FOTOKATALIS TiO 2 /KITOSAN DAN TiO 2 /BENTONIT SEBAGAI PENJERNIH AIR EMBUNG DI LINGKUNGAN UNNES
Emas Agus Prastyo Wibowo 1 , Navela Rahma Aji 2 , Resti Ujiningtyas 3 , Tri Mayasari 4 , Nuni Widiarti 5 1,2,3,5 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Semarang
4 Jurusan Biologi FMIPA Universitas Negeri Semarang email: emasagus@ymail.com

## Abstrak
Air  embung  kini  kondisinya  memprihatinkan  karena  terlihat  lebih  keruh  dan  juga  kotor  karena tercemar oleh limbah. Tujuan dari penelitian ini  yakni untuk mengetahui perbandingan fotokatalis untuk penjernih air embung di lingkungan Unnes. Berdasarkan hasil SEM (Scanning Electron Microscopy) di atas dapat disimpulkan bahwa: Pada perbesaran SEM 100x, 250x, 500x dan 1000x terlihat bahwa material terlapis belum  bagus  dan  masih  menggumpal  dan  belum  merata.    Hasil  pembentukan  dikarakterisasi  dengan menggunakan X-Ray Diffraction, Fourier TransformInfrared (FTIR). Terbentuknya komposit TiO 2 -bentonit belum mengalami perubahan masih sama pada bilangan gelombang. Berdasarkan hasil BOD dan COD didapatkan  bahwa  dengan  adanya  teknologi  fotokatalis  TiO 2 /kitosan  dan  TiO 2 /bentonit  dapat mendegradasi  polutan  organik  di  dalam  air  dan  dapat  menurunkan  angka  BOD  dan  COD  pada  air embung UNNES. Berdasarkan penelitian  yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa sintesis komposit  TiO 2 -bentonit  terdapat  interaksi  fisik  dan  Penurunan  nilai  BOD  dan  COD  terbesar  diperoleh dengan menggunakan TiO 2 -bentonit yakni untuk BOD 18,40 ppm dan COD 10,05 ppm.
Kata kunci : Air Embung, fotokatalis, TiO 2

## Abstract
The  condition  of  water  reservoir  is  alarming  because  it  looks  more  cloudy  and  dirty  because contaminated  waste. The  purpose  of  this  study  to  compare  the  photocatalysts  to  purify  the  water reservoir  in  Unnes.  Based  on  the  results  of  SEM  (Scanning  Electron  Microscopy)  it  can  be  concluded that: In the SEM magnification 100X, 250X, 500x, and 1000x seen that the coated material has not been good and still lumpy and uneven. The result of the formation is characterized by using X-Ray Diffraction, Fourier Transform Infrared (FTIR). TiO 2 -bentonite composite formation has not changed is still the same at wave number. Based on the results of BOD and COD  it was found that the technology photocatalyst TiO 2 /chitosan  and  TiO 2 /  bentonite  adsorption  can  degrade  organic  pollutants  in  the  water  and  can reduce  BOD  and  COD  in    air  embung  Unnes.  Based  on  the  research  that  has  been  done,  it  can  be concluded that the synthesis of TiO 2 -bentonite composites are physical interaction and Impairment The BOD and COD obtained using TiO2-bentonite namely to 18.40 ppm BOD and COD of 10.05 ppm. Keyword : Air Embung, photocatalyst, TiO 2

## PENDAHULUAN
Embung  atau  tandon  air  merupakan waduk berukuran mikro di suatu lahan yang dibangun  untuk  menampung  kelebihan  air hujan di musim hujan dan air limpasan ( run off )  serta  sumber  air  lainnya.  Embung merupakan  salah  satu  teknik  pemanenan air (water harvesting) yang sangat sesuai di segala  jenis  agroekosistem.  Di  lahan  rawa namanya pond yang  berfungsi  sebagai tempat  penampungan  air  drainase  saat kelebihan  air  di  musim  hujan  dan  sebagai sumber air irigasi pada musim kemarau.
