1 SINTESIS KOMPOSIT MnO2/MgO DENGAN
METODE PENGENDAPAN DAN UJI AKTIVITAS KATALITIK UNTUK DEGRADASI METHYLENE BLUE
Tiara Mukti1*, Amir Awaluddin2
1Mahasiswa Program S1 Kimia
2Dosen Bidang Kimia Anorganik Jurusan Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Riau Kampus Bina Widya, Pekanbaru, 28293, Indonesia
*tiara.mukti0408 @student.unri.ac.id ABSTRACT
Methylene blue (MB) is one of the synthetic dyes which has toxic properties, MB is also difficult it has an aromatic compound which is difficult to degrade by microorganisms, so it can adverse effect to the environment and humans. The Fenton- like method is a chemical method that can be used to degrade methylene blue (MB) using a catalyst. This study aims to synthesize the MnO2/MgO composite using a one- step precipitation method, the synthesis was carried out by reacting KMnO4, glucose and MgO. The MnO2/MgO composite was characterized using X-Ray Diffraction (XRD). The results of the XRD characterization showed that the type of MnO2 in the MnO2/MgO composite was cryptomelane. Methylene blue degradation at a volume concentration of 1 mL H2O2, 50 mg composite and 50 ppm methylene blue, was able to degrade methylene blue by 55.037% in 120 minutes.
Keywords: Fenton-like, MnO2, MgO
ABSTRAK
Metilen biru merupakan salah satu zat warna sintetik yang memiliki sifat toksik karena memiliki senyawa gugus aromatik yang sulit terdegradasi oleh mikroorganisme, sehingga dapat menimbulkan bahaya bagi lingkungan dan manusia. Metode Fenton- like merupakan salah satu metode kimia yang yang dapat digunakan untuk degradasi zat warna metilen biru (MB) dengan menggunakan suatu katalis. Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis komposit MnO2/MgO menggunakan metode pengendapan satu langkah, sintesis dilakukan dengan mereaksikan KMnO4, glukosa dan MgO.
Komposit MnO2/MgO dikarakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction (XRD). Hasil karakterisasi XRD menunjukkan bahwa tipe MnO2 pada komposit MnO2/MgO adalah cryptomelane. Degradasi metilen biru pada konsentrasi volume H2O2 1 mL, komposit 50 mg dan metilen biru 50 ppm, mampu mendegradasi metilen biru sebesar 55,037%
dalam waktu 120 menit.
2 Kata Kunci : Fenton-like, MnO2, MgO
PENDAHULUAN
Perkembangan industri tekstil di Indonesia saat ini berlangsung sangat pesat dan memberikan dampak positif bagi perekonomian suatu bangsa.
Namun, industri juga menimbulkan dampak negatif yaitu dihasilkannya limbah yang mencemari lingkungan.
Salah satu limbah yang dapat mengganggu kesehatan manusia dan mencemari lingkungan adalah limbah zat warna sintetik. Pencemaran air karena limbah zat warna sintetik merupakan masalah lingkungan yang serius. Zat warna sintetik memiliki struktur yang sangat kompleks, sehingga sulit untuk didegradasi.
Mangan oksida merupakan salah satu katalis heterogen yang banyak digunakan dalam proses degradasi limbah zat warna sintetik, karena memiliki sifat magnetik dan aktivitas katalitik yang baik (Soejima et al., 2018).
Metilen biru merupakan salah satu zat warna sintetik yang memiliki sifat toksik dan umumnya digunakan dalam industri tekstil, industri cat dan penggunaan biologis. MB dalam industri tekstil digunakan sebagai pewarna pada proses pencelupan sutra, wol dan kapas (Mulyati, 2016). Limbah zat warna ini harus diolah terlebih dahulu sebelum dibuang ke lingkungan.
Hal ini dikarenakan limbah zat warna sulit terdegradasi secara alami, dikarenakan memiliki senyawa yang
stabil berupa gugus aromatik yang sulit terdegradasi oleh mikroorganisme, sehingga dapat menimbulkan bahaya bagi lingkungan dan manusia (Zhang et al., 2016). Dampak negatif yang ditimbulkan jika terpapar metilen biru menyebabkan penyakit paru-paru, iritasi pada mata dan karsinogenik bagi tubuh dan menimbulkan sianosis jika terhirup.
Usaha yang dilakukan untuk mendegradasi MB secara efektif salah satunya dengan menggunakan metode Advanced oxidation processes (AOP).
