Upload
bimo-haryowiarto
View
243
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
1/42
i
SEMINAR
PENGOLAHAN FENOL DALAM LIMBAH CAIR MENGGUNAKAN
METODE CONTACT DISCHARGE ELECTROLYSIS (CGDE)
Disusun Oleh:
RATIH TIEN SERATRI
0906635715
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA
DEPOK 2012
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
2/42
ii
LEMBAR PENGESAHAN
Makalah Seminar dengan Judul:
DEGRADASI FENOL DALAM LIMBAH CAIR MENGGUNAKAN
METODE CONTACT GLOW DISCHARGE ELECTROLYSIS (CGDE)
OLEH
RATIH TIEN SERATRI
0906635715
dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik di
Departemen Teknik Kimia FTUI dan telah disetujui untuk diajukan dalam sidang
seminar.
Depok, 19 Juni 2012
Menyetujui,
Dr. Ir. Nelson Saksono, M.T
NIP. 196711081994031002
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
3/42
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dankarunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah seminar yang
berjudul Degradasi Fenol dalam Limbah Cair Menggunakan Metode
Contact Glow Discharge Electrolysis(CGDE)
Makalah seminar ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan
akademis mata kuliah seminar dalam meraih gelar Sarjana Teknik di Departemen
Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Selain itu makalah seminar
ini juga merupakan proposal penelitian yang diajukan untuk penelitian pada
semester terakhir untuk mata kuliah skripsi.
Banyak pihak yang telah membantu dalam penyusunan makalah seminar
ini. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih
kepada:
1. Prof. Dr. Ir. Widodo Wahyu Purwanto, DEA., selaku Ketua DepartemenTeknik Kimia Universitas Indonesia sekaligus sebagai Pembimbing
Akademis.
2. Dr. Ir. Nelson Saksono, M.T selaku pembimbing yang telah bersediamembimbing dan memberi arahan dalam menyelesaikan makalah ini.
3. Prof. Dr. Ir. Mohammad Nasikin, M.Eng., selaku dosen mata kuliahMetode Penelitian, yang telah memberikan wawasan tentang penulisan
karya tulis yang baik.
4. Kedua orang tua, Nana, dan Awang yang selalu memberikan bantuan baikmoral maupun material.
5. Yuni Elfany, sebagai partner kerja sekaligus teman berbagi yang telahbanyak memberikan banyak bantuan dan semangat dalam penyelesaian
makalah seminar ini.
6. Teman-teman satu research group, Bimo, Faishol, dan Anka yang selalumengingatkan agar makalah ini dapat diselesaikan tepat waktu .
7. Kak Krisna dan Kak Bagus yang telah banyak membantu ketika penulismengalami kesulitan.
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
4/42
iv
8. Egi, Titin, dan Dela yang setia menemani dan selalu memotivasi ketikapenulis mulai kehilangan semangat.
9. Sahabat-sahabat dari kecil, Yayun, Desti, Ulfa yang selalu ada ketikapenulis membutuhkan tempat untuk berkeluh kesah.
10. Teman-teman bermain, Ical, Ryo, Arief, Eka, Nida, Novita, Silvia, Omi,Mira, Risfi, dan Dio yang banyak memberikan hiburan ketika penulis
sedang jenuh.
11. Serta kepada semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu.Penulis menyadari, masih banyak kekurangan dari makalah seminar ini.
Oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun penulis terima dengan senang
hati demi perbaikan makalah ini. Akhir kata, semoga makalah ini dapat dijadikan
sebagai salah satu referensi ilmiah yang memberikan manfaat bagi banyak pihak,
sekaligus bukan merupakan karya terakhir penulis.
Depok, 19 Juni 2012
Penulis
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
5/42
v
ABSTRAK
Nama : Ratih Tien Seratri
Program Studi : Teknik KimiaJudul : Degradasi Fenol dalam Limbah Cair Menggunakan
Metode Contact Glow Discharge Electrolysis (CGDE)Pembimbing : Dr. Ir. Nelson Saksono, M.T.
Berkembangnya sektor industri di Indonesia menyebabkan produksi limbah yang
dihasilkan juga meningkat. Limbah tersebut tak jarang mengandung zat-zat
berbahaya yang mengancam kesehatan manusia, salah satunya adalah fenol. Oleh
karena itu dibutuhkan teknologi yang mampu mendegradasi fenol dengan
konversi yang tinggi. Contact Glow Discharge Electrolysis (CGDE) merupakan
salah satu metode yang telah terbukti mampu mendegradasi berbagai macam
limbah baik organik maupun anorganik melalui pembentukan radikal OH, yang
diperoleh dari dekomposisi molekul-molekul H2O akibat serangan
elektromagnetik. Pada penelitian ini akan dilakukan degradasi limbah fenol
sintetik dengan beberapa variasi variabel yang berpengaruh seperti tegangan,
panjang anoda, konsentrasi larutan elektrolit, serta keberadaan katalis. Dengan
mengetahui pengaruh variabel-variabelnya, dapat diperoleh kondisi optimum
dalam mendegradasi fenol sehingga ke depannya diharapkan dapat diperoleh
suatu alat prototype yang mampu menghasilkan fenol dengan konversi yang
tinggi.
Kata kunci : fenol, limbah, CGDE, radikal OH.
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
6/42
vi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................... ii
KATA PENGANTAR ........................................................................................... iii
ABSTRAK .............................................................................................................. v
DAFTAR ISI .......................................................................................................... vi
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... viii
DAFTAR TABEL .................................................................................................. ix
BAB IPENDAHULUAN...................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2 Perumusan Masalah .................................................................................. 2
1.3 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3
1.4 Batasan Masalah ....................................................................................... 3
1.5 Sistematika Penulisan ............................................................................... 4
BAB IITINJAUAN PUSTAKA........................................................................... 5
2.1 Fenol ......................................................................................................... 5
2.2 Pengolahan Limbah Fenol ........................................................................ 7
2.2.1. Ozonasi .............................................................................................. 7
2.2.2. Biodegradasi ...................................................................................... 8
2.2.3. Fotokatalis ......................................................................................... 9
2.3 Contact Glow Discharge Electrolysis (CGDE) ...................................... 10
2.4 Mekanisme reaksi radikal OH ................................................................ 11
2.5 Reaksi Fenol dengan OH radikal ............................................................ 13
2.6 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kinerja CGDE ............................... 14
2.6.1 Efek Tegangan ................................................................................ 14
2.6.2 PH awal larutan ............................................................................... 16
2.6.3 Temperatur Operasi ......................................................................... 17
2.6.4 Efek Katalis ..................................................................................... 18
2.6.5 Larutan Elektrolit ............................................................................ 20
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
7/42
vii
BAB IIIMETODE PENELITIAN .................................................................... 21
3.1 Tahapan Penelitian ................................................................................. 21
3.2 Persiapan Alat ......................................................................................... 22
3.3 Preparasi Bahan ...................................................................................... 24
3.4 Profil Arus terhadap Tegangan pada Larutan Elektrolit......................... 24
3.5 Penentuan Variabel Proses ..................................................................... 25
3.6 Prosedur Penelitian ................................................................................. 25
3.6.1 Pengaruh tegangan terhadap degradasi limbah fenol ..................... 25
3.6.2 Pengaruh konsentrasi terhadap degradasi limbah fenol ................. 26
3.6.3 Pengaruh konsentrasi awal limbah fenol terhadap degradasi fenol. 26
3.6.4 Pengaruh kedalaman anoda terhadap degradasi fenol. ................... 27
3.6.5 Pengaruh penambahan katalis terhadap degradasi limbah fenol..... 27
3.6.6 Perhitungan konsentrasi H2O2 sebagai indikator radikal OH ......... 28
3.7 Analisis Produk ...................................................................................... 28
3.7.1 Fenol yang Terdegradasi ................................................................. 28
3.7.2 Produktivitas Radikal OH ............................................................... 30
3.7.3 Perhitungan Persen Degradasi Fenol dan Konsumsi Energi ........... 31
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 32
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
8/42
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Struktur Molekul Fenol ...................................................................... 5
Gambar 2.2. Pengaruh pH awal terhadap penyisihan fenol dengan metode ozonasi
............................................................................................................ 8
Gambar 2.3. Kurva hubungan arus dan tegangan selama proses CGDE .............. 11
Gambar 2.4.Kurva hubungan antara arus listrik dan tegangan pada degradasi
Naphtylamine ................................................................................... 14
Gambar 2.5. Kurva efek tegangan terhadap pembentukan radikal OH pada grafik
waktu terhadap konsentrasi radikal OH ......................................... 15
Gambar 2.6. Kurva pengaruh pH awal pada laju degradasi eosin ........................ 16
Gambar 2.7. Kurva hubungan pH terhadap waktu CGDE alizarin red S............. 17
Gambar 2.8.Kurva perbandingan selektivitas OH radikal pada temperatur yang
berbeda ............................................................................................. 18
Gambar 3.1.Diagram Alir Penelitian.......21
Gambar 3.2. Konfigurasi alat CGDE untuk pengolahan limbah fenol ................. 22
Gambar 3.3. Reaktor CGDE ................................................................................. 23
http://d/sem%2021%20june%202012%20(Repaired).docx%23_Toc328011823http://d/sem%2021%20june%202012%20(Repaired).docx%23_Toc328011823http://d/sem%2021%20june%202012%20(Repaired).docx%23_Toc328011823http://d/sem%2021%20june%202012%20(Repaired).docx%23_Toc328011823http://d/sem%2021%20june%202012%20(Repaired).docx%23_Toc328011823http://d/sem%2021%20june%202012%20(Repaired).docx%23_Toc3280118237/31/2019 Seminar Fix Ratih
9/42
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Sifat fisika dan kimia fenol .................................................................... 5
Tabel 2.2.Konsentrasi H2O2 sebagai indikator adanya OH radikal pada berbagai
metode pengolahan limbah ................................................................... 13
Tabel 2.3. Pengaruh PH terhadap Degradasi LimbahAlizarin Red S................... 16
Tabel 2.4.Variasi katalis ion logam dan laju penghilangan warna pada dyes RB
dan FG ................................................................................................. 19
Tabel 2.5. Pengaruh komposisi elektrolit pada CGDE ......................................... 20
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
10/42
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar BelakangPerkembangan industri di Indonesia selain membawa dampak positif juga
memberikan dampak negatif terhadap lingkungan seperti pencemaran limbah
industri yang kerap kali mengandung polutan anorganik dan polutan organik.
