LAPORAN PENELITIAN ILMIAH
FOTOKATALISIS
TANAMAN ARTIFICIAL UNTUK PURIFIKASI UDARA RUANG
DISUSUN OLEH:
Adiputra Khomas
Ahmad Faisal
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA
Page 1 of 34
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Asap rokok sudah merupakan hal yang lumrah kita temui dalam lingkungan kita
sehari-hari. Rokok sudah menjadi kebutuhan di hampir seluruh lapisan sosial masyarakat,
mulai dari pemilik perusahaan dan pemerintah sampai ke lapisan pengemis dan pemulung.
Data dari WHO pada tahun 2008 menunjukkan bahwa Indonesia memiliki 76,8 juta orang
yang merupakan perokok aktif. Data lain menyatakan bahwa 63.3% dari pria dewasa di
Indoenesia merupakan perokok aktif, sementara 4,5% wanita dewasa merupakan perokok
aktif. Larangan merokok yang belum tegas ditegakkan pemerintah menyebabkan masyarakat
dapat merokok hampir dimana saja dan kapan saja.Asap rokok merupakan salah satupolutan
udara yang sangat berbahaya baikbagi perokok aktif maupun perokok pasif(Shapiro, 2000;
Bazemore, 2006).
Rokok dapat disebut sebagai gudang bahan kimia, karena mengandung banyak sekali
senyawa-senyawa kimia berbahaya di dalamnya, seperti nikotin, tar, karbon monoksida,
aseton, metanol, arsen, dan berbagai bahan kimia berbahaya lainnya.Senyawa kimia yang
terdapat di dalam satu batang rokok mencapai sekitar 4000jenis senyawa (Yu, 2006). Dari
senyawa-senyawaitu, yang paling berbahaya dansekaligus paling banyak terdapat di
dalamasap rokok adalah karbon monoksida (CO).Asap rokok dapat menyebabkan kanker dan
juga penyakit kronis lainnya, seperti stroke, katarak, gangguan pernafasan seperti pneumonia.
Selain rokok, di udara di sekitar kita juga terdapat senyawa-senyawa berbahaya yang
disebut VOC (volatile organic compound). VOC merupakan senyawa kimia organic yang
dapat menguap pada kondisi suhu udara dan tekanan ruangan.Produk yang mengandung
VOC diantaranya adalah cat, lem, alat tulis, furniture, barang-barang elektronik, dll.VOC
tidak selalu dapat tercium baunya, karena terdapat VOC yang tidak berbau. Contoh VOC
sendiri adalah aseton, benzene, formaldehid, toluene, xilena, dll, dimana kandungan VOC
dalam ruangan lebih besar konsentrasinya dibanding luar ruangan (Adgate, et al, 2004)
Secara umum, degradasi polutanbiasanya dilakukan dengan proses adsorpsi.
Kendalanya, adsorben hanyamemindahkan polutan (dari fasa gas kepadatan adsorben)
tanpamenghancurkannya menjadi senyawa yangtidak toksik. Akibatnya sampai suatu
waktutertentu, adsorben akan mengalamikejenuhan dan tidak dapat mengadsorpsipolutan
lagi.Salah satu cara degradasi polutan yangkini dikembangkan adalah prosesfotokatalisis
Page 2 of 34 sebagai fotokatalisdalam aplikasi reaksi fotokatalitik karenakeunggulannya dibandingkan
jenissemikondutor lain (Litter, 1996; Wu, 2000).
Proses katalisis terjadi pada fasateradsorpsi (Richardson, 1989). Demikianpula halnya
dengan proses fotokatalisis. Halini menjadi masalah bagi prosesfotokatalisis karena
kebanyakansemikonduktor yang digunakan sebagaifotokatalis memilki daya adsorpsi
yanglemah. Untuk menutupi kekurangantersebut, maka proses fotokatalisis olehfotokatalis
semikonduktor perlu ditopangdengan suatu adsorben sebagai penyangga(El-Maazawi, 2000).
Dengan menggabungkanfotokatalis dan adsorben, diharapkankontak fotokatalis dengan
polutan menjadilebih efektif. Selain itu, adsorben yangdigunakan tidak perlu diregenerasi
karenapolutan yang menempel pada adsorbenakan didegradasi secara in situ olehfotokatalis
sehingga kejenuhan adsorbendapat dihindari (Torimoto, 1996; Matsuoka,2003; Slamet,
2007).
Bahan aktif pada penelitian ini adalah fotokatalis TiO2-P25 Degussa dengan senyawa
yang akan dites berupa zat pewarna seperti metilen blue minyak goreng sebagai noda
makanan. Hal yang menjadi tantangan dalam penelitian ini adalah responsivitas TiO2
terhadap sinar tampak. Oleh karena itu, diperlukan senyawa sebagai dopan untuk
meningkatkan daya responsivitas TiO2 tersebut. Beberapa peneliti di atas telah memodifikasi
TiO2 dengan beberapa senyawa seperti dengan Platina (IV) Klorida dan didopan dengan
Karbon (C/TiO2) (Mitoraj, et al., 2006). Hasilnya cukup bagus, akan tetapi senyawa dopan
yang digunakan merupakan senyawa yang kompleks dan cukup mahal.
Penelitian ini bertujuan untukmensintesis komposit TiO2-karbon aktif yang secara
efektif mampu mengadsorpsi dan menguraikan polutan-polutan udara menjadi senyawa
lainnya yang jauh lebih aman dibanding polutan-polutan tersebut. Penelitian ini
menggunakan karbon aktif sebagai dopan fotokatalis TiO2. Hal tersebut didasari atas
pertimbangan bahwa karbon aktif merupakan senyawa yang bersifat nontoksikdan dapat
meningkatkan responsivitas TiO2. Adapun alasan pemilihan fotokatalis TiO2 dalam penelitian
ini adalah karena sifatnya yang non-toksik (Sun, et al., 2003), memiliki aktivitas katalis yang
tinggi (Hermann, 1999), tahan terhadap fotodegradasidan relatif murah (Wikoxoa, 2000).
Adapun metodologi penelitian yang diusulkan adalah dengan melakukan preparasi
komposit C-TiO2 terlebih dahulu dengan mencampurkan TiO2-P25 Degussa dengan TEOS
dengan pengadukan magnetis, kemudian campuran ditambahkan karbon aktif yang kemudian
dilanjutkan dengan pelapisan C-TiO2 berupa lapisan tipis (thin film) ke pot tanaman hias dan
batu apung dengan metode dip coating.Kemudian dilanjutkan dengan pengeringan pt dan
Page 3 of 34 uji asap rokok untuk tanaman hias secara keseluruhan di dalam kotak uji yang telah dipenuhi
oleh asap rokok, yang dalam pengujiannya akan terlihat bahwa konsentrasi asap rokok akan
berkurang seiring berjalannya waktu sehingga dengan melakukan penelitian ini dapat
membuktikan hipotesis bahwa metode fotokatalisis yang diintegrasikan ke tanaman hias ini
berhasil dan dapat digunakan untuk mendegradasi polutan udara.
