan zat warna.

b. Penentuan Panjang Gelombang Optimum Zat Warna

Larutan Remazol Yellow FG dengan konsentrasi 5, 10, 15, 20, 25 dan 30 ppm sebanyak 10 ml diukur absorbansinya pada variasi panjang gelombang antara 350 – 450 nm dengan spektroskopi UV-VIS untuk mendapatkan panjang gelombang maksimumnya.

c. Pembuatan Kurva Standar Untuk Spektroskopi UV-VIS

Larutan Remazol Yellow FG dengan variasi 0, 5, 10, 15, 20, 25 dan 30 ppm (dibuat dengan cara mengencerkan larutan induk dengan akuades) sebanyak

(39)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

10 ml diukur absorbansinya dengan spektroskopi UV-VIS pada panjang gelombang optimum.

d. Fotodegradasi Zat Warna Remazol Yellow dengan UV

Sampel komposit berbagai komposisi dimasukkan ke dalam wadah plastik masing-masing 0,1 gram TiO2-SiO2 ditambah 25 ml Remazol Yellow FG 20 ppm dan dilakukan pengadukan (Slamet et al., 2005), kemudian disinari dengan sinar UV dengan panjang gelombang 254 nm dalam reaktor selama 24 jam. Jarak antara lampu dengan larutan + 20 cm. Kemudian masing masing larutan dianalisis dengan spektrofotometer UV-Vis. Dari percobaan ini akan didapatkan komposisi optimum.

Sebanyak 0,1 gram komposit SiO2-TiO2 pada komposisi optimum dimasukkan ke dalam wadah plastik masing-masing 0,1 gram TiO2-SiO2 ditambah 25 ml larutan Remazol Yellow FG 20 ppm dan masing-masing larutan dikondisikan pada pH 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 dan 10 selanjutnya dilakukan pengadukan. Selanjutnya larutan disinari dengan sinar UV dalam reaktor selama 24 jam. Kemudian masing masing larutan dianalisis dengan spektroskopi UV-Vis. Dari percobaan ini didapatkan pH optimum.

Sebanyak 0,1 gram komposit SiO2-TiO2 pada komposisi optimum dimasukkan ke dalam wadah plastikr kemudian ditambah ditambah 25 ml Remazol Yellow FG 20 ppm dengan pH optimum dan dilakukan pengadukan. Selanjutnya larutan disinari dengan sinar UV dalam reaktor. Pengukuran absorbansi larutan Remazol Yellow FG masing-masing dilakukan setiap 3, 6, 12, 24 dan 48 jam. Dari percobaan ini akan didapatkan waktu optimum.

Penentuan zat warna sisa hasil fotodegradasi didasarkan pada kurva standar Remazol Yellow FG dengan cara membuat grafik asorbansi lawan konsentrasi.

(40)

commit to user

E. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data

1. Pengumpulan Data

Untuk mengetahui pengaruh komposisi awal TiO2-SiO2, pH larutan awal dan lama penyinaran terhadap tingkat degradasi zat warna Remzol Yellow FG, digunakan bebas berupa komposisi komposit, pH larutan dan waktu penyinaran dengan UV. Variabel terikatnya adalah prosentase penurunan konsentrasi zat warna. Penurunan konsentrasi zat warna didapatkan dari data absorbansi zat warna sebelum dan setelah proses fotodegradasi yang dihitung berdasarkan kurva standar yang telah dibuat. Data yang dikumpulkan adalah komposisi komposit dan absorbansi. Harga absorbansi dikonversi menjadi konsentrasi dan persen penurunan konsentarsi zat warna. Data yang didapatkan disusun seperti dalam tabel berikut.

Tabel 1. Skema data perubahan absorbansi dengan variasi komposisi komposit, pH larutan dan lama penyinaran UV

Data absorbansi selanjutnya dikonversi dalam konsentrasi, dikumpulkan berdasar tabel berikut:

Parameter

Absorbansi awal Absorbansi Akhir

A.1 A.2 A 1 A2

A B C A B C

Komposisi molar komposit ( 1:0,1; 1:0,5; 1:1; 1:1,5; 1:2) A1.K. (1:0,1-1:2) A2.K (1:0,1-1:2) A1.K. (1:0,1-1:2) A A1.K. (1:0,1-1:2) B A1.K. (1:0,1-1:2) C A2.K (1:0,1-1:2) A A2.K (1:0,1-1:2) B A2.K (1:0,1-1:2) C pH larutan awal (3,4,5,6,7 ,8,9,10) A1.pH (3-10) A2.pH (3-10) A1.pH (3-10) A A1.pH (3-10) B A1.pH (3-10) C A2.pH (3-10) A A2.pH (3-10) B A2.pH (3-10) C Lama penyinaran UV (3,6,12, 24,48) A1.W (3-48) A2.W (3-48) A1.W (3-48) A A1.W (3-48) B A1.W (3-48) C A2.W (3-48) A A2.W (3-48) B A2.W (3-48) C