Metode AOP ini merupakan teknologi yang memanfaatkan radikal hidroksil (HO•) untuk proses oksidasi limbah organik. Pada penelitian sebelumnya, Asleni, 2019 telah melakukan sebuah penelitian tentang degradasi limbah organik oleh katalis MnO2 dengan menggunakan reaksi Fenton-like.
Penelitian tersebut menunjukkan kemampuan MnO2 tipe cryptomelane mampu mendegradasi MB sebesar 79%
selama 120 menit. Liu et al., (2021) telah berhasil melakukan penelitian mengenai penghilangan zat warna organik yang efisien menggunakan nanokomposit MnO2/MgO untuk mendegradasi congo red (CR). Hasil eksperimen menunjukkan bahwa nanokomposit MnO2/MgO mampu mendegradasi CR dengan konsentrasi tinggi dan kemampuan degradasi yang dihasilkan sebesar 98%.
3 Pada penelitian ini disintesis
komposit MnO2/MgO dengan menggunakan metode pengendapan satu langkah untuk mendegradasi metilen biru dengan menggunakan metode Fenton-like. Pada penelitian ini akan dikaji aktivitas katalitik pada penambahan komposit MnO2/MgO untuk degradasi zat warna metilen biru, support MgO pada komposit berfungsi untuk menghindari terjadinya proses aglomerasi katalis, mempercepat proses transfer elektron, serta meningkatkan luas permukaan dan adsorpsivitas material (Ahuja et al., 2021). Uji aktivitas katalitik degradasi dilakukan dengan variasi volume H2O2, variasi massa komposit dan variasi konsentrasi metilen biru.
METODE PENELITIAN a. Alat dan bahan
Adapun alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah labu ukur, gelas ukur, gelas beaker, erlenmeyer, kaca arloji, batang pengaduk, crucible, hot plate (Kenko 79-1), magnetic strirrer (Spindar), oven (Memmert), furnace (VulcanTM seri A-130), sentrifuge (LC-04R), neraca analitik (Mettler AE 200), desikator, X-Ray Diffraction (XRD) ((Difraktometer Shimadzu XRD 7000 Maxima ITS) Spektrofotometer Visible (Optima SP- 300) dan peralatan gelas lainnya yang umum dipakai pada penelitian kimia.
Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kalium permanganat (KMnO4) (Merck),
glukosa (C6H12O6) (Merck), magnesium oksida (MgO) (Merck), hidrogen peroksida (H2O2), metilen biru (Merck), kertas saring whatman no. 42, alumunium foil, aqua DM.
b. Sintesis komposit MnO2/MgO KMnO4 sebanyak 0,9877 gram dilarutakan dalam labu takar 250 mL dan glukosa sebanyak 0,3748 gram dilarutakan dalam labu takar 250 mL.
Kedua larutan dicampurkan secara bersamaan didalam beaker gelas 1000 mL selama 3 menit, lalu ditambahkan MgO sebanyak 19,755 gram.
Campuran kemudian diaduk dengan menggunakan magnetic stirrer pada kecepatan 300 rpm selama 30 menit.
Campuran diaduk kembali dengan menggunakan magnetic stirrer pada kecepatan 300 rpm dan suhu pada termometer 600C selama 30 menit.
Endapan yang diperoleh disaring menggunakan kertas saring Whatman No. 42 dan dikeringkan didalam oven pada suhu 1020C selama 6 jam. Tahap selanjutnya padatan tersebut dikalsinasi pada suhu 6000C selama 4 jam untuk karakterisasi menggunakan XRD.
c. Karakterisasi MnO2/MgO Karakterisasi pada komposit MnO2/MgOmenggunakan XRD untuk menentukan fasa kristal, ukuran kristal dan kristalinitas
d. Uji aktivitas komposit
Larutan metilen biru 50 ppm sebanyak 25 mL diambil menggunakan pipet volume dan dimasukkan kedalam beaker gelas 250 mL. Komposit MnO2/ MgO sebanyak 50 mg dan diaduk
4 dengan magnetic stirrer selama 30
menit kemudian ditambahkan H2O2
sebanyak 1 mL sambil diaduk hingga volume total larutan menjadi 100 mL.
Stirer selama 120 menit dan setiap 10 menit larutan diambil sebanyak 5 mL dan konsentrasinya diukur dengan spektrofotometri visible.
