## DEGRADASI KATALITIK ZAT WARNA METIL JINGGA MENGGUNAKAN KATALIS OKSIDA MANGAN MANGANOSITE
Mokhamad Subkhan, Amir Awaluddin, Presetya, Siti Saidah Siregar, Riska Anggraini
Jurusan Kimia, FMIPA, Universitas Riau, Pekanbaru, Riau, Indonesia
e-mail: amir.awaluddin@lecturer.unri.ac.id

## Abstract
Preparation of manganese oxide by sol-gel method and its application as a catalyst for methyl orange (MO) degradation was carried out using hydrogen peroxide as an oxidant.The characterization  of  manganese  oxide  was  conducted  using  X-Ray  Diffraction  and  Scanning Electron  Microscope. The effect  of  initial  concentration  of  MO was examined. Degradation efficiency was decrease with increasing the concentration of MO. The degradation kinetics of MO followed the second-order reaction kinetics.

## Keywords : methyl orange, degradation, sol-gel

## PENDAHULUAN
Produksi  zat  warna  dunia  mencapai lebih dari 700.000 ton per tahun. Jumlah ini akan terus mengalami peningkatan dengan semakin banyaknya aplikasi zat warna pada berbagai produk seperti kosmetik, ppercetakan,  tekstil,  kertas  serta  industri lainnya.  Pada  proses  pewarnaan  hanya  85 % zat warna yang digunakan dan sisanya 15
% terbuang sebagai limbah (Park dan Choi,
2003). Limbah zat warna yang dibuang ke lingkungan  tanpa  pengolahan  lebih  lanjut, bersifat racun  dengan  potensi  efek karsinogenik  dan  genotoksik  (Liu  dkk., 2015).  Zat  warna  memiliki  banyak  variasi dan  telah  dimodifikasi  sedemikian  rupa sehingga  awet  dan  sulit  terdegradasi  oleh paparan  sinar  matahari,  air  dan  kondisi ekstrim lainnya (Park and Choi, 2003).  Zat warna  yang  berbahaya  diantaranya  adalah metil jingga  (MO).  MO  merupakan senyawa  organik  aromatik  yang  bersifat stabil  dan  sulit  didegradasi  secara  alami. Oleh  karena  itu  diperlukan  upaya  untuk
mendegradasi  MO  agar  akibat  buruk  dari limbah MO ini dapat diminimalisir.
Secara  umum,  ada  tiga  metode  yang digunakan  untuk  degradasi  MO  yaitu metode  biologi,  fisika  dan  kimia.  Metode biologi  (bioremidiasi)  banyak  digunakan karena  ramah  lingkungan  dan  murah. Namun memiliki kelemahan yaitu membutuhkan waktu degradasi yang lama. Adsorpsi  yang  merupakan  salah  satu metode fisika yang biasa digunakan, relatif sederhana  dan  cukup  efektif  untuk digunakan, tapi pada proses ini yang terjadi hanya  transfer  limbah  zat  warna.  Metode kimia yang berbasis fenton reaksi memiliki keunggulan  yaitu  dapat  mendegradasi senyawa  organik  dengan  cepat  menjadi produk  yang  tidak  berbahaya  seperti  CO 2 dan H 2 O menggunakan radikal yang sangat reaktif seperti OH•.
Oksida  logam  merupakan  suatu katalis  heterogen  yang  banyak  digunakan pada  metode  fenton.  Salah  satu  oksida logam yang digunakan untuk reaksi fenton adalah oksida mangan. Oksida ini memiliki
keunggulan yaitu ramah lingkungan, relatif murah dan memiliki aktifitas katalitis yang tinggi utuk mendegradasi senyawa organik. Oksida mangan diketahui memiliki berbagai struktur yaitu struktur berlapis dan berongga  yang  memiliki  aktifitas  katalitik yang  berbeda-beda.  Morfologi  permukaan serta  sifat-sifat  fisik  lainnya  sangat berpengaruh  terhadap  aktifitas  katalitik oksida mangan.
Berbagai  metode  telah  berhasil digunakan untuk mensintesis oksida mangan. Salah satu metode sintesis oksida mangan  yang  umum  digunakan  selain metode  hidrotermal  (Cheng  dkk.,  2014), refluk  (Cui  dkk.,  2011)  dan  keramik (Siregar  dan  Awaluddin,  2018)  adalah metode  sol-gel  (Awaluddin  dkk.,  2017). Metode  sol-gel  menghasilkan  produk dengan homogenitas tinggi karena reagen- reagen  dicampur  pada  tingkat  molekuler dan suhu yang digunakan relatif rendah.
Pada  penelitian  ini,  oksida  mangan dipreparasi  dari  KMnO 4 dan  glukosa dengan  metode  sol-gel  dan  diaplikasikan sebagai katalis untuk degradasi MO. Hasil penelitian Awaluddin dkk. (2017) menunjukkan potensi oksida mangan untuk degradasi  zat  warna  yaitu  metilen  blue (MB).  Oksida  mangan  yang  digunakan yaitu  tipe  cryptomelane  yang  dipreparasi dari  KMnO 4 dengan  reduktor  asam  sitrat dan glukosa menggunakan metode sol-gel. Zat warna MB dan MO memiliki perbedaan yaitu MB bersifat kationik sedangkan MO bersifat  anionik.  Aplikasi  oksida  mangan sebagai  katalis  untuk  degradasi  zat  warna khususnya  MO  belum  banyak  dilakukan. Oleh karena itu diharapkan dengan sifat dan struktur dari oksida mangan yang disintesis dengan  metode  sol-gel  yang  dipreparasi dari  KMnO 4 dan  glukosa  ini  dapat digunakan  sebagai  katalis  untuk  degradasi
MO dengan menggunakan hidrogen peroksida sebagai oksidan.

