UJI DEGRADASI SENYAWA ORGANIK CONGO RED MENGGUNAKAN ELEKTRODA Mn-TiO2/Ti SECARA FOTOKATALISIS DI BAWAH RADIASI SINAR ULTRA VIOLET-VISIBLE
SKRIPSI Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Syarat Memperoleh Derajat Sarjana S-1 pada Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
OLEH: REO ADI SYAHPUTRA F1C1 10 023
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 Subhanahu Wa Ta’ala atas hidayah dan rahmat yang dilimpahkan kepada penulis selaku hamba-Nya yang lemah sehingga akhirnya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Uji Degradasi Senyawa Organik Congo Red Menggunakan Elektroda Mn-TiO2/Ti Secara Fotokatalisis di Bawah Radiasi Sinar Ultra Violet-Visible”. Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk dapat menyelesaikan studi di Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Halu Oleo. Selama penyusunan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan kesulitan dan hambatan, namun atas rahmat-Nya, kesadaran, tekad dan kemauan yang keras serta dorongan dari berbagai pihak sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik. Dalam kesempatan ini, secara khusus penulis menyampaikan terima kasih dan penghargaan yang tak terhingga kepada Ibunda tercinta Rosna dan Ayahanda tersayang La Ute yang telah membesarkan penulis dengan penuh kasih sayang dan senantiasa berdo’a untuk keselamatan dan kebahagiaan penulis. Semoga Allah Subhanahu Wa Ta’ala selalu melimpahkan rahmat-Nya dan menyayangi mereka berdua sebagaimana keduanya telah menyayangi penulis. Dengan segala kerendahan hati, penulis menyampaikan terima kasih dan penghargaan kepada Ibu
iii
Dr. Hj. Maulidiyah, S.Si, M.Si selaku Pembimbing I dan Bapak Prof. Dr. H. Muhammad Nurdin, M.Sc selaku Pembimbing II, yang telah banyak mengorbankan waktu dan pikiran dalam memberikan pengetahuan, bantuan, kritik dan saran selama penelitian tugas akhir dan penyusunan skripsi 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, S.Si, 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 Prof. Dr. H. Muhammad Nurdin, M.Sc selaku Penasehat Akademik yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis.
6.
Bapak Dr. Imran, M.Si selaku Kepala Laboratorium Kimia yang telah memberikan izin dan bantuan selama melaksanakan penelitian.
7.
Bapak Drs. H. Muh. Zakir Muzakkar, M.Si, P.hD, Bapak Dr. H. Thamrin Azis, M.Si dan Bapak Armid, S.Si, M.Si, M.Sc, D.Sc selaku dewan penguji yang banyak memberikan ide dan saran dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
8.
Bapak dan Ibu Dosen Jurusan Kimia serta seluruh staf di lingkungan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Halu Oleo atas segala fasilitas dan pelayanan yang diberikan selama penulis dalam menuntut ilmu.
iv
9.
Teruntuk para saudara penulis yang baik hati Kakak Darmawati, S.Si, Kakak Reonaldi, S.E. dan Adik Reo Joko Saputro dan ipar penulis Kakak Amir Mahmud, S.Hi, S.Pd.I yang terus memberikan do’a, dukungan dan semangat hingga penyelesaian tugas akhir ini.
10. Rekan–rekan kimia 010 kelas A, Ian, Eka, Halim, Adi, Nasrul, Jamal, Kamal, Nita, Mega, Ndari, Yuda, Ening, Pia, Mira, Herti, Icha, Tia, Ratna, Aisyah, Rahmi, Arni, Riska dan Ati yang telah memberikan bantuan dan dukungan kepada penulis. 11. Teruntuk Bung Yoga, Dinda Wino, Dinda Herlin, Dinda Beryl dan Dinda Tenri yang banyak memberikan masukan dan bantuan. Semoga kebaikan kalian dibalas oleh-Nya. 12. Seluruh Mahasiswa Kimia angkatan 08, 09, 011, 012, 013, 014 yang selalu memberikan dukungan dan bantuan kepada penulis selama menimbah ilmu disini. 13. Teruntuk sahabat-sahabat keluarga besar IPA Hidrogen 2010 SMA Negeri 1 Raha yang telah memberikan semangat untuk terus meraih impian dimasa mendatang. 14. Jazakumullah khairan katsiran kepada para Ustadz yang telah memberikan pemahaman ilmu yang sangat bermanfaat di dunia terlebih lagi untuk bekal di akhirat, kepada Murobbi penulis Ustadz. Ir. H Muhammad Ikhwan Kapai, Ustadz Riyan Saputra, S.Pd.I dan Ustadz Hasrin, S.Si, M.Pd.I serta UstadzUstadz yang lainnya yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu.
v
15. Teruntuk sahabat-sahabat seluruh Ikhwah dari berbagai Fakultas yang tergerak hatinya untuk berdakwah di Kampus kita, yang mencurahkan seluruh obsesinya untuk Dakwah dan Tarbiyah, mereka adalah para pengurus dan kader Lembaga Dakwah Kampus Ulul Albaab UHO yang selama ini bersama-sama berjuang dalam Dakwah dan Tarbiyah, penulis bangga dapat bersama kalian semua, semoga Allah Subhanahu Wa Ta’ala memberikan keistiqomahan dan pahala yang banyak di hari kemudian kelak. 16. Teruntuk sahabat-sahabat para pengurus dan kader Wahdah Islamiyah Kendari yang banyak memberikan kontribusi dalam pembinaan masyarakat Kota Kendari, Remas La Ode Malim, Remas Abu Bakar, Remas Nurul Fikri dan Remas Arraufurrahim, yang selalu bersama-sama mengukir karya dalam Dakwah dan Tarbiyah, semoga Allah Subhanahu Wa Ta’ala menjaga kalian. Penulis menyampaikan penghargaan kepada semua pihak dan apabila masih terdapat kesalahan, kiranya dapat memberikan koreksi yang membangun. Shalawat dan salam senantiasa tercurahkan kepada Baginda Rasulullah Shalallahu ‘Alaihi Wa Sallam, para sahabat, keluarga dan orang-orang yang mengikuti beliau hingga akhir zaman. Akhirnya skripsi ini dipersembahkan kepada pembaca agar dapat bermanfaat buat ummat dan khususnya bagi penulis. Aamiin.
Kendari,
Juli 2016
Penulis
vi
UJI DEGRADASI SENYAWA ORGANIK CONGO RED MENGGUNAKAN ELEKTRODA Mn-TiO2/Ti SECARA FOTOKATALISIS DI BAWAH RADIASI SINAR ULTRA VIOLET-VISIBLE Oleh : REO ADI SYAHPUTRA F1C1 10 023
INTISARI Preparasi elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti telah berhasil dilakukan. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh penambahan mangan pada TiO2 yang akan digunakan untuk mendegradasi senyawa organik congo red secara fotokatalisis. TiO2 dibuat melalui proses oksidasi anodik. Pelapisan mangan dilakukan dengan cara doping menggunakan metode elektrodeposisi. Karakterisasi dilakukan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) dan Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive X-Ray (SEM-EDX). Uji aktivitas TiO2 dilakukan dengan teknik Linear Sweep Voltammetry (LSV) di bawah sinar UV dan Visibel untuk mendegradasi senyawa organik congo red. Hasil karakterisasi dengan menggunakan XRD menunjukkan bahwa elektroda TiO2/Ti yang dihasilkan dalam bentuk kristal anatase. Hasil SEM menunjukkan bahwa terbentuk nanotube pada permukaan lapis tipis TiO2/Ti. Hasil SEM-EDX menunjukkan terdapatnya logam mangan pada permukaan TiO2/Ti. Hasil karakterisasi menggunakan LSV menunjukkan bahwa elektroda TiO2/Ti aktif pada cahaya UV pada konsentrasi 1 ppm dengan degradasi 51,23 % dan elektroda Mn-TiO2/Ti aktif pada cahaya Visibel pada konsentrasi 1 ppm dengan degradasi 75,48 %. Kata kunci : Elektroda, oksidasi anodik, doping, elektrodeposisi, congo red
vii
DEGRADATION TEST OF CONGO RED ORGANIC COMPOUND USING Mn-TiO2/Ti ELECTRODE ON PHOTOCATALYSIS UNDER ULTRAVIOLET-VISIBLE IRRADIATION
By : REO ADI SYAHPUTRA F1C1 10 023
ABSTRACT Preparation of TiO2/Ti and Mn-TiO2/Ti electrodes has been conducted. The objective of this study was to study the effect of manganese addition on TiO2 to degradate congo red organic compound via photocatalysis. TiO2 was prepared by anodic oxidation process. Doping of manganese was applied by electrodeposition method. The Characterizations were performed by using X-Ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive X-Ray (SEMEDX). Activity test of TiO2 was done by using Linear Sweep Voltammetry (LSV) under UV and Visible light to degradate congo red organic compound. Characterization result using XRD showed the TiO2 electrode obtained in anatase crystal form. SEM result showed nanotube formed at surface of TiO2/Ti thin film. SEM-EDX result indicated manganese metal at surface of TiO2/Ti. Characterization result using LSV showed that TiO2/Ti electrode was active at UV light at 1 ppm with degradation 51,23 % and Mn-TiO2/Ti electrode was active at Visible light at 1 ppm with degradation 75,48 %. Keywords: Electrode, anodic oxidation, doping, electrodeposition, congo red
viii
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN SAMPUL
i
HALAMAN PENGESAHAN
ii
KATA PENGANTAR
iii
INTISARI
vii
ABSTRACT
viii
DAFTAR ISI
ix
DAFTAR TABEL
xiii
DAFTAR GAMBAR
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
xvi
DAFTAR ARTI LAMBANG DAN SINGKATAN
xix
I.
PENDAHULUAN
1
A. Latar Belakang
1
B. Rumusan Masalah
4
C. Tujuan Penelitian
5
D. Manfaat Penelitian
5
TINJAUAN PUSTAKA
6
A. Titanium Dioksida (TiO2)
6
B. Fotokatalis pada Permukaan TiO2
7
C. Sintesis Elektroda TiO2/Ti melalui Proses Oksidasi Anodik
10
D. Penggunaan Dopan
12
E. Mangan (Mn)
13
II.
ix
F. Penggunaan Dopan Mangan
14
G. Metode Elektrodeposisi
15
H. Laju Reaksi Degradasi
16
I. Zat Warna Organik Congo Red
17
J. Karakterisasi
19
1. Scanning Electrone Miscrocope (SEM)
19
2. Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX)
20
3. X-Ray Diffraction (XRD)
20
4. Linear Sweep Voltametry (LSV)
21
5. Spektrofotometer Ultra Violet-Visible (UV-Vis)
21
III. METODE PENELITIAN
22
A. Waktu dan Tempat Penelitian
22
B. Alat dan Bahan Penelitian
22
1.
Alat Penelitian
22
2.
Bahan Penelitian
22
C. Parameter Penelitian
23
D. Prosedur Kerja Penelitian
23
1.
Preparasi Plat Titanium (Ti)
2.
Pembuatan Lapis Tipis TiO2 melalui Proses Oksidasi Anodik 23
3.
Proses Doping Mangan pada Elektroda TiO2/Ti Secara 24 Elektrodeposisi
4.
Karakterisasi Elektroda Kerja
24
a. X-Ray Diffraction (XRD)
24
x
23
5.
b. Scanning Electrone Miscrocope (SEM)
24
c. Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX)
24
d. Linear Sweep Voltametry (LSV)
24
e. Spektrofotometer Ultra Violet-Visible (UV-Vis)
25
Uji Degradasi Zat Warna Secara Fotokatalisis
25
a. Pembuatan Larutan Uji
25
b. Menentukan Panjang Gelombang Maksimum (λmax) dengan Spektrofotometer UV-Vis 25 c. Menentukan Kurva Kalibrasi Congo Red
25
d. Uji Aktivitas Elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti 26 dengan Linear Sweep Voltametry (LSV) e. Uji Degradasi dengan Multi Pulse Amperometry (MPA) pada Zat Warna Congo Red 26
IV.
HASIL DAN PEMBAHASAN
27
A. Preparasi Plat Titanium (Ti)
27
B. Pembuatan Lapis Tipis TiO2/Ti dengan Melalui Proses Oksidasi Anodik 28 C. Proses Doping Mangan pada Elektroda TiO2/Ti Secara Elektrodeposisi 29 D. Karakterisasi Elektroda Kerja
31
1.
Data Karakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) 31
2.
Data Karakterisasi menggunakan Scanning Electrone Microscopy (SEM) 31
3.
Data Karakterisasi menggunakan Scanning Electron Microscop-Energy Dispersive X-Ray (SEM-EDX) 32
xi
4.
Penentuan Aktivitas Elektroda Menggunakan Potentiostat Portable dengan Metode Linear Sweep Voltametry (LSV) 34
E. Uji Degradasi Zat Warna Secara Fotokatalisis
V.
36
1.
Penentuan Panjang Gelombang Maksimum (λmax) dengan Spektrofotometer UV-Vis 36
2.
Kurva Kalibrasi Congo Red
3.
Uji Degradasi Zat warna Congo Red Menggunakan Elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti 38
4.
Kinetika Reaksi Degradasi Fotokatalisis Congo Red Menggunakan Elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti 45
37
PENUTUP
47
A. Kesimpulan
47
B. Saran
47
DAFTAR PUSTAKA
48
LAMPIRAN-LAMPIRAN
55
xii
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1
Kadar unsur penyusun elektroda Mn-TiO2 hasil karakterisasi dengan menggunakan SEM-EDX 34
Tabel 2
Nilai tetapan laju degradasi congo red untuk setiap variasi konsentrasi dan penyinaran lampu UV dan Visibel dari TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti secara fotokatalisis 46
Tabel 3
Nilai Absorbansi dan Konsentrasi Congo Red Hasil Standarisasi 64
xiii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1
Struktur kristal TiO2
7
Gambar 2
Skema fotoeksitasi pada permukaan semikonduktor
9
Gambar 3
Skema pelaksanaan oksidasi anodic
10
Gambar 4
Skema eksitasi elektron dari doping Mn pada TiO2
14
Gambar 5
Struktur congo red
18
Gambar 6
Permukaan titanium
27
Gambar 7
Permukaan TiO2/Ti
29
Gambar 8
Permukaan TiO2/Ti yang dideposisi dengan logam Mn
30
Gambar 9
Karakterisasi XRD TiO2 pada permukaan plat Ti
31
Gambar 10
Karakterisasi SEM permukaan TiO2/Ti dengan ukuran 20 μm: (a) Permukaan TiO2/Ti, (b) Penampang melintang TiO2/Ti 32
Gambar 11
Karakterisasi SEM-EDX: (a) SEM Mn-TiO2/Ti (b) EDX Mn- TiO2/Ti
33
Gambar 12
Grafik LSV: (a) Elektroda TiO2/Ti, (b) Elektroda MnTiO2/Ti 35
Gambar 13
Spektrum panjang gelombang maksimum congo red
37
Gambar 14
Kurva kalibrasi congo red
38
Gambar 15
Grafik fotolisis congo red ketika penyinaran sinar UV dan Visibel: (a) kurva penurunan konsentrasi (b) % degradasi 39
Gambar 16
Grafik fotokatalisis congo red menggunakan elektroda TiO2/Ti: (a) kurva penurunan konsentrasi (b) % degradasi 41
Gambar 17
Grafik fotokatalisis congo red menggunakan elektroda MnTiO2/Ti: (a) kurva penurunan konsentrasi (b) % degradasi 43
xiv
Gambar 18
Grafik Hasil Penurunan konsentrasi Congo Red menggunakan elektroda TiO2/Ti dan elektroda Mn-TiO2/Ti secara fotokatalisis; (a) 1 ppm, (b) 2 ppm dan (c) 3 ppm 45
xv
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1.
Diagram Alir Metode Penelitian
55
Lampiran 2.
Prosedur Kerja Penelitian
56
1. Preparasi Plat Titanium (Ti)
56
2. Pembuatan Lapisan TiO2 Melalui Proses Oksidasi Anodik 56 3. Proses Doping Mangan pada Elektroda TiO2/Ti Secara Elektrodeposisi 57 4. Uji Degradasi Zat Warna Secara Fotokatalisis a. Pembuatan Larutan Uji
57 57
b. Penentuan Panjang Gelombang Maksimum (λmax) dengan Spektrofotometer UV-Vis 58 c. Pembuatan Kurva Standar Congo Red
58
d. Uji Aktivitas Elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti dengan Linear Sweep Voltametry (LSV) 59 e. Uji Degradasi dengan Multi Pulse Amperometry (MPA) pada Zat Warna Congo Red 59 Lampiran 3.
