http://ejurnal.umri.ac.id/index.php/photon
Received:  12 Maret 2022, Accepted: 24 Agustus 2022 - Jurnal Photon Vol.12 No.2 DOI: https://doi.org/10.37859/jp.v12i2.3473 PHOTON is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License

## Karakterisasi Hasil Sintesis Fotokatalis TiO
2 dengan Metode Sol-Gel dan Hidrothermal untuk Aplikasi Limbah Petroleum

## Manja Nanda Resa, Hasmalina Nasution, Zumrotun Nasihah, Tengku Finalia, Laila
Rahmadanis, Prasetya, Rahmadini Syafri, Sri Hilma Siregar
Program Studi Kimia,  FMIPA  dan Kesehatan,  Universitas Muhammadiyah Riau,  Jl. Tuanku Tambusai No.72 Pekanbaru, Indonesia, 28124

## *Correspondence e-mail: hasmalinanst@umri.ac.id

## Abstract
Petroleum waste (crude oil) has become one of the sources of pollution in the sea. The pollution caused comes from several factors, oil spills from tankers, deliberate disposal of irresponsible industries. The layer of crude oil on the surface of the air holds back gas exchange from the atmosphere and reduces the solubility of oxygen in the waters so that it interferes with the  respiration  and  photosynthesis  processes  in  phytoplankton  which  are  food  producers  in  the  sea.  This  study  aims  to characterize the synthesized TiO2 photocatalyst material using two methods, namely Sol-Gel (SG) and Hydrothermal (HD) which will then be used for applications in petroleum waste. To determine effectiveness of TiO 2 photocatalyst in reducing crude  oil  spills on the sea  surface based on fatty oil  parameter tests. The synthesis of  TiO2 was carried out  by the solgel method (SG) and the hydrothermal method (HD) at various temperatures of 300 o C, 500 o C, and 700 o C. Characterization of the material formed using the SEM-EDX instrument, showed that in general it is spherical in shape, and is composed of C, O and Ti elements. The maximum effectiveness of SG-300, SG-500, and SG-700 was able to reduce fat oil content by 57.19%, 66.14%  and  41.42%  while  HD-300,  HD-500,  and  HD-700  were  able  to  reduce  fatty  oil  content.  maximum  of  60.87%.  , 56.41% and 45.68% in the 120 minute irradiation time. The results showed that the photodegradation process in petroleum waste treatment using TiO2 material was able to reduce the fat oil content.
Keywords: Photocatalyst, TiO 2 ,  petroleum,  Solgel, Hydrothermal

## Abstrak
Limbah Petroleum (minyak Mentah) telah menjadi salah satu sumber pencemaran di Laut. Pencemaran yang ditimbulkan berasal dari beberapa factor tumpahan minyak dari tanker, pembuangan  sengaja dari industry yang tidak bertanggung jawab. Lapisan minyak mentah yang berada di permukaan udara menahan pertukaran gas dari atmosfer dan mengurangi kelarutan  oksigen  dalam  perairan  sehingga  mengganggu  proses  respirasi  dan  fotosintesis  pada  fitoplankton  yang merupakan produsen makanan di laut.  Penelitian ini bertujuan melakukan karakterisasi material Fotokatalis TiO 2 yang disintesis dengan menggunakan dua metode yaitu Sol-Gel (SG) dan Hidrothermal (HD) yang selanjutnya akan digunakan untuk aplikasi pada limbah petroleum. Pada penelitian ini, bertujuan untuk mengetahui efektivitas fotokatalis TiO 2 dalam mengurangi tumpahan minyak mentah pada permukaan air laut berdasarkan uji parameter minyak lemak. Sintesis TiO 2 yang  dilakukan  dengan  metode  solgel  (SG)  dan  metode  hidrotermal  (HD)  pada  variasi  suhu  300 o C,  500 o C,  dan  700 o C. Karakterisasi material yang terbentuk menggunakan instrumen SEM-EDX, menunjukkan bahwa pada umumnya berbentuk seperti  bola  (bulat),  dan  tersusun  atas  unsur  C,  O  dan  Ti.  Efektivitas  maksimal  SG-300,  SG-500,  dan  SG-700  mampu menurunkan kadar minyak lemak sebesar 57.19%, 66,14% and 41,42% sedangkan HD-300, HD-500, dan HD-700 mampu menurunkan kadar minyak lemak maksimal sebesar 60,87%. , 56.41% and 45,68% dalam rentang waktu penyinaran 120 menit. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada proses fotodegradasi pada pengolahan limbah petroleum menggunakan material TiO2 mampu menurunkan kadar minyak lemak.
Kata kunci Fotokatalis, TiO2, petroleum, Solgel, Hidrotermal

