PENGOLAHAN ZAT WARNA TEKSTIL RHODAMINE B MENGGUNAKAN BENTONIT TERPILAR TITANIUM DIOKSIDA (TiO2) Repository - UNAIR REPOSITORY

  PENGOLAHAN ZAT WARNA TEKSTIL RHODAMINE B MENGGUNAKAN BENTONIT TERPILAR TITANIUM DIOKSIDA (TiO 2 ) SKRIPSI

VRIDAYANI ANGGI LEKSONO DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA 2012

  ii PENGOLAHAN ZAT WARNA TEKSTIL RHODAMIEN B MENGGUNAKAN BENTONIT TERPILAR TITANIUM DIOKSIDA (TiO 2 ) SKRIPSI

  Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Bidang Kimia

  Pada Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga

  Disetujui oleh : Pembimbing I Pembimbing II

  Dr. Muji Harsini, M.Si Yanuardi Raharjo, S.Si, M.Sc NIP. 19640502 198903 2 002 NIK. 139 090 961

  LEMBAR PENGESAHAN NASKAH SKRIPSI

  Judul : Pengolahan Zat Warna Tekstil Rhodamine B menggunakan Bentonit Terpilar Titanium Dioksida (TiO

  2 )

  Penyusun : Vridayani Anggi Leksono NIM : 080810638 Tanggal Sidang : 19 Juli 2012

  Disetujui oleh : Pembimbing I,

  Pembimbing II, Dr. Muji Harsini, M.Si Yanuardi Raharjo, S.Si., M.Sc NIP. 19640502 198903 2 002 NIK. 139 090 961

  Mengetahui, Ketua Program Studi S-1 Kimia/ Departemen Kimia

  Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga

  Dr. Alfinda Novi Kristanti, DEA NIP. 19671115 199102 2 001

  iii

PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI

  Skripsi ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam lingkungan Universitas Airlangga, diperkenankan untuk dipakai sebagai referensi kepustakaan, tetapi pengutipan harus seijin penyusun dan harus menyebutkan sumbernya sesuai kebiasaan ilmiah.

  Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga iv

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kepada Allah SWT yang telah melimpahkan kuasaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan naskah skripsi dengan judul ” Pengolahan Zat Warna Tekstil Rhodamine B menggunakan Bentonit Terpilar Titanium Dioksida (TiO

  2 ) ” dengan lancar dan tepat waktu. Naskah skripsi ini dibuat dalam rangka memenuhi persyaratan akademis pendidikan sarjana sains dalam bidang kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga.

  Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada :

  1. Dr. Muji Harsini, M.Si selaku dosen pembimbing I dan Yanuardi Raharjo, S.Si., M.Sc selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan bimbingan, saran, dan nasihat dalam penyusunan naskah skripsi ini.

  2. Drs. Yusuf Syah, M.S selaku dosen wali yang banyak memberikan informasi dan saran kepada penulis dalam permasalahahan akademik.

  3. Dra. Usreg Sri Handajani, M.Si selaku dosen penguji I dan Dr. Purkan, M.Si selaku dosen penguji II yang telah memberikan informasi dan saran kepada penulis hingga selesainya naskah skripsi ini.

  4. Bapak dan Ibu dosen kimia yang telah mendidik dan memberikan dukungan selama perkuliahan.

  5. Ayah dan Ibu serta adik Anggun dan adik Alya yang telah memberikan segalanya. Terima kasih untuk semangat, cinta, kasih sayang, dan doa yang luar biasa. v

  6. Sahabat terbaikku selama menempuh kuliah Siti Maryam dan KB (Asri Zulchana, Ayu Eprilita, Nadya Aisya, Puji Lestari, Nourmalasari, Yan Polan, Ryan Rachmawan, dan Jemmy Kurniajaya) yang selalu memberikan semangat, bantuan, masukan, dan kebahagiaan.

  7. Teman-teman terbaikku Ike Silviyanti, Haidy Okta, Deby Heruwati, Bela Kharisma, terima kasih untuk semua masukan dan dukungan selama ini.

  8. Rekanku Fatman Wandy, terima kasih untuk semua motivasi, doa, dan semangat yang besar.

  9. Teman-teman Kimia 2008 yang telah memberikan semangat dan selalu bisa menghibur selama kuliah di Universitas Airlangga.

  10. Karyawan dan karyawati FSAINTEK UNAIR dan petugas laboratorium, serta pihak-pihak lain yang telah banyak membantu namun tidak bisa disebutkan satu persatu.

  11. Kakak-kakak alumnus Kimia (angkatan 2005, 2006, dan 2007), adik-adik Kimia (angkatan 2009 dan 2010), serta semua pihak yang telah membantu penyelesaian naskah skripsi ini.

  Penulis menyadari bahwa masih terdapat banyak kekurangan dalam penyusunan naskah skripsi ini, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun untuk kesempurnaan penulisan naskah skripsi ini agar bermanfaat bagi semua pihak.

  Surabaya, Juli 2012 Penulis vi Leksono, V. A., 2012, Pengolahan Zat Warna Tekstil Rhodamine B Menggunakan Bentonit Terpilar TiO 2 . Skripsi ini di bawah bimbingan Dr. Muji Harsini, M.Si. dan Yanuardi Raharjo, S.Si., M.Sc., Departemen Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya.