Data-Data Penelitian
60
1. Penentuan Aktivitas Elektroda Menggunakan Potentiostat Portable dengan Metode Linear Sweep Voltametry (LSV) 60 a. Data LSV Elektroda TiO2/Ti
60
b. Data LSV Elektroda Mn-TiO2/Ti
61
2. Data Karakterisasi XRD TiO2/Ti
62
3. Data Karakterisasi SEM-EDX Mn-TiO2/Ti
63
xvi
4. Penentuan Panjang Gelombang Maksimum (λmax) 64 dengan Spektrofotometer UV-Vis 64 5. Kurva Kalibrasi Congo Red 65 6. Data Degradasi Congo Red a. Fotolisis Degradasi Congo Red Menggunakan Sinar UV 66 b. Fotolisis Degradasi Congo Red Menggunakan Sinar Visibel 67 c. Fotokatalisis Degradasi Congo Red Menggunakan Elektroda TiO2/Ti pada Sinar UV 68 d. Fotokatalisis Degradasi Congo Red Menggunakan 69 Elektroda TiO2/Ti pada Sinar Visibel e. Fotokatalisis Degradasi Congo Red Menggunakan 71 Elektroda Mn-TiO2/Ti pada Sinar UV f. Fotokatalisis Degradasi Congo Red Menggunakan 72 Elektroda Mn-TiO2/Ti pada Sinar Visibel 7. Grafik Penentuan Tetapan Laju Degradasi
74
a. Kurva Linear Menggunakan Elektroda TiO2/Ti pada Sinar UV 74 b. Kurva Linear Menggunakan Elektroda TiO2/Ti pada Sinar Visibel 75 c. Kurva Linear Menggunakan Elektroda Mn-TiO2/Ti pada Sinar UV 77 d. Kurva Linear Menggunakan Elektroda Mn-TiO2/Ti pada Sinar Visibel 78 Lampiran 4. Dokumentasi Penelitian 1. Preparasi Plat Titanium (Ti)
xvii
80 80
2. Pembuatan Lapis Tipis TiO2/Ti melalui Proses Oksidasi Anodik
80
3. Proses Doping Mangan pada Elektroda TiO2/Ti Secara Elektrodeposisi
80
4. Pembuatan Larutan Uji
81
xviii
DAFTAR ARTI LAMBANG DAN SINGKATAN
Lambang/Singkatan Eg eV V h+ e• σ π n cb vb Ag E0 W Lp 0 C % M CC mL ppm mm cm nm μm L g Å UV Vis p.a Ti Cu Mn CR λmax SEM-EDX XRD LSV MPA
Arti Lambang dan Keterangan Energy Gap Elektron Volt Volt Hole Elektron Muatan radikal (•OH = radikal hidroksida) Ikatan sigma Ikatan phi Elektron non bonding Conduction Band Valence Band Perak Potensial Elektroda Standar Ketebalan Plat Jarak rata-rata h+ sebelum berekombinasi Derajat Celcius Persen Molaritas Coarse Coats/ukuran lapisan kasar Mililiter Part per million Millimeter Centimeter Nanometer Mikrometer Liter Gram Amstrong Ultra Violet Visible Pro analis Titanium Tembaga Mangan Congo Red Lamda Maksimum Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive X-Ray X-Ray Diffraction Linear Sweep Voltametry Multi Pulse Amperometry
xix
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Industri tekstil merupakan salah satu industri yang berkembang pesat di berbagai belahan dunia, termasuk Indonesia (Achmad, 2004). Di satu sisi industri tekstil memberikan banyak keuntungan bagi manusia, di sisi yang lain perkembangan industri tekstil juga menimbulkan dampak negatif bagi lingkungan. Hal ini dikarenakan dalam produksi tekstil selalu menghasilkan limbah, salah satunya adalah limbah zat warna (Ida, 2011). Pada umumnya, zat warna dari limbah cair industri tekstil merupakan suatu senyawa organik yang memiliki struktur aromatik, sehingga sulit terdegradasi secara alamiah, tidak ramah lingkungan, sulit terurai, bersifat resisten dan toksik (Wardhana, 2004; Ida, 2011). Salah satu zat warna yang biasa digunakan pada industri tekstil adalah congo red (Prameswari, 2013). Keberadaan zat warna congo red dalam lingkungan perairan dapat merusak berbagai spesies makhluk hidup karena sifat zat warna congo red yang mempunyai toksisitas cukup tinggi. Congo red yang terakumulasi dalam tubuh dapat menyebabkan gangguan fungsi hati, ginjal dan saraf (Wardhana, 2004). Beberapa
usaha
telah
dilakukan
untuk
menanggulangi
masalah
pencemaran, antara lain dengan cara konvensional misalnya proses biologis menggunakan mikroorganisme maupun pendekatan lain seperti adsorpsi karbon aktif.
Pada
penggunaan
mikroorganisme
hanya
menguraikan
senyawa
biodegradable sedangkan senyawa non biodegradable akan tetap berada di perairan, sedangkan pada penggunaan karbon aktif hanya menyerap pencemar
1
2
organik non polar dengan berat molekul rendah sedangkan senyawa non polar dengan berat molekul tinggi tidak tereliminasi. Pengolahan limbah secara konvensional kurang efektif karena struktur senyawa organik yang terdapat dalam limbah mengandung satu atau beberapa buah cincin benzena yang relatif stabil (Safni et al., 2007; Sofiyanti, 2011). Salah satu metode alternatif penanganan pencemaran limbah yang sedang dikembangkan untuk mendegradasi berbagai limbah zat organik dan pengolahan industri adalah fotokatalitik (Slamet et al., 2006). Metode tersebut berperan penting untuk mereduksi bahan organik beracun dengan memanfaatkan sinar UV untuk menghasilkan spesi pengoksidasi dan pereduksi pada permukaan katalis (Yudhasari, 2003). Metode fotokatalitik merupakan metode yang memanfaatkan energi yang berasal dari cahaya untuk mengaktifkan proses katalitik pada suatu permukaan semikonduktor (Surahman et al., 2004). Titanium dioksida (TiO2) merupakan salah satu semikonduktor oksida yang telah dipelajari secara ekstensif sebagai fotokatalis sejak ditemukan efek sensitasi cahaya oleh Honda dan Fujishima pada tahun 1971 (Hutabarat, 2012). Semikonduktor TiO2 digunakan secara luas sebagai fotokatalis karena bersifat inert secara kimia maupun biologi, tidak bersifat toksik dan harganya murah (Chotimah, 2012). Dalam teknik ini, semikonduktor TiO2 diradiasi dengan sinar UV dan menghasilkan pasangan elektron hole, yang kemudian dapat membentuk radikal hidroksil. Radikal hidroksil yang terbentuk dapat mendegradasi polutan organik (Surahman et al., 2004). Namun celah energi (band gap) yang lebar dari TiO2 anatase (sekitar 3,2 eV) yang setara dengan cahaya UV (panjang gelombang
3
388 nm) membatasi aplikasi fotokatalitiknya, sehingga penggunaanya hanya terbatas pada daerah UV dan tidak pada daerah cahaya tampak. Padahal diketahui bahwa cahaya tampak tersedia sangat melimpah sebagai cahaya matahari yang sampai ke Bumi dan akan sangat menguntungkan jika tersedia fotokatalis yang dapat diaktifkan dengan cahaya tampak yang ketersediaannya sangat melimpah (Chotimah, 2012). Teknik doping adalah salah satu teknik yang dianggap efektif untuk menurunkan band gap dari TiO2, prinsipnya adalah menyisipkan dopan pada matrik TiO2 dimana elemen dopan menjadikan matrik katalis baru memiliki energi celah lebih kecil yang setara dengan energi cahaya tampak (Slamet et al., 2006). Gunlazuardi et al. (2007) telah memodifikasi material TiO2 dengan pendekatan pemanfaatan template molekul (surfaktan) dan penambahan logam alkali serta penambahan suatu logam transisi atau logam-doped. Slamet et al. (2006) memodifikasi TiO2 dengan penambahan logam transisi berupa Cu sehingga meningkatkan aktivitas fotokatalisis. Salah satu dopan yang baik adalah nitrogen, hal ini disebabkan karena nitrogen memiliki ukuran yang tidak jauh berbeda dengan oksigen dan energi ionisasinya kecil sehingga dapat menurunkan energi celah dari TiO2 (Zhang et al., 2011). Telah dipelajari aktivitas fotokatalitik anilin biru di bawah sinar UV/solar untuk dopan Mn2+, Ni2+ dan Zn2+ ke dalam matriks TiO2 (Devi et al., 2010). Paul dan Choudhury (2012) telah melakukan uji aktivitas fotokatalis di bawah sinar Visible dengan melakukan doping logam Mn pada TiO2 yang menunjukkan hasil yang lebih baik dari pada tidak melakukan doping. Hua Chen
4
et al. (2015) telah melakukan doping logam Mn pada TiO2 dengan fotokatalis untuk mendegradasi senyawa Rhodamin B. Penggabungan doping logam Mn dengan fotokatalisis diharapkan dapat mempercepat proses degradasi senyawa organik congo red di bawah sinar Visible seperti yang telah dilaporkan oleh Munaida (2015) yang memodifikasi material TiO2 dengan doping logam perak (Ag) pada permukaan TiO2 dengan metode elektrodeposisi untuk meningkatkan aktivitas TiO2 di bawah sinar tampak, Dwiprayogo (2014) yang telah membandingkan doping Nitrogen (N) dan doping Perak (Ag) pada permukaan TiO2 dan Nurjana (2015) yang telah membuat elektroda Ag-N-TiO2/Ti dalam aplikasinya terhadap degradasi senyawa organik. Penelitian ini akan dilakukan sintesis elektroda Mn-TiO2/Ti untuk meningkatkan kemampuan degradasi pada polutan organik di bawah radiasi sinar Visible dan akan dipelajari tingkat efisiensi metode fotokatalisis dalam mendegradasi senyawa organik congo red. B. Rumusan Masalah Masalah yang dikaji dalam penelitian ini adalah : 1.
Bagaimana aktivitas elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti melalui proses oksidasi anodik dan elektrodeposisi?
2.
Bagaimana pengaruh elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti terhadap degradasi congo red melalui penyinaran cahaya UV dan Visible dengan menggunakan metode fotokatalisis?
5
C. Tujuan Penelitian Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah : 1.
Membandingkan aktivitas elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti melalui proses oksidasi anodik dan elektrodeposisi.
2.
Mengkaji pengaruh elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti terhadap degradasi congo red melalui penyinaran cahaya UV dan Visible dengan menggunakan metode fotokatalisis.
D. Manfaat Penelitian Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat berupa : 1.
Memberikan informasi aktivitas elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti melalui proses oksidasi anodik dan elektrodeposisi.
2.
Memberikan informasi pengaruh elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti terhadap degradasi congo red melalui penyinaran cahaya UV dan Visible dengan menggunakan metode fotokatalisis.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Titanium Dioksida (TiO2) Titanium dioksida (TiO2) juga bisa disebut titania atau titanium (IV) oksida yang merupakan bentuk oksida dari titanium, secara kimia dapat dituliskan TiO2. Senyawa TiO2 terlarut secara lambat dalam H2SO4(aq) pekat, membentuk kristal sulfat dan menghasilkan produk titanat dengan alkali cair. Sifat senyawa TiO2 adalah tidak tembus cahaya, mempunyai warna putih, lembam, tidak beracun dan harganya relatif murah. Titanium dioksida dapat dihasilkan dari proses sulfat ataupun klorin. Senyawa ini dimanfaatkan secara luas dalam bidang anatase sebagai pigmen, bakterisida, pasta gigi, fotokatalis dan elektroda dalam sel surya (Carp et al., 2004). TiO2 merupakan semikonduktor yang memiliki fotoaktivitas dan stabilitas kimia yang tinggi serta tahan terhadap fotokorosi. Oksida TiO2 berupa padatan berwarna putih, mempunyai berat molekul 79,90 dengan densitas 4,26 g/cm3, bersifat inert secara biologi dan kimia, stabil terhadap korosi akibat foton dan kimia, mempunyai daya oksidasi yang tinggi, tidak beracun, relatif murah, tidak larut dalam HCl, HNO3 dan aquades tetapi larut dalam asam sulfat pekat membentuk titanium sulfat (TiSO4) (Guo et al., 2010). TiO2 tidak dapat menyerap cahaya tampak tetapi mampu menyerap radiasi UV sehingga dapat menyebabkan terjadinya radikal hidroksil pada pigmen sebagai fotokatalis (Kirk et al., 1993). Semikonduktor TiO2 (terutama dalam bentuk kristal anatase) memiliki aktivitas fotokatalitik yang lebih tinggi, lebih stabil dan tidak beracun (Purnawan et al., 2012).
6
7
TiO2 mempunyai 3 macam struktur yaitu rutile, anatase dan brookite. Rutile, cenderung lebih stabil pada suhu tinggi sehingga seringkali terdapat dalam batuan igneous (beku karena perapian), pada suhu 700 oC mulai terjadi penurunan luas permukaan serta pelemahan aktivitas fotokatalisis secara drastis, setiap oktahedron dikelilingi 10 oktahedron tetangga serta mempunyai struktur kristal tetragonal. Anatase, cenderung stabil pada suhu rendah yang dapat diamati pada pemanasan dari suhu 120 oC dan mencapai sempurna pada suhu 500 oC, mengalami distorsi orthorombik yang lebih besar dibanding rutile, setiap oktahedron dikelilingi 8 oktahedron tetangga, luas permukaannya lebih besar dibandingkan rutile sehingga banyak menyerap cahaya. Brookite, paling tidak stabil dan paling sulit dipreparasi sehingga jarang digunakan dalam proses fotokatalitik. Umumnya hanya terdapat dalam mineral dan mempunyai struktur kristal orthorombik kristal (Harper et al., 2001; Belhacova et al., 1999; Sumada et al., 1998).
a
b
c
Gambar 1. Struktur kristal TiO2. a = Anatase, b = Brookite, c = Rutile (Tjahjanto dan Gunlazuardi, 2001). B. Fotokatalisis pada Permukaan TiO2 Katalis adalah zat yang dapat mempengaruhi kecepatan reaksi, akan tetapi zat tersebut tidak mengalami perubahan kimia pada akhir reaksi (Wilkinson et al.,
8
1984). Fotokatalisis dapat didefinisikan sebagai suatu reaksi kimia yang melibatkan cahaya dan katalis padat seperti semikonduktor. Proses reaksi kimia tersebut dapat digunakan sebagai media untuk mengubah zat-zat berbahaya menjadi zat-zat yang lebih ramah lingkungan (Qi et al., 2010). Proses fotokatalisis adalah adsorpsi yang terjadi pada permukaan partikel (Xue et al., 2011). Fotokatalisis adalah suatu proses yang dibantu oleh adanya cahaya dan material katalis. Dengan pencahayaan UV, permukaan TiO2 mempunyai kemampuan menginisiasi reaksi kimiawi. Dalam media air, kebanyakan senyawa organik dapat dioksidasi menjadi karbon dioksida dan air, berarti proses tersebut dapat membersihkan air dari pencemar organik (Hoffmann et al., 1995). Fotokatalitik dibagi menjadi dua macam yaitu fotokatalitik homogen dan fotokatalitik heterogen. Fotokatalitik homogen adalah proses fotokatalitik dengan bantuan zat pengoksidasi seperti ozon dan hidrogen peroksida sedangkan fotokatalitik heterogen dilakukan dengan bantuan semikonduktor yang diiradiasi dengan sinar UV. Titanium dioksida (TiO2) merupakan contoh semikonduktor yang dapat digunakan untuk proses fotokatalitik (Gunlazuardi, 2001). Fotokatalis pada permukaan TiO2 merupakan salah satu metode alternatif yang dapat diterapkan untuk pengolahan limbah zat warna (Chotimah, 2012). Jika TiO2 (suatu semikonduktor) dikenai cahaya (h) dengan energi yang sesuai, maka elektron (e-) pada pita valensi akan mengabsorbsi energi foton tersebut dan pindah ke tingkat energi yang lebih tinggi yaitu pada pita konduksi. Sebagai konsekuensinya, maka akan meninggalkan lubang positif (hole+, disingkat h+) pada pita valensi. Sebagian besar pasangan e- dan h+ akan berekombinsai kembali,
9
baik di permukaan (jalur A) atau di dalam bulk partikel (jalur B). Sementara itu, sebagian pasangan e- dan h+ dapat bertahan sampai pada permukaan TiO2 (jalur C dan D) dimana h+ dapat menginisiasi reaksi oksidasi dan di lain pihak e- akan menginisiasi reaksi reduksi zat kimia yang ada di sekitar permukaan TiO2 (Linsebigler et al., 1995). Secara umum, fenomena fotokatalisis pada permukaan TiO2 dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Skema fotoeksitasi pada permukaan semikonduktor (Linsebigler et al., 1995). Lubang positif (hole) pada pita valensi mempunyai sifat pengoksidasi yang sangat kuat sedangkan elektron pada pita konduksi mempunyai sifat pereduksi yang juga sangat kuat. Reaksi degradasi fotokatalitik senyawa organik dapat terjadi langsung oleh hole maupun secara tidak langsung oleh radikal hidroksil (•OH) yang terbentuk akibat interaksi hole dengan air atau ion hidroksil adalah sebagai berikut (Hoffmann et al., 1995). TiO2 + hυ ⟶ TiO2 (ℎ+
+
-
)
(1)
10
ℎ+VB + H2O(ads) ⟶ •OH + H+
(2)
ℎ+VB + HO-(surf) ⟶ •OH
(3)
Radikal hidroksil dapat juga terbentuk melalui reaksi reduksi oksigen oleh elektron pada pita konduksi. CB
+ O2 ⟶ O2-
2O2- + 2H2O ⟶2 OH + 2HO− + O2
(4) (5)
C. Sintesis Elektroda TiO2/Ti melalui Proses Oksidasi Anodik Oksidasi Anodik merupakan proses pelapisan dengan cara elektrolisis untuk melapisi permukaan logam dengan suatu material ataupun oksida yang bersifat melindungi dari lingkungan sekitar. Dari definisi tersebut dapat diketahui bahwa prinsip dasar proses oksidasi anodik adalah elekrolisis. Proses elektrokimia yang mengubah energi listrik menjadi energi kimia. Pada proses ini komponen yang terpenting dari proses elektrolisis ini adalah elektroda dan elektrolit. Pada elektrolisis, katoda merupakan kutub negatif dan anoda merupakan kutub positif (Howard, 1986). Proses oksidasi anodik dipengaruhi beberapa faktor seperti suhu, kerapatan arus, temperatur, voltase, waktu proses dan lain-lain, sehingga untuk menghasilkan produk yang diinginkan, beberapa faktor tersebut harus dikendalikan (Santhiarsa, 2010).