HASIL DAN PEMBAHASAN a. Karakterisasi MnO2/MgO
Komposit MnO2/MgO yang telah disintesis kemudian dikarakterisasi menggunakan difraksi sinar-X. XRD (X-Ray Diffraction) dapat menentukan fasa kristal, ukuran kristal, jenis struktur yang dihasilkan dan kristalinitas sampel. Hasil karakterisasi komposit MnO2/MgO dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Difraktogram MnO2/MgO Hasil karakterisasi komposit MnO2/MgO dapat dilihat pada Gambar 1. Hasil difraktogram berupa sudut 2θ dan d-spacing. Difraktogram digunakan untuk menentukan fasa kristal, ukuran kristal yang dapat
dihitung menggunakan persamaan Scherrer. Hasil perhitungan didapatkan 7 puncak pada komposisi MnO2/MgO 4,7%, 7 puncak yang memiliki intensitas tertinggi. Pada penelitian ini dari difraktogram XRD menghasilkan oksida mangan tipe cryptomelane dengan 2θ sebesar 18,00o; 28,74o; 37,50o; 41,92o; 49,74o dan 60,00o, pada puncak refleksi (200), (310), (211), (301), (411) dan (521). Hasil difraktogram XRD sesuai dengan standar dari katalis oksida mangan tipe cryptomelane. Terdapat puncak yang menunjukan adanya fasa MgO dengan 2θ sebesar 36,67o; 37,93o; 42,71o; 58,50o; 62,21o; 74,26o dan 78,61o pada puncak refleksi (002), (400), (111), (200), (220), (311) dan (222).
Hasil tersebut menunjukkan bahwa komposit MnO2/MgO memiliki tingkat kristalinitas yang cukup tinggi disebabkan adanya puncak dengan intensitas tinggi.
b. Uji aktivitas komposit
Pada hasil penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 2, dapat diketahui bahwa persen degradasi pada konsentrasi MB 50 ppm, massa komposit 50 mg dan volume hidrogen peroksida 1 mL memberikan persen degradasi sebesar 55,037%. Hal ini dikarenakan radikal bebas (•OH) yang dihasilkan tidak cukup banyak sehingga dapat mempengaruhi persen degradasi MB. Penambahan volume H2O2 pada penelitian sangat berpengaruh, semakin tinggi penambahan volume H2O2 maka
2θ
Intensitas (a.u)
5 semakin kecil % MB tersisa artinya
efisiensi MB yang terdegradasi semakin meningkat. Hal ini disebabkan oleh meningkatnya penambahan H2O2
mengakibatkan produksi radikal bebas yang lebih banyak sehingga radikal bebas dapat meningkatkan degradasi metilen biru.
Gambar 2. Grafik persen degradasi
KESIMPULAN
Berdasarkan pada penelitian ini dapat disimpulkan dari karakterisasi XRD menunjukkan bahwa tipe MnO2
pada komposit MnO2/MgO adalah tipe cryptomelane dengan persen degradasi metilen biru mencapai 55,037%.
DAFTAR PUSTAKA
Asleni., Kurniat, S., Linggawati, A., Saidah, S dan Awaluddin, A.
2019. The tremendous influence of calcination process on the phase structure and catalytic activity of precipitation-processed MnO2. journa of Physics : Conferences series.
Liu, M., Yin, W., Zhao, T. L., Yao, Q.
Z., Fu, S. Q., & Zhou, G. T. 2021.
High-efficient removal of organic dyes from model wastewater using Mg(OH)2-MnO2 nanocomposite:
Synergistic effects of adsorption, precipitation, photodegradation.
Separation and Purification Technology, 272 (March).
Mulyati, R. 2016. Pemanfaatan Oksida Tipe Cryptomelane untuk Uji Degradasi Metilen Biru. Skripsi.
Universitas Riau. Pekanbaru.
Soejima, T., Nishizawa, K., & Isoda, R.
2018. Monodisperse manganese oxide nanoparticles: synthesis, characterization, and chemical reactivity. Journal of Colloid and Interface Science, 510, 272–279.
Zhang, Q., Cheng, X., Qiu, G., Liu, F.,
& Feng, X. 2016. Size-controlled synthesis, formation mechanism of manganese oxide OMS-2 nanowires under reflux conditions with KMnO4 and inorganic acids. Solid State Sciences, 55, 152–158.
20 40 60 80
0 20 40 60 80 100 120
Degradasi (%)
waktu (menit)
