PREPARASI FOTOELEKTRODA Fe-N-TiO2 NANOTUBES UNTUK DEGRADASI PESTISIDA THIAMETHOXAM DI BAWAH IRADIASI SINAR UV-VISIBEL
SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh derajat sarjana S-1
OLEH: ANDI TENRI NURWAHIDAH F1C1 12 051
JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS HALU OLEO KENDARI 2016
KATA PENGANTAR
“Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh”
Alhamdulillah, segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas seluruh karunia yang dilimpahkan kepada penulis, selaku hamba-Nya yang lemah sehingga akhirnya penulis memperoleh kekuatan untuk dapat menyelesaikan hasil penelitian yang berjudul “Preparasi Fotoelektroda Fe-NTiO2 Nanotube Untuk Degradasi Pestisida Thiamethoxam dibawah Iradiasi Sinar UV-Visibel”. Hasil penelitian ini disusun sebagai salah satu syarat untuk dapat menyelesaikan studi di Jurusan Kimia Fakultas MIPA Universitas Halu Oleo. Selama penyusunan hasil penelitian ini, penulis banyak mendapatkan kesulitan dan hambatan, namun atas rahmat-Nya, kesadaran, tekad dan kemauan yang keras serta dorongan dari berbagai pihak sehingga hasil penelitian ini dapat diselesaikan dengan baik. Dalam kesempatan ini, secara khusus penulis menyampaikan terima kasih dan penghargaan yang tak terhingga kepada Ayahanda Dr. H. Thamrin Azis, M.Si dan Ibunda tercinta Dra. Hj. Ratu Opu yang telah membesarkan penulis dengan penuh kasih sayang dan senantiasa berdoa untuk keselamatan dan kebahagiaan penulis. Semoga Allah SWT selalu melindungi dan melimpahkan rahmat-Nya
kepada
mereka.
Dengan
segala
kerendahan
hati
penulis
menyampaikan terima kasih dan penghargaan kepada Bapak Prof. Dr. H.
iii
Muhammad Nurdin, M.Sc. selaku Pembimbing I dan Ibu Dr. Hj. Maulidiyah, M.Si selaku Pembimbing II, yang telah banyak mengorbankan waktu dan pikiran dalam memberikan pengetahuan, bantuan, kritik dan saran selama penelitian tugas akhir dan penyusunan hasil penelitian ini. Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada : 1.
Bapak Prof. Dr. Ir. H. Usman Rianse, M.S., selaku Rektor Universitas Halu Oleo.
2.
Bapak Dr. Muhammad Zamrun F., S.Si, M.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Halu Oleo.
3.
Bapak Dr. La Ode Ahmad Nur Ramadhan, M.Si. selaku Ketua Jurusan Kimia Fakultas MIPA Universitas Halu Oleo.
4.
Ibu Desy Kurniawati S.Si., M.Si. selaku Sekretaris Jurusan Kimia yang telah memberikan banyak bantuan administratif.
5.
Bapak Dr. Abd. Haris Watoni, M.Si selaku Penasehat Akademik yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis.
6.
Bapak Dr. Imran, M.Si., selaku Kepala Laboratorium Kimia sekaligus dewan penguji yang telah memberikan izin dan bantuan kepada penulis selama melaksanakan penelitian.
7.
Bapak Armid, S.Si., M.Si., M.Sc., D.Sc, dan Dr. rer. nat. H. Ahmad Zaeni, M.Si selaku dewan penguji yang telah banyak memberikan ide dan saran bagi penulis dalam menyelesaikan tugas akhir.
iv
8.
Bapak Dr. rer. nat. H. Ahmad Zaeni, M.Si. dan Dr. Prima Endang Susilowati, M.Si., yang telah banyak memberikan bantuan dan wawasan pemikiran saat Kuliah Kerja Nyata (KKN) di desa Lameuru.
9.
Bapak La Ode Abdul Kadir, S.Si., M.Si, Bapak Muslimin, S.Si., M.Sc, Ibu Nur Hafni, S.Si, Ibu Hasma, S.Si, Bapak dan Ibu dosen Jurusan Kimia, serta seluruh staf di lingkungan FMIPA UHO atas segala fasilitas dan pelayanan yang diberikan selama penulis dalam menuntut ilmu.
10. Saudariku Andi Sri Wahyuni yang terus memberi dukungan dan semangat hingga penyelesaian tugas akhir ini. 11. Terimakasih kepada H. Lalaki Opu krg. Suanna, Hj. Alang Nurung Suanna, Andi Irwan, Andi Opu, Patta Tulen, serta seluruh keluarga besarku yang telah memberi dukungan dan doa untuk penulis dalam peneyelesaian tugas akhir ini. 12. Terimakasih untuk My Significant Other Akhmad Berryl Widyartha atas segala bantuannya dan support yang tiada henti sebagai partner penelitian. 13. Sahabat-sahabatku sekaligus saudari-saudariku Andi Fikrah, Nirma, Yeti, Fitri, Uni, Uly, Eka Atika, Asmaryani, Dilla, Endy, Diva, Nining Mbar yang senantiasa mewarnai hari-hari penulis dan selalu memberikan bantuannya. 14. Untuk keluarga besar “Rindu-Dirindukan” terimakasih telah banyak mengibur penulis dan selalu meberikan bantuannya. 15. Rekan-rekan seperjuanganku: Kak Hendra, Kak Reo, Kak Wino, Kak Herlin, Kak Mega, Kak Dion yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan penelitian.
v
16. Rekan – rekan kimia 012, Pipi Andriani, Nasriani N, Hikmayani, Destri Muliastri, Wulan, Tia, Mulyanti, Riska, Reski, Novianti Rasmin, Wini, Sukma, Ani Kecil, Hikmawati, Ikra, Samriana, Kiki, Titi, Suciani, Rahmawati 042, Rahmawati 66, Sartiani, Rismawati, dkk yang telah memberikan bantuan dan dukungan kepada penulis. 17. Senior – senior yang baik hati, Kak Yoga, dan Kak Evra yang senantiasa menyumbangkan pemikiran dan ide maupun tenaga kepada penulis. 18. Adik-adik 013 yang banyak membantu, Ayu Anastasia, Andi Musdalifah, Risnawati, Iqbal, Salim, Juna, Irwan, Ari, Maun. 19. Seluruh Mahasiswa Kimia F-MIPA dari angkatan 09 – 015, yang selalu memberikan dukungan kepada penulis. yang telah banyak membantu penulis dalam memberikan spirit mengerjakan penelitian ini. Akhirnya penulis menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada semua pihak dan apabila masih terdapat kesalahan dalam hasil penelitian ini, sudilah kiranya mengingatkan dan memberikan koreksi. Semoga Allah SWT memberi taufik kepada kita semua untuk mencintai ilmu yang bermanfaat dan amalan yang shalih dan memberikan ridho balasan yang sebaik-baiknya. Amin.
Kendari, April 2016
Penulis
vi
PREPARASI FOTOELEKTRODA Fe-N-TiO2 NANOTUBES UNTUK DEGRADASI PESTISIDA THIAMETHOXAM DI BAWAH IRADIASI SINAR UV-VISIBEL Oleh :
ANDI TENRI NURWAHIDAH F1C1 12 051
INTISARI
Telah dilakukan preparasi titanium dioksida (TiO2) menggunakan metode anodizing yang dilanjutkan doping nitrogen (N) dan besi (Fe) untuk memperoleh elektroda Fe-N-TiO2/Ti melalui metode sol-gel. Sintesis Fe-N-TiO2/Ti dilakukan dengan menambahkan 2 mL NH4Cl 6 ppm sebagai sumber nitrogen dan 1 mL Fe(NO3)3 1 ppm sebagai sumber besi dengan teknik dip coating. Elektroda TiO2/Ti dan Fe-N-TiO2/Ti yang diperoleh selanjutnya diuji aktivitas fotoelektrokimianya menggunakan potensiostat portable dengan metode Linear Sweep Voltametry (LSV). Hasil pengujian diperoleh elektroda TiO2/Ti yang aktif pada sinar UV dan Fe-N-TiO2/Ti yang aktif pada sinar visibel. Hasil karakterisasi XRD dan SEM terhadap Fe-N-TiO2/Ti menunjukkan terbentuknya Kristal anatase dan struktur nano tubes. Hasil karakterisasi FTIR memperlihatkan munculnya serapan pada bilangan gelombang 580 cm-1 yang mengindikasikan ikatan Fe-O dan munculnya puncak pada bilangan gelombang 509 cm-1 yang mengindikasikan keberadaan ikatan Ti-N. Hasil analisis menggunakan spektrofotometer UV-Vis dalam mendegradasi senyawa pestisida thiamethoxam secara fotolektrokatalitik menunjukkan elektroda TiO2/Ti aktif dengan penyinaran cahaya UV dengan tetapan laju degradasi sebesar 0,0436 menit-1 dan Fe-N-TiO2/Ti aktif dalam penyinaran visibel dengan tetapan laju degradasi sebesar 0,0580 menit-1. Kata Kunci : TiO2/Ti, Besi (Fe), Nitrogen (N), Thiamethoxam, Anodizing, Fotoelektrokatalisis
vii
PREPARATION OF Fe-N TIO2 NANOTUBES PHOTOELECTRODE FOR THIAMETOXAM PESTICIDE DEGRADATION UNDER UV-VISIBLE IRRADIATION By:
ANDI TENRI NURWAHIDAH F1C1 12 051
ABSTRACT
Preparation of Titanium dioxide (TiO2) using anodizing method followed by nitrogen (N) and Iron (Fe) doping to obtain Fe-N-TiO2/Ti electrode using sol-gel method was carried out. Synthesis of Fe-N-TiO2/Ti was done by adding 2 mL NH4Cl 6 ppm as nitrogen source and 1 mL Fe(NO3)3 1 ppm as iron source by dip coating technique. Obtained electrodes, TiO2/Ti and Fe-N-TiO2/Ti electrode, were examined using potentiostat portable by Linear Sweep Voltammetry (LSV) method to know its photoelectrocatalytic performance. Result showed that TiO2/Ti was active under UV light whereas Fe-N-TiO2/Ti was active in visible light. XRD and SEM analysis of Fe-N-TiO2/Ti showed the formation of anatase and nanotubes structure. FTIR characterization exhibited adsorption at wavenumber 580 cm-1 that indicate Fe-O bond and at 509 cm-1 which indicate TiN bond. UV-Visible Spectrophotometry analysis in thiamethoxam degradation in photoelectrocatalytic system showed that TiO2/Ti was active under UV light with rate constant 0,0436 minute-1 and Fe-N-TiO2/Ti was active under visible illumination with rate constant reached 0,0580 minute-1. Keywords : TiO2/Ti, Irn (Fe), Nitrogen (N), Thiamethoxam, Anodizing, Photoelectrocatalytic
viii
DAFTAR ISI HALAMAN SAMPUL
I
HALAMAN PENGESAHAN
ii
KATA PENGANTAR
iii
INTISARI
vii
ABSTRACT
viii
DAFTAR ISI
Viiii
DAFTAR TABEL
xii
DAFTAR GAMBAR
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
xv
ARTI LAMBANG DAN SINGKATAN
xvii
BAB 1. PENDAHULUAN
1
A. Latar Belakang
1
B. Rumusan Masalah
4
C. Tujuan Penelitian
5
D. Manfaat Penelitian
5
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
6
A. Titanium Dioksida (TiO2)
6
B. Fotokatalisis pada Permukaan TiO2
8
C. Proses Fotoelektrokatalisis
11
D. Doping Fotokatalis TiO2
13
E. Doping Logam Fe
13
ix
F. Doping Non Logam N
15
G. Metode Anodizing
17
H. Laju Reaksi Degradasi
19
I. Thiamethxam
20
BAB 3. METODE PENELITIAN
23
A. Waktu dan Tempat Penelitian
23
B. Alat dan Bahan Penelitian
23
1. Alat Penelitian
23
2. Bahan Penelitian
23
C. Metode Penelitian
24
1. Preparasi Plat Titanium
24
2. Fabrikasi Film Tipis TiO2/Ti dengan Anodizing
24
3. Doping Fe-N pada TiO2/Ti menggunakan Metode Sol-Gel
25
dan Dip Coating 4. Karakterisasi Fotokatalis
26
5. Fotoelektrodegradasi Thiamethoxam
27 29
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Pembuatan Lapis Tipis TiO2/Ti dengan Metode Anodizing
29
B. Doping TiO2/Ti dengan Besi (Fe) dan Nitrogen (N) menggunakan
31
Metode Sol-Gel C. Karakterisasi Elektroda Kerja
34
1. Penentuan Struktur Kristal menggunakan X-Ray Diffraction (XRD)
x
34
2. Penentuan Ikatan Ti-O, Fe-O, dan Ti-N Menggunakan FTIR
36
(Fourier Transform Infra Red) 3. Data Karakterisasi Scanning Electron Microscopy (SEM)
37
4. Penentuan Aktivitas Elektroda menggunakan Potensiostat
40
Portable dengan Metoda Linear Sweep Voltametry (LSV) D. Uji Degradasi Senyawa Pestisida Thiamethoxam
menggunakan
39
1. Penentuan Panjang Gelombang Maksimum (λmax) Terhadap
43
Elektroda TiO2/Ti dan Fe-N-TiO2/Ti
Senyawa
Pstisida
Thiamethoxam
menggunakan
Spektrofotometer UV-VIS 2. Uji Degradasi terhadap Senyawa Pestisida Thiamethoxam
44
menggunakan Elektroda TiO2/Ti dan Fe-N-TiO2/Ti 3. Kinetika Reaksi Degradasi Fotoelektrokatalisis Thiamethoxam
53
menggunakan Elektroda TiO2/Ti dan Fe-N-TiO2/Ti 56
E. PENUTUP A. Kesimpulan
56
B. Saran
56
DAFTAR PUSTAKA
57
LAMPIRAN
65
xi
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Tabel 2. Tabel 3.
Sifat Fisik Thiamethoxam Kadar Unsur Penyusun Elektroda Fe-N-TiO2/Ti Hasil Pengukuran SEM-EDX Nilai tetapan laju degradasi Thiamethoxam untuk setiap variasi konsentrasi dan penyinaran lampu UV dan visibel dari TiO2/Ti, Fe-N-TiO2/Ti secara fotoelektrokatalisis
xii
22 40 54
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Struktur Kristal TiO2; a = Anatase, b = Rutile, c = Brookite
7
Gambar 2. Skema representative untuk mekanisme degradasi Fotoelektrokatalisis pada permukaan TiO2
9
Gambar 3. Representasi skematif dari mekanisme rekombinasi dan pemisahan muatan pada fotokatalisis atau fotoelektrokatalisis dan mekanisme pemisahan muatan dalam suatu system fotoelektrokimia dimana potensial gradien dibuat
11
Gambar 4. (a) diagram level energi TiO2 dan N-doped TiO2, (b) mekanisme fotokatalisis dalam mendegradasi senyawa organik dibawah irradiasi sinar visibel
16
Gambar 5. Struktur Kimia Thiamethoxam
21
Gambar 6. Proses reaksi pembentukan nanotube selama anodizing
29
Gambar 7. Hasil proses anodizing plat Ti membentuk TiO2
31
Gambar 8. Amobilisasi N-TiO2 dengan teknik dip-coating (a) Pencelupan Plat Ti pada Koloid, (b) Pembentukan Lapisan N-TiO2/Ti
32
Gambar 9. Skema diagram F3+ yang bertindak sebagai mediator transfer pada permukaan
33
Gambar 10. Permukaan TiO2/Ti yang telah diimobilisasi Fe-N-TiO2
34
Gambar 11. Spektrum Puncak XRD Fe-N-TiO2
35
Gambar 12. Spektrum FTIR Fe-N-TiO2
36
Gambar 13. Hasil karakterisasi SEM lapisan tipis Fe-N-TiO2/Ti dengan perbesaran (a) 3000 kali dan (b) 10.000 kali
38
Gambar 14. EDX Fe-N-TiO2
39
Gambar 15. Grafik Linear Sweep Voltametry (LSV) : (a) Elektroda TiO2/Ti dan (b) Elektroda Fe-N-TiO2/Ti
41
xiii
panjang gelombang Gambar 16. Penentuan menggunakan spektrofotometer UV-Vis
Thiamethoxam
43
Gambar 17. Kurva Kalibrasi Thiamethoxam
44
Gambar 18. Grafik fotolisis Pestisida Thiamtehoxam ketika penyinaran cahaya UV dan Visibel; (a) kurva penurunan konsentrasi, (b) % Degradasi
45
Gambar 19. Mekanisme degradasi thiamethoxam dengan metode fotokatalisis.
47
Gambar 20. Grafik penurunan konsentrasi Thiamethoxam secara fotokatalisis TiO2/Ti: (a) kurva penurunan konsentrasi (b) % degradasi
48
Gambar 21. Grafik penurunan konsentrasi Thiamethoxam secara fotoelektrokatalisis TiO2/Ti: (a) kurva penurunan konsentrasi, (b) % degradasi
51
Gambar 22. Grafik penurunan konsentrasi Thiamethoxam secara fotoelektrokatalisis Fe-N-TiO2/Ti: (a) kurva penurunan konsentrasi, (b) % degradasi
52
xiv
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Kerangka Penelitian Prosedur Kerja Penelitian 1. Preparasi Plat Titanium (Ti) 2. Doping Fe-N-TiO2/Ti dengan Metode Sol-Gel dan Impregnasi 3. Desain Sistem Fotoelektrokatalisis 4. Fotoelektrodegradasi Thiamethoxam (TM) a. Penenuan Kurva standar Thiamethoxam b. Uji Kinerja TiO2/Ti, N-TiO2/Ti, Fe-TiO2/Ti dan Fe-N-TiO2/Ti dengan Metode Linear Sweep Voltammetry (LSV) pada Pestisisda Thiamethoxam c. Uji Degradasi Pestisida Thiamethoxam dengan Metode Multi Pulse Amperometry(MPA) Lampiran 3. Data – data Hasil Penelitian A. Aktivitas Elektroda menggunakan Potentiostat Portable dengan Metode Liniear Sweep Voltametry (LSV) Data LSV Elektroda TiO2/Ti Data LSV Elektroda Fe-N-TiO2/Ti Lampiran 1. Lampiran 2.
B. Penentuan Panjang Gelombang Maksimum (λmax) dan Kurva kalibrasi Senyawa Pestisida Thiamethoxam menggunakan Spektrofotometer UV-Vis
C. Uji Degradasi terhadap Senyawa Pestisisda Thiamethoxam menggunakan Elektroda TiO2/Ti dan FeN-TiO2/Ti 1. Konsentrasi 0,7 ppm 2. Konsentrasi 1,4 ppm 3. Konsentrasi 2,1 ppm 4. Konsentrasi 2,8 ppm D. Data Fotolisis Thiamethoxam Data Penyinaran Cahaya UV Data Penyinaran Cahaya Visibel E. Data Fotokatalisis TiO2/Ti Data Penyinaran Cahaya UV Data Penyinaran Cahaya Visibel F. Data Degradasi Thiamethoxam Fotoelektrokatalisis TiO2/Ti, Fe-N-TiO2/Ti
xv
65 66 66 67 68 69 69 70 70
71 71
71 72 73
74 74 74 75 76 77 78 78 78 79 79 79 80
Lampiran 4.