Salah satu polutan berbahaya yang sekarang ini menjadi perhatian masyarakat
adalah fenol. Fenol dapat berasal dari industri migas, polimer, plastik, kertas,
organik pestisida, pulp, dan industri kimia lainnya. Fenol (C6H5OH) merupakan
senyawa organik yang memiliki tingkat toksisitas yang tinggi terhadap semua
organisme, dapat menyebabkan kerusakan hati, ginjal, melemahkan detak jantung,
menurunkan tekanan darah, menyebabkan korosi pada kulit manusia bahkan
dapat memicu kanker (karsinogen) yang berujung pada kematian. Bila mencemari
perairan, fenol membuat rasa dan bau tidak sedap, bahkan pada nilai dan
konsentrasi tertentu dapat menyebabkan kematian pada organisme di dalamnya.
Dalam peraturan KEP-51/MENLH/10/1995 tentang Baku Mutu Limbah
Cair bagi Kegiatan Industri (BMLC), fenol dinyatakan aman pada konsentrasi 0,5-1 mg/L untuk ekosistem akuatik. Namun, hasil penelitian yang dilakukan oleh
Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Minyak dan Gas Bumi
(LEMIGAS) terhadap kandungan fenol di dalam air terproduksi dari beberapa
kegiatan produksi migas di Indonesia menunjukkan bahwa kandungan fenol
berkisar 20.50 mg/l. Mengingat besarnya bahaya yang ditimbulkan, maka
diperlukan penanganan untuk mengurangi jumlahnya bahkan menghilangkannya.
Hingga saat ini telah dikembangkan beberapa teknologi konvensional
seperti bio-digestion, oksidasi Fenton, dan UV/H2O2 yang mampu mengurangi
kadar fenol namun dengan efisiensi yang masih kecil dan memerlukan biaya yang
besar (Liu, 2009). CGDE merupakan proses elektrokimia non-Faradaic yang
dialiri arus searah (DC) yang cukup tinggi diantara larutan elektrolit dan dua
anoda yang mampu membangkitkan plasma pada larutan. Plasma sendiri
merupakan gas yang terionisasi akibat serangan elektromagnetik dan
menghasilkan senyawa-senyawa reaktif seperti radikal OH, radikal H, dan aqueos
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
11/42
2
elektron (H2O+). Radikal OH ini merupakan oksidator yang paling kuat dan
mampu mendegradasi berbagai limbah organik yang kompleks seperti dyes,
alizarin red S, p-nitrotoluene dan aniline (Gao et al., 2002). Namun demikian,
keberadaan radikal OH dalam reaktor sulit diukur karena waktu tinggal OH
sangat singkat. Hal ini dikarenakan OH mudah bereaksi dengan sesamanya
membentuk hidrogen peroksida (H2O2). Hidrogen peroksida ini lah yang menjadi
indikator keberadaan OH dalam reaktor.
Pada proses CGDE, produktivitas dan reaktivitas radikal OH dalam
mendegradasi limbah dipengaruhi oleh beberapa variabel seperti suasana larutan
(asam/basa), jarak anoda, konsentrasi dan konduktivitas larutan elektrolit,
tegangan, pengaruh penambahan katalis serta konsentrasi awal limbah. Pada
kondisi asam, potensi oksidasi radikal OH sebesar 2,70 V, sedangkan pada
kondisi basa sebesar 2,34 V (Gao, 2005). Potensial oksidasi yang lebih tinggi
berarti reaktivitas OH untuk mendegradasi fenol lebih tinggi pada kondisi asam.
Namun, pada kondisi basa kemungkinan OH yang diproduksi lebih banyak
karena dengan adanya serangan elektron berenergi tinggi, molekul-molekul OH-
akan terdisosiasi menjadi OH. Selain itu, produktivitas dari OH dapat
ditingkatkan dengan penambahan katalis FeSO4, karena ion Fe2+
mampu
mendekomposisi H2O2 menjadi OH radikal (Gao et al., 2008).
Pengolahan limbah fenol menggunakan metode CGDE diharapkan dapat
mendegradasi fenol dengan konversi yang tinggi sehingga dapat memenuhi
standar mutu yang ditetapkan. Konversi yang tinggi ini dapat diperoleh dengan
mengetahui kondisi operasi yang optimum pada proses CGDE. Oleh karena itu
perlu adanya penelitan lebih lanjut untuk mengetahui pengaruh variabel-variabel
operasi terhadap degradasi fenol dan energi yang dikonsumsi selama prosesdegradasi berlangsung. Namun pada penelitian kali ini penulis akan memfokuskan
pada proses yang berlangsung pada suasana asam.
1.2 Perumusan MasalahBerdasarkan latar belakang di atas, rumusan masalah dalam penelitian ini
adalah sebagai berikut:
Seberapa besar rentang tegangan yang dibutuhkan dimana plasma mulaiterbentuk pada larutan?
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
12/42
3
Bagaimana pengaruh variabel proses terhadap produksi radikal OH dandegradasi fenol?
Seberapa besar energi yang dibutuhkan untuk mendegradasi fenol?1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mendegradasi limbah fenol agar mencapai
baku mutu yang telah ditetapkan dan mempelajari pengaruh variabel-variabel
terhadap degradasi fenol dengan metode CGDE. Tujuan tersebut dapat dicapai
melalui tujuan-tujuan khusus, yaitu:
1. Mendapatkan rentang tegangan pada saat plasma mulai terbentuk padalarutan.
2. Mengetahui besar fenol yang mampu terdegradasi menggunakan reaktorCGDE dengan beberapa variabel yang divariasikan, yakni tegangan,
konsentrasi larutan elektrolit, konsentrasi awal limbah fenol, kedalaman
anoda, dan keberadaan katalis.
3. Mengetahui produktivitas pembentukan radikal OH selama proses CGDEberlangsung.
4. Mengetahui besarnya konsumsi energi selama proses CGDEberlangsung.
1.4 Batasan MasalahPenelitian ini dibatasi dengan:
1. Limbah fenol yang digunakan merupakan limbah sintesis yang dibuatdari larutan induk fenol berkadar 1000mg/L yang diencerkan dengan
aquadest.
2. Suasana larutan asam dan menggunakan larutan elektrolit Na2SO4 danH2SO4
3. Katalis yang digunakan adalah FeSO44. Pengujian kadar fenol dengan menggunakan spektrofotometer secara
aminoantipirin, sedangkan pengujian keberadaan H2O2 sebagai indikator
adanya OH radikal menggunakan spektrofotometer dengan larutan KI.
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
13/42
4
1.5 Sistematika PenulisanSistematika penulisan dari seminar ini adalah sebagai berikut:
BAB I : PENDAHULUAN
Berisi pendahuluan yang terdiri dari latar belakang, perumusan
masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, dan sistematika
penulisan.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Berisi tinjauan yang membahas tentang sifat dan bahaya fenol,
metode yang telah dikembangkan untuk pengolahan limbah
fenol, metode Contact Glow Discharge Electrolysis (CGDE)
dan mekanisme kerjanya dalam mendegradasi limbah.
