Seminar Fix Ratih

7/31/2019 Seminar Fix Ratih

1/42

i

SEMINAR

PENGOLAHAN FENOL DALAM LIMBAH CAIR MENGGUNAKAN

METODE CONTACT DISCHARGE ELECTROLYSIS (CGDE)

Disusun Oleh:

RATIH TIEN SERATRI

0906635715

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK 2012


2/42

ii

LEMBAR PENGESAHAN

Makalah Seminar dengan Judul:

DEGRADASI FENOL DALAM LIMBAH CAIR MENGGUNAKAN

METODE CONTACT GLOW DISCHARGE ELECTROLYSIS (CGDE)

OLEH

RATIH TIEN SERATRI

0906635715

dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik di

Departemen Teknik Kimia FTUI dan telah disetujui untuk diajukan dalam sidang

seminar.

Depok, 19 Juni 2012

Menyetujui,

Dr. Ir. Nelson Saksono, M.T

NIP. 196711081994031002


3/42

iii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dankarunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah seminar yang

berjudul Degradasi Fenol dalam Limbah Cair Menggunakan Metode

Contact Glow Discharge Electrolysis(CGDE)

Makalah seminar ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan

akademis mata kuliah seminar dalam meraih gelar Sarjana Teknik di Departemen

Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Selain itu makalah seminar

ini juga merupakan proposal penelitian yang diajukan untuk penelitian pada

semester terakhir untuk mata kuliah skripsi.

Banyak pihak yang telah membantu dalam penyusunan makalah seminar

ini. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih

kepada:

1. Prof. Dr. Ir. Widodo Wahyu Purwanto, DEA., selaku Ketua DepartemenTeknik Kimia Universitas Indonesia sekaligus sebagai Pembimbing

Akademis.

2. Dr. Ir. Nelson Saksono, M.T selaku pembimbing yang telah bersediamembimbing dan memberi arahan dalam menyelesaikan makalah ini.

3. Prof. Dr. Ir. Mohammad Nasikin, M.Eng., selaku dosen mata kuliahMetode Penelitian, yang telah memberikan wawasan tentang penulisan

karya tulis yang baik.

4. Kedua orang tua, Nana, dan Awang yang selalu memberikan bantuan baikmoral maupun material.

5. Yuni Elfany, sebagai partner kerja sekaligus teman berbagi yang telahbanyak memberikan banyak bantuan dan semangat dalam penyelesaian

makalah seminar ini.

6. Teman-teman satu research group, Bimo, Faishol, dan Anka yang selalumengingatkan agar makalah ini dapat diselesaikan tepat waktu .

7. Kak Krisna dan Kak Bagus yang telah banyak membantu ketika penulismengalami kesulitan.


4/42

iv

8. Egi, Titin, dan Dela yang setia menemani dan selalu memotivasi ketikapenulis mulai kehilangan semangat.

9. Sahabat-sahabat dari kecil, Yayun, Desti, Ulfa yang selalu ada ketikapenulis membutuhkan tempat untuk berkeluh kesah.

10. Teman-teman bermain, Ical, Ryo, Arief, Eka, Nida, Novita, Silvia, Omi,Mira, Risfi, dan Dio yang banyak memberikan hiburan ketika penulis

sedang jenuh.

11. Serta kepada semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu.Penulis menyadari, masih banyak kekurangan dari makalah seminar ini.

Oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun penulis terima dengan senang

hati demi perbaikan makalah ini. Akhir kata, semoga makalah ini dapat dijadikan

sebagai salah satu referensi ilmiah yang memberikan manfaat bagi banyak pihak,

sekaligus bukan merupakan karya terakhir penulis.

Depok, 19 Juni 2012

Penulis


5/42

v

ABSTRAK

Nama : Ratih Tien Seratri

Program Studi : Teknik KimiaJudul : Degradasi Fenol dalam Limbah Cair Menggunakan

Metode Contact Glow Discharge Electrolysis (CGDE)Pembimbing : Dr. Ir. Nelson Saksono, M.T.

Berkembangnya sektor industri di Indonesia menyebabkan produksi limbah yang

dihasilkan juga meningkat. Limbah tersebut tak jarang mengandung zat-zat

berbahaya yang mengancam kesehatan manusia, salah satunya adalah fenol. Oleh

karena itu dibutuhkan teknologi yang mampu mendegradasi fenol dengan

konversi yang tinggi. Contact Glow Discharge Electrolysis (CGDE) merupakan

salah satu metode yang telah terbukti mampu mendegradasi berbagai macam

limbah baik organik maupun anorganik melalui pembentukan radikal OH, yang

diperoleh dari dekomposisi molekul-molekul H2O akibat serangan

elektromagnetik. Pada penelitian ini akan dilakukan degradasi limbah fenol

sintetik dengan beberapa variasi variabel yang berpengaruh seperti tegangan,

panjang anoda, konsentrasi larutan elektrolit, serta keberadaan katalis. Dengan

mengetahui pengaruh variabel-variabelnya, dapat diperoleh kondisi optimum

dalam mendegradasi fenol sehingga ke depannya diharapkan dapat diperoleh

suatu alat prototype yang mampu menghasilkan fenol dengan konversi yang

tinggi.

Kata kunci : fenol, limbah, CGDE, radikal OH.


6/42

vi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i

LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................... ii

KATA PENGANTAR ........................................................................................... iii

ABSTRAK .............................................................................................................. v

DAFTAR ISI .......................................................................................................... vi

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... viii

DAFTAR TABEL .................................................................................................. ix

BAB IPENDAHULUAN...................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1

1.2 Perumusan Masalah .................................................................................. 2

1.3 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 3

1.4 Batasan Masalah ....................................................................................... 3

1.5 Sistematika Penulisan ............................................................................... 4

BAB IITINJAUAN PUSTAKA........................................................................... 5

2.1 Fenol ......................................................................................................... 5

2.2 Pengolahan Limbah Fenol ........................................................................ 7

2.2.1. Ozonasi .............................................................................................. 7

2.2.2. Biodegradasi ...................................................................................... 8

2.2.3. Fotokatalis ......................................................................................... 9

2.3 Contact Glow Discharge Electrolysis (CGDE) ...................................... 10

2.4 Mekanisme reaksi radikal OH ................................................................ 11

2.5 Reaksi Fenol dengan OH radikal ............................................................ 13

2.6 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kinerja CGDE ............................... 14

2.6.1 Efek Tegangan ................................................................................ 14

2.6.2 PH awal larutan ............................................................................... 16

2.6.3 Temperatur Operasi ......................................................................... 17

2.6.4 Efek Katalis ..................................................................................... 18

2.6.5 Larutan Elektrolit ............................................................................ 20


7/42

vii

BAB IIIMETODE PENELITIAN .................................................................... 21

3.1 Tahapan Penelitian ................................................................................. 21

3.2 Persiapan Alat ......................................................................................... 22

3.3 Preparasi Bahan ...................................................................................... 24

3.4 Profil Arus terhadap Tegangan pada Larutan Elektrolit......................... 24

3.5 Penentuan Variabel Proses ..................................................................... 25

3.6 Prosedur Penelitian ................................................................................. 25

3.6.1 Pengaruh tegangan terhadap degradasi limbah fenol ..................... 25

3.6.2 Pengaruh konsentrasi terhadap degradasi limbah fenol ................. 26

3.6.3 Pengaruh konsentrasi awal limbah fenol terhadap degradasi fenol. 26

3.6.4 Pengaruh kedalaman anoda terhadap degradasi fenol. ................... 27

3.6.5 Pengaruh penambahan katalis terhadap degradasi limbah fenol..... 27

3.6.6 Perhitungan konsentrasi H2O2 sebagai indikator radikal OH ......... 28

3.7 Analisis Produk ...................................................................................... 28

3.7.1 Fenol yang Terdegradasi ................................................................. 28

3.7.2 Produktivitas Radikal OH ............................................................... 30

3.7.3 Perhitungan Persen Degradasi Fenol dan Konsumsi Energi ........... 31

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 32


8/42

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Struktur Molekul Fenol ...................................................................... 5

Gambar 2.2. Pengaruh pH awal terhadap penyisihan fenol dengan metode ozonasi

............................................................................................................ 8

Gambar 2.3. Kurva hubungan arus dan tegangan selama proses CGDE .............. 11

Gambar 2.4.Kurva hubungan antara arus listrik dan tegangan pada degradasi

Naphtylamine ................................................................................... 14

Gambar 2.5. Kurva efek tegangan terhadap pembentukan radikal OH pada grafik

waktu terhadap konsentrasi radikal OH ......................................... 15