(41)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

Tabel 2. Skema data perubahan konsentrasi dengan variasi komposisi komposit, pH larutan dan lama penyinaran UV

Setelah dikonversi dalam bentuk konsentrasi, dihitung persentase penurunan konsentrasi zat warna sebelum dan sesudah proses fotodegradasi. Data disusun berdasarkan tabel berikut

Tabel 3. Skema data persentase penurunan konsentrasi zat warna pada variasi komposisi komposit, pH larutan dan lama penyinaran UV

Parameter

Konsentrasi awal Konsentrasi Akhir

C.1 C.2 C.1 C.2

A B C A B C

Komposisi molar komposit ( 1:0,1; 1:0,5; 1:1; 1:1,5; 1:2) C1.K. (1:0,1-1:2) C2.K (1:0,1-1:2) C1.K. (1:0,1-1:2) A C1.K. (1:0,1-1:2) B C1.K. (1:0,1-1:2) C C2.K (1:0,1-1:2) A C2.K (1:0,1-1:2) B C2.K (1:0,1-1:2) C pH larutan awal (3,4,5,6,7 ,8,9,10) C1.pH (3-10) C2.pH (3-10) C1.pH (3-10) A C1.pH (3-10) B C1.pH (3-10) C C2.pH (3-10) A C2.pH (3-10) B C2.pH (3-10) C Lama penyinaran UV (3,6,12, 24,48) C1.W (3-48) C2.W (3-48) C1.W (3-48) A C1.W (3-48) B C1.W (3-48) C C2.W (3-48) A C2.W (3-48) B C2.W (3-48) C Parameter

% Penurunan konsentrasi Remazol Yellow FG

Sampel 1 (S1) Sampel 2 (S2)

A B C A B C

Komposisi molar komposit ( 1:0,1; 1:0,5; 1:1; 1:1,5; 1:2) % S1.K (1:0,1-1:2) A % S1.K. (1:0,1-1:2) B % S1.K. (1:0,1-1:2) C % S2.K (1:0,1-1:2) A % S2.K (1:0,1-1:2) B % S2.K (1:0,1-1:2) C pH larutan awal (3,4,5,6,7 ,8,9,10) % S1.pH (3-10) A % S1.pH (3-10) B % S1.pH (3-10) C % S2.pH (3-10) A % S2.pH (3-10) B % S2.pH (3-10) C Lama penyinaran UV (3,6,12, 24,48) % S1.W (3-48) A % S1.W (3-48) B % S1.W (3-48) C % S2.W (3-48) A % S2.W (3-48) B % S2.W (3-48) C

(42)

commit to user

Data persentase penurunan konsentrasi zat warna ini dianalisis dengan uji ANOVA untuk mengetahui adanya pengaruh variasi masing-masing variabel dan uji Duncan untuk mengetahui perbedaan perbedaan rerata masing-masing parameter yang diujikan. Data untuk uji ANOVA dan uji Duncan disusun berdasar tabel berikut Tabel 4. Skema data persentase penurunan konsentrasi zat warna pada berbagai

variasi, untuk keperluan analisis ANOVA dan Uji Duncan

Pengamatan Parameter yang diuji (komposisi, pH, waktu penyinaran)

X1 X2 X3 Xn

1 % X1.1 % X2.1 % X3.1 % Xn.1 2 % X1.2 % X2.2 % X3.2 % Xn.2 3 % X1.3 % X2.3 % X3.3 % Xn.3 4 % X1.4 % X2.4 % X3.4 % Xn.4 5 % X1.5 % X2.5 % X3.5 % Xn.5 6 % X1.6 % X2.6 % X3.6 % Xn.6

Dari analisis anova didapatkan data ANOVA didapatkan nilai F tabel, F hitung dan P(F) atau signifikansi. Berdasarkan data ini dilakukan penarikan kesimpulan.

Untuk keperluan karakterisasi material hasil sintesis diperlukan data XRD dari komposit TiO2-SiO2 dan data spektrum standarnya yang didapatkan dari data JCPDS, serta data spektra uji FTIR.

