MODIFIKASI GRAFIT MESOPORI DENGAN PELAPISAN POLIPIROL SEBAGAI ELEKTRODA PADA MICROBIAL FUEL CELL SINGLE CHAMBER
YUDHA JATI WIRATMOKO
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Modifkasi Grafit Mesopori dengan Pelapisan Polipirol Sebagai Elektroda pada Microbial Fuel Cell Single Chamber adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, September 2014 Yudha Jati Wiratmoko NIM G74100073
ABSTRAK YUDHA JATI WIRATMOKO. Modifikasi Grafit Mesopori dengan Pelapisan Polipirol Sebagai Elektroda pada Microbial Fuel Cell Single Chamber. Dibimbing oleh AKHIRUDDIN MADDU dan GUSTAN PARI. Mikrobial Fuel Cell (MFC) merupakan suatu alat yang memanfaatkan metabolisme mikroba dalam menghasilkan listrik. Keluaran yang dapat dipanen dari MFC bergantung pada elektroda yang digunakan untuk menangkap elektron. Perlakuan yang diberikan pada elektroda grafit berupa variasi konsentrasi KOH pada saat aktivasi dan variasi tegangan pada saat elektropolimerisasi. Berdasarkan hasil penelitian didapatkan bahwa elektroda grafit yang dimurnikan dengan perbandingan KOH 1:6 dan dilapisi polipirol pada permukaannya dengan tegangan 0.8 Volt menghasilkan tegangan 321 mVolt dengan kuat arus listrik sebesar 170.4 μA. Besarnya tegangan dan arus listrik dipengaruhi oleh luas permukaan elektroda dan pengaruh tegangan yang diberikan pada saat proses pelapisan polipirol. Selain itu, metabolisme yang terjadi pada mikroba ikut serta dalam mempengaruhi besarnya tegangan yang dihasilkan. Kata kunci: Elektropolimerisasi, energi listrik, mikrobial fuel cell, polipirol
ABSTRACT YUDHA JATI WIRATMOKO. Mesoporous Graphite Modification with Coating Polypyrrole as Electrode on Microbial Fuel Cell Single Chamber. Guided by AKHIRUDDIN MADDU and GUSTAN PARI. Microbial Fuel Cell (MFC) is an instrument that utilizes the microbial metabolism in generating electricity. Output of MFC is depend on the electrode that used in capturing the electrons. The treatment given to the graphite electrode are varying the KOH concentration during activation and varying of the applied voltage during electropolymerization. Based on the research, a graphite electrode that activated with the KOH ratio of 1:6 and polypyrrole coated at surface with voltage applied of 0.8 Volts, generates a voltage of 321 mVolts with the electric current of 170.4 μA. The amount of the voltage and electric current affected by the surface area of the electrode and the effect of voltage applied during polypyrrole coating process. Moreover, the microbial metabolism also has some effect on the amount of electricity that obtained.
Keywords: Electrical energy, electropolymerization, microbial fuel cell, polypyrrole.
MODIFIKASI GRAFIT MESOPORI DENGAN PELAPISAN POLIPIROL SEBAGAI ELEKTRODA PADA MICROBIAL FUEL CELL SINGLE CHAMBER
YUDHA JATI WIRATMOKO
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
Judul Skripsi : Modifikasi Grafit Mesopori dengan Pelapisan Polipirol Sebagai Elektroda pada Microbial Fuel Cell Single Chamber Nama : Yudha Jati Wiratmoko NIM : G74100073
Disetujui oleh
Dr Akhirudin Maddu, M.Si Pembimbing I
Prof (R) Dr Gustan Pari Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr Kiagus Dahlan Kepala Bagian Biofisika
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan pada Allah swt. yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan usulan penelitian dengan judul “Modifikasi Grafit Mesopori dengan Pelapisan Polipirol Sebagai Elektroda pada Pembangkit Listrik Berbasis Microbial Fuel Cell Single Chamber” sebagai salah satu syarat kelulusan program sarjana di Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor. Dalam penulisan usulan penelitian ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Dosen pembimbing Skripsi Dr Akhiruddin Maddu M.Si dan Prof (R) Dr Gustan Pari yang telah memberikan ide dan masukan serta bimbingan selama penelitian. 2. Dosen
pembimbing
akademik
serta
semua
dosen
dan
staff
Departemen Fisika IPB. 3. Kedua orang tua Bapak Joko Sudarno dan Ibu Surati yang selalu memberikan doa, nasehat, semangat dan motivasi kepada penulis. 4. Retno Jati Sekarini yang selalu memberikan semangat kepada penulis. 5. Ervina Marviana yang selalu memberikan masukan, semangat, dan perhatian. 6. Rekan kerja penelitian Ribut Wahidin yang saling membantu selama penelitian. 7. Teman-teman fisika 47 yang selalu memberikan semangat dan motivasi kepada penulis. 8. Warga wisma J-camp (ka wede, bang ucok, mas don, dan juna) yang selalu membantu penulis dalam mencari inspirasi. Selanjutnya, penulis menyadari bahwa usulan penelitian ini masih jauh dari sempurna, sehingga kritik dan saran yang membangun
sangat penulis
harapkan demi kemajuan penelitian ini. Bogor, September 2014 Yudha Jati Wiratmoko
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA Mikrobial Fuel Cell
2
Grafit
3
Substrat
4
Polipirol
4
Elektropolimerisasi
5
METODE
6
Waktu dan Tempat
6
Bahan
6
Alat
6
Metode Penelitian
7
HASIL DAN PEMBAHASAN SIMPULAN DAN SARAN
8 18
Simpulan
18
Saran
18
DAFTAR PUSTAKA
19
LAMPIRAN
20
RIWAYAT HIDUP
27
DAFTAR TABEL 1 2 3 4
Karakteristik Grafit Hasil Pengujian Daya Jerap Iod Hasil Karakterisasi BET Kombinasi Perlakuan Grafit
3 9 10 10
DAFTAR GAMBAR 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Skema Mikrobial Fuel Cell Elektroda Grafit Larutan Pirol Susunan Elektroda Pada Elektropolimerisasi Design Sedimen MFC Grafik Hubungan Konduktansi dengan Frekuensi Grafik Hubungan Tegangan Output MFC terhadap Waktu Grafik Hubungan Tegangan Terhadap Waktu pada Grafit yang Dimurnikan dengan Perbandingan KOH 1:3 Grafik Hubungan Arus Listrik Terhadap Waktu pada Grafit yang Dimurnikan dengan Perbandingan KOH 1:3 Grafik Hubungan Tegangan Terhadap Waktu pada Grafit yang Dimurnikan dengan Perbandingan KOH 1:6 Grafik Hubungan Arus Listrik Terhadap Waktu pada Grafit yang Dimurnikan dengan Perbandingan KOH 1:6 Grafik Hubungan Rapat Daya pada Elektroda MFC Terhadap Waktu Grafik Hubungan Rapat Arus pada Elektroda MFC Terhadap Waktu Grafik Perkembangbiakan Mikroba
3 4 5 6 8 11 12 13 13 14 14 15 16 16
DAFTAR LAMPIRAN 1 2 3 4 5 6
Penghitungan Pengujian Daya Jerap Iod Hasil Tegangan Output MFC Hasil Kuat Arus Listrik Output MFC Hasil Rapat Daya Elektroda MFC Hasil Rapat Arus Elektroda MFC Nilai Konduktansi Elektroda
20 21 22 23 24 25
PENDAHULUAN Latar Belakang Indonesia merupakan negara berkembang yang memanfaatkan minyak dan gas bumi sebagai sumber energi konvensional paling utama. Penggunaan minyak dan gas bumi yang berlebihan dapat memicu permintaan terhadap barang tersebut. Keadaan ini memaksa pengeksploitasian secara besar-besaran terhadap minyak dan gas bumi untuk memenuhi kebutuhan. Pada Handbook Energy and Economic Statistic of Indonesia tahun 2008 menyatakan Saat ini cadangan minyak bumi di Indonesia diperkirakan sebesar 9 miliar barel, dengan tingkat produksi rata-rata 0.5 milyar barel per tahun, maka cadangan tersebut dapat habis dalam waktu sekitar 18 tahun. Selain itu, cadangan batubara Indonesia yang diperkirakan mencapai 57 miliar ton, saat ini baru tereksplorasi 19.3 miliar ton dengan kapasitas penambahan produksi 131.72 juta ton per tahun. Tentunya apabila tidak ada penambahan eksplorasi cadangan, maka batubara tersebut akan bertahan selama 147 tahun dan semakin menyusut bila ada lonjakan permintaan 1. Hal ini akan mengakibatkan terjadinya krisis energi di dalam negeri. Penduduk bumi menggunakan energi sekitar 13.5 TW untuk kebutuhan industri dan rumah tangga. Bahan dasar yang digunakan berupa minyak, batu bara, dan olahan metana. Tetapi apabila menggunakan sumber energi tersebut, akan dihasilkan gas buang berupa CO2. Melimpahnya kadar CO2 di alam akan memperburuk kerusakan lingkungan dan mempercepat perubahan iklim secara global. Nuklir fisi sendiri bukan suatu jawaban sebagai sumber energi cadangan. Diprediksi bahwa ketersediaan uranium sekarang hanya untuk memproduksi 100 TWh listrik dan apabila tiap tahun dibutuhkan energi 10 TWh, maka kurang dari satu dekade ketersediaan uranium akan habis 2. Salah satu upaya dalam menghasilkan sumber energi alternatif yang berkelanjutan (sustainable technology) dikembangkan salah satu teknologi yang disebut Microbial Fuel Cell. Perangkat ini memanfaatkan bakteri dalam menghasilkan tenaga listrik dari senyawa organik maupun senyawa nonorganik. Microbial Fuel Cell selanjutnya disebut MFC adalah salah satu bentuk energi yang ramah lingkungan dan dapat menjadi sumber energi di masa depan. MFC mengubah energi kimia menjadi energi listrik melalui reaksi katalitik yang menggunakan mikroorganisme. MFC memfasilitasi sebuah lingkungan reduksi oksidasi yang dapat dikendalikan oleh aliran elektron dan menjadikannya alat yang ideal untuk mengolah mikroorganisme. Teknologi ini salah satu teknologi ramah lingkungan karena tidak menghasilkan gas buang yang dapat mencemari lingkungan sekitar. Elektroda pada MFC digunakan sebagai menangkap elektron (anoda) dan pelepas elektron (katoda). Penggunaan grafit sebagai elektroda dikarenakan sifatnya yang stabil pada lingkungan asam dan konduktor yang baik. Selain itu, modifikasi luas permukaan dan pemberian lapisan polipirol pada permukaan grafit bertujuan untuk melihat pengaruh kedua faktor tersebut terhadap tegangan keluaran pada MFC. Output yang dihasilkan oleh MFC sulit untuk diprediksi karena memanfaatkan metabolisme mikroba.
