DEGRADASI METHYLENE BLUE DENGAN METODE FOTOKATALISIS DAN FOTOELEKTROKATALISIS MENGGUNAKAN FILM TiO2
ENDANG PALUPI
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2006
ABSTRAK
ENDANG PALUPI. Degradasi Methylene Blue dengan Metode Fotokatalisis dan Fotoelektrokatalisis Menggunakan Film TiO2. Dibimbing oleh Akhiruddin Maddu, M.Si dan Drs. Moh. Indro, M.Sc.
Dengan metode squeegee printing, dapat dibuat lapisan semikonduktor TiO2 pada substrat Indium TinOxide. Hasil karakterisasi XRD menunjukkan bahwa film yang dihasilkan adalah anatase dengan nilai parameter kisi kristal a = b = 3.7945 dan c = 9.579, serta ukuran kristal adalah 24.545 nm. Pengaruh konsentrasi awal Methylene Blue, pH awal, pemberian potensial bias, dan penambahan H2O2 dievaluasi. Degradasi MB memperlihatkan hasil yang optimal pada konsentrasi awal MB 5 x 10-6 M, dan pada keadaan basa, yaitu pH 11. Pada keadaan basa, film TiO2 akan bermuatan negatif, dan karena MB merupakan dye kationik maka adsorbsi MB pada partikel TiO2 akan meningkat, sehingga degradasi MB juga akan meningkat. Adanya penambahan potensial bias eksternal dan H2O2 dapat meningkatkan degradasi MB karena kedua metode ini dapat menghalangi terjadi rekombinasi elektron dan hole. Kombinasi fotoelektrokatalisis dan penambahan H2O2 memperlihatkan hasil terbaik diikuti fotoelektrokatalisis, fotokatalisis+H2O2, fotolisis+ H2O2 dan fotokatalisis, dengan persen degradasi berturut-turut adalah 89.23%, 84.19%, 83.68%, 76.63%, dan 61.50%.
DEGRADASI METHYLENE BLUE DENGAN METODA FOTOKATALISIS DAN FOTOELEKTROKATALISIS MENGGUNAKAN FILM TiO2
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Fisika
Oleh:
ENDANG PALUPI
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2006
Judul Nama NIM
: Degradasi Methylene Blue dengan Metode Fotokatalisis dan Fotoelektrokatalisis Menggunakan Film TiO2 : Endang Palupi : G07400025
Menyetujui,
Pembimbing I
Pembimbing II
Akhiruddin Maddu, M.Si NIP: 132 206 239
Drs. Moh. Nur Indro, M.Sc NIP: 130 367 084
Mengetahui, Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono NIP 131 473 999
Tanggal Lulus:.......................................
Riwayat Hidup Penulis lahir di Bogor pada tanggal 21 Agustus 1981 sebagai anak kedua dari empat bersaudara pasangan bapak Suprapto dan ibu Ikim. Penulis memulai pendidikan formal sekolah dasar pada 1988 dan melanjutkan sekolah lanjutan tingkat pertama pada tahun 1994. Pada tahun 1997 penulis melanjutkan pendidikan menengah atas di SMUN 3 Bogor, lulus pada tahun 2000, dan pada tahun yang sama penulis mendapatkan PMDK dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk IPB melalui jalur PMDK. Penulis diterima pada Program Studi Fisika, Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah menjadi asisten praktikum Fisika Dasar I dan II dan Fisika Umum tahun 2003-2005.
KATA PENGANTAR Bismillahirrahmanirrahiim Alhamdulillahirabbil’alamiin, segala puji dan syukur hanya bagi Allah SWT, karena berkat serta rahmat-Nyalah penulis dapat menyelesaikan penulisan usulan penelitian ini dengan judul ”Degradasi Methylene Blue dengan Metode Fotokatalisis dan Fotoelektrokatalisis Menggunakan Sebagai seorang manusia biasa penulis menyadari masih banyak sekali terdapat Film TiO2”. kekurangan dalam penulisan usulan penelitian ini. Oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun sangat penulis harapkan sehingga diwaktu yang akan datang dapat digunakan untuk mendapatkan hasil yang lebih baik. Penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1.
2. 3. 4. 5. 6.
7. 8.
Bapak Akhiruddin Maddu, M.Si dan Bapak Drs. Moh. Nur Indro, M.Sc., selaku pembimbing yang telah memberikan bimbingan, masukan, motivasi dan diskusidiskusi yang sangat membantu, serta untuk dosen penguji: Bapak Drs. Sidikrubadi Pramudito, Bapak Jajang Juansyah, S.Si, dan Bapak Faozan Ahmad S.Si. Untuk Bapak, terima kasih banyak atas segala yang telah diberikan. Maaf Endang belum sempat memberi apa pun sebagai balasannya. Mama yang tiada hentinya memberikan do’a. Pỏpỏ, Ceot, Benkz, Adot, Wiwid, Ii Sam, Om Wisnu, Kakang, Ary, Dede Helen, Keluarga besar Mama: Ii Alin, Ii Eli, dan Keluarga besar Bapak, terima kasih untuk kesabarannya nunggu Endang lulus. Segenap staf pengajar dan tata usaha di Departemen Fisika yang telah sangat banyak membantu selama masa perkuliahan dan proses kelulusan, juga staf laboratorium Pak Yani, Pak Mus, Pak Toni, dan Pak Mul. Staf laboratorium Kimia Analisis Departemen Kimia Institut Pertanian Bogor: Ibu Nunung, dan Om Eman. Terima kasih atas bantuan dan kerjasamanya. Anggota Schroedinger cat’z (Eenkz, Fati, Reiny, Cepy, Dhoni, Ichwansyah, Fuady, Armand, Kun, Ewing, Gana, Iqin, Andre, Kun). Makasih atas semua dukungan moral, spiritual dan finansialnya. Kita telah melalui masa yang takkan terlupakan, baik suka maupun duka. Meskipun kita sudah tidak bersama lagi, tetapi persahabatan kita akan terus terjalin selamanya. Serta rekan-rekan Fisika angkatan 37 lainnya yang tidak sempat saya sebutkan. Penghuni Ciwaluya 9: Nana, Mee-mee, Letta, Tata, Monik, Ka Kocha, Taya, Age, Kaka, Abang Rifki, Ka Ucup, dan Dini: terima kasih atas ilmu, kesenangan, dan dukungannya. Ka Ari Sudana, terima kasih atas masukan-masukannya, serta para senior dan yunior di Departemen Fisika.
Bogor, Oktober 2006
Endang Palupi
i
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR ................................................................................................................ i DAFTAR ISI............................................................................................................................... ii DAFTAR GAMBAR .................................................................................................................. iii DAFTAR TABEL....................................................................................................................... iii DAFTAR LAMPIRAN............................................................................................................... iii PENDAHULUAN....................................................................................................................... 1 Latar Belakang ................................................................................................................. 1 Perumusan Masalah.......................................................................................................... 1 Tujuan Penelitian.............................................................................................................. 2 TINJAUAN PUSTAKA.............................................................................................................. 2 Semikonduktor ................................................................................................................. 2 Titanium Dioksida ............................................................................................................ 2 Proses Fotokatalisis .......................................................................................................... 3 Proses Fotoelektrokatalisis ............................................................................................... 5 Methylene Blue ................................................................................................................ 6 BAHAN DAN METODE ........................................................................................................... 6 Tempat dan Waktu Penelitian........................................................................................... 6 Alat dan Bahan ................................................................................................................. 6 Deposisi Film TiO2 ........................................................................................................... 6 Karakterisasi XRD ........................................................................................................... 6 Pembuatan Reaktor........................................................................................................... 7 Pembuatan Kurva Standar Methylene Blue...................................................................... 7 Evaluasi Fotolisis, Fotokatalisis dan Fotoelektrokatalisis ................................................ 7 HASIL DAN PEMBAHASAN................................................................................................... 7 Hasil XRD Film TiO2 dan Ukuran Partikel...................................................................... 7 Kurva Standar Methylene Blue ........................................................................................ 8 Pengaruh Konsentrasi Awal Methylene Blue................................................................... 9 Pengaruh pH Awal Methylene Blue ................................................................................. 9 Evaluasi Aktivitas Fotolisis, Fotokatalisis dan Fotoelektrokatalisis................................. 10 Evaluasi Aktivitas Fotolisis....................................................................................... 10 Evaluasi Aktivitas Fotolisis dan Fotoelektrokatalisis................................................ 10 Pengaruh Penambahan H2O2 ............................................................................................ 11 KESIMPULAN DAN SARAN................................................................................................... 12 Kesimpulan....................................................................................................................... 12 Saran................................................................................................................................. 12 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................. 12 LAMPIRAN ............................................................................................................................... 15
ii
DAFTAR GAMBAR Halaman 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.
Struktur kristal anatase dan rutil .......................................................................................... 3 Energi gap, posisi pita valensi, konduksi, dan potensial reduksi dari berbagai semikonduktor ............................................................. 4 Skema proses fotokatalisis ................................................................................................... 4 Skema proses fotoelektrokatalisis ........................................................................................ 5 Struktur molekul kimia Methylene Blue.............................................................................. 6 Kristalografi TiO2 ................................................................................................................ 8 Spektrum karakterisasi absorbansi Methylene Blue ............................................................ 9 Kurva standar MB................................................................................................................ 9 Pengaruh konsentrasi awal terhadap degradasi fotokatalisis MB ........................................ 9 Hubungan antara pH dan persen degradasi MB................................................................... 10 Perbandingan proses degradasi MB ..................................................................................... 10 Hubungan linear antara ln (C/C0) dan lama perlakuan......................................................... 11 Grafik persentase penurunan konsentrasi MB...................................................................... 11 Foto hasi degradasi fotolisis, fotokatalisis dan fotoelektrokatalisis ..................................... 11
DAFTAR TABEL Halaman 1. 2. 3. 4. 5.
