pengoptimuman teknik fotodegradasi bagi rawatan · pdf filepengoptimuman teknik fotodegradasi...

7
Malaysian Journal of Analytical Sciences, Vol. 7, No. 2 (2001) 387-393 387 ___________________________________________________________________________________________ Pengoptimuman Teknik Fotodegradasi Bagi Rawatan Bahan Pewarna Azo Tekstil Komersil Dalam Larutan Berair Razak Ali, Wan Azelee Wan Abu Bakar 1 , Azmi Aris 2 dan Khirul Anuar Mohd. Amin @ Amin 1 1 Jabatan Kimia, Fakulti Sains, Universiti Teknologi Malaysia, 81310 Skudai, Johor 2 Jabatan Alam Sekitar, Fakulti Kejuruteraan Awam,Universiti Teknologi Malaysia, 81310 Skudai, Johor (Received 6 September 2000) Keywords : photocatalysis, titanium dioxide, hydrogen peroxide, degradation Abstrak: Kaedah pemangkinanfoto dalam rawatan pewarna azo, Sumifix Supra Blue BRF (SSB-BRF) 150% Gran ini ditumpukan kepada industri tekstil yang menjadi penyumbang utama pembuangan air sisa tercemar. Proses fotodegradasi dijalankan dalam fasa akueus di bawah sinaran cahaya Ultra Lembayung (UL) berkuasa 6 W dengan panjang gelombang, λ 354 nm dan ditempatkan ke dalam sebuah reaktor. Kajian dilakukan sebanyak dua peringkat dalam proses ini, iaitu penggunaan mangkin titanium dioksida, TiO 2 dalam bentuk serbuk (anatas) dan saput tipis. Kesan penambahan ko-mangkin seperti hidrogen peroksida, H 2 O 2 serta ion logam (Fe 2+ dan Co 2+ ) terhadap mangkin TiO 2 dapat membantu penyahwarnaan dan meningkatkan peratus degradasi pewarna tersebut. Pembolehubah yang digunakan adalah berbeza-beza untuk memperolehi sistem rawatan yang optimum. Nilai serapan dan peratus degradasi sampel diperolehi dengan merakamkan spectrum sample menggunakan alat perakam spektrofotometer Ultra Lembayung-Nampak (UV-VIS). Keputusan menunjukkan sistem rawatan terbaik bagi penggunaan mangkin serbuk ialah pewarna SSB-BRF (60 ppm)/TiO 2 serbuk (0.125 g)/H 2 O 2 (0.1 mM)/Fe 2+ (0.01 mM)/Co 2+ (0.01 mM)/UL. Sistem rawatan terbaik bagi penggunaan saput tipis ialah, pewarna SSB-BRF (60 ppm)/TiO 2 (saput tipis)/H 2 O 2 (0.1 mM)/Fe 2+ (0.01 mM)/Co 2+ (0.1 mM)/UL Abstract: The use of photocatalyst in the treatment of azo dyes, Sumifix Supra Blue BRF (SSB-BRF) 150% Gran are focused on textile industries which released large volume of waste water into the environment. Photodegradation process was operated in aqueous phase and irradiated under Ultraviolet light (λ 354 nm, 6 W) with titanium dioxide, TiO 2 catalyst in reactor. The research was divided into two phase, that is the used of titanium dioxide, TiO 2 in the form of powder (anatase) and thin film. The effect of addition of co-catalyst such as hydrogen peroxide, H 2 O 2 and metal ions (Fe 2+ and Co 2+ ) in the presence of TiO 2 catalyst may increase the degradation rate and colour removal of azo dye. Different parameters were used to reveal optimum formation of dye treatment. Absorbance value and degradation percentage of the sample were monitored using UV-visible spectrophotometer. Result obtained, show that the best system for dye treatment using TiO 2 powder was azo dye SSB-BRF (60 ppm)/TiO 2 powder (0.125 g)/H 2 O 2 (0.1 mM)/Fe 2+ (0.01 mM)/Co 2+ (0.01 mM)/UL. For using TiO 2 thin film, the best system was azo dye SSB-BRF (60 ppm)/TiO 2 (thin film)/H 2 O 2 (0.1 mM)/Fe 2+ (0.01 mM)/Co 2+ (0.1mM)/UL. ___________________________________________________________________________________________ Keywords : photocatalysis, titanium dioxide, hydrogen peroxide, degradation Pengenalan Industri pembuatan tekstil merupakan salah satu daripada industri yang sedang berkembang pesat di Malaysia. Bahan pencelup atau pewarna azo adalah bahan kimia yang digunakan secara meluas dalam industri tekstil dan sering digunakan bagi mewarnakan pelarut, dakwat, cat, varnis, kertas, plastik, getah, makanan, ubat-ubatan dan barangan kosmetik [1]. Bahan pewarna ini merupakan salah satu daripada agen pencemar air sungai yang mengakibatkan masalah pencemaran. Maka, kaedah yang berkesan diperlukan bagi merawat pewarna tersebut supaya sumber air yang dibekalkan kepada pengguna adalah selamat. Suatu kaedah baru yang dianggap berpotensi dan baik dalam rawatan terhadap bahan pencemar organik adalah kaedah pemangkinanfoto berasaskan suatu mangkin semikonduktor TiO 2 sebagai bahan fotosensitif yang murah dan stabil dan dengan kehadiran punca cahaya ultralembayung. Pemangkinanfoto merupakan pengaktif kepada suatu tindak balas melibatkan cahaya (foto) dengan melibatkan mangkin. Sinaran ultra lembayung (UL) menjadi sumber cahaya manakala mangkin yang digunakan mempunyai ciri-ciri kestabilan terhadap fotokakisan, beza tenaga jalur yang sesuai serta faktor-faktor fizikal yang lain [2]. Kaedah pemangkinanfoto ini sesuai digunakan untuk menyingkirkan sisa organik dan tak organik yang toksik dan sukar terbiodegradasi daripada air dengan menukarkannya kepada spesies yang tidak merbahaya seperti air dan karbon dioksida. Mangkin TiO 2 mempunyai tahap keberkesanan yang tinggi berbanding semikonduktor yang lain di samping ciri-ciri optikal dan elektronik