2. Analisis Data

Untuk mengetahui komposisi, pH dan waktu optimum fotodegradasi zat warna Remazol Yellow FG dilakukan dengan mengamati grafik penurunan konsentrasi zat warna. Sebagai pendukung untuk penarikan kesimpulan, digunakan pendekatan metode statistik. Metode pendekatan yang digunakan adalah analisis ANOVA satu faktor untuk menentukan ada tidaknya pengaruh masing-masing variabel dalam fotodegradasi oleh fotokatalis komposit TiO2-SiO2 dan analisa Duncan untuk mengetahui perbedaan rerata tiap parameter yang diujikan.

(43)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

Dalam analisis ANOVA dibandingkan hasil fotodegradasi antar variasi variabel bebas, sehingga dapat diketahui apakah variasi variabel bebas tersebut berpengaruh terhadap fotodegradasi atau tidak. Uji Duncan digunakan untuk membuktikan pada variasi berapakah perbedaan pengaruh itu terjadi.

Untuk semua hipotesis digunakan tingkat kesalahan sebesar 5% atau tingkat kepercayaan sebesar 95%. Dari data uji ANOVA didapatkan nilai F hitung, F tabel dan nilai P(F). Untuk keperluan hipotesis, ditetapkan Ho dan H1 untuk masing-masing parameter yang diuji. Berikut H0 dan H1 untuk masing-masing parameter.

Variasi Komposisi

Variasi pH

Variasi waktu penyinaran

Dari pembacaan F tabel, F hitung dan nilai P(F) didapatkan dua kemungkinan a. Jika F hitung > F tabel dan nilai P(F) < 0,05 maka Ho ditolak dan H1 diterima.

Dengan demikian maka hipotesis terbukti, yaitu pada tingkat kepercayaan 95% masing-masing variabel bebas (komposisi komposit, pH larutan dan waktu penyinaran) berpengaruh terhadap fotodegradasi Zat Warna Remazol Yellow FG dan minimal ada satu variasi yang berpengaruh signifikan terhadap fotodegradasi.

b. Sebaliknya, jika F hitung < F tabel dan nilai P(F) > 0,05 maka Ho diterima dan H1 ditolak. Dengan demikian maka hipotesis tidak terbukti, yaitu pada tingkat kepercayaan 95% masing-masing variabel bebas (komposisi komposit, pH larutan dan waktu penyinaran) tidak berpengaruh terhadap fotodegradasi Zat Warna Remazol Yellow FG.

H0: µ1= µ2 = µ2 = µ3 = µ4 = µ5 H1: tidak demikian

H0: µ1= µ2 = µ2 = µ3 = µ4 = µ5 = µ6 = µ7 = µ8 H1: tidak demikian

H0: µ1= µ2 = µ2 = µ3 = µ4 = µ5 H1: tidak demikian

(44)

commit to user

Untuk melacak perbedaan rerata setiap pasang variasi digunakan analisis Duncan. Signifikansi untuk setiap pasang variasi dapat diketahui dari sebaran data pada masing-masing kolom. Jika sebaran data merata pada setiap kolom, maka dapat disimpulkan bahwa semua variasi memberikan pengaruh yang signifikan terhadap fotodegradasi. Akan tetapi, jika terjadi pengelompokan pada satu kolom, maka variasi pada kolom tersebut tidak memberikan penngaruh yang signifikan terhadap proses fotodegadasi.

Karakteriasasi fase dan komposisi komposit TiO2-SiO2 dilakukan dengan mencocokkan spektrum XRD sampel dengan standar spektrum XRD dari data JCPDS. Untuk mengetahui gugus fungsi TiO2-SiO2 yang terbentuk, dilakukan dengan pencocokan data spektrum FTIR dengan serapan karakteristik dari komposit TiO2 -SiO2.

(45)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN A. Sintesis Komposit TiO2-SiO2

Sintesis material semikonduktor komposit TiO2-SiO2 pada penelitian ini mengacu

pada penelitian Nugraheni (2006), yang dilakukan dengan menggunakan metode sol-gel, serta melalui dua proses yaitu: (1) hidrolisis, yaitu dengan mereaksikan prekursor dengan air; dan (2) kondensasi, yaitu merubah larutan menjadi fase sol. Proses dilanjutkan dengan menguapkan pelarut melalui pemanasan hingga membentuk fase gel, kemudian gel dikeringkan dan diikuti dengan perlakuan pemanasan untuk membersihkan material dari pengotor organik, ligan NH3 dan air.

