PENGOLAHAN ZAT WARNA TEKSTIL JINGGA METIL MENGGUNAKAN BENTONIT TERPILAR TiO2 Repository - UNAIR REPOSITORY

  PENGOLAHAN ZAT WARNA TEKSTIL JINGGA METIL MENGGUNAKAN BENTONIT TERPILAR TiO

  2 SKRIPSI

IKE SILVIYANTI DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA SURABAYA 2012

  PENGOLAHAN ZAT WARNA TEKSTIL JINGGA METIL MENGGUNAKAN BENTONIT TERPILAR TiO

  2 SKRIPSI Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Bidang Kimia Pada Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Oleh :

  IKE SILVIYANTI NIM. 080810118 Tanggal lulus : 18 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

ii

  LEMBAR PENGESAHAN NASKAH SKRIPSI Judul : Pengolahan Zat Warna Tekstil Jingga Metil Menggunakan Bentonit Terpilar TiO

  2 Penyusun : Ike Silviyanti NIM : 080810118 Tanggal Sidang : 18 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, Kepala Departemen Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga

  Dr. Alfinda Novi Kristianti, 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 seijin penulis dan harus menyebutkan sumbernya sesuai kebiasaan ilmiah.

  Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga

  iv

KATA PENGANTAR

  Alhamdulillahirabbil’alamin, segala puji syukur senantiasa penyusun panjatkan kepada Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penyusun dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Pengolahan Zat Warna dengan tepat waktu.

  Tekstil Jingga Metil Menggunakan Bentonit Terpilar TiO 2 ” Penulisan skripsi ini tidak akan selesai tanpa bantuan dan dukungan dari berbagai pihak.

  Oleh karena itu, penyusun ingin mengucapkan terima kasih kepada :

  1. Ibu Dr. Muji Harsini, M.Si selaku dosen pembimbing I dan Bapak Yanuardi

  Raharjo, S.Si., M.Sc selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan

  waktu, saran, dan bimbingan kepada penyusun hingga terselesaikan skripsi ini.

  2. Bapak Drs. Yusuf Syah, MS. dan Ibu Dr. Alfinda Novi Kristianti, DEA

  selaku penguji skripsi ini, terima kasih atas kritik dan saran yang telah diberikan sehingga penyusun dapat menyempurnakan penulisan skripsi ini.

  3. Ibu Dr. Sri Sumarsih, M.Si serta Ibu Dr. Afaf Baktir selaku dosen wali yang senantiasa memberikan banyak informasi dan membimbing penyusun dalam

  menyelesaikan permasalahahan akademik .

  4. Ibu Dr. Alfinda Novi Kristianti, DEA selaku Ketua Departemen Kimia yang senantiasa memberikan ilmu dan saran yang sangat bermanfaat.

  5. Bapak dan Ibu penyusun yang selalu memberikan kasih sayang, doa, semangat kepercayaan, dan dukungan baik secara moril maupun materi kepada penyusun. v

  6. Serta pihak – pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang banyak memberikan saran, masukan dan pengalamannya.

  Penyusun menyadari bahwa dalam penulisan proposal skripsi ini masih banyak kekurangan, sehingga penyusun mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi perbaikan proposal skripsi ini selanjutnya. Penyusun berharap proposal skripsi ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan.

  Surabaya, Juli 2012 Penyusun

  Ike Silviyanti vi

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

  BAB I PENDAHULUAN ......................................................................... 1 1.1 Latar Belakang Masalah ...................................................

  1 1.2 Rumusan Masalah ...................................................................

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

  5 1.4 Manfaat Penelitian ..................................................................

  6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................

  7 2.1 Bentonit ..................................................................................

  7 2.2 Fotokatalisis ............................................................................

  9 2.3 Fotodegradasi .........................................................................

  10 2.4 Titanium Tetraklorida ............................................................

  10 2.5 Titanium Dioksida ..................................................................

  11

  2.5.1 Mekanisme fotokatalisis semikonduktor TiO 2 .............

  13 2.6 Zat Warna Azo .......................................................................

  15 2.7 Jingga Metil ...........................................................................

  16 BAB III METODE PENELITIAN.............................................................

  17 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian.................................................

  17 3.2 Bahan dan Alat Penelitian.......................................................

  17 3.2.1 Bahan-bahan .................................................................

  17 3.2.2 Alat-alat ........................................................................

  17 3.3 Diagram Alir Penelitian ..........................................................

  18 3.4 Prosedur Penelitian ................................................................

  19 3.4.1 Pembuatan larutan HCl 0,1 M .....................................

  19 3.4.2 Pembuatan larutan HCl 6,0 M .....................................

  19

  3.4.3 Pembuatan larutan TiCl 4 0,1 M ...................................

  19 3.4.4 Pembuatan larutan induk jingga metil 1000 ppm.........

  19 3.4.5 Pembuatan larutan standar jingga metil ......................

  19 3.4.6 Pembuatan larutan jingga metil 50 ppm ......................

  20 ix

  3.4.7 Pembuatan larutan jingga metil pada berbagai variasi konsentrasi .....................................................