Upload: lycong

Post on 06-Feb-2018

224 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Pengoptimuman Teknik Fotodegradasi Bagi Rawatan · PDF filePengoptimuman Teknik Fotodegradasi Bagi Rawatan Bahan Pewarna ... penggunaan mangkin titanium dioksida, TiO2 dalam ... Fasa

Malaysian Journal of Analytical Sciences, Vol. 7, No. 2 (2001) 387-393

387

___________________________________________________________________________________________

Pengoptimuman Teknik Fotodegradasi Bagi Rawatan Bahan Pewarna Azo Tekstil Komersil Dalam Larutan Berair

Razak Ali, Wan Azelee Wan Abu Bakar1, Azmi Aris2 dan Khirul Anuar Mohd. Amin @ Amin1

1Jabatan Kimia, Fakulti Sains, Universiti Teknologi Malaysia, 81310 Skudai, Johor

2Jabatan Alam Sekitar, Fakulti Kejuruteraan Awam,Universiti Teknologi Malaysia, 81310 Skudai, Johor

(Received 6 September 2000)

Keywords : photocatalysis, titanium dioxide, hydrogen peroxide, degradation

Abstrak: Kaedah pemangkinanfoto dalam rawatan pewarna azo, Sumifix Supra Blue BRF (SSB-BRF) 150% Gran ini ditumpukan kepada industri tekstil yang menjadi penyumbang utama pembuangan air sisa tercemar. Proses fotodegradasi dijalankan dalam fasa akueus di bawah sinaran cahaya Ultra Lembayung (UL) berkuasa 6 W dengan panjang gelombang, λ ≈ 354 nm dan ditempatkan ke dalam sebuah reaktor. Kajian dilakukan sebanyak dua peringkat dalam proses ini, iaitu penggunaan mangkin titanium dioksida, TiO2 dalam bentuk serbuk (anatas) dan saput tipis. Kesan penambahan ko-mangkin seperti hidrogen peroksida, H2O2 serta ion logam (Fe2+ dan Co2+) terhadap mangkin TiO2 dapat membantu penyahwarnaan dan meningkatkan peratus degradasi pewarna tersebut. Pembolehubah yang digunakan adalah berbeza-beza untuk memperolehi sistem rawatan yang optimum. Nilai serapan dan peratus degradasi sampel diperolehi dengan merakamkan spectrum sample menggunakan alat perakam spektrofotometer Ultra Lembayung-Nampak (UV-VIS). Keputusan menunjukkan sistem rawatan terbaik bagi penggunaan mangkin serbuk ialah pewarna SSB-BRF (60 ppm)/TiO2 serbuk (0.125 g)/H2O2 (0.1 mM)/Fe2+ (0.01 mM)/Co2+ (0.01 mM)/UL. Sistem rawatan terbaik bagi penggunaan saput tipis ialah, pewarna SSB-BRF (60 ppm)/TiO2 (saput tipis)/H2O2 (0.1 mM)/Fe2+ (0.01 mM)/Co2+ (0.1 mM)/UL Abstract: The use of photocatalyst in the treatment of azo dyes, Sumifix Supra Blue BRF (SSB-BRF) 150% Gran are focused on textile industries which released large volume of waste water into the environment. Photodegradation process was operated in aqueous phase and irradiated under Ultraviolet light (λ ≈ 354 nm, 6 W) with titanium dioxide, TiO2 catalyst in reactor. The research was divided into two phase, that is the used of titanium dioxide, TiO2 in the form of powder (anatase) and thin film. The effect of addition of co-catalyst such as hydrogen peroxide, H2O2 and metal ions (Fe2+ and Co2+) in the presence of TiO2 catalyst may increase the degradation rate and colour removal of azo dye. Different parameters were used to reveal optimum formation of dye treatment. Absorbance value and degradation percentage of the sample were monitored using UV-visible spectrophotometer. Result obtained, show that the best system for dye treatment using TiO2 powder was azo dye SSB-BRF (60 ppm)/TiO2 powder (0.125 g)/H2O2 (0.1 mM)/Fe2+ (0.01 mM)/Co2+ (0.01 mM)/UL. For using TiO2 thin film, the best system was azo dye SSB-BRF (60 ppm)/TiO2 (thin film)/H2O2 (0.1 mM)/Fe2+ (0.01 mM)/Co2+ (0.1mM)/UL. ___________________________________________________________________________________________ Keywords : photocatalysis, titanium dioxide, hydrogen peroxide, degradation

