UJI KATALIS KOMPOSIT TIO 2 ZAL dan KARB

UJI KATALIS KOMPOSIT TIO2-ZAL dan KARBON
AKTIF DALAM PROSES FOTODEGRADASI GAS
NOX dan COx SERTA REKAYASA ALAT
PURIFIKASI UDARA

Oleh:
Nuzulul Rahmah
Putri Kembar N.R

Disusun dalam rangka mengikuti Olimpiade Penelitian Siswa Indonesia

SMA TRENSAINS TEBUIRENG
2016

LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS PENELITIAN
Judul Penelitian : UJI KATALIS KOMPOSIT TIO2-ZAL dan KARBON AKTIF DALAM
PROSES FOTODEGRADASI GAS NOx dan COx SERTA REKAYASA
ALAT PURIFIKASI UDARA
Penulis

: Nuzulul Rahmah serta Putri Kembar N.R.

Dengan ini menyatakan bahwa penelitian kami bersifat original dan belum pernah
dipublikasikan dalam kegiatan yang serupa. Bilamana di kemudian hari ditemukan
ketidaksesuaian dengan pernyataan ini, maka kami bersedia dituntut dan diproses sesuai dengan
ketentuan yang berlaku serta didiskualifikasikan dalam Olimpiade Penelitian Siswa Indonesia.
Demikian pernyataan ini dibuat dengan sesungguhnya dan dengan sebenar-benarnya.

Jombang, 30 April 2016

Penulis,

2

BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Manusia sebagai makhluk hidup tertinggi di dunia ini, hidupnya sangat bergantung pada
sumber daya alam yang ada di sekitarnya. Sebagai kebutuhan dasar, manusia memerlukan
udara setiap harinya. Perkembangan teknologi dan industri kian berkembang dengat pesat
dan memberikan manfaat dan kemudahan bagi manusia. Seiring dengan perkembangan

tersebut, diikuti oleh melonjaknya produksi kendaraan bermotor yang mengakibatkan
pencemaran udara, selain itu berbagai akivitas manusia diantaranya industri, transportasi,
perkantoran, dan perumahan. Berbagai kegiatan tersebut merupakan kontribusi terbesar
dari pencemaran udara yang dibuang ke udara bebas terutama di kota- kota metropolitan.
Indonesia tingkat pencemaran sangat memprihatinkan, kurang lebih 70% pencemaran
udara disebabkan oleh emisi kendaraan bermotor. Kendaraan bermotor mengeluarkan zatzat berbahaya yang dapat menimbulkan dampak negatif, baik terhadap kesehatan manusia
maupun terhadap lingkungan, seperti timbal (Pb), suspended particulate matter (SPM),
Oksida nitrogen (NOx), hidrokarbon (HC), karbon monoksida (CO), dan oksida fotokimia
(Ox). Kendaraan bermotor menyumbang hampir 100% Pb, 13-44% SPM, 71 -89%
Hidrokarbon, 34-73% NOx, dan hampir seluruh karbon monoksida (CO). Bahkan salah
satu studi melaporkan bahwa Indonesia menjadi negara dengan tingkat polusi udara
tertinggi ketiga di dunia. World Bank juga menempatkan Jakarta menjadi salah satu kota
dengan kadar polutan/partikulat tertinggi setelah Beijing, New Delhi dan Mexico City.
Dampak dari pencemaran udara tersebut menyebabkan penurunan kualitas udara sehingga
berdampak negatif bagi makhluk hidup, terutama manusia.
Usaha untuk mengurangi pencemaran udara di Indonesia telah dilakukan oleh berbagai
kalangan tidak hanya pemerintahan saja, namun sampai saat ini permasalahan tersebut
belum terselesaikan. Sehingga dibutuhkan inovasi terbaru yang dapat menangani masalah
polusi udara yang sudah ada. Beberapa penelitian tentang penanganan permasalah polusi
sudah banyak dilakukan dalam berbagai aspek diantaranya adalah katalitik converter yang

diletakkan di knalpot,masker kesehatan dan filter udara dll.
Namun sampai saat ini permasalahan dalam menentukan bahan yang tepat dalam
menangani polusi udara masih diperbincangkan hingga saat ini. Beberapa penelitian
dengan prinsip absorbsi sudah banyak dilakukan diantaranya absorbsi untuk gas CO2 pada
karbon aktif maupun Zeolit Alam Lampung serta TiO2 menggunakan sistem fotokatalis.
Zeolit Alam Lampung untuk adsorbsi CO (Apriawan, 2010) untuk absorbsi NO2 dengan
Zeolit Alam Lampung sudah dikembangkan (Rasyid 2011) dan menghasilkan pengujian
absorbsi gas NO2 meningkat dan menurunkan rasio Si/Al didalam Zeolit Alam Lampung
dan menunjukkan tingkat pengurangan rata- rata emisi gas NO2 sebesar 29,89- 51,69%.
Pada penelitian ini penulis memilih karbon aktif, Zeolit Alam Lampung alam, yang
masing-masing diintegrasikan dengan TiO2 yang diharapkan dapat menjadi katalis
komposit. Hal yang menjadi pusat perhatian dalam penelitian ini adalah bahan dan
komposisi katalis komposit dalam mendegradasi berbagai senyawa polutan diantaranya
adalah NOx dan COx. TiO2 dipilih sebagai fotokatalisator karena dalam katalis komposit

3

TiO2 dapat mendegradasi CO dan NOx dengn baik (Gustafsson, 2006) serta bersifat
nontoksik dan harganya terjangkau.
Penelitian ini mengembangkan alat purifikasi udara dapat diaplikasikan di jalan raya,

didalamnya terdapat penyaring udara yang menggunakan prinsip absorbsi (Zeolit Alam
Lampung ataupun karbon aktif) yang diintegrasikan dengan suatu fotokatalis (TiO2 )
sehingga mampu meminimalisir penurunan kualitas udara bersih , akibatnya kualitas udara
yang ada dijalan raya kembali aman. Filter ini mampu menyerap udara kotor,
membersihkannya, dan selanjutnya mengeluarkan sebagai udara bersih.

B. Rumusan Masalah
1. Bagaimana cara merancang dan membuat prototipe alat purifikasi pembersih udara
dengan mengoptimalkan degradasi COx, dan NOx, dengan menggunakan bahan
Karbon aktif, Zeolit Alam Lampung dan TiO2 terintregasi dengan proses absorbsi
dan fotokatalis.
2. Berapakah persen konsentrasi CO, NO sisa dan CO2 dan NO2 yang terdegradasi
oleh alat purifikasi pembersih udara?

C. Tujuan Penelitian
1.

Membuat filter pembersih udara dan mendapatkan komposisi Karbon
aktif, Zeolit Alam Lampung , dan TiO2, terintregasi yang dapat mendegradasi kadar
COx, dan NOx di udara sehingga mencapai nalai baku mutu udara ambien.

2. Mendapatkan persen konsentrasi CO, NO sisa dan CO2 dan NO2 yang terdegradasi
oleh alat purifikasi pembesih udara.

D. Manfaat Penelitan
1. Dapat mengurangi polusi udara, terutama dikota-kota besar, sehingga udara dapat
mencapai nilai baku udara ambien.
2. Dapat membersihkan udara yang ada dijalan raya sehingga dapat menambah kualitas
udara yang ada di perkotaan.
3. Dapat mengurangi berbagai dampak negatif yang ditimbulkan dari polusi udara.

4

BAB II
DASAR TEORI
A. Pencemaran Udara
1. Pengertian
Pencemaran udara adalah kehadiran satu atau lebih substansi fisik,
kimia, atau biologi di atmosfer dalam jumlah yang dapat membahayakan kesehatan
manusia, hewan, dan tumbuhan, mengganggu estetika dan kenyamanan, atau merusak
properti. Sedangkan pencemar udara adalah zat yang berada di atmosfer dalam

konsentrasi tertentu yang bersifat membahayakan manusia, binatang, tumbuhan atau
benda-benda lain. Pencemaran udara dapat ditimbulkan oleh sumber-sumber alami
maupun kegiatan manusia. Beberapa gangguan fisik seperti polusi suara, panas, radiasi
atau polusi cahaya dianggap sebagai polusi udara. Sifat alami udara mengakibatkan
dampak pencemara udara dapat bersifat langsung dan lokal, regional, maupun global
(Muhammadah, 2012).