Data Degradasi Thiamethoxam Fotoelektrokatalisis Cahaya UV menggunakan TiO2/Ti Data Degradasi Thiamethoxam Fotoelektrokatalisis Cahaya Visibel menggunakan TiO2/Ti Data Degradasi Thiamethoxam Fotoelektrokatalisis Cahaya UV menggunakan FeN-TiO2/Ti Data Degradasi Thiamethoxam Fotoelektrokatalisis Cahaya Visibel menggunakan Fe-N-TiO2/Ti G. Grafik penentuan tetapan laju degradasu Thiamethoxam Dokumentasi Penelitian Preparasi Plat Titanium Pembuatan Sol-Gel Doping Fe-N pada plat TiO2/Ti Hasil preparasi Elektroda Pembuatan larutan uji thiamethoxam Larutan uji fotolisis thiamethoxam Proses fotolisis
xvi
80
82
84 86
88 96 96 96 97 98 98 98 98
ARTI LAMBANG DAN SINGKATAN
Lambang/Singkatan (aq) ºC Λ eV •OH O2• % Nm CC E0 W Lp cm2 mL Ppm TM UV Vis Mm M L Mg (p.a)
Arti Aquous Derajat Celcius Lamda (Panjang Gelombang) Elektron Volt (energi celah pita) Radikal hidroksil Oksigen radikal Persen Nanometer Coarse Coats/ ukuran lapisan kasar Potensial Elektroda Standar Ketebalan Plat Jarak rata-rata h+ sebelum berekombinasi Centimeter kuadrat Mililiter Part per million Thiamethoxam Ultra Violet Visibel Milimeter Molaritas Liter Miligram Pro analis
xvii
1
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Kemajuan teknologi di bidang pertanian telah membuka peluang yang sangat luas bagi penggunaan pestisida (Safni dkk., 2009). Akan tetapi, keberadaan senyawa organik pestisida dalam air tanah, air permukaan, air sisa buangan industri pestisida, pengolahan limbah cair dan atau sumber-sumber air minum lainnya perlu dikendalikan karena pestisida termasuk dalam kategori limbah B3 (Bahan Beracun Barbahaya). Pencemaran organik pestisida yang terakumulasi di alam dapat merugikan makhluk hidup dan lingkungan. Sementara proses biodegradasi alamiah berjalan dengan sangat lambat seiring dengan penumpukan limbah buangan industri yang berlebih setiap saat, ataupun residu senyawa-senyawa organik yang telah digunakan secara luas sebagai herbisida, insektisida, dan pengatur pertumbuhan tanaman, yang terakumulasi dalam air (Ramadhan dan Amiruddin, 2013). Salah satu contoh pestisida sintesis yaitu thiamethoxam yang merupakan golongan insektisida nikotinoid sub-kelas thio-nicotinyl. Aktivitas pestisida tergolong unggul dalam mengontrol hama tetapi memiliki karakteristik yang sulit didegradasi tanah dan mempunyai mobilitas yang tinggi sehingga berpotensi terlepas ke lingkungan perairan sebagai kontaminan (Muccio et al., 2006). Dampak buruk dari pemakaian insektisida ini sangat membahayakan bagi lingkungan dan makhluk hidup di sekitarnya, oleh karena itu dibutuhkan suatu
2
metode yang dapat mengolah limbah pestisida tersebut menjadi senyawa yang ramah lingkungan (Sari dkk., 2012). Saat ini telah banyak metode yang digunakan untuk mengurangi pencemaran pestisida secara biologis dan kimiawi, salah satunya dengan menggunakan proses oksidasi tingkat lanjut (Advance Oxidation Processes) seperti penggunaan fotokatalis untuk fotodegradasi (Mills and Hunte, 1997). Fotokatalis (TiO2) merupakan zat pengoksidasi yang sangat kuat bila disinari dengan cahaya Ultra Violet (UV) dengan panjang gelombang (λ) 365-385 nm. Fotokatalis TiO2 yang disinari dengan UV akan mengalami pemisahan elektron pada pita konduksi dan membentuk hole (h+) pada pita valensi. Interaksi hole dengan molekul air akan menghasilkan radikal hidroksil (HO•). Radikal (HO•) merupakan zat pengoksidasi untuk senyawa organik (Rilda dkk., 2010). Teknik oksidasi yang sedang dikembangkan dalam satu dekade terakhir adalah oksidasi berbasis fotoelektrokatalisis menggunakan semikonduktor TiO2. Fotoelektrokatalisis merupakan metode yang menggabungkan proses elektrokimia dan proses fotokatalisis untuk meningkatkan kinerja fotokatalis (Nurdin dkk., 2009). Metode ini memiliki beberapa keunggulan yaitu polutan organik dapat didegradasi menjadi senyawa yang tidak berbahaya seperti H2O dan CO2, serta lebih hemat pemakaian bahan kimia dan energinya (Azelle et al., 2010). Namun, TiO2 hanya aktif bekerja dengan menggunakan radiasi sinar UV karena energi celah pita (Eg) TiO2 yang relatif besar (3.2 eV untuk fase anatase) padahal sinar UV yang masuk ke bumi hanya berkisar 3-5% dan efisiensi hasil yang rendah (<10%) karena proses rekombinasi yang terlalu cepat antara elektron dan hole (Sun et al., 2010).
3
Optimasi penggunaan TiO2 dengan memanfaatkan cahaya matahari dapat dilakukan dengan memperkecil energy gap sehingga penyerapan cahaya dapat bergeser ke daerah visibel. Metode yang tengah banyak dikembangkan salah satunya adalah doping dengan atom-atom logam maupun non logam (Effendi dkk., 2012). Doping TiO2 dengan non logam seperti C (Park et al., 2006), S (Tang et al., 2008), F (Yu et al., 2008), (Zhang et al., 2009), N (Wu et al., 2011) dan B (Bessegato et al., 2014) terbukti efektif menggeser serapan optik TiO2 ke level energi lebih rendah. Dari berbagai unsur non logam tersebut, nitrogen adalah dopan yang paling efektif karena ukurannya yang tidak jauh berbeda dengan oksigen dan energi ionisasinya yang kecil. Selain itu, nitrogen juga dapat memperbaiki sifat optik TiO2 sehingga dapat meningkatkan kualitas lapis tipis (Li et al., 2009). Selain non logam, imobilisasi logam transisi Cr (Yang et al., 2014), Cu (Zhao et al., 2014), Fe (Tang et al., 2014) dan Ni (Pirkarami et al., 2014) juga berhasil mengaktifkan TiO2 pada cahaya tampak sekaligus meningkatkan kinerja sel fotoelektrokatalitik. Diantara logam-logam transisi, Fe baik digunakan karena jari-jari ion yang dimiliki hampir sama dengan jari-jari ion Ti4+ sehingga dimungkinkan ion Fe3+ akan lebih mudah mensubstitusi ion Ti4+ di dalam kisi kristal TiO2 (Hu et al., 2007). Sathiskumar et al., (2011) telah melakukan sintesis nanopartikel fotokatalis Fe-TiO2 dengan menggunakan metode impregnasi TiO2 Degussa P25 untuk fotodegradasi zat warna azo. Hasil penelitian menunjukkan bahwa Fe-TiO2 memiliki serapan pada panjang gelombang 600 nm, yang mengindikasikan adanya level energi baru tepi yang terbentuk akibat penambahan ion Fe3+. Aktivitas fotokatalitik
4
degradasi zat warna azo material Fe-TiO2 lebih besar jika dibandingkan dengan TiO2 murni. Metode doping merupakan salah satu modifikasi TiO2 yang mampu mengubah struktur elektronik TiO2 sehingga mampu menurunkan energi celah pita. Penggunaan dopan baik itu dopan tunggal maupun dopan ganda mampu menurunkan energi celah pita TiO2. Studi akhir yang dilakukan oleh Dolat et al. (2013), menunjukkan bahwa modifikasi dari TiO2 dengan pemilihan Fe dan N yang sesuai dapat menghasilkan aktifitas fotokatalitik yang tinggi dibawah sinar visibel. Berdasarkan studi literatur yang diuraikan telah banyak dilakukan penelitian mengenai fotokatalisis, maka pada penelitian ini akan dilakukan fabrikasi elektroda kerja double doped Fe-N-TiO2/Ti yang berperan untuk mendegradasi senyawa thiamethoxam. Pembuatan lapisan TiO2 pada penelitian ini akan menggunakan metode anodizing, dilanjutkan dengan doping fotokatalis oleh Fe dan N secara solgel. Kinerja elektroda Fe-N-TiO2/Ti kemudian akan dibandingkan dengan elektroda undoped TiO2/Ti dalam mempelajari tingkat efisiensi untuk mendegradasi senyawa organik yang terdapat dalam air. B. Rumusan Masalah Permasalahan yang menjadi objek kajian dalam penelitian ini adalah: 1. Bagaimana proses doping Fe dan N dengan metode sol-gel? 2. Bagaimana pengaruh fotoelektroda TiO2/Ti dan Fe-N-TiO2/Ti terhadap laju degradasi
thiamethoxam
di
bawah
menggunakan metode fotoelektrokatalisis?
iradiasi
sinar
UV-Visibel
dengan
5
C. Tujuan Penelitian Tujuan dilakukannya penelitian ini yaitu: 1. Memperoleh fotoelektroda TiO2/Ti dan Fe-N-TiO2/Ti dengan metode sol-gel. 2. Mengetahui pengaruh fotoelektroda TiO2/Ti dan Fe-N-TiO2/Ti terhadap laju degradasi thiamethoxam di bawah iradiasi sinar UV-Visibel secara fotoelektrokatalisis. D. Manfaat Penelitian Manfaat yang diharapkan dari pencapaian hasil penelitian ini yaitu: 1. Memberikan informasi mengenai proses doping besi dan nitrogen pada TiO2 dengan metode sol-gel. 2. Memberikan informasi pengaruh katalis TiO2/Ti dan Fe-N-TiO2/Ti terhadap laju degradasi thiamethoxam di bawah iradiasi sinar UV-Visibel secara fotoelektrokatalisis.
6
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Titanium Dioksida (TiO2) Umumnya ikatan dan distribusi elektron pada material padatan sering dideskripsikan melalui teori pita. Teori pita ini menggambarkan dua tipe energi yang dimiliki suatu bahan yaitu mencakup pita valensi dan pita konduksi. Diantara kedua pita ini, terdapat suatu celah yang biasa disebut dengan band gap. Semikonduktor merupakan
suatu
bahan
yang
mempunyai
sifat
isolator
dan
konduktor.
Semikonduktor memiliki celah energi (Eg) antara 0,5-5,0 eV dimana dapat dikarakterisasi melalui dua tipe energinya yaitu pita valensi dan pita konduksi (Nadiroh, 2011). Salah satu semikonduktor yang mempunyai band gap lebar yang sering digunakan adalah (TiO2). TiO2 mempunyai band gap sebesar 3,2 eV, dengan rentang – 1,2 eV sampai 2,0 eV. Selain itu TiO2 juga merupakan bahan yang inert, tidak berbahaya dan memiliki karakteristik optik yang baik. Selain itu, untuk meningkatkan kemampuan fotokatalitiknya TiO2 dapat dikompositkan dengan berbagi macam bentuk karbon seperti karbon aktivasi, karbon nanotube (Nugraha dan Susanti, 2015). TiO2 atau biasa disebut Titania atau Titanium (IV) oksida merupakan bentuk oksida dari titanium. Senyawa TiO2 bersifat amfoter, larut secara lambat dalam H2SO4(aq) pekat. Sifat senyawa TiO2 adalah tidak tembus cahaya, mempunyai warna putih, tidak beracun, senyawa ini dimanfaatkan secara luas dalam bentuk kristal
7
anatase sebagai pigmen, bakterisida, pasta gigi, fotokatalisis dan elektroda dalam sel surya (Carp et al.,2004). Titania merupakan semikonduktor oksida yang memiliki sifat optik yang baik, stabilitas kimia yang tinggi, non toksik, dan murah (Anh Tuan et al, 2010).
TiO2 merupakan semikonduktor yang memiliki titik leleh dan konstanta dielektrik tinggi. TiO2 dapat digunakan sebagai bahan utama dalam pembuatan alatalat elektronik dan sensor. TiO2 murni memiliki band gap yang lebar (3,2 eV – 3,8 eV) sehingga hanya memiliki efisiensi fotokatalitik sebesar 5% dari energi matahari (Rahmawati, 2008). TiO2 memiliki tiga macam struktur kristal yaitu anatase, rutile dan brookite. TiO2 jenis anatase lebih fotoaktif daripada jenis rutile karena luas permukaan anatase lebih besar dibanding rutile sehingga sisi aktif per unit anatase lebih lebih besar dibanding yang dimiliki rutile. Struktur anatase memiliki band gap sebesar 3,2 eV yang setara dengan energi gelombang cahaya UV dengan panjang gelombang (λ<380 nm) (Nurdin, 2014).
Gambar 1. Struktur Kristal TiO2; a =Anatase, b = Rutile, c = Brookite (Badawy et al.,2013).
8
B. Fotokatalisis pada Permukaan TiO2 Proses fotokatalisis adalah adsorpsi yang terjadi pada permukaan partikel (Xue et al., 2011). Mekanisme dasar yang memungkinkan terjadinya proses fotokatalisis adalah terbentuknya pasangan electron-hole pada permukaan katalis semikonduktor ketika diinduksi oleh energi foton yang sesuai. Oksidasi fotokatalisis dapat mendegradasi senyawa-senyawa organik dengan mengubahnya menjadi produk anorganik yang aman bagi lingkungan yaitu CO2 dan H2O (Rosariawati dkk., 2012). Proses fotokatalisis pada permukaan TiO2 dapat terjadi ketika TiO2 (suatu semikonduktor) dikenai cahaya (hν) dengan energi yang sesuai, maka elektron pada pita valensi (e-) akan mengabsorbsi foton tersebut dan pindah ke tingkat energi yang lebih tinggi yaitu pita konduksi. Sebagai konsekuensinya akan meninggalkan lubang positif (hole+ atau disingkat sebagai h+) pada pita valensi. Sebagian besar pasangan edan h+ ini akan berekombinasi kembali, baik di permukaan atau didalam bulk partikel. Sementara itu, sebagian pasangan e- dan h+ dapat bertahan sampai pada permukaan TiO2, dimana h+ dapat menginisiasi reaksi oksidasi dan dilain pihak eakan menginisisasi reaksi reduksi zat kimia yang ada disekitar pemukaan TiO 2. Iradiasi TiO2 dengan ultraviolet (UV) cahaya melampaui energi band gap semikonduktor (energi celah pita tidak hanya tergantung pada struktur kristal titania, tetapi juga pada morfologi, dan cacat, misalnya untuk rutil dan anatase masingmasing 3,10 dan 3,23 eV) Gambar 2 menggambarkan mekanisme oksidasi fotokatalitik senyawa organik di bawah sinar UV (Zangeneh et al., 2015).
9
Gambar 2. Skema representatif untuk mekanisme degradasi Fotoelektorkatalisis pada permukaan TiO2 (Zangeneh et al., 2015). Sifat pengoksidasi dari lubang (h+) di pita valensi dapat menghasilkan ●OH radikal oleh oksidasi H2O molekul atau ion OH- teradsorpsi pada permukaan semikonduktor, dan juga mampu mengoksidasi molekul organik langsung. Fotoeksitasi TiO2 dan kemungkinan oksidasi senyawa organik dituliskan dalam Persamaan 1-6: TiO2 + hv→
TiO2(e-+ h+)
(1)
h+ + H2O → HO• + H+
(2)
h+ + HO-→
(3)
HO•
Organics + HO• → Degradation products
(4)
e- + O2→•O2-
(5)
H2O2 + e-→HO•+ HO-
(6) (Affam et al., 2013)
10
Dengan menuliskan persamaan 1 - 4 hal ini membuktikan bahwa semikonduktor TiO2 dapat mendegradari senyawa organik dalam perairan. Kekurangan dari hal ini dapat terjadinya rekombinasi electron-hole yang dapat menonaktifkan proses kinerja dari TiO2. Oleh sebab itu Nurdin dkk. (2009) dengan menggabungkan proses fotokatalis dengan metode elektrokimia yang dikenal dengan proses fotoelektrokatalisis. C. Fotoelektrokatalisis Perkenalan kombinasi fotokatalisis dan teknik elektrokimia telah berhasil dieksplorasi dalam degradasi senyawa organik yang berbahaya sejak awal tahun 1990-an, oksidasi Photoelectrocatalytic (PEC) dikenal sebagai teknik yang kuat digunakan dengan tujuan mempromosikan degradasi organik. (Bassegato et al., 2016). Teknik fotoelektrokatalisis merupakan kombinasi dari elektokimia dan proses fotokatalisis. Metode ini menerima banyak perhatian karena kemampuannya untuk menghambat rekombinasi pasangan electron-hole (eCB/h+VB) dan kemungkinan untuk meningkatkan waktu hidup spesi oksidator (Daghrir et al., 2012). Umumnya, mekanisme fotoelektrokatalisis harus didasarkan pada aktivasi semikonduktor oleh pencahayaan. Cahaya dapat membangkitkan elektron dari pita valensi (VB) dari semikonduktor ke pita konduksi (CB), kemudian memproduksi h+ dalam VB yang dapat bertindak sebagai situs oksidasi, dan elektron photogenerasi (e-) dapat ditransfer ke eksternal sirkuit dengan potensibias yang diterapkan. Senyawa organik dan air dapat teradsorpsi pada permukaan semikonduktor yang terurai oleh h+
11
photogenerasi
yang
tersisa
di
VB
yang
menunjukkan
bahwa
proses
fotoelektrokatalisis adalah suatu gejala permukaan (Yanhe et al., 2015). Ketika fotokatalisis terlapisi pada substrat konduktif (fotoanoda), terdapat kemungkinan untuk diterapkan potensial bias anodik pada semikonduktor dan untuk memodifikasi substrat/penghubung elektrolit. Alternatif ini meningkatkan efisiensi pemisahan muatan dengan menggunakan elektron terfotogenerasi melalui sirkuit eksternal ke elektroda countrer (Egerton, 2011).
