Optimisasi Adsorpsi Biru Metilena oleh Alofan dan Nanokomposit Alofan-TiO2 serta Uji Fotokatalisisnya
OPTIMISASI ADSORPSI BIRU METILENA OLEH ALOFAN
DAN NANOKOMPOSIT ALOFAN-TiO2 SERTA UJI
FOTOKATALISISNYA
ENDY JERI SUSWONO
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2012
ABSTRAK
ENDY JERI SUSWONO. Optimisasi Adsorpsi Biru Metilena oleh Alofan dan Nanokomposit
Alofan-TiO2 serta Uji Fotokatalisisnya. Dibimbing oleh SRI SUGIARTI dan AHMAD
SJAHRIZA.
Alofan merupakan mineral alam yang memiliki daya jerap tinggi. Mineral ini banyak di
temukan dalam tanah vulkanik. Indonesia merupakan negara yang memiliki banyak gunung berapi
sehingga besar kemungkinan banyak ditemukan mineral ini. Untuk meningkatkan karakternya,
mineral alofan dibuat nanokomposit alofan-TiO2 sehingga bisa menghasilkan material baru yang
memiliki sifat adsorpsi-fotokatalisis. Pada penelitian ini dilakukan optimisasi adsorpsi biru
metilena oleh alofan dan nanokomposit dengan parameter waktu agitasi dan bobot adsorben.
Waktu agitasi optimum adsorpsi biru metilena oleh alofan dan nanokomposit adalah 1.5 jam.
Sampel alofan dan nanokomposit menunjukkan adsorpsi optimum dengan bobot masing-masing
adalah 80 mg dan 60 mg. Nanokomposit yang telah disintesis memiliki kemampuan adsorpsifotokatalisis karena mampu mendegradasi biru metilena di bawah sinar ultraviolet.
ABSTRACT
ENDY JERI SUSWONO. Optimization of Methylene Blue Adsorption by Allophane and
Nanocomposite Allophane-TiO2 and Their Photocatalytic Activity. Supervised by SRI SUGIARTI
dan AHMAD SJAHRIZA.
Allophane is a natural clay mineral with high adsorption capacity. This mineral often found
in volcanic soil. Indonesia is one of the countries with many active volcanoes, so the probability to
find the type of mineral is quite high. To improve their characteristics, allophane was made into
nanocomposite with TiO2, the resulting a substance with adsoptive-photocatalyst characteristics. In
this research, the adsorption of methylene blue was optimized based on two parameters, agitation
time and mass of the adsorbent. The optimazed agitation time for the adsorption of methylene blue
by allophane and nanocomposite allophane-TiO2 were obtained at 1.5 hours. The optimized mass
of allophane and nanocomposite were 80 mg and 60 mg respectively. The synthesizednanocomposite was shown to have the adsorptive-photocatalytic properties because it can
degraded methylene blue after irradiated with ultraviolet light.
OPTIMISASI ADSORPSI BIRU METILENA OLEH ALOFAN
DAN NANOKOMPOSIT ALOFAN-TiO2 SERTA UJI
FOTOKATALISISNYA
ENDY JERI SUSWONO
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2012
Judul Skripsi : Optimisasi Adsorpsi Biru Metilena oleh Alofan dan
Nanokomposit Alofan-TiO2 serta Uji Fotokatalisisnya
Nama
: Endy Jeri Suswono
NIM
: G44070002
Disetujui,
Pembimbing I
Pembimbing II
Sri Sugiarti, PhD
NIP 19701225 199512 2 001
Drs Ahmad Sjahriza
NIP 19620406 198903 1 002
Diketahui,
Ketua Departemen Kimia
Prof Dr Ir Tun Tedja Irawadi, MS
NIP 19501227 1976032 002
Tanggal lulus :
PRAKATA
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT sehingga
penulis bisa menyelesaikan karya ilmiah ini. Penelitian ini dimulai dari bulan Mei
2011 sampai Januari 2012 bertempat di Laboratorium Kimia Anorganik,
Laboratorium Kimia Fisik, dan Laboratorium Bersama, Departemen Kimia,
Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Sri Sugiarti, Ph.D selaku
pembimbing satu dan Bapak Drs. Ahmad Sjahriza selaku pembimbing dua atas
dukungan dan masukan yang senantiasa diberikan kepada penulis selama
penelitian dan penyusunan karya ilmiah ini. Ucapan terima kasih kepada Bapak
Dr. Ir. Untung Sudadi, M.Sc yang telah membantu dalam penyediaan sampel
tanah vulkanik. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada Pak Syawal, Nurul,
Pak Wawan, Pak Arya dan Pak Mail selaku laboran yang telah banyak membantu
penulis dalam pengerjaan penelitian.
Ucapan terima kasih kepada Zona Gozali, Fachrurrazie, dan Tobing Des
Marlianto yang telah meluangkan waktunya untuk menemani penulis ketika harus
mengerjakan penelitian di malam hari. Ucapan terima kasih kepada Putri M
Sinuhaji, Gina Pragustiana, dan Doni Rahmad Pranoto atas kerja samanya untuk
analisis microskop elektron payar (SEM) di LIPI, Serpong. Ucapan terima kasih
kepada Amran Adri yang telah memberikan masukan mengenai teknik penulisan
dalam penulisan karya tulis ini.
Bogor, Febuari 2012
Endy Jeri Suswono
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Palembang pada tanggal 6 Januari 1990 dari
pasangan Bapak Amron dan Ibu Eni. Penulis merupakan anak pertama dari dua
bersaudara. Pada tahun 2007, penulis lulus dari SMA Negeri 3 Kayuagung dan
diterima menjadi mahasiswa Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur
Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) di Departemen Kimia Fakultas Matematika
dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA).
Selama masa perkuliahan, penulis aktif di berbagai organisasi kampus, di
antaranya: Badan Eksekutif Mahasiswa FMIPA tahun 2009/2010, rohis kimia 44
tahun 2008/2010, anggota Pramuka IPB tahun 2008/2010, dan Ikatan Mahasiswa
Bumi Sriwijaya (Ikamusi) tahun 2008/2009. Penulis juga pernah menjadi asisten
praktikum Kimia Anorganik 2 tahun ajaran 2010/2011 dan asisten praktikum
Sintesis Kimia Anorganik tahun ajaran 2011/2012. Pada tahun 2010, penulis
berkesempatan melaksanakan praktik lapang di PT Pupuk Sriwidjaja Palembang
selama bulan Juli sampai Agustus 2010.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... viii
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ viii
PENDAHULUAN ...................................................................................................1
METODE .................................................................................................................1
Bahan dan alat ......................................................................................................1
Lingkup kerja .......................................................................................................1
HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................................3
Ekstraksi alofan ....................................................................................................3
Karakterisasi .........................................................................................................3
optimisasi adsorpsi ...............................................................................................4
Isoterm adsorpsi ...................................................................................................5
Uji fotodegradasi ..................................................................................................5
SIMPULAN DAN SARAN .....................................................................................6
Simpulan ...............................................................................................................6
Saran .....................................................................................................................6
DAFTAR PUSTAKA ..............................................................................................6
LAMPIRAN .............................................................................................................8
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Morfologi alofan dan nanokomposit. ....................................................................3
2 Difraktogram XRD alofan dan nanokomposit .. ...................................................4
3 Optimisasi waktu agitasi adsorpsi pada alofan dan nanokomposit.. .....................4
4 Optimisasi bobot adsorben untuk adsorpsi oleh alofan dan nanokomposit.. ........5
5 Spektrum UV filtrat nanokomposit dengan dan tanpa penyinaran UV.. ..............6
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Diagram alir penelitian.. ........................................................................................9
2 Optimisasi waktu agitasi .. .................................................................................10
3 Optimisasi bobot adsorben .. ...............................................................................11
4 Isoterm adsorpsi biru metilena oleh alofan dan nanokomposit ..........................12
5 Uji fotokatalisis . .................................................................................................17
6 Spektrum UV filtrat sampel. ...............................................................................18
PENDAHULUAN
Pencemaran lingkungan menjadi perhatian
pemerintah dan masyarakat. Salah satu yang
menjadi perhatian adalah pencemaran air.
Aktivitas industri yang tidak bertanggung
jawab merupakan salah satu penyebab utama
pencemaran ini. Limbah industri, khususnya
limbah cair memberikan kontribusi yang
cukup besar terhadap pencemaran lingkungan.
Seperti halnya industri teksil, beberapa
industri yang tidak bertanggung jawab
memilih membuang limah zat warnanya ke
perairan
karena
rumitnya
proses
penanganannya.
Limbah zat warna dari industri tekstil,
selain sulit terurai hayati juga bersifat toksik
(Miguel et al. 2002). Oksidasi secara biologi
dan koagulasi menggunakan garam besi (Fe)
dan garam aluminium (Al) belum cukup untuk
mengatasinya. Oksidasi menggunakan ozon
dan hipoklorit merupakan metode yang efisien
untuk menghilangkan zat warna. Namun,
diperlukan biaya yang cukup mahal untuk
aplikasinya (Alfano et al. 2000; Hoffmann et
al. 1995; Lisebigier et al. 1995).
Metode adsorpsi juga dapat digunakan
dalam proses pengolahan limbah zat warna.
Namun, metode ini masih memiliki
kelemahan, yaitu selektivitasnya yang rendah
dan proses regenerasinya yang sulit. Dalam
prakteknya, adsorben yang digunakan hanya
dapat menjerap zat warna, tetapi tidak dapat
menguraikannya sehingga masih memerlukan
langkah-langkah lanjut sampai limbah benarbenar aman untuk dilepas ke lingkungan.
Kelemahan tersebut dapat diatasi dengan
mengubah karekter adsorbennya, yaitu selain
mampu
menjerap
juga
mampu
mendegradsinya. Salah satu adsorben yang
dapat digunakan adalah alofan.
Alofan merupakan mineral alam yang
memiliki daya jerap tinggi. Mineral ini
merupakan hasil pelapukan bahan induk abu
vulkanik dan banyak ditemukan di tanah
pegunungan. Morfologi alofan berbentuk
hallow spherical dengan ukuran 3.5–5.0 nm
dan pori 0.3–0.5 nm. Dinding hallow
spherical alofan terdiri dari gugus silanol (SiOH) dan gugus aluminol (Al-OH). Alofan
memiliki luas permukaan berkisar 1000–1200
m2 setiap gramnya. Nilai ini tiga kali lebih
besar jika dibandingkan dengan mineral
lainnya seperti montmorillonit (Abidin et al.
2008; Nishiokori et al. 2009; Tamad &
Hanudin 2008).
Namun, alofan tidak memiliki ketahanan
termal. Pada suhu tinggi, alofan akan
membentuk
agregrat
sehingga
luas
permukaannya akan menurun (Abidin et al.
2008). Sifat ketidaktahanan termal alofan ini
dapat dimanfaatkan untuk mengubahnya
menjadi nanokomposit dengan menyisipkan
(menginterkalasi) senyawa titanium dioksida
(TiO2) di antara struktur agrerat alofan
(Sugiarti et al. 2010). Nanokomposit yang
terbentuk akan memiliki sifat fisikokimia
yang lebih baik dibandingkan mineral alofan
sebelum dimodifikasi.
Titanium dioksida diketahui dapat
mendegradasi limbah organik menjadi
senyawa-senyawa
yang
lebih
ramah
lingkungan, seperti H2O dan O2 (Hagfeld &
Gratzel 1995). Senyawa organik didegradasi
melalui oksidasi fotokatalisis dengan bantuan
sinar ultraviolet (UV). Dengan demikian,
nanokomposit alofan-TiO2 yang disintesis
diharapkan akan memiliki kemampuan
adsorpsi dan fotodegradasi.
Penelitian sebelumnya, Widiyanti (2011)
berhasil mensintesis nanokomposit alofanTiO2 dan terbukti memiliki kemampuan
adsorpsi dan fotodegradasi terhadap zat warna
biru metilena. Selain itu, nanokomposit yang
dihasilkan tersebut memiliki daya jerap yang
lebih besar daripada mineral alofan aslinya.
Pada penelitian ini dilakukan optimisasi
adsorpsi dan karakterisasi baik alofan maupun
optimisasi
nanokomposit
alofan-TiO2.
adsorpsi dilakukan terhadap parameter waktu
agitasi dan bobot adsorben. Selain itu,
penelitian ini juga mempelajari proses
adsorpsi yang terjadi. Adanya aktivitas
fotokatalisis pada sampel nanokomposit
diketahui melalui uji fotodegradasi.
METODE
Bahan dan Alat
Alat
yang
digunakan
adalah
spektrofotometer
UV-tampak,
SEM,
Difraktometer sinar-X, shaker, sentrifuga,
lampu UV, neraca analitik, oven, dan
peralatan kaca.