2 Perumusan Masalah 1. Bagaimana pengaruh konsentrasi KOH pada saat pemurnian terhadap pori yang terbentuk? 2. Apa pengaruh modifikasi luas permukaan karbon limbah baterai dengan coating polipirol sebagai elektroda pada MFC single chamber terhadap arus dan tegangan keluaran? 3. Bagaimana pengaruh tegangan yang diberikan pada saat proses pelapisan polipirol dengan metode elektropolimerisasi dengan output MFC single chamber? Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah mengukur besarnya tegangan dan arus yang dihasilkan pada elektroda MFC dengan variasi konsentrasi KOH pada proses pemurnian dan variasi tegangan pada proses elektropolimerisasi. Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah membangun pembangkit listrik alternatif yang murah dan ramah terhadap lingkungan dengan memanfaatkan bahan-bahan sisa rumah tangga atau limbah. Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup dari penelitian ini yaitu modifikasi grafit baterai dengan membentuk mesopori dipermukaannya dengan tujuan memperbesar luas permukaan. Selanjutnya grafit dilapisi dengan polipirol pada permukaannya menggunakan metode elektropolimerisasi dengan variasi tegangan. Elekroda yang telah dimodifikasi diaplikasikan pada chamber MFC.
TINJAUAN PUSTAKA Mikrobial Fuel Cell (MFC) Mikrobial fuel cell atau disingkat MFC merupakan suatu alat yang dapat menghasilkan listrik dari komponen organik melalui katabolisme pada mikroba. MFC memiliki ruang anoda sebagai tempat terjadi proses anaerob dan ruang katoda sebagai tempat terjadinya proses aerob yang dipisahkan oleh suatu membran 2. Elektron dihasilkan selama proses oksidasi yang dilakukan oleh mikroba, kemudian elektron akan berpindah melalui membran. Strategi penting untuk meningkatkan performa MFC yaitu termasuk rekaya pengoptimalan pada mikroba yang digunakan dan interaksi mikroba dengan anoda. Mikrobial fuel cell merupakan gabungan dari 2 teknologi yaitu fuel cell dan bioteknologi. Pada biofuel cell konvensional, anoda dan katoda dipisahkan oleh pemisah yang hanya dapat dilewati oleh ion positif. Barier atau membran dibutuhkan untuk meningkatkan daya atau power output. Berbeda dengan biofuel
3 cell konvensional, biofuel cell ini menggunakan katalis berupa enzim yang dihasilkan oleh mikroorganisme atau protein yang terisolasi. Terdapat dua tipe biofuel cell yaitu biofuel cell direct dan biofuel cell indirect. Biofuel cell direct (langsung) merupakan konfigurasi dimana fuel akan mengoksidasi permukaan elektroda, sedangkan biofuel cell indirect (tidak langsung) merupakan konfigurasi dimana reaksi tidak terjadi pada elektroda (memanfaatkan hasil fermentasi atau enzim), tetapi terjadi pada larutan atau kompartemen pemisah dan mediator aktif (memanfaatkan metabolisme mikroorganisme) 3. Pemanfaatan bakteri untuk menghasilkan energi listrik menjadi upaya yang ditempuh dan dilakukan oleh para peneliti dalam beberapa tahun ini. Bakteri bisa digunakan dalam sistem MFCs untuk menghasilkan energi listrik sambil menyelesaikan proses penghancuran dari material organik 4.
Gambar 1 Skema Mikrobial Fuel Cell Grafit Grafit merupakan bentuk kristalin karbon berbentuk serbuk dan berwarna hitam. Grafit alam terdapat dalam bentuk endapan dengan kemurnian, ukuran kristal dan kesempurnaan yang beragam sebagai berikut : Tabel 1 Karakteristik Grafit 5 Rapat massa Panas fusi Kapasitas panas (25 ˚C) Konduktivitas termal (300K) Tingkat kekerasan (Mohs)
2.267 g.cm-3 100 kJ.mol-1 8.517 J.mol-1.K-1 119 – 165 W.m-1.K-1 1–2
Dalam struktur grafit, setiap atom hanya dikelilingi oleh tiga atom tetangganya. Setelah membentuk ikatan dengan setiap atom tetangganya, kemudian berpasangan ke dalam sistem ikatan. Resonansi yang terjadi menghasilkan kesetaraan ikatan antar atom karbon yang membentuk struktur heksagonal sehingga jarak ikatan C–C semuanya berjarak 1.415 pm. Jarak ini sedikit lebih panjang dari pada jarak C–C yang sesuai dengan orde ikatannya yaitu sebesar 1.33 pm. Struktur kristal grafit adalah heksagonal dimana ikatan antara atom-atom karbonnya membentuk orbital atom trigonal yang saling berikatan
4 membentuk ikatan kovalen dengan hibridisasi sp2. Hal ini terjadi karena hanya ada tiga orbital ikatan yang terlibat secara efektif terlokalisasi maka orbital keempat memungkinkan elektron bergerak bebas pada lapisan atom C, sehingga menyebabkan grafit bersifat konduktor 5.
Gambar 2 Elektroda Grafit Substrat Substrat pada mikrobial fuel cell adalah endapan seperti lumpur yang digunakan sebagai media hidup mikroba. Substrat berupa material organik sederhana sampai campuran kompleks seperti yang terdapat pada limbah cair. Material organik sederhana sangat efektif digunakan dalam jangka waktu yang singkat. Selain itu pH substrat dan temperatur juga menjadi perhatian. pH merupakan faktor kritis untuk semua proses berbasis mikroba. Pada MFC, pH tidak hanya mempengaruhi metabolisme dan pertumbuhan bakteri tapi juga terhadap transfer proton pada reaksi katoda, sehingga mempengaruhi performa MFC. Sebagian besar MFC beroperasi pada pH mendekati netral untuk menjaga kondisi pertumbuhan optimal komunitas mikroba yang terlibat dalam pembentukan listrik 6. Kinetika bakteri, transfer massa proton melalui elektrolit dan laju reaksi oksigen pada katoda menentukan performa MFC dan semua tergantung kepada temperatur. Biasanya, konstanta reaksi biokimia mengganda setiap kenaikan temperatur 10 0C sampai tercapai temperatur optimal. Sebagian besar studi MFC dilakukan pada temperatur 28 0C hingga 35 0C 7. Polipirol Polipirol merupakan senyawa heterosiklik yang dapat disintesis secara elektrokimia dengan penambahan pengotor dapat meningkatkan konduktivitas listriknya 8. Polipirol adalah polimer konduktif yang banyak digunakan dalam beberapa aplikasi karena memiliki stabilitas sifat yang baik dan dapat dengan mudah disintesis. Polimer konduktif polipirol mempunyai struktur kristal yang tidak teratur sehingga dapat digolongkan ke dalam material amorf seperti halnya amorfus semikonduktor. Elektron terlokalisasi pada suatu tempat diantara pita valensi dan pita konduksi 9. Polipirol adalah polimer konduktif paling populer dan secara luas telah dipelajari. Hal ini karena polipirol termasuk polimer yang memiliki sifat penghantar arus listrik, konduktivitas tinggi, memiliki sifat mekanik yang baik
5 dan relatif mudah dibuat. Selain itu alasan kuat mempelajari polipirol, karena terdapat fakta bahwa monomer pirol mudah dioksidasi dan mudah larut dalam air. Disamping polipirol, polimer konduktif yang telah dikenal adalah poli(fenilen), poliasetilen, politiofen dan poli(sulfinitrida) 9,10.