Gambar 2.6. Kurva pengaruh pH awal pada laju degradasi eosin ........................ 16

Gambar 2.7. Kurva hubungan pH terhadap waktu CGDE alizarin red S............. 17

Gambar 2.8.Kurva perbandingan selektivitas OH radikal pada temperatur yang

berbeda ............................................................................................. 18

Gambar 3.1.Diagram Alir Penelitian.......21

Gambar 3.2. Konfigurasi alat CGDE untuk pengolahan limbah fenol ................. 22

Gambar 3.3. Reaktor CGDE ................................................................................. 23
http://d/sem%2021%20june%202012%20(Repaired).docx%23_Toc328011823http://d/sem%2021%20june%202012%20(Repaired).docx%23_Toc328011823http://d/sem%2021%20june%202012%20(Repaired).docx%23_Toc328011823http://d/sem%2021%20june%202012%20(Repaired).docx%23_Toc328011823http://d/sem%2021%20june%202012%20(Repaired).docx%23_Toc328011823http://d/sem%2021%20june%202012%20(Repaired).docx%23_Toc328011823


9/42

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Sifat fisika dan kimia fenol .................................................................... 5

Tabel 2.2.Konsentrasi H2O2 sebagai indikator adanya OH radikal pada berbagai

metode pengolahan limbah ................................................................... 13

Tabel 2.3. Pengaruh PH terhadap Degradasi LimbahAlizarin Red S................... 16

Tabel 2.4.Variasi katalis ion logam dan laju penghilangan warna pada dyes RB

dan FG ................................................................................................. 19

Tabel 2.5. Pengaruh komposisi elektrolit pada CGDE ......................................... 20


10/42

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangPerkembangan industri di Indonesia selain membawa dampak positif juga

memberikan dampak negatif terhadap lingkungan seperti pencemaran limbah

industri yang kerap kali mengandung polutan anorganik dan polutan organik.

Salah satu polutan berbahaya yang sekarang ini menjadi perhatian masyarakat

adalah fenol. Fenol dapat berasal dari industri migas, polimer, plastik, kertas,

organik pestisida, pulp, dan industri kimia lainnya. Fenol (C6H5OH) merupakan

senyawa organik yang memiliki tingkat toksisitas yang tinggi terhadap semua

organisme, dapat menyebabkan kerusakan hati, ginjal, melemahkan detak jantung,

menurunkan tekanan darah, menyebabkan korosi pada kulit manusia bahkan

dapat memicu kanker (karsinogen) yang berujung pada kematian. Bila mencemari

perairan, fenol membuat rasa dan bau tidak sedap, bahkan pada nilai dan

konsentrasi tertentu dapat menyebabkan kematian pada organisme di dalamnya.

Dalam peraturan KEP-51/MENLH/10/1995 tentang Baku Mutu Limbah

Cair bagi Kegiatan Industri (BMLC), fenol dinyatakan aman pada konsentrasi 0,5-1 mg/L untuk ekosistem akuatik. Namun, hasil penelitian yang dilakukan oleh

Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Minyak dan Gas Bumi

(LEMIGAS) terhadap kandungan fenol di dalam air terproduksi dari beberapa

kegiatan produksi migas di Indonesia menunjukkan bahwa kandungan fenol

berkisar 20.50 mg/l. Mengingat besarnya bahaya yang ditimbulkan, maka

diperlukan penanganan untuk mengurangi jumlahnya bahkan menghilangkannya.

Hingga saat ini telah dikembangkan beberapa teknologi konvensional

seperti bio-digestion, oksidasi Fenton, dan UV/H2O2 yang mampu mengurangi

kadar fenol namun dengan efisiensi yang masih kecil dan memerlukan biaya yang

besar (Liu, 2009). CGDE merupakan proses elektrokimia non-Faradaic yang

dialiri arus searah (DC) yang cukup tinggi diantara larutan elektrolit dan dua

anoda yang mampu membangkitkan plasma pada larutan. Plasma sendiri

merupakan gas yang terionisasi akibat serangan elektromagnetik dan

menghasilkan senyawa-senyawa reaktif seperti radikal OH, radikal H, dan aqueos


11/42

2

elektron (H2O+). Radikal OH ini merupakan oksidator yang paling kuat dan

mampu mendegradasi berbagai limbah organik yang kompleks seperti dyes,

alizarin red S, p-nitrotoluene dan aniline (Gao et al., 2002). Namun demikian,

keberadaan radikal OH dalam reaktor sulit diukur karena waktu tinggal OH

sangat singkat. Hal ini dikarenakan OH mudah bereaksi dengan sesamanya

membentuk hidrogen peroksida (H2O2). Hidrogen peroksida ini lah yang menjadi

indikator keberadaan OH dalam reaktor.

Pada proses CGDE, produktivitas dan reaktivitas radikal OH dalam

mendegradasi limbah dipengaruhi oleh beberapa variabel seperti suasana larutan

(asam/basa), jarak anoda, konsentrasi dan konduktivitas larutan elektrolit,

tegangan, pengaruh penambahan katalis serta konsentrasi awal limbah. Pada

kondisi asam, potensi oksidasi radikal OH sebesar 2,70 V, sedangkan pada

kondisi basa sebesar 2,34 V (Gao, 2005). Potensial oksidasi yang lebih tinggi

berarti reaktivitas OH untuk mendegradasi fenol lebih tinggi pada kondisi asam.

Namun, pada kondisi basa kemungkinan OH yang diproduksi lebih banyak

karena dengan adanya serangan elektron berenergi tinggi, molekul-molekul OH-

akan terdisosiasi menjadi OH. Selain itu, produktivitas dari OH dapat

ditingkatkan dengan penambahan katalis FeSO4, karena ion Fe2+

mampu

mendekomposisi H2O2 menjadi OH radikal (Gao et al., 2008).

Pengolahan limbah fenol menggunakan metode CGDE diharapkan dapat

mendegradasi fenol dengan konversi yang tinggi sehingga dapat memenuhi

standar mutu yang ditetapkan. Konversi yang tinggi ini dapat diperoleh dengan

mengetahui kondisi operasi yang optimum pada proses CGDE. Oleh karena itu

perlu adanya penelitan lebih lanjut untuk mengetahui pengaruh variabel-variabel

operasi terhadap degradasi fenol dan energi yang dikonsumsi selama prosesdegradasi berlangsung. Namun pada penelitian kali ini penulis akan memfokuskan

pada proses yang berlangsung pada suasana asam.

1.2 Perumusan MasalahBerdasarkan latar belakang di atas, rumusan masalah dalam penelitian ini

adalah sebagai berikut:

Seberapa besar rentang tegangan yang dibutuhkan dimana plasma mulaiterbentuk pada larutan?


12/42

3

Bagaimana pengaruh variabel proses terhadap produksi radikal OH dandegradasi fenol?

Seberapa besar energi yang dibutuhkan untuk mendegradasi fenol?1.3 Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk mendegradasi limbah fenol agar mencapai

baku mutu yang telah ditetapkan dan mempelajari pengaruh variabel-variabel

terhadap degradasi fenol dengan metode CGDE. Tujuan tersebut dapat dicapai

melalui tujuan-tujuan khusus, yaitu:

1. Mendapatkan rentang tegangan pada saat plasma mulai terbentuk padalarutan.

2. Mengetahui besar fenol yang mampu terdegradasi menggunakan reaktorCGDE dengan beberapa variabel yang divariasikan, yakni tegangan,

konsentrasi larutan elektrolit, konsentrasi awal limbah fenol, kedalaman

anoda, dan keberadaan katalis.

3. Mengetahui produktivitas pembentukan radikal OH selama proses CGDEberlangsung.

4. Mengetahui besarnya konsumsi energi selama proses CGDEberlangsung.

1.4 Batasan MasalahPenelitian ini dibatasi dengan:

1. Limbah fenol yang digunakan merupakan limbah sintesis yang dibuatdari larutan induk fenol berkadar 1000mg/L yang diencerkan dengan

aquadest.

2. Suasana larutan asam dan menggunakan larutan elektrolit Na2SO4 danH2SO4

3. Katalis yang digunakan adalah FeSO44. Pengujian kadar fenol dengan menggunakan spektrofotometer secara

aminoantipirin, sedangkan pengujian keberadaan H2O2 sebagai indikator

adanya OH radikal menggunakan spektrofotometer dengan larutan KI.


13/42

4

1.5 Sistematika PenulisanSistematika penulisan dari seminar ini adalah sebagai berikut:

BAB I : PENDAHULUAN

Berisi pendahuluan yang terdiri dari latar belakang, perumusan

masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, dan sistematika

penulisan.