Gambar 3. Representasi skematif dari mekanisme rekombinasi dan pemisahan muatan pada fotokatalisis atau fotoelektrokatalisis dan mekanisme pemisahan muatan dalam suatu system fotoelektrokimia dimana potensial gradien dibuat (Egerton, 2011). D. Doping Fotokatalisis TiO2 Doping merupakan suatu proses memasukkan atom lain (dopan) yang bertujuan untuk memerperbaiki sifat-sifat bahan sesuai peruntukannya, di antaranya meningkatkan konduktivitas semikonduktor, memperoleh semikonduktor dengan
12
hanya satu pembawa muatan (electron atau hole) saja, atau mendapatkan semikonduktor yang memiliki energi celah lebih rendah dari asalnya. Atom-atom dopan pada semikonduktor tipe-n adalah atom-atom pentavalen dan dinamakan atom donor, sedangkan pada semikonduktor tipe-p trivalen dan dinamakan akseptor. Akibat doping ini maka hambatan jenis koduktor mengalami penurunan (Companion et al., 1991). Peningkatan aktivitas fotokatalitik TiO2 dapat dilakukan dengan penambahan dopan baik logam maupun non-logam. Penggunaan logam sebagai dopan untuk meningkatkan aktivitas fotokatalisis telah banyak dilakukan, salah satunya yaitu penggunaan logam transisi yaitu Cr, Cu, Fe, dan Ni juga berhasil mengaktifkan TiO2 pada cahaya tampak sekaligus meningkatkan kinerja sel fotoelektrokatalitik. Diantara logam-logam transisi Fe baik digunakan karena jari-jari ion yang dimiliki hampir sama dengan jari-jari ion Ti4+ sehingga dimungkinkan ion Fe3+ akan lebih mudah mensubstitusi ion Ti4+ di dalam kisi kristal TiO2 (Hu et al., 2007). Selain dopan logam, terdapat pula dopan non-logam yang relatif baru dalam pengaplikasiannya. Morikawa et al. (2001) menunjukkan beberapa dopan pengganti seperti karbon, nitrogen, fosfor dan belerang pada TiO2 anatase. Dari berbagai unsur non-logam tersebut, nitrogen menjadi dopan yang paling efektif karena ukurannya yang tidak jauh berbeda dengan oksigen dan energi ionisasinya kecil. Selain itu, nitrogen juga dapat memperbaiki sifat optik TiO2 sehingga dapat meningkatkan kualitas lapisan tipisnya. Orbital 2p dari nitrogen dekat dengan orbital 2p milik oksigen sehingga mampu membentuk level energi baru di atas pita valensi TiO 2
13
sehingga Eg dari TiO2 dapat dipersempit sehingga aktivitasnya bisa bergeser ke daerah sinar tampak (Rane et al., 2006). E. Doping Logam Fe (Besi) Besi adalah logam yang berasal dari bijih besi (tambang) yang banyak digunakan untuk kehidupan manusia sehari-hari dari yang bermanfaat sampai dengan yang merusakkan. Dalam tabel periodik, besi mempunyai simbol Fe dan nomor atom 26. Besi juga mempunyai nilai ekonomis yang tinggi. Besi adalah logam yang paling banyak dan paling beragam penggunaannya. Hal ini dikarenakan besi mempunyai sifat-sifat yang menguntungkan dan mudah dimodifikasi. Besi merupakan logam dengan kelimpahan terbanyak kedua setelah aluminium pada kulit bumi dan ditemukan dalam bentuk divalent dan trivalent (Dinararum dkk., 2013). Ion Fe3+ dan nitrogen sering digunakan sebagai dopan, baik itu dopan tunggal maupun ganda. Ion Fe3+ menjadi kandidat terbaik karena ukuran jari-jari ion Fe3+(0,064 nm) yang mirip dengan jari-jari ion Ti4+(0,068 nm). Oleh karena itu, Fe3+dapat masuk kedalam struktur TiO2, berada di bagian interstisial atau menempati posisi subtitusional. Selain itu, Fe3+ dapat bertindak sebagai perangkap untuk pasangan elektron-hole sehingga meningkatkan efisiensi fotokatalitik TiO2 (Yalҫin et al.,2011). Peningkatan fotokatalitik dengan penambahan doping logam Fe dibandingkan dengan TiO2 ditunjukkan bahwa ion Fe3+ dapat bertindak sebagai pemisahan elektron dan hole yang dapat meningkatkan kemampuan eksitasi elektron dan hole secara
14
cukup lama, dan juga dapat bertindak sebagai penjebak elektron dan hole karena ion Fe3+ dapat berubah ke dalam ion Fe2+ dan Fe4+
dengan adanya pemisahan
fotogenerasi oleh elektron dan hole (persamaan (8) dan (9)). Karena ion Fe2+ dan Fe4+ relatif stabil sebaliknya untuk ion Fe3+ , nilai eksitasi dapat dengan mudah melepaskan dari ion Fe2+ atau Fe4+ dan kemudian bermigrasi ke permukaan untuk memulai reaksi Fotokatalitik. ion Fe2+ dapat teroksidasi menjadi ion Fe3+ dengan mentransfer elektron untuk diserap oleh O2 pada permukaan TiO2 (10) atau permukaan yang berdekatan ion Ti4+
(11). Penyerapan O2 kemudian direduksi
menjadi O−2 (persamaan (10) dan (12)), yang dapat meningkatkan aktivitas Fotokatalitik. Sementara itu, ion Fe4+ dapat mereduksi menjadi ion Fe3+ dengan melepaskan elektron pada permukaan gugus hidroksil menjadi menghasilkan radikal hidroksil (13) yang lebih lanjut dapat meningkatkan aktivitas Fotokatalitik (Othman et al., 2011). TiO2 + hν → e− + h+
(7)
Fe3+ + h+→ Fe4+
(8)
Fe3+ + e− → Fe2+
(9)
Fe2+ +O−2→ Fe3+ +O−
(10)
Fe2+ +Ti4+→ Fe3+ +Ti3+
(11)
Ti3+ +O−2→ Ti4+ +O−2
(12)
Fe4+ +OH− → Fe3+ +OH•
(13) (Othman et al., 2011)
15
F. Doping Non Logam N Selain logam, atom dopan juga dapat berasal dari golongan non logam. Tan et al., (2007) menunjukkan bahwa dopan non logam memiliki kemampuan untuk memperbaiki morfologi dan aktivitas fotokatalitik TiO2. Doping Nitrogen cukup baik digunakan karena ukurannya sebanding atom O, energi ionisasi kecil dan stabilitas. Selain itu, nitrogen doping tidak hanya mengubah struktur kristal TiO2, tetapi juga menekan laju rekombinasi elektron fotogenerasi dan hole, yang meningkatkan aktivitas fotokatalis TiO2. Sato et al. telah melakukan preparasi TiO2 nitrogen-doped (N-doped TiO2) dengan kalsinasi komersial titanium hidroksida, tetapi hasilnya tidak menarik banyak perhatian pada waktu itu. Kemudian, laporan lain diterbitkan. Asahi et al. melaporkan bahwa doping nitrogen TiO2 meningkatkan aktivitas fotokatalitik dari TiO2 ke cahaya tampak. Banyak penelitian juga menegaskan bahwa doping nitrogen dalam TiO2 memungkinkan aktivitas fotokatalitik cahaya tampak dari TiO2 tanpa mengurangi aktivitasnya di bawah sinar UV. Umumnya, fotokatalisis didasarkan pada generasi pasangan elektron-hole pada penyinaran dengan cahaya. Elektron bermigrasi dari pita valensi ke pita konduksi, meninggalkan hole di pita valensi, yang berpartisipasi dalam reaksi redoks dengan spesies organik yang terserap dan molekul oksigen yang diserap. Di sisi lain, generasi elektron pada pita konduksi dan hole di pita valensi bawah iradiasi cahaya tampak tidak layak karena celah pita TiO2 yang lebar (~ 3.20eV) . Penggabungan nitrogen ke dalam kisi TiO2, mengarah pada pembentukan energi gap yang baru pada
16
pertengahan , yaitu pita valensi N 2p berada diatas pita O 2p, yang akhirnya mengurangi celah pita TiO2 (untuk ~ 2,5 eV) dan menggeser penyerapan optik ke daerah cahaya tampak. Oleh karena itu, sangat mungkin bagi elektron untuk bermigrasi dari pita valensi ke pita konduksi pada penyerapan cahaya tampak, yang mengarah ke aktivitas cahaya tampak dari N doped TiO2 (Gambar 4a). diagram skematik yang diusulkan (Gambar. 4b) merupakan pengurangan energi band gap setelah N doping dan reaksi degradasi fotokatalitik yang dapat berlangsung bawah iradiasi cahaya tampak. Gambar menunjukkan generasi elektron pada pita konduksi dan hole di pita valensi dibawah iradiasi cahaya visibel. Elektron di pita konduksi menumpuk pada permukaan katalis, dan kemudian menangkap molekul oksigen, baik terlarut dalam air atau di atmosfer untuk menghasilkan spesies yang sangat oksidatif, seperti anion superoksida radikal dan radikal hidroksil.
Gambar 4. (a) diagram level energi TiO2 dan N-doped TiO2, (b) mekanisme fotokatalisis dalam mendegradasi senyawa organik dibawah irradiasi sinar visibel (Ansari et al., 2016)
17
Radikal yang sangat reaktif bertanggung jawab untuk degradasi polutan organik. Lubang-lubang yang dihasilkan di VB yang menangkap ion OH untuk menghasilkan spesies yang sangat oksidatif, seperti radikal hidroksil (HO˚) yang sangat reaktif dan bertanggung jawab atas degradasi dan mineralisasi polutan organik (Ansari et al., 2016). G. Metode Anodizing Metode anodizing merupakan proses pelapisan dengan cara elektrolisis untuk melapisi permukaan logam dengan suatu material ataupun oksida yang bersifat melindungi dari lingkungan sekitar. Pembuatan elektroda TiO2/Ti nano tube dengan metode oksidasi langsung secara elektrokimia (anodizing) pertama kali dilaporkan pada tahun 2001 oleh Gong, et al. Penelitian selanjutnya memfokuskan pada perluasan dan kualitas morfologi nano tube (Mor et al., 2003), panjang dan ukuran pori nano tube (Carp et al., 2004), dan ketebalan dinding nano tube (Mor et al., 2005). Metode anodizing dapat digunakan sebagai salah satu cara pelapisan, dimana anodizing adalah suatu proses pelapisan yang menghasilkan lapisan oksida tipis pada logam dan campurannya, pada prosesnya menggunakan reaksi elektrolisis. Proses anodizing dipengaruhi beberapa faktor seperti suhu, kerapatan arus, voltase, waktu proses dan lain-lain, sehingga untuk menghasilkan produk yang diinginkan, beberapa faktor tersebut harus dikendalikan (Santhiarsa, 2010).
18
Proses anodizing adalah proses pembentukan lapisan oksida pada logam dengan cara mereaksikan atau mengkorosikan suatu logam dengan oksigen (O 2) yang diambil dari larutan elektrolit yang digunakan sebagai media, sehingga terbentuk lapisan oksida. Proses ini juga disebut sebagai anodic oxidation yang prinsipnya hampir sama dengan proses pelapisan dengan cara listrik (elektroplatting), tetapi bedanya logam yang akan dioksidasi ditempatkan sebagai anoda didalam larutan elektrolit. Perbedaan lain larutan elektrolit yang digunakan bersifat asam dengan penyearah arus Direct Curent (DC) bertipe dan ampere tinggi (Santhiarsa, 2010). Pada permukaan lapisan oksida yang terbentuk dalam proses anodizing, terdapat jutaan sel per cm2, dimana ukurannya merupakan fungsi dari tegangan proses anodizing (Lowenheim, 1978). Proses anodizing berdasarkan proses elektrolisis, dimana logam Ti ditempatkan pada kutub anoda dan logam Cu atau Pt digunakan pada kutub katoda yang dihubungkan dengan arus DC Power Supply. Lapisan TiO2 nano tube memiliki ukuran panjang sekitar 6-7 nm dengan rata-rata diameter dalam sekitar 40-50 nm yang diproduksi menggunakan larutan elektrolit gliserol dengan 0,5 % NH 4F (Macak et al., 2005 dan Macak and Schmuki, 2006). Reaksi yang terjadi pada anodizing berlangsung sangat cepat dan dapat dituliskan sebagai berikut (Rahmawati dkk., 2008) : Anoda
: 2H2O + 4H+ + 4e-
E0= -1,229 V
Katoda
: 2Cu2+ + 4e- Cu
E0= +0,340 V E0sel = -0,889 V
(14 ) (15 )
19
Oksigen yang dilepaskan pada anoda selanjutnya akan terikat pada permukaan ion logam titanium menghasilkan lapisan tipis TiO2 seperti terlihat pada reaksi (Jaroenworaluck et al., 2007) : (16 ) Ion fluor yang terdapat dalam elektrolit NH4F dapat menyerang dan berikatan pada TiO2 + 4H+ + 4e-
Ti + 2H2O
lapisan oksida TiO2 sehingga dapat meningkatkan konduktivitas listrik yang dimiliki oleh lapisan oksida TiO2 yang dapat dituliskan dalam reaksi berikut (Lohrengel, 1993) : TiO2 + 6F- + 4H+
[TiF6]2- + 2H2O
(17 )
H. Laju Reaksi Kinetika oksidasi fotokatalitik dari senyawa organik sering dimodelkan oleh persamaan Langmuir-Hinshelwood (L-H). Tetapan laju degradasi Thiamethoxam dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan :
Dimana :
=
=
=
(1 −
)
dC/dt = Laju degradasi Thiamethoxam = Konstanta laju reaksi spesifik untuk oksidasi reaktan = Fraksi katalis oleh reaktan scoping
= Penyerapan konstan reaktan = Konsentrasi awal Thiamethoxam
20
Persamaan diatas dapat di sederhanakan menjadi : +
( − ) = 1+ 1+ + (
− )=
(18 )
(19 )
Jika konsentrasi awal (Co) memiliki nilai sangat rendah (Co<< 1), persamaan akan disederhanakan menjadi persamaan laju reaksi orde pertama :
I.
Thiamethoxam
+
= `
(20 )
Penggunaan pestisida di bidang pertanian dan perkebunan pada beberapa tahun lalu mengalami peningkatan secara kuantitas dan kualitas serta bertambahnya juga perusahaan yang membuat pestisida sintesis (Kundua et al., 2005). Sebagian besar pestisida yang mencemari lingkungan merupakan senyawa organik yang sulit untuk didegradasi (Persistent Organic Pollutants) (Kaushik et al., 2010). Salah satu contoh pestisida sintesis yaitu thiamethoxam yang merupakan
golongan insektisida nikotinoid pada seb-kelas thio-nicotinyl. Senyawa ini dipasarkan dengan merk Actara® untuk treatment tanah (pada tanaman tembakau, kentang, kemiri, strawberi dan kapas) dan Cruiser® untuk treatment bibit (pada tanaman jagung, kapas, gerst, kentang, bunga dan polong-polongan) (Robinson, 2001). Aktivitas pestisida tergolong unggul dalam mengontrol hama tetapi memiliki
21
karakteristik sulit diserap tanah dan mempunyai mobilitas yang tinggi sehingga berpotensi terlepas ke lingkungan perairan sebagai kontaminan (Muccio et al., 2006). Keberadaan thiamethoxam atau 3 -(2 –chloro –thiazol –5 –ylmethyl ) -5 methyl [1,3,5] oxadiazinan -4 –ylidene -N- nitroamine dalam ekosistem akuatik membahayakan
organisme-organisme
invertebrata
perairan
(Ebrahimpour et al., 2010). Fakta lain menunjukkan bahwa thiamethoxam relatif tidak berbahaya bagi ikan dan burung tetapi berpotensi menyebabkan keracunan bagi mamalia termasuk manusia dengan menyerang sistem saraf dan menekan sistem kekebalan tubuh (Government of Australia (GOA), 2001). O
N Cl N
N
S
CH3 N NO2
Gambar 5. Struktur Kimia Thiamethoxam Senyawa dengan rumus molekul C8H10ClN5O3S ini memiliki kelarutan yang tinggi dalam air. Kondisi inilah yang meningkatkan resiko bahaya penggunaan thiamethoxam khususnya bagi lingkungan perairan sehingga beberapa negara seperti Australian dan Jerman telah membatasi penggunaan insektisida tersebut.
22
Tabel 1. Sifat Fisik Thiamethoxam (GOA, 2001) Sifat Fisik Thiamethoxam Berat molekul
291,7 g.mol-1
Bentuk fisik
Cairan
Warna
Merah
Bau
Seperti kapur
Bobot jenis
1,15 – 1,12 g/mL (pada 20°C)
Kelarutan dalam air
4,1 g.L-1 (pada 25 °C)
23
III.
METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Kimia Analitik dan Laboratorium Anorganik Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Halu Oleo pada bulan Desember 2015 hingga Maret 2016. B. Alat dan Bahan Penelitian 1. Alat Penelitian
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini yaitu labu ukur Iwaky Pyrex ukuran 25 mL, 50 mL, dan 100 mL, 500 mL, 1000 mL, gelas beaker Iwaky Pyrex ukuran 50 mL, 100 mL, dan 250 mL, pipet ukur Iwaky Pyrex 10 mL dan 1 mL, filler, batang pengaduk, spatula, cawan porselen, kuvet, pinset, tissue, pipet tetes, botol semprot, gunting, stopwatch, 1 set alat refluks (labu alas bulat, kondensor, selang penghubung), statif dan klem, pompa akuarium, reaktor UV dan Visible, lampu UV, Lampu Visible Philips Balon Halogen 150W, magnetic stirrer, timbangan analitik, Oven Memmert, hot plate stirrer Jlab Tech, desikator, aluminium foil, Power Supply, potentiostat portable (e-DY2100PN), SEM, XRD (Inspect F50), furnice thermolyne, spektrofotometer UV-Visible. 2. Bahan Penelitian Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu plat Titanium dengan kemurnian 99% dan ketebalan 0,5 mm, amplas halus ukuran 1200 dan 220 CC, titanium tetra isopropoksida (TTIP) 97%, asetil asetonat, etanol 99%, asam asetat (CH 3COOH),
24
Amonium Klorida (NH4Cl) 5 M, plat Tembaga (Cu), HNO3 (p.a), HF (p.a), NH4F, NaNO3, Gliserol 98%, akuades, besi (III) nitrat Fe(NO3)3., Thiamethoxam.
C. Prosedur Penelitian 1. Preparasi Plat Ti (titanium) Preparasi plat Ti (titanium) dilakukan dengan memotong plat Ti kemurnian 99% dan ketebalan 0,5 mm dengan ukuran 4 cm × 0,5 cm lalu diamplas menggunakan amplas halus ukuran 1200 CC hingga permukaannya bersih dan mengkilap. Kemudian dicuci dengan menggunakan larutan detergen, air, dan akuades. Hal ini dilakukan agar plat Ti yang akan digunakan bersih dari zat-zat pengotor. Setelah dikeringkan di udara bebas, plat Ti kemudian direndam (etching) menggunakan larutan campuran HF, HNO3, dan akuades dengan perbandingan 1:3:6 selama 2 menit. Perlakuan ini bertujuan menghilangkan lemak dan lapisan oksida yang masih terdapat pada permukaan logam Ti. Tahapan akhir dalam preparasi ini membilas plat Ti dengan akuades untuk menghilangkan sisa larutan etching pada permukaan plat Ti kemudian dikeringkan di udara bebas. 2. Pembuatan Lapisan TiO2 dengan Metode Anodizing Plat Titanium yang telah dipreparasi dimasukkan dalam probe yang telah diisi dengan larutan elektrolit berupa NH4F 0,27 M dan akuades dalam gliserol 98%. Dimana pembuatan larutan elektrolit ditimbang 0,99 gram NH4F dilarutkan menggunakan 4 mL akuades dan 96 mL gliserol 98%. Proses anodizing dilakukan dengan menempatkan plat Ti sebagai anoda dan plat Cu sebagai katoda dengan
25
menggunakan magnetic stirrer, serta memberikan beda potensial sebesar 25 Volt yang dihubungkan dengan power supply. Proses anodizing ini dilakukan selama 4 jam. Tahapan akhir yang dilakukan yaitu kalsinasi plat Ti selama 1,5 jam dengan suhu 500ᵒC untuk menguapkan sisa larutan elektrolit yang masih terdapat di permukaan plat Ti sekaligus untuk mendapatkan kristal anatase TiO2 yang memiliki aktivitas fotodegradasi lebih baik dibandingkan jenis kristal lainnya (Marzuki, 2013). 3. Proses Doping TiO2/Ti dengan Besi (Fe) dan Nitrogen (N) Menggunakan Metode Sol-Gel Untuk mendoping TiO2 dengan besi dan nitrogen, sol terbuat dari larutan 1 berupa larutan koloid TiO2 disiapkan dengan hidrolisis terkontrol dari titanium tetra isopropoksida (TTIP) diambil sebanyak 4 mL dalam asetil asetonat 0,5 mL dan 15 mL etanol 99%. Larutan 2 berupa 15 mL etanol 99% dan 2 mL akuades dengan penambahan 1 mL asam asetat 0,1 M. Campuran larutan 1 dan 2 direfluks selama 3 jam dengan suhu 50˚C (Adisti, 2011). Kemudian diaduk dengan menggunakan magnetic stirrer selama 3 jam pada suhu 50˚C yang diikuti dengan pena mbahan NH4Cl dan Fe(NO3)3 untuk menghasilkan sol TiO2 yang mengandung besi dan nitrogen. Sol yang dihasilkan diuapkan pada suhu ruang selama 48 jam hingga membentuk gel. Selanjutnya gel yang dihasilkan dipanaskan pada suhu 80˚C dalam oven selama 30 menit. Proses pelapisan dengan proses pencelupan pada daerah yang telah ditumbuhi TiO2 pada plat titanium. Teknik pencelupan dilakukan selama 10 menit dan diangkat
26
dengan cara perlahan-lahan. Kemudian di kalsinasi dalam tanur selama 15 menit dengan suhu 150˚C. 5. Karakterisasi Katalis a. Linear Sweep Voltammetry (LSV) Pengukuran menggunakan Linear Sweep Voltammetry dengan menggunakan larutan NaNO3 0,1 M, dimana 0,85 gram NaNO3 dilarutkan dalam labu takar 100 mL. Pengujian LSV dilakukan dari potensial -1 Volt hingga 1 Volt. Dengan scan rate 1x10-4 V/s, dimana masing-masing elektroda TiO2/Ti, dan Fe-N-TiO2/Ti diuji dengan pemberian bias lampu UV dan visibel. Hasil dari LSV untuk melihat adanya aktivitas fotoelektrokatalitik selama proses pengujian. b. Spektrofotometer Ultra Violet – Visibel (UV-Vis) Pengukuran dengan spektrofotometer UV-Vis dilakukan untuk mengetahui kinerja degradasi dari elektroda TiO2/Ti, dan Fe-N-TiO2/Ti terhadap Thiamethoxam. c. Scanning Electrone Microscope (SEM) Karakterisasi menggunakan SEM dilakukan untuk mengetahui keadaan lapisan tipis dari TiO2, yang terbentuk. Dari hasil foto SEM akan terlihat pembentukan nano tube pada permukaan lapisan tipis TiO2 yang telah terdoping dengan ukuran tertentu. d. X-Ray Diffraction (XRD) Karakterisasi menggunakan XRD dilakukan untuk melihat karakteristik kristal TiO2, yang terbentuk. Hasil karakterisasi XRD berupa pola difraksi sinar-X
27
akan menunjukkan puncak yang spesifik pada spektrum hasil karakterisasi XRD yang merupakan identitas dari kristal TiO2 yang diperoleh. 6. Uji Degradasi Pestisida Thiamethoxam dengan Sistem Fotoelektrokatalisis a. Menentukan kurva standar Thiamethoxam Metode untuk menentukan kurva standar thiamethoxam menggunakan larutan thiamethoxam dengan konsentrasi 0,7 ; 1,4 ; 2,1 dan 2,8 ppm. Pembuatan larutan dibuat dari larutan thiamethoxam dengan konsentrasi 350.000 ppm diencerkan hingga mencapai 7 ppm sebagai larutan baku, kemudian dipipet masing-masing 5 mL ; 10 mL ; 15 mL dan 20 mL dan dilarutkan dengan NaNO3 0,1 M (pembuatan NaNO3 0,1 M, yaitu ditimbang 8,49 gram NaNO3 dan dilarutkan dalam 1000 mL aquades). Selanjutnya ditentukan panjang gelombang dan ditentukan nilai absorbansi dari masing-masing konsentrasi thiamethoxam menggunakan spektrofotometer UV-Vis. Dibuat kurva standar dengan memplot konsentrasi Thiamethoxam versus nilai absorban. b. Uji Degradasi PestisidaThiamethoxam Uji degradasi zat warna thiamethoxam 0,7 ; 1,4 ; 2,1 dan 2,8 ppm (+ 0,1 M NaNO3) dilakukan dengan metode Multi Pulse Amperometry (MPA) dengan durasi 10 menit dan beda potensial 0,5 Volt dalam keadaan variasi lampu UV dan lampu visibel. Tiap rentang waktu 10 menit selama 1 jam dilakukan pengukuran absorbansi menggunakan spektrofotometer UV-Vis untuk mengetahui penurunan konsentrasi pestisida Thiamethoxam. Pengukuran dilakukan terhadap elektroda TiO2/Ti, dan Fe-
28
N-TiO2/Ti. Hasil yang diperoleh diplot terhadap laju degradasi pestisida Thiamethoxam.