BAB III : METODE PENELITIAN
Berisi diagram alir penelitian, variabel penelitian, alat dan
bahan, serta prosedur penelitian.
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
14/42
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini membahas tentang karakteristik fenol dan bahayanya, metode
degradasi limbah fenol yang telah dikembangkan, metode Contact Glow
Discharge Electrolysis (CGDE), mekanisme reaksi fenol dengan OH radikal, serta
pengaruh variabel-variabel terhadap degradasi fenol.
2.1 FenolSalah satu limbah buangan industri yang berbahaya bagi lingkungan dan
organisme di sekitarnya adalah fenol. Fenol atau asam karbolat (C6H5OH)
merupakan senyawa organik berbentuk kristal putih yang memiliki bau yang khas.
Fenol mudah larut pada kebanyakan pelarut organik seperti hidrokarbon aromatik,
alkohol, keton, eter, acid, dan hidrokarbon halogenasi, namun sukar larut pada
pelarut alifatik. Pada suhu kamar, fenol memiliki kelarutan terbatas dalam air,
yakni sebesar 8,3 gram/100 mL, namun pada suhu lebih dari 68oC fenol akan
melarut dengan sempurna pada air (Matthews and Mc.Evoy, 1992). Fenol
memiliki sifat yang cenderung asam, artinya dapat melepaskan ion H+
dari gugus
hidroksilnya. Pengeluaran ion tersebut menjadikan anion fenoksida C6H5O-
yang
mudah larut dalam air.
Gambar 2. 1 Struktur Molekul Fenol
Fenol memiliki beberapa sifat fisika dan kimia, adapun kedua sifat ini
dapat dilihat pada tabel 2.1 di bawah ini:
Tabel 2.1. Sifat fisika dan kimia fenol (Chemtrec, 2011)
Sifat Nilai
Berat molekul, gr/mol 94,44
Rumus molekul C6H5OH
Titik lebur,o
C 40,91
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
15/42
6
(lanjutan Tabel 2.1. Sifat fisika dan kimia fenol)
Sifat Nilai
Titik didih,oC 181,84
Densitas, g/cm
Vapour density3,24
D 41 (cair) 1,0413
Vapour pressure 35 mm hg @25 c
Evaporation rate
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
16/42
7
Menyebabkan iritasi pada kulit namun mempunyai efek bius (anestetik lokal)sehingga tidak terasa sakit pada saat bersentuhan dengan kulit. Area kontak
menjadi putih dan dapat menjadi luka bakar.
Menyebabkan penyakit akut yang ditandai dengan kulit terkelupas, gangguanpada kornea mata, gangguan sistem pencernaan, rasa mual, gangguan
pernapasan, kerusakan ginjal dan liver.
Menyebabkan penyakit kronis yang ditandai dengan sakit kepala, nafsu makanberkurang, insomnia, dan penurunan berat badan.
Iritasi pada mata, hidung, dan tenggorokan.
2.2
Pengolahan Limbah FenolMetode-metode yang selama ini telah dikembangkan untuk mendegradasi
fenol antara lain :
2.2.1. OzonasiOzonasi merupakan suatu metode penyisihan fenol dengan teknik oksidasi
kimiawi yang menggunakan ozon sebagai oksidator. Ozon ini merupakan
oksidator yang kuat setelah radikal OH, yang dapat dimanfaatkan untuk
mendegradasi limbah-limbah anorganik (logam berat yang terlarut dalam air)
maupun limbah organik. Pada proses ozonasi, ada beberapa variabel yang
mempengaruhi hasil degradasi limbah fenol, diantaranya adalah laju sirkulasi
limbah, pH awal, konsentrasi awal, volume awal, dan penambahan UV-C dan
TiO2. Tidak seperti oksidator pada umumnya, ozon dapat bereaksi dengan 2 cara,
yakni dengan reaksi langsung (direct selective reaction) yang terjadi pada
suasana asam dan reaksi tidak langsung dengan pembentukan OH dari
dekomposisi ozon yang berlangsung pada kondisi basa (Bismo et al., 2008).
Pengaruh pH sangat signifikan pada proses degradasi fenol dalam limbah
menggunakan teknik ozonasi. Pada suasana basa degradasi fenol akan semakin
besar karena terjadi reaksi tidak langsung dimana ozon akan membentuk OH
terlebih dahulu. Radikal OH ini akan bereaksi dengan ozon untuk mendegradasi
fenol dengan kemampuan degradasi lebih besar dibandingkan jika ozon bekerja
sendiri. Perkiraan mekanisme reaksi pada kondisi basa ditunjukkan pada
persamaan (2.1), (2.2), (2.3), dan (2.4).
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
17/42
8
O3 + OH-
HO2 (2.1)
O3 + HO2 2O2 + OH (2.2)
HO2*
O2 + H2O (2.3)
H2O2 + O2 OH-+OH + O2 (2.4)
Sedangkan pada pH asam, ozon akan bereaksi secara non-selektif dengan
senyawa organik, yang ditunjukkan pada persamaan (2.5)
O3 + R ROx (2.5)
Dimana R merupakan senyawa organik dan ROx merupakan produk hasil
dari senyawa organik yang terjadi.
Gambar 2.2 di bawah ini merupakan hasil penelitian yang telah dilakukan
oleh Bismo (2008) untuk penyisihan fenol pada berbagai macam pH:
Gambar 2.2. Pengaruh pH awal terhadap penyisihan fenol dengan metode ozonasi
(Bismo et al., 2008)
2.2.2. BiodegradasiProses degradasi fenol dengan metode biodegradasi dilakukan dengan
memanfaatkan kemampuan organisme melalui destabilisasi cincin aromatik fenol.
Senyawa fenol mengalami oksidasi dengan bantuan enzim dioksigenase-cincin
(ring-dioxigenase). Kemapuan degradasi oleh mikroba terhadap senyawa fenol
dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti jenis mikroba, proses aklimatisasi,
senyawa toksik, dan toleransi mikroba terhadap senyawa toksik. Beberapa
mikroba tercatat mampu mendegradasi fenol dengan baik, biasanya mikroba
mereka hidup di lingkungan yang ekstrim. Karena kemampuannya hidup di
lingkungan dengan kandungan pencemar yang tinggi, mikroba tersebut dipastikan
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
18/42
9
memiliki suatu mekanisme untuk menetralkan toksisitas atau mempunyai enzim
yang tidak terdenaturasi oleh suasana fenol yang tinggi (Nursaadah et al., 2000).
Ganggang eukaryot, Ochromonas danica, mampu tumbuh pada fenol sebagai
satu-satunya sumber karbon. Ganggang ini mengoksidasi fenol dan
memineralisasi fenol menjadi katekol melalui pembelahan meta. Contoh
mikroorganisme yang telah terbukti mampu medegradasi beberapa senyawa
aromatik seperti fenol, benzoat, benzene dan turunannya diantaranya adalah
Pseudomonas sp. strain JS150 (Haigler et al., 1992) dan Rhodococcus opacus
(Zaitsev et al., 1995).
2.2.3. FotokatalisFotokatalis adalah proses transformasi kimia yang dibantu oleh adanya
cahaya sebagai pemicu dan material katalis sebagai zat yang mempemercepat
terjadinya transformasi kimia. Menurut IUPAC, fotokatalis adalah suatu reaksi
katalitik yang melibatkan absorbsi cahaya oleh katalis atau substrat tertentu.
Melalui metode katalitis, polutan organik diuraikan menjadi CO2 dan H2O
menggunakan katalis dan cahaya. Katalis yang digunakan merupakan
semikonduktor dan memiliki energi tertentu yang dapat menyerap cahaya dengan
panjang gelombang tertentu pula, sehingga menghasilkan pasangan elektron
(kutub negatif) dan hole (kutub positif) saat disinari cahaya.
Dalam penelitian fotokatalitis, katalis yang sering digunakan adalah TiO2.
Ketika diberikan cahaya, maka elektron pada katalis TiO2 akan tereksitasi
menghasilkan elektron (e-) dan hole (h
+). Kemudian (h
+) akan mengoksidasi air
menjadi radikal OH. Sementara itu, oksigen terlarut didalam air dapat menangkap
elektron (e-) dan menghasilkan O2
-yang akan bereaksi dengan fenol atau fenol
intermediet, dengan reaksi pada persamaan (2.6), (2.7), dan (2.8) (Carmei et al.,
2003):
TiO2 + hv e-+ h
+(2.6)
e-+ O2 O2
-(2.7)
h+
+ OH-OH (2.8)
Kemudian radikal OH akan mengoksidasi zat organik menjadi CO2 dan
H2O. Slamet dkk (2005) melakukan penelitian terhadap degradasi fenol dengan
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
19/42
10
menggunakan katalis TiO2 dengan konversi sebesar 97,16% dengan waktu reaksi
selama 5jam dan konsentrasi awal limbah fenol sebesar 40 mg/L.
