Penjernihan Polutan Organik dalam Air Berbasis Material Fotokatalis Sebagai Solusi Alternatif Pengolahan Limbah Tekstil Kalimantan

Ditulis Oleh: Dr. Eng. Lusi Ernawati, S.T., M.Sc.,

Co-Author: Inggit Kresna Maharsih, Azwar Azhary Muhammad, Alhimni Rusydi Nurislam Sutanto

Perkembangan Industri Tekstil Indonesia pada tahun 2018 menunjukkan pertumbuhan yang sangat positif. Tercatat bahwa pertumbuhan Industri Garmen dan Tekstil Indonesia mengalami lonjakan ekspor sebesar 6 % yakni sekitar 11,8 miliar USD pada tahun 2016 menjadi 12,4 milliar USD pada tahun 2017. Neraca perdagangan Tekstil juga mengalami kenaikan yang sama yakni 1,7% dari 3,67 milliar USD pada tahun 2016 menjadi 3,73 milliar USD pada tahun 2017. Selanjutnya, investasi di sektor ini juga mengalami kenaikan yang cukup signifikann yakni melonjak hingga 68 % dari tahun-tahun sebelumnya dimana investasi domestik menyumbang 61,4 %. Tren Kenaikan ini terus berlanjut hingga semester pertama tahun 2018 dengan seiring dengan meningkatnya permintaan ekspor dan impor. Bahkan dari Januari hingga Juli 2018, nilai pengiriman produk tekstil Indonesia mencapai 7,74 milliar USD dan diperkirakan akan mencapai 13-14 milliar USD pada tahun-tahun berikutnya.

Gambar 1. Pertumbuhan Industri Tekstil dan Penggunaan Zat Pewarna dalam Industri Tekstil dunia (World Bank, 2017)

Data World Bank 2017, menunjukkan bahwa perkembangan industri tekstil secara global mengalami kenaikan yang cukup signifikan dan Asia yakni China (39 %) menduduki peringkat tertinggi. China adalah produsen dan eksportir tekstil dan garmen terkemuka di dunia. Kenaikan perdagangan tekstil ini di ikuti dengan kenaikan Investasi di Industri tekstil dan garmen Indonesia yang tumbuh dari 149,88 trilliun pada 2010 menjadi 151,77 trilliun (16,54 milliar USD) pada tahun 2011. Investasi paling tinggi yakni datang dari produsen lokal serta dari masuknya investor asing ke pasar Indonesia. Jumlah perusahaantekstil juga naik dari 2880 menjadi 2980, meningkat hingga 3,5% (Assosiasi Pertekstilan Indonesia). Perluasan sektor ini dan pertumbuhan investasi menandakan kepercayaan global terhadap Industri tekstil karena semakin banyak produsen tekstil yang datang untuk memilih Indonesia sebagai basis manufaktur dan sumber alternative bagi China.

Pada Proses pewarnaan tekstil kebanyakan menggunakan zat warna sintetik dibandingkan dengan zat warna alam, karena zat pewarna sintetik dapat memenuhi kebutuhan skala besar, warnanya lebih bervariasi dan pemakaiannya lebih praktis. Pewarna sintetik digunakan secara ekstensif pada industri tekstil lebih dari 700.000 ton dari sekitar 10.000 pewarna sintetik yang berbeda yang diproduksi secara global. Komponen limbah yang terkontaminasi oleh zat pewarna sintetik dapat menyebabkan kerusakan yang serius pada ekosistem dan kesehatan. Sebagai akibatnya, kadar DO (Dissolve Oxygen) dalam ekosistem perairan akan turun, yang berimbas pada peningkatan COD (Chemical Oxygen Demand).

Tabel 2. Polutan dan Kontaminan Limbah Industri Tekstil

                Sumber: Global Business Guide Indonesia, (Tekstil Progress, 2018)