  ABSTRAK

  Telah dilakukan penelitian terhadap pengolahan zat warna tekstil

  rhodamine B menggunakan bentonit terpilar TiO 2 yang bertujuan untuk

  mengetahui serta menentukan optimasi waktu, optimasi pH, kapasitas degradasi, dan adanya pengaruh berbagai macam perlakuan dalam proses degradasi ini . Proses degradasi dilakukan dalam suatu reaktor tertutup yang disinari 3 buah Lampu UV 3 x 8 watt. Larutan rhodamine B dan 0,5000 g bentonit terpilar TiO ,

  2

  disinari dengan lampu UV selama waktu optimum pada pH 3 selama 2 jam dan pada pH 6 selama 3 jam. Untuk mengetahui adanya perubahan struktur pada bentonit, maka dilakukan karakterisasi menggunakan difraksi sinar-X (XRD) pada

  4+

  bentonit alam, Ti /bentonit, dan TiO

  2 /bentonit. Hasil penelitian menunjukkan

  bahwa dengan adanya sinar UV larutan rhodamine B dapat didegradasi, namun sangat lambat, yaitu sebesar 2,58 % pada pH 3 dan 1,37 % pada pH 6. Saat diberi penambahan bentonit terpilar TiO

  2 proses degradasi lebih efektif, yaitu

  menghasilkan persen degradasi pada pH 3 sebesar 93,24 % dan pada pH 6 sebesar 93,1 %. Dalam penelitian ini juga dilakukan degradasi berdasarkan perbedaan konsentrasi untuk mengetahui besarnya kapasitas degradasi bentonit/TiO . Telah

  2

  didapatkan konsentrasi kesetimbangan rhodamine B berada pada konsentrasi 75 ppm.

  Kata kunci: bentonit, fotodegradasi, TiO , pilarisasi, fotokatalitik, rhodamine B

  2

  vii Leksono, V. A., 2012, processing textile dyes rhodamine B using bentonite pillared TiO

  2 . This thesis under the guidance Dr. Muji Harsini, M.Si. and

  Yanuardi Raharjo, S.Si., M.Sc., Chemistry Department, Faculty of Science and Technology, University of Airlangga, Surabaya.

  ABSTRACT

  Processing of textile dye rhodamine B using bentonite pillared TiO has

  2

  been studied which aims to identify and determine the time of optimization, optimization of pH, capacity degradation, and the influence of various treatments in this degradation process. The photodegradation process was carried out in a closed reactor equipped with three UV lamps 3 x 8 watt (Yumiko T8). Rhodamine

  B solution and 0,5000 g bentonite pillared TiO was irradiated with UV light

  2

  while stiring with magnetic stirrer during the optimum at pH 3 is 2 hours and at pH 6 at 3 hours. To detect changes in the structure of the bentonite, the characterization performed using X-Ray Diffraction (XRD) on natural bentonite,

  4+

  Ti /bentonit, and TiO

  2 /bentonite. The research results showed that the presence

  of UV light can degrade rhodamine B solution, but very slow, that is equal to 2,58 % at pH 3 and 1,37 % at pH 6. When given the addition of bentonite pillared TiO

  2

  degradation process more effective, the percentage of degradation at pH 3 for 93,24 % and at pH 6 for 93,1 %. While the rhodamine B solution at a concentration of 75 ppm is the result of equilibrium based on the capacity of bentonite pillared TiO degradation.

  2 keywords: bentonite, photodegradation, TiO 2 , pillared, photocatalytic, rhodamine B

  viii

  DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL .........................................................................................i LEMBAR PERNYATAAN ..............................................................................ii LEMBAR PENGESAHAN ..............................................................................iii PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI .........................................................iv KATA PENGANTAR .......................................................................................v ABSTRAK .........................................................................................................vii ABSTRACT .......................................................................................................viii DAFTAR ISI ......................................................................................................ix DAFTAR GAMBAR .........................................................................................xi DAFTAR TABEL .............................................................................................xii DAFTAR LAMPIRAN .....................................................................................xiii BAB1 PENDAHULUAN .................................................................................. 1

  1.1 Latar Belakang............................................................................. 1

  1.2 Rumusan Masalah ....................................................................... 5

  1.3 Tujuan Penelitian ........................................................................ 5

  1.4 Manfaat Penelitian ...................................................................... 6

  BAB2 TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................ 7

  2.1 Fotodegradasi .............................................................................. 7

  2.2 Fotokatalitik ................................................................................ 8

  2.3 Bentonit ....................................................................................... 9

  2.3.1 Komposisi bentonit ......................................................... 10

  2.3.2 Kegunaan bentonit .......................................................... 10

  2.4 Titanium Dioksida (TiO ) ........................................................... 12

  2

  2.4.1 Semikonduktor TiO

  2 ....................................................... 13

  2.4.2 Mekanisme fotokatalitik seminkonduktor TiO

  2 .............. 14

  2.5 Zat Warna Tekstil ........................................................................ 15

  2.5.1 Senyawa azo .................................................................... 16

  2.5.2 Zat warna rhodaminE B .................................................. 17

  BAB 3 METODE PENELITIAN ..................................................................... 20

  3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ..................................................... 20

  3.2 Bahan dan Alat Penelitian ........................................................... 20

  3.2.1 Bahan-bahan .................................................................... 20

  3.2.2 Alat-alat ........................................................................... 20

  3.3 Diagram Alir ............................................................................... 21

  3.4 Prosedur Penelitian...................................................................... 22

  3.4.1 Pembuatan larutan HCl 0,1 M ......................................... 22

  3.4.2 Pembuatan larutan HCl 6,0 M ......................................... 22

  3.4.3 Pembuatan larutan TiCl

  4 0,1 M ....................................... 22

  3.4.4 Pembuatan larutan induk rhodamine B 1000 ppm .......... 22

  ix

  3.4.5 Pembuatan larutan rhodamine B 50 ppm ........................ 22

  3.4.6 Pembuatan larutan standar rhodamine B......................... 23 3.4.7 Pembuatan dan karakterisasi bentonit terpilar TiO 2 ............