## METODOLOGI PENELITIAN Alat dan bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini  adalah  XRD (Rigaku),  SEM  model EVO-50  (ZEIZZ),  Neraca  analitik  ABJ- NM/ABS-N  (KERN),  Oven  (Memmert), Furnace  (Gallenkamp),  Spektrofotometer Vis  (Optima-SP3000),  Hot  plate  stirrer (VELP),  dan  peralatan  gelas  yang  umum dipakai.
Bahan-bahan  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  adalah  KMnO 4 keluaran Merck (Cat. No. 105082), glukosa keluaran Merck  (Cat.  No.  108337),  HCl  pekat keluaran Merck (Cat. No. 100317), Methyl Orange keluaran Merck (C.I.13025), H 2 O 2 30  %  keluaran  Merck  (Cat.  No.  108597), dan bahan-bahan kimia lain sesuai dengan prosedur kerja.

## Sintesis oksida mangan
Sintesis  oksida  mangan  dilakukan dengan cara 47,25 gram glukosa (C 6 H 12 O 6 ) ditambahkan  ke  larutan  KMnO 4 yang dibuat  dengan  melarutkan  27,65  gram (0,175 mol) KMnO 4 dalam 1 liter akuades sambil diaduk dan akan terbentuk sol (± 2 menit)  yang  kemudian  berubah  menjadi gel.  Gel  yang  telah  terbentuk  (±  1  jam), kemudian  dicuci  dengan  250  mL  akuades sebanyak  empat  kali  dan  keringkan  pada temperatur 110 0 C selama semalaman. Hasil yang diperoleh dikalsinasi pada temperatur 700 0 C  selama  dua  jam.  Produk  yang terbentuk dicuci masing-masing dengan 10 mL  HCl  0,1  M  dan  akuades.  Produk dikeringkan  pada  temperatur  110 0 C  untuk siap dikarakterisasi. Karakterisasi
dilakukan  dengan  menggunakan  XRD untuk menentukan struktur, tingkat
kristalinitas dan tingkat kemurniannya dan analisis morfologi menggunakan SEM.