Keberadaan  embung  diyakini  dapat menampung  air  hujan  sehingga  mencegah
terjadinya  banjir  pada  suatu  daerah. Universitas Negeri Semarang (Unnes) yang mengklaim  sebagai  universitas  konservasi karena  memiliki  embung  di  dalamnya. Pembangunan embung tersebut merupakan  salah  satu  program  konservasi Unnes.  Embung  Unnes  dibangun  dengan tujuan  sebagai  tempat  penampungan  air hujan dengan penyerapan air di Unnes dan mempunyai  kapasitas  penampungan  air sebanyak  5.000  meter  kubik.Keberadaan embung tersebut menciptakan suatu ekosistem baru yaitu tempat hidup ikan-ikan di daamnya. Tidak hanya itu, pembangunan embung  tersebut  juga  menciptakan  ruang
terbuka  hijau  di  sekitar  embung  yang ditanami  banyak  pohon  dan  mempunyai fungsi  lain  seperti    sebagai  taman  untuk tempat belajar mahasiswa, tempat berkumpul mahasiswa untuk kegiatan positif  lainnya  seperti  diskusi,  kumpul ikatan/organisasi mahasiswa daerah, menunggu sunsets ,  dan  memancing  di embung.
Seiring  berjalannya  waktu,  kenyataan di  lapangan  menunjukkan  bahwa  sekarang embung mengalami banyak perubahan dari kualitas  lingkungan  dan  fungsi.  Air  yang ditampung embung Unnes sangatlah keruh, berbau busuk, dan berwarna hijau. Seluruh area embung juga dipenuhi dengan sampah plastik dan anorganik lainnya, baik di  embung  maupun  di  jalan-jalan  di  tepi embung.  Agar  fungsi  embung  kembali optimal perlu diadakan upaya untuk mengatasi  masalah  tersebut  yakni  dengan fotokatalis.
Pemilihan proses fotokatalis
merupakan  suatu  cara  yang  prospektif untuk digunakan sebagai alternatif pengolahan  air  embung  unnes,  karena fotokatalis  dapat  mendegradasi  polutan organik.  Titanium  dioksida  merupakan salah  satu  fotokatalis  yang  aktivitasnya cukup  tinggi  (Brown et  al .,1992).  Namun, tingginya  aktivitas  fotokatalis  TiO 2 tidak diimbangi  oleh  kemampuannya  dalam mengadsorp  senyawa  target,  sehingga proses degradasi fotokatalitik tidak berjalan dengan  baik  karena  peluang  kontak  TiO 2 dengan  polutan  kurang  maksimal.  Untuk menutupi  kekurangan  tersebut  maka  TiO 2 dapat  diembankan  pada  suatu  material pendukung  yang  memiliki  kemampuan adsorbsi  yang  cukup tinggi.  Beberapa  jenis material  berpori  yang  dapat  digunakan sebagai  adsorben  diantaranya  silika  gel, karbon aktif, zeolit, dan bentonit.
Bentonit adalah sejenis lempung yang banyak mengandung mineral montmorillonit.  Bentonit  adalah clay yang sebagian  besar  terdiri  dari  montmorillonit dengan mineral-mineral minor seperti kwarsa,  kalsit,  dolomit,  feldspars,  dan mineral minor lainnya. Montmorillonit merupakan  bagian  dari  kelompok smectit dengan  komposisi  kimia  secara  umum adalah
(Mg,Ca)O. Al 2 O 3. 5SiO 2. nH 2 O .
Bentonit  berbeda  dari clay lainnya  karena hampir seluruhnya (75%) merupakan mineral montmorillonit. Mineral
montmorillonit  terdiri  dari  partikel  yang sangat kecil sehingga hanya dapat diketahui  melalui  studi  menggunakan  XRD ( X-Ray  Diffraction )  (Cool,  2002).  Penelitian ini  memaparkan  pengaruh  variasi  waktu  uji aktivitas  menggunakan  komposisi  TiO 2 - bentonit.