Bahan-bahan yang digunakan ialah tanah
vulkanik dari Gunung Lawu (Tawangmangu),
akuades, serbuk titanium oksida anatase P 25,
AgNO3, NaOH, kertas pH, membran dialisis,
dan biru metilena.
Lingkup Kerja
Penelitian ini terdiri dari beberapa tahap
(Lampiran 1). Tahap pertama ialah ekstraksi
alofan dari tanah vulkanik. Tahap kedua,
2
optimisasi adsorpsi dan karakterisasi alofan.
Tahap ketiga, sintesis nanokomposit alofanTiO2. Tahap keempat, optimisasi adsorpsi dan
karakterisasi nanokomposit alofan-TiO2. Dan
tahap kelima adalah uji fotodegradasi alofan
dan nanokompositnya.
Ekstraksi Alofan dari Tanah Vulkanik
(Henmi & Wada 1976)
Sampel tanah vulkanik dikeringudarakan
terlebih dahulu sampai kering. Setelah itu,
sampel dihaluskan sehingga diperoleh ukuran
200 mesh. Setelah itu, sampel sebanyak 10
gram ditambahkan dengan akuades dan
dikondisikan pH-nya untuk mendapatkan
larutan yang terdispersi, dengan kisaran pH 4
sampai 10. Untuk pH 4 ditambahkan dengan
HCl dan pH 10 dengan NaOH.
Sampel kemudian ditempatkan pada
tabung silinder 1 L dan dienaptuangkan
selama 10-20 jam sesuai dengan keadaan suhu
ruangan. Fraksi lempung atas (< 2 µm)
dipersiapkan dengan mengambil larutan
koloid tersebut dengan jarak 10 cm dari
permukaan larutan. Fraksi ini ditampung dan
diflokulasikan dengan penambahan NaCl.
Setelah fraksi terflokulasi, larutan bagian
atas dibuang dan endapan dikumpulkan.
Endapan kemudian dimasukkan ke dalam
membran dialisis. Membran kemudian
direndam dengan akuades sampai endapan
bebas NaCl. Endapan yang bebas NaCl
diketahui dengan menggunakan AgNO3
sampai tidak ada endapan putih. Setelah itu,
larutan disentrifugasi 3500 rpm selama 20
menit dan diambil endapannya (alofan).
Endapan
yang
diperoleh
kemudian
dikeringudarakan.
Analisis
(SEM)
Mikroskop
Elektron
Payaran
Sebelum dilakukan pemayaran, sampel
terlebih dahulu dilapisi dengan emas (Au).
Setelah
itu,
dilakukan
pemayaran
menggunakan sinar-X. Pemayaran objek
sampel diamati dengan perbesaran tertentu
untuk melihat morfologi permukaan sampel.
Analisis Difraktometer Sinar-X (XRD)
Sampel diletakkan dan dimampatkan pada
lempeng aluminium. Selanjutnya, lempeng
yang telah ditempatkan sampel dilakukkan
pemayaran
dengan
sinar-X.
Derajat
kristalinitas sampel ditentukan dengan metode
Gaussian berdasarkan luas area di bawah
spektrum sampel.
Sintesis
Nanokomposit
(Widiyanti 2010)
Alofan-TiO2
Sintesis nanokomposit dilakukan dengan
membuat sistem koloid yang stabil antara
alofan dan TiO2. Alofan dan titanium dioksida
dengan komposisi 9:1 dicampurkan dengan
penambahan air suling. Setelah itu
ditambahkan NaOH sampai pH 8 agar sistem
koloid tetap stabil. Campuran kemudian
didiamkan selama 24 jam kemudian
dipanaskan pada suhu 100 oC. Nanokomposit
yang diperoleh dicirikan dengan XRD dan
SEM.
Penentuan Waktu Agitasi Optimum untuk
Adsorpsi
Sebanyak 50 mg sampel alofan
ditambahkan larutan biru metilena 200 ppm
sebanyak 10 mL. Setelah itu, larutan diagitasi
dengan variasi waktu 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5,
3.0, 4.0, dan 6 jam. Setelah itu, larutan
disentrifugasi selama 20 menit dengan
kecepatan 3500 rpm untuk memisahkan
endapan. Campuran kemudian diukur
absorbannya menggunakan spektrofotometer
UV-Vis pada panjang gelombang 664 nm.
Kapasitas
adsorpsi
dihitung
dengan
menggunakan persamaan berikut:
Q=
Keterangan:
Q = Kapasitas adsorpsi
V = Volume larutan (mL)
Co = Konsentrasi awal (ppm)
Ca = Konsentrasi akhir (ppm)
M = Massa adsorben (g)
Penentuan waktu optimum juga dilakukan
pada sampel nanokomposit alofan-TiO2
dengan perlakuan yang sama seperti alofan.
Penentuan Bobot Adsorben Optimum
untuk Adsorpsi
Sampel alofan atau nanokompositnya
dengan variasi bobot 30, 40, 50, 60, 80, dan
90 mg ditambahkan larutan biru metilena 100
ppm sebanyak 10 mL. Setelah itu, larutan
diagitasi berdasarkan waktu optimum yang
diperoleh. Larutan disentrifugasi selama 20
menit dengan kecepatan 3500 rpm untuk
memisahkan endapan. Campuran kemudian
diukur
absorbannya
menggunakan
spektrofotometer UV-Vis pada panjang
gelombang 664 nm.
3
Uji Fotodegradasi Senyawa Biru Metilena
Sebanyak 70 mg nanokomposit alofanTiO2 ditambahkan 15 mL larutan biru
metilena dengan konsentrasi 12.5 ppm.
Larutan kemudian disinari dengan sinar UV
pada panjang gelombang 365 nm selam 6 jam.
Setelah itu, diambil filtratnya dan dilakukan
analisis menggunakan spektrofotometer UVVis pada panjang gelombang 200–700 nm.
Uji fotodegradasi juga dilakukan pada
sampel alofan, TiO2, dan biru metilena
sebagai pembanding. Setelah itu, hasilnya
dibandingkan dengan perlakuan tanpa sinar
UV.
Karakterisasi
A
B
HASIL DAN PEMBAHASAN
Ekstraksi Alofan
Mineral alofan memiliki sifat permukaan
yang khas yaitu muatan yang bervariasi
berdasarkan nilai pH kondisinya (Elsheikh et
al. 2008). Alofan yang bermuatan positif akan
terdispersi pada pH asam sedangkan yang
bermuatan negatif pada pH basa. Alofan yang
diekstraksi dari tanah vulkanik Gunung Lawu
terdispersi stabil pada pH 10. Hal ini
menunjukkan mineral alofan yang terkandung
dalam tanah vulkanik cenderung bermuatan
negatif. Terbentuknya muatan negatif dapat
disebakan melalui mekanisme deprotonisasi
pada gugus silanol dan aluminol sehingga
kation dan logam berat mudah terikat (Abidin
et al. 2005).
Mineral alofan diketahui memiliki
beragam nisbah mol Si/Al dengan kisaran
antara 0.6 sampai 1.2. Keragaman ini dapat
disebabkan oleh faktor curah hujan dan suhu
lingkungan yang mempengaruhi laju pelarutan
silikon dari suatu proses pelapukan batuan
dasar pada lingkungan tersebut. Perbedaan
nisbah Si/Al juga berpengaruh terhadap
muatan alofan. Alofan yang memiliki nisbah
Si yang lebih besar cenderung bermuatan
negatif dan akan cenderung bermuatan positif
jika nisbah Al yang lebih besar. Namun, pada
dasarnya alofan memiliki struktur dasar yang
sama dan yang membedakan adalah gugus
silika yang terikat pada bagian pori alofan
(Abidin et al. 2008). Dengan demikian, alofan
yang diekstraksi dari sumber tanah vulkanik
yang berbeda kemungkinan akan memiliki
karakter yang juga berbeda.
Gambar 1
Morfologi A) alofan, dan B)
nonokomposit.
Hasil penampakan melalui SEM hanya
mampu menunjukkan ukuran granula sampel,
yaitu dengan perbesaran maksimal 20 000
kali. Granula alofan memiliki morfologi bulat
tidak beraturan dengan berbagai macam
variasi ukuran, berwarna agak gelap, dan
penyebarannya merata. Nanokompositnya
memiliki morfologi bulat tidak beraturan
dengan ukuran yang relatif lebih besar,
memiliki warna yang lebih terang, dan
penyebarannya merata (Gambar 1). Ukuran
granula keduanya sekitar 250-300 nm.
Nishikiori (2011) berhasil menunjukkan
bahwa ukuran satu partikel alofan berkisar
antara 5-10 nm.
Ukuran granula yang lebih besar pada
sampel nanokomposit dapat disebabkan
karena adanya pembentukan agregrat molekul
alofan saat pemanasan pada proses
sintesisnya. Sedangkan, warna yang lebih
terang kemungkinan disebabkan karena
keberadaan molekul TiO2 yang berwarna
putih dengan ukuran yang lebih kecil, yaitu
sekitar 7 nm.
4
= alofan
= nanokomposit alofan-TiO2
Gambar 2 Difraktogram XRD alofan dan nanokomposit
Optimisasi Adsorpsi
Pada penelitian ini dilakukan optimisasi
terhadap dua parameter adsorpsi, yaitu waktu
agitasi dan bobot adsorben. Sebelumnya, telah
dilakukan optimisasi terhadap konsentrasi biru
metilena sebagai adsorbat yang diketahui
memiliki konsentrasi optimum adsorpsi
sebesar 200 ppm (Widiyanti 2011).
Hasil pengujian menunjukkan adsorpsi
biru metilena oleh alofan dan nanokomposit
mencapai kondisi optimum dengan waktu
agitasi selama 1.5 jam (Gambar 3, Lampiran
2). Ini disebabkan pada waktu agitasi yang
lebih lama dari 1.5 jam, nilai kapasitas
adsorpsinya cenderung datar.
kapasitas adsorpsi (mg/g)
Pola difraksi sinar-X dari alofan dan
nanokomposit alofan-TiO2 ditampilkan pada
difraktogram Gambar 2. Refleksi spesifik baik
mineral alofan maupun nanokomposit
menunjukkan intensitas tertinggi pada 2 =
20.24o. Pergeseran sudut 2 ke kiri dan
munculnya puncak 2
= 25.24o pada
difraktogram nanokomposit adalah akibat
adanya titanium dioksida yang terperangkap
dalam agragat alofan. Hal ini menunjukkan
proses interkalasi titanium dioksida ke dalam
struktur agregat alofan telah berhasil
dilakukan.
Menurut West (1984), refleksi intensitas
difraksi
sinar-X
mengindikasikan
kesempurnaan kristal dan kerapatan atom
dalam kristal. Semakin ramping refleksi
intensitas suatu material maka kristalinitasnya
semakin baik dengan susunan atom semakin
rapat.
Abidin (2008) menunjukkan bahwa
difraktogram mineral alofan hampir tidak ada
puncak atau bersifat amorf (kristalinitas <
50%). Namun, hasil pengukuran menunjukkan
difraktogram alofan dan nanokomposit masih
memiliki beberapa puncak dengan intensitas
cukup kuat dan memiliki nilai kristalinitas
yang cukup tinggi, yaitu masing-masing
76.55% dan 67.87%. Tingginya nilai
kristalinitas ini dapat disebabkan karena masih
adanya pengotor pada sampel. Pengotornya
dapat berupa gibsit, feldspar, kaolin, dan
monmorilonit (Heraldy et al.2004).
31
29
27
25
23
21
19
17
0
1
2
3
4
5
6
7
waktu agitasi (jam)
♦ = alofan
■ = nanokomposit alofan-TiO2
Gambar 3 Optimisasi waktu agitasi adsorpsi
oleh alofan dan nanokomposit
Waktu agitasi yang lebih lama tidak selalu
diikuti dengan kenaikan kapasitas adsorpsi.
Hal ini disebabkan agitasi yang berlebih dapat
menyebabkan molekul adsorbat yang terikat
pada adsorben terlepas kembali sehingga bisa
menurunkan efektivitas adsorpsi. Fenomena
ini biasa terjadi pada jenis adsorpsi fisik
(fisisorpsi).
Waktu agitasi optimum yang diperoleh
digunakan sebagai waktu agitasi dalam
penentuan bobot optimum absorben dalam
menjerap biru metilena. Hasil pengukuran
sampel
alofan
dan
nanokomposit
menunjukkan adsorpsi mencapai optimum
dengan bobot masing-masing sebesar 80 dan
60 mg (Gambar 4, Lampiran 3). Kenaikan
bobot setelah 80 mg untuk alofan dan 60 mg
5
untuk nanokomposit sudah tidak diikuti
dengan kenaikan persentase adsorpsi.