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

Berisi tinjauan yang membahas tentang sifat dan bahaya fenol,

metode yang telah dikembangkan untuk pengolahan limbah

fenol, metode Contact Glow Discharge Electrolysis (CGDE)

dan mekanisme kerjanya dalam mendegradasi limbah.

BAB III : METODE PENELITIAN

Berisi diagram alir penelitian, variabel penelitian, alat dan

bahan, serta prosedur penelitian.


14/42

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini membahas tentang karakteristik fenol dan bahayanya, metode

degradasi limbah fenol yang telah dikembangkan, metode Contact Glow

Discharge Electrolysis (CGDE), mekanisme reaksi fenol dengan OH radikal, serta

pengaruh variabel-variabel terhadap degradasi fenol.

2.1 FenolSalah satu limbah buangan industri yang berbahaya bagi lingkungan dan

organisme di sekitarnya adalah fenol. Fenol atau asam karbolat (C6H5OH)

merupakan senyawa organik berbentuk kristal putih yang memiliki bau yang khas.

Fenol mudah larut pada kebanyakan pelarut organik seperti hidrokarbon aromatik,

alkohol, keton, eter, acid, dan hidrokarbon halogenasi, namun sukar larut pada

pelarut alifatik. Pada suhu kamar, fenol memiliki kelarutan terbatas dalam air,

yakni sebesar 8,3 gram/100 mL, namun pada suhu lebih dari 68oC fenol akan

melarut dengan sempurna pada air (Matthews and Mc.Evoy, 1992). Fenol

memiliki sifat yang cenderung asam, artinya dapat melepaskan ion H+

dari gugus

hidroksilnya. Pengeluaran ion tersebut menjadikan anion fenoksida C6H5O-

yang

mudah larut dalam air.

Gambar 2. 1 Struktur Molekul Fenol

Fenol memiliki beberapa sifat fisika dan kimia, adapun kedua sifat ini

dapat dilihat pada tabel 2.1 di bawah ini:

Tabel 2.1. Sifat fisika dan kimia fenol (Chemtrec, 2011)

Sifat Nilai

Berat molekul, gr/mol 94,44

Rumus molekul C6H5OH

Titik lebur,o

C 40,91


15/42

6

(lanjutan Tabel 2.1. Sifat fisika dan kimia fenol)

Sifat Nilai

Titik didih,oC 181,84

Densitas, g/cm

Vapour density3,24

D 41 (cair) 1,0413

Vapour pressure 35 mm hg @25 c

Evaporation rate


16/42

7

Menyebabkan iritasi pada kulit namun mempunyai efek bius (anestetik lokal)sehingga tidak terasa sakit pada saat bersentuhan dengan kulit. Area kontak

menjadi putih dan dapat menjadi luka bakar.

Menyebabkan penyakit akut yang ditandai dengan kulit terkelupas, gangguanpada kornea mata, gangguan sistem pencernaan, rasa mual, gangguan

pernapasan, kerusakan ginjal dan liver.

Menyebabkan penyakit kronis yang ditandai dengan sakit kepala, nafsu makanberkurang, insomnia, dan penurunan berat badan.

Iritasi pada mata, hidung, dan tenggorokan.

2.2

Pengolahan Limbah FenolMetode-metode yang selama ini telah dikembangkan untuk mendegradasi

fenol antara lain :

2.2.1. OzonasiOzonasi merupakan suatu metode penyisihan fenol dengan teknik oksidasi

kimiawi yang menggunakan ozon sebagai oksidator. Ozon ini merupakan

oksidator yang kuat setelah radikal OH, yang dapat dimanfaatkan untuk

mendegradasi limbah-limbah anorganik (logam berat yang terlarut dalam air)

maupun limbah organik. Pada proses ozonasi, ada beberapa variabel yang

mempengaruhi hasil degradasi limbah fenol, diantaranya adalah laju sirkulasi

limbah, pH awal, konsentrasi awal, volume awal, dan penambahan UV-C dan

TiO2. Tidak seperti oksidator pada umumnya, ozon dapat bereaksi dengan 2 cara,

yakni dengan reaksi langsung (direct selective reaction) yang terjadi pada

suasana asam dan reaksi tidak langsung dengan pembentukan OH dari

dekomposisi ozon yang berlangsung pada kondisi basa (Bismo et al., 2008).

Pengaruh pH sangat signifikan pada proses degradasi fenol dalam limbah

menggunakan teknik ozonasi. Pada suasana basa degradasi fenol akan semakin

besar karena terjadi reaksi tidak langsung dimana ozon akan membentuk OH

terlebih dahulu. Radikal OH ini akan bereaksi dengan ozon untuk mendegradasi

fenol dengan kemampuan degradasi lebih besar dibandingkan jika ozon bekerja

sendiri. Perkiraan mekanisme reaksi pada kondisi basa ditunjukkan pada

persamaan (2.1), (2.2), (2.3), dan (2.4).


17/42

8

O3 + OH-

HO2 (2.1)

O3 + HO2 2O2 + OH (2.2)

HO2*

O2 + H2O (2.3)

H2O2 + O2 OH-+OH + O2 (2.4)

Sedangkan pada pH asam, ozon akan bereaksi secara non-selektif dengan

senyawa organik, yang ditunjukkan pada persamaan (2.5)

O3 + R ROx (2.5)

Dimana R merupakan senyawa organik dan ROx merupakan produk hasil

dari senyawa organik yang terjadi.

Gambar 2.2 di bawah ini merupakan hasil penelitian yang telah dilakukan

oleh Bismo (2008) untuk penyisihan fenol pada berbagai macam pH:

Gambar 2.2. Pengaruh pH awal terhadap penyisihan fenol dengan metode ozonasi

(Bismo et al., 2008)

2.2.2. BiodegradasiProses degradasi fenol dengan metode biodegradasi dilakukan dengan

memanfaatkan kemampuan organisme melalui destabilisasi cincin aromatik fenol.

Senyawa fenol mengalami oksidasi dengan bantuan enzim dioksigenase-cincin

(ring-dioxigenase). Kemapuan degradasi oleh mikroba terhadap senyawa fenol

dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti jenis mikroba, proses aklimatisasi,

senyawa toksik, dan toleransi mikroba terhadap senyawa toksik. Beberapa

mikroba tercatat mampu mendegradasi fenol dengan baik, biasanya mikroba

mereka hidup di lingkungan yang ekstrim. Karena kemampuannya hidup di

lingkungan dengan kandungan pencemar yang tinggi, mikroba tersebut dipastikan


18/42

9

memiliki suatu mekanisme untuk menetralkan toksisitas atau mempunyai enzim

yang tidak terdenaturasi oleh suasana fenol yang tinggi (Nursaadah et al., 2000).

Ganggang eukaryot, Ochromonas danica, mampu tumbuh pada fenol sebagai

satu-satunya sumber karbon. Ganggang ini mengoksidasi fenol dan

memineralisasi fenol menjadi katekol melalui pembelahan meta. Contoh

mikroorganisme yang telah terbukti mampu medegradasi beberapa senyawa

aromatik seperti fenol, benzoat, benzene dan turunannya diantaranya adalah

Pseudomonas sp. strain JS150 (Haigler et al., 1992) dan Rhodococcus opacus

(Zaitsev et al., 1995).

2.2.3. FotokatalisFotokatalis adalah proses transformasi kimia yang dibantu oleh adanya

cahaya sebagai pemicu dan material katalis sebagai zat yang mempemercepat

terjadinya transformasi kimia. Menurut IUPAC, fotokatalis adalah suatu reaksi

katalitik yang melibatkan absorbsi cahaya oleh katalis atau substrat tertentu.

Melalui metode katalitis, polutan organik diuraikan menjadi CO2 dan H2O

menggunakan katalis dan cahaya. Katalis yang digunakan merupakan

semikonduktor dan memiliki energi tertentu yang dapat menyerap cahaya dengan

panjang gelombang tertentu pula, sehingga menghasilkan pasangan elektron

(kutub negatif) dan hole (kutub positif) saat disinari cahaya.

Dalam penelitian fotokatalitis, katalis yang sering digunakan adalah TiO2.

Ketika diberikan cahaya, maka elektron pada katalis TiO2 akan tereksitasi

menghasilkan elektron (e-) dan hole (h

+). Kemudian (h

+) akan mengoksidasi air

menjadi radikal OH. Sementara itu, oksigen terlarut didalam air dapat menangkap

elektron (e-) dan menghasilkan O2

-yang akan bereaksi dengan fenol atau fenol

intermediet, dengan reaksi pada persamaan (2.6), (2.7), dan (2.8) (Carmei et al.,

2003):

TiO2 + hv e-+ h

+(2.6)

e-+ O2 O2

-(2.7)

h+

+ OH-OH (2.8)

Kemudian radikal OH akan mengoksidasi zat organik menjadi CO2 dan

H2O. Slamet dkk (2005) melakukan penelitian terhadap degradasi fenol dengan


19/42

10

menggunakan katalis TiO2 dengan konversi sebesar 97,16% dengan waktu reaksi

selama 5jam dan konsentrasi awal limbah fenol sebesar 40 mg/L.