2. Sumber Pencemaran
Sumber Pencemaran Udara dapat dibedakan menjadi :
2.1 Kegiatan manusia
a. Transportasi Industri
b. Pembangkit listrik
c. Pembakaran
d. Gas buang pabrik yang menghasilkan gas berbahaya seperti (CFC)
2.2 Sumber alami
a. Gunung berapi
b. Rawa-rawa
c. Kebakaran hutan
d. Nitrifikasi dan denitrifikasi biologi
2.3 Sumber-sumber lain

a. Transportasi amonia
b. Kebocoran tangki klor
c. Timbulan gas metana dari pembuangan akhir sampah
d. Uap pelarut organik

3. Tipe Pencemaran Udara
3.1 Pencemaran primer
Pencemaran primer adalah substansi pencemaran yang ditimbulkan langsung
dari sumber pencemaran udara. Misalnya CO, NOx , SOx, HC, F, Cl, Br.
3.2 Pencemaran Sekunder
Pencemaran sekunder adalah substansi pencemaran yang terbentuk dari reaksi
pencemar- pencemar primer di atmosfer. Misalnya Ozon, CFC, HNO3-.

4. Pencemaran Udara Berdasarkan Lokasinya
Pencemaran udara berdasarkan lokasinya dapat dikategorikan sebagai berikut:
4.1 Pencemaran udara dalam ruang (indoor air pollution) yang disebut juga udara
tidak bebas seperti di rumah, pabrik, bioskop, sekolah, rumah sakit,dan
5

bangunan lainnya. Biasanya zat pencemarnya adalah asap rokok, asap yang

terjadi didapur tradisional ketika memasak, dan lain-lain.
4.2 Pencemaran udara luar ruang (outdoor air pollution) yang disebut juga udara
bebas seperti asap asap dari industri maupun kendaraa bermotor.

5. Dampak Pencemaran Udara
5.1 Dampak Terhadap Kesehatan
a. Mengganggu fisiologis paru, saraf, Hb, dan sensorik
b. Penimbunan bahan berbahaya dalam tubuh
c. Iritasi saluran pernafasan yang kemudian dapat mengekibatkan ISPA.
5.2 Dampak Terhadap Tanaman
Tanaman yang tumbuh didaerah dengan tingkat pencemaran udara tinggi dapat
terganggu pertumbuhannya dan rawan penyakit, antara lain klorosis, nekrosis, dan
binti hitam. Partikulat yang terdeposisi di permukaan tanaman dapat menghambat
proses fotosintesis.
5.3 Dampak Terhadap Hewan
Pencemaran udara dapat mengakibatkan keracunan baik hewan peliharaan
maupun binatang liar. Karena adanya bioakumulasi bahan berbahaya dengan
fisiologi pernafasan hewan tersebut.

6. Karbon monoksida (CO)

6.1 Karakteristik CO
Karbon monoksida adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau, tidak
mempunyai rasa, titik didih -192º C, tidak larut dalam air dan beratnya 96,5% dari
berat udara. Karbon monoksida dapat membunuh makhluk hidup termasuk
manusia. Gas CO ini akan mengganggu pengikatan oksigen pada darah karena CO
lebih mudah terikat oleh darah dibandingkan dengan oksigen dan gas-gas lainnya.
Pada kasus darah yang tercemar karbon monoksida dalam kadar 70% hingga 80%
dapat menyebabkan kematian pada orang (Muhammadah, 2012)
6.2 Sumber CO
1. Aktifitas Gunung Berapi
CO larut dalam lahar gunung berapi pada tekanan yang tinggi di dalam mantel
bumi. Gas karbon monoksida yang dihasilkan secara alami yang masuk ke
atmosfer lebih sedikit bila dibandingkan dengan yang dihasilkan dari kegiatan
manusia.
2. Hasil Pembakaran Mesin
Karbon monoksida terbentuk apabila terdapat kekurangan oksigen dalam proses
pembakaran. Reaksi-reaksi yang menghasilkan gas karbon monoksida antara
lain:
a. Pembakaran tidak sempurna dari bahan bakar atau senyawa senyawa karbon
lainnya 2C + O2

2CO2
(1.0)
b. Reaksi antara gas karbon dioksida dengan karbon dalam proses industri yang
terjadi dalam tanur: CO2 + C
2CO2
(1.1)
c. Penguraian gas karbon dioksida pada suhu tinggi: CO2 2CO + O2 (1.2)

6

3. Asap Rokok
Satu batang rokok mengandung kurang lebih 4000 jenis bahan kimia. Asap
rokok sangat berbahaya, terutama bagi perokok pasif. Selain nikotin, asap
rokok juga mengandung karbon monoksida (CO). Orang yang merokok akan
mengeluarkan asap rokok yang mengandung gas CO dengan konsentrasi lebih
dari 20.000 ppm yang kemudian menjadi encer sekitar 400-500 ppm selama
dihisap.
6.3 Dampak CO Terhadap Kesehatan
1. Keracunan
Keracunan CO ditandai dengan pusing, rasa tidak enak pada mata, telinga

berdengung, mual, muntah, detak jantung meningkat, rasa tertekan di dada,
kesukaran bernapas, kelemahan otot-otot, tidak sadar dan bisa meninggal.
2. Terhadap Haemoglobin (Hb)
CO apabila terhirup ke dalam paru-paru akan ikut peredaran darah dan akan
menghalangi masuknya oksigen yang dibutuhkan oleh tubuh. Hal ini dapat
terjadi karena gas CO bersifat racun, ikut bereaksi secara metabolis dengan
darah (hemoglobin) oksigen terganggu.
Hb + CO  COHb (Karboksihemoglobin)
(1.3)
Ikatan karbon monoksida dengan darah (karboksihemoglobin) lebih stabil
daripada ikatan oksigen dengan darah (oksihemoglobin). Keadaan ini
menyebabkan darah menjadi lebih mudah menangkap gas CO dan
menyebabkan fungsi vital darah sebagai pengangkut oksigen terganggu.

6.4 Dampak CO Terhadap Tanaman
Paparan CO terhadap tanaman sebesar 100 ppm tidak memberikan pengaruh
yang nyata pada tanaman tingkat tinggi. Pada paparan CO sebesar 2000 ppm selama
35 jam, dapat menghambat kemampuan bakteri untuk memfiksasi nitrogen.
Berikut ini grafik (1.0) konsentrasi CO dari tahun- ketahun di beberapa kota di Indonesia
menurut KLH tahun 2010

