Penelitian/Research
AIR PURIFICATION FROM CIGAR SMOKE POLLUTANT USING COMBINATION
OF ADSORPTION-PHOTOCATALYSIS PROCESSES OVER
NANOCOMPOSITE OF TiO
2-ACTIVATED CARBON
Slamet dan M. Ibadurrohman Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia Kampus Baru UI Depok, Depok 16424, Telp. 0217863516 E-mail : slamet@che.ui.edu
ABSTRAK
Purifikasi udara dari polutan asap rokok menggunakan nanokomposit TiO2-karbon aktif telah dilakukan
dalam foto-reaktor batch yang dilengkapi dengan sejumlah lampu UV. Senyawa yang digunakan sebagai model polutan adalah asetaldehida, CO murni, dan CO yang berasal dari asap rokok. Hasil penelitian menunjukkan bahwa polutan CO dalam asap rokok dapat terdegradasi secara efektif hingga 90% oleh
nanokomposit TiO2-karbon aktif hanya dalam waktu sekitar 10 menit. Penambahan karbon aktif pada
nanopartikel TiO2 (dengan perbandingan berat TiO2 dan karbon aktif sebesar 85:15%) dapat
meningkatkan kinerja TiO2 dalam mengeliminasi polutan karena adanya efek sinergisme antara proses
adsorpsi dan fotokatalisis. Eliminasi CO lebih didominasi oleh proses degradasi fotokatalisis. Sementara itu eliminasi asetaldehida (sebagai model polutan organik) lebih didominasi oleh proses adsorpsi, sedangkan proses fotokatalisisnya mendegradasi polutan organik menjadi senyawa intermediate tertentu
sebelum terdegradasi sempurna menjadi CO2.
Kata kunci : Asap rokok, fotokatalisis, adsorpsi,TiO2, karbon aktif
ABSTRACT
Air purification from cigar smoke pollutant using nanocomposite of TiO2-activated carbon was studied in a
batch photoreactor equipped with several UV lamps. Acetaldehyde and pure CO as well as that contains in cigar smoke were used as pollutants for degradation purpose. The results showed that CO in cigar
smoke can be effectively degraded up to 90% over nanocomposite of TiO2-activated carbon only in 10
minutes. Addition of activated carbon in TiO2 nanoparticle (ratio of TiO2 and activated carbon of 85:15
wt.%) can improves the performance of TiO2 in eliminating of the pollutants due to synergism effect
between adsorption and photocatalysis. Elimination of the CO more dominantly caused by photocatalytic degradation, whereas the acetaldehyde (as organic pollutant) was dominantly eliminated via adsorption process. Photocatalytic degradation of organic pollutants mostly produces some intermediates before the
complete degradation to CO2 going on.
I. PENDAHULUAN
Dengan semakin dekatnya era globalisasi, maka perhatian terhadap masalah lingkungan harus lebih intensif. Berbagai jenis polutan, baik pada air, tanah maupun udara, sangat potensial merusak lingkungan dan merugikan kesehatan manusia. Asap rokok merupakan salah satu polutan udara yang sangat berbahaya baik bagi perokok aktif maupun perokok pasif (Shapiro, 2000; Bazemore, 2006).
Senyawa kimia yang terdapat di dalam satu batang rokok mencapai sekitar 4000 jenis senyawa (Yu, 2006). Dari senyawa-senyawa itu, yang paling berbahaya dan sekaligus paling banyak terdapat di dalam asap rokok adalah karbon monoksida (CO). Selain CO, polutan organik juga cukup mendominasi kandungan asap rokok. Di antara polutan organik yang cukup mendominasi adalah asetaldehida, formaldehida, methanol, piridin, toluena dan nikotin.
Secara umum, degradasi polutan biasanya dilakukan dengan proses adsorpsi. Kendalanya, adsorben hanya memindahkan polutan (dari fasa gas ke
padatan adsorben) tanpa menghancurkannya menjadi senyawa yang
tidak toksik. Akibatnya sampai suatu waktu tertentu, adsorben akan mengalami kejenuhan dan tidak dapat mengadsorpsi polutan lagi.