Pengenalan Industri pembuatan tekstil merupakan salah satu daripada industri yang sedang berkembang pesat di Malaysia. Bahan pencelup atau pewarna azo adalah bahan kimia yang digunakan secara meluas dalam industri tekstil dan sering digunakan bagi mewarnakan pelarut, dakwat, cat, varnis, kertas, plastik, getah, makanan, ubat-ubatan dan barangan kosmetik [1]. Bahan pewarna ini merupakan salah satu daripada agen pencemar air sungai yang mengakibatkan masalah pencemaran. Maka, kaedah yang berkesan diperlukan bagi merawat pewarna tersebut supaya sumber air yang dibekalkan kepada pengguna adalah selamat.

Suatu kaedah baru yang dianggap berpotensi

dan baik dalam rawatan terhadap bahan pencemar organik adalah kaedah pemangkinanfoto berasaskan

suatu mangkin semikonduktor TiO2 sebagai bahan fotosensitif yang murah dan stabil dan dengan kehadiran punca cahaya ultralembayung. Pemangkinanfoto merupakan pengaktif kepada suatu tindak balas melibatkan cahaya (foto) dengan melibatkan mangkin. Sinaran ultra lembayung (UL) menjadi sumber cahaya manakala mangkin yang digunakan mempunyai ciri-ciri kestabilan terhadap fotokakisan, beza tenaga jalur yang sesuai serta faktor-faktor fizikal yang lain [2]. Kaedah pemangkinanfoto ini sesuai digunakan untuk menyingkirkan sisa organik dan tak organik yang toksik dan sukar terbiodegradasi daripada air dengan menukarkannya kepada spesies yang tidak merbahaya seperti air dan karbon dioksida.

Mangkin TiO2 mempunyai tahap

keberkesanan yang tinggi berbanding semikonduktor yang lain di samping ciri-ciri optikal dan elektronik

Page 2: Pengoptimuman Teknik Fotodegradasi Bagi Rawatan · PDF filePengoptimuman Teknik Fotodegradasi Bagi Rawatan Bahan Pewarna ... penggunaan mangkin titanium dioksida, TiO2 dalam ... Fasa

RAZAK ALI et al.: PENGOPTIMUMAN TEKNIK FOTODEGRADASI

388

yang baik, kestabilan kimia yang tinggi, tidak toksik, murah, tidak bergantung kepada agen pengoksida lain (O3 atau H2O2), boleh digunakan berulang kali, bertindak sendirian dan stabil terhadap sinaran [3,4]. Mangkin TiO2 mempunyai tiga bentuk hablur iaitu anatas (tetragonal), rutil (tetragonal) dan brookit (ortorombik). TiO2 anatas merupakan sejenis semikonduktor yang mempunyai tenaga luang jalur (kawasan terlarang) dalam julat 3.0-3.2 eV dan ia hanya boleh diaktifkan menggunakan cahaya UL yang mempunyai panjang gelombang kurang daripada 390 nm. Dalam proses pemangkinanfoto, TiO2 akan dapat menjanakan elektron (ē) dan lohong positif (h+) apabila disinari dengan sinaran cahaya dengan panjang gelombang yang sesuai. Sinaran cahaya ini adalah untuk membantu mempercepatkan tindak balas kimia. Fasa anatas lebih berkesan sebagai mangkinfoto berbanding fasa rutil kerana kadar penggabungan semula elektron dengan lohong positif pada fasa rutil lebih tinggi berbanding fasa anatas [5].