Gambar 3 Larutan Pirol Eletropolimerisasi Metode sintesis polimer secara elektrokimia dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu potensiostatis (potensial-konstan), galvanostatis (arus-konstan), dan potensiodinamik (potensial-terkontrol, seperti voltametri siklik). Tegangan yang dipakai dalam penelitian ini adalah terkontrol (siklik). Ini disebabkan metode potensiodinamik (cyclic voltammetry) lebih bebas dalam polimerisasi polipirol dibandingkan dengan potensiostat 10. Metode potensiodinamik atau voltametri siklik adalah metode elektropolimerisasi dengan memberikan tegangan yang terkontrol pada sel elektrokimia 10. Metode ini menggunakan sistem tiga sel elektroda dan bekerja pada tegangan elektroda kerja (WE) tetap terhadap elektroda acuan (RE). Reaksi yang diinginkan dapat dikontrol dengan pemberian potensial katoda dan anoda yang tepat terhadap elektroda acuan. Oksidasi dan reduksi secara simultan terjadi saat arus melalui sel elektrolisis. Elektrolisis berlangsung terjadi ion positif atau kation ke katoda (terjadi reaksi reduksi) sedangkan ion negatif atau anion bergerak menuju anoda (terjadi reaksi oksidasi). Pertukaran ion positif dan negatif ini yang mengawali terjadinya untaian polimer. Perpindahan elektron memungkinkan terbentuknya reaksi gandengan (coupling) demikian seterusnya, sehingga untaian polimer terbentuk karena elektron secara terus-menerus mengalir 11. Teknik elektropolimerisasi menjadi semakin populer karena kemudahan dan kesederhanaannya dibandingkan dengan teknik pirolisis atau katalisis. Polimer konduktif yang sering disintesis dengan cara ini adalah polipirol. Sel elektropolimerisasi yang digunakan biasanya terdiri atas sel elektrokimia wadah tunggal yang mempunyai dua elektroda. Anoda yang dipakai dapat berupa platina, sedang katodanya adalah logam emas, walaupun kombinasi yang lain masih dapat dilakukan.
6
Gambar 4 Susunan Elektroda Pada Elektropolimerisasi
METODE Waktu dan Tempat Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Desember 2013 sampai bulan Juni 2014. Tempat penelitian dilakukan Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Biofisika Material, Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor dan Pusat Penelitian dan Pengembangan Kehutanan, Gunung Batu, Bogor . Bahan Untuk penelitian yang memerlukan bahan berupa akrilik ketebalan 4 mm sebagai chamber, lem akrilik, amplash halus, limbah kulit pisang sebagai substrat, grafit baterai sebagai elektroda, pirol 13.8 M sebagai pelapis elektroda, HCl 10% sebagai doping pada proses elektropolimerisasi, KOH digunakan untuk pemurnian, alkohol untuk membersihkan grafit baterai dari bahan kimia yang masih menempel, dan aseton untuk membersihkan lemak yang menempel pada grafit. Sedangkan untuk proses pengujian daya jerap iod dibutuhkan Iodine 1N, larutan kanji, HCl untuk menetralkan elektroda, dan larutan Na2S2O2 digunakan pada pengujian daya jerap iod. Alat Peralatan yang digunakan pada penelitian ini yaitu cutter, alat bor, blender untuk menghaluskan substrat, tabung reaksi, gelas ukur, timbangan digital, oven untuk mengeringkan grafit setelah direndam pada KOH, pipet, penjepit, sudip kaca, mortar untuk menghaluskan grafit, saringan untuk menyaring grafit yang lebih halus, dan notebook Macbook Unibody White 7.1 2.4 GHz untuk mengolah data penelitian.
7
Metode Penelitian Pembuatan Mesopori pada Grafit Baterai Membuat struktur mesopori dari bahan karbon baterai menggunakan proses pemurnian. Proses pemurnian bertujuan untuk membuka atau menciptakan pori, memperbesar distribusi dan ukuran pori, serta memperbesar luas permukaan. Grafit baterai direndam pada larutan KOH dengan perbandingan massa grafit dan massa KOH adalah 1:3 dan 1:6. Setelah itu KOH dilarutkan dengan aquades hingga batang grafit terendam. Grafit direndam pada larutan KOH selama 24 jam. Seelah melalui proses perendaman, grafit dikeringkan pada oven selama 5 jam dengan suhu 60 0C. Pengujian Daya Jerap Iod Grafit Untuk mengetahui seberapa besar pengaruh pemurnian terhadap pori-pori yang terbentuk, maka dilakukan uji jerap iod terhadap grafit. Tahap awal pengujian yaitu sampel grafit dihaluskan secara kasar, setelah itu sampel direndam pada larutan HCl 10% selama 2 jam pada ruang asam. Serbuk sampel tersebut divakum kemudian dibilas dengan akuades hingga pH netral. Kemudian sampel dikeringkan di dalam oven. Setelah kering sampel siap diuji dengan metode daya jerap iod. Tambahkan grafit sebanyak 0.25 gram dengan larutan Iod 0.1 N sebanyak 25 mL. Goyang-goyangkan labu erlemeyer selama 15 menit agar iod dapat terjerap pada grafit. Sampel lalu dititratsi dengan Na2S2O2 hingga larutan berwarna kekuningan dan ditambahkan indikator kanji sebanyak 3 tetes dengan menggunakan pipet. Penambahan kembali Na2S2O2 pada sampel hingga larutan menjadi bening. Pengujian BET Sampel grafit yang akan diuji diambil dari permukaan grafit. Pengujian BET dilakukan pada Laboratorium Teknik Kimia Fakultas Teknik Kimia, Institut Teknologi Bandung. Pelapisan Polipirol pada Grafit Mesopori Pembuatan polimer polipirol menggunakan pirol sebagai monomernya. Dalam proses elektropolimerisasi pirol dengan grafit dibutuhkan doping. Larutan yang digunakan sebagai doping dalam penelitian ini adalah larutan HCl 10%. Pembuatan larutan HCl 10% yaitu dengan melarutkan HCl 37% sebanyak 15.5 ml dengan aquades sebanyak 484.5 ml. Larutan pirol 0,1M dapat diperoleh dengan meralutkan pirol 96% sebanyak 1 ml dalam larutan HCl 137 ml. Pada proses pelapisan digunakan potensiostat dengan variasi tegangan yaitu 0.8 Volt dan 1 Volt selama 30 menit.
8 Pembuatan Substrat Kulit pisang yang sudah mengalami perubahan warna, kulit pisang dipotong kecil-kecil terlebih dahulu. Setelah itu, dihaluskan dengan blender dengan diberi sedikit aquades agar limbah pisang menyerupai lumpur atau bubur. Untuk memperkaya substrat, diberi tambahan air gula. Sebelum substrat digunakan, terlebih dahulu dilakukan pengukuran pH untuk mengetahui kondisi substrat.
Gambar 5 Design Sedimen MFC Pengambilan Data Output MFC Pengambilan data output pada MFC berupa data tegangan dan data kuat arus listrik yang dihasilkan. Pengambilan data dilakukan selama 80 jam dengan interval pengambilan data tiap 2 jam. Dalam pengambilan data digunakan multimeter untuk mengetahui besarnya tegangan dan kuat arus.
HASIL DAN PEMBAHASAN Pembuatan Mesopori pada Grafit Baterai dan Karakterisasinya Proses modifikasi grafit baterai dilakukan dengan dua metode yaitu chemical activation dan thermal activation. Pada metode chemical activation digunakan larutan kimia dalam pemurniannya yaitu larutan KOH 10% sedangkan thermal activation menggunakan panas yang berasal dari air yang diuapkan. Untuk mengetahui jumlah pori dapat dilakukan dengan metode daya jerap iod dan untuk mengetahui besarnya pori yang terbentuk menggunakan BET di Institut Teknologi Bandung. Analisis daya serap arang aktif secara iodometri ini didasarkan atas reaksi oksidasi reduksi dimana suatu oksidator direaksikan dengan ion iodida yang kemudian melepaskan iodium. Iodium yang dilepaskan tersebut dititrasi oleh larutan standar natrium thiosulfat. Iodium yang terserap merupakan hasil pengurangan dari larutan iodium awal dengan larutan iodium setelah dicampur dengan arang aktif teknis 12.
