## PENGARUH DOPING Al TERHADAP TiO 2 SEBANGAI PENDEGRADASI LIMBAH TEKSTIL METYELENE BLUE
Julianti Lestari 1* , Helga Dwi Fahyuan 1 , Mardian Peslinof 1 , Ngatijo 2
1 Program Studi Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Jambi, Mendalo Darat, Jambi 36361
2 Program Studi Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Jambi, Mendalo Darat, Jambi 36361 *e-mail: juliantilestari21@gmail.com

## Abstrak
Telah  dilakukan  penelitian  tentang  pengaruh  ketebalan  lapisan  tipis  TiO 2 /Al  yang  dibuat  dengan  teknik  spin  coating  pada kecepatan  putar  1500  rpm  selama  20  detik  dan  30  detik.  Lapisan  tipis  TiO 2 /Al    dilakukan  uji  Scanning  Electron  Microscopy (SEM) untuk melihat ketebalan dan morfologi. Ketebalan yang dihasil yaitu 1, 300 µ m untuk waktu putar 20 detik dan lapisan tipis dengan waktu putar 30 detik memperoleh ketebalan 4,841 µ m. Selanjutnya dilakukan uji fotokatalis terhadap limbah tekstil MB hasil analisis dan MB dari pabrik 100 ppm yang disinari di bawah sinar matahari selama 3 jam. Hasil limbah absorbansi setelah fotokatalis menggunakan UV-Vis memperoleh nilai degradasi paling besar yaitu 94,17% untuk limbah MB hasil sintesis dan 15,11% pada limbah MB dari pabrik dengan sampel lapisan tipis TiO 2 /Al 4%.
Kata Kunci: Doping, Nilai Degradasi, Fotokatalis.

## Abstract
[ Title  :  Effect  Of  Thin  Layer  Thickness  TiO 2 /Al  In  Photocatalisles  As  A  Metyelene  Blending  Textile  Waste Blending ] Research on the effect of TiO 2 /Al thin film thickness has been made with spin coating technique at a rotational speed of 1500 rpm for 20 seconds and 30 seconds. TiO 2 /Al thin layer was tested by Scanning Electron Microscopy (SEM) to see thickness and morphology. The resulting thickness is 1, 300 μ m for a 20 second rotation time and a thin layer with a 30 second rotation time of 4.841 μ m thickness. Furthermore, photocatalysts were tested for the MB analysis of MB textile waste and from a 100 ppm factory exposed in the sun for 3 hours. The results of absorbance waste after photocatalyst using UV-Vis obtained the greatest degradation value of 94.17% for MB MB of synthesis and 15.11% in MB from factory waste with TiO 2 Al 4% thin film .
Keywords: Doping, Degradation Value, Photocatalyst .

## PENDAHULUAN
Industri  tekstil  di  Indonesia  mengalami peningkatan  yang  semakin  pesat  guna  memenuhi kebutuhan masyarakat akan sandang. Namun besarnya jumlah industri tekstil di Indonesia ini tidak diimbangi dengan pengolahan limbah cair dengan baik dan benar. Sebagian  besar  industri  tekstil  tersebut  menggunakan pewarna  sintetis  dengan  alasan  murah,  tahan  lama, mudah  diperoleh,  dan  mudah  dalam  penggunaan. Penggunaan  pewarna  tekstil  sintetis  menimbulkan masalah, yakni limbah yang dihasilkan masih berwarna dan  sulit  terdegradasi.  Limbah  pewarna  tekstil  harus diolah terlebih dahulu sebelum dibuang ke saluran air. Ini  disebabkan  karena  sekitar  10%  hingga  15%  zat
pewarna  yang  sudah  dipakai,  tidak  dapat  digunakan ulang dan harus dibuang (Ruzicka dkk., 2014).
