BAB 1 PENDAHULUAN
Pada bab ini akan dijelaskan mengenai latar belakang, perumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan kerangka penelitian yang akan menjadi dasar penulisan dan penelitian mengenai “Pengaruh Variasi Temperatur Kalsinasi CaO/Fe2O3 Terhadap Degadasi Methylene Orange”.
1.1 Latar Belakang
Setelah mendapat penghargaan dari UNESCO sebagai negara penghasil warisan dunia yaitu batik, jumlah produksi batik di Indonesia menjadi semakin meningkat. Pada tahun 2019, jumlah industri batik di Indonesia mencapai 6.120 unit (Siregar, 2020). Namun, peningkatan tersebut memberikan dampak negatif pada lingkungan yaitu permasalahan limbah cair yang berasal dari kegiatan industri pembuatan batik. Berdasarkan data Kementrian Perindustrian pada tahun 2017, produksi batik di Indonesia rata-rata mencapai 500 juta meter per tahun dan kebutuhan air untuk memproduksi batik sebanyak 25 juta m3 air per tahun.
Hampir 85% dari persediaan air tersebut menjadi limbah cair batik dengan jumlah volume besar, warna pekat dan berbau menyengat. Bau menyengat dapat terjadi karena adanya organisme yang mati dan peningkatan senyawa nitrat akibat penurunan kadar oksigen terlarut dalam air yang tercemar limbah cair batik.
Limbah cair batik mengandung beberapa bahan kimia dan zat warna. Adapun zat warna yang digunakan antara lain zat warna asam dan zat warna basa (Indrayani, 2018) Salah satu sumber zat warna asam adalah methylene orange (Widjayanti, 2011). Dalam indusri tekstil, jumlah zat warna asam atau zat warna azo yang digunakan sebesar 60-70% (Harichandran, 2016). Methylene orange sendiri dalam bentuk padatan maupun larutan bersifat beracun apabila terhirup atau terkena kulit. Oleh karena itu diperlukan metode pemurnian terhadap air yang banyak tercemar limbah methylene orange ini (Pal, 2013).
Terdapat berbagai macam metode pemurnian air untuk menghilangkan limbah zat warna, salah satu metode paling efektif yaitu adsorption berbasis karbon aktif karena memiliki kelebihan biaya murah, proses perlakuan fisika-kimia yang
2 mudah dan tidak menghasilkan produk samping yang beracun (Salvador, 2020).
Namun metode adsorption karbon aktif juga memiliki kekurangan yaitu hanya dapat memindahkan limbah zat warna ke media lain, sehingga apabila adsorbent telah melewati batas jenuh maka dibutuhkan penggantian adsorbent agar kemampuan penyerapannya tetap baik (Cundari, 2016). Oleh karena itu, diperlukan metode alternatif yang lebih efisien yaitu metode Advance Oxidation Processes (AOPs). Metode AOPs adalah metode yang mampu mendegradasi senyawa limbah zat warna dengan proses reaksi oksidasi untuk menghasilkan radikal bebas (OH) menggunakan ozonation (O3), hydrogen peroxide (H2O2), catalysts (transition metal ions, noble metals), light illumination (UV light or visible light), dan ultrasound (US) (Babu, 2019). Dalam penelitian ini digunakan metode AOPs dengan proses fenton. Proses fenton merupakan reaksi antara peroksida (umumnya hydrogen peroxide) dengan ion aktif logam untuk membentuk hidroksil radikal (OH) yang mampu mengoksidasi senyawa organik (Babuponnusami, 2013). Proses fenton yang biasa digunakan adalah fenton homogen. Fenton homogen adalah proses penggunaan katalis dengan fasa yang sama, contohnya hidrogen peroksida (H2O2) dengan ion aktif logam. Akan tetapi, fenton homogen memiliki kelemahan yaitu hanya bisa menggunakan pH bernilai rendah, lebih tepatnya pada pH 3 yang mana akan berpengaruh pada pengaplikasian pemurnian air yang kurang baik jika bernilai pH rendah (Ayoub, 2018). Selain itu, hasil akhir dari katalis fenton homogen sulit dipisahkan sehingga memerlukan biaya tinggi (Amelia, 2019). Untuk mengatasi hal tersebut, maka dalam penelitian ini dipilih proses fenton heterogen yang menggunakan material berpori sebagai material support (Ayoub, 2018). Adapun material fenton heterogen yang digunakan dalam penelitian yaitu katalis logam berupa Fe2O3 yang dihasilkan dari larutan garam Fe(NO3)3.9H2O. Dimana Fe2O3 berperan sebagai katalis dan hidrogen peroksida sebagai material pengoksidasi (Amelia, 2017), serta dilengkapi cangkang telur ayam yang berperan sebagai catalyst support. Cangkang telur ayam dipilih karena memiliki komposisi CaO yang dihasilkan dari penguraian senyawa CaCO3. (Sree, 2020) CaO merupakan katalis heterogen yang paling ideal dalam mendegradasi zat warna berbahaya. CaO
3 memiliki luas permukaan yang tinggi, memiliki jumah pori yang banyak pada permukaannya, dan memiliki nilai yield yang tinggi sebagai katalis (Awogbemi, 2018).