## METODE Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian  ini  adalah  air  embung  600ml, NaOH  1  M,  asam  cuka  1%  ( 𝑣 / 𝑣 ),  TiO 2 , bentonit.
Alat  yang  digunakan  dalam  penelitian ini  meliputi  batang  pengaduk,  pH  indikator, corong, X - Ray Diffraction (XRD) Shimadzu, Scanning Electron Microscopy (SEM), FTIR Shimadzu,  seperangkat  alat  uji  parameter Biological  Oxygen  Demand (BOD)  dan Chemical Oxygen Demand (COD).
Sintesis komposit TiO 2 -Bentonit Lima gram montmorillonit hasil pemurnian  didispersikan  dalam  500  ml  air aquades  dan  diaduk  selama  5  jam  sampai gumpalan  lempung  hilang.  2,5  gram  TiO 2 didespersikan  dalam  100  ml  aquades kemudian  diaduk  dan    ditambahkan  ke dalam  campuran  bentonit.  Campuran  TiO 2 - bentonit  kemudian  dioven  pada  suhu 100 ° C  selama  2  jam.  Komposit  yang dihasilkan kemudian dikarakterisasi menggunakan  XRD,  SEM  dan  FTIR (Saraswati dan Nugraha, 2014).
Fotodegradasi air embung menggunakan  komposit  TiO 2 /bentonit dan TiO 2 /kitosan Fotodegradasi dilakukan dengan mendispersikan  0.3  gram  TiO 2 ,  bentonit, dan    TiO 2 /bentonit  kedalam  300  ml  air embung diikuti dengan pengadukan selama 30  menit.  Parameter  waktu  selama  30 menit  merupakan  waktu  yang  optimal berdasarkan penelitian Wibowo et al ., 2016. Sedangkan  TiO 2 /kitosan  dimasukkan  ke dalam  air  dengan  pengadukan  selama  10 menit, 20 menit, dan 30 menit.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakterisasi Hasil analisis Fourier Transform Infrared (FTIR)
Hasil  analisis  spektroskopi  serbuk TiO 2 ,  bentonit,  dan  TiO 2 /bentonit  disajikan gambar 1. Ti-O antara range 400-700 cm -1 dalam  hal  ini  ditunjukkan  dalam  peak 478,35 dan 594,08. (Jing, 2006).
Gambar 1. Spektra TiO 2 , bentonit dan TiO 2 - bentonit
Puncak  serapan-serapan  utama  pada bentonit  beradi  di  bilangan  gelombang 3626.17  cm -1 ,  3448.72  cm -1 dan  1635.64 cm -1 . Pada puncak
3626.17 cm -1 menunjukkan  vibrasi  ulur  dari  O-H  yang terletak  pada  lapis  oktahedral  yang  terikat pada  Al  sedangkan  puncak  serapan  pada 3626.17  cm -1 menunjukkan  vibrasi  H-O-H molekul air pada struktur interlayer bentonit. Selain itu, puncak serapan disekitar 3448.72  cm -1 menunjukkan  vibrasi  O-H
yang  bersesuaian  dengan  puncak  serapan pada 1635.64 cm -1
Spektra TiO 2 /bentonit tidak
menunjukkan  adanya  pergeseran  serapan pada  bilangan  gelombang  3448.72  cm -1 yang belum  menunjukkan ikatan O-H yang semakin  lemah  karena  adanya  TiO 2 di dalam  antar  lapis  bentonit.  Bilangan gelombang 3448.72 cm -1 merupakan vibrasi ulur  O-H  dari  H 2 O  yang terperangkap  pada antar  lapis  bentonit.  Kemungkinan  lain karena  pengaruh kalsinasi  dan  pemanasan sehingga gugus O-H dari H 2 O banyak yang terhidroksilasi  dan  terdehidrasi  dari  dalam antar lapisnya.