  20

  3.4.8 Pembuatan bentonit terpilar TiO

  2 ............................. 21

  3.4.9 Karakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction

  (XRD) ......................................................................... 21 3.4.10 Penentuan panjang gelombang maksimum................

  22 3.4.11 Pembuatan kurva kalibrasi jingga metil.....................

  22

  3.4.12 Penentuan waktu optimum degradasi zat warna jingga metil ...............................................................

  22

  3.4.13 Penentuan pH optimum degradasi zat warna jingga metil ...........................................................................

  23

  3.4.14 Karakteristik degradasi zat warna jingga metil pada berbagai variasi konsentrasi terhadap kapasitas degradasi bentonit terpilar TiO

  2 ................................ 24 3.4.15 Degradasi jingga metil menggunakan sinar UV........

  25

  3.4.16 Degradasi jingga metil menggunakan bentonit/UV ................................................................................... 25

  3.4.17 Degradasi jingga metil menggunakan TiO

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

  26

  3.4.18 Degradasi jingga metil menggunakan bentonit terpilar TiO ..............................................................

  27

  

2

  3.4.19 Degradasi jingga metil menggunakan bentonit terpilar TiO

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

  27 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................... 29

  4.1 Pembuatan Bentonit Terpilar TiO ........................................... 29

  2

  4.2 Karakterisasi Menggunakan X-Ray Diffraction ....................... 31

  4.3 Penentuan Panjang Gelombang Maksimum Larutan Jingga Metil ........................................................................................ 34

  4.4 Pembuatan Kurva Kalibrasi Jingga Metil ................................ 35

  4.5 Penentuan Waktu Optimum Degradasi Larutan Jingga Metil .................................................................................................. 37

  4.6 Penentuan pH Optimum Degradasi Jingga Metil ..................... 39

  4.7 Karakteristik Degradasi Zat Warna Jingga Metil pada Berbagai Variasi Konsentrasi terhadap Kapasitas Degradasi Bentonit Terpilar TiO ............................................................ 41

  

2

  4.8 Mempelajari Pengaruh Sinar UV, TiO

  2 /UV, Bentonit/UV,

  TiO

  2 /Bentonit, TiO 2 /Bentonit/UV terhadap Degradasi Zat

  Warna Jingga Metil ................................................................. 44

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................................... 49

  5.1 Kesimpulan ............................................................................... 49

  5.2 Saran ......................................................................................... 49

DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................

  50 LAMPIRAN x

  xi

  DAFTAR TABEL

Nomor Judul Tabel Halaman

2.1 Karakteristik senyawa azo ...........................................................

  16 4.1 Panjang gelombang maksimum larutan jingga metil ...................

  35

  4.2 Data absorbansi larutan standar jingga metil ............................... 36

  DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Gambar Halaman 2.1 Struktur kelompok smektit ................................................................

  7

  2.2 Skema struktur bentonit . ........................................................................... 8

  2.3 Struktur kristal Rutile (A), Anatase (B), dan Brookite (C) ........................13

  2.4 Mekanisme fotokatalitik pada TiO

  2 ............................................................13 2.5 Struktur kimia jingga metil ................................................................

  16

  3.1 Reaktor fotokatalitik ...................................................................................17 4.1 (a) Analisa XRD bentonit alam (b) Analisa XRD bentonit

  4+

  terinterkalasi Ti (c) Analisa XRD bentonit terpilar TiO ........................32

  2

  4.2 Kurva kalibrasi jingga metil pada pH 2; 3,5; dan 6 ................................ 26

  4.3 Grafik hubungan antara % degradasi terhadap waktu degradasi larutan jingga metil 50 ppm pada pH 2; 3,5; dan 6 menggunakan 0,5000 g bentonit terpilar TiO

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

  4.4 Grafik hubungan antara pH dengan % degradasi larutan jingga metil 50 ppm pada pH 2; 3,5; dan 6 menggunakan 0,5000 g bentonit terpilar TiO dan lampu UV 3 x 8 watt ................................

  40

  2

  4.5 Struktur jingga metil pada keadaan asam (pH < 3,1) dan pada keadaan basa (pH > 4,4) .............................................................................41

  4.6 Grafik hubungan antara konsentrasi awal jingga metil dengan kapasitas degradasi larutan jingga metil 25, 50, 75, 100, 150, 200, dan 250 ppm menggunakan 0,5000 g bentonit terpilar TiO

  2

  serta sinar UV 3 x 8 watt ............................................................................42

  4.7 Grafik perbandingan hasil degradasi larutan jingga metil 50 ppm pada pH 2 dan pH 6 dengan menggunakan sinar UV, TiO

  2 /UV,

  bentonit/UV, TiO

  2 /bentonit, serta TiO 2 /bentonit/UV ................................44

  xii

  DAFTAR LAMPIRAN Nomor Judul

  1. Hasil karakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction

  2. Tabel JCPDS untuk harga jarak antarbidang, d-spacing dengan intensitas terkuat untuk beberapa mineral

  3. Tabel JCPDS untuk harga jarak antarbidang, d-spacing dengan intensitas terkuat untuk titanium dioksida anatase

  4. Spektrum panjang gelombang jingga metil pada pH 2; 3,5; dan 6

  5. Perhitungan persen degradasi jingga metil menggunakan TiO

  2 /bentonit/UV pada optimasi waktu pH 2; 3,5; dan 6

  6. Perhitungan persen degradasi jingga metil menggunakan TiO /bentonit/UV pada optimasi pH

  2

  7. Perhitungan kapasitas degradasi jingga metil pada konsentrasi 25, 50, 75, 100, 150, 200, dan 250 ppm menggunakan TiO

  2 /Bentonit/UV 8.