Prekursor TiO2 menggunakan TiCl4 yang dilarutkan dalam metanol dan

pengomplek isobutanol untuk mengurangi kecepatan hidrolisis senyawa TiCl4.

Sedangkan prekusor SiO2 menggunakan Na2SiO3 yang dilarutkan dalam campuran

metanol, HCl 37% 0,1 M, H2O dan CTABr sebagai surfaktan. Larutan Na2SiO3 diaduk

selama satu jam dimaksudkan untuk membuat larutan menjadi homogen sehingga terhidrolisis menghasilkan ion-ion prekursor SiO32- yang optimum. Pengompleks

isobutanol digunakan untuk mengurangi proses hidrólisis TiCl4 membentuk Ti(OBu)4

sebagaimana telah dilakukan oleh Babonneau, et al., (1994). Surfaktan CTABr berfungsi sebagai agen pembentuk struktur pori. Konsentrasi CTABr yang digunakan adalah sebesar 16 mM mengacu penelitian Setyaningsih (2005). Larutan TiO2 ditambahkan ke

dalam larutan SiO2 tetes demi tetes sambil dilakukan refluks pada suhu 70 oC. hal ini

dilakukan agar proses polimerisasi TiO2-SiO2 berjalan secara perlahan, sehingga

kompleks Ti (IV) efektif berikatan dengan SiO32-. Pengadukan dilakukan selama 3 hari

untuk memperoleh larutan yang homogen dan agar terbentuk gel. Penambahan NH3

pascapengadukan diamksudkan untuk menetralkan kelebihan asam pada larutan.

Pengeringan dilakukan pada suhu 100 oC untuk menghilangkan pelarut dan air. Setelah kering, komposit dihaluskan untuk mendapatkan serbuk komposit TiO2-SiO2.

(46)

commit to user

Serbuk komposit TiO2-SiO2 hasil sintesis ini diberikan perlakuan kalsinasi pada suhu 600 o

C secara bertahap dengan laju pemanasan 5 oC/menit untuk membersihkan pengotor organik, ligan NH3 dan surfaktan CTABr. Kalsinasi pada suhu 600 ºC diketahui

merupakan suhu optimum pembentukan TiO2-SiO2 (Hidayat S., 2005). Fase kristal TiO2

-SiO2 terdiri atas anatase, rutile dan brokite. Sedang yang berpengaruh dalam proses

fotodegradasi adalah fase anatase dan rutile. Fase anatase pada komposit TiO2-SiO2

paling banyak terbentuk pada teperatur 400 oC sebagai fase transisi dari fase amorf menjadi fase anatase, sebagaimana disebutkan oleh Nugraheni (2006).

B. Karakterisasi Komposit TiO2-SiO2

1. Karakterisasi Komposit TiO2-SiO2 degan X-Ray Diffraction (XRD)

Karakterisasi dengan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) digunakan untuk mengetahui kristalinitas serbuk komposit TiO2-SiO2 dengan membandingkan hasil

pengukuran sampel dengan standar JCPDS (Join Commite Powder Diffraction Standard) sampel TiO2-SiO2 yang digunakan adalah serbuk TiO2-SiO2 dengan

kemampuan fotokatalitik paling optimum yaitu TiO2-SiO2 dengan perbandingan mol

1:1.

Dari spektra XRD diketahui puncak utama karakteristik milik TiO2 dan SiO2.

TiO2 memiliki puncak utama pada 2q sebesar 25,49 derajat dan SiO2 memiliki

puncak utama pada 2q_{sebesar 32,01. Dari data XRD TiO}₂_{yang dibandingkan dengan}

JCPDS dapat diketahui kehadiran fase rutil dan anatase. Pada difraktogram komposit TiO2-SiO2 dibandingkan dengan difraktogram TiO2 dan SiO2 hasil sintesis untuk

mengetahui puncak-puncak karakteristik masing-masing. Adanya penurunan intensitas pada puncak utama milik TiO2 dan SiO2 karena terjadinya pembentukan

TiO2-SiO2 yang ditunjukkan oleh adanya puncak-puncak baru yang merupakan

karakteristik komposit TiO2-SiO2 yaitu diantaranya pada 2q sebesar 23,94 derajat dan

36,24 derajat. Hal ini juga diperkuat dengan adanya intensitas SiO2 yang hilang pada

(47)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

Ket. S:SiO2, T:TiO2, A:TiO2 anatase, R:TiO2 Rutil, ST:SiO2/TiO2

Gambar 5. spektra difraksi sinar-X (XRD) untuk komposit TiO2 100%, SiO2 100%

dan TiO2-SiO2 dengan perbandingan komposisi 1:1

Spektra difraksi sinar-X dari komposit TiO2-SiO2 pada Gambar 5.