Gambar 3. Skema pelaksanaan oksidasi anodik (BPPT, 1998).
11
Proses oksidasi anodik berdasarkan pada proses elektrolisis, dimana logam Ti ditempatkan pada kutub anoda dan logam Cu 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 % NH4F (Macak et al., 2005; Schmuki, 2006). Reaksi yang terjadi dalam proses pembentukan TiO2 dengan proses oksidasi anodik adalah sebagai berikut (Bai et al., 2008). Pada anoda terjadi reaksi oksidasi Ti membentuk lapisan film TiO2 Ti → Ti4+ + 4e- atau
(6)
2H2O → O2 + 4e- + 4H+
(7)
Ti + O2 → TiO2
(8)
Reaksi keseluruhan menjadi, Ti + 2H2O → TiO2 + 4H+ + 4e-
(9)
Logam Ti mempunyai kereaktifan yang tinggi terhadap O2 sehingga dihasilkan lapisan oksida yang stabil. Pada katoda Cu, terjadi reaksi reduksi sehingga akan menghasilkan gas H2 dengan reaksi, 4H+ + 4e- → 2H2
(10)
Pada awal anodisasi, pelarutan lapisan film TiO2 dalam larutan elektrolit yang mengadung ion F yang berasal dari NH4F mendominasi sehingga mengakibatkan terbentuknya lubang kecil yang bertindak sebagai pembentukan pori. Pembentukan lubang kecil ini berdasarkan reaksi, TiO2 + 6F- + 4H+ → [TiF6]2- + 2H2O
(11)
12
D. Penggunaan Dopan Titania yang tersedia secara komersial memiliki aktivitas fotokatalitik rendah, sehingga dibutuhkan titania yang memiliki aktivitas fotokatalitik yang lebih tinggi dengan kinerja yang lebih baik (Qourzal et al., 2006). Untuk meningkatkan aktivitas fotokatalitik dapat dilakukan proses modifikasi struktur, ukuran partikel dan luas permukaan dari TiO2 melalui penambahan doping ion dopan transisi. Ion dopan dapat menghambat rekombinasi electron-hole, agar proses reaksi katalitik dapat berlangsung lebih lama pada permukaan TiO2 (Wang et al., 2006). Hasil degradasi proses fotokatalitik titania terhadap polutan organik berupa mineral-mineral CO2 dan H2O (Dunlop et al., 2002). Doping merupakan metode yang efektif untuk mengubah sifat fisik (misalnya sifat optik, magnet dan listrik) pada material dan akan memperluas aplikasi/penerapannya pada material tersebut dari sifat dasarnya (Li et al., 2014). Metode doping yang umum digunakan adalah menambahkan berbagai senyawa dopan berupa logam maupun non logam pada permukaan TiO2. Penambahan senyawa dopan dapat mempersempit energi gap, dapat memperbesar energi pita konduksi, sehingga dapat meningkatkan aktivitas fotokatalitik dari TiO2. Penggunaan ion dopan dari golongan halida, alkali, lantanida dan transisi ternyata dapat meningkatkan kinerja dari fotokatalisis TiO2 (Sreethawong et al., 2006). Doping dengan menggunakan logam-logam periode ke empat akan menurunkan tingkat energi celah pita (Eg) dari semikonduktor dengan membentuk tingkat celah antar gelombang (interband-gap level) yang
13
terlokalisasi (Campet et al., 1982). Dopan logam yang paling banyak digunakan adalah logam Pt. Beberapa hasil penelitian menunjukkan bahwa logam Pt memiliki kinerja yang lebih dibanding dengan dopan logam noble yang lain (Ryo, 1985). Beberapa dopan pengganti seperti C, N, F, P, dan S untuk O dalam TiO2 anatase. Selain itu, nitrogen adalah dopan yang paling efektif karena ukurannya yang tidak jauh berbeda dengan oksigen dan energi ionisasinya yang kecil. (Morikawa et al., 2001). E. Mangan (Mn) Mangan adalah unsur dengan lambang Mn dan memiliki massa atom relatif 54, 94, titik didih 2032oC dan titik lebur 1247oC. Di dalam sistem periodik unsur, mangan merupakan unsur dengan nomor atom 25 serta berada pada periode 4 dan masuk dalam golongan VII B yang berarti bahwa mangan termasuk logam transisi (Hastutiningrum et al., 2015). Manganese (Mn) adalah material yang digunakan sebagai doping (Mahadik et al., 2014). Mangan merupakan unsur yang paling berlimpah ke dua belas dan logam paling melimpah ke lima. Mineral mangan yang paling umum adalah pyrolusite (MnO) (Ansori, 2010). Ia bereaksi dengan air hangat membentuk mangan (II) hidroksida dan hidrogen. Mangan cukup elektropositif dan mudah melarut dalam asam bukan pengoksidasi. Selain titik cairnya yang tinggi, daya hantar listrik merupakan sifat-sifat mangan yang lainnya. Selain itu, mangan memiliki kekerasan yang sedang akibat dari cepat tersedianya elektron dan orbital untuk membentuk ikatan logam (Brady, 2010). Mangan dioksida juga digunakan sebagai katalis. Mangan dioksida, baik yang berasal dari alam atau sintetis digunakan untuk menghasilkan senyawa mangan
14
yang memiliki tahanan listrik yang tinggi (Schlute et al., 2004). Mn merupakan logam yang dapat sebagai doping TiO2 (Hutabarat, 2012). F. Penggunaan Dopan Mangan Doping dengan logam Mn memperkenalkan pita valensi yang dapat mempersempit band gap TiO2 dan tidak hanya mempersempit band gap tetapi juga bergeser ke atas tepi pita konduksi (Wang et al., 2012) serta mampu meningkatkan kuantitas fotodegradasi electron hole di bawah radiasi sinar Visible yang membentuk batasan baru ditutup dengan pita konduksi dan pita valensi (Sofianou et al., 2014). Secara umum pemilihan logam sebagai penjebak elektron didasarkan pada sifatnya yang tidak mudah teroksidasi atau yang mempunyai potensial reduksi tinggi, sehingga logam-logam tersebut bertindak sebagai akseptor elektron (Rochmi, 2007). Adanya doping logam mangan diperkirakan menyebabkan terbentuknya suatu pita celah tambahan yang berdampak pada adanya penurunan lebar celah pita untuk terjadinya eksitasi elektron. Hal itu terdapat seperti pada Gambar 4.
Gambar 4. Skema eksitasi elektron dari doping Mn pada TiO2
15
Adanya tambahan pita baru menyebabkan eksitasi dapat terjadi dari tambahan pita pada pita valensi menuju pita konduksi. Oleh karena lebar celah pita yang mengecil, energi foton yang dibutuhkan untuk mengeksitasi elektron juga akan menurun. Hal inilah yang menyebabkan terjadinya penurunan dari nilai energi celah pita sampel material fotokatalis (Hutomo, 2012). Ullah dan Dutta (2008) menyatakan bahwa adanya doping mangan pada semikonduktor menyebabkan terbentuknya pita tambahan yang disebut tail states pada pita valensi. Adanya pita tambahan ini menyebabkan eksitasi dapat terjadi pada tingkat energi foton yang lebih rendah dan menurunkan nilai energi celah pita dari material tersebut. Senthilkumaar et al. (2008) dan Pare et al. (2011) menyatakan bahwa adanya doping logam mangan menyebabkan peningkatan dari pita valensi yang menyebabkan lebar celah pita mengecil. Hal ini mengakibatkan eksitasi elektron dapat terjadi pada tingkat energi foton yang lebih rendah. G. Metode Elektrodeposisi Aplikasi TiO2 sebagai bahan semikonduktor yang bertipe lapisan tipis dapat dibuat dengan menggunakan beberapa metode, diantaranya metode elektrodeposisi (Lokhande et al., 2005). Elektrodeposisi adalah suatu proses pelapisan suatu logam atau senyawa logam dari larutan elektrolit pada elektroda dengan bantuan arus listrik searah. Metode elektrodeposisi pada hakikatnya adalah proses elektrolisa, sama dengan cara-cara pelapisan elektrokimia (Irianto, 2011), proses pengendapan logam dengan menggunakan arus listrik (Siti et al., 2013). Pada sistem ini listrik digunakan untuk berlangsungnya suatu reaksi kimia serta sumber tegangan eksternal sehingga anoda bermuatan positif apabila
16
dihubungkan dengan katoda jadi ion-ion bermuatan negatif mengalir ke anoda untuk dioksidasi (Mansyur et al., 1990). Berbagai teknik dalam pembuatan lapisan tipis TiO2 terus dikembangkan, khususnya dalam hal sintesis dengan menggunakan metode elektrodeposisi, hal ini dikarenakan metode elektodeposisi lebih mudah dilakukan, tingkat keseragaman lapisan yang dihasilkan lebih baik dan rata-rata kemungkinan terdeposisinya tinggi serta adhesi yang bagus. Selain itu, metode ini telah banyak digunakan untuk sintesis nanopartikel dan nanolapisan karena metode ini menarik yang disebabkan keadaan pertumbuhan partikel dapat dipantau berdasarkan variasi daya listrik yang digunakan, waktu deposisi, konsentrasi larutan dan aditif atau surfaktan yang ditambahkan pada larutan (Dahlan, 2009). Hasil elektrodeposisi dipengaruhi beberapa hal antara lain, pemilihan bahan elektroda, elektrolit, arus, waktu dan konsentrasi. Pada sistem tersebut sangat bergantung pada potensial reduksi dari ion-ion yang terdapat dalam larutan media terhadap potensial reduksi ion logam yang akan dianalisisnya (Yanlinastuti et al., 2009). Metode elektrodeposisi mempunyai keuntungan antara lain prosesnya murah dan dapat dikembangkan dengan mudah untuk cakupan yang lebih luas serta dapat dikerjakan pada suhu kamar (Schliesinger et al., 2000). H. Laju Reaksi Degradasi Kinetika oksidasi fotokatalitik dari senyawa organik sering dimodelkan oleh persamaan Langmuir-Hinshelwood (L-H). Tetapan laju degradasi congo red dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan : (12)
17
Dimana dC/dt adalah laju degradasi congo red, k adalah tetapan laju reaksi, Co adalah konsentrasi awal dan t merupakan variasi waktu : (13)
Kedua ruas diintegralkan, sehingga menghasilkan : (14) (15) (16) Kedua ruas dikalikan negatif, sehingga menghasilkan : (17) (18) (19) (20)
Plot antara ln Co/Ct terhadap waktu iradiasi (t) menghasilkan kurva garis lurus dengan slope k I.
Zat Warna Organik Congo Red Limbah zat warna yang dihasilkan dari industri tekstil umumnya
merupakan senyawa organik non-biodegradable yang dapat menyebabkan pencemaran lingkungan terutama lingkungan perairan (Fox et al., 1993). Congo red merupakan salah satu zat warna yang digunakan dalam mewarnai kain. Di Indonesia zat warna congo red masih banyak digunakan terutama sebagai zat
18
pewarna kain pada industri batik tradisional untuk menghasilkan warna merah menyala. Congo red termasuk zat karsiogenik karena jika masuk dalam sistem metabolisme akan diubah menjadi benzidine, zat warna basa yang diketahui sebagai penyebab kanker (Kusuma, 2004). NH2
NH2 N
N
N
N
SO3Na
SO3Na Congo Red
Gambar 5. Struktur congo red (Prameswari, 2013) Congo red yang memiliki rumus molekul C32H22N6Na2O6S2 dikenal dengan nama natrium difenil-bis-alfa-naftilamin sulfonat. Congo red berbentuk bubuk berwarna merah kecoklatan, di dalam air akan berwarna merah kekuningan sedangkan jika dilarutkan dalam etanol berwarna orange. Kelarutannya dalam air sebesar 25 g/L dan pH nya sekitar 6,7 pada temperatur 20ºC. Pada konsentrasi rendah, spektrum absorpsi UV menunjukkan intensitas puncak sekitar 486 nm dalam larutan aqueous. Congo red juga dapat larut dalam alkohol dan sedikit larut dalam aseton namun tidak larut dalam eter. Congo red selain sering digunakan sebagai zat warna atau pencelup, juga biasa digunakan sebagai indikator, zat warna biologis dan bahkan untuk keperluan diagnostik (Prameswari, 2013). Reaksi fotodegradasi congo red dapat dituliskan sebagai berikut (Lachheb et al., 2002). C32H22N6O6S22- + 91/2 O2 ⟶ 32 CO2 + 6 NO3- + 2 SO42- + 8 H+ + 7 H2O (21)
19
Congo red merupakan zat warna yang berbahaya terhadap kesehatan tubuh manusia, diantaranya bila tertelan dapat mengakibatkan rasa mual pada lambung, muntah dan diare. Bahan ini juga apabila terkena mata dan teradsorbsi pada kulit dapat menyebabkan iritasi, dapat mengakibatkan kerusakan sistem pernapasan, menyebabkan kanker dan juga dapat menyebabkan gangguan reproduksi dan janin (Prameswari, 2013). J. Karakterisasi Beberapa jenis karakterisasi yang digunakan adalah : 1.
Scanning Electron Microscope (SEM) SEM merupakan salah satu jenis mikroskop elektron yang menggunakan
berkas elektron untuk menggambar profil permukaan benda. Prinsip kerja SEM adalah menembakkan permukaan benda dengan berkas elektron berenergi tinggi. Syarat agar SEM dapat menghasilkan citra yang tajam adalah permukaan benda harus bersifat sebagai pemantul elektron atau dapat melepaskan elektron sekunder ketika ditembak dengan berkas elektron. Material yang memiliki sifat demikian adalah logam. Jika permukaan logam diamati di bawah SEM maka profil permukaan akan tampak dengan jelas. Agar profil permukaan bukan logam bisa diamati dengan jelas maka permukaan material tersebut harus dilapisi dengan logam (Abdullah et al., 2009). SEM dengan sinar e- yang terfokus digerakkan keseluruhan bagian permukaan sampel dengan menggunakan coil pembelok sinar (deflection coil), sehingga obyek dapat diamati dengan pembesaran yang lebih baik. Elektron yang diamati bukan e- dari sinar e- yang dipancarkan tetapi e- yang berasal dari dalam
20
obyek yang diamati. Sehingga untuk menghindari penumpukan e- (hal ini menyebabkan charging dimana obyek terlihat terang benderang sehingga tidak mungkin melakukan pengamatan) di permukaan obyek diperlukan grounding, dengan kata lain permukaan obyek harus bersifat konduktif agar e- yang menumpuk dapat dialirkan. Untuk obyek yang tidak konduktif hal ini dapat diatasi dengan melapisi permukaan obyek tersebut dengan karbon (Waskitoaji, 2000). 2. Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX) EDX adalah salah satu teknik analisis untuk menganalisis unsur atau karakteristik kimia dari spesimen. Karakterisasi ini bergantung pada penelitian dari interaksi beberapa eksitasi sinar X dengan spesimen. Kemampuan untuk mengkarakterisasi sejalan dengan sebagian besar prinsip dasar yang menyatakan bahwa setiap elemen memiliki struktur atom yang unik dan merupakan ciri khas dari struktur atom suatu unsur, sehingga memungkinkan sinar-X untuk mengidentifikasinya (Nurjana, 2015). 3.