Mekanisme asas yang berlaku semasa pemangkinanfoto menggunakan mangkin TiO2 adalah seperti berikut, di mana TiO2 yang mempunyai tenaga luang jalur akan diaktifkan apabila disinari dengan cahaya UL dengan panjang gelombang kurang daripada 390 nm. Pengujaan elektron dari jalur valensi ke jalur konduksi berlaku dan akan menghasilkan elektron (ē) pada jalur konduksi dan lohong positif, (h+) pada jalur valensi yang melibatkan tindak balas kimia [6].

TiO2 + hv → ē + h+ (1)

Tindak balas yang seterusnya adalah antara ē dari jalur konduksi dengan molekul oksigen, O2 terlarut dalam larutan akueus yang terjerap pada permukaan TiO2, bagi menghasilkan radikal ion superoksida, •O2

-

. Radikal superoksida akan bertindak balas dengan ion H+ untuk menghasilkan radikal peroksida yang memainkan peranan penting dalam aktiviti pemangkinan.

O2 + ē → •O2- (2)

•O2- + H+ → HO2• (3)

Lohong positif, h+ akan bertindak balas dengan molekul air yang terjerap pada permukaan TiO2 untuk menghasilkan radikal hidroksil, •OH yang merupakan suatu agen pengoksida kuat yang akan membantu proses mineralisasi di mana bahan organik dalam larutan akueus didegradasikan kepada CO2, H2O, NO3

-, SO42- dan lain-lain.[7].

h+ + H2O → •OH + H+ (4)

Apabila ditambahkan dengan hidrogen peroksida, H2O2 aktiviti pemangkinan semakin bertambah kerana radikal hidroksil, •OH dijanakan. Penjanaan H2O2 akan menghasilkan lebih banyak radikal hidroksil, •OH yang membantu dalam proses pemecahan lengkap bahan organik. Namun begitu, kehadiran H2O2 yang berlebihan akan bertindak balas dengan TiO2 menghasilkan Ti(O)2(OH)2 dan Ti(OOH)(OH)3 yang boleh menghalang tindak balas pemangkinanfoto. Hidrogen peroksida, H2O2 yang terdapat dalam tindak balas ini juga akan membekalkan O2•. Berikut merupakan persamaan tindak balas yang berlaku; TiO2 (ē) + H2O2 → TiO2 + OH- + •OH (5) HO2• + HO2• → H2O2 + O2 (6) O2•- + HO2• → HO2

- + O2 (7) HO2

- + H+ → H2O2 (8) H2O2 + ē → •OH + OH- (9) H2O2 + h+ → O2•- + 2H+ (10) H2O2 + O2•- → •OH + OH- + O2 (11) H2O2 + hv → 2•OH (12) Kertas kerja ini membincangkan proses fotodegradasi menggunakan fotomangkin TiO2 terhadap rawatan bahan pewarna komersil, Sumifix Supra Blue BRF (SSB-BRF) 150% Gran yang sering digunakan dalam industri tekstil di mana keadaan optimum proses rawatan dikenalpastikan. Bahan pewarna ini mengandungi terbitan azo dan sangat larut dalam air (λ ≈ 613 nm). Proses fotodegradasi melibatkan mangkin TiO2 dalam bentuk serbuk dan saput tipis (sol-gel) dengan bantuan H2O2 dan ion logam (Fe2+ dan Co2+) sebagai ko-mangkin. Kadar degradasi diukur melalui penyahwarnaan pewarna dengan menggunakan spektrofotometer UL-Nampak dan peratus degradasi dihitung berdasarkan persamaan berikut,

% Degradasi = [Ao - At] x 100 Ao

di mana Ao serapan awal (t = 0) dan At serapan selepas masa tertentu. Eksperimen Penyediaan larutan mangkin TiO2 sol (kaedah sol-gel).