1.2. Rumusan Masalah
Penelitian ini dimaksudkan untuk mengaplikasikan prinsip fotokatalisis untuk
tanaman hias yang dapat mendegradasi polutan, dalam hal ini digunakan asap rokok sebagai
polutan utamanya, dan memperhatikan keadaan sebelum dan sesudah proses fotokatalisis
secara cermat. Bagian dari tanaman hias yang akan digunakan dalam penelitian adalah bagian
pot (wadah) tanaman hias dan batu apung sebagai media pengganti unsur tanah pada tanaman
hias. Fotokatalis yang digunakan untuk percobaan ini adalah TiO2 Degussa P-25, dibantu
dengan adsorben karbon aktif untuk meningkatkan daya adsorpsi tanaman hias akan polutan.
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah:
1. Melihat kinerja fotokatalis yang terlapisi pada pot tanaman hias dan batu apung
melalui uji mikroskop dan asap rokok
2. Membandingkan hasil kinerja dari tanaman yang diberi fotokatalis, sebelum dan
sesudah pengujian berlangsung.
1.4. Batasan Masalah
Batasan dari penelitian ini adalah:
1. Rekayasa tanaman hias yang akan dilakukan hanya mencakup pelapisan C-TiO2 ke
pot tanaman hias dan penggunaan batu apung sebagai pengganti media tanah sehingga
tercipta tanaman hias yang mampu menjaga kualitas udara ruang.
2. Fotokatalis yang digunakan adalah TiO2-P25 Degussa yang didopan dengan karbon
aktif agar dapat meningkatkan daya adsorpsi terhadap polutan untuk membantu proses
degradasi.
3. TiO2 didoping dengan karbon aktif.
4. Metode pembuatan lapisan tipis (thin film) katalis komposit pada substrat adalah dip
coating.
Page 4 of 34
1.5. Sistematika Penulisan
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisi latar belakang penelitian, perumusan masalah yang dibahas, tujuan
dilakukannya penelitian, batasan masalah, serta sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisi tentang tinjauan teori mengenai asap rokok, fotokatalisis, metode
coating, dan batu apung.
BAB III METODE PENELITIAN
Bab ini berisi tentang metode pelaksanaan penelitian, peralatan dan bahan yang
digunakan dalam penelitian, prosedur penelitian, parameter penelitian, pengolahan
dan analisis data, dan cara penyimpulan serta penafsiran hasil penelitian.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi tentang hasil yang didapatkan berdasarkan penelitian yang telah
dilaksanakan, terdiri dari uji mikroskop dan uji asap rokok.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi tentang kesimpulan yang didapatkan berdasar penelitian yang telah
dilaksanakan dan beberapa hal yang disarankan untuk kepentingan pengembangan
Page 5 of 34
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. AsapRokok
Setiap batang rokok yang dinyalakan akan mengeluarkan lebih dari 4000 bahan kimia
beracun yang berbahaya dan dapat mengakibatkan maut. Dengan ini, setiap sedutan itu
menyerupai satu sedutan maut. Di antara kandungan asap rokok termasuklah aceton (bahan
pembuat cat), naftalene (bahan kapur barus), arsen, tar (bahan karsinogen penyebab kanker),
methanol (bahan bakar roket), vinyl chloride (bahan plastik PVC), phenol butane (bahan
bakar korek api), potassium nitrate (bahan baku pembuatan bom dan pupuk), polonium-201
(bahan radioaktif), ammonia (bahan pencuci lantai), dan sebagainya (Jaya, 2009). Racun
yang paling utama ialah tar, nikotin, dan karbon monoksida (Universiti Teknologi Malaysia,
2005).
Gambar 2.1. Kandungan Asap Rokok (Sumber: StockImage)
Terdapat penjelasan yang lebih jelas bagi beberapa jenis bahan yang terkandung
dalam rokok antara lain adalah sebagai berikut:
1) Nikotin
Komponen ini terdapat di dalam asap rokok dan juga di dalam tembakau yang tidak
dibakar. Nikotin bersifat toksik terhadap jaringan saraf, juga menyebabkan tekanan darah
sistolik dan diastolik mengalami peningkatan.Denyut jantung bertambah, kontraksi otot
jantung seperti dipaksa, pemakaian oksigen bertambah, aliran darah pada pembuluh koroner
bertambah, dan vasokonstriksi pembuluh darah perifer. Nikotin meningkatkan kadar gula
darah, kadar asam lemak bebas, kolesterol LDL, dan meningkatkan agregasi sel pembekuan
darah. Nikotin memegang peran penting dalam ketagihan merokok (Sitepoe, 2000).
Page 6 of 34 2) Tar
Tar hanya dijumpai pada rokok yang dibakar. Eugenol atau minyak cengkeh juga
diklasifikasikan sebagai tar.Di dalam tar, dijumpai zat-zat karsinogen seperti polisiklik
hidrokarbon aromatis, yang dapat menyebabkan terjadinya kanker paru-paru.Selain itu,
dijumpai juga N nitrosamine di dalam rokok yang berpotensi besar sebagai zat karsinogenik
terhadap jaringan paru-paru (Sitepoe, 2000). Tar juga dapat merangsang jalan nafas, dan
tertimbun di saluran nafas, yang akhirnya menyebabkan batuk-batuk, sesak nafas, kanker
jalan nafas, lidah atau bibir (Jaya, 2009).
3) Karbon Monoksida
Gas ini bersifat toksik dan dapat menggeser gas oksigen dari transport hemoglobin.
Dalam rokok, terdapat 2-6% gas karbon monoksida pada saat merokok, sedangkan gas
karbon monoksida yang diisap perokok paling rendah 400 ppm (part per million) sudah dapat
meningkatkan kadar karboksi-hemoglobin dalam darah sejumlah 2-16%. Kadar normal
karboksi-hemoglobin hanya 1% pada bukan perokok. Seiring berjalannya waktu, terjadinya
polisitemia yang akan mempengaruhi saraf pusat (Sitepoe, 2000).
4) Timah Hitam
Timah hitam merupakan partikel asap rokok. Setiap satu batang rokok yang diisap
mengandung 0,5 mikrogram timah hitam. Apabila seseorang mengisap 1 bungkus rokok
perhari, 10 mikrogram timah hitam akan dihasilkan, sedangkan batas bahaya kadar timah
hitam di dalam tubuh adalah 20 mikrogram/hari (Sitepoe, 2000).
2.2. Teknologi Fotokatalisis 2.2.1. Definisi Fotokatalisis
Fotokatalis merupakan suatu kombinasi antara proses fotokimia dan katalisis. Proses
fotokimia adalah proses sintesis (transformasi) secara kimiawi dengan melibatkan cahaya
sebagai pemiAgnya. Sedangkan katalis adalah substansi yang dapat mempercepat jalannya
reaksi dengan jalan mengubah jalur (mekanisme) reaksi tanpa ikut terkonsumsi pada reaksi
tersebut. Bahan-bahan yang dapat dimanfaatkan sebagai fotokatalis ialah bahan-bahan yang
memiliki celah pita energi (energy bandgap) seperti kebanyakan logam transisi dan saat
dikenai cahaya maka energi cahaya tersebut dapat mengeksitasi elektron dari pita valensi
menuju pita konduksi. Ini terjadi jika energi cahaya yang diberikan sama atau lebih besar
daripada celah pita energi dari bahan tersebut.