  23

  3.4.7.1Preparasi bentonit alam ...................................... 23

  3.4.7.2Karakterisasi bentonit alam menggunakan (difraksi sinar-X) XRD ....................................... 23

  4+

  3.4.7.3Interkalasi bentonit alam dengan Ti ................ 24

  4+

  3.4.7.4 Karakterisasi Ti /bentonit menggunakan difraksi sinar-X (XRD) ...................................... 24

  3.4.7.5 Pilarisasi bentonit dengan TiO

  2 ......................... 24

  3.4.7.6 Karakterisasi bentonit terpilar TiO

  2

  menggunakan (difraksi sinar-X) XRD .............. 25

  3.4.8 Penentuan panjang gelombang maksimum ..................... 25

  3.4.9 Pembuatan kurva standar rhodamine B........................... 25

  3.4.10 Penentuan waktu optimum degradasi rhodamine B ........ 26

  3.4.11 Penentuan pH optimum degradasi rhodamine B ............. 26

  3.4.12 Degradasi rhodamine B menggunakan bentonit/UV ..... 27

  3.4.13 Degradasi rhodamine B menggunakan TiO

  2 /UV ............ 27

  3.4.14 Degradasi rhodamin e B menggunakan bentonit terpilar TiO

  2 ................................................................................. 28

  3.4.15 Degradasi rhodamin e B menggunakan bentonit terpilar TiO

  2 /UV ......................................................................... 28

  3.4.16 Degradasi rhodamine B/UV ........................................... 29

  3.4.17Penentuan kapasitas degradasi TiO / bentonit terhadap

  2 rhodamine B ................................................................... 29

  BAB4 HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................. 31

  4.1 Pembuatan Bentonit Terpilar TiO

  2 ............................................. 31

  4.2 Penentuan Panjang Gelombang Maksimum Larutan

  Rhodamine B ............................................................................... 34

  4.3 Pembuatan Kurva Kalibrasi Rhodamine B .................................. 35

  4.4 Penentuan Waktu dan pH Optimum Degradasi Larutan

  Rhodamine B ................................................................................ 36

  4.5 Mempelajari Pengaruh Perlakuan Terhadap Hasil Degradasi .... 38

  4.6 Penentuan Kapasitas Degradasi Bentonit/TiO

  2 terhadap

  Konsentrasi yang Berbeda........................................................... 41

  BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 44

  5.1 Kesimpulan ................................................................................. 44

  5.2 Saran ............................................................................................ 44

  DAFTARPUSTAKA ......................................................................................... 46 LAMPIRAN ....................................................................................................... 49 x

  xi DAFTAR GAMBAR

  terpilar TiO

  2 dengan

  Gambar4.6 Grafik hubungan antara konsentrasi awal dengan kapasitas penyerapan larutan rhodamin b 25, 50, 75, 100, 150, dan 200 ppm menggunakan 0.5000g bentonit terpilar TiO

Gambar 4.5 Grafik perbandingan hasil perlakuan larutan rhodamin b 50 ppm pada pH 3 dan pH 6 dengan 5 macam perlakuan ................ 39

  2 dan lampu UV 3 x 8 watt ....................... 38

  0.5000 g bentonit/TiO

  rhodamin b 50 ppm pada pH 3; 4,5; dan 6 menggunakan

Gambar 4.4 Grafik hubungan antara pH dengan persen degradasi larutan

  degradasi ..................................................................................... 36

  2 dan lampu UV 3 x 8 watt dengan persen

Gambar 4.3 Grafik hubungan antara waktu degradasi laruta nrhodamin b 50 ppm pada pH 3; 4,5; dan 6 menggunakan 0.5000 g bentonit

  Gambar JudulGambar Halaman Gambar2.1 Proses fotokatalitik ...................................................................... 8

Gambar 4.2 Grafik kurva standar larutan rhodamin b pada pH 3; 4,5; dan 6 35

  2 ........................................... 32

  , dan (c) bentonit/TiO

  4+

Gambar 4.1 Hasil Analisa X-Ray Diffraction pada (a) bentonitalam, (b) bentonit/TiGambar 3.1 Reaktor fotokatalitik.................................................................... 20Gambar 2.4 Mekanisme degradasi rhodamin b .............................................. 19Gambar 2.3 Rhodamin B ................................................................................. 18

  2 (a) anatase (b) rutile (c) brookit ........................... 13

Gambar 2.2 Struktur TiO

  disinari sinar UV 3 x 8 watt selama 2 jam pada pH 3 ................. 42

  DAFTAR TABEL

  Tabel JudulTabel Halaman

Tabel 1.1 Baku mutu limgkungan limbah cair industri tekstil berdasarkan SK Men LH No: 51/MENLH/10/1995 ................... 2Tabel 2.1 Komposisi Bentonit ..................................................................... 10Tabel 2.2 Sifat TiO

  2 jenis rutile dan anatase ............................................... 14

Tabel 4.1 Hasil analisa difraksi sinar-X ...................................................... 33Tabel 4.2 Panjang gelombang maksimum larutan rhodamin b pada pH 3;

  4,5; dan 6 ..................................................................................... 34

Tabel 4.3 Data absorbansi larutans tandar rhodamin b pada pH 3; 4,5; dan 6 ............................................................................................ 35

  xii

DAFTAR LAMPIRAN

  xiii

  Lampiran Judul Lampiran Lampiran 1 Hasil Analisa X-Ray Diffraction Lampiran 2 Panjang Gelombang Maksimum Rhodamin B Lampiran 3 Data Persen Degradasi Rhodamin B pada pH 3 dan pH 6 Lampiran 4 Perhitungan Persen Degradasi Rhodamin B Lampiran 5 Perhitungan Kapasitas Degradasi TiO