29
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Pembuatan Lapis Tipis TiO2/Ti dengan Metode Anodizing Pembuatan TiO2/Ti nano tube dengan metode oksidasi langsung secara elektrokimia (anodizing) dilakukan dengan menggunakan katoda Tembaga (Cu) selama 4 jam dengan beda potensial 25,0 Volt (Marzuki, 2013). Proses anodizing dalam penelitian ini dilakukan dengan menggunakan larutan NH4F dan gliserol sebagai elektrolit pendukung (Arham, 2015). Penggunaan gliserol akan mengurangi fluktuasi arus dan menghasilkan dinding elektroda yang lebih lembut. Proses reaksi selama anodizing dalam media yang berisi ion F- dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Proses reaksi pembentukan nanotube selama anodizing (Regonini et al., 2013). Pemberian potensial akan menyebabkan ion Ti4+ bermigrasi dari logam Ti ke tubuh elektrolit dan bergabung dengan ion F- membentuk kompleks titanium heksaflourida [TiF6]2-. Keberadaan anion seperti O2- dan OH- hasil dari penguraian air akan bermigrasi bersama ion F- ke arah anoda. Interaksi logam Ti dengan ion O2- dan
30
OH- menyebabkan pertumbuhan oksida di permukaan logam. Ion F - yang bermigrasi ke arah anoda akan menghancurkan lapisan oksida yang telah terbentuk sehingga menghasilkan poros berbentuk tabung. Reaksi elektrokimia yang dapat terjadi selama proses anodizing (Regonini et al., 2013): Ti → Ti4+ + 4e-
(21)
Ti4+ + 4OH- → Ti(OH)4
(22a)
Ti4+ + 2O2- → TiO2
(22b)
Ti(OH)4 → TiO2 + 2H2O
(23)
4H+ + 4e- → 2H2
(24)
Ti + 2H2O → TiO2 + 2H2
(25)
TiO2 + 6F- + 4H+ → TiF62-
(26)
Ti(OH)4 + 6F- → TiF62- + 4OH-
(27)
Ti4+ + 6F- → TiF62-
(28)
2H2O → O2 + 4e- + 4H+
(29)
Plat TiO2 yang telah dianodizing kemudian disintering. Proses sintering bertujuan untuk menguapkan pelarut-pelarut organik yang terjebak dalam plat titanium dan bertujuan untuk menumbuhkan kristal pada plat TiO 2 (Lestari, 2009). Proses sintering dilakukan pada suhu 500°C selama 1,5 jam akan menghasilkan struktur kristal anatase yang memiliki aktivitas fotokatalisis lebih baik dibandingkan dengan jenis kristal yang lain (Ou and Lo, 2007). Hal ini diakibatkan karena TiO2 jenis anatase lebih fotoaktif daripada jenis rutile karena luas permukaan anatase lebih besar dibanding rutile sehingga sisi aktif per unit anatase lebih besar dibanding yang dimiliki rutile. Struktur anatase memiliki bandgap sebesar 3,2 eV yang setara dengan energi gelombang cahaya UV dengan panjang gelombang (λ<380nm) (Nurdin, 2010).
31
Dengan teknik ini dihasilkan TiO2/Ti yang terbentuk pada permukaan plat Ti. Gambar 7 terlihat secara visual bahwa lapisan TiO2 yang dihasilkan dengan metode anodizing cukup homogen dan ketebalan lapisan cukup baik. Plat Ti
Lapisan TiO2/Ti
Gambar 7. Hasil proses anodizing plat Ti membentuk TiO2 B. Doping TiO2/Ti dengan Besi (Fe) dan Nitrogen (N) menggunakan Metode Sol-Gel Pembuatan elektroda kerja TiO2/Ti terdoping Besi (Fe) dan Nitrogen (N) dalam penelitian ini menggunakan metode sol-gel. Ada berbagai metode yang efektif pada lapisan TiO2 atau modifikasi TiO2, misalnya elektrodeposisi, solvothermal, solgel, mikroemulsi, elektrokimia, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), implantasi ion dan metode penggilingan bola (Jagadale et al, 2008). Namun, metode sol-gel dipilih karena memberikan banyak keuntungan yaitu dalam hal kemurnian, homogenesis, fleksibilitas, stoikiometri yang mudah terkontrol, kemudian dari pengolahan dan komposisi terkontrol cepat, ekonomis, sederhana dan akurat (Maulidiyah et al., 2015). Sol-gel disintesis menggunakan bahan dasar yaitu titanium tetra isopropoksida (TTIP) untuk matriks atau media pendistribusian ion dopan, asetil asetonat berperan
32
sebagai ligan pengkelat yang akan menghasilkan reaksi eksotermis dan menjadikan larutan berwarna kuning (Adisti, 2011). Sedangkan untuk mendoping Besi dan Nitrogen, pada sol yang telah terbentuk ditambahkan Fe(NO3)3 sebagai sumber Fe dan (NH4Cl) sebagai sumber N (Zhang et al., 2014). Lapisan Fe-N TiO2/Ti TiO2/Ti
Koloid Fe-N TiO2
Gambar 8. Amobilisasi N-TiO2 dengan teknik dip-coating (a) Pencelupan Plat Ti pada Koloid, (b) Pembentukan Lapisan Fe-N-TiO2/Ti
Dimana penambahan (NH4Cl) atom nitrogen pada ammonium klorida dapat menggantikan posisi atom oksigen pada TiO2. Proses penggantian ini terjadi antara orbital 2p nitrogen dan 2p oksigen. Hal ini dapat mengakibatkan energi band gap material antara pita valensi dengan pita konduksi memiliki jarak yang semakin dekat dan secara signifikan terjadi perubahan struktur elektronik. Sedangkan dalam
33
penambahan (FeNO3)3 dapat meningkatan aktivitas fotokatalisis, dimana pada Gambar 9 menunjukkan fakta bahwa ion Fe3+ dapat bertindak sebagai perangkap dari fotogenerasi electrone dan hole dan dapat menghambat rekombinasi electrone-hole (Yu et al., 2009).
Gambar 9. Skema diagram Fe3+ yang bertindak sebagai mediator transfer pada permukaan (Yu et al., 2009). Elektroda TiO2/Ti yang dihasilkan dari proses anodizing selanjutnya didopan dengan Fe dan N dalam sol gel yang telah disintesis menggunakan teknik dip coating (pencelupan). Metode dip coating telah banyak dilakukan dalam pembentukan lapis tipis pada permukaan karena film tipis yang dihasilkan memiliki transparansi yang baik (Hariatno dan Rahayu, 2011). Setelah proses dip coating selesai, kemudian dikalsinasi pada suhu 150°C. Gunlazuardi (2001) telah melaporkan bentuk kristal anatase yang diamati terjadi pada pemanasan TiO2 mulai dari suhu 120°C dan mencapai sempurna pada suhu 500°C, pemilihan temperatur bertujuan merekatkan lapisan Fe-N-TiO2 agar lebih kuat sehingga gaya adhesi antara lapisan tipis Fe-N-
34
TiO2 dengan TiO2 yang dibentuk pada lapisan plat Ti semakin baik, serta menghilangkan pelarut air yang tertinggal, dan membentuk fase kristal anatase TiO2 (Santoso, 2010). Teknik ini merupakan suatu proses untuk memasukkan atom lain (dopan) dengan tujuan memperbaiki sifat-sifat bahan sesuai peruntukannya, diantaranya meningkatkan konduktivitas semikonduktor, memperoleh semikonduktor dengan hanya satu pembawa muatan (electron atau hole) atau mendapatkan semikonduktor yang memiliki energi celah lebih rendah dari asalnya (Burda dan Clemens, 2003). Modifikasi dari TiO2 dengan menggunakan doping Fe dan N dapat menghasilkan aktifitas fotokatalitik yang tinggi di bawah sinar visibel (Dolat et al, 2013). Secara visual hasil yang diperoleh dalam teknik doping Fe-N-TiO2 terlihat pada Gambar 10. Plat Ti
Lapisan Fe-N-TiO2/Ti
Gambar 10. Permukaan TiO2/Ti yang telah diimobilisasi Fe-N-TiO2 C. Karakterisasi Elektroda Kerja 1. Penentuan Struktur Kristal menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) Pengukuran menggunakan alat X-Ray Diffraction (XRD) dimaksudkan untuk mendapatkan informasi struktur kristal dari elektroda kerja TiO2/Ti dan Fe-N doped
35
TiO2/Ti. Perbedaan puncak serapan antara kristal plat Ti, TiO2/Ti, dan Fe-N-TiO2 ditunjukkan pada Gambar 11.
Fe
Gambar 11. Spektrum Puncak XRD Plat Ti, TiO2/Ti, dan Fe-N-TiO2 Berdasarkan Gambar 11 diperoleh hasil analisis XRD yang menunjukkan puncak difraktogram pada 2θ = 25o, dan 48o dari elektroda kerja memberikan informasi bahwa fabrikasi TiO2 pada permukaan plat Ti telah berhasil dilakukan. Puncak difraktogram ini juga memberi informasi jenis kristal yang diperoleh setelah
36
pemanasan pada suhu 500oC adalah jenis anatase dan tidak diperolehnya jenis rutile. Kristal TiO2 jenis rutile akan mulai tampak ketika kalsinasi dilakukan pada temperatur 600o C. Munculnya difratogram pada 2θ= 32 o diduga pada puncak serapan tersebut merupakan puncak serapan logam Fe (Niu et al., 2014). Di sisi lain, jari-jari Ti4+ (0.68 A˚) dan Fe3+ (0.64 A˚) hampir sama, oleh karena itu, ion Fe3+ bisa masuk ke dalam struktur kristal titania dan terletak di celah atau menempati beberapa sisi kisi kristal TiO2 (Yu et al., 2009). 2. Penentuan Ikatan Ti-O, Fe-O dan Ti-N Menggunakan FTIR (Fourier Trannsform Infra Red) Analisis FTIR dilakukan sebagai upaya menguatkan informasi keberhasilan doping Fe dan N pada permukaan TiO2/Ti. Spektrum IR dari TiO2/Ti dan Fe-N doped TiO2/Ti dapat dilihat pada Gambar 12.
Gambar 12. Spektrum FTIR Fe-N-TiO2
1033
1453
2918 2851
3389
580
509
37
Hasil karakterisasi menggunakan FTIR pada Gambar 12 menunjukkan beberapa ikatan yang terbentuk yaitu Ti-O, Fe-O, N-O, N-Ti, O-H, dan C-H alkana. Munculnya serapan pada bilangan gelombang 3389 cm-1 diindikasikan keberadaan OH stretching (vibrasi ulur) dengan signal kuat. Keberadaan gugus O-H diduga berasal dari gugus titanil sebagai Ti-OH terminal dari fasa kristal TiO2 maupun dari air yang terserap pada permukaan. Ikatan C-H alkana berasal dari asam asetat dengan puncak serapan pada daerah 2981 cm-1 dan 2851 cm-1 (Jagadale et al., 2008). Pada bilangan gelombang 400-1250 cm-1 terbentuk ikatan Ti-O dengan puncak serapan 1033 cm-1. Indikasi keberadaan ikatan Fe-O diduga terjadi pada puncak serapan 580 cm-1 (Tarigh et al., 2015). Sementara itu munculnya serapan pada puncak 1453 cm-1 (vibrasi simetris) yang mengindikasikan keberadaan gugus N-O. Diduga pada serapan ini terjadi penyisipan nitrogen ke dalam matriks TiO 2. Selain itu, indikasi keberadaan ikatan Ti-N terdapat pada puncak 509 cm-1
dengan signal
yang lemah (Ikhsan, 2013). Diduga jumlah nitrogen terdapat pada katalis sangat sedikit. 3. Data Karakterisasi Scanning Electron Microscopy (SEM) Untuk menguatkan hasil analisis XRD, dan FTIR dalam menyatakan keberhasilan fabrikasi TiO2/Ti dan Fe-N doped TiO2/Ti, dilakukan analisis menggunakan SEM. Hasil karakterisasi dengan menggunakan SEM memberikan informasi tentang bentuk morfologi permukaan lapisan tipis TiO2.Hasil pengukuran SEM dapat dilihat pada Gambar 13.
38
a
b
Gambar 13. Hasil karakterisasi SEM lapisan tipis Fe-N-TiO2/Ti dengan perbesaran (a) 3000 kali dan (b) 10.000 kali Terbentuknya poros berupa tabung pada kedua permukaan elektroda menyatakan keberhasilan fabrikasi TiO2 nanotube. Semakin besar luas permukaan plat Ti yang teroksidasi maka semakin banyak permukaan yang aktif sehingga dapat mempercepat atau mengarahkan terjadinya reaksi dan meningkatkan laju reaksi. Maka semakin efisien pula kinerja fotoelektrokatalisis yang dihasilkan. Dengan semakin kecilnya ukuran partikel maka luas permukaan aktif dari katalis untuk bertumbukan dengan zat yang akan dikatalis akan semakin besar sehingga reaksi terjadi lebih cepat. Komposisi yang terdapat dalam permukaan katalis tersebut dapat diketahui dengan EDX (Energy Dispensive Xray). Untuk memastikan adanya unsur Fe-N pada plat TiO2 dapat dilihat dengan dilakukan karakterisasi menggunakan EDX, seperti terlihat pada Gambar 14.
39
Gambar 14. EDX Fe-N-TiO2 Gambar 14 menunjukkan kandungan unsur yang terdapat pada permukaan elektroda dengan menggukan EDX. Sumbu X merupakan energi dari tiap unsur, sedangkan sumbu Y merupakan intensitasnya. Munculnya puncak Fe dan N sebagai indikasi keberadaan elemen nitrogen dan besi pada elektroda TiO2/Ti dari hasil preparasi yang menandakan keberhasilan doping Fe-N dengan metode sol-gel. Adapun data komposisi unsur penyusun elektroda Fe-N-TiO2/Ti dapat dilihat pada Tabel 2.
40
Tabel 2. Kadar unsur penyusun elektroda Fe-N-TiO2/Ti hasil pengukuran SEM-EDX
Line N O Ti Fe 4, Penentuan Aktivitas Elektroda
KeV Komposisi Unsur (%) 0,392 2,15 0,525 35,62 0,452 57,94 0,992 4,27 menggunakan Potensiostat Portable dengan
Metode Linear Sweep Voltametry (LSV) Metode Linear Sweep Voltametry (LSV) merupakan salah satu metode elektroanalisis skala mikro yang mengkaji informasi tentang analit berdasarkan pengukuran arus (I) sebagai fungsi potensial (V) (Belhacova et al., 1999). Elektroda dicelupkan dalam larutan elektrolit yang sesuai sehingga terjadi kontak antar muka elektroda dengan elektrolit. Kontak antarmuka tersebut menimbulkan arus cahaya yang digunakan sebagai ukuran laju pembentukan radikal OH pada permukaan katalis. Arus cahaya juga merupakan arus yang teramati saat elektroda diiradiasi sinar Ultra Violet (UV) atau Visible dan potensial sel yang menentukan berlangsungnya reaksi oksidasi dan reduksi. Respon dari sel elektrokimia sebagai arus direkam dan ditunjukkan dalam kurva arus-potensial disebut voltamogram. Sumbu horizontal sebagai potensial dalam volt sedangkan sumbu vertikal sebagai arus dalam ampere. Dalam penelitian ini, pengukuran arus cahaya sebagai fungsi potensial dilakukan
menggunakan
teknik
Linear
Sweep
Voltametry
(LSV)
dengan
mencelupkan elektroda kedalam larutan elektrolit natrium nitrat 0,1 M. Dimana, TiO2/Ti dan Fe-N-TiO2/Ti sebagai elektroda kerja, Pt sebagai elektroda counter, dan
41
Ag/AgCl sebagai elektroda refrence (pembanding). Kemudian dihubungkan dengan potensiostat Portable. Adapun voltamogram yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar 15. 0.0001 0.00005 -1
0 -0.5 0 -0.00005
0.5
1
Gelap UV
-0.0001
Visibel
-0.00015 -0.0002
a
-0.00025
0.00015 0.0001 0.00005 -1
-0.5
0 -0.00005 -0.0001
0
0.5
1
Visible UV Gelap
-0.00015 -0.0002 -0.00025
b
Gambar 15. Grafik Linear Sweep Voltametry (LSV) : (a) Elektroda TiO2/Ti dan (b) Elektroda Fe-N-TiO2/Ti Pada Gambar 15.a, LSV dari elektroda TiO2/Ti yang dihasilkan memiliki aktivitas tertinggi pada saat iradiasi penyinaran lampu UV. Hal ini sesuai dengan
42
teori, dimana TiO2 memiliki aktivitas fotoelektrokatalisis pada iradiasi lampu UV. Hal ini dikarenakan TiO2 hanya aktif pada panjang gelombang ≤ 388 nm, dengan Energy Gap (Eg) 3,2 eV. Sedangkan penyinaran dengan menggunakan cahaya visibel dan tanpa penyinaran (gelap) tidak menunjukkan aktivitas yang baik pada proses pengukuran, hal ini terjadi karena cahaya visibel memiliki panjang gelombang yang lebih besar dibandingkan dengan energi yang diberikan sehingga sangat sulit untuk diserap oleh elektroda kerja TiO2/Ti. Sedangkan pada keadaan gelap, elektroda kerja TiO2/Ti tidak menghasilkan energi yang akan ditransmisikan dari pita konduksi ke pita valensi. Gambar 15.b, memperlihatkan adanya aktivitas fotoelektrokatalisis pada elektroda Fe-N-TiO2/Ti. Dimana, voltamogram yang dihasilkan memberikan respon yang baik saat diiradiasi lampu visibel. Penyinaran dengan menggunakan cahaya visibel memiliki aktivitas yang lebih baik dibandingkan dengan saat penyinaran menggunakan lampu UV, hal ini terjadi karena adanya penambahan nitrogen dan besi pada permukaan TiO2/Ti yang dapat menggeser pita konduksi, dengan demikian elektroda Fe-N-TiO2/Ti dapat menyerap cahaya dengan panjang gelombang yang lebih besar dengan energi yang lebih kecil. Aktivitas elektroda Fe-N-TiO2/Ti menunjukkan
dengan penyinaran cahaya visibel membuktikan bahwa doping Fe dan N pada TiO 2 memiliki aktivitas yang baik dan mampu bersifat fotoelektrokatalisis dengan penyinaran lampu visibel.