2.3

Contact Glow Discharge Electrolysis (CGDE)Contact Glow Discharge Electrolysis (CGDE) merupakan proses

elektrokimia non-Faradaic yang dialiri tegangan searah (DC) yang cukup tinggi

antara dua elektroda dan permukaan elektrolit yang melingkupinya sehingga

menghasilkan plasma pada larutan (Sengupta and Singh, 1991). Plasma sendiri

adalah gas yang terionisasi dalam suatu larutan akibat serangan elektromagnetik

(Ceccato, 2009). Plasma terbentuk akibat adanya perbedaan muatan listrik yang

sangat tinggi antara kedua elektroda, mengalir melalui gas dan menghamburkan

energi yang dimiliki oleh gas tersebut sehingga membuat gas menjadi cukup

panas. Hal ini akan membuat partikel dalam gas bertumbukan dengan partikel di

sekitarnya serta mempengaruhi medan magnet di sekitarnya.

Elektrolisis Faraday akan berkembang menjadi CGDE jika dilakukan pada

tegangan yang tinggi pada media cair. CGDE mampu memproduksi beberapa

spesies reaktif dalam jumlah banyak seperti OH radikal, H radikal, dan H2O2 yang

bisa digunakan untuk mendegradasi limbah organik pada perairan (Gao et al.,

2008). Radikal OH sebagai oksidator yang paling kuat telah terbukti mampu

mendegradasi berbagai limbah organik yang kompleks seperti dyes, phenol, p-

nitrotoluene dan aniline(Gao et al., 2002).

Pada CGDE, larutan yang dihasilkan di katoda berasal dari zona reaksi

utama yang terdiri dari plasma di sekitar anoda dan fasa liquid dekat dengan

permukaan anolite. Di zona reaksi dengan plasma di sekitar anoda, molekul uap

air terionisasi, teraktivasi, dan menyerang satu sama lain untuk memtuskan ikatan

molekulnya yang kemudian menghasilkan radikal OH dan beberapa atom

hidrogen. Sedangkan pada zona fasa liquid yang dekat dengan permukaan anolite,

sebagian molekul H2O terurai menjadi H2, O2, dan H2O2 akibat serangan dari

H2O+

( gas ) dari plasma anoda. Spesi-spesi reaktif OH, H, dan H2O+

berdifusi

melintasi lapisan plasma menuju aliran elektrolit kemudian bereaksi satu sama

lain maupun bereaksi dengan substrat aktif pada larutan (Gao et al., 2002).

Hubungan antara arus dengan tegangan yang diberikan selama proses

CGDE berlangsung ditunjukan pada gambar 2.3.


20/42

11

Gambar 2. 3. Kurva hubungan arus dan tegangan selama proses CGDE (Sengupta et al., 1991)

Pada zona A-B, proses yang terjadi merupakan proses elektrolisis Faraday

dan belum terbentuk plasma pada larutan. Pada zona ini, arus yang dihasilkan

sebanding dengan tegangan yang diberikan, semakin besar tegangan, semakin

besar pula arus yang dihasilkan. Ketika tegangan dinaikkan, larutan akan

mengalami transisi dari proses elektrolisis Faraday menjadi CGDE (B-C). Titik B

merupakan breakdown dari proses elektrolisis Faraday menjadi CGDE. Tegangan

yang dibutuhkan pada saat breakdown (Vb) merupakan tegangan kritis yang

dibutuhkan untuk untuk membangkitkan plasma pada larutan. Seiring dengan

kenaikan tegangan, lama kelamaan mulai terbentuk sebagian CGDE (C-D) dan

akhirnya semua proses yang terjadi dalam sistem berubah menjadi CGDE (D-E).

Mid-point voltage (Vd) pada titik D merupakan tegangan yang menghasilkan arus

minimum untuk proses CGDE.

2.4 Mekanisme reaksi radikal OHSelama proses CGDE berlangsung, banyak spesies reaktif yang dihasilkan

seperti H2O2, OH, H, e-aq, H2O

+. Akibat adanya perbedaan elektromagnetik yang

tinggi antara kedua elektroda, elektron mengalir melalui gas H2O dan


21/42

12

menghamburkan energi pada gas tersebut sehingga gas tersebut menjadi panas.

Partikel gas tersebut kemudian bertumbukan dengan partikel di sekitarnya dan

terdisosiasi menjadi zat-zat reaktif. Mekanisme sederhana dari proses tersebut

ditunjukkan pada pada persamaan berikut: (Gao et al., 2008).

H2O gas H2O+gas + e-aq (2. 9)

H2O gasOH + H (2.10)

H2O+gas + H2OOH +H3O

+(2.11)

Radikal OH dari proses tersebut yang akan bereaksi menguraikan

molekul-molekul polutan organik. Karena keraktifannya yang sangat tinggi,

senyawa OH akan mudah bereaksi baik dengan senyawa lain maupun dengan

sesamanya membentuk H2O2. Hal ini berdampak pada waktu tinggal radikal OH

dalam reaktor yang sangat singkat, sehingga peluang terjadinya reaksi antara

radikal OH dengan polutan sangat kecil.

OH + OH H2O2 (2.13)

OH + H2O2

HO2 + H2O (2.14)

OH + HO2 H2O + O2 (2.15)

. Keberadaan senyawa logam seperti Mn2+

, Cu2+

, Co2+

, Fe2+

, dan Fe3+

mengakibatkan H2O2 mudah terdekomposisi menjadi radikal OH. Oleh karena itu,

penambahan senyawa tersebut dapat meningkatkan konversi degradasi limbah

pada metode CGDE (Gao et al., 2003).

Radikal OH sangat mudah bereaksi menjadi bentuk lain sehingga

keberadaannya susah diukur. Oleh karena itu keberadaannya dapat diketahui

dengan mengukur konsentrasi H2O2 yang terbentuk karena H2O2 merupakan

senyawa kimia yang lebih stabil. (Jin, 2010).

Tabel 2.2 menunjukkan bahwa pembentukan H2O2 (sebagai indikator

terbentuknya radikal OH) paling tinggi diperoleh pada pengolahan menggunakan

metode CGDE untuk kasus 4-nitropenol.


22/42

13

Tabel 2. 2. Konsentrasi H2O2 sebagai indikator adanya OH radikal pada berbagai metode

pengolahan limbah (Saksono, 2010)

Metode

Pengolahan

Larutan

Limbah

Perolehan

Konsentrasi H2O2Sumber

Ultra soundaryl-azo-

naphthol dyes7.6 ppm (Gu Itekin, 2006)

Ozonearyl-azo-

naphthol dyes5 ppm (Gu Itekin, 2006)

CGDE Deionized water 50 ppm (Kurahashi, 1997)

CGDE 4-nitrophenol 1500 ppm (Liu, 2010)

2.5 Reaksi Fenol dengan OH radikalDalam proses CGDE, spesi aktif OH radikal yang diproduksi selama

reaksi CGDE berlangsung akan bereaksi dengan fenol, membentuk zat-zat

intermediete berupa hydroquinone, benzoquinone, pyrochatecol, dan resorcinol

dengan mekanisme yang kompleks (Sun et al., 1999). OH radikal akan bereaksi

dengan fenol membentuk radikal dihydroxycyclohexadienyl C6H5(OH)2 dengan

mekanisme seperti pada persamaan (2.16):

C6H5OH + OHC6H5(OH)2 (2.16)

Radikal dihydroxycyclohexadienyl akan terurai membentuk phenoxyl

radical (C6H5O) yang merupakan zat intermediete yang dapat terbentuk dalam

proses pembentukan radikal yang melibatkan fenol. Radikal phenoxyl bereaksi

dengan radikal OH atau oksigen untuk membentuk hydroquinone dan

pyrocatechol, atau produk lainnya dengan mekanisme pada persamaan (2.17):

OH + C6H5O C6H4(OH)2 (2.17)

Dengan adanya oksigen, dihydroxycyclohexadienyl )) akan

mudah bereaksi dengan oksigen untuk membentuk oksigen adisi radikal, dan

oksigen adisi radikal akan hancur pada proses orde pertama untuk membentuk

dihydroxybenzenes.