Begitu berbahaya nya dampak perkembangan industri tekstil ini, hingga telah memainkan peran utama dalam peningkatan masalah lingkungan. Dampak lingkungan utama dalam industri tekstil dimanifestsikan oleh pembuangan sejumlah besar muatan limbah kimia ke lingkungan. Elemen penting lainnya adalah penggunaan bahan kimia dan air yang tinggi, konsumsi energi, polusi udara, limbah padat dan pembentukan bau. Masalah lingkungan yang terkait dengan sektor tekstil dan garmen, dimulai dengan obat-obatan yang digunakan dalam budidaya serat alami dan emisi dalam produksi serat sintesis. Perkembangan teknologi beberapa tahun terakhir, menunjukkan serangkaian proses sedang dilakukan untuk mengatasi dampak industri tekstil tersebut terhadap lingkungan. Beberapa upaya penanganan limbah tekstil secara konvensional seperti adsorpsi dan penggunaan lumpur (sewage sludge), dan karbon aktif telah banyak dilakukan, akan tetapi hasilnya kurang efektif karena adsorbat yang terakumulasi di dalam adsorben pada akhirnya malah akan menimbulkan persoalan baru. Selain itu juga diperlukan waktu yang cukup lama serta diketahui beberapa jenis limbah zat warna memiliki sifat yang resisten untuk didegradasi secara biologis.  Beberapa teknologi alternatif lain juga digunakan untuk mengolah limbah cair mengandung zat pewarna yang ada dalam limbah cair, misalnya dengan teknik koagulasi, flokulasi, adsorbsi dengan karbon aktif. Penghilangan warna dengan proses koagulasi, flokulasi, adsorbsi dengan karbon aktif sifatnya hanya memindahkan zat warna dari fase cair ke dalam fase padat, bukan menguraikan senyawa kompleks pembentukan warna. Partikel-partikel warna yang menggumpal bersama bahan perlu diproses lebih lanjut sehingga tidak menimbulkan pencemaran lanjutan atau limbah baru.

Gambar 2. Penjernihan (dekolorisasi) Polutan Organik (Methylene Blue) menggunakan Kalsium Titanate (CaTiO3) dan Reaktor Fotokatalitik

 

Berawal dari adanya kelemahan proses pengolahan limbah tekstil sebelumnya, Institut Teknologi Kalimantan (ITK) mengembangkan material alternatif guna menggantikan material adsorben sebelumnya. Material fotokatalis yang dikembangkan adalah Kalsium Titanat (CaTiO3) dan WO3/TiO2 komposit. Produk CaTiO3 dan WO3/TiO2 komposit selanjutnya digunakan untuk penjernihan polutan organik dalam air yakni Rhodamine B (RhB) dan Methylene Blue (MB). Keuntungan dari metode fotokatalis adalah sumber energi yang digunakan melalui pemanfaatan cahaya matahari. Selain itu oksidasi fotokatalis dapat mengubah senyawa-senyawa berbahaya dan beracun di dalam air menjadi senyawa yang tidak berbahaya seperti CO2 dan H2O. Penelitian ini didukung oleh Lembaga Penelitian dan Pengabdian Masyarakat (LPPM) ITK. Gambar 2 adalah dokumentasi hasil penelitian sintesa kalsium titanate (CaTiO3) dan pemanfaatannya untuk penjernihan polutan organik (Rhodamine B) menggunakan metode fotokatalitik.  Partikel CaTiO3 dengan struktur perovskite dan ukuran dalam range nanometer berhasil disintesis menggunakan kalsium karbonat (CaCO3) dan Titanium Oksida (TiO2) melalui metode sol-gel sederhana. Bahan awal yang dicampur ditetapkan dalam perbandingan molar CaCO3/TiO2 yakni (1:1); (1:5) dan (1:7) dan campuran yang diperoleh dikalsinasi pada suhu 900oC. Struktur dan sifat mikro struktural dari bahan CaTiO3 dikarakterisasi menggunakan X-ray Diffractometer (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), dan UV spektrofotometer. Bahan CaTiO3 yang disintesis selanjutnya digunakan untuk fotodegradasi zat pewarna Rhodamine B di bawah sinar UV sebagai solusi cerdas menangani limbah cair akibat pencemaran zat warna tekstil. Penyerapan dan sifat fotokatalitik dari sampel ditemukan sangat tergantung pada komposisi CaTiO3. Studi kinetika menunjukkan bahwa aktivitas fotokatalitik reaksi CaTiO3 terhadap RhB dievaluasi mengikuti model kinetika orde pertama. Hasil fotodegradasi RhB menunjukkan penurunan konsentrasi (Ct/Co) RhB hingga 97.37 % lebih cepat di bawah percobaan 100 ml larutan RhB (100 mg) dengan 1.0 gram CaTiO3 selama 40 min penyinaran. Hasil ini dikaitkan dengan sejumlah besar situs aktif, kemampuan oksidasi hole elektron dan elektron yang tergenerasi dari proses pemisahan.