43
D. Uji Degradasi Senyawa Pestisida Thiamethoxam menggunakan Elektroda TiO2/Ti dan Fe-N-TiO2/Ti 1. Penentuan Panjang Gelombang Maksimum (λ max) Terhadap Senyawa Pestisida Thiamethoxam menggunakan Spektrofotometer UV-VIS Penentuan panjang gelombang maksimum bertujuan untuk mengetahui serapan maksimum dari suatu zat. Hal ini disebabkan karena setiap molekul mampu menyerap cahaya yang sesuai dengan panjang gelombang dan energi yang dibutuhkan untuk mengalami transisi elektron dari keadaan ground state ke keadaan terkesitasi. Oleh sebab itu perlu dilakukan penentuan panjang gelombang maksimum Thiamthoxam. Panjang gelombang maksimum Thiamethoxam yang diperoleh yaitu 566 nm, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 16.
566 nm
Gambar 16.
Penentuan panjang gelombang Thiamthoxam menggunakunakan spktrofotometer UV-Vis
Hal ini memberikan informasi bahwa telah terjadi transisi elektron yang melibatkan elektron-elektron π yang berkonjugasi disepanjang gugus kromofor
44
senyawa thiamethoxam heterosiklik dengan menyerap energi dan menjadi bukti mengapa senyawa ini memperlihatkan warna merah karena terjadi transisi daerah sinar tampak. Kurva kalibrasi diperoleh dengan meplotkan konsetrasi dengan absorbansi sehingga diperoleh persamaan garis lurus: y = 0,028x + 0,0154. 0.1 0.09 0.08 Absorbansi
0.07 0.06 0.05 0.04 y = 0.028x + 0.015 R² = 0.9666
0.03 0.02 0.01 0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Konsentrasi Thiamethoxam (mg/L)
Gambar 17. Kurva Kalibrasi Thiamethoxam 2. Uji Degradasi terhadap Senyawa Pestisisda Thiamethoxam menggunakan Elektroda TiO2/Ti dan Fe-N-TiO2/Ti Degradasi pestisida thiamethoxam diuji dengan menggunakan metode MPA (Multi Pulse Amperometry), kemudian diukur dengan spektrofotometer UV-Vis untuk mengetahui penurunan konsentrasi pestisida thiamethoxam. Konsentrasi thiamethoxam yang digunakan yaitu 0,7 ppm; 1,4 ppm; 2,1 ppm; dan 2,8 ppm. Dalam
45
penelitian ini, proses degradasi dilakukan secara fotolisis, fotokatalisis, dan fotoelektrokatalisis. Metode fotolisis merupakan metode merupakan metode yang digunakan untuk mendegradasi suatu senyawa hanya menggunakan radiasi sinar. Metode fotolisis dapat menurunkan konsentrasi senyawa pestisida thiamethoxam dengan proses memutuskan ikatan kimia dimana ikatan kimia diputus oleh energi foton cahaya UV. Ketika foton UV memasuki medium, foton akan ditransmitansi atau diabsorbansi oleh medium dan molekul pestisida thiamethoxam yang terlarut. Foton yang diabsorbsi dapat mengawali reaksi fotolisis dengan menyerang ikatan kromofor pestisida thiamethoxam. Foton juga mampu mengaktifkan molekul air untuk membentuk radikal hidroksil, yang ikut berperan dalam menguraikan molekul senyawa thiamethoxam. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 18. 3
TM 0,7 ppm UV TM 0,7 ppm VIS
Konsentrasi
2.5
TM 1,4 ppm UV
2
TM 1,4 ppm VIS
1.5
TM 2,1 ppm UV TM 2,1 ppm VIS
1
TM 2,8 ppm UV
0.5 0
TM 2,8 ppm VIS 0
20
40
Waktu (menit)
60
a
46
40 35
% degradasi
30 25 20 15 10 5 0 -5
0
20
40
Waktu (menit)
60
TM 0,7 ppm Vis (Fotolisis) TM 0,7 ppm UV (Fotolisis) TM 1,4 ppm Vis (Fotolsis) TM 1,4 ppm UV (Fotolisis) TM 2,1 ppm Vis (Fotolisis) TM 2,1 ppm UV (Fotolisis) TM 2,8 ppm Vis (Fotolisis) TM 2,8 ppm UV (Fotolisis)
b
Gambar 18. Grafik fotolisis Pestisida Thiamtehoxam ketika penyinaran cahaya UV dan Visibel; (a) kurva penurunan konsentrasi, (b) % Degradasi Berdasarkan Gambar 18(a) terlihat bahwa aktivitas degradasi pestisida thiamethoxam untuk fotolisis dengan berbagai konsentrasi mengalami penurunan secara lamban. Hal ini dikarenakan degradasi senyawa pestisida thiamethoxam hanya menggunakan cahaya UV dan Visibel tanpa adanya aktivitas katalis didalamnya. Penurunan konsentrasi secara tidak stabil dapat diindikasikan bahwa foton tidak cukup mampu atau kurang efektif untuk menguraikan ikatan kromofor thiamethoxam, dimana jumlah radikal hidroksil yang dihasilkan oleh foton tidak banyak. Sehingga penurunan kurva tidak stabil. Kekuatan degradasi maksimum pada proses fotolisis terhadap senyawa pestisida thiamethoxam dibawah sinar UV dapat ditunjukkan pada gambar 18(b). Dimana, nilai degradasi maksimum di peroleh dari senyawa thiamethoxam dengan
47
konsentrasi 0,7 ppm sebesar 36 %. Data degradasi fotolisis thiamethoxam dengan berbagai konsentrasi dapat dilihat pada Lampiran 3. Menurut Yang et al. (2014) 1,3,5-oxodiazinan dalam thiamethoxam rusak dibawah serangan photoholes. Sehingga menghasilkan generasi produk degradasi p4 dan p7. Semua intermediet dapat dimineralisasi menjadi zat anorganik seperti CO2 dan H2O ketika memperpanjang waktu reaksi fotokatalitik. Mekanisme degradasi secara lengkap dapat dilihat pada Gambar 19.
NO2 N S
CH3
NO2
N H
N
NO2 N
N
S
Cl
CH3 N
Cl
N H
O
S
H3C
p4 (249)
N
N
OH
N
NH
N
(II)
O
p3 (307)
h+ OH
OH
16
N O 18
7
Cl
1N 2
N N
(OH)2
6 3 O
13 9
N5
4
N H NH
8
H3C
N
O
S H2N
NO2
S
NH
291
O 17
15N
N
p5 (273)
(III)
(I)
H3C
O
p1 (172)
14
S
Cl
12 10
N 11
(IV)
O
S
O
h+
O S
H3C N
p2 (323)
Cl
N
NH
p6 (115)
N O
p7 (247)
CO2, H2O,
Gambar 19. Mekanisme degradasi thiamethoxam dengan metode fotokatalisis (Yang et al., 2014).
48
Fotokatalis merupakan katalis yang bekerja dengan bantuan sinar (foton) dan katalis. Dengan metode fotokatalisis terjadi penurunan konsentrasi thiamethoxam yang ditunjukkan pada Gambar 19. 3
TM 0,7 ppm UV
Konsentrasi
2.5
TM 0,7 ppm VIS TM 1,4 ppm UV
2
TM 1,4 ppm VIS
1.5
TM 2,1 ppm UV
1
TM 2,1 ppm VIS TM 2,8 ppm UV
0.5 0
TM 2,8 ppm VIS 0
20
40
60
Waktu (menit)
a
70
% degradasi
60 50 40 30 20 10 0
0
20
40
Waktu (menit)
Gambar 20.
60
TM 0,7 ppm Vis (Fotokatalisis) TM 0,7 ppm UV (Fotokatalisi) TM 1,4 ppm Vis (Fotokatalisis) TM 1,4 ppm UV (Fotokatalisis) TM 2,1 ppm Vis (Fotokatalisis) TM 2,1 ppm UV (Fotokatalisis) TM 2,8 ppm Vis (Fotokatalisis) TM 2,8 ppm UV (Fotokatalisis)
b
Grafik penurunan konsentrasi Thiamethoxam secara fotokatalisis TiO2/Ti: (a) kurva penurunan konsentrasi (b) % degradasi
49
Berdasarkan Gambar 20(a) menunjukkan grafik penurunan konsentrasi thiamethoxam yang lebih baik walaupun tidak terlihat penurunan secara signifikan. Penambahan semikonduktor sebagai katalis akan meningkatkan aktivitas degradasi dibandingkan dengan proses fotolisis. Kekuatan degradasi maksimum elektroda TiO2/Ti terhadap senyawa pestisida thiamethoxam ditunjukkan pada gambar 20(b).
Dimana, nilai degradasi maksimum di peroleh dari senyawa thiamethoxam dengan konsentrasi 0,7 ppm sebesar 60 % yaitu dibawah irradiasi sinar UV. Untuk data degradasi fotokatalisis TiO2/Ti terhadap senyawa pestisida thiamethoxam dengan berbagai konsentrasi dapat dilihat pada Lampiran 3.
Namun grafik penurunan
degradasi untuk fotokatalis belum sebaik proses fotoelektrokatalisis. Hal ini disebabkan karena proses ini kadang mengalami hambatan akibat terjadinya rekombinasi electron-hole sehingga spesi aktif akan berkurang yang akan mengakibatkan aktivitas degradasi akan rendah pula. Fotoelektrokatalisis merupakan metode yang mengkombinasikan antara proses elektrokimia dan fotokatalisis. Proses fotoelektrokatalisis akan membentuk banyak spesi aktif pada katalis, sehingga secara teoritis proses degradasi akan berjalan lebih baik. Dalam metode ini dimana elektroda kerja TiO2/Ti dan Fe-NTiO2/Ti jika diiluminasi dengan lampu UV maupun Visibel akan menghasilkan pasangan elektron dan positive hole (h+). Positive hole akan menginisiasi reaksi oksidasi pada permukaan elektroda, sedangkan elektron dialirkan melalui back contact ke elektroda counter dan ditransfer ke penangkap elektron yang ada pada larutan. Aliran
50
elektron dapat diamati sebagai arus cahaya dan besarnya proporsional dengan kandungan thiamethoxam dalam larutan. Pemisahan electron-hole ini akan meningkat dengan pemberian potensal bias positif pada elektroda kerja yang tercelup di dalam larutan, sebagai akibat terbentuknya medan listrik di dekat antarmuka, sehingga permukaan elektroda kerja bersifat anodik. Dalam situasi ini rekombinasi elektron dan hole dengan cara memindahkannya ke larutan melalui elektroda bantu yang bersifat katodik (Nurdin et al., 2009). Dengan cara demikian beda potensial akan meningkatkan pemisahan muatan sehingga efisiensi pembentukkan radikal OH makin tinggi maka mempercepat proses degradasi senyawa pestisida thiamethoxam.
Pada Gambar 21(a) dapat dilihat, pemberian potensial bias sebesar +0,5 Volt memperlihatkan hasil yang lebih baik dalam mendegradasi thiamethoxam. Hal ini disebabkan adanya penambahan elektron (arus listrik) yang mencegah proses rekombinasi electron-hole saat diiluminasi cahaya. Berdasarkan Gambar 17, Gambar 18 dan Gambar 20 menunjukkan bahwa degradasi molekul dari senyawa thiamethoxam
akan jauh lebih signifikan dibandingkan menggunakan metode
fotolisis dan fotokatalisis. Kekuatan degradasi maksimum elektroda TiO2/Ti terhadap senyawa pestisida thiamethoxam dibawah sinar UV ditunjukkan pada Gambar 21 (b). Berdasarkan gambar tersebut dapat dilihat persen degradasi dari senyawa pestisida thiamethoxam semakin meningkat. Dimana, nilai degradasi maksimum diperoleh dari senyawa pestisida thiamethoxam dengan konsentrasi 0,7 ppm sebesar 92%. Data degradasi
51
fotoelektrokatalisis TiO2/Ti terhadap senyawa pestisida thiamethoxam dengan berbagai konsentrasi dapat dilihat pada Lampiran 3. Thiamethoxam 0,7 ppm UV
3
Thiamethoxam 0,7 ppm VIS Thiamethoxam 1,4 ppm UV
Konsentrasi
2.5 2
Thiamethoxam 1,4 ppm VIS Thiamethoxam 2,1 ppm UV
1.5 1
Thiamethoxam 2,1 ppm VIS Thiamethoxam 2,8 ppm UV
0.5 0
0
20
40
60
Waktu (menit)
a
100 90
% degradasi
80 70 60 50 40 30 20 10 0
0
20
40
Waktu (menit)
60
TM 0,7 ppm Vis TiO2/Ti TM 0,7 ppm UV TiO2/Ti TM 1,4 ppm Vis TiO2/Ti TM 1,4 ppm UV TiO2/Ti TM 2,1 ppm Vis TiO2/Ti TM 2,1 ppm UV TiO2/Ti TM 2,8 ppm Vis TiO2/Ti TM 2,8 ppm UV TiO2/Ti
b
Gambar 21. Grafik penurunan konsentrasi Thiamethoxam secara fotoelektrokatalisis TiO2/Ti: (a) kurva penurunan konsentrasi, (b) % degradasi
52
Peningkatan aktivitas fotokatalitik TiO2 dapat dilakukan dengan penambahan dopan baik logam maupun non-logam. Penambahan dopan Besi dan Nitrogen dapat menghasilkan aktifitas fotokatalitik yang tinggi dibawah sinar visibel (Dolat et al., 2013), dapat dilihat pada Gambar 22. Thiamethoxam 0,7 ppm UV Thiamethoxam 0,7 ppm VIS Thiamethoxam 1,4 ppm UV Thiamethoxam 1,4 ppm VIS Thiamethoxam 2,1 ppm UV Thiamethoxam 2,1 ppm VIS Thiamethoxam 2,8 ppm UV
3
Konsentrasi
2.5 2 1.5 1 0.5 0
0
20
40
60
Waktu (menit)
a
120
% degradasi
100 80 60 40 20 0
0
20
40
Waktu (menit)
60
TM 0,7 ppm Vis Fe-NTiO2/Ti TM 0,7 ppm UV Fe-NTiO2/Ti TM 1,4 ppm Vis Fe-NTiO2/Ti TM 1,4 ppm UV Fe-NTiO2/Ti TM 2,1 ppm Vis Fe-NTiO2/Ti TM 2,1 ppm UV Fe-NTiO2/Ti TM 2,8 ppm Vis Fe-NTiO2/Ti TM 2,8 ppm UV Fe-NTiO2/Ti
b
Gambar 22. Grafik penurunan konsentrasi Thiamethoxam secara fotoelektrokatalisis Fe-N-TiO2/Ti: (a) kurva penurunan konsentrasi, (b) % degradasi
53
Gambar 22(a) menunjukkan penurunan konsentrasi senyawa thiamethoxam dengan menggunakan elektroda Fe-N-TiO2/Ti lebih baik dibandingkan dengan TiO2/Ti. Dimana elektroda Fe-N-TiO2/Ti mampu bekerja aktif saat diiluminasi cahaya visibel. Degradasi maksimum elektroda Fe-N-TiO2/Ti terhadap senyawa pestisida thiamethoxam dibawah sinar visibel ditunjukkan pada Gambar 22 (b) dengan persen (%) degradasi maksimum berada pada larutan thiamethoxam 0,7 ppm sebesar 98 %. Untuk data degradasi fotoelektrokatalisis Fe-N-TiO2/Ti thiamethoxam dengan berbagai konsentrasi dapat dilihat pada Lampiran 3. Hal ini membuktikan penambahan dopan non logam Nitrogen dapat menunrunkan energi band gap sehingga energi cahaya yang dibutuhkan untuk membuat elektron mengalami keadaan transisi dari pita valensi ke pita konduksi semakin sedikit, hal ini diakibatkan karena jarak antar pita yang relatif kecil. Selain itu, penambahan dopan logam Besi dapat meningkatkan aktivitas fotokatalitik ditunjukkan bahwa ion Fe3+ dapat bertindak sebagai pemisahan elektron dan hole yang dapat meningkatkan kemampuan eksitasi elektron dan hole secara cukup lama, dan juga dapat bertindak sebagai penjebak elektron dan hole. Ion Fe3+ juga dapat memungkinkan hole untuk membentuk radikal hidroksil yang menghasilkan reaksi degradasi spesi organik. 3. Kinetika Reaksi Degradasi Fotoelektrokatalisis menggunakan elektroda TiO2/Ti, dan Fe-N-TiO2/Ti
Thiamethoxam
Kinetika oksidasi fotokatalitik dari senyawa organik sering dimodelkan oleh persamaan Langmuir-Hinshelwood (L-H). Dengan menggunakan persamaan ini dapat
54
ditentukan tetapan laju reaksi dengan memplotkan antara ln
terhadap waktu
iradiasi (t) menghasilkan kurva garis lurus dengan slope k’. Kurva pengaluran konsentrasi terhadap waktu untuk kondisi fotoelektrokatalisis TiO 2/Ti dan Fe-NTiO2/Ti pada berbagai konsentrasi dapat dilihat pada Lampiran 3. Dari kurva tersebut diperoleh nilai tetapan laju degradasi (Kd) yang disajikan dalam Tabel 3. Tabel 3. Nilai tetapan laju degradasi Thiamethoxam untuk setiap variasi konsentrasi dan penyinaran lampu UV dan visibel dari TiO2/Ti, Fe-N-TiO2/Ti secara fotoelektrokatalisis Konsentrasi (ppm)
Kd UV TiO2/Ti (M-1 menit-1)
Kd Vis Vis TiO2/Ti (M-1 menit-1)
Kd UV Fe-NTiO2/Ti (M-1 menit-1)
Kd Vis Fe-N-TiO2/Ti (M-1menit-1)
0,7 1,4 2,1 2,8
0,0436 0,0310 0,0114 0,0087
0,0317 0,0084 0,0080 0,0074
0,0506 0,0218 0,0300 0,0115
0,0580 0,0555 0,0194 0,0165
Berdasarkan Tabel 3 dapat dilihat nila tetapan laju degradasi. Dimana, tetapan laju degradasi akan semakin kecil dengan meningkatnya konsentrasi larutan senyawa pestisida Thiamethoxam. Hal ini mengindikasikan bahwa proses fotoelektrokatalisis berlangsung dengan baik pada larutan pestisida dengan konsentrasi rendah. Hal ini disebabkan dengan menggunakan katalis yang sama jumlahnya, maka sisi aktif permukaan juga akan berjumlah sama. Sehingga larutan pestisida thiamethoxam dengan konsentrasi yang lebih rendah akan teradsorpsi seluruhnya pada permukaan elektroda mengakibatkan proses fotoelektrokatalitik akan berlangsung lebih efisien. Sementara dengan konsentrasi tinggi dari thiamethoxam kecenderungan tetapan laju
55
degradasi semakin menurun. Menurut Tian et al. (2008) adanya penurunan tetapan laju degradasi dipengaruhi oleh sisi aktif dari katalis dalam menghasilkan radikal O 2 dan radikal OH dalam mendegradasi senyawa uji serta terjadinya penyerapan cahaya UV atau visibel pada senyawa uji sehingga mengurangi efektifitas dalam mendegradasi. Nilai tetapan laju degradasi TiO2/Ti baik saat penyinaran cahaya UV sedangkan jika saat penyinaran cahaya visibel kurang aktif. Hal ini disebabkan karena TiO2 merupakan bahan oksida semikonduktor dengan struktur elektronik yang khas yaitu memiliki pita valensi terisi dan pita konduksi yang kosong. Hal ini berakibat ketika TiO2 dikenai sinar UV yang bersesuaian atau melebihi energi celah pita dalam oksida titan tersebut, maka elektron akan mengalami eksitasi dari pita valensi ke pita konduksi (menghasilkan ecb-) yang menyebabkan adanya kekosongan atau hole (hcb+) yang dapat berperan sebagai muatan positif dan selanjutnya dapat mendegradasi senyawa pestisida thiamethoxam. Sementara itu, Fe-N-TiO2/Ti cenderung lebih aktif dengan penyinaan cahaya visible disebabkan karena penambahan dopan logam dan non logam dapat bertindak sebagai pemisahan elektron dan hole yang dapat meningkatkan kemampuan eksitasi elektron dan hole secara cukup lama, dan juga dapat bertindak sebagai penjebak elektron dan hole. Ion Fe3+ juga dapat memungkinkan hole untuk membentuk radikal hidroksil yang menghasilkan reaksi degradasi spesi organik.
