OPTIMASI DEKOLORISASI REMAZOL YELLOW FG DENGAN KOMBINASI SISTEM ADSORPSI DAN FOTOELEKTRODEGRADASI MENGGUNAKAN FOTOANODA Ti/TiO2-PbO
Disusun Oleh :
PUJI ESTIANINGSIH M0311055
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains dalam bidang ilmu kimia
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2015 i
ii
PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “Optimasi Dekolorisasi Remazol Yellow FG dengan Kombinasi Sistem Adsorpsi dan Fotoelektrodegradasi Menggunakan Fotoanoda Ti/TiO2-PbO” belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Surakarta, Agustus 2015
PUJI ESTIANINGSIH
iii
Optimasi Dekolorisasi Remazol Yellow FG dengan Kombinasi Sistem Adsorpsi dan Sistem Fotoelektrodegradasi Menggunakan Fotoanoda Ti/TiO2-PbO PUJI ESTIANINGSIH Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir. Sutami 36A Surakarta 57126
ABSTRAK Telah dilakukan penelitian mengenai pengaruh kombinasi sistem adsorpsi dan fotoelektrodegradasi untuk dekolorisasi Remazol Yellow FG. Adsorpsi dilakukan menggunakan adsorben alumina dan silika yang diaktivasi menggunakan H2SO4 1 M dan NaOH 1 M. Fotoelektrodegradasi dilakukan menggunakan elektroda Ti/TiO2 sebagai katoda dan Ti/TiO2-PbO sebagai anoda. Karakterisasi material dilakukan menggunakan spektrofotometer UV-Vis, X-Ray Diffraction (XRD), dan Fourier Transform Infra Red (FTIR). Aktivasi adsorben dapat meningkatkan kemampuan adsorpsi Remazol Yellow FG pada alumina aktivasi asam dan silika aktivasi basa masing-masing sebesar 99,50% dan 81,63%. Faktor pH mempengaruhi kemampuan adsorpsi Remazol Yellow FG, dimana alumina asam optimum pH = 3, alumina basa optimum pH = 4 dan pH = 10, silika asam optimum pH = 5, silika basa optimum pH = 6 dan pH = 10. Fotoelektrodegradasi zat warna Remazol Yellow FG menggunakan anoda TiO2PbO dengan beda potensial 7,5 Volt selama 10 menit mampu mendegradasi zat warna hingga 72,75%. Hasil sistem adsorpsi dan fotoelektrodegradasi dapat di kombinasikan sehingga menghasilkan persentase dekolorisasi Remazol Yellow FG mencapai 99,70%. Kata Kunci: Adsorpsi, fotoelektrodegradasi, Remazol Yellow FG, TiO2-PbO
iv
Optimation Decolorization of Remazol Yellow FG with Adsorption and Photoelectrodegradation System Using Photoanoda Ti/TiO2-PbO PUJI ESTIANINGSIH
Departement of Chemsitry, Mathematics and Natural Science Faculty, Sebelas Maret University, Jl. Ir. Sutami 36A Surakarta 57126
ABSTRACT The combination of adsorption and photoelectrodegradation system for Remazol Yellow FG decolorization has been studied. Adsorption was done using alumina and silica, which it were activated using H2SO4 1 M and NaOH 1 M. Photoelectrodegradation cell were built by electrode Ti/TiO2 as a cathode and Ti/TiO2-PbO as an anode. Material characterization were performed by Spectrophotometer UV-Vis, X-Ray Diffraction (XRD), and Fourier Transform Infra Red (FTIR). Activation of the adsorbent can increase Remazol Yellow FG adsorption on alumina base and silica acid were reached 99,50% and 81,63%, respectively. The optimum condition of Remazol Yellow FG 6 adsorption by alumina acid was at pH = 3, alumina base were at pH = 4 and pH = 10, silica acid was at pH = 5, and silica base were at pH = 6 and pH = 10. Degradation of Remazol Yellow FG using TiO2-PbO electrode was 72,75% at a potential cells of 7,5 Volts for 10 minutes. The combination of adsorption and photoelectrodegradation can decrease the concentration Remazol Yellow FG achieved 99,70%.