Larutan etanol (100 mL) dimasukkan ke

dalam kelalang bulat (250 mL) dan diaduk menggunakan pengaduk magnet. Titanium

Page 3: Pengoptimuman Teknik Fotodegradasi Bagi Rawatan · PDF filePengoptimuman Teknik Fotodegradasi Bagi Rawatan Bahan Pewarna ... penggunaan mangkin titanium dioksida, TiO2 dalam ... Fasa

RAZAK ALI et al.: PENGOPTIMUMAN TEKNIK FOTODEGRADASI

389

tetraisopropoksida (12 g) ditimbang di dalam bikar (50 mL) yang berisi etanol (20 mL) dan dimasukkan ke dalam kelalang bulat. Langkah ini dilakukan untuk mengelakkan larutan tersebut terhidrolisis dengan wap. Penambahan dietanolamina (DEA) (6.15 g) dilakukan sedikit demi sedikit sehingga menghasilkan larutan jernih kekuningan yang kelihatan agak likat. Kemudian ditambahkan poli (etilena glikol) (PEG) (17.30 g) ke dalam campuran larutan tadi dan diaduk secara berterusan untuk menghasilkan campuran yang homogen. Larutan TiO2 sol yang terbentuk diaduk dan dibiarkan semalaman dan sol-gel tersebut akan digunakan untuk menyediakan TiO2 saput tipis. Penyediaan saput tipis mangkin TiO2.

Kaca pyrex berbentuk silinder (corong)

dengan diameter (3.5 cm) dan tinggi (10 cm) dan ketebalan (1 mm) telah digunakan untuk membuat TiO2 saput tipis. Larutan TiO2 sol dimasukkan ke dalam bekas silinder (250 mL) dan kaca pyrex berbentuk silinder tersebut dicelupkan ke dalam bekas silinder yang berisi larutan TiO2 tadi. Kaedah celup angkat dilakukan untuk membuat saput tipis di mana larutan TiO2 sol akan melekat pada permukaan silinder yang dicelup. Kaca pyrex tersebut dicelup ke dalam larutan TiO2 sol dan diangkat secara perlahan-lahan dan dibiarkan kering pada suhu bilik selama lebih kurang 5 minit. Proses pencelupan dan pengeringan diulang sebanyak 5 kali untuk memastikan pada permukaan kaca pyrex tersebut telah disalut dengan satu lapisan saput tipis yang sekata. Seterusnya kaca pyrex berbentuk silinder yang telah dicelup tadi dikalsinkan pada suhu 550 ºC di dalam relau di mana pemanasan dilakukan dengan kadar 1 ºC per minit sehingga suhunya mencapai 550 ºC. Pemanasan pada suhu 550oC ditetapkan selama 1 jam dan akhirnya kaca tersebut dibiarkan menyejuk di dalam relau.

Pengujian mangkin

Kajian dilakukan terhadap pewarna azo

Sumifix Supra Blue BRF 150% (SSB-BRF) Gran (MW : 600 g/mol) keluaran Sumitomo Chemical, di mana pewarna tersebut sering digunakan oleh kebanyakan industri tekstil. Isipadu pewarna yang digunakan sepanjang ujikaji adalah 250 mL. Rawatan terhadap pewarna tersebut dijalankan sebanyak dua peringkat. Peringkat pertama menggunakan mangkin TiO2 dalam bentuk serbuk anatas 99% dan yang kedua menggunakan mangkin TiO2 saput tipis. Sampel pewarna dirawat menggunakan sinar cahaya UL (λ ≈ 354 nm, 6 W) dan diaduk menggunakan pengaduk magnet sepanjang eksperimen dijalankan. Penambahan ko-mangkin seperti hidrogen peroksida, H2O2 serta larutan ion logam (Fe2+ dan Co2+) dilakukan dengan kepekatan yang berbeza. Ujikaji dijalankan dalam beberapa keadaan atau sistem yang berbeza seperti Jadual 1 berikut, Jadual 1 : Sistem rawatan yang dijalankan menggunakan mangkin TiO2 serbuk dan saput tipis.

Sistem rawatan Pewarna/TiO2/UL Pewarna/TiO2/H2O2/UL Pewarna/TiO2/H2O2/Fe2+/UL Pewarna/TiO2/H2O2/Co2+/UL Pewarna/TiO2/H2O2/Fe2+/Co2+/UL

Ujikaji dilakukan selama 2 jam dan sampel (4 mL) diambil pada sela masa 0 min, 10 min, 20 min, 30 min, 40 min, 50 min, 60 min, 80 min, 100 min dan 120 min. Sampel yang diambil hasil daripada ujikaji selama 2 jam dibaca nilai serapan UL menggunakan alat spektrofotometer UL-Nampak (Shimadzu model 2501PC). Rajah 1 menunjukkan susunan alat radas bagi eksperimen yang dijalankan.