X-Ray Diffraction (XRD) Difraksi sinar X atau biasa disebut XRD merupakan alat yang digunakan
untuk mengetahui pengaturan atom-atom dalam sebuah tingkat molekul (Park et al., 2004). Sinar X merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang pendek sebesar 0,7 sampai 2,0 Å yang dihasilkan dari penembakan logam dengan e- berenergi tinggi kemudian e- ini mengalami pengurangan kecepatan dengan cepat dan energinya diubah menjadi energi foton sehingga energinya besar (lebih besar dari pada energi sinar UV-Vis) dan tidak mengalami pembelokkan pada medan magnet (Jenkins et al., 1988).
21
Difraksi sinar X sangat penting pada identifikasi senyawa kristalin. Kekuatan dari cahaya yang terdifraksi tergantung pada kuantitas material kristalin yang sesuai di dalam sampel sehingga sangat mungkin mendapatkan analisa kuantitatif dari sejumlah relatif konstituen dari campuran senyawa padatan (Ewing, 1960). 4.
Linear Sweep Voltammetry (LSV) Karakterisasi menggunakan LSV bertujuan untuk melihat adanya aktivitas
elektroda selama proses penyinaran lampu UV dan Visible. Pengujian LSV dilakukan dari potensial -1 volt hingga 1 volt, dengan scan rate 1x10-4 V/s. Pengukuran dengan teknik LSV menggunakan prinsip yang sama dengan metode potensiometri yang menitik beratkan hubungan antara arus yang dihasilkan dengan potensial elektroda relatif. Respon arus cahaya merupakan respon suatu elektroda yang teramati pada saat diiradiasi oleh sinar yang sesuai dan diberi tegangan yang berupa arus (Nurjana, 2015). 5.
Spektrofotometer Ultra Violet-Visible (UV-Vis) Spektrofotometer
UV-Vis
merupakan
salah
satu
teknik
analisis
spektroskopi yang memakai sumber radiasi elektromagnetik ultra violet dekat (190-380 nm) dan sinar tampak (380-780 nm) dengan memakai instrumen spektrofotometer UV-Vis melibatkan energi elektronik yang cukup besar pada molekul yang dianalisis, sehingga spektrofotometer UV-Vis lebih banyak dipakai untuk analisis kuantitatif dibandingkan analisis kualitatif (Nurmawati et al., 2009).
III. METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Kimia Anorganik dan Kimia Analitik, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Halu Oleo pada bulan April hingga Juli 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, 100 mL dan 1000 mL, gelas beaker Iwaky Pyrex ukuran 50 mL dan 100 mL, pipet ukur Iwaky Pyrex 10 mL dan 5 mL, filler, batang pengaduk, spatula, cawan porselen, pinset, pipet tetes, botol semprot, gunting, statif dan klem, pompa akuarium, stopwatch, reaktor UV dan Visible, lampu UV Bossecom Money Detector, lampu Visible Philips Balon Halogen 150W, timbangan analitik, Power Supply, potentiostat portable (e-DY2100PN), furnice thermolyne, XRD, spektrofotometer UV-Vis dan SEM-EDX. 2. Bahan Penelitian Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah plat titanium (Ti) dengan kemurnian 99 % dengan ketebalan 0,5 mm, amplas halus ukuran 1200 CC dan 220 CC, aquades, asam fluoride (HF), plat tembaga (Cu), asam nitrat (HNO3) (p.a), ammonium fluorida (NH4F) (p.a), natrium nitrat (NaNO3), Gliserol 98% (p.a), mangan dioksida (MnO2) dan zat warna congo red.
22
23
C. Parameter Penelitian Parameter penelitian yang ditentukan adalah pengukuran aktivitas elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti dengan Linear Sweep Voltrametry (LSV), uji kinerja TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti terhadap degradasi zat warna organik congo red dengan Multi Pulse Amperometry (MPA) dan uji penurunan konsentrasi congo red menggunakan spektrofotometer UV-Vis. D. Prosedur Kerja Penelitian 1.
Preparasi Plat Titanium (Ti) Preparasi plat titanium dilakukan dengan memotong plat Ti dengan
kemurnian 99% dan ketebalan 0,5 mm dengan ukuran 4 cm × 1 cm lalu diamplas menggunakan amplas halus ukuran 1200 CC hingga permukaannya bersih dan mengkilap kemudian dicuci dengan menggunakan larutan detergen dan aquades lalu dikeringkan di udara bebas. Kemudian plat Ti direndam (etching) menggunakan larutan campuran HF, HNO3 dan aquades dengan perbandingan 1 : 3 : 6 selama 2 menit. Tahapan akhir dalam preparasi ini adalah membilas plat Ti dan didiamkan sampai kering. 2.
Pembuatan Lapis Tipis TiO2 melalui Proses Oksidasi Anodik Plat titanium yang telah dipreparasi dimasukkan dalam probe yang telah
diisi dengan larutan elektrolit berupa NH4F 0,27 M dan aquades dalam gliserol 98 %. Proses oksidasi anodik dilakukan dengan menempatkan plat Ti sebagai anoda dan plat Cu sebagai katoda dengan memberikan bias potensial sebesar 25 volt selama 4 jam. Tahapan akhir yang dilakukan adalah memanaskan plat Ti di dalam tanur selama 1,5 jam pada suhu 500 oC.
24
3. Proses Doping Mangan pada Elektroda TiO2/Ti Secara Elektrodeposisi Proses
elektrodeposisi
elektroda
Mn-TiO2/Ti
dilakukan
dengan
menggunakan MnO2 sebagai sumber dopan logam Mn dengan konsentrasi larutan elektrolit 0,4 M. Metode elektrodeposisi dilakukan selama 3 detik dengan bias potensial sebesar 1 volt, dimana plat titanium yang telah ditumbuhi TiO2 diletakkan pada kutub katoda dan plat tembaga di kutub anoda. Elektroda MnTiO2/Ti yang terbentuk dikeringkan dalam desikator selama 24 jam. 4. Karakterisasi Elektroda Kerja a. X-Ray Diffraction (XRD) Karakterisasi menggunakan XRD dilakukan untuk melihat karakteristik kristal TiO2/Ti yang terbentuk. Hasil karakterisasi XRD berupa pola difraksi sinar-X akan menunjukkan puncak yang spesifik pada spektrum hasil karakterisasi XRD yang merupakan identitas dari kristal TiO2 yang diperoleh. b. Scanning Electrone Microscope (SEM) Karakterisasi menggunakan SEM bertujuan untuk analisis morfologi elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti. c. Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX) Karakterisasi menggunakan EDX bertujuan untuk mengetahui adanya logam mangan yang berada dan menempel pada permukaan elektroda TiO2/Ti. d. Linear Sweep Voltametry (LSV) Karakterisasi menggunakan LSV bertujuan untuk melihat aktivitas elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti selama proses penyinaran lampu UV dan Visible pada proses fotokatalisis.
25
e. Spektrofotometer Ultra Violet-Visible (UV-Vis) Pengukuran dengan spektrofotometer UV-Vis dilakukan untuk mengetahui kinerja degradasi dari elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti terhadap congo red. 5.
Uji Degradasi Zat Warna Secara Fotokatalisis
a.
Pembuatan Larutan Uji Pembuatan larutan NaNO3 0,1 M adalah ditimbang 8,5 gram NaNO3 (Mr
NaNO3 = 85 g/mol) yang dilarutkan dalam 1000 mL aquades. Pembuatan larutan congo red dengan konsentrasi 100 ppm ditimbang 0,01 gram serbuk congo red yang dilarutkan dalam 100 mL aquades. Larutan congo red dengan konsentrasi 100 ppm dipipet masing-masing 1 mL, 2 mL dan 3 mL dalam labu takar 100 mL dan ditambahkan NaNO3 0,1 M sampai tanda tera. Sehingga diperoleh larutan dengan konsentrasi 1 ppm, 2 ppm dan 3 ppm. b.
Menentukan Panjang Gelombang Spektrofotometer UV-Vis
Maksimum
(λmax)
dengan
Penentuan panjang gelombang maksimum congo red menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada konsentrasi larutan congo red 3 ppm dengan range 400 nm - 600 nm. c.
Menentukan Kurva Kalibrasi Congo Red Metode untuk menentukan kurva kalibrasi congo red menggunakan
larutan congo red dengan konsentrasi 1 ppm, 2 ppm dan 3 ppm selanjutnya ditentukan nilai absorbansi dari masing-masing konsentrasi menggunakan panjang gelombang maksimum yang telah ditentukan sebelumnya. Kurva kalibrasi dibuat dengan menghubungkan antara konsentrasi congo red dengan absorbansi menggunakan spektrofotometer UV-Vis.
26
d.
Uji Aktivitas Elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti dengan Linear Sweep Voltametry (LSV) Uji aktivitas dilakukan terhadap elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti
menggunakan Linear Sweep Voltametry (LSV). LSV dilakukan untuk melihat kemampuan keaktifan elektroda di bawah sinar UV dan Visible. Pengujian LSV dilakukan dari potensial -1 volt hingga 1 volt dengan scan rate 1×10-4 V/s. e.
Uji Degradasi dengan Multi Pulse Amperometry (MPA) pada Zat Warna Congo Red Uji degradasi zat warna congo red 1 ppm, 2 ppm dan 3 ppm dilakukan
dengan Multi Pulse Amperometry (MPA) dengan durasi 10 menit dan bias potensial 0,5 volt dalam keadaan lampu UV menyala, tiap rentang waktu 10 menit selama 1 jam begitu pula dengan uji lampu Visible. Selanjutnya dilakukan pengukuran absorbansi menggunakan spektrofotometer UV-Vis untuk mengetahui penurunan konsentrasi zat warna. Pengukuran dilakukan terhadap elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Preparasi Plat Titanium (Ti) Preparasi plat Ti dilakukan dengan memotong plat Ti (kemurnian 99,9 % dan ketebalan 0,5 mm) pada ukuran 4 cm × 1 cm kemudian diamplas menggunakan amplas halus ukuran 1200 CC dengan tujuan untuk menghasilkan permukaan plat Ti yang bersih dan mengkilap. Plat Ti yang telah diamplas dicuci dengan menggunakan detergen agar plat Ti terbebas dari zat-zat pengotor. Plat Ti kemudian dikeringkan di udara bebas lalu direndam dalam larutan etching menggunakan larutan campuran HF, HNO3 dan aquades dengan perbandingan 1 : 3 : 6 selama 2 menit. Fungsi dari perlakuan ini adalah untuk melarutkan lapisan oksida yang masih terdapat pada permukaan Ti karena logam sangat mudah bereaksi dengan oksida dan menghilangkan lemak atau kotoran yang masih berada pada permukaan plat Ti. Tahapan akhir dalam preparasi ini adalah membilas plat Ti dengan aquades untuk menghilangkan sisa-sisa larutan etching pada permukaan plat Ti kemudian dikeringkan. Sehingga hasil setelah preparasi menunjukan tampak permukaan yang lebih terang dibandingkan sebelum preparasi sebagaimana yang terdapat pada Gambar 6.
Gambar 6. Permukaan titanium: (a) sebelum preparasi (b) sesudah preparasi
27
28
B. Pembuatan Lapis Tipis TiO2/Ti Melalui Proses Oksidasi Anodik Proses oksidasi anodik adalah suatu proses elektrokimia yang akan menghasilkan penambahan lapisan di atas suatu permukaan logam. Pembuatan lapis tipis TiO2 pada permukaan plat Ti dilakukan melalui proses oksidasi anodik selama 4 jam dengan beda potensial 25 Volt. Dimana pemberian tegangan yang lebih tinggi mengakibatkan struktur yang dibentuk cenderung seperti nodula atau partikulat. Pada proses oksidasi anodik, plat Ti ditempatkan pada kutub anoda dan Cu ditempatkan pada kutub katoda yang dihubungkan dengan arus DC Power Supply. Pada kutub anoda akan terjadi reaksi oksidasi sehingga terbentuk lapis tipis TiO2 pada permukaan Ti sedangkan pada kutub katoda akan terjadi reaksi reduksi sehingga menghasilkan gas hidrogen yang ditandai dengan munculnya gelembung gas pada permukaan logam Cu. Fungsi larutan elektrolit pada proses oksidasi anodik adalah sebagai penambahan pelapis ion logam berupa pembentukan lapisan oksida dan sebagai penambah arus. Plat hasil dari proses oksidasi anodik kemudian dikalsinasi pada suhu 500°C selama 1,5 jam. Proses kalsinasi ini bertujuan untuk menguapkan pelarutpelarut organik yang terjebak dalam plat Ti. Kalsinasi juga diperlukan untuk mengoksidasi ligan-ligan khelat yang masih terikat pada plat Ti sehingga hasil kalsinasi diharapkan hanyalah oksida logamnya. Selain itu, proses kalsinasi ini untuk mendapatkan kristal anatase TiO2 yang memiliki aktivitas fotokatalisis lebih baik dibandingkan dengan jenis kristal brookite dan rutile. Hal ini dikarenakan kristal anatase tahan terhadap korosi, struktur kisi yang sesuai dengan fotokatalis yang tinggi dan memiliki luas permukaan yang lebih besar
29
sehingga memiliki daerah aktivitas yang lebih luas yang dapat menaikkan jumlah zat warna yang dapat terserap. Struktur anatase memiliki energi band gap sebesar 3,2 eV yang setara dengan panjang gelombang UV 388 nm. Energi band gap ini menyatakan seberapa besar energi yang dibutuhkan untuk transisi elektron dari pita valensi ke pita konduksi. Plat Ti
Lapisan TiO2/Ti
Gambar 7. Permukaan TiO2/Ti Dengan teknik ini dihasilkan berupa TiO2/Ti yang terbentuk pada permukaan plat Ti (Gambar 7). Permukaan Ti yang telah ditumbuhi TiO2 mengalami perubahan warna menjadi keabu-abuan dengan permukaan yang halus, sedangkan bagian yang belum ditumbuhi TiO2 berwarna biru dan terlihat secara visual bahwa lapisan TiO2 yang dihasilkan melalui proses oksidasi anodik memiliki lapisan ketebalan yang merata. C. Proses Doping Mangan pada Elektroda TiO2/Ti Secara Elektrodeposisi Elektrodeposisi adalah metode pelapisan suatu logam dari larutan elektrolit pada elektroda dengan bantuan arus listrik. Metode elektodeposisi lebih mudah dilakukan, tingkat keseragaman lapisan yang dihasilkan lebih baik dan rata-rata kemungkinan terdeposisinya pada posisi yang tinggi, pertumbuhan partikel dapat dipantau berdasarkan variasi daya listrik yang digunakan, waktu deposisi, konsentrasi larutan dan aditif atau surfaktan yang ditambahkan pada
30
larutan. Pada penelitian ini doping Mn dilakukan dengan metode elektrodeposisi, dimana logam Mn dideposisikan pada permukaan elektroda TiO2/Ti yang telah dibuat sebelumnya melalui proses oksidasi anodik. Logam Mn digunakan karena dapat bertindak sebagai penjebak elektron agar tidak mengalami rekombinasi dari kedua muatan elektron dan hole, tidak mudah teroksidasi, memiliki potensial reduksi yang tinggi dan dapat menurunkan energi band gap.
Plat Ti
Lapisan Mn-TiO2/Ti
Gambar 8. Permukaan TiO2/Ti yang dideposisi dengan logam Mn Elektrodeposisi logam Mn pada TiO2/Ti dilakukan dengan menggunakan elektrolit MnO2 0,4 M. Proses elektrodeposisi dilakukan dengan cara menghubungkan elektroda TiO2/Ti sebagai katoda dengan sumber arus negatif, sedangkan Cu sebagai anoda dihubungkan dengan sumber arus positif dan diberi potensial arus sebesar 1,0 Volt selama 3 detik. Pemberian arus pada proses elektrodeposisi akan mengakibatkan logam Mn menempel pada permukaan TiO2. Waktu elektrodeposisi dilakukan sangat cepat agar lapisan Mn yang terbentuk sangat tipis dan memungkinkan terbentuknya pori sehingga cahaya yang datang dapat menembus lapisan Mn dan menyebabkan terjadinya eksitasi elektron pada permukaan TiO2/Ti sehingga hole akan aktif lebih lama dalam mendegradasi polutan senyawa organik.