9 Berdasarkan hasil pemurnian, untuk metode thermal activation permukaan grafit baterai menjadi lebih lunak dan mudah hancur sehingga kurang tepat untuk diterapkan pada grafit yang akan dijadikan elektroda pada MFC. Hasil pengujian daya jerap iod juga menunjukkan bahwa daya jerap iod pada grafit yang dimurnikan menggunakan metode thermal activation memiliki pori yang sama dengan grafit kontrol (tanpa perlakuan). Untuk grafit yang dimurnikan dengan metode chemical activation memiliki morfologi permukaan yang sama dengan kontrol atau tanpa mengalami perubahan kekerasan pada permukaannya tetapi mengalami pembentukan pori pada permukaannya. Data ini didukung dengan adanya hasil pengujian daya jerap iod pada tabel 2 berikut ini. Tabel 2 Hasil Pengujian Daya Jerap Iod Sampel Grafit Grafit Kontrol massa grafit : KOH = 1:3 massa grafit : KOH = 1:6
Hasil Uji Daya Jerap Iod ( 87.679 116.449 134.538
Berdasarkan hasil pengujian daya jerap iod, banyaknya pori yang terbentuk pada grafit dipengaruhi oleh perbandingan massa grafit dengan KOH pada saat proses pemurnian. Dari grafik terlihat, bahwa semakin besar massa KOH yang digunakan untuk merendam grafit, maka semakin banyak pori yang terbentuk dari proses pemurnian. Sampel grafit yang tidak dimurnikan (kontrol) memiliki nilai daya jerap iod sebesar 87.679 mg/gram dan nilai tersebut lebih kecil dibandingkan dengan kedua sampel yang dimurnikan dengan KOH. Grafit yang dimurnikan dengan perbandingan KOH 1:6 adalah sampel dengan pori terbanyak menurut hasil pengujian daya jerap iod yaitu sebesar 134.538 mg/gram. Besarnya nilai daya jerap iod berbanding lurus dengan banyaknya pori yang terbentuk pada sampel. Semakin besar nilai daya jerap iod suatu sampel maka semakin banyak pula jumlah pori yang terdapat pada sampel tersebut. Pertambahan pori yang terus menerus membuat pori yang sudah ada sebelumnya terkikis dan menyebabkan diameter pori bertambah tetapi mengakibatkan jumlah pori total akan berkurang. Penambahan jumlah pori membuat luas permukaan grafit semakin besar, tetapi penambahan pori terus menerus akan membuat luas permukaan semakin kecil. Terdapat batas maksimum yang ditimbulkan akibat pemurnian dengan menggunakan KOH. Penambahan luas permukaan grafit bertujuan untuk mengurangi resistansinya. Luas permukaan material memiliki hubungan yang berbanding terbalik dengan resistansi. Artinya, semakin besar luas permukaan suatu benda maka nilai resistansinya akan semakin besar, dan semakin kecil luas permukaannya maka nilai resistansinya akan semakin besar 13. Karakterisasi kedua yaitu pengujian BET untuk mengetahui jumlah pori yang terbentuk, volume pori yang terbentuk, dan diameter pori. Pengujian BET menggunakan prinsip SAA. Surface Area Analyzer (SAA) merupakan salah satu alat utama dalam karakterisasi material. Alat ini khususnya berfungsi untuk menentukan luas permukaan material, distribusi pori dari material dan isotherm adsorpsi suatu gas pada suatu bahan.
10 Prinsip kerja alat ini menggunakan mekanisme adsorpsi gas, umumnya nitrogen, argon dan helium, pada permukaan suatu bahan padat yang akan dikarakterisasi pada suhu konstan biasanya suhu didih dari gas tersebut. Alat tersebut pada dasarnya hanya mengukur jumlah gas yang dapat dijerap oleh suatu permukaan padatan pada tekanan dan suhu tertentu. Tabel 3 Hasil Karakterisasi BET Sampel grafit Grafit Kontrol massa grafit : KOH = 1:3 massa grafit : KOH = 1:6
Volume Pori Total 9.870 e-03 cc/g 1.536 e-02 cc/g 1.468 e-02 cc/g
Diameter Pori 1.520e+2 Ȧ 1.488e+2 Ȧ 1.883e+2 Ȧ
Luas Permuaan 2.598 m2/g 4.129 m2/g 3.119 m2/g
Berdasarkan Tabel 3, di atas menunjukkan bahwa volume pori total terbesar terdapat pada sampel grafit yang direndam menggunakan KOH dengan perbandingan 1:3 yaitu sebesar 1.536 e-02 cc/g. Namun diameter pori pada grafit sampel B lebih besar daripada grafit sampel kontrol dan sampel A yaitu sebesar 1.883e+2 Ȧ. Volume pori total yang terbentuk akan berpengaruh dengan luas permukaan pada grafit. Selain itu, semakin kecil diameter pori yang terbentuk maka semakin tinggi volume pori total yang terbentuk dan berlaku kebalikan. Hal ini terlihat dari grafit kontrol yang memiliki ukuran diameter 257.95 Ȧ dan memiliki volume pori total sebesar 9.870 e-03 cc/g. Dilihat dari ukuran diameter yang terbentuk pada grafit, seluruh sampel yang diuji memiliki pori dengan ukuran mikro yaitu berada antara 2 nm hingga 50 nm. Berdasarkan perbandingan antara hasil pengujian grafit menggunakan uji daya jerap iod dan BET terjadi hubungan yang tidak linear. Hasil pengujian daya jerap iod dan BET harusnya diperoleh hubungan yang linear, dikarenakan perbedaan nilai hasil pengujian antar keduanya tidak akan jauh berbeda. Hasil pengujian daya jerap iod sampel grafit yang dimurnikan menggunakan perbandingan KOH 1:6 diperoleh pori yang paling tinggi. Hal ini dapat terjadi karena daya jerap iod menguji pada skala makro yaitu memanfaatkan daya jerap larutan iodine yang memiliki keterbatasan pada mekanisme adsopsi pada pori yang terkecil sedangkan pengujian BET hingga skala mikro (hingga bagian terkecil) yaitu dengan memanfaatkan mekanisme adsorpsi gas seperti nitrogen yang dapat terjerap hingga pada pori yang terkecil. Tabel 4 Kombinasi Perlakuan Grafit
Perlakuan 1 2 3 4
Perbandingan massa grafit : KOH pada proses pemurnian 1:3 1:3 1:6 1:6
Tegangan pada Konsentrasi pirol proses pada larutan elektropolimerisasi elektropolimerisasi 1.0 V 0.8 V 1.0 V 0.8 V
1M 1M 1M 1M
11 Tujuan dari melakukan perlakuan kombinasi pada sampel di atas adalah untuk mengetahui pengaruh dari dua variabel yang diuji yaitu luas permukaan grafit yang diperoleh dari hasil pemurnian dengan kandungan KOH yang berbeda dan tegangan yang diberikan pada proses elektropolimerisasi terhadap tegangan output yang dihasilkan pada MFC. Konsentrasi larutan pirol dibuat konstan dengan tujuan untuk mempermudah pengamatan dari pengaruh luas pemukaan serta efek pemberian variasi tegangan pada saat proses eletropolimerasi. Pengujian Konduktansi Grafit Modifikasi dengan LCR Meter Konduktansi (G) didefinisikan sebagai ukuran kemampuan suatu bahan untuk mengalirkan muatan dan dalam standar SI mempunyai satuan siemens (S). Nilai konduktansi yang besar menunjukkan bahwa bahan tersebut mampu mengkonduksikan arus dengan baik, tetapi nilai konduktansi yang rendah menunjukkan bahan itu susah mengalirkan muatan. Secara matematis, konduktansi merupakan kebalikan dari resistansi. pengujian konduktansi sampel dimaksud untuk mengetahui pengaruh dari perbedaan konsentrasi pirol pada larutan pelapis dan pengaruh tegangan saat proses elektropolimerisasi terhadap konduktansi grafit. Hasil pengujian grafit dengan LCR digambarkan dengan grafik hubungan antara frekuensi dengan nilai konduktansi sampel. 1,3
Konduktansi (S)
Perlakuan 1 1,2
Perlakuan 2
1,1
Perlakuan 3 Perlakuan 4
1
Kontrol
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 1000 10000 19000 28000 37000 46000 55000 64000 73000 82000 91000 100000
Frekuensi (Hz) Gambar 6 Grafik Hubungan Konduktansi dengan Frekuensi Pada grafik terlihat bahwa nilai konduktansi tiap grafit yang telah diberikan perlakuan, memiliki nilai konduktansi yang tidak jauh berbeda. Hal ini terlihat pada grafik bahwa terdapat nilai konduktansi yang sama pada beberapa grafit. Berdasarkan hasil pengukuran, didapatkan bahwa pada frekuensi 0 Hz hingga 1000 Hz nilai konduktansi grafit kontrol lebih besar dibandingkan dengan grafit yang diberi perlakuan yaitu sebesar 1.2487 S. Tetapi nilai konduktansi grafit kontrol mengalami penurunan yang besar terhadap penambahan frekuensi.