  2 /bentonit terhadap

  Konsentrasi yang Berbeda Lampiran 6 Lampiran 6 Perhitungan persen degradasi rhodamin b menggunakan sinar UV, TiO

  2 /UV, bentonit/UV, TiO 2 /bentonit, dan

  TiO

  2 /bentonit/UV

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Indonesia mempunyai banyak wilayah perairan yang digunakan sebagai kawasan industri, pariwisata, ataupun sekedar untuk tempat tinggal. Namun, ternyata masih sangat kurang kesadaran masyarakat kita untuk tetap menjaga kebersihan di lingkungan sekitar mereka. Semakin hari, pencemaran air di Indonesia semakin memprihatinkan. Pencemaran air dapat diartikan sebagai suatu perubahan keadaan di suatu tempat penampungan air, seperti danau, sungai, lautan, dan air tanah, akibat ulah manusia (Arifin, 2007). Dengan semakin banyaknya industri tekstil di Indonesia, maka akan semakin banyak pula zat warna tekstil yang digunakan. Salah satu penyebab pencemaran air adalah limbah zat warna yang dipakai oleh industri tekstil. Adanya limbah pewarna tekstil di wilayah perairan sangat membahayakan biota laut dan manusia. Limbah pewarna tekstil dapat bersifat karsinogen, menimbulkan bau, dan menyebabkan proses eutrofikasi. Eutrofikasi secara umum adalah pencemaran air yang disebabkan oleh munculnya nutrien yang berlebihan ke dalam ekosistem air. Eutrofikasi merupakan masalah lingkungan hidup yang diakibatkan oleh limbah fosfat

  3-

  (PO

  4 ), khususnya dalam ekosistem air tawar. Air dikatakan eutrofik jika

  konsentrasi total phosphorus (TP) dalam air berada dalam rentang 35-100 µg/L (Odum, 1993).

  1 Parameter layak tidaknya hasil pengolahan limbah cair industri tekstil ditentukan oleh beberapa parameter kualitas air buangan , terutama parameter kualitas hasil pengolahan limbah yang disajikan pada Tabel 1.1

Tabel 1.1 Baku mutu lingkungan limbah cair industri tekstil berdasarkan SK

  Men. LH No: 51/MENLH/10/1995 Parameter Ambang Batas

  BOD 85,0 mg/L COD 250,0 mg/L

  TSS 60,0 mg/L Fenol 1,0 mg/L

  Krom total 2,1 mg/L Warna

  0 Pt-Co pH 6,0 – 9,0 sumber : Illisz dkk, 2002 dan Anonim, 1990

  Selama ini, metode yang sering digunakan untuk pengolahan air bersih adalah metode koagulasi-flokulasi, flotasi, klorinasi, dan sedimentasi (Astirin, 2000). Namun metode tersebut masih belum bisa dimaksimalkan, karena selain diperlukan tempat yang luas dan energi yang besar, bahan-bahan kimia yang dibutuhkan dalam jumlah yang cukup besar dan memerlukan biaya yang tinggi, bahkan seringkali membahayakan apabila dosis yang diberikan terlalu tinggi.

  Dalam penelitian ini akan digunakan metode fotokatalis, yaitu salah satu metode untuk pengolahan limbah cair, proses ini juga biasa disebut dengan Advanced

  Oxidation Process (AOP), yaitu proses yang sangat cocok untuk mengoksidasi pewarna tekstil. Metode AOP ini didasarkan pada pembentukan radikal hidroksil.

  Proses ini dimulai dengan penyerapan foton oleh semi konduktor seperti titanium dioksida ( Faisal dkk, 2008; Saquib dkk, 2008).

  Titanium dioksida adalah fotokatalis yang paling banyak diteliti untuk degradasi polutan organik dari air limbah. Katalis ini menguntungkan dari semikonduktor lain karena stabilitas, tidak beracun, biaya rendah, dan ketersediannya yang sudah komersil (Suwanchawalit dan Wongnawa, 2008; Wang dkk, 2008). Titanium oksida banyak dilaporkan sebagai material semikonduktor yang aktif sebagai fotokatalis. Aktivitas fotokatalis (fotoaktivitas) TiO dapat ditingkatkan melalui proses pemilaran pada material pendukung. Salah

  2 satu yang dapat digunakan untuk kepentingan tersebut adalah bentonit alam.

  Beberapa keuntungan diharapkan dari pemilaran TiO pada bentonit alam antara

  2

  lain ketersediaan bentonit alam yang melimpah di Indonesia serta stabilitas yang tinggi pada kondisi asam. Material TiO terpilar pada bentonit alam memiliki

  2

  fungsi ganda yaitu sebagai adsorben (dari sifat bentonit yang berpori dan memiliki kation yang dapat dipertukarkan) serta sebagai fotokatalis. Peranan fotokatalis akan terlihat dari peningkatan kualitas hasil yang diperoleh berdasarkan penurunan angka COD, angka total suspended solid (TSS) serta kadar ion sianida dari limbah hasil olahan. Untuk dapat selanjutnya diterapkan pada skala industri, perlu dilakukan pengujian efektivitas fotokatalis TiO /bentonit. Untuk

  2

  kepentingan tersebut, perlu diamati beberapa faktor yang berpengaruh pada efektivitas adsorpsi-fotokatalis meliputi karakter fisika TiO /bentonit yang

  2 digunakan berkaitan dengan kadar Titanium yang terpilar (Wijaya dkk, 2006).