102
% Adsorpsi
100
98
96
94
92
90
0,020
♦ = alofan
0,040
0,060
0,080
0,100
Bobot (g)
■ = nanokomposit alofan-TiO2
Gambar 4 Optimisasi bobot adsorben untuk
adsorpsi
pada
alofan
dan
nanokomposit.
Nanokomposit memiliki daya jerap yang
lebih besar daripada alofan. Hal ini dapat
disebabkan karena molekul titanium dioksida
dapat menyelinap di antara struktur agregrat
alofan membentuk rongga baru sehingga
permukaan sisi aktifnya lebih besar.
Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi adalah hubungan yang
menunjukkan distribusi adsorben antara fase
teradsorpsi pada permukaan adsorben dengan
fase ruah saat kesetimbangan pada temperatur
tertentu. Pada penelitian ini, adsorpsi biru
metilena oleh alofan dan nanokomposit diuji
dengan tiga persamaan, yaitu persamaan
Freundlich,
Langmuir,
dan
DubininRaduskevich. Berdasarkan nilai linearitas
tertinggi, adsorpsi biru metilena oleh alofan
dan nanokomposit mengikuti persamaan
Langmuir (Tabel 1). Dengan demikian, dapat
diasumsikan bahwa adsorben memiliki
permukaan yang homogen sehingga proses
adsorbsi terjadi melalui mekanisme yang sama
dan membentuk satu lapisan tunggal saat
adsorpsi maksimum.
Tabel 1 Nilai linearitas isoterm adsorpsi biru
metilena
oleh
alofan
dan
nanokomposit.
Sampel
Isoterm
Alofan
Freundlich
Nanokomposit
% linearitas
94.0
Langmuir
97.7
Dubinin-Radushkevich
71.2
Freundlich
94.3
Langmuir
98.8
Dubinin-Radushkevich
72.8
Mekanisme adsorpsi biru metilena oleh
alofan dan nanokomposit dapat diketahui
menggunakan
persamaan
DubininRaduskevich dengan menentukkan Energi
bebas rata-rata adsorpsi (Ea). Berdasarkan
nilai Ea yang didapat, ada dua asumsi terhadap
jenis adsorpsi. Jika Ea kurang dari 8 kJ/mol
maka proses adsorpsi yang terjadi merupakan
adsorpsi fisika (fisisorpsi). Jika nilai Ea yang
didapat lebih dari 8 kJ/mol maka proses
adasorpsi yang terjadi merupakan adsorpsi
kimia (kimisorpsi). Selain itu, jika nilai E a
berkisar 8–16 kJ/mol, maka adsorpsi kimia
tersebut terjadi melalui pertukaran ion (Chen
et al. 2011; Guney et al. 2007).
Hasil perhitungan menunjukkan bahwa
energi bebas rata-rata adsorbsi biru metilena
oleh alofan dan nanokomposit secara berturutturut adalah 2.96 kJ/mol dan 4.30 kJ/mol
(Lampiran 4). Hal ini menunjukkan adsorpsi
biru metilena oleh kedua sampel terjadi secara
fisisorpsi. Jenis adsorpsi ini cocok untuk
proses adsorpsi yang membutuhkan proses
regenerasi karena zat yang terjerap hanya
terikat lemah pada permukaan adsorben.
Uji Fotodegradasi
Fotodegradasi
merupakan
proses
penguraian senyawa organik dengan bantuan
energi cahaya (foton) melalui reaksi
fotokatalisis. Oksida logam TiO2 dapat
dijadikan katalis dalam reaksi fotokatalisis.
TiO2 dapat digunakan sebagai fotokatalis
karena merupakan semikonduktor yang
mampu mengadsorpsi radiasi elektromagnetik
pada daerah ultraviolet.
Mekanisme fotodegradasi diawali dengan
adanya loncatan elektron dari pita valensi ke
vita konduksi pada logam semikonduktor, jika
dikenai energi foton. Loncatan elektron ini
menyebabkan timbulnya hole (lubang
elektron) yang dapat berinteraksi dengan air
membentuk radikal hidroksida (•OH) yang
merupakan oksidator kuat. Elektron pada pita
konduksi akan bereaksi dengan oksigen di
lingkungan menghasilkan radikal superoksida
(•O2-) yang bersifat sebagai reduktor. Radikal
bersifat aktif dan dapat terus terbentuk
sehingga bereaksi dan menguraikan senyawa
organik target (Fatimah & Wijaya 2005).
Nanokomposit alofan-TiO2 dapat berperan
sebagai fotokatalis dalam reaksi fotokatalisis
dengan bantuan sinar UV. Hal ini dapat
dibuktikan dengan membandingkan perlakuan
dengan
dan
tanpa
penyinaran
UV.
Nanokomposit yang telah disinari UV selama
6 jam terbukti mampu mendegradasi zat
6
warna biru metilena. Ini ditunjukkan dengan
hilangnya
warna
biru
pada
sampel
nanokomposit (Lampiran 5). Pada sampel
yang tidak disinari UV, tidak terjadi proses
fotodegradasi melainkan hanya proses
adsorpsi.
Adanya aktivitas fotokatalisis juga dapat
dilihat dengan membandingkan spektrum
sinar UV filtrat nanokomposit yang diberi
perlakuan dengan dan tanpa penyinaran sinar
UV (Gambar 5, Lampiran 6). Spektrum filtrat
nanokomposit tanpa perlakuan penyinaran
masih menunjukkan adanya spektrum
adsorpsi biru metilena dengan persentase
adsorpsi
sebesar
85.19%.
Sedangkan
spektrum filtrat nanokomposit dengan
penyinaran UV sudah tidak menunjukkan
adanya spektrum adsorpsi biru metilena
dengan persentase adsorpsi sebesar 99.05%.
Terlihat bahwa telah terjadi penurunan
konsentrasi biru metilena setelah disinari UV
selama 6 jam. Hal ini menunjukkan bahwa
nanokomposit alofan-TiO2 yang disintesi
terbukti
mampu
menjerap
dan
memfotodegradasi senyawa biru metilena
dengan bantuan sinar UV.
Saran
Perlu dilakukan optimisasi komposisi
dalam pembuatan nanokomposit alofan-TiO2
sehingga diperoleh material dengan daya jerap
dan aktivitas fotokatalisis yang lebih baik.
Selain itu, perlu juga dilakukan uji
kemampuan regenerasinya sebagai adsorben.
DAFTAR PUSTAKA
Abidin Z, Matsue N, Henmi T. 2008.
Structure of nano-ball allophone and its
surface properties. Clay and clay minerals
28: 285-294.
Alfano OM, Bahnemann D, Cassano AE,
Dillert R, Goslich R. 2000. Photocatalysis
in water environments using artificial and
solar light. Catal. Today 58:199–230.
Chen CY, Yang CY, Chen AH. 2011.
Biosorption of Cu(II), Zn(II), Ni(II) and
Pb(II) ions by cross-linked mentalimprinted chitosans with epichlorohydrin.
J. Env. Man. 92:796-802.
Elsheikh MA, Matsue N, Henmi T. 2008.
Competitive adsorption of oxalate and
phosphate
on
allophane
at
low
concentration. Clay Science 13:213-222.
Fatimah I & Wijaya K. 2005. Sintesis TiO2zeolit sebagai fotokatalis pada pengolahan
limbah cair industri tapioka secara
adsorpsi-fotodegradasi. TEKNOIN 10:4.
= dengan penyinaran UV
= tanpa penyinaran UV
Gambar 5 Spektrum UV filtrat nanokomposit
dengan dan tanpa penyinaran UV.
SIMPULAN DAN SARAN
Güney A, Arslankaya E, Tosun İ. 2007. Lead
removal from aqueous solution by natural
and pretreated clinoptilolite: Adsorption
equilibrium and kinetics. J. Haz. Mat.
146:362-371.
Hagfeldt A, Gratzel M. 1995. Light induced
redox reactions in nanocrystalline systems.
Chem. Rev. 95:49–68.
Simpulan
Nanokomposit alofan-TiO2 telah berhasil
disintesis dan terbukti selain mampu menjerap
juga mampu menfotodegradasi zat warna biru
metilena. optimisasi Adsorpsi biru metilena
oleh alofan dan nanokomposit diperoleh
waktu agitasi optimum selama 1.5 jam untuk
kedua sampel. Sedangkan bobot optimumnya
masing-masing adalah 80 dan 60 mg.
Adsorpsi oleh kedua sampel mengikuti
isoterm Langmuir dan terjadi secara fisisorpsi.
Hanudin E, Matsue N, Henmi T. 2002.
Reactions of some short-range ordered
aluminosilicate with selected organic
ligands. Clays and clays minerals 28: 319332.
Henmi T, Wada K. 1976. Morphology and
composition of Allophane. American
Mineralogist 61: 379-390.
7
Heraldy E, Pranoto, Dini P. 2004. Studi
Karakterisasi dan Aktivasi Alofan Alam
serta Aplikasinya sebagai Adsorben
Logam Zn menggunakan Metode Kolom.
Alchemy 3: 32-42.
Hoffmann MR, Martin ST, Choi W,
Bahnemann DW. 1995. Environmental
applications
of
semiconductor
photocatalysis. Chem. Rev. 95:69–96.
Lisebigier AL, Lu GQ, Yates JT. 1995.
Photocatalysis on TiO2 surface: principles,
mechanisms, and selected results. Chem.
Rev 95: 735-758.
Miguel R, Victor S, Santiago E, Cesar P.
2002. Photo-Fenton treatment of a
biorecalcitrant wastewater generated in
textile activities: biodegradability of the
photo-treated solution. J. Photochem.
Photobiol. A: Chem. 151:129–135.
Nishikiori H, Furukawa M, Fujii S, Tanaka.
2011. Degradation of Trichloroethilene
Using Highly Adsorptive Allophane-TiO2
nanocomposite. Applied Catalysis B:
Environmental 102:470-474.
Nishikiori H,Kobayashi K, Kubota S, Tanaka
N, Fujii T. 2009. Removal of detergen and
Fats from waste water using allophane.
Applied Clay Science 47:325-329.
Sugiarti S, Abidin Z, Sudadi U, Henmi T.
2010.
Formulasi
dan
Fabrikasi
Nanokomposit Nano-Ball Allophane/TiO2
sebagai Fotokatalis untuk Penguraian
Senyawa Organik Berbahaya. Laporan
Hibah Kompetitif Penelitian untuk
Publikasi Internasional. Kemdiknas.
Tamad dan Hanudin E. 2008. Kompetisi
Anion Organik dan Anorganik dalam
Membentuk Kompleks dengan Allofan
dalam Upaya Perbaikan Ketersediaan
Fosfat pada Andisol. Jurnal Ilmu Tanah
dan Lingkungan 8:126-137.
West AR. 1984. Solid State Chemistry and Its
Applications. New York: John Wiley &
Sons Ltd.
Widiyanti E. 2011. Sintesis Nanokomposit
Alofan/TiO2 dan Uji Fotodegradasi pada
Zat Pewarna Biru Metilena [Skripsi].
Bogor: Program Sarjana Institut Pertanian
Bogor.