Lampu UL

TiO2 saput tipis

Larutan pewarna

Transformer

Rajah 1 : Susunan alat radas fotoreaktor bagi perawatan bahan pewarna

Page 4: Pengoptimuman Teknik Fotodegradasi Bagi Rawatan · PDF filePengoptimuman Teknik Fotodegradasi Bagi Rawatan Bahan Pewarna ... penggunaan mangkin titanium dioksida, TiO2 dalam ... Fasa

RAZAK ALI et al.: PENGOPTIMUMAN TEKNIK FOTODEGRADASI

390

Keputusan dan Perbincangan

Degradasi pewarna SSB-BRF, dengan kepekatan 60ppm, menggunakan mankin foto TiO2 serta dibantu ko-mangkin dan ion logam telah dikaji. Berdasarkan ujikaji yang dijalankan, beberapa set keputusan telah diperoleh dan Rajah 2 adalah satu

contoh spektrum hasil proses fotodegradasi terhadap bahan pewarna. Manakala Rajah 3 merupakan contoh graf plot peratus degradasi (%) melawan masa (minit). Keberkesanan proses degradasi bergantung kepada kepekatan pewarna dan isipadu larutan yang digunakan

Rajah 2 : Contoh spektrum UL-Nampak proses fotodegradasi pewarna SSB-BRF 150% Gran dalam sistem pewarna (60 ppm)/TiO2 (saput tipis)/H2O2 (0.1 mM)/FeSO4 (0.01 mM)/UL

selama 2 jam.

Rajah 3 : Contoh graf plot peratus degradasi melawan masa bagi proses fotodegradasi pewarna SSB-BRF 150% Gran dalam sistem pewarna (60 ppm)/TiO2 (saput tipis)/H2O2

(0.1 mM)/FeSO4 (0.01 mM)/UL selama 2 jam.

Page 5: Pengoptimuman Teknik Fotodegradasi Bagi Rawatan · PDF filePengoptimuman Teknik Fotodegradasi Bagi Rawatan Bahan Pewarna ... penggunaan mangkin titanium dioksida, TiO2 dalam ... Fasa

RAZAK ALI et al.: PENGOPTIMUMAN TEKNIK FOTODEGRADASI

391

Jadual 2 : Perbandingan nilai peratus degradasi bagi penggunaan mangkin TiO2 serbuk dan saput tipis dalam sistem pewarna SSB-BRF (60 ppm)/TiO2 [serbuk (0.125 g) atau saput tipis]/H2O2/UL selama 1 jam.

Kepekatan H2O2 (mM)

0.01 0.05 0.1 0.5 1 10 TiO2 serbuk 65.43% 77.07% 86.57% 84.35% 82.77% 52.36%

TiO2 saput tipis 38.44% 51.62% 64.80% 41.10% 64.89% 42.08%

Jadual 3 : Perbandingan nilai peratus degradasi bagi penggunaan mangkin TiO2 serbuk dan saput tipis

dalam sistem pewarna SSB-BRF (60 ppm)/TiO2 [serbuk (0.125 g) atau saput tipis]/H2O2 (0.1 mM)/Fe2+/UL selama 1 jam.

Kepekatan logam Fe2+ (mM)

0.001 0.01 0.1 1 10 TiO2 serbuk 62.86% 92.80% 90.38% 88.13% 91.23%

TiO2 saput tipis 48.39% 83.20% 78.23% 77.60% 81.87%

Jadual 4 : Perbandingan nilai peratus degradasi bagi penggunaan mangkin TiO2 serbuk dan saput tipis dalam sistem pewarna SSB-BRF (60 ppm)/TiO2 [serbuk (0.125 g) atau saput tipis]/H2O2 (0.1 mM)/Co2+/UL selama 1

jam.