Perbedaan struktur kristal anatase dan rutil..........................................................................3 Mekanisme fotokatalisis dengan titanium dioksida .............................................................5 Susunan puncak dan intensitas kristal TiO2 fase anatase .....................................................8 Perbandingan parameter kisi kristal sampel pada lapisan TiO2 dan literatur ..........................................................................................................................8 Tetapan kelajuan degradasi Methylene Blue.......................................................................12
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1. 2. 3. 4. 5.
Skema reaktor degradasi .....................................................................................................15 Tabel Standar Struktur Tegragonal TiO2 pada XRD dengan λ = 1.54056 .........................16 Penentuan parameter kisi dengan metode Cohen................................................................17 Penentuan ukuran kristal dengan metode Cohen ................................................................20 Pengolahan data degradasi Methylene Blue........................................................................21
iii
1
PENDAHULUAN Latar Belakang Pewarnaan merupakan faktor penting dalam industri fashion, garmen, peralatan, kertas, dan percetakan. Dye, senyawa pemberi warna pada suatu material, biasanya digunakan pada proses pewarnaan ini. Konsumsi dye per kapita mendekati 150 g per tahun, memenuhi konsumsi rata-rata industri tekstil sekitar 14.0 kg per tahun per penduduk. Tingginya kebutuhan akan industri tekstil di dunia, membuat industri ini semakin berkembang. Industri ini menggunakan sekitar 700.000 ton dari 10.000 tipe dye berbeda yang diproduksi tiap tahun. Selama penggunaannya, 185 ton dari dye ini terbuang ke lingkungan per tahunnya[1]. Diantara dye-dye reaktif yang ada, methylene blue merupakan dye yang paling banyak digunakan. Limbah berwarna yang dihasilkan oleh industri dye dan tekstil dapat menyebabkan kerusakan ekosistem aquatik karena tingginya konsentrasi senyawa organik yang terkandung didalamnya[2. Limbah tersebut mendapat perhatian paling besar karena penggunaannya yang menyebar, pengaruhnya yang kuat terhadap lingkungan, kemampuannya dalam membentuk produk aromatik yang beracun dan rendahnya kecepatan penguraian. Limbah ini terbuang selama proses pembuatan dan penggunaan[1] Proses penghilangan zat warna limbah cair yang dihasilkan dari industri tekstil menjadi isu diskusi dan regulasi di seluruh dunia. Fotokatalisis berbasis semikonduktor menawarkan solusi terbaik untuk permasalahan tersebut. Komisi IUPAC mendefinisikan fotokatalisis sebagai suatu reaksi katalitik yang melibatkan absorbsi cahaya oleh katalis. Katalis adalah suatu substansi yang meningkatkan kecepatan Fotokatalisis memanfaatkan reaksi[3]. semikonduktor sebagai katalis yang diaktifkan dengan sinar ultraviolet (UV) untuk menguraikan senyawa organik menjadi mineral-mineralnya [4]. Proses fotokatalisis memiliki beberapa keuntungan dibandingkan dengan proses oksidasi kimia tradisional atau proses biologi. Proses fotokatalisis tidak spesifik sehingga mampu mendegradasi tidak hanya satu macam senyawa kimia; sangat kuat, sehingga mampu mencapai mineralisasi yang sempurna berupa karbon dioksida dan air; bebas dari racun organik; dapat diterapkan pada medium cair maupun gas; dan memiliki
potensi untuk memanfaatkan sinar matahari sebagai pengganti sinar UV[5]. Semikonduktor yang paling banyak digunakan sebagai fotokatalis adalah titanium dioksida (TiO2). TiO2 telah dimanfaatkan untuk pemurnian air, pemurnian udara, gas sensor dan fotovoltaik sel surya[6]. Ketika TiO2 disinari cahaya dengan panjang gelombang antara 100 – 400 nm, elektron (e-) akan tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi, meninggalkan hole (h+) pada pita valensi. Jika pasangan elektron-hole dapat dipisahkan satu sama lain dengan cepat tanpa terjadi rekombinasi, elektron dan hole ini akan bermigrasi ke permukaan semikonduktor. Hole bereaksi dengan H2O atau OH − yang teradsorbsi pada permukaan semikonduktor dan menghasilkan radikal hidroksil ( OH • ) yang dikenal sebagai spesies oksidator yang sangat kuat, sedangkan elektron akan mengadsorbsi molekul O2 atau H2O untuk membentuk radikal anion superoksida ( O•2- ) yang merupakan spesies reduktor. Spesies-spesies oksidator dan reduktor ini akan menyerang kontaminan yang terlarut dalam sistem dan mendegradasinya menjadi senyawa yang tidak berbahaya[7].
Perumusan Masalah
Pemasalahan utama dari sistem fotokatalisis adalah ketika elektron tereksitasi ke pita konduksi, selain bereaksi dengan spesies lain yang teradsorbsi, 90% elektron ini akan segera berekombinasi dengan hole dalam waktu nanosekon. Rekombinasi ini akan menurunkan efektivitas fotokatalisis. Masalah rekombinasi ini dapat diatasi memberikan potensial bias positif melewati fotoanoda dan penambahan hidrogen peroksida. Pemberian bias ini akan menarik elektron menuju ke katoda, sehingga rekombinasi pasangan elektron-hole dalam katalis akan terminimalisasi. Dengan demikian pemberian tegangan akan meningkatkan kecepatan oksidasi senyawa organik. Proses ini dikenal dengan fotoelektrokatalisis. Penambahan hidrogen peroksida, H2O2, dapat meningkatkan efisiensi fotokatalisis. Senyawa ini bertindak sebagai akseptor elektron untuk menghasilkan radikal hidroksil yang sangat dibutuhkan pada fotodegradasi polutan organik.
2 Tujuan Penelitian
1. 2. 3. 4.
Penelitian ini bertujuan untuk Membuat film TiO2 pada substrat ITO (Indium Tinoxide) dengan metoda squeegee printing. Menumbuhkan kristal TiO2 melalui proses anneling pada temperatur 450 oC. Membuat reaktor degradasi fotokatalisis dan fotoelektrokatalisis dengan menggunakan TiO2 sebagai katalisnya. Melihat pengaruh pH, penambahan hidrogen peroksida dan pemberian potensial bias positif terhadap efektivitas fotokatalisis dalam mendegradasi methylene blue.
TINJAUAN PUSTAKA Semikonduktor
Semikonduktor adalah material yang dicirikan dengan terisinya pita valensi dan kosongnya pita konduksi. Elektron tidak dapat berada pada daerah bandgap antara pita valensi dan pita konduksi. Berdasarkan pembawa muatannya, semikonduktor dapat diklasifikasikan dalam dua kelompok, yaitu semikonduktor intrinsik dan semikonduktor ekstrinsik. Semikonduktor intrinsik adalah semikonduktor yang belum disisipi atom lain. Ketersediaan pembawa muatan pada semikonduktor ini berasal dari persenyawaan unsur-unsur secara langsung. Semikonduktor ekstrinsik adalah semikonduktor yang partikel pembawa muatannya berasal dari unsur lain. Semikonduktor ekstrinsik diperoleh melalui rekayasa pemberian sejumlah impuritas atau injeksi partikel agar bahan mengalami perubahan nilai konduktivitas. Berdasarkan jumlah mayoritas partikel pembawa muatan, semikonduktor dibedakan dalam dua jenis, yaitu semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor tipe-p merupakan semikonduktor yang mengalami kekurangan elektron sehingga semikonduktor ini bermuatan positif dengan lubang/hole sebagai pembawa muatan mayoritas. Dilain pihak, semikonduktor tipe-n mengalami kelebihan elektron, menyebabkan semikonduktor ini bermuatan negatif dengan elektron sebagai pembawa muatan mayoritas[10]. Ketika disinari cahaya dengan panjang gelombang yang tepat, elektron pada pita valensi akan mengabsorbsi energi foton,
tereksitasi, dan berpindah ke pita konduksi. Hasil eksitasi elektron ini adalah terbentuknya hole (muatan positif) pada pita + valensi ( h VB ) dan elektron pada pita -
konduksi ( eCB ). Pasangan elektron-hole ini tidak stabil. Mereka dapat kembali ke tempat asalnya (berekombinasi) dengan melepaskan panas[8]. Secara termodinamik, level energi pita konduksi (ECB) adalah ukuran kekuatan reduksi elektron pada semikonduktor, sedangkan level energi pita valensi (EVB) adalah ukuran daya oksidasi hole. Semikonduktor yang berbeda memiliki level pita energi yang berbeda. Semakin tinggi potensial pita valensi, semakin tinggi daya oksidasi yang dimiliki oleh hole. Agar suatu semikonduktor mampu mendegradasi senyawa-senyawa organik yang berbeda, maka level energi valensinya harus terletak pada potensial yang relatif tinggi. Semikonduktor dengan bandgap kecil memiliki spektrum absorbsi yang cocok dengan spektrum emisi cahaya matahari. Dari sudut pandang pemanfaatan energi matahari, semikonduktor dengan celah pita yang kecil merupakan pilihan yang lebih baik. Tapi, semikonduktor yang memiliki bandgap kecil normalnya tidak memiliki potensial pita valensi yang tinggi[9]. Titanium Dioksida
TiO2 muncul dalam 3 bentuk polimorf yang berbeda, yaitu rutil, anatase, dan brukit. Dua struktur kristal TiO2, rutil dan anatase, paling umum digunakan dalam fotokatalisis. Struktur anatase dan rutil digambarkan dalam bentuk rantai oktahedra TiO6. Struktur kedua kristal dibedakan oleh distorsi oktahedron dan pola susunan rantai oktahedronnya (Gambar 1). Setiap ion Ti4+ dikelilingi oleh enam atom O2-. Oktahedron pada rutil memperlihatkan sedikit distorsi ortorhombik, sedangkan oktahendron pada anatase memperlihatkan distorsi yang cukup besar sehingga relatif tidak simetri[11]. Jarak Ti-Ti pada anatase lebih besar (3.79 dan 3.04 Å serta 3.57 dan 2.96 Å untuk rutil), sedangkan jarak ion Ti-O lebih pendek dibandingkan rutil (1,937 Å dan 1,966 Å pada anatase dan 1,946 Å dan 1,983 Å untuk rutil)[12]. Pada rutil setiap oktahedronnya mengalami kontak dengan 10 oktahendron tetangganya, sedangkan pada anatase setiap oktahedorn mengalami kontak dengan delapan oktahedron tetangganya. Perbedaan
3
dalam struktur kisi ini menyebabkan perbedaan massa jenis dan struktur pita elekektronik antara dua bentuk TiO2[11], yaitu anatase memiliki daerah aktivasi yang lebih luas dibandingkan rutil sehingga kristal tersebut menjadi lebih reaktif terhadap cahaya dibandingkan rutil. Besar bandgap yang dimiliki pun menjadi berbeda, pada anatase besar rentang energinya adalah 3,2 eV sedangkan rutil 3,1 eV[13]. Perbedaan struktur kristal anatase dan rutil dirangkum pada Tabel 1. Kristal rutil memiliki struktur yang lebih padat dibandingkan anatase, karenanya memiliki densitas dan indeks refraktif yang lebih tinggi (massa jenis anatase: 3,894 gr/cm3; rutil: 4,250 gr/cm3; indeks bias anatase dan rutil berturut-turut adalah 2,5688 dan 2,9467) [13]. Tabel 1. Perbedaan struktur kristal anatase dan rutil Faktor Perbedaan
hidroksil pada pH = 1 mempunyai potensial sebesar 2,8 V, dan kebanyakan zat organik mempunyai potensial redoks yang lebih kecil dari potensial tersebut [13].