  Perhitungan persen degradasi jingga metil menggunakan sinar UV, TiO

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

  xiii Silviyanti, I., 2012, Pengolahan Zat Warna Tekstil Jingga Metil 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 pengolahan zat warna tekstil jingga metil menggunakan bentonit terpilar TiO

  2 . Tujuan penelitian ini adalah menentukan

  waktu dan pH yang optimum pada degradasi jingga metil, mengetahui karakteristik degradasi jingga metil pada berbagai variasi konsentrasi terhadap kapasitas degradasi bentonit terpilar TiO , serta mempelajari pengaruh UV,

  2 TiO /UV, bentonit/UV, TiO /bentonit, dan TiO /bentonit/UV terhadap degradasi

  2

  2

  2

  zat warna jingga metil. Pembuatan TiO

  2 /bentonit dilakukan dengan

  mendispersikan larutan pemilar dalam bentuk oligokation titanium ke dalam bentonit alam. Campuran diaduk selama 5 jam kemudian dicuci hingga terbebas

  4+

  dari ion klorida. Bentonit terinterkalasi Ti kemudian dikalsinasi pada suhu

  o

  450 C selama 4 jam untuk membentuk pilar TiO . Bentonit alam, bentonit

  2

  terinterkalasi, dan TiO

  2 /bentonit dikarakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction

  untuk mengetahui perubahan basal spacing. Larutan jingga metil 50 ppm dicampur dengan TiO

  2 /bentonit kemudian disinari dengan lampu UV 3 x 8 watt di

  dalam reaktor tertutup selama waktu optimum 3 jam pada pH 2 dan 3,5 sedangkan pada pH 6 waktu optimumnya adalah 1 jam. Konsentrasi sisa jingga metil diukur dengan spektrofotometer UV-Vis. Hasil karakterisasi XRD TiO

  2 /bentonit o

  menunjukkan runtuhnya bidang d 001 = 15,5 A monmorilonit serta munculnya beberapa puncak difraktogram TiO

  2 anatase. Hasil optimasi pH pada degradasi

  jingga metil menggunakan TiO /bentonit adalah pH 2 dengan persen degradasi

  2

  sebesar 71,886 %. Pengaruh variasi konsentrasi awal menunjukkan tercapainya kesetimbangan pada konsentrasi 200 ppm dengan kapasitas degradasi sebesar 144,540 mg/g. Perbandingan hasil degradasi pada keadaan optimum menggunakan UV, TiO

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

  menunjukkan persen degradasi masing-masing sebesar 2,757 %, 23,264 %, 90,757 %, 67,361 %, dan 71,886 %.

  Kata kunci: bentonit terpilar TiO 2 , jingga metil, degradasi

  vii Silviyanti, I., 2012, The Treatment of Methyl Orange Textile Dye Using TiO

  2 Pillared Bentonite . Script was under consulted by Dr. Muji Harsini, M.Si. and

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

  ABSTRACT

  The research of methyl orange textile dyes treatment using TiO pillared bentonite

  2

  has been studied. The purposes of this research were to determine the optimum time and pH value, knowing the degradation characteristics between methyl orange degradation at concentrations variety of the degradation capacity using TiO pillared bentonite, and studying the effects of UV, TiO /UV, bentonite/UV,

  2

  2 TiO /bentonite, and TiO /bentonite/UV to degrade methyl orange dye.

  2

  2 TiO 2 /bentonit made by dispersing of pillaring solution (in form oligocations of

  titanium) into the natural bentonite. The mixture was stirred for 5 hours and then

  o

  washed until free of chloride ion and then calcined at 450 C for 4 hours to form the pillars of TiO . Natural bentonite, intercalated bentonite, and TiO /bentonite

  2

  2

  were characterized using X-Ray Diffraction to determine the changes in basal spacing. Methyl orange solution 50 ppm was mixed with TiO

  2 /bentonit then

  irradiated with UV light 3 x 8 watts in closed reactor for 3 hours as the optimum time at pH value 2 and 3.5 while at pH value 6 it irradiated for 1 hour. Residual concentration of methyl orange was measured by spectrophotometer UV-Vis. The results of TiO /bentonit XRD characterization was indicated the disappearance of

  2 o

  the field's d 001 = 15.5 A of montmorillonite and the appearance of multiple peaks of anatase TiO

  2 difractogram. The result of pH value optimization on the methyl

  orange degradation using TiO

  2 /bentonit is pH 2. The effect of initial dye

  concentration variations indicate the achievement of equilibrium at a concentration of 200 ppm. Comparison study of degradation results in optimum condition using UV, TiO

  2 /UV, bentonite/UV, TiO 2 /bentonite, and

  TiO

  2 /bentonite/UV shows degradation percent amounting to 2.757%, 23. 264 %, 90.757%, 67.361% and 71.886%, respectively.