Limbah  industri  memiliki  dampak  langsung maupun  tidak  langsung  terhadap  lingkungan disekitarnya.  Pewarna  tekstil  merupakan  salah  satu limbah  industri  yang  menyebabkan  pencemaran lingkungan.  Pewarna  sintetis  yang  banyak  digunakan adalah  yang  mengandung  kromofor  azo,  antara  lain: methyl  orang e  dan methylene  blue .  Pewarna  ini merupakan  kelas  terbesar  dari  pewarna  sintesis  yang bersifat non biodegradable (Adytia dan Sutanto, 2014) . Diperlukan sebuah inovasi dan
pengembangan  teknologi  baru  sebagai  solusi  bagi pemecahan  masalah  pencemaran  sumberdaya  air
seperti  teknologi  pengolahan  limbah  cair.    Salah  satu metode  alternatif  yang  mudah  diterapkan  adalah metode  fotodegradasi  menggunakan  fotokatalis  TiO 2 . Metode  ini  mampu  menguraikan  limbah  zat  warna menjadi  komponen-komponen  sederhana  melalui oksidasi fotokatalitik (Lestari dkk., 2015). Fotokatalis dalam reaksinya melibatkan pasangan elektron -hole (e- dan  h+).  Fotokatalis  memanfaatkan  cahaya  untuk mengaktifkan  katalis  yang  kemudian  bereaksi  dengan senyawa  kimia  yang  berada  di  dekat  ataupun  di permukaan katalis (Sutanto dan Wibowo, 2015).
TiO 2 merupakan  semikonduktor  oksida logam  yang  banyak  digunakan  dalam  aplikasi fotokatalis,  karena  memiliki  kestabilan  termal  dan kimia  yang  tinggi,  inert,  non  toksik,  luas  permukaan tinggi  dan  mudah  dipreparasi  (Karim,  2016).  Celah pita  energi  TiO 2 berkisar  3  –  3,4  eV  yaitu  pada panajng  gelombang  sinar  UV.  Celah  pita  yang  cukup lebar  tersebut  mengakibatkan  keterbatasan  dalam pengaplikasiannya, dimana efisiensi  fotokatalitik yang dihasilkan  hanya  8%  dari  energi  matahari.  Untuk memperlebar rentang penyerapan sinar matahari, yaitu pada  cahaya  tampak,  maka  diperlukan  penambahan suatu  bahan  ( doping )  dapat  mengubah  sifat  dari  suatu material,  salah  satunya  sifat  optik  dari  TiO 2 tentang nilai celah pita energi ( band gap energy).
Pendoping pada TiO 2 , umumnya menggunakan Al, N,C, S, P dan F. dari berbagai unsur tersebut  Al  merupakan  dopan  yang  paling  efektif untuk  merubah  celah  pita  energy  TiO 2 .  Pemilihan  Al sebagai dopan disebakan karena bahan Al bervalensi 3, yang  sangat  cocok  jika  dilakukan  pendopingan  pada material TiO 2 , dimana bahan Ti bervalensi 4. Atom Al dengan  tiga  elektron  valensi  menggantikan  atom  Ti, maka terjadi lubang ( hole) bermuatan positif pada pita valensi,  dan  elektron  tambahan  akan  diterima  untuk membentuk  empat  ikatan  kovalen  di  sekitar  Ti. Logam  Al  bertindak  sebagai akseptor ,  semikonsuktor ektrinsik  jenis -p akan  membentuk  tingkat akseptor di atas  pita  valensi.  Terbentuk  tingkat akseptor membuat elektron  dapat  berpindah  lebih  cepat  dan membutuhkan energi untuk perpindah yang lebih kecil (Sze  dan  Kwok,  2007).    Selain  itu,  jari-jari  ion  Al 3+ tidak  berbeda  jauh  dengan  jari-jari  ion  Ti 4+ .  Dimana menurut  Roose  dkk.,  2015  jari-jari  atom doping seharusnya  tidak  berbeda  jauh  dari  jari-jari  ion  bahan yang  akan  di doping untuk  mencegah  terjadi  distorsi kisi,  menghambat  cacat  baru  yang  dapat  menghambat kinerja  perangkat.  Bahan  Ti 4+ memiliki  jari-jari  ion
0,061  nm  sedangkan  jari-jari  ion  Al 3+ sebesar  0,053 nm  (Tsai  dkk.,  2012).  Selain  itu,  Al  juga  memiliki kualitas  optik  yang  baik,  resistivitas  rendah  dan konduktansi tinggi.