Salah satu cara degradasi polutan yang kini dikembangkan adalah proses fotokatalisis dengan semikonduktor. TiO2 merupakan semikonduktor yang paling banyak digunakan sebagai fotokatalis dalam aplikasi reaksi fotokatalitik karena keunggulannya dibandingkan jenis semikondutor lain (Litter, 1996; Wu, 2000).
Proses katalisis terjadi pada fasa teradsorpsi (Richardson, 1989). Demikian pula halnya dengan proses fotokatalisis. Hal ini menjadi masalah bagi proses fotokatalisis karena kebanyakan semikonduktor yang digunakan sebagai fotokatalis memilki daya adsorpsi yang lemah. Untuk menutupi kekurangan tersebut, maka proses fotokatalisis oleh
fotokatalis semikonduktor perlu ditopang dengan suatu adsorben sebagai penyangga (El-Maazawi, 2000). Dengan menggabung-kan fotokatalis dan adsorben, diharapmenggabung-kan kontak fotokatalis dengan polutan menjadi lebih efektif. Selain itu, adsorben yang digunakan tidak perlu diregenerasi karena polutan yang menempel pada adsorben akan didegradasi secara in situ oleh fotokatalis sehingga kejenuhan adsorben dapat dihindari (Torimoto, 1996; Matsuoka, 2003; Slamet, 2007).
Kombinasi proses adsorpsi dan fotokatalisis ini telah terbukti dapat mendegradasi berbagai senyawa organik komponen tunggal dan biner seperti pyridine, propyzamide, metil orange, aseton, toluene, fenol, formamide, berbagai alcohol alifatik dan berbagai VOC (Volatile
Organic Compound) lain serta campuran
BTEX dan NO (Sampath, 1994; Torimoto, 1996; Blount, 2001; Matsuoka, 2003; Ao, 2004; Li, 2005; Liu, 2006; Slamet, 2007). Namun untuk senyawa/polutan multi-komponen seperti pada asap rokok, penelitian untuk degradasi dengan kombinasi proses ini masih belum banyak dikembangkan.
Paper ini akan membahas degradasi senyawa CO dan asetaldehida dengan menggunakan kombinasi proses adsorpsi dan fotokatalisis. Dengan adanya penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan sebuah alat purifikasi udara ruangan dari asap rokok dengan kombinasi proses tersebut, sehingga masalah pencemaran udara di dalam ruangan yang disebabkan oleh asap rokok dapat ditekan secara signifikan.
II. METODOLOGI
II.1 Perancangan Alat
Alat purifikasi udara dirancang dengan konfigurasi sedemikian rupa sehingga efektif untuk mendegradasi polutan asap rokok. Hal-hal yang diperhitungkan dalam perancangan alat tersebut adalah intensitas cahaya yang diterima oleh katalis, luas
kontak polutan-katalis-cahaya, turbulensi udara dan pressure drop.
Lampu UV yang digunakan pada alat adalah UV Black Light Lamp Texaco 4 W. Untuk menghasilkan intensitas cahaya yang tinggi, jarak antara katalis dan lampu UV dibuat sedekat mungkin. Selain itu, katalis dalam bentuk film dilapiskan pada plat aluminium yang sekaligus berfungsi sebagai reflektor cahaya. Sistem reflektor di sekitar lampu dan sekeliling alat dari aluminium foil dan kertas putih juga dibuat untuk mengoptimalkan intensitas sinar UV dan untuk menjaga kontaminasi cahaya luar. Luas kontak polutan-katalis-cahaya ditingkatkan dengan membuat beberapa pelat yang disusun sedemikian rupa sehingga aliran gas polutan berliku-liku dan lebih banyak kontak dengan katalis. Blower dipasang di bagian bawah alat untuk meningkatkan turbulensi dan homogenitas aliran polutan, selain juga untuk menghindari terjadinya pressure drop yang besar.
Skema alat purifikasi udara dari polutan asap rokok dapat dilihat pada Gambar 1. Alat tersebut memiliki volume total sekitar 3.600 ml.
