ISSN: 1410-8917 e-ISSN: 2597-9914
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (5) (2019): 192 – 199

## Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi
Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa
Kajian Metode foto-Fenton untuk Penurunan Konsentrasi Ion Logam Berat Pb(II) dan Cu(II) dalam Larutan Secara Simultan dan Sinergi
Endang Tri Wahyuni a,* , Dewi Supraba a , Sigit Raharjo a , Dwi Siswanta a
a Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta 55281, Indonesia
* Corresponding author: endang_triw@ugm.ac.id
https://doi.org/10.14710/jksa.22.5.192-199
Art ic le   Info

## Ab s t rac t
Article history:
Received: 11 June 2019
Revised: 24 August 2019 Accepted: 9 September 2019 Online: 30 September 2019
Keywords:
photo-Fenton; Pb(II); oxidation; Cu(II); reduction; simultant;
synergy
Title: A Study on Photo-Fenton Method for Simulatenous and Synergic Decreasing Concentration of Pb(II) and Cu(II) in the Solution
To  prevent  an  environmental  pollution  by  hazardous  heavy  metals,  in  the  present study,  a  simulatenous  decrease  of  the  concentration  of  Pb((II)  and  Cu(II)  in  the solution  by  photo-Fenton  method  has  been  systematically  studied.  Photo-Fenton process proceeded in a close reactor by batch technique. The process was conducted by exposure solutions containing Pb(II) and Cu(II) ions, and Fenton’s reagent (Fe 2+ and H 2 O 2 ) under UV-A lamp. In  this study, the initial concentations of Pb(II) and Cu(II), and the exposure time were optimized. The synergyc effect that may be appeared on the decrease of  Pb(II) and Cu(II) ion concentrations simultaneously through photo- Fenton  process  was  also  addressed.  The  concentrations  of  Pb(II)  and  Cu(II)  in  the solution were determined by AAS. The research results exhibited that photo-Fenton process could decrease Pb(II) and Cu(II) concentrations, and the maximum decreases, 46.12 % dan 16.86% for Pb(II) and for Cu(II) respecticely, were found by applying both initial concentration of Pb(II) and Cu(II) as much 35 mg/L, and 60 min of the time. The concentration decreases of Pb (II) and Cu(II) were results of  oxidation by OH and by electron  to  form  PbO 2 and  Cu  particles  respectively  as  probed  by  EDX  data. Furthermore,  photo-Fenton  process  toward  a  solution  containing  Pb(II)  and  Cu(II) ions allowed oxidation of Pb(II) and reduction of Cu(II) simultaneously and showed a synergic effect. Such effect was demonstrated by the fact that the presence of Cu(II) ion in the photo-Fenton process of Pb(II) solution could improve the Pb(II) oxidation and the highest improvement of Pb(II) oxidation (81.06%) was shown by 35 mg/L of the Cu(II) concentration. Similarly, the presence of Pb(II) in the photo-Fenton process of Cu(II) solution could enhance the reduction of Cu(II), and the highest effect on the Cu(II) reduction enhancement was exhibited by 35 mg/L of the Pb(II) concentration.

## Ab s t rak
Kata Kunci: foto-Fenton; oksidasi; Pb(II); reduksi; Cu(II); simultan; sinergi Untuk  mencegah  pencemaran  lingkungan  oleh  ion  logam  berat  berbahaya,  pada penelitian  ini  telah  dilakukan  kajian  secara  sistematis  penurunan  konsentrasi  ion Pb(II) dan Cu(II) dalam larutan secara simultan menggunakan metode foto-Fenton. Proses foto-Fenton berlangsung di dalam suatu reaktor tertutup secara batch . Proses tersebut dilakukan dengan cara menyinari larutan yang mengandung ion Pb(II) dan
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (5) (2019): 192 – 199
Cu(II), serta pereaksi Fenton (Fe 2+ dan H 2 O 2 ) dengan lampu UV-A. Dalam penelitian ini dilakukan optimasi konsentrasi awal ion Pb(II) dan ion Cu(II), dan waktu reaksi, dan kajian efek sinergi yang mungkin terjadi pada penurunan konsentrasi ion Pb(II) dan ion Cu(II) dalam larutan secara simultan melalui proses foto-Fenton. Konsentrasi ion logam  Pb(II)  dan  Cu(II)  dalam  larutan  ditentukan  dengan  alat  AAS.  Hasil  penelitian menunjukkan  bahwa  proses  foto-Fenton  dapat  menurunkan  konsentrasi  ion  Pb(II) dan Cu(II), dan efektivitas penurunan  yang maksimal  tercapai pada konsentrasi ion Pb(II) 35 mg/L dan Cu(II) 35 mg/L dalam waktu 60 menit, yaitu masing-masing 46,12 %  dan  16,86%.  Penurunan  konsentrasi  ion  Pb(II)  dan  Cu(II)  masing-masing merupakan akibat oksidasi oleh radikal OH membentuk padatan PbO 2 dan reduksi oleh elektron menjadi partikel Cu sebagaimana yang ditunjukkan oleh data EDX. Penerapan proses  foto-Fenton  terhadap  larutan  yang  mengandung  ion  Pb(II)  dan  Cu(II) menghasilkan  oksidasi  ion  Pb(II)  dan  reduksi  ion  Cu(II)  secara  simultan  dan menunjukkan  efek  yang  sinergi.  Efek  sinergi  tersebut  ditunjukkan  oleh  kenyataan bahwa  keberadaan  ion  Cu(II)  di  dalam  larutan  Pb(II)  yang  mengalami  proses  foto- Fenton dapat meningkatkan efektivitas oksidasi ion Pb(II) dan peningkatkan tersebut tergantung pada konsentrasi ion Cu(II). Peningkatan oksidasi ion Pb(II) yang tertinggi (81,06%)  ditunjukkan  oleh  adanya  ion  Cu(II)  35  mg/L.  Demikian  juga,  adanya  ion Pb(II)  dengan  konsentrasi  yang  bervariasi  di  dalam  larutan  Cu(II)  yang  mengalami proses  foto-Fenton,  dapat  menaikkan  efektivitas  reduksi  ion  Cu(II).  Kenaikkan fotoreduksi ion Cu(II) sejalan dengan konsentrasi ion Pb(II) yang ada dan kenaikkan reduksi ion Cu(II) yang maksimal (35,31%) tercapai dengan adanya Cu(II) 35 mg/L.