Pada umumnya, teknik yang dilakukan untuk mendegradasi  air  limbah  adalah  dengan  langsung memasukkan bahan semikonduktor TiO 2 ke dalam air limbah.  Hal  tersebut  kurang  efektif  dalam  dalam proses  pndegradasian,  karena  bahan  semikonduktor tersebut  sulit  untuk  dikeluarkan  dari  air  limbah  yang akan  menimbulkan  sedikit  kekeruhan.  Kekurangan yang tersebut diselesaikan dengan melapiskan partikel TiO 2 pada  partikel  transparan,  dalam  penelitian  ini akan digunakan kaca preparat sebagai substrat.
Metode  yang  digunakan  untuk  sintesis TiO 2 /Al    adalah  metode  sol-gel  dengan  teknik  spin coating.  Metode  ini  sangat  cocok  digunakan  dalam sintesis  logam  oksida  termasuk  TiO 2 /Al  dan  dapat dikerjakan  pada  kondisi  suhu  rendah  dan  tekanan ruang  serta  mudah  dalam  kontrol  komposisi (kehomogenan  komposisi  kimia  baik)  dan  proses pembuatan  yang  sederhana  (Chaharmahali,  2012 ). Penelitian  ini  dilakukan  untuk  melihat  perbedaan proses  degradasi  TiO 2 murni  dengan  TiO 2 /Al. Konsentasi  Al  yang  digunakan  dalam doping dimulai dari 0%, 2 %, 4 % dan 6 % dan zat warna yang akan didegradasi  adalah  zat  warna  dari  limbah  MB  hasil sintesis dan limbah MB dari pabrik.

## METODE
Diawali  dengan  pembersihan  substrat  kaca  yang berukuran 5 x 2,5 cm 2 dengan menggunakan ultrasonic cleaner, dan  kemudian  dikeringkan.  Kemudian dilanjutkan dengan pembuatan koloid TiO 2 /Al dengan cara  melarutkan  polivilin  alkohol  (PVA)  ke  dalam aquades.  Selanjutnya  ditambah  serbuk  TiO 2 diaduk menggunakan magnetic stirrer hingga berbentuk koloid. Kemudian tambahkan serbuk alumunium (Al) dengan variasi 0%, 2%, 4% dan 6% sebagai pengotor.
Koloid TiO 2 /Al dideposisi dengan teknik spin coating pada kecepatan putar 1500 rpm selama 20 detik dan  30  detik.  Lapisan  tipis  yang  telah  dideposisi dipanaskan di atas hot plate selama 10 menit pada suhu 150 0 C. Proses selanjutnya yaitu lapisan tipis TiO 2 /Al di sintering pada  suhu  500 0 C  selama  1  jam.  Lapisan tipis yang telah di sintering dianalisis menggunakan UV- Vis dan SEM.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Dipilih salah satu sampel untuk dilakukan uji SEM  yaitu  lapisan  tipis  TiO 2 / Al  4%.  Uji  SEM bertujuan  untuk  melihat  ketebalan  serta  bentuk morfologi dari lapisan tipis TiO 2 / Al. Ketebalan lapisan tipis  berpengaruh  terhadap  hasil  fotokatatis.  Hasil ketebalan  lapisan  tipis  TiO 2 / Al  dapat  dilihat  pada Gambar 1.
Gambar 1. Hasil ketebalan lapisan tipis TiO 2 / Al 4% (a) waktu putar 20 detik (b) waktu putar 30 detik.