12 Terlihat pada saat frekuensi 20 000 Hz hingga 100 000 Hz, grafit kontrol memiliki nilai konduktansi terendah dibandingkan dengan grafit lainnya yaitu sebesar 0.61353 S. Grafit perlakuan 1, perlakuan 2, perlakuan 3, dan perlakuan 4 berturut-turut memiliki nilai konduktansi sebesar 0.65082 S, 0.65242 S, 0.64869 S, dan 0.64975 S pada frekuensi 100 000 Hz. Hasil ini menunjukan bahwa terdapat efek dari adanya lapisan polipirol pada permukaan grafit. Pengukuran Output Microbial Fuel Cell Proses fermentasi merupakan proses metabolisme pada mikroba yang melalui banyak tahap sehingga memerlukan waktu yang cukup lama dalam pengamatannya. Produksi tegangan dan arus listrik pada MFC dengan menggunakan limbah kulit pisang diukur selama 80 jam dengan interval waktu pengukuran adalah tiap 2 jam. Pada 0 jam pengamatan pengukuran telihat nilai tegangan yang bernilai negatif pada sampel pertama, kedua, ketiga, dan keempat berturut-turut yaitu sebesar -16 mV, -12 mV, -25 mV, dan -20 mV. Nilai tegangan yang bernilai pada seluruh sampel disebabkan oleh kondisi subtrat yang ikut tercampur pada lapisan air diatas pada saat penambahan air pada lapisan atas substrat. Hal ini tidak terjadi pada jam ke-2 pengamatan yang memiliki nilai tegangan positif. Pada jam ke-2 pengamatan terlihat kenaikan tegangan yang sangat signifikan pada seluruh sampel.
330
Tegangan (mV)
280 230
Perlakuan 2 Perlakuan 3
180
Kontrol Perlakuan 1
130
Perlakuan 4 80 30 -20 0
20
40
60
80
Waktu (jam) Gambar 7 Grafik Hubungan Tegangan Output MFC terhadap Waktu Berdasarkan hasil penelitian pada grafik di atas, luas pemukaan grafit berpengaruh pada besarnya tegangan yang diperoleh dari MFC. Tegangan yang terukur pada grafit kontrol lebih rendah dibandingkan dengan grafit yang telah dimurnikan menggunakan KOH dengan perbandingan 1:3 dan 1:6 yang telah terlapisi polipirol. Hal ini disebabkan grafit kontrol memiliki luas permukaan
13 yang lebih kecil dibandingkan dengan grafit lainnya berdasarkan hasil pengujian BET. Pada grafit yang dimurnikan dengan perbandingan KOH 1:3 terlapisi polipirol memiliki tegangan output lebih kecil dibandingkan dengan grafit yang pemurnian dengan perbandingan KOH 1:6 terlapisi polipirol. Hal ini dikarenakan, grafit yang dimurnikan dengan perbandingan KOH 1:6 terlapisi polipirol memiliki luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan grafit yang dimurnikan dengan perbandingan KOH 1:3 terlapisi polipirol berdasarkan uji Iod. Sesuai dengan teori resistansi, luas permukaan memiliki pengaruh terhadap nilai resistansi suatu bahan. Luas pemukaan memiliki hubungan berbanding terbalik dengan resistansi, dimana setiap ada penambahan luas permukaan maka akan ada pengurangan nilai resistansi bahan tersebut. Artinya, nilai resistansi yang semakin kecil menandakan bahan tersebut mudah dalam menghantarkan elektron.
Tegangan (mV)
230 180 130
Tegangan Pelapisan 1V
80
Tegangan Pelapisan 0.8V
30 -20 0
20
40
60
80
Waktu (Jam) Gambar 8 Grafik Hubungan Tegangan Terhadap Waktu pada Grafit yang Dimurnikan dengan Perbandingan KOH 1:3 100
Arus Listrik (μA)
80 60
Tegangan Pelapisan 1V
40
Tegangan Pelapisan 0.8V
20 0 0 -20
20
40
60
80
Waktu (Jam)
Gambar 9 Grafik Hubungan Arus Listrik Terhadap Waktu pada Grafit yang Dimurnikan dengan Perbandingan KOH 1:3 Hasil perngukuran selama 80 jam mendapatkan hasil tegangan maksimum yang bervariasi dari setiap sampel grafit. Tegangan maksimum pada grafit kontrol sebesar 90 mVolt pada jam ke-72. Grafit yang diberikan perlakuan 1 dan
14 perlakuan 2, menghasilkan tegangan output maksimum berturut-turut sebesar 204 mVolt dan 142 mVolt pada jam ke-46 dan jam ke-50. Pada grafit perlakuan 3 dan perlakuan 4, tegangan maksimum pada saat pengukuran secara berturut-turut adalah 172 mVolt dan 321 mVolt pada jam ke-18 dan jam ke-38. Keseluruhan grafit mengalami penurunan tegangan setelah mendekati jam ke-80. Selain faktor luas permukaan, tegangan yang diberikan pada pelapisan polipirol dengan metode elektropolimerisasi juga berpengaruh pada tegangan output MFC. Hal ini dapat dilihat dari kedua grafik diatas yaitu hubungan tegangan dan kuat arus terhadap lama pengamatan. Pada Gambar 8 dan Gambar 9, grafik membandingkan tegangan dan arus output MFC dari grafit yang dimurnikan menggunakan perbandingan KOH yang sama yaitu 1:3 dengan variasi tegangan 0.8 Volt dan 1 Volt. Tegangan 1 Volt pada saat pelapisan menghasilkan tegangan yang lebih besar dibandingkan dengan grafit yang dilapisi dengan tegangan 0.8 Volt. 380
Tegangan (mV)
330 280 Tegangan Pelapisan 1V
230 180
Tegangan Pelapisan 0.8V
130 80 30 -20 0
20
40
60
80
Waktu (Jam) Gambar 10 Grafik Hubungan Tegangan Terhadap Waktu pada Grafit yang Dimurnikan dengan Perbandingan KOH 1:6 180
Arus Listrik (μA)
160 140 Tegangan Pelapisan 1V
120 100 80
Tegangan Pelapisan 0.8V
60 40 20 0 -20 0
20
40
60
80
Waktu (Jam) Gambar 11 Grafik Hubungan Arus Listrik Terhadap Waktu pada Grafit yang Dimurnikan dengan Perbandingan KOH 1:6
15 Pada Gambar 10 dan Gambar 11, grafik membandingan nilai tegangan dan arus output untuk grafit yang dimurnikan menggunakan perbandingan KOH 1:6 yang sama dengan variasi tegangan 0.8 Volt dan 1 Volt. Terlihat bahwa grafit yang dilapisi polipirol dengan tegangan 0.8 Volt lebih besar daripada grafit yang dilapisi dengan tegangan 1 Volt. Terlihat bahwa kuat arus listrik berbanding lurus dengan tegangan. Artinya, kenaikan pada nilai tegangan output juga mempengaruhi kenaikan pada arus listrik output. Grafit kontrol memiliki nilai kuat arus listrik terkecil dibandingkan dengan grafit lainnya yaitu sebesar 36.6 μA pada jam ke-48. Besarnya kuat arus maksimum pada grafit pada perlakuan 1 sebesar 85.7 μA pada jam ke-42. Grafit perlakuan 2 memiliki nilai kuat arus maksimum sebesar 80.1 μA pada jam ke-50. Pada grafit perlakuan 3 memiliki nilai kuat arus listrik maksimum 121.3 μA pada jam ke-50. Grafit perlakuan 4 memiliki nilai kuat arus listrik maksimum terbesar dibandingkan dengan grafit kontrol dan grafit perlakuan lainnya yaitu sebesar 170.4 μA pada jam ke-30. Hal ini juga dipengaruhi oleh adanya lapisin polipirol yang terdapat pada permukaan yang membuat perbedaan nilai kuat arus listrik antara grafit kontrol dengan grafit yang diberi perlakuan. Pada Gambar 12, terlihat adanya hubungan rapat daya pada elektroda MFC terhadap waktu. Pemberian lapisan polipirol pada permukaan grafit juga mempengaruhi besarnya rapat daya. Besarnya rapat daya dipengaruhi oleh nilai tegangan dan kuat arus listrik serta luas permukaan bahan. Pada grafik diatas terlihat bahwa grafit dengan perlakuan 4 memiliki rapat daya yang tinggi dibandingkan dengan grafit lainnya. Besarnya rapat daya maksimum pada grafit dengan perlakuan 4 adalah sebesar 3.1125 mW/m2. Kemudian besarnya rapat daya maksimum pada grafit perlakuan 1, perlakuan 2, dan perlakuan 3 berturutturut sebesar 1.1784 mW/m2, 0.7666 mW/m2, dan 1.2754 mW/m2. Grafit kontrol yang tidak dilapisi polipirol memiliki rapat daya terkecil yaitu sebesar 0.1974 mW/m2. 3,5000
Rapat Daya (mW/m2)
3,0000 Grafit perlakuan 1
2,5000
Grafit Perlakuan 2
2,0000 Grafit Perlakuan 3
1,5000
Grafit Perlakuan 4 Grafit Kontrol
1,0000 0,5000 0,0000 0
20
40
60
80
Waktu (Jam) Gambar 12 Grafik Hubungan Rapat Daya pada Elektroda MFC Terhadap Waktu
16 12,0000
Rapat Arus (mA/m2 )
10,0000 8,0000 Grafit Perlakuan 1 Grafit Perlakuan 2 Grafit Perlakuan 3 Grafit Perlakuan 4
6,0000 4,0000 2,0000 0,0000 0 -2,0000
20
40
60
80
Waktu (Jam)
Gambar 13 Grafik Hubungan Rapat Arus pada Elektroda MFC Terhadap Waktu Selain rapat daya, nilai rapat arus yang dihasilkan pada grafit yang dilapisi polipirol lebih besar dibandingkan dengan grafit kontrol. Besarnya rapat arus maksimum pada grafit pelakuan 1, perlakuan 2, perlakuan 3, dan perlakuan 4 berturut-turut adalah 5.7763 mA/m2, 5.3988 mA/m2, 8.1758 mA/m2, dan 11.4852 mA/m2. Grafit kontrol memiliki rapat arus terkecil yaitu sebesar 2.4669 mA/m2. Hal ini disebabkan sifat polimer polipirol yang konduktif sehingga meningkatkan rapat arus dan rapat daya pada suatu bahan elektoda yang diaplikasikan pada MFC.
