Disinfeksi Escherichia coli Pengaruh Variasi Intensitas Sinar UV dan Konsentrasi TiO2

(1)

t

11 � "L,.

t .

��.

aii

DISINFEKSI Escherichia coli SECARA

FOTOKATALISIS: PENGARUH VARIASI INTENSITAS

SINAR UV DAN KONSENTRASI Ti02

VALIANT HADIANTO ELIM

DEPARTEMEN FISlKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN LMU PENGETAHUAN ALAM NSTITUT PERTANIAN BOGOR

(2)

ABSTRAK

VALIANT HADIANTO ELIM. Disinfeksi Escherichia coli

Pengaruh Variasi Illlensitas Sinar UV dan KonSenlnlsi TiO,. Dibimbing MADDU dan NISA RACMANIA MUBARIK.

secara FotokataIis:

oleh AKIIRUDDIN

Kemampuan fotokatalisis dengan menggunakan bubuk TiO, fase anatase sebagai katalis untuk

menn populasi bakteri Escherichia coli dipengaruhi oleh intensitas sinar UV dan konsentrasi

katalis TiO,. Dalam penelitian ini dilakukan variasi intensitas melalui pengaturan jarak lampu UV ke

bibir reaktor sebesar 0 cm, 5 cm, dan 10 cm masing-masing untuk konsentrasi TiO, 0.01 %,0.05%, dan

0.1%. Bubuk TiO, yang dipakai memiliki parameter kisi a = 9.462

,

c = 3.751

A,

ukuran ristal

sebesar 3.313

A.

Secara umull1, fotokatalisis berlangsung sangat cepat pada 15 menit mval r<1ksi

daripada 30 menit dan 45 menit. Nilai tetapan disinfeksi untuk lnasing-masing variasi porlakuan pada

15 menit pertama lebih tinggi daripada nilai tetapan setelall 30 meni! dan 45 menit bwangsungnya

reaksi. Dari hasil penelitian ini, untuk pemberian TiO, 0.01%, jarak lampu UV ke reaktor yang paling

efektif ialall 10 cm, dengan waktn reaksi efektif sebesar 45 menit. Dengan menggunakan TiO, 0.050,

jarak lampu ke reaktor paling efektif yaitu 5 cm, dengan waktu reaksi efektif antara 15-30 menit.

Sedankan pemberian TiO, sebesar 0.1% paling efektif diln dengan memberikan penyinaran

dcngan intcnsitas maksimull1, dcngan waktu reaksi cfektif 30 menit.

Kala kunci: fotokatalisis, amltase, intensitas.

ABSTRACT

VALIANT HADIANTO ELIM. Disinfcction. of Escherichia cali by Photocatalysis: The ElTect or

Variation of UV Light Intensity and TiO, Concentration. Under Guidance of AKHIRUDDIN MADDU and NISA RACMANIA MUBARK.

The ability of photocatalysis using TiO, anatase powder as catalyst to decrease the population of

EI'cherichia coli was afected by the intensity of VItro Violet (UV) light and the conccntration of catalyst TiO, in the suspension. In order to vay the intensity of UV light, we varricd the space

between UV lamp and Ule reactor by 0 cm, 5 cm, and 10 cm, each for the concentration of 0.01%,

0.05%, and 0.1%. TiO, powder which used in his research has lattice paameter a = 9.462

A.

c = 3.751

A,

with cystal size 3.313

A.

Generally, photocatalysis in he irst 15 minutes was faster n

the later time (30 minutes and 45 lninutes). The disinfection constant in the irst 15 lninutes of reaction

for each variety of treatment was higher n the disinfection constant of the later time. We conclude

that therc was an efective time reaction for each variety of catalyst concentration and UV light

intcnsity. For the 0.01% TiO" Ule most effective space between UV lamp and the reaclor was 10 cm,

and the effective time reaction was 45 minutes. Using TiO, concentraion 0.05%, the most efective

space between UV lamp and the reactor was 5 cm, and the efective lime reaction 15-30 minutes.

While for concentration 0.1 %, the space between UV Imnp and reactor by 0 cm was the most effective,

with effective time reaction 30 minutes.

