1 SINTESIS KOMPOSIT MnO2/SiO2 DENGAN
METODE SOL-GEL DAN UJI AKTIVITAS KATALITIK UNTUK DEGRADASI METHYLENE BLUE
Nur Annisha1*, 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
*nur.annisha2263@student.unri.ac.id ABSTRACT
The development of a country is directly related to increase in industrial development which has an impact on environmental pollution, one of which is water pollution caused by dye waste. Efforts to minimize dye waste can be done using the Fenton-like method.
MnO2 is one of the catalysts that is widely used in the Fenton-like method due to its large surface area. This study aims to synthesize the MnO2/SiO2 composite catalyst for the degradation of methylene blue (MB). The composite synthetic composite method was carried out using the sol-gel method by reacting KMnO, glucose and SiO2 with the one-step sol-gel method. The results of the X-ray Diffraction (XRD) characterization was generated with that the cryptomelane-type manganese oxide catalyst showed the presence of SiO2 and MnO2. Methylene blue degradation at 60 ppm methylene blue concentration, 15 mL H2O2 volume and 100 mg composite mass, the most influential in the degradation of methylene blue is the total mass of the composite with a degradation percentage of 39.56% in 120 minutes. The catalytic test indicated that the composite was able to decompose MB up to 39,56%.
Keywords: Fenton-like, MnO2, SiO2
ABSTRAK
Perkembangan suatu negara berbanding lurus dengan meningkatnya perkembangan industri yang berdampak pada pencemaran lingkungan salah satunya pencemaran air yang diakibatkan limbah zat warna. Usaha dalam meminimalisir limbah zat warna dapat dilakukan dengan metode Fenton-like. MnO2 merupakan salah satu katalis yang banyak digunakan dalam metode Fenton-like karena memiliki luas permukaan yang besar. Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis komposit MnO2/SiO2 untuk degradasi methylene blue (MB). Metode sintesis komposit dilakukan menggunakan metode sol- gel dengan mereaksikan KMnO4, glukosa dan SiO2 dengan metode sol-gel satu langkah. Hasil dari karakterisasi X-ray Diffraction (XRD) menunjukan katalis oksida
2 mangan tipe cryptomelane dihasilkan. Degradasi MB dilakukan dengan katalis MnO2/SiO2 pada kondisi konsentrasi methylene blue 60 ppm, volume H2O2 15 mL dan massa komposit 100 mg. Faktor yang paling berpengaruh dalam degradasi MB yaitu jumlah massa komposit dengan persen degradasi sebesar 39.56% dalam 120 menit.
Kata Kunci : Fenton-like, MnO2, SiO2
PENDAHULUAN
Kemajuan suatu bangsa ditentukan oleh perkembangan serta industri.
Perkembangan industri dapat berdampak pada peningkatan pencemaran lingkungan salah satunya pencemaran air. Air limbah yang berasal dari kegiatan domestik umumnya mengandung polutan organik seperti MB. MB merupakan salah satu zat warna yang banyak digunakan pada umumnya dalam industri tekstil, pewarna biokimia dan percetakan. MB yang memiliki gugus benzena menyebabkan sulit didegradasi dan bersifat toksik (Nurhidayah, 2021).
Peraturan Menteri Lingkungan Hidup
dan Kehutanan RI
NomorP.16/MENLHK/SETJEN/KUM .1/4/2019 tentang Perubahan Kedua Atas Peraturan Menteri Lingkungan Hidup Nomor 5 Tahun 2014 tentang Baku Mutu Air Limbah menyatakan bahwa nilai ambang batas yang diperbolehkan untuk MB dalam perairan adalah sekitar 5 mg/L. Pada proses pewarnaan MB yang digunakan sekitar 4,7% sedangkan sisanya sekitar 94,7% akan dibuang sebagai limbah.
Metode Fenton like merupakan metode mirip Fenton yang memiliki
prinsip kerja yang sama yaitu memanfaatkan radikal hidroksil (HO•).
Radikal ini berasal dari hidrogen peroksida (H2O2) yang terdekomposisi oleh katalis, katalis yang digunakan yaitu MnO2 untuk mendegradasi limbah zat warna. Katalis heterogen dalam kondisi ideal akan mengurangi biaya karena dapat digunakan kembali.
Dalam beberapa tahun terakhir, berbagai macam katalis heterogen seperti spesies besi, besi dengan logam lain dan bahan non besi, telah dikaji sebagai katalis heterogen (Brillas dan Garcia-Segura, 2020).
Hasil kajian terdahulu menunjukkan penggunaan katalis tunggal MnO2 rentan terhadap proses aglomerasi terutama jika katalis itu digunakan secara berulang-ulang. Ma et al., 2020 telah membuat komposit magnetik Fe3O4/C/MnO2/C3N4 dan dilakukan pengujian berulang yaitu empat kali untuk menyelidiki daur ulang dan stabilitas fotokatalis, dengan hasil rata-rata tingkat degradasi untuk empat kali pengulangan adalah 94,11%, 90,42%, 88,37% dan 79,69%.