  Key words : TiO 2 pillared bentonite, methyl orange, degradation

  viii

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

  Sebagai negara yang sedang berkembang, Indonesia mengandalkan sektor industri, salah satunya adalah industri tekstil. Industri dan produk tekstil memberikan efek multiplier dalam kehidupan masyarakat baik dari sisi tenaga kerja, pendapatan maupun terhadap output industri itu sendiri. Perkembangan sektor industri tekstil dan produk tekstil di Indonesia menjadikan industri ini sebagai salah satu industri terpenting dan menjadi ujung tombak dalam meningkatkan perekonomian di Indonesia (Maryadi, 2007).

  Seiring dengan perkembangan industri tekstil di Indonesia, produksi limbah cair zat warna tekstil pun semakin meningkat. Kehadiran limbah tersebut memberikan suatu permasalahan yang dominan terhadap lingkungan. Proses pencelupan pada industri tekstil memberikan kontribusi yang besar pada pencemaran air apabila limbah dibuang ke selokan atau sungai tanpa diolah terlebih dahulu (Suwarsa,1998). Selama proses pencelupan berlangsung, sekitar 10-15% zat warna dihasilkan sebagai limbah (Fang et al., 2004).

  Zat warna azo adalah senyawa yang paling banyak terdapat dalam limbah tekstil, yaitu sekitar lebih dari 50 % (Blackburn dan Burkinshaw., 2002). Limbah zat warna azo merupakan penggambaran dari kelas polutan organik yang berpotensi karsinogenik (Garcia et al., 2006). Walaupun toksisitas akut zat warna azo relatif rendah, akan tetapi keberadaannya dalam air dapat menghambat

  1

  2

  penetrasi sinar matahari ke dalam air sehingga mengganggu aktivitas fotosintesis mikroalga. Dampak lanjutannya adalah pasokan oksigen dalam air menjadi berkurang dan akhirnya memicu aktivitas mikroorganisme anoksik-anaerobik yang menghasilkan produk berbau tak sedap. Di samping itu, perombakan zat warna azo secara anaerobik pada dasar perairan menghasilkan senyawa amina aromatik yang kemungkinan lebih toksik dibandingkan dengan zat warna azo itu sendiri (Zee, 2002).

  Air limbah tekstil umumnya memiliki intensitas warna berkisar 50-100 mg/L dengan nilai parameter BOD dan COD berturut-turut 80-6.000 mg/L dan 150-12.000 mg/L (Pandey et al., 2007). Nilai parameter COD dan BOD tersebut berada jauh di atas nilai ambang batas baku mutu limbah cair industri tekstil yang terdapat pada KepMen LH No. 51/MENLH/10/1995 yaitu masing-masing sebesar 300 dan 150 mg/L. Metode alternatif secara fisika, kimia dan biologi telah banyak dilakukan untuk mereduksi zat warna dan senyawa organik dalam limbah cair industri tekstil (Lucas dan Peres, 2009).

  Supriyati (2007) melakukan penelitian mengenai degradasi zat warna dengan menggunakan ozon yang diproduksi dengan menggunakan plasma.

  Namun, penelitian ini kurang efisien karena menggunakan sumber energi yang sangat besar dalam jumlah kilovolt. Penghilangan warna secara kimia menggunakan koagulan akan menghasilkan lumpur (sludge) dalam jumlah yang relatif besar. Menurut Peraturan Pemerintah No. 19 tahun 1994, lumpur yang dihasilkan industri tekstil diklasifikasikan sebagai limbah B3, sehingga membutuhkan pengolahan limbah lebih lanjut terhadap lumpur yang terbentuk.

  3

  Dengan adanya penanganan lanjutan ini akan menaikkan biaya operasional unit pengolahan limbah (Manurung dkk., 2004). Pengolahan limbah cair dengan menggunakan proses biologi juga banyak diterapkan untuk mereduksi senyawa organik limbah cair industri. Namun, berbagai penelitian menunjukkan bahwa proses biologi konvensional kurang efektif dalam mereduksi zat warna. Hal tersebut karena zat warna cenderung mempunyai sifat tahan terhadap degradasi biologi (recalcitrance) (Manurung dkk., 2004).

  Untuk mengatasi masalah di atas diperlukan alternatif baru untuk mengolah limbah cair indutri tekstil yang efektif dan efisien dalam menurunkan konsentrasi zat warna. Fotokatalitik heterogen merupakan salah satu metode yang digunakan untuk pengolahan limbah cair. Proses ini dapat juga disebut proses oksidasi berkelanjutan yang cocok untuk mengoksidasi zat warna. Proses oksidasi berkelanjutan ini berdasarkan pada pembentukan radikal hidroksi (HO•), yang merupakan oksidator kuat (E°=2.8 eV) yang dapat mempromosikan mineralisasi total pada polutan organik (Faisal et al., 2007; Saquib et al., 2008; Singh et al., 2008).