Memperlihatkan masing-masing puncak untuk TiO2-SiO2, SiO2, TiO2 anatase dan

TiO2 rutil, dimana R sebagai TiO2 Rutil, A sebagai TiO2 Anatase, TS sebagai TiO2

-SiO2, S sebagai SiO2. Persentase masing-masing komponen adalah TiO2-SiO2 sebesar

11,05 %, SiO2 sebesar 18,54 % dan TiO2 anatase 76,18 %.

A/S S

A/ST

R/A R/A T/S

A _R/A

S S S/ST

S S

R/A R/A

S R/A A

A A

(48)

commit to user

2. Karakterisasi Komposit TiO2-SiO2 dengan Spektrofotmeter Fourier Transform

Infrared (FTIR)

Analisa dengan spektrum Fourier Transform Infrared (FTIR) terhadap material komposit TiO2-SiO2 digunakan untuk mengetahui serapan gugus fungsi komposit TiO2

-SiO2. Spektrum Fourier Transform Infrared (FTIR) material komposit TiO2-SiO2

-dengan perbandingan komposisi 1:1, SiO2 100% dan TiO2 100% adalah sebagai

berikut.

Gambar 6. spektra Fourier Transform Infrared (FTIR) untuk komposit TiO2-SiO2

dengan perbandingan komposisi TiO2-SiO2 1:1 SiO2 100% dan TiO2

100%

Secara umum, dari spektra FTIR komposit TiO2-SiO2 hasil sintesis ditemukan

pola-pola serapan serupa dengan hasil yang didapatkan oleh S.H Ehman, et.al (1999) dan Aziz, et.al (2009). Dimana ditemukan serapan pada 962 cm-1 yang diindikasikan sebagai ikatan Si-O-Ti, pada 1095.57 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi ulur asimetri

Si-O-Si-O-Ti Ti-O-Ti

Ti-O-Ti -OH

470,63

2337,72

1095,57 1095,57

802,39 962

3425,68 3425,68

(49)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

Si-O dari ikatan Si-O-Si. Serapan sebesar 3425.58 merupakan indikasi adanya Si–OH, serapan pada 470,63 cm-1 yang merupakan rocking mode dari ikatan Si-O-Si, serapan 802,39 cm-1 yang juga merupakan karakteristik serapan dari Si-O.

Serapan khas Ti-O ditemukan pada 524.64 cm-1 yang mengindikasikan adanya ikatan Ti-O-Ti dan serapan lemah pada sekitar 2337,72 cm-1 mengindikasikan adanya vibrasi Ti-O-Ti dari TiO2.

Perubahan terjadi pada spektra FTIR komposit TiO2-SiO2, dimana serapan pada

470,63 cm-1 yang merupakan rocking mode dari ikatan Si-O-Si yang tidak muncul pada spektra FTIR untuk material komposit TiO2-SiO2. Hal ini dipekirakan karena adanya

Si-O yang berikatan dengan Ti yang kemudian mempengaruhi panjang gelombang spektrum yang akhirnya menyebabkan serapan tidak muncul. Serapan pada 1095,57 cm-1 yang muncul pada SiO2 dengan intensitas yang cukup tinggi, pada komposit TiO2-SiO2

serapan ini mengalami penurunan intensitas.

Serapan 802,39 cm-1 yang muncul pada spektra SiO2,tidak muncul pada komposit

TiO2-SiO2, hal ini mungkin disebabkan karena Si pada Si-O-Si berikatan dengan Ti

menjadi Si-O-Ti yang ditandai dengan munculnya puncak baru pada 962 cm-1 (S.H Ehman, et.al.,1999).

Pada spektra FTIR TiO2-SiO2 muncul serapan 3425,68 cm-1 yang menunjukkan

vibrasi ulur –OH pada Ti-OH dan Si-OH yang terikat hidrogen dengan nilai panjang gelombangnya sama persis dengan nilai serapan pada pola spektra TiO2 yang

diperkirakan diperkirakan berinteraksi dengan molekul air melalui ikatan hidrogen (Aziz, et.al., 2009). Walaupun besar panjang gelombangnya sama persis, tetapi intensitas yang dihasilkan melebar, hal ini dikarenakan adanya pengaruh dari gugus OH pada Si-OH yang ikut terserap dalam spektra komposit TiO2-SiO2 yang jika dibandingkan dengan

spektra SiO2 serapan pada kisaran panjang gelombang ini mengalami penurunan

intensitas yang cukup besar. Penurunan intensitas ini juga dimungkinkan karena Si pada Si-OH berikatan dengan Ti dan menimbulkan serapan baru yaitu Si-O-Ti pada panjang gelombang 962 cm-1.