Cangkang telur merupakan limbah yang menjadi sumber utama masalah bagi pencemaran lingkungan karena peningkatan produksi telur yang terus meningkat hingga lebih dari 150% selama 30 tahun terakhir di Asia. Negara Indonesia khususnya, secara global dapat memproduksi telur sebanyak 38 miliyar pada tahun 2020. Pembuangan limbah cangkang telur dengan cara yang tidak tepat dapat berbahaya bagi manusia dan ekosistem karena pertumbuhan jamur yang terjadi pada cangkang telur. Bahkan pembuangan cangkang telur di lingkungan TPA (Tempat Pembuangan Akhir) dapat pula menjadi masalah karena dapat meningkatkan jumlah hama yang mengganggu. Sehingga diperlukan pemanfaatan limbah cangkang telur untuk mengurangi permasalahan lingkungan yang terjadi yaitu dengan cara memanfaatkannya sebagai catalyst support alternatif (Waheed, 2020). Cangkang telur mengandung CaCO3 murni (94%), MgCO3 (1%), Ca3PO4
(1%), dan bahan organik lain (4%) (Wei, 2019). Cangkang telur memiliki pori yang sedikit berkembang. Agar cangkang telur dapat diaplikasikan secara efektif menjadi catalyst support, diperlukan proses kalsinasi agar didapatkan CaO murni dengan menggunakan temperatur 900-1000OC (Ummartyotin, 2015).
Berdasarkan penelitian terdahulu, dilakukan kalsinasi cangkang telur untuk menghasilkan CaO dengan menggunakan temperatur kalsinasi 900oC selama 2.5 jam. Kemudian dilakukan impregation yaitu proses pembuatan katalis dengan mengkontakkan CaO dengan serbuk besi dengan tujuan untuk mengisi ion logam agar dapat terikat pada permukaan CaO, yang akan menghasilkan katalis CaO/Fe3O4. Selanjutnya dilakukan kalsinasi katalis CaO/Fe3O4 dengan menggunakan variasi temperatur serta variasi lama kalsinasi, dan didapatkan temperatur serta lama kalsinasi optimal yaitu 600oC selama 3 jam (Helwani, 2020). Sehingga dalam penelitian ini dilakukan kalsinasi sebanyak dua kali yaitu untuk kalsinasi cangkang telur murni dan untuk kalsinasi setelah proses impregnation. Penelitian ini dilakukan untuk menganalisis temperatur optimal kalsinasi katalis CaO/Fe2O3 dengan memvariasikan temperatur setelah proses
4 impregnation sebagai aplikasi pemurnian air yang tercemar limbah zat warna methylene orange.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah yang telah diuraikan, maka rumusan masalah yang diperoleh adalah sebagai berikut :
1. Bagaimana pengaruh variasi temperatur kalsinasi terhadap hasil uji karakterisasi CaO/Fe2O3 untuk degradasi methylene orange ?
2. Bagaimana pengaruh variasi temperatur kalsinasi CaO/Fe2O3 terhadap degradasi methylene orange ?
1.3 Tujuan Penelitian
Berdasarkan perumusan masalah yang telah diuraikan, maka tujuan penelitian adalah sebagai berikut :
1. Menganalisis pengaruh variasi temperatur kalsinasi terhadap hasil uji karakterisasi CaO/Fe2O3 untuk degradasi methylene orange.
2. Menganalisis pengaruh variasi temperatur kalsinasi CaO/Fe2O3 terhadap degradasi methylene orange.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dapat diberikan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Memberi informasi mengenai variasi temperatur kalsinasi yang optimal pada katalis CaO/Fe2O3 untuk degradasi methylene orange.
2. Memberi informasi mengenai kemampuan katalis CaO/Fe2O3 terhadap degradasi methylene orange.
3. Memberi informasi mengenai pengolahan limbah cangkang telur sebagai catalyst support alternatif yang dapat mendegradasi methylene orange.
4. Meningkatkan nilai ekonomis dan manfaat dari limbah cangkang telur sebagai catalyst support alternatif yang dapat mendegradasi methylene orange.
5 1.5 Batasan Masalah Penelitian
Batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Sumber katalis CaO yang digunakan adalah cangkang telur ayam dari pedagang martabak dan telur gulung di Balikpapan.
2. Sumber katalis Fe2O3 yang digunakan adalah larutan garam Fe(NO3)3.9H2O.
3. Jenis limbah yang digunakan adalah methylene orange artificial.
4. Sumber cahaya yang digunakan pada pengujian Visual seragam yaitu visible light.
1.6 Kerangka Pemikiran Penelitian
Penelitian ini menggunakan kerangka pemikiran yang dapat memberikan gambaran mengenai penelitian tugas akhir yang dikerjakan. Berikut adalah kerangka penelitian pada penelitian tugas akhir ini.
Gambar 1. 1 Kerangka Pemikiran Penelitian
Pengaruh temperatur
kalsinasi CaO/Fe2O3
Terhadap Degradasi Methylene Orange Pengujian
Metode Variabel
Material
CaO Dari Cangkang Telur Ayam
(Wei, 2019 )
Variasi temperatur
Kalsinasi
( Helwani, 2020) )
FTIR XRD
SEM Visual
600, 700, 800oC
AOPs Fenton
Degradasi larutan methylene orange dengan konsentrasi 10 ppm yang ditambahkan H2O2 30% 10 ml ,lalu penambahan katalis CaO/Fe2O3 sebanyak 0.75 gram yang telah dikalsinasi dengan variasi temperatur 600,700,800oC.
(Subkhan, 2018) &
(Liu, 2019)