## 1. Pendahuluan
Penyebaran ion-ion logam berat Pb(II) dan Cu(II) di lingkungan, secara bersama-sama dapat berasal dari air limbah  elektroplating,  industri  cat  ataupun  perpipaan dengan  konsentrasi  yang  relatif  tinggi  [1].  Logam  berat bersifat  non-degradable  atau  akumulatif  sehingga konsentrasinya di perairan semakin meningkat [2], yang dapat mengganggu ekosistem lingkungan, dan berujung pada  kerusakan  lingkungan  [1,  2].  Ion-ion  logam  berat tersebut juga dimungkinkan mengkontaminasi air sumur dan/atau bahan pangan. Manusia yang mengkonsumsi air mimum ataupun bahan pangan yang telah terkontaminasi ion logam berat  Pb(II) dapat mengalami berbagai gangguan kesehatan terutama pada anak-anak, serta kemunduruan mental [3]. Sementara, akumulasi ion Cu(II)  dalam  organ  tubuh  manusia  dapat  memicu kerusakan  ginjal  dan  liver  [2].  Untuk  mencegah kerusakan  lingkungan  dan  gangguan  kesehatan  akibat kontaminasi  ion  logam  berat  Pb(II)  dan  Cu(II)  tersebut maka penghilangan atau penurunan konsentrasi ion-ion logam  tersebut  dari  air  limbah  industri  harus  dilakukan sebelum dibuang ke lingkungan.
Penghilangan ion-ion logam Pb(II) dan Cu(II)  telah dikaji dengan menggunakan metode adsorpsi [4, 5, 6, 7, 8,  9,  10,  11,  12].  Adsorben  yang  telah  digunakan  untuk menghilangkan  ion  Pb(II)  adalah  karbon  aktif  [4,  5], biomassa  [6,  7],  dan  styrofoam  tersulfonasi  [8]. Sementara penghilangan ion Cu(II) juga telah dilakukan dengan adsorben karbon aktif [5, 9, 10], lignin teraminasi [11],  dan  abu  dasar  insenerator  [12].  Metode  adsorpsi dipandang  unggul  karena  selain  sederhana,  efektif,  dan adsorben  yang  murah  juga  mudah  didapat.  Pada  akhir proses  adsorpsi,  adsorben  yang  telah  jenuh  oleh  ion logam berat akan menjadi limbah padat B3, yang menjadi masalah baru di lingkungan.
Metode  penurunan  konsentrasi  yang  juga  mampu menghilangkan sifat racun ion Pb(II) adalah fotokatalitik oksidasi  untuk  ion  Pb(II)  [13,  14,  15]  dan  fotokatalitik reduksi  untuk  ion  Cu(II)  [15,  16,  17,  18]  oleh  adanya fotokatalis TiO 2 dan sinar UV. Dalam proses fotokatalisis, yang  dilakukan  dengan  cara  menyinari  larutan  yang tersuspensi  oleh  TiO 2 dengan  sinar  UV,  TiO 2 dapat melepaskan elektron dengan membentuk radikal OH [13, 14, 15, 16, 17, 18]. Elektron tersebut mampu menginduksi reaksi  reduksi  [15,  16,  17,  18]  dan  radikal  OH  dapat bertindak  sebagai  oksidator  kuat  [13,  14,  15].  Melalui proses  fotokatalisis  tersebut,  ion  Pb(II)  yang  toksik teroksidasi menjadi padatan PbO 2 yang tidak bahaya [14, 15],  dan  ion  Cu(II)  yang  toksik  tereduksi  membentuk padatan Cu yang lebih aman [15, 16, 17, 18]. Untuk kadar ion  logam  yang  tinggi  diperlukan  massa  TiO 2 yang banyak,  [13,  14,  15,  16,  17,  18].  Pada  kenyataannya penggunaan  TiO 2 dalam  jumlah  yang  banyak  dapat meningkatkan kekeruhan sehingga menghalangi penetrasi  sinar.  Hal  ini  mengakibatkan  terjadinya penurunan efektivitas oksidasi dan reduksi [15, 17].
Metode  oksidasi  ion  Pb(II)  yang  melibatkan  radikal OH  sebagai  oksidator  namun  tidak  menimbulkan kekeruhan  adalah  metode  foto-Fenton  [19].  Dalam metode  foto-Fenton  digunakan  pereaksi  Fenton  yang berupa gabungan ion Fe 2+ dan H 2 O 2 yang larut dalam air dan  sinar  UV  [20].  Dalam  proses  foto-Fenton  terjadi reaksi  antara  ion  Fe 2+ dengan  H 2 O 2 yang  menghasilkan radikal OH, OH - dan Fe 3+ (reaksi 1), maupun antara H 2 O 2 dengan  sinar  UV  yang  juga  membentuk  radikal  OH  dan elektron (reaksi 2) [20].
Fe 2+ + H 2 O 2 → Fe 3+ + HO. + OH - (1)
H 2 O 2 + sinar UV → 2 HO . + 2e (2)
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (5) (2019): 192 – 199
Selama  ini  radikal  OH  dalam  proses  foto-Fenton lebih  sering  digunakan  untuk  mendegradasi  berbagai polutan organik seperti fenol [21], zat organik dalam air pelindian  [22],  surfaktan  dalam  air  limbah  pencucian mobil [23], surfaktan dalam air limbah laundry [24], dan antibiotik  amoksisilin  [25].  Hasil  penelitian-penelitian tersebut secara umum menyimpulkan bahwa fotodegradasi berlangsung efektif. Selain itu, radikal OH dari  proses  foto-Fenton  juga  telah  diuji  untuk mengoksidasi ion  Pb(II) yang membentuk padatan PbO 2 [19] dengan efektivitas yang tinggi.
Sejauh  ini  aplikasi  metode  foto-Fenton  untuk menghilangkan  ion-ion  logam  berat  berbahaya  yang dapat teroksidasi seperti Pb(II) dan ion Cu(II) yang dapat tereduksi  secara  simultan,  belum  dikaji.  Pada kenyataannya,  ion  logam  Pb(II)  dan  ion  Cu(II)  sering ditemukan  secara  bersama  dalam  air  limbah  proses pelapisan logam, industri cat, dan industri baterai kering [15].  Metode  penghilangan  ion  Pb(II)  dan  Cu(II)  secara simultan  telah  dilakukan  dengan  metode  fotokatalitik oksidasi-reduksi  dengan  adanya  serbuk  TiO 2 yang  juga menghasilkan  radikal  OH  dan  electron  [15].  Namun metode  yang  melibatkan  serbuk  TiO 2 ini  sering  kurang efektif karena terjadi hambatan penetrasi sinar ke dalam sistem reaksi oleh serbuk fotokatalis tersebut [13, 14, 15, 16,  17].  Sementara  itu,  metode  foto-Fenton  dilaporkan efektif  karena  berfase  homogen  sehingga  tidak  ada penghalang  penetrasi  sinar.  Selain  itu,  metode  foto- Fenton  juga  dinilai  ramah  lingkungan  karena  ion  Fe 2+ yang  digunakan  tidak  toksik  dan  dapat  di- recovery, dan H 2 O 2 dengan  pemanasan  dapat  mengalami outo - dekomposisi menjadi air dan gas oksigen sesuai reaksi 3 [20].
2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2 (3)
Didasarkan pada uraian di atas, maka pada penelitian ini  dilakukan  kajian  proses  foto-Fenton  untuk detoksifikasi  ion  logam  Pb(II)  dan  ion  Cu(II)  secara simultan.  Dalam  proses  foto-Fenton  tersebut  dilakukan optimasi  konsentrasi  awal  ion  Pb(II)  dan  Cu(II),  dan waktu  proses.  Selain  itu  juga  diamati  penurunan konsentrasi ion Pb(II) dan ion Cu(II) dalam larutan yang sama yang berlangsung simultan. Selanjutnya dilakukan evaluasi pengaruh ion Cu(II) terhadap efektivitas oksidasi ion  Pb(II), dan  sebaliknya  pengaruh  ion  Pb(II)  terhadap efisiensi  fotoreduksi  ion  Cu(II),  untuk  menguji  efek sinergi yang ditimbulkan oleh ion-ion logam tersebut.