Anatase
Kristal Anatase
Rutile
3,2
3,1
3,830
4,240
Energi gap (Eg), eV Massa jenis (ρ), gr/cm3 Jarak Ti-Ti, Å
3,97 dan 3,04
3,57 dan 2,96
Jarak Ti- O, Å Parameter Kisi, Å
1,937 dan 1,966 a = 3,782 c = 9,502
1,946 dan 1,983 a = 4,587 c = 2,953
energi gap (Eg), posisi pita konduksi dan pita valensi menentukan karakter fotokatalisis dalam hal kebutuhan energi foton yang diperlukan untuk mengaktifkannya dan berapa besar kekuatan oksidasi atau reduksinya setelah diaktifkan. Gambar 2. memperlihatkan besarnya energi celah, posisi pita valensi, pita konduksi beberapa semikondukor dan komparasinya dengan potensial redoks relatif terhadap standar elektroda hidrogen. Pada Gambar 3, TiO2 anatase memiliki energi celah sebesar 3,2 eV, dengan posisi tingkat energi pita konduksi memiliki potensial reduksi sebesar kira-kira -1,0 Volt (vs SHE) dan posisi tingkat energi pita valensi mempunyai potensial oksidasi kurang dari +3,0 Volt (vs SHE). Hal ini hole pada mengindikasikan bahwa permukaan TiO2 merupakan spesis oksidator kuat, dan karenanya akan mengoksidasi spesies kimia lainnya yang mempunyai potensial redoks yang lebih kecil, termasuk molekul air dan/atau gugus hidroksil yang akan menghasilkan radikal hidroksil. Radikal
Rutil Gambar 1. Struktur kristal anatase dan rutil.
Proses Fotokatalisis
Fotokatalisis merupakan suatu proses yang dapat diterapkan untuk pemulihan lingkungan. Fotokatalisis memanfaatkan foton (cahaya) tampak atau ultraviolet untuk mengaktifkan katalis yang kemudian bereaksi dengan senyawa kimia yang berada pada atau dekat dengan permukaan katalis.
4
Gambar 2. Energi gap, posisi pita valensi, konduksi, dan potensial redoks dari berbagai semikonduktor.
Gambar 3. Skema proses fotokatalisis. Rekombinasi elektron-hole dapat terjadi pada permukaan semikonduktor (reaksi a) atau di bulk semikonduktor (reaksi b). Pada permukaan partikel, elektron fotogenerasi dapat mereduksi oksigen menjadi anion superoksida (reaksi c) dan hole fotogenerasi dapat mengoksidasi OH- atau air untuk membentuk radikal hidroksil (reaksi d).
Reaksi fotokatalisis (Gambar 3) diawali ketika partikel TiO2 mengabsorbsi foton dari cahaya, kemudian pasangan akan terbentuk dalam elektron-hole semikonduktor seperti diperlihatkan pada reaksi 1 dalam Tabel 2. Elektron dan hole pada permukaan semikonduktor masingmasing berperan sebagai reduktor dan oksidator. Pasangan elektron-hole ini akan (i) berekombinasi, yaitu kembali ke keadaan awal dan melepaskan energi foton terabsorbsi sebagai panas (reaksi 5 pada Tabel 2) atau (ii) bermigrasi ke permukaan dan bereaksi dengan senyawa teradsorbsi[8].
Ion hidroksida teradsorbsi dan molekul air membentuk radikal hidroksil melalui mekanisme oksidasi dengan cara mengikat hole, seperti diperlihatkan pada reaksi (6a) dan (6b), kemudian akan mengawali serangkaian reaksi redoks yang kompleks pada permukaan zat padat-cair[8]. Untuk meningkatkan oksidasi titanium dioksida, yang kemudian akan meningkatkan aktivitas fotokatalisis, harus ada akseptor elektron irreversible. Akseptor elektron irreversible merupakan senyawa yang mampu menjaga kesetimbangan muatan dalam sistem dengan cara mereduksi dan mencegah rekombinasi pasangan elektronhole. Oksigen dan hidrogen peroksida merupakan akseptor elektron irreversible yang sangat baik dan dapat dengan mudah ditambahkan ke dalam sistem fotokatalitik. Seperti yang diilustrasikan pada reaksi 8b dan 13 [14]. Radikal hidroksil dihasilkan pada permukaan titanium dioksida, radikal-radikal ini dapat teradsorbsi pada permukaan titanium dioksida atau berdifusi ke dalam larutan. Radikal hidroksil dapat mengoksidasi molekul kontaminan organik melalui empat langkah: 1. Kasus I (reaksi 9): radikal hidroksil tetap teradsorbsi pada atau dekat permukaan titanium dioksida dan akan mengikat molekul kontaminan teradsorbsi. 2. Kasus II (reaksi 10): radikal hidroksil berdifusi ke dalam larutan dan mengikat molekul kontaminan teradsorbsi. 3. Kasus III (reaksi 11): radikal hidroksil tetap teradsorbsi pada atau dekat permukaan titanium dioksida dan mengikat molekul kontaminan terdekat dalam larutan.
5
4.
Kasus IV (reaksi 12): radikal hidroksil berdifusi ke dalam larutan dan mengikat kontaminan juga di dalam larutan. Ringkasan keseluruhan reaksi dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Mekanisme fotokatalisis dengan titanium dioksida [8] Eksitasi −
TiO2 → e + h
+
(1)
Adsorbasi -2
O L + Ti IV
Ti
IV
−
+
H 2 O ↔ O L H + Ti
+ H 2 O ↔ Ti
IV
IV
− OH
−
− H 2O
(2b)
site + R1 ↔ R1,ads OH
•
+ Ti
IV
(2a)
(3) IV
↔ Ti
∫ OH
•
(4)
Rekombinasi −
+
e + h → heat
(5)
Trapping IV
Ti
− OH
IV
Ti
−
+h
− H 2O + h
+
+
↔ Ti ↔ Ti
+
IV
IV
∫ OH ∫ OH
•
(6a) •
+H
+
+
R1,ads + h ↔ R1,ads Ti Ti
−
IV
+ e → Ti
III
+ O2 → Ti
(7)
III
IV
(6b)
(8a) •−
− O2
(8b)
Hidroksil Attack Kasus I
∫
Ti OH
•
+ R1,ads → Ti
IV
+ R2 ,ads
(9)
Kasus II •
OH + R1,ads → R2,ads
(10)
Kasus III Ti
IV
∫ OH
•
+ R1 → Ti
IV
+ R2
(11)
Kasus IV •
OH + R1 → R2
kemudian meminimalisasi rekombinasi pasangan elektron-hole dalam katalis dan meningkatkan kecepatan oksidasi senyawa organik [14]. Seperti yang diindikasikan pada Gambar 4, pasangan elektron-hole dapat dihasilkan dalam semikonduktor melalui absorbsi cahaya dengan energi lebih besar atau sama dengan celah pita energi semikonduktor. Ketika semikonduktor tipe-n dicelupkan pada larutan, maka tingkat energi ferminya berkurang dan menghasilkan pembentukan medan listrik pada interface antara semikonduktor dan larutan elektrolit [13] . Pasangan elektron-hole yang dihasilkan pada daerah medan listrik tersebut, daerah deplesi, akan terpisah dan tidak mengalami rekombinasi. Sebagai konsekuensinya, pada semikonduktor tipe-n, elektron fotogenerasi akan bergerak ke bulk semikonduktor, dimana elektron ini dapat ditransfer baik melalui kawat ke elektroda non-fotoaktif (seperti Pt) atau bergerak ke permukaan ke suatu titik dimana elektron akseptor dapat direduksi. Sementara itu, hole fotogenerasi, dibawah pengaruh medan listrik, akan bermigrasi ke permukaan semikonduktor dan mengoksidasi elektron donor yang cocok. Proses fotoelektrokatalisis ini diilustrasikan pada Gambar 4. Dari tinjauan termodinamik, agar elektron fotogenerasi di pita konduksi dapat mereduksi air, pita potensialnya, (ECB), harus kurang dari E(H+/H2); juga agar hole fotogenerasi pada pita valensi dapat mengoksidasi air, EVB, harus lebih besar dari (O2/H2O) [4].