Baca juga:

Gambar 3. Penjernihan (dekolorisasi) Polutan Organik (Rhodamine B) menggunakan Tungsten Trioxide/ Titanium Oxide (WO3/TiO2) Komposit dan Reaktor Fotokatalitik  

 Dengan metode yang sama, material fotokatalis berbasis komposit WO3/TiO2 juga dikembangkan oleh ITK. Gambar 3 adalah dokumentasi hasil penelitian sintesa komposit WO3/TiO2 dan pemanfaatannya untuk penjernihan polutan organik (Methylene Blue) menggunakan metode fotokatalitik.  Partikel komposit WO3-TiO2 disintesis menggunakan metode sol-gel dengan bahan baku Sodium Tungstate dihydrate (Na2WO4.2H2O) dan Titanium Dioxide (TiO2) anatase. Penelitian terdahulu terkait yang menggunakan metode dan material yang sama sebelumnya hanya menggunakan serbuk WO3 murni sebagai larutan prekursor utama. Sebagai upaya peningkatan aktivitas fotokatalis pada material saat dipaparkan sinar tampak, maka dilakukan uji coba pengkompositan TiO2 pada hasil sintesis serbuk WO3. Penelitian telah dikerjakan adalah dilakukannya sebuah rekayasa fisis dan kimia dalam memproduksi fotokatalis berefisiensi tinggi di bawah paparan sinar tampak. Aktifitas fotokatalis di bawah paparan sinar tampak dapat ditingkatkan dengan pengontrolan morfologi, yaitu dengan penambahan TiO2, teknik katalis tambahan, dan mensintesiskan komposit WO3-TiO2 partikel. Karakterisasi dilakukan dengan menggunakan Scanning Electrone Microscope (SEM), Fourier Transform Infrared (FT-IR), X-Ray Diffraction (XRD), dan UV-Vis. Kajian fotodegradasi menggunakan komposit WO3-TiO2 pada zat warna Methylene Blue (MB) dilakukan pada pH (1~3) variasi komposisi material, dosis katalis dan konsentrasi zat pewarna.

Daftar Pustaka:

  • Indonesia’s Garment and Textile Sector: Remain Optimistic Amid Mounting Pressure. Global Business Guide Indonesia, 2018.
  • Badan Pusat Statistik Provinsi Kaltim. Pertumbuhan produksi industri pengolahan mikro
    dan kecil Provinsi Kalimantan Timur menurut triwulan dan jenis industri (Y-on-Y),
    tahun 2016 dan 2017, Badan Pusat Statistik, 2018.
  • Kim, J. O., Traore, M. K., Warfield, C. The textile and apparel Industry in Developing Countries. Textile Progress, 38(3): 1- 64, 2006.
  • Kumar, A.; Kumar, S.; Bahuguna, A.; Kumar, A.; Sharma, V.; Krishnan, V. Recyclable bifunctional composites of perovskite type N-CaTiO3 and reduced graphene oxide as an efficient adsorptive photocatalyst for environmental remediation. Chem. Front. 1, 2391-2404, 2017
  • Fatimah, I.; Rahmadianti, Y.; Pudiasari, R. A. Photocatalyst of perovskite CaTiO3 nanopowder synthesized from CaO derived from snail shell in comparison with the use of CaO and CaCO3. IOP Conf. Ser.: Sci. Eng. 349, 1-7, 2018.
  • Gaikwad, S. S.; Borhade, A. V.; Gaikwad, V. B. A green chemistry approach for synthesis
    of CaTiO3 photocatalyst: its effects on degradation of methylene blue, phytotoxicity
    and microbial study. Der Pharma Chemica. 4 (1), 184-193, 2012.
  • Awati, P.S., Awate, S.V., Shah, P.P. Ramaswamy, V. Photocatalytic Decomposition of Methylene Blue Using Nanocrystalline Anatase Titania Prepared by Ultrasonic Technique. Catalysis Comm, 4: 393-400, 2003.
  • Nagy, I.  M.  Szilágyi, X.  Fan.  Effect of the morphology and phases of WO3 nanocrystals on their photocatalytic efficiency, RSC Adv., 6(40), 33743-33754, 2016.

Warstek Media

Warung Sains Teknologi (Warstek) adalah media SAINS POPULER yang dibuat untuk seluruh masyarakat Indonesia baik kalangan akademisi, masyarakat sipil, atau industri.
Warung Sains Teknologi
Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *