Kurva 40 % degradasi larutan pewarna Base Red 218 pada sumber cahaya berbeda terhadap waktu dengan konsentrasi awal 15 ppm dan massa fotokatalis (Pt-TiO2)/CdS 1 g/L ..59 Gambar 4. 42 Kurva % dekomposisi larutan pewarna dasar Merah 218 dalam berbagai jenis fotokatalis dari waktu ke waktu dengan konsentrasi awal 15 ppm dan massa fotokatalis 1 g/L ..60.
- Latar Belakang
- Rumusan Masalah
- Tujuan Penelitian
- Manfaat
Bagaimana pengaruh massa fotokatalis (Pt-TiO2)/CdS pada pengolahan limbah pewarna tekstil Base Red 218 Kajian pengaruh massa fotokatalis (Pt-TiO2)/CdS pada pengolahan limbah pewarna tekstil Base Red 218 .
- Fotokatalis
- Titanium Dioksida (TiO 2 )
- Cadmium Sulfida (CdS)
- Platina (Pt)
- Limbah Industri Tekstil
- Zat Warna
- Parameter Yang Diuji
- Penentuan Konsentrasi Zat Warna
- Chemical Oxygen Demand
- Metode Komposit (Pt-TiO 2 )/CdS
- Metode Chemical Reduction
- Metode Hydrothermal
Pewarna reaktif ini merupakan pewarna yang biasa digunakan untuk mewarnai batik (Kamal, 2012). Perkembangan industri di bidang sandang, pangan, kosmetika dan farmasi serta terbatasnya jumlah pewarna alami menyebabkan peningkatan penggunaan pewarna sintetis (Paryanto dkk, 2012).
Alat dan Bahan
- Rangkaian Alat Penelitian
- Bahan
Variabel Penelitian
- Variabel Bebas
- Variabel Tetap
Prosedur Penelitian
- Preparasi CdS
- Sintesis Pt-TiO 2
- Sintesis TiO 2 -CdS
- Sintesis (Pt-TiO 2 )/CdS
- Karakterisasi Komposit (Pt-TiO 2 )/CdS
- Preparasi Larutan Induk Zat Warna Base Red 218
- Penentuan Kurva Deret Standar dan Panjang Gelombang Maksimum
- Aplikasi Fotokatalis pada Limbah Zat Warna Base Red 218
- Diagram Alir Penelitian secara Keseluruhan
Penentuan kurva deret standar dilakukan dengan mengencerkan 1000 ppm larutan stok dalam larutan pewarna Base Red 218 dengan konsentrasi 15 ppm dan mengukur serapannya menggunakan spektrofotometer UV-Vis serta menghitung konsentrasinya. Kemudian larutan pewarna Base Red 218 konsentrasi 10 ppm diukur dengan spektrofotometer UV-Vis untuk mencari panjang gelombang maksimum.
Preparasi Cadmium Sulfida (CdS)
Selama hidrolisis tiurea itu sendiri, terjadi dalam larutan basa dimana terjadi pembentukan ion S2-. Ion kadmium yang dihasilkan dari penguraian ion kompleks tetramin kemudian bereaksi dengan ion S2- membentuk CdS dimana proses pengendapan dilakukan berdasarkan reaksi berikut.
Sintesis Pt-TiO 2
Kemudian, sisa pengotor dalam larutan Pt-TiO2 dihilangkan dengan dua proses pencucian dengan air suling dan alkohol. Hasil sintesis Pt-TiO2 yang diperoleh berbentuk serbuk dan berwarna putih hingga abu-abu, menunjukkan bahwa Pt tersebar merata pada permukaan TiO2.
Sintesis (Pt-TiO 2 )/CdS
Karakteristik Komposit Fotokatalis
- Karakteristik TEM
- Karakterstik Spektrofotometri UV-Vis DRS
Gambar 4.4 menunjukkan terdapat beberapa kristalit yang berorientasi (ditunjukkan pada gambar dengan garis periodik), dan terdapat banyak lingkaran kecil berwarna hitam di sekitar dan di dalam kristalit (Yulianto & Feby, 2019). Dari hasil uji analisis TEM diperoleh morfologi kristal (Pt-TiO2)/CdS pada Gambar 4.11 dan perbesarannya. Berdasarkan Gambar 4.14 terlihat bahwa data serapan spektrum fotokatalis TiO2-CdS menunjukkan panjang gelombang 290-400 nm.
