## OPTIMASI pH DAN WAKTU RADIASI PADA AKTIVITAS FOTOKATALITIK TiO 2 TERHADAP DEGRADASI ASAM HUMAT
Riri Enriyani 1* , Muhammad Ali Zulfikar 2 , Anita Alni 2
1 Politeknik AKA Bogor, Tanah Baru, Bogor, Indonesia
2 Institut Teknologi Bandung, Jalan Ganesha No. 10 Bandung
*Email: ririyani@kemenperin.go.id
(Received : 1 Juni 2020; Accepted: 1 Juli 2020; Published: 1 Juli 2020)

## Abstrak
Fotokatalitik merupakan kombinasi proses fotokimia dan katalitik dimana cahaya dan katalis diperlukan untuk mempercepat transformasi kimia. Titanium Oksida atau Titania merupakan salah satu oksida yang digunakan sebagai  fotokatalis  karena  bersifat  inert,  fotoaktif,  stabil  terhadap  korosi  dan  dapat  menyerap  cahaya  pada daerah  UV-Vis.  Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk  mengetahui  kondisi  pH  dan  waktu  radiasi  yang optimum  pada  aktivitas  fotokatalitik  untuk  mendegradasi  asam  humat.  Asam  humat  dapat  bereaksi  dengan spesi  klor  (OCl-  /HOCl)  menghasilkan  trihalometana  (THMs)  yang  menyebabkan  keracunan  pada  manusia. Pada  penelitian  ini  dilakukan  variasi  pH  pada  rentang  pH  3-9  dan  diperoleh  degradasi  optimum  pada  pH  3 sebesar 87,12%. Waktu radiasi divariasikan dalam rentang 30 - 180 menit dan diperoleh kondisi optimum pada waktu penyinaran selama 1 jam dengan degradasi asam humat sebesar 88%.

## Kata kunci : Titanium oksida; Metode Hidroterma;, pH; Waktu Radiasi

## Abstract
Photocatalytic  is  a  combination  of  photochemical  and  catalytic  process  in  which  light  and  catalysts  are needed to accelerate chemical transformation. Titanium oxide or Tititania is one of oxide compound used as photocatalyst because of its properties such as inert, photoactive, stable to corrosion and can absorb light in UV-Vis  area.  The  objective  of  this  research  is  to  know  optimum  condition  of  pH  and  radiation  time  for photocatalytic activity in humic acid degradation. Humic acid can react with chlorine species (OCl- /HOCl) produce trihalomethane (THMs) that caused toxic for human. Variation of pH  was used around pH 3-9 and produce optimum condition in pH 3 by degradation 87,12%. Radiation time was variated around 30 until 180 minutes  and produce optimum degradation during 1 hour by degradation around 88%.
Keywords: titanium oxide; hydrothermal method; pH; radiation time