## 2. Metode Penelitian

## 2.1. Bahan dan alat penelitian
Bahan penelitian terdiri dari garam Pb(NO 3 ) 2 , CuCl 2 , Fe(NH 4 ) 2 (SO 4 ) 2 , dan larutan H 2 O 2 yang dibeli dari E.Merck dan  semua  berkualitas  Pro  Analysis.  Peralatan  yang digunakan  dalam  penelitian  ini  terdiri  dari  seperangkat alat  gelas  laboratorium,  rangkaian  alat  untuk  proses foto-Fenton (gambar 1), alat timbang listrik (Mettler AE 100), dan alat Atomic Absorption Spectrofotometer (AAS) merek GBC HG 300.
Gambar 1. Rangkaian alat untuk proses foto-Fenton: a) Kotak pelindung dari bahan melamin dengan ukuran p x l x t = 0,6 m x 0,5 m x 0,6 m, b) Lampu UV-A, c) Larutan yang mengandung Fe 2+ , H 2 O 2 , dan Pb(II) atau Cu(II), dan d ) Plat pengaduk magnit.

## 2.2. Cara penelitian
Proses  foto-Fenton  dilakukan  terhadap  air  limbah artifisial  yaitu  larutan  yang  mengandung  ion  Pb(II)  dan ion Cu(II) baik secara tunggal maupun campuran dengan teknik batch , di dalam reaktor tertutup, yang ditampilkan sebagai  gambar  1.  Kondisi  optimum  proses  foto-Fenton mengikuti  hasil  optimasi  yang  telah  dilaporkan  untuk fotooksidasi  ion  Pb(II)  oleh  Wahyuni dkk. [19],  yaitu konsentrasi Fe 2+ sebesar 1 mmol/L dan H 2 O 2 sebesar 100 mmol/L serta pH 3. Sebelum dikenai proses foto-Fenton, larutan sampel terlebih dahulu dijenuhkan dengan gas N 2 untuk  mengusir  gas  O 2 terlarut.  Proses  foto-Fenton dilakukan  dengan  cara  menyinari  100  mL  larutan  yang mengandung ion Pb(II) dengan konsentrasi 35 mg/L yang telah  ditambah  dengan  Fe 2+ 1  mmo/L  dan  H 2 O 2 100 mmol/L pada pH 3, dengan sinar UV yang disertai dengan pengadukan selama 60 menit. Prosedur dan kondisi yang sama  diterapkan  untuk  larutan  yang  mengandung  ion Cu(II)  35  mg/L.  Analisis  larutan  setelah  proses  foto- Fenton untuk mengetahui konsentrasi ion Pb(II) maupun ion  Cu(II)  yang  tersisa  dalam  larutan  dilakukan  dengan alat  AAS  pada  kondisi  alat  yang  sesuai  untuk  masing- masing logam.
Proses  foto-Fenton  terhadap  sederet  larutan  ion Pb(II)  35  mg/L  dengan  volume  100  mL  yang  telah ditambah  dengan  Fe 2+ 1  mmol/L  dan  H 2 O 2 100  mmol/L pada pH 3, dilakukan selama waktu yang bervariasi yaitu 15, 30, 45, 60, 75, dan 120 menit. Prosedur dan kodisi yang sama diterapkan pada larutan Cu(II) 235 mg/L. Prosedur yang  sama  juga  diterapkan  untuk  larutan  yang mengandung campuran ion Pb(II) dan ion Cu(II) dengan konsentrasi  yang  sama  yaitu  35  mg/L,  maupun  sederet larutan  yang  mengandung  ion  Pb(II)  35  mg/L  dan  ion Cu(II) dengan konsentrasi 5, 15, 25, 35, 45 dan 65 mg/L, dan juga terhadap sederet larutan yang mengandung ion Cu(II) 35 mg/L yang bercampur dengan ion Pb(II) dengan konsentrasi yang bervariasi yaitu 5, 15, 25, 35, 45 dan 65 mg/L.  Selanjutnya  dilakukan  analisis  padatan  hasil proses foto-Fenton dengan metode SEM-EDX. Dari data EDX  diharapkan  dapat  diketahui  jenis  unsur  yang terkandung  dalam  padatan  tersebut,  yang  diharapkan berupa Pb dan O, atau Cu.
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (5) (2019): 192 – 199 195