Berdasarkan Gambar 4.17 terlihat bahwa data serapan spektrum fotokatalis Pt-TiO2 menunjukkan panjang gelombang 290-400 nm. Berdasarkan Gambar 4.18, dengan mengubah nilai %R pada persamaan Kubelka-Munk (F(R)) dan panjang gelombang (λ) pada besaran e.V. Berdasarkan Gambar 4.20 terlihat bahwa data serapan spektrum fotokatalis (Pt-TiO2)/CdS menunjukkan panjang gelombang 290-400 nm.
Berdasarkan Gambar 4.21, mengubah nilai %R ke persamaan Kubelka-Munk (F(R)) dan mengubah panjang gelombang (λ) menjadi besaran e.V.
Larutan Zat Warna Base Red 218
- Penentuan Panjang Gelombang Maksimum (λ maks )
- Penentuan Kurva Deret Standar
Bandgap yang dihasilkan tidak jauh berbeda dengan hasil yang diperoleh Yulianto & Feby, 2019. Hal ini dipengaruhi oleh penambahan CdS pada komposit (Pt-TiO2), sehingga dapat memperkecil bandgap komposit (Pt-TiO2). ). Dari hasil karakterisasi fotokatalis diatas, data umum disajikan pada Tabel 4.1 dan Gambar 4.23. Hasil spektrum pada Gambar 4.24 menunjukkan bahwa puncak larutan pewarna Base Red 218 teramati pada panjang gelombang 535 nm.
Untuk menentukan kurva deret standar dilakukan dengan membuat beberapa larutan standar yang diketahui konsentrasinya. Kemudian masing-masing larutan diukur menggunakan spektrofotometri UV-Vis pada panjang gelombang maksimum larutan pewarna Base Red 218 yang diperoleh yaitu 535 nm. Nilai serapan yang diperoleh dengan memvariasikan konsentrasi zat warna Base Red 218 dapat dibandingkan pada masing-masing konsentrasi yaitu dengan konsentrasi sebagai sumbu x dan serapan sebagai sumbu y.
Artinya semakin besar konsentrasi larutan seri standar maka semakin besar pula nilai serapan yang dihasilkan (Huda dkk, 2018).
Pengaruh Kondisi Reaksi terhadap Degradasi Larutan Base Red 218
Lubang positif yang terbentuk dapat berinteraksi dengan air atau ion OH dan membentuk radikal hidroksil (•OH-). Sedangkan pada kondisi tanpa penambahan (Pt-TiO2)/CdS dan hanya dilakukan iradiasi sinar merkuri (kontrol), tidak terlihat penurunan konsentrasi larutan pewarna. Hal ini menunjukkan bahwa pada kondisi tersebut tidak terjadi proses degradasi, sehingga dapat disimpulkan bahwa pewarna Base Red 218 merupakan senyawa yang stabil dan tidak terdegradasi oleh cahaya.
Persentase degradasi zat warna Base Red 218 pada setiap interval waktu untuk setiap kondisi ditunjukkan pada Gambar 4.27. 27 Kurva degradasi larutan pewarna Base Red 218 pada kondisi berbeda sebagai fungsi waktu dengan konsentrasi awal 15 ppm dan berat fotokatalis 1 gr/L. Pada Gambar 4.27 diatas terlihat bahwa larutan zat warna Base Red 218 pada kondisi fotokatalisis menghasilkan nilai persentase degradasi tertinggi seiring bertambahnya waktu yaitu sebesar 91,58%.
Hal ini membuktikan bahwa proses fotokatalisis menggunakan katalis (Pt-TiO2)/CdS dan iradiasi sinar merkuri mempunyai peranan penting dalam meningkatkan laju degradasi pewarna Base Red 218.