LAMPIRAN
9
Lampiran 1 Diagram alir penelitian
Ekstraksi alofan dari
tanah vulkanik
optimisasi adsorpsi
biru metilena
Alofan
Karakterisasi XRD
dan SEM
Sintesis nanokomposit
Alofan-TiO2
optimisasi
adsorpsi
Biru metilena
Nanokomposit
Alofan-TiO2
Uji fotodegradasi
Karakterisasi XRD
dan SEM
10
Lampiran 2 optimisasi waktu agitasi adsorpsi biru metilena
a. Alofan
waktu
agitasi
(jam)
0.5
1
1.5
2
2.5
3
4
6
Massa
(g)
Absorban
Faktor
pengenceran
konsentrasi
awal (ppm)
konsentrasi
akhir (ppm)
kosentrasi
terjerap
(ppm)
Q
(mg/g)
0.0501
0.484
50
200
126.4645
73.5355
22.0166
0.0504
0.482
50
200
125.9511
74.0489
22.0384
0.0500
0.478
50
200
124.9243
75.0757
22.5227
0.0501
0.474
50
200
123.8974
76.1026
22.7852
0.0505
0.450
50
202
117.7363
84.2637
25.0288
0.0495
0.451
50
200
117.9930
82.0070
24.8506
0.0497
0.455
50
200
119.0199
80.9801
24.4407
0.0502
0.459
50
202
120.0467
81.9533
24.4880
0.0503
0.465
50
202
121.5870
80.4130
23.9800
0.0494
0.465
50
200
121.5870
78.4130
23.8096
0.0497
0.463
50
200
121.0736
78.9264
23.8209
0.0502
0.460
50
200
120.3034
79.6966
23.8137
0.0501
0.471
50
200
123.1273
76.8727
23.0158
0.0502
0.470
50
202
122.8706
79.1294
23.6443
0.0498
0.469
50
202
122.6139
79.3861
23.9115
0.0499
0.453
50
200
118.5064
81.4936
24.4971
Persamaan garis kurva standar biru metilena:
b.
waktu
agitasi
(jam)
0.5
1
1.5
2
2.5
3
4
6
y= 0.19477x - 0.00863
Q ratarata
(mg/g)
22.0275
22.6540
24.9397
24.4644
23.8948
23.8173
23.3300
24.2043
R2 = 0.99913
Nanokomposit
63.5386
kosentrasi
terjerap
(ppm)
136.4614
27.1295
62.4788
137.5212
27.1245
200
62.2139
137.7861
27.6125
50
200
61.6840
138.3160
27.6080
0.201
50
200
53.7357
146.2643
29.0207
0.201
50
200
53.7357
146.2643
29.0784
0.0505
0.215
50
200
57.4449
142.5551
28.2287
0.0504
0.212
50
200
56.6501
143.3499
28.4424
0.0507
0.208
50
200
55.5903
144.4097
28.4832
0.0505
0.209
50
200
55.8552
144.1448
28.5435
0.0501
0.204
50
200
54.5305
145.4695
29.0358
0.0502
0.203
50
200
54.2656
145.7344
29.0308
0.0502
0.198
50
200
52.9409
147.0591
29.2946
0.0501
0.201
50
200
53.7357
146.2643
29.1945
0.0500
0.208
50
200
55.5903
144.4097
28.8819
0.0501
0.203
50
200
54.2656
145.7344
29.0887
Massa
(g)
Absorban
Faktor
pengenceran
konsentrasi
awal (ppm)
konsentrasi
akhir (ppm)
0.0503
0.238
50
200
0.0507
0.234
50
200
0.0499
0.233
50
0.0501
0.231
0.0504
0.0503
Persamaan garis kurva standar biru metilena: y= 0.18872x - 0.00182
R2= 0.99895
Q
(mg/g)
Q ratarata
(mg/g)
27.1270
27.6102
29.0495
28.3356
28.5133
29.0333
29.2446
28.9853
11
Lanjutan Lampiran 2
Contoh perhitungan:
Kapasitas adsorpsi (Q)
Q=
Keterangan:
Q = Kapasitas adsorpsi
V = Volume larutan (ml)
Co = Konsentrasi awal (ppm)
Ca = Konsentrasi akhir (ppm)
M = Massa adsorben (g)
Lampiran 3 optimisasi bobot adsorben terhadap adsorpsi biru metilena
a.
Alofan
Massa
(g)
Absorban
konsentrasi
awal (ppm)
konsentrasi
akhir (ppm)
konsentrasi
terjerap (ppm)
%
Adsorpsi
Kapasitas
Adsorpsi (Q)
(mg/g)
0,0399
1.406
100
7.3997
92.6003
92.600
23.2081
0,0403
1.724
100
9.0734
90.9266
90.927
22.5624
0,0499
0.916
100
4.8208
95.1792
95.179
19.0740
0,0505
1.004
100
5.2839
94.7161
94.716
18.7557
0,0600
0.507
100
2.6682
97.3318
97.332
16.2220
0,0604
0.591
100
3.1103
96.8897
96.890
16.0413
0,0705
0.263
100
1.3839
98.6161
98.616
13.9881
0,0701
0.286
100
1.5050
98.4950
98.495
14.0506
0,0801
0.084
100
0.4418
99.5582
99.558
12.4292
0,0800
0.087
100
0.4576
99.5424
99.542
12.4428
0,0900
0.080
100
0.4208
99.5792
99.579
11.0644
0,0900
0.098
100
0.5155
99.4845
99.484
Persamaan garis kurva standar biru metilena: y=0.19000x + 0,00005 R2 = 0.99980
11.0538
102
% adsorpsi
100
98
96
94
92
90
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
Bobot (g)
0,08
0,09
0,10
12
Lanjutan Lampiran 3
b.
Nanokomposit alofan/TiO2
Massa
(g)
Absorban
konsentrasi
awal (ppm)
konsentrasi
akhir (ppm)
konsentrasi
terjerap
(ppm)
%
Adsorpsi
Kapasitas Adsorpsi
(Q) (mg/g)
0.0308
1.118
100
5.8839
94.1161
94.116
30.5572
0.0307
1.686
100
8.8734
91.1266
91.127
29.6829
0.0401
0.729
100
3.8366
96.1634
96.163
23.9809
0.0403
0.500
100
2.6313
97.3687
97.369
24.1610
0.0499
0.274
100
1.4418
98.5582
98.558
19.7511
0.0503
0.180
100
0.9471
99.0529
99.053
19.6924
0.0599
0.079
100
0.4155
99.5845
99.584
16.6251
0.0602
0.059
100
0.3103
99.6897
99.690
16.5598
0.0799
0.051
100
0.2682
99.7318
99.732
12.4821
% adsorpsi
0.0800
0.023
100
0.1208
99.8792
Persamaan garis kurva standar biru metilena: y=0.19000x + 0,00005
99.879
R2 = 0.99980
101
100
99
98
97
96
95
94
93
92
91
90
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
Bobot (g)
0,08
0,09
0,10
12.4849
13
Lampiran 4 Isoterm adsorpsi biru metilena oleh alofan dan nanokomposit
a.
alofan
C awal
(mg/L)
C akhir
(mg/L)
C teradsorpsi
(mg/L)
Massa
(g)
Isoterm Langmuir
x/m
c/(x/m)
X* (g)
(mg/g) (g/L)
Isoterm Freundlich
log c
log x/m
100
7.3997
92.6003
0.0399
0.0009
23.2081
0.3188
0.8692
100
9.0734
90.9266
0.0403
0.0009
22.5624
0.4021
0.9578
100
4.8208
95.1792
0.0499
0.0010
19.0740
0.2527
100
5.2839
94.7161
0.0505
0.0009
18.7557
100
2.6682
97.3318
0.0600
0.0010
100
3.1103
96.8897
0.0604
0.0010
100
1.3839
98.6161
0.0705
100
1.5050
98.4950
100
0.4418
100
0.4576
100
0.4208
ɛ2
1.3656
3.1445
0.0985
1.3534
3.1163
0.0670
0.6831
1.2804
2.9483
0.2179
0.2817
0.7230
1.2731
2.9315
0.1842
16.2220
0.1645
0.4262
1.2101
2.7864
0.6213
16.0413
0.1939
0.4928
1.2052
2.7752
0.4766
0.0010
13.9881
0.0989
0.1411
1.1458
2.6382
1.8136
0.0701
0.0010
14.0506
0.1071
0.1775
1.1477
2.6427
1.5919
99.5582
0.0801
0.0010
12.4292
0.0355
-0.3547
1.0944
2.5201
8.5784
99.5424
0.0800
0.0010
12.4428
0.0368
-0.3395
1.0949
2.5211
8.2307
99.5792
0.0900
0.0010
11.0644
0.0380
-0.3759
1.0439
2.4037
9.0804
0.5155
99.4845
0.0900 0.0010 11.0538
Nilai x = Cteradsorpsi (ppm) x Volume larutan (L) x
0.0466
-0.2877
1.0435
2.4028
7.1309
ɛ = RT ln (1 + 1/Ce)
keterangan:
ɛ = Potensial polanyi
R = Konstanta gas ideal (J/K.mol)
T = Suhu kontak (0K)
Isoterm Freunlich
log x/m
100
ln Q
-0,60
1,60
1,40
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
-0,10
y = 0.2154x + 1.1323
R² = 0.9405
0,40
log c
0,90
1,40
14
Lanjutan Lampiran 4
Isoterm Langmuir
c/(x/m) (g/L)
0,50
y = 0.0421x + 0.0347
R² = 0.9773
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
C (mg/L)
Isoterm Dubinin-Radushkevich
3,50
3,00
Ln Q
2,50
y = -0.057x + 2.9169
R² = 0.7125
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
ɛ2
Penentuan nilai Energi bebas rata-rata adsorpsi (Ea) (kJ/mol) pada suhu kontak (T) 29 oC.
lnQ = Kɛ2 + lnQDR
(persamaan Dubinin-Radushkevich)
Ea = (-2K)-0,5
Ea = (-2(-0.057))-0.5
= 2.96 kJ/mol
Keterangan:
Ea
Q
QDR
K
= Energi bebas rata-rata adsorpsi (kJ/mol)
= Kapasitas adsorpsi (mg/g)
= Kapasitas adsorpsi maksimum pada persamaan Dubinin-Radushkevich (mg/g)
= intersep dari persamaan Dubinin-Radushkevich
15
Lanjutan Lampiran 4
b.
Nanokomposit alofan TiO2
log c
log x/m
0.0308
Isoterm Langmuir
x/m
c/(x/m)
X* (g)
(mg/g)
(g/L)
0.0009
30.5572
0.1926
0.7697
91.1266
0.0307
0.0009
29.6829
0.2989
3.8366
96.1634
0.0401
0.0010
23.9809
100
2.6313
97.3687
0.0403
0.0010
100
1.4418
98.5582
0.0499
0.0010
100
0.9471
99.0529
0.0503
100
0.4155
99.5845
100
0.3103
100
0.2682
100
0.1208
C awal
(mg/L)
C akhir
(mg/L)
C
teradsorpsi
(mg/L)
massa
(g)
100
5.8839
94.1161
100
8.8734
100
Isoterm Freundlich
Ln Q
ɛ
1.4851
3.4196
0.1511
0.9481
1.4725
3.3906
0.0699
0.1600
0.5839
1.3799
3.1773
0.3290
24.1610
0.1089
0.4202
1.3831
3.1847
0.6363
19.7511
0.0730
0.1589
1.2956
2.9832
1.7021
0.0010
19.6924
0.0481
-0.0236
1.2943
2.9802
3.1852
0.0599
0.0010
16.6251
0.0250
-0.3814
1.2208
2.8109
9.2134
99.6897
0.0602
0.0010
16.5598
0.0187
-0.5083
1.2191
2.8070
12.7264
99.7318
0.0799
0.0010
12.4821
0.0215
-0.5716
1.0963
2.5243
14.8047
99.8792
0.0800
0.0010
12.4849
0.0097
-0.9180
1.0964
2.5245
30.4348
Nilai x = Cteradsorpsi (ppm) x Volume larutan (L) x
ɛ = RT ln (1 + 1/Ce)
keterangan:
ɛ = Potensial polanyi
R = Konstanta gas ideal (J/K.mol)
T = Suhu kontak (0K)
Isoterm Freunluich
2,00
log x/m
1,50
y = 0.2132x + 1.2841
R² = 0.9432
1,00
0,50
0,00
-1,50
-1,00
-0,50
0,00
log c
0,50
1,00
1,50
16
Lanjutan Lampiran 4
Isoterm Langmuir
c/(x/m) (g/L)
0,400
y = 0.0323x + 0.0157
R² = 0.9883
0,300
0,200
0,100
0,000
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
C (mg/L)
Isoterm Dubinin-Radushkevich
4,00
3,50
3,00
Ln Q
2,50
2,00
y = -0.0277x + 3.1832
R² = 0.7285
1,50
1,00
0,50
0,00
0
5
10
15
20
25
30
35
ɛ2
Penentuan nilai Energi bebas rata-rata adsorpsi (Ea) (kJ/mol) pada suhu kontak (T) 29 oC.
lnQ = Kɛ2 + lnQDR
(persamaan Dubinin-Radushkevich)
Ea = (-2K)-0.5
Ea = (-2(-0.0277))-0.5
= 4.30 kJ/mol
Keterangan:
Ea
Q
QDR
K
= Energi bebas rata-rata adsorpsi (kJ/mol)
= Kapasitas adsorpsi (mg/g)
= Kapasitas adsorpsi maksimum pada persamaan Dubinin-Radushkevich (mg/g)
= intersep dari persamaan Dubinin-Radushkevich
17
Lampairan 5 Uji fotokatalisis
a.
Tanpa Penyinaran UV
Alofan
b.