## 3. Hasil dan Pembahasan
3.1. Efektivitas proses foto-Fenton dalam menurunkan konsentrasi ion Pb(II) dan ion Cu(II)
Uji  efektivitas  proses  foto-Fenton  dilakukan terhadap  larutan  Pb(II)  maupun  larutan  Cu(II).  Hasil pengujian disajikan dalam gambar 2, yang disertai hasil dari proses dengan berbagai kondisi sebagai pembanding. Dari  gambar  2  dapat  dilihat  bahwa  pada  proses  dengan adanya  H 2 O 2 ,  terjadi  penurunan  konsentrasi  ion  Pb(II), namun  penurunan  konsentrasi  tidak  teramati  pada  ion Cu(II). Penurunan konsentrasi ion Pb(II) merupakan hasil oksidasi oleh H 2 O 2 yang bertindak sebagai oksidator [25]. Penjelasan  tersebut  didasarkan  pada  reaksi  4  yang menunjukkan  bahwa  secara  termodinamika  ion  Pb(II) tidak  dapat  tereduksi  sebagaimana  yang  ditandai  oleh nilai potesial reduksi standar yang negatip [14], dan lebih mungkin  teroksidasi menjadi Pb(VI) [14, 19]. Sementara itu,  reduksi  ion  Cu(II)  tidak  berlangsung  karena  tidak terdapat  faktor  pemicu  reduksi.  Raksi  reduksi  ion Cu(II) memiliki nilai potensial reduksi standar yang positip [16], sebagaimana  terlihat  pada  persamaan  reaksi  5,  yang memastikan bahwa ion Cu(II) dapat mengalami reduksi.
Gambar 2 . Penurunan konsentrasi ion Pb(II) dan ion Cu(II) pada proses dengan adanya: a) H 2 O 2 , b) sinar UV dan H 2 O 2 , dan c) Fe 2+ dan H 2 O 2 dan sinar UV (: Pb(II):Cu(II) ) (Volume larutan 100 mL, konsentrasi ion logam Pb(II) dan Cu(II): 35 mg/L, konsentrasi H 2 O 2 : 100 mmol/L, pH 3, waktu: 60 menit)
Pb 2+ + 2e → Pb E 0 = - 0,13V (4)
Cu 2+ + 2e → Cu E 0 = 0,34 V (5)
Pada  gambar  2  juga  teramati  bahwa  penyinaran dengan  sinar  UV  dan  adanya  H 2 O 2 dapat  menurunkan konsentrasi  ion  Pb(II)  maupun  ion  Cu(II).  Penurunan konsentrasi    ion  Pb(II)  dan  Cu(II)  masing-masing disebabkan  oleh  terjadinya  reaksi    oksidasi  oleh  radikal OH  dan  reduksi  oleh  elektron.  Dalam  proses  ini,  radikal OH dan elektron dihasilkan dari reaksi fotolisis H 2 O 2 oleh sinar  UV  (reaksi  2)  yang  efektif  [18]  sehingga  jumlah radikal  OH  dan  elektron  yang  terbentuk  relatif  banyak. Penurunan  konsentrasi  ion  logam  yang  paling  efektif ditunjukkan  oleh  proses  yang  melibatkan  gabungan  ion Fe 2+ ,  H 2 O 2 dan  sinar  UV  atau  proses  foto-Fenton.  Pada proses ini terjadi reaksi antara Fe 2+ dengan H 2 O 2 , (reaksi 1) dan H 2 O 2 dengan sinar UV (reaksi 2) yang menghasilkan radikal  OH  dan  elektron  dengan  jumlah  yang  lebih banyak.  Reaksi  oksidasi  ion  Pb(II)  oleh  radikal  OH  yang
membentuk padatan PbO 2 dituliskan sebagai persamaan 6  [19,  20],  adapun  reaksi  reduksi  ion  Cu(II)  telah ditampilkan sebagai reaksi 5. Pembentukan padatan PbO 2 dan  Cu  selama  proses  foto-Fenton  ditandai  oleh timbulnya kekeruhan dalam larutan.
Pb 2+ + 2 HO . → PbO 2 + 2H + (6)
Kekeruhan tersebut setelah disaring dan dikeringkan, dianalisis dengan alat SEM-EDX. Citra SEM ditunjukkan oleh gambar 3, dan data EDX disajikan dalam tabel  1.  Dari  data  EDX,  dapat  diketahui  bahwa  padatan tersebut  tersusun  oleh  unsur-unsur  Fe,  Pb,  Cu  dan  O. Kadar unsur Fe terlihat paling besar, yang kemungkinan berupa  Fe 2 O 3 hasil  pengendapan  Fe 3+ dengan  OH - dari reaksi  1,  yang  telah  mengalami  kalsinasi.  Pengendapan tersebut selalu terbentuk beberapa waktu setelah proses foto-Fenton  selesai  [20].  Keberadaan  unsur  Pb  dan  O serta Cu dalam padatan tersebut kemungkinan berbentuk PbO 2 dan  partikel  Cu.  Citra  SEM  pada  gambar  3 menunjukkan  adanya  partikel  besar  yang  terlapisi  oleh padatan berukuran lebih halus. Dari komposisi dan citra SEM  ada  indikasi  bahwa  padatan  tersebut  berupa  Fe 2 O 3 yang terlapis oleh PbO 2 dan Cu.
Tabel 1. Data EDX dari padatan hasil proses foto-Fenton terhadap larutan Pb(II) dan Cu(II) Unsur Energi ikat (KeV) Kadar (%) C 0,277 0,88 O 0,525 38,47 Fe 6,398 48,26 Pb 2,432 3,70 Cu 8,040 1,01
Gambar 3. Citra SEM padatan hasil foto-Fenton yang mengandung unsur O, Fe, Pb dan Cu