56
V. PENUTUP A. Kesimpulan Dari hasil penelitian ini dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Lapisan TiO2 nano tube pada permukaan plat Ti dapat diperoleh dengan menggunakan metode anodizing selama 4 jam. Kemudian dilanjutkan dengan sintesis Fe-N-doped TiO2 dapat dilakukan dengan menggunakn metode sol gel dengan menambahkan NH4Cl sebagai sumber nitrogen dan Fe(NO3)3 sebagai sumber Fe. Fe-N-TiO2 terbentuk dengan immobilisasi pada plat Ti dengan metode dip coating. 2. Hasil uji aktivitas fotoelektrokatalisis untuk mendegradasi senyawa pestisida thiamethoxam menunjukkan tetapan laju degradasi untuk elektroda TiO 2/Ti saat diiradiasi cahaya visibel sebesar 0,0317 menit-1 dan saat diiradiasi cahaya UV sebesar
0,0436 menit-1. Sementara untuk Fe-N-TiO2/Ti memiliki
aktivitas yang baik dalam mendegradasi senyawa pestisida thiamethoxam saat diiradiasi sinar visibel, dengan nilai tetapan laju degradasi saat diradiasi sinar visibel sebesar 0,0580 menit-1 dan sinar UV sebesar 0,0596 menit-1. B. Saran Perlu dipertimbangkan lebih lanjut untuk mengetahui sinergitas doping logam Fe dan non logam N pada TiO2 untuk aktivitas fotoelektrokatalisis dalam mendegradasi pestisida thiamethoxam.
57
DAFTAR PUSTAKA
Adisti, L.P., 2011, Sintesis dan Karakterisasi N-TiO2 Doping Menggunakan Titanium Tetra Iso Propoksida (TTIP) yang Termodifikasi Asetilasetonat dengan Menggunakan Metode Sol-Gel, Skripsi, Universitas Halu Oleo, Kendari. Affam, C, A., Chaudhuri Malay, 2013, Degradation of pesticides chlorpyrifos, cypermethrin and chlorothalonil in aqueous solution by TiO2 photocatalysis. Journal of Enviromental Management, 130, 160-165. Anh Tuan., Vu., Nguyen., Tuan Q., Bui L. H., Tran., Cuong Manh., Tuyet T. H., Kim T, 2010, Synthesis and characterization of TiO2 photocatalyst doped by transition metal ions (Fe3+, Cr3+ and V5+). Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, 1(1), 1-4. Ansari Ali Sajid., Khan Mansoob Muhammad., Asari Omaish Mohd, Cho Hwan Moo, 2016, Nitrogen-doped Titanium Dioxide (N-doped-TiO2) for visible light photocatalysis, Arham Zul, 2015, Degradasi Fotoelektrokatalitik Rhodamin B Menggunakan La2O3 doped TiO2/Ti dan TiO2/Ti Nanotube Sebagai Elektroda Kerja, Skripsi, Institut Teknologi Bandung, Bandung. Azelle, and W., Ali, R., 2010, Zn/ZnO/TiO2 and Al/Al2O3/TiO2 Photocatalysts for the Degradation of Cypermethrin, J. Modern Applied Sciense, 4(1), 59-67. Badawy M.I., Souaya E.M.R., Gad-Alah T.A., Abdel-Wahde M.S., Ulbricht M. 2013. Fabrication of Ag/TiO2 Photocatalytic for the treatment of simulated hospital wastewater under sunlight. Enviromental Progress and Sustainable Energy. 33(3), 886-894. Belhacova, L., Krysa, J., Geryk, J., Jirkovsky, J., 1999, Inactivation of Microorganisms in A Flow-Through Photoreactor with An Immobilized TiO2 Layer, J. chem.. Tech. Biotech., 74, 149-154. Bessegato, G. G., Cardoso, J. C. Zanoni, M. V. B, 2014, Enhanced photoelectrocatalytic degradation of an acid dye withboron-doped TiO2 nanotube anodes, Catalysis Today, 212, 778–783. Bassegato G. G., Silva F. B., Zanoni M. V. B, 2016, Combination of photoelectrocatalysis and ozonation: A novel andpowerful approach applied
58
in Acid Yellow 1 mineralization, Applied Catalyis: Enviromental, 180, 161168. Burda and Clemens. 2003, Enhanced nitrogen doping in TiO2 nanoparticles, Nano Letters, 3 (8), 1049-1051. Carp, O., Huisman C.L., and Reller A., 2004, Photoinduced reactivity of titanium oxide, Prog. Solid State Chem., 32, 33-177. Companion, Audrey. 1991. Ikatan Kimia. Penerbit ITB Bandung. Daghrir, R., Drogui, P., El Khakani, M. A., 2013, Photoelectrocatalytic oxidation of chlortetracyclineusing Ti/TiO2 photo-anode with simultaneous H2O2 production, Electrochim Acta, 87, 18–31. Diannarum R. R, dan Sugiarso D. R. K. S., 2013, Studi Gangguan Ag(I) Dalam Analisa Besi Dengan Pengompleks 1,10-Fenantrolin Pada Ph 4,5 Secara Spektrofotometri Uv-Vis, Jurnal Sains Dan Seni Pomits, 2(2), 29-33. Dolat, D., Mozia, S., Ohtani, B., dan Morawski, A.W., 2013, Nitrogen Iron- Single Modified (N-TiO2, Fe-TiO2) and co-Modified (Fe,N-TiO2) Rutile Titanium Dioxide as Visible Light Active Photocatalysts, Chem. Eng. J., 225, 358-364. Effendi Mukhtar., dan Bilalodin, 2012, Analisis Sifat Optik Lapisan Tipis TiO2 Doping Nitrogen yang Disiapkan dengan Metode Spin Coatin. Prosiding. ISSN : 0853-0823,106-109. Egerton TA, 2011, Does photoelectrocatalysis by TiO2 work, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 86(8), 1024-1031. Gunlazuardi, J., 2001, Fotokatalisis pada Permukaan TiO2 : Aspek Fundamental dan Aplikasinya,
[email protected]., Universitas Indonesia, Jakarta. GOA Government of Australia, National Registration Authority for Agricultural and Veterinary Chemicals, 2001, Canberra, Australia. [http://www.apvma.gov.au/ registration/assessment/docs/prs_thiamethoxam.pdf] Harianto, A, 2011, Uji Aktivitas Fotokatalitik TiO2 pada Senyawa Pewarna Organik Alizarin Red Menggunakan Metode Amobilisas, dan Furnace, Skripsi, Universitas Halu Oleo, Kendari.
59
Hu, x., Taicheng, A., Maolin , Z., Guoying, S., and Jaimo, F., 2007, Preparation and Photocatalytic Activities of Fe3+ Doped Nanometer TiO2 Composities, J. Chem. Environ. Res., 11(4), 13-21. Ikhsan, W, L, 2013, Studi Preparasi N-Doped TiO2 Nanotubes yang Didekorasi Logam Transisi (Ag) Untuk Mendapatkan Aktifitas Fotokatalitik pada Daerah Sinar Tampak, Skripsi, Universitas Indonesia, Jakarta. Jagadale, T. C., Takale, S. P., Sonawane, R. S, 2008, N-Doped TiO2 nanoparticle based visible light photocatalyst by modified peroxide sol-gel method, J.Phys. Chem. C, 112(37), 14595-14602. Jaroenworaluck, A., Regonini, D., Bowen, CR, Stevens, R, Macro, D.A., 2007, Micro and Anodised Flms Prepared In a Fuorine-Containing Electrolyte, J Mater Sci., 42, 6729–6734. Kaushik, A., H. R. Sharma, S. Jaun, J. Dawra., and C. P. Kaushik., 2010, Pesticides Pollution of River Ghagggar in Haryana, India. Environ. Monit. Assess, 160. 61-69. Kundua, S., A. Pala and A. K. Dikshitb., 2005, UV Induced Degradation of Herbicide 2, 4-D: Kinetics, Mechanism and Effect of Various Conditions on Degradation, Separation and Purification Technology, 44, 121-129. L. Companion, Audrey. 1991. Ikatan Kimia. Penerbit ITB Bandung. Li, R., Zhang, Y., Lee, C. C., Liu, ., Huang ,Y., 2011, Hydrophilic Interaction Chromatography Separation Mechanisms of Tetracyclines on AminoBonded Silica Column, Journal Separation Science. 34, 1508–16. Lestari, D. N., 2009, Studi Preparasi Dan Kaarakterisasi N-Doped TiO2 Dengan Metode Sol Gel Menggunakan Perkursor Titanium Iso Propoksida (TTIP) Dan Diethylamine, Skripsi, Universitas Indonesia, Jakarta. Lohrengel, M.M., 1993, Thin anodic oxide layers on aluminum and other valve metals – highfield regime, Mater Sci Eng R Rep., 11, 243–294. Lowenheim , F.A., 1978, Electroplating, McGraw-Hill Book Company, New York. Macak, J.M., and Schmuki, P., 2006, Anodic Growth of Self-Organized Anodic TiO2 Nanotubes in Viscous Electrolytes, Electrochim Acta, 52, 1258–1264.
60
Macak, J.M., Tsuchiya, H., Taveira, L., Aldabergerova, S., and Schmuki, P., 2005, Smooth Anodic TiO2 Nanotubes, Angew Chem Int Ed, 44, 7463–7465. Marzuki, A. 2013, Pembuatan Elektroda TiO2/Ti Nano Tube Dengan Metode Anodizing Dan Aplikasinya Dalam Sistem Fotoelektrokatalisis, Skripsi, Universitas Halu Oleo, Kendari. Mills A. and S. Le Hunte., 1997, An overview of semiconductor photocatalysis, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 108, 1-35. Mor, G.K., Varghese, O.K., Paulose, M., Mukherjee, N., Grimes, C.A., 2003, Fabrication of tapered, conical-shaped titania nanotubes, J. Mater Res, 18, 2588–2593. Mor, G.K., Shankar, K., Paulose, M., Varghese, O.K., Grimes, C.A., 2005, Enhanced photocleavage of water using titania nanotube arrays, Nano Lett, 5, 191–195. Morikawa, T., Asahi, R., Ohwaki, T., Aoki, K., and Taga, Y., 2001, Visible Light Photocatalysis in Nitrogen-Doped Titanium Oxides, J. Appl. Phys, 293, 269271. Muccio AD, FidenteP, Barbini D A, Dommarco R, Seccia S, Morrica P, 2006, Application of solid-phase extraction and liquid chromatography–masss pectrometry to the determi- nation of neonicotinoid pesticide residues in fruit andv egetables, J Chromatogr A, 1108, 1–6. Nadiroh, 2011, Sintesis N-doped TiO2/ Zeolit dan Ujji Aktivitas Fotokatalisis Terhadap Degradasi Congo Red. Karya Utama Sarjana Kimia FMIPA Universitas Indonesia, Depok. Niu Herlin., Wang Q., Liang H., Chen Min., Mao C., Song J., Zhang., Gao Y., and Chen C, 2014, Visible-Light Active and Magnetically Recyclable Nanocomposites for the Degradation of Organic Dye, Materials, 7(5), 40344044. Nugraha T. W., dan Susanti Diah., 2015, Analisis Pengaruh Susunan Komposit Laminat Graphene-TiO2 sebagai Lapisan Semikonduktor terhadap Untuk Kerja Dye Sensitized Solar Cell (DSSC), Jurnal Teknik ITS, 4 (1), 66-71. Nurdin, M., Wibowo, W., Supriyono, Febrian, M. B., Surahman, H., Krisnandi, Y. K., Gunlazuardi, J, 2009, Pengembangan metode baru penentuan Chemical Oxygen Demand (COD) berbasis sel fotoelektrokimia, Makara Sains, 13, 18.
61
Nurdin, M., Natsir, M., Maulidiyah, Gunlazuardi, J, 2010, Pengembangan Metode Analisis Chemical Oxygen Demand Model Baru. Jurnal Teknologi Pengelolaan Limbah, 13 (2), 45-54. Othman. H. S., Rashid. A. S., Ghazi M. I., Abdullah N., 2011, Fe-Doped TiO2 Nanoparticles Produced via MOCVD: Synthesis, Characterization, and Photocatalytic Activity, Jurnal Of Nanomaterials, 10, 1-8. Ou, H-H. & Lo, S-L., 2007, Review of titania nanotubes synthesized via the hydrothermal treatment: Fabrication, modification, and application, Separation and Purification Technology, 58, 179-191. Park, J. H., Kim, S., Bard, A. J, 2006, Novel carbon-doped TiO2 nanotube arrays with highaspect ratios for efficient solar water splitting, Nano Letters, 6(1), 24-28. Pirkarami, A., Olya, M. E., Farshid, S. R, 2014, UV/Ni–TiO2 nanocatalyst for electrochemical removal of dyes considering operating costs, Water Resources and Industry, 5, 9–20. Rahmawati, F., Wahyuningsih, S., Handayani, N., 2008, Modifikasi Permukaan Lapis Tipis Semikonduktor TiO2 Bersubstrat Grafit dengan Elektrodeposisi Cu, Indo. J. Chem., 8(3), 331-336. Rahayu, E., 2011, Pengembangan Sensor Chemical Oxygen Demand (COD) Berbasis Fotoelektrokatalitik Menggunakan Elektroda Kerja TiO2/Ti Terhadap Senyawa Organik: KHP, Metanol dan Asam Benzoat, Skripsi, Universitas Haluoleo, Kendari. Regonini, D., Bowen, R, C., Jaroenworaluck, A., Stevens, R., 2013, A eview of growth mechanism, structure and crystallinity of anodized TiO2 nanotubes, Materials Sciencce and Engineering, 74(12), 377-406. Rilda Yetria., Dharma Abdi., Arief Syukri., Alief Admin., Shaleh Baharuddin, 2010, Efek Doping Ni(II) pada aktifitas fotokatalitik dari TiO2 untuk inhibisi bakteri patogenik, Jurnal Makara, 14(1), 7-14. Ramadhan L.O.A.N., Amiruddin, 2013, Fotodegradasi Pestisida Diazinon dalam TiO2Tersuspensi, Jurnal Ilmu Dasar. 14(1), 23-28. Rane, K.S., Mhalsiker, R., Yin, S., Sato, T., Cho, K., Dunbar, E., dan Biswas, P., 2006, Visible Light-Sensitive Yellow TiO2-xNx and Fe-N co-Doped Ti1yFeyO2-xNx Anatase Photocatalyst, J. Solid State Chem., 179, 3033-3044.
62
Robinson P. Evaluation of the new active Thiamethoxam in the product Cruiser 350 FS insecticide seed treatment. Australia: National Registration Authority for Agricul- tural and Veterinary Chemicals; 2001. Rosariawari, F., Masduki, A., Hadi, W., 2012, Proses Fotokatalisis untuk Penyisihan E.coli dengan Kombinasi TiO2, Karbon Aktif dan sinar UV, Jurnal Ilmiah Teknik Lingkunga, 4(1), 27-36. Safni., Desmiati., Suyani. H., 2009, Degradasi Senyawa Dikofol Dalam Pestisida Kelthane 200 EC Secara Fotolisi dengan Penambahan TiO2-Anatase, Jurnal Riset Kimia, 2(2), 140-148. Santhiarsa, N., 2010, Pengaruh Kuat Arus Listrik dan Waktu Proses Anodizing Dekoratif Pada Aluminium Terhadap Kecerahan Dan Ketebalan Lapisan. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin Cakram, 4(1), 75-82. Santoso, I., Surahman, H., Krisnadi, Y.K., Tribidasari, I., dan Gunlazuardi, J., 2010, Optimasi Sistem Penentuan Chemical Oxygen Demand (COD) Menggunakan Probe Berbasis Fotoelektrokatalisis TiO2 : Preparasi dan Karakterisasi Elektroda Lapis Tipis TiO2/SnO2-F, Universitas Indonesia, Jakarta. Sari K L., Safni., Zilfa, 2012, Degradasi senyawa sipermetri dalam intektisida ripcord 5 EC secara fotolisis dengan penambahan TiO2/zeolite, 2(2), 76-81. Sathishkumar, P., Anandan, S., Maruthamuthu, P., Swaminathan, T., Zhou, M., dan Ashokkumar, M., 2011, Synthesis of Fe3+ Doped TiO2 Photocatalysts for The Visible Assisted Degradation of Azo Dye, Colloid Surface A, 375, 231-236. S. Sato, Chem. Phys. Lett., 1986, 123, 126–128. Sun, X., Liu, H., Dong, J., Wei, J., dan Zhang, Y., 2010, Preparation and Characterization of Ce/N-Codoped TiO2, Particles for Production of H2 by Photocatalytic Splitting Water, Under Visible Light, Catal. Lett., 135, 219225. Tang, X., and Li, D, 2008, Sulfur-doped highly ordered TiO2 nanotubular arrays with visible light response, Journal of Physical Chemistry C, 112 (14), 5405-5409. Tang, W., Xiaa, J., Chena, X., Jiemina, G., Zeng, X, 2014, Preparation of an Fedoped visible-light-response TiO2 film electrode and its photoelectrocatalytic activity, Materials Science and Engineering B, 234, 860–869.
63
Tarigh, D, G., Shemirani F., Mazhari S. N., 2015, Fabrication of a reusable magnetic multi-walled carbon nanotube–TiO2 nanocomposite by electrostatic adsorption: enhanced photodegradation of malachite green, 5, 35070–35079. Tian, M., Wu, G., Adams, B., Wen, J., and Chen, A., 2008, Kinetics of Photoelectrocatalytic Degradation of Nitrophenols on Nanostructured TiO 2 Electrodes. J. Phys. Chem. C, 112, 825-831. Wu, H., and Zhang, Z, 2011, High photoelectrochemical water splitting performance on nitrogen doped double-wall TiO2 nanotube array electrodes, International Journal of Hydrogen Energy, 36, 13481-1387. Xue, G., Liu, H., Chen, Q., Hills, C., Tyrer, M., Innocent, F., 2011, Synergy Between Surface Adsorption and Photocatalysis During Degradation of Humic Acid on TiO2/Activated Carbon Composite, Journal of Hazardous Materials, 186, 765 – 772. Yalҫin, Y., Kiliҫ, M., dan Ҫinar, Z., 2010, Fe 3+-doped TiO2: A Combined Experimental and Computational Approach to the Evaluation of Visible Light Activity, Appl. Catal. B-Environ, 99, 469-477. Yang Hai., Liu Huajie., Hu Zhibin., Liang Jiawei., Pang Hualin., Yi Bang, 2014, Consideration on degradation kinetics and mechanism of thiamethoxam by reactive oxidative species (ROSs) during photocatalytic process. Chemical Engineering Journal, 245, 24-33 Yang, K., Wenhong, P., Yuanbin, T., Zhang, M., Yang, K., Zhang, J, 2014, Enhanced photoelectrocatalyticactivity of Cr-doped TiO2 nanotubes modified with polyaniline, Materials Science in Semiconductor Processing. 27, 777–784. Yanhe Han., Qi Cheng., Jiaqing Chen., Cuihong Zhou., Haimin Zhang., Shanqing Zhang,., Huijun Zhao, 2015, Extending the photoelectrocatalytic detection range of KHP by eliminating self-inhibition at TiO2 nanoparticle electrodes, Jurnal Of Electronalytical Chemistry, 738, 209-216. Yu, Y., Wu, H-H., Zhu, B. L., Wang, S. R. Huang, W.P., Wu, S. H., Zhang, S. M, 2009, Preparation, characterization and photocatalytic activities of F-doped TiO2 nanotubes, Catalysis Letters, 121(1), 165-171. Zangeneh H., Zinatizaddeh L. A. A., Habibi M., Akia M., Isa H. M., 2015, Photocatalytic Oxidation organic Dyes and Pollutants In Wastwater using
64
different modified titanium dioxides: A comparative review, Journa Of Industrial and Engineering Chemistry, 26(1), 1-36. Zhang, Y., Fu, W., Yang, H., Liu, S., Sun, P., Yuan, M., Ma, D., Zhao, W., Sui, Y., Li, M., Li, Y, 2009, Synthesis and characterization of P-doped TiO2 nanotubes, Thin Solid Films, 518 (1), 99-103. Zhou, Q., Zhang, M.C., Shuang, C. D., Li, Z. Q., Li, A. M, 2014, Preparation of a Novel Magnetic Powder Resin for the Rapid Removal of Tetracycline in The Aquatic Environment, China Chemistry Letters, 23, 745–748.