  Pada proses fotokatalitik konvensional, digunakan titanium dioksida serbuk untuk mendegradasi polutan organik, tetapi penggunaannya ternyata mengalami hambatan yang cukup serius. Pertama, diperlukan tahapan pemisahan TiO dari suspensi. Pemisahan ini memerlukan waktu yang lama dan biaya yang

  2

  relatif mahal. Kedua, dalam sistem suspensi, penetrasi sinar UV menjadi sangat terbatas karena adanya absorpsi yang kuat dari TiO . Untuk mengatasi masalah ini

  2

  digunakanlah TiO

  2 yang telah diimmobilisasi pada suatu zat pendukung. Beberapa

  peneliti telah melakukan immobilisasi TiO

  2 dengan karbon aktif untuk proses

  fotodekomposisi propizamida didapatkan bahwa laju fotodekomposisi semakin besar dengan adanya karbon aktif pada film fotokatalisis, sehingga dapat mencapai jumlah yang optimal (Haarstrick dkk, 1996).

  Fotokatalisis ini dilakukan terhadap zat warna tekstil yaitu rhodamine B.

  Rhodamine B adalah salah satu zat pewarna yang dipakai untuk industri cat,

  tekstil, dan kertas yang sangat berbahaya (Subramani dkk, 2007). Limbah dari zat warna rhodamine B ini dikhawatirkan akan mengkontaminasi perairan yang nantinya juga akan dikonsumsi oleh masyarakat sekitar. Kontaminasi ini bisa dari ikan-ikan yang mengkonsumsi air limbah dan kemudian ikan tersebut dikonsumsi oleh manusia, bahkan bukan tidak mungkin jika masyarakat menggunakan air tersebut untuk memasak.

  Berdasarkan dari uraian di atas, maka akan dilakukan penelitian yang bertujuan untuk mendegradasi zat warna tekstil, dalam penelitian ini digunakan

  rhodamine B, dengan cara fotokatalitik menggunakan bentonit yang telah terpilar

  oleh TiO 2 .

  1.2 Rumusan Masalah

  Berdasarkan latar belakang yang ada, maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut:

  1. Bagaimana optimasi waktu dan pH yang terjadi antara bentonit terpilar TiO

  2

  dengan zat warna tekstil rhodamine B pada kondisi optimumnya?

  2. Bagaimana kapasitas degradasi bentonit terpilar TiO terhadap konsentrasi

  2

  awal larutan rhodamine B?

  3. Bagaimana pengaruh perlakuan UV, TiO /UV, bentonit/UV, TiO / bentonit,

  2

  2 TiO

2 /bentonit/UV terhadap hasil degradasi larutan rhodamine B?

  1.3 Tujuan Penelitian

  Tujuan dari penelitian ini adalah:

  1. Mengetahui dan menentukan optimasi waktu dan pH yang terjadi antara bentonit terpilar TiO

  2 dengan zat warna tekstil rhodamine B pada kondisi optimumnya.

  2. Mengetahui dan menentukan kapasitas degradasi bentonit terpilar TiO

  2 terhadap konsentrasi awal larutan rhodamine B.

  3. Mengetahui dan menetukan pengaruh perlakuan UV, TiO /UV, bentonit/UV,

  2 TiO 2 / bentonit, TiO 2 /bentonit/UV terhadap hasil degradasi larutan rhodamine B.

1.4 Manfaat Penelitian

  Manfaat penelitian ini adalah memberikan solusi alternatif pengolahan limbah zat warna rhodamine B dengan cara fotodegradasi menggunakan bentonit-TiO 2 sebagai katalis.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Fotodegradasi

  Fotodegradasi merupakan proses peruraian suatu senyawa, biasanya senyawa organik, dengan bantuan energi foton. Proses fotodegradasi memerlukan suatu fotokatalisis yang umumnya merupakan bahan semikonduktor. Prinsip fotodegradasi adalah adanya loncatan elektron dari pita valensi ke pita konduksi pada logam semikonduktor apabila dikenai oleh suatu energi foton. Adanya loncatan elektron ini menimbulkan adanya hole (lubang elektron) yang dapat

• berinteraksi dengan pelarut air membentuk radikal OH. Radikal ini bersifat aktif dan dapat berlanjut untuk menguraikan senyawa organik target (Malldotti dkk, 2000).

  Fotodegradasi berbeda dari oksidasi termal karena fotodegradasi selalu dimulai dari penyerapan sinar UV. Kebanyakan polimer murni secara teoritis mampu menyerap sinar UV secara langsung. Senyawa dalam jumlah kecil di dalam sebuah polimer sebagai produk degradasi atau residual katalis sisa polimerisasi dapat mempercepat proses penyerapan sinar UV. Karenanya stabilisasi termal dan pengolahan yang efektif merupakan prasyarat untuk stabilisasi polimer terhadap cahaya yang efektif dalam jangka waktu yang panjang.

  7

2.2 Fotokatalitik

  Fotokatalitik adalah suatu proses yang mengkombinasikan antara proses fotokimia dan katalis, yang merupakan proses sintesis secara kimiawi dengan melibatkan cahaya dan katalis. Peningkatan kecepatan reaksi akibat adanya katalis yang mengabsorbsi energi cahaya UV. Reaksi yang diinduksi oleh sinar UV tersebut terjadi pada permukaan suatu katalis. Adanya induksi ini menimbulkam terjadinya eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi (Gunlazuardi, 2001).

  Pada proses fotokatalitik, ketika semikonduktor mengadsorpsi cahaya yang berenergi sama atau lebih besar dari energi celah pitanya maka akan terjadi pemisahan muatan atau fotoeksitasi dalam semikonduktor. Elektron (e) akan tereksitasi ke pita konduksi dan meninggalkan lubang positif (h+) pada pita valensi (Gerishcher, 1993) seperti pada gambar 2.1 dibawah ini.