(50)

commit to user

C. Fotodegradasi Zat Warna Remazol Yellow FG 1. Penentuan Panjang Gelombang Maksimum Zat Warna

Pada larutan zat warna Remazol Yellow FG dilakukan pengukuran panjang gelombang maksimum dari panjang gelombang 350-450 nm dengan spektroskopi UV-VIS. Dari pengukuran yang dilakukan diperoleh data diketahui bahwa absorbansi maksimum terjadi pada panjang gelombang 414,50 nm. Panjang gelombang ini digunakan sebagai standar dalam pengukuran dengan spektroskopi UV-VIS.

2. Pembuatan Kurva Standar Zat Warna Remazol Yellow FG

Pembuatan kurva standar zat warna Remazol Yellow FG dilakukan dengan mengukur absorbansi larutan zat warna dengan variasi konsentrasi 0, 5, 10, 15, 20, 25, 30 ppm masing-masing sebanyak 10 ml. untuk pengukuran kurva standar dilakukan pada panjang gelombang maksimum yakni 414,50 nm. Dari pengukuran diperoleh data kurva standar yang digunakan pada masing-masing variasi,

3.Fotodegradasi Zat Warna Remazol Yellow FG

Fotodegradasi zat warna Remazol Yellow FG terkatalis komposit semikonduktor TiO2-SiO2 dilakukan dengan menggunakan sinar Ultraviolet (UV) dari sumber lampu

UV dengan panjang gelombang 254 nm. Proses fotodegradasi dilakukan dengan beberapa variasi yaitu variasi konsentrasi komposit, variasi pH larutan awal dan variasi waktu penyinaran UV.

a. Variasi perbandingan konsentrasi komposit TiO2-SiO2

Variasi konsentrasi komposit berdasarkan perbandingan mol TiO2-SiO2 yang

digunakan adalah 1:0,1 1:0,5 ; 1:1 ; 1: 1,5 dan 1:2. Berdasarkan penelitian Slamet, et al. (2003), banyaknya komposit yang digunakan untuk proses fotodegradasi adalah sebesar 0,1g/mL. Sedangkan waktu penyinaran UV selama 24 jam. Hasil fotodegradasi Zat Warna Remazol Yellow FG untuk masing-masing konsentrasi komposit dapat dilihat pada gambar berikut.

(51)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

Gambar 10. Penurunan konsentrasi zat warna dengan variasi komposisi komposit TiO2-

SiO2

Berdasarkan gambar di atas dapat diketahui bahwa persentase rata-rata penurunan konsentrasi Zat Warna Remazol Yellow FG paling rendah adalah pada perbandingan komposit 1: 0,1 yaitu sebesar 24,28%. Sedangkan persentase penurunan konsentrasi Zat Warna Remazol Yellow FG paling tinggi adalah pada perbandingan komposit 1:1 yaitu sebesar 91,89%.

Dari hasil percobaan ini dapat diketahui bahwa semakin besar konsentrasi SiO2

yang ada dalam komposit, semakin besar pula aktivitas fotokatalitiknya. Akan tetapi setelah mencapai kondisi optimum, aktivivitasnya menurun. Hal ini diebabkan karena persebaran TiO2 yang merata pada silika sebagai host material akan menyebabkan

ukuran TiO2 menjadi lebih kecil (mendekati ukuran nano), sekaligus akan memperluas

permukaan TiO2 yang dapat meningkatkan aktivitas fotokatalitiknya. Pada komposisi

molar Ti : Si perbandingan 1: 0,1 dan 1: 0,5, aktivitas katalitiknya lebih kecil. Hal ini disebabkan karena pada perbandingan komposisi TiO2 yang terlalu besar,

molekul-molekul TiO2 akan berdesak-desakan pada host silika sehingga akan membentuk

agregat-agregat TiO2 yang dapat menurunkan aktivitas fotokatalitiknya (Hapsari, 2008).

Demikian pula pada saat konsentrasi SiO2 dalam komposit terlalu besar, maka aktivitas

(1)

Untuk mengetahui adanya perbedaan rerata pada tiap komposisi, digunakan uji

lanjut dengan menggunakan komparasi ganda. Model uji komparasi yang digunakan

pada penelitian ini adalah uji Duncan. Hasil uji Duncan ditunjukkan di lampiran 13.