  Titanium oksida merupakan fotokatalis yang paling banyak diteliti untuk proses degradasi polutan organik pada limbah cair. Katalis ini sangat menguntungkan jika dibandingkan dengan semikonduktor yang lain karena kestabilan kimianya, tidak beracun, harganya murah dan tersedia secara komersial (Li et al., 2008; Suwanchawalit dan Wongnawa, 2008; Wang et al., 2008; Yang et

  al. , 2008). Pada proses fotokatalitik menggunakan TiO 2 akan dihasilkan radikal  hidroksil (OH ) yaitu suatu agen oksidator yang sangat kuat dan dapat

  4

  mengoksidasi senyawa organik (Barka et al., 2010). Radikal hidroksil merupakan radikal yang paling reaktif di antara jenis-jenis radikal yang lain (Stephanson et

  al. , 2003).

  Efektivitas TiO 2 bergantung pada struktur kristal, ukuran partikel, permukaan area, dan porositas. Serbuk TiO ultrafine menunjukkan aktivitas

  2

  katalitik yang baik. Akan tetapi dapat terjadi penggumpalan yang menghasilkan partikel yang lebih besar sehingga dapat menyebabkan reduksi atau hilangnya efektivitas katalitik (Valverde et al., 2003; Suwanchawalit dan Wongnawa, 2008). Cara yang dapat digunakan untuk memaksimalkan kerja TiO

  2 adalah dengan

  menjadikannya pemilar dalam lempung terpilar TiO , dimana TiO dapat berperan

  2

  2

  sebagai pemilar sekaligus sebagai katalis dalam reaksi fotokatalisis (Ding et al., 1999)

  Bentonit merupakan salah satu jenis lempung yang mempunyai kandungan utama mineral montmorillonit (85% – 95%) dengan rumus kimia secara umum Mx(Al -xMgx)Si O (OH) .nH O. Montmorillonit merupakan kelompok mineral

  4

  8

  20

  4

  2

  lempung yang unik karena memiliki kemampuan mengembang (swelling), memiliki kation-kation yang dapat dipertukarkan (exchangeable cations), dan dapat diinterkalasi (Pinnavaia, 1983).

  Berdasarkan uraian di atas, akan dilakukan pilarisasi bentonit dengan TiO

  2

  untuk mendegradasi zat warna azo. Pembuatan bentonit terpilar TiO dilakukan

  2

  dengan merendam bentonit pada larutan TiCl

  4 kemudian dilakukan kalsinasi pada o

  suhu 450

  C. Pada penelitian ini, dipilih zat warna azo yang mudah ditemui di laboratorium dan sering digunakan sebagai zat warna tekstil yaitu jingga metil.

  5

  Karakterisasi struktur kristal bentonit dan bentonit terpilar TiO

  2 dilakukan dengan

  XRD (X-Ray Diffraction). Sedangkan uji aktivitas fotokatalitik dianalisis menggunakan spektrofotometer UV-Vis. Penggunaan sinar ultraviolet selama proses pengolahan zat warna tekstil menggunakan bentonit terpilar TiO

  2 dapat

  meningkatkan kinerja fotokatalis TiO yang terpilar pada ruang interlamelar

  2

  bentonit dengan menghasilkan radikal hidroksil yang mampu mendegradasi zat warna. Optimasi pH perlu dilakukan pada penelitian ini karena perubahan pH mampu mempengaruhi perubahan struktur dari zat warna serta dapat mempengaruhi kemampuan bentonit terpilar TiO

  2 untuk mendegradasi zat warna.

  1.2 Rumusan Masalah

  Berdasarkan uraian latar belakang tersebut, maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut.

  1. Berapakah waktu serta pH yang optimum untuk mendegradasi zat warna jingga metil menggunakan bentonit terpilar TiO ?

  2

  2. Bagaimana karakteristik degradasi zat warna jingga metil pada berbagai variasi konsentrasi terhadap kapasitas degradasi bentonit terpilar TiO

  2 ?

  3. Bagaimana pengaruh sinar UV, TiO

  2 /UV, bentonit/UV, TiO 2 /bentonit, serta

  TiO

  2 /bentonit/UV terhadap degradasi zat warna jingga metil?

  1.3 Tujuan Penelitian

  1. Menentukan waktu serta pH yang optimum untuk mendegradasi zat warna jingga metil menggunakan bentonit terpilar TiO

  2 .

  6

  2. Mengetahui karakteristik zat warna jingga metil pada berbagai variasi konsentrasi terhadap kapasitas degradasi bentonit terpilar TiO

  2 .

  3. Mempelajari pengaruh sinar UV, TiO

  2 /UV, bentonit/UV, TiO 2 /bentonit, serta

  TiO 2 /bentonit/UV terhadap degradasi zat warna jingga metil.