(3)

DISINFEKSI Escherichia coi SECARA

FOTOKATALISIS: PENGARUH VARIASI INTENSITAS

SINAR UV DAN KONSENTRASI Ti02

VALIANT HADIANTO ELIM

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada

Program Studi Fisika

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN LMU PENGETAHUAN ALAM NSTITUT PERTANAN BOGOR

(4)

Judul : Deslnfeksi Escherichia coli secara Fotokatalisis :

Nama NRP

Pengaruh Variasi Intensitas Sinar UV dan Konsentrasi Ti02 : Valiant Hadianto Elim

: G0749901 I Program Studi : Fisika

Akhiruddin M.Si

Pembimbing I

Menyetujui,

(5)

RWAYATDUP

Penulis dilahirkan di Depok pada tanggal 23 _Desember1980 _{sebagai anak sulung dari tiga}

bersaudara Kedua orang tua penulis adalah Knadi Elim dan Supriyati.

Penulis menamatkan pendidikan dasar, pendidikan menengah pertama, dan pendidikan menengah atas di kota Depok. Lulus dari S MU Negeri I _{Depok tahun}1999, penulis memperoleh

(6)

PKATA

Air yamg ada di buvi uvUI1vya tidak dalav knadaam vumi (H20), vnlaimkam vcmgamdumg bnrbagai pnmgo tor, baik tnrlnt vaupun tnrsuspnmsi, tnmlasuk vikroorganisvn. Bnbnrapa vntodn pnmgolaham air tnlah diknvbamgkam, mamlun hasilmya bnluv cukup vnvuaskam. Tnva dari pnmnliiam imi adalah disinfnksi Escherichia coli dnmgam baham titamiuv dioksida, yamg vnrupakam salah satu cara altcrratif umtuk vclcmyapkam vikroorgamisv� pcmggamggu dalav air, yaitu vcIalui rcaksi fotokatalisis.

Pnmulis vnmyadari bahwa karya imi vasih sarat dnmgam knkurangam snhimgga pnmulis vnvbuka diri (nrhadap sngala kritik dam saram yamg vnvbamgum agar karya ini dapat bnrdaya guma sncara vaksival li vasa yamg akam datamg.

Akhir kata pnmulis vnmghaturkan rasa tnriva kasih knpada:

1. _{Tuham Snvnsta Alav umtuk knsnlavatam, bnrkat dam bnbam, snrta pnmgalavam, baik vanis vaupum}

gntir.

2. _{Papa, Mava, Mosns dan Thnrnsia, suvbnr kasih sayamg dam pnrhatiam tulus}

J. _{Bapak Akhiruddim Maddu. MSi, atas bivbimgam, vasukam, saram, knsabaram. knscvpatam tak}

lcrduga dam lUaf biasa, snrta domlsi umtuk snbagiam bnsar pnmnlitiam imi.

�. _{lbu Dr. Nisa Rachvania Mubarik, MSi, alas knsabaram, bivbimgam, jawabam alas bnbnrapa}

pnrtamyaam, dam kntnladanan dalanl knrnmdallam hati.

S. _{Proynk Pnmnlitiam Dasar, Dikti, Dnpdiktms tal,un}₂₀₀₃_{yamg dibnrikam pada Bapak Akhiruddim}

Maddu, MSi, yamg vcmdamai pnmnlitiam imL

6. _{Ibu Mnrsi Kumiati, MSi, atas pimjavam buku, komsultasi, dim saran bnrharga.}

7. _{Dr. Ir. Ivan Rusvama, M.Si, atas waktu diskusi, knrmnaham, dam vasllkan akhir umtuk}

pnvbahasam.

8. StafLab. Mikrobiologi IPB dan rnkan-rnkam snknrja, umtuk knJull1gatam dam tips-tips pnmtimg.

9. _{Scluruh sauiara, salmbat khususmya kak Kris}_{"Ihe in�pirator",}_{Pay, Sni, Witha, dam Vivi, rckam}

snknrja, snrta kakak aluvni di Kovisi Pnlayaman Siswa untuk kncnriaam, duk1l11gam dam tamgisam pada saat sulit, knbnrsavaam, ck'U1 nksklusivitas KPS!

10. Snluruh saudara dam sallabat di GPdI, untuk knllangatan dam pnrsaudaraan yamg agak "amnh".

I!. Gati, yamg tnlall vnvbnrikam pnlajaram tnmtang ca _{bnknIja yamg Jnbih nisinm snrta snvmlgat}

snoramg pria bahkam ck1lav komdisi yamg tnrbilamg 1l1ustaltil!

l2. ASYaIUlH, umtuk snlllamgat, kncnriaam, dam jiwa kritis yamg dnmgam sabar llnmnlllami dnmgam caramya snmdiri.

13. _{Tnvam dam sabat isika}36: _{ydnT, ltimodvaR, ykkO, Naid, avruN, kak}ri _{dam Imdah umtuk snmllm}

vasukam dam knbnrsavaan, Esti, Qoiv untuk bamtuan RD-mya, dil11 Rnimi.