31
D. Karakterisasi Elektroda Kerja 1.
Data Karakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) Karakterisasi dengan menggunakan XRD dilakukan untuk memberikan
informasi tentang karakteristik kristal anatase TiO2 yang terbentuk. Hasil karakterisasi elektroda TiO2/Ti didapatkan kristal TiO2 anatase yang sebelumnya telah dilaporkan oleh Nurdin dan Maulidiyah (2014) dengan metode yang sama. Suatu bahan yang mengandung kristal tertentu jika dianalisis menggunakan XRD maka akan muncul puncak-puncak yang spesifik. Gambar 9 menunjukkan hasil karakterisasi XRD pada TiO2 yang dibuat melalui proses oksidasi anodik adalah terlihat puncak-puncak yang spesifik yang menunjukkan adanya kristal TiO2 anatase. Puncak-puncak yang spesifik terdapat pada bidang 101, 112, 200, 105 dan 211.
A = Anatase
Gambar 9. Karakterisasi XRD TiO2 pada permukaan plat Ti (Nurjana, 2015) 2.
Data Karakterisasi menggunakan Scanning Electrone Microscopy (SEM) Karakterisasi dengan menggunakan SEM dilakukan untuk memberikan
informasi tentang bentuk morfologi permukaan lapisan tipis TiO2. Gambar 10
32
menunjukkan hasil karakterisasi SEM pada TiO2 yang dibuat melalui proses oksidasi anodik. Gambar 10 (a) menunjukkan terbentuknya tube pada elektroda TiO2/Ti hasil sintesis yang ditandai adanya pori pada permukaan TiO2/Ti dan pada Gambar 10 (b) menunjukkan terbentuknya tube pada elektroda TiO2/Ti hasil sintesis yang ditandai adanya garis-garis lurus pada penampang melintang TiO2/Ti. Dilain sisi bentuk dan ukuran tube yang terbentuk belum nampak karena perbesaran yang digunakan sebesar 200 kali dan ukuran partikel yang teramati saat pengukuran dengan menggunakan SEM sebesar 20 μm. Nurdin dan Maulidiyah (2014) telah menjelaskan bahwa ukuran tube dari TiO2 melalui proses oksidasi anodik mencapai 10-60 nm. a
b
Gambar 10. Karakterisasi SEM permukaan TiO2/Ti dengan perbesaran 200 kali : (a) permukaan TiO2/Ti, (b) penampang melintang TiO2/Ti (Herlin, 2016; Nuhung, 2016) 3. Data Karakterisasi menggunakan Scanning Electron Microscop-Energy Dispersive X-Ray (SEM-EDX) Karakterisasi
dengan
menggunakan
SEM-EDX
dilakukan
untuk
memberikan informasi tentang bentuk morfologi permukaan Mn-TiO2/Ti dan kandungan unsur Mn yang telah di doping pada TiO2.
33
a
b
Gambar 11. Karakterisasi SEM-EDX: (a) SEM Mn-TiO2/Ti dengan perbesaran 5000 kali (b) EDX Mn- TiO2/Ti Gambar 11 menunjukkan hasil karakterisasi SEM-EDX pada Mn-TiO2/Ti yang dibuat secara elektrodeposisi. Gambar 11 (a) ketika dikarakterisasi dengan menggunakan SEM dengan perbesaran 5000 kali menunjukkan adanya partikelpartikel dan kristal yang berada pada permukaan TiO2/Ti. Warna merah menunjukkan tersebarnya unsur O2, warna kuning menunjukkan tersebarnya unsur Ti dan warna hijau menunjukkan tersebarnya unsur Mn. Gambar 11 (b) ketika dikarakterisasi dengan menggunakan EDX menunjukkan adanya logam Mn yang terdapat pada permukaan TiO2/Ti. Sumbu X merupakan energi dari tiap
34
unsur sedangkan sumbu Y merupakan intensitasnya. Spektra yang terdapat pada EDX terlihat adanya puncak Mn pada 0,792 keV, O2 pada 0,525 KeV dan Ti pada 0,452 keV. Puncak Mn yang terbentuk megindikasikan keberadaan logam Mn pada TiO2/Ti yang menunjukkan keberhasilan doping logam mangan dengan menggunakan metode elektrodeposisi. Adapun data komposisi unsur penyusun elektroda Mn-TiO2/Ti dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Kadar unsur penyusun elektroda Mn-TiO2/Ti hasil karakterisasi dengan menggunakan SEM-EDX Unsur Mn Ti O 4.
KeV 0,792 0,452 0,525
Komposisi unsur (%) 6,58 60,78 32,64
Penentuan Aktivitas Elektroda Menggunakan Potentiostat Portable dengan Metode Linear Sweep Voltametry (LSV) Pengukuran dengan metode LSV adalah untuk mengetahui aktivitas
elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti berdasarkan pengukuran arus. Elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti dicelupkan dalam larutan natrium nitrat 0,1 M yang berfungsi sebagai larutan elektrolit berupa larutan yang dapat menghantarkan arus listrik sehingga terjadi kontak antar muka elektroda dengan elektrolit. Kontak antarmuka tersebut menimbulkan arus cahaya yang merupakan arus yang teramati saat elektroda diiradiasi sinar UV atau Visibel yang digunakan sebagai ukuran laju pembentukan radikal •OH pada permukaan katalis. Sumbu horizontal sebagai potensial dalam volt sedangkan sumbu vertikal sebagai arus dalam ampere. Pengukuran menggunakan LSV melibatkan tiga elektroda yaitu TiO2/Ti dan MnTiO2/Ti sebagai elektroda kerja, platina (Pt) sebagai elektroda counter dan Ag/AgCl sebagai elektroda pembanding. Elektroda kerja TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti
35
diukur secara bergantian untuk membandingkan aktivitas dari kedua elektroda tersebut ketika dilakukan penyinaran menggunakan sinar UV-Vis dalam proses fotokatalisis. Melalui LSV dapat diketahui kemampuan suatu elektroda yang telah dibuat dalam proses mendegadasi suatu polutan senyawa organik.
a
b
Gambar 12. Grafik LSV: (a) elektroda TiO2/Ti (b) elektroda Mn-TiO2/Ti Gambar 12 menunjukkan hasil grafik LSV elektroda TiO2/Ti dan elektroda Mn-TiO2/Ti. Gambar 12 (a) menunjukkan LSV dari elektroda TiO2/Ti yang dihasilkan memiliki aktivitas tertinggi pada saat diiradiasi dengan penyinaran lampu UV. Hal ini sesuai dengan teori bahwa TiO2 memiliki aktivitas
36
fotokatalisis ketika diiradiasi lampu UV karena aktif pada panjang gelombang ≤ 388 nm dengan Energy gap (Eg) 3,2 eV. Penyinaran dengan menggunakan cahaya Visibel dan keadaan gelap tidak menunjukkan aktivitas yang baik. Elektroda TiO2/Ti memberikan respon arus cahaya yang rendah ketika diiradiasi sinar Visibel. Hal ini disebabkan cahaya Visibel memiliki panjang gelombang yang lebih besar sehingga energi yang diperoleh dari sumber cahaya Visibel lebih kecil untuk mengaktifkan TiO2/Ti. Respon arus cahaya ketika dalam keadaan gelap pada elektroda TiO2/Ti tidak menghasilkan energi yang akan ditransmisikan dari pita valensi ke pita konduksi. Gambar 12 (b) menunjukkan LSV dari elektroda Mn-TiO2/Ti yang dihasilkan memiliki aktivitas tertinggi pada saat diiradiasi dengan penyinaran lampu Visibel. Hal ini sesuai dengan teori bahwa penambahan logam Mn pada TiO2 dapat meningkatkan kinerja elektroda di daerah Visibel dan memiliki aktivitas fotokatalisis yang baik karena ketika elektron bergerak dari pita valensi ke pita konduksi maka elektron dijebak oleh logam Mn yang dapat memperkecil terjadinya rekombinasi elektron dan hole sehingga dengan penyinaran cahaya Visibel maka energi yang digunakan jauh lebih rendah dan dapat menyerap cahaya dengan panjang gelombang yang lebih besar. E. Uji Degradasi Zat Warna Secara Fotokatalisis 1.
Penentuan Panjang Gelombang Spektrofotometer UV-Vis
Maksimum
(λmax)
dengan
Daerah serapan maksimum dari congo red dapat diketahui dengan melakukan pengukuran menggunakan spektrofotometer UV-Vis. Gambar 13
37
menunjukkan panjang gelombang maksimum congo red yang diperoleh sebesar 486 nm dengan absorbansi 0,902.
486 nm
Gambar 13. Spektrum panjang gelombang maksimum congo red Hal ini memberikan informasi bahwa telah terjadi transisi elektron yang melibatkan elektron-elektron π yang berkonjugasi disepanjang gugus kromofor senyawa congo red heterosiklik dengan menyerap energi dan menjadi bukti mengapa senyawa ini memperlihatkan warna merah karena terjadi transisi di daerah sinar tampak. Dengan diperolehnya nilai dari panjang gelombang maksimum maka dapat diukur nilai absorbansi dari masing-masing larutan dengan konsentrasi yang berbeda. 2. Kurva Kalibrasi Congo Red Senyawa berwarna dapat terukur dengan spektofotometer UV-Vis karena memiliki gugus kromofor yang memberikan warna pada senyawa tersebut. Hal ini disebabkan bahwa setiap molekul mampu menyerap cahaya yang sesuai dengan panjang gelombang dan energi yang dibutuhkan untuk mengalami transisi elektron dari keadaan dasar ke keadaan tereksitasi. Gambar 14 menunjukkan
38
bahwa antara absorbansi dan konsentrasi sangat linear dengan R2 = 0.9952. Kurva kalibrasi diperoleh dengan memplotkan konsentrasi dengan absorbansi sehingga dihasilkan persamaan garis lurus : y = 0.1924x + 0.0495. Tujuan dari dibuatnya kurva kalibrasi congo red adalah untuk menentukan kadar konsentrasi congo red yang terdapat dalam suatu lingkungan dengan kondisi yang berbeda.
Gambar 14. Kurva kalibrasi congo red 3. Uji Degradasi Zat Warna Congo Red Menggunakan Elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti Degradasi zat warna congo red diuji dengan menggunakan MPA (Multi Pulse Amperometry), kemudian diukur penurunan konsentrasi congo red dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis. Dalam penelitian ini proses degradasi congo red dilakukan secara fotolisis dan fotokatalisis dengan menggunakan sinar UV dan Visible pada variasi konsentrasi congo red yang digunakan adalah 1 ppm, 2 ppm dan 3 ppm . Fotolisis adalah suatu metode yang digunakan untuk mendegradasi suatu senyawa hanya menggunakan radiasi sinar. Metode fotolisis dapat menurunkan
39
konsentrasi congo red melalui proses pemutusan ikatan kimia oleh energi foton cahaya UV-Vis. Ketika foton UV-Vis memasuki medium, foton akan ditransmitansi atau diabsorbansi oleh medium dan molekul congo red yang terlarut. Foton yang diabsorbsi dapat mengawali reaksi fotolisis dengan menyerang ikatan kromofor congo red. Foton juga mampu mengaktifkan molekul air untuk membentuk radikal hidroksil, yang ikut berperan dalam menguraikan molekul congo red.
a
b
Gambar 15. Grafik fotolisis congo red (CR) ketika penyinaran sinar UV dan Visibel: (a) kurva penurunan konsentrasi (b) % degradasi
40
Gambar 15 menunjukkan hasil grafik fotolisis congo red ketika penyinaran sinar UV dan Visibel. Gambar 15 (a) terlihat bahwa aktivitas degradasi congo red dengan variasi konsentrasi menggunakan metode fotolisis mengalami penurunan yang sangat kecil dan tidak terlalu signifikan. Hal ini disebabkan degradasi senyawa congo red hanya menggunakan sinar UV dan Visibel tanpa adanya penambahan katalis didalamnya. Penurunan konsentrasi secara tidak stabil dapat diindikasikan bahwa foton kurang efektif untuk menguraikan ikatan kromofor congo red, dimana jumlah radikal hidroksil yang dihasilkan oleh foton tidak banyak sehingga penurunan kurva tidak mengalami kestabilan. Gambar 15 (b) menunjukkan degradasi maksimum dengan metode fotolisis terhadap congo red di bawah sinar UV dan Visibel. Nilai degradasi maksimum di peroleh pada penyinaran UV dengan konsentrasi 1 ppm sebesar 16,52 %. Fotokatalisis adalah suatu metode yang digunakan untuk mendegradasi suatu senyawa menggunakan radiasi sinar dan katalis. Pada proses fotokatalisis, ikatan kimia pada comgo red akan dipecah oleh radikal hidroksil (•OH) yang tersedia dalam larutan. Dalam metode fotokatalis, elektroda kerja TiO2/Ti jika diiluminasi dengan sinar UV maupun Visibel akan menghasilkan pasangan elektron dan hole. Elektron pada pita valensi akan mengabsorbsi energi foton tersebut dan pindah ke tingkat energi yang lebih tinggi yaitu pada pita konduksi sehingga akan meninggalkan hole pada pita valensi. Elektron pada pita konduksi akan memiliki sifat pereduksi yang kuat dan hole pada pita valensi akan memiliki sifat pengoksidasi yang kuat.
41
a
b
Gambar 16. Grafik fotokatalisis congo red (CR) menggunakan elektroda TiO2/Ti: (a) kurva penurunan konsentrasi (b) % degradasi Gambar
16
menunjukkan
hasil
grafik
fotokatalisis
congo
red
menggunakan elektroda TiO2/Ti. Gambar 16 (a) terlihat bahwa aktivitas degradasi congo red dengan variasi konsentrasi menggunakan metode fotokatalisis mengalami penurunan yang lebih baik dari metode fotolisis. Hal ini disebabkan degradasi senyawa congo red menggunakan sinar UV dan Visibel serta adanya penambahan katalis didalamnya. Gambar 16 (b) menunjukkan degradasi maksimum dengan metode fotokatalisis terhadap congo red di bawah sinar UV dan Visibel. Nilai degradasi maksimum di peroleh pada penyinaran UV dengan
42
konsentrasi 1 ppm sebesar 51,23 %. Elektroda TiO2/Ti memiliki kemampuan lebih aktif dalam mendegradasi congo red saat penyinaran sinar UV dibandingkan saat penyinaran sinar Visibel. Hal ini memperlihatkan bahwa kinerja elektroda TiO2/Ti yang dibentuk melalui proses oksidasi anodik memiliki aktivitas fotodegradasi dan aktif pada penyinaran cahaya UV yang memiliki λ ≤ 388 nm. Kinerja elektroda TiO2/Ti dengan fotokatalisis lebih baik dalam mendegradasi congo red apabila dibandingkan dengan fotolisis. Hal ini dapat dilihat dari persen degradasi yang dihasilkan adalah congo red 1 ppm pada sinar UV sebesar 51,23 % secara fotokatalisis sedangkan congo red 1 ppm pada sinar UV sebesar 16,52 % secara fotolisis. Hal ini disebabkan degradasi dengan fotokatalisis menggunakan cahaya dan katalis sedangkan dengan fotolisis hanya menggunakan cahaya dalam mendegradasi congo red. Penambahan doping mangan dapat meningkatkan kinerja elektroda TiO2/Ti pada daerah Visibel. Dengan adanya mangan yang menyisip pada matrik TiO2/Ti maka akan menangkap elektron dan menghambat rekombinasi elektron serta mudah diaktifkan pada cahaya visibel.
a
43
b
Gambar 17. Grafik fotokatalisis congo red (CR) menggunakan elektroda MnTiO2/Ti: (a) kurva penurunan konsentrasi (b) % degradasi Gambar
17
menunjukkan
hasil
grafik
fotokatalisis
congo
red
menggunakan elektroda Mn-TiO2/Ti. Gambar 17 (a) dan 17 (b) menunjukkan degradasi maksimum dengan metode fotokatalisis terhadap congo red di bawah sinar UV dan Visibel. Nilai degradasi maksimum di peroleh pada penyinaran Visibel dengan konsentrasi 1 ppm sebesar 75,48 %. Elektroda Mn-TiO2/Ti memiliki kemampuan lebih aktif dalam mendegradasi congo red saat penyinaran sinar Visibel dibandingkan saat penyinaran sinar UV. Hal ini memperlihatkan bahwa kinerja elektroda Mn-TiO2/Ti yang dibentuk melalui proses elektrodeposisi memiliki aktivitas fotodegradasi dan aktif pada penyinaran sinar Visibel. Grafik penurunan degradasi untuk fotokatalisis dengan adanya doping mangan menunjukkan hasil yang lebih baik dari proses fotokatalisis tanpa adanya doping. Hal ini disebabkan karena proses ini kecil kemungkinan terjadinya rekombinasi elektron-hole disebabkan adanya mangan yang menempel pada permukaan elektroda TiO2/Ti sehingga spesi aktif yang akan mengakibatkan aktivitas degradasi akan meningkat. Mangan yang menempel akan menjebak elektron dan
44
membuat rekombinasi semakin kecil sehingga mampu menjebak fotogenerasi elektron dari semikonduktor dan memungkinkan hole untuk membentuk radikal hidroksil
yang
menghasilkan
reaksi
degradasi
spesies
organik
yang
mengakibatkan penurunnya energi band gap. Dengan adanya penempelan mangan pada elektroda TiO2/Ti dapat dimanfaatkannya sinar matahari yang sangat melimpah sebagai cahaya Visibel dalam proses degradasi congo red. Perbandingan keefektifan elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti dalam mendegradasi senyawa congo red dalam konsentrasi yang sama terdapat pada Gambar 18.
a
b
45
c
Gambar 18. Grafik Hasil Penurunan konsentrasi Congo Red menggunakan elektroda TiO2/Ti dan elektroda Mn-TiO2/Ti secara fotokatalisis; (a) 1 ppm, (b) 2 ppm dan (c) 3 ppm Gambar 18 menunjukkan hasil penurunan konsentrasi congo red menggunakan elektroda Mn-TiO2/Ti lebih aktif dibandingkan dengan TiO2/Ti dalam mendegradasi congo red saat penyinaran sinar Visibel. Hal ini dikarenakan Mn-TiO2/Ti mampu bekerja dengan baik pada daerah Visibel dan menahan terjadinya rekombinasi elektron sedangkan TiO2/Ti hanya dapat bekerja dengan baik pada daerah UV.