Proses fotokatalis dapat dibagi menjadi dua berdasarkan jenis katalisnya yaitu
Page 7 of 34 fotokatalitik yang terjadi pada fasa yang sama dan dengan bantuan oksidator seperti ozon
dan hidrogen peroksida, sedangkan proses fotokatalis heterogen ialah proses fotokatalisis
yang terjadi antara dua fasa atau lebih dan biasanya dibantu oleh cahaya atau katalis padat.
Proses fotokatalis heterogen merupakan teknologi berdasarkan iradiasi fotokatalis
semikonduktor seperti titanium dioksida (TiO2), seng oksida (ZnO) ataupun kadmium sulfida
(CdS).
Fotokatalisis heterogen bisa terjadi pada berbagai medium baik fasa gas, cairan organik
murni ataupun fasa berair. Proses keseluruhan yang terjadi pada fotokatalisis heterogen dapat
dibagi menjadi lima tahap, yaitu:
1. Difusi reaktan dari fasa fluida menuju permukaan katalis.
2. Absorbsi reaktan paling sedikit satu jenis reaktan.
3. Reaksi dalam fasa teradsorpsi.
4. Desorpsi produk dari permukaan katalis.
5. Pemisahan (perpindahan massa) produk dari daerah interfasa.
Gambar 2.2.Tahapan – tahapan pada suatu reaksi fotokatalis heterogen (Sumber: Fogler)
Dari gambar 2.2 di atas dapat dilihat mekanisme reaksi fotokatalis heterogen. Reaksi
fotokatalis terjadi pada fasa pengabsorp (tahapan ketiga). Tahapan-tahapan tersebut sama
dengan tahapan-tahapan pada katalis heterogen. Perbedaannya hanya pada model aktivasi
katalis dimana aktivasi termal pada katalis diganti dengan aktivasi foton.
Page 8 of 34 Bahan semikonduktor dapat dimanfaatkan sebagai fotokatalis karena memiliki daerah
energi kosong yang disebut dengan celah pita energi (band gap energy), yang berada diantara
batas pita valensinya. Besarnya celah pita energi ini dapat diukur dengan menggunakan
panjang gelombang cahaya yang lebih baik dalam mengeksitasi elektron.Pada semikonduktor
yang memiliki celah pita energi yang lebar, elektron pada pita valensi tidak bisa tereksitasi
menuju pita konduksi. Akan tetapi jika diberikan suatu energi dari luar maka elektron dari
pita valensi dapat mencapai pita konduksi dan akan terbentuk lubang (holes) sebanyak
elektron yang berpindah.
Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi reaksi fotokatalitik pada semikonduktor
menyangkut struktur pita yang dimilikinya, yaitu:
1. Celah pita energi (band gap energy).
2. Posisi terbawah dari pita konduksi.
3. Posisi teratas dari pita valensi.
Struktur pita dapat dilihat pada gambar 3 dibawah ini.
Gambar 2.3. Gambar daerah energi pada semikonduktor (Sumber: Amemiya)
Ketika suatu katalis semikonduktor dari tipe chalcogenide (oksida (TiO2, ZnO, ZrO2,
CeO2) atau sulfida (CdS, ZnS)) dikenai cahaya yang memiliki energi lebih besar atau sama
dengan energi celah pita semikonduktor, maka akan terjadi peristiwa fotoeksitasi yaitu
perpindahan elektron dari pita valensi ke pita konduksi. Peristiwa ini menghasilkan hole (h+) pada pita valensi. Dengan kata lain proses fotoeksitasi menghasilkan elektron pada pita
konduksi dan hole pada pita valensi. Reaksi yang terjadi pada fenomena ini ialah:
Page 9 of 34 Pasangan elektron dan hole yang terbentuk akan menempuh beberapa jalur yaitu
berekombinasi dalam partikel (volume recombination) , berekombinasi pada permukaan
partikel (surface recombination) atau partikel pada fasa ruah dalam waktu yang sangat
singkat (nanosekon) sehingga melepaskan energi dalam bentuk panas. Reaksi kombinasi
keduanya dapat ditulis menjadi:
e- + p+ N + E (2.2)
Gambar 2.4. Skema proses fotoekstitasi pada bahan semikonduktor (Sumber: Hermann)
Selain rekombinasi, masing-masing pasangan elektron (e-) dan hole (p+) dapat bereaksi dengan spesies donor (D) atau akseptor (A) yang teradsorb di permukaan partikel. Dengan
kata lain, elektron pada pita konduksi yang mencapai permukaan mereduksi substrat (A) atau
pelarut pada permukaan partikel, sedangkan hole pada pita valensi yang yang mencapai
permukaan akan mengoksidasi substrat (D) baik secara langsung maupun tidak langsung
(melalui pembentukan radikal hidroksil). Persamaan reaksinya ialah:
h + semikonduktor e- + h+ (2.3)
A (ads) + e- A- (ads) (2.4)
D (ads) + h- D+ (ads) (2.5)
Sifat oksidator kuat yang dimiliki oleh semikonduktor akan memiliki sejumlah besar
hole (h+) yang akan menyerang H2O yang melekat pada permukaan semikonduktor sehingga
akan terbentuk radikal hidroksil . Radikal ini akan meningkatkan sifat hidrofilik permukaan. Reaksi yang terjadi ialah:
H2O + h+ + H+ (2.6)
Sedangkan O2 yang ada diudara akan bertindak sebagai elektron akseptor dan
Page 10 of 34
O2 + e- (2.7)
Selain itu, hole (h+), radikal hidroksil dan ion superoksida yang dihasilkan juga dapat digunakan untuk mengoksidasi kontaminan organik yang melekat di permukaan.
Semikonduktor yang akan menjadi fokus pada penelitian ini ialah titanium dioksida
(TiO2). Adapun pertimbangan yang digunakan dalam pemilihan katalis TiO2 ialah karena
TiO2 memiliki sifat-sifat fisika dan kimia yang Cukup baik, antara lain:
Mempunyai energi celah pita (band gap) yang sesuai untuk proses fotokatalis sehingga memudahkan terjadinya eksitasi elektron ke pita konduksi dan pembentukan
hole pada pita valensi saat diinduksikan cahaya ultraviolet. TiO2 tahan terhadap photodegradasi.
Mampu menyerap sinar ultraviolet dengan baik.
Memiliki kestabilan kimia dalam interval pH yang besar (0 sampai 14) Bersifat inert dan tidak larut dalam reaksi baik secara biologis maupun kimia.
Tidak beraAgn.
Secara umum memiliki aktivitas fotokatalis yang lebih tinggi dibandingkan dengan fotokatalis lain seperti ZnO, CdS, WO3, dan SnO2.
Memiliki kemampuan oksidasi yang tinggi.
Relatif murah.
Titanium dioksida secara alami terdiri dari 3 bentuk kristal, yaitu anatase, brookite dan
rutile. Kristal-kristal ini terkadang memiliki pengotor seperti besi, kromium, ataupun
vanadium dalam jumlah yang kecil. Perbedaan diantara ketiga bentuk kristal dari TiO2 dapat
dilihat pada Tabel 2.1. Anatase merupakan bentuk alotrofik yang paling aktif dibandingkan
bentuk lainnya.Secara termodinamika, bentuk anatase lebih stabil dan pembentukannya
secara kinetik lebih baik pada suhu rendah.Temperatur rendah ini dapat menjelaskan luas
permukaan yang tinggi untuk adsorpsi dan untuk katalisis.