1.4 Manfaat Penelitian

  Manfaat penelitian ini adalah memberikan informasi mengenai penggunaan bentonit terpilar TiO

  2 dengan bantuan sinar UV untuk mendegradasi zat warna jingga metil pada limbah cair industri tekstil.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Bentonit

  Bentonit adalah mineral lempung yang mengandung monmorilonit di atas 75%, sejumlah kuarsa, serta sedikit campuran illit, kalsit, mika, dan klorit.

  Bentonit termasuk dalam kelompok smektit dalam golongan phyllosilicate

  4-

  berstruktur 2:1 yang tersusun dari dua lembar tetrahedral [SiO

  4 ] (T) dan satu

  lembar oktahedral alumina Al

  2 (OH) 6 (O) serta memiliki ruang interlamelar (I), ditunjukkan oleh Gambar 2.1 (Nagendrappa, 2002 dan Kozak et al., 2002).

Gambar 2.1 Struktur kelompok smektit

  Berdasarkan struktur tersebut, komposisi ideal monmorilonit adalah HAlSi

  2 O 6 dan permukaan lapisannya bersifat netral, tetapi di alam komposisi

  tersebut berubah menjadi tidak menentu, yaitu

  n+

  M [Al Mg ][Si ]O (OH) .nH O dan permukaan lapisannya bermuatan

  x/n 4x x

  8

  20

  4

  2 n+

  negatif. Kation M adalah kation penyeimbang muatan. Perubahan tersebut

  4+ 3+

  terjadi karena substitusi isomorfis Si oleh Al pada lembar tetrahedral, substitusi

  7

  8 3+ 2+

  Al oleh Mg atau ruang kosong (vacancy) pada lembar oktahedral (Bergaya et

  al ., 2006). Jumlah muatan negatif pada lapisan (layer charge) bentonit tergolong

  rendah yaitu 0.25 – 0.60 per unit formula. Hal ini menyebabkan ikatan interlamelarnya lemah, sehingga molekul-molekul polar, seperti air dapat masuk pada daerah interlamelar menyebabkan mineral monmorilonit dapat mengembang atau mengalami swelling karena bidang basal lapisan bentonit akan bergerak saling menjauh (Yerima dan Van Ranst, 2005). Masuknya air juga akan menimbulkan terbentuknya kation hidrat pada daerah interlamelar, ditunjukkan oleh Gambar 2.2. Semakin banyak air yang masuk, kation-kation yang ada pada interlayer menjadi lebih mudah diganti (Nagendrappa, 2002).

Gambar 2.2 Skema Struktur Bentonit

  Berdasarkan sifat-sifat tersebut, bentonit banyak dimanfaatkan sebagai adsorben, penghilang warna (decoloration agent), penukar ion (ion exchange), dan katalis. Daya guna bentonit berasal dari grup Si – O – Si, Al – OH – Al , dan situs asam. Grup Si – O – Si pada permukaan bidang basal dapat mengadsorpsi bahan organik non polar, grup Al – OH – Al pada bidang basal dapat mengadsorpsi kation logam. Adsorpsi kation juga terjadi pada permukaan bidang

  9 basal , karena difusi muatan negatif yang ditimbulkan oleh substitusi isomorfis

  4+ 3+

  Si oleh Al , sehingga kation logam dapat terperangkap oleh rongga di trigonal pada siloksan. Situs-situs pada tepi bentonit cenderung lebih reaktif untuk adsorpsi ion, karena terdapat gugus silanol, Si(IV) OH dan aluminol, Al(III).H

  2 O (Maurice et al.,2009).

2.2 Fotokatalisis

  Fotokatalisis adalah reaksi perpaduan antara fotokimia dan katalis. Proses reaksi fotokimia melibatkan suatu cahaya (foto). Fotokatalisis sendiri adalah suatu proses yang dibantu oleh adanya cahaya dan material katalis. Katalis adalah suatu zat yang mempengaruhi proses laju reaksi tanpa ikut berubah secara kimia.

  Katalis dapat mempercepat fotoreaksi melalui interaksinya dengan substrat baik keadaan dasar maupun tereksitasi atau dengan fotoproduk utamanya, tergantung pada mekanisme fotoreaksi tersebut (Otmer dan Kirk, 1994).

  Berdasarkan fasanya, fotokatalisis dibagi menjadi dua, yaitu fotokatalisis homogen dan fotokatalisis heterogen.

  1. Fotokatalisis homogen, merupakan suatu proses fotokatalisis satu fasa antara subtrat dengan katalis. Pada umumnya katalis berupa oksidator seperti ozon (O

  

3 ) dan hidrogen peroksida (H

  2 O 2 ).

  2. Fotokatalisis heterogen, merupakan suatu proses fotokatalisis dua fasa yang dilakukan dengan bantuan semikonduktor. Semikonduktor yang dipakai dalam proses ini adalah titanium dioksida (TiO

  2 ), seng oksida (ZnO) dan cadmium sulfide (CdS) (Otmer dan Kirk,1994).