C6H4(OH)2 + O2C6H5(OH)2O2 C6H4(OH)2+ HO2 (2.18)

Kemudian, OH radikal kembali menyerang dihydroxybenzenes sehingga

membentuk )) yang kemudian bereaksi kembali dengan oksigen

membentuktrihydroxybenzene )).


23/42

14

Produk oksidasi primer yang terbentuk selanjutnya akan teroksidasi

membentuk produk sekunder seperti pyrogallol, 1,4-benzoquinone dan 1,2,4-

tryhydroxybenzene. Produk intermediete yang terbentuk ini akan dengan mudah

teroksidasi dibawah aksi radikal dan oksigen. Pembukaan cincin aromatik

mengarah pada pembentukan senyawa dengan berat molekul rendah, terutama

asam organik. Keberadaan produk intermediete dalam reaktor sangat singkat

karena mudah teroksidasi kembali oleh OH. Produk intermediete dan asam

organik yang terbentuk juga dioksidasi lanjut oleh OH, yang akhirnya

membentuk produk akhir berupa CO2 dan H2O.

2.6 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kinerja CGDELimbah organik dapat terdegradasi dengan metode CGDE karena

memanfaatkan reaktivitas radikal OH. Produktivitas dari radikal OH ini

dipengaruhi oleh beberapa faktor, sebagai berikut :

2.6.1 Efek TeganganPada penelitian degradasi limbah 1-Naphtylamine, tegangan listrik yang

digunakan adalah sebesar 600 V. Dari hasil penelitan ini, diperoleh kurva

hubungan antara tegangan dan arus listrik yang terbagi menjadi dua zona

elektrolisis yaitu zona elektrolisis konvensional faradaic dan elektrolisis normal

non-faradaic, yang dijelaskan dalam kurva tegangan dengan arus berikut ini:

Gambar 2.4. Kurva hubungan antara arus listrik dan tegangan pada degradasi Naphtylamine

(Gao, et al 2006)

Dari kurva hubungan arus listrik dan tegangan pada proses degradasi

diatas, dapat dilihat pada tegangan dibawah 200 Volt terjadi peningkatan tegangan


24/42

15

listrik yang sebanding dengan peningkatan arus. Pada zona ini, berlangsung

proses elektrolisis konvensional Faraday yang ditandai dengan terbentuknya

gelembung-gelembung air disekitar anoda dan katoda akibat pemanasan dan

perpindahan muatan. Ketika tegangan dinaikan diatas 200 Volt, kilatan kecil

terjadi disekitar anoda. Pada tegangan antara 200-380 Volt, pembacaan terhadap

arus listrik dan tegangan menjadi fluktuasi diikuti dengan lenyapnya kilatan

cahaya. Pada tegangan 380-520 Volt, pada larutan terbentuk pijaran cahaya

kemerah-merahan. Intensitas dari emisi cahaya meningkat seiring dengan

meningkatnya tegangan, sedangkan arus listrik yang dibutuhkan kecil, tidak

melebihi 300 mA. Arus yang dibutuhkan merupakan arus yang minimum dan

stabil diikuti dengan adanya uap yang menyelubungi katoda sehingga efektif

digunakan untuk degradasi limbah 1-Naphtylamine. Pada tegangan diatas 520

Volt, arus meningkat kembali yang berarti energi yang dikonsumsi menjadi lebih

besar dan dapat merusak katoda.

Gambar 2. 5. Kurva efek tegangan terhadap pembentukan radikal OH pada grafik waktu

terhadap konsentrasi radikal OH (Gao et al, 2008)

Pada tegangan 380-520 Volt yang menghasilkan arus minimum untuk

pembentukan plasma kemudian digunakan untuk mengetahui produktivitas

radikal OH. Dari gambar 2.5 dapat dilihat bahwa produktivitas OH radikal

meningkat dengan bertambahnya tegangan listrik. Hal ini terjadi karena dengan

adanya perbedaan tegangan yang tinggi, energi untuk mengeksitasi elektron yang

digunakan untuk menghasilkan radikal OH menjadi semakin tinggi.


25/42

16

2.6.2 PH awal larutanKondisi pH selama proses CGDE berlangsung memiliki peranan yang

sangat penting dalam mendegradasi limbah organik. Setiap limbah organik

memiliki kondisi optimum yang berbeda dalam proses degradasi.

Gambar 2.6. Kurva pengaruh pH awal pada laju degradasi eosin (Gao et al., 2008)

Dari gambar 2.6 diatas diperoleh suatu indikasi bahwa untuk degradasi

limbah eosin, laju degradasi akan meningkat seiring dengan meningkatnya tingkat

keasaman larutan. Kemampuan oksidasi radikal hidroksil lebih kuat pada kondisi

asam, karena potensial oksidasinya adalah 2.70 V, sedangkan pada pH 9.3

potensial oksidasinya sebesar 2.34 V. Pada pH basa, OH radikal akan terdisosiasi

menjadi kation hidrogen dan anion oksigen (Gao, 2005).

Tabel 2.3. Pengaruh PH terhadap Degradasi LimbahAlizarin Red S( Gao et al., 2008 )

Pada penelitian untuk limbah alizarin red S, kenaikan PH memberikan

keuntungan terhadap deprotonisasi alizarin red S, molekul-molekul limbah

menjadi lebih mudah dipecah ikatannya oleh spesies-spesies aktif. Dari tabel 2.3

dapat dilihat bahwa pada PH 3-12, degradasi alizarin red S akan semakin

meningkat seiring dengan meningkatnya PH. Namun pada pH diatas 12,

degradasi menurun.


26/42

17

Pada gambar 2.7 di bawah ini, pada proses degradasi yang berlangsung

selama 60 menit, terjadi penurunan pH pada menit ke 10-20, yang

mengindikasikan limbah terdegradasi menjadi asam organik. Kemudian pH

kembali naik setelah menit ke- 20. Kenaikan pH ini mengindikasikan bahwa

asam-asam organik yang dihasilkan teroksidasi menjadi CO2, air dan garam-

garam anorganik (Gao et al.2008).

Gambar 2. 7. Kurva hubungan pH terhadap waktu CGDE alizarin red S (Gao et al, 2008)

2.6.3 Temperatur OperasiTemperatur dari larutan meningkat dengan adanya pemanasan dari plasma

itu sendiri. Peningkatan temperatur pada CGDE yang berlangsung akan menuju

temperatur yang setimbang yaitu 75-850C. Temperatur sangat berpengaruh

terhadap selektivitas dari OH radikal, semakin tinggi temperatur maka akan

semakin kecil selektivitas dari OH radikal. Selektivitas OH radikal adalah jumlah

OH radikal dalam 100 atom Oksigen. Pada kurva dibawah dapat dilihat perolehan

selektivitas OH radikal pada temperatur yang berbeda.


27/42

18

Gambar 2. 8. Kurva perbandingan selektivitas OH radikal pada temperatur yang berbeda

(Joshi, 2010)

Pada temperatur tinggi, konstanta laju reaksi meningkat namun selektivitas

radikal OH menurun. Pada temperatur 40-600C selektivitas maksimum yang

dihasilkan adalah 48 OH/100 O atom. Sedangkan pada temperatur 70-800C

diperoleh selektivitas OH radikal dengan kisaran rasio 12-16 OH/100 O atom.

Pada temperatur yang tinggi, reaksi yang terjadi adalah dekomposisi hidrogen

peroksida menjadi oksigen dan air. Persamaan reaksi yang terjadi adalah sebagai

berikut (Joshi, 2010):

T = 4060oC

HOOHH + OOH H = 375 kJ/mole (2.19)

HOOH2OH H = 214 kJ/mole (2.20)

T = 7080oC

H2O2 H2O + O2 H = -98.2 kJ/mole (2.21)

2.6.4 Efek KatalisPenelitian mengenai pengaruh penambahan katalis ion logam terhadap

degradasi limbah pada metode CGDE telah dilakukan, seperti pada pengolahan

limbah dari dua jenis dyes yaitu weak acid brilliant red B (RB) dan weak acid

flavine G (FG) (Gao et al., 2003). Pada kondisi asam, dengan potensial oksidasi

radikal OH yang lebih besar, OH radikal sangat mudah bereaksi dengan

sesamanya membentuk H2O2. Hal ini akan mengganggu reaksi antara fenol


28/42

19

dengan OH radikal. Keberadaan senyawa logam seperti Mn2+

, Cu2+

, Co2+

, Fe2+

,

dan Fe3+

mengakibatkan H2O2 mudah terdekomposisi menjadi radikal OH. Oleh

karena itu, penambahan senyawa tersebut dapat meningkatkan konversi degradasi

limbah pada metode CGDE. Tabel 2.5 menunjukkan decoloration rate dyes

(pewarna) dari beberapa katalis garam anorganik seperti MnSO4, CuSO4, CoSO4,

Fe2(SO4)3, dan FeSO4 dengan konsentrasi limbah dan katalis yang dibuat sama,

yaitu 16 mg/L untuk RB dan 16 mg/L untuk konsentrasi FG, serta 8.76 mg/L

untuk katalis garam anorganik yang digunakan (Gao et al., 2002).