## PENDAHULUAN
Fotokatalitik  merupakan  kombinasi  proses fotokimia  dan  katalitik  dimana  cahaya  dan  katalis diperlukan  untuk  mempercepat  transformasi  kimia. Katalis  pada  proses  fotokatalitik  disebut  fotokatalis dan  memiliki  kemampuan  mengabsorpsi  foton. Fotokatalitik  dapat  juga  didefinisikan  sebagai  suatu proses  yang  dapat  terjadi  berdasarkan  pada kemampuan ganda dari suatu fotokatalis untuk dapat mengabsorpsi foton secara bersamaan (Khan, 2017).
Dalam  proses  fotokatalitik,  titanium  oksida atau  dikenal  dengan  Titania  banyak  digunakan sebagai  fotokatalis  karena  sifatnya  yang  mendekati fotokatalis  ideal.  Semikonduktor  yang  berperan sebagai  fotokatalis  harus  bersifat inert ,  fotoaktif, stabil  terhadap  korosi  dan  dapat  menyerap  cahaya pada  daerah  UV-Vis  (Kitsao,  2009).  Beberapa fotokatalis  seperti  ZnO,  PbS  dan  CdS  tidak  cukup
stabil  sebagai  katalis  di  dalam  air.  ZnO  tidak  stabil karena padatan Zn(OH)2 mudah larut dalam air yang dapat  menghambat  aktivasi  dari  ZnO.  Fe2O3,  SnO 2 , dan WO 3 memiliki pita konduksi pada tingkat energi di  bawah  potensial  hidrogen  sehingga  memerlukan aplikasi  listrik  eksternal  bias  untuk  menyelesaikan reaksi hidrolisis (Mital & Tripathi, 2011).
Proses  fotokatalitik  pada  TiO2  diawali dengan  absorbsi  energi  foton  oleh  fotokatalis,  yang menyebabkan  terjadinya  pemisahan  muatan  atau fotoeksitasi dalam semikonduktor. Elektron (e - ) akan tereksitasi  ke  pita  konduksi  dengan  meninggalkan lubang  positif  (H + )  pada  pita  valensi.  Proses  redoks kemudian  terjadi  jika  ada  senyawa  yang  teradsorpsi pada  permukaan  semikonduktor.  Elektron  pada  pita konduksi akan bereaksi dengan akseptor elektron dan lubang positif pada pita valensi akan bereaksi dengan
donor  elektron.  Senyawa-senyawa  polutan  organik umumnya  adalah  donor  elektron  dan  jika  berada dalam  air  dapat  teroksidasi  dengan  dua  cara  yaitu bereaksi  langsung  dengan  lubang  positif  atau bereaksi  dengan  radikal  ·OH  yang  terbentuk  dari oksidasi H 2 O (Pelaeza dkk., 2012).
Beberapa  penelitian  telah  dilakukan  terkait dengan TiO2 sebagai fotokatalis baik untuk degradasi limbah  organik,  zat  warna  dan  sebagai  anti  korosi pada  besi.  Salah  satu  aplikasinya  adalah  sebagai fotokatalis  untuk  mendegradasi  zat  warna  metilen biru (Yeni dkk., 2015). Selain zat warna metilen biru, limbah  yang  perlu  didegradasi  salah  satunya  asam humat. Asam humat dapat bereaksi dengan spesi klor (OCl-  /HOCl)  menghasilkan  trihalometana  (THMs) dan  asam  haloasetat  (HAAs),  produk  desinfektan  di dalam  air  yang  mengandung  klor.  Trihalometana dapat  menyebabkan  kanker  dan  keracunan  bagi manusia.  Asam  humat  dapat  membentuk  kompleks yang  sangat  kuat  dengan  kontaminan  organik  dan anorganik  yang  diketahui  sebagai  kontaminan  yang fotoreaktif (Dziedzic dkk., 2010).

## BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat
Titanium  Oksida,  asam  humat,  HCl,  NaOH dan  aquadest.  Gelas  piala,  labu  takar,  spatula, fotoreaktor, pH-meter dan spektrofotometer UV-Vis
Metode Penelitian Optimasi pH terhadap Aktivitas Fotokalitik  TiO 2 Sebanyak  50  mL  larutan  asam  humat  (HA) 20  ppm  dimasukkan  ke  dalam 5  gelas  kimia dengan variasi pH 3, 4, 5, 7, 9 dan masing  – masing larutan ditambahkan  1gram  TiO2  kemudian  diaduk.  Untuk memperoleh  serapan  maksimum,  masing  -  masing larutan  diletakkan  selama  20  menit  pada  kondisi gelap. Larutan diradiasi di bawah lampu UV C (254 nm) dengan daya 20 W selama 1 jam dan jarak lampu 20 cm.
Setelah  fotodegradasi,  partikel  fotokatalis dipisahkan  melalui  sentrifugasi.  Konsentrasi  HA yang tersisa ditentukan menggunakan spektrofotometer UV- Vis.
Optimasi  Waktu  Radiasi  terhadap  Aktivitas Fotokatalitik TiO 2 Sebanyak  50  mL  larutan  asam  humat  (HA) pada  pH  optimum  dimasukkan  ke  dalam  5  gelas kimia  dan  ditambahkan  0,03  gram  TiO2  kemudian diaduk.  Untuk  memperoleh  serapan  maksimum, larutan  diletakkan  selama  20  menit  pada  kondisi gelap. Larutan diradiasi di bawah lampu UV C (254 nm) dengan daya 20 W pada jarak lampu 20 cm dan variasi  waktu  30  menit,  60  menit,  90  menit,  120 menit,  150  menit  dan  180  menit.  Setelah fotodegradasi, partikel fotokatalis dipisahkan melalui  sentrifugasi.  Konsentrasi  HA  yang  tersisa ditentukan menggunakan spektrofotometer UV- Vis.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Optimasi  pH  terhadap  Aktivitas  Fotokalitik TiO2
Variasi  pH  pada  penentuan  pH  optimum dilakukan dengan penambahan HCl dan NaOH  dari rentang  pH  3-9.  Berdasarkan  Gambar  1  diperoleh kurva pengaruh pH senyawa TiO2 untuk mendegradasi  larutan  asam  humat  dimana  pH optimum  diperoleh  pada  pH  3.  TiO 2 merupakan senyawa  amfoter  yang  muatannya  bergantung  pada pH.  Laju  aktivitas  fotokatalitik  bergantung  pada banyaknya senyawa organik yang dapat diserap oleh ion OH- pada TiO 2 .
Gambar 1. Kurva pengaruh pH terhadap aktivitas fotokatalitik senyawa TiO2 (daya = 20 W, [TiO2]= 2 gr/L, waktu= 20 menit dan jarak lampu =20 cm)
Asam  humat  memiliki gugus  fungsi hidrofilik  dan  hidrofobik.  Semakin  tinggi  pH larutan,  gugus  fungsi  pada  asam  humat  terionisasi dan  bermuatan  negatif  (JAREK  dkk.,  2003).  Gaya tolak  menolak  terbesar  terjadi  pada  pH  9 disebabkan  permukaan  TiO2  yang  bermuatan negatif  menyerap  senyawa  asam  humat  yang  juga bermuatan negatif pada gugus karbonil seperti pada Gambar  2  sehingga  degradasi  yang  terjadi  kecil yaitu sekitar 57,12%.
Gambar 2. Efek tolak menolak antara permukaan negatif TiO2 dengan asam humat dalam suasana basa