(12)
Reaksi Radikal Lain −
e + Ti Ti
IV
IV
•−
+
IV
− O2 + 2( H ) ↔ Ti ( H 2 O2 )
•−
− O2 + H
+
↔ Ti
IV
•
( HO ) 2
( H 2 O2 ) + ( OH • ) ↔ ( HO2•− ) + ( H 2 O ) −
−
H 2 O2 + e → OH + OH
•
(13) (14) (15) (16)
Proses Fotoelektrokatalisis
Pemberian potensial listrik melalui film katalis, untuk menghasilkan “fotoreaktor bias”, dapat meminimalisasi rekombinasi Reaktor seperti ini elektron-hole. menggunakan elektroda terpisah: sebuah elektroda kerja yang dilapisi dengan katalis (sebagai fotoanoda) dan sebuah elektroda counter (sebagai katoda). Pemberian potensial positif melewati fotoanoda akan menarik elektron fotogenerasi ke katoda,
Gambar 4. Skema proses fotoelektrokatalisis. Proses ini terjadi pada iradiasi semikonduktor tipe-n yang dicelupkan dalam air dan dibawah pengaruh tegangan positif.
6 Methylene Blue
Methylene Blue yang memiliki rumus adalah senyawa kimia C16H18ClN3S, hidrokarbon aromatik yang beracun dan merupakan dye kationik dengan daya adsorpsi yang sangat kuat. Pada umumnya digunakan sebagai pewarna sutra, wool, tekstil, kertas, peralatan kantor dan kosmetik. Senyawa ini berupa kristal berwarna hijau gelap. Ketika dilarutkan dalam air atau alkohol akan menghasilkan larutan berwarna biru. Memiliki berat molekul 319.86 gr/mol, dengan titik lebur di 105 oC dan daya larut sebesar 4,36 x 104 mg/L. Strukturnya diperlihatkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Struktur molekul kimia Methylene Blue
BAHAN DAN METODE Tempat dan Waktu Penelitian
Kegiatan penelitian dilakukan di Laboratorium Fisika Material Jurusan Fisika dan Laboratorium Analisis Kimia Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Penelitian ini dilakukan sejak bulan Agustus 2005 sampai Agustus 2006 yang terdiri dari penelusuran literatur, kegiatan penelitian dan penulisan laporan.
fotokatalisis, eletroda pencacah platina (Pt), catu daya, neraca analitik, pengaduk magnet, magnet, pipet hisap 5 ml, volumetrik 50 ml, tabung reaksi, scotch-tape, wadah sampel, gelas rod, dan alumunium foil.
Deposisi Film TiO2
Film TiO2 dibuat dengan metode squeegee printing. Pasta titanium disiapkan dengan mencampurkan 3 mg TiO2 bubuk, 3 ml akuades, 1 ml asetylaseton dan 4 gr Polyethyleneglycol (PEG). Campuran ini diaduk selama 1 jam hingga dihasilkan pasta yang mengental. Substrat ITO berukuran (4.5 x 3) cm, sebanyak 4 buah dibersihkan dengan sabun dan direndam dengan aseton dalam ultrasonic cleaner selama 30 menit, kemudian dikeringkan. Tepi-tepi substrat dibingkai dengan scotch-tape, 0.5 cm dari tiap tepi dengan sisi konduktif menghadap ke atas. Deposisi dilakukan dengan meneteskan pasta titanium pada substrat ITO. Pasta diratakan dengan glass rod hingga seluruh substrat tertutup dengan titanium. Substrat yang telah dilapisi dipanaskan di atas piringan pemanas bersuhu 100 oC selama 10 menit hingga lapisan mengering dan scotchtape dapat dilepas tanpa merusak tepi lapisan. Untuk menumbuhkan kristal anatase, film dipanaskan hingga 450 oC dengan kenaikan suhu 5 oC/menit dan di-hold 10 menit pada suhu 100 oC dan 300 oC, sedangkan pada suhu 450 oC di-hold selama 30 menit. Total waktu proses pemanasan adalah dua jam lima belas menit.
Bahan dan Alat
Karakterisasi XRD
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah TiO2 Degussa P25, Acetylaceton (Merck), Polyethyleneglycol 4000 (Merck), akuades, aseton, bubuk methylene blue (Certistain), NaOH, HCl, dan H2O2. Sebagai substrat digunakan kaca konduktif ITO (Indium TinOxide). Peralatan yang digunakan diantaranya furnace (Vulcan), difraktometer sinar-X (Shimadzu tipe XD-610), lampu UV jenis Black Light (UV-A) dengan panjang gelombang maksimum sebesar 360 Å, berdaya listrik 6 Watt (Ultra Violet Products. Inc), Thermo Spectronic 20D+, spektroskopi UV-Vis Genesys-10, ultrasonic cleaner (Cole-Parmer), pH-meter, reaktor
Karakterisasi kristal TiO2 ditentukan dengan difraksi sinar-X (XRD) menggunakan difraktometer sinar-X (Shimadzu model XD610) yang terdapat di Laboratorium X-Ray, Pusat Penelitian dan Pengembangan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Batan (P3IB), Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN), Kawasan PUSPITEK Serpong, Tangerang. Alat ini menggunakan sumber Cu dengan tegangan 30 kV, arus 30mA dan panjang gelombang, λ = 1.54056 Å. Film discan dengan rentang 2θ antara 20-70o. Hasil output karakterisasi XRD berupa kurva hubungan antara 2θ versus intensitas. Kurva ini kemudian dibandingkan dengan kurva XRD dari literatur. Ukuran kristal film TiO2
7
dihitung menggunakan persamaan DebyeScherrer: 0.9λ (17) τ = B cos θ B dimana τ adalah ukuran kristal film, λpanjang gelombang sinar-X yang digunakan; θB adalah sudut puncak; dan B adalah lebar puncak pada setengah intensitas maksimum (FWHM). Pembuatan Reaktor
Reaktor degradasi skala laboratorium yang dibuat adalah model reaktor takalir (Water Static Batch Reactor). Reaktor ini terdiri dari bejana dengan daya tampung 100 ml; film TiO2; elektroda pencacah, Pt; pengaduk magnet; catu daya; lampu UV-A. Bejana dibuat menggunakan bahan aklirik dengan dimensi (5 x 4 x 5) cm. Film TiO2 diletakkan pada salah satu sisi bejana, 1 cm dari dasar bejana. 0,5 cm di atasnya diletakkan elektroda pencacah platina (Pt). Lampu UV diletakkan 3 cm dari mulut bejana. Bagian atas bejana ditutup menggunakan wrapping plastic dan sisisisinya ditutup dengan alumunium foil. Keseluruhan reaktor ditutup dengan kotak kayu untuk menghindari pengaruh cahaya dari luar. Luas lapisan tipis adalah 10 cm2 dan luas elektroda pencacah adalah 0.5 cm2 (Lampiran 1) Pembuatan Kurva Standar Methylene Blue
Kurva karakterisasi absorbansi Methylene Blue, MB, untuk beberapa variasi konsentrasi diperoleh menggunakan spektroskopi UV-Vis Genesys-10 pada panjang gelombang 524-669 nm, sedangkan kurva standar dibuat dengan menscan larutan MB, menggunakan Thermo Spectronic 20D+ pada panjang gelombang 500-700 Å. Untuk selanjutnya spektroskopi yang digunakan untuk mengukur absorbansi larutan adalah Thermo Spectronic 20D+. Spektroskopi Genesys-10 digunakan hanya untuk melihat karakterisasi absorbansi MB. Evaluasi Fotolisis, Fotokatalisis dan Fotoelektrokatalisis
Evaluasi dilakukan melalui beberapa variasi kondisi eksperimen, yaitu fotolisis (kondisi eksperimen dengan UV tanpa TiO2), fotokatalisis (kondisi eksperimen dengan
TiO2 dan UV), dan fotoelektrokatalisis (UV, TiO2 dan pemberian potensial bias eksternal). Sebagai kontrol dilakukan eksperimen pada keadaan gelap (tanpa perlakuan apapun). Larutan MB yang digunakan sebanyak 50 ml dengan konsentrasi awal 5 x 10-6 M. Lampu UV yang digunakan adalah lampu UV-A dengan panjang gelombang maksimum 360 Å. TiO2 disinari dengan lampu ini sepanjang arah normalnya. pH larutan diatur dengan menambahkan NaOH dan HCl. Pengaruh hidrogen peroksida terhadap degradasi MB dilihat dengan menambahkan H2O2 30% sebanyak 0.1 ml. Penambahan potensial bias sebesar +1.0 Volt, dimana platina yang digunakan sebagai elektroda counter dihubungkan ke kutub negatif power supply sedangkan film TiO2 dihubungkan ke kutub positif. Konsentrasi MB setelah diberi perlakuan diukur dengan Thermo Spectronic 20D+. Petikan sampel diambil pada menit ke- 0, 30, 60, 90, 120, dan 150. Degradasi MB dinyatakan dengan kecepatan reaksi kinetik: dC − dt = kC (18) C = C0 e − k t (19) C = −kt ln (20) Co dimana: dC dt = laju degradasi Methylene Blue (Molar/menit) Co = konsentrasi awal Methylene Blue (dalam Molar) C = konsentrasi Methylene Blue setelah waktu t (dalam Molar) t = waktu (dalam menit) k = tetapan kelajuan degradasi (dalam menit-1)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil XRD Film TiO2 dan Ukuran Partikel
Pendeposisian TiO2 bubuk dengan metode squeegee printing pada substrat ITO (Indium Tin Oxide) dengan binder PEG memperlihatkan hasil yang baik. Adanya PEG sebagai binder meningkatkan gaya adhesi partikel sehingga TiO2 menempel dengan kuat pada substrat. Hal ini terlihat dari morfologi lapisan yang tidak rusak setelah diberi beberapa perlakuan.