  E Pita konduksi (-)

  Reduksi: ^{- -} • A + e A

  N

• Contoh : O + e O
_{2 2} ^{- -}

  E energi tereksitasi

  R

  Oksidasi: _{+ -} D + h D

  G

• _{- + +}

  Contoh : H O + h OH + H ₂ Dari H O ₂ Pita valensi (+)

  I Gambar 2.1 Proses fotokatalitik

  Proses fotokatalitik banyak diaplikasikan untuk penghilangan atau pendegradasian polutan cair menjadi senyawa yang lebih ramah lingkungan, misalnya untuk pengolahan fenol. Suatu teknologi yang didasarkan pada iradiasi fotokatalis semikonduktor seperti titanium dioksida (TiO

  2 ), seng oksida (ZnO)

  atau cadmium sulfide (CdS) yang tergolong sebagai fotokatalis heterogen (Hermann dkk, 1999). Fotokatalis heterogen didefinisikan sebagai proses katalisis dimana satu atau lebih tahapan reaksi berlangsung dengan kehadiran pasangan elektron-hole yang dihasilkan pada permukaan bahan semikonduktor yang diiluminasi oleh cahaya pada tingkat energi yang sesuai. Adapun prosesnya dapat dilakukan dalam berbagai media, yaitu organik murni fase cair dan larutan encer.

2.3 Bentonit

  Istilah “Bentonite” pertama kali diperkenalkan oleh Knight pada tahun 1898, berselang satu tahun setelah menemukan sejenis lempung ini sebagai

  “Taylorit”. Sementara istilah “Bentonite” diambil dari kata “Benton Shale”, yakni nama tempat lempung ini pertama kali ditemukan.

  Ross dan Earl (1926) mendefinisikan bentonit sebagai batuan yang tersusun oleh suatu lempung kristalin (seperti mineral lempung) yang terbentuk akibat devitrifikasi yang diikuti dengan alterasi kimiawi suatu mineral yang bersifat gelas (glassy) yang biasanya berupa tufa gelas atau abu vulkanik, dan mengandung berbagai macam butiran kristal, seperti feldspar (umumnya ortoklas dan oligoklas), biotit, kaca, piroksen, zircon, dan mineral-mineral lainnya seperti yang terkandung dalam batuan-batuan vulkanik.

2.3.1 Komposisi bentonit

  Berdasarkan hasil analisis terhadap sampel bentonit, diperoleh komposisi bentonit adalah sebagai berikut (Proyek Kerja Dinas Pertambangan Daerah Sumatera Utara, 2001) :

  Air(H

  b. Sifat Kimia Pengujian terhadap beberapa sifat kimia yang terkandung di dalam bentonit perlu dilakukan untuk mengetahui kualitas (mutu) yang dimilikinya.

  a. Komposisi dan jenis mineral Untuk mengetahui komposisi dan jenis mineral yang terkandung dalam bentonit, dilakukan pengujian dengan menggunakan Difraksi Sinar-X.

  Pemanfaatan bentonit dalam bidang industri, sangat erat kaitannya dengan sifat yang dimiliki oleh bentonit itu sendiri, yaitu (Proyek Kerja Dinas Pertambangan Daerah Sumatera Utara, 2001) :

  Berat Jenis 2,4 - 2,8 g/ml

  2 O) 4%

  2 O) 1,72%

Table 2.1 Komposisi Bentonit

  Kalium Oksida(K

  2 ) 74,9%

  Silika(SiO

  2 O 3 ) 2,18%

  Ferri oksida(Fe

  2 O 3 ) 13,45%

  Senyawa Komposisi Kalsium oksida(CaO) 0,23% Magnesium oksida(MgO) 0,98% Aluminium oksida(Al

2.3.2 Kegunaan Bentonit

  c. Sifat Teknologi Pemanfaatan terhadap beberapa sifat teknologi yang dimiliki bentonit tersebut, yaitu antara lain adalah sifat pemucatan, sifat bagian suspense, sifat mengikat dan melapisi untuk pembuatan makanan ternak dan industri logam.

  d. Sifat Pertukaran Ion Pengujian terhadap sifat pertukaran ion bertujuan untuk mengetahui seberapa besar jumlah air (uap air) yang dapat diserap oleh bentonit, sehingga akan tercapai kesetimbangan reaksi kimia yang diperlukan untuk proses selanjutnya.

  e. Daya Serap Sifat daya serap yang dimiliki bentonit terjadi karena adanya ruang pori-pori antar ikatan mineral lempung, serta ketidakseimbangan antara muatan listrik dalam ion-ionnya. Daya serap tersebut pada umumnya berada pada ujung permukaan kristal, serta diameter ikatan mineral lempung. Hal ini disebabkan karena bentonit dapat digunakan sebagai bahan penyerap dalam berbagai keperluan, baik dalam keadaan basah (suspense), maupun kering (tepung).

  f. Luas Permukaan Luas permukaan bentonit dinyatakan dalam jumlah luas permukaan kristal, atau butir kristal bentonit yang berbentuk tepung, setiap gram massa bentonit

  2

  tersebut (m /g). Semakin tinggi luas permukannya, maka semakin banyak pula zat-zat yang terbawa atau melekat pada bentonit. Sifat ini dimanfaatkan sebagai bahan pewarna (carrier) dalam insektisida dan pestisida, serta sebagai bahan pengisi (filler) dalam industri kertas (pulp), dan bahan pengembang industri makanan dan plastik.

  g. Kekentalan dan Suspensi Sifat kekentalan dan daya serap yang tinggi sangat diharapkan terutama untuk pengeboran minyak, eksplorasi, industri cat, dan industri kertas.