2.3
Contact Glow Discharge Electrolysis (CGDE)Contact Glow Discharge Electrolysis (CGDE) merupakan proses
elektrokimia non-Faradaic yang dialiri tegangan searah (DC) yang cukup tinggi
antara dua elektroda dan permukaan elektrolit yang melingkupinya sehingga
menghasilkan plasma pada larutan (Sengupta and Singh, 1991). Plasma sendiri
adalah gas yang terionisasi dalam suatu larutan akibat serangan elektromagnetik
(Ceccato, 2009). Plasma terbentuk akibat adanya perbedaan muatan listrik yang
sangat tinggi antara kedua elektroda, mengalir melalui gas dan menghamburkan
energi yang dimiliki oleh gas tersebut sehingga membuat gas menjadi cukup
panas. Hal ini akan membuat partikel dalam gas bertumbukan dengan partikel di
sekitarnya serta mempengaruhi medan magnet di sekitarnya.
Elektrolisis Faraday akan berkembang menjadi CGDE jika dilakukan pada
tegangan yang tinggi pada media cair. CGDE mampu memproduksi beberapa
spesies reaktif dalam jumlah banyak seperti OH radikal, H radikal, dan H2O2 yang
bisa digunakan untuk mendegradasi limbah organik pada perairan (Gao et al.,
2008). Radikal OH sebagai oksidator yang paling kuat telah terbukti mampu
mendegradasi berbagai limbah organik yang kompleks seperti dyes, phenol, p-
nitrotoluene dan aniline(Gao et al., 2002).
Pada CGDE, larutan yang dihasilkan di katoda berasal dari zona reaksi
utama yang terdiri dari plasma di sekitar anoda dan fasa liquid dekat dengan
permukaan anolite. Di zona reaksi dengan plasma di sekitar anoda, molekul uap
air terionisasi, teraktivasi, dan menyerang satu sama lain untuk memtuskan ikatan
molekulnya yang kemudian menghasilkan radikal OH dan beberapa atom
hidrogen. Sedangkan pada zona fasa liquid yang dekat dengan permukaan anolite,
sebagian molekul H2O terurai menjadi H2, O2, dan H2O2 akibat serangan dari
H2O+
( gas ) dari plasma anoda. Spesi-spesi reaktif OH, H, dan H2O+
berdifusi
melintasi lapisan plasma menuju aliran elektrolit kemudian bereaksi satu sama
lain maupun bereaksi dengan substrat aktif pada larutan (Gao et al., 2002).
Hubungan antara arus dengan tegangan yang diberikan selama proses
CGDE berlangsung ditunjukan pada gambar 2.3.
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
20/42
11
Gambar 2. 3. Kurva hubungan arus dan tegangan selama proses CGDE (Sengupta et al., 1991)
Pada zona A-B, proses yang terjadi merupakan proses elektrolisis Faraday
dan belum terbentuk plasma pada larutan. Pada zona ini, arus yang dihasilkan
sebanding dengan tegangan yang diberikan, semakin besar tegangan, semakin
besar pula arus yang dihasilkan. Ketika tegangan dinaikkan, larutan akan
mengalami transisi dari proses elektrolisis Faraday menjadi CGDE (B-C). Titik B
merupakan breakdown dari proses elektrolisis Faraday menjadi CGDE. Tegangan
yang dibutuhkan pada saat breakdown (Vb) merupakan tegangan kritis yang
dibutuhkan untuk untuk membangkitkan plasma pada larutan. Seiring dengan
kenaikan tegangan, lama kelamaan mulai terbentuk sebagian CGDE (C-D) dan
akhirnya semua proses yang terjadi dalam sistem berubah menjadi CGDE (D-E).
Mid-point voltage (Vd) pada titik D merupakan tegangan yang menghasilkan arus
minimum untuk proses CGDE.
2.4 Mekanisme reaksi radikal OHSelama proses CGDE berlangsung, banyak spesies reaktif yang dihasilkan
seperti H2O2, OH, H, e-aq, H2O
+. Akibat adanya perbedaan elektromagnetik yang
tinggi antara kedua elektroda, elektron mengalir melalui gas H2O dan
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
21/42
12
menghamburkan energi pada gas tersebut sehingga gas tersebut menjadi panas.
Partikel gas tersebut kemudian bertumbukan dengan partikel di sekitarnya dan
terdisosiasi menjadi zat-zat reaktif. Mekanisme sederhana dari proses tersebut
ditunjukkan pada pada persamaan berikut: (Gao et al., 2008).
H2O gas H2O+gas + e-aq (2. 9)
H2O gasOH + H (2.10)
H2O+gas + H2OOH +H3O
+(2.11)
Radikal OH dari proses tersebut yang akan bereaksi menguraikan
molekul-molekul polutan organik. Karena keraktifannya yang sangat tinggi,
senyawa OH akan mudah bereaksi baik dengan senyawa lain maupun dengan
sesamanya membentuk H2O2. Hal ini berdampak pada waktu tinggal radikal OH
dalam reaktor yang sangat singkat, sehingga peluang terjadinya reaksi antara
radikal OH dengan polutan sangat kecil.
OH + OH H2O2 (2.13)
OH + H2O2
HO2 + H2O (2.14)
OH + HO2 H2O + O2 (2.15)
. Keberadaan senyawa logam seperti Mn2+
, Cu2+
, Co2+
, Fe2+
, dan Fe3+
mengakibatkan H2O2 mudah terdekomposisi menjadi radikal OH. Oleh karena itu,
penambahan senyawa tersebut dapat meningkatkan konversi degradasi limbah
pada metode CGDE (Gao et al., 2003).
Radikal OH sangat mudah bereaksi menjadi bentuk lain sehingga
keberadaannya susah diukur. Oleh karena itu keberadaannya dapat diketahui
dengan mengukur konsentrasi H2O2 yang terbentuk karena H2O2 merupakan
senyawa kimia yang lebih stabil. (Jin, 2010).
Tabel 2.2 menunjukkan bahwa pembentukan H2O2 (sebagai indikator
terbentuknya radikal OH) paling tinggi diperoleh pada pengolahan menggunakan
metode CGDE untuk kasus 4-nitropenol.
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
22/42
13
Tabel 2. 2. Konsentrasi H2O2 sebagai indikator adanya OH radikal pada berbagai metode
pengolahan limbah (Saksono, 2010)
Metode
Pengolahan
Larutan
Limbah
Perolehan
Konsentrasi H2O2Sumber
Ultra soundaryl-azo-
naphthol dyes7.6 ppm (Gu Itekin, 2006)
Ozonearyl-azo-
naphthol dyes5 ppm (Gu Itekin, 2006)
CGDE Deionized water 50 ppm (Kurahashi, 1997)
CGDE 4-nitrophenol 1500 ppm (Liu, 2010)
2.5 Reaksi Fenol dengan OH radikalDalam proses CGDE, spesi aktif OH radikal yang diproduksi selama
reaksi CGDE berlangsung akan bereaksi dengan fenol, membentuk zat-zat
intermediete berupa hydroquinone, benzoquinone, pyrochatecol, dan resorcinol
dengan mekanisme yang kompleks (Sun et al., 1999). OH radikal akan bereaksi
dengan fenol membentuk radikal dihydroxycyclohexadienyl C6H5(OH)2 dengan
mekanisme seperti pada persamaan (2.16):
C6H5OH + OHC6H5(OH)2 (2.16)
Radikal dihydroxycyclohexadienyl akan terurai membentuk phenoxyl
radical (C6H5O) yang merupakan zat intermediete yang dapat terbentuk dalam
proses pembentukan radikal yang melibatkan fenol. Radikal phenoxyl bereaksi
dengan radikal OH atau oksigen untuk membentuk hydroquinone dan
pyrocatechol, atau produk lainnya dengan mekanisme pada persamaan (2.17):
OH + C6H5O C6H4(OH)2 (2.17)
Dengan adanya oksigen, dihydroxycyclohexadienyl )) akan
mudah bereaksi dengan oksigen untuk membentuk oksigen adisi radikal, dan
oksigen adisi radikal akan hancur pada proses orde pertama untuk membentuk
dihydroxybenzenes.