8
Gambar 6. Kristalografi TiO2
Tabel 3.. Susunan puncak dan intensitas kristal TiO2 fase anatase
d (Å)
2θ (deg)
Sampel
Literatur
25,127 37,755 47,891 53,798 54,882 62,633
3,5411 2,3807 1,8978 1,7025 1,6714 1,4819
3,5298 2,3947 1,8985 1,7104 1,6720 1,4877
hkl 101 400 200 105 211 204
Struktur film diperiksa menggunakan XRD. Gambar 6 memperlihatkan pola difraksi film TiO2 yang dipanaskan hingga 450o. Pada pola tersebut tampak bahwa ada enam puncak yang konsisten dengan puncak untuk kristal anatase, sedangkan kristal rutil tidak terdeteksi pada pola difraksi. Hasil ini menunjukkan bahwa proses pemanasan yang dilakukan hingga 450o cukup untuk membentuk kristal anatase dan tidak berlebih sehingga terbentuk kristal rutil. Rangkuman puncak-puncak tersebut diperlihatkan pada Tabel 3. Perbandingan hasil XRD sampel dan literatur diberikan pada Lampiran 2. Perbandingan parameter kisi sampel TiO2 dan standar diperlihatkan pada Tabel 4. Dari data ini dapat dilihat bahwa nilai parameter a dan c sampel tidak jauh berbeda dengan nilai parameter dari literatur. Nilai ini mengindikasikan bahwa film TiO2 yang dibuat memiliki struktur tetragonal. Perhitungan parameter kisi diperlihatkan pada Lampiran 3. Ukuran kristal mempengaruhi aktivitas fotokatalisis. Film dengan ukuran kristal yang kecil (skala nanometer) dapat
meningkatkan aktivitas fotokatalis melalui peningkatan generasi elektron dan hole. Ukuran kristal dihitungdengan formula Scharrer. Perhitungannya dapat dilihat pada Lampiran 4. Dari hasil perhitungan keenam puncak pola XRD diperoleh bahwa partikel TiO2 sampel memiliki ukuran kristal sebesar 24.545 nm. Tabel 4.. Perbandingan parameter kisi kristal sampel pada lapisan TiO2 dan literatur
Parameter a (Å) c (Å)
Sampel 3,7945 9,518061
Literatur 3,797 9,579
Kurva Standar Methylene Blue
Hasil scan larutan MB (Gambar 7) menggunakan spektroskopi UV-Vis Genesys10 memperlihatkan kurva karakteristik absorbansi Methylene Blue dengan puncak maksimum berada pada panjang gelombang 664 nm. Nilai ini tidak terlalu berbeda dari literatur yaitu 666 nm. Dari hasil tersebut dapat dilihat bahwa spektrum absorbansi MB menurun dengan menurunnya konsentrasi larutan. Kurva standar Methylene Blue (Gambar 8) diperoleh dengan menscan larutan menggunakan spectronic 20-Milton Roy. Data hasil scanning dengan spectronic 20 diperlihatkan pada Lampiran 5.1. Karena adanya hubungan linear antara konsentrasi dengan panjang gelombang 664 nm, maka untuk selanjutnya hasil eksperimen fotodegradasi diukur pada panjang gelombang ini.
9 2
konsentrasi 0.0001 konsentrasi 0.00009 konsentrasi 0.00008
1,8
konsentrasi 0.00007 konentrasi 0.00006
1,6
1,4
Absorbansi
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0 500
550
600
650
700
Panjang Gelombang (nm)
Gambar 7. Spektrum karakterisasi absorbansi Methylene Blue untuk konsentrasi 1 x 10-4 -5 -5 -5 M, 9 x 10 M, 8 x 10 M, 7 x 10 M dan 6 x 10-5 M menggunakan spektroskopi UVVis Genesys-10.
0,5
y = 0,0576x - 0,007 R 2 = 0,9919
Absorbansi
0,4 0,3 0,2 0,1
Gambar 9. memperlihatkan profil degradasi fotokatalisis MB untuk konsentrasi awal 7 x 10-6 MB, 6 x 10-6 MB, dan 5 x 10-6 M. Grafik hubungan antara C/Co terhadap lama perlakuan memperlihatkan adanya penurunan tetapan kelajuan degradasi dengan meningkatnya konsentrasi awal MB. Nilai t untuk ketiga konsentrasi awal tersebut adalah 0.0075, 0.0079, dan 0.0102 (menit-1) untuk konsentrasi 7 x 10-6 M, 6 x 10-6 M, dan 5 x 10-6 M (Gambar 10) . Pada larutan dengan konsentrasi MB yang tinggi, jumlah molekul MB yang terkandung dalam larutan juga akan semakin tinggi. Molekul ini akan menghalangi foton untuk mencapai TiO2, sehingga akan menurunkan kecepatan degradasi. Fenomena sebaliknya teramati untuk larutan dengan konsentrasi MB yang rendah. Peluang foton untuk mencapai TiO2 bertambah karena molekul MB dalam larutan lebih sedikit. Selain itu, larutan dengan konsentrasi MB yang tinggi membutuhkan radikal hidroksil yang lebih banyak dalam proses degradasi. Karena luas permukaan katalis yang digunakan selama proses fotokatalisis tetap, maka jumlah radikal OH • yang dihasilkan oleh katalis juga akan konstan. Akibatnya akan terjadi kurangan pasokan radikal pada proses degradasi dengan konsentrasi awal yang tinggi, dan hanya akan menghasilkan tetapan kelajuan degradasi yang kecil.
0 2,5
3,5
4,5
5,5
6,5
7,5
Pengaruh pH Awal MB
Konsentrasi
Gambar 8. Kurva standar Methylene Blue (menggunakan Spektronic 20- Milton Roy). .
Pengaruh Konsentrasi Awal MB 1,2 1
C/Co
0,8 0,6
Nilai pH merupakan parameter penting pada proses degradasi. pH larutan mempengaruhi muatan permukaan TiO2, kekuatan ionik, sifat dye dan mempengaruhi adsorbsi dye pada partikel TiO2. Nilai pH dimana permukaan suatu oksida tidak bermuatan didefinisikan sebagai zero point charge (pHzpc). Untuk TiO2, pHzpc bernilai 6.25. Di bawah nilai ini TiO2 akan bermuatan positif, sedangkan di atasnya bermuatan negatif berdasarkan reaksi: +
c
0,4 0,2
−
a; Konsentrasi 5 x 10E-6 M
b
b; Konsentrasi 6 x 10E-6 M
a
c; Konsentrasi 7 x 10E-6 M
0 0
30
60 90 Lama Perlakuan (menit)
Gambar 9. Pengaruh konsentrasi awal terhadap degradasi fotokatalisis MB.
+
TiOH + H → TiOH 2
120
−
(21)
TiOH + OH → TiO + H 2 O (22) Pengaruh pH terhadap proses degradasi MB diamati pada kondisi ekperimen fotokatalisis. Konsentrasi awal MB yang digunakan adalah 5 x 106 M. pH larutan diatur dengan menambahkan NaOH dan HCl hingga diperoleh larutan dengan pH 3, 7, dan 11.
10
Uji ini memperlihatkan bahwa degradasi terbesar teramati pada larutan dengan pH 11, diikuti dengan larutan pH 7 dan 3. Setelah 150 menit perlakuan, larutan MB pH 11 terdegradasi sebesar 70 %, sedangkan untuk larutan pH 7 dan 3 sebesar 44 % dan 30 % (Gambar 10). MB merupakan senyawa yang memiliki ikatan S+ sehingga MB termasuk dalam jenis dye kationik. Pada larutan dengan pH tinggi, MB yang bermuatan positif (bersifat basa) akan mudah teradsorbsi pada permukaan TiO2 yang bermuatan negatif. Adsorbsi MB meningkat karena adanya interaksi elektrostatik antara MB dan partikel TiO2. sebaliknya, pada pH rendah (bersifat asam), adsorbsi MB pada permukaan TiO2 menjadi sulit karena adanya gaya tolak menolak antara MB dan partikel TiO2 yang sama-sama bermuatan positif. Dari hasil ini dapat disimpulkan bahwa degradasi MB paling baik dilakukan pada keadan basa. Semakin bersifat basa larutan tersebut, degradasi MB akan semakin baik.