2.4 Titanium Dioksida (TiO 2 )

  Titanium dioksida (TiO

  2 ) merupakan oksida logam Ti (Titanium) yang

  paling banyak dijumpai (Greenwood dkk, 1997). Titanium dioksida dikenal sebagai senyawa dioksida berwarna putih yang tahan karat, tidak berbau, tidak beracun, stabil terhadap fotokorosi, serta ditemukan di alam dalam bentuk mineral anatase, rutil, dan brookit. Berdasarkan sifatnya ini TiO

  2 telah lama digunakan sebagai bahan pemberi warna putih pada makanan maupun produk kosmetik.

  2

  2

  6

  2

  6

  2

  2 Konfigurasi elektron atom titanium ( 22 Ti) adalah 1s ,2s ,2p ,3s ,3p ,4s ,3d .

  2

  2

  4 Sementara atom oksigen ( O) yaitu 1s ,2s ,2p . Dapat dikatakan bahwa orbital

  8

  molekul TiO

  2 terbentuk antara ikatan kulit 3d Ti dengan kulit 2p O. Tingkat

  energi kulit 3d menjadi daerah konduktif molekul sedangkan kulit 2p menjadi area valensi molekul (Merck, 2000).

  Titanium dioksida (TiO

  2 ) secara mikroskopis memiliki dua bentuk utama

  yaitu kristal dan amorf (Gunlazuardi, 2001). Titanium dioksida amorf tidak memiliki keteraturan susunan atom sehingga bahan tersebut tidak memiliki keteraturan pita konduksi dan valensi, namun TiO

  2 amorf dikenal memiliki

  kemampuan untuk mendegradasi polutan dalam waktu yang tidak singkat

2.4.1 Semikonduktor TiO

2 Seperti yang telah disinggung di atas, titanium dioksida dalam bentuk

  kristal diketahui memiliki tiga fase kristal yang berbeda yaitu rutile, anatase, dan brookite. Rutile dan anatase mempunyai struktur tetragonal. Sedangkan brookit berstruktur heksagonal. Rutile merupakan bentuk kristal yang paling stabil dibandingkan dua fase lainnya, oleh karena itu kristal jenis ini lebih mudah ditemukan dalam bentuk yang paling murni (bijih). Anatase dikenal sebagai fase kristal yang paling reaktif terhadap cahaya, eksitasi elektron ke pita konduksi dapat dengan mudah terjadi apabila kristal ini dikenai cahaya dengan energi yang lebih besar dari pada celah energinya. Kristal ini juga dapat terbentuk akibat

  o o

  pemanasan TiO

  2 amorf pada suhu 400 C hingga 600

  C. Sedangkan pemanasan

  o hingga 700 C akan menyebabkan kristal anatase bertransformasi menjadi rutile.

  Brookite merupakan jenis kristal yang paling sulit diamati karena sifatnya yang tidak mudah dimurnikan. Namun pada suhu yang lebih rendah, struktur kristal anatase akan lebih stabil dibandingkan dengan yang lainnya (Greenwood dkk, 1997).

  (a) (b) (c)

Gambar 2.2 Struktur TiO

  2 (a) anatase (b) rutile (c) brookit

  Rutile dan anatase merupakan kristal TiO yang stabil, karena itu

  2

  keberadaannya banyak ditemui, dan biasa digunakan sebagai fotokatalis yang memiliki aktivitas fotokatalisis yang baik. Tetapan kisi kristal dan sifat fisika dari struktur anatase dan rutil telah disajikan dalam bentuk tabel.

Tabel 2.2 Sifat TiO

  2 jenis rutile dan anatase Sifat Rutile Anatase

  Bentuk Kristal Tetragonal Tetragonal Tetapan kisi-kisi a

  4,58 Ǻ 3,78 Ǻ Tetapan kisi-kisi c

  2,95 Ǻ 9,49 Ǻ Berat jenis 4,2 3,9 Indeks bias 2,71 2,52 Kekerasan 6,0-7,0 5,5-6,0

  Berubah menjadi rutile Titik didih 1855 ºC pada suhu tinggi

2.4.2 Mekanisme Fotokatalitik Seminkonduktor TiO

  2 Proses mekanisme fotokatalitik pada oksida logam seperti TiO dapat

  2

  menyerap radiasi antara fotokatalitik dengan air. Peran dari fotokatalitik itu

• sendiri adalah menyediakan spesies oksidator yaitu hole pada pita valensi (h pv ) dan radikal hidroksil (OH•), yang akan meningkatkan efektivitas reaksi fotodegradasi suatu substrat. Radikal hidroksil itu sendiri merupakan oksidator kuat (Hoffman dkk, 1995). Proses fotokatalitik pada TiO terjadi bila

  2

  semikonduktor TiO

  2 menyerap cahaya yang berenergi tinggi sama atau lebih besar

• dari energi celah yang dimilikinya sehingga elekron (e ) pada pita valensi (pv)
• tereksitasi ke pita konduksi (pk) dan meninggalkan hole positif (h ) pada pita valensi. Tahapan reaksinya dapat dituliskan sebagai berik

  1. Pembentukan pasangan pembawa muatan (e dan h ) oleh foton

  TiO

  2 + hv TiO 2 (h pv + e pk )

  2. Rekombinasi kedua pembawa muatan dengan membebaskan energi panas

• IV . +

  IV

  e pk + (Ti OH ) Ti OH

• III

  IV

  h pv + (Ti OH) Ti OH

  3. Inisiasi reaksi oksidasi oleh hole positif pada pita valensi

• IV .

  IV .+

  (Ti OH ) + red Ti OH + red

  4. Inisiasi reaksi reduksi oleh elektron pada pita konduksi

  IV - .+

  e tr + oks Ti OH + oks

  5. Reaksi fotokatalitik menghasilkan radikal pendegradasi senyawa organik dan

• IV sel bakteri, dimana (Ti akan mengoksidasi senyawa organik.