Gambar 1 Skema alat purifikasi dan deodorisasi udara
II.2 Preparasi Katalis
Sebanyak 3 g nanopartikel TiO2 komersial Degussa P-25 (79,23% anatase,
20,77% rutile, luas permukaan: 53,6 m2/g) dilarutkan dalam 300 ml air demin (air bebas mineral) untuk menghasilkan sol TiO2. Kemudian sol tersebut disonikasi selama 30 menit. Setelah mengalami sonikasi, 3 ml larutan TEOS (tetra etil ortho silikat) ditambahkan ke dalam sol tersebut. Larutan TEOS digunakan sebagai sumber SiO2 yang berfungsi sebagai perekat antara TiO2 dengan karbon aktif ataupun antara katalis dengan penyangga.
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%, berdasarkan nilai kompisisi optimum TiO2 -karbon aktif yang dihasilkan dari penelitian sebelumnya (Slamet, 2007).
Sol TiO2 dan TiO2-karbon aktif kemudian dilapiskan pada plat aluminium menggunakan metode spray coating.
Proses coating dilakukan dengan
menyemprotkan larutan katalis pada plat aluminium secara merata dan dilanjutkan dengan proses pemanasan pada suhu 150oC selama 1 jam di dalam furnace. Proses coating dilakukan sebanyak 5 kali untuk setiap jenis katalis.
II.3 Uji Kinerja Alat
Uji kinerja alat dilakukan untuk melihat seberapa aktif alat dan katalis dalam mendegradasi berbagai polutan. Untuk keperluan eksperimen, dilakukan sedikit perubahan pada desain dan konfigurasi alat.
Blower di bagian bawah alat dan lubang keluaran polutan digantikan oleh dua buah
sampling port, sebagai tempat polutan
diinjeksikan dan diambil untuk analisis. Uji kinerja degradasi dilakukan dengan menggunakan polutan CO murni, CO dari asap rokok, dan asetaldehida sebagai model untuk polutan asap rokok. CO dianggap mewakili sebagai polutan toksik terbanyak pada asap rokok, sedangkan asetaldehida merupakan salah satu polutan organik yang terdapat di dalam asap rokok.
Tiap model polutan diujikan dengan menggunakan fotokatalis TiO2 dan katalis
nanokomposit TiO2-karbon aktif.
Konsentrasi CO diukur dengan Gas
Chromatography (GC) tipe GC-8A yang
dilengkapi dengan detektor TCD dan kolom karbon aktif. Adapun konsentrasi asetaldehida diukur menggunakan GC-9A yang dilengkapi dengan detektor FID dan kolom PEG.
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Efektivitas alat dalam bekerja sebagai unit purifier udara dari polutan asap rokok dilakukan dengan menguji kinerjanya dalam mendegradasi polutan. Oleh karena GC belum dikalibrasi dengan komponen murni dari setiap polutan, maka konsentrasi dari setiap polutan dinyatakan dalam satuan
peak area GC. Besarnya peak area GC
selalu berbanding lurus dengan jumlah mol senyawa yang dianalisis, sehingga besaran
peak area tersebut dapat mewakili
konsentrasi polutan yang diukur. III.1 Uji degradasi CO murni
Kontribusi asap rokok terhadap jumlah emisi polutan CO di udara mencapai 20.000 ppm dan merupakan sumber emisi CO terbesar di udara, melebihi emisi CO dari asap kendaraan bermotor. Untuk memodelkan kondisi ini, gas CO murni yang diinjeksikan ke dalam sampel adalah sebesar 80 ml. Dengan volume alat sebesar 3.600 ml, injeksi CO sebesar itu menghasilkan konsentrasi CO di dalam alat sekitar 22.000 ppm.
Gambar 2 berikut menunjukkan grafik penurunan CO dan kenaikan produk CO2 terhadap waktu penyinaran lampu UV. Basis konsentrasi yang digunakan adalah
peak area yang muncul pada GC. Sumbu
ordinat sebelah kiri menunjukkan peak area CO sedangkan sumbu ordinat kanan menunjukkan peak area CO2. Lampu UV dinyalakan setelah 60 menit uji blanko.