14. _{Snluruh pihak yamg tidak dapat disnbutkan satu-pnrsa!u, yamg tnlall vnvbnrikam doromgam snrta}

bamtuan snltimgga kfya imi dapa! disnlnsaikam.

IS.

Snluruh anggota tubuhku; jari-jnvari, otak, vata, tnlimga, tamgam, dan kaki, yamg tnlah bnknrjasava dnmgam baik snhimgga kfya imi bisa snlnsai; kaliam snvua sava bnrharga!

Herzliche Grllesse! -Salanl hamgat!

Bogar, Fnbruari 2004

(7)

DAFTARISI

Halaqan

DAFTAR TABEL...u..u..u...u.uu...u..u..u..u.. vi

DAFTAR GABAR ..u..u..u...u..u...u..u...u...u... vi

DAFTAR LAPIRAN...u..u...u...u...u...uu..u..u...u... vii

PENDAHULUAN Latar Bnlakamg ,u. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... 1

PnrutllUSan Masalah ... ... ,... 1

Tujuam Pnmnlitiam... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... ... 1

Pnmusuman Ripo!nsis u.. ... ... ... ... ... ... ... ... 1

TINJAUAN PUST AKA Snvikomduktor ...u..u..u...u... :.u..uu...u..u.. 2

Titaniuv Dioksida ... ". ... ... ... ... ... ... .... ... .... ... ... ... 2

Escherichia coli .. '... 3

Kimntika Prosns F otokatalisis ...u..._....... ...u... ... . 4

Pola dam Laju Disinfnksi Baktnri.. ... ... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 6

BAHAN DAN ETODE Tnvpat dam Waktu Pnmnlitiam ...u..u..u.. ...u..u... ...u..u.. ... . .... . . 6

Alat dam Bahan . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... .... ... ... .... .... .... .... ... ... .... ... ... 6

Prcparasi Bubuk TitamiulIl Dioksida ...u...u.. .... ...u... . . ... "... 7

Prnparasi Isolat Escherichia coli ... ... ... ... .... ... ... 7

Dnsaim Rnaktor Disimfnksi Fotokatalisis . ... ... ... 7

Mntodn Pnmnlitiam n Pnvbnrian Pnrlakuam Matnrial ... ... ... ... 7

Pnmghitumgam Koloni Escherichia coli sntnlall Pnrlakuam ... ... ... ... ... 8

Pnmgnknram Imtnmsitas Lavpu Ulra Violnt ..u... ... ... 8

Pnmghitumgam Nilai Tntapan Disimfnksi ...u... ...u. :...u..u.. .... 8

HASIL DAN PEBAHASAN HasH RD Bubuk Ti02 dam Ukuram Parliknl. ...u... "... 8

RasH Pnmgnknrall Intnlsitas Lamlpu UV... ... 9

Efnk Disinfnksi dnmgam Mnmggnmakam Sinar V (Rnaksi Fotolisis)

...

10

Pnmgmuh Variasi Jarak Lmnpu UV paa Disinfeksi sncara Fotokatalisis...u... 10

Pnngarh Variasi Konsnmtrasi TiOz pada Disimfnksi sncara Fotokatalisis... ... ... 13

KESIPULAN DAN SARAN Knsivpulam ... ...u... ... ... ... .u... . ... . . 15

Saram . . . . ... . . . ... . . . ... . . . ... ... . . . .. . . 15

DAFTAR PUSTAKA ... . . ... .u..uu... ...u..u.. ... .... . . ...u.. .u.. ...u..u... ... . ... 16

(8)

DAFTAR TABEL

I. Variasi konsentr.si TiO, danjarak lampu UV ke bibir reaktor pada perlakuan

Halaman

fotokatalisis ... 7

2. Perbandingan jarak antar kisi serta intensitas pada sampel terhadap data stan dar! referensi... 9

3. Perbandingan parameter kisi dan ukuran kristal pada sampel dengan referensi! standar ... 9

4. Hasil pengukuran intensitas lampu UV dengan menggunakan YSJ-Kettering model 65 Radiometer ... 10

5. Nilai tetapan disinfeksi

(A)

liap perlakuan fotokatalisis TiO, dengan memvariasikan jarak lampu UV ke bibir reakror (d) untuk selang waktu perlakuan 15 meni!... 12

6. Nilai tetapan disinfeksi

(A)

liap perlakuan fotokatalisis dengan variasi jarak lampu UV ke bibir reaktol' (d) dan variasi konsentrasi TiO, untuk selang waktu perlakuan 15 men it 13 DAFTAR GAMBAR

I.