  OH·)

2.5 Zat Warna Tekstil

  Zat warna tekstil, berdasarkan sumber diperolehnya dibedakan menjadi 2 (dua), yaitu :

  a. Zat warna alam Zat yang berasal dari hewan ataupun tumbuhan (akar, batang, daun, kulit, dan bunga).

  b. Zat warna sintesis Adalah zat pewarna yang berasal dari bahan kimia.

  Namun sebagian besar zat warna diperoleh dari produk tumbuhan. Karena di dalam tumbuhan terdapat pigmen tumbuhan penimbul warna yang berbeda tergantung pada struktur kimianya (Lemmens dkk, 1999). Molekul zat warna merupakan gabungan dari zat organik tak jenuh dengan kromofor sebagai pembawa warna dan auksokrom sebagai pengikat warna dengan serat. Gugus kromofor adalah gugus yang menyebabkan molekul menjadi berwarna (Manurung, 2004).

2.5.1 Senyawa azo

  Salah satu pencemar organik yang bersifat non biodegradable adalah zat warna tekstil. Zat warna tekstil umumnya dibuat dari senyawa azo dan turunannya yang merupakan gugus benzena. Diketahui bahwa gugus benzena sangat sulit didegradasi, kalaupun dimungkinkan dibutuhkan waktu yang lama. Senyawa azo bila terlalu lama berada di lingkungan, akan menjadi sumber penyakit karena sifatnya karsinogen dan mutagenik. Oleh karena itu perlu dicari alternatif efektif untuk menguraikan limbah tersebut.

  Zat warna azo adalah senyawa yang paling banyak terdapat dalam limbah tekstil, yaitu sekitar 60 % - 70 % (Waite, 2006). Senyawa azo memiliki struktur umum R─N═N─R’, dengan R dan R’ adalah rantai organik yang sama atau berbeda. Senyawa ini memiliki gugus ─N═N─ yang dinamakan struktur azo.

  Nama azo berasal dari kata azote, merupakan penamaan untuk nitrogen bermula dari bahasa Yunani a (bukan) + zoe (hidup).

  Senyawa azo dapat berupa senyawa aromatik atau alifatik. Senyawa azo aromatik bersifat stabil dan mempunyai warna menyala. Senyawa azo alifatik seperti dimetildiazin lebih tidak stabil. Dengan kenaikan suhu atau iradiasi, ikatan nitrogen dan karbon akan pecah secara simultan melepaskan gas nitrogen dan radikal. Dengan demikian, beberapa senyawa azo alifatik digunakan sebagai inisiator radikal. Senyawa azo digunakan sebagai bahan celup, yang dinamakan

  azo dyes. Hanya sedikit zat warna azo yang dapat dioksidasi secara aerobik.

  Beberapa zat warna azo dapat diurai secara anaerobik setelah diolah dengan kondisi aerobik.

2.5.2 Zat Warna Rhodamine B

  Rhodamine B merupakan zat warna golongan xanthenes dyes. Rhodamine B adalah bahan kimia yang digunakan untuk pewarna merah pada industri tekstil

  dan plastik. Untuk makanan, rhodamine B dan metanil yellow sering dipakai mewarnai kerupuk, makanan ringan, terasi, kembang gula, sirup, biskuit, sosis, makaroni goreng, minuman ringan, cendol, manisan, gipang, dan ikan asap. Makanan yang diberi zat pewarna ini biasanya berwarna lebih terang dan memiliki rasa agak pahit (Kusumawardani, 2008).

  Rhodamine B adalah pewarna sintetis yang berasal dari metanlinilat dan dipanel alanin yang berbentuk serbuk kristal berwarna kehijauan, berwarna merah

  keunguan dalam bentuk terlarut pada konsentrasi tinggi dan berwarna merah terang pada konsentrasi rendah. Rhodamine B sering disalahgunakan untuk pewarna pangan (kerupuk,makanan ringan,es-es dan minuman yang sering dijual di sekolah) serta kosmetik dengan tujuan menarik perhatian konsumen.

  Rhodamine B (C

  28 N

  31 N

  2 O

  3 Cl) adalah bahan kimia sebagai pewarna dasar untuk

  berbagai kegunaan, semula zat ini digunakan untuk kegiatan histologi dan sekarang berkembang untuk berbagai keperluan yang berhubungan dengan sifatnya yang berfluoresensi dalam sinar matahari (Conn’s, 1969).

  OH O

• ₊ H C
_{3 N} CH O N _- ³ Cl H C ₃ CH ₃ Gambar 2.3 Rhodamine B Rhodamine B termasuk senyawa atau molekul yang memberikan warna akibat adanya gugus kromofor, dimana gugus kromofor tersebut yaitu quinoid.

  Kuantitas warna yang ditimbulkan rhodamine B sangat tajam, hal ini disebabkan oleh adanya dua gugus auksokrom, dimana gugus auksokrom tersebut adalah dimetil amin. Proses pembuatan zat warna sintetik biasanya melalui perlakuan pemberian asam sulfat dan asam nitrat yang sering kali terkontaminasi oleh logam berat seperti arsen, atau logam berat lain yang bersifat racun. Pada pembuatan zat pewarna organik sebelum mencapai produk akhir harus melalui suatu senyawa antara dulu, yang kadang-kadang berbahaya. Sering kali dalam proses reaksi tersebut terbentuk senyawa baru yang berbahaya yang lebih tertinggal sebagai residu dalam bahan pewarna tersebut.

  Berdasarkan jurnal yang ditulis oleh Zhong, dkk (2008), apabila zat warna

  rhodamine B didegradasi menggunakan TiO 2 maka akan melewati beberapa