TiO2
Nanokomposit
TiO2
Nanokomposi
Penyinaran UV selama 6 jam
Alofan
18
Lampiran 6 Spektrum UV filtrat sampel
A) Tanpa Penyinaran UV
Biru metilena, Fp 20 kali
TiO2, Fb 20 kali
Nanokomposit
Alofan
B) Penyinaran UV selama 6 jam
Biru metilena, Fp 20 kali
TiO2
Nanokomposit
Alofan
DAN NANOKOMPOSIT ALOFAN-TiO2 SERTA UJI
FOTOKATALISISNYA
ENDY JERI SUSWONO
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2012
ABSTRAK
ENDY JERI SUSWONO. Optimisasi Adsorpsi Biru Metilena oleh Alofan dan Nanokomposit
Alofan-TiO2 serta Uji Fotokatalisisnya. Dibimbing oleh SRI SUGIARTI dan AHMAD
SJAHRIZA.
Alofan merupakan mineral alam yang memiliki daya jerap tinggi. Mineral ini banyak di
temukan dalam tanah vulkanik. Indonesia merupakan negara yang memiliki banyak gunung berapi
sehingga besar kemungkinan banyak ditemukan mineral ini. Untuk meningkatkan karakternya,
mineral alofan dibuat nanokomposit alofan-TiO2 sehingga bisa menghasilkan material baru yang
memiliki sifat adsorpsi-fotokatalisis. Pada penelitian ini dilakukan optimisasi adsorpsi biru
metilena oleh alofan dan nanokomposit dengan parameter waktu agitasi dan bobot adsorben.
Waktu agitasi optimum adsorpsi biru metilena oleh alofan dan nanokomposit adalah 1.5 jam.
Sampel alofan dan nanokomposit menunjukkan adsorpsi optimum dengan bobot masing-masing
adalah 80 mg dan 60 mg. Nanokomposit yang telah disintesis memiliki kemampuan adsorpsifotokatalisis karena mampu mendegradasi biru metilena di bawah sinar ultraviolet.
ABSTRACT
ENDY JERI SUSWONO. Optimization of Methylene Blue Adsorption by Allophane and
Nanocomposite Allophane-TiO2 and Their Photocatalytic Activity. Supervised by SRI SUGIARTI
dan AHMAD SJAHRIZA.
Allophane is a natural clay mineral with high adsorption capacity. This mineral often found
in volcanic soil. Indonesia is one of the countries with many active volcanoes, so the probability to
find the type of mineral is quite high. To improve their characteristics, allophane was made into
nanocomposite with TiO2, the resulting a substance with adsoptive-photocatalyst characteristics. In
this research, the adsorption of methylene blue was optimized based on two parameters, agitation
time and mass of the adsorbent. The optimazed agitation time for the adsorption of methylene blue
by allophane and nanocomposite allophane-TiO2 were obtained at 1.5 hours. The optimized mass
of allophane and nanocomposite were 80 mg and 60 mg respectively. The synthesizednanocomposite was shown to have the adsorptive-photocatalytic properties because it can
degraded methylene blue after irradiated with ultraviolet light.
OPTIMISASI ADSORPSI BIRU METILENA OLEH ALOFAN
DAN NANOKOMPOSIT ALOFAN-TiO2 SERTA UJI
FOTOKATALISISNYA
ENDY JERI SUSWONO
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2012
Judul Skripsi : Optimisasi Adsorpsi Biru Metilena oleh Alofan dan
Nanokomposit Alofan-TiO2 serta Uji Fotokatalisisnya
Nama
: Endy Jeri Suswono
NIM
: G44070002
Disetujui,
Pembimbing I
Pembimbing II
Sri Sugiarti, PhD
NIP 19701225 199512 2 001
Drs Ahmad Sjahriza
NIP 19620406 198903 1 002
Diketahui,
Ketua Departemen Kimia
Prof Dr Ir Tun Tedja Irawadi, MS
NIP 19501227 1976032 002
Tanggal lulus :
PRAKATA
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT sehingga
penulis bisa menyelesaikan karya ilmiah ini. Penelitian ini dimulai dari bulan Mei
2011 sampai Januari 2012 bertempat di Laboratorium Kimia Anorganik,
Laboratorium Kimia Fisik, dan Laboratorium Bersama, Departemen Kimia,
Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Sri Sugiarti, Ph.D selaku
pembimbing satu dan Bapak Drs. Ahmad Sjahriza selaku pembimbing dua atas
dukungan dan masukan yang senantiasa diberikan kepada penulis selama
penelitian dan penyusunan karya ilmiah ini. Ucapan terima kasih kepada Bapak
Dr. Ir. Untung Sudadi, M.Sc yang telah membantu dalam penyediaan sampel
tanah vulkanik. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada Pak Syawal, Nurul,
Pak Wawan, Pak Arya dan Pak Mail selaku laboran yang telah banyak membantu
penulis dalam pengerjaan penelitian.
Ucapan terima kasih kepada Zona Gozali, Fachrurrazie, dan Tobing Des
Marlianto yang telah meluangkan waktunya untuk menemani penulis ketika harus
mengerjakan penelitian di malam hari. Ucapan terima kasih kepada Putri M
Sinuhaji, Gina Pragustiana, dan Doni Rahmad Pranoto atas kerja samanya untuk
analisis microskop elektron payar (SEM) di LIPI, Serpong. Ucapan terima kasih
kepada Amran Adri yang telah memberikan masukan mengenai teknik penulisan
dalam penulisan karya tulis ini.
Bogor, Febuari 2012
Endy Jeri Suswono
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Palembang pada tanggal 6 Januari 1990 dari
pasangan Bapak Amron dan Ibu Eni. Penulis merupakan anak pertama dari dua
bersaudara. Pada tahun 2007, penulis lulus dari SMA Negeri 3 Kayuagung dan
diterima menjadi mahasiswa Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur
Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) di Departemen Kimia Fakultas Matematika
dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA).
Selama masa perkuliahan, penulis aktif di berbagai organisasi kampus, di
antaranya: Badan Eksekutif Mahasiswa FMIPA tahun 2009/2010, rohis kimia 44
tahun 2008/2010, anggota Pramuka IPB tahun 2008/2010, dan Ikatan Mahasiswa
Bumi Sriwijaya (Ikamusi) tahun 2008/2009. Penulis juga pernah menjadi asisten
praktikum Kimia Anorganik 2 tahun ajaran 2010/2011 dan asisten praktikum
Sintesis Kimia Anorganik tahun ajaran 2011/2012. Pada tahun 2010, penulis
berkesempatan melaksanakan praktik lapang di PT Pupuk Sriwidjaja Palembang
selama bulan Juli sampai Agustus 2010.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... viii
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ viii
PENDAHULUAN ...................................................................................................1
METODE .................................................................................................................1
Bahan dan alat ......................................................................................................1
Lingkup kerja .......................................................................................................1
HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................................3
Ekstraksi alofan ....................................................................................................3
Karakterisasi .........................................................................................................3
optimisasi adsorpsi ...............................................................................................4
Isoterm adsorpsi ...................................................................................................5
Uji fotodegradasi ..................................................................................................5
SIMPULAN DAN SARAN .....................................................................................6
Simpulan ...............................................................................................................6
Saran .....................................................................................................................6
DAFTAR PUSTAKA ..............................................................................................6
LAMPIRAN .............................................................................................................8
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Morfologi alofan dan nanokomposit. ....................................................................3
2 Difraktogram XRD alofan dan nanokomposit .. ...................................................4
3 Optimisasi waktu agitasi adsorpsi pada alofan dan nanokomposit.. .....................4
4 Optimisasi bobot adsorben untuk adsorpsi oleh alofan dan nanokomposit.. ........5
5 Spektrum UV filtrat nanokomposit dengan dan tanpa penyinaran UV.. ..............6
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Diagram alir penelitian.. ........................................................................................9
2 Optimisasi waktu agitasi .. .................................................................................10
3 Optimisasi bobot adsorben .. ...............................................................................11
4 Isoterm adsorpsi biru metilena oleh alofan dan nanokomposit ..........................12
5 Uji fotokatalisis . .................................................................................................17
6 Spektrum UV filtrat sampel. ...............................................................................18
PENDAHULUAN
Pencemaran lingkungan menjadi perhatian
pemerintah dan masyarakat. Salah satu yang
menjadi perhatian adalah pencemaran air.
Aktivitas industri yang tidak bertanggung
jawab merupakan salah satu penyebab utama
pencemaran ini. Limbah industri, khususnya
limbah cair memberikan kontribusi yang
cukup besar terhadap pencemaran lingkungan.
Seperti halnya industri teksil, beberapa
industri yang tidak bertanggung jawab
memilih membuang limah zat warnanya ke
perairan
karena
rumitnya
proses
penanganannya.
Limbah zat warna dari industri tekstil,
selain sulit terurai hayati juga bersifat toksik
(Miguel et al. 2002). Oksidasi secara biologi
dan koagulasi menggunakan garam besi (Fe)
dan garam aluminium (Al) belum cukup untuk
mengatasinya. Oksidasi menggunakan ozon
dan hipoklorit merupakan metode yang efisien
untuk menghilangkan zat warna. Namun,
diperlukan biaya yang cukup mahal untuk
aplikasinya (Alfano et al. 2000; Hoffmann et
al. 1995; Lisebigier et al. 1995).
Metode adsorpsi juga dapat digunakan
dalam proses pengolahan limbah zat warna.
Namun, metode ini masih memiliki
kelemahan, yaitu selektivitasnya yang rendah
dan proses regenerasinya yang sulit. Dalam
prakteknya, adsorben yang digunakan hanya
dapat menjerap zat warna, tetapi tidak dapat
menguraikannya sehingga masih memerlukan
langkah-langkah lanjut sampai limbah benarbenar aman untuk dilepas ke lingkungan.
Kelemahan tersebut dapat diatasi dengan
mengubah karekter adsorbennya, yaitu selain
mampu
menjerap
juga
mampu
mendegradsinya. Salah satu adsorben yang
dapat digunakan adalah alofan.
Alofan merupakan mineral alam yang
memiliki daya jerap tinggi. Mineral ini
merupakan hasil pelapukan bahan induk abu
vulkanik dan banyak ditemukan di tanah
pegunungan. Morfologi alofan berbentuk
hallow spherical dengan ukuran 3.5–5.0 nm
dan pori 0.3–0.5 nm. Dinding hallow
spherical alofan terdiri dari gugus silanol (SiOH) dan gugus aluminol (Al-OH). Alofan
memiliki luas permukaan berkisar 1000–1200
m2 setiap gramnya. Nilai ini tiga kali lebih
besar jika dibandingkan dengan mineral
lainnya seperti montmorillonit (Abidin et al.
2008; Nishiokori et al. 2009; Tamad &
Hanudin 2008).
Namun, alofan tidak memiliki ketahanan
termal. Pada suhu tinggi, alofan akan
membentuk
agregrat
sehingga
luas
permukaannya akan menurun (Abidin et al.
2008). Sifat ketidaktahanan termal alofan ini
dapat dimanfaatkan untuk mengubahnya
menjadi nanokomposit dengan menyisipkan
(menginterkalasi) senyawa titanium dioksida
(TiO2) di antara struktur agrerat alofan
(Sugiarti et al. 2010). Nanokomposit yang
terbentuk akan memiliki sifat fisikokimia
yang lebih baik dibandingkan mineral alofan
sebelum dimodifikasi.
Titanium dioksida diketahui dapat
mendegradasi limbah organik menjadi
senyawa-senyawa
yang
lebih
ramah
lingkungan, seperti H2O dan O2 (Hagfeld &
Gratzel 1995). Senyawa organik didegradasi
melalui oksidasi fotokatalisis dengan bantuan
sinar ultraviolet (UV). Dengan demikian,
nanokomposit alofan-TiO2 yang disintesis
diharapkan akan memiliki kemampuan
adsorpsi dan fotodegradasi.
Penelitian sebelumnya, Widiyanti (2011)
berhasil mensintesis nanokomposit alofanTiO2 dan terbukti memiliki kemampuan
adsorpsi dan fotodegradasi terhadap zat warna
biru metilena. Selain itu, nanokomposit yang
dihasilkan tersebut memiliki daya jerap yang
lebih besar daripada mineral alofan aslinya.
Pada penelitian ini dilakukan optimisasi
adsorpsi dan karakterisasi baik alofan maupun
optimisasi
nanokomposit
alofan-TiO2.
adsorpsi dilakukan terhadap parameter waktu
agitasi dan bobot adsorben. Selain itu,
penelitian ini juga mempelajari proses
adsorpsi yang terjadi. Adanya aktivitas
fotokatalisis pada sampel nanokomposit
diketahui melalui uji fotodegradasi.
METODE
Bahan dan Alat
Alat
yang
digunakan
adalah
spektrofotometer
UV-tampak,
SEM,
Difraktometer sinar-X, shaker, sentrifuga,
lampu UV, neraca analitik, oven, dan
peralatan kaca.