Dari Gambar 2, terlihat bahwa pada 20 menit pertama penyinaran UV (t = 60 - 80 menit), reaksi degradasi berlangsung sangat cepat. Pada menit ke-10,
konsentrasi polutan CO telah berkurang sebanyak 75% dari konsentrasi awalnya. Laju reaksi mulai berkurang dari menit ke-20 (setelah UV on) sampai menit ke-110 dan pada menit ke-130 CO telah habis. Hal ini berarti TiO2 yang terdapat di dalam alat sangat aktif di dalam mendegradasi CO karena dalam waktu yang relatif singkat, CO yang terkandung di dalam alat sudah terdegradasi secara signifikan.
Gambar 2 Degradasi CO murni oleh
fotokatalis TiO
2Gambar 2 juga memperlihatkan CO2 yang terbentuk selama proses degradasi fotokatalitik. Secara stoikiometris, setiap 1 mol CO yang teroksidasi akan menghasilkan 1 mol CO2 menurut reaksi:
Gambar 2 memperlihatkan bahwa CO2 mengalami peningkatan yang cukup signifikan pada 20 menit pertama penyinaran UV dan identik dengan kurva penurunan konsentrasi CO. Pada 30 menit pertama, peak area CO2 yang dihasilkan telah mencapai nilai 3000. Dari data ini bisa disimpulkan bahwa alat bekerja secara baik dan optimal sampai menit ke-20.
Untuk melihat pengaruh penambahan karbon aktif terhadap TiO2, dilakukan uji degradasi CO dengan konsentrasi yang sama. Gambar 3 menunjukkan grafik
0 4000 8000 12000 0 50 100 150 200 Waktu (menit) Ko n s e n tr a s i CO (pe a k ar e a ) 0 1000 2000 3000 Ko n s e n tr a s i CO 2 (pe a k ar e a ) C O C O 2 UV off UV on
penurunan konsentrasi CO oleh katalis TiO2-karbon aktif terhadap waktu.
Gambar 3 Degradasi CO murni oleh fotokatalis TiO2-karbon aktif Uji adsorpsi (UV off) dilakukan selama 60 menit pertama proses degradasi. Hasil uji adsorpsi menunjukkan bahwa konsentrasi CO di dalam alat berfluktuasi yang menandakan bahwa gas CO masih menuju kondisi homogen dan proses adsorpsi kurang dominan karena adanya perbedaan kepolaran antara karbon aktif dan CO.
Setelah 60 menit uji adsorpsi, lampu UV dinyalakan dan proses fotokatalisis dimulai. Dari grafik terlihat bahwa pada 10 menit pertama setelah penyalaan lampu, laju degradasi berlangsung sangat cepat. Hal ini terbukti dengan berkurangnya kandungan CO di dalam alat sebanyak 90% dari konsentrasi awalnya. Cepatnya laju degradasi awal dikarenakan masih tingginya konsentrasi polutan CO di dalam alat. Setelah 10 menit, laju degradasi berkurang dikarenakan telah berkurangnya konsentrasi CO di dalam alat dan pada menit ke-150 CO telah habis. Hal ini berarti kombinasi antara TiO2 dan karbon aktif cukup efektif dalam mendegradasi polutan CO.
Gambar 4 menunjukkan perbandingan kinerja degradasi fotokatalitik CO meng-gunakan TiO2 dan nanokomposit TiO2-karbon aktif. 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 0 50 100 150 Waktu (menit) Ko n s e n tr a s i CO (p e a k ar e a ) T iO 2 AC ‐T iO 2
Gambar 4 Perbandingan kinerja TiO2 dan TiO2-karbon aktif pada degradasi CO murni
Gambar 4 menunjukkan bahwa proses fotokatalitik menggunakan TiO2 dengan penyangga karbon aktif menghasilkan laju degradasi yang sedikit relatif lebih baik dibandingkan dengan TiO2 tanpa karbon aktif. Hal ini terlihat dari hasil uji adsorpsi katalis komposit yang menunjukkan hasil yang tidak dominan. Hasil ini menunjukkan bahwa CO tidak teradsorpi secara sempurna oleh karbon aktif. Hasil ini identik dengan hasil yang didapatkan oleh Ao dan Lee (2004), yaitu penyisihan NO menjadi NO2 dengan fotokatalis komposit TiO2 tidak menunjukkan hasil yang jauh berbeda relatif terhadap penggunaan TiO2 saja.