Tabel 2.4. Variasi katalis ion logam dan laju penghilangan warna pada dyes RB dan FG

(Gao et al, 2003)

MediumDecoloration rate

(%)

a) RB

Sodium sulfate+H2SO4

Sodium sulfate+Co2+

Sodium sulfate+Fe3+

Sodium sulfate+Cu2+

Sodium sulfate+Mn2+

Sodium sulfate+Fe2+

(b) FG

Sodium sulfate+H2SO4

Sodium sulfate+Co2+

Sodium sulfate+Fe3+

Sodium sulfate+Cu2+

Sodium sulfate+Mn2+

Sodium sulfate+Fe2+

87.25

93.56

94.50

89.21

92.09

94.99

87.56

93.85

90.89

88.65

88.83

95.55

Berdasarkan tabel 2.4 penambahan katalis FeSO4 memiliki laju degradasi

yang lebih tinggi dibandingkan katalis lainnya. Reaksi H2O2 dengan katalis FeSO4

ditunjukkan pada persamaan (2.22) sampai (2.26).

Fe2+

+ H2O2 Fe3+

+ OH-+ OH (2.22)

Fe3+

+ H2O2 Fe2+

+ HO2 + H+

(2.23)

OH + H2O2 H2O + HO2 (2.24)

HO2 + Fe2+

HO2-+ Fe

3+(2.25)

HO2 + Fe3+

H+

+ Fe2+

+ O2 (2.26)


29/42

20

2.6.5 Larutan ElektrolitElektrolit adalah suatu zat yang terlarut atau terurai kedalam bentuk ion-

ion bermuatan elektrik yang dapat berfungsi sebagai konduktor. Elektrolit

merupakan senyawa yang berikatan ion dan kovalen polar. Elektrolit kuat identik

dengan asam, basa, dan garam kuat. Larutan elektrolit memiliki peranan yang

penting dalam proses CGDE, semakin tinggi konduktivitas larutan elektrolit,

makin besar pula pijaran yang terbentuk selama proses CGDE berlangsung. Selain

itu konduktivitas juga berpengaruh terhadap produksi OH radikal yang

keberadaanya ditandai dengan adanya H2O2. Semakin besar konduktivitas,

konsentrasi H2O2 yang dihasilkan semakin banyak. Tabel 2.5 menunjukkan

besarnya konsentrasi H2O2 yang dihasilkan serta besarnya tegangan ketika arus

minimum untuk beberapa jenis larutan elektrolit pada konduktivitas yang sama.

Tabel 2. 5. Pengaruh komposisi elektrolit pada CGDE dengan konduktivitas yang sama yaitu 5

mS/cm (Jin, 2010)

Dari hasil penelitian tersebut larutan Na2SO4 menghasilkan H2O2 sebesar59.22 mg/L, relatif besar dibandingkan jenis elektrolit lainnya. Dengan

penambahan H2SO4 konsentrasi H2O2 yang dihasilkan semakin besar, yaitu 63.85

mg/L. Penambahan H2SO4 ini berfungsi untuk membuat suasana larutan menjadi

asam. Oleh karena itu dalam penelitian ini, larutan elektrolit yang digunakan

adalah Na2SO4 dan H2O2.
http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Zat&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Elektrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Asamhttp://id.wikipedia.org/wiki/Basahttp://id.wikipedia.org/wiki/Garamhttp://id.wikipedia.org/wiki/Garamhttp://id.wikipedia.org/wiki/Basahttp://id.wikipedia.org/wiki/Asamhttp://id.wikipedia.org/wiki/Elektrikhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Zat&action=edit&redlink=1


30/42

21

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tahapan PenelitianBerdasarkan tujuan yang telah dijabarkan sebelumnya, tahapan penelitian

ini dapat dilihat dalam diagram alir di bawah ini :

Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian

Mulai

Preparasi alat Preparasi bahan

peneltian

Memperoleh

Kurva I vs V

Diperoleh rentangtegangan untuk

pembentukan plasma

Variasi variabel proses :

Tegangan operasi yang diperoleh dari kurva I vs V

Konsentrasi larutan elektrolit : 0.01; 0.02; 0.03 (M)

Konsentrasi awal limbah : 50, 100, 150 (ppm)

Kedalaman anoda: 0, 5, 10, dan 15 (mm)

Mengukur kadar fenolterdegradasi dengan

spektofotometri secara

aminoantipirin

Mengukur arus yang

dihasilkan untukmemperoleh besarnya

konsumsi energi

Mengukur komposisi

H2O2 menggunakanspektofotometri dengan

KI

Analisis produk,

pembahasan, dan

kesimpulan

Gambar 3. 1. Diagram Alir Penelitian


31/42

22

Tahapan-tahapan tersebut terdiri dari:

1. Persiapan alat2. Persiapan bahan3. Profil arus terhadap tegangan pada larutan elektrolit untuk memperoleh

rentang tegangan pembentukan plasma.

4. Penentuan variabel proses yang digunakan untuk penelitian5. Pengujian dan analisis degradasi fenol dengan spektrofotometer secara

aminoantipirin dan pembentukan radikal OH dengan spektrofotometer

dengan KI.

6. Pengukuran besarnya konsumsi energi yang dibutuhkan selama proses.3.2 Persiapan Alat

Secara umum, reaktor CGDE yang digunakan untuk mendegradasi limbah

fenol terdiri dari alat pembangkit plasma yang yang dihubungkan dengan sumber

listrik dari PLN dan reaktor CGDE tempat terjadinya reaksi degradasi fenol itu

sendiri. Skema reaktor dapat dilihat pada gambar 3.2 di bawah ini :

25ON

0.13

Gambar 3.2. Konfigurasi alat CGDE untuk pengolahan limbah fenol

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


32/42


33/42

24

pendistribusian arus ke kedua elektroda dikontrol meggunakan slide regulator,

travo, multitester, manual circuit breaker(MCB)dan diode bridge.

3.3

Preparasi BahanPada penelitian ini, limbah fenol yang digunakan berupa limbah sintetis

dengan konsentrasi 50, 100, dan 150 ppm yang diperoleh dari larutan induk fenol

dengan konsentrasi 1000 mg/L yang diencerkan dengan aquadest. Untuk

meningkatkan konduktivitas dari larutan, maka ditambahkan larutan elektrolit

Na2SO4. Larutan Na2SO4 dipilih karena berdasarkan penelitian yang dilakukan

oleh Jin (2010), menghasilkan OH radikal lebih banyak dibanding elektrolit

lainnya. Selain itu ditambahkan H2SO4 untuk pengaturan pH dan membuat

suasana larutan menjadi asam. Larutan elektrolit Na2SO4 divariasikan pada

konsentrasi 0.01; 0.02 dan 0.03 M. Selain itu, katalis FeSO4 dengan konsentrasi

3.2 x 10-4

mol/l ditambahkan agar OH radikal memiliki waktu tinggal yang lebih

lama di dalam reaktor sehingga memperbesar peluang terjadinya kontak antara

OH dengan fenol.

3.4 Profil Arus terhadap Tegangan pada Larutan ElektrolitProfil arus terhadap tegangan diperlukan untuk mengetahui besar rentang

tegangan untuk pembentukan plasma pada proses CGDE. Pada prosedur ini,

larutan limbah belum dimasukkan ke dalam reaktor, melainkan hanya larutan

elektrolit H2SO4 saja dengan variasi konsentrasi 0.01 ; 0.02 ; dan 0.03 M.

Proses dijalankan dengan tegangan yang dinaikkan perlahan mulai dari 0hingga 1000 Volt dengan iterasi 10 Volt untuk masing-masing

konsentrasi elektrolit.

Selama pergantian tegangan, arus yang dihasilkan dicatat dan diplot kedalam kurva I-V untuk semua variasi konsentrasi elektrolit. Dari kurva

tersebut, diperoleh rentang tegangan ketika plasma terbentuk pada

larutan. Rentang tegangan ini kemudian digunakan pada prosedur

selanjutnya yaitu proses degradasi fenol.