Bahan-bahan yang digunakan ialah tanah
vulkanik dari Gunung Lawu (Tawangmangu),
akuades, serbuk titanium oksida anatase P 25,
AgNO3, NaOH, kertas pH, membran dialisis,
dan biru metilena.
Lingkup Kerja
Penelitian ini terdiri dari beberapa tahap
(Lampiran 1). Tahap pertama ialah ekstraksi
alofan dari tanah vulkanik. Tahap kedua,
2
optimisasi adsorpsi dan karakterisasi alofan.
Tahap ketiga, sintesis nanokomposit alofanTiO2. Tahap keempat, optimisasi adsorpsi dan
karakterisasi nanokomposit alofan-TiO2. Dan
tahap kelima adalah uji fotodegradasi alofan
dan nanokompositnya.
Ekstraksi Alofan dari Tanah Vulkanik
(Henmi & Wada 1976)
Sampel tanah vulkanik dikeringudarakan
terlebih dahulu sampai kering. Setelah itu,
sampel dihaluskan sehingga diperoleh ukuran
200 mesh. Setelah itu, sampel sebanyak 10
gram ditambahkan dengan akuades dan
dikondisikan pH-nya untuk mendapatkan
larutan yang terdispersi, dengan kisaran pH 4
sampai 10. Untuk pH 4 ditambahkan dengan
HCl dan pH 10 dengan NaOH.
Sampel kemudian ditempatkan pada
tabung silinder 1 L dan dienaptuangkan
selama 10-20 jam sesuai dengan keadaan suhu
ruangan. Fraksi lempung atas (< 2 µm)
dipersiapkan dengan mengambil larutan
koloid tersebut dengan jarak 10 cm dari
permukaan larutan. Fraksi ini ditampung dan
diflokulasikan dengan penambahan NaCl.
Setelah fraksi terflokulasi, larutan bagian
atas dibuang dan endapan dikumpulkan.
Endapan kemudian dimasukkan ke dalam
membran dialisis. Membran kemudian
direndam dengan akuades sampai endapan
bebas NaCl. Endapan yang bebas NaCl
diketahui dengan menggunakan AgNO3
sampai tidak ada endapan putih. Setelah itu,
larutan disentrifugasi 3500 rpm selama 20
menit dan diambil endapannya (alofan).
Endapan
yang
diperoleh
kemudian
dikeringudarakan.
Analisis
(SEM)
Mikroskop
Elektron
Payaran
Sebelum dilakukan pemayaran, sampel
terlebih dahulu dilapisi dengan emas (Au).
Setelah
itu,
dilakukan
pemayaran
menggunakan sinar-X. Pemayaran objek
sampel diamati dengan perbesaran tertentu
untuk melihat morfologi permukaan sampel.
Analisis Difraktometer Sinar-X (XRD)
Sampel diletakkan dan dimampatkan pada
lempeng aluminium. Selanjutnya, lempeng
yang telah ditempatkan sampel dilakukkan
pemayaran
dengan
sinar-X.
Derajat
kristalinitas sampel ditentukan dengan metode
Gaussian berdasarkan luas area di bawah
spektrum sampel.
Sintesis
Nanokomposit
(Widiyanti 2010)
Alofan-TiO2
Sintesis nanokomposit dilakukan dengan
membuat sistem koloid yang stabil antara
alofan dan TiO2. Alofan dan titanium dioksida
dengan komposisi 9:1 dicampurkan dengan
penambahan air suling. Setelah itu
ditambahkan NaOH sampai pH 8 agar sistem
koloid tetap stabil. Campuran kemudian
didiamkan selama 24 jam kemudian
dipanaskan pada suhu 100 oC. Nanokomposit
yang diperoleh dicirikan dengan XRD dan
SEM.
Penentuan Waktu Agitasi Optimum untuk
Adsorpsi
Sebanyak 50 mg sampel alofan
ditambahkan larutan biru metilena 200 ppm
sebanyak 10 mL. Setelah itu, larutan diagitasi
dengan variasi waktu 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5,
3.0, 4.0, dan 6 jam. Setelah itu, larutan
disentrifugasi selama 20 menit dengan
kecepatan 3500 rpm untuk memisahkan
endapan. Campuran kemudian diukur
absorbannya menggunakan spektrofotometer
UV-Vis pada panjang gelombang 664 nm.
Kapasitas
adsorpsi
dihitung
dengan
menggunakan persamaan berikut:
Q=
Keterangan:
Q = Kapasitas adsorpsi
V = Volume larutan (mL)
Co = Konsentrasi awal (ppm)
Ca = Konsentrasi akhir (ppm)
M = Massa adsorben (g)
Penentuan waktu optimum juga dilakukan
pada sampel nanokomposit alofan-TiO2
dengan perlakuan yang sama seperti alofan.
Penentuan Bobot Adsorben Optimum
untuk Adsorpsi
Sampel alofan atau nanokompositnya
dengan variasi bobot 30, 40, 50, 60, 80, dan
90 mg ditambahkan larutan biru metilena 100
ppm sebanyak 10 mL. Setelah itu, larutan
diagitasi berdasarkan waktu optimum yang
diperoleh. Larutan disentrifugasi selama 20
menit dengan kecepatan 3500 rpm untuk
memisahkan endapan. Campuran kemudian
diukur
absorbannya
menggunakan
spektrofotometer UV-Vis pada panjang
gelombang 664 nm.
3
Uji Fotodegradasi Senyawa Biru Metilena
Sebanyak 70 mg nanokomposit alofanTiO2 ditambahkan 15 mL larutan biru
metilena dengan konsentrasi 12.5 ppm.
Larutan kemudian disinari dengan sinar UV
pada panjang gelombang 365 nm selam 6 jam.
Setelah itu, diambil filtratnya dan dilakukan
analisis menggunakan spektrofotometer UVVis pada panjang gelombang 200–700 nm.
Uji fotodegradasi juga dilakukan pada
sampel alofan, TiO2, dan biru metilena
sebagai pembanding. Setelah itu, hasilnya
dibandingkan dengan perlakuan tanpa sinar
UV.
Karakterisasi
A
B
HASIL DAN PEMBAHASAN
Ekstraksi Alofan
Mineral alofan memiliki sifat permukaan
yang khas yaitu muatan yang bervariasi
berdasarkan nilai pH kondisinya (Elsheikh et
al. 2008). Alofan yang bermuatan positif akan
terdispersi pada pH asam sedangkan yang
bermuatan negatif pada pH basa. Alofan yang
diekstraksi dari tanah vulkanik Gunung Lawu
terdispersi stabil pada pH 10. Hal ini
menunjukkan mineral alofan yang terkandung
dalam tanah vulkanik cenderung bermuatan
negatif. Terbentuknya muatan negatif dapat
disebakan melalui mekanisme deprotonisasi
pada gugus silanol dan aluminol sehingga
kation dan logam berat mudah terikat (Abidin
et al. 2005).
Mineral alofan diketahui memiliki
beragam nisbah mol Si/Al dengan kisaran
antara 0.6 sampai 1.2. Keragaman ini dapat
disebabkan oleh faktor curah hujan dan suhu
lingkungan yang mempengaruhi laju pelarutan
silikon dari suatu proses pelapukan batuan
dasar pada lingkungan tersebut. Perbedaan
nisbah Si/Al juga berpengaruh terhadap
muatan alofan. Alofan yang memiliki nisbah
Si yang lebih besar cenderung bermuatan
negatif dan akan cenderung bermuatan positif
jika nisbah Al yang lebih besar. Namun, pada
dasarnya alofan memiliki struktur dasar yang
sama dan yang membedakan adalah gugus
silika yang terikat pada bagian pori alofan
(Abidin et al. 2008). Dengan demikian, alofan
yang diekstraksi dari sumber tanah vulkanik
yang berbeda kemungkinan akan memiliki
karakter yang juga berbeda.
Gambar 1
Morfologi A) alofan, dan B)
nonokomposit.
Hasil penampakan melalui SEM hanya
mampu menunjukkan ukuran granula sampel,
yaitu dengan perbesaran maksimal 20 000
kali. Granula alofan memiliki morfologi bulat
tidak beraturan dengan berbagai macam
variasi ukuran, berwarna agak gelap, dan
penyebarannya merata. Nanokompositnya
memiliki morfologi bulat tidak beraturan
dengan ukuran yang relatif lebih besar,
memiliki warna yang lebih terang, dan
penyebarannya merata (Gambar 1). Ukuran
granula keduanya sekitar 250-300 nm.
Nishikiori (2011) berhasil menunjukkan
bahwa ukuran satu partikel alofan berkisar
antara 5-10 nm.
Ukuran granula yang lebih besar pada
sampel nanokomposit dapat disebabkan
karena adanya pembentukan agregrat molekul
alofan saat pemanasan pada proses
sintesisnya. Sedangkan, warna yang lebih
terang kemungkinan disebabkan karena
keberadaan molekul TiO2 yang berwarna
putih dengan ukuran yang lebih kecil, yaitu
sekitar 7 nm.
4
= alofan
= nanokomposit alofan-TiO2
Gambar 2 Difraktogram XRD alofan dan nanokomposit
Optimisasi Adsorpsi
Pada penelitian ini dilakukan optimisasi
terhadap dua parameter adsorpsi, yaitu waktu
agitasi dan bobot adsorben. Sebelumnya, telah
dilakukan optimisasi terhadap konsentrasi biru
metilena sebagai adsorbat yang diketahui
memiliki konsentrasi optimum adsorpsi
sebesar 200 ppm (Widiyanti 2011).
Hasil pengujian menunjukkan adsorpsi
biru metilena oleh alofan dan nanokomposit
mencapai kondisi optimum dengan waktu
agitasi selama 1.5 jam (Gambar 3, Lampiran
2). Ini disebabkan pada waktu agitasi yang
lebih lama dari 1.5 jam, nilai kapasitas
adsorpsinya cenderung datar.
kapasitas adsorpsi (mg/g)
Pola difraksi sinar-X dari alofan dan
nanokomposit alofan-TiO2 ditampilkan pada
difraktogram Gambar 2. Refleksi spesifik baik
mineral alofan maupun nanokomposit
menunjukkan intensitas tertinggi pada 2 =
20.24o. Pergeseran sudut 2 ke kiri dan
munculnya puncak 2
= 25.24o pada
difraktogram nanokomposit adalah akibat
adanya titanium dioksida yang terperangkap
dalam agragat alofan. Hal ini menunjukkan
proses interkalasi titanium dioksida ke dalam
struktur agregat alofan telah berhasil
dilakukan.
Menurut West (1984), refleksi intensitas
difraksi
sinar-X
mengindikasikan
kesempurnaan kristal dan kerapatan atom
dalam kristal. Semakin ramping refleksi
intensitas suatu material maka kristalinitasnya
semakin baik dengan susunan atom semakin
rapat.
Abidin (2008) menunjukkan bahwa
difraktogram mineral alofan hampir tidak ada
puncak atau bersifat amorf (kristalinitas <
50%). Namun, hasil pengukuran menunjukkan
difraktogram alofan dan nanokomposit masih
memiliki beberapa puncak dengan intensitas
cukup kuat dan memiliki nilai kristalinitas
yang cukup tinggi, yaitu masing-masing
76.55% dan 67.87%. Tingginya nilai
kristalinitas ini dapat disebabkan karena masih
adanya pengotor pada sampel. Pengotornya
dapat berupa gibsit, feldspar, kaolin, dan
monmorilonit (Heraldy et al.2004).
31
29
27
25
23
21
19
17
0
1
2
3
4
5
6
7
waktu agitasi (jam)
♦ = alofan
■ = nanokomposit alofan-TiO2
Gambar 3 Optimisasi waktu agitasi adsorpsi
oleh alofan dan nanokomposit
Waktu agitasi yang lebih lama tidak selalu
diikuti dengan kenaikan kapasitas adsorpsi.
Hal ini disebabkan agitasi yang berlebih dapat
menyebabkan molekul adsorbat yang terikat
pada adsorben terlepas kembali sehingga bisa
menurunkan efektivitas adsorpsi. Fenomena
ini biasa terjadi pada jenis adsorpsi fisik
(fisisorpsi).
Waktu agitasi optimum yang diperoleh
digunakan sebagai waktu agitasi dalam
penentuan bobot optimum absorben dalam
menjerap biru metilena. Hasil pengukuran
sampel
alofan
dan
nanokomposit
menunjukkan adsorpsi mencapai optimum
dengan bobot masing-masing sebesar 80 dan
60 mg (Gambar 4, Lampiran 3). Kenaikan
bobot setelah 80 mg untuk alofan dan 60 mg
5
untuk nanokomposit sudah tidak diikuti
dengan kenaikan persentase adsorpsi.