Gambar 14 Grafik Perkembangbiakan Mikroba
17 Grafik diatas menjelaskan perkembangbiakan mikroba. Terdapat beberapa fasa yang dilalui oleh mikroba hingga akhirnya mengalami fase kematian. Pada awal perkembangbiakan, mikroba memasuki fasa log yaitu masa adaptasi mikroba terhadap lingkungannya. Selanjutnya, mengalami gase eksponensial naik hingga mencapai fasa stasioner yaitu fasa dimana perkembangbiakan mikroba mencapai puncaknya. Setelah itu mengalami penurunan jumlah koloni hingga mencapai fasa kematian. Penurunan jumlah koloni ini dipengaruhi oleh telah habisnya sumber makanan hingga mikroba tidak dapat melakukan metabolisme. Grafik tersebut hampir menyerupai grafik hubungan antara waktu dengan tegangan output pada MFC. Artinya, tegangan ouput yang dihasilkan pada MFC juga dipengaruhi oleh banyaknya koloni mikroba. Semakin banyak koloni mikroba yang melakukan metabolisme, maka semakin banyak elektron yang dihasilkan sehingga memberikan tegangan output yang tinggi. Tegangan maksimum biasanya terjadi pada fase stasioner meskipun tidak dapat diprediksi secara tepat. Beda potensial yang dihasilkan oleh mikroba selama pengukuran pada sistem MFC tidak stabil. Terlihat dari besarnya tegangan yang nilainya berfluktuasi. Hal ini terkait dengan aktivitas metabolisme mikroba yaitu proses fermentasi yang terjadi pada substrat. Dalam aktivitas katabolisme, sejumlah energi dihasilkan saat senyawa kompleks dipecah menjadi senyawa sederhana. Sebaliknya, sejumlah energi dipakai saat senyawa sederhana disintesis menjadi senyawa kompleks. Kedua jenis metabolisme ini terjadi secara simultan. Pada waktu tertentu beda potensial (mV) secara umum selisih dari total energi yang dihasilkan dan yang dipakai dapat meningkat atau menurun, bergantung pada reaksi yang berlangsung. Selain karena aktivitas metabolisme, fluktuasi beda potensial turut disebabkan oleh interaksi antara mikroba. Hal ini menyebabkan produk fermentasi tersebut tidak dapat dioksidasi untuk kemudian menghasilkan elektron bebas dan ion H+. Elektron yang dialirkan dari anoda ke katoda berkurang sehingga beda potensial yang terukur berkurang. Peningkatan atau penurunan beda potensial listrik berkorelasi dengan jumlah elektron bebas yang dihasilkan oleh mikroba. Peningkatan beda potensial yang terukur oleh multimeter kemungkinan terjadi saat mikroba melakukan pemecahan substrat sederhana yang terdapat di dalam medium. Adapun penurunannya, selain karena aktivitas anabolisme terdapat kemungkinan juga terjadi karena mikroba sedang beradaptasi untuk memecah substrat yang lebih kompleks menjadi sederhana. Peningkatan dan penurunan beda potensial listrik pada sistem MFC menggambarkan kedinamisan sistem karena digerakkan oleh makhluk hidup.
18
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Konsentrasi KOH pada saat pemurnian berpengaruh pada banyaknya pori yang terbentuk pada permukaan grafit. Semakin besar konsentrasi KOH yang digunakan maka semakin banyak pori yang terbentuk. Bertambahnya jumlah pori menyebabkan pori lain terkikis dan menyebabkan diameter pori bertambah dan luas permukaanya berkurang. Berdasarkan uji daya jerap iod dan BET, grafit kontrol memiliki volume pori total lebih kecil dibandingkan dengan grafit yang dimurnikan. Banyaknya pori yang terbentuk juga mempengaruhi luasan permukaan grafit. Berdasarkan hasil penelitian, semakin besar luas permukaan pada grafit maka tegangan output yang dihasilkan pada MFC Single Chamber semakin besar. Grafit dengan perlakuan 4 dapat menghasilkan tegangan sebesar 341 mVolt pada jam ke-38 dan arus listrik sebesar 170 μA pada jam ke-30. Pemberian tegangan pada proses elektropolimerisasi berpengaruh pada lapisan pirol yang menempel pada grafit yang nanti mempengaruhi tegangan output MFC. Pada grafit yang dimurnikan dengan KOH 1:3 menghasilkan tegangan output MFC yang tinggi jika pada proses pelapisan diberikan tegangan 1 Volt, sedangkan grafit yang diaktivsi dengan KOH 1:6 menghasilkan tegangan output MFC yang tinggi jika pada proses pelapisan diberikan tegangan 0.8 Volt Saran Pengujian dengan menggunakan MFC model lain seperti MFC double chamber menjadi salah satu metode untuk mengetahui kelemahan dan kelebihan elektroda serta mengetahui kelebihan kedua jenis MFC tersebut. Selain itu, Pemberian kombinasi variasi konsentrasi pirol pada pelapisan juga dianjurkan untuk mengetahui pengaruhnya terhadap output MFC.