65
LAMPIRAN-LAMPIRAN
1. Kerangka Penelitian
Preparasi Plat Titanium
Sintesis Film TiO2/Ti dengan Metode Anodizing XRD
SEM-EDX Doping Fe-N dengan Metode Sol Gel dan Impregnasi
Preparasi Sel Fotoelektroktalisis
Uji Kinerja
Linear Sweep Voltammery (LSV)
Multi Pulse Amperometry (MPA)
Spektrofotometer UV-Visibel
66
Lampiran 2. Prosedur Kerja Penelitian 1. Preparasi Plat Titanium (Ti) Plat Titanium -
dipotong dengan ukuran 4 x 1 cm diamplas dicuci dengan etanol dikeringkian di udara bebas dietching dengan HF : HNO3 : akuades ( 1 : 3 : 6) dibilas dengan akuades dikeringkan di udara bebas
Plat Ti siap Anodizing
67
2. Doping Fe-N pada TiO2/Ti dengan Metode Sol-Gel dan Impregnasi 3.
TTIP -
Etanol -
dimasukkan 4 ml kedalam labu refluks ditambahkan 0,5 ml asetilasetonat ditambahkan 15 ml etanol
Larutan I
-
dimasukkan 15 ml kedalam erlenmeyer ditambahkan 2 ml akuabides ditambahkan 1 ml asam asetat
Larutan II
-
direfluks selama 3 jam pada suhu 50oC
Sol TiO2
-
diaduk ditambahkan NH4Cl sebanyak 2 ml ditambahkan (FeNO3)3 sebanyak 1 mL
Sol Fe-N-TiO2 -
diuapkan pada suhu ruang selama 48 jam dipanaskan dengan suhu 80oC selama 30 menit
Sol-Gel Fe-N-TiO2 -
dimasukkan dalam gelas kimia 25 ml dicelupkan plat TiO2/Ti selama 5 menit dipanaskan pada suhu 150 oC selama 15 menit
Fotoelektroda Komposit Fe-N-TiO2/Ti
68
3.Desain Sistem Fotoelektrokatalisis
Keterangan : CE
: Counter Electrode (Pt)
RE
: Reference Electrode (Ag/AgCl)
WE
: Working Electrode (Plat TiO2/Ti, Fe-TiO2/Ti dan Fe-N-TiO2/Ti)
69
4. Fotoelektrodegradasi Thiamethoxam (TM) a. Penentuan Kurva Standar Thiamethoxam
Thiamethoxam 7 ppm -
TM 0,7 ppm
TM 1,4 ppm
dipipet masing-masing 5 ml, 10 ml, 20 ml dan 30 ml kedalam labu ukur 50 ml ditambahkan NaNO3 0,1 M hingga tanda tera
TM 2,1 ppm
-
TM 2,8 ppm
ditentukan panjang gelombang maksimum pada range 400-600 nm diukur absorbans masing-masing pada panjang gelombang maksimum dibuat kurva kalibrasi konsentrasi terhadap absorbans
Kurva Standar Thiamethoxam
70
b. Uji Kinerja TiO2/Ti, N-TiO2/Ti, Fe-TiO2/Ti dan Fe-N-TiO2/Ti dengan Metode Linear Sweep Voltammetry (LSV) pada Pestisisda Thiamethoxam Fe-N-TiO2/Ti
TiO2/Ti -
dimasukkan dalam gelas uji yang berisi NaNO3 0,1 M dengan total volume 50 ml - dihubungkan dengan potensiostat sistem 3 elektroda; working electrode TiO2/Ti; counter electrode Pt dan reference electrode Ag/AgCl - diuji dengan bias potensial -1 hingga 1 Volt dengan scan rate 1 x 10-4 V/s selama 1 menit - dibiaskan dengan variasi lampu UV dan Visibel Aktivitas Fotoelektrokatalitik c. Uji Degradasi Pestisida Thiamethoxam dengan Metode Multi Pulse Amperometry(MPA) TM 0,7 ppm
TM 1,4 ppm
TM 2,1 ppm -
-
TM 2,8 ppm
dimasukkan dalam gelas uji yang berisi 50 ml NaNO3 0,1 M dihubungkan dengan potensiostat sistem 3 elektroda; working electrode TiO2/Ti dan Fe-N-TiO2/Ti; counter electrode Pt dan reference electrode Ag/AgCl diuji dengan bias potensial 0,5 Volt dan durasi 10 menit dibiaskan dengan variasi lampu UV dan Visibel diukur absorbans tiap 10 menit selama 2 jam iradiasi ditentukan % degradasi pestisida
Persentase Degradasi Pestisida
71
Lampiran 3. Data-data Hasil Penelitian A. Aktivitas Elektroda menggunakan Potentiostat Portable dengan Metode Linear Sweep Voltametry (LSV) A. Data LSV Elektroda TiO2/Ti
-9.84E-01
Gelap -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04
UV -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04
Visibel -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04
.………….
…………
…………
.................
…………
…………...
…………
-1.00E+00 -9.99E-01 -9.98E-01 -9.97E-01 -9.96E-01 -9.95E-01 -9.94E-01 -9.93E-01 -9.92E-01 -9.91E-01 -9.90E-01 -9.89E-01 -9.88E-01 -9.87E-01 -9.86E-01 -9.85E-01
Gelap
UV
Visibel
9.73E-01
4.78E-06
4.99E-05
1.33E-05
9.74E-01
4.77E-06
4.99E-05
1.33E-05
9.75E-01
4.95E-06
4.99E-05
1.34E-05
9.76E-01
4.80E-06
4.99E-05
1.35E-05
9.77E-01
4.63E-06
4.99E-05
1.36E-05
9.78E-01
4.82E-06
4.99E-05
1.37E-05
9.79E-01
4.97E-06
4.99E-05
1.38E-05
9.80E-01
4.90E-06
4.99E-05
1.32E-05
9.81E-01
4.97E-06
4.99E-05
1.32E-05
9.82E-01
4.97E-06
4.99E-05
1.34E-05
9.83E-01
4.78E-06
4.99E-05
1.35E-05
9.84E-01
4.75E-06
4.96E-05
1.34E-05
9.85E-01
4.88E-06
4.97E-05
1.33E-05
9.86E-01
4.93E-06
4.97E-05
1.34E-05
9.87E-01
4.88E-06
4.97E-05
1.34E-05
9.88E-01
4.87E-06
4.99E-05
1.35E-05
9.89E-01
4.87E-06
4.99E-05
1.34E-05
…………
9.90E-01
4.79E-06
4.99E-05
1.34E-05
…………
…………
9.91E-01
4.81E-06
4.99E-05
1.35E-05
…………
…………
9.92E-01
4.89E-06
4.99E-05
1.32E-05
72
B. Data LSV Elektroda Fe-N-TiO2/Ti UV -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04
Gelap
-9.80E-01
Visible -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04 -2.50E04
…………
………..
………… …………
-1.00E+00 -9.99E-01 -9.98E-01 -9.97E-01 -9.96E-01 -9.95E-01 -9.94E-01 -9.93E-01 -9.92E-01 -9.91E-01 -9.90E-01 -9.89E-01 -9.88E-01 -9.87E-01 -9.86E-01 -9.85E-01 -9.84E-01 -9.83E-01 -9.82E-01 -9.81E-01
Visibel
UV
Gelap
-2.50E-04
9.75E-01
1.05E-04
1.97E-05
4.95E-06
-2.50E-04
9.76E-01
1.05E-04
1.97E-05
4.80E-06
-2.50E-04
9.77E-01
1.05E-04
1.97E-05
4.63E-06
-2.50E-04
9.78E-01
1.05E-04
1.97E-05
4.82E-06
-2.50E-04
9.79E-01
1.05E-04
1.97E-05
4.97E-06
-2.50E-04
9.80E-01
1.05E-04
1.97E-05
4.90E-06
-2.50E-04
9.81E-01
1.05E-04
1.97E-05
4.97E-06
-2.50E-04
9.82E-01
1.05E-04
1.97E-05
4.97E-06
-2.50E-04
9.83E-01
1.05E-04
1.98E-05
4.78E-06
-2.50E-04
9.84E-01
1.05E-04
1.98E-05
4.75E-06
-2.50E-04
9.85E-01
1.05E-04
1.98E-05
4.88E-06
-2.50E-04
9.86E-01
1.05E-04
1.98E-05
4.93E-06
-2.50E-04
9.87E-01
1.05E-04
1.98E-05
4.88E-06
-2.50E-04
9.88E-01
1.05E-04
1.98E-05
4.87E-06
-2.50E-04
9.89E-01
1.05E-04
1.98E-05
4.87E-06
-2.50E-04
9.90E-01
1.05E-04
1.98E-05
4.79E-06
-2.50E-04
9.91E-01
1.05E-04
1.98E-05
4.81E-06
-2.50E-04
9.92E-01
1.05E-04
1.98E-05
4.89E-06
-2.50E-04
9.93E-01
1.05E-04
1.98E-05
4.79E-06
-2.50E-04
9.94E-01
1.04E-04
1.98E-05
4.99E-06
-2.50E-04
9.95E-01
1.04E-04
1.98E-05
4.93E-06
………..
…………
9.96E-01
1.04E-04
1.98E-05
4.83E-06
……….
………..
…………
9.97E-01
1.03E-04
1.98E-05
4.90E-06
……….
………..
…………
9.98E-01
1.03E-04
1.98E-05
4.82E-06
73
B. Penentuan Panjang Gelombang Maksimum (λmax) dan Kurva kalibrasi Senyawa Pestisida Thiamethoxam menggunakan Spektrofotometer UV-Vis
566 nm
0.1 0.09 0.08 Absorbansi
0.07 0.06 0.05 0.04 y = 0.028x + 0.015 R² = 0.9666
0.03 0.02 0.01 0
0
0.5
1
1.5
2
Konsentrasi Thiamethoxam (mg/L)
2.5
3
74
C. Uji Degradasi terhadap Senyawa Pestisisda Thiamethoxam menggunakan Elektroda TiO2/Ti dan Fe-N-TiO2/Ti 1. Konsentrasi 0,7 ppm
Kurva Penurunan Konsentrasi TM 0,7 ppm UV (Fotolisis)
1 0.9
TM 0,7 ppm VIS (Fotolisis)
0.8 Konsentrasi
0.7
TM 0,7 ppm UV (Fotokatalisis)
0.6
TM 0,7 ppm VIS (Fotokatalisis)
0.5 0.4
TM 0,7 ppm UV (Fotoelektrokatalisis TiO2/Ti)
0.3
TM 0,7 ppm VIS (Fotoelektrokatalisis TiO2/Ti)
0.2 0.1 0
0
10
20
30
40
50
60
Waktu (menit)
% Degradasi
100
TM 0,7 ppm Vis (Fotolisis) TM 0,7 ppm UV (Fotolisis)
80
TM 0,7 ppm Vis (Fotokatalisis TiO2)
% degradasi
60
TM 0,7 ppm UV (Fotokatalisis TiO2)
40
TM 0,7 ppm Vis (Fotoelektrokatalisis TiO2/Ti)
20 0 -20
TM 0,7 ppm UV (Fotoelektrokatalisis Fe-NTiO2/Ti) TM 0,7 ppm VIS (Fotoelektrokatalisis Fe-NTiO2/Ti)
TM 0,7 ppm UV (Fotoelektrokatalisis TiO2/Ti)
0
20
40
Waktu (menit)
60
TM 0,7 ppm Vis (Fotoelektrokatalisis Fe-NTiO2/Ti) TM 0,7 ppm UV (Fotoelektrokatalisis Fe-NTiO2/Ti)
75
2. Konsentrasi 1,4 ppm
Kurva Penurunan Konsentrasi
1.8
TM 1,4 ppm UV (Fotolisis)
1.6
TM 1,4 ppm VIS (Fotolisis)
1.4 TM 1,4 ppm UV (Fotokatalisis)
Konsentrasi
1.2 1
TM 1,4 ppm VIS (Fotokatalisis)
0.8
TM 1,4 ppm UV (Fotoelektrokatalisis TiO2/Ti)
0.6
TM 1,4 ppm VIS (Fotoelektrokatalisis TiO2/Ti)
0.4 0.2 0
TM 1,4 ppm UV (Fotoelektrokatalisis Fe-N-TiO2/Ti)
0
10
20
30
40
50
60
TM 1,4 ppm VIS (Fotoelektrokatalisis Fe-N-TiO2/Ti)
Waktu (menit)
% Degradasi
100
TM 1,4 ppm Vis (Fotolsis)
90
TM 1,4 ppm UV (Fotolisis)
80 % degradasi
70
TM 1,4 ppm Vis (Fotokatalisis TiO2)
60 TM 1,4 ppm UV (Fotokatalisis TiO2)
50 40
TM 1,4 ppm Vis (Fotoelektrokatalisis TiO2/Ti)
30 20
TM 1,4 ppm UV (Fotoelektrokatalisis TiO2/Ti)
10 0
0
10
20
30
40
Waktu (menit)
50
60
TM 1,4 ppm Vis (Fotoelektrokatalisis Fe-N-TiO2/Ti) TM 1,4 ppm UV (Fotoelektrokatalisis Fe-N-TiO2/Ti)
76
3. Konsentrasi 2,1 ppm
Kurva Penurunan Konsentrasi
2.5
TM 2,1 ppm UV (Fotolisis) TM 2,1 ppm VIS (Fotolisis)
2
Konsentrasi
TM 2,1 ppm UV (Fotokatalisis)
1.5 TM 2,1 ppm VIS (Fotokatalisis)
1
TM 2,1 ppm UV (Fotoelektrokatalisis TiO2/Ti) TM 2,1 ppm VIS (Fotoelektrokatalisis TiO2/Ti)
0.5
0
TM 2,1 ppm UV (Fotoelektrokatalisis Fe-N-TiO2/Ti)
0
10
20
30
40
50
60
Waktu (menit)
TM 2,1 ppm VIS (Fotoelektrokatalisis Fe-N-TiO2/Ti)
% Degradasi
80
TM 2,1 ppm Vis (Fotolisis)
70
TM 2,1 ppm UV (Fotolisis)
60 TM 2,1 ppm Vis (Fotokatalisis TiO2)
% degradasi
50 40
TM 2,1 ppm UV (Fotokatalisis TiO2)
30
TM 2,1 ppm Vis (Fotoelektrokatalisis TiO2/Ti)
20
TM 2,1 ppm UV (Fotoelektrokatalisis TiO2/Ti)
10 0 -10
0
10
20
30
40
Waktu (menit)
50
60
TM 2,1 ppm Vis (Fotoelektrokatalisis Fe-N-TiO2/Ti) TM 2,1 ppm UV (Fotoelektrokatalisis Fe-N-TiO2/Ti)
77
4.