7. Gas NO dan NO2
NOx terbentuk atas tiga fungsi yaitu suhu (T), waktu reaksi (t), dan konsentrasi Oksigen
(O2) atau NOx = f (T, t, O2). Secara teoritis ada 3 teori yang mengemukakan
terbentuknya NOx, yaitu:
a. Thermal NOx (Extended Zeldovich Mechanism)
Proses ini disebabkan gas nitrogen yang beroksidasi pada suhu tinggi pada ruang
bakar (>1800 K). Thermal NOx ini didominasi oleh emisi NO (NOx = NO +NO2).
7

b. Prompt NOx
Formasi NOx ini akan terbentuk cepat pada zona pembakaran.
c. Fuel NOx
NOx formasi ini terbentuk karena kandungan N dalam bahan bakar. Kira-kira 90%
dari emisi NOx adalah disebabkan proses thermal NOx, dan tercatat bahwa dengan
penggunaan HFO (Heavy Fuel Oil), bahan bakar yang biasa digunakan di kapal,
menyumbangkan emisi NOx sebesar 20-30%. Nitrogen oksida yang ada di udara
yang dihirup oleh manusia dapat menyebabkan kerusakan paru-paru. Setelah
bereaksi dengan atmosfir zat ini membentuk partikel-partikel nitrat yang amat halus
yang dapat menembus bagian terdalam paru-paru.
Gas-gas di atas akan dapat menimbulkan gangguan pada saluran pernapasan dari
mulai yang ringan hingga yang berat. NO2 bersifat racun terutama terhadap paruparu. Kadar NO2 yang lebih tinggi dari 100 ppm dapat mematikan sebagian besar
binatang percobaan dan 90% dari kematian tersebut disebabkan oleh gejala
pembengkakan paru-paru. Kadar NO2 sebesar 800 ppm akan mengakibatkan 100%
kematian pada binatang-binatang yang diuji dalam waktu kurang lebih 29 menit.
Percobaan dengan pemakaian NO2 dengan kadar 5 ppm selama 10 menit terhadap
manusia mengakibatkan kesulitan dalam bernafas.
Berikut ini adalah grafik (1.1) Konsentrasi NO2dari tahun- ketahun di beberapa kota di
Indonesia menurut KLH tahun 2010

8. Gas CO2
CO2 adalah zat gas yang mampu meningkatkan suhu pada suatu lingkungan sekitar kita
yang disebut juga sebagai efek rumah kaca. Dengan begitu maka temperatur udara di
daerah yang tercemar CO2 itu akan naik dan otomatis suhunya menjadi semakin panas
dari waktu ke waktu seperti di wilayah DKI Jakarta. Hal ini disebabkan karena CO2
akan berkonsentrasi dengan jasad renik, debu, dan titik-titik air yang membentuk awan
yang dapat ditembus cahaya matahari namun tidak dapat melepaskan panas ke luar awan
tersebut. Keadaan seperti itu mirip dengan kondisi rumah kaca tanpa AC dan fentilasi
udara yang cukup.

9. Sulfur Dioksida (SO2)
Pencemaran oleh sulfur oksida terutama disebabkan oleh dua komponen sulfur bentuk
gas yang tidak berwarna, yaitu sulfur dioksida (SO2) dan Sulfur trioksida (SO3), yang
keduanya disebut sulfur oksida (SOx). Pengaruh utama polutan SOx terhadap manusia
adalah iritasi sistem pernafasan. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa iritasi
8

tenggorokan terjadi pada kadar SO2 sebesar 5 ppm atau lebih, bahkan pada beberapa
individu yang sensitif iritasi terjadi pada kadar 1-2 ppm. SO2 dianggap pencemar yang
berbahaya bagi kesehatan terutama terhadap orang tua dan penderitayang mengalami
penyakit khronis pada sistem pernafasan kadiovaskular.
Berikut ini adalah grafik (1.3) Konsentrasi SO2 dari tahun- ketahun di beberapa kota
di Indonesia menurut KLH tahun 2010

B. Adsorben Karbon aktif
Karbon aktif merupakan senyawa amorf yang dihasilkan dari bahan-bahan yang
mengandung karbon atau arang yang diperlakukan secara khusus untuk mendapatkan daya
adsorpsi yang tinggi. Karbon aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa-senyawa kimia
tertentu atau sifat adsorpsinya selektif, tergantung pada besar atau volume pori-pori dan
luas permukaan. Daya serap karbon aktif sangat besar, yaitu 25- 100% terhadap berat
karbon aktif (Prabarini, 2012).
Karbon aktif dapat dibagi menjadi dua tipe, yaitu:
1. Karbon aktif sebagai pemucat biasanya berbentuk powder yang halus dengan diameter
pori 1000A0, digunakan dalam fase cair dan berfungsi untuk memindahkan zat-zat
pengganggu.
2. Karbon aktif sebagai penyerap uap biasanya berbentuk granular atau pelet yang sangat
keras, diameter porinya 10-200A0, umumnya digunakan pada fase gas, berfungsi untuk
pengembalian pelarut, katalis, dan pemurnian gas. (Ruthven, D. M. 1984)
Sifat adsorpsi karbon aktif sangat tergantung pada porositas permukaannya, namun
dibidang industri, karakterisasi karbon aktif lebih difokuskan pada sifat adsorpsi dari pada
struktur porinya. Gugus fungsi dapat terbentuk pada karbon aktif ketika dilakukan aktivasi,
yang disebabkan terjadinya interaksi radikal bebas pada permukaan karbon dengan atomatom seperti oksigen dan nitrogen, yang berasal dari proses pengolahan ataupun atmosfer.
Gugus fungsi ini menyebabkan permukaan karbon aktif menjadi reaktif secara kimiawi dan
mempengaruhi sifat adsorpsinya.Oksidasi permukaan dalam produksi karbon aktif, akan
menghasilkan gugus hidroksil, karbonil, dan karboksilat yang memberikan sifat amfoter
pada karbon, sehingga karbon aktif dapar bersifat sebagai asam maupun basa.
Karbon aktif biasanya dibuat dari material berkarbon dengan dekomposisi termal yang
diikuti aktivasi dengan kukus ata CO2 pada suhu tinggi. Struktur karbon aktif seperti
9

ditunjukkan pada gambar 1.0 mengandung mikrokristalit dari grafit yang terkumpul pada
arah acak. Ruang diantara mikrokristalit inilah yang membentuk pori miku (Yang, 1987).
Densitas partikel berkisar antara 0,6-0,9 gram/cm3 an porisitas antara 0,4-0,6. Sifat
adsorpsi karbon aktif bergantung pada luas permukaan internalnya. Sementara distribusi
pori dan luas pori total berhubungan dengan kondisi awal pirolisis dan prosedur
aktivasinya. Adsorpsi terjadi karena adanya perbedaan konsentrasi polutan pada larutan
dan pori-pori karbon aktif, sehingga polutan akan berpindah dari larutan ke pori-pori.
Karakteristik karbon aktif ialah sifatnya hidrofibik, sehingga karbon aktif dapa
digunakan untuk memisahkan polutan oganik. Namun, karbon aktif sukar untuk
diregenerasi (Guritno, 2012).

Gambar 1.0 Struktur Karbon aktif (Guritno, 2012)

C. Adsorben Zeolit Alam Lampung
Zeolit Alam Lampung adalah kristalin berpori yang tersusun atas komponen aluminasilika dari logam alkali dan alkali tanha yang diawali stokiometri berikut (Guritno,2012)
Ma/n((AlO2)a(SiO2)b)cH2O

(1.4)

Dengan n adalah valensi dari kation M, a dan b adalah jumlah tetrahedral alumina dan
silika, serta c adalah jumlah molekul air. Rasio SiO2/AlO2 bervariasi antara 1-5. Kerangka
Zeolit Alam Lampung terdiri atas molekul SiO4 dan AlO4 tetrahedral yang terhubung
dengan atom-atom O membentuk pori dan pola geometris kristal dengan dimensi
molekular yang memungkinkan molekul asing masuk ke dalamna. Struktur demikian
membuat Zeolit Alam Lampung dapat bertindak sebagai adsorben (Ruthven, n.d.).
Zeolit Alam Lampung memiliki sifat shape selective, yaitu molekul berukuran lebih
besar dari pori Zeolit Alam Lampung tertolak masuk ke dalam rongga. Zeolit Alam
Lampung adalah adsorben polar, hidrofilik, dan dapat mengadsorp zat organik atau
anorganik. Kemampuan Zeolit Alam Lampung menerap suatu zat bergantung pada rasio
Si/Al dalam Zeolit Alam Lampung akan timbul gradien medan elektronik yang semakin
besar, sehingga molekul polar berinteraksi lebih kuat dengan medan elektronik daripada
molekul nonpolar (Guritno,2012).
Zeolit Alam Lampung memiliki karakteristik hidrofilik dan besifat polar. Sehingga
Zeolit Alam Lampung dapat digunakan untuk memisahkan udara. Namun, Zeolit Alam
Lampung ini berkapasitas total rendah. Zeolit Alam Lampung dapat dimanfaatkan sebgai
adsorben, penyangga katalis, maupn penukar ion. Pada penelitian ini, Zeolit Alam
Lampung berfungsi sebgai adsorben dan penyangga katalis ZAL dengan struktur
klinoptilolit memiliki nilai kapasitas tukar kation (KTK) sebesar 2,6 meq/gram (Sutarti,
1994) dengan unit bangun sekunder berupa T10O20 dan rumus kimia sebagai berikut.
10

Na0,15K1,44Ca2,04Mg0,87Mn0,02Fe0,46{(AlO2)6,95(SiO2)}29,05.8.86H2O
(1.5)

Struktur stereotip klinoptilolit padan ZAL diberikan pada gambar berikut.