Pengaruh Konsentrasi Larutan Zat Warna Base Red 218 terhadap kinerja
Berbeda dengan Gambar 4.29 dan Gambar 4.30 yang masing-masing merupakan larutan zat warna Base Red 218 30 ppm dan 55 ppm, warna akhir setelah dilakukan penyinaran pada menit 180 adalah masih terdapatnya warna pada larutan. Adanya sisa warna pada larutan pewarna Base Red 218 setelah iradiasi berarti fotokatalis (Pt-TiO2)/CdS belum mendegradasi larutan secara sempurna. Hasil penurunan konsentrasi dan persentase degradasi larutan pewarna Base Red 218 diatas terhadap kinerja fotokatalis (Pt-TiO2)/CdS dapat dilihat pada Tabel 4.3 dan Gambar 4.31.
31 Kurva persentase degradasi larutan pewarna Base Red 218 pada konsentrasi berbeda terhadap waktu untuk menggunakan fotokatalis 1 g/L. Tabel 4.3 dan Gambar 4.31 menunjukkan bahwa laju degradasi larutan pewarna Base Red 218 mencapai 100% pada konsentrasi awal 15 ppm.
Pengaruh Massa Fotokatalis (Pt-TiO 2 )/CdS terhadap Degradasi Zat Warna
32 Kurva penurunan konsentrasi larutan pewarna Base Red 218 pada variasi massa (Pt-TiO2)/CdS yang berbeda terhadap waktu dengan konsentrasi awal 15 ppm. Dari hasil yang ditunjukkan pada Gambar 4.32, penurunan konsentrasi larutan pewarna terbesar terhadap bertambahnya waktu terjadi pada massa fotokatalis (Pt-TiO2)/CdS sebesar 2 g/L. 33 Kurva % degradasi larutan pewarna Base Red 218 pada variasi massa (Pt-TiO2)/CdS yang berbeda terhadap waktu dengan konsentrasi awal 15 ppm.
Proses degradasi juga terlihat dari perubahan warna larutan yaitu warna larutan pewarna Base Red 218 yang dimulai dari merah menjadi tidak berwarna. Dan jika menggunakan fotokatalis (Pt-TiO2)/CdS bermassa 3 g/L, diperoleh hasil bahwa pada menit ke 180 zat warna hanya terdegradasi sebesar 90,80%, namun masih dapat terdegradasi hingga 100% pada menit ke 240. 37 Kurva % degradasi larutan pewarna Base Red 218 pada variasi massa (Pt-TiO2)/CdS yang berbeda terhadap waktu dengan konsentrasi awal 30 ppm.
Hal ini menunjukkan bahwa dengan bertambahnya massa fotokatalis, belum tentu persentase degradasinya akan meningkat atau akan lebih baik jika konsentrasi zat warnanya diturunkan karena jika fotokatalis yang digunakan terlalu banyak maka akan membuat larutan semakin keruh seperti pada Gambar 4.38 sehingga sebagai larutan menjadi semakin keruh, penyinaran sinar merkuri untuk proses fotokatalisis akan berkurang dan mengakibatkan hasil degradasi zat warna menjadi tidak optimal.
Pengaruh Sumber Cahaya terhadap Degradasi Larutan Zat Warna Base
Dimana setelah waktu 120 menit konsentrasi larutan zat warna Base Red 218 mengalami penurunan sebesar 1,32 ppm dengan laju degradasi sebesar 91,6%, sedangkan pada waktu yang bersamaan dengan penyinaran matahari yaitu 120 menit konsentrasi larutan zat warna Base Red 218 mengalami penurunan sebesar 7,07 ppm dengan persentase degradasi 54,78%. 39 Kurva penurunan konsentrasi larutan pewarna Base Red 218 pada sumber cahaya yang berbeda terhadap waktu dengan konsentrasi awal dan massa 15 ppm. 40 Kurva degradasi larutan pewarna Base Red 218 pada sumber cahaya berbeda terhadap waktu dengan konsentrasi awal 15 ppm dan massa fotokatalis (Pt-.TiO2)/CdS 1 g/L.
Terlihat pada Gambar 4.39 dan Gambar 4.40, penyinaran menggunakan lampu merkuri memberikan aktivitas fotokatalitik yang lebih besar dibandingkan penyinaran sinar matahari (Wardhani et al., 2016). Perbedaan jumlah penguraian yang terjadi juga dipengaruhi oleh tidak stabilnya intensitas sinar matahari, sehingga jumlah radikal hidroksil (•OH) yang dihasilkan tidak sama jika bekerja dengan lampu merkuri. Perbedaan intensitas sinar matahari yang sampai ke permukaan bumi juga dipengaruhi oleh musim dan keberadaan awan (Lestari dkk, 2015).