C6H4(OH)2 + O2C6H5(OH)2O2 C6H4(OH)2+ HO2 (2.18)
Kemudian, OH radikal kembali menyerang dihydroxybenzenes sehingga
membentuk )) yang kemudian bereaksi kembali dengan oksigen
membentuktrihydroxybenzene )).
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
23/42
14
Produk oksidasi primer yang terbentuk selanjutnya akan teroksidasi
membentuk produk sekunder seperti pyrogallol, 1,4-benzoquinone dan 1,2,4-
tryhydroxybenzene. Produk intermediete yang terbentuk ini akan dengan mudah
teroksidasi dibawah aksi radikal dan oksigen. Pembukaan cincin aromatik
mengarah pada pembentukan senyawa dengan berat molekul rendah, terutama
asam organik. Keberadaan produk intermediete dalam reaktor sangat singkat
karena mudah teroksidasi kembali oleh OH. Produk intermediete dan asam
organik yang terbentuk juga dioksidasi lanjut oleh OH, yang akhirnya
membentuk produk akhir berupa CO2 dan H2O.
2.6 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kinerja CGDELimbah organik dapat terdegradasi dengan metode CGDE karena
memanfaatkan reaktivitas radikal OH. Produktivitas dari radikal OH ini
dipengaruhi oleh beberapa faktor, sebagai berikut :
2.6.1 Efek TeganganPada penelitian degradasi limbah 1-Naphtylamine, tegangan listrik yang
digunakan adalah sebesar 600 V. Dari hasil penelitan ini, diperoleh kurva
hubungan antara tegangan dan arus listrik yang terbagi menjadi dua zona
elektrolisis yaitu zona elektrolisis konvensional faradaic dan elektrolisis normal
non-faradaic, yang dijelaskan dalam kurva tegangan dengan arus berikut ini:
Gambar 2.4. Kurva hubungan antara arus listrik dan tegangan pada degradasi Naphtylamine
(Gao, et al 2006)
Dari kurva hubungan arus listrik dan tegangan pada proses degradasi
diatas, dapat dilihat pada tegangan dibawah 200 Volt terjadi peningkatan tegangan
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
24/42
15
listrik yang sebanding dengan peningkatan arus. Pada zona ini, berlangsung
proses elektrolisis konvensional Faraday yang ditandai dengan terbentuknya
gelembung-gelembung air disekitar anoda dan katoda akibat pemanasan dan
perpindahan muatan. Ketika tegangan dinaikan diatas 200 Volt, kilatan kecil
terjadi disekitar anoda. Pada tegangan antara 200-380 Volt, pembacaan terhadap
arus listrik dan tegangan menjadi fluktuasi diikuti dengan lenyapnya kilatan
cahaya. Pada tegangan 380-520 Volt, pada larutan terbentuk pijaran cahaya
kemerah-merahan. Intensitas dari emisi cahaya meningkat seiring dengan
meningkatnya tegangan, sedangkan arus listrik yang dibutuhkan kecil, tidak
melebihi 300 mA. Arus yang dibutuhkan merupakan arus yang minimum dan
stabil diikuti dengan adanya uap yang menyelubungi katoda sehingga efektif
digunakan untuk degradasi limbah 1-Naphtylamine. Pada tegangan diatas 520
Volt, arus meningkat kembali yang berarti energi yang dikonsumsi menjadi lebih
besar dan dapat merusak katoda.
Gambar 2. 5. Kurva efek tegangan terhadap pembentukan radikal OH pada grafik waktu
terhadap konsentrasi radikal OH (Gao et al, 2008)
Pada tegangan 380-520 Volt yang menghasilkan arus minimum untuk
pembentukan plasma kemudian digunakan untuk mengetahui produktivitas
radikal OH. Dari gambar 2.5 dapat dilihat bahwa produktivitas OH radikal
meningkat dengan bertambahnya tegangan listrik. Hal ini terjadi karena dengan
adanya perbedaan tegangan yang tinggi, energi untuk mengeksitasi elektron yang
digunakan untuk menghasilkan radikal OH menjadi semakin tinggi.
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
25/42
16
2.6.2 PH awal larutanKondisi pH selama proses CGDE berlangsung memiliki peranan yang
sangat penting dalam mendegradasi limbah organik. Setiap limbah organik
memiliki kondisi optimum yang berbeda dalam proses degradasi.
Gambar 2.6. Kurva pengaruh pH awal pada laju degradasi eosin (Gao et al., 2008)
Dari gambar 2.6 diatas diperoleh suatu indikasi bahwa untuk degradasi
limbah eosin, laju degradasi akan meningkat seiring dengan meningkatnya tingkat
keasaman larutan. Kemampuan oksidasi radikal hidroksil lebih kuat pada kondisi
asam, karena potensial oksidasinya adalah 2.70 V, sedangkan pada pH 9.3
potensial oksidasinya sebesar 2.34 V. Pada pH basa, OH radikal akan terdisosiasi
menjadi kation hidrogen dan anion oksigen (Gao, 2005).
Tabel 2.3. Pengaruh PH terhadap Degradasi LimbahAlizarin Red S( Gao et al., 2008 )
Pada penelitian untuk limbah alizarin red S, kenaikan PH memberikan
keuntungan terhadap deprotonisasi alizarin red S, molekul-molekul limbah
menjadi lebih mudah dipecah ikatannya oleh spesies-spesies aktif. Dari tabel 2.3
dapat dilihat bahwa pada PH 3-12, degradasi alizarin red S akan semakin
meningkat seiring dengan meningkatnya PH. Namun pada pH diatas 12,
degradasi menurun.
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
26/42
17
Pada gambar 2.7 di bawah ini, pada proses degradasi yang berlangsung
selama 60 menit, terjadi penurunan pH pada menit ke 10-20, yang
mengindikasikan limbah terdegradasi menjadi asam organik. Kemudian pH
kembali naik setelah menit ke- 20. Kenaikan pH ini mengindikasikan bahwa
asam-asam organik yang dihasilkan teroksidasi menjadi CO2, air dan garam-
garam anorganik (Gao et al.2008).
Gambar 2. 7. Kurva hubungan pH terhadap waktu CGDE alizarin red S (Gao et al, 2008)
2.6.3 Temperatur OperasiTemperatur dari larutan meningkat dengan adanya pemanasan dari plasma
itu sendiri. Peningkatan temperatur pada CGDE yang berlangsung akan menuju
temperatur yang setimbang yaitu 75-850C. Temperatur sangat berpengaruh
terhadap selektivitas dari OH radikal, semakin tinggi temperatur maka akan
semakin kecil selektivitas dari OH radikal. Selektivitas OH radikal adalah jumlah
OH radikal dalam 100 atom Oksigen. Pada kurva dibawah dapat dilihat perolehan
selektivitas OH radikal pada temperatur yang berbeda.
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
27/42
18
Gambar 2. 8. Kurva perbandingan selektivitas OH radikal pada temperatur yang berbeda
(Joshi, 2010)
Pada temperatur tinggi, konstanta laju reaksi meningkat namun selektivitas
radikal OH menurun. Pada temperatur 40-600C selektivitas maksimum yang
dihasilkan adalah 48 OH/100 O atom. Sedangkan pada temperatur 70-800C
diperoleh selektivitas OH radikal dengan kisaran rasio 12-16 OH/100 O atom.
Pada temperatur yang tinggi, reaksi yang terjadi adalah dekomposisi hidrogen
peroksida menjadi oksigen dan air. Persamaan reaksi yang terjadi adalah sebagai
berikut (Joshi, 2010):
T = 4060oC
HOOHH + OOH H = 375 kJ/mole (2.19)
HOOH2OH H = 214 kJ/mole (2.20)
T = 7080oC
H2O2 H2O + O2 H = -98.2 kJ/mole (2.21)
2.6.4 Efek KatalisPenelitian mengenai pengaruh penambahan katalis ion logam terhadap
degradasi limbah pada metode CGDE telah dilakukan, seperti pada pengolahan
limbah dari dua jenis dyes yaitu weak acid brilliant red B (RB) dan weak acid
flavine G (FG) (Gao et al., 2003). Pada kondisi asam, dengan potensial oksidasi
radikal OH yang lebih besar, OH radikal sangat mudah bereaksi dengan
sesamanya membentuk H2O2. Hal ini akan mengganggu reaksi antara fenol
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
28/42
19
dengan OH radikal. Keberadaan senyawa logam seperti Mn2+
, Cu2+
, Co2+
, Fe2+
,
dan Fe3+
mengakibatkan H2O2 mudah terdekomposisi menjadi radikal OH. Oleh
karena itu, penambahan senyawa tersebut dapat meningkatkan konversi degradasi
limbah pada metode CGDE. Tabel 2.5 menunjukkan decoloration rate dyes
(pewarna) dari beberapa katalis garam anorganik seperti MnSO4, CuSO4, CoSO4,
Fe2(SO4)3, dan FeSO4 dengan konsentrasi limbah dan katalis yang dibuat sama,
yaitu 16 mg/L untuk RB dan 16 mg/L untuk konsentrasi FG, serta 8.76 mg/L
untuk katalis garam anorganik yang digunakan (Gao et al., 2002).