Gambar 1.1 Struktrur sterotip klinoptilolit (Guritno,2012)
Zeolit Alam Lampung yang digunakan pada penelitian ini adalah Zeolit Alam
Lampung
alam lampung dengan struktur klinoptilolit. Penelitian sebelumnya
menunjukkan penggunaan ZAL dengan rasio TiO2 : ZAL sebesar 85:15 mampu
mendegradasi polutan lebih optimal dibandingkan penggunaan zeloit Alam Malang dengan
struktur mordenit pada rasio ang sama (Alfat, 2009)

D. Titanium Dioksida (TiO2)
Titanium dioksida (TiO2) merupakan padatan berwarna putih, mempunyai berat
molekul 79,90; densitas 4,26 gcm-3 ; tidak larut dalam HCl, HNO3 dan aquaregia, tetapi
larut dalam asam sulfat pekat membentuk titanium sulfat (TiSO4) (Cotton,et. al., 1988:
811).
TiO2 tidak menyerap cahaya tampak tetapi mampu menyerap radiasi UV sehingga
dapat menyebabkan terjadinya radikal hidroksil pada pigmen sebagai fotokatalis.
Reaktivitas TiO2 terhadap asam tergantung temperatur saat dipanaskan. TiO2 yang baru
mengendap larut dalam asam klorida pekat, namun bila TiO2 dipanaskan pada 9000C
hampir semua tidak larut dalam asam kecuali larutan sulfur panas, yang kelarutannya
meningkat dengan penambahan amonium sulfat untuk menaikkan titik didih asam dan HF.
(Kirk-Othmer, 1993: 109). Partikel TiO2 telah cukup lama digunakan sebagai fotokatalis
pendegradasi berbagai senyawa organik.
TiO2 merupakan semikonduktor yang memiliki fotoaktivitas dan stabilitas kimia tinggi
serta tahan terhadap fotokorosi dalam semua kondisi larutan kecuali pada larutan yang
sangat asam atau mengandung fluoride. TiO2 juga bersifat nontoksik, memiliki sifat
redoks, yaitu mampu mengoksidasi polutan organik dan mereduksi sejumlah ion logam
dalam laruatan. Selain murah, TiO2 tersedia secara komersial dan preparasinya mudah
dilakukan di laboratorium. Sifatnya yang anorganik menjadikannya tidak mudah cepat
rusak, sehingga proses yang diinginkan dapat lebih lama. (Brown, 1992: 432).
TiO2 dapat berfungsi sebagai fotokatalis semi konduktor yaitu bahan yang dapat
mempercepat reaksi yang diinduksi oleh cahaya. Hal ini disebabkan karena TiO2 memiliki
struktur semikonduktor. Semikonduktor merupakan suatu logam yang tidak terlalu baik
11

dalam menghantarkan listrik, hal ini disebabkan adanya kesenjangan antara pita valensi
dan pita konduksi sedemikian rupa sehingga hanya elektron-elektron yang mempunyai
energi memadai saja yang dapat berpindah ke pita konduksi (Basyakran, 2010).
TiO2 mempunyai tiga jenis bentuk kristal diantaranya rutile (tetragonal), anatase
(tetragonal), brukit (ortorombik). Diantara ketiganya, TiO2 kebanyakan berada dalam
bentuk rutil dan anatas yang keduanya mempunyai struktur tetragonal. Secara
termodinamik kristal anatas lebih stabil dibandingkan rutil. Berdasarkan ukurannya, anatas
secara termodinamika stabil pada ukuran kristal kurang dari 11 nm, brukit antara 11-35 nm
dan rutil lebih dari 35 nm. Rutil mempunyai stabilitas fase pada suhu tinggi dan mempunyai
band gap sebesar 3,0 eV (415 nm), sedangkan anatas yang terbentuk pada suhu rendah
memiliki band gap sebesar 3,2 eV (380 nm) (Rohmah,2015).
Diantara ketiga bentuk tersebut, rutil dan anatas yang mudah diamati dan mempunyai
peran penting dalam aktivitas fotokatalitik di alam sedangkan brukit sulit diamati karena
tidak stabil. Anatase dan rutil memiliki perbedaan dalam massa jenis yaitu 3,9 g/mL untuk
massa jenis anatas dan massa jenis rutil 4,2 g/L. Peranan TiO2 dalam bidang industri
sebagai pigmen, adsorben, pendukung katalitik dan semikonduktor. Senyawa ini banyak
digunakan dalam industri karena mempunyai banyak kelebihan yaitu non toksik, stabil,
non korosif, tidak larut dalam air dan ramah lingkungan. Bentuk fase TiO2 rutil, anatas
dan brukit dapat dilihat pada gambar dibawah ini :
Gambar 1.2 Struktur Kristal TiO2 (Ardiani,2010)

Perbedaan struktur kristal tersebut juga mengakibatkan perbedaan tingkar energi
struktur pita elektroniknya. Tingkat energi hasil hibridasi yang berasal dari kulit 3d
titanium bertindak sebagai pita konduksi, sedangkan tingkat energi hasil hibridaasi dari
kulit 2p oksidasi bertindak sebagai pita valensi. Sebagai konsekuensinya posisi tingkat
energi pita valensi, pita konduksi, dan besarnya celah (Eg, Energi Band Gap) diantara
keduanya akan berbeda bila lingkungan dan atau penyusun atom Ti dan O didalam kristal
TiO2 berbeda, seperti pada struktur anatase (Eg = 3,2 eV) dan rutil (Eg = 3,0 eV). Besarnya
Eg, akan menentukan karakter fotokatalis dalam hal kebutuhan energi foton yang
dibutuhkan untuk mengaktifkan dan berapa kekuatan oksidasinya atau reduksinya setelah
diaktifkan. TiO2 adalah senyawa yang paling banyak digunakan sebagai foto katalis karena
paling stabil (tahan terhadap korosi) dan harganya relatif murah (Basyakran,2010).