## 3.2. Pengaruh konsentrasi awal ion Pb(II) dan ion Cu(II)
Hasil proses foto-Fenton terhadap ion Pb(II) dan ion Cu(II)  sebagai  larutan  tunggal  dengan  konsentrasi  yang bervariasi,  disajikan  sebagai  gambar  4.  Gambar  4 memperlihatkan  terjadinya  peningkatan  oksidasi  ion Pb(II) dan kenaikkan reduksi ion Cu(II) yang cukup tajam sejalan  dengan  kenaikkan  konsentrasi  awal  ion  logam terkait. Konsentrasi awal ion logam yang lebih tinggi dari 35  mg/L  memberikan  efektivitas  yang  relatif  tetap. Kenaikkan  konsentrasi  awal  ion  logam  menghasilkan
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 A B C Pen uru nan k on sen tras i i on lo gam (% ) Kondisi Proses
tumbukan  yang  semakin  efektif  antara  ion  logam  Pb(II) dengan  radikal  OH, dan  antara  ion  logam  Cu(II)  dengan elektron  sehingga  reaksi  berlangsung  semakin  efektif. Namun  pada  konsentrasi  awal  yang  lebih  tinggi  dari  35 mg/L,  dimungkinkan  telah  terbentuk  padatan  PbO 2 dan Cu  yang  sangat  banyak  dalam  masing-masing  larutan, sehingga  menghalangi  penetrasi  sinar  UV  [15,  16].  Hal tersebut  berakibat  pada  penurunan  efektivitas  reaksi oksidasi dan reduksi. Data dalam gambar 2 dan gambar 3 menunjukkan  dengan  jelas  bahwa  efisiensi  oksidasi  ion Pb(II)  lebih  tinggi  daripada  reduksi  ion  Cu(II)  dengan kondisi proses yang sama. Hal ini karena kekuatan radikal OH  sebagai  oksidator  lebih  tinggi  daripada  kekuatan elektron dalam menginduksi reaksi reduksi [13, 14, 15].
Gambar 4. Pengaruh konsentrasi awal terhadap efisiensi: a) oksidasi ion Pb(II) b) reduksi ion Cu(II) (volume larutan 100 mL, waktu: 60 menit, pH: 3)

## 3.3. Pengaruh waktu penyinaran
Pengaruh  waktu  penyinaran  dalam  proses  foto- Fenton  terhadap  efektivitas  oksidasi  ion  Pb(II)  dan reduksi ion Cu(II) dalam larutan yang terpisah disajikan dalam  gambar  5.  Dalam  gambar  5  dapat  dilihat  bahwa waktu  reaksi  yang  semakin  lama  hingga  60  menit, memberikan peningkatan oksidasi ion Pb(II) dan reduksi ion  Cu(II).  Efektivitas  reaksi  terlihat  tetap  untuk  waktu yang  lebih  lama  dari  60  menit.  Semakin  lama  kontak antara  sinar  dengan  H 2 O 2 dan  antara  ion  Fe(II)  dengan H 2 O 2 maka semakin banyak radikal OH dan elektron yang terbentuk,  dan  maka  semakin  efektif  reaksi  antara  ion Pb(II)  dengan  radikal  OH  dan  antara  ion  Cu(II)  dengan elektron.  Kondisi  ini  menghasilkan  reaksi  foto-oksidasi dan  foto-  reduksi  yang  semakin  efektif.  Untuk  waktu reaksi  yang  lebih  lama  dari  60  menit,  telah  banyak padatan PbO 2 dan Cu yang terbentuk, yang ditandai oleh larutan yang semakin keruh. Adanya padatan PbO 2 dan Cu dalam  masing-masing  larutan  Pb(II)  dan  Cu(II)  dapat menghalangi  penetrasi  sinar  ke  dalam  larutan.  Hal  ini tidak dapat meningkatkan pembentukan radikal OH dan elektron  sehingga  jumlah  radikal  efisiensi  oksidasi maupun reduksi tidak mengalami peningkatan.
Gambar 5. Pengaruh waktu penyinaran terhadap efisiensi penghilangan ion logam a) Pb(II), dan b) ion Cu(II) (Volume larutan logam: 100 mL, konsentrasi ion logam: 35 mg/L, pH 3)