Berdasarkan  Gambar  1  dapat  lapisan  tipis TiO 2 / Al  4%  dengan  kecepatan  putar  20  detik memiliki  ketebalan  sebesar  1,300  µm,  sedangkan ketebalan  lapisan  tipis  TiO 2 / Al  4%  pada  kecepatan putar 30 detik yaitu 4,841 µm. Selain untuk melihat ketebalan  dari  lapisan  tipis  TiO 2 / Al  4%,  uji  SEM juga bertujuan untuk melihat morfologi lapisan tipis TiO 2 / Al  4%.  Uji  morfologi  lapisan  tipis  TiO 2 / Al
4%    dilakukan  pembesaran  10000x  yang  dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Morfologi lapisan tipis TiO 2 / Al 4% dengan kecepatan putar 1500 rpm (a) waktu putar 20 detik (b) waktu putar 30 detik.
Gambar  2  menunjukkan  hasil  morfologi lapisan  tipis  TiO 2 / Al  4%  yang  merata  dan  ukuran partikel  yang homogen, dengan partikel berbentuk bulat.  Ukuran  partikel  lapisan  tipis  TiO 2 / Al  4% yaitu  berada  dalam range 0,12  µm  sampai  dengan 0,52  µm.  limbah  MB  yang  telah  diuji  fotokatalis selanjutnya  dilakukan  uji  UV-Vis  untuk  melihat
absorbansinya.  setelah  diuji  UV-Vis  maka  dhitung degradasi (%) dengan menggunakan persamaan 1:
Degradasi (%) % 100 0 0 × = C C C t (1)
Notasi 𝐶 " adalah konsentrasi serta absorbansi pada suatu panjang gelombang dari larutan MB 100 ppm
b b (a) (b) (a) (b)
sebelum  penginaran  sinar  UV  matahari  (1,2806), sdangkan 𝐶 $ adalah  konsentrasi  dan  absorbansi  pada suatu panjang gelombang dari larutan MB 100 ppm setelah  penginaran  sinar  UV  matahari  (Sutanto,
2013).  Hasil  uji  fotokalis  lapisan  tipis  TiO 2 /Al terhadap limbah MB sintesis dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Nilai Pengujian Fotokatalis Pewarna Limbah MB dari pabrik lapisan tipis TiO 2 / Al pada kecepatan putar 20 detik dan    30 detik. Jenis Sampel 20 detik 30 detik Absorbansi  Degradasi (%)  Absorbansi  Degradasi (%) TiO 2 / Al 0% 1,1859 7,39 0,1595 87,54 TiO 2 / Al 2% 1,1075 13,52 0,1110 91,33 TiO 2 / Al 4% 0,0865 93,24 0,0746 94,17 TiO 2 / Al 6% 1,1585 9,53 0,1339 89,54
Nilai  degradasi  pada  Tabel  1  menunjukkan kemampuan  sampel  lapisan  tipis  TiO 2 / Al  untuk menghilangkan  unsur  kimia  berbahaya  pada  limbah MB  yang  dibuktikan  dengan  limbah  MB  berubah warna  dari  biru  tua  menjadi  biru    muda.  Nilai degradasi  dipengaruhi  oleh  nilai  absorbansi  limbah MB  setelah  dilakukan  uji  fotokatalis.  Semakin  kecil nilai  absorbansi  maka  hasil  degradasi  akan  lebih besar.  Larutan  limbah  MB  hasil  sintesis  yang  telah diuji  fotokatalis  akan  menghasilkan  nilai  absorbansi
yang lebih kecil. Lapisan tipis TiO 2 / Al 2%, 4% dan 6%  dapat  mendegradasi  limbah  MB  lebih  besar  bila dibandingkan dengan TiO 2 / Al 0%. Nilai pendegradasi  paling  besar  terdapat  pada  sampel lapisan  tipis  TiO 2 / Al  4%  dengan  waktu  putar  30 detik  yaitu  sebesar  94,17%.  Sampel  lapisan  tipis TiO 2 / Al  6%  dengan  waktu  putar  30  detik mengalami penurunan nilai degradasi yaitu 89,54%. Hasil  fotokatalis  limbah  MB  dapat  dilihat  pada Gambar 3.