Kepekatan logam Co2+ (mM) 0.001 0.01 0.1 1 10

TiO2 serbuk 55.47% 68.53% 67.45% 71.67% 71.93% TiO2 saput tipis 45.67% 43.83% 55.88% 56.84% 67.52%

Rajah 4 menunjukkan perbandingan peratus

degradasi penggunaan mangkin serbuk dan saput tipis. Kepekatan pewarna yang dikaji adalah 20-100 ppm. Ujikaji ini adalah untuk mendapatkan kepekatan pewarna yang sesuai bagi ujikaji yang seterusnya. Peratus degradasi terbaik dalam sistem pewarna SSB-BRF (60 ppm)/TiO2 [serbuk (0.125 g)

atau saput tipis]/UL selama 1 jam adalah 77.94% pada kepekatan pewarna 60 ppm menggunakan mangkin TiO2 serbuk. Manakala bagi penggunaan saput tipis, peratus degradasi terbaik juga diperolehi pada kepekatan pewarna 60 ppm iaitu 48.53%. Pada ujikaji awal ini, proses degradasi tidak begitu berkesan dan ini mungkin kerana kekurangan

Rajah 4 : Perbandingan nilai peratus degradasi bagi penggunaan mangkin TiO2 serbuk dan saput tipis dalam sistem pewarna SSB-BRF (20-100 ppm)/TiO2 [serbuk (0.125 g) atau saput

tipis]/UL selama 1 jam.

0

20

40

60

80

100

20 40 60 80 100

Kepekatan pewarna (ppm)Pe

ratu

s deg

rada

si (%

)

Mangkin serbuk

Mangkin saput tipis

Page 6: Pengoptimuman Teknik Fotodegradasi Bagi Rawatan · PDF filePengoptimuman Teknik Fotodegradasi Bagi Rawatan Bahan Pewarna ... penggunaan mangkin titanium dioksida, TiO2 dalam ... Fasa

RAZAK ALI et al.: PENGOPTIMUMAN TEKNIK FOTODEGRADASI

392

radikal hidroksil untuk membantu menyingkirkan bahan organik dalam pewarna. Maka ujikaji seterusnya melibatkan penambahan ko-mangkin bagi membantu proses degradasi. Jadual 2 pula menunjukkan peratus degradasi bagi penggunaan mangkin TiO2 serbuk dengan penambahan ko-mangkin H2O2 adalah tinggi pada kepekatan H2O2 0.1 mM iaitu 86.57%. Bagi penggunaan mangkin saput tipis, peratus degradasi tertingginya 64.89% pada kepekatan H2O2 1 mM. Namun begitu pada kepekatan H2O2 0.1 mM, peratus degradasinya ialah 64.80%. Kesimpulannya, kepekatan H2O2 pada 0.1 mM adalah kepekatan yang optimum dalam proses degradasi ini.

Jadual 3 dan Jadual 4 menunjukkan peratus degradasi bagi pewarna dengan penambahan ion logam Fe2+ dan Co2+ dalam sistem pewarna SSB-BRF (60 ppm)/TiO2 [serbuk (0.125 g) atau saput

tipis]/H2O2 (0.1 mM)/Fe2+ atau Co2+/UL. Penggunaan mangkin serbuk dengan penambahan logam Fe2+ memberikan peratus degradasi tertinggi 92.80% pada kepekatan Fe2+ 0.01 mM manakala penggunaan saput tipis memberikan nilai 83.20% pada kepekatan Fe2+ 0.01 mM juga. Bagi logam kobalt pula pada Jadual 4, peratus tertinggi penggunaan mangkin TiO2 serbuk ialah 71.93% pada kepekatan Co2+ 10 mM manakala bagi penggunaan mangkin TiO2 saput tipis, 67.52% pada kepekatan Co2+ 10mM. Berdasarkan keputusan yang diperoleh, mangkin TiO2 serbuk memberikan nilai peratus degradasi yang lebih tinggi berbanding saput tipis. Ini mungkin kerana TiO2 dalam bentuk serbuk mempunyai luas permukaan yang lebih besar berbanding saput tipis, maka lebih banyak tapak aktif disediakan dalam proses fotodegradasi.

Rajah 5 menunjukkan peratus degradasi

yang semakin bertambah apabila kedua-dua logam Fe2+ dan Co2+ di tindak balas bersama di dalam sistem. Penggunaan mangkin TiO2 serbuk memberikan peratus degradasi sebanyak 92.57% pada kepekatan logam Co2+ 0.01 mM. Manakala TiO2 saput tipis memberikan peratus tertinggi sebanyak 87.51% pada kepekatan Co2+ 0.1 mM. Ini menunjukkan sistem rawatan pewarna dengan penambahan ion logam Fe2+ dan Co2+ membantu mempercepatkan kadar tindak balas proses fotodegradasi.