## 3.4. Pengaruh ion Cu (II) terhadap efisiensi oksidasi ion
Pb(II)
Kehadiran  ion  Cu(II)  dalam  larutan  Pb(II)  dapat meningkatkan efisiensi fotooksidasi ion Pb(II) sebagaimana yang terlihat dalam gambar 6. Peningkatan terlihat semakin besar dengan kenaikkan konsentrasi ion Cu(II)  yang  ada.  Perlu  diketahui  bahwa  radikal  OH  dan elektron  yang  telah  terbentuk  selama  proses  foto- Fenton,  dapat  bergabung  kembali  (rekombinasi)  [20] sehingga  jumlah  radikal  OH  menjadi  berkurang.  Hal  ini dapat  menyebabkan  penurunan  efektivitas  reaksi oksidasi. Namun dengan adanya ion Cu(II) yang mampu menangkap  elektron  maka  rekombinasi  antara  radikal OH  dengan  elektron  dapat  tercegah  sehingga  jumlah radikal  OH  tidak  berkurang.  Hal  ini  menghasilkan peningkatan efisiensi reaksi oksidasi ion Pb(II).
Gambar 6. Pengaruh kehadiran ion Cu(II) dengan berbagai konsentrasi terhadap efisiensi oksidasi ion Pb(II). (Volume larutan Pb(II): 100 mL, konsentrasi Pb(II): 35 mg/L, pH 3, waktu: 60 menit)
Peningkatan konsentrasi ion Cu(II) dapat dipastikan menyebabkan  terjadinya  pengikatan  elektron  yang  juga semakin besar sehingga jumlah radikal OH yang tersedia semakin  banyak.  Hal  ini  yang  menjelaskan  peningkatan oksidasi ion Pb(II) sejalan dengan kenaikkan konsentrasi ion  Cu(II).  Namun  untuk  konsentrasi  ion  Cu(II)  yang melebihi  35  mg/L,  peningkatan  relatif  rendah.  Hal  ini karena  jumlah  padatan  PbO 2 maupun  patikel  Cu  yang terbentuk  semakin  banyak,  yang  dapat  menghalangi
0 5 10 15 20 25 0 10 20 30 40 50 60 70 80 pe nuru na n kons ent ra si ion log am (m g) Konsentrasi (mg/L) awal ion logam a) Cu(II), b) Pb(II) a b 0 10 20 30 40 50 60 0 20 40 60 80 100 120 140 E fi si ens i pe ng jhi la ng an ion log am (%) Waktu reaksi (menit) a b 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 P enuruna n kons ent ra si P b(I I) (% )
Konsentrasi Cu(II) (mg/L)
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (5) (2019): 192 – 199
penetrasi  sinar,  sehingga  menghambat  reaksi  foto- oksidasi.  Hal  inilah  yang  menyebabkan  kenaikkan efisiensi oksidasi Pb(II) yang relatif kecil.

## 3.5. Pengaruh ion Pb (II) terhadap efisiensi penghilangan ion Cu (II)
Gambar  7  memperlihatkan  pengaruh  adanya  ion Pb(II)  terhadap  efisiensi  foto-reduksi  ion  Cu(II).  Dari gambar  tersebut  dapat  diamati  bahwa  fotoreduksi  ion Cu(II) meningkat cukup nyata dengan adanya ion Pb(II) dalam  larutan.  Peningkatan  fotoreduksi  semakin  besar sejalan  dengan  kenaikkan  konsentrasi  ion  Pb(II). Peningkatan  ini  dapat  terjadi  karena  ion  Pb(II)  bereaksi dengan  radikal  OH  membentuk  padatan  PbO 2 ,  sehingga terjadi  pencegahan  rekombinasi  antara  radikal  OH dengan  elektron.  Kejadian  ini  dapat  menjaga  jumlah elektron  untuk  reaksi  reduksi  tidak  berkurang  [15]. Semakin besar konsentrasi ion Pb(II) dalam larutan maka pencegahan  rekombinasi  semakin  meningkat,  sehingga jumlah  elektron  yang  tersedia  semakin  banyak. Peningkatan  reduksi  ion  Cu(II)  terlihat  relatif  rendah untuk konsentrasi ion Pb(II) yang melebihi 35 mg/L. Hal ini dapat disebabkan oleh semakin banyaknya padatan Cu dan  PbO 2 yang  terbentuk,  sehingga  menghalangi penetrasi  sinar  dan  menurunkan  interaksi  sinar  UV dengan  Fe 2+ dan  H 2 O 2 .  Kondisi  tersebut  menyebabkan reaksi reduksi ion Cu(II) yang kurang efektif.
Gambar 7 . Pengaruh konsentrasi ion Pb(II) terhadap efisiensi fotoreduksi ion Cu(II) (Volume larutan Cu (II):
100 mL, konsentrasi Cu(II): 35 mg/L, pH 3, waktu: 60 menit)
3.6. Uji simultan dan sinergi pada reaksi oksidasi ion Pb(II) dan reduksi ion Cu(II) dalam proses foto- Fenton
Dari  data  yang  telah  dikemukakan  dapat  diketahui bahwa  proses  foto-Fenton  terhadap  larutan  yang mengandung  campuran  ion  Pb(II)  dan  Cu(II)  selain berlangsung  reaksi  oksidasi  ion  Pb(II)  dan  reduksi  ion Cu(II) secara simultan, juga teramati bahwa keberadaan ion  Cu(II)  dengan  konsentrasi  yang  bervariasi  dapat meningkatkan  oksidasi  ion  Pb(II),  dan  demikian  juga adanya  ion  Pb(II)  dengan  berbagai  konsentrasi  dapat menaikkan  reduksi  ion  Cu(II).  Untuk  mendukung  data bahwa telah terjadi reaksi oksidasi ion Pb(II) dan reduksi ion Cu(II) dalam larutan yang sama secara simultan dan saling  memberi  efek  yang  saling  meningkatkan,  telah dilakukan  proses  foto-Fenton  terhadap  larutan  yang mengandung  ion  Pb(II)  dan  Cu(II)  dengan  konsentrasi
yang sama 35 mg/L, dan diamati efektivitas oksidasi ion Pb(II) dan reduksi ion Cu(II).
Gambar 8. Hasil proses foto-Fenton yang simultan: 1) oksidasi Pb(II) dan 2) reduksi Cu(II), a) dalam larutan tunggal, b) dalam larutan yang mengandung ion Pb(II) dan Cu(II)
Hasil oksidasi ion  Pb(II) dan reduksi ion Cu(II) dari proses  yang  simultan  disajikan  sebagai  gambar  8. Tampak pada gambar 8 bahwa pada proses foto-Fenton terhadap larutan yang mengandung campuran ion Pb(II) dan  Cu(II)  telah  berlangsung  oksidasi  ion  Pb(II)  dan reduksi ion Cu(II) secara simultan. Selain itu keberadaan ion  Cu(II)  dapat  meningkatkan  efektivitas  oksidasi  ion Pb(II),  dan  sebaliknya  adanya  ion  Pb(II)  juga  dapat menaikkan  efektivitas  reduksi  ion  Cu(II).  Data  tersebut memastikan  bahwa  telah  terjadi  efek  yang  saling menguatkan  atau  sinergi  antara  oksidasi  ion  Pb(II)  dan reduksi ion Cu(II) melalui proses foto-Fenton.

## 4. Kesimpulan
Metode  Foto-Fenton  yang  melibatkan  sinar  UV  dan larutan  yang  mengandung  ion  Fe(II)  dan  H 2 O 2 dapat menurunkan  konsentrasi  ion  Pb(II)  dan  ion  Cu(II) masing-masing melalui reaksi oksidasi dan reduksi yang terindikasi  membentuk  PbO 2 dan  Cu.  Penurunan konsentrasi  ion  Pb(II)  35  mg/L  dan  ion  Cu(II)35  mg/L dengan  pH  3  melalui  proses  foto-Fenton  berlangsung secara  maksimal  dalam  waktu  60  menit.  Pada  proses foto-Fenton  terhadap  larutan  yang  mengandung campuran  ion  Pb(II)  dan  ion  Cu(II)  telah  terjadi  reaksi oksidasi ion Pb(II) secara simultan dengan reaksi reduksi ion  Cu(II),  dan  saling  menguatkan  atau  sinergi.  Dalam proses  foto-Fenton  terhadap  larutan  yang  mengandung campuran ion Pb(II) dan Cu(II), efek kenaikkan oksidasi ion  Pb(II)  oleh  kehadiran  ion  Cu(II)  sejalan  dengan konsentras  ion  Cu(II)  tersebut  dan  efek  kenaikkan  yang maksium  (81,21%)  ditunjukkan  oleh  ion  Cu(II)  dengan konsentrasi 35 mg/L. Efek yang serupa, yaitu kenaikkan reduksi  ion  Cu(II)  oleh  adanya  ion  Pb(II),  dan  efek kenaikkan reduksi ion Cu(II) yang maksimum (35,26% ) diperoleh dengan adanya ion Pb(II) sebesar 35 mg/L.

## Ucapan terima kasih
Terima  kasih  ditujukan  kepada  Kementerian  Riset dan Teknologi dan Pendidikan Tinggi Republik Indonesia dan  Univesitas  Gadjah  Mada  atas  dana  penelitian  yang
0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 10 20 30 40 50 60 70 P enuruna n kons ent ra si Cu(II) (%) Konsentrasi Pb(II) (mg/L) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1 2 P enuruna n kons ent ra si ion log am (%) Proses foto-Fenton a b a b
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (5) (2019): 192 – 199
telah diberikan melalui hibah PDUPT dengan Surat Tugas No: 2620/UN.1. DITLIT/DIT-LIT/LT/2019.

## Daftar pustaka
[1]  Oghenerobor  Benjamin  Akpor,  Gladys  Onolunose Ohiobor,  Tomilola  Debby    Olaolu,  Heavy  Metal Pollutants in Wastewater Effluents: Sources, Effects and  Remediation, ,  Advances  in  Bioscience  and Bioengineering , 2, 4, (2014) 37-43 http://doi.org/10.11648/j.abb.20140204.11
[2]  Virág  Kertész,  Gábor  Bakonyi,  Beáta  Farkas,  Water pollution  by  Cu  and  Pb can  adversely  affect  mallard embryonic development, Ecotoxicology and Environmental Safety , 65, 1, (2006) 67-73 https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2005.05.016
[3]  R.  M.  Harrison,  Lead  Pollution:  Causes  and  control, Springer Netherlands, 1981.
[4]  Shuheng Yao, Jiajun Zhang, Dekui Shen, Rui Xiao, Sai Gu, Ming Zhao, Junyu Liang, Removal of Pb(II) from water by the activated carbon modified by nitric acid under  microwave  heating, Journal  of  Colloid  and Interface Science , 463, (2016) 118-127 https://doi.org/10.1016/j.jcis.2015.10.047
[5]  Edidiong  Asuquo,  Alastair  Martin,  Petrus  Nzerem, Flor Siperstein, Xiaolei Fan, Adsorption of Cd(II) and Pb(II)  ions  from  aqueous  solutions  using mesoporous activated
carbon adsorbent: Equilibrium,  kinetics  and  characterisation  studies, Journal  of  Environmental  Chemical  Engineering ,  5,  1,
(2017) 679-698 https://doi.org/10.1016/j.jece.2016.12.043
[6]  Ahmed M. Soliman, Hanan M. Elwy, Thies Thiemann, Yasamin  Majedi,  Felix  T.  Labata,  Nathir  A.  F.  Al- Rawashdeh,  Removal  of  Pb(II)  ions  from  aqueous solutions by sulphuric acid-treated palm tree leaves, Journal  of  the Taiwan  Institute of  Chemical  Engineers , 58, (2016) 264-273 https://doi.org/10.1016/j.jtice.2015.05.035
[7]  Gutha  Yuvaraja,  Nettem  Krishnaiah,  Munagapati Venkata Subbaiah, Abburi Krishnaiah, Biosorption of Pb(II) from aqueous solution by Solanum melongena leaf powder as a low-cost biosorbent prepared from agricultural  waste, Colloids  and  Surfaces  B: Biointerfaces , 114, (2014) 75-81 https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2013.09.039
[8]  Mohamed  E.  Mahmoud, Azza  E.  H.  Abdou,  Somia  B. Ahmed,  Conversion  of  Waste  Styrofoam  into Engineered  Adsorbents  for  Efficient  Removal  of Cadmium,  Lead  and  Mercury  from  Water, ACS Sustainable Chemistry & Engineering , 4, 3, (2016) 819- 827 http://doi.org/10.1021/acssuschemeng.5b01149
[9]  Hakan  Demiral,  Cihan  Güngör,  Adsorption  of copper(II)  from  aqueous  solutions  on  activated carbon  prepared  from  grape  bagasse, Journal  of Cleaner Production , 124, (2016) 103-113
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.02.084
[10] A.  Macías-García,  M.  Gómez  Corzo,  M.  Alfaro Domínguez,  M.  Alexandre  Franco,  J.  Martínez Naharro, Study of the adsorption and electroadsorption  process  of  Cu  (II)  ions  within thermally and chemically modified activated carbon, Journal  of  Hazardous  Materials ,  328,  (2017)  46-55 https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2016.11.036
[11]  Jun  Xu, Shiyun  Zhu, Peng Liu,  Wenhua  Gao,  Jun  Li, Lihuan  Mo,  Adsorption  of  Cu(ii)  ions  in  aqueous solution  by  aminated  lignin  from  enzymatic hydrolysis  residues, RSC  Advances ,  7,  71,  (2017) 44751-44758 http://doi.org/10.1039/C7RA06693G
[12] Thouria  Benzaoui,  Ammar  Selatnia, Djaafar  Djabali, Adsorption of copper (II) ions from aqueous solution using  bottom  ash  of  expired  drugs  incineration, Adsorption Science & Technology , 36, 1-2, (2017) 114- 129 http://doi.org/10.1177/0263617416685099
[13] Srimala  Sreekantan,  Chin  Wei  Lai,  Syazwani  Mohd Zaki,  The  Influence  of  Lead  Concentration  on Photocatalytic  Reduction  of  Pb(II)  Ions  Assisted  by Cu-TiO2  Nanotubes, International  Journal  of Photoenergy , 2014, (2014) 7 http://doi.org/10.1155/2014/839106
[14] J.  Torres,  S.  Cervera-March,  Kinetics  of  the photoassisted  catalytic  oxidation  of  Pb(II)  in  TiO2 suspensions, Chemical  Engineering  Science ,  47,  15,
(1992)  3857-3862 https://doi.org/10.1016/0009- 2509(92)85134-W
[15] Endang  Tri    Wahyuni,  Nurul  Hidayat    Aprilita,  H. Hatimah,  A.  M.  Wulandari,  M.  Mudasir,  Removal  of Toxic Metal Ions in Water by Photocatalytic Method, American  Chemical  Science  Journal ,  5,  2,  (2015)  194- 201 http://doi.org/10.9734/ACSJ/2015/13807
[16] Endang  Tri  Wahyuni,  Mudasir  Mudasir,  Tania  Avia Gusman, Influence of Cyanide on Removal of Copper Ion  from  the  Solution  by  Photocatalytic  Reduction Method  With  TiO 2 Suspension, Indonesian  Journal  of Chemistry , 10, 1, (2010) 32-35 https://doi.org/10.22146/ijc.21477
[17] Endang  Tri  Wahyuni,  Nurul  Hidayat  Aprilita,  An Nissa F. Hayu, Siti Nurhayati, The Influence of Oxalic and  Malonic  Acids  on  the  Degree  Of  Cu(II) Photoreduction Catalyzed By TiO 2 , Jurnal Manusia dan Lingkungan , 15, 1, (2008) http://doi.org/10.22146/jml.18674
[18] Marisa Canterino, Ilaria Di Somma, Raffaele Marotta, Roberto  Andreozzi,  Kinetic  investigation  of  Cu(II) ions photoreduction in presence of titanium dioxide and formic acid, Water Research , 42, 17, (2008) 4498- 4506 https://doi.org/10.1016/j.watres.2008.07.035
[19] E. T. Wahyuni, D. Siswanta, E. S. Kunarti, D.  Supraba, S. Budiraharjo, Removal of Pb(II) ions in the aqueous solution  by  photo-Fenton  method, Global  NEST Journal , 21, 2, (2019) 180- 186 https://doi.org/10.30955/gnj.002936
[20] Arjunan Babuponnusami, Karuppan Muthukumar, A review  on  Fenton  and  improvements  to  the  Fenton process  for  wastewater  treatment, Journal  of Environmental Chemical Engineering , 2, 1, (2014) 557- 572 https://doi.org/10.1016/j.jece.2013.10.011
[21] Yao-Hui  Huang,  Yu-Jen  Huang,  Hung-Chih  Tsai, Hung-Ta  Chen,  Degradation  of  phenol  using  low concentration  of  ferric  ions  by  the  photo-Fenton process, Journal  of  the  Taiwan  Institute  of  Chemical Engineers , 41, 6, (2010) 699-704 https://doi.org/10.1016/j.jtice.2010.01.012
[22] Daphne Hermosilla, Manuel Cortijo, Chin Pao Huang, Optimizing  the  treatment  of  landfill  leachate  by conventional  Fenton  and  photo-Fenton  processes, Science  of  The  Total  Environment ,  407,  11,  (2009) 3473-3481 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2009.02.009
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 22 (5) (2019): 192 – 199
[23] Maha A. Tony, Zeinab Bedri, Experimental Design of Photo-Fenton  Reactions  for  the  Treatment  of  Car Wash  Wastewater  Effluents  by  Response  Surface Methodological  Analysis, Advances  in  Environmental Chemistry , 2014, (2014) 8 http://doi.org/10.1155/2014/958134
[24] Endang  Tri  Wahyuni,  R  Roto,  M.  Sabrina,  V. Anggraini,  N.  F.    Leswana,  A.  C.  Vionita, Photodegradation of Detergent Anionic Surfactant in Wastewater  Using  UV/TiO 2 /H 2 O 2 and  UV/Fe 2+ /H 2 O 2
Processes, American Journal of Applied Chemistry , 4, 5, (2016) 174-180 https://doi.org/10.11648/j.ajac.20160405.13
[25] Mansooreh  Dehghani,  Shahin  Behzadi,  Mohammad Sadegh  Sekhavatjou,  Optimizing  Fenton  process  for the  removal  of  amoxicillin  from  the  aqueous  phase using  Taguchi  method, Desalination  and  Water Treatment , 57, 14, (2016) 6604-6613 http://doi.org/10.1080/19443994.2015.1005143