E. Proses Fotodegradasi Polutan Oleh Fotokatalis TiO2
Reaksi fotodegradasi atau reaksi perusakan senyaw organik pada dasrnya merupakan
rekasi oksidasi yang diinduksikan oleh cahaya UV. Reaksi fotodegradasai dapat
berlangsung apabila dalam suatu sistem terdapat sumber cahaya subtrat (polutan), oksigen
12

dan fotokatalis. Energi foton dapat berasal dari sinar matahari atau lampu UV, subtrat
berupa senyawa organik dapat menyerap radiasi sinar UV, seperti COx. Jika senyawa
organik tersubt menyerap radiasi UV maka akan teraktifkan menjadi senyawa fotoaktif
yang kurang stabil dan selanjutnya senyawa ini akan terurai menjadi senyawa-senyaawa
yang lebi sederhana (Basyarkan, 2010).
Dalam penelitian ini, sumber sinar UV diperoleh dari lampu UV yang dipasangkan
didalam alat. Sehingga proses fotodegradasi dapat terjadi oleh bantuan lampu UV.
Selain itu, molekul-molekul H2O yang telah menyerap radiasi sinar UV akan
membentuk radikal •OH yang dapat mendegredasi senyawa seperti COx. Namun karena
radikal •OH yang dihasilkan relatif sangat rendah maka pada umumnya reaksi ini berjalan
dengan lambat. Penyerapan sinar UV oleh molekul H2O dan oksigen terlarut juga dapat
menghasilkan radikal •OH maupun radikal H2O yang berfungsi sebagai oksidator dan dapat
mengoksidasi polutan, dengan mekanisme reaksi sebagai berikut, (Ali, 2000):
H2O + hv H+ + •OH + e(1.6)
Degredasi senyawa organik dapat meningkat dengan adanya •OH yang tidak hanya
berasal dari molekul H2O, tetapi juga berasal dari permukaan fotokatalis, misalnya TiO2.
Jumlah radikal OH yang disediakan oleh fotokatalis ini jauh lebih banyak dari pada yang
berasal dari H2). Oleh karena itu, reaksi fotodegradasi dapat berlangsung lebih efektif
dengan adanya fotokatalis (Basyarkan,2010)
Secara garis besar prisnsip kerja suatu fotokatalis digambarkan sebagai berikut.
Gambar 1.3 Cara Kerja Fotokatalis TiO2 (Hoffmann, et all, 1995)

Berdasrkan gambar diatas tahapan utama mekanisme fotokatalis TiO2 yaitu
1. Pembentukan muatan oleh foton : Jika fotokatalis dikenai radiasi foton (hv)
dengan energi hv yang besarnya sama dengan atau melebihi energi celahnya,
maka suatu elektron akan tereksitasi ke dalam pita konduksi (ecb-) dengan
meninggalkan lubang (hole) pada pita valensi (hvb+)
2. Rekombinasi pembawa muatan : hole pada pita valensi dapat bertindak sebagai
oksidator yang cukup kuat dan dapat bergabung dengan elektron pada pita
konduksi sambil melepas panas.
3. Jika di dalam sistem terdapat subtrat (misalnya COx )yang dapat teroksidasi
maka hole pita valensi akan menginisiasi reaksi oksidasi terhadap subtrat
tersebut.
4. Jika di dalam sistem terdapat suatu oksidator (misalnya O2) maka dapat terjadi
inisiasi reduksi oleh elektron pada pita konduksi.
5. Reaksi fotoreduksi terkatalisis dan reaksi termal lanjutan (misalnya hidrolisi
atau reaksi oksigen aktif) akan menghasilkan gas CO2, H+, dan H2O.
6. Penjebakan (trapping) elektron pada pita konduksi ke permukaan fotokatalisi
Ti(IV)OH membentuk Ti(III)OH. Jika ditulis secara persamaan reaksi.
13

7. Penjebakan hole pada pita valensi dalam permukaan gugus titanol
menghasilkan •OH. •OH pada permukaan Ti(IV)OH dapat bertindak sebagai
oksidator.
Pada saat reaksi fotooksidasi senyawa polutan, elektron dan hole yang bertahan
sampai dipermukaan ketika bertemu dengan molekul uap air (H2O) akan bereaksi
membentuk senyawa-senyawa radikal seperti radikal hidrosil (•OH) dan •O2- mengikuti
persamaan berikut ini (Guritno, 2012):
hvb+ + H2(ads) •OH + H
hvb+ + OH- •OH
ecb- + O2 O2O2- + 2H2O  2•OH + 2OH- + O2

(1.7)
(1.8)
(1.9)
(2.0)

Senyawa radikal hidroksil berada dalam fasa teradsorpsi dipermukaan fotokatalis dan
merupakan oksidator kuat, karena memiliki oksidasi sebesar 3,2 eV. Potensial oksidasi ini
sudah cukup untuk mengoksidasi senyawa polutan, seperti Nox dan CO dengan mekanisme
reaksi sebgai berikut:
H+ + •O2- •O2H
(2.1)
NO + •O2H  NO2 + OH
(2.2)
NO2 + •OH  HNO3
(2.3)

Gambar 1.4 Proses fotodegradasi NOx (Prasithio, 2012)

Gambar 1.5 Proses fotodegradasi CO (Prasithio, 2012)
CO + H2O  CO2 + H2
(2.4)
14

CO + •OH  CO2 + H
(2.5)
CO + O2 CO2 + H2O
(2.6)
Reaksi pada persamaan 2.4 terkadang diabaikan karena lajunya yang sangat lambat.
Reaksi yang terjadi biasanya sesuai dengan persamaan 2.5 dan 2.6
Dari penjelasan tersebut dapat diketahui bahwa peran fotokatalis adalah
menyediakan spesies oksidator yaitu lubang pada pita valensi dan •OH, yang akan
meningkatkan efektifitas reaksi fotodegradasi suatu subtrat.

F. Kombinasi Proses Fotokatalis-Adsorpsi
Proses fotokatalisis terjadi jika antara fotokatalis dengan polutan terjadi kontak. Hal
ini menjadi masalah karena kebanakan semikonduktor fotokatalis, termasuk TiO2,
memiliki daya adsorpsi yang lemah. Untuk menutupi kekurangan ini, fotokatalis
semikonduktor perlu dimodifikasi dengan adsorben sebgai penyangga. Berdasrkan
penelitian yang telah dilakukan, diketahui bahwa penggunaan adsorben sebagai penangga
dapat meningkatkan laju fotodegradasi berbagai polutan (Torimoto, 1996). Adsorben yang
digunakan merupakan media berpori, sehingga fotokatalis dapat pula masuk ke dalam pori
atau menempel di permukaan adsorben. Gambar 1.6 di bawah ini menunjukkan mekanisme
reaksi pada kombinasi proses fotokatalisis-adsorpsi.

Gambar 1.6 Mekanisme reaksi fotokatalisis dengan adsorben sebagai
penyangga; (a) di permukaan adsorben dan (b) di pori-pori adsorben (Guritno,
2012)
Fotokatlis dalam pori maupun pada permukaan adsorben secara aktif membantu
reaksi fotokatalis antara lain sebagai berikut (Slamet, 2007)

G. Karakterisasi Katalis
1. XRD (X-Ray Diffractometer)
Tujuan XRD adalah menentukan parameter kisi, ukuran kistal, dan mengidentifikasi
fasa suatu material kristali. Pinsip XRD adalah difraksi panjang gelombang sinar X
yang tersebar setelah bertumbukan dengan atom kristal yang menyebabkan puncakpuncak yang dapat digunakan untuk menentukan parameter spesifik kristal.
Berdasarkan lebar puncak yang muncul pada grafik dapat diketahui ukuran kristal
menggunakan persamaan dibawah ini :
L=

��

��� �

dengan

(2.7)
L= ukuran kristal (nm)
K= 0,89
15

λ= panjang gelombang radiasi sinar X-Ray(Cu-Kα= 0,154118 nm)
β= lebar setengah puncak gelombang tertinggi (rad)
θ= sudut difraksi (rad)
Sementara itu, komposisi antara kristal rutile dan anatase pada TiO2 dapat dihitung
dengan persamaan berikut :
X= 1 +
dengan

,8�� −

(2.8)

�

X= fraksi berat struktur rutile pada TiO2
Ia= Intensitas X-Ray pada puncak tertinggi anatase
Ir= Intensitas X-Ray pada puncak tertinggi rutile
2. SEM (Scanning Electron Microscopy)
Karakteritasi SEM digunakan untuk mengetahui morfologi, porositas, serta ketebalan
suatu material. SEM digunakan untuk mengarakterisasi material karena elektron
memiliki resolusi lebih tinggi dari cahaya. Cahaya mampu mencapai resolusi 200
nm, sedangkan elektron dapat mencapai resolusi 0,1-0,2 nm.