Gambar 3. Hasil limbah MB sintesis lapisan dengan lapisan tipis TiO 2 /A l (a) kecepatan putar 20 detik (b) limbah mb kecepatan putar 30 detik.
Selain  uji  fotokatalis  juga  dilakukan  pada  MB  dari pabrik.  Limbah  MB  diperoleh  dari  industri pengolahan  batik  di  daerah  Seberang  Kota  Jambi. Limbah MB ini diperoleh dari sisa air buangan proses pencelupan  warna  akhir  pada  kain  batik  yang  masih terdapat  padatan.  Air  limbah  diambil  dan dimasukkan dalam wadah tertutup dan gelap.
Sampel  limbah  yang  digunakan  untuk  uji  fotokatalis harus  diencerkan  terlebih  dahulu  untuk  dapat dideteksi  absorbansinya.  nilai  absorbansi  sebelum diuji  fotokalisis  sebesar  0,1185 . Pengenceran dilakukan  dengan  komposisi  sampel  limbah berbanding  dengan  aquades  1:500.  Hasil  fotokatalis limbah  batik  dapat  terlihat  pada  Tabel  2.
(a) (b)
Tabel 2. Nilai Pengujian Fotokatalis Pewarna Limbah Batik lapisan tipis TiO 2 / Al pada kecepatan putar 20 detik dan 30 detik.
Berdasarkan Tabel 2 diperoleh hasil degradasi minus untuk sampel lapisan tipis TiO 2 / Al 0%, 2% dan 6%. Lapisan  tipis  TiO 2 / Al  4%  mampu  mendegradsi 8,78%  dan  15,11%.  Sampel  yang  mendegradasi dengan  hasil  minus  disebabkan  oleh  larutan  yang terlalu  encer.  Menurut  Almu’minin  dkk  (2016) Perbandingan  pengenceran  yaitu  1:400.  Nilai degradasi  paling  besar  terdapat  pada  lapisan  tipis TiO 2 / Al  4%  yaitu  8,78%  dan  15,11%,  sedangkan untuk  sampel  TiO 2 / Al  0%,  2%  serta  6%  hanya
mampu mengdegradasi limbah MB dari pabrik yang sedikit  itu  ditandai  dengan  hasil  %  degradasi  yang minus.  Berdasarkan  nilai  degradasi  yang  didapat, bahwa doping sangat  berpengaruh  dalam  proses fotokatalis.  Lapisan  tipis  TiO 2 / Al  mampu mendergadasi limbah MB dari pabrik lebih besar bila dibandingkan dengan lapisan tipis TiO 2 tanpa doping. Hasil larutan limbah MB dari pabrik yang telah diuji fotokatalis  dapat  dilihat  pada  Gambar  4.
Gambar 4. Hasil fotokatalis limbah MB dari pabrik dengan lapisan tipis TiO 2 /Al (a) kecepatan putar 20 detik (b) kecepatan putar 30 detik.

## KESIMPULAN
Penambahan  Al  berpengaruh  terhadap  hasil  uji fotokatalis.  Lapisan  tipis  TiO 2 doping Al  memperoleh hasil  degradasi  lebih  besar  bila  dibandingkan  dengan lapisan  tipis    TiO 2 tanpa doping. Massa doping paling baik  yaitu  terdapat  pada  TiO 2 / Al  4%  yang  mampu mendegradasi limbah MB hasil sintesis sebesar 94,17% dan  limbah  MB  ari  pabrik  15,11%  dengan  ketebalan lapisan  4,841  µm.  Sedangkan  lapisan  tipis  dengan ketebalan  1,300  µm  hanya  mampu  mendegradasi limbah  MB  hasil  sintesis  sebesar  93,24%  dan  8,78% untuk limbah MB dari pabrik.

