PHOTO FENTON
Photo-Fenton dapat didefinisikan sebagai reaksi kimia antara hydrogen peroksida dan katalis besi yang digunakan untuk oksidasi kontaminan atau air limbah yang jalannya reaksi dibantu oleh energi cahaya.
Inovasi teknologi ini dikenalkan salah satunya untuk menguraikan zat-zat organic (zat pencemar). Beberapa system dari metode ini salah satunya adalah UV-H2O2 dan UV-O3. Metode ini sering digunakan untuk mengatasi pencemaran lingkungan khusunya lingkungan perairan.
Pada reaksi ini keberadaan Fe2+ adalah sebagai katalis. FeCl3 atau FeSO4 merupakan jenis senyawa besi yang dipakai dalam reagen fenton. Hidrogen peroksida merupakan oksidator kuat tetapi pada konsentrasi rendah 0.1 % kinetika reaksinya terlalu lambat untuk mendegradasi kontaminan. Sehingga perlu penambahan Fe2+ untuk meningkatkan kekuatan oksidasi peroksida hingga dihasilkan radikal baru dan rantai reaksi dimulai. Reaksi oksidasi peroksida terkatalisis besi ini biasanya dijalankan pada pH 3-5 yang disebut sebagai “Fenton Chemistry” dan kombinasi reagen besi/perokisda disebut sebagai ”Fenton Reagent”.
B. Mekanisme Reaksi Fenton
Kombinasi antara hydrogen peroksida dengan Fe2+ merupakan reagen fenton yang memiliki kemampuan oksidasi tinggi. Reaksi oksidasi ini merupakan reaksi kompleks yang melibatkan dekompisisi H2O2 dengan bantuan Fe2+. Mekanisme reaksinya sebagai berikut (Neyens & Baeyens, 2003):
FeCl3+ H2O+hv Fe2+ + *OH + H++3Cl-
Fe2+ menginisiasi reaksi dan mengkatalisis reaksi dekomposisi H2O2 hingga dihasilkan radikal *OH. Radikal yang terbentuk bereaksi dengan cepat dalam lingkungan air.
Produk ion Fe2+ merupakan katalis pada dekomposisi hydrogen peroksida menjadi oksigen dan air. Pada rekasi ini juga terbentuk radikal *OH. Reaksi ini kemudian mendorong pembentukan ion Fe2+ kembali dari ion Fe3+.
Fe2+ + H2O2 Fe3+ + *OH + OH-
Reaksi antara H2O2 dengan Fe3+ didefinisikan sama dengan reaksi fenton (De Laat &Gallard, 1991). Modifikasi seringkali terletak pada penambahan Fe3+ daripada Fe2+ dan penambahan berlebih H2O2 dibandingkan dengan jumlah besi yang digunakan. Pada sitem Fe3+/H2O2, ion Fe2+ diproduksi kembali dan juga dihasilkan *HO (sebaik radikal lain dalam reaksi oksidasi dan reduksi senyawa organic). Reaktifitas oksidator dan reduktor dihasilkan pada rekasi inisiasi system Fe3+/ H2O2.
Reaksi H2O2 dapat disebut sebagai penyapu *OH dan sebagai inisiator terjadinya reaksi. *OH dapat mengoksidasi senyawa organic (RH) melalui pemutusan proton dan menghasilkan radikal alkil (*R) yang sangat reaktif dan dapat mengalami oksidasi lanjut.
Reaksi fenton secara umum disederhanakan oleh (Walling, 1971) menjadi persamaan reksi sebagai berikut:
FeCl3+ H2O2+hv Fe2+ + *O2H +H++3Cl-
Fe2+ + H2O2 Fe3+ + *OH + OH-
Persamaan rekasi ini menjelaskan bahwa dekomposisi H2O2 dapat terjadi jika ada ion H+. Ini berarti bahwa pada lingkungan pH rendah akan bermanfaat untuk pembentukan jumlah radikal *OH maksimum. Keberadaan senyawa organic, Fe2+, pH rendah dan radikal *OH dapat menyerang senyawa aromatic atau senyawa heterosiklik. Mereka juga dapat memutus atom hydrogen, kemudian memicu rantai reaksi oksidasi radikal.
Reaksi fenton pada perairan dipengaruhi oleh beberapa faktor yakni radikal*OH, Fe2+, radikal organic dan kondisi reaksi. Jika ada beberapa faktor yang ekstrim dapat menghasilkan dekomposisi H2O2 yang tidak efektif yang kemudian dapat mengurangi efisiensi oksidasi senyawa organic. Dekomposisi H2O2 akan berlangsung lebih cepat pada perbandingan Fe2+/H2O2 ≥2 (Barbusinki & Koscielniak, 1999). Penambahan jumlah H2O2 dan Fe2+ dari optimumnya akan menyebabkan penurunan efek pembersihan. Hal ini dikarenakan reaksi antara H2O2 dan Fe2+ dan produksi radikal *OH. Dalam hal ini H2O2 dan Fe2+ akan bertindak sebagai penyapu radikal, sehingga radikal *OH yang dihasilkan akan turun.
Kondisi optimum untuk reagen fenton telah diamati pada pH 3-5. Pada pH lebih rendah efektifitas penghilangan kontaminan akan menurun karena dekomposisi H2O2. Pada pH<3, konsentrasi ion H+ terlalu tinggi yang menyebabkan ion hydrogen sebagai aseptor utama radikal *OH (Barbusinki, 1999).
Dalam percobaan ini digunakan reaksi Fenton dimana pada reaksi ini memanfaatkan radikal hidroksi (*OH) yang dihasilkan oleh reaksi antara H2O2 dengan senyawa besi (contoh: FeCl3)
FeCl3+ H2O2 Fe3+ + *OH + OH-
Dalam kondisi gelap, reaksi ini akan berhenti dan pengoksidasian Fe2+ menjadi Fe3+ juga tidak sempurna. Tetapi dengan iluminasi, laju reaksi pada system ini dapat meningkat.
Alasan meningkatnya laju reaksi degradasi pada irradiasi meliputi fotoreduksi pada ion Fe3+ kembali menjadi ion Fe2+, yang menghasilkan radikal *OH.
Fe3+ + H2O Fe2+ + *OH + OH+
Mekanisme reaksi lengkap untuk fotodegradasi menggunakan reagent Fenton sebagai berikut :
FeCl3+ H2O+hv Fe2+ + *OH + H++3Cl-
FeCl3+ H2O2+hv Fe2+ + *O2H +H++3Cl-
Fe2+ + H2O2 Fe3+ + *OH + OH-
*OH + H2O2 *O2H + H2O
Fe2+ +*OH Fe3+ + OH-
Fe3+ + *O2H Fe2+ + O2 + H+
*OH + *OH H2O2
Rhodamine-B + *OH *R + H+
*berbagai sumber
