ISSN: 1410-8917
Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi 19 (2) (2016) : 68 – 71

## Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi Journal of Scientific and Applied Chemistry
Journal homepage: http://ejournal.undip.ac.id/index.php/ksa
Modifikasi Zeolit Alam Menggunakan TiO 2 sebagai Fotokatalis Zat Pewarna Indigo Carmine
Sofian Ansori a , Sriatun a* , Pardoyo a
a Inorganic Chemistry Laboratory, Chemistry Department, Faculty of Sciences and Mathematics, Diponegoro University, Jalan Prof. Soedarto, Tembalang, Semarang
* Corresponding author: sriatun@live.undip.ac.id
A r t i c l e   I n f o A b s t r a c t
Keywords: Zeolite, Zeolite-
TiO 2 , indigo carmine degradation
Natural zeolite modification using TiO 2 as a photocatalyst of indigo carmine dye has been performed. The purpose of this study was to modify the surface of natural zeolite with TiO 2 and  use  it  as  a  photocatalyst,  determine  the  optimum  pH  for  degradation  of  indigo carmine  dye  compound,  and  to  know  the  effect  of  indigo  carmine  degradation  time. Natural zeolite was activated and then made into zeolite-H. Zeolite-H was then reacted with  TiCl 4 followed  by  calcination  at  450  °  C  to  form  zeolite-TiO 2 .  These  zeolites  were further used to degrade indigo carmine with time variation and pH of the solution. The XRD results showed that TiO 2 formed on zeolite indicated by a value of 2 θ 17.42°; 24,99°; and 29.96°. FTIR results showed a wave number at 316.3 cm -1 indicating the presence of TiO 2 on  the  surface  of  the  zeolite.  Indigo  carmine  degradation results  showed  that  the longer the degradation time of more indigo carmine is degraded by zeolite-TiO 2 and the more acidic pH indigo carmine the greater the degradation.

## A b s t r a k
Kata Kunci: Zeolit, Zeolit-TiO 2 , degradasi indigo carmine Modifikasi zeolit alam menggunakan TiO 2 sebagai fotokatalis zat pewarna indigo carmine telah dilakukan. Tujuan penelitian ini untuk memodifikasi permukaan zeolit alam dengan TiO 2 dan  menggunakannya  sebagai  fotokatalis,  menentukan  pH  optimum  untuk degradasi senyawa pewarna indigo carmine, dan mengetahui pengaruh waktu degradasi indigo carmine. Zeolit alam diaktifasi  dan kemudian dibuat menjadi zeolit-H. Zeolit-H kemudian  direaksikan  dengan  TiCl 4 dilanjutkan  dengan  kalsinasi  pada  suhu  450°C sehingga  terbentuk  zeolit-TiO 2 .  Zeolit-TiO 2 ini  selanjutnya  digunakan  untuk mendegradasi  indigo  carmine  dengan  variasi  waktu  dan  pH  larutan.  Hasil  XRD menunjukkan bahwa terbentuk TiO 2 pada zeolit yang ditunjukkan dengan nilai 2 θ 17,42°; 24,99°; dan 29,96°. Hasil FTIR menunjukkan adanya bilangan gelombang pada 316,3 cm - 1 yang  mengindikasikan  adanya  TiO 2 pada  permukaan  zeolit.  Hasil  degradasi  indigo carmine  menunjukkan  bahwa  semakin  lama  waktu  degradasi  semakin  banyak  indigo carmine  yang  terdegradasi  oleh  zeolit-TiO 2 dan  semakin  asam  pH  indigo  carmine semakin besar degradasinya.

## 1. Pendahuluan
Pemanfaatan  Zeolit  sangat  luas  sebagai  adsorben, penukar ion, dan katalis. zeolit alam perlu dimodifikasi sedemikian  rupa  sehingga  memiliki  sifat  yang menguntungkan.  Peningkatan  kereaktifan  dari  zeolit alam  yaitu  dengan  cara  memodifikasi  pada  permukaan zeolit alam. Cara untuk memodifikasi permukaan zeolit
alam antara lain menginteraksikannya dengan titanium oksida (TiO 2 ) [1].
TiO 2 adalah  persenyawaan  yang  dapat  digunakan dalam  banyak  hal,  antara  lain  sebagai  bahan  semi konduktor  untuk  degradasi  polutan  sebagai  fotokatalis. Aktivitas  fotokatalis  TiO 2 dapat  ditingkatkan  melalui pengembanan pada material pendukung. Salah satu yang
dapat  digunakan  untuk  kepentingan  tersebut  adalah zeolit  alam.  Zeolit  memiliki  fungsi  salah  satunya  yaitu sebagai  adsorben  dan  TiO 2 sebagai  fotokatalis.  Zeolit- TiO 2 akan  digunakan  sebagai  adsorben  zat  pewarna indigo carmine [2-4].
Indigo  carmine  adalah  zat  pewarna  yang  dapat memberikan  warna  biru  pada  celana  jeans.  Diluar aplikasinya  indigo  charmine  merupakan  zat  pewarna yang  berbahaya  apabila  mencemari  lingkungan  [5]. Indigo carmine bersifat iritasi kulit dan mata. Masalah ini yang  menyebabkan  perlunya  penanganan  terhadap indigo  charmin  menggunakan  adsorben  berupa  zeolit alam yang telah dimodifikasi menggunakan TiO 2 sebagai katalis fotodegradasi [6].