## Degradasi metil jingga
Larutan MO (10 ppm) sebanyak 100 mL dimasukkan ke dalam Beaker kemudian ditambahkan HCl 0,1 M sampai diperoleh  larutan  dengan  pH  2.  Oksida mangan  yang telah disintesis  ditambahkan sebanyak  10  mg  dan  diaduk  dengan kecepatan  400  rpm  selama  30  menit  pada
suhu  ruang.  Hidrogen  peroksida  30% ditambahkan  sebanyak  10  mL  untuk memulai  proses  reaksi.  Campuran  diambil pada menit ke 5, 10, 15, 20, 25, 30, 60 dan 90. Setiap pengambilan sampel didinginkan untuk  menghentikan  reaksi.  Konsentrasi MO  yang  tersisa  dinalisis  menggunakan spektrofotometer.  Prosedur  yang  sama dilakukan untuk kondisi larutan pada pH 4 dan 6.
10 20 30 40 50 60 70 80 0 50 100 150 200 250 300 350 In te ns ity (a .u ) 2 Theta(Degree)
Gambar 1. Difraktogram XRD oksida mangan hasil sintesis

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Metode Difraksi Sinar-X
memberikan  informasi  mengenai  struktur dan tingkat kristalinitas dari suatu padatan yang dihasilkan dalam bentuk pola difraksi (difraktogram).  Pola  difraksi  dari  mangan oksida  yang  diperoleh  disajikan  pada Gambar  1.  Oksida  mangan  hasil  sintesis yang  disintesis  dengan  metode  sol-gel
menggunakan  prekursor  KMnO 4 dan glukosa  dengan  perbandingan  mol  2:  3 menghasilkan puncak-puncak difraksi pada sudut 2θ yaitu 34,90 (2,57 Å); 40,53 (2,22 Å);  58,71  (1,57  Å);  70,19  (1,34  Å);  dan 73,79  (1,28  Å)  dengan  bidang  refleksi (111); (200); (220); (311); dan (222)  yang merupakan karakteristik dari manganosite.
(a)                                                                     (b)
(c)                                                                   (d)
Gambar 2. Morfologi mangan oksida hasil sintesis: (a) perbesaran 500x, (b) perbesaran 1.000x, (c) perbesaran 2.500x dan (d) perbesaran 5.000x
Karakterisasi  dengan  SEM  pada penelitian  ini  dilakukan  untuk  mengetahui morfologi  permukaan  dari  oksida  mangan hasil sintesis dengan metode sol-gel. Pada Gambar  2.  dengan  perbesaran  hingga 5000x  memperlihatkan  bentuk  butiran dengan ukuran tidak seragam dan tersusun tidak teratur.
Pada penelitian ini, variasi konsentrasi  awal  MO  dilakukan  untuk mengetahui  pengaruhnya  pada  proses
degradasi.  Zat  warna  MO  bersifat  anionik dan  bermuatan  negatif.  Oleh  karena  sifat ini,  maka  kondisi  yang  ideal  dari  reaksi degradasi MO yaitu pada kondisi asam dan disekitar  permukaan  katalis  bermuatan positif.  Pada  Gambar  3  dapat  dilihat persentase degradasi MO menurun dengan naiknya  konsentrasi  awal  MO.  Semakin tinggi konsentrasi awal MO laju degradasi semakin menurun. Hasil degradasi terbesar pada menit ke- 90 yaitu 92,09%.
Gambar 3. Pengaruh konsentrasi awal MO pada degradasi menggunakan kaalis oksida mangan hasil sintesis. Kondisi reaksi: katalis = 0,03 g, H 2 O 2 = 10 mL, pH awal = 2, T = suhu ruang
Pada  penelitian  ini,  kinetika  reaksi orde  nol,  ke-satu,  dan  ke-dua  digunakan untuk  studi  kinetika  degradasi  MO menggunakan  katalis  oksida  mangan. Berdasarkan perbandingan koefisien regresi (R 2 ) yang diperoleh pada Gambar 4. (a)-(c) dapat dilihat nilai R 2 untuk orde ke-
dua  yaitu  0,9043.  Nilai  R 2 ini  lebih  baik dibandingkan kinetika reaksi orde nol (R 2 = 0,8896)  dan  orde  ke-satu  (R 2 =  0,9043). Hasil  ini  menunjukkan  bahwa  kinetika degradasi  MO  mengikuti  kinetka  orde  ke- dua.
(a)                                                                                      (b)
75 78 81 84 87 90 93 5 10 15 20 25 30 60 90 Deg ra da si M O ( %) Waktu (menit) 10 ppm 20 ppm 30 ppm y = -0.0015x + 0.9266 R² = 0.8896 0.76 0.80 0.84 0.88 0.92 0.96 0 20 40 60 80 100 [M O ] Waktu (menit) y = -0.0018x - 0.075 R² = 0.9043 -0.25 -0.20 -0.15 -0.10 -0.05 0.00 0 20 40 60 80 100 L n [M O ] Waktu (menit)