19
DAFTAR PUSTAKA 1. [Kementerian ESDM] Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral. 2011. Handbook of Energy & Economic Statistics of Indonesia. Jakarta: Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral RI. 2. Lovley DR (2008) The microbe electric: conversion of organic matter to electricity. Curr Opin Biotechnol 19: 564–571 3. Du, Zhuwei, H. Li, and T. Gu.2007. A State Of The Art Review on Microbial Fuel Cell; A Promising Technology for Wastewater Treatment and Bioenergy. Journal Biotechnology Advances 25. 464-482 4. Idham F, Halimi S, dan Latifah S. 2009. Alternatif Baru Sumber Pembangkit Listrik dengan Menggunakan Sedimen Laut tropika Melalui Teknologi Mikrobial Fuel Cell. Teknologi Hasil Perairan Institut Pertanian Bogor 5. O’Connell MJ, 2006. Carbon Nanotubes Properties and Applications California: Taylor & Francis Group. 6. Das and Mangwani 2010. Recent developments in microbial fuel cells : a review.Scientific & Industrial Research 69: 727-731. 7. Liu, H. 2008. Microbial Fuel Cell: Novel Anaerobic Biotechnology for Energy Generation from Wastewater. Anaerobic Biotechnology for Bioenergy Production : Principles and Applications. S. K. Khanal. Iowa, Blackwell Publishing: 221-243. 8. Kim HJ, Park HS, Hyun MS, Chang IS, Kim M, Kim BH. 2002. A mediator-less microbial fuel cell using a metal reducing bacterium, Shewanella putrefaciens. Enzyme Microb Technology 30: 145-152. 9. Subekti.A. 1993. Pengembangan Struktur Band Energi pada polipirol denganmenggunakan Data Absorbsi Optik. Pusat Penelitian FKIP Univ. Jember. Jember 10. Sadki, S.; Schottland, P.; Brodie, N. & Sabouraud, G. (2000). Themechanism of pyrrole electropolymerization. Chem. Soc. Rev.,Vol.29, No.5, pp. 283-293. ISSN 0306-0012 11. Funt B.L..1986. Electrochemical Initietion Encyclopedia of polymers Science and Engineering. Wiley. New York 12. Standar Nasional Indonesia 06-370- 1995, ”Arang Aktif Teknis“, Badan Standardisasi Nasional, Jakarta, (1995), p 5-8 13. Tipler, P.A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (Terjemahan). Jakarta : Erlangga.
20
LAMPIRAN Lampiran 1 Penghitungan Pengujian Daya Jerap Iod Sampel control ̅ = 8.725 Daya Jerap Iod (
)
[
(
)
]
Grafit pemurnian dengan perbandingan grafit : KOH = 1 : 3 ̅ = 8.5 Daya Jerap Iod (
)
[
(
)
]
Grafit pemurnian dengan perbandingan grafit : KOH = 1 : 6 ̅ = 8.4 Daya Jerap Iod (
)
[
(
)
]
21 Lampiran 2 Hasil Tegangan Output MFC Waktu (Jam) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80
Perlakuan 1 -16 75 81 84 85 90 88 96 98 103 112 115 131 142 141 168 161 182 191 190 191 204 154 204 153 191 183 198 188 193 161 168 185 173 161 164 165 164 164 164 163
Tegangan (mV) Perlakuan 2 Perlakuan 3 -12 -25 80 96 61 142 30 164 28 156 28 163 18 163 14 165 10 165 6 172 12 162 14 149 22 156 31 156 41 137 56 157 61 145 72 157 113 146 123 156 128 112 92 154 130 146 123 142 101 143 142 139 133 140 138 135 127 135 136 133 118 122 117 121 114 126 128 119 104 124 115 114 118 121 115 115 117 118 103 120 102 110
Perlakuan 4 -20 135 157 157 169 177 196 201 215 223 236 249 220 269 279 271 296 280 303 321 298 320 294 301 297 298 288 294 272 288 299 284 263 280 241 269 254 264 255 248 240
kontrol -11 45 45 60 53 57 37 13 14 29 29 34 28 41 35 15 44 53 62 78 69 91 78 79 80 83 73 85 79 89 78 89 74 90 86 91 76 80 71 69 64
22 Lampiran 3 Hasil Kuat Arus Listrik Output MFC Waktu (Jam) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80
Perlakuan 1 -16.2 47.0 28.9 30.7 34.6 39.6 46.4 56.1 45.5 52.9 52.7 66.2 65.3 35.4 56.0 57.3 66.7 76.8 83.9 84.5 46.7 85.7 53.3 68.8 58.7 62.3 60.0 63.0 62.1 65.4 65.1 58.0 55.0 56.0 53.5 48.1 52.6 55.1 52.2 56.4 54.1
Arus Listrik (μA) Perlakuan 2 Perlakuan 3 -8.5 -23.0 3.4 88.0 3.6 74.3 3.3 91.2 0.3 102.1 2.4 99.4 7.4 86.4 12.8 72.4 11.2 78.4 24.0 95.0 20.9 70.5 18.8 80.1 34.5 83.0 36.4 121.3 59.6 104.1 43.8 89.2 56.9 104.6 48.3 81.4 35.6 76.5 67.1 77.5 41.7 64.5 41.1 58.8 67.2 91.4 60.7 63.3 72.4 118.8 80.1 67.0 65.0 55.0 75.0 73.0 65.0 108.0 64.0 54.0 63.2 89.0 59.5 90.0 57.8 94.0 54.3 81.0 56.4 107.0 49.4 93.0 50.2 108.0 48.2 74.0 47.1 56.0 48.5 98.0 45.4 74.0
Perlakuan 4 -36.6 57.5 70.8 98.7 102.9 102.4 84.6 126.0 89.7 83.6 134.2 92.3 103.9 106.5 120.5 170.4 103.7 90.4 125.6 134.2 76.4 93.4 78.6 78.6 152.4 94.0 107.0 96.0 100.0 84.0 98.0 85.0 84.0 96.0 83.0 111.0 99.0 100.0 93.0 102.0 90.0
kontrol -4.2 7.3 10.3 8.1 6.3 11.1 9.7 2.4 3.9 7.3 11.2 7.3 12.8 10.5 9.5 10.0 13.9 12.8 16.4 30.1 28.2 30.7 23.0 14.4 36.6 21.8 21.2 31.2 14.8 14.4 26.2 12.5 10.5 19.5 18.2 19.1 10.2 20.3 12.8 14.3 12.3
23 Lampiran 4 Hasil Rapat Daya Elektroda MFC Waktu (Jam) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80
Perlakuan 1 0.0175 0.2376 0.1578 0.1738 0.1982 0.2402 0.2752 0.3630 0.3005 0.3672 0.3978 0.5131 0.5766 0.3388 0.5322 0.6488 0.7238 0.9421 1.0801 1.0821 0.6012 1.1784 0.5532 0.9460 0.6053 0.8020 0.7401 0.8408 0.7869 0.8508 0.7064 0.6568 0.6858 0.6530 0.5806 0.5317 0.5850 0.6091 0.5770 0.6234 0.5944
Rapat Daya (mW/m2) Perlakuan 2 Perlakuan 3 Perlakuan 4 0.0069 0.0388 0.0493 0.0183 0.5694 0.5232 0.0148 0.7111 0.7492 0.0067 1.0081 1.0444 0.0006 1.0735 1.1721 0.0045 1.0921 1.2216 0.0090 0.9492 1.1176 0.0121 0.8052 1.7070 0.0075 0.8719 1.2999 0.0097 1.1013 1.2565 0.0169 0.7698 2.1347 0.0177 0.8044 1.5491 0.0512 0.8727 1.5407 0.0761 1.2754 1.9309 0.1647 0.9613 2.2660 0.1653 0.9439 3.1125 0.2339 1.0223 2.0689 0.2344 0.8614 1.7061 0.2711 0.7528 2.5651 0.5563 0.8149 2.9035 0.3598 0.4869 1.5345 0.2549 0.6103 2.0145 0.5888 0.8994 1.5575 0.5032 0.6058 1.5946 0.4929 1.1450 3.0508 0.7666 0.9275 1.9282 0.5827 1.0002 2.3294 0.6976 0.9008 1.7042 0.5564 0.7552 2.1633 0.5867 0.6544 1.8635 0.5027 0.7318 1.8742 0.4692 0.4730 2.0290 0.4441 0.9172 1.4004 0.4685 0.5374 1.4343 0.3953 0.5182 1.3482 0.3829 0.8222 1.7224 0.3993 0.7177 1.8147 0.3736 0.5658 1.7616 0.3714 0.7874 1.3578 0.3367 0.8573 1.5545 0.3121 0.7043 1.6338
kontrol 0.0031 0.0221 0.0312 0.0328 0.0225 0.0426 0.0242 0.0021 0.0037 0.0143 0.0219 0.0167 0.0242 0.0290 0.0224 0.0101 0.0412 0.0457 0.0685 0.1582 0.1311 0.1883 0.1209 0.0767 0.1974 0.1220 0.1043 0.1787 0.0788 0.0864 0.1377 0.0750 0.0524 0.1183 0.1055 0.1172 0.0522 0.1095 0.0613 0.0665 0.0531