  10

  2.3 Fotodegradasi

  Fotodegradasi adalah proses peruraian suatu senyawa (biasanya senyawa organik) dengan bantuan energi foton. Proses fotodegradasi memerlukan suatu fotokatalis, yang umumnya merupakan bahan semikonduktor. Prinsip fotodegradasi adalah adanya loncatan elektron dari pita valensi ke pita konduksi pada logam semikonduktor jika dikenai suatu energi foton. Loncatan elektron ini menyebabkan timbulnya hole (lubang elektron) yang dapat berinteraksi dengan

• pelarut (air) membentuk radikal OH. Radikal bersifat aktif dan dapat berlanjut untuk menguraikan senyawa organik target (Malldotti et al., 2000 dan Ranjit et al ., 1998).

  2.4 Titanium Tetraklorida

  Titanium tetraklorida merupakan cairan tidak berwarna yang dapat larut pada air dengan penambahan panas serta larut pada asam hidroklorit encer.

  Rumus kimia untuk titanium tetraklorida adalah TiCl dengan berat molekul

  4

  189,68 g/mol. Titanium tetraklorida memiliki aroma asam yang sangat kuat (O’Neil, 2001). Tekanan uap titanium tetraklorida adalah 10.0 mm Hg pada suhu 20° C (ATSDR, 1997). Titanium tetraklorida memiliki sifat korosif, tidak mudah terbakar, merupakan cairan yang stabil dan tidak dapat terdekomposisi secara termal di bawah lapisan udara inert pada suhu kamar (Lewis, 2001). Titanium tetraklorida dihidrolisis sempurna oleh udara lembab (Greenwood dan Earnshaw, 1997).

  11

  Titanium tetraklorida dapat digunakan sebagai senyawa intermediete pada pembuatan logam titanium, titanium dioksida, pigmen titanium pada industri gelas warna-warni dan mutiara imitasi, sebagai katalis polimerisasi serta untuk menghasilkan layar asap. Titanium tetraklorida jika direaksikan dengan potassium bitartrat dapat digunakan sebagai pengikat zat warna pada industri tekstil serta direaksikan dengan zat warna kayu dalam pewarnaan kulit (O’Neil, 2001).

  Titanium tetraklorida dapat menyebabkan iritasi pada kulit, mata, dan membran selaput lendir pada manusia. Dampak akut jangka pendek akan terlihat pada permukaan kulit yang terbakar, hidung tersumbat, dan sesak pada beberapa bagian jalur pernapasan atas pada manusia. Dampak jangka pendek juga dapat menimpa mata. Penyakit paru-paru merupakan dampak akut dalam jangka panjang dari penggunaan titanium klorida pada pekerja produksi logam titanium (ATSDR, 1997).

2.5 Titanium Dioksida

  Titanium dioksida (TiO

  2 ) merupakan oksida logam Ti (Titanium) yang

  paling banyak dijumpai (Greenwood dan Earnshaw, 1997). Titanium dioksida dikenal sebagai senyawa dioksida berwarna putih yang tahan karat dan tidak beracun. Berdasarkan sifatnya ini TiO

  2 telah lama digunakan sebagai bahan pemberi warna (pigmen) 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 (

8 O) yaitu 1s ,2s ,2p . Secara sederhana orbital molekul

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

  12

  energi kulit 3d menjadi daerah konduktif molekul sedangkan kulit 2p menjadi area valensi molekul.

  Titanium dioksida (TiO

  2 ) secara mikroskopis memiliki dua bentuk utama

  yaitu kristal dan amorf (Gunlazuardi, 2001). Titanium dioksida (TiO

  2 ) amorf

  seperti layaknya senyawa amorf lain tidak memiliki keteraturan susunan atom sehingga bahan tersebut tidak memiliki keteraturan pita konduksi dan valensi.

  Titanium dioksida amorf juga dikenal memiliki kemampuan untuk mendegradasi polutan dalam waktu yang singkat.

  Titanium dioksida bentuk kristal diketahui memiliki tiga fase kristal yang berbeda yaitu rutile, anatase, dan brookite. 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

  o o

  akibat pemanasan TiO

  2 amorf pada suhu 400 C hingga 600

  C. Sedangkan

  o

  pemanasan hingga 700 C akan menyebabkan kristal anatase bertransformasi menjadi rutile. Brookite merupakan jenis kristal yang paling sulit diamati karena sifatnya yang tidak mudah dimurnikan.

  Rutile adalah bentuk kristal TiO yang paling umum dihasilkan di alam

  2

  dan diproduksi secara komersial di pasaran. Struktur Rutile berbentuk oktahedral yang ditempati oleh atom titanium. Sedangkan anatase dan brookite berbentuk

  13

  kubik (Greenwood dan Earnshaw, 1997). Struktur kristal TiO

  2 rutile, anatase, dan brookite dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Struktur kristal Rutile (A), Anatase (B), dan Brookite (C)

2.5.1 Mekanisme fotokatalisis semikonduktor TiO

  2 Proses fotokatalitik pada TiO 2 terjadi bila semikonduktor TiO 2 menyerap

  cahaya yang berenergi sama atau lebih besar dari energi celah yang dimilikinya

• sehingga elektron (e ) pada pita valensi (pv) tereksitasi ke pita konduksi (pk) dan
• meninggalkan hole positif (h ) pada pita valensi.