Hasil analisis x-Ray Diffraction(XRD)
Gambar 2. Uji Kristalinitas TiO 2 -bentonit menggunakan XRD
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 Coun ts O Al Si Ti Ti Ti Ti Fe Fe Fe Fe Pola refleksi pada difaktogram
komposit TiO 2 ditunjukkan pada 2 𝜃 sebesar 25,31;  38,58;  48,34;  53,91;  62,72  yang merupakan  ciri  difraksi  dari  bidang  kristal 101,  004,  200,  105  dan  204  TiO 2 anatase (A)  sesuai  dengan  JCPDS  No.21-1272 (Saraswati  dan  Nugraha,  2014).  Puncak- puncak  refleksi  TiO 2 tersebut  juga  muncul pada  difaktogram  komposit  TiO 2 -  bentonit yakni pada 2 𝜃 sebesar 26, 2608 ; 36,7121; 47,4609;  53,5;  62,02.  Refleksi  pada  2 𝜃 tersebut  menunjukkan  fasa  kristal  yang terdapat  dalam  komposit  TiO 2 -bentonit adalah  fasa  kristal  anatas.  Hasil  tersebut menunjukkan
bahwa pembentukan komposit TiO 2 /bentonit tidak merubah kristalinitas  TiO 2 secara  signifikan,  artinya tidak  cukup  signifikan  mengurangi  aktivitas fotokatalisnya.
Hasil Analisis
Scanning Electron Microscopy (SEM) dan EDX
Gambar  3.  Morfologi  SEM  TiO 2 /bentonit perbesaran 10.000 x
Berdasarkan  hasil  SEM  ( Scanning Electron  Microscopy )  yang  dilakukan  di FMIPA  ITB    di  atas  dapatdisimpulkan bahwa:  Pada  perbesaran  SEM10.000  x terlihat bahwa materialterlapis belum bagus
dan masih menggumpaldan
belum  merata.
Hal ini dikarenakanpengadukan yang kurang  lama  dan  waktu  aging  yang  hanya sebentar yang akan mempengaruhi struktur morfologi TiO 2 - bentonit yangdihasilkan.

## Gambar 4 . Hasil analisis dengan EDX
Berdasarkan hasil EDX tersebut dapat diketahui  bahwa  di  dalam  kandungan komposit  TiO 2 -bentonit  terdapat  komponen O  sebesar  49,41%,  Al  sebesar  4,47%,  Si sebesar  5,69%,  Ti  sebesar  1,84%  dan  Fe sebesar 38,60%.
Fotodegradasi Air Embung dengan TiO 2 , bentonit,  dan  komposit  TiO 2 /bentonit serta TiO 2 /kitosan Penelitian ini bertujuan untuk memberikan gambaran perbandingan antara aktivitas TiO 2, bentonit,dan TiO 2 /bentonit  dan  TiO 2 /kitosan  terhadap  air embung.  Penurunan  nilai  BOD  dan  COD terbesar  diperoleh  dengan  menggunakan TiO 2 /bentonit  yakni  untuk  BOD  18,40  ppm dan COD 10,05 ppm. Kemampuan komposit TiO 2 /bentonit lebih besar dibandingkan katalis TiO 2 dan bentonit. Hal ini disebabkan oleh adanya fotokatalis TiO 2 yang terdapat dalam komposit TiO 2 /bentonit.  Pada  saat  terkena  sinar radiasi sinar tampak maka elektron-elektron dalam  pita  valensi  dari  semikonduktor
tersebut  akan  tereksitasi  ke  pita  konduksi yang akan menghasilkan e - dan kekosongan  atau hole (h + ).  Selanjutnya hole (h + )  akan  bereaksi  dengan  hidroksida titan yang terdapat dalam larutan membentuk  radikal  hidroksida  titan  yang kemudian mengoksidasi air embung. Radikal  hidroksida  yang  terbentuk  ini  akan terbentuk  terus-menerus  selama  sinar tampak  (lampu)  masih  mengenai  komposit dan  akan  menyerang  air  embung  sehingga air  embung  akan  mengalami  degradasi dalam hal ini BOD dan COD
