3
diharapkan mampu menggabungkan sifat sorpsi yang dimiliki oleh zeolit dan sifat fotokatalis yang dimiliki oleh material fotokatalis yang
disisipkan.
B. Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang, maka dapat diidentifikasi beberapa masalah yang ada, antara lain:
1. Metode preparasi komposit CuO-zeolit alam
2. Karakterisasi komposit CuO-zeolit alam
3. Uji fotokatalis komposit CuO-zeolit alam pada fotodegradasi polutan
organik 4.
Sumber sinar yang digunakan pada proses fotodegradasi polutan organik
C. Pembatasan Masalah
Berdasarkan identifikasi masalah, maka pembatasan masalah dalam peneltian ini antara lain:
1. Metode preparasi fotokatalis komposit CuO-zeolit alam yang
digunakan adalah metode impregnasi 2.
Karakterisasi fotokatalis komposit CuO-zeolit alam dianalisis menggunakan XRD, FTIR, UV-Vis Diffuse Reflectance, dan SEM-
EDX 3.
Uji fotokatalis komposit CuO-zeolit alam dilakukan pada fotodegradasi congo red 10ppm dengan variasi berat CuO-zeolit alam
50; 100; 150; 200; dan 250 mg dan variasi waktu penyinaran selama 5; 10; 15; 20; 25; 30; 60; 90; 120; dan 150 menit
4
4. Sumber sinar yang digunakan pada proses fotodegradasi congo red
adalah sinar ultraviolet
D. Rumusan Masalah
Rumusan masalah yang diajukan dalam penelitian ini adalah: 1.
Bagaimanakah karakterisasi komposit CuO-zeolit alam menggunakan XRD, FTIR,UV-Vis Diffuse Reflectance dan SEM-EDX?
2. Berapa berat CuO-zeolit alam yang optimum pada fotodegradasi zat
warna congo red 10ppm di bawah sinar ultraviolet? 3.
Berapa waktu optimum fotodegradasi zat warna congo red 10ppm menggunakan fotokatalis komposit CuO-zeolit alam di bawah sinar
ultraviolet?
E. Tujuan Penelitian
Berdasarkan rumusan masalah yang ada, tujuan penelitian ini adalah: 1.
Mengetahui karakterisasi CuO-zeolit alam menggunakan XRD, FTIR, UV-Vis Diffuse Reflectance dan SEM-EDX
2. Mengetahui berat CuO-zeolit alam yang optimum pada fotodegradasi
zat warna congo red 10ppm di bawah sinar ultraviolet 3.
Mengetahui waktu optimum fotodegradasi zat warna congo red 10ppm menggunakan fotokatalis komposit CuO-zeolit alam di bawah sinar
ultraviolet
F. Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan beberapa manfaat, diantaranya:
5
1. Memberikan masukan atau informasi mengenai salah satu cara dalam
pengolahan limbah zat warna dengan memanfaatkan komposit CuO- zeolit alam sebagai fotokatalis
2. Memberikan informasi karakteristik komposit CuO-zeolit alam yang
disintesis menggunakan metode impregnasi 3.
Memberikan informasi waktu dan berat optimum pada fotodegradasi zat warna congo red 10ppm menggunakan fotokatalis komposit CuO-
zeolit alam di bawah sinar ultraviolet
6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
A. Deskripsi Teori
1. Zeolit
Zeolit adalah mineral dengan struktur kristal alumina silikat yang berbentuk rangka framework tiga dimensi, mempunyai rongga dan
saluran serta mengandung ion-ion logam seperti Na
+
, K
+
, Mg
2+
, Ca
2+
dan Fe
2+
serta molekul air. Zeolit mempunyai pori dan sisi aktif yang bermuatan negatif yang mengikat lemah kation penyeimbang muatan.
Pemanfaatan zeolit sangat luas seperti sebagai adsorben yang mampu menyerap zat organik dan anorganik, penukar ion, dan katalis. Zeolit
dikenal sebagai salah satu mineral yang memiliki sifat katalitik yang baik yang mempunyai energi celah pita 7 ev Ulrich Simon Marion E.