  Semikonduktor + hv  h + e (2.1)

  pv pk

  Proses fotokatalitik pada semikonduktor TiO

  2 dapat dijelaskan pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Mekanisme fotokatalitik pada TiO

  2

  14

  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

• e pk + (>Ti(IV)OH•)
•  >Ti(IV)OH
• h + (>Ti(III)OH)  >Ti(IV)OH

  pv

  3. Inisiasi reaksi oksidasi oleh hole positif pada pita valensi

  (>Ti(IV)OH•) + red  Ti(IV)OH + red•

  4. Inisiasi reaksi reduksi oleh elektron pada pita konduksi

  e tr + oks  >Ti(IV)OH + oks•

  5. Reaksi fotkatalitik menghasilkan radikal pendegradasi senyawa organik dan sel bakteri.

  Keterangan : >TiOH : permukaan TiO

  2 yang terhidrat primer

• e pk : elektron pada pita konduksi
• h : hole positif pada pita valensi

  pv

• (>Ti(IV)OH•) : hole positif pita valensi yang terjebak di permukaan
• (>Ti(III)OH)= e tr : elektron pita konduksi yang terjebak di permukaan Red : donor elektron, mengalami oksidasi Oks : akseptor elektron, mengalami reduksi

  Hole positif ini dapat bereaksi baik dengan H O yang teradsorpsi secara

  2

  fisik sehingga mampu menguraikan molekul H

  2 O dan O 2 menjadi radikal •OH

  dan ion superoksida (O

  2 •) yang mampu mendegradasi senyawa organik dan sel-sel

  15

  bakteri sehingga menyebabkan inaktivasi dan kematian pada sel bakteri (Sirimahachai et al., 2009).

2.6 Zat Warna Azo

  Penggolongan zat warna menurut "Colours Index" volume 3, terutama menggolongkan zat warna atas dasar sistem kromofor yang berbeda misalnya zat warna Azo, Antrakuinon, Ftalosia, Nitroso, Indigo, Benzodifuran, Okazin, Polimetil, Di- dan Tri-Aril Karbonium, Poliksilik, Aromatik Karbonil, Quionftalen, Sulfer, Nitro, Nitrosol dan lain-lain (Heaton, 1994).

  Zat warna azo adalah kelas terbesar dan terpenting pada golongan zat warna. Jumlah zat warna azo mencapai ribuan (Fessenden dan Fessenden, 1986).

  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 yang berasal dari bahasa Yunani a (bukan) + zoe (hidup). Senyawa azo digunakan sebagai bahan celup, yang dinamakan azo dyes.

  Salah satu contoh senyawa azo adalah jingga metil (Mirkhani, 2009). Karakteristik dari beberapa senyawa azo diperlihatkan pada Tabel 2.1.

  16

Tabel 2.1 Karakterisitik senyawa azo (Mirkhani, 2009)

2.7 Jingga Metil

  Dalam dunia industri jingga metil digunakan sebagai zat pewarna tekstil, sementara itu di laboratorium jingga metil digunakan untuk menentukan kadar alkalinitas air serta sebagai indikator pada proses titrasi, khususnya titrasi asam mineral dan basa kuat. Senyawa azo seperti jingga metil, dapat digunakan sebagai indikator asam, karena dapat berfungsi sebagai asam lemah yang berbeda warna antara asam dan garamnya. Trayek pH jingga metil berada di antara pH 3,1 (berwarna merah) sampai dengan pH 4,4 (berwarna kuning) (O’Neil, 2001). Struktur senyawa jingga metil dapat dilihat pada Gambar 2.5.

  N N SO Na ₃ (CH ) N

  3

  2 Gambar 2.5 Struktur kimia jingga metil

BAB III METODE PENELITIAN

  3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

  Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Analitik dan Laboratorium Penelitian Departemen Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga, mulai bulan Februari 2012 sampai Juni 2012.

  3.2 Bahan dan Alat Penelitian

  3.2.1 Bahan-bahan

  Bahan-bahan kimia yang digunakan pada penelitian ini adalah bentonit alam Turen Malang, TiCl

  4 , TiO 2 , HCl, jingga metil, AgNO 3 , dan akuadem.

  3.2.2 Alat-alat

  Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah spektrofotometer UV- Vis, centrifuge, neraca analitik, reaktor fotokatalitik, Lampu UV 8 watt (Yumiko T8) sebanyak 3 buah, pengaduk magnet, oven, furnace, buret, pH meter, X-Ray

Diffraction , serta peralatan gelas yang biasa digunakan dalam laboratorium.

  Lampu UV Kotak kayu

  Pengaduk magnet Gelas piala Tutup kotak kayu

Gambar 3.1 Reaktor fotokatalitik

  17

  18

3.3 Diagram Alir Penelitian

  Sebanyak 150 gram bentonit yang 450 ml larutan TiCl

  4