## Optimasi  Waktu  Radiasi  terhadap  Aktivitas Fotokatalitik TiO2
Penentuan  waktu  radiasi  optimum  pada aktivitas  fotokatalitik  senyawa  TiO2  dilakukan dengan  variasi  waktu  radiasi  dari  30–180  menit. Berdasarkan  Gambar  3  diperoleh  waktu  optimum untuk  mendegradasi  larutan  asam  humat  adalah  60 menit. Semakin lama waktu radiasi maka persentase
degradasi  asam  humat  semakin  besar.  Hal  ini disebabkan  karena  semakin  lama  waktu  penyinaran maka akan banyak terbentuk OH radikal (·OH) yang mempercepat aktivitas fotokatalitik TiO2.
Gambar 3. Kurva penentuan waktu optimum aktivitas fotokatalitik senyawa TiO2 (daya = 20 W, pH = 3, [TiO2]= 0,6 gr/L dan jarak lampu= 20 cm) Untuk  lama  waktu  penyinaran  lebih  dari  90 menit  persentase  degradasi  relatif  tetap.  Hal  ini menunjukkan  antara  waktu  30  –  90  menit  interaksi antara  cahaya,  asam  humat  dan  TiO2  semakin  besar sehingga  OH  radikal  yang  terbentuk  juga  semakin banyak. Semakin lama waktu penyinaran maka produk hasil  degradasi  fotokatalitik  semakin  banyak.  Produk hasil  degradasi  ini  dapat  menghalangi  interaksi cahaya,  asam  humat  dan  TiO2  sehingga  persentase degradasi semakin menurun ( FATIMAH dkk , 2016).

## KESIMPULAN
Berdasarkan  penelitian  yang  telah  dilakukan dapat disimpulkan bahwa Aktivitas fotokatalitik TiO2 optimum diperoleh pada pH 3 dengan degradasi asam humat  sebesar  87,12%  dan    waktu  radiasi  optimum selama  60  menit  dengan  degradasi  asam  humat sebesar 88%.

## DAFTAR PUSTAKA
Dzidzic  et  al.,  (2010),  Photocatalytic  degradation  of humic  species  as  a  method  of  their  removal from  water  –  comparizon  of  UV  and  artificial sunlight  radiation, Physicochemical  Problems of Mineral Processing , 45, 15 - 28.
Fatimah  dkk,  (2016),  Degradasi  Zat  Warna  pada  Air
Gambut  Menggunakan  Metode  Fotokatalitik
ZnO . Jurnal Teknik Lingkungan ,22, 4-10. Jarek  et  al.,.  (2003), Photocatalytic  mineralization  of humic  acids  with  TiO 2 :  Effect  of  pH,  sulfate and  chloride  anions. International  Journal  of Photoenergy, 5 , 2. Khan  M.,  (2017), Nanocomposite  for  Visible  Light- Induced  Photocatalysis, Springer,  Berlin,  23  - 33. Kitsiou et al., (2009), Heterogeneous and homogeneous photocatalytic degradation of the insecticide  imidacloprid  in  aqueous  solutions,
Enviromental , 86, 27-35.
Mital  &  Tripathi.  (2011),  A  review  of  TiO2 nanoparticles, Physical  Chemistry ,  56,  1639-
1657.
Pelaez  et  al.,  (2012),  A  review  on  the  visible  light active  titanium  dioxide  photocatalysts  for environmental applications, Enviromental , 125,
341-349. Yeni  dkk,  (2015),  Degradasi  Methylene  Blue Menggunakan Fotokatalis TiO2-N/Zeolit dengan Sinar Matahari. . Kimia.Studentjournal ,
1, 592-598