102
% Adsorpsi
100
98
96
94
92
90
0,020
♦ = alofan
0,040
0,060
0,080
0,100
Bobot (g)
■ = nanokomposit alofan-TiO2
Gambar 4 Optimisasi bobot adsorben untuk
adsorpsi
pada
alofan
dan
nanokomposit.
Nanokomposit memiliki daya jerap yang
lebih besar daripada alofan. Hal ini dapat
disebabkan karena molekul titanium dioksida
dapat menyelinap di antara struktur agregrat
alofan membentuk rongga baru sehingga
permukaan sisi aktifnya lebih besar.
Isoterm Adsorpsi
Isoterm adsorpsi adalah hubungan yang
menunjukkan distribusi adsorben antara fase
teradsorpsi pada permukaan adsorben dengan
fase ruah saat kesetimbangan pada temperatur
tertentu. Pada penelitian ini, adsorpsi biru
metilena oleh alofan dan nanokomposit diuji
dengan tiga persamaan, yaitu persamaan
Freundlich,
Langmuir,
dan
DubininRaduskevich. Berdasarkan nilai linearitas
tertinggi, adsorpsi biru metilena oleh alofan
dan nanokomposit mengikuti persamaan
Langmuir (Tabel 1). Dengan demikian, dapat
diasumsikan bahwa adsorben memiliki
permukaan yang homogen sehingga proses
adsorbsi terjadi melalui mekanisme yang sama
dan membentuk satu lapisan tunggal saat
adsorpsi maksimum.
Tabel 1 Nilai linearitas isoterm adsorpsi biru
metilena
oleh
alofan
dan
nanokomposit.
Sampel
Isoterm
Alofan
Freundlich
Nanokomposit
% linearitas
94.0
Langmuir
97.7
Dubinin-Radushkevich
71.2
Freundlich
94.3
Langmuir
98.8
Dubinin-Radushkevich
72.8
Mekanisme adsorpsi biru metilena oleh
alofan dan nanokomposit dapat diketahui
menggunakan
persamaan
DubininRaduskevich dengan menentukkan Energi
bebas rata-rata adsorpsi (Ea). Berdasarkan
nilai Ea yang didapat, ada dua asumsi terhadap
jenis adsorpsi. Jika Ea kurang dari 8 kJ/mol
maka proses adsorpsi yang terjadi merupakan
adsorpsi fisika (fisisorpsi). Jika nilai Ea yang
didapat lebih dari 8 kJ/mol maka proses
adasorpsi yang terjadi merupakan adsorpsi
kimia (kimisorpsi). Selain itu, jika nilai E a
berkisar 8–16 kJ/mol, maka adsorpsi kimia
tersebut terjadi melalui pertukaran ion (Chen
et al. 2011; Guney et al. 2007).
Hasil perhitungan menunjukkan bahwa
energi bebas rata-rata adsorbsi biru metilena
oleh alofan dan nanokomposit secara berturutturut adalah 2.96 kJ/mol dan 4.30 kJ/mol
(Lampiran 4). Hal ini menunjukkan adsorpsi
biru metilena oleh kedua sampel terjadi secara
fisisorpsi. Jenis adsorpsi ini cocok untuk
proses adsorpsi yang membutuhkan proses
regenerasi karena zat yang terjerap hanya
terikat lemah pada permukaan adsorben.
Uji Fotodegradasi
Fotodegradasi
merupakan
proses
penguraian senyawa organik dengan bantuan
energi cahaya (foton) melalui reaksi
fotokatalisis. Oksida logam TiO2 dapat
dijadikan katalis dalam reaksi fotokatalisis.
TiO2 dapat digunakan sebagai fotokatalis
karena merupakan semikonduktor yang
mampu mengadsorpsi radiasi elektromagnetik
pada daerah ultraviolet.
Mekanisme fotodegradasi diawali dengan
adanya loncatan elektron dari pita valensi ke
vita konduksi pada logam semikonduktor, jika
dikenai energi foton. Loncatan elektron ini
menyebabkan timbulnya hole (lubang
elektron) yang dapat berinteraksi dengan air
membentuk radikal hidroksida (•OH) yang
merupakan oksidator kuat. Elektron pada pita
konduksi akan bereaksi dengan oksigen di
lingkungan menghasilkan radikal superoksida
(•O2-) yang bersifat sebagai reduktor. Radikal
bersifat aktif dan dapat terus terbentuk
sehingga bereaksi dan menguraikan senyawa
organik target (Fatimah & Wijaya 2005).
Nanokomposit alofan-TiO2 dapat berperan
sebagai fotokatalis dalam reaksi fotokatalisis
dengan bantuan sinar UV. Hal ini dapat
dibuktikan dengan membandingkan perlakuan
dengan
dan
tanpa
penyinaran
UV.
Nanokomposit yang telah disinari UV selama
6 jam terbukti mampu mendegradasi zat
6
warna biru metilena. Ini ditunjukkan dengan
hilangnya
warna
biru
pada
sampel
nanokomposit (Lampiran 5). Pada sampel
yang tidak disinari UV, tidak terjadi proses
fotodegradasi melainkan hanya proses
adsorpsi.
Adanya aktivitas fotokatalisis juga dapat
dilihat dengan membandingkan spektrum
sinar UV filtrat nanokomposit yang diberi
perlakuan dengan dan tanpa penyinaran sinar
UV (Gambar 5, Lampiran 6). Spektrum filtrat
nanokomposit tanpa perlakuan penyinaran
masih menunjukkan adanya spektrum
adsorpsi biru metilena dengan persentase
adsorpsi
sebesar
85.19%.
Sedangkan
spektrum filtrat nanokomposit dengan
penyinaran UV sudah tidak menunjukkan
adanya spektrum adsorpsi biru metilena
dengan persentase adsorpsi sebesar 99.05%.
Terlihat bahwa telah terjadi penurunan
konsentrasi biru metilena setelah disinari UV
selama 6 jam. Hal ini menunjukkan bahwa
nanokomposit alofan-TiO2 yang disintesi
terbukti
mampu
menjerap
dan
memfotodegradasi senyawa biru metilena
dengan bantuan sinar UV.
Saran
Perlu dilakukan optimisasi komposisi
dalam pembuatan nanokomposit alofan-TiO2
sehingga diperoleh material dengan daya jerap
dan aktivitas fotokatalisis yang lebih baik.
Selain itu, perlu juga dilakukan uji
kemampuan regenerasinya sebagai adsorben.
DAFTAR PUSTAKA
Abidin Z, Matsue N, Henmi T. 2008.
Structure of nano-ball allophone and its
surface properties. Clay and clay minerals
28: 285-294.
Alfano OM, Bahnemann D, Cassano AE,
Dillert R, Goslich R. 2000. Photocatalysis
in water environments using artificial and
solar light. Catal. Today 58:199–230.
Chen CY, Yang CY, Chen AH. 2011.
Biosorption of Cu(II), Zn(II), Ni(II) and
Pb(II) ions by cross-linked mentalimprinted chitosans with epichlorohydrin.
J. Env. Man. 92:796-802.
Elsheikh MA, Matsue N, Henmi T. 2008.
Competitive adsorption of oxalate and
phosphate
on
allophane
at
low
concentration. Clay Science 13:213-222.
Fatimah I & Wijaya K. 2005. Sintesis TiO2zeolit sebagai fotokatalis pada pengolahan
limbah cair industri tapioka secara
adsorpsi-fotodegradasi. TEKNOIN 10:4.
= dengan penyinaran UV
= tanpa penyinaran UV
Gambar 5 Spektrum UV filtrat nanokomposit
dengan dan tanpa penyinaran UV.
SIMPULAN DAN SARAN
Güney A, Arslankaya E, Tosun İ. 2007. Lead
removal from aqueous solution by natural
and pretreated clinoptilolite: Adsorption
equilibrium and kinetics. J. Haz. Mat.
146:362-371.
Hagfeldt A, Gratzel M. 1995. Light induced
redox reactions in nanocrystalline systems.
Chem. Rev. 95:49–68.
Simpulan
Nanokomposit alofan-TiO2 telah berhasil
disintesis dan terbukti selain mampu menjerap
juga mampu menfotodegradasi zat warna biru
metilena. optimisasi Adsorpsi biru metilena
oleh alofan dan nanokomposit diperoleh
waktu agitasi optimum selama 1.5 jam untuk
kedua sampel. Sedangkan bobot optimumnya
masing-masing adalah 80 dan 60 mg.
Adsorpsi oleh kedua sampel mengikuti
isoterm Langmuir dan terjadi secara fisisorpsi.
Hanudin E, Matsue N, Henmi T. 2002.
Reactions of some short-range ordered
aluminosilicate with selected organic
ligands. Clays and clays minerals 28: 319332.
Henmi T, Wada K. 1976. Morphology and
composition of Allophane. American
Mineralogist 61: 379-390.
7
Heraldy E, Pranoto, Dini P. 2004. Studi
Karakterisasi dan Aktivasi Alofan Alam
serta Aplikasinya sebagai Adsorben
Logam Zn menggunakan Metode Kolom.
Alchemy 3: 32-42.
Hoffmann MR, Martin ST, Choi W,
Bahnemann DW. 1995. Environmental
applications
of
semiconductor
photocatalysis. Chem. Rev. 95:69–96.
Lisebigier AL, Lu GQ, Yates JT. 1995.
Photocatalysis on TiO2 surface: principles,
mechanisms, and selected results. Chem.
Rev 95: 735-758.
Miguel R, Victor S, Santiago E, Cesar P.
2002. Photo-Fenton treatment of a
biorecalcitrant wastewater generated in
textile activities: biodegradability of the
photo-treated solution. J. Photochem.
Photobiol. A: Chem. 151:129–135.
Nishikiori H, Furukawa M, Fujii S, Tanaka.
2011. Degradation of Trichloroethilene
Using Highly Adsorptive Allophane-TiO2
nanocomposite. Applied Catalysis B:
Environmental 102:470-474.
Nishikiori H,Kobayashi K, Kubota S, Tanaka
N, Fujii T. 2009. Removal of detergen and
Fats from waste water using allophane.
Applied Clay Science 47:325-329.
Sugiarti S, Abidin Z, Sudadi U, Henmi T.
2010.
Formulasi
dan
Fabrikasi
Nanokomposit Nano-Ball Allophane/TiO2
sebagai Fotokatalis untuk Penguraian
Senyawa Organik Berbahaya. Laporan
Hibah Kompetitif Penelitian untuk
Publikasi Internasional. Kemdiknas.
Tamad dan Hanudin E. 2008. Kompetisi
Anion Organik dan Anorganik dalam
Membentuk Kompleks dengan Allofan
dalam Upaya Perbaikan Ketersediaan
Fosfat pada Andisol. Jurnal Ilmu Tanah
dan Lingkungan 8:126-137.
West AR. 1984. Solid State Chemistry and Its
Applications. New York: John Wiley &
Sons Ltd.
Widiyanti E. 2011. Sintesis Nanokomposit
Alofan/TiO2 dan Uji Fotodegradasi pada
Zat Pewarna Biru Metilena [Skripsi].
Bogor: Program Sarjana Institut Pertanian
Bogor.