Struklur kristal titanium dioksida (ruby.eolorado.edulsmyth/minitio2.html,

Halaman

diaeu dalam Sudana 2003) ... 3

2. Perspektif struktur kristal Ti02 (diambil dari www.nl-ind.eomlkronos! diaeu daln Gunlazuardi 200

I)

.. ... ... 3

3. Ilustrasi skematis proses foto-eksitasi dan de-eksit.si pada suatu semikonduktor (Liensebigler el al. _{1995 dalam Gunlazuardi 200}_I)_...... 5

4. Skema reaktor disinfeksi fotokatalisis ... 7

5. Graik perbandingan sin e terhadap Br eos a untuk menentukan ukuran kristal ... 9

6. Kristalografi TiO, anatase ... 9

7. Disinfeksi seeara fotolisis dengan jarak lampu UV ke bibir reaktor sebesar 0 em ... 10

8. Proporsi ketahanan hidup . coli pada fotokatalisis dengan konsentrasi TiO, 0.0 I %, jarak lampu UV ke bibir reakror sebesar ) em, 5 em, dan 10 em (eksponensial terhadap wakru [45 menit]) ... II 9. Pl'Oporsi ketahanan hidup E. coli pada fotokatalisis dengan konsentrasi TiO, 0.05%, jarak lampu UV ke bibir reaktol' sebesar 0 er., 5 em, dan 10 em (eksponensial terhadap waktu [45 men it]) ...

I I

10. Proporsi ketahanan hidup E. coli pada fotokatalisis dengan kons.ntrasi TiO, 0.1 %, jarak lampu UV ke bibir reakror sebesar 0 em, 5 em, dan 10 em (eksponensial terhadap waktu [45 menit]) ... II I I. Proporsi ketahanan hidup E. coli pada fotokatalisis dengan jarak lampu UV ke bibir reaktor sebesar 0 em pada konsentrasi TiO, 0.0 I %, 0.05%, dan O. 1% (eksponensial terhadap waktu [45 menit]) ... 14

12. Proporsi ketahanan hidup E. coli pada fotokatalisis dengan jarak lampu UV ke bibir reaktor sebesar 5 em pada konsentrasi TiO, 0.01%, 0.05%, dan O. I % (eksponensial terhadap waktu [45 menit]) ... 14

(9)

DAFTAR LAMPIRAN

1, Data pengamatan fotokatalisis dengan variasi konsentrasi Ti02 dan jarak lampu

Halaman

UV ke mulut reaklor... ... 19

2. Penentuan (A ) parameter kisi dan (B) ckuran partikcl TiO, dengan menggunakan

metode C ohen... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 22 3. Diagram alir penelitian... ... ... ... ... 25 4. Proporsi ketahanan hidup . coli pada fotokatalisis dengan konsentrasi TiO, 0.0 l %,

jarak lampu UV ke bibir reaktor sebesar 0 em, 5 em, dan 10 em (logaritma natural

terhadap waktu A.1S menit; B. 30 ment; C. 45 meni!) ... 26 5. Proporsi ketahanan hidup . coli pada fotokatalisis dengan konsentrasi TiO, 0.05°".

jarak lampu UV ke bibir reaktor sebesar 0 em, 5 em, dan 10 em (Iogariuna natural

terhadap waktu Al5 menit; B. 30 ment; C. 45 meni!)... 26 6. Proporsi ketahanan hidup E. coli pada fotokatalisis dengan konsentrasi Ti02 0.1 %,

jarak lampu UV ke bibir reaktor sebesar 0 em, 5 em, n 10 em (logaritma natural

terhadap waktu A. 15 ment; B. 30 menit; C. 45 menit) ... 27

7. Proporsi ketahanan hidup . coli pada fotokatalisis denganjarak lampu UV ke bibir

reaklor sebesar 0 em pada konsentrasi TiO, 0.01%, 0.05%, dan 0.1 % (logariuna

natural terhadap waktu A. 15 ment; B. 30 menit; C. 45 meni!).... ... ... ... ... 27

�, _{Proporsi kctahallan hidup}l', coli pata fotokalalisis dcnganjarak lampu UV kc bibir

reaktor sebesar 5 em pada konsentrasi Ti02 0.01 %, 0.05%, n 0.1% (logaritma

natural terhadap waktu A 15 ment; B. 30 menit; C. 45 menit)... 28 9. Proporsi ketallanan hidup . coli pada fotokatalisis dengan jarak lampu UV ke bibir

reaklor sebesar 10 em pada konsentrasi Ti02 0.01%,0.05%, dan 0.1% (logaritma

(10)