## 2. Metode Penelitian

## Alat dan Bahan
Peralatan  yang  digunakan  adalah  peralatan  gelas, timbangan digital, Ayakan -60/+100 mesh, stirer, oven, Furnace,  Kertas  saring  Watchmen  42,  FTIR,  X-Ray Difraction,  dan  Spektrofotometer  UV-Vis.  Zeolit  alam Bayat, HF 1% , NH 4 Cl 2M (p.a, Merck), TiCl 4 (p.a, Merck), Indigo  carmine  (p.a,  Merck),  Akuabides,  Asam  Klorida (p.a, Merck), NaOH (p.a, Merck), dan Akuades.

## Prosedur Penelitian
Aktifasi  Zeolit:  Zeolit  alam  yang berasal dari  Bayat berukuran 100 mesh dibersihkan menggunakan akuades, didekantasi  dan  disaring.  Kemudian  dikeringkan  dalam oven  pada  suhu  120°C  selama  6  jam.  20  gram  Zeolit direaksikan dengan HF 1% dengan pengocokan selama 30 menit.  Zeolit  dicuci  dengan  akuades  hingga  pH  filtrat netral.  Zeolit  kemudian  dipanaskan  dalam  oven  pada suhu  120°C  selama  4  jam.  Zeolit  yang  telah  kering, direndam  dalam  NH 4 Cl  2M  selama  4  jam,  dilanjutkan pencucian  dengan  akuades  sampai  pH  filtrat  netral. Kemudian dikeringkan pada suhu 300oC selama 4 jam.
Modifikasi  Zeolit  dengan  TiO 2 :  zeolit  alam  dalam bentuk  H  (Z-H)  dicampur  dengan  30  mL  air  dengan proses pengadukan, setelah itu 5 mL TiCl 4 ditambahkan tetes demi tetes. Setelah beberapa menit pengadukan, 30 mL  air  s  ditambahkan  tetes  pertetes.  Dilakukan pencucian dan dikeringkan pada suhu 60°C selama 2 jam. Kemudian dialkukan kalsinasi pada suhu 450°C Selama 5 jam. Dikarakterisasi menggunakan X-RD dan FTIR.
Uji Adsorpsi dan Degradasi Indigo Carmine: Larutan indigo charmine sebelumnya dibuat dengan konsentrasi 25 ppm. Kemudian diatur pH-nya sampai 5,7,9,10,11, dan 12. 0,5 gram Zeolite-TiO 2 kemudian dilarutkan dalam 50 mL  larutan  pewarna  dengan  variasi  pH.  Kemudian dilakukan penyinaran oleh sinar uv dengan variasi waktu (15,  30,  45,  dan  60  menit)  dan  diukur  perubahan  yang terjadi menggunakan spektrofotometer uv-vis.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Modifikasi zeolit dengan TiO 2 sebagai fotokatalis zat warna  indigo  carmine  dimulai  dengan  proses  aktifasi. Aktifasi ini bertujuan agar zeolit alam yang berasal dari bayat bebas dari pengotor dan menjadi lebih aktif dengan
cara merubahnya menjadi zeolit-H dengan menggunakan NH 4 Cl.
Zeolit  yang  telah  diaktifasi  dan  dibentuk  menjadi zeolit-H  kemudian  direaksikan  degan  TiCl 4 .  TiCl 4 digunakan  sebagai  bahan  pembentuk  TiO 2 .  Dengan proses  kalsinasi  pada  suhu  450 0 C  untuk  menghasilkan zeolit-TiO 2 .