34/42

25

3.5 Penentuan Variabel ProsesDalam penelitian ini, variabel-variabel yang digunakan adalah sebagai

berikut :

a. Variabel kontrol/tetapjenis katalis : FeSO4konsentrasi katalis : 3.2 x 10-4 mol/l temperature operasi : 50-60oC.

b. Variabel bebaskonsentrasi awal limbah fenol 50, 100, dan 150 (ppm)Jenis elektrolit : Na2SO4 dan H2SO4Konsentrasi elektrolit : 0.01; 0.02; dan 0.03 (M)Kedalaman anoda : 0, 5, 10 (mm) tegangan operasi

c. Variabel terikatkonsentrasi fenol yang telah didegradasiarus yang dihasilkan untuk mengetahui konsumsi energi.Konsentrasi H2O2 sebagai indikator adanya radikal OH

3.6 Prosedur PenelitianUntuk memperoleh kondisi optimum pada proses degradasi limbah fenol

dengan metode CGDE, dilakukan pengujian terhadap pengaruh variabel-variabel

operasi seperti tegangan, konsentrasi larutan elektrolit, konsentrasi awal limbah

fenol, kedalaman anoda, dan keberadaan katalis.

3.6.1Pengaruh tegangan terhadap degradasi limbah fenol Dari kurva I vs V, diperoleh rentang tegangan yang menghasilkan arus

minimum yang stabil. Tegangan tersebut divariasikan agar diperoleh

tegangan optimum untuk degradasi limbah fenol. Variabel-variabel yang

lain dibuat tetap atau sebagai kontrol, yaitu konsentrasi elektrolit 0.01 M,

kedalaman anoda 5 mm, dan konsentrasi awal limbah sebesar 50 ppm.

Temperatur dijaga tetap pada rentang 50-60oC.


35/42

26

Data yang diambil adalah persen degradasi fenol dan arus yangdihasilkan. Pengambilan data dilakukan setiap 20 menit sekali selama 2

jam, kemudian hasilnya diplot ke dalam kurva:

a. persen degradasi fenol terhadapb. konsumsi energi terhadap waktu(perhitungan persen degradasi dan konsumsi energi dibahas pada sub bab

perhitungan)

3.6.2Pengaruh konsentrasi terhadap degradasi limbah fenol Pada bagian ini bertujuan mendapatkan konsentrasi efektif untuk

degradasi fenol. Elektrolit divariasikan pada konsentrasi 0.01, 0.02, dan

0.03 M. Variabel yang lain dibuat tetap, yaitu anoda dengan kedalaman 5

mm, konsentrasi awal limbah 50 ppm, tegangan yang digunakan adalah

tegangan yang menghasilkan persen degradasi tertinggi dari poin (a).

Temperature dijaga pada rentang 50-60oC.

Data yang diambil adalah konsentrasi fenol yang terdegradasi dan arusyang dihasilkan untuk 3 variasi konsentrasi elektrolit dengan waktu

pengambilan data yang sama dengan poin (a). Data yang dihasilkan

diplot ke dalam kurva:

a. persen degradasi fenol terhadapb. konsumsi energi terhadap waktu

3.6.3Pengaruh konsentrasi awal limbah fenol terhadap degradasi fenol. Pada bagian ini bertujuan untuk mendapatkan konsentrasi awal limbah

yang paling efektif dalam proses CGDE. Pada poin (b) telah dilakukan

pengujian pada larutan limbah dengan konsentrasi 50 ppm, sehinggapada bagian ini dilakukan uji terhadap konsentrasi awal limbah sebesar

100 ppm dan 150 ppm. Variabel tetap yang digunakan adalah anoda

dengan kedalaman 5 mm, tegangan dari poin (a), konsentrasi elektrolit

yang menghasilkan degradasi terbesar dari poin (b), serta temperatur

yang dijaga pada rentang 50-60oC.


36/42

27

Data yang diambil adalah konsentrasi fenol yang terdegradasi dan arusyang dihasilkan dengan waktu pengambilan data yang sama dengan poin-

poin sebelumnya. Data yang dihasilkan diplot ke dalam kurva:

a. persen degradasi fenol terhadapb. konsumsi energi terhadap waktu

3.6.4Pengaruh kedalaman anoda terhadap degradasi fenol. Prosedur ini dilakukan untuk mendapatkan kedalaman anoda yang paling

efektif dalam mendegradasi fenol. Pada prosedur sebelumnya telah

dilakukan pengujian terhadap anoda pada kedalaman 5 mm, sehingga

pada prosedur ini dilakukan untuk kedalaman 0 mm dan 10 mm. Variabel

tetap yang digunakan adalah variabel-variabel operasi yang

menghasilkan degradasi fenol tertinggi.

Data dan waktu pengambilannya sama dengan prosedur-prosedursebelumnya, sehingga diperoleh kedalaman anoda yang efektif untuk

mendegradasi fenol.

3.6.5Pengaruh penambahan katalis terhadap degradasi limbah fenol.

Prosedur ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan katalisterhadap degradasi fenol. Konsentrasi katalis FeSO4 yang digunakan

adalah 3.2 x 10-4

mol/L.

Variabel tetap (tegangan, konsentrasi, jarak anoda, dan konsentrasi awallimbah) yang digunakan adalah yang menghasilkan degradasi fenol

tertinggi dari prosedur-prosedur sebelumnya.

Data yang diambil adalah konsentrasi fenol dan arus yang dihasilkanselama proses dengan waktu pengambilan sampel yang sama dneganprosedur-prosedur sebelumnya. Data yang dihasilkan diplot ke dalam

kurva:

a. Persen degradasi fenol terhadap waktu untuk proses dengan dan tanpakatalis

b. Konsumsi energi terhadap waktu


37/42

28

3.6.6Perhitungan konsentrasi H2O2 sebagai indikator adanya radikal OH Prosedur ini bertujuan untuk mendapatkan konsentrasi H2O2 sebagai

indikator adanya OH radikal. Untuk mendapatkan konsentrasi H2O2,

variabel tetap yang digunakan adalah variabel operasi yang menghasilkan

degradasi fenol tertinggi pada prosedur (e). Namun, limbah fenol tidak

dimasukkan ke dalam reaktor agar OH radikal tidak bereaksi dengan

limbah itu sendiri.

Data yang diambil adalah konsentrasi H2O2 yang diukur denganspektofotometer dengan KI, dengan waktu pengambilan sampel yang

sama dengan prosedur-prosedur sebelumnya. Kemudian hasilnya diplot

ke dalam kurva konsentrasi H2O2 terhadap waktu.

3.7 Analisis ProdukPada penelitian ini, produk yang akan dianalisis adalah konsentrasi fenol

yang terdegradasi, konsentrasi H2O2 sebagai indikator adanya OH radikal, serta

konsumsi energi listrik selama proses degradasi berlangsung.

3.7.1 Fenol yang TerdegradasiUntuk menghitung besanya fenol yang terdegradasi dilakukan dengan

spektofotometer secara aminoantipirin mengacu pada SNI 06-6989.21-2004.

Sampel yang diambil sebanyak 10 ml setiap selang waktu 20 menit selama 2 jam,

dimulai dari menit ke-10. Peralatan yang digunakan pada analisis ini adalah

sebagai berikut:

1. Spektrofotometer UV/VIS2. Kuvet kaca3.

Gelas ukur

4. Labu ukur 100 mL, 1000 mL5. Erlenmeyer 200 mL6. Pipet 10 mL dan 100 mL7. Kaca arloji

Sedangkan bahan-bahan yang digunakan adalah sebagai berikut:

1. NH4OH2. K2HPO4


38/42

29

3. KH2PO44. 4-aminoantipirin5. K4Fe(CN)66.Aquadest

Pengujian kadar fenol ini terdiri dari tiga tahap yaitu membuat larutan uji,

membuat kurva kalibrasi, dan analisis limbah fenol.

3.7.1.1 Membuat Larutan UjiLarutan-larutan uji yang dibutuhkan antara lain :

1. Larutan ammonium hidroksida, NH4OH 0,5 N. Encerkan 3.5 mLNH4OH pekat dengan aquades sampai 100 mL.

2. Larutan penyangga fosfat.Larutkan 20.9 g K2HPO4 dan 14.46 g KH2PO4 dalam 200 mL

aquades, pH harus 6,8.

3. Larutan 4-aminoantipirin.Larutkan 0.5 g kristal 4-aminoantipirin dalam 20 mL aquades, siapkan

setiap akan melakukan analisis.

4. Larutan Kalium ferisianida, K4Fe(CN)6.Larutkan 8 g kristal kalium ferisianida dalam 100 mL aquades, larutan

ini mempunyai waktu simpan selama 1 minggu.