Key words: Adsorption, photoelectrodegradation, Remazol Yellow FG, TiO2PbO
v
MOTTO
“If you can’t fly then run, if you can’t run then walk. If you can’t walk then crawl. But wherever you do you have to keep moving forward” “Therefore remember Me, I will remember you” (Q.S Al-Baqarah 2:152) “Verily, with every difficulty there is a relief” (Q.S Insyirah 94:5)
vi
PERSEMBAHAN
Karya ini saya persembahkan untuk Mama dan Bapak Terimakasih atas setiap doa, kasih sayang dan dukungannya kepadaku
Inorganic Materials Research Group Ibu Dr. Sayekti Wahyuningsih dan Bpk Candra Purnawan, M.Sc Terimakasih atas bimbingannya selama proses mengerjakan penelitian ini
vii
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat, karunia, dan ijin-Nya sehingga dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini untuk memenuhi persyaratan guna mencapai gelar Sarjana Sains dari Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret. Dalam penyusunan laporan ini, penulis tidak lepas dari bimbingan, pengarahan dan bantuan dari berbagai pihak, maka pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Allah SWT atas berkat dan anugerah-Nya sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini. 2. Bapak Saeroji dan Ibu Sri Alimah selaku kedua Orang tua saya yang telah
memberikan kasih sayang dan dukungan. 3. Ibu Dr. Sayekti Wahyuningsih, M.Si selaku Pembimbing 1 sekaligus
Pembimbing Akademis. 4. Bapak Candra Purnawan, M.Sc selaku Pembimbing 2. 5. Ibu Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si selaku Kepala Program Studi Kimia
FMIPA UNS. 6. Alm. Dr. Mudjijijono, Ph.D selaku Pembimbing Akademis. 7. Bapak Edi Pramono, M.Si selaku ketua Laboratorium Kimia FMIPA UNS. 8. Bapak dan Ibu dosen Jurusan Kimia FMIPA UNS. 9. Semua pihak yang telah membantu.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi hasil yang lebih baik lagi. Penulis juga berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat dan memberi tambahan ilmu bagi pembaca. Aamiin Surakarta, Agustus 2015
Puji Estianingsih
viii
DAFTAR ISI
Halaman HALAMAN JUDUL ..............................................................................
i
HALAMAN PENGESAHAN .................................................................
ii
HALAMAN PERNYATAAN..................................................................
iii
HALAMAN ABSTRAK ..........................................................................
iv
HALAMAN ABSTRACT .........................................................................
v
HALAMAN MOTTO ..............................................................................
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN ...............................................................
vii
KATA PENGANTAR .............................................................................
viii
DAFTAR ISI ...........................................................................................
ix
DAFTAR GAMBAR ..............................................................................
xi
DAFTAR LAMPIRAN ...........................................................................
xiii
BAB I PENDAHULUAN .......................................................................
1
A. Latar Belakang ..........................................................................
1
B. Perumusan Masalah ...................................................................
4
1. Identifikasi Masalah ............................................................
4
2. Batasan Masalah ..................................................................
5
3. Rumusan Masalah ...............................................................
6
C. Tujuan Penelitian ......................................................................
6
D. Manfaat Penelitian .....................................................................
7
BAB II LANDASAN TEORI .................................................................
8
A. Tinjauan Pustaka ........................................................................
8
1. Fotoaktivitas Titanium Dioksida (TiO2) ..............................
8
2. Komposit TiO2-PbO ...........................................................
11
3. Degradasi Fotoelektrokatalitik ............................................
12
4. Adsorpsi .............................................................................
14
5. Remazol Yellow FG ............................................................
15
6. Karakterisasi Material ........................................................
16
B. Kerangka Pemikiran ..................................................................
20
ix
C. Hipotesis ...................................................................................
21
BAB III METODOLOGI PENELITIAN..................................................
22
A. Metodologi Penelitian .......................................................... 22 B. Tempat dan Waktu Penelitian ...................................................
22
C. Alat dan Bahan Penelitian ........................................................
24
1. Alat yang digunakan ...........................................................
23
2. Bahan yang digunakan .......................................................
23
D. Prosedur Penelitian ..................................................................
24
1. Preparasi Adsorben ............................................................
24
2. Proses Adsorpsi ..................................................................
24
3. Proses Fotoelekroegradasi ..................................................
25
E. Teknik Pengumpulan Data .......................................................
26
F. Analisis Data ............................................................................
27
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................
28
A. Preparasi Adsorben ...................................................................
28
B. Proses Adsorpsi .........................................................................
31
C. Sintesis dan Karakterisasi ..........................................................
38
D. Proses Fotoelektrodegradasi ......................................................
42
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................
46
A. Kesimpulan ................................................................................
46
B. Saran .........................................................................................
46
DAFTAR PUSTAKA .............................................................................
47
LAMPIRAN ...........................................................................................
53
x
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 1.
Struktur kristal anatase dan rutil .........................................
8
Gambar 2.
Mekanisme fotokatalis pada TiO2 ......................................
10
Gambar 3.
Skema mekanisme aktivitas fotokatalitik zat warna dengan komposit TiO2-PbO ............................................................
12
Gambar 4.
Skema proses fotoelektrokatalisis .......................................
13
Gambar 5.
Struktur zat warna Remazol Yellow FG ..............................
16
Gambar 6.