Gambar 2.5.
Struktur Kristal TiO2:
Anatase(kiri),
Page 11 of 34 Tabel 2.1. Perbandingan sifat dari berbagai bentuk kristal TiO2 (Sumber: Othmer, 1997, p:236-237)
Sifat Anatase Brookite Rutile
Bentuk Kristal Tetragonal Orthorombik Tetragonal
Band gap, Ev 3.25 3.05 Tidak tersedia
Banyaknya TiO2/ unit sel 4 8 2 Volume per TiO2 ,nm3 0.03407 0.03211 0.03122
Massa jenis teoritis, kg/m3 3895 4133 4250
Tingkat kekerasan, skala Moh 5.5 – 6 5.5 – 6 7 – 7.5
Kedua bentuk kristal TiO2yaitu anatase ataupun rutile dapat menyerap sinar ultraviolet.
Jangkauan sinar yang dapat diserap oleh rutile lebih besar akan tetapi bentuk anatase
memiliki aktivitas katalitik yang lebih besar. Hal ini dikarenakan perbedaan struktur energi
diantara kedua jenis kristal dimana pita konduksi dari kristal anatase lebih dekat dengan
posisi pita valensi sehingga kekuatan reduksi dari kristal anatase ini menjadi lebih besar
dibandingkan rutile (Amemiya, 2004). Dengan adanya perbedaan posisi pita konduksi inilah
maka secara keseluruhan aktivitas fotokatalitik dari kristal anatase lebih besar dibandingkan
kristal berbentuk rutile.
2.2.3. Aplikasi Fotokatalisis Menggunakan TiO2
Penggunaan TiO2 sebagai fotokatalis telah banyak diterapkan pada berbagai bidang dan
masih berpotensi besar untuk dikembangkan pada bidang-bidang lainnya. Berikut akan
dijelaskan mengenai aplikasi dari fotokatalisis menggunakan TiO2.
Gambar 2.6.Aplikasi Fotokatalis TiO2
Page 12 of 34
Fogging (pengabutan / pengembunan) terjadi pada permukaan material karena adanya
kondensasi uap air sehingga terbentuk tetes embun.Material hidofobik (takut air) seperti kaca
dan plastikmenolak air sehingga cenderung membentuk butiran embun. TiO2 juga memiliki
hidrofilisitas yang tinggi sehingga bila dilapisi pada kaca dan plastik akan mencegah
pembentukan butiran air sehingga tetesan air yang jatuh pada permukaan berlapis TiO2 akan
tersebar membentuk lapisan tipis. Kabut yang terbentuk di berbagai lokasi dan kondisi
tertentu paada berbagai kaca dan cermin dapat diatasi dengan teknologi ini.
Gambar 2.7.
Perbandingan Kaca Yang Dilapisi TiO2 Dan Yang Tidak Dilapisi TiO2
2.2.3.2.Self-Cleaning
Seringkali ditemui banyak dinding yang berada di luar ruangan, misalnya kaca pada
gedung bertingkat mudah sekali kotor akibat polusi yang dikarenakan oleh debu,
partikel-partikel kecil serta minyak. Ketika permukaan yang kotor dilapisi dengan fotokatalis TiO2,
dengan sifat superhidrofilik yang dimiliki TiO2, maka air akan membentuk sebuah lapisan
tipis di atas lapisan TiO2 tersebut. Ketika suatu waktu kotoran menempel, maka kotoran yang
menempel akan terbawa oleh air saat hujan dan permukaan akan tetap terjaga kebersihannya.
Hal ini akan mengakibatkan penghematan dari segi pembersihan permukaan dengan sabun
Page 13 of 34 Gambar 2.8. Mekanisme Self-Cleaning TiO2
2.2.3.3.Sterilisasi Bakteri dan Jamur
TiO2 memiliki kemampuan mencegah pertumbuhan substansi seperti bakteri dan jamur.
Hal itu terjadi karena TiO2 tidak hanya membunuh sel bakteri, tetapi juga menguraikannya
dengan cara menghanAgrkan dinding sel bakteri sehingga cairan bakteri akan keluar dan
bakteri akan mati karena dehidrasi. TiO2 ternyata lebih efektif dibandingkan dengan agen
anti-bakteri lainnya. Faktanya, pembersihan bakteri dengan TiO2 adalah 3 kali lebih kuat
daripada klorin dan 1,5 kali lebih kuat daripada ozon. Hal ini terjadi karena TiO2 selain
membersihkan bakteri yang ada di permukaan, ia juga menghentikan perkembangbiakannya.
Gambar 2.9. Mekanisme disinfeksiE.coli oleh fotokatalis (Sunada ; 2003)
2.2.3.4.Purifikasi Udara dan Deodorisasi
Untuk penjernihan udara, fotokatalisis TiO2 dapat menghanAgrkan Volatile Organic
Compound (VOC) dalam fasa gas.VOC sendiri adalah senyawa yang pada kondisi normal
berada pada fasa padat dan cair, misalnya alkana, fenol, senyawa aromatik, asetaldehida,
formaldehida, asam organik dan lainnya.
Senyawa tersebut dapat terdegradasi melalui proses fotokatalitik yang akan memutus
ikatan senyawa dan mengoksidasi senyawa tersebut menjadi CO2, H2O dan asam mineral.
Adapun senyawa anorganik yang dapat didegradasi adalah ion logam transisi, sianida dan
nitrat sehingga TiO2 dapat mendegradasi senyawa NOx, SOx, CFC, gas penyebab efek rumah
Page 14 of 34
2.2.3.5.Purifikasi Air
Pada purifikasi air, proses fotokatalisis ini akan mendegradasi senyawa-senyawa
organik non-biodegradable. Pengolahan limbah cair secara kimiawi ini dapat mempengaruhi
tuntasnya proses mineralisasi polutan-polutan menjadi CO2 dan senyawa berhalogen menjadi
ion-ion halida. Sementara, dekomposisi parsial pencemar organik yang non-biodegradable
seperi senyawa aromatik berhalogen, dengan metode ini senyawa dapat diubah langsung
menjadi senyawa yang biodegradable.
2.2.3.6.Anti – Korosi
Aplikasi lain dari fotokatalisis adalah proteksi korosi pada logam. Dengan adanya
iradiasi sinar UV, TiO2akan memberikan elektron ke permukaan logam sehingga mencegah
logam teroksidasi dan logam menjadi terproteksi dari korosi.
2.2.3.7.Tempat Penggunaan Fotokatalis TiO2
Aplikasi TiO2 dapat diterapkan dimana saja, mulai dari rumah, kantor, restoran, rumah
sakit, laboratorium, toko binatang peliharaan, supermarket, pabrik, industri, panti jompo,
sekolah dan lain-lain. Dengan pemakaian TiO2 sebagai fotokatalis di tempat-tempat tersebut,
maka tempat-tempat tersebut dapat dikurangi jumlah bakteri, odor, polutan udara dan air serta
pada kaca dan plastik yang dilapisi oleh TiO2akan menjadi jernih dan dapat melakukan
pembersihan secara mandiri.