3.7.1.2 Membuat Kurva KalibrasiUntuk mengetahui konsesntrasi fenol didalam suatu larutan, maka

terlebih dahulu kita akan membuat kurva kalibrasinya. Apabila kadar fenol yang

diperbolehkan adalah sebesar 1 mg/L buat kurva kalibrasi dengan tahapan sebagai

berikut :1. Mengoptimalkan alat spektrofotometer sesuai dengan petunjuk

penggunaan alat untuk pengujian fenol kadar tinggi.

2. Mengambil sampel fenol sebanyak 10 ml kemudian diencerkan hingga90 mL aquadest. Kemudian larutan dimasukkan kedalam tabung

erlenmeyer 200 ml. Pengukuran dilakukan secara duplo.

3. Menambahkan 2,5 mL larutan NH4OH 0,5 N dan atur pH menjadi 7,9 0,1 dengan penambahan larutan penyangga fosfat.


39/42

30

4. Pindahkan larutan ke dalam erlenmeyer tambahkan 1 mL larutanaminoantipirin sambil diaduk.

5. Menambahkan 1 mL larutan kalium ferisianida sambil diaduk,diamkan selama 15 menit.

6. Memasukkan ke dalam kuvet pada alat spektrofotometer, baca, dancatat absorbansinya pada panjang gelombang 500 nm.

7. Apabila perbedaan hasil pengukuran secara duplo lebih besar dari 2%,periksa keadaan alat dan ulangi pekerjaan mulai tahap 1), apabila lebih

kecil atau sama dengan 2% rata-ratakan hasilnya.

8. Membuat kurva kalibrasi (konsentrasi vs absorbansi).3.7.1.3Prosedur Analisis Limbah Fenol

Pengujian kadar fenol dalam air limbah yaitu 1 mg/L dengan tahapan

sebagai berikut:

1. Mengukur 100 mL contoh uji secara duplo dan masukkan ke dalamerlenmeyer.

2. Menambahkan 2,5 mL larutan NH4OH 0,5N dan mengatur pH menjadi7,9 0,1 dengan penambahan larutan penyangga fosfat.

3. Menambahkan 1 mL larutan aminoantipirin sambil diaduk.4. Menambahkan 1 mL larutan kalium ferisianida sambil diaduk, diamkan

selama 15 menit.

5. Memasukkan ke dalam kuvet pada peralatan spektrofotometer, baca dancatat absorbansinya pada panjang gelombang 500 nm.

6. Mengeplotkan nilai absorbansi yang telah didapatkan ke dalam kurvakalibrasi yang telah dibuat, maka akan didapatkan nilai konsentrasi

fenol akhir.

3.7.2 Produktivitas Radikal OHRadikal OH merupakan senyawa yang sukar dideteksi karena sangat cepat

bereaksi membentuk senyawa lain. Oleh karena itu, keberadaan radikal OH

diketahui dengan mencari konsentrasi H2O2 sebagai indikator adanya radikal OH.

Konsentrasi H2O2 dicari dengan menggunakan spektrofotometer. Prinsip yang

digunakan adalah mereaksikan H2O2 dengan KI dalam medium asam yang


40/42

31

menghasilkan iodin dan akan melunturkan warna biru dari pada toluidin yang

memilik absorbansi maksimum pada 628 nm. Prosedur pengujian konsentrasi

H2O2 adalah sebagai berikut:

1. Menambahkan sampel sebanyak 5 tetes ke dalam tabung reaksi2. Menambahkan 1 mL KI 2% ke dalam masing-masing sampel3. Menambahkan 1 mL HCl 2M4. Menambahkan 0,5 mL toluidine blue ke dalam masing-masing sampel5. Menambahkan 2 mL CH3COONa 2M ke dalam masing-masing sampel6. Mengaduk perlahan masing-masing sampel7. Mengukur absorbansi

3.7.3 Perhitungan Persen Degradasi Fenol dan Konsumsi Energia. Persen degradasi

Persen fenol yang terdegradasi dapat dicari dengan persamaan berikut:

(3.1)

dimana M1 merupakan konsentrasi awal fenol, sedangkan M2 adalah

konsentrasi fenol yang telah terdegradasi (dalam ppm).

b. Konsumsi energiKonsumsi energi adalah besarnya energi yang dibutuhkan untuk

mendegradasi satu mol fenol tiap satu satuan waktu ( sekon ) yang

dapat dicari menggunakan persamaan :

(Joule) (3.2)

Arus yang dihasilkan dan tegangan yang dibutuhkan diperoleh

dari pembacaan multimeter/power digital. Namun, untuk perhitungan

energi selama proses berlangsung, arus yang digunakan adalah arus

rata-rata. Jadi, konsumsi energi dapat dirumuskan sebagai berikut :

(3.3)

Fenol yang terdegradasi merupakan konsentrasi awal fenol

dikurangi konsentrasi fenol setelah terdegradasi (dalam mol).


41/42

32

DAFTAR PUSTAKA

BISMO, S., KUSTININGSIH, I., JAYANUDIN, HARYANTO, F. & SAPTONO,

H. J., 2008,Studi Awal Degradasi Fenol dengan Teknik Ozonasi di dalam

Reaktor Anular, Seminar Nasional Rekayasa Kimia dan Proses.

Universitas Diponegoro.

CARMEI, F., YARRQIN, M., GANG, H. X., JUN, S. Y. P. X., BAI, L. F. &

TAIYUAN 2003. Adsorption and photocatalytic degradation of phenol

over TiO2/ACF. Trans.Nonferrous MEt. Soc. China, 13.

CECCATO, P. 2009. Filamentary plasma discharge inside water : initiation and

propagation of a plasma in a dense medium.

GAO, J., DONGPING, M., XIAO, G., AIXIANG, W., YAN, F., JIANLIN, W. &

WU, Y. 2008. Degradation of Anionic Dye Eosin by Glow Discharge

Electrolysis Plasma. Plasma Science and Technology, 10 No. 4, 423-27.

GAO, J., WANG, X., HU, Z., DENG, H., HOU, J., LU, X. & KANG, J. 2002.

Plasma degradation of dyes in water with contact glow discharge

electrolysis. Water Research, 37, 267272.

GAO, J., YU, J., LI, Y., HE, X., BO, L., PU, L., YANG, W., LU, Q. & YANG, Z.

2006. Decoloration of aqueous Brilliant Green by using glow discharge

electrolysis.Journal of Hazardous Materials, B 137, 431-436.

HAIGLER, B. E., PETTIGREW & SPAIN, J. C. 1992. Biodegradation of

mixtures of subtitued benzenes by Pseudomonas sp. strain JS150 J.Appl.

Environ. Microbiol., 58, 2237-2234.

JIN, X., BAI, H., WANG, F., WANG, X., WANG, X. & REN, A. H. 2011.

Plasma Degradation of Acid Orange 7 With Contact Glow Discharge

Electrolysis. IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE, 39 No.4,

1099.

JIN, X., WANG, X., YUE, J., CAI, Y. & ZHANG, H. 2010. The effect of

electrolyte constituents on contact glow discharge electrolysis.

Electrochimica Acta, 56, 925-928.


42/42

JOSHI, R. S. 2010. Polymer surface modification using novel underwater plasma

(UWP) technique.BAM-Dissertationsreihe, 59.

LIU, Y. 2009. Simultaneous oxidation of phenol and reduction of Cr(VI) induced

by contact glow discharge electrolysis. Journal of Hazardous Materials,

168, 992996.

MATTHEWS, R. & MC.EVOY, S. R. 1992. Destruction of Phenol in Water with

Sun and Photocatalysis. 6, 507-513.

NURSAADAH, SANTOSA, D. A. & SUHARTONO, M. T. 2000. Karakterisasi

Bakteri Pendegradasi Fenol Asal Danau Buntal Kalimantan Tengah.

Jurnal Ilmu Tanah dan Lingkungan, 3 No. 2, 24-31.

SALONEN, M. S. 1995. Utilization of halogenated benzenes, fenol, and benzoat

by Rhodococcus opacus GM-14.Appl. Environ. Microbiol, 61, 4191-4201.

SENGUPTA, S. K. & SINGH, O. P. 1991. Contact glow discharge electrolysis: a

study of its onset and location.J. Electroanal. Chem., 301, 189-197.

SNI 06-6989.21-2004. Bagian 21: Cara uji kadar fenol secara spektrofotometri.

SUN, B., SATO, M. & CLEMENTS, J. S. 1999. Use of a pulsed high -voltage

discharge for removal of organic compounds in aqueous solution. J. Phys.

D: Appl. Phys, 32, 19081915.

ZAITSEV, J. M., UOTILA, J. S., TSIKO, I. V., LOBANOK, A. G. &

Seminar Fix Ratih

Documents

Transcript of Seminar Fix Ratih