Tabel 2.4. Variasi katalis ion logam dan laju penghilangan warna pada dyes RB dan FG
(Gao et al, 2003)
MediumDecoloration rate
(%)
a) RB
Sodium sulfate+H2SO4
Sodium sulfate+Co2+
Sodium sulfate+Fe3+
Sodium sulfate+Cu2+
Sodium sulfate+Mn2+
Sodium sulfate+Fe2+
(b) FG
Sodium sulfate+H2SO4
Sodium sulfate+Co2+
Sodium sulfate+Fe3+
Sodium sulfate+Cu2+
Sodium sulfate+Mn2+
Sodium sulfate+Fe2+
87.25
93.56
94.50
89.21
92.09
94.99
87.56
93.85
90.89
88.65
88.83
95.55
Berdasarkan tabel 2.4 penambahan katalis FeSO4 memiliki laju degradasi
yang lebih tinggi dibandingkan katalis lainnya. Reaksi H2O2 dengan katalis FeSO4
ditunjukkan pada persamaan (2.22) sampai (2.26).
Fe2+
+ H2O2 Fe3+
+ OH-+ OH (2.22)
Fe3+
+ H2O2 Fe2+
+ HO2 + H+
(2.23)
OH + H2O2 H2O + HO2 (2.24)
HO2 + Fe2+
HO2-+ Fe
3+(2.25)
HO2 + Fe3+
H+
+ Fe2+
+ O2 (2.26)
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
29/42
20
2.6.5 Larutan ElektrolitElektrolit adalah suatu zat yang terlarut atau terurai kedalam bentuk ion-
ion bermuatan elektrik yang dapat berfungsi sebagai konduktor. Elektrolit
merupakan senyawa yang berikatan ion dan kovalen polar. Elektrolit kuat identik
dengan asam, basa, dan garam kuat. Larutan elektrolit memiliki peranan yang
penting dalam proses CGDE, semakin tinggi konduktivitas larutan elektrolit,
makin besar pula pijaran yang terbentuk selama proses CGDE berlangsung. Selain
itu konduktivitas juga berpengaruh terhadap produksi OH radikal yang
keberadaanya ditandai dengan adanya H2O2. Semakin besar konduktivitas,
konsentrasi H2O2 yang dihasilkan semakin banyak. Tabel 2.5 menunjukkan
besarnya konsentrasi H2O2 yang dihasilkan serta besarnya tegangan ketika arus
minimum untuk beberapa jenis larutan elektrolit pada konduktivitas yang sama.
Tabel 2. 5. Pengaruh komposisi elektrolit pada CGDE dengan konduktivitas yang sama yaitu 5
mS/cm (Jin, 2010)
Dari hasil penelitian tersebut larutan Na2SO4 menghasilkan H2O2 sebesar59.22 mg/L, relatif besar dibandingkan jenis elektrolit lainnya. Dengan
penambahan H2SO4 konsentrasi H2O2 yang dihasilkan semakin besar, yaitu 63.85
mg/L. Penambahan H2SO4 ini berfungsi untuk membuat suasana larutan menjadi
asam. Oleh karena itu dalam penelitian ini, larutan elektrolit yang digunakan
adalah Na2SO4 dan H2O2.
http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Zat&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Elektrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Asamhttp://id.wikipedia.org/wiki/Basahttp://id.wikipedia.org/wiki/Garamhttp://id.wikipedia.org/wiki/Garamhttp://id.wikipedia.org/wiki/Basahttp://id.wikipedia.org/wiki/Asamhttp://id.wikipedia.org/wiki/Elektrikhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Zat&action=edit&redlink=17/31/2019 Seminar Fix Ratih
30/42
21
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Tahapan PenelitianBerdasarkan tujuan yang telah dijabarkan sebelumnya, tahapan penelitian
ini dapat dilihat dalam diagram alir di bawah ini :
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian
Mulai
Preparasi alat Preparasi bahan
peneltian
Memperoleh
Kurva I vs V
Diperoleh rentangtegangan untuk
pembentukan plasma
Variasi variabel proses :
Tegangan operasi yang diperoleh dari kurva I vs V
Konsentrasi larutan elektrolit : 0.01; 0.02; 0.03 (M)
Konsentrasi awal limbah : 50, 100, 150 (ppm)
Kedalaman anoda: 0, 5, 10, dan 15 (mm)
Mengukur kadar fenolterdegradasi dengan
spektofotometri secara
aminoantipirin
Mengukur arus yang
dihasilkan untukmemperoleh besarnya
konsumsi energi
Mengukur komposisi
H2O2 menggunakanspektofotometri dengan
KI
Analisis produk,
pembahasan, dan
kesimpulan
Gambar 3. 1. Diagram Alir Penelitian
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
31/42
22
Tahapan-tahapan tersebut terdiri dari:
1. Persiapan alat2. Persiapan bahan3. Profil arus terhadap tegangan pada larutan elektrolit untuk memperoleh
rentang tegangan pembentukan plasma.
4. Penentuan variabel proses yang digunakan untuk penelitian5. Pengujian dan analisis degradasi fenol dengan spektrofotometer secara
aminoantipirin dan pembentukan radikal OH dengan spektrofotometer
dengan KI.
6. Pengukuran besarnya konsumsi energi yang dibutuhkan selama proses.3.2 Persiapan Alat
Secara umum, reaktor CGDE yang digunakan untuk mendegradasi limbah
fenol terdiri dari alat pembangkit plasma yang yang dihubungkan dengan sumber
listrik dari PLN dan reaktor CGDE tempat terjadinya reaksi degradasi fenol itu
sendiri. Skema reaktor dapat dilihat pada gambar 3.2 di bawah ini :
25ON
0.13
Gambar 3.2. Konfigurasi alat CGDE untuk pengolahan limbah fenol
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
32/42
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
33/42
24
pendistribusian arus ke kedua elektroda dikontrol meggunakan slide regulator,
travo, multitester, manual circuit breaker(MCB)dan diode bridge.
3.3
Preparasi BahanPada penelitian ini, limbah fenol yang digunakan berupa limbah sintetis
dengan konsentrasi 50, 100, dan 150 ppm yang diperoleh dari larutan induk fenol
dengan konsentrasi 1000 mg/L yang diencerkan dengan aquadest. Untuk
meningkatkan konduktivitas dari larutan, maka ditambahkan larutan elektrolit
Na2SO4. Larutan Na2SO4 dipilih karena berdasarkan penelitian yang dilakukan
oleh Jin (2010), menghasilkan OH radikal lebih banyak dibanding elektrolit
lainnya. Selain itu ditambahkan H2SO4 untuk pengaturan pH dan membuat
suasana larutan menjadi asam. Larutan elektrolit Na2SO4 divariasikan pada
konsentrasi 0.01; 0.02 dan 0.03 M. Selain itu, katalis FeSO4 dengan konsentrasi
3.2 x 10-4
mol/l ditambahkan agar OH radikal memiliki waktu tinggal yang lebih
lama di dalam reaktor sehingga memperbesar peluang terjadinya kontak antara
OH dengan fenol.
3.4 Profil Arus terhadap Tegangan pada Larutan ElektrolitProfil arus terhadap tegangan diperlukan untuk mengetahui besar rentang
tegangan untuk pembentukan plasma pada proses CGDE. Pada prosedur ini,
larutan limbah belum dimasukkan ke dalam reaktor, melainkan hanya larutan
elektrolit H2SO4 saja dengan variasi konsentrasi 0.01 ; 0.02 ; dan 0.03 M.
Proses dijalankan dengan tegangan yang dinaikkan perlahan mulai dari 0hingga 1000 Volt dengan iterasi 10 Volt untuk masing-masing
konsentrasi elektrolit.
Selama pergantian tegangan, arus yang dihasilkan dicatat dan diplot kedalam kurva I-V untuk semua variasi konsentrasi elektrolit. Dari kurva
tersebut, diperoleh rentang tegangan ketika plasma terbentuk pada
larutan. Rentang tegangan ini kemudian digunakan pada prosedur
selanjutnya yaitu proses degradasi fenol.