III.2 Uji Degradasi CO pada Asap Rokok Jumlah asap rokok yang diinjeksikan ke dalam alat adalah sebanyak 80 ml, yang kira-kira sama seperti pada uji degradasi CO murni. Gambar 5 menunjukkan kurva penurunan konsentrasi CO dalam asap rokok dan peningkatan konsentrasi CO2 sebagai hasil degradasi terhadap waktu penyinaran.
Dari Gambar 5, terlihat bahwa pada 10 menit pertama setelah penyinaran UV (UV
on), reaksi degradasi asap rokok
berlangsung cukup cepat. Pada menit ke-10 setelah penyinaran, konsentrasi polutan asap rokok telah berkurang sebanyak 40% dan pada menit ke-40, konsentrasi asap rokok telah berkurang sebanyak 85%. Laju reaksi mulai berkurang setelah menit ke-40 dan pada menit ke-120 kandungan CO
0 4000 8000 12000 0 50 100 150 200 250 Waktu (menit) Ko n s e n tr a s i CO (p e a k ar e a ) 0 1000 2000 3000 Ko n s e n tr a s i CO 2 (p e a k ar e a ) C O C O 2 UV off UV on
dalam asap rokok telah habis. Hal ini berarti TiO2 yang digunakan sangat aktif dalam mendegradasi CO di dalam asap rokok.
Gambar 5 Degradasi CO dari asap rokok oleh fotokatalis TiO2
Gambar 5 juga memperlihatkan bahwa sampai pada menit ke-40, laju produksi CO2 berlangsung sangat cepat. Hal ini dibuktikan dengan peak area CO2 yang telah mencapai nilai 2800 pada menit ke-40. Dari data ini bisa disimpulkan bahwa alat bekerja secara baik dan optimal sampai pada menit ke-40 dan menghasilkan produk CO2 yang identik dengan CO yang didegradasi.
Asap rokok merupakan polutan yang toksik, berwarna dan berbau. Oleh karena itu, indikasi telah berhasilnya proses degradasi tidak hanya dilakukan dengan analisis kuantitatif menggunakan GC tetapi juga dapat dilakukan secara kualitatif dengan panca indera. Proses degradasi fotokatalitik yang telah dilakukan terbukti (teramati) dapat menghilangkan warna putih keruh di dalam alat dan juga menghilangkan bau tak sedap yang menyengat dari asap rokok setelah proses degradasi selesai.
Untuk melihat pengaruh penambahan karbon aktif terhadap TiO2, dilakukan uji degradasi CO dari asap rokok dengan konsentrasi yang sama. Gambar 6 menunjukkan grafik penurunan konsentrasi CO dan kenaikan konsentrasi CO2 oleh katalis TiO2-karbon aktif terhadap waktu.
Gambar 6 Degradasi CO dari asap rokok oleh fotokatalis TiO2-karbon aktif Uji adsorpsi dilakukan pada 60 menit pertama reaksi (UV off). Hasil yang diperoleh dari hasil uji adsorpsi ini adalah nilai yang relatif sedikit berfluktuasi dan memiliki kecendrungan konstan di 30 menit terakhir. Hal ini berarti proses adsorpsi dalam uji ini kurang dominan. Kemungkinan lain yang terjadi adalah belum meratanya distribusi asap rokok di dalam alat.
Setelah 60 menit adsorpsi, lampu UV dinyalakan. Hasil degradasi menunjukkan bahwa pada 10 menit pertama setelah UV on, konsentrasi CO di dalam asap rokok berkurang sebanyak 85% dan CO2 sudah mulai banyak terbentuk. Konversi 100% dicapai setelah penyinaran selama 100 menit. Hal ini berbeda dengan hasil yang didapat pada degradasi CO murni, dimana penambahan karbon aktif tidak terlalu mempengaruhi kinerja alat.