4. Kinetika Reaksi Degradasi Fotokatalisis Congo Red Menggunakan Elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti Dalam penentuan tetapan laju reaksi dari suatu senyawa organik dapat dirumuskan dengan menggunakan persamaan Langmuir-Hinshelwood (L-H). Penentuan tetapan laju reaksi adalah dengan memplotkan antara ln
terhadap
waktu iradiasi (t) menghasilkan kurva garis lurus dengan slope k. Kurva hubungan konsentrasi terhadap waktu untuk kondisi fotokatalisis TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti
46
dengan berbagai konsentrasi dapat dilihat pada Lampiran 3. Dari kurva tersebut diperoleh nilai tetapan laju degradasi (k) yang terdapat pada Tabel 2. Tabel 2. Nilai tetapan laju degradasi congo red untuk setiap variasi konsentrasi dan penyinaran lampu UV dan Visibel dari TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti secara fotokatalisis Konsentrasi (ppm)
1 2 3
k UV
k Vis
TiO2/Ti -1
k UV
TiO2/Ti -1
-1
k Vis
Mn-TiO2/Ti -1
-1
-1
Mn-TiO2/Ti
(M menit )
(M menit )
(M menit )
(M-1menit-1)
0,0115 0,0067 0,0059
0,0058 0,0042 0,0041
0,0144 0,0300 0,0047
0,0234 0,0151 0,0082
V. PENUTUP A. Kesimpulan Berdasarkan penelitian ini kesimpulan dapat ditarik sebagai berikut : 1. Aktivitas elektroda TiO2/Ti yang dibuat melalui proses oksidasi anodik memiliki aktivitas yang baik pada sinar UV dan elektroda Mn-TiO2/Ti yang dibuat melalui proses elektrodeposisi memiliki aktivitas yang baik pada sinar Visible. 2. Pengaruh elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti terhadap degradasi congo red melalui penyinaran cahaya UV dan Visible dengan menggunakan metode fotokatalisis diperoleh hasil maksimum pada 1 ppm sebesar 51,23 % dengan elektroda TiO2/Ti menggunakan cahaya UV. Sedangkan kinerja elektroda MnTiO2/Ti dalam mendegradasi maksimum congo red pada 1 ppm sebesar 75,48 % menggunakan cahaya Visibel. B. Saran Penelitian ini masih perlu dikembangkan dengan menggunakan doping logam yang lain dalam mendegradasi berbagai polutan senyawa organik lainnya.
47
DAFTAR PUSTAKA
Abdullah, Mikrajuddin, Khairurrijal, 2009, Review: Karakterisasi Nanomaterial, J. Nanosains dan Nanoteknologi, 2(1); 1-2. Achmad, R., 2004, Kimia Lingkungan, Penerbit Andi, Yogyakarta. Ansori, 2010, Potensi dan Genesis Mangan Di Kawasan Kars Gombong Selatan Berdasarkan Penelitian Geologi Lapangan, Analisis Data Induksi Polarisasi dan Kimia Mineral, Buletin Sumber Daya Geologi, 5(2); 1-2. Bai, J., Zhou, B., Li, Liu, Y., Zheng, Q., Shao, J., Zhu, X., Cai, W., Liao, J., Zou, L., 2008, The Formatiom Mechanism Of Titania, Nanotube Arrays In Hydrofluoric Acid Electrolyte, J. Of Materials Science, 43; 1880-1884. 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(2); 149-154. BPPT, 1998, Teknologi Pelapisan Logam Secara Listrik, Program Penerapan IPTEK di Daerah, Jakarta. Brady, J., 2010, Kimia Universitas Asas dan Struktur, Binarupa Aksara, Tangerang. Campet, G., Doumerc, J.P., Claverie, Hagenmuller, 1982, Photoconduction Mechanisms In Titanium And Rare Earth N-Type Semiconducting Electrodes With Pyrochlure And Perovskite Structures, Solid State Comunication, 42(2), 93-96. Carp, O., Huisman C.L., Reller A., 2004, Photoinduced Reactivity of Titanium Oxide, Prog. Solid State Chem., 32(1); 33-177. Choi, W.Y., Termin A., Hoffman, M.R., 1994, The Role of Metal Ion Dopants In Quantum-Sized TiO2 Correlation Between Photoreactivity And Charge Carrier Recombination Dynamics, J. Phys Chem., 84: 13669–13679. Chotimah, K., 2012, Preparasi Dan Karakterisasi N-Doped TiO2 Dengan Metode Anodisasi Serta Uji Aktivitas Degradasinya Terhadap Zat Warna Congo Red, Skripsi, Universitas Indonesia, Depok. Dahlan, D., 2009, Elektrodeposisi Of Cu2O Particles By Using Electrolyte Solution Containing Glucopone As Surfactant, J. Ilmiah Fisika (JIF), 1979-4657. Devi, N., Kottam, B., Murthy, S., Kumar, 2010, Enhanced Photocatalytic Activity Of Transition Metal Ions Mn2+, Ni2+ And Zn2+ Doped Polycrystalline
48
49
Titania For The Degradation Of Aniline Blue Under UV/Solar Light, J. Of Molecular Catalysis A Chemical, Vol. 328(1-2); 44-52. Dunlop, P.S.M., Byrne, J.A., Manga, N., Eggins, B.R., 2002, The Photocatalytic Removal Of Bacterial Pollutants From Drinking Water, J. Of Photochemistry and Photobiology A Chemistry, 148; 355-363. Dwiprayogo, W., 2014, Fabrikasi Elektroda TiO2 Nano Tube Terdoping N Dan Logam Ag Dengan Metode Anodizing : Uji Degradasi Senyawa Organik Rhodamin B, Skripsi, Universitas Halu Oleo, Kendari. Ewing, G. W., 1960, Instrumental Methods of Chemical Analysis 3rd Edition, Mc Graw Hill Book Company Inc, Kogakusha Company Ltd, Tokyo. Fox, Dulay, 1993, Heterogenous Photocatalysis, Chem Rev, 93(1); 341-357. Gunlazuardi, J., Slamet, Krisyuningsih, Y. K., 2007, Studi Fundamental dan Aplikasi TiO2 Fotokatalisis,
[email protected].,
[email protected]., Universitas Indonesia, Jakarta. Guo, Meili, Du, Jiulin, 2010, First Principles Study Of Electronics Structures and Optical Properties of Cu, Ag, and Au-doped anatase TiO2, Tianjin University, China. Harper, J.C., Christensen P. A., Egerton T. A., Curtis T. P., Gunlazuardi J., 2001, Effect Of Catalyst Type On The Kinetics Of The Photoelectrochemical Disinfection Of Water Inoculated With E. Coli, J. Applied Electrochemistry, 31(6); 623-628. Hastutiningrum, S., Purnawan, E.,Nurmaitawati, 2015, Penurunan Kadar Besi (Fe) dan Mangan (Mn) Dalam Air Tanah Dengan Metode Aerasi Conventional Cascadedan Aerasi Vertical Buffle Channel Cascade, Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia Kejuangan, 1693-4393. Herlin, 2016, Pembuatan Elektroda TiO2 Terdoping Sulfur dan Aplikasinya Pada Degradasi Rhodamin B dan Biru Metilena Secara Fotoelektrokatalisis, Skripsi, Universitas Halu Oleo, Kendari. Hoffman, M.R., S.T., Martin, W.J., Choi, D.W., Bahnemann, 1995, Environmental Applications of Semiconductor Photocatalysis, Chem.Rev., 95(1); 69-96. Howard, B., 1986, Selection of Materials For Component Design, Michigan, American Society for Materials. Hua Chen, G., Jiang, T., Jiang, L., Li, Y., Liu, Q., Huang, W., Chen, 2015, Preparation Of Mn-Doped ZrO2/TiO2 Photocatalysts For Efficient Degradation Of Rhodamine B, Materials Research Society Communications, Hangzhou, China.
50
Hutabarat, R., 2012, Sintesis dan Karakterisasi Fotokatalis Fe2+-ZnO Berbasis Zeolit Alam, Skripsi, Universitas Indonesia, Depok. Hutomo, D.W., 2012, Sintesis dan Karakterisasi Fotokatalis Mn2+-ZnO Berbasis Zeolit Alam, Skripsi, Universitas Indonesia, Depok. Ida, A.G., 2011, Fotodegradasi Metilen Biru Dengan Sinar Vis dan Katalis Al2O3, Skripsi, Universitas Udayana Bukit Jimbaran, Bali. Irianto, B., Muljono, T., Rusmanto, 2011, Optimasi Rendemen Elektrodeposisi 232 Th Dan Anak Luruhnya Menggunakan Elektrolit NH3 Pekat Dan H2SO4 2 M Untuk Spektrometri Alpha, Prosiding Seminar Penelitian Dan Pengelolaan Perangkat Nuklir Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan, 1410-8178. Jenkins, F. A., White, 1988, Fundamental Of Optics 4th Edition, Mc Graw-Hill International Edition, New York. Kim, D.H., Anderson, M.A., 1994, Photoelectrocatalytic Degradation Of Formic Acid Using A Porous TiO2 Thin-Film Electrode, Environ. Sci. Technol., 28(3); 479-483. Kirk, Othmer, 1993, Encyclopedia of Chemical Thecnology, New York. Kusuma, 2004, Degradasi Fotokatalitik Zat Warna Batik Congo Red dengan Menggunakan Lapis Tpis TiO2, Skripsi, Universitas Jendral Soedirman, Purwokerto. Lachheb, H., Puzenat, E., Houas, A., Khisbi, M., Elaloui, E., Guillard, C., Hermann, 2002, Photocatalytic Degradation Of Various Types Of Dyes (Congo Red, Crocein Orange G, Methyl Red, Congo Red, methylene Blue) in Water by UV-Irradiated Titania, Appl. Catal. B. Environ., 39; 15-90. Li, X.Z., Liu, H.L., Yue, P.T., Sun, Y.P., 2000, Photoelectrocatalytic Oxidation of Rose Bengal in Aqueous Solution Using A Ti/TiO2 Mesh Electrode, Environ. Sci. Technol., 34(20); 4401-4406. Li, X.Z., Liu, H.S., 2005, Development of an E-H2O2/TiO2 Photoelectrocatalytic Oxidation System for Water and Wastewater Treatment, Environ. Sci. Technol., 39(12); 4614-4620. Li, Y., Meng, J., 2014, Al-Doping Effects On Structure And Optical Properties Of Zno Nanostructures, Materials Letters, 117; 260-262. Linsebigler, A. L., Guangquan, L., Yates, J.T., 1995, Photocatalysis on TiO2 Surface : Principles, Mechanism and Selected Results, Chem. Rev, 95(3); 735-758.
51
Lokhande, C.D., Park, B.O., Park, H.S., Jung, K.D., Joo, O.S., 2005, Elektrodeposition of TiO2 and RuO2 Thin Film For Morphology Dependent Applications, Korea Institute of Science and Technology, University of Sogang, Korea. Macak, J.M., Tsuchiya, H., Taveira, L., Aldabergerova, S., Schmuki, P., 2005, Smooth Anodic TiO2 Nanotubes, Angew Chem Int Ed, 44(45), 7463-7465. Mahadik, M.A., Shinde, S.S., Hunge, Y.M., Mohite, V.S., Khumbhar, S.S., Moholkar, A.V., Rajpure, K.Y., 2014, UV Assisted Photoelectrocatalytic Oxidation Of Phthalic Acid Using Spray Deposited Al Doped Zinc Oxide Thin Films, 611; 446-451. Mansyur, Umar, 1990, Kimia Fisik dan Soal-Soal Dogra S.K and Dogra, S., UI Press, Jakarta. Morikawa, T., Asahi, R., Ohwaki, T., Aoki, K., Taga, Y., 2001, Visible Light Photocatalysis in Nitrogen-Doped Titanium Oxides, J. Appl. Phys, 40(3); 47-48. Munaida, 2015, Pembuatan Elektroda TiO2 Terdoping Logam Ag Dan Uji Degradasi Terhadap Rhodamin B, Skripsi, Universitas Halu Oleo, Kendari. Nuhung, S., 2016, Preparasi dan Karakterisasi Elektroda Cu-TiO2/Ti dan Uji Aktivitas Fotoelektrokatalis Terhadap Limbah Zat Warna Metilen Orange, Skripsi, Universitas Halu Oleo, Kendari. Nurdin, M., Maulidiyah, 2014, Fabrication Of TiO2/Ti Nanotube Electrode By Anodizing Methode And Its Application On Photoelectrocatalytic System, International Journal Of Scientific and Technology Research, 3(2), 22778616. Nurjana, 2015, Pembuatan Elektroda Ag-N-TiO2/Ti Dan Aplikasinya Terhadap Degradasi Senyawa Rhodamin B Secara Fotoelektrokatalisis, Skripsi, Universitas Halu Oleo, Kendari. Nurmawati, I., Abdullah, M., Khairurijjal, 2009, Distribusi Celah Pita Energi Titania Kotor, J. Nanosains dan Nanoteknologi, 95(1); 69-96. Pare, Sarwan, Jonnalagadda, 2011, Photocatalytic Mineralization Study of malachite Green on The Surface on Mn-doped BiOCl Activated by Visible Light Under Ambient Condition, Applied Surface Science, 258; 247-253. Park, N. G., G. Schlichthor, J. Van de Lagemaat, H. M. Cheong, A. Mascarennhas, A. J. Frank, 2004, Morphological and Photoelectrochemical Characterization of Core-Shell Nanoparticle Film for Dye-Sensitized Solar Cells: Zn-O Type Shell on SnO2 and TiO2 Cores, 20; 4246-4253.