Page 15 of 34
2.2.4. Usaha-usaha untuk Meningkatkan Aktivitas Fotokatalisis di Bawah Sinar Tampak
Untuk meningkatkan fotokatalisis di bawah sinar tampak dapat dilakukan dengan
penambahan aditif kimia berupa elektron donor atau garam karbonat untuk menghambat
reaksi balik. Selain itu, dapat dilakukan doping ionik seperti doping ion logam dan doping
anion. Pada percobaan kali ini dilakukan doping anion, oleh karena itu akan dibahas lebih
lanjut mengenai doping anion.
Penggunaan dari dopan anion relatif lebih baru daripada dopan ion logam. Namun,
keduanya memiliki fungsi yang sama, yaitu agar fotokatalis TiO2 dapat berespon terhadap
sinar tampak. Perbedaannya, tidak seperti ion logam, anion lebih jarang menimbulkan
recombination center dan akibatnya akan lebih efektif dalam meningkatkan aktivitas
fotokatalitik menunjukkan beberapa dopan pengganti seperti C, N, F, P, dan S untuk O dalam
TiO2 anatase.
Semikonduktor TiO2 dengan struktur anatase memiliki energi band gap yang lebar
(3,28 eV) yang menyebabkan TiO2 hanya aktif terhadap sinar dengan panjang gelombang
lebih pendek atau setara dengan panjang gelombang sinar UV-A. Untuk dapat memproduksi
hidrogen dengan energi yang murah maka diharapkan energi foton dapat digunakan dari sinar
matahari yang sebagian besar terdiri dari sinar tampak. Berdasarkan penelitian yang telah
dilakukan oleh Asahi, pemberian nitrogen ke dalam TiO2 dapat meningkatkan aktivitas
fotokatalisis TiO2 pada sinar tampak.
Dopan nitrogen dapat membuat katalis lebih responsif terhadap sinar tampak oleh
karena pencampuran p states dari N dengan 2p dari O dapat menaikkan pita valensi untuk
dapat memperkecil band gap dari TiO2, sementara posisi dari pita konduksi tetap. Dengan
mengecilnya band gap, maka respon terhadap sinar akan semakin melebar ke arah panjang
gelombang sinar tampak. Ditemukan bahwa pencampuran p states dari N dengan 2p dari O
dapat menaikkan pita valensi untuk memperkecil band gap dari TiO2, sementara posisi pita
konduksi tetap.
2.3. Metode Coating Katalis Komposit pada Substrat
Untuk dapat membentuk lapisan tipis (thin film) katalis komposit N-TiO2 pada substrat
dapat dilanjutkan dengan metode coating. Berdasarkan tujuan aplikasinya, teknik coating ada
berbagai jenis seperti yang diperlihatkan dalam Tabel 2.2:
Page 16 of 34
No. Teknik Coating Aplikasi
1. Chain on edge Untuk bagian luar atau dalam diameter suatu substrat
2. Hand spray coating Untuk seluruh bagian dari permukaan substrat yang kaya
akan seng, molydisulfida, dan PTFE
3. Tumble spray Untuk substrat yang besar maupun kecil dalam
konfigurasi yang kontinyu (tak berujung)
4. Dip coating Untuk substrat yang jumlahnya banyak dan bentuknya
sederhana
5. Dip and spin coating Untuk substrat yang berukuan kecil yang memiliki kontur
khusus seperti paku, klip, o-ring, baut, dan mur
6. Dip and drain coating Pada bagian yang terlalu besar untuk dip and spin
coating
Pada bagian yang terlalu mudah pecah
Pada bagian yang hanya bisa dijangkau dengan cara khusus
Pada bagian tertentu saja dari substrat (partial coating)
7. Flow coating Untuk substrat yang ukurannya besar dan memiliki
bentuk yang ganjil atau susah untuk di-coating dengan
dip coating.
Umumnya, pemilihan teknik coating didasarkan atas karakteristik substrat yang akan
di-coating. Dalam penelitian ini substrat yang akan digunakan berupa serat daun nanas. Serat
nanas yang akan di-coating jumlahnya Cukup banyak dan bentuknya juga sederhana. Oleh
karena itu, agar seluruh permukaan serat dapat terlapisi oleh katalis komposit, metode yang
dapat digunakan adalah metode dip coating. Tahapan pada metode dip coating dapat dilihat
pada Gambar 2.14 berikut:
Page 17 of 34 Metode dip coating dilakukan dengan mencelupkan substrat ke dalam suatu wadah
yang berisi material coating (Wikipedia, 2010). Selang beberapa waktu tertentu, substrat
diangkat dari wadah, kemudian dikeringkan, sehingga membentuk lapisan tipis (thin film).
Substrat yang telah ter-coating dapat dikeringkan dengan caraforce-drying atau baking.
Kualitas lapisan yang terbentuk dari metode ini tergantung pada viskositas material
coating.Jika ingin kualitas lapisan yang terbentuk tinggi, maka viskositas material coating
harus konstan.
Metode dip coating sangat cocok digunakan untuk jumlah substrat yang Cukup banyak
dan memiliki bentuk yang sederhana. Metode ini juga sangat cocok digunakan untuk material
yang poros yang memiliki permeabilitas. Transfer efisiensi dari metode ini juga sangat tinggi.
Hal ini memungkinkan seluruh permukaan substrat ter-coating tanpa terkeAgali. Selain itu,
karena metodenya sederhana, maka alat-alat yang dibutuhkan pun juga sangat sederhana dan
sedikit.
2.6 Batu Apung sebagai Penyangga
Batu apung (pumice) adalah jenis batuan yang berwarna terang, mengandung buih
yang terbuat dari gelembung berdinding gelas, dan biasanya disebut juga sebagai batuan
gelas volkanik silikat. Batu apung mengandung SiO2, Al2O3, Fe2O3, Na2O, K2O, MgO, CaO,
TiO2, SO3, dan Cl, dengan pH 5, bobot isi ruah 480 – 960 kg/cm3, peresapan air 16,67%,
berat jenis 0,8 gr/cm3.
Batu apung terbentuk apabila magma asam muncul ke permukaan dan bersentuhan
dengan udara luas secara tiba-tiba. Buih gelas alam dengan gas yang terkandung didalamnya
mempunyai kesempatan untuk keluar dan magma membeku dengan tiba-tiba. Batu apung
umumya terdapat sebagai fragmen yang terlempar pada saat gunung api meletus dengan
ukuran dari kerikil sampai bongkah.
Batu apung berwarna putih abu-abu, kekuningan sampai merah, tekstur vesikuler
dengan ukuran lubang yang bervariasi baik berhubungan satu sama lain atau
tidak struktur skorious dengan lubang yang terorientasi. Kadang-kadang lubang tersebut
terisi oleh zeolit atau kalsit. Batuan ini tahan terhadap pembekuan embun (frost), tidak begitu
higroskopis (mengisap air), mempunyai sifat pengantar panas yang rendah.dan kekuatan
tekan antara 30-20 kg/cm2.