Franke, 1999. Kemampuan zeolit sebagai katalis berkaitan dengan tersedianya pusat-pusat aktif dalam saluran antar zeolit. Bila zeolit
digunakan pada proses katalitik maka akan terjadi difusi molekul ke dalam ruang kosong antar kristal dan reaksi kimia juga terjadi di permukaan
tersebut Arief, dkk., 2012. Pada kerangka zeolit, tiap atom Al bersifat negatif dan akan
dinetralkan oleh ikatan dengan kation yang mudah dipertukarkan. Kation yang mudah dipertukarkan yang ada pada kerangka zeolit ini berpengaruh
dalam proses adsorpsi dan sifat-sifat thermal zeolit. Selain jenis kation, kemampuan adsorpsi zeolit juga dipengaruhi oleh perbandingan SiAl dan
geometri pori-pori zeolit, termasuk luas permukaan dalam, distribusi
7
ukuran pori dan bentuk pori Laeli, M. Djaeni Aprilina Purbasari, 2011. Zeolit merupakan salah satu bahan pengemban yang baik karena
memiliki struktur yang stabil, murah, tersedia dalam berbagai macam ukuran dan distribusi pori serta memiliki permukaan yang cukup luas.
Logam-logam yang diembankan ke dalam zeolit akan menyebabkan luas permukaan relatif besar L. Kurnasari, 2010. Klinoptilolit adalah zeolit
alami yang paling umum dan memiliki isostruktural dengan Heulandit yang ditandai dengan 4-4-1 unit bangunan sekunder membentuk sistem
aluran 2-dimensi Rina, 2012. Zeolit klinoptilolite memiliki rumus kimia Na
4
K
4
A
l8
Si
40
O
96
.24H
2
O dan mempunyai struktur seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Struktur Zeolit Klinoptilolit 2.
CuO
TembagaIIoksida CuO merupakan kristal hitam yang diperoleh melalui pirolisis garam nitrat atau garam-garam okso
lainnya. CuO terdekomposisi pada suhu diatas 800 C menjadi Cu
2
O.
8
CuO mempunyai titik leleh 1200 C. CuO merupakan oksida basa
sehingga mudah larut dalam asam mineral seperti asam klorida dan asam sulfat membentuk garam-garam tembagaII. CuO mempunyai sistem
kristal monoklinik Citra, 2012. Tembaga oksida CuO adalah semikonduktor tipe-p dengan energi
celah pita berkisar antara 1,2-1,9 eV. CuO telah diteliti secara luas untuk berbagai aplikasi seperti konversi energi surya, baterai, sensor,
semikonduktor, dan katalis. Sifat CuO yang tidak beracun dan ketersediaan yang melimpah di alam membuat CuO menguntungkan dan
menjanjikan sebagai bahan untuk membuat perangkat aplikasi Senthuran, et al., 2013.
3. Fotokatalis
Reaksi fotokatalik akan melalui beberapa tahap yaitu adsorpsi sinar oleh semikonduktor sehingga menyebabkan pembentukan dan pemindahan
e
-
dan h
+
, reaksi redoks, dan desorpsi polutan Lu, et al., 2011. Pada semikonduktor dikenal istilah pita konduksi dan pita valensi. Pita konduksi
dan pita valensi ini memegang peranan penting dalam semikonduktor. Jarak antara pita konduksi dan pita valensi ini dinamakan energi celah pita
Eg. Eg merupakan besaran energi yang diperlukan suatu elektron untuk dapat tereksitasi dari pita valensi menuju ke pita konduksi. Semakin besar
Eg dari suatu senyawa atau unsur maka semakin sulit elektron untuk dapat tereksitasi karena semakin besar energi yang dibutuhkan untuk eksitasi
elektron Yusni, 2009.
9
Pengaktifan semikonduktor yang disuspensikan dalam larutan berair dengan sinar yang mempunyai energi sama atau lebih besar dari
energi celah pita semikonduktor akan menyebabkan elektron pada pita valensi pv tereksitasi ke pita konduksi pk. Eksitasi ini menyebabkan
terbentuknya hole yang bermuatan positif pada pv h
+
dan elektron yang bermuatan negatif pada pk sehingga terbentuklah pasangan elektron e
-
dan hole h
+
pada permukaan semikonduktor Li Wang, 2011. Hole positif apabila berinteraksi dengan molekul yang nukleofilik
maka akan terjadi reaksi oksidasi pada molekul tersebut dan membentuk radikal. Sedangkan elektron pada pita konduksi apabila berinteraksi
dengan molekul yang elektrofilik maka molekul tersebut akan mengalami reaksi reduksi sehingga menghasilkan radikal Wijaya, dkk., 2006.
Degradasi total polutan organik ini akan menghasilkan CO
2
, H
2
O, dan asam mineral. Salah satu fotokatalis yang sudah dikenal adalah oksida
logam transisi yang memiliki struktur semikonduktor. Aktivitas fotokatalis suatu bahan semikonduktor dapat ditingkatkan melalui pengembanan.