52
Paul, S., A., Choudhury, 2012, Visible Light Photocatalytic Activity Of Manganese Doped TiO2 Nanoparticles, International Journal Of Innovative Research & Development, 1(7); 1-8. Prameswari, T., 2013, Sintesis Membran Kitosan-Silika Abu Sekam Padi Untuk Dekolorisasi Zat Warna Congo Red, Skripsi, Universitas Negeri Semarang, Semarang. Purnawan, C., Patiha, Ayuningtyas, A.K., 2012, Reduksi Logam Berat Chromium (VI) dengan Fotokatalis Komposit TiO2-SiO2, Skripsi, Universitas Sebelas Maret, Surakarta. Putra, A. M., Nurdin, M., Thamrin, A., 2013, Pembuatan Elektroda TiO2/Ti Nano Tube Dengan Metode Anodizing Dan Aplikasinya Dalam Sistem Fotoelektrokatalisis, Skripsi, Universitas Halu Oleo, Kendari. Qi, X., Y., Chi, 2010, Preparation And Visible Light Photocatalytic Activity Of Znl-Xfexo Nano Crystalline, School of Resourcess Processing and Bioengineering, Central South University, China. Qourzal, S., Tamimi, M., Assabbane, A., Bouamrane, A., Nounah, A., Laanab, L., Ait-Ichou, Y., 2006, Preparation of TiO2 Photocatalyst Using TiCl as a Precursor and Its Photocatalytic Performance, J. Of Applied Science, 6(7); 1553-1559. Quan, X., Yang, S., Ruan, X., Zhao, H., 2005, Preparation of Titania Nanotubes and Their Environmental Applicationsas Electrode, Environ. Sci. Technol, 39(10); 3770-3775. Rochmi, I. A., 2007, Degradasi Fotoelektrokatalitik Remazol Yellow Fg Menggunakan Semikonduktor Lapis Tipis Grafit/TiO2/Cu Dan Grafit Komposit TiO2-SiO2/Cu, Skripsi, Universitas Sebelas Maret, Surakarta. Ryo, B., S., Nakabayashi, A., Fujishima, 1985, Investigation Of The Mechanism Of Hydrogen Evolution During Photocatalytic Water Decomposition On Metal Loaded Semiconductor Powders, J. Phys Chem., 89(10); 19021905. Safni, Maizatisna, Zulfarman, Sakai, T., 2007, Degradasi Zat Warna Naphtol Blue Black Secara Sonolisis Dan Fotolisis Dengan Penambahan TiO2-Anatase, J. Ris. Kim., 1(1); .43-49. Santhiarsa, N., 2010, Pengaruh Kuat Arus Listrik Dan Waktu Proses Anodizing Dekoratif Pada Aluminium Terhadap Kecerahan Dan Ketebalan Lapisan, J. Ilmiah Teknik Mesin Cakram, 4(1); 75-82. Schliesinger, M., Paunovic, M., 2000, Modern Electroplating, Fourth Edition, Toronto, John Willey and Sons Inc: 37; 131-137
53
Schlute, Kelling, 2004, Soil And Applied Manganese, Understanding Plant Nutrients, Madison, University of Wisconsin. Schmuki, P., 2006, Anodic Growth of Self-Organized Anodic TiO2 Nanotubes in Viscous Electrolytes. Electrochim Acta, 52(3); 1258-1264. Senthilkumaar, Rajendran, banerjee, Chini, Sengodan, 2008, Influence of Mn Doping on The Microstructure and Optical Property of ZnO, Material Science in Semiconductor Processing, 11; 6-12. Siti, Marwati, 2013, Pengaruh Agen Pereduksi Dalam Proses Elektrodeposisi Terhadap Kualitas Deposit Cu Dan Ag, Prosiding Seminar Nasional Penelitian, Universitas Negeri Yogyakarta, Yogyakarta. Slamet, Arbianti, R., Marliana, E., 2006, Pengolahan Limbah Cr(VI) dan Fenol dengan Fotokatalis Serbuk TiO2 dan CuO/TiO2 Reaktor, 11(2); 78-85. Sofianou, M., V., M., Tassi, V., Psycharis, N., Boukos, S., Thanos, T., Vaimakis, J., Yu, C., Trapalis, 2014, Solvothermal Synthesis And Photocatalytic Performance Of Mn4+ Doped Anatase Nanoplates With Exposed {001} Facets, Appl. Catal. B: Environ, 162; 27-33. Sofiyanti, 2011, Studi Efektifitas Degradasi Zat Warna Congo Red Secara Fotoelektrokatalitik, Skripsi, Universitas Indonesia, Depok. Sreethawong, T., Yoshikawa, 2006, Enhanced Photocatalytic Hydrogen Evolution Over Pt Supported On Mesoporous TiO2 Prepared By Single-Step Sol-Gel Process With Surfactant Template, International Journal of Hydrogen Energy, 31; 786-796. Sumada, K., Kikuchi, Y., Hashimoto, K., Fujishima, A., 1998, Bactericidal and Detoxification Effects of TiO2 Thin Film Photocatalysts, Env. Sci. and Tech, 32; 726-728. Surahman, Hedi, 2004, Studi Pengembangan Reaktor Fotokatalitik Dengan TiO2 Yang Diimobilisasi Pada Dinding bagian Dalam Kolom Gelas : Optimasi Reaktor Alir Dan Uji Kemampuannya Terhadap Degradasi 4-Klorofenol, Tesis Magister Kimia, Universitas Indonesia, Jakarta. Tjahjanto, R. T., Gunlazuardi, J., 2001, Preparasi Lapisan Tipis TiO2 sebagai Fotokatalis : Keterkaitan antara Ketebalan Dan Aktivitas Fotokatalisis, J. Penelitian Universitas Indonesia, 5(2); 81-91. Ulah, Duta, 2008, Photocatalytic Degradation of Organic Dyes with Manganese Doped ZnO Nanoparticles, J. of Hazardous Materials, 156 (1-3); 194-200.
54
Wang, C., Valentin, G., Pacchioni, 2012, Doping Of WO3 For Photocatalytic Water Splitting: Hints From Density Functional Theory, J. Phys. Chem. C. 116; 8901-8909. Wang, D. Y., Lin, H. C., Yen, C.C., 2006, Influence Of Metal Plasma Ion Implantation On Photo-Sensitivity Of Anatase TiO2 Thin Films, Thin Solid Film, 515(3); 1047-1052. Wardhana, W. A., 2004, Dampak Pencemaran Lingkungan Cetakan Keempat, Penerbit Andi, Yogyakarta. Waskitoaji, 2000, Melihat Dunia Mikro Dengan Mikroskop Elektron, Puslitbang Kimia Terapan LIPI, Puspiptek, Serpong. Wilkinson, Cotton, 1984, In Organic Chemistry, John Willey and Son Ltd, New York. 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, J. Of Hazardous Materials, 186(1); 765-772. Yanlinastuti, Noviarty, SutriIndaryati, 2009, Pengaruh Konsentrasi Uranium Dalam Proses Elektrodeposisi Hasil Ekstraksi Dengan Tbpjok, 0854-5561. Yudhasari, W., 2003, Destruksi Polutan P-Nitrofenol Dalam Air Melalui Fotokatalisis Dan Fotoelektrokatalisis TiO2, Skripsi, Institut Pertanian Bogor, Bogor. Zhang, Shengsen, Peng, Feng, Wang, Hongjuan, Yu, Hao, Shanqing, Yang, Jian, Zhao, Huijun, 2011, Electrodeposition Preparation Of Ag Loaded N-doped TiO2 Nanotube Arrays With Enhanced Visible Light Photocatalytic Performance, 12; 689-693.
LAMPIRAN-LAMPIRAN Lampiran 1. Diagram Alir Metode Penelitian Preparasi Plat Ti (Titanium)
XRD
Pembuatan Lapisan Tipis TiO2/Ti Melalui Proses Oksidasi Anodik
SEM
Doped Mn Metode Elektrodeposisi
SEM-EDX
Pembuatan Reaktor Fotokatalisis
Uji Aktivitas
Uji Kinerja
Linear Sweep Voltamtery (LSV)
Multi Pulse Amperometry (MPA)
Spektrofotometer UV-Vis
55
56
Lampiran 2 : Prosedur Kerja Penelitian 1. Preparasi Plat Titanium (Ti) Plat Titanium dengan kemurnian 99 % dan ketebalan 0,5 mm -
dipotong dengan ukuran 4 cm × 1 cm diamplas menggunakan amplas halus ukuran 1200 CC sampai permukaannya bersih dan mengkilap dicuci dengan menggunakan larutan detergen, air dan aquades dikeringkan di udara bebas direndam (etching) menggunakan larutan campuran HF : HNO3 : aquades (1 : 3 : 6) selama 2 menit dibilas dengan aquades dikeringkan di udara bebas
Plat Titanium
2. Pembuatan Lapisan TiO2 Melalui Proses Oksidasi Anodik Plat Titanium dengan kemurnian 99 % dan ketebalan 0,5 mm -
-
Dilakukan proses oksidasi anodik selama 4 jam dengan bias potensial 25 Volt dengan plat Cu sebagai katoda dan plat Ti anoda Larutan NH4F dalam gliserol 98 % sebagai elektrolit dikalsinasi pada suhu 500 ᵒC selama 1,5 jam
Kristal TiO2 pada permukaan plat (TiO2/Ti)
57
3. Proses Doping Mangan pada Elektroda TiO2/Ti Secara Elektrodeposisi Plat Titanium yang telah ditumbuhkan TiO2 melalui proses oksidasi anodik Dimasukkan larutan MnO2 0,4 M pada probe Digosok ujung permukaan plat Ti menggunakan amplas ukuran 220 CC yang akan dijepit Diletakkan plat titanium yang telah ditumbuhkan TiO2 pada kutub katoda dan plat Cu di kutub anoda Disambungkan dengan Power Supply dengan bias potensial 1 Volt selama 3 detik Dikeringkan dalam desikator selama 48 jam.
-
TiO2/Ti yang telah didoping dengan logam Mn (Mn-TiO2/Ti)
4. Uji Degradasi Zat Warna Secara Fotokatalisis a. Pembuatan Larutan Uji - Pembuatan larutan Standar NaNO3 0,1 M NaNO3 -
Ditimbang sebanyak 8,5 gram anoda Dilarutkan dalam 1000 mL aquades
NaNO3 0,1 M
58
- Pembuatan larutan Congo Red Congo Red -
Ditimbang sebanyak 0,01 gram Dilarutkan dalam 100 mL aquades
Congo Red 100 ppm -
Dipipet masing-masing 1 mL ; 2 mL dan 3 mL ke dalam labu ukur 100 mL Ditambahkan NaNO3 0,1 M hingga tanda tera
-
CR 1,0 ppm
CR 2,0 ppm
CR 3,0 ppm
b. Penentuan Panjang Gelombang Spektrofotometer UV-Vis
Maksimum
(λmax)
dengan
CR 3,0 ppm -
Diukur panjang gelombang range 400 nm – 600 nm
dengan
Panjang Gelombang Maksimum
c. Pembuatan Kurva Standar Congo Red CR 1,0 ppm
CR 2,0 ppm
-
CR 3,0 ppm
Diukur absorbansi masing-masing konsentrasi pada panjang gelombang λmax Dibuat kurva kalibrasi konsentrasi terhadap absorbansi
Kurva Standar Congo Red
59
d. Uji Aktivitas Elektroda TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti dengan Linear Sweep Voltametry (LSV) Mn-TiO2/Ti
TiO2/Ti
-
-
-
Satu persatu dimasukkan dalam gelas uji sebanyak 10 mL yang beisi 0,1 M NaNO3 Dihubungkan dengan potensiostat ; elektroda kerja TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti, elektroda counter Pt dan elektroda pembanding Ag/AgCl Diuji dengan bias potensial dari -1 Volt hingga 1 Volt dengan scan rate 1×10-4 V/s selama 1 menit Dibiaskan dengan variasi lampu UV dan Visible
Aktivitas Fotokatalitik e. Uji Degradasi dengan Multi Pulse Amperometry (MPA) pada Zat Warna Congo Red
CR 1,0 ppm
CR 2,0 ppm
-
-
-
CR 3,0 ppm
Masing-masing dimasukkan dalam gelas uji sebanyak 10 mL Dihubungkan dengan potensiostat ; elektroda kerja TiO2/Ti dan Mn-TiO2/Ti, elektroda counter Pt dan elektroda pembanding Ag/AgCl Diuji dengan Multi Pulse Amperometry bias potensial 0,5 Volt Dibiaskan dengan variasi lampu UV, Visibel dan keadaan gelap Tiap 10 menit dalam 1 jam dilakukan pengukuran absorbansi menggunakan spektrofotometer UV-Vis ditentukan % degradasi
% degradasi Congo Red
60
Lampiran 3 : Data-Data Penelitian 1. Penentuan Aktivitas Elektroda Menggunakan Potentiostat Portable dengan Metode Linear Sweep Voltametry (LSV) a. Data LSV Elektroda TiO2/Ti Vis -1.00E+00 -2.50E-04 -9.99E-01 -2.50E-04 -9.98E-01 -2.50E-04 -9.97E-01 -2.50E-04 -9.96E-01 -2.50E-04 -9.95E-01 -2.50E-04 -9.94E-01 -2.50E-04 -9.93E-01 -2.50E-04 -9.92E-01 -2.50E-04 -9.91E-01 -2.50E-04 -9.90E-01 -2.50E-04 -9.89E-01 -2.50E-04 -9.88E-01 -2.50E-04 -9.87E-01 -2.50E-04 -9.86E-01 -2.50E-04 -9.85E-01 -2.50E-04 -9.84E-01 -2.50E-04 -9.83E-01 -2.50E-04 -9.82E-01 -2.50E-04 -9.81E-01 -2.50E-04 -9.80E-01 -2.50E-04 -9.79E-01 -2.50E-04 -9.78E-01 -2.50E-04 -9.77E-01 -2.50E-04 -9.76E-01 -2.50E-04 -9.75E-01 -2.50E-04 -9.74E-01 -2.50E-04 -9.73E-01 -2.50E-04 -9.72E-01 -2.50E-04 -9.71E-01 -2.50E-04 -9.70E-01 -2.50E-04 ……………. ……………. ……………. …………….
UV Gelap -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 -2.50E-04 ……………. ……………. ……………. …………….
9.44E-01 9.45E-01 9.46E-01 9.47E-01 9.48E-01 9.49E-01 9.50E-01 9.51E-01 9.52E-01 9.53E-01 9.54E-01 9.55E-01 9.56E-01 9.57E-01 9.58E-01 9.59E-01 9.60E-01 9.61E-01 9.62E-01 9.63E-01 9.64E-01 9.65E-01 9.66E-01 9.67E-01 9.68E-01 9.69E-01 9.70E-01 9.71E-01 9.72E-01 9.73E-01 9.74E-01 9.75E-01 1.00E+00
Vis 4.07E-06 4.04E-06 4.01E-06 4.01E-06 4.04E-06 4.04E-06 4.02E-06 4.03E-06 4.06E-06 4.08E-06 4.09E-06 4.11E-06 4.09E-06 4.05E-06 4.05E-06 4.04E-06 3.99E-06 3.93E-06 3.89E-06 3.86E-06 3.82E-06 3.82E-06 3.87E-06 3.88E-06 3.88E-06 3.84E-06 3.80E-06 3.83E-06 3.83E-06 3.81E-06 3.81E-06 3.82E-06 3.77E-06
UV 2.46E-05 2.46E-05 2.45E-05 2.45E-05 2.46E-05 2.47E-05 2.46E-05 2.47E-05 2.47E-05 2.46E-05 2.47E-05 2.49E-05 2.49E-05 2.47E-05 2.48E-05 2.48E-05 2.47E-05 2.48E-05 2.48E-05 2.47E-05 2.48E-05 2.48E-05 2.48E-05 2.49E-05 2.48E-05 2.48E-05 2.49E-05 2.50E-05 2.49E-05 2.47E-05 2.48E-05 2.49E-05 2.53E-05
Gelap 1.20E-06 1.21E-06 1.18E-06 1.12E-06 1.01E-06 9.59E-07 8.99E-07 8.00E-07 7.39E-07 7.23E-07 8.01E-07 8.12E-07 7.93E-07 8.34E-07 8.82E-07 9.43E-07 1.04E-06 1.06E-06 1.02E-06 1.00E-06 1.02E-06 1.04E-06 1.06E-06 1.14E-06 1.18E-06 1.14E-06 1.13E-06 1.16E-06 1.18E-06 1.21E-06 1.21E-06 1.21E-06 1.45E-06
61
b. Data LSV Elektroda Mn-TiO2/Ti Gelap UV Vis -1.00E+00 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.99E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.98E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.97E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.96E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.95E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.94E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.93E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.92E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.91E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.90E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.89E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.88E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.87E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.86E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.85E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.84E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.83E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.82E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.81E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.80E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.79E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.78E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.77E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.76E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.75E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.74E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.73E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.72E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.71E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.70E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.69E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 -9.68E-01 -2.50E-04 -2.40E-04 -2.50E-04 ……………. ……………. ……………. ……………. ……………. ……………. ……………. …………….