Pengembangan penggunaan TiO2 sebagai fotokatalis mempunyai hambatan yaitu
me-Page 18 of 34
recyclekatalis. Akibatnya, hanya sedikit publikasi evolusi katalis setelah beberapa proses
recycle. Filtrasi dapat dieliminasi dengan membuat immobilized photocatalyst pada
penyangga padat (Blake, 1997). Dilaporkan bahwa permukaan yang berporous seperti batu
apung dapat diimpregnasi dengan TiO2 dan digunakan sebagai immobilized photocatalyst.
(Rao, 2003).
(a) (b)
Gambar 2.14 Mikrograf dari batu apung berbentuk pellet (perbesaran 250): (a) batu apung biasa; (b)
diimpregnasi dengan TiO2 P25. (Rao, 2003)
Komposisi utama dari batu apung adalah mineral silikat amorf. Silika sendiri adalah
substrat yang potensial untuk struktur kristal anatase (Chuan, 2004). Dengan demikian,
efektivitas dan nilai ekonomis fotokatalis TiO2 berstruktur anatase yang digunakan di bawah
sinar tampak menjadi lebih tinggi.
Tetraetil orto silikat (TEOS) dapat digunakan sebagai sumber SiO2 yang berfungsi
sebagai perekat antara TiO2 dengan karbon aktif ataupun antara katalis dengan preparatnya
(Slamet, 2009).Dalam penelitian ini TEOS digunakan untuk merekatkan fotokatalis TiO2
dengan batu apung karena komposisi utama batu apung adalah silika.TEOS memiliki rumus
molekul Si(OC2H5)4.Biasanya digunakan sebagai crosslinking agent dalam polimer bersilika
(Bulla, 1998).
(a) (b)
Gambar 2.15Molekul TEOS (a) Gambar 3D (www.amarketplaceofideas.com), (b) Struktur Molekul TEOS
Page 19 of 34
BAB III
METODE PENELITIAN 3.1 Prosedur Penelitian
Secara umum, diagram alir penelitiannya adalah sebagai berikut:
Gambar 3.1Diagram Alir Penelitian
Untuk lebih jelasnya lagi, berikut ini adalah prosedur penelitiannya:
1. Menyiapkan penyangga katalis berupa batu apung dengan ukuran terkecil agar
ia mengambang.
2. Menyiapkan komposit katalis C-TiO2
3. Melakukan preparasi katalis ke penyangga.
4. Melapisi beberapa bagian tanaman artificial (pot dan batang) dengan katalis.
5. Melakukan pengujian fungsi degradasi polutan udara ruang dengan
menggunakan asap rokok
6. Melakukan analisis terhadap hasil pengujian dan mengambil kesimpulan
Page 20 of 34 Penyangga katalis yang digunakan dalam penelitian ini adalah batu apung.Berikut
ini adalah diagram alir preparasi penyangga katalis:
Untuk lebih jelasnya lagi, berikut ini adalah prosedur preparasi penyangganya:
1. Merendam batu apung di dalam ember berisi air agar semua partikel-partikel
pengotor seperti tanah dan pasir bisa lepas.
2. Menyikat batu apung sampai bersih (biasanya sampai terlihat agak putih)
dengan sikat biasa.
3. Memotong batu apung dengan ukuran terkecil yang masih bisa
mengambang.Ukuran batu apung diperkecil untuk meningkatkan kontak antara
larutan deterjen yang akan didegradasi dengan permukaan katalis. Pemotongan
batu apung disituasikan tetap dapat mengambang agar katalis yang
disangganya dapat teraktivasi di bawah sinar tampak.
4. Memisahkan batu apung yang masih mengambang dengan yang tenggelam,
batu apung yang digunakan ialah batu apung yang masih mengambang,
sebagai indikasi batu apung tersebut tidak mengandung pengotor.
5. Menimbang batu apung sesuai dengan kebutuhan dalam percobaan.
3.1.2 Prosedur Preparasi Katalis
Merendam batu apung di dalam ember berisi air
Menyikat batu apung sampai bersih dengan sikat biasa
Memotong batu apung dengan ukuran terkecil yang masih bisa mengambang dengan palu
Memisahkan batu apung yang masih mengpung dan yang tenggelam
Mengeringkan batu apung dengan alat hair dryer
Page 21 of 34 Tahap-tahap untuk mensintesis katalis TiO2 adalah sebagai berikut.
1. Menimbang 2.5 g TiO2 Degussa P-25.
2. Menyiapkan 75 ml aquadest.
3. Mencampurkan TiO2 Degussa P-25 ke dalam aquadest di dalam beaker glass.
4. Melakukan sonikasi selama 30 menit agar suspensi menjadi homogen.
5. Menambahkan 0.83 ml TEOS (tetra etil orto silikat) ke dalam larutan
TiO2sebagai perekat antara katalis dengan penyangga.
6. Menambahkan karbon aktif 0.625 g kedalam campuran.
7. Melakukan sonikasi selama 15 menit agar suspensi menjadi homogen.
Page 22 of 34
3.1.3 Pendesainan Tanaman Artificial
Berikut adalah tahapan pendesinan tanaman artificial yang akan digunakan:
Gambar 3.2Pendesaian Tanaman Artificial
Untuk lebih jelasnya, berikut tahapan pendesianannya:
1. Membeli tanaman artificial umum dengan ukuran sedang
2. Melakukan pelapisan katalis pada bagian pot dan batang tanaman
3. Menempelkan lampu LED pada tanaman artificial sebagai sumber foton proses
fotokatalis sekaligus menambah nilai estetikanya
3.1.4 Preparasi Katalis ke Penyangga
Katalis yang digunakan adalah fotokatalis TiO2 komersial yaitu Degussa P-25 yang
berukuran nano dengan diameter 8 nm. Dalam penelitian ini akandilakukan pelapisan
katalis kedua material, yaitu (1) batu apung dan (2) pot dan batang tanaman hias. Berikut
ini adalah diagram alir preparasi katalis pada penyangga:
(1) Preparasi Katalis ke Batu Apung
Tanaman Artificial
Lampu LED
Katalis TiO2
Tanaman Artificial
Untuk Purifikasi
Page 23 of 34 (2) Preparasi Katalus ke Pot dan Batang Tanaman Artificial
3.1.5 Pengujian
Pengujian dilakukan dengan menggunakan alat uji berupa kotak yang kedap
udara dimana didalamnya terdapat lampu UV sebagai sumber foton proses fotokatalis.
Asap rokok dipilih sebagai polutan ruang udara untuk menguji fungsi dari tanaman
artificialnya, karena kandungannya mewakili senyawa-senyawa yang dapat
mencemari udara ruang seperti toluene, acetone, benzene. Pengujian dilakukan secara
kualitatif dengan mengamati kekeruhan kotak uji selama pengujian dan mengamati
terbentuknya uap air sebagai hasil degradasi polutan asap rokok oleh proses
Menyiapkan batu apung yang telah ditreatment sebelumnya
Menyiapkan 1 set alat dip-coating
Dengan bantuan alat dip-coating, batu apung dicelupkan ke dalam katalis
Mengeringkan batu apung dengan menggunakan hair dryer
Melakukan hal yang sama sebanyak 5 kali
Menyimpan batu apung yang telah di-coating ke dalam wadah yang bersih dan kedap udara
mengulangi langkah pelapisan katalis sebanyak 3 kali Mengeringkan dengan Hair Dryer
Melapisi dengan katalis
Membuat kontur yang kasar pada permukaan pot tanaman Melakukan pengamplasan pada bagian yang akan dilapisi
Page 24 of 34 fotokatalis, serta mengamati perubahan bau asap rokok pada akhir pengujian dan
membandingkannya dengan sebelum diuji.