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
34/42
25
3.5 Penentuan Variabel ProsesDalam penelitian ini, variabel-variabel yang digunakan adalah sebagai
berikut :
a. Variabel kontrol/tetapjenis katalis : FeSO4konsentrasi katalis : 3.2 x 10-4 mol/l temperature operasi : 50-60oC.
b. Variabel bebaskonsentrasi awal limbah fenol 50, 100, dan 150 (ppm)Jenis elektrolit : Na2SO4 dan H2SO4Konsentrasi elektrolit : 0.01; 0.02; dan 0.03 (M)Kedalaman anoda : 0, 5, 10 (mm) tegangan operasi
c. Variabel terikatkonsentrasi fenol yang telah didegradasiarus yang dihasilkan untuk mengetahui konsumsi energi.Konsentrasi H2O2 sebagai indikator adanya radikal OH
3.6 Prosedur PenelitianUntuk memperoleh kondisi optimum pada proses degradasi limbah fenol
dengan metode CGDE, dilakukan pengujian terhadap pengaruh variabel-variabel
operasi seperti tegangan, konsentrasi larutan elektrolit, konsentrasi awal limbah
fenol, kedalaman anoda, dan keberadaan katalis.
3.6.1Pengaruh tegangan terhadap degradasi limbah fenol Dari kurva I vs V, diperoleh rentang tegangan yang menghasilkan arus
minimum yang stabil. Tegangan tersebut divariasikan agar diperoleh
tegangan optimum untuk degradasi limbah fenol. Variabel-variabel yang
lain dibuat tetap atau sebagai kontrol, yaitu konsentrasi elektrolit 0.01 M,
kedalaman anoda 5 mm, dan konsentrasi awal limbah sebesar 50 ppm.
Temperatur dijaga tetap pada rentang 50-60oC.
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
35/42
26
Data yang diambil adalah persen degradasi fenol dan arus yangdihasilkan. Pengambilan data dilakukan setiap 20 menit sekali selama 2
jam, kemudian hasilnya diplot ke dalam kurva:
a. persen degradasi fenol terhadapb. konsumsi energi terhadap waktu(perhitungan persen degradasi dan konsumsi energi dibahas pada sub bab
perhitungan)
3.6.2Pengaruh konsentrasi terhadap degradasi limbah fenol Pada bagian ini bertujuan mendapatkan konsentrasi efektif untuk
degradasi fenol. Elektrolit divariasikan pada konsentrasi 0.01, 0.02, dan
0.03 M. Variabel yang lain dibuat tetap, yaitu anoda dengan kedalaman 5
mm, konsentrasi awal limbah 50 ppm, tegangan yang digunakan adalah
tegangan yang menghasilkan persen degradasi tertinggi dari poin (a).
Temperature dijaga pada rentang 50-60oC.
Data yang diambil adalah konsentrasi fenol yang terdegradasi dan arusyang dihasilkan untuk 3 variasi konsentrasi elektrolit dengan waktu
pengambilan data yang sama dengan poin (a). Data yang dihasilkan
diplot ke dalam kurva:
a. persen degradasi fenol terhadapb. konsumsi energi terhadap waktu
3.6.3Pengaruh konsentrasi awal limbah fenol terhadap degradasi fenol. Pada bagian ini bertujuan untuk mendapatkan konsentrasi awal limbah
yang paling efektif dalam proses CGDE. Pada poin (b) telah dilakukan
pengujian pada larutan limbah dengan konsentrasi 50 ppm, sehinggapada bagian ini dilakukan uji terhadap konsentrasi awal limbah sebesar
100 ppm dan 150 ppm. Variabel tetap yang digunakan adalah anoda
dengan kedalaman 5 mm, tegangan dari poin (a), konsentrasi elektrolit
yang menghasilkan degradasi terbesar dari poin (b), serta temperatur
yang dijaga pada rentang 50-60oC.
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
36/42
27
Data yang diambil adalah konsentrasi fenol yang terdegradasi dan arusyang dihasilkan dengan waktu pengambilan data yang sama dengan poin-
poin sebelumnya. Data yang dihasilkan diplot ke dalam kurva:
a. persen degradasi fenol terhadapb. konsumsi energi terhadap waktu
3.6.4Pengaruh kedalaman anoda terhadap degradasi fenol. Prosedur ini dilakukan untuk mendapatkan kedalaman anoda yang paling
efektif dalam mendegradasi fenol. Pada prosedur sebelumnya telah
dilakukan pengujian terhadap anoda pada kedalaman 5 mm, sehingga
pada prosedur ini dilakukan untuk kedalaman 0 mm dan 10 mm. Variabel
tetap yang digunakan adalah variabel-variabel operasi yang
menghasilkan degradasi fenol tertinggi.
Data dan waktu pengambilannya sama dengan prosedur-prosedursebelumnya, sehingga diperoleh kedalaman anoda yang efektif untuk
mendegradasi fenol.
3.6.5Pengaruh penambahan katalis terhadap degradasi limbah fenol.
Prosedur ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan katalisterhadap degradasi fenol. Konsentrasi katalis FeSO4 yang digunakan
adalah 3.2 x 10-4
mol/L.
Variabel tetap (tegangan, konsentrasi, jarak anoda, dan konsentrasi awallimbah) yang digunakan adalah yang menghasilkan degradasi fenol
tertinggi dari prosedur-prosedur sebelumnya.
Data yang diambil adalah konsentrasi fenol dan arus yang dihasilkanselama proses dengan waktu pengambilan sampel yang sama dneganprosedur-prosedur sebelumnya. Data yang dihasilkan diplot ke dalam
kurva:
a. Persen degradasi fenol terhadap waktu untuk proses dengan dan tanpakatalis
b. Konsumsi energi terhadap waktu
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
37/42
28
3.6.6Perhitungan konsentrasi H2O2 sebagai indikator adanya radikal OH Prosedur ini bertujuan untuk mendapatkan konsentrasi H2O2 sebagai
indikator adanya OH radikal. Untuk mendapatkan konsentrasi H2O2,
variabel tetap yang digunakan adalah variabel operasi yang menghasilkan
degradasi fenol tertinggi pada prosedur (e). Namun, limbah fenol tidak
dimasukkan ke dalam reaktor agar OH radikal tidak bereaksi dengan
limbah itu sendiri.
Data yang diambil adalah konsentrasi H2O2 yang diukur denganspektofotometer dengan KI, dengan waktu pengambilan sampel yang
sama dengan prosedur-prosedur sebelumnya. Kemudian hasilnya diplot
ke dalam kurva konsentrasi H2O2 terhadap waktu.
3.7 Analisis ProdukPada penelitian ini, produk yang akan dianalisis adalah konsentrasi fenol
yang terdegradasi, konsentrasi H2O2 sebagai indikator adanya OH radikal, serta
konsumsi energi listrik selama proses degradasi berlangsung.
3.7.1 Fenol yang TerdegradasiUntuk menghitung besanya fenol yang terdegradasi dilakukan dengan
spektofotometer secara aminoantipirin mengacu pada SNI 06-6989.21-2004.
Sampel yang diambil sebanyak 10 ml setiap selang waktu 20 menit selama 2 jam,
dimulai dari menit ke-10. Peralatan yang digunakan pada analisis ini adalah
sebagai berikut:
1. Spektrofotometer UV/VIS2. Kuvet kaca3.
Gelas ukur
4. Labu ukur 100 mL, 1000 mL5. Erlenmeyer 200 mL6. Pipet 10 mL dan 100 mL7. Kaca arloji
Sedangkan bahan-bahan yang digunakan adalah sebagai berikut:
1. NH4OH2. K2HPO4
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
38/42
29
3. KH2PO44. 4-aminoantipirin5. K4Fe(CN)66.Aquadest
Pengujian kadar fenol ini terdiri dari tiga tahap yaitu membuat larutan uji,
membuat kurva kalibrasi, dan analisis limbah fenol.
3.7.1.1 Membuat Larutan UjiLarutan-larutan uji yang dibutuhkan antara lain :
1. Larutan ammonium hidroksida, NH4OH 0,5 N. Encerkan 3.5 mLNH4OH pekat dengan aquades sampai 100 mL.
2. Larutan penyangga fosfat.Larutkan 20.9 g K2HPO4 dan 14.46 g KH2PO4 dalam 200 mL
aquades, pH harus 6,8.
3. Larutan 4-aminoantipirin.Larutkan 0.5 g kristal 4-aminoantipirin dalam 20 mL aquades, siapkan
setiap akan melakukan analisis.
4. Larutan Kalium ferisianida, K4Fe(CN)6.Larutkan 8 g kristal kalium ferisianida dalam 100 mL aquades, larutan
ini mempunyai waktu simpan selama 1 minggu.