Kenaikan efektivitas katalis ini disebabkan oleh karena pori katalis yang cukup besar. Secara umum, katalis dengan ukuran pori yang besar lebih dipilih pada suatu reaksi karena tingkat keseragaman yang lebih baik dan besarnya waktu kontak sehingga selektivitas juga akan meningkat (Richardson, 1989). Selain itu, keberadaan karbon aktif juga dapat mencegah terbentuknya intermediate tertentu (Liu, 2006). Gambar 7 memberikan ilustrasi yang lebih jelas tentang perbandingan antara kinerja katalis TiO2 dan nanokomposit TiO2 -karbon aktif (AC-TiO2).
0 3000 6000 9000 12000 0 50 100 150 200 Waktu (menit) Ko n s e n tr a s i CO (p e a k ar e a ) 0 1000 2000 3000 Ko n s e n tr a s i CO 2 (p e a k ar e a ) C O C O 2 UV off UV on 0 4000 8000 12000 0 50 100 150 Waktu (menit) K o ns ne tr a s i CO (p e a k ar e a ) 0 1000 2000 3000 Ko n s e n tr a s i CO 2 (p e a k ar e a ) C O C O 2 UV off UV on
0 3000 6000 9000 12000 0 50 100 150 Waktu (menit) Ko n s e n tr a s i CO (p e a k ar e a ) T iO 2 AC ‐T iO 2
Gambar 7 Perbandingan kinerja TiO2 dan TiO2-karbon aktif pada degradasi CO dari asap rokok
Hasil yang ditunjukkan pada Gambar 7 membuktikan bahwa laju degradasi CO dengan katalis komposit TiO2-karbon aktif lebih besar relatif terhadap TiO2 tanpa karbon aktif. Dalam waktu 10 menit, polutan CO dalam asap rokok dapat terdegradasi sekitar 90%. Hal ini terjadi karena kekuatan adsorpsi dari katalis berpenyanga karbon aktif lebih besar jika dibandingkan dengan TiO2 tanpa penyangga. Hasil ini analog dengan proses fotodegradasi benzene, methyl orange dan toluene dimana laju degradasi polutan dengan paduan katalis TiO2-adsorben lebih besar dari TiO2 tanpa adsorben (Jacoby, 1996; Li, 2005; Liu, 2006).
III.3 Uji Degradasi Asetaldehida
Konsentrasi awal asetaldehida yang diinjeksikan ke dalam reaktor adalah sekitar 10 ppm. Hasil degradasi asetaldehida menggunakan katalis TiO2 dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8 menunjukkan bahwa konsentrasi astealdehida fluktuatif selama proses fotokatalitik. Hal ini jauh berbeda dengan yang didapat pada proses degradasi CO yang sangat reaktif terhadap proses fotokatalisis. Hal ini mungkin terjadi karena perilaku asetaldehida sebagai senyawa organik yang berbeda dengan CO.
0 5000 10000 15000 20000 0 50 100 150 200 250 300 Waktu (menit) Ko n s e n tr a s i as e tal d e h id a (p e a k ar e a )
Gambar 8 Kurva degaradasi asetaldehida menggunakan TiO2
Untuk melihat pengaruh penambahan karbon aktif di dalam TiO2, dilakukan pula uji degradasi asetaldehida menggunakan katalis komposit TiO2-karbon aktif. Namun sebelumnya dilakukan uji adsorpsi (UV off) selama 2 jam. Hasil uji adsorpsi katalis terhadap asetaldehida dapat dilihat pada Gambar 9. 0 50000 100000 150000 200000 250000 0 25 50 75 100 125 Waktu (menit) Ko n s e n tr a s i a s e ta ld e hi da (p e a k ar e a )
Gambar 9 Kurva adsorpsi asetaldehida oleh TiO2-karbon aktif
. Gambar 9 menunjukkan bahwa karbon aktif yang terkandung di dalam paduan nanokomposit TiO2-karbon aktif cukup menunjukkan aktivitas yang sangat tinggi, dimana selama 40 menit, konsentrasi asetaldehida di dalam alat telah turun secara signifikan sebanyak 90% dari konsentrasi awalnya. Hal ini menunjukkan proses adsorpsi asetaldehida oleh karbon aktif cukup dominan.