3.2 Alat Penelitian
3.2.1 Peralatan Preparasi Penyangga
Tabel 3.1Tabel Alat Preparasi Penyangga
No. Nama Alat Jumlah Spesifikasi Alat
1 Ember 1 buah Kapasitas 4 liter, warna hitam
2 Sikat 3 buah Dua sikat besar, dan satu sikat kecil
3 Kompor gas 1 buah Kompor Gas Sanken, tabung gas ukuran 12 kg
4 Panci 1 buah Panci kecil berbahan aluminium
5 Piring 1 buah Piring plastic
3.2.2 Peralatan Preparasi Katalis
Tabel 3.2Peralatan Preparasi Katalis
No. Jenis Alat Spesifikasi/ Jumlah Alat
1 buah Untuk mengaduk campuran
8. Ultra Sonic
Bath
1 set Untuk mengaduk campuran dalam
Page 25 of 34
3.2.3 Peralatan Pelapisan Katalis ke penyangga
Tabel 3.3Peralatan Pelapisan Katalis ke Penyangga
No. Nama Alat Jumlah Fungsi
1 Deap Coating
Set
1 set Untuk melakukan pelapisan katalis pada
batu apung
2 Hair Dryer 1 buah Untuk proses pengeringan
3 Beaker gelas 2 buah Untuk menampung katalis
4 Kuas 1 buah Alat bantu untuk pelapisan katalis pada
tanaman artificial
5 Amplas 1 buah Untuk mengamplas batang dan permukaan
pot
6 Obeng 1 buah Untuk membentuk kontur kasar pada
permukaan pot
3.3 Bahan Penelitian
3.3.1 Bahan Preparasi Penyangga
Tabel 3.4Bahan Preparasi Penyangga
No. Nama Bahan Jumlah Spesifikasi Bahan
1 Air 2 liter -
2 Batu Apung 100 gram Batu apung dataran rendah, putih
3.3.2 Bahan Preparasi Katalis
Tabel 3.5Bahan Preparasi Katalis
No. Nama Bahan Jumlah Spesifikasi Bahan
1 Air 75 ml -
2 TiO2 2.5 g Degussa P-25, diambil dari Lab.RPKA
Page 26 of 34
3 TEOS 0.83 ml -
Page 27 of 34
BAB IV
ANALISIS DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisis Preparasi Katalis
Katalis pada percobaan ini dipreparasi dengan menggunakan TiO2 P-25 Degussa.
TiO2 P-25 Degussa merupakan material standar untuk reaksi katalis, dimana sturuktur
kristalnya yang mengandung anatase dan rutile dengan rasio 3:1, dan ukurannya yang
berskala nanomaterial (luas permukaan yang besar) sehingga mampu memberikan
aktifitas fotokatalis yang baik (Ohno et al., 2001). Tahap pertama dalam pembuatan
katalis ini, TiO2 P-25 Degussa disuspensikan dengan aquadest dan diaduk dengan
menggunakan ultra sonic bath.Air yang dipilih dalam percobaan ini ialah aquadest (air
dari proses penyulingan) yang memiliki tingkat kemurnian lebih tinggi dari air keran
biasa. Perlunya kemurnian air ini dimaksudkan agar tidak terjadi kontaminasi zat-zat
yang nantinya dapat menggangu proses kerja fotokatalis. Adapun pengadukan suspensi
TiO2 P-25 Degussa dan air dengan menggunakan ultra sonic bath ini agar terjadi
campuran yang homogen, selain itu karena TiO2 P-25 Degussa berupa serbuk dengan
skala nano, pengaduka tanpa menggunakan ultra sonic bath tidak mampu memecah
aglomerasi antara partikel TiO2 P-25 Degussa.
Tahapan selanjutnya ialah menambahkan TEOS kedalam campuran TiO2 P-25
Degussa dan aquadest.TEOS dapat digunakan sebagai sumber SiO2 yang berfungsi
sebagai perekat antara TiO2 dengan karbon aktif ataupun antara katalis dengan
preparatnya.(Slamet, 2009). TEOS memiliki rumus molekul Si(OC2H5)4 biasanya
digunakan sebagai crosslinking agent dalam polimer bersilika (Bulla, 1998). Sehingga
dalam percobaan ini, TEOS memiliki fungsi utama untuk melekatkan TiO2 dengan
Page 28 of 34 Selain bertujuan untuk menambah daya rekatnya, TEOS juga dapat berfungsi sebagai
adsorben polar yang dapat menarik molekul air, karena kandungan SiO2 nya.Karena
TEOS yang larut dengan air, pengadukan hanya dilakukan dengan pengaduk biasa tanpa
menggunakan ultra sonic bath.
Untuk membuat katalis nanokomposit TiO2-karbon aktif, sejumlah serbuk karbon
aktif ditambahkan ke dalam sol TiO2 yang telah dibuat. Rasio berat TiO2:karbon aktif
yang digunakan adalah sebesar 85%:15% (Slamet, 2007).Penggunaan karbon aktif ini
bertujuan untuk dapat meningkatkan kemampuan adsorben dari katalis.Daya adsorpsi
yang lemah merupakan masalah bagi proses fotokatalisis. Untuk menutupi kekurangan
tersebut, fotokatalis perlu dikombinasi dengan suatu material adsorben (El-Maazawi et
al., 2000).Beberapa penelitian telah membuktikan bahwa penambahan adsorben, dalam
hal ini karbon aktif pada fotokatalis TiO2, dapat meningkatkan laju degradasi berbagai
senyawa organik (Torimoto et al., 1996) dan dekomposisi toluene (Liuet al., 2006).
Selain itu, penambahan dopan non-logam karbon aktif ini dapat digunakan untuk
memodifikasi band gap energy TiO2 sehingga dapat aktif terhadap sinar tampak. Telah
dilakukan penelitian mengenai pemberian dopan C pada TiO2 yang menunjukan bahwa
aktifitas fotokatalis nanotubes TiO2 meningkat dengan nilai band gap yang turun hingga
~2,2 eV (Mohapatra et al.,2007).
Pada percobaan ini katalis dilapiskan pada penyangga batu apung.Kandungan utama
batu apung ialah silika. Silika merupakan substrat yang potensial untuk struktur Kristal
Page 29 of 34 Selain itu, menurut Rao (2002), permukaan yang berporous seperti batu apung dapat
diimpregnasi dengan TiO2 dan digunakan sebagai immobilized photocatalyst.
4.2 Analisis Hasil
4.2.1Pengujian Mikroskop
Pengujian dengan mikroskop ini bertujuan untuk melihat dan memastikan apakah
katalis C-TiO2 yang telah dicoating menempel pada permukaan batu apung.
Pengujian ini menggunakan mikroskop elektronik dengan perbesaran 20x dan 400x.
berikut ialah gambar hasil pengujiannya.