## Karakterisasi XRD
Tahap  analisis  Zeolit-TiO 2 menggunakan  XRD. Analisis  XRD  digunakan  untuk  menentukan  struktur kristal dan kristalinitas.
Gambar 1. Difraktogram XRD Zeolit Alam dan Zeolit-
TiO 2
Hasil difraktogram dari zeolit aktif dan zeolit-TiO 2 , dilihat  dari  nilai  2 θ tidak  terdapat  perbedaan  yang signifikan, hal tersebut menunjukkan bahwa zeolit alam memiliki  kestabilan  yang  tinggi  setelah  diaktivasi maupun  dimodifikasi  dengan  TiO 2 .  Hasil  difraktogram kemudian  dicocokkan  dengan  data  yang  ada  pada Joint Committee  on  Powder  Difraction  Standar  (JCPDS). Keberadaan  TiO 2 pada  zeolit  telah  sesuai  dengan  data TiO 2 pada  JCPDS.  Dimana  setiap  puncak  pada  2 θ telah memberikan hasil yang sama atau berdekatan yaitu pada nilai 2 θ 17,42; 24,99; dan 29,96.

## Karakterisasi FTIR
Metode yang
cukup penting untuk mengkarakterisasi  struktur  kerangka  zeolit  dan mengetahui  pengaruh  keberadaan  TiO 2 adalah  dengan analisis  spektra  inframerah  khususnya  tipe Fourier Transformation-Infra Red (FTIR).
Gambar 2. Spektra Infra Meah Zeolit aktivasi dan Zeolit- TiO 2
Spektra  yang  dihasilkan  oleh  zeolit-TiO 2 memiliki kesamaan  pola  dengan  zeolit  alam  teraktivasi.  Hal  ini menunjukan  bahwa  TiO 2 yang  direaksikan  pada  zeolit tidak mengubah struktur asli dari zeolitnya. Data serapan IR ditunjukan oleh
Tabel 1: DataInterpretasi Bilangan Gelombang Infra Merah
Pada  ZA-TiO 2 berada  pada  316,3  cm -1 ini menunjukan  adanya  sejumlah  TiO 2 pada  permukaan zeolit.  Peak  yang  dihasilkan  oleh  TiO 2 ini  memiliki intensitas yang sangat besar dan kurva yang dihasilkan sangat runcing.
Fotodegradasi Indigo Carmine Menggunakan Zeolit- TiO 2
Komponen utama dalam fotodegradasi suatu reaksi berupa sumber cahaya (foton), senyawa target, oksigen, dan fotokatalis. Pada penelitian yang dilakukan sumber cahaya  yang  digunakan  berasal  dari  lampu  sinar  UV. Lampu  sinar  UV  yang  digunakan  berada  pada  kisaran 200-280 nm. Panjang gelombang yang digunakan untuk mengetahui besarnya serapan (absorban) indigo carmine yaitu  pada  615  nm.  Panjang  gelombang  tersebut
merupakan  panjang  gelombang  maksimum,  pada panjang gelombang tersebut indigo carmine memeberikan serapan yang paling besar.
Proses  oksidasi  ini  dipengaruhi  oleh  cahaya UV.
Oksidasi tersebut diawali dengan pembentukan hole pada permukaan TiO 2. Hole terbentuk karena eksitasi elektron dari  pita  valensi  ke  pita  konduksi.  Adanya  eksitasi elektron  ini  menyebabkan  timbulnya hole  yang  dapat berinteraksi  dengan  pelarut  (air)  membentuk  radikal • OH.  Radikal  bersifat  aktif  dan  dapat  berlanjut  untuk menguraikan  senyawa  organik  zat  warna  contohnya indigo carmin. Radikal • OH mempunyai potensial sebesar 2,8 V, dan kebanyakan zat organik mempunyai potensial redoks yang lebih kecil dari potensial tersebut, sehingga dapat terdegradasi oleh radikal • OH [7]. Dari penguraian tersebut  indigo  carmine  kemudian  diuraikan  menjadi senyawa  yang  lebih  sederhana.  Adapun  reaksi  yang terjadi sebagai berikut :
C 16 H 8 N 2 O 3 S 2 - + 4H 2 O + 17 O 2 → 13 H + + 16 CO 2 + 2NO 3 - + 2H 2 SO 4
Hasil Pengaruh indigo carmine oleh zeolit-TiO 2 pada variasi waktu dengan dapat dilihat pada gambar 3.
Gambar 3. Pengaruh Variasi waktu terhadap degradasi indigo carmine oleh Zeolit-TiO 2
Pada  indigo  carmine  yang  dijerap  oleh  zeolit  saja, hanya memberikan penurunan sebesar 1 ppm selama 60 menit. Sedangkan pada zeolit-TiO 2 mampu mendegradasi  sebesar  4,1  ppm.  Proses  degradasi  ini dikarenakan  semakin  bertambahnya  waktu  yang sebanding dengan bertambah pula radiasi sinar UV maka foton  akan  mengenai  zeolit-TiO 2 akan  semakin  banyak sehingga indigo  carmine  yang  terdegradasi  akan semakin  banyak.  Hasil  Pengaruh indigo  carmine  oleh zeolit-TiO 2 pada  variasi  pH  dengan  dapat  dilihat  pada gambar 4.
Zeo lit-TiO 2
Senyawa  akhir  dari  degradasi  yang  dilakukan  pada zat warna indigo carmine ini diharapkan berupa H 2 O dan CO 2 . Semakin meningkatnya pH mengindikasikan bahwa berkurangnya oksidasi senyawa-senyawa bersifat asam hasil penguraian zat warna indigo carmine. Pada kondisi asam keberadaan – OH, relatif sedikit dibandingkan pada kondisi basa. Keberadaan gugus SO 3 - pada indigo carmine menyebabkan senyawa ini lebih menyukai pada kondisi asam. Gugus – OH  pada  kondisi  basa  akan menurunkan keberadaan ● OH  (radikal)  yang  didapatkan  dari  hasil degradasi zat warna oleh fotokatalis TiO 2 , sehingga pada kondisi  asam  penurunan  konsentrasi  lebih  besar dibandingkan pada pH basa (9,10,11, dan 12).