3.7.1.2 Membuat Kurva KalibrasiUntuk mengetahui konsesntrasi fenol didalam suatu larutan, maka
terlebih dahulu kita akan membuat kurva kalibrasinya. Apabila kadar fenol yang
diperbolehkan adalah sebesar 1 mg/L buat kurva kalibrasi dengan tahapan sebagai
berikut :1. Mengoptimalkan alat spektrofotometer sesuai dengan petunjuk
penggunaan alat untuk pengujian fenol kadar tinggi.
2. Mengambil sampel fenol sebanyak 10 ml kemudian diencerkan hingga90 mL aquadest. Kemudian larutan dimasukkan kedalam tabung
erlenmeyer 200 ml. Pengukuran dilakukan secara duplo.
3. Menambahkan 2,5 mL larutan NH4OH 0,5 N dan atur pH menjadi 7,9 0,1 dengan penambahan larutan penyangga fosfat.
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
39/42
30
4. Pindahkan larutan ke dalam erlenmeyer tambahkan 1 mL larutanaminoantipirin sambil diaduk.
5. Menambahkan 1 mL larutan kalium ferisianida sambil diaduk,diamkan selama 15 menit.
6. Memasukkan ke dalam kuvet pada alat spektrofotometer, baca, dancatat absorbansinya pada panjang gelombang 500 nm.
7. Apabila perbedaan hasil pengukuran secara duplo lebih besar dari 2%,periksa keadaan alat dan ulangi pekerjaan mulai tahap 1), apabila lebih
kecil atau sama dengan 2% rata-ratakan hasilnya.
8. Membuat kurva kalibrasi (konsentrasi vs absorbansi).3.7.1.3Prosedur Analisis Limbah Fenol
Pengujian kadar fenol dalam air limbah yaitu 1 mg/L dengan tahapan
sebagai berikut:
1. Mengukur 100 mL contoh uji secara duplo dan masukkan ke dalamerlenmeyer.
2. Menambahkan 2,5 mL larutan NH4OH 0,5N dan mengatur pH menjadi7,9 0,1 dengan penambahan larutan penyangga fosfat.
3. Menambahkan 1 mL larutan aminoantipirin sambil diaduk.4. Menambahkan 1 mL larutan kalium ferisianida sambil diaduk, diamkan
selama 15 menit.
5. Memasukkan ke dalam kuvet pada peralatan spektrofotometer, baca dancatat absorbansinya pada panjang gelombang 500 nm.
6. Mengeplotkan nilai absorbansi yang telah didapatkan ke dalam kurvakalibrasi yang telah dibuat, maka akan didapatkan nilai konsentrasi
fenol akhir.
3.7.2 Produktivitas Radikal OHRadikal OH merupakan senyawa yang sukar dideteksi karena sangat cepat
bereaksi membentuk senyawa lain. Oleh karena itu, keberadaan radikal OH
diketahui dengan mencari konsentrasi H2O2 sebagai indikator adanya radikal OH.
Konsentrasi H2O2 dicari dengan menggunakan spektrofotometer. Prinsip yang
digunakan adalah mereaksikan H2O2 dengan KI dalam medium asam yang
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
40/42
31
menghasilkan iodin dan akan melunturkan warna biru dari pada toluidin yang
memilik absorbansi maksimum pada 628 nm. Prosedur pengujian konsentrasi
H2O2 adalah sebagai berikut:
1. Menambahkan sampel sebanyak 5 tetes ke dalam tabung reaksi2. Menambahkan 1 mL KI 2% ke dalam masing-masing sampel3. Menambahkan 1 mL HCl 2M4. Menambahkan 0,5 mL toluidine blue ke dalam masing-masing sampel5. Menambahkan 2 mL CH3COONa 2M ke dalam masing-masing sampel6. Mengaduk perlahan masing-masing sampel7. Mengukur absorbansi
3.7.3 Perhitungan Persen Degradasi Fenol dan Konsumsi Energia. Persen degradasi
Persen fenol yang terdegradasi dapat dicari dengan persamaan berikut:
(3.1)
dimana M1 merupakan konsentrasi awal fenol, sedangkan M2 adalah
konsentrasi fenol yang telah terdegradasi (dalam ppm).
b. Konsumsi energiKonsumsi energi adalah besarnya energi yang dibutuhkan untuk
mendegradasi satu mol fenol tiap satu satuan waktu ( sekon ) yang
dapat dicari menggunakan persamaan :
(Joule) (3.2)
Arus yang dihasilkan dan tegangan yang dibutuhkan diperoleh
dari pembacaan multimeter/power digital. Namun, untuk perhitungan
energi selama proses berlangsung, arus yang digunakan adalah arus
rata-rata. Jadi, konsumsi energi dapat dirumuskan sebagai berikut :
(3.3)
Fenol yang terdegradasi merupakan konsentrasi awal fenol
dikurangi konsentrasi fenol setelah terdegradasi (dalam mol).
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
41/42
32
DAFTAR PUSTAKA
BISMO, S., KUSTININGSIH, I., JAYANUDIN, HARYANTO, F. & SAPTONO,
H. J., 2008,Studi Awal Degradasi Fenol dengan Teknik Ozonasi di dalam
Reaktor Anular, Seminar Nasional Rekayasa Kimia dan Proses.
Universitas Diponegoro.
CARMEI, F., YARRQIN, M., GANG, H. X., JUN, S. Y. P. X., BAI, L. F. &
TAIYUAN 2003. Adsorption and photocatalytic degradation of phenol
over TiO2/ACF. Trans.Nonferrous MEt. Soc. China, 13.
CECCATO, P. 2009. Filamentary plasma discharge inside water : initiation and
propagation of a plasma in a dense medium.
GAO, J., DONGPING, M., XIAO, G., AIXIANG, W., YAN, F., JIANLIN, W. &
WU, Y. 2008. Degradation of Anionic Dye Eosin by Glow Discharge
Electrolysis Plasma. Plasma Science and Technology, 10 No. 4, 423-27.
GAO, J., WANG, X., HU, Z., DENG, H., HOU, J., LU, X. & KANG, J. 2002.
Plasma degradation of dyes in water with contact glow discharge
electrolysis. Water Research, 37, 267272.
GAO, J., YU, J., LI, Y., HE, X., BO, L., PU, L., YANG, W., LU, Q. & YANG, Z.
2006. Decoloration of aqueous Brilliant Green by using glow discharge
electrolysis.Journal of Hazardous Materials, B 137, 431-436.
HAIGLER, B. E., PETTIGREW & SPAIN, J. C. 1992. Biodegradation of
mixtures of subtitued benzenes by Pseudomonas sp. strain JS150 J.Appl.
Environ. Microbiol., 58, 2237-2234.
JIN, X., BAI, H., WANG, F., WANG, X., WANG, X. & REN, A. H. 2011.
Plasma Degradation of Acid Orange 7 With Contact Glow Discharge
Electrolysis. IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE, 39 No.4,
1099.
JIN, X., WANG, X., YUE, J., CAI, Y. & ZHANG, H. 2010. The effect of
electrolyte constituents on contact glow discharge electrolysis.
Electrochimica Acta, 56, 925-928.
7/31/2019 Seminar Fix Ratih
42/42
JOSHI, R. S. 2010. Polymer surface modification using novel underwater plasma
(UWP) technique.BAM-Dissertationsreihe, 59.
LIU, Y. 2009. Simultaneous oxidation of phenol and reduction of Cr(VI) induced
by contact glow discharge electrolysis. Journal of Hazardous Materials,
168, 992996.
MATTHEWS, R. & MC.EVOY, S. R. 1992. Destruction of Phenol in Water with
Sun and Photocatalysis. 6, 507-513.
NURSAADAH, SANTOSA, D. A. & SUHARTONO, M. T. 2000. Karakterisasi
Bakteri Pendegradasi Fenol Asal Danau Buntal Kalimantan Tengah.
Jurnal Ilmu Tanah dan Lingkungan, 3 No. 2, 24-31.
SALONEN, M. S. 1995. Utilization of halogenated benzenes, fenol, and benzoat
by Rhodococcus opacus GM-14.Appl. Environ. Microbiol, 61, 4191-4201.
SENGUPTA, S. K. & SINGH, O. P. 1991. Contact glow discharge electrolysis: a
study of its onset and location.J. Electroanal. Chem., 301, 189-197.
SNI 06-6989.21-2004. Bagian 21: Cara uji kadar fenol secara spektrofotometri.
SUN, B., SATO, M. & CLEMENTS, J. S. 1999. Use of a pulsed high -voltage
discharge for removal of organic compounds in aqueous solution. J. Phys.
D: Appl. Phys, 32, 19081915.
ZAITSEV, J. M., UOTILA, J. S., TSIKO, I. V., LOBANOK, A. G. &