Dari perbandingan gambar diatas, terlihat dengn jelas adanya perbedaan antara
batu apung yang belum dilapisi dengan batu apung yang telah dilapisi oleh
C-TiO2.Warna dasar TiO2 ialah putih, namun karena didopan dengan karbon yang
memiliki warna dasar hitam, katalis menjadi berwarna ungu gelap.Seperti yang ada
pada gambar (kanan) batu apung berubah warna dari terang menjadi ungu gelap.
Selanjutnya untuk mengetahui sebaran TiO2 pada permukaan batu apung, pengujian
dilakukan dengan perbesaran yang lebih besar yaitu 400x. Hasil perbesaran 400x
Page 30 of 34 Pada perbesaran 400x, terlihat dengan jelas bagian permukaan batu apung baik
sebelum dan setelah dilakukan pelapisan katalis C-TiO2.Pada permukaan batu apung
yang telah dilapisi katalis, terlihat adanya bintik bintik hitam yang mengindikasikan
telah terlapisi oleh karbon aktif dan lapisan putih yang menunjakan bahwa TiO2 juga
telah terlapisi dengan baik pada batu apung.
4.2.2Pengujian Asap Rokok
Pengujian fungsi utama untuk degradasi polutan udara ruang ini dilakukan secara
kualitatif dengan menggunakan asap rokok sebagai sumber polutan udaranya.
Pemilihan asap rokok sebagai sumber polutan untuk pengujian ini karena, kandungan
asap rokok yang terdiri dari bermacam-macam senyawa organic seperti toluene,
formladehida, benzene, acetone yang mana senyawa ini juga termasuk kedalam
golongan senyawa VOC yang banyak terdapat pada furniture ruangan, sehingga
pemilihan ini cocok untuk mewakili secara keseluruhan polutan udara yang banyak
terdapat pada ruangan. Berdasarkan hasil pengujian dengan menggunakan kotak uji,
setelah 6 jam pengujian terlihat adanya perubahan seperti:
a. Kabut asap rokok yang menyelimuti kotak uji terlihat berkurang dan kotak
uji menjadi lebih jernih.
b. Terbentuk tetesan air dibawah kotak uji sebagai hasil dari degradasi VOC
(asap rokok).
c. Walaupun masih tercium bau asap rokok pada kotak uji, namun jika
dibandingkan dengan awal pertama dilakukan pengujian, pengamatan
Page 31 of 34 Tahap pertama dalam proses pendegradasian ini ialah tertariknya senyawa
organik kepermukaan batu apung oleh karbon aktif. Seperti yang telah dijelaskan
pada bagian sebelumnya, karbon aktif dalam percobaan ini berfungsi untuk
mengadsorbsi senyawa organik, sehingga dapat mempercepat laju degradasi senyawa
organik (Torimoto et al., 1996).Pada saat yang bersamaan juga terjadi adsorbs air
kepermukaan, dimana tertariknya molekul air yang ada diudara kepermukaan dibantu
oleh SiO2 yang merupakan material penyusun utama batu apung. Senyawa SiO2
merupakan senyawa yang sangat higoskopis yang mampu menyerap air disekitarnya
dengan cepat. Dengan fenomena adsorbs tersebut, baik air maupun senyawa organik
akan tertarik ke permukaan berkontak dengan katalis TiO2.
Setelah senyawa organik dan air berkontak dengan katalis TiO2, dengan bantuan
lampu UV sebagai sumber foton terjadilah proses degradasi dengan proses
fotokatalis.
Lampu UV sebagai sumber foton memberikan fotonya ke katalis TiO2 yang
menyebabkan electron (e-) dari pita valensi (valence band) tereksitasi menuju pita konduksi dan meninggalkan hole (h+) di pita valensi. Hole (h+), bereaksi dengan air yang tertarik kepermukaan katalis akan membentuk radikal hidroksil ( ), berdasarkan reaksi:
Selain itu, electron yang tereksitasi ke pita konduksi juga dapat bereaksi dengan
oksigen yang terdapat pada udara, reaksi electron dengan oksigen menghasilkan
Page 32 of 34 kembali dengan air yang tertarik kepermukaan sehingga menghasilkan radikal
hidroksil ( ) , berdasarkan reaksi:
Radikal hidroksil ( ) merupakan oksidator yang sangat kuat, yang mampu mengoksidasi berbagai macam senyawa organik termasuk senyawa organik pada
asap rokok. Oleh sebab itulah pada pengujian yang telah dilakukan terjadi penurunan
kekeruhan kabut asap rokok, akibat dari degradasi senyawa asap rokok oleh proses
fotokatalis. Adapun reaksi yang terjadi pada proses pendegradasian ini adalah
sebagai berikut:
Setiap senyawa organic yang berhasil didegradasi oleh radikal hidroksil tersebut
akan terurai menjadi gas CO2 dan juga air. Produk terakhir yang disebutkan berhasil
dibuktikan secara kualitatif pada pengujian ini. Setelah 6 jam dilakukan pengujian
terbentuk tetesan air pada bagian alas kotak uji, yang mengindikasikan telah terjadi
reaksi degradasi senyawa organik asap rokok tersebut.
Dengan berkurangnya senyawa organik akibat degradasi fotokatalis,
menyebabkan bau khas rokok juga berkurang. Walaupun tidak dapat
didokumentasikan pada pengujian ini, dengan menggunakan panca indra penulis,
terbukti terjadi penurunan intensitas bau khas rokok setelah pengujian.
(a) (b)
Page 33 of 34
BAB V KESIMPULAN
Kesimpulan dari penelitian ini adalah,
1. Berdasarkan pengujian dengan menggunakan mikroskop terlihat bahwa batu apung
sudah terlapisi TiO2 - C pada bagian permukaannya.
2. Berdasarkan uji fungsi dengan menggunakan kotak uji yang terisi asap rokok, setalah
sekitar 6 jam lampu UV sebagai sumber foton dinyalakan, terlihat kabut asap rokok
berkurang, terbentuk tetesan air dan intensitas bau rokok berkurang dimana hal
tersebut membuktikan tanaman artificial yang dilapisi dengan TiO2 mampu
Page 34 of 34
DAFTAR PUSTAKA
Bulla, D. A. (1998). Deposition of Thick TEOS PECVD silicon oxide layers for integrated
optical waveguide application. Thin Solid Film, 60-64.
Chuan, X. Y. (2004). Preparation and photocatalytic performanceof anatase-mounted natural
porous silica pumice, by hydrolysis under hydrothermal condotions. Appl. Catal.
B:Environ, 255-260.
Mohapatra, S. M. (2007). Design of a Highly Efficient Photoelectrolytic Cell for Hydrogen
Generation by Water Splitting Appkication of TiO2-C Nanotubes as a Photoanode
and Pt/TiO2 Nanotubes as a Cathode. The Journal of Physical Chemistry, 8677-8685.
Ohno. (2001). Morphology of a TiO2 Photocatalyst (Degussa, P-25) Consisting of Anatase
and Rutile Crystalline Phases. Journal of Catalysis, 82-86.
Rao, K. V. (2003). Imoobilization of TiO2 on pumice stone for the photocatalytic
degradation of dyes and dye industry pollutans. Appl. Catal. b: Environ, 77-85.
Slamet, R. F. (2009). Disinfeksi Bakteri E.Coli Secara Fotokatalitik Dengan Katalis
