Electronic Theses and Dissertation

Penanganan limbah karet alam melalui proses fotodegradasi merupakan teknik baru untuk proses tersebut, karena saat ini umumnya menggunakan metode adsorbsi dan degradasi menggunakan mikroorganisme. Penelitian ini telah dilakukan untuk penanganan limbah karet menggunakan senyawa fotokatalis ZnO dan Fe-ZnO melalui teknik fotodegradasi. Sumber foton yang digunakan berasal dari sinar lampu ultraviolet dan cahaya matahari. Proses fotodegradasi berlangsung dalam reaktor aliran tertutup yang dirancang dengan mengaplikasikan teknik fixed-bed dan katalis yang diimmobilisasi pada permukaan kain fiberglass. Penelitian ini dimulai dengan pengujian parameter limbah cair dan gas yang dihasilkan dari proses koagulasi getah karet alam, khususnya yang berkaitan dengan proses fotodegradasi. Penelitian dilanjutkan dengan preparasi katalis dalam bentuk serbuk ZnO dan Fe-ZnO yang terimmobilisasi pada kain fiberglass (ZnO-KFG dan Fe-ZnO-KFG) dengan metode tetes dan pemerataan di permukaannya (doctor blade coating). Katalis yang dihasilkan selanjutnya dikarakterisasi menggunakan SEM-EDX, DRS, XRD, dan PSA. Sebelum digunakan untuk fotodegradasi limbah karet, aktivitas katalis diuji pada fotodegradasi zat warna Rhodamine B (RhB) sebagai substrat yang mudah diamati perubahannya. Setelah katalis dipersiapkan dan dibuktikan keberhasilannya untuk mendegradasi zat warna, dilakukan pengujian pada limbah volatile organic compounds (VOCs) dari limbah karet alam menggunakan reaktor model batch. Reaktor aliran tertutup yang menerapkan fasa cair turut dirancang untuk memudahkan penanganan polutan. Reaktor tersebut diuji kinerjanya dan dibandingkan dengan model batch sederhana. Fotodegradasi limbah cair karet alam menggunakan reaktor aliran tertutup turut diuji setelah kinerja katalis dan reaktor dievaluasi menggunakan zat warna RhB sebagai substrat. Katalis yang digunakan untuk fotodegradasi diuji kemampuan penggunaan berulang untuk melihat tingkat ketahanan katalis dalam penggunaan jangka panjang. Hasil analisis awal terhadap limbah cair karet alam menunjukkan limbahnya memiliki komponen kimia lebih beragam dibandingkan limbah uap VOCs-nya. Nilai pH limbah nya mengindikasikan kondisi asam yang berada pada nilai 5.9 (skala 1 sampai 14). Katalis ZnO yang didoping dengan Fe memiliki karakteristik yang sedikit berbeda dibandingkan dengan tanpa pendopingan. Nilai bandgap-nya turun sebesar 0,026 eV dengan pendopingan, sehingga diperkirakan akan meningkatkan kemampuan serapan fotonnya pada panjang gelombang mendekati sinar tampak. Ukuran kristalinnya menurun pada bidang (1 0 0 dan 1 0 1) namun meningkat di bidang lainnya. Hasil pengujian kemampuan fotodegradasi senyawa fotokatalis ZnO-KFG dan Fe-ZnO-KFG dengan sinar matahari pada RhB menunjukkan kedua katalis tersebut mampu mendegradasi komponen kimianya dengan kemampuan yang relatif sama. Pengujian fotokalitik Fe-ZnO-KFG menggunakan lampu UV pada degradasi bau karet alam dalam bentuk VOC menunjukkan tingkat keberhasilan yang baik setelah reaksi dijalankan selama 80 menit yang ditandai dengan berkurang jumlah komponen kimia dari 30 senyawa menjadi 0 senyawa berdasarkan identifikasi menggunakan instrumen GC-MS. Uji organoleptik turut mengonfirmasi keberhasilan proses fotodegradasi VOC dalam gas emisi getah karet alam. Perancangan dan pengujian reaktor fotokalitik aliran tertutup untuk mendegradasi larutan RhB terbukti senyawa fotokatalis Fe-ZnO memiliki aktivitas yang sedikit lebih baik dibandingkan ZnO dengan nilai konstanta reaksi secara berturut-turut sebesar 209 x 10-4 dan 181 x 10-4 min-1. Hasil perbandingan aktivitas fotokatalitik dua jenis reaktor dengan volume 600 mL diperkirakan nilai konstata reaksi bertanda minus untuk penggunaan menggunakan sinar lampu ultraviolet menggunakan reaktor model batch (ZnO (-120x10-4 min-1) dan Fe-ZnO (-103x10-4 min-1)) yang mengindikasikan reaksi tidak berjalan sama sekali, namun reaksinya mampu berjalan menggunakan reaktor aliran tertutup dengan konstata reaksi yang cukup baik (ZnO (32x10-4 min-1) dan Fe-ZnO (31x10-4 min-1). Kondisi tersebut menunjukkan reaktor model aliran tertutup memiliki beberapa kelebihan, di antaranya adalah mampu bekerja dengan volume yang besar tanpa menyebabkan hilangnya kemampuan penetrasi cahaya ke permukaan katalis. Fotodegradasi limbah cair karet alam menggunakan reaktor aliran tertutup memberikan hasil yang cukup baik, di mana pH-nya mengalami peningkatan yang signifikan (6,9 - 8,3) dan analisis komponen kimia menggunakan LC-HRMS menunjukkan bahwa pengurangan dan perubahan pada komponen kimia limbahnya dari 106 senyawa menjadi 27 senyawa. Uji organoleptik pada limbah cair sebelum dan sesudah diproses dengan metode fotodegradasi turut membuktikan terjadinya pengurangan jumlah komponen kimia penyebab bau dalam limbah karet alam. Hasil pengujian ketahanan katalis menunjukkan stabilitas yang cukup baik setelah digunakan selama 50 kali ulangan yang setara dengan 100-150 jam kerja. Kemampuan fotodegradasinya hanya berkurang sekitar 1-2%. Jumlah katalis yang hilang selama pengoperasian hanya berkisar 0,055-0,067 g relatif terhadap massa katalis sebanyak 0,18 g dan massa fiberglass lebih dari 20 g. Penelitian ini telah membuktikan bahwa proses fotodegradasi mampu mendegradasi senyawa organik dalam zat warna dan limbah cair karet alam, sehingga dapat dioptimasi lebih lanjut untuk pengaplikasian di sektor yang lebih besar.