Kesimpulan

Bahan pewarna komersial, Sumifix Supra Blue BRF (SSB-BRF) 150% Gran dapat didegradasikan dengan kaedah pemangkinanfoto

menggunakan serbuk dan saput tipis TiO2. Sistem rawatan terbaik bagi penggunaan mangkin serbuk ialah pewarna SSB-BRF (60 ppm)/TiO2 serbuk (0.125 g)/H2O2 (0.1 mM)/Fe2+ (0.01 mM)/Co2+(0.01 mM)/UL. Bagi penggunaan mangkin saput tipis pula ialah sistem pewarna SSB-BRF (60 ppm)/TiO2 (saput tipis)/H2O2 (0.1 mM)/Fe2+ (0.01 mM)/Co2+(0.1 mM)/UL.

Penghargaan Kami ingin mengucapkan setinggi-tinggi terima kasih kepada Unit Penyelidikan dan Pembangunan melalui Vot 72008 dan Vot 72299 serta Bahagian Siswazah kerana membiayai penyelidikan ini.

0

20

40

60

80

100

0.001 0.01 0.1 1 10

Kepekatan logam kobalt (mM)

Pera

tus d

egra

dasi

(%)

Mangkin serbuk

Mangkin saput tipis

Rajah 5 : Perbandingan nilai peratus degradasi bagi penggunaan mangkin TiO2 serbuk dan saput tipis dalam sistem pewarna SSB-BRF (60 ppm)/TiO2 [serbuk (0.125

g) atau saput tipis]/H2O2 (0.1 mM)/Fe2+ (0.01 mM)/Co2+/UL selama 1 jam.

Page 7: Pengoptimuman Teknik Fotodegradasi Bagi Rawatan · PDF filePengoptimuman Teknik Fotodegradasi Bagi Rawatan Bahan Pewarna ... penggunaan mangkin titanium dioksida, TiO2 dalam ... Fasa

RAZAK ALI et al.: PENGOPTIMUMAN TEKNIK FOTODEGRADASI

393

Rujukan

1. Vinodgopal, K. (1994). “Photochemistry of

Textile Azo Dyes. Spectral Characterization of Excited State, Reduces and Oxidized Form og Acid Orange 7.” J. Photochem. Photobiol. A : Chem 99, 57-66.

2. Valeriy Sukharev and Robert Kershaw(1996).” Concerning the Role of Oxygen in Photocatalytic Decomposition of Salycylic Acid in Water.” J. Photochem. Photobiol A: Chem., 98, 165-169.

3. Martin M. Halmann (1995). “Photodegradation of Water Pollutants.” Rehovot, Israel: Department of Enviromental Sciences and Energy Research.

4. Hisanaga, T., Harada, K., and Tanaka, K. (1990). “Photocatalytic Degradation of Organochlorine Compounds in Suspended TiO2.” J. Photochem. of Organochlorine Compounds in Suspended TiO2.” J. Photochem Photobiol. A : Chem., 83, 141-146.

5. Ohtani, B. et. Al (1992). “ Photocatalytic Activity of titanium (IV) Oxide Prepared From Titanium (IV) Tetra-2-isopropoxide: Reaction in aqueous Silver Salt Solution.” J. Photochem. Photobiol. A: Chem., 64, 223-230.

6. Pelizetti E. and C. Minero (1993) “Mechanism of the photo-oxidative degradation of organic pollutants over TiO2 Particles”. Electrochemical Acta, 38, 47-54.

7. Rusmidah Ali, Wan Azelee Wan Abu Bakar, Zainab Ramli, Ganesh Subramaniam and Tanaka K. (2000). “Degradasifoto parakuat menggunakan TiO2 saput tipis”. J. Teknologi, Vol. 32©. Pg.55-74

8. Rivera, A.P., Tanaka, K. and Hisanaga, T. (1993). “ Photocatalytic Degradation of Pollutant Over TiO2 in Different Crystal Structures.” Applied Catalysis B: Enviro., 3, 37-44.

9. Abrahart, E. N. (1977). “Dyes and Their Intermediates.” London: Edward Arnold (Publisher) Ltd.

10. Pearce, R. and Patterson, W.R. (1981) “Catalysis and Chemical Processes.” Glasgow, NZ: Blackie & Son Limited Bishopbriggs. 11–62.

11. D’oliveira, J.C., Al-Sayyed, G. and Pichat, P. (1990). Environ. Sci. Technol, 24, 990.

12. Khairulzan Yahya (1995). “Rawatan Air Sisa Pewarnaan Tekstil Menggunakan Kaedah Malaysia: Tesis Sarjana Muda.

13. Jabatan Alam Sekitar, (1991). “Akta Kualiti Alam Sekeliling 1974 (Akta 127) & Peraturan-peraturan.” Kuala Lumpur: International Law Book Services.