Tabel 1. Uji BOD dan COD
Sampel (treatment 30 menit) Parameter Hasil (ppm) Air embung Air embung dengan TiO 2 BOD COD BOD COD 20.06 37.84 81,49 13,79 Air embung dengan bentonit Air embung
dengan TiO 2-
bentonit Air embung dengan TiO 2 - kitosan (10 menit)
Air embung dengan TiO 2 -
kitosan (20 menit) Air embung
BOD COD BOD
COD
BOD COD
BOD COD BOD COD 54,84 20,24 18,40 10,05 54,33 42.29 41.73 18.07 39.37
dengan TiO 2 -
kitosan (30 menit)
Tabel 1 memberikan gambaran perbandingan  antara  aktivitas  TiO 2, /kitosan dan    TiO 2 /bentonit.  Penurunan  nilai  BOD dan  COD  terbesar  diperoleh  dengan menggunakan  TiO 2 /bentonit  yakni  untuk BOD  18,40  ppm  dan  COD  10,05  ppm. Kemampuan  komposit  TiO 2 /bentonit  lebih besar  dibandingkan  katalis  TiO 2 dan bentonit.  Hal  ini  disebabkan  oleh  adanya fotokatalis  TiO 2 yang  terdapat  dalam komposit  TiO 2 /bentonit.  Pada  saat  terkena sinar  radiasi  sinar  tampak  maka  elektron- elektron dalam pita valensi dari semikonduktor  tersebut  akan  tereksitasi  ke pita  konduksi  yang  akan  menghasilkan  e - dan kekosongan atau hole (h + ). Selanjutnya hole (h + )  akan  bereaksi  dengan  hidroksida titan yang terdapat dalam larutan membentuk  radikal  hidroksida  titan  yang kemudian mengoksidasi air embung. Radikal  hidroksida  yang  terbentuk  ini  akan terbentuk  terus-menerus  selama  sinar tampak  (lampu)  masih  mengenai  komposit dan  akan  menyerang  air  embung  sehingga air  embung  akan  mengalami  degradasi dalam hal ini BOD dan COD.

## SIMPULAN
Berdasarkan  penelitian  yang  telah dilakukan,  maka  dapat  disimpulkan  bahwa sintesis  komposit  TiO 2 /bentonit  terdapat interaksi fisik dan Penurunan nilai BOD dan COD terbesar diperoleh dengan menggunakan  TiO 2 /bentonit  yakni  untuk BOD  18,40  ppm  dan  COD  10,05  ppm. Kemampuan  komposit  TiO 2 /bentonit  lebih besar  dibandingkan  katalis  TiO 2 dan bentonit.

## DAFTAR PUSTAKA
Brown,G.N.,Birks,  J.W.  and  Koval.  1992.
Development  and  Characterization  of ATitanium-Dioxide Based SemiconductorsPhotoelectrochemical - Detector. Journal Analysis.,Vol.64
Cool  P.,  Vansant  E.F.  2002,  “ Pillared Clays:  Preparation,  Characterization, and Application ”,  Laboratory  of
Inorganic  Chemistry,  Department  of Chemistry of Antwerp (UIA), Belgium, pages 265-286
Jing,  L.Q.,    H.G.  Fu,  B.Q.  Wang,  B.F.  Xin, S.D.  Li,  and  J.Z.  Sun.  2006.  Appl. C atal. B-Environ ., 62, 282
Saraswati, A dan Nugraha, I. 2014. Sintesis Komposit  Montmorillonit-  TiO 2 dan Aplikasinya untuk Pengolahan Limbah  Cair  Pabrik  Gula. Prosiding Seminar Nasional Kima dan Pendidikan Kimia VI.
Wibowo,  E.A.P.,  Aji,  N.R.,  Ujiningtyas,  R.,
Mardiansyah, E.A., Sari, T.M., Rah,awati. 2016. Sintesis dan Karakterisasi Fotokatalis TiO 2 /Kitosan dan Aplikasinya Sebagai Penjernih Air Embung
Unnes. Unesa  Journal  of  Chemistry, Vol 5.