Sari dan Awaluddin, 2019 telah melakukan doping MnO2 dengan 2 metoda berbeda dan pengaruhnya pada
3 degradasi MB. Hasil penelitiannya
menunjukkan doping ion logam Co menggunakan metode secara langsung mendegradasi sebesar 76,839 %, sedangkan menggunakan metode tidak langung mendegradasi MB sebesar 78,173% pada waktu 120 menit.
Peningkatan aktivitas katalitik MnO2 dapat dilakukan dengan penambahan SiO2 sebagai support yang memiliki fungsi meningkatkan kapasitas adsorpsi pada permukaan serta mencegah terjadinya aglomerasi.
Dulanska et al., 2018 telah melakukan preparasi dan karakterisasi komposit MnO2/SiO2 untuk mengetahui konsentrasi radium pada air mineral dengan metode sol-gel menunjukkan efisiensi penyerapan radium sebesar 99%. MnO2 yang tergabung dalam SiO2 menghasilkan luas permukaan yang besar dan kapasitas komposit MnO2/SiO2 yang lebih tinggi dibandingkan dengan metode pengendapan.
Pada penelitian ini disintesis komposit MnO2/SiO2 dengan menggunakan metode sol-gel satu tahap untuk degradasi MB dengan metode Fenton-like. Pada penelitian ini akan dikaji efek penambahan support SiO2 terhadap degradasi zat warna MB.
Penggunaan support SiO2 diharapkan dapat meningkatkan proses adsorpsi sehingga mempercepat proses degradasi MB. Optimasi degradasi dilakukan variasi konsentrasi MB, variasi volume H2O2 dan variasi massa
komposit. Karakterisasi mangan oksida dilakukan untuk mengetahui struktur, dan kinerja katalis menggunakan X-ray Diffraction (XRD) menunjukan katalis oksida mangan tipe cryptomelane dan karakterisasi Fourier Transform-Infra Red Spectroscopy (FT-IR).
METODE PENELITIAN a. Alat dan bahan
Adapun alat-alat yang digunakan pada penelitian ini adalah hotplate (Kenko 79-1), spektrofotometer Visible (Optima SP-300), magnetic stirrer (Spinbar), timbangan analitik (Mettler AE 200), furnace (vulcanTM seri A- 130), oven (Memmert), centrifuge (LC- 04R), Difraksi sinar-X (XRD) (Difraktometer Shimadzu XRD 7000 Maxima ITS), crucible, desikator dan peralatan gelas lainnya yang umum dipakai pada penelitian kimia. Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah HCl 0,1 M (Asam klorida (Smart-lab), SiO2 (Xilong), KMnO4 (Merck), C6H12O6 (glukosa) (Merck), MB (Merck), kertas saring Whatman No. 42, aluminium foil, Hidrogen Peroksida 30% (H2O2) (Merck) dan aqua DM.
b. Sintesis komposit MnO2/SiO2
Sintesis komposit MnO2/SiO2
dengan berat MnO2 4,7% dilakukan dengan menimbang 1,5804 g (0,1 mol) KMnO4 dilarutkan dengan aqua DM pada labu takar 100 mL hingga homogen dan dimasukkan kedalam
4 gelas beaker 250 mL. Glukosa
sebanyak 0,594 g dicampurkan ke dalam larutan KMnO4 dan diaduk selama 3 menit. Kemudian ditambahkan SiO2 sebanyak 31,608 g kedalam campuran dan diaduk selama 10 menit. Campuran didiamkan selama 1,5 jam pada suhu ruang. Gel yang terbentuk disaring dengan kertas saring Whatman No. 42 dan dicuci dengan 400 mL aqua DM sebanyak 4 kali pengulangan. Gel dikeringkan menggunakan oven pada suhu 110ºC selama 12 jam hingga dihasilkan xerogel. Xerogel yang terbentuk dikalsinasi dengan furnace pada suhu 450ºC selama 2 jam. Kemudian dicuci dengan 10 mL HCl 0,1 M dan 10 mL aqua DM masing-masing sebanyak tiga kali pengulangan. Hasil penyaringan dikeringkan dalam oven selama 1 jam pada suhu 110ºC, kemudian ditimbang dan dikarakterisasi menggunakan XRD.
c. Karakterisasi MnO2/SiO2
Karakterisasi komposit MnO2/SiO2 dilakukan menggunakan XRD untuk menentukan struktur, kristalinitas dan ukuran kristal.
d. Uji aktivitas komposit untuk degradasi MB
Larutan metilen biru 60 ppm sebanyak 25 mL diambil menggunakan pipet volume dan dimasukkan kedalam beaker gelas 250 mL. Komposit MnO2/ SiO2 sebanyak 100 mg dan diaduk dengan magnetic stirrer selama 30 menit dan ditambahkan H2O2 sebanyak 15 mL. Stirrer selama 120 menit dan
setiap 10 menit larutan diambil sebanyak 8 mL dan konsentrasinya diukur dengan spektrofotometri visible.