## 1. Pendahuluan
Pencemaran  minyak  di  perairan  paling  sering  terjadi  dibandingkan  di  darat  dan  sangat  memprihatinkan. Lingkungan laut merupakan suatu sistem yang terus menerus berubah secara dinamis, selain menyediakan tempat rekreasi yang indah dan suatu laboratorium untuk mempelajari segala kehidupan di dunia.  Tetapi dalam  persepsi  umum  sejak  dahulu  laut  selalu  dipandang  sebagai  tempat  terakhir  yang  cocok  untuk pembuangan  limbah  yang  dihasilkan  manusia  dan  anggapan  bahwa  volume  lautan  dunia  sangat  luas
http://ejurnal.umri.ac.id/index.php/photon
Received:  12 Maret 2022, Accepted: 24 Agustus 2022 - Jurnal Photon Vol.12 No.2 DOI: https://doi.org/10.37859/jp.v12i2.3473 PHOTON is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License
mempunyai kemampuan yang tidak terbatas untuk menyerap limbah tersebut (Kuncowati, 2010).
Polusi dari tumpahnya minyak di laut merupakan sumber pencemaran laut yang selalu menjadi fokus perhatian  masyarakat  luas,  karena  akibatnya  sangat  cepat  dirasakan  oleh  masyarakat  sekitar  pantai  dan sangat signifikan merusak makhluk hidup di sekitar pantai tersebut. Pencemaran minyak semakin banyak terjadi sejalan dengan semakin meningkatnya permintaan minyak untuk dunia industri yang harus diangkut dari  sumbernya  yang  cukup  jauh,  meningkatnya  jumlah  anjungan-anjungan  pengeboran  minyak  lepas pantai. Dan juga karena semakin meningkatnya transportasi laut (Kuncowati, 2010).
Aplikasi  bioremediasi  polutan  minyak  bumi  di  laut  dapat  dibantu  dengan  penambahan  dispersan yang dapat mengemulsikan minyak. Namun cara ini hanya dapat mengurangi 50% minyak yang tumpah di laut, termasuk dispersi alami, Dispersan juga berpotensi menimbulkan dampak negatif terhadap beberapa organisme  laut.  Besarnya  dampak  yang  ditimbulkan  juga  tergantung  dari  jenis  oragnisme  yang  terpapar, dosis dan waktu pemaparan, jenis dispersan, dan minyak yang didispersikan (Lestari, 2017).
Berdasarkan  permasalahan  diatas,  maka  dilakukan  penelitian  dan  pengujian  aktivitas  terhadap fotokatalis  TiO 2 sebagai  fotodegradasi  limbah  tumpahan  minyak  mentah  ( Crude  Oil) dilaut  menggunakan metode  Hydrothermal  –  Sol-gel.  Menurut  Wardiyati  (2014),  titanium  dioksida  (TiO 2 )  merupakan  bahan semikonduktor  yang  digunakan  sebagai  fotokatalis,  sel  surya,  sensor  biologis  dan  gas,  serta  pigmen  cat. Sebagai  bahan  fotokatalis,  TiO 2 telah  memperlihatkan  kinerja  yang  baik  dalam  mendegradasi  berbagai polutan  organik  dalam  air  seperti  pestisida  dan  pelarut  organik,  zat  pewarna  tekstil,  bahkan  dapat digunakan untuk membunuh mikroba dalam air.
Pada  penelitian  ini,  bertujuan  untuk  mengetahui  efektivitas  fotokatalis  TiO 2 yang  disintesis dengan  metode  sol  gel  dan  hidotermal  pada  variasi  suhu  300 o C,  500 o C  dan  700 o C    dalam mengurangi substansi limbah petroleum pada permukaan air laut berdasarkan uji parameter minyak lemak.