## DAFTAR PUSTAKA
Aditya,  H.  Y.  dan    H.  Sutanto.  2014.  Analisis  Sifat Optik Lapisan Tipis Bilayer  ZnO/TiO 2 Yang Dideposisikan Menggunakan Metode Sol-Gel
Spray  Coating Dan  Aplikasinya  Sebagai Fotodegradasi  Zat  Warna. Youngster  Physics Journal . 3(3):223-230 .
Almu’minin,  A.  S.,  T.  Haryati  dan  T.  Mulyono. 2016.  Sintesis  Dan  Karakterisasi  Film  Lapis Tipis  TiO 2 Sebagai  Pendegradasi  Pewarna Tekstil  Procion  Red  Mx-8b. Jurnal  Ilmu Dasar. 17(2):65-72.
Chaharmahali,  A.  R.  2012.  The  Effect  of  TiO 2 Nanoparticles  on  the  Surface  Chemistry, Structure  and  Fouling  Performance  of Polymeric  Membranes. Thesis .  University  of New South Wales. Sydney.
Karim,  S.,  dkk.,  2016.  Sintesis  dan  Karakterisasi TiO2 Terdoping Nitrogen (N-Doped TiO2) dengan  metode  Sol-gel.  Jurnal  Kimia  Sains dan Aplikasi. 19(2): 63-67.
Jenis Sampel 20 detik 30 detik Absorbansi Degradasi (%)  Absorbansi Degradasi (%) TiO 2 / Al 0% 0,1372 -15,78 0,1390 -17,30 TiO 2 / Al 2% 0,1345 -13,50 0,1190 -0,42 TiO 2 / Al 4% 0,1081 8,78 0,1006 15,11 TiO 2 / Al 6% 0,1411 -19,07 0,1397 -17,89
(a) (b)
Lestari,  Y.  D.,  S.  Wardhani  dan  M.  M.  Khunur.
2015. Degradasi Metyelene Blue menggunakan Fotokatalis  TiO 2 -N/Zeolit  dengan  Sinar Matahari. K imia Student Journal. 1:592-598.
Mahadik,  M.A.,  S.S.  Shinde,  Y.M.  Hunge,  V.S. Mohite,  S.S.  Kumbhar,  A.V.  Moholkar, K.Y. Rajpure, C.H. and Bhosale. 2014. UV Assisted  Photoelectrocatalytic  Oxidation  Of Phthalic  Acid  Using  Spray  Deposited  Al Doped  Zinc  Oxide  Thin  Films. Journal  Of Alloys and Compounds. 611:446-451.
Ruzicka, O. dan L. Safira. 2014. Aplikasi Fotokatalis TiO 2 Pada Degradasi Limbah Cair Zat Warna Tekstil,  Lomba  Karya  Ilmiah  Sumber  Daya Air Tahun  2014 .
Roose, B., S. Pathak. and U. Steiner. 2015. Doping of TiO 2 For  Sensitized  Solar  Cells. Chem  Soc Rev . 44:8325-8349.
Sutanto,  H.  2013.  Deposisi  Lapisan  Tipis  Fotokatalis Seng Oksida (ZnO) Berukuran Nano dengan Teknik  Penyemprotan  dan  Aplikasinya Untuk  Pengdegradasi  Pewarna Methylene Blue. Jurnal Fisika . 3(1):71-75.
Sutanto,  H.  dan  W.  Singgih.  2015. Semikonduktor Fotokatalis  Seng  Oksida  dan  Titanium (Sintesis,Deposisi  dan  Aplikasi), UPT  UNDIP Press, Semarang.
Sze,  S.  M.  and  Kwok  k.  Ng.  2007. Physics  of Semiconductor  Devices,  Third  Edition. Wiley interscince, Canada.
Tsai,  C.  Y.,  T.  H.  Kuo.  and  H.  C.  Hsi.  2012. Fabrication  of  Al-Doped  TiO 2 Visible-Light Photocatalyst  for  Low  Concentration Mercury  Removal .  International  Journal  of Photoenergy . 1-8.