LAMPIRAN
9
Lampiran 1 Diagram alir penelitian
Ekstraksi alofan dari
tanah vulkanik
optimisasi adsorpsi
biru metilena
Alofan
Karakterisasi XRD
dan SEM
Sintesis nanokomposit
Alofan-TiO2
optimisasi
adsorpsi
Biru metilena
Nanokomposit
Alofan-TiO2
Uji fotodegradasi
Karakterisasi XRD
dan SEM
10
Lampiran 2 optimisasi waktu agitasi adsorpsi biru metilena
a. Alofan
waktu
agitasi
(jam)
0.5
1
1.5
2
2.5
3
4
6
Massa
(g)
Absorban
Faktor
pengenceran
konsentrasi
awal (ppm)
konsentrasi
akhir (ppm)
kosentrasi
terjerap
(ppm)
Q
(mg/g)
0.0501
0.484
50
200
126.4645
73.5355
22.0166
0.0504
0.482
50
200
125.9511
74.0489
22.0384
0.0500
0.478
50
200
124.9243
75.0757
22.5227
0.0501
0.474
50
200
123.8974
76.1026
22.7852
0.0505
0.450
50
202
117.7363
84.2637
25.0288
0.0495
0.451
50
200
117.9930
82.0070
24.8506
0.0497
0.455
50
200
119.0199
80.9801
24.4407
0.0502
0.459
50
202
120.0467
81.9533
24.4880
0.0503
0.465
50
202
121.5870
80.4130
23.9800
0.0494
0.465
50
200
121.5870
78.4130
23.8096
0.0497
0.463
50
200
121.0736
78.9264
23.8209
0.0502
0.460
50
200
120.3034
79.6966
23.8137
0.0501
0.471
50
200
123.1273
76.8727
23.0158
0.0502
0.470
50
202
122.8706
79.1294
23.6443
0.0498
0.469
50
202
122.6139
79.3861
23.9115
0.0499
0.453
50
200
118.5064
81.4936
24.4971
Persamaan garis kurva standar biru metilena:
b.
waktu
agitasi
(jam)
0.5
1
1.5
2
2.5
3
4
6
y= 0.19477x - 0.00863
Q ratarata
(mg/g)
22.0275
22.6540
24.9397
24.4644
23.8948
23.8173
23.3300
24.2043
R2 = 0.99913
Nanokomposit
63.5386
kosentrasi
terjerap
(ppm)
136.4614
27.1295
62.4788
137.5212
27.1245
200
62.2139
137.7861
27.6125
50
200
61.6840
138.3160
27.6080
0.201
50
200
53.7357
146.2643
29.0207
0.201
50
200
53.7357
146.2643
29.0784
0.0505
0.215
50
200
57.4449
142.5551
28.2287
0.0504
0.212
50
200
56.6501
143.3499
28.4424
0.0507
0.208
50
200
55.5903
144.4097
28.4832
0.0505
0.209
50
200
55.8552
144.1448
28.5435
0.0501
0.204
50
200
54.5305
145.4695
29.0358
0.0502
0.203
50
200
54.2656
145.7344
29.0308
0.0502
0.198
50
200
52.9409
147.0591
29.2946
0.0501
0.201
50
200
53.7357
146.2643
29.1945
0.0500
0.208
50
200
55.5903
144.4097
28.8819
0.0501
0.203
50
200
54.2656
145.7344
29.0887
Massa
(g)
Absorban
Faktor
pengenceran
konsentrasi
awal (ppm)
konsentrasi
akhir (ppm)
0.0503
0.238
50
200
0.0507
0.234
50
200
0.0499
0.233
50
0.0501
0.231
0.0504
0.0503
Persamaan garis kurva standar biru metilena: y= 0.18872x - 0.00182
R2= 0.99895
Q
(mg/g)
Q ratarata
(mg/g)
27.1270
27.6102
29.0495
28.3356
28.5133
29.0333
29.2446
28.9853
11
Lanjutan Lampiran 2
Contoh perhitungan:
Kapasitas adsorpsi (Q)
Q=
Keterangan:
Q = Kapasitas adsorpsi
V = Volume larutan (ml)
Co = Konsentrasi awal (ppm)
Ca = Konsentrasi akhir (ppm)
M = Massa adsorben (g)
Lampiran 3 optimisasi bobot adsorben terhadap adsorpsi biru metilena
a.
Alofan
Massa
(g)
Absorban
konsentrasi
awal (ppm)
konsentrasi
akhir (ppm)
konsentrasi
terjerap (ppm)
%
Adsorpsi
Kapasitas
Adsorpsi (Q)
(mg/g)
0,0399
1.406
100
7.3997
92.6003
92.600
23.2081
0,0403
1.724
100
9.0734
90.9266
90.927
22.5624
0,0499
0.916
100
4.8208
95.1792
95.179
19.0740
0,0505
1.004
100
5.2839
94.7161
94.716
18.7557
0,0600
0.507
100
2.6682
97.3318
97.332
16.2220
0,0604
0.591
100
3.1103
96.8897
96.890
16.0413
0,0705
0.263
100
1.3839
98.6161
98.616
13.9881
0,0701
0.286
100
1.5050
98.4950
98.495
14.0506
0,0801
0.084
100
0.4418
99.5582
99.558
12.4292
0,0800
0.087
100
0.4576
99.5424
99.542
12.4428
0,0900
0.080
100
0.4208
99.5792
99.579
11.0644
0,0900
0.098
100
0.5155
99.4845
99.484
Persamaan garis kurva standar biru metilena: y=0.19000x + 0,00005 R2 = 0.99980
11.0538
102
% adsorpsi
100
98
96
94
92
90
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
Bobot (g)
0,08
0,09
0,10
12
Lanjutan Lampiran 3
b.
Nanokomposit alofan/TiO2
Massa
(g)
Absorban
konsentrasi
awal (ppm)
konsentrasi
akhir (ppm)
konsentrasi
terjerap
(ppm)
%
Adsorpsi
Kapasitas Adsorpsi
(Q) (mg/g)
0.0308
1.118
100
5.8839
94.1161
94.116
30.5572
0.0307
1.686
100
8.8734
91.1266
91.127
29.6829
0.0401
0.729
100
3.8366
96.1634
96.163
23.9809
0.0403
0.500
100
2.6313
97.3687
97.369
24.1610
0.0499
0.274
100
1.4418
98.5582
98.558
19.7511
0.0503
0.180
100
0.9471
99.0529
99.053
19.6924
0.0599
0.079
100
0.4155
99.5845
99.584
16.6251
0.0602
0.059
100
0.3103
99.6897
99.690
16.5598
0.0799
0.051
100
0.2682
99.7318
99.732
12.4821
% adsorpsi
0.0800
0.023
100
0.1208
99.8792
Persamaan garis kurva standar biru metilena: y=0.19000x + 0,00005
99.879
R2 = 0.99980
101
100
99
98
97
96
95
94
93
92
91
90
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
Bobot (g)
0,08
0,09
0,10
12.4849
13
Lampiran 4 Isoterm adsorpsi biru metilena oleh alofan dan nanokomposit
a.
alofan
C awal
(mg/L)
C akhir
(mg/L)
C teradsorpsi
(mg/L)
Massa
(g)
Isoterm Langmuir
x/m
c/(x/m)
X* (g)
(mg/g) (g/L)
Isoterm Freundlich
log c
log x/m
100
7.3997
92.6003
0.0399
0.0009
23.2081
0.3188
0.8692
100
9.0734
90.9266
0.0403
0.0009
22.5624
0.4021
0.9578
100
4.8208
95.1792
0.0499
0.0010
19.0740
0.2527
100
5.2839
94.7161
0.0505
0.0009
18.7557
100
2.6682
97.3318
0.0600
0.0010
100
3.1103
96.8897
0.0604
0.0010
100
1.3839
98.6161
0.0705
100
1.5050
98.4950
100
0.4418
100
0.4576
100
0.4208
ɛ2
1.3656
3.1445
0.0985
1.3534
3.1163
0.0670
0.6831
1.2804
2.9483
0.2179
0.2817
0.7230
1.2731
2.9315
0.1842
16.2220
0.1645
0.4262
1.2101
2.7864
0.6213
16.0413
0.1939
0.4928
1.2052
2.7752
0.4766
0.0010
13.9881
0.0989
0.1411
1.1458
2.6382
1.8136
0.0701
0.0010
14.0506
0.1071
0.1775
1.1477
2.6427
1.5919
99.5582
0.0801
0.0010
12.4292
0.0355
-0.3547
1.0944
2.5201
8.5784
99.5424
0.0800
0.0010
12.4428
0.0368
-0.3395
1.0949
2.5211
8.2307
99.5792
0.0900
0.0010
11.0644
0.0380
-0.3759
1.0439
2.4037
9.0804
0.5155
99.4845
0.0900 0.0010 11.0538
Nilai x = Cteradsorpsi (ppm) x Volume larutan (L) x
0.0466
-0.2877
1.0435
2.4028
7.1309
ɛ = RT ln (1 + 1/Ce)
keterangan:
ɛ = Potensial polanyi
R = Konstanta gas ideal (J/K.mol)
T = Suhu kontak (0K)
Isoterm Freunlich
log x/m
100
ln Q
-0,60
1,60
1,40
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
-0,10
y = 0.2154x + 1.1323
R² = 0.9405
0,40
log c
0,90
1,40
14
Lanjutan Lampiran 4
Isoterm Langmuir
c/(x/m) (g/L)
0,50
y = 0.0421x + 0.0347
R² = 0.9773
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
C (mg/L)
Isoterm Dubinin-Radushkevich
3,50
3,00
Ln Q
2,50
y = -0.057x + 2.9169
R² = 0.7125
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
ɛ2
Penentuan nilai Energi bebas rata-rata adsorpsi (Ea) (kJ/mol) pada suhu kontak (T) 29 oC.
lnQ = Kɛ2 + lnQDR
(persamaan Dubinin-Radushkevich)
Ea = (-2K)-0,5
Ea = (-2(-0.057))-0.5
= 2.96 kJ/mol
Keterangan:
Ea
Q
QDR
K
= Energi bebas rata-rata adsorpsi (kJ/mol)
= Kapasitas adsorpsi (mg/g)
= Kapasitas adsorpsi maksimum pada persamaan Dubinin-Radushkevich (mg/g)
= intersep dari persamaan Dubinin-Radushkevich
15
Lanjutan Lampiran 4
b.
Nanokomposit alofan TiO2
log c
log x/m
0.0308
Isoterm Langmuir
x/m
c/(x/m)
X* (g)
(mg/g)
(g/L)
0.0009
30.5572
0.1926
0.7697
91.1266
0.0307
0.0009
29.6829
0.2989
3.8366
96.1634
0.0401
0.0010
23.9809
100
2.6313
97.3687
0.0403
0.0010
100
1.4418
98.5582
0.0499
0.0010
100
0.9471
99.0529
0.0503
100
0.4155
99.5845
100
0.3103
100
0.2682
100
0.1208
C awal
(mg/L)
C akhir
(mg/L)
C
teradsorpsi
(mg/L)
massa
(g)
100
5.8839
94.1161
100
8.8734
100
Isoterm Freundlich
Ln Q
ɛ
1.4851
3.4196
0.1511
0.9481
1.4725
3.3906
0.0699
0.1600
0.5839
1.3799
3.1773
0.3290
24.1610
0.1089
0.4202
1.3831
3.1847
0.6363
19.7511
0.0730
0.1589
1.2956
2.9832
1.7021
0.0010
19.6924
0.0481
-0.0236
1.2943
2.9802
3.1852
0.0599
0.0010
16.6251
0.0250
-0.3814
1.2208
2.8109
9.2134
99.6897
0.0602
0.0010
16.5598
0.0187
-0.5083
1.2191
2.8070
12.7264
99.7318
0.0799
0.0010
12.4821
0.0215
-0.5716
1.0963
2.5243
14.8047
99.8792
0.0800
0.0010
12.4849
0.0097
-0.9180
1.0964
2.5245
30.4348
Nilai x = Cteradsorpsi (ppm) x Volume larutan (L) x
ɛ = RT ln (1 + 1/Ce)
keterangan:
ɛ = Potensial polanyi
R = Konstanta gas ideal (J/K.mol)
T = Suhu kontak (0K)
Isoterm Freunluich
2,00
log x/m
1,50
y = 0.2132x + 1.2841
R² = 0.9432
1,00
0,50
0,00
-1,50
-1,00
-0,50
0,00
log c
0,50
1,00
1,50
16
Lanjutan Lampiran 4
Isoterm Langmuir
c/(x/m) (g/L)
0,400
y = 0.0323x + 0.0157
R² = 0.9883
0,300
0,200
0,100
0,000
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
C (mg/L)
Isoterm Dubinin-Radushkevich
4,00
3,50
3,00
Ln Q
2,50
2,00
y = -0.0277x + 3.1832
R² = 0.7285
1,50
1,00
0,50
0,00
0
5
10
15
20
25
30
35
ɛ2
Penentuan nilai Energi bebas rata-rata adsorpsi (Ea) (kJ/mol) pada suhu kontak (T) 29 oC.
lnQ = Kɛ2 + lnQDR
(persamaan Dubinin-Radushkevich)
Ea = (-2K)-0.5
Ea = (-2(-0.0277))-0.5
= 4.30 kJ/mol
Keterangan:
Ea
Q
QDR
K
= Energi bebas rata-rata adsorpsi (kJ/mol)
= Kapasitas adsorpsi (mg/g)
= Kapasitas adsorpsi maksimum pada persamaan Dubinin-Radushkevich (mg/g)
= intersep dari persamaan Dubinin-Radushkevich
17
Lampairan 5 Uji fotokatalisis
a.
Tanpa Penyinaran UV
Alofan
b.
TiO2
Nanokomposit
TiO2
Nanokomposi
Penyinaran UV selama 6 jam
Alofan
18
Lampiran 6 Spektrum UV filtrat sampel
A) Tanpa Penyinaran UV
Biru metilena, Fp 20 kali
TiO2, Fb 20 kali
Nanokomposit
Alofan
B) Penyinaran UV selama 6 jam
Biru metilena, Fp 20 kali
TiO2
Nanokomposit
Alofan