9.49E-01 9.50E-01 9.51E-01 9.52E-01 9.53E-01 9.54E-01 9.55E-01 9.56E-01 9.57E-01 9.58E-01 9.59E-01 9.60E-01 9.61E-01 9.62E-01 9.63E-01 9.64E-01 9.65E-01 9.66E-01 9.67E-01 9.68E-01 9.69E-01 9.70E-01 9.71E-01 9.72E-01 9.73E-01 9.74E-01 9.75E-01 9.76E-01 9.77E-01 9.78E-01 9.79E-01 9.80E-01 9.81E-01 9.82E-01 1.00E+00
Gelap 7.66E-09 6.70E-09 6.70E-09 7.66E-09 7.66E-09 5.75E-09 6.70E-09 7.66E-09 6.70E-09 6.70E-09 7.66E-09 6.70E-09 7.66E-09 6.70E-09 6.70E-09 6.70E-09 6.70E-09 7.66E-09 8.62E-09 8.62E-09 8.62E-09 7.66E-09 7.66E-09 7.66E-09 8.62E-09 8.62E-09 8.62E-09 7.66E-09 7.66E-09 7.66E-09 7.66E-09 7.66E-09 7.66E-09 7.66E-09 6.70E-09
UV 2.31E-05 2.32E-05 2.28E-05 2.25E-05 2.25E-05 2.24E-05 2.23E-05 2.22E-05 2.20E-05 2.18E-05 2.17E-05 2.15E-05 2.16E-05 2.19E-05 2.23E-05 2.31E-05 2.39E-05 2.43E-05 2.47E-05 2.48E-05 2.46E-05 2.44E-05 2.44E-05 2.43E-05 2.42E-05 2.42E-05 2.38E-05 2.33E-05 2.36E-05 2.36E-05 2.35E-05 2.42E-05 2.49E-05 2.57E-05 2.78E-05
Vis 5.78E-05 5.73E-05 5.78E-05 5.81E-05 5.80E-05 5.75E-05 5.75E-05 5.81E-05 5.79E-05 5.79E-05 5.79E-05 5.76E-05 5.74E-05 5.75E-05 5.80E-05 5.80E-05 5.78E-05 5.76E-05 5.84E-05 5.86E-05 5.83E-05 5.85E-05 5.84E-05 5.82E-05 5.84E-05 5.86E-05 5.82E-05 5.84E-05 5.87E-05 5.84E-05 5.81E-05 5.81E-05 5.81E-05 5.79E-05 5.83E-05
62
2. Data Karakterisasi XRD TiO2/Ti
63
3. Data Karakterisasi SEM-EDX Mn-TiO2/Ti
64
4. Penentuan Panjang Gelombang Spektrofotometer UV-Vis
Maksimum
(λmax)
dengan
5. Kurva Kalibrasi Congo Red
Tabel 3. Nilai Absorbansi dan Konsentrasi Congo Red Hasil Standarisasi Konsentrasi (ppm) 1 2 3
a (Slope) 0,1924 0,1924 0,1924
b (Intercept) 0,0495 0,0495 0,0495
Absorbansi 0,231 0.455 0,616
65
6. Data Degradasi Congo Red -
Perhitungan konsentrasi Congo Red dapat dihitung dengan persamaan:
Ket:
y = absorbansi b = intersep a = nilai slope x = konsentrasi
Konsentrasi Congo Red 1 ppm UV secara fotolisis pada t = 0:
Dengan perhitungan yang sama, konsentrasi congo red dapat dilihat pada Tabel. -
Perhitungan persentase degradasi Congo Red dapat dihitung dengan persamaan: Persentase degradasi (% D) =
Ket:
x 100%
Co = konsentrasi awal congo red (sebelum iradiasi) Ct = konsentrasi congo red pada t menit
Persentase degradasi Congo Red 3 ppm UV secara fotolisis pada t = 10:
Dengan perhitungan yang sama, persentase degradasi congo red dapat dilihat pada Tabel.
66
a. Fotolisis Degradasi Congo Red Menggunakan Sinar UV Waktu
A
B
0 10 20 30 40 50 60
0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924
0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495
Congo Red 1 ppm UV Congo Red 2 ppm UV Congo Red 3 ppm UV Absorbansi Konsentrasi Absorbansi Konsentrasi Absorbansi Konsentrasi 0.231 0.94334719 0.455 2.10758836 0.616 2.94438669 0.227 0.92255717 0.452 2.09199584 0.598 2.8508316 0.22 0.88617464 0.45 2.08160083 0.59 2.80925156 0.218 0.87577963 0.437 2.01403326 0.587 2.79365904 0.216 0.86538462 0.406 1.8529106 0.571 2.71049896 0.211 0.83939709 0.396 1.80093555 0.549 2.59615385 0.201 0.78742204 0.393 1.78534304 0.535 2.52338877
% degradasi CR 3 ppm UV 0 3.177405119 4.589585172 5.119152692 7.943512798 11.82700794 14.29832304
% Degradasi % degradasi CR 2 ppm UV 0 0.739827374 1.233045623 4.438964242 12.0838471 14.54993835 15.28976572
% degradasi CR 1 ppm UV 0 2.203856749 6.060606061 7.162534435 8.26446281 11.01928375 16.52892562
67
b. Fotolisis Degradasi Congo Red Menggunakan Sinar Visibel Waktu
A
B
0 10 20 30 40 50 60
0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924
0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495
Congo Red 1 ppm Vis Congo Red 2 ppm Vis Congo Red 3 ppm Vis Absorbansi Konsentrasi Absorbansi Konsentrasi Absorbansi Konsentrasi 0.231 0.94334719 0.455 2.10758836 0.616 2.94438669 0.23 0.93814969 0.454 2.10239085 0.614 2.93399168 0.224 0.90696466 0.448 2.07120582 0.612 2.92359667 0.222 0.89656965 0.44 2.02962578 0.603 2.87681913 0.221 0.89137214 0.435 2.00363825 0.586 2.78846154 0.215 0.86018711 0.418 1.91528067 0.584 2.77806653 0.211 0.83939709 0.401 1.82692308 0.58 2.75727651
% degradasi CR 3 ppm Vis 0 0.353045013 0.706090026 2.294792586 5.295675199 5.648720212 6.354810238
% Degradasi % degradasi CR 2 ppm Vis 0 0.246609125 1.726263872 3.699136868 4.932182491 9.124537608 13.31689273
% degradasi CR 1 ppm Vis 0 0.550964187 3.856749311 4.958677686 5.509641873 8.815426997 11.01928375
68
c. Fotokatalisis Degradasi Congo Red Menggunakan Elektroda TiO2/Ti pada Sinar UV Waktu (Menit) 0 10 20 30 40 50 60
Waktu (Menit) 0 10 20 30 40 50 60
A
B
0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924
0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495
A
B
0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924
0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495
CR 1 ppm UV TiO2/Ti Absorbansi Konsentrasi 0.231 0.943347193 0.202 0.792619543 0.194 0.751039501 0.181 0.683471933 0.168 0.615904366 0.148 0.511954262 0.138 0.45997921
CR 2 ppm UV TiO2/Ti Absorbansi Konsentrasi 0.455 2.107588358 0.415 1.89968815 0.389 1.764553015 0.358 1.603430353 0.347 1.546257796 0.336 1.489085239 0.315 1.37993763
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
% Degradasi CR 1 ppm UV
0.943347193 0.943347193 0.943347193 0.943347193 0.943347193 0.943347193 0.943347193
1 1.190163934 1.256055363 1.380228137 1.53164557 1.842639594 2.050847458
0 0.174091058 0.227976146 0.322248802 0.426342693 0.611199106 0.718253102
0 15.97796143 20.38567493 27.54820937 34.7107438 45.73002755 51.23966942
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
% Degradasi CR 2 ppm UV
2.107588358 2.107588358 2.107588358 2.107588358 2.107588358 2.107588358 2.107588358
1 1.109439124 1.194403535 1.314424635 1.36302521 1.415357766 1.527306968
0 0.103854594 0.177646927 0.27339903 0.309706649 0.347382337 0.423506033
0 9.864364982 16.27620222 23.92108508 26.63378545 29.34648582 34.52527744
69
Waktu (Menit) 0 10 20 30 40 50 60
A
B
0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924
0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495
CR 3 ppm UV TiO2/Ti Absorbansi Konsentrasi 0.616 2.944386694 0.505 2.367463617 0.485 2.263513514 0.47 2.185550936 0.451 2.086798337 0.441 2.034823285 0.42 1.925675676
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
% Degradasi CR 3 ppm UV
2.944386694 2.944386694 2.944386694 2.944386694 2.944386694 2.944386694 2.944386694
1 1.243688255 1.300803674 1.347205707 1.410958904 1.446998723 1.529014845
0 0.218081364 0.262982284 0.298032601 0.344269547 0.369491565 0.424623636
0 19.59399823 23.12444837 25.77228597 29.12621359 30.89143866 34.5984113
d. Fotokatalisis Degradasi Congo Red Menggunakan Elektroda TiO2/Ti pada Sinar Visibel Waktu (Menit) 0 10 20 30 40 50 60
A
B
0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924
0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495
CR 1 ppm Vis TiO2/Ti Absorbansi Konsentrasi 0.231 0.943347193 0.211 0.839397089 0.204 0.803014553 0.195 0.756237006 0.192 0.740644491 0.186 0.709459459 0.171 0.631496881
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
% Degradasi CR 1 ppm Vis
0.943347193 0.943347193 0.943347193 0.943347193 0.943347193 0.943347193 0.943347193
1 1.123839009 1.174757282 1.24742268 1.273684211 1.32967033 1.49382716
0 0.116750511 0.161061557 0.221079567 0.241913654 0.284931039 0.401341391
0 11.01928375 14.87603306 19.83471074 21.48760331 24.79338843 33.05785124
70
Waktu (Menit) 0 10 20 30 40 50 60
Waktu (Menit) 0 10 20 30 40 50 60
A
B
0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924
0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495
A
B
0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924
0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495
CR 2 ppm Vis TiO2/Ti Absorbansi Konsentrasi 0.455 2.107588358 0.42 1.925675676 0.399 1.816528067 0.386 1.748960499 0.378 1.707380457 0.365 1.63981289 0.36 1.613825364
CR 3 ppm Vis TiO2/Ti Absorbansi Konsentrasi 0.616 2.944386694 0.53 2.497401247 0.505 2.367463617 0.497 2.325883576 0.492 2.29989605 0.478 2.227130977 0.472 2.195945946
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
% Degradasi CR 2 ppm Vis
2.107588358 2.107588358 2.107588358 2.107588358 2.107588358 2.107588358 2.107588358
1 1.094466937 1.160228898 1.205052006 1.234398782 1.28526149 1.305958132
0 0.090267429 0.148617312 0.186522724 0.210584036 0.250962192 0.266936972
0 8.631319359 13.81011097 17.01602959 18.98890259 22.19482121 23.42786683
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
% Degradasi CR 3 ppm Vis
2.944386694 2.944386694 2.944386694 2.944386694 2.944386694 2.944386694 2.944386694
1 1.178980229 1.243688255 1.265921788 1.280225989 1.322053676 1.340828402
0 0.164649852 0.218081364 0.235800543 0.247036616 0.279186342 0.293287634
0 15.18093557 19.59399823 21.00617829 21.88879082 24.36010591 25.41924095
71
e. Fotokatalisis Degradasi Congo Red Menggunakan Elektroda Mn-TiO2/Ti pada Sinar UV Waktu (Menit) 0 10 20 30 40 50 60
Waktu (Menit) 0 10 20 30 40 50 60
A
B
0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924
0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495
A
B
0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924
0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495
CR 1 ppm UV Mn-TiO2/Ti Absorbansi Konsentrasi 0.231 0.943347193 0.21 0.834199584 0.186 0.709459459 0.17 0.626299376 0.151 0.527546778 0.138 0.45997921 0.127 0.402806653
CR 2 ppm UV Mn-TiO2/Ti Absorbansi Konsentrasi 0.455 2.107588358 0.427 1.962058212 0.407 1.858108108 0.366 1.645010395 0.351 1.567047817 0.327 1.442307692 0.316 1.385135135
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
% Degradasi CR 1 ppm UV
0.943347193 0.943347193 0.943347193 0.943347193 0.943347193 0.943347193 0.943347193
1 1.130841121 1.32967033 1.506224066 1.78817734 2.050847458 2.341935484
0 0.122961711 0.284931039 0.409605901 0.581196855 0.718253102 0.850977717
0 11.57024793 24.79338843 33.60881543 44.07713499 51.23966942 57.30027548
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
% Degradasi CR 2 ppm UV
2.107588358 2.107588358 2.107588358 2.107588358 2.107588358 2.107588358 2.107588358
1 1.074172185 1.134265734 1.281200632 1.344941957 1.461261261 1.521575985
0 0.071550305 0.125985511 0.247797632 0.296350857 0.37929994 0.41974663
0 6.905055487 11.83723798 21.94821208 25.64734895 31.56596794 34.27866831
72
Waktu (Menit) 0 10 20 30 40 50 60
A
B
0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924
0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495
CR 3 ppm UV Mn-TiO2/Ti Absorbansi Konsentrasi 0.616 2.944386694 0.595 2.835239085 0.555 2.627338877 0.55 2.601351351 0.529 2.492203742 0.506 2.372661123 0.467 2.16995842
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
% Degradasi CR 3 ppm UV
2.944386694 2.944386694 2.944386694 2.944386694 2.944386694 2.944386694 2.944386694
1 1.038496792 1.120672601 1.131868132 1.181438999 1.240963855 1.356886228
0 0.037774275 0.113929042 0.123869482 0.166733186 0.21588838 0.305192536
0 3.706972639 10.7678729 11.65048544 15.35745808 19.41747573 26.30185349
f. Fotokatalisis Degradasi Congo Red Menggunakan Elektroda Mn-TiO2/Ti pada Sinar Visibel Waktu (Menit) 0 10 20 30 40 50 60
A
B
0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924
0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495
CR 1 ppm Vis Mn-TiO2/Ti Absorbansi Konsentrasi 0.231 0.943347193 0.192 0.740644491 0.17 0.626299376 0.145 0.496361746 0.121 0.371621622 0.107 0.298856549 0.094 0.231288981
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
% Degradasi CR 1 ppm Vis
0.943347193 0.943347193 0.943347193 0.943347193 0.943347193 0.943347193 0.943347193
1 1.273684211 1.506224066 1.90052356 2.538461538 3.156521739 4.078651685
0 0.241913654 0.409605901 0.642129406 0.931558204 1.149470706 1.405766465
0 21.48760331 33.60881543 47.38292011 60.60606061 68.31955923 75.48209366
73
Waktu (Menit) 0 10 20 30 40 50 60
Waktu (Menit) 0 10 20 30 40 50 60
A
B
0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924
0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495
A
B
0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924 0.1924
0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495 0.0495
CR 2 ppm Vis Mn-TiO2/Ti Absorbansi Konsentrasi 0.455 2.107588358 0.408 1.863305613 0.36 1.613825364 0.341 1.515072765 0.273 1.161642412 0.246 1.021309771 0.214 0.854989605
CR 3 ppm Vis Mn-TiO2/Ti Absorbansi Konsentrasi 0.616 2.944386694 0.51 2.393451143 0.469 2.18035343 0.448 2.071205821 0.429 1.972453222 0.396 1.800935551 0.379 1.712577963
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
% Degradasi CR 2 ppm Vis
2.107588358 2.107588358 2.107588358 2.107588358 2.107588358 2.107588358 2.107588358
1 1.131101813 1.305958132 1.391080617 1.814317673 2.063613232 2.465045593
0 0.123192214 0.266936972 0.330080868 0.59570946 0.724458442 0.902210303
0 11.59062885 23.42786683 28.1134402 44.88286067 51.54130703 59.43279901
C0
C0/Ct
ln C0/Ct
% Degradasi CR 3 ppm Vis
2.944386694 2.944386694 2.944386694 2.944386694 2.944386694 2.944386694 2.944386694
1 1.230184582 1.350417163 1.421580928 1.492753623 1.634920635 1.719271624
0 0.207164225 0.300413555 0.351769582 0.400622484 0.491594262 0.541900727
0 18.7113857 25.94880847 29.65578111 33.00970874 38.83495146 41.83583407
74
7. Grafik Penentuan Tetapan Laju Degradasi a. Kurva Linear Menggunakan Elektroda TiO2/Ti pada Sinar UV
75
b. Kurva Linear Menggunakan Elektroda TiO2/Ti pada Sinar Visibel
76
77
c. Kurva Linear Menggunakan Elektroda Mn-TiO2/Ti pada Sinar UV
78
d. Kurva Linear Menggunakan Elektroda Mn-TiO2/Ti pada Sinar Visibel
79
80
Lampiran 4 : Dokumentasi Penelitian 1. Preparasi Plat Titanium (Ti)
Pengamplasan plat Ti
Dicuci dengan larutan detergen dan aquades
Etching
2. Pembuatan Lapis Tipis TiO2/Ti melalui Proses Oksidasi Anodik
Proses Oksidasi Anodik
Kalsinasi suhu 500 oC
Elektroda TiO2/Ti
3. Proses Doping Mangan pada Elektroda TiO2/Ti Secara Elektrodeposisi
Proses elektrodeposisisi Mn-TiO2/Ti
Elektroda Mn-TiO2/Ti
81
4.
Pembuatan Larutan Uji
Congo red dengan konsentrasi 1 ppm, 2 ppm dan 3 ppm