## 2. Metodologi

## 2.1. Preparasi Alat dan Bahan
Peralatan  yang  digunakan  erlenmeyer,  beaker  glass,  cawan  crussible,  kertas  saring  whatman  no.42, magnetik  stirrer,  reaktor  batch,  Lampu UV  (λ= 352),  dan  Lampu  UV  (λ= 253),  XRD,  dan  SEM.  Bahan  yang digunakan antara lain TiCl 4 , TTIP, etanol, Isopropil alcohol, HCl, N-Heksan, Na 2 SO 4 , aquadest

## 2.2. Sintesis Material TiO
2
Dalam proses sintesis sol-gel, larutan prekursor terdiri dari TiCl 4 (Titanium tetraclorida) dan etanol absolut dengan  perbandingan  1:  10  diaduk  pada  kecepatan  1200  rpm  selama  4  jam  pada  suhu  kamar  untuk meningkatkan homogenitas dan stabilitas bubur. Sol yang terbentuk didiamkan dalam kondisi suhu kamar selama  18  jam,  disonikasi  selama  30  menit  dan  dikeringkan  dalam  oven  pada  suhu  120 o C  selama  7  jam. Serbuk  yang  disiapkan  kemudian  dikenakan  suhu  kalsinasi  yang  tinggi  pada  300 o C,  500 o C,  dan  600 o C selama 2 jam untuk mendapatkan TiO 2 (Dodoo-Arhin, D. et al. 2018). Dalam teknik hidrothermal, 10 mL TTIP ( Titanium Isopropoksida) ditambahkan ke 100 mL isopropil alkohol dengan pengadukan magnet konstan pada 1200 rpm selama sekitar 10 menit untuk homogenitas. 10  mL  air  suling  ditambahkan  perlahan  dengan  kecepatan  2  mL  /  menit  dan  larutan  selanjutnya  diaduk pada 1200  rpm selama 10  menit. Larutan yang dihasilkan kemudian didiamkan pada kondisi suhu kamar selama 24 jam. Setelah sonikasi sol selama 10 menit dipindahkan ke autoclave pada suhu 120 o C selama 8 jam. Kemudian didinginkan, setelah pendinginan hingga suhu kamar TiO 2 yang telah disiapkan dikalsinasi pada suhu 300 o C, 500 o C dan 600 o C selama 2 jam untuk mendapatkan TiO 2 (Dodoo-Arhin, D. et al. 2018).
2.3. Karakterisasi TiO 2
http://ejurnal.umri.ac.id/index.php/photon
TiO 2 yang  telah  disintesis  dikarakterisasi  dengan  menggunakan X-Ray  Diffraction (XRD),  dan Scanning Electron  Microscopy (SEM)  untuk  menentukan  sifat  struktur  kristal,  mikrostruktur,  permukaan  dan porositas.  Karakterisasi  XRD  dilakukan  untuk  mengetahui  struktur  kristal  yang  terdapat  pada  komposit, sedangkan karakterisasi SEM untuk mengetahui morfologi material yang berhasil disintesis.

## 2.4. Uji Fotodegradasi

## a. Variasi massa
Uji fotodegradasi dilakukan terhadap sampel simulasi dengan perbandingan minyak : oli (1:20 v/v) didalam 1,5 L air kemudian campuran diaduk secara magnetis selama 30 menit. Kemudian tambahkan 0.4 g, 0.8  g dan 1.2 g masing-masing TiO 2 yang berhasil disintesis. Campuran tersebut kemudian dimasukkan kedalam fotoreaktor  untuk  diaduk  dan  disinari  dibawah  lampu  UV  selama  1,5  jam.  Langkah  tersebut  kemudian diulangi untuk variasi tanpa sinar UV. Selanjutnya dilakukan pengujian minyak lemak mengikuti prosedur SNI 6989.10:2011.

## b. Variasi waktu
Sampel simulasi dengan perbandingan yang sama ditambahkan TiO 2 yang berhasil disintesis dengan massa optimum.  Campuran  tersebut  kemudian  dimasukkan  ke  dalam  fotoreaktor  untuk  diaduk  dan  disinari dibawah lampu  UV  dengan  variasi  selama  1  jam,  1,5  jam dan  2  jam.  Langkah  tersebut  kemudian  diulangi untuk  variasi  tanpa  sinar  UV.  Selanjutnya  dilakukan  pengujian  minyak  lemak  mengikuti  prosedur  SNI 6989.10:2011.