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Planet ail', itulah predikat yang disandang bumi karena 70 persen permukaannya tertutup air; sebagian besarnya merupakan air asin dan hanya sekitar 2,5 persen saja yang berupa air tawar, itu pun tidak sampai satu persen yang bisa dikonsumsi karena sisanya berupa air tanah yang dalam atau pun es di daerah kutub. Para ahli meramalkan bahwa dunia yang diperkirakan berpenduduk 8,3 miliar pada 2005 nanti, akan menghadapi kelangkaan air bersih (MTI

1999).

Pengelolaan air berpacu dengan pertumbuhan penduduk yang meningkat pesat serta perkembangan wilayah dan industri yang cepat, apalagi banyaIe sumber air yang telah tercemar, baik oleh kontaminan kimiawi, isik, maupun hayati.

. Kadar air tubuh manusia mencapai 68 persen, sementara, kebutuhan air minum setiap orang bervariasi dari 2, I liter hingga 2,8 liter per hari, tergantung pada berat badan dan aktivitasnya, Agar tetap sehat, air minum harus nemenuhi persyaratan fisik, kimia, maupun bakteriologis. Air yang ada di bumi umumnya tidak dalam keadaan muni (H20), melainkan mengandung berbagai pengotor, baik terlarut maupun tersispensi, termasuk mikroorganisme (Suprihatin 2004).

Beberapa metode pengolahan air telah dikembangkan, namun hasilnya belum cukup memuaskan, selain karena terlalu mahal dari segi biaya investasi maupun pengoperasianl pemeliharaannya sehingga tidak ekonomis untuk digunakan, telah terbukti bahwa residu yang tertinggal dalam air, berbahaya bagi kesehatan. Penelitian ini berfokus pada upaya disinfeksi ai' dari kontaminan hayati, terutama bakteri. Escherichia coli dipilih sebagai contoh umum bakteri pencemar pada air.

Satu langkah baru untuk disinfeksi air terjadi pada dua dasawarsa terakhir abad duapuluh dengan ditemukannya proses fotokatalisis. Fenomena ini terjadi pada bahan semikonduktor yang disinari dengan cahaya Ultra Violet (UV) sehingga permukaan semikonduktor itu memiliki kemampuan untuk menginisiasi reaksi kimiawi yang menghasilkan

sejumlah senyawa yang terbukti mampu membunuh bakteri dalam air.

Secara umum fotokatalisis dapat didefinisikan sebagai pemercepatan fotoreaksi (transformasi beberapa senyawa kimia oleh induksi cahaya) karena adanya katalis. Materi fotokatalitik menggunakan energi foton cahaya untuk mengkatalisis (mempercepat) reaksi kimia. Sejauh ini katalis yang umum digunakan ialah titanium dioksida (TiO,) karena selain mampu menguraikan polutan, TiO, yang biasa dijumpai dalam bentuk serbuk putih dan umum digunakan sebagai pigmen putih dalam cat maupun kosmetik ini harganya terjangkau, tidak beracun, tersedia secara luas, dan juga tahan karat.

Perumusan

Masalah

Efek disinfeksi yang dihasilkan dalam reaksi fotokatalisis menggunakan katalis bubuk TiO, anatase dengan memvariasikan konsentrasi TiO" maupun intensitas cahaya untuk iluminasi melalui variasi jarak lampu UV ke bibir reaktor sehingga diharapkan dapat diketahui kondisi terbaik untuk kedua variabel tersebut, yang dapat meningkatkan laju disinfeksi . coli.

Tujuan Penelitian

Penelitian ini dilakukan untuk membandingkan baik kadar bubuk TiO, anatase maupun intensitas cahaya UV efektif dengan pengaturan jarak lampu UV ke bibir reaktor, yang diperlukan untuk proses disinfeksi secara fotokatalisis dalam air.

Penyusunan Hipotesis

Berdasarkan data dan informasi yang diperoleh dari penelusuran literatur maka dalam penelitian ini terdapat beberapa hipotesis yang dikemukakan yaitu:

I. terdapat suatu kadar bubuk TiO, anatase efektif yang dapat digunakan sebagai katalis untuk meningkatkan efek disinfeksi dengan konsentrasi bakteri awal tertentu.

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

(34)

(35)

(36)

(37)

(38)

(39)

(40)

(41)

(42)

(43)

(44)

(45)

(46)

(47)

(48)