Evaluasi Aktivitas Fotokatalisis dan Fotoelektrokatalisis
80 70 Persen Degradasi (%)
Foton yang diabsorbsi dapat mengawali reaksi fotolisis dengan menyerang ikatan kromofor MB. Foton juga mampu mengaktifkan molekul air untuk membentuk radikal hidroksil, yang akan ikut berperan dalam menguraikan molekul MB. Degradasi melalui penyinaran langsung oleh UV hanya memberikan penurunan konsentrasi sebesar 27,22 % setelah penyinaran selama 150 menit, dengan tetapan kelajuan degradasi sebesar 0.00005 menit-1 (Tabel 5). Kurva degradasinya memperlihatkan penurunan kurva yang landai (Gambar 11b) dibandingkan kurva proses degradasi lainnya. Setelah proses penyinaran, tidak tampak adanya perubahan warna larutan jika dibandingkan kontrol (perlakuan pada menit ke-0). Hal ini mengindikasikan bahwa foton tidak cukup mampu untuk menguraikan ikatan kromofor MB, dimana jumlah radikal hidroksil yang dihasilkan oleh foton tidak banyak, sehingga tidak tampak adanya perubahan warna larutan.
60 50 40 30 20 10 0 0
3
6 pH
9
12
Gambar 10. Hubungan antara pH dan persen degradasi MB
Evaluasi Aktivitas Fotolisis, Fotokatalisis dan Fotoelektrokatalisis Evaluasi Aktivitas Fotolisis
Warna pada dye muncul karena adanya grup kromofor. Kromofor merupakan konfigurasi radikal yang mengandung elektron terdelokalisasi. Konfigurasi kromoforik diantaranya azo (-N=N-), karbonil (=C=O), karbon (=C=C), karbon nitrogen (>C=NH atau –CH=N-); nitroso (NO atau N-OH); nitro (-NO2 atau =NO-OH); sulfur (C=S). Fotolisis adalah proses dimana ikatan kimia MB diputus oleh energi foton cahaya UV. Ketika foton UV memasuki medium, foton akan ditransmitansi atau diabsorbsi oleh medium dan molekul MB yang terlarut.
Gambar 11. Perbandingan proses degradasi MB. a gelap, b : fotolisis, c : fotokatalisis, d fotoelektrokatalisis, e : fotolisis+ H2O2, f dan g fotokatalisis+ H2O2 fotoelektrokatalisis+ H2O2
: : : :
Penambahan semikonduktor sebagai katalis pada proses fotolisis dinamakan fotokatalisis. Pada proses fotokatalisis, ikatan kimia pada MB akan dipecah oleh radikal hidroksil, OH • , yang tersedia dalam larutan. Grafik penurunan konsentrasi MB melalui proses fotokatalisis lebih tajam dibandingkan proses fotolisis (Gambar 11c), dengan persentase penurunan konsentrasi MB
11
sebesar 61.50 % (Gambar 13), sedangkan konstanta kelajuan degradasinya bernilai 0.0065 menit-1. Perubahan warna larutan MB terlihat dengan jelas pada menit ke-150 (Gambar 14), dimana warna larutan menjadi lebih bening dibandingkan kontrolnya. 0
30
60
90
120
150
0
ln (C/Co)
-0,5
-1
Tingginya hasil degradasi dengan metode fotoelektrokatalisis mengindikasikan bahwa rekombinasi pasangan elektron/hole dapat dikurangi, sehingga keberadaan radikal yang bertanggung jawab untuk memecah ikatan kimia molekul akan lebih banyak tersedia dalam larutan, dan cukup untuk memecah ikatan kromofor MB sehingga larutan menjadi tidak berwarna setelah 150 menit perlakuan, sedangkan pada proses fotokatalisis tidak banyak terjadi perubahan warna karena kurangnya konsentrasi radikal dalam larutan.
Gelap
-1,5
Fotolisis Fotokalisis Fotoelektrokatalisis
-2
Fotolisis + H2O2 Fotokatalisis + H2O2 Fotoelektrokatalisis + H2O2
-2,5
Waktu Perlakuan (Menit)
Gambar 12. Hubungan linear antara ln (C/CO) dan lama perlakuan
Persen Degradasi (%)
Pemberian potensial bias eksternal sebesar +1.0 Volt memperlihatkan hasil yang lebih baik dibandingkan proses fotokatalisis dan fotolisis, dimana pada menit ke-90, konsentrasi MB sudah terdegradasi lebih dari setengah konsentrasi awalnya. Pada akhir menit ke-150, degradasi dengan metode ini memberikan hasil yang sangat memuaskan dengan persentase degradasi sebesar 84.19% (Gambar 13) dan tetapan kelajuan degradasi sebesar 0.011 menit-1. Pada Gambar 11.d, dapat dilihat bahwa grafik degradasi fotoelektrokatalisis lebih curam dibandingkan dua metode sebelumnya, dan dari Gambar 14, dapat diamati bahwa warna larutan menjadi lebih jernih dibandingkan kontrol. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
83,68 %
84,19 %
89,23 %
76,63 % 61,5 %
27,22 %
a
b
c
d
e
f
Variasi Perlakuan
Gambar 13. Grafik persentase penurunan konsentrasi MB untuk beberapa variasi perlakuan, dimana a: fotolisis; b: fotokatalisis; c: fotolisis+H2O2; d: fotoelektrokatalisis; e: fotokatalisis+H2O2; f: fotoelektrokatalisis+H2O2
Gambar 14. Foto hasil degradasi untuk fotolisis (kiri atas), fotokatalisis (kanan atas) dan fotoelektrokatalisis (bawah)
Pengaruh Penambahan H2O2
Penambahan H2O2 dapat meningkatkan konsentrasi radikal hidroksil. Radikal ini dapat menghambat rekombinasi berdasarkan reaksi −
−
H 2 O2 + e → OH + OH
•
(23)
H2O2 mempunyai dua fungsi dalam proses degradasi, yaitu H2O2 selain mengikat elektron sehingga terjadi pemisahan muatan • juga berfungsi membentuk radikal OH . •−
H 2 O2 + O2 → OH
−
+ OH • + O2
(24)
Penambahan senyawa H2O2 dapat mempengaruhi proses fotolisis, fotokatalisis dan fotoelektrokatalisis. Pada fotolisis, pengaruh penambahan H2O2 terlihat sangat signifikan. Hal ini dapat dilihat dari Gambar 11.e, dimana grafik fotolisis+H2O2 menurun dengan tajam dibandingkan proses fotolisis saja. Hal ini dikarenakan adanya tambahan radikal hidroksil melalui reaksi H 2 O2 + hv → 2OH •
(25)
Proses fotolisis + H2O2 menyumbangkan persentase degradasi sebesar 76.63% dengan tetapan kelajuan degradasi sebesar 0.0105 menit-1.
12
Pada proses fotokatalisis dan fotoelektrokatalisis, penambahan H2O2 tidak memperlihatkan hasil maksimal dibandingkan pada proses fotolisis (Gambar 11f dan 11g). Pertambahan persentase degradasi hanya sebesar 22.69 % untuk proses fotokatalisis+H2O2 dan 5.55 % untuk fotoelektrokatalisis+H2O2. Sangat kecil jika dibandingkan dengan pertambahan persentase degradasi pada proses fotolisis yang mencapai 49.41% (Gambar 13). Hal ini disebabkan karena konsentrasi yang ditambahkan dalam larutan terlalu tinggi, sehingga akan menimbulkan efek negatif. Efek negatif ini yaitu terbentuknya radikal •
OH 2
yang kurang reaktif dibandingkan
radikal OH , dan terbentuknya molekul gas dalam sistem. Molekul gas ini tidak terlarut, melainkan menempel pada permukaan film dan elektroda Pt, sehingga akan menghalangi transfer energi foton. Secara umum penambahan H2O2 dapat meningkatkan kecepatan degradasi MB, dilihat dari nilai tetapan kelajuan degradasi, dimana untuk proses fotokatalisis+H2O2 tetapan ini bernilai 0.011 menit-1 dan untuk fotoelektrokatalisis+H2O2 sebesar 0.0145 menit-1. Nilai ini diperoleh dari kurva linear hubungan antara C/Co terhadap waktu perlakuan (Gambar 12). •
Tabel 5. Tetapan kelajuan degradasi methylene blue Variasi Fotoelektrokatalisis + H2O2 Fotokatalisis + H2O2 Fotolisis + H2O2 Fotoelektrokatalisis Fotokatalisis Fotolisis
k (menit-1) 0,0145 0,011 0,0105 0,0121 0,0065 0.00005
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan
Film TiO2 dapat dibuat menggunakan squeegee printing dengan metoda mencampurkan TiO2 degussa, asetilaseton, PEG, dan akuades, kemudian melapiskannya pada permukaan ITO. Pemanasan hingga 450o terbukti menumbuhkan kristal anatase TiO2. PEG dalam pembuatan film terbukti meningkatkan gaya adhesi TiO2 dengan substrat dilihat dari tidak mudah rusaknya film setelah penggunaan berulang. Rancangan reaktor takalir skala laboratorium menghasilkan reaktor dengan daya tampung dan luas film yang
proporsional. Hal ini dapat dilihat dari hasil degradasinya yang baik. Metode fotoelektrokatalisis dan fotokatalisis berbasis semikonduktor TiO2 terbukti mampu menurunkan konsentrasi MB dalam air. Konsentrasi dan pH awal larutan MB merupakan faktor penting yang harus diperhatikan untuk mendapatkan hasil degradasi yang maksimal. Degradasi MB memperlihatkan hasil yang baik pada konsentrasi awal yang rendah dan pada keadaan basa. Kombinasi fotoelektrokatalisis dan penambahan H2O2 memperlihatkan hasil terbaik diikuti fotoelektrokatalisis, dan fotokatalisis. fotokatalisis+H2O2 Penambahan potensial bias dan H2O2 terbukti dapat meningkatkan kecepatan degradsi melalui pemisahan elektron/hole. Saran
Masih banyak metode yang dapat digunakan untuk meningkatkan hasil degradasi. Diantaranya adalah penambahan oksigen terlarut. Penambahan oksigen dalam sistem degradasi juga dapat mengurangi rekombinasi elektron/hole, dimana elektron bertindak sebagai donor elektron. Keberadaan oksigen dalam sistem juga sangat penting, dimana beberapa peneliti telah menemukan bahwa proses degradasi sangat dipengaruhi oleh kadar oksigen dalam sistem. Penelitian sebelumnya selalu menggunakan reaktor takalir dalam proses degradasi. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan menggunakan reaktor alir, dan melihat pengaruhnya pada proses degradasi.