## 2.5. Uji Parameter

## a. Parameter minyak lemak
Sampel  yang  sudah  ditreatment  kemudian  dilakukan  analisa  minyak  lemak  sesuai  dengan  prosedur  SNI 6989.10:2011  mengenai  pengujian  minyak  dan  lemak  secara  gravimetri.  Kadar  minyak  dan  lemak  yang tersisa didalam sampel dihitung dengan persamaan:
kadar minyak lemak (mg. L ) = W + W
V × 1000                                                                                          (1)

## 3. Hasil dan Pembahasan

## 3.1. Hasil Sintesis TiO 2
Sintesis  TiO 2 dilakukan  dengan  metode  Sol  Gel  dan  Hidrothermal  dilakukan  di  Laboratorium  Kimia Universitas  Muhammadiyah  Riau,  Pekanbaru.  Rendemen  hasil  sintesis  TiO 2 dari  beberapa  variasi  suhu kalsinasi ditunjukkan oleh Tabel 1.
Tabel 1. Rendemen Hasil Sintesis Variasi Kalsinasi Solgel Hidrotermal 300 o C 87.87 %, 90.92 %, 500 o C 79.88 % 88.01 % 700 o C 87.44 %, 93.62 %
Proses  sol-gel  dapat  didefinisikan  sebagai  proses  pembentukan  senyawa    anorganik  melalui  reaksi  kimia dalam  larutan  pada  suhu  rendah,  dalam  proses  tersebut  terjadi  perubahan  fasa  dari  suspensi  koloid membentuk  fasa  cair  kontinyu.  Sintesis  TiO 2 dengan  metode  sol-gel  diawali  dengan  melarutkan  TiO 2 . Kemudian diaduk menggunakan stirer dengan kecepatan stabil selama 4 jam hingga membentuk endapan
http://ejurnal.umri.ac.id/index.php/photon
Received:  12 Maret 2022, Accepted: 24 Agustus 2022 - Jurnal Photon Vol.12 No.2 DOI: https://doi.org/10.37859/jp.v12i2.3473 PHOTON is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License
gel berwarna putih, setelah diaduk didiamkan selama 18 jam. Endapan yang terbentuk, kemudian di oven selama  3  jam  pada  suhu  100 o C,  dan  kemudian  dikalsinasi  pada  suhu  yang  berbeda.  Proses  kalsinasi bertujuan untuk memperoleh fasa kristal logam oksida.
Perlakuan hidrotermal bertujuan memicu pertumbuhan inti kristal, serta membentuk keseragaman susunan  partikel.  Perlakuan  hidrotermal  dapat  menghasilkan  struktur anatase dan  meningkatkan kristalinitas kristal serta memperkecil ukuran kristal.
Suhu kalsinasi yang digunakan pada penelitian ini adalah 300 o C, 500 o C dan 700 o C. Pelepasan air bebas  (H 2 O)  dan  terikat  (OH)  berlangsung  sekitar  suhu  100  °C  hingga  suhu  300  °C,  Pelepasan  gas-gas berlangsung  sekitar  suhu  500 o C  -600  °C  dan  pada  tahap  ini  disertai  terjadinya  pengurangan  berat  yang cukup berarti, Pada suhu lebih tinggi, sekitar 700 o C – 800 o C struktur kristalnya sudah terbentuk.

## 3.2. Hasil Karakterisasi
Hasil  karakterisasi  SEM  terhadap  material  fotokatalis  TiO 2 yang  berhasil  disintesis  dapat  dilihat  pada Gambar 1 berikut.
Gambar 1. Hasil karakterisasi SEM (a) SG-300, (b) SG-500, (c) SG-700, (d) HD-300, (e) HD-500, (f) HD-700
Gambar tersebut menunjukkan morfologi dari material fotokatalis SG-300, SG-500, SG-700, HD-300, HD-500 dan  HD-700 menggunakan intrumen  SEM pada perbesaran 20.000 x. Tujuan dilakukan pengujian SEM adalah untuk mengetahui struktur mikro dari spesimen uji atau material uji. Dari hasil, terlihat bahwa material  fotokatalis  yang  disintesis  dengan  metode  sol  gel  dan  hidrotermal  pada  umumnya  berbentuk seperti spherical (bulat).    Ketiga  variasi  temperatur  yang  digunakan  mampu  mempertahankan  bentuk partikel  yang  dimiliki  oleh  serbuk  TiO 2 .  Namun,  variasi  suhu  kalsinasi  yang  digunakan  memberikan perbedaan  ukuran  partikel.  Menurut  Listanti, et. al  (2018),  hal  ini  terjadi  dikarenakan  tingginya  suhu kalsinasi,  dimana  jika  suhu  kalsinasi  semakin  tinggi  maka  kemungkinan  terjadi  aglomerasi  akan  semakin besar dan ukuran partikel juga akan semakin besar yang mendekati ~100 nm
Proses kalsinasi merupakan peristiwa penghilangan pori-pori antara partikel bahan, pada saat yang sama  terjadi  penyusutan  komponen,  dan  diikuti oleh  pertumbuhan  grain  serta  peningkatan  ikatan  antar partikel yang berdekatan, sehingga menghasilkan bahan yang lebih mampat/kompak (Widianti, 2015). Hasil karakterisasi EDX dapat dillihat pada Gambar 2 berikut
http://ejurnal.umri.ac.id/index.php/photon
Gambar 2 . Hasil karakterisasi EDX (a) SG-300, (b) SG-500, (c) SG-700, (d) HD-300, (e) HD-500, dan (f) HD- 700.
Berdasarkan  hasil  pengamatan  EDX  ( Energy  Dispersion  X-Ray  Spectroscopy) terlihat  bahwa  pada material fotokatalis TiO 2 yang berhasil disintesis mengandung komponen unsur Ti, O, dan sedikit C. Menurut Wiyono et. al (2018), unsur lain yang terdapat pada material fotokatalis salah satunya adalah karbon yang berasal  dari  persenyawaan  karbon  sisa  pelarut  organik  yang  tidak  teroksidasi  pada  saat  proses  kalsinasi. Pada proses sintesis, pelarut organik yang digunakan ialah etanol dan isopropil alkohol.
Pada    SG-300,  mengandung unsur C sebesar  2,39 %,  Ti sebesar  57,39 %,  dan  O sebesar 38,39 %. Pada  SG-500, mengandung unsur C sebesar 4,17 %, Ti sebesar 49,09 %, dan O sebesar 44,95 %. Pada  SG- 700, mengandung unsur C sebesar 9,78 %, Ti sebesar 44,21 %, dan O sebesar 44,60 %. Sedangkan pada HD- 300,  mengandung  unsur  C  sebesar  2,74  %,  Ti  sebesar  48,71  %,  dan  O  sebesar  47,70  %.  Pada    HD-500, mengandung  unsur  C  sebesar  9,28  %,  Ti  sebesar  44,42  %,  dan  O  sebesar  44,58  %,  dan  pada    HD-700, mengandung unsur C sebesar 2,62 %, Ti sebesar 52,25 %, dan O sebesar 43,73 %.

## 2.3. Hasil Uji Fotodegradasi
Hasil  analisis  pengaruh  variasi  massa  fotokatalis  terhadap  kadar  minyak  lemak  sisa  dapat  dilihat  pada Gambar 3 .
http://ejurnal.umri.ac.id/index.php/photon
Gambar 3. Variasi massa fotokatalis terhadap kadar minyak lemak sisa
Prinsip  fotodegradasi  adalah  adanya  loncatan  elektron  dari  pita  valensi  ke  pita  konduksi  pada fotokatalis  jika  dikenai  suatu  energi  foton.  Loncatan  elektron  ini  menyebabkan  timbulnya  hole  (lubang elektron)  yang  dapat  berinteraksi  membentuk  radikal.  Radikal  bersifat  aktif  dan  dapat  berlanjut  untuk menguraikan senyawa target (Kurniadi, 2000).
Hasil analisis fotodegradasi dengan pengaruh variasi massa terhadap kadar minyak lemak, terlihat bahwa  mengalami  peningkatan  seiring  dengan  meningkatnya  massa  fotokatalis  yang  digunakan.  Ini disebabkan oleh semakin banyak OH * yang terlibat dalam proses fotodegradasi sampel tersebut.
Hasil  analisis  pengaruh  variasi  waktu  fotokatalis  terhadap  kadar  minyak  lemak  sisa  dapat  dilihat pada Gambar 4 . dibawah ini
http://ejurnal.umri.ac.id/index.php/photon
Gambar 4. pengaruh variasi waktu fotokatalis terhadap kadar minyak lemak sisa/
Berdasarkan  hasil  analisis  pada  variasi  waktu  menunjukkan  %fotodegradasi  yang  meningkat seiring  dengan  lamanya  waktu  penyinaran  fotokatalis,  artinya  semakin  lama  waktu kontak,  kadar minyak lemak  pada  sampel  yang  digunakan  semakin  menurun.  Peningkatan  %fotodegradasi  seiring  dengan semakin  lama  waktu  kontak  yang  digunakan,  dipengaruhi  oleh  banyaknya  energi  yang  dihasilkan  untuk eksitasi elektron yang disebabkan oleh penyinaran dengan sinar UV pada panjang gelombang 365 nm.

## 4. Kesimpulan
Material  fotokatalis  TiO 2 yang  disintesis  menggunakan  metode  sol-gel  dan  hidrotermal  memiliki morfologi berbentuk seperti spherical (bulat), dan tersusun atas unsur Ti, O, dan sedikit C. Aktivitas yang dihasilkan oleh fotokatalis SG-300, SG-500, SG-700, HD-300, HD-500 dan HD-700 masing-masing mampu menurunkan kadar minyak lemak hingga 44.65 %, 44.32 %, 50.98 %, 54.41 %, 59.68 % dan 62.56  %  dalam  waktu  selama  2  jam.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa,  proses  fotokatalitik  dapat digunakan  untuk  meminimalkan  dampak  senyawa  minyak  mentah  pada  perairan  yang terkontaminasi.

## Ucapan Terimakasih
http://ejurnal.umri.ac.id/index.php/photon
Penulis  mengucapkan  Terimakasih  kepada  Ditjen    Belmawa    Dikti  ristek    atas  pendanaan    PKM-RE penelitian  ini, LPPM Universitas Muhammadiyah Riau dan Laboratorium  Universitas Gadjah Mada, serta seluruh   teman-teman Prodi   KIMIA - UMRI yang bersedia berpartisipasi dalam penelitian ini.

## Daftar Pustaka
Dodoo-Arhin, D., Buabeng,  F. P., Mwabora,  J. M., Amaniampong, P. N., Agbe, H., Nyankson, E.,  et al. (2018). The effect of titanium dioxide synthesis technique and its photocatalytic degradation of organic dye pollutants. Heliyon , 4(7), e00681. doi:10.1016/j.heliyon.2018.e00681
Kuncowati,  K.  (2010).  Pengaruh  Pencemaran  Minyak  Terhadap  Ekosistem  Laut. Jurnal  Aplikasi  Pelayaran dan Kepelabuhanan , 1(1), 18-22.
Kurniadi,  T.  (2000).  Studi  Fotodegradasi  dan  Biodegradasi  PET  Beraditif  Benzofenon  Naftalen  dan  Kitin., Skripsi FMIPA Universitas Diponegoro.
Lestari,  I.  (2017).  Degradasi  Senyawa  Organik  Pada  Palm  Oil  Mill  Secondary  Effluent  Menggunakan Fotokatalis Ti. O 2 . Jurnal Citra Widya Edukasi , 9(2), 143–152 Wardiyati, S., Fisli, A. & Yusuf, S. (2014). Sintesis Nanokatalis TiO 2 Anatase dalam Larutan Elektrolit dengan Metode Sol Gel. Jurnal Sains Materi Indonesia , 15(3), 153–157. Wiyono,  E.,  Mahatmanti,  F.  W.  &  Priatmoko,  S . (2018).  Pengaruh  Jenis  Prekursor  dan  Suhu  Kalsinasi Terhadap  Karakteristik  Komposit  TiO 2 -SiO 2 dan  Aplikasinya  dalam  Degradasi  Rhodamin  B. Indonesian Journal of Mathematics and Natural Sciences, 41 (1), 45-50.