3. EDX (Energy Dispersive X-Ray)
Karakterisasi EDX adalah teknik analisis untuk karakterisasi kimia yang bertujuan
mengenali jenis atom di permukaan material yang mengandung multi atom. EDX
dihasilkan dari sinar X karakteristik, yaitu dengan menembakkan sinar X pada posisi
yang ingin diketahui komposisinya. Setelah ditembakkan pada posisi yang
diinginkan, akan muncul puncak tertentu yang mewakili unsur-unsur yang
terkandung pada permukaan material. EDX dapat digunakan untuk karakterisasi
kuantitatif berdasarkan presentase tiap elemen pada spesimen dari perbesaran kecil
hingga perbesaran sangat besar.

H. Metode Pengujian Komponen Gas; Gas Chromatoghraphy-Thermal
Coductivity
Gas Kormatografi adalah salah satu metode analisi untuk pemisahan,
pengidentifikasian, dan penentuan kecepatan migrasi komponen. Pada penelitian ini
digunakan GC-TCD. Pada GC terdapat dua jenis fasa, yaitu fasa gerak dan fasa diam.
Detektor adalah sensor elektronik yang berfungsi mengubah sinyal gas pembawa dan
komponen di dalamnya menjadi sinyal elektronik yang ditampilkan pada alat perekam.
Detektor ditempatkan pada ujung kolom tempat keluar gas pembawa dan berfungsi
mengubah konduktivitas termal dari buangan pada kolom dan membandingkannya
dengan konduktivitas aliran gas pembawa. Tiap senyawa, baik organik dan anorganik,
memiliki konduktivitas termal yang berbeda dari gas pembawa, sehingga senyawa
tertentu dapat dideteksi.
Pada kromatogram akan terbentuk puncak-puncak yang menunjukkan jumlah
komponen yang terdapat dalam sampel, sedangkan luas peak menunjukkan konsentrasi
komponen. Terdapat beberapa parameter yang digunakan dalam menganalisis suatu
campuran melalui metode kromotografi, misalnya waktu retensi, yaitu waktu yang
diperlukan komponen mulai dari sampel dimasukkan ke dalam mulut kolom hingga
terjadinya elusi atau saat komponen mencapai detektor.

I. Beberapa Alat Purifikasi Udara yang Sudah dipatenkan
1. Portable Indoor Air Purification System, Patent No. US 7,674,436 B1
Alat ini merupakan integrasi fotokatalis yang dilapiskan pada Aluminium mesh filter,
16

lampu UV-A, danlampu UV-C. Alat ini bersifat portable dan digunakan terintegrasi
dengan lat pembersih debu dan uap, atau mesin untuk mengatur sirkulasi udara.
(Guitno, 2012)

Gambar 1.7 Paten alat purifikasi udara berbasis fotokatalis dan sinar UV; (a) depan
dan (b) dalam (Guritno, 2012)
2. Air Purification Devices, Patent No. US 8,003,058 B2
Alat ini menggunakan beberapa teknologi purifikasi udara, seperti pengion, filter
elektrostatik, dan fotokatalis.

Gambar 1.8 Paten alat purifikasi udara berbasis fotokatalis, pengion, dan filter
elektrostatik. (Guritno, 2012)

17

J. Kerangka Teori
Pencemar udara adalah zat yang
berada di
atmosfer dalam konsentrasi tertentu yang bersifat
membahayakan manusia, binatang, tumbuhan
atau benda-benda lain. Pencemaran udaradapat
ditimbulkanoleh sumber-sumber alami maupun
kegiatan manusia. Beberapa gangguan fisik seperti
polusi suara, panas, radiasi atau polusi cahaya
dianggap sebagai polusiudara. Sifat alami udara
mengakibatkan dampak pencemara udara dapat
bersifat langsung dan lokal, regional, maupun
global.

Harapan

Dengan adanya alat tersebut polusi
udara dapat berkurang sehingga
udara di perkotaan menjadi bersih.

Solusi
Degradasi NOx, dan COx, menggunakan sinar UV dengan
penambahan adanya fotokatalis TiO2 yang di integrasikan dengan
adanya absorben karbon aktif, Zeolit Alam Lampung .

Efek fotodegradasi dipengaruhi

Penyinaran

Massa fotokatalik
dan massa absorben

Ketebalan pelat
(filter) dan
komposisinya

18

Konsentrasi awal
polutan

BAB III
METODE PENELITIAN
A. Jenis Penelitian
Jenis penelitian yang dipakai dalam penelitian ini adalah penelitian eksperimental
yang didasarkan pada data hasil pengukuran laboratorium.

B. Teknik pengambilan data
Teknik pengambilan data dengan menggunakan study literatur

C. Alur Penelitian
Untuk memperoleh hasil penelitian yang baik dan sesuai dengan data yang
diharapkan , diperlukan adanya suatu desain atau skema langkah penelitian sebagai
acuan dalam pelaksanaan penelitian yang dilakukan. Pada penelitian ini dibuat suatu
desain penelitian sebagai berikut. Gambar merupakan diagram alur penelitian
Pengadaan Karbon aktif dan TiO2
1. Preparasi karbon aktif yang sudah melewati treatmen
2. Preparasi katalis komposit karbon aktif dengan TiO2

Pengadaan Zeolit Alam Lampung dan TiO2
1. Preparasi Zeolit Alam Lampung yang sudah
melewati treatmen
2. Preparasi katalis komposit Zeolit Alam Lampung
Pembuatan prototipe
alat purifikasi udara

Cetak katalis komposit sesuai dengan ukuran
pelat aluminium filter

Uji kinerja alat dan katalis
komposit TiO2 dan Zeolit Alam
Lampung untuk degradasi
NO ,dan CO ,

Uji kinerja alat dan katalis
komposit TiO2 dan CA untuk
degradasi NOx,dan COx,

Uji kinerja alat dan katalis komposit
TiO2–CA & TiO2-ZALuntuk degradasi
NOx,dan COx,
Pengolahan data
Analisis dan Pembahasan
19

D. Rancangan Penelitian
Hal pertama yang akan dilakukan pada penelitian ini adalah membuat material
komposit yang memiliki kemampuan mendegradasi senyawa NOx,dan COx dengan
memanfatkan prinsip absorbsi dan fotokatalik material komposit yang terdiri dari TiO2
– CA dan TiO2 –ZA yang terintregasi .
Tahap pertama yang dilakukan adalah preparasi Karbon Aktif yang sudah melewati
treatmen seperti yang dilakukan Guritno, 2012. Selanjutnya pengintegrasian TiO2 – CA
dengan metode sol gel. Pada saat yang bersamaan pula, hal dilakukan adalah preparasi
Zeolit Alam Lampung yang sudah melewati treatmen seperti yang dilakukan Rasyid,
2011. Selanjutnya pengintregasian TiO2 –ZA dengan metode sol gel.
Setelah material komposit dibuat kemudian disesualikan dengan ukuran pelat
aluminium yang akan digunakan untuk penelitian. Setelah itu, sebelum dilakukan uji
kinerja material dalam mendegradasi NOx,dan COx dilakukan pembuatan prototipe alat
purifikasi udara. Kemudian masing- masing pelat aluminium tersebut diujikan kedalam
prototipe yang telah dibuat. Pengujian dilakukan secara kuantitatif dan kualitatif untuk
mengetahui aktivitas fotokatalik dan juga proses absorbsi. Uji kuantitatif akan dilakukan
dengan menghitung konsentrasi gas NO2, CO2 yang terbentuk selama proses oksidasi,
menghitung perubahan konsentrasi awal dan akhir gas NO2, dan CO2. Dalam penelitian
ini, analisis konsentrasi awal dan akhir polutan akan dilakukan dengan menggunakan
uji GC-TCD yang nantinya akan memberikan data secara otomatis konsentrasi awal dan
akhir setelah melewati alat purifikasi udara.

E. Tempat dan waktu penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Labolatorium SMA Trensains dan Laboratorium Fisika
ITS. Pada bulan Mei 2016 – Agustus 2016.