Setelah proses adsorpsi setimbang, lampu UV dinyalakan dan proses degradasi fotokatalitik dimulai. Kurva degradasi fotokatalitik asetaldehida dapat dilihat pada Gambar 10.
5000 8000 11000 14000 0 20 40 60 Waktu (menit) Ko n s e n tr a s i a s e ta lde hi da (p e a k ar e a )
Gambar 10 Degradasi asetaldehida dengan katalis TiO2-karbon aktif
Gambar 10 menunjukkan bahwa proses degradasi fotokatalitik asetaldehida terjadi secara efektif, meskipun tidak terlalu signifikan bila dibandingkan dengan proses adsorpsinya. Pada 30 menit pertama asetaldehida terdegradasi sekitar 45%. Dalam uji degradasi ini, diperkirakan terbentuk asam asetat sebagai produk antara fotooksidasi menurut reaksi:
Dugaan terbentuknya asam asetat ditunjukkan oleh munculnya peak baru pada kromatogram GC, yang konsentrasinya terus meningkat seperti pada Gambar 11 berikut. 0 30000 60000 90000 120000 0 50 100 150 200 250 Waktu (menit) Ko n s e n tr a s i in te rm e d ia te (p e a k ar e a )
Gambar 11 Kurva pembentukan
intermediate pada degradasi
asetaldehida
Perkiraan mekanisme dihasilkannya
intermediate asam asetat pada reaksi
oksidasi aldehida dengan inisiator radikal
hidroksil (hasil proses fotokatalisis) adalah sebagai berikut (Fessenden, 1982).
Terbentuknya intermediate asam asetat inilah yang diperkirakan menyebabkan proses degradasi asetaldehida menjadi lebih lambat. Akan tetapi jika dilihat dari toksisitasnya, intermediate yang terbentuk jauh lebih rendah dari asetaldehida (LC50 in
fish untuk asam asetat dan asetldehida
masing-masing 75-251 dan 35-140 mg/L). III.4 Prospek Komersialisasi Alat
Dalam penelitian ini belum dilakukan kajian tekno-ekonomi terhadap alat purifikasi udara dari asap rokok. Akan tetapi secara umum alat tersebut mempunyai prospek komersial yang cukup baik, mengingat sebagian besar komponen alat merupakan komponen lokal yang harganya relatif murah. Namun demikian riset ini masih perlu dikembangkan untuk mendapatkan disain yang optimal, baru kemudian dikaji secara rinci aspek tekno-ekonominya.
IV. KESIMPULAN
Kesimpulan yang diperoleh dari hasil penelitian ini antara lain adalah:
1. Alat purifikasi udara yang dilengkapi dengan katalis nanokomposit TiO2 -karbon aktif menunjukkan kinerja yang cukup baik dalam mendegradasi polutan asap rokok skala laboratorium, terutama CO dan asetaldehida. Namun kajian optimasi disain dan analisis tekno-ekonomi perlu dikembangkan sebelum komersialisasi alat.
2. Degradasi CO murni dan CO yang terkandung di dalam asap rokok menghasilkan produk CO2 dengan konversi sebesar 75-90% hanya dalam waktu 20 menit pertama. Dalam waktu 10 menit, polutan CO dalam asap rokok
dapat terdegradasi sekitar 90% oleh nanokomposit TiO2-karbon aktif.
3. Pengaruh karbon aktif pada katalis nanokomposit TiO2-karbon akif untuk degradasi CO murni tidak signifikan namun cukup signifikan untuk degradasi CO pada asap rokok dan polutan organik.
4. Degradasi polutan organik
(asetaldehida) dengan proses fotokatalitik dan adsorpsi menghasilkan senyawa intermediate tertentu sebelum terdegradasi sempurna menjadi CO2. 5. Degradasi CO lebih didominasi oleh
proses fotokatalisis, dan sebaliknya degradasi asetaldehida lebih didominasi oleh proses adsorpsi.