HASIL DAN PEMBAHASAN a. Karakterisasi MnO2/SiO2
Analisa menggunakan XRD (X- Ray Diffraction) dapat menentukan ukuran kristal dan jenis struktur yang dihasilkan. Hasil karakterisasi komposit MnO2/SiO2 dapat dilihat pada Gambar 4.1.
Gambar 1. Difraktogram katalis Hasil karakterisasi dapat dilihat pada Gambar 4.1. Hasil difraktogram berupa sudut 2θ dan d-spacing.
Difraktogram digunakan untuk menentukan ukuran kristal yang dapat dihitung menggunakan persamaan Scherrer. Hasil perhitungan didapatkan 19 puncak pada komposisi MnO2/SiO2
4,7%, 19 puncak pada komposisi MnO2/SiO2 9%, dan 19 puncak pada komposisi MnO2/SiO2 13% yang memiliki intensitas tertinggi. Pada penelitian ini dari difraktogram XRD menghasilkan oksida mangan tipe cryptomelane dengan 2θ = 36,44o; 45,70 o; 50,02 o; 59,85 o; 73,40 o; 79,77
o; 81,39 o dan 83,76 o pada puncak refleksi (400), (312), (411), (512),
5 (730), (701), (802), (208) dan (521).
Hasil difraktogram XRD sesuai dengan standar dari oksida mangan tipe cryptomelane. Terdapat puncak yang menunjukan adanya fasa kuarsa dengan 2θ = 20,75; 26,53; 39,35;
40,18;42,34;54,77; 63,93; 67,65; 68,21 dan 77,60 pada puncak refleksi (100), (011), (102), (111), (200), (022), (113), (550), (203) dan (220).
Hasil tersebut menunjukkan bahwa komposit MnO2/SiO2 memiliki tingkat kristalinitas yang cukup tinggi disebabkan adanya puncak dengan intensitas tinggi.
b. Uji aktivitas komposit
Pada hasil penelitian dapat dilihat pada Gambar 2, dapat diketahui bahwa persen degradasi pada konsentrasi MB 60 ppm, massa komposit 100 mg dan volume H2O2 15 mL memberikan persen degradasi tinggi yaitu sebesar 39,56%. %. Hal ini dikarenakan situs aktif yang dimiliki komposit tidak cukup banyak untuk degradasi MB pada konsentrasi yang semakin besar sehingga MB yang mampu didegradasi hanya sedikit jika dibandingkan dengan konsentrasi yang lebih kecil. Degradasi MB berdasarkan pengaruh berat katalis menunjukkan semakin banyak massa katalis yang ditambahkan maka konsentrasi MB tersisa semakin sedikit.
Semakin besar jumlah katalis yang ditambahkan akan meningkatkan jumlah situs aktif pada permukaan katalis yang menyebabkan peningkatan jumlah radikal yang berperan dalam
degradasi MB. Hal ini sesuai dengan Mulyati et al., 2018. Banyaknya massa komposit berperan penting dalam kinerja katalis untuk degradasi MB.
Gambar 2. Grafik persen degradasi
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa struktur kristal MnO2 pada komposit MnO2/SiO2 yang didapat jenis cryptomelane mampu mendegradasi MB mencapai 39.56%.
DAFTAR PUSTAKA
Brillas, E. dan Garcia-Segura, S.
2020. Benchmarking recent advances and innovative technology approaches of Fenton, photo-Fenton, electro- Fenton, and related processes:
A review on the relevance of phenol as model molecule.
Separation and Purification Technology. 237: 116337.
Ma, M. et al. 2021. Fabrication of hollow flower-like magnetic Fe3O4/C/MnO2/C3N4 composite with enhanced photocatalytic
33 34 35 36 37 38 39 40
0 50 100 150
Degradasi (%)
Waktu (menit)
6 activity. Scientific Reports,
11(1): 1–10.
Mulyati, R., Awaluddin, A dan Sophia, H. 2018. Kinerja katalis mangan oksida cryptomelane untuk degradasi metilen biru. Repository UNRI.
Nurhidayah, I. 2021. Modifikasi Bioadsorben batang jagung terhadap penggunaan ulang (regenerasi) adsorben termodifikasi asam sitrat pada metilen biru. Skripsi. UIN Maulana Malik Ibrahim, Malang.
Sari, W. K dan Awaluddin, A. 2019.
Doping MnO2 dengan 2 metoda berbeda dan pengaruhnya pada degradasi metilen biru.
Repository UNRI. 0-9.