F. Variabel Penelitian
1. Variabel Manipulasi :
1.1 Bahan untuk katalis komposit yaitu perbandingan TiO2 –CA yang terintregasi
dengan TiO2 –ZAL yang terintregasi, dan posisi penempat bahan yang
diletakkan pada alat purifikasi udara.
1.2 Konsentrasi partikulat asap yang divariasikan untuk mengetahui pengaruh
konsentrasi polutan terhadap aktivitas fotokatalis yang optimum.

2. Variabel Control :
Perbandingan rasio TiO2 dan CA, perbandingan rasio TiO2 dengan ZAL, lama
penyinaran, massa katalis komposit, ketebalan katalis komposit.

3. Variabel Respon :
Bahan dan posisi yang efektif dalam absorben dan fotokatalisator, Presentase
degradasi NOx,dan COx dengan proses degradasi yang terbentuk dari oksidasi
NO,dan CO dan konsentrasi yang NO2,dan CO2 yang berkurang.Konsentrasi akhir
polutan setelah melewati filter udara tersebut.

20

G. Alat Penelitian
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini sebagai berikut :
1. Peralatan sintesis katalis komposit TiO2 -ZAL dan TiO2 -CA (termasuk preparasi
awal ZA, dan CA serta sintesis katalis TiO2 adalah sebagai berikut:
a. Gelas beaker 50 ml
b. Gelas ukur 100 ml
c. Alat planetary ball mill
d. Kaca arloji
e. Spatula
f. Batang pengaduk
g. Sonikator (ultrasonik processor)
h. Timbangan
i. Magnetic Stirrer
j. Hot Plate
k. Kotak iradiasi dengan lampu UV
l. Kertas saring
m. Pipet tetes
n. Alu dan Mortar
o. Kertas pH
2. Peralatan pembuatan prototipe alat
Adapun peralatan yang dibutuhkan dalam membuat prototipe alat purifikasi udara
adalah sebagai berikut:
a. Vakum dengan diameter ukuran 20 cm
b. Kaca akrilik tebal 5 mm
c. Pelat aluminium tebal 0.3 mm
d. 3 buah lampu UV dengan ukuran panjang 28 cm (15 watt)
e. Kabel
f. Saklar
g. Terminal
h. Soket
i. Grinder
3. Peralatan uji kinerja alat dan katalis
Adapun peralatan yang digunakan dalam menguji kinerja alat dan katalis
komposit sebagai berikut:
4. Uji degradasi CO,dan NO
a. Prototipe alat purifikasi udara yang telah dibuat sebelumya
b. Microsrynge
c. Stopwach
d. Ruang uji berbahan akrilik, ukuran 50x50x50 cm dengan 2 sampling port.
5. Peralatan karakterisasi uji dan kinerja katalis komposit
a. Shimadzu XRD 7000 X-ray Difragtometer untuk karakterisasi XRD.
b. Inspect F50 Scanning Electron Mikroscopy untuk karakterisasi SEM.
c. EDAX TSL Ametek Energy Dispersive X-ray untuk karakterisasi EDX.
d. Shimadzu C-26A Chromatopac kolom Activated Karbon untuk pengujian
GC-TCD.
21

H. Bahan penelitian
1.

2.

Bahan preparasi awal ZA, dan CA serta sintesis katalis TiO2
a. Zeolit Alam Lampung Alam Lampung
b. HCL 6M
c. HF 1%
d. NH4CL 0.1 mol
e. Karbon aktif berbahan tempurung
f. Larutan HNO3
Bahan sintesis katalis komposit TiO2 – ZA dan TiO2 – CA
a. Zeolit Alam Lampung alam dan Karbon aktif yang telah di preparasi
b. Titanium Isoproposide bis Acetyl Acetonate [Ti(Opr)4 Acac]
c. C2H5OH (Merck)
d. Air demin
e. HCL (Merck)

I. Peralatan Uji Kinerja katalis
Pada penelitian ini digunakan sebagai pengujian kinerja katalis, menggunakan alat uji
pada fase gas menggunakan prototipe alat purifikasi udara yang dikembangkan dsendiri
oleh penulis.
1. Prototipe alat purifkasi udara
Prototipe alat purifikasi udara yang dirancang dan dibangun oleh penulis terdiri atas
dua bagian utama, yaitu rangka luar dan dalam. Rangka luar prototipe alat purifikasi
udara terdiri atas 3 bagian, yaitu tutup bagian atas, badan alat dan tutup bagian
bawah yang berbentuk silinder. Keseluruhan bagian rangka luar alat tersebut terbuat
dari akrilik dengan ketebalan 5 mm. Pemilih akrilik sebagai bahan rangka luar
prototipe karena sifat yang ringan dan transparan. Perancangan awal prototipe alat
purifikasi udara sebagai berikut.

(a)
(b)
Gambar 1.9(a) Komponen dalam tanpa tutup; (b) Komponen rangka luar
22

Tabel 1.0
Ukuran tiap bagian rangka luar alat purifikasi udara sebagai berikut:
Komponen Rangka luar
Diameter dalam (cm)
Tinggi (cm)
Tutup bagian atas

24

6

Badan

20

30

Tutup bagian bawah

24

6

Pada bagian tutup baik atas maupun bawah dilubangi sebagai jalan sirkulasi udara
masuk dan keluar alat. Udara masuk melalui udara lubang bagian atas dan keluar
melalui lubang bagian dalam. Pada tutup bagian atas di pasang pompa vakum yang
akan menghisap udara dari lingkungan udara kedalam alat, sementara pada tutup
bagian bawah merupan lokasi bagi instalasi listrik untuk menyalakan lampu UV-A
dan pompa vakum.
Rangka dalam terdiri atas 4 buah pelat aluminium dengan tebal 0.3 mm sebagai
tempat pelekatan katalis komposit TiO2- ZA dan TiO2- CA.Kemudian 3 buah lampu
UV- A dan berdiri pada penyangga yang yang ditempatkan ditutup bagian bawah.
Penyusunan lampu UV dibuat sedemikian rupa sehingga dapat menjangkau
keseluruhan pelat. Selain itu ditambahkan reflaktor aluminium disekeliling kaca
akrilik untuk memantulkan sinar UV secara radial agar tidak terbuang ke
lingkungan.
Susunan pelat aluminium pada rangka dalam juga diatur sedemikian rupa sehingga
aliran udara dapat masuk kedalam alat tersebut.

J. Prosedur penelitian
1. Prosedur preparasi awal Zeolit Alam Lampung alam lampung
a. Ball Mill
1. Mencuci tabung vial dan ball mill yang akan digunakan.
2. Melakukan pre-treatment menggunakan dengan silika dengan tujuan
membersihkan bagian tabung vial selama 10 menit.
3. Menimbang ZAL sebanyak 20 gram dan memasukkan kedalam tabung
vial.
4. Masukkan ball mill dengan rasio berat terhadap ZAL sebesar 4,5 :1
5. Mengoperasikan Planetary ball mill selama 3 jam dengan frekuensi
27,21 Hz
6. Menyimpan ZAL hasil penggiling kedalam botol katalis.
b. Dealuminasi
Prosedur dealuminasi ZAL sebagai berikut (Alfat, 2009):
1. Merendam ZAL dalam 200 ml larutan HF 1% selama 10 menit disertai
dengan pengadukan dengan magnetic stirrer.Perendaman dengan
larutan HF bertujuan untuk melarutkan oksidasi pengotor yang terdapat
dalam ZAL.
2. Membilas ZAL dengan air akuades dan kemudian disaring.
3. Memanaskan ZAL dalam 200ml larutan HCL 6 M pada suhu 90 o C
selama 30 menit disertai pengadukan dengan magnetic stirrer.
23

4.
5.

6.
7.

Pemanasan ZAL dalam larutan HCl bertujuan agar AL dan ZAL dapat
terekstrak dan AL dalam kerangka menjadi AL luar kerangka sehingga
rasio dapat meningkat.
Membilas ZAL menggunakan akuades dan kemudian disaring.
Merendam ZAL dalam 200 ml larutan NH4Cl 0,1 mol selama 1 minggu
disertai pemanasan pada suhu 90 oC selama 3 jam perhari yang bertujuan
untuk memperkuat struktur baru.
Membilas ZAL menggunakan akuades dan kemudian disaring.
Menggerus hasil tersebut mengunakan alu dan mortar.

2. Prosedur preparasi awal karbon aktif
a. Ball Mill
1. Mencuci tabung vial dan ball mill yang akan digunakan
2. Melakukan pre-treatment menggunakan dengan silika dengan
tujuan membersihkan bagian tabung vial selama 10 menit.
3. Menimbang CA sebanyak 20 gram dan memasukkan kedalam
tabung vial.
4. Masukkan ball mill dengan rasio berat terhadap ZAL sebesar 4,5 :1
5. Mengoperasikan Planetary ball mill selama 3 jam dengan frekuensi
27,21 Hz
6. Menggerus hasil tersebut mengunakan alu dan mortar.
b. Pencucian
Prosedur pencucian karbon aktif sebagai berikut (Alfat,2009) :
1. Merendam karbon aktif dalam 200 ml akuades sambil diaduk
manual
2. Mengambil karbon aktif yang mengambang pada permukaan
akuades karena diidentifikasikan bahwa krbon tersebut merupakan
abu hasil pembakaran
3. Menyaring karbon aktif kemudian dicuci kembali sengan akuades
4. Menggerus karbon aktif dengan alu dan mortal

3. Prosedur sintesis katalis komposit TiO2 –ZAL dan TiO2 –CA
Metode yang digunakan untuk mengintregasikan TiO2 –ZAL dan TiO2 –CA
adalah dengan menggunakan metode sol gel. Pada prosedur ini, akan dilakukan
variasi loading TiO2 dalam katalis komposit sebanyak 15% dengan
memvariasikan berat Zeolit Alam Lampung dalam volume sol katalis tetap.
Berikut ini tabel komposisi katalis komposit yang akan digunakan dalam
penelitian ini:

24

Tabel 1.1
Kandungan TiO2 dalam katalis komposit

10%

Massa Zeolit Alam Lampung

9 gram

Massa TiO2

1 gram

Tabel 1.2
Kandungan TiO2 dalam katalis komposit

10%

Massa Karbon Aktif

9 gram

Massa TiO2

1 gram

Berikut ini adalah adalah preparasi katalis komposit TiO2 –ZAL dan TiO2 –CA
adalah sebagai berikut:
1. Melarutkan TiO2 1 gram dengan 100 ml denin
2. Melakuakan pengadukan secara sonikasi selama 30 menit
3. Mendiamkan larutan selama 1 jam
4. Menambah Zeolit Alam Lampung 9 gram yang telah dibuat kedalam
larutan TiO2
5. Menambah karbon 9 gram aktif yang telah dibuat kedalam larutan TiO2
6. Campurkan dan dipanaskan dengan suhu 80oC
7. Dikalsinasikan selama 2 jam pada suhu 400 oC

4. Pelapisan katalis komposit pada pelat aluminium
Pelat aluminium yang digunakan pada tiap variasi katalis komposit sebanyak 4
buah.
a. Memotong pelat aluminium tebal 0.3 mm berbentuk lingkaran diameter 20
cm.
b. Mengamplas permukaan aluminium sehingga pemukannya kasar.
c. Mencuci pelat aluminium yang yelah diamplas.
d. Menyiapkan katalis komposit sambil duduk dengan magnetic stirrer.
e. Melapiskan material komposit sebanyak 1ml pada pelat aluminium.
f. Mengoperasikan alat spin coating pada kondisi 250 rpm selama 2 menit.
g. Pengeringkan pelat aluminium dengat alat pengering selama 1 menit.

5. Pembuatan prototipe alat purifikasi udara
a.
b.
c.
d.

Membuat rangka luar prototipe alat purifikasi udara berbahan dasar kaca
alikrik sebesar 4 mm.
Membuat lubang- lubang kecil pada bagian atas dan bawah sebagai tempat
keluar masuknya udara.
Memasang pompa vakum pada bagian atas untuk sirkuasi udara.
Memasang dudukan untuk 3 lampu UV, pada bagian alat.
25

e.

Memasang instalasi listrik pada bagian bawah alat, kemudian menguji
coba kinerja lampu UV dan pompa vakum.
Memasang 4 buah lapisan pelat aluminium yang telah dilapisi katalis
komposit.

f.

6. Prosedur uji kinerja alat dan katalis
Pengujian alat dan katalis komposit sebagai berikut
1. Uji degradasi NOx dan COx
a. Menyiapkan prototipe alat purifikasi udara yang telah diintregasikan
dengan pelat aluminium berlapis katalis komposit.
b. Meletakkan prototipe kedalam ruangan ruang uji berupa kotak akrilik
dengan volume 0,125 m3dalam keadaan tertutup rapat.
c. Masukkan partikulat asap yang berasal dari berbagai sumber kedalam
ruang uji.
d. Menunggu selama 60 menit, sehingga polutan tersebar merata dalam
ruang uji.
e. Nyalakan pompa vakum dan lampu UV-A pada prototipe alat purifikasi
udara.
f. Mengambil sample udara di ruang uji tiap selang waktu tertentu selama
3 jam menggunakan srynge melalui sampling port lain.
g. Menginjeksikan sample udara dari ruang uji ke GC-TCD untuk
mengetahui konsentrasi CO, NO sisa dan CO2 dan NO2 dihasilkan pada
selang waktu tertentu.

K. Data penelitian dan teknik pengolahan data
Data yang diambil beserta teknik pengambilan data yang digunakan dalam
penelitian ini diberikan pada tabel 1.3
No. Data
Alat
Teknik pengolahan data
1.

Konsentrasi CO dan
NO sisa

2.

Konsentrasi CO2 dan GC- TCD
NO2 yang dihasilkan

3.

Morfologi, porositas
dan ukuran katalis
TiO2- ZAL dan TiO2CA
Komposisi tiap
senyawa dalam katalis
TiO2- ZAL dan TiO2CA

4.

26

GC- TCD

SEM

EDX

Pembuat kurva kibrasi CO dan
membaca peak area yang
dihasilkan ketika menyuntikkan
sempel
Pembuat kurva kibrasi CO dan
membaca peak area yang
dihasilkan ketika menyuntikkan
sempel
Membaca data SEM data yang
dihasilkan

Membaca data EDX yang
dihasilkan

1. Pengolahan data penelitian
1. Uji bahan dan posisi penempatan katalis komposit
a. Uji bahan katalis komposit
Uji bahan katalis komposit ini menggunakan metode perbandingan.
Dari dua macam bahan yang digunakan dalam penyusunan katalis
komposit yaitu TiO2-ZAL dan TiO2- CA. Pertama yang dilakukan
penulis adalah menguji keefektifnya katalis komposit TiO2-ZAL
dalam mendegradasi polutan kemudian dilanjutkan dengan menguji
keefektifnya katalis komposit TiO2- CA. Dan yang terakhir adalah
menggabungkan TiO2-ZAL dan TiO2- CA untuk diuji keefektifannya.
b. Uji posisi susunan penempatan katalis komposit
Uji posisi susunan
penempatan katalis komposit ini penulis
menggunakan dua tipe yang pertama katalis komposit disusun secara
lurus (biasa) dan yang kedua katalis komposit disusun secara zigzag.

2. Uji degradasi CO dan NO
Data peak area CO, NO, CO2 dan NO2 dari GC- TCD diubah dalam
konsentrasi menggunakan kurva kalibrasi yang telah dibuat data kemudian
di plot kedalam grafik dengan waktu analisis sebagai sumbu-x dan
konsentrasi , NO, CO2 dan NO2 sebagai sumbu-y.

27

DAFTAR