DAFTAR PUSTAKA [1] Carneiro, et al. 2004. Evaluation of color removal and degradation of a reactive textile azo dye on nanoporous TiO2 thin-film electrodes. Electrochimica Acta 49: 3807–3820. [2] Silva, et al. Catalytic oxidation of methylene blue in aqueous solutions. Instituto de Ingenieria Quimica– Universidad Nasional de San Juan– Argentina. [3] Parmon, V, et al. 2001. Glossary of Terms in Photocatalysis and Radiocatalysis. International Journal of Photoenergy.
13
[4] Mills, A and Hunte, L.S. 1997. An Overview of Semiconductor Photocatalysis. J. of Photochem. and Photobio A: 108: 1-35. [5] Aitali, Khadija M. 2002. Wastewater depollution by photocatalytic and bidegradation processes. Universite Hassan II Faculte Des Sciences Ain Chok Departement De Chime. [6] Balasubramanian, G, et al. 2003. Titania Powder Modified Sol-gel Process for Photocatalytic Aplications. J. of Material Science. 83: 823-831. [7] Vulliet, E, et al. 2003. Factors influencing the Photocatalytic Degradation of Sulfonylurea Herbicides by TiO2 Aqueous Suspension. J. of Photochem. and Photobio A. 159:71-79 [8] Macias, L, T. 2003. The Design and Evaluation of A Continuous Photocatalytic Reactor Utilizing Titanium Dioxida in Thin Film of Mesoporous Sililca. A Thesis for the Degree of Master of Science in Chemical Engineering in Mississippi State University. [9] Jiang, D., et al. 2004. Stuedies of Photocatalytic Processes at Nanoporous TiO2 Film Electrodes By Photoelektrochemical Techniques and Development of A Novel Methodology for Rapid Determination of Chemical Oxygen Demand. University Griffith, School of Environmental and Applied Sciences I. 2003. Desinfeksi [10] Marlupi, Escherichia coli melalui fotokatalisis Titanium Dioksida (TiO2) Bubuk Fase Rutil. [Skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
[11] Linsebigier, A L, et al. 1995. photocatalysis on TiO2 surface: principles, mechanisms, and selected results. Chem. Rev 95: 735-758.
[12] Diebold, U. 2003. The surface science of titanium dioxide. Surface science report 48: 53-229 [13] Gunlazuardi, J. 2001. Fotokatalisis pada permukaan TiO2 : Aspek fundmental dan aplikasinya. Seminar Nasional Kimia Fisika II. Jurusan kimia, FMIPA, Universitas Indonesia. 2003. Photoelectrocatalytic [14] EPA. degradation and removal of organic and inorganic contaminants in ground waters. Cincinnati, Ohio. et al. 2004. [15] Senthilkumaar, photodegradation of a textile dye catalyze by sol-gel derived nanocristalline TiO2 via ultrasonic irradiation. J. of Photochemistry and Photobiology A : Chemistry 170 : 225-232
[16] Sudana, A. 2003. Deposisi dan karakerisasi lapisan tipis titanium dioksida (TiO2) dalam proses desinfeksi escherichia coli. [Skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. [17] Poulios and Tsachpinis. 1999. Photodegradation of the textile dye reactive black 5 in the presence of semiconducting oxides. J. Chem Technol Biotechnol 74: 349-357. [18] Allen, S.J. and Koumanova, B. 2005. Decolourisation of water/waste water using absorpsi (Review). Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy 40: 175-192 [20] Shen, Q and Toyoda, T. 2003. Studies of optical absorption and electron transport in nanocrystalline TiO2 electrodes. Thin solid film: 167-170. et al. 2001. [21] Taicheng, Photoelectrochemical degradation of methylene blue with nano TiO2 under high potensial bias. Mater. Phys. Mech 4: 101-106
[22] Bhatkhande, et al. 2004. Photocatalytic and photochemical degradation of
14
nitrobenzene using artificial Chemical ultraviolet light. engineering journal 102: 283-290 [23] Irmak, et al. 2004. Degradation of 4chloro-2-methylpenol in aqueous solution by UV irradiation in the presence of titanium dioxide. Applied catalyst B: Environmental 54: 85-91 [24] Zhang, et al. Photoelectrocatalytic degradation of reactive brilliant orange K-RBOKR in a new continuous flow photoelectrocatalytic reactor. Applied catalysis A: 221-229 [25] Qamar, et al. 2005. Photocatalytic degradation of two selected dye derivatives, chromotrope 2B and amino black 10B, in aqueoud suspensions of titanium dioxide. Dye and pigments 65: 1-9
LAMPIRAN
15 Lampiran 1. Skema reaktor degradasi
16 Lampiran 2. Tabel Standar Struktur Tegragonal TiO2 pada XRD dengan λ = 1.54056
17 Lampiran 3. Penentuan parameter kisi dengan metode Cohen (Cullity & Stock, 2001) 3.1 Persamaan-persamaan dalam menentukan parameter kisi dengan metode Cohen. Persamaan umum: λ=2d sin θ .........................................................................................................................(3.1.1) Penentuan sistem kristal tetragonal menggunakan persamaan: h2 + k 2 l 2 1 = + 2 ..........................................................................................................(3.1.2) 2 d a2 c 2
2
∑ α sin θ = C ∑ α + B ∑ αγ + A∑ αδ 2
2
∑ γ sin θ = C ∑ γα + B ∑ γ + A∑ γδ ..........................................................................(3.1.3) 2
∑ δ sin θ = C ∑ αδ + B ∑ γδ + A∑ δ
2
Dengan α = h 2 + k 2 ; γ = l ; δ = 10 sin 2θ ; A = D 10 ; B = λ 2
2
2
4ac 2 ; C = λ 2 4a 2
Keterangan: a,c : parameter kisi h,k,l : indeks Miller λ : panjang gelombang θ : sudut difraksi A,B,C : numerator Numerator diperoleh dengan menggunakan mengeliminasi persamaan (3.3) Persentase ketepatan hasil perhitungan parameter kisi yang diperoleh dibandingkan dengan nilai literatur, dengan menggunakan persamaan: Ketepatan nilai a = 100% - ∆a/al Ketepatan nilai c = 100% - ∆c/cl Keterangan a c al cl
: nilai a sampel hasil perhitungan : nilai c sampel hasil perhitungan : nilai a literatur : nilai c literatur
18 3.2 Penentuan parameter kisi kristal pada TiO2 3.2.1 Data-data pendukung analisis parameter kisi kristal TiO2 hkl 101 004 200 105 211 204 Σ
2θ 25,127 37,755 47,891 53,798 54,882 62,633
θ 12,564 18,878 23,946 26,899 27,441 31,317
α 1 0 4 1 5 4 15
α2 1 0 16 1 25 16 59
γ2 1 256 0 625 1 256 1139
γ 1 16 0 25 1 16 59
αγ 1 0 0 25 5 64 95
sin 22θ 0,180285 0,374887 0,550371 0,651136 0,669059 0,788686 3.214424
Sin2θ 0,047315 0,104678 0,164722 0,204675 0,212364 0,270150 1.003905
δ 1,802852 3,748868 5,503711 6,511360 6,690586 7,886861 32.44237
δ2 3,250274 14,054011 30,290834 42,397812 44,763936 62,202574 196,959442
γδ 1,802852 59,981888 0,000000 162,784006 6,690586 126,189774 357,449105
αδ 1,802852 0,000000 22,014844 6,511360 33,452928 31,547443 95,329427
3.2.2 Hasil penentuan parameter kisi kristal TiO2 B
C
0.080928245
0.041208753
a
c
Sampel
Literatur
Sampel
Literatur
3,7945
3,797