24 Lampiran 5 Hasil Rapat Arus Elektroda MFC Waktu (Jam) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80
Perlakuan 1 -1.0919 3.1679 1.9479 2.0692 2.3321 2.6691 3.1274 3.7812 3.0668 3.5655 3.5521 4.4620 4.4013 2.3860 3.7745 3.8621 4.4957 5.1764 5.6550 5.6954 3.1476 5.7763 3.5925 4.6372 3.9565 4.1991 4.0441 4.2463 4.1856 4.4080 4.3878 3.9093 3.7071 3.7745 3.6060 3.2420 3.5453 3.7138 3.5184 3.8014 3.6464
Rapat Arus (mA/m2) Perlakuan 2 Perlakuan 3 Perlakuan 4 -0.5729 -1.5502 -2.4669 0.2292 5.9313 3.8756 0.2426 5.0079 4.7720 0.2224 6.1470 6.6525 0.0202 6.8817 6.9356 0.1618 6.6997 6.9019 0.4988 5.8235 5.7022 0.8627 4.8799 8.4926 0.7549 5.2843 6.0459 1.6176 6.4031 5.6348 1.4087 4.7518 9.0453 1.2671 5.3988 6.2211 2.3253 5.5943 7.0030 2.4534 8.1758 7.1782 4.0171 7.0165 8.1219 2.9522 6.0122 11.4852 3.8351 7.0502 6.9895 3.2555 5.4865 6.0931 2.3995 5.1562 8.4656 4.5226 5.2236 9.0453 2.8106 4.3474 5.1495 2.7702 3.9632 6.2953 4.5294 6.1605 5.2977 4.0913 4.2665 5.2977 4.8799 8.0073 10.2720 5.3988 6.2009 5.9313 4.3811 4.7855 7.4141 5.0551 6.8075 5.7291 4.3811 5.8639 4.9203 4.3137 5.6617 8.0208 4.2598 3.7745 5.4595 4.0104 4.5159 6.6727 3.8958 5.3921 5.7291 3.6599 3.3701 6.4705 3.8014 5.4595 6.8075 3.3296 7.0771 5.0551 3.3835 3.5723 6.8075 3.2487 4.1789 5.6617 3.1746 5.0551 6.5379 3.2690 3.7071 6.2683 3.0600 6.7401 7.1445
kontrol -0.2831 0.4920 0.6942 0.5460 0.4246 0.7482 0.6538 0.1618 0.2629 0.4920 0.7549 0.4920 0.8627 0.7077 0.6403 0.6740 0.9369 0.8627 1.1054 2.0288 1.9007 2.0692 1.5502 0.9706 2.4669 1.4693 1.4289 2.1029 0.9975 0.9706 1.7659 0.8425 0.7077 1.3143 1.2267 1.2874 0.6875 1.3682 0.8627 0.9638 0.8290
25 Lampiran 6 Nilai Konduktansi Elektroda Frekuensi (Hz) 1000.0000 1072.2672 1149.7570 1232.8467 1321.9411 1417.4742 1519.9111 1629.7508 1747.5284 1873.8174 2009.2330 2154.4347 2310.1297 2477.0764 2656.0878 2848.0359 3053.8555 3274.5492 3511.1917 3764.9358 4037.0173 4328.7613 4641.5888 4977.0236 5336.6992 5722.3677 6135.9073 6579.3322 7054.8023 7564.6333 8111.3083 8697.4900 9326.0335 10000.0000 10722.6722 11497.5700 12328.4674 13219.4115 14174.7416 15199.1108 16297.5083
Perlakuan 1 1.2287 1.2301 1.2306 1.2305 1.2299 1.2302 1.2305 1.2307 1.2303 1.2300 1.2300 1.2301 1.2296 1.2292 1.2293 1.2290 1.2278 1.2275 1.2275 1.2272 1.2269 1.2268 1.2263 1.2257 1.2254 1.2245 1.2236 1.2227 1.2216 1.2204 1.2193 1.2177 1.2162 1.2138 1.2119 1.2095 1.2067 1.2036 1.2001 1.1966 1.1919
Konduktivitas (S) Perlakuan 2 Perlakuan 3 1.2409 1.2116 1.2443 1.2157 1.2446 1.2160 1.2450 1.2159 1.2453 1.2160 1.2454 1.2161 1.2457 1.2161 1.2461 1.2161 1.2458 1.2161 1.2455 1.2159 1.2456 1.2157 1.2449 1.2152 1.2449 1.2152 1.2448 1.2151 1.2446 1.2147 1.2445 1.2148 1.2434 1.2137 1.2432 1.2135 1.2431 1.2133 1.2429 1.2132 1.2426 1.2130 1.2423 1.2127 1.2418 1.2121 1.2413 1.2118 1.2409 1.2112 1.2403 1.2106 1.2396 1.2099 1.2386 1.2091 1.2375 1.2082 1.2362 1.2070 1.2349 1.2058 1.2334 1.2045 1.2317 1.2028 1.2298 1.2010 1.2272 1.1987 1.2249 1.1964 1.2220 1.1938 1.2191 1.1911 1.2156 1.1878 1.2117 1.1838 1.2074 1.1800
Perlakuan 4 1.2432 1.2457 1.2458 1.2461 1.2462 1.2465 1.2463 1.2464 1.2463 1.2463 1.2457 1.2455 1.2452 1.2452 1.2447 1.2446 1.2434 1.2433 1.2431 1.2428 1.2425 1.2423 1.2418 1.2413 1.2404 1.2397 1.2390 1.2380 1.2370 1.2357 1.2344 1.2329 1.2312 1.2294 1.2269 1.2245 1.2216 1.2184 1.2150 1.2114 1.2063
kontrol 1.2467 1.2477 1.2480 1.2480 1.2483 1.2485 1.2485 1.2487 1.2485 1.2485 1.2479 1.2476 1.2472 1.2471 1.2467 1.2466 1.2453 1.2452 1.2449 1.2446 1.2443 1.2438 1.2434 1.2429 1.2422 1.2414 1.2404 1.2395 1.2382 1.2369 1.2354 1.2337 1.2317 1.2294 1.2234 1.2207 1.2176 1.2139 1.2096 1.2050 1.2000
26 17475.2840 18738.1742 20092.3300 21544.3469 23101.2970 24770.7636 26560.8778 28480.3587 30538.5551 32745.4916 35111.9173 37649.3581 40370.1726 43287.6128 46415.8883 49770.2356 53366.9923 57223.6766 61359.0727 65793.3225 70548.0231 75646.3328 81113.0831 86974.9003 93260.3347 100000.0000
1.1870 1.1817 1.1755 1.1685 1.1607 1.1519 1.1420 1.1311 1.1194 1.1059 1.0907 1.0741 1.0556 1.0355 1.0132 0.9894 0.9634 0.9355 0.9055 0.8738 0.8402 0.8048 0.7681 0.7302 0.6908 0.6508
1.2025 1.1968 1.1904 1.1834 1.1752 1.1663 1.1560 1.1446 1.1327 1.1183 1.1031 1.0856 1.0666 1.0456 1.0230 0.9983 0.9715 0.9428 0.9122 0.8796 0.8451 0.8093 0.7718 0.7329 0.6930 0.6524
1.1753 1.1698 1.1640 1.1572 1.1497 1.1412 1.1315 1.1207 1.1093 1.0961 1.0814 1.0650 1.0470 1.0271 1.0055 0.9818 0.9564 0.9290 0.8995 0.8685 0.8354 0.8007 0.7644 0.7271 0.6883 0.6487
1.2015 1.1958 1.1894 1.1822 1.1741 1.1650 1.1548 1.1433 1.1312 1.1170 1.1013 1.0840 1.0651 1.0439 1.0214 0.9964 0.9695 0.9409 0.9100 0.8774 0.8429 0.8069 0.7693 0.7305 0.6905 0.6498
1.1939 1.1875 1.1800 1.1718 1.1625 1.1521 1.1405 1.1277 1.1144 1.0988 1.0822 1.0633 1.0428 1.0203 0.9958 0.9695 0.9412 0.9108 0.8787 0.8448 0.8092 0.7721 0.7338 0.6944 0.6542 0.6135
27
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Kota Bekasi pada tanggal 11 Juni 1992 dari Ayah Joko Sudarno dan Ibu Surati. Penulis adalah anak pertama dari 2 bersaudara. Penulis memulai pendidikan formal pada tahun 1998 di SD Negeri 9 Jatimulya, Kecamatan Tambun Selatan, Kabupaten Bekasi. Pada tahun 2004 melanjutkan ke SMP Negeri 2 Bekasi. Tahun 2007 penulis memulai pendidikan menengah di SMA Negeri 9 Bekasi dan lulus pada tahun 2010. Pada tahun yang sama penulis diterima di Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif di Unit Kegiatan Mahasiswa Uni Konservasi Fauna (UKM UKF) IPB sebagai anggota Divisi Konservasi Karnivora. Selain itu, penulis juga aktif dalam kepanitian acara yang diselenggarakan oleh BEM KM IPB dan BEM FMIPA IPB. Sebagai Salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor, penulis melakukan penelitian yang berjudul “Modifikasi Grafit Mesopori dengan Pelapisan Polipirol Sebagai Elektroda pada Microbial Fuel Cell Single Chamber “ dibawah bimbingan Dr Akhirudin Maddu, M.Si dan bimbingan Prof (R) Dr Gustan Pari.