Kualitas cahaya mempengaruhi proses degradasi zat warna dalam fotokatalis. Penyinaran dengan sinar matahari pada sistem fotokatalis
menghasilkan penurunan konsentrasi zat warna yang lebih tinggi daripada perlakuan dengan sinar UV maupun perlakuan dalam kondisi gelap. Hal
tersebut dikarenakan sinar matahari memiliki intensitas dan panjang gelombang yang kontinyu mulai dari UV hingga tampak. Dalam kondisi
gelap Arfi
4. C
digun dapa
cong terak
ginja ditun
peng Kem
diseb adala
adala deng
asam p, penuruna
ina, Wardha
Congo Red
Congo re nakan. Kebe
t merusak b go red yang
kumulasi da al, dan sya
njukkan sepe
Penelitian gukuran me
mudian terpe babkan adan
ah 4,4-dihid ah asam 4-
gan mz 160 m 4-amino na
an konsentr ni Triandi
ed merupak eradaan zat
berbagai sp g mempuny
alam tubuh araf Ward
erti pada Gam
Gambar
n dari L. enggunakan
ecah menjad nya keterliba
droksil bifen -amino naft
muncul yan aftalena sulf
10
rasi terjadi i, 2015.
an salah sat warna cong
esies makhl ai toksisitas
dapat men dhana, 2004
mbar 2
r 2. Struktur
. Ghomath GC-MS,
di mz pada atan radikal
il dan senya alena sulfon
ng dimungkin fonik dengan
akibat ada
tu zat warn go red dalam
luk hidup k s cukup tin
nyebabkan g 4. Struktur
Congo Red hi Devi
congo red a 249, 253
hidroksil. M awa warna r
nik. Selanju nkan sebaga
n melepaska anya proses
na tekstil ya m lingkunga
karena sifat nggi. Congo
gangguan fu r kimia C
2009, me memiliki
, 274, dan Molekul yang
radikal yang utnya 1,4-na
ai turunan da an ion NH
4 +
s adsorpsi
ang banyak an perairan
zat warna red yang
ungsi hati, Congo Red
enunjukkan mz 651.
186 yang g terbentuk
g terbentuk aptalendiol
ari senyawa
+
, NO
3 -
dan
SO
3 -
bens fenol
mz 4
Tabel
No 1
2 3
4
5 6
5. D
radia mate
diham dalam
. 4,4-dihid ena. Muncu
l. Kemudian 44. Daftar fr
l 1. Daftar Fr
mz 249
186 160
162
110 94
Difraksi Sin
Kristal d asi elektrom
eri, terjadi mburkan ke
m satu fasa droksil bife
l mz 152 ya n keduanya
ragmentasi d ragmentasi C
Str
ar-X XRD
dapat diguna magnetik. Ke
interaksi d e segala ara
dan saling
11
nil terfragm aitu asam 2-
terfragment dari congo re
Congo Red ruktur
akan sebagai etika radiasi
dengan elek ah. Dalam b
memperkua mentasi me
-formilbenzo tasi kembali
ed ditunjukk N
Asam naftal
4,4, d 1,4 na
Asam
Quino bense
Fenol
i kisi tiga d i elektromag
ktron dalam beberapa ara
at satu sama enjadi 1,4-
oid dan mz i menjadi C
kan pada Tab Nama interm
m 4-amino, 3- lena sulfonik
dihidroksi bif aftalena diol
m 2-formilben
ol 1,4 dihidr ena
l
dimensi untu gnetik mele
m atom dan ah, gelomba
a lain sehin -dihidroksil
94 sebagai CO
2
dengan bel 1.
mediet -azo
k
fenil
nsoid
roksil
uk difraksi ewati suatu
n sebagian ang berada
gga terjadi
12
interferensi konstruktif sedangkan sebagian tidak satu fase dan saling meniadakan sehingga terjadi interferensi destruktif. Pada umumnya XRD
digunakan untuk analisa kuantitatif dan kualitatif seperti penentuan bentuk dan ukuran sel satuan kristal d, sudut, panjang ikatan, jumlah atom
persatuan kristal, identifikasi atau penentuan jenis kristal, dan lain sebagainya karena pola difraksi yang dihasilkan merupakan sejenis sidik
jari yang dapat dikenali Oxtoby, 2002. Sinar-X yang datang akan mengenai suatu bidang dan dipantulkan kembali seperti terlihat pada
Gambar 3.
Gambar 3. Difraksi Sinar-X
Prinsip dari XRD adalah interaksi elektromagnetik antara sinar-X dengan elektron dalam materi untuk memberikan efek perantara dengan
membandingkan ukuran struktur dan panjang gelombang radiasi. Zat padat dapat diidentifikasi dengan membandingkannya pada pola dasar difraksi
standar yang umumnya digunakan adalah JCPDS Join Committee on Powder Diffraction Standar Desinta, 2015.