9,518061
9,579
∆a/a
∆c/c
% ketepatan a
% ketepatan c
0.00066
0.0064
99.999
99.994
α Sin2 θ 0,047315 0,000000 0,658889 0,204675 1,061821 1,080602 3,053302
γ Sin2 θ 0,047315 1,674850 0,000000 5,116870 0,212364 4,322407 11,373807
δ Sin2 θ 0,085302 0,392424 0,906584 1,332711 1,420841 2,130639 6,268502
19 Lampiran 4. Penentuan ukuran kristal dengan metode Cohen Untuk mementukan ukuran kristal digunakan persamaan: 0,94λ B cos θ = + η sin θ ................................................................................................(4.1.1)
σ
B λ θ σ η
: FWHM (full width half maximum) : panjang gelombang sinar-X (Cu = 1.54056 Å), : sudut difraksi sinar X (derajat) : ukuran partikel, : mikro strain
Ukuran kristal didapatkan dengan cara memasukkan semua puncak yang muncul ke dalam persamaan diatas, dengan menganggap y = Bcosθ, dan x = sinθ persamaan diatas menjadi y = a + bx, Dengan menggunakan regresi linear akan bisa didapatkan nilai a dan b, dari nilai a dapat diketahui ukuran kristal (σ). sin θ 0,217521 0,323546 0,405867 0,452419 0,460835 0,519765
b cos θ 0,006576 0,008786 0,006428 0,007098 0,007776 0,00917
0,01
y = 0,0044x + 0,0059 R2 = 0,1752
0,009 0,008
b cos θ
0,007 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0,001 0 0,2
0,25
0,3
0,35 sin θ
a= σ =
σ =
0, 94λ
σ 0, 94λ a
; maka ukuran partikel TiO 2 ;
0, 94(1, 54056)
0, 0059 = 245,4452 Å = 24,54452 nm
0,4
0,45
0,5
0,55
20 Lampiran 5. Pengolahan data degradasi Methylene Blue
5.1 Data scanning larutan Methylene Blue pada panjang gelombang 640 – 682 nm menggunakan Thermo Spectronic 20D+. Data ini digunakan untuk mendapatkan kurva standar untuk penentuan konsentrasi larutan setelah diberi perlakuan. 7 x 10-6- M 0,29 0,306 0,32 0,334 0,353 0,368 0,384 0,392 0,398 0,396 0,382 0,362 0,338 0,307 0,264
6 x 10-6- M 0,248 0,259 0,27 0,281 0,297 0,312 0,322 0,332 0,335 0,333 0,324 0,309 0,29 0,257 0,228
5 x 10-6- M 0,204 0,211 0,222 0,233 0,245 0,257 0,266 0,273 0,276 0,274 0,265 0,252 0,233 0,217 0,186
4 x 10-6- M 0,174 0,183 0,19 0,197 0,207 0,22 0,227 0,232 0,237 0,232 0,229 0,219 0,202 0,184 0,162
3 x 10-6- M 0,112 0,122 0,125 0,131 0,134 0,145 0,149 0,157 0,159 0,157 0,151 0,146 0,137 0,122 0,102
0,45 Konsentrasi 7 x 10 E-6 M Konsentrasi 6 x 10 E-6 M
0,4
Konsentrasi 5 x 10 E-6 M Konsentrasi 6 x 10 E-6 M Konsentrasi 3 x 10 E-6 M
0,35
Absorbansi
λ 640 643 646 649 652 655 658 661 664 667 670 673 676 679 682
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1 620
640
660
680
700
Panjang Gelombang (nm) Gambar 5.1.1. Hasil plot data scaning MB dari data di atas.
21 0,5
y = 0,0576x - 0,007 R2 = 0,9919
Absorbansi
0,4 0,3 0,2 0,1 0 2,5
3,5
4,5
5,5
6,5
7,5
Konsentrasi Gambar 5.1.2. Hubungan linear antara absorbansi dan konsentrasi MB pada panjang gelombang 664 nm.
Dari grafik di atas diperoleh persamaan y = 0.0576x - 0.007, dimana x adalah konsentrasi, C, dan y adalah absorbansi, A. Persamaan tersebut dapat ditulis kembali dalam bentuk:
C=
A + 0.007 0.0576
Persamaan ini selanjutnya digunakan untuk menghitung nilai konsentrasi larutan setelah diberi perlakuan. 5.2 Perbandingan degradasi fotokatalisis variasi konsentrasi Variasi
Konsentrasi 5 x 10-6 M
Konsentrasi 6 x 10-6 M
Konsentrasi 7 x 10-6 M
Menit ke0 30 60 90 120 150 0 30 60 90 120 150 0 30 60 90 120 150
A
0,292 0,158 0,129 0,097 0,073 0,065 0,345 0,236 0,195 0,153 0,123 0,118 0,492 0,364 0,287 0,227 0,195 0,19
C
C/Co
Ln(C/Co)
5,190 2,882 2,383 1,832 1,418 1,281 6,102 4,225 3,519 2,796 2,279 2,193 8,634 6,429 5,103 4,070 3,519 3,433
1,000 0,555 0,459 0,353 0,273 0,247 1,000 0,692 0,577 0,458 0,374 0,519 1,000 0,745 0,591 0,471 0,408 0,534
0,000 -0,588 -0,778 -1,041 -1,297 -1,399 0,000 -0,368 -0,550 -0,780 -0,985 -0,656 0,000 -0,295 -0,526 -0,752 -0,897 -0,627
22 dimana: A : Absorbansi C : Konsentrasi MB pada menit ke: Konsentrasi awal MB (tidak diberi perlakuan, pada menit ke – 0) CO
5.3 Perbandingan degradasi fotokatalisis variasi pH
Variasi
Konsentrasi 5 x 10-6 M, pH 3
Konsentrasi 5 x 10-6 M, pH 7
Konsentrasi 5 x 10-6 M, pH 11
Menit ke-
0 30 60 90 120 0 30 60 90 120 0 30 60 90 120
A
C
C/Co
Ln(C/Co)
0,354 0,321 0,298 0,252 0,244 0,27 0,231 0,178 0,184 0,149 0,204 0,179 0,167 0,125 0,061
6,257 5,689 5,293 4,501 4,363 4,811 4,139 3,226 3,330 2,727 3,674 3,244 3,037 2,314 1,212
1,000 0,909 0,846 0,719 0,697 1,000 0,860 0,671 0,692 0,567 1,000 0,883 0,827 0,630 0,330
0,000 -0,095 -0,167 -0,329 -0,361 0,000 -0,150 -0,399 -0,368 -0,568 0,000 -0,125 -0,190 -0,462 -1,109
5.4 Perbandingan metoda fotolisis, fotokatalisis, fotoelektrokatalisis dan penambahan H2O2 Perlakuan
Gelap
Fotolisis
Fotokatalisis
Menit ke-
0 30 60 90 120 150 0 30 60 90 120 150 0 30 60 90 120 150
A
C
C/Co
Ln(C/Co)
0,189 0,184 0,183 0,183 0,182 0,188 0,189 0,156 0,154 0,153 0,138 0,135 0,189 0,143 0,102 0,093 0,07 0,067
3,416 3,330 3,313 3,313 3,295 3,399 3,416 2,848 2,813 2,796 2,538 2,486 3,416 2,624 1,918 1,763 1,367 1,315
1,000 0,975 0,970 0,970 0,965 0,995 1,000 0,834 0,824 0,819 0,743 0,728 1,000 0,768 0,561 0,516 0,400 0,385
0,000 -0,026 -0,031 -0,031 -0,036 -0,005 0,000 -0,182 -0,194 -0,200 -0,297 -0,318 0,000 -0,264 -0,577 -0,662 -0,916 -0,955
23 0 30 60 90 120 150 0 30 60 90 120 150 0 30 60 90 120 150 0 30 60 90 120 150
Fotoelektrokatalisis
Fotolisis+H2O2
Fotokatalisis+H2O2
Fotoelektrokatalisis+H2O2
0,189 0,117 0,079 0,061 0,031 0,023 0,189 0,152 0,129 0,072 0,046 0,037 0,189 0,086 0,072 0,05 0,04 0,022 0,189 0,115 0,061 0,042 0,026 0,012
3,416 2,176 1,522 1,212 0,695 0,557 3,416 2,779 2,383 1,401 0,953 0,798 3,416 1,642 1,401 1,022 0,850 0,540 3,416 2,142 1,212 0,885 0,609 0,368
1,000 0,637 0,445 0,355 0,203 0,163 1,000 0,813 0,698 0,410 0,279 0,234 1,000 0,481 0,410 0,299 0,249 0,158 1,000 0,627 0,355 0,259 0,178 0,108
0,000 -0,451 -0,809 -1,036 -1,592 -1,813 0,000 -0,206 -0,360 -0,891 -1,276 -1,454 0,000 -0,732 -0,891 -1,206 -1,391 -1,844 0,000 -0,467 -1,036 -1,351 -1,724 -2,228
5.5 Konstanta kelajuan degradasi k (menit-1) 0,0145 0,011 0,0105 0,0121 0,0065 0.0018
Variasi Fotoelektrokatalisis+H2O2 fotokatalisis + H2O2 fotolisis+H2O2 fotoelektrokatalisis fotokatalisis fotolisis
5.6 Persentase penurunan konsentrasi methylene blue (dalam persen) waktu Fotoelektrokatalisis+H2O2 fotokatalisis+H2O2 fotolisis+H2O2 fotoelektrokatalisis fotokatalisis fotolisis
0 0 0 0 0 0 0
30 37,30 51,92 28,73 36,30 23,19 16,64
60 64,53 58,98 30,25 55,45 43,86 17,64
90 74,11 70,07 58,98 64,53 48,40 18,15
120 82,17 75,11 72,09 79,65 59,99 25,71
150 89,23 84,19 76,63 83,68 61,50 27,22