Konsentrasi 2,8 ppm
Konsentrasi
Kurva Penurunan Konsentrasi
3
TM 2,8 ppm UV (Fotolisis)
2.5
TM 2,8 ppm VIS (Fotolisis)
2
TM 2,8 ppm UV (Fotokatalisis)
1.5
TM 2,8 ppm VIS (Fotokatalisis)
1 0.5 0
0
10
20
30
40
50
60
Waktu (menit)
TM 2,8 ppm UV (FotoelektrokatalisisTiO2/Ti ) TM 2,8 ppm VIS (Fotoelektrokatalisis TiO2/Ti) TM 2,8 ppm UV (Fotoelektrokatalisis Fe-NTiO2/Ti)
% Degradasi TM 2,8 ppm Vis (Fotolisis)
70 60
TM 2,8 ppm UV (Fotolisis)
% degradasi
50 TM 2,8 ppm Vis (Fotokatalisis TiO2)
40 30
TM 2,8 ppm UV (Fotokatalisis TiO2)
20 10 0
0
10
20
30
40
Waktu (menit)
50
60
TM 2,8 ppm Vis (Fotoelektrokatalisis TiO2/Ti) TM 2,8 ppm UV (Fotoelektrokatalisis TiO2/Ti)
78
D. Data Fotolisis Thiamethoxam waktu (menit) 0 10 20 30 40 50 60
A 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028
Data Penyinaran Cahaya UV TM 0,7 ppm UV B 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015
absorbansi 0.04 0.038 0.037 0.035 0.034 0.033 0.031
konsentrasi absorbansi 0.892857143 0.058 0.821428571 0.057 0.785714286 0.056 0.714285714 0.054 0.678571429 0.053 0.642857143 0.052 0.571428571 0.05
A 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028
TM 2,1 ppm UV
TM 2,8 ppm UV
konsentrasi absorbansi konsentrasi absorbansi konsentrasi 1.535714286 0.079 2.285714286 0.088 2.607142857 1.5 0.078 2.25 0.087 2.571428571 1.464285714 0.077 2.214285714 0.085 2.5 1.392857143 0.075 2.142857143 0.084 2.464285714 1.357142857 0.073 2.071428571 0.083 2.428571429 1.321428571 0.072 2.035714286 0.081 2.357142857 1.25 0.07 1.964285714 0.079 2.285714286
Data Penyinaran Cahaya Visibel TM 0,7 ppm VIS
waktu (menit) 0 10 20 30 40 50 60
TM 1,4 ppm UV
B 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015
absorbansi 0.04 0.04 0.038 0.036 0.035 0.034 0.034
TM 1,4 ppm VIS
TM 2,1 ppm VIS
TM 2,8 ppm VIS
konsentrasi absorbansi konsentrasi absorbansi konsentrasi absorbansi konsentrasi 0.892857143 0.058 1.535714286 0.079 2.285714286 0.088 2.607142857 0.892857143 0.057 1.5 0.079 2.285714286 0.087 2.571428571 0.821428571 0.055 1.428571429 0.077 2.214285714 0.087 2.571428571 0.75 0.055 1.428571429 0.076 2.178571429 0.086 2.535714286 0.714285714 0.054 1.392857143 0.075 2.142857143 0.085 2.5 0.678571429 0.053 1.357142857 0.074 2.107142857 0.085 2.5 0.678571429 0.053 1.357142857 0.073 2.071428571 0.084 2.464285714
79
E. Data Fotokatalisis TiO2/Ti
Data Penyinaran Cahaya UV TM 0,7 ppm UV
waktu (menit) 0 10 20 30 40 50 60
A 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028
B 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015
absorbansi 0.04 0.037 0.035 0.032 0.029 0.027 0.025
A 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028
TM 2,1 ppm UV
TM 2,8 ppm UV
konsentrasi absorbansi konsentrasi absorbansi konsentrasi absorbansi konsentrasi 0.892857143 0.058 1.535714286 0.079 2.285714286 0.088 2.607142857 0.785714286 0.055 1.428571429 0.075 2.142857143 0.084 2.464285714 0.714285714 0.052 1.321428571 0.071 2 0.08 2.321428571 0.607142857 0.048 1.178571429 0.068 1.892857143 0.076 2.178571429 0.5 0.045 1.071428571 0.065 1.785714286 0.073 2.071428571 0.428571429 0.043 1 0.062 1.678571429 0.07 1.964285714 0.357142857 0.041 0.928571429 0.058 1.535714286 0.067 1.857142857
Data Penyinaran Cahaya Visibel TM 0,7 ppm VIS
waktu (menit) 0 10 20 30 40 50 60
TM 1,4 ppm UV
B 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015
absorbansi 0.04 0.038 0.036 0.033 0.03 0.028 0.027
TM 1,4 ppm VIS
TM 2,1 ppm VIS
TM 2,8 ppm VIS
konsentrasi absorbansi konsentrasi absorbansi Konsentrasi absorbansi 0.892857143 0.058 1.535714286 0.079 2.285714286 0.088 0.821428571 0.056 1.464285714 0.074 2.107142857 0.086 0.75 0.053 1.357142857 0.071 2 0.082 0.642857143 0.05 1.25 0.069 1.928571429 0.079 0.535714286 0.048 1.178571429 0.067 1.857142857 0.076 0.464285714 0.045 1.071428571 0.064 1.75 0.073 0.428571429 0.043 1 0.062 1.678571429 0.071
konsentrasi 2.607142857 2.535714286 2.392857143 2.285714286 2.178571429 2.071428571 2
80
F. Data Degradasi Thiamethoxam Fotoelektrokatalisis TiO2/Ti, Fe-N-TiO2/Ti
Data Degradasi Thiamethoxam Fotoelektrokatalisis Cahaya UV menggunakan TiO2/Ti
WAKTU
A
B
0 10 20 30 40 50 60
0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028
0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015
WAKTU
A
B
0 10 20 30 40 50 60
0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028
0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015
TM 0,7 ppm UV Absorbansi Konsetrasi 0.04 0.892857143 0.035 0.714285714 0.031 0.571428571 0.027 0.428571429 0.022 0.25 0.018 0.107142857 0.017 0.071428571 TM 1,4 ppm UV Absorbansi Konsetrasi 0.058 1.535714286 0.049 1.214285714 0.04 0.892857143 0.034 0.678571429 0.03 0.535714286 0.026 0.392857143 0.021 0.214285714
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
Ct/C0
0.892857143 0.892857143 0.892857143 0.892857143 0.892857143 0.892857143 0.892857143
1 1.25 1.5625 2.083333333 3.571428571 8.333333333 12.5
0 0.223143551 0.446287103 0.733969175 1.272965676 2.120263536 2.525728644
1 0.8 0.64 0.48 0.28 0.12 0.08
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
Ct/C0
1.535714286 1.535714286 1.535714286 1.535714286 1.535714286 1.535714286 1.535714286
1 1.264705882 1.72 2.263157895 2.866666667 3.909090909 7.166666667
0 0.234839591 0.542324291 0.816761137 1.053149915 1.363304843 1.969440646
1 0.790697674 0.581395349 0.441860465 0.348837209 0.255813953 0.139534884
% Degradasi TM 0,7 ppm UV 0 20 36 52 72 88 92 % Degradasi TM 1,4 ppm UV 0 20.93023256 41.86046512 55.81395349 65.11627907 74.41860465 86.04651163
81
WAKTU
A
B
0 10 20 30 40 50 60
0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028
0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015
WAKTU
A
B
0 10 20 30 40 50 60
0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028
0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015
TM 2,1 ppm UV Absorbansi Konsetrasi 0.079 2.285714286 0.071 2 0.066 1.821428571 0.06 1.607142857 0.056 1.464285714 0.051 1.285714286 0.047 1.142857143
TM 2,8 ppm UV Absorbansi Konsetrasi 0.088 2.607142857 0.08 2.321428571 0.076 2.178571429 0.071 2 0.068 1.892857143 0.062 1.678571429 0.057 1.5
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
Ct/C0
2.285714286 2.285714286 2.285714286 2.285714286 2.285714286 2.285714286 2.285714286
1 1.142857143 1.254901961 1.422222222 1.56097561 1.777777778 2
0 0.133531393 0.227057451 0.352220594 0.445311017 0.575364145 0.693147181
1 0.875 0.796875 0.703125 0.640625 0.5625 0.5
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
Ct/C0
2.607142857 2.607142857 2.607142857 2.607142857 2.607142857 2.607142857 2.607142857
1 1.123076923 1.196721311 1.303571429 1.377358491 1.553191489 1.738095238
0 0.116072171 0.179585577 0.26510775 0.320167528 0.440311839 0.552789823
1 0.890410959 0.835616438 0.767123288 0.726027397 0.643835616 0.575342466
% Degradasi TM 2,1 ppm UV 0 12.5 20.3125 29.6875 35.9375 43.75 50
% Degradasi TM 2,8 ppm UV 0 10.95890411 16.43835616 23.28767123 27.39726027 35.61643836 42.46575342
82
Data Degradasi Thiamethoxam Fotoelektrokatalisis Cahaya Visibel menggunakan TiO2/Ti
WAKTU
A
B
0 10 20 30 40 50 60
0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028
0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015
WAKTU
A
B
0 10 20 30 40 50 60
0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028
0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015
TM 0,7 ppm Vis Absorbansi Konsentrasi 0.04 0.892857143 0.036 0.75 0.03 0.535714286 0.028 0.464285714 0.024 0.321428571 0.02 0.178571429 0.019 0.142857143
TM 1,4 ppm Vis Absorbansi Konsentrasi 0.058 1.535714286 0.053 1.357142857 0.05 1.25 0.048 1.178571429 0.046 1.107142857 0.043 1 0.04 0.892857143
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
Ct/C0
0.892857143 0.892857143 0.892857143 0.892857143 0.892857143 0.892857143 0.892857143
1 1.19047619 1.666666667 1.923076923 2.777777778 5 6.25
0 0.174353387 0.510825624 0.653926467 1.021651248 1.609437912 1.832581464
1 0.84 0.6 0.52 0.36 0.2 0.16
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
Ct/C0
1.535714286 1.535714286 1.535714286 1.535714286 1.535714286 1.535714286 1.535714286
1 1.131578947 1.228571429 1.303030303 1.387096774 1.535714286 1.72
0 0.123613956 0.205852054 0.264692554 0.327212911 0.428995606 0.542324291
1 0.88372093 0.813953488 0.76744186 0.720930233 0.651162791 0.581395349
% Degradasi TM 0,7 ppm Vis 0 16 40 48 64 80 84
% Degradasi TM 1,4 ppm Vis 0 11.62790698 18.60465116 23.25581395 27.90697674 34.88372093 41.86046512
83
WAKTU
A
B
0 10 20 30 40 50 60
0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028
0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015
WAKTU
A
B
0 10 20 30 40 50 60
0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028
0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015
TM 2,1 ppm Vis Absorbansi Konsentrasi 0.079 2.285714286 0.073 2.071428571 0.069 1.928571429 0.065 1.785714286 0.061 1.642857143 0.058 1.535714286 0.054 1.392857143
TM 2,8 ppm Vis Absorbansi Konsentrasi 0.088 2.607142857 0.082 2.392857143 0.078 2.25 0.075 2.142857143 0.07 1.964285714 0.066 1.821428571 0.061 1.642857143
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
Ct/C0
2.285714286 2.285714286 2.285714286 2.285714286 2.285714286 2.285714286 2.285714286
1 1.103448276 1.185185185 1.28 1.391304348 1.488372093 1.641025641
0 0.098440073 0.169899037 0.246860078 0.330241687 0.397682968 0.495321437
1 0.90625 0.84375 0.78125 0.71875 0.671875 0.609375
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
Ct/C0
2.607142857 2.607142857 2.607142857 2.607142857 2.607142857 2.607142857 2.607142857
1 1.089552239 1.158730159 1.216666667 1.327272727 1.431372549 1.586956522
0 0.085766822 0.147324715 0.196114879 0.283126256 0.358633808 0.461818045
1 0.917808219 0.863013699 0.821917808 0.753424658 0.698630137 0.630136986
% Degradasi TM 2,1 ppm Vis 0 9.375 15.625 21.875 28.125 32.8125 39.0625
% Degradasi TM 2,8 ppm Vis 0 8.219178082 13.69863014 17.80821918 24.65753425 30.1369863 36.98630137
84
Data Degradasi Thiamethoxam Fotoelektrokatalisis Cahaya UV menggunakan Fe-N-TiO2/Ti
WAKTU
A
B
0 10 20 30 40 50 60
0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028
0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015
WAKTU
A
B
0 10 20 30 40 50 60
0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028
0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015
TM 0,7 ppm UV absorbansi Konsentrasi 0.04 0.892857143 0.034 0.678571429 0.031 0.571428571 0.027 0.428571429 0.022 0.25 0.018 0.107142857 0.016 0.035714286 TM 1,4 ppm UV Absorbansi Konsentrasi 0.058 1.535714286 0.048 1.178571429 0.038 0.821428571 0.034 0.678571429 0.032 0.607142857 0.029 0.5 0.026 0.392857143
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
Ct/C0
0.892857143 0.892857143 0.892857143 0.892857143 0.892857143 0.892857143 0.892857143
1 1.315789474 1.5625 2.083333333 3.571428571 8.333333333 25
0 0.274436846 0.446287103 0.733969175 1.272965676 2.120263536 3.218875825
1 0.76 0.64 0.48 0.28 0.12 0.04
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
Ct/C0
1.535714286 1.535714286 1.535714286 1.535714286 1.535714286 1.535714286 1.535714286
1 1.303030303 1.869565217 2.263157895 2.529411765 3.071428571 3.909090909
0 0.264692554 0.6257059 0.816761137 0.927986772 1.122142786 1.363304843
1 0.76744186 0.534883721 0.441860465 0.395348837 0.325581395 0.255813953
% Degradasi TM 0,7 ppm UV 0 24 36 52 72 88 96 % Degradasi TM 1,4 ppm UV 0 23.25581395 46.51162791 55.81395349 60.46511628 67.44186047 74.41860465
85
WAKTU
A
B
0 10 20 30 40 50 60
0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028
0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015
WAKTU
A
B
0 10 20 30 40 50 60
0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028
0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015
TM 2,1 ppm UV Absorbansi Konsentrasi 0.079 2.285714286 0.07 1.964285714 0.065 1.785714286 0.06 1.607142857 0.055 1.428571429 0.051 1.285714286 0.046 1.107142857
TM 2,8 ppm UV Absorbansi Konsentrasi 0.088 2.607142857 0.078 2.25 0.07 1.964285714 0.065 1.785714286 0.06 1.607142857 0.055 1.428571429 0.051 1.285714286
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
Ct/C0
2.285714286 2.285714286 2.285714286 2.285714286 2.285714286 2.285714286 2.285714286
1 1.163636364 1.28 1.422222222 1.6 1.777777778 2.064516129
0 0.151549898 0.246860078 0.352220594 0.470003629 0.575364145 0.724895879
1 0.859375 0.78125 0.703125 0.625 0.5625 0.484375
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
Ct/C0
2.607142857 2.607142857 2.607142857 2.607142857 2.607142857 2.607142857 2.607142857
1 1.158730159 1.327272727 1.46 1.622222222 1.825 2.027777778
0 0.147324715 0.283126256 0.378436436 0.483796951 0.601579987 0.706940503
1 0.863013699 0.753424658 0.684931507 0.616438356 0.547945205 0.493150685
% Degradasi TM 2,1 ppm UV 0 14.0625 21.875 29.6875 37.5 43.75 51.5625
% Degradasi TM 2,8 ppm UV 0 13.69863014 24.65753425 31.50684932 38.35616438 45.20547945 50.68493151
86
Data Degradasi Thiamethoxam Fotoelektrokatalisis Cahaya Visible menggunakan Fe-N-TiO2/Ti
WAKTU
A
B
0 10 20 30 40 50 60
0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028
0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015
WAKTU
A
B
0 10 20 30 40 50 60
0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028
0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015
TM 0,7 ppm Vis absorbansi Konsentrasi 0.04 0.892857143 0.033 0.642857143 0.03 0.535714286 0.025 0.357142857 0.021 0.214285714 0.018 0.107142857 0.0155 0.017857143
TM 1,4 ppm Vis absorbansi Konsentrasi 0.058 1.535714286 0.046 1.107142857 0.035 0.714285714 0.03 0.535714286 0.026 0.392857143 0.02 0.178571429 0.016 0.035714286
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
Ct/C0
0.892857143 0.892857143 0.892857143 0.892857143 0.892857143 0.892857143 0.892857143
1 1.388888889 1.666666667 2.5 4.166666667 8.333333333 50
0 0.328504067 0.510825624 0.916290732 1.427116356 2.120263536 3.912023005
1 0.72 0.6 0.4 0.24 0.12 0.02
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
Ct/C0
1.535714286 1.535714286 1.535714286 1.535714286 1.535714286 1.535714286 1.535714286
1 1.387096774 2.15 2.866666667 3.909090909 8.6 43
0 0.327212911 0.765467842 1.053149915 1.363304843 2.151762203 3.761200116
1 0.720930233 0.465116279 0.348837209 0.255813953 0.11627907 0.023255814
% Degradasi TM 0,7 ppm Vis 0 28 40 60 76 88 98
% Degradasi TM 1,4 ppm Vis 0 27.90697674 53.48837209 65.11627907 74.41860465 88.37209302 97.6744186
87
WAKTU
A
B
0 10 20 30 40 50 60
0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028
0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015
WAKTU
A
B
0 10 20 30 40 50 60
0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028 0.028
0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015
TM 2,1 ppm Vis Absorbansi Konsentrasi 0.079 2.285714286 0.069 1.928571429 0.06 1.607142857 0.05 1.25 0.045 1.071428571 0.04 0.892857143 0.035 0.714285714
TM 2,1 ppm Vis Absorbansi Konsentrasi 0.088 2.607142857 0.076 2.178571429 0.066 1.821428571 0.06 1.607142857 0.055 1.428571429 0.049 1.214285714 0.04 0.892857143
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
Ct/C0
2.285714286 2.285714286 2.285714286 2.285714286 2.285714286 2.285714286 2.285714286
1 1.185185185 1.422222222 1.828571429 2.133333333 2.56 3.2
0 0.169899037 0.352220594 0.603535022 0.757685702 0.940007258 1.16315081
1 0.84375 0.703125 0.546875 0.46875 0.390625 0.3125
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
Ct/C0
2.607142857 2.607142857 2.607142857 2.607142857 2.607142857 2.607142857 2.607142857
1 1.196721311 1.431372549 1.622222222 1.825 2.147058824 2.92
0 0.179585577 0.358633808 0.483796951 0.601579987 0.764098917 1.071583616
1 0.835616438 0.698630137 0.616438356 0.547945205 0.465753425 0.342465753
% Degradasi TM 2,1 ppm Vis 0 15.625 29.6875 45.3125 53.125 60.9375 68.75
% Degradasi TM 2,8 ppm Vis 0 16.43835616 30.1369863 38.35616438 45.20547945 53.42465753 65.75342466
88
G. Grafik penentuan tetapan laju degradasi Thiamethoxam a. Data Degradasi Thiamethoxam menggunakan Elektroda TiO2/Ti Kurva Linier saat penyinaran cahaya Visibel TiO2/Ti
TM 0,7 ppm Vis TiO2/Ti 2 y = 0.0317x - 0.1223 R² = 0.9705
ln C0/Ct
1.5 1
TM 0,7 ppm Vis TiO2/Ti
0.5
Linear (TM 0,7 ppm Vis TiO2/Ti)
0
0
20
-0.5
40
60
80
Wktu (menit)
TM 1,4 ppm Vis TiO2/Ti 0.6 y = 0.0084x + 0.0176 R² = 0.988
0.5 0.4
ln C0/Ct
0.3
TM 1,4 ppm Vis TiO2/Ti
0.2
Linear (TM 1,4 ppm Vis TiO2/Ti)
0.1 0
0
20
40
Waktu (menit)
60
80
89
TM 2,1 ppm Vis TiO2/Ti 0.6 y = 0.008x + 0.0078 R² = 0.9981
0.5
ln C0/Ct
0.4 0.3
TM 2,1 ppm Vis TiO2/Ti
0.2
Linear (TM 2,1 ppm Vis TiO2/Ti)
0.1 0
0
20
40
60
80
Waktu (menit)
TM 2,8 ppm Vis TiO2/Ti 0.5 y = 0.0074x - 0.0025 R² = 0.9912
0.4
ln C0/Ct
0.3 TM 2,8 ppm Vis TiO2/Ti
0.2
Linear (TM 2,8 ppm Vis TiO2/Ti)
0.1 0 -0.1
0
20
40
Waktu (menit)
60
80
90
Kurva Linier saat penyinaran cahaya UV TiO2/Ti
TM 0,7 ppm UV TiO2/Ti 3 2.5
y = 0.0436x - 0.2609 R² = 0.945
ln C0/Ct
2
TM 0,7 ppm UV TiO2/Ti
1.5 1
Linear (TM 0,7 ppm UV TiO2/Ti)
0.5 0 -0.5
0
20
40
60
80
Waktu (menit)
TM 1,4 ppm UV TiO2/Ti 2.5 2
y = 0.031x - 0.0753 R² = 0.976
1.5
ln C0/Ct
TM 1,4 ppm UV TiO2/Ti
1
Linear (TM 1,4 ppm UV TiO2/Ti)
0.5 0 -0.5
0
20
40
Waktu (menit)
60
80
91
TM 2,1 ppm UV TiO2/Ti 0.8 y = 0.0114x + 0.0058 R² = 0.9985
0.7
ln C0/Ct
0.6 0.5
TM 2,1 ppm UV TiO2/Ti
0.4 0.3
Linear (TM 2,1 ppm UV TiO2/Ti)
0.2 0.1 0
0
20
40
60
80
Waktu (menit)
TM 2,8 ppm UV TiO2/Ti 0.6 y = 0.0087x + 0.0055 R² = 0.9893
0.5
ln C0/Ct
0.4 0.3
TM 2,8 ppm UV TiO2/Ti
0.2
Linear (TM 2,8 ppm UV TiO2/Ti)
0.1 0
0
20
40
Waktu (menit)
60
80
92
b. Data Degradasi Rhodamin B menggunakan Elektroda Fe-N-TiO2/Ti
kurva Linier saat penyinaran cahaya Visibel Fe-N-TiO2/Ti
TM 0,7 ppm UV Fe-N-TiO2/Ti 3.5 3
y = 0.0506x - 0.3663 R² = 0.8977
2.5
ln C0/Ct
2 TM 0,7 ppm UV Fe-NTiO2/Ti
1.5 1
Linear (TM 0,7 ppm UV Fe-N-TiO2/Ti)
0.5 0 -0.5
0
20
-1
40
60
80
Waktu (menit)
TM 1,4 ppm UV Fe-N-TiO2/Ti 1.6 y = 0.0218x + 0.0772 R² = 0.9781
1.4
ln C0/Ct
1.2 1
TM 1,4 ppm UV Fe-NTiO2/Ti
0.8 0.6
Linear (TM 1,4 ppm UV Fe-N-TiO2/Ti)
0.4 0.2 0
0
20
40
60
Waktu (Menit)
80
93
TM 2,1 ppm UV Fe-N-TiO2/Ti 0.8 y = 0.03x - 0.101 R² = 0.9664
0.7
ln C0/Ct
0.6 0.5
TM 2,1 ppm UV Fe-NTiO2/Ti
0.4 0.3
Linear (TM 2,1 ppm UV Fe-N-TiO2/Ti)
0.2 0.1 0
0
20
40
60
80
Waktu (Menit)
TM 2,8 ppm UV Fe-N-TiO2/Ti 0.8 y = 0.0115x + 0.0255 R² = 0.9958
0.7
ln C0/Ct
0.6 0.5
TM 2,8 ppm UV Fe-NTiO2/Ti
0.4 0.3
Linear (TM 2,8 ppm UV Fe-N-TiO2/Ti)
0.2 0.1 0
0
20
40
Waktu (menit)
60
80
94
kurva Linier saat penyinaran cahaya UV Fe-N-TiO2/Ti
TM 0,7 ppm Vis Fe-N-TiO2/Ti 4.5 4 3.5
y = 0.058x - 0.4231 R² = 0.8626
ln C0/Ct
3 2.5
TM 0,7 ppm Vis Fe-NTiO2/Ti
2 1.5
Linear (TM 0,7 ppm Vis Fe-N-TiO2/Ti)
1 0.5 0 -0.5 0
20
-1
40
60
80
Waktu (menit)
TM 1,4 ppm Vis Fe-N-TiO2/Ti 4 3.5
y = 0.0555x - 0.318 R² = 0.883
3
ln C0/Ct
2.5 2
TM 1,4 ppm Vis Fe-NTiO2/Ti
1.5 1
Linear (TM 1,4 ppm Vis Fe-N-TiO2/Ti)
0.5 0
-0.5 0 -1
20
40
Waktu (menit)
60
80
95
TM 2,1 ppm Vis Fe-N-TiO2/Ti 1.4 y = 0.0194x - 0.0128 R² = 0.9977
1.2
ln C0/Ct
1 0.8
TM 2,1 ppm Vis Fe-NTiO2/Ti
0.6
Linear (TM 2,1 ppm Vis Fe-N-TiO2/Ti)
0.4 0.2 0 -0.2
0
20
40
60
80
Waktu (menit)
TM 2,8 ppm Vis Fe-N-TiO2/Ti 1.2 y = 0.0165x - 0.0015 R² = 0.9808
1
ln C0/Ct
0.8 TM 2,8 ppm Vis Fe-NTiO2/Ti
0.6 0.4
Linear (TM 2,8 ppm Vis Fe-N-TiO2/Ti)
0.2 0 -0.2
0
20
40
Waktu (menit)
60
80
96
Lampiran 4. Dokumentasi Penelitian
Preparasi Plat Titanium
Pembuatan Sol-Gel
97
Doping Fe-N pada permukaan plat TiO2/Ti
Hasil Preparasi Elektroda
Pembuatan Larutan Uji Thiamethoxam
98
Larutan uji fotolisis Thiamethoxam
Proses Fotolisis