## (c)
Gambar 4. Kinetika reaksi orde nol, ke-satu, dan ke-dua untuk degradasi MO dengan katalis oksida mangan hasil sintesis. Kondisi reaksi: MO = 10 mg/L, katalis = 0,03 g, H 2 O 2 = 10 mL, pH = 2, T = suhu ruang

## PENUTUP Kesimpulan
Pada  penelitian  ini,  degradasi  MO dengan katalis oksida mangan hasil sintesis yaitu manganosite dilakukan pada berbagai konsentrasi  awal  MO.  Semakin  tinggi konsentrasi  awal  MO,  laju  degrdasi semakin  menurun.  Persentase  degradasi maksimun  berlangsung  pada  konsentrasi awal  MO  10  mg/L.  Reaksi  degradasi  MO menggunakan katalis manganosite mengikuti kinetika reaksi orde ke-dua yang ditunjukkan nilai k = 0,0021 L  mg -1 menit - 1 dan R 2 = 0,9178.

## DAFTAR PUSTAKA
Awaluddin, A., Agustina, M., Aulia, R. R., Muhdarina.  2017. Precursor  effects on the morphology and crystallinity of manganese oxides and their catalytic application for methylene blue degradation. AIP Conference
Proceedings. 1823: 020108.
Cheng, G., Yu, L., Lin, T., Yang, R., Sun, M.,  Lan, B., Deng,  F. 2014 . A facile one-pot hydrothermal synthesis of β- MnO 2 nanopincers and their catalytic degradation  of  methylene  blue. Journal of Solid State Chemistry , 217 , 57–63.
Cui,  H.J.,  Hai-Zhen,  H.,  Fu,  M.-L.,  Yuan, B.L., Pearl, W. 2011. Facile synthesis and  catalytic  properties  of  single crystalline β-MnO 2 nanorods. Catalysis Communications , 12 , 1339–1343.
Liu, Y., Chao Luo, C., Sun, J., Li, H., Sun,
Z.,  and  Shiqiang  Yan,  S.,  2015. Enhanced  adsorption  removal  of methyl orange from aqueous solution by  nanostructured  proton-containing δ-MnO2. Journal  of  Environmental Science , 10.
Park, H., Choi, W. 2003. Visible Light and Fe(III)-Mediated Degradation of
Acid  Orange  7  in  the  Absence  of H 2 O 2 .  J.  Photochem.  Photobiol.,  A.
159: 241.
y = 0.0021x + 1.0764 R² = 0.9178 1.1 1.1 1.2 1.2 1.3 1.3 0 20 40 60 80 100 1 /[ M O ] Waktu (menit)
Siregar,  S.  dan  Awaluddin,  A.  2018.
Synthesis  and  catalytic  activity  of Birnessite-Type  Manganese  Oxide synthesized  by  solvent-free  method. IOP  Conference  Series:  Materials
Science and Engineering. 345:
012005