Ucapan Terimakasih
Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaiakn ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Ditjen DIKTI, Depdiknas atas bantuan finansialnya melalui proyek penelitian Hibah Bersaing Tahun Anggaran 2009.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Ao, C.H., Lee, S.C., (2004). Combination effect of activated carbon with TiO2 for the photodegradation of binary pollutants at typical indoor air level, J. Photochem. Photobiol. A:
Chemistry, 161(2-3), 131-140.
[2] Bazemore, R., Harrison, C.,
Greenberg, M., (2006). Identification of Components Responsible for the Odor of Cigar Smoker's Breath, J. Agric.
Food Chem., 54, 497-501.
[3] Blount, C.M., Bucholz, J.A., Falconer, L.J., (2001). Photocatalytic Decompo-sition of Aliphatic Alcohols, Acids, and Ester. J. Catal. 197, 303-314.
[4] El-Maazawi, M., Finken, A.N., Nair,
A.B., Grassian, A.V., (2000).
Adsorption and Photocatalytic Oxidation of Acetone on TiO2: An in
Situ Transmission FT-IR Study, J.
Catal., 191, 138-146.
[5] Fessenden, R.J., Fessenden, J.S., (1982). Kimia Organik, (edisi ketiga). Penerbit Erlangga, Jakarta.
[6] Jacoby, A.W, Blake, D.M., Fennell, J.A., Boulter, J.E., Vargo, L., George, M.C., Dolberg, S.K, (1996). Heterogeneous Photocatalysis for Control of Volatile Organik Compounds in Indoor Air, Air and Waste Manage,
Assac, 46, 891-898.
[7] Li, Y., Li, X., Li, J., Yin, J., (2005). Photocatalytic degradation of methyl orange in a sparged tube with TiO2 -coated activated carbon composites,
Catal.Commun., 6(10), 650-655.
[8] Litter, M.I., Navio, J.A., (1996). Photocatalytic properties of iron-doped titania semiconductors”, J. Photochem.
Photobiol. A: Chemistry, 98, 171-181.
[9] Liu, J.-H., Yang, R., Li, S.-M., (2006). Preparation and Application of Efficient TiO2/ACFs Photocatalyst, J. Env. Sci., 18(5), 979-982.
[10] Matsuoka, M., and Anpo, M., (2003). Local structures, excited states, and photocatalytic reactivities of highly dispersed catalyst constructed within zeolites, J. Photochem. Photobiol. C:
Photochem. Rev., 3, 225-252.
[11] Richardson, J.T., (1989). Principles of
Catalyst Development. Plenum Press,
New York.
[12] Sampath, S., Uchida, H., Yoneyama, H., (1994). Photocatalytic Degradation of Gaseous Pyridine over Zeolite-Supported Titanium Dioxide, J. Catal., 149, 189-194.
[13] Shapiro, J.A., Jacobs, E.J., Thun, M.J., (2000). Cigar Smoking in Men and Risk of Death from Tobacco-Related Cancers, J. of the National Cancer
Institute, 92(4), 333-337.
[14] Slamet, Bismo, S., Arbianti, R., (2007). Modifikasi Zeolit Alam dan Karbon Aktif dengan TiO2 serta Aplikasinya sebagai Bahan Adsorben dan Fotokatalis untuk Degradasi Polutan Organik, Laporan Penelitian Hibah Bersaing, Dikti-Diknas, Jakarta.
[15] Torimoto, T., Ito, S., Kuwabata, S., Yoneyama, H., (1996). Effects of Adsorbent Used as Supports for Titanium Dioxide Loading on Photocatalytic Degradation of Propyzamide, Environ. Sci. Technol., 30, 1275-1281.
[16] Wu, W.C., Liao L.F., Chuang, C.C., Lin, J.L., (2000). Adsorption and Photooxidation of Formamide on Powdered TiO2, J. Catal. 195, 416-419. [17] Yu, R., Wu, Lin, S., Talbot, P., (2006).
Cigarette Smoke Toxicants Alter Growth and Survival of Cultured Mammalian Cells, Toxilogical Science, 93, 82-95.