Artinya penggunaan lampu merkuri lebih baik dibandingkan dengan penggunaan sinar matahari, walaupun dengan sinar matahari terjadi penurunan konsentrasi namun penurunannya tidak sebesar dengan penggunaan sumber cahaya lampu merkuri.
Pengaruh Jenis Fotokatalis terhadap Degradasi Larutan Zat Warna Base
41 Kurva penurunan konsentrasi larutan zat warna Base Red 218 pada berbagai jenis fotokatalis terhadap waktu dengan konsentrasi awal 15 ppm dan massa. 42 Kurva degradasi larutan zat warna Base Red 218 pada berbagai jenis fotokatalis terhadap waktu dengan konsentrasi awal 15 ppm dan massa fotokatalis 1. Berdasarkan Gambar 4.41, fotokatalis (Pt-TiO2)/CdS dapat menentukan konsentrasi Basa Pewarna merah 218 mereduksi larutan menjadi 0 ppm dengan laju degradasi 100%, ditunjukkan pada Gambar 4.42, setelah menit ke-120.
Berbeda dengan fotokatalis Pt-TiO2 dan TiO2-CdS, masing-masing fotokatalis ini hanya mampu menurunkan konsentrasi larutan pewarna Base Red 218 secara simultan sebesar 1,41 ppm dan 1,17 ppm dengan persentase degradasi masing-masing sebesar 90,68% dan 92,27%. Sedangkan pada menit ke 180, fotokatalis TiO2-CdS mampu menurunkan konsentrasi larutan pewarna basa. Merah 218 hingga 0 ppm dengan persentase degradasi 100% namun tidak dengan fotokatalis Pt-TiO2 yang hanya mampu menurunkan konsentrasi larutan pewarna Base Red 218 sebesar 0,65 ppm dengan persentase degradasi 95,07%.
Dari data di atas dapat disimpulkan bahwa fotokatalis TiO2 yang dimodifikasi dengan Pt dan CdS mempunyai kemampuan yang lebih baik dalam mendegradasi larutan pewarna Base Red 218 karena CdS yang dirangkai pada TiO2 mempunyai nilai band gap yang rendah (2,4 e.V ). dapat mengurangi nilai celah pita TiO2 serta CdS dapat memanfaatkan cahaya tampak dan elektron tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi pada CdS efektif berpindah ke pita konduksi pada TiO2, hal ini dikarenakan CdS memiliki pita konduksi positif yang lebih sedikit dibandingkan terhadap TiO2 (Janbandhu dkk, 2019).
Analisa COD
Elektron pada pita konduksi TiO2 dapat ditransfer ke permukaan logam Pt sehingga kejadian rekombinasi dapat dikurangi secara efektif. Selain itu, elektron pada permukaan Pt dapat bereaksi dengan oksigen terlarut yang diserap pada permukaan Pt-TiO2 membentuk anion oksida (•O2-), yang dapat bereaksi dengan senyawa organik dan menyebabkan senyawa organik tersebut berubah menjadi karbon dioksida dan air melalui fotodekomposisi. (Gao). dkk., 2015). Hasil diatas menunjukkan adanya penurunan nilai COD dimana kadar COD yang dicapai setelah 0 menit adalah 95 ppm.
Nilai COD pada menit 0 dan menit 120 masih dibawah standar nilai COD limbah tekstil. Dengan sampel yang digunakan dengan konsentrasi 15 ppm menunjukkan nilai COD masih dibawah baku mutu limbah tekstil, jika konsentrasi sampel lebih besar dari 15 ppm maka ada kemungkinan nilai COD diatas baku mutu limbah tekstil.
Optimasi konsentrasi Base Red 218 dilakukan pada konsentrasi 15; 30; dan 55 ppm dengan 1 gram fotokatalis (Pt-TiO2)/CdS dalam 1 liter, yang dibuat rangkap dengan masing-masing volume dan massa. Berikut tabel hasil pengujian optimasi komposisi (Pt-TiO2)/CdS2. g/L untuk larutan Base Red 218 pada konsentrasi 30 ppm.