Berdasarkan uji duncan dapat diketahui bahwa semua komposisi mempunyai

pengaruh yang berbeda terhadap fotodegradasi Zat Warna

Remazol Yellow FG.

Sedangkan kondisi optimum fotodegradasi terletak pada komposisi 1:1 dengan

persentase pengurangan konsentrasi Zat Warna Remazol Yellow FG sebesar 91,89%.

Dari kedua uji di atas, dapat disimpulkan bahwa komposisi komposit TiO

-SiO

berpengaruh signifikan terhadap tingkat fotodegradasi Zat Warna

Remazol Yellow FG.

Sedangkan komposisi komposit optimum untuk proses fotodegradasi adalah pada

komposisi 1:1. Dengan demikian hipotesis pertama penelitian ini terbukti.

b.

Variasi pH larutan awal

Variasi pH larutan awal zat warna Remazol Yellow yang digunakan adalah 3, 4, 5,

6, 7, 8, 9, 10. Hasil fotodegradasi Zat Warna Remazol Yellow FG untuk masing-masing

pH adalah sebagai berikut.

(2)

Berdasarkan data, didapatkan rata-rata penurunan konsentrasi Zat Warna Remazol

Yellow FG bervariasi antara 64,02 % sampai 95,84%. Penurunan konsentrasi tertinggi

adalah sebesar 95,84% yang terjadi pada pH 3. Berdasarkan grafik dapat diketahui pula

bahwa prosentase penurunan konsentrasi Zat Warna

Remazol Yellow FG semakin

meningkat seiring dengan penurunan pH larutan.

Besar kecilnya pH mempengaruhi adsorpsi zat warna pada permukaan TiO

,

dimana proses adsorpsi zat warna pada permukaan material fotokatalis ini merupakan

tahapan penting dalam proses fotodegradasi (Neppolian, et al., dalam Gumus and Akbal,

2010). Permukaan TiO

akan bermuatan positif pada medium asam dan bermuatan

negatif pada medium basa sebagaimana terlihat pada persamaan reaksi berikut

(Muruganandham dalam Gumus and Akbal, 2010)

Zat Warna

Remazol Yellow FG memiliki gugus sulfonat di dalam strukturnya,

dimana gugus sulfonat ini bermuatan negatif, sehingga keasaman larutan dapat

mendukung adsorpsi zat warna ke permukaan fotokatalis. Hal ini yang menyebabkan

pada pH asam, efektifitas fotodegradasi semakin meningkat.

Tabel 6. Uji Blangko perubahan konsentrasi Zat Warna Remazol Yellow FG pada pH 3

No

Blangko

Perubahan Konsentrasi

1 pH 3, dengan katalis tanpa penyinaran

Turun 1,64 %

2 pH 3, tanpa katalis dengan penyinaran

Naik 0,80 %

3 pH 3, tanpa katalis, tanpa penyinaran

Turun 0,68 %

Uji blangko dilakukan untuk mengetahui pengaruh pH larutan saja, pengaruh pH

Pada pH asam (pH< 6,8): Ti – OH + H

TiOH

(3)

Pengujian hipotesis tentang pengaruh pH larutan terhadap kemampuan

fotokatalitik komposit TiO

-SiO

dalam proses fotodegradasi Zat Warna Remazol Yellow

FG dibuktikan dengan uji ANOVA. Uji ini digunakan untuk membuktikan apakah

semakin rendah pH larutan, fotodegradasi Remazol Yellow FG akan semakin besar. Hasil

uji ANOVA diperlihatkan pada lampiran 14

Dari hasil uji ANOVA diperoleh nilai F

hitung

sebesar 1269,967

dan P(F) atau

signifikansi sebesar 3,03 x 10

-29

(mendekati nol). Sedangkan nilai F

tabel

adalah sebesar

2,422. Karena nilai F

hitung

> F

tabel

(1269,967

>2,422), dan nilai P(F) < 0,05 maka dapat

disimpulkan bahwa pada tingkat kepercayaan 95%, pH larutan berpengaruh terhadap

degradasi Zat Warna

Remazol Yellow FG, dan minimal terdapat satu variasi pH yang

memberikan perbedaan pengaruh secara signifikan.

Untuk mengetahui adanya perbedaan rerata pada tiap pH, digunakan uji lanjut

dengan menggunakan komparasi ganda. Model uji komparasi yang digunakan adalah uji

Duncan. Hasil uji Duncan terlihat dalam tabel berikut.