Treatment of natural rubber wastewater through photodegradation was a new application, because most method that have been developed is focused on the adsorption and degradation using microorganism. Research on photodegradation of wastewater of liquid natural rubber to reduce/eliminate its odor has been carried out using photocatalyst compounds of ZnO and Fe-ZnO. The source of photos was ultraviolet lamps and sunlight. The photodegradation takes place in a closed flow reactor designed by applying the fixed-bed model and immobilizing the catalyst on the surface of fiberglass cloth. This research began with the characterization of rubber latex using several parameters that correlated to the photodegradation, such as turbidity, pH, chemical component analysis, and amount of moisturizer. The research continued with preparing a catalyst in the form of ZnO and Fe-ZnO powder and the immobilized catalyst onto the fiberglass cloth using a manual doctor blade coating technique. The catalyst was characterized using SEM-EDX, DRS, XRD, and PSA. Before being used for the photodegradation of rubber waste, the catalyst activity was evaluated on the photodegradation of Rhodamine B (RhB) dye as the substrate, which easily obtained its change. After the catalyst successfully degraded the dyestuffs, it was then tested on volatile organic compounds (VOCs), which came from the coagulated natural rubber, using a batch reactor model. A closed flow reactor is designed to maximize the reaction process that applies a liquid phase in handling the pollutants. The designed reactor was also evaluated by comparing it with a simple batch model using RhB dye as substrate. After that was proved, the reaction continued of the photodegradation of wastewater of natural rubber. The deactivation of the catalyst was also evaluated by reusing up to 50 times for RhB degradation under the ultraviolet lamp and sunlight irradiation. The result that was obtained indicated the wastewater of liquid natural rubber has a wider variety of components than the vapor one. The pH level was in an acidic condition (5.9), which was affected by various fatty acid compounds in it. The Fe-doped ZnO has slightly different characteristics compared to the undoped one. The bandgap value was decreased by 0.026 eV, which is increasing the photon absorption wavelength. The crystallite size was decreased for the (1 0 0) and (1 0 1) planes but increased in others. The photodegradation test on RhB showed that both of the catalysts were able to degrade the pollutant with relatively similar ability. Tests on the VOCs degradation in the gas phase using a batch reactor were successful due to the disappearance of all the 30 identified compounds before the degradation in just 80 minutes. Organoleptic tests also confirmed the success of VOC degradation. The design and evaluation of a closed flow reactor using a liquid phase show several advantages compared to the simple batch reactor. Fe-ZnO was have slightly best photocatalytic activity under sunlight irradiation compare to the ZnO with the constant rate 209 x 10-4 dan 181 x 10-4 min-1 respectively. The reaction under ultraviolet irradiation for batch with 600 mL of RhB was predicted unavailable, because the rate constant is negative for ZnO (-120x10-4 min-1) and Fe-ZnO (-103x10-4 min-1)). But this condition is solved by using the loop due to the draw of pollutant for 200 mL each cycle, and give the rate constant about 32x10-4 min-1 and 31x10-4 min-1 for ZnO and Fe-ZnO respectively. Hence, the close flow reactor can work with large volumes without causing a loss of light penetration. Using a closed flow reactor, photodegradation of natural rubber wastewater also gives quite a good result. The pH was increased from acidic conditions (6.9 – 8.3) and the disappearing of the chemical component from 106 to 27 as confirmed by LC-HRMS and GC-MS analysis. Organoleptic tests also confirmed the odor reduction in natural rubber wastewater after photodegradation. The reusability of the catalyst was confirmed by using up to 50 repetitions, which is equivalent to 100-150 working hours, where the photodegradation ability is only reduced by 1-2%. The amount of catalyst lost during the operation was only in the range of 0.055-0.067 g relative to the catalyst mass of 0.18 g and the total with fiberglass was more than 20 g. This research basically proved that the photodegradation concept can be applied for treat the orgnic compound in the wastewater, such as dye and waste of natural rubber, hence can be optimized for application in the real sector in the environment.