## 4. Kesimpulan
Zeolit  alam  jenis  mordenit  yang  berasal  dari  Bayat dapat  dimodifikasi  sebagai  adsorben  untuk  fotokatalis TiO 2 .  Semakin  lama  waktu  degradasi  semakin  banyak indigo  carmine  yang  terdegradasi  zeolit  yang dimodifikasi  TiO 2, dibandingkan  dengan  zeolit  alam. Kemampuan zeolit-TiO 2 untuk mendegradasi zat warna indigo carmine berada pada kondisi asam yaitu pada pH 5 sebesar 44,24%.

## 5. Daftar Pustaka
[1]  Chun  Hu,  Xuexiang  Hu,  Liusuo  Wang,  Jiuhui  Qu, Aimin  Wang,  Visible-light-induced  photocatalytic degradation  of  azodyes  in  aqueous  AgI/TiO 2 dispersion, Environmental science & technology, 40, 24, (2006) 7903-7907 http://dx.doi.org/10.1021/es061599r
[2]  M  Zendehdel,  Z  Kalateh,  H  Alikhani,  Efficiency evaluation  of  NaY  zeolite  and  TiO 2 /NaY  zeolite  in removal  of  methylene  blue  dye  from  aqueous solutions, Iranian  Journal of Environmental  Health Science & Engineering, 8, 3, (2011) 265
[3]  C  Ratiu,  C  Orha,  P  Sfirloaga,  C  Lazau,  F  Manea,  A Pacala, I Vlaicu, G Burtica, I Grozescu, Enhancement of  Natural  Organic  Matter  Removal  from  Surface Water  Using TiO 2 -Modified  Zeolite, Chem. Bull.‘‘POLITEHNICA’’Univ.(Timis  oara) ,  53,  67,
(2008) 171-174
[4]  Siti  Fatimah,  Abdul  Haris,  Pengaruh  Dopan  Zink Oksida pada TiO 2 terhadap Penurunan Kadar Limbah Fenol  dan  Cr  (VI)  secara  Simultan  dengan  Metode Fotokatalisis, Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi, 17, 3,
(2014) 86-89
[5]  Titik  Darmawanti,  Suhartana  Suhartana,  Didik Setiyo  Widodo,  Pengolahan  Limbah  Cair  Industri Batik dengan Metoda
Elektrokoagulasi
Menggunakan Besi  Bekas  Sebagai  Elektroda, Jurnal Kimia Sains dan Aplikasi, 13, 1, (2010) 18-24
[6]  N.  Barka,  A.  Assabbane,  A.  Nounah,  Y.  Aît  Ichou, Photocatalytic  degradation  of  indigo  carmine  in aqueous solution by TiO 2 -coated non-woven fibres,
Journal of Hazardous Materials, 152, 3, (2008) 1054- 1059 http://dx.doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.07.080
[7]  Jarnuzi Gunlazuardi, Fotokatalisis pada Permukaan TiO 2 : Aspek Fundamental dan Aplikasinya, Seminar Nasional Kimia Fisika II, (2001).