Berdasarkan uji Duncan dapat diketahui bahwa semua variasi pH mempunyai

pengaruh yang berbeda terhadap fotodegradasi Zat Warna

Remazol Yellow FG.

Sedangkan kondisi optimum fotodegradasi terletak pada pH 3 dengan persentase

pengurangan konsentrasi Zat Warna Remazol Yellow FG sebesar 95,84%.

Dari kedua uji di atas, dapat disimpulkan bahwa pH larutan berpengaruh signifikan

terhadap tingkat fotodegradasi Zat Warna Remazol Yellow FG. pH optimum untuk proses

fotodegradasi adalah pH 3. Dengan demikian hipotesis ke dua penelitian ini terbukti.

(4)

c.

Variasi waktu penyinaran sinar UV

Variasi waktu penyinaran oleh sinar UV yang digunakan adalah 3, 6, 12, 24 dan

48 jam. Hasil fotodegradasi Zat Warna Remazol Yellow FG untuk masing-masing waktu

adalah sebagai berikut.

Gambar 12. penurunan konsentrasi zat warna dengan variasi waktu penyinaran UV

Dari data gambar dapat diketahui bahwa persentase rata-rata penurunan kadar Zat

Warna

Remazol Yellow FG bervariasi antara 8,73 % - 94,73 %,

dimana persentase

degradasi terbesar terletak pada penyinaran UV selama 48 jam yaitu sebesar 94,73%.

Dari grafik persentase degradasi terhadap waktu dapat diketahui bahwa penurunan

konsentrasi zat warna semakin besar seiring dengan lamanya waktu penyinaran UV.

Akan tetapi pada range waktu antara 24 jam hingga 48 jam tidak terjadi penurunan

konsentrasi yang signifikan (dibuktikan pada uji Duncan).

Hasil ini sesuai dengan hasil yang didapat oleh Wijaya dkk. (2006) yang

membuktikan bahwa semakin lama penyinaran sinar UV maka aktivitas fotokatalitik

(5)

Z.W. – SO

– CH = CH

+

●

OH

Z.W. – SO

– CH

– OR

Pengujian hipotesis tentang pengaruh waktu penyinaran UV terhadap

kemampuan fotokatalitik komposit TiO

-SiO

dalam proses fotodegradasi Zat Warna

Remazol Yellow FG dibuktikan dengan uji ANOVA. Uji ini digunakan untuk

membuktikan apakah semakin lama waktu penyinaran, fotodegradasi

Remazol Yellow

FG akan semakin besar. Hasil uji ANOVA diperlihatkan pada tlampiran 15.

Dari hasil uji ANOVA diperoleh nilai F

hitung

sebesar 5455,433

dan P(F) atau

signifikansi sebesar 1,61 x 10

-23

(mendekati nol). Sedangkan nilai F

tabel

adalah sebesar

3,056. Karena nilai F

hitung

> F

tabel

(5455,433

>3,056), dan nilai P(F) < 0,05 maka dapat

disimpulkan bahwa pada tingkat kepercayaan 95%, waktu penyinaran berpengaruh

terhadap degradasi Zat Warna

Remazol Yellow FG, dan minimal terdapat satu variasi

waktu yang memberikan perbedaan pengaruh secara signifikan.

Untuk mengetahui adanya perbedaan rerata pada tiap waktu, digunakan uji lanjut

dengan menggunakan komparasi ganda. Model uji komparasi yang digunakan adalah uji

Duncan. Hasil uji Duncan ditunjukkan pada lampiran 15.

Berdasarkan Uji Duncan dapat diketahui bahwa pada variasi waktu 3, 6, 12 dan 24

jam terdapat perbedaan tingkat degradasi yang signifikan. Akan tetapi pada range waktu

penyinaran 24 dan 48 jam tidak terjadi kenaikan tingkat degradasi yang signifikan. Hal

ini menunjukkan bahwa pengaruh penyinaran terhadap degradasi Zat Warna

Remazol Yellow FG mulai optimum pada 24 jam penyinaran.

Dari kedua uji di atas, dapat disimpulkan bahwa waktu penyinaran berpengaruh

signifikan terhadap tingkat fotodegradasi Zat Warna

Remazol Yellow FG. Sedangkan

waktu optimum untuk proses fotodegradasi adalah waktu penyinaran selama 24 jam.

Dengan demikian hipotesis ke tiga penelitian ini terbukti.

(6)