13
6. Scaning Electron Microscopy- Electron Dispersive X-Ray Alanyser
SEM-EDX
Hasil dari pola refleksi dalam proses SEM memberikan informasi berupa topologi, morfologi, komposisi, informasi mengenai kekristalan
bahan. Gambaran permukaan yang diperoleh merupakan gambaran topologi dengan semua tonjolan dan lekukan permukaan. Gambaran
topologi ini diperoleh dari penangkapan elektron sekunder yang dipancarkan oleh sampel yang dilapisi konduktor sehingga berinteraksi
dengan berkas elektron yang dapat memberi informasi mengenai struktur morfologi dan jenis unsur. Sinyal yang dihasilkan ditangkap oleh detektor
kemudian direkam melalui monitor sehingga diperoleh gambaran topologi permukaan sampel. Mekanisme proses dari SEM ditunjukkan pada
Gambar 4.
Gambar 4. Mekanisme pembentukan Bayangan pada SEM
14
EDX menggunakan emisi spektrum sinar-X dari sampel yang ditembak dengan elektron yang terfokus untuk analisis kandungan
kimianya. Analisis kualitatifnya melibatkan identifikasi pada garis spektrum dari X-Ray. Analisis kuantitatif membandingkan setiap unsur
pada sampel dengan unsur yang sama pada standar kalibrasi yang telah diketahui komposisinya Goldstein, 2003. Pada dasarnya SEM-EDX
merupakan pengembangan SEM. Kombinasi SEM dengan EDX Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy merupakan dua perangkat analisis yang
digabungkan menjadi satu panel analitis sehingga mempermudah analisis dan lebih efisien. Analisa SEM-EDX dilakukan untuk memperoleh
gambaran permukaan atau fitur material dengan resolusi sangat tinggi hingga memperoleh suatu tampilan dari permukaan sampel yang kemudian
dikomputasikan dengan software untuk menganalisis komponen materialnya.
7. Spektroskopi FTIR
Instrumen FTIR menggunakan sumber radiasi dalam kisaran inframerah bilangan gelombang 4000-300 cm
-1
. Radiasi dalam kisaran energi ini sesuai dengan kisaran frekuensi vibrasi rentangan stretching
dan vibrasi bengkokan bending ikatan kovalen dalam kebanyakan molekul. Bila molekul menyerap radiasi inframerah, energi yang diserap
menyebabkan kenaikan amplitudo vibrasi atom-atom yang saling berikatan. Panjang gelombang absorbsi oleh suatu tipe tertentu ikatan,
bergantung pada jenis vibrasi ikatan tersebut. Ikatan antar atom akan
15
menyerap radiasi inframerah pada panjang gelombang berbeda. Spektrometer akan secara otomatis membaca sejumlah radiasi yang
menembus sampel dengan kisaran frekuensi tertentu dan akan merekam berapa persen radiasi yang ditransmisikan. Setiap tipe ikatan akan
mempunyai sifat frekuensi yang berbeda. Instrument FTIR terdiri dari sumber cahaya, monokromator, detektor, dan sistem pengolah data
Sastrohamidjojo, 2001.
8. Spektrofotometer UV-Vis
Molekul dapat menyerap radiasi dalam daerah UV-Vis karena mengandung elektron yang dapat dieksitasi ke tingkat energi yang lebih
tinggi. Spektrofotometer UV-Vis dapat membaca transisi pada panjang gelombang antara 190-1000 nm Yusni, 2012. Berdasarkan hukum
Lambert-Beer, absorbansi berbanding lurus dengan konsentrasi, sesuai persamaan:
A= .b.C A= a.b.C
dimana A adalah absorban, a adalah absoptivitas molar , b adalah tebal kuvet, dan C adalah konsentrasi Alexeyev, 1969.
Material yang telah disintesis dapat diketahui besarnya energi celah pita yang dihasilkan dengan menggunakan metode spektrofotometri UV-
Vis Diffuse Reflectance. Metode ini didasarkan pada pengukuran intensitas UV-Vis yang direflektansikan oleh sampel berdasarkan persamaan
reflektansi yang telah terukur:
16
R’ ∞ =
Jika ketebalan lapisan material besar, maka reflektan akan menjadi R ∞,
sehingga persamaan diatas dapat disusun kembali sebagai FR
∞ = dimana nilai FR
∞ adalah faktor Kubelka-Munk Wiley, 1998: 192-193.
Nilai energi celah pita dapat diperoleh dari grafik hubungan antara hv eV vs F
∞hv
½
, dimana nilai hv eV diperoleh dari persamaan: Eg = hv=
Energi celah pita semikonduktor adalah besarnya hv pada saat F ∞hv
½
= 0 Wiley, 1998: 192-193.
B. Penelitian yang Relevan