Spektroskopi inframerah adsorben (a) silika (b) alumina ....
17
Gambar 7.
Pola difraktogram TiO2 .......................................................
18
Gambar 8.
Reaksi hidrasi alumina .......................................................
28
Gambar 9.
Reaksi aktivasi adsorben alumina menggunakan (a) asam dan (b) basa ...............................................................................
28
Gambar 10. Spektra FT-IR adsorben alumina (a) tanpa aktivasi (b) teraktivasi basa (c) teraktivasi asam ...............................
29
Gambar 11. Spektra FT-IR adsorben silika (a) tanpa aktivasi (b) teraktivasi basa (c) teraktivasi asam ..............................
30
Gambar 12. Pengaruh aktivasi asam dan basa adsorben alumina terhadap adsorpsi zat warna Remazol Yellow FG pH 6,8 ...................
32
Gambar 13. Pengaruh aktivasi asam dan basa adsorben silika terhadap adsorpsi zat warna Remazol Yellow FG pH 6,8 ..................
33
Gambar 14. Skema mekanisme adsorpsi zat warna Remazol Yellow FG pada adsorben silika teraktivasi asam .................................
34
Gambar 15. Pengaruh pH terhadap persentase adsorpsi zat warna Remazol Yellow FG menggunakan adsorben alumina basa
34
Gambar 16. Pengaruh pH terhadap persentase adsorpsi zat warna Remazol Yellow FG menggunakan adsorben silika basa .....
35
Gambar 17. Skema mekanisme adsorpsi zat warna Remazol Yellow FG pada adsorben (a) alumina teraktivasi basa (b) silika teraktivasi basa ..................................................................
xi
36
Gambar 18. Pengaruh pH terhadap persentase adsorpsi zat warna Remazol Yellow FG menggunakan adsorben alumina asam ...................................................................................
37
Gambar 19. Pengaruh pH terhadap persentase adsorpsi zat warna Remazol Yellow FG menggunakan adsorben silika asam ..................................................................................
37
Gambar 20. Difraktogram XRD hasil sintesis TiO 2 ................................
38
Gambar 21. Difraktogram XRD hasil sintesis TiO2-PbO .......................
39
Gambar 22. Elektroda (a) Ti/TiO2, (b) Ti/TiO2-PbO ..............................
40
Gambar 23. Difraktogram XRD elektroda Ti .........................................
41
Gambar 24. Difraktogram XRD elektroda Ti/TiO2 ...............................
41
Gambar 25. Difraktogram XRD elektroda Ti/TiO2-PbO ........................
42
Gambar 26. Fotoelektrodegradasi zat warna Remazol Yellow FG dilakukan pada voltase 7,5 V selama 10 menit pada pH optimum adsorpsi (a) RY tanpa perlakuan netral (pH 6,8) (b) RY pada pH 3 (c) RY pada pH 7 (d) RY pada pH 10 .........................................................................
43
Gambar 27. Persentase penurunan konsentrasi zat warna Remazol Yellow FG setelah proses adsorpsi dan fotoelektrodegradasi menggunakan adsorben (a) alumina asam b) alumina basa (c) silika asam dan (d) silika basa. Fotoelektrodegradasi dilakukan pada voltase 7,5 V selama 10 menit ...................
xii
45
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1.
Perhitungan %ΔT adsorben alumina, alumina teraktivasi asam, alumina teraktivasi basa ..........................................
Lampiran 2.
Perhitungan %ΔT adsorben silika, silika teraktivasi asam, silika teraktivasi basa ........................................................
Lampiran 3.
56
Data konsentrasi sisa zat warna Remazol Yellow FG menggunakan variasi adsorben silika ................................
Lampiran 5.
54
Data konsentrasi sisa zat warna Remazol Yellow FG menggunakan variasi adsorben alumina ............................
Lampiran 4.
53
56
Data konsentrasi sisa zat warna Remazol Yellow FG pada variasi pH awal larutan menggunakan adsorben alumina basa ..................................................................................
Lampiran 6.
Data konsentrasi sisa zat warna Remazol Yellow FG pada variasi pH awal larutan menggunakan adsorben silika basa
Lampiran 7.
56
57
Data konsentrasi sisa zat warna Remazol Yellow FG pada variasi pH awal larutan menggunakan adsorben alumina asam .................................................................................
Lampiran 8.
57
Data konsentrasi sisa zat warna Remazol Yellow FG pada variasi pH awal larutan menggunakan adsorben silika asam .................................................................................
57
Standar JCPDS TiO2 anatase ............................................
58
Lampiran 10. Standar JCPDS PbTiO3 .....................................................
58
Lampiran 11. Standar JCPDS PbO ..........................................................
59
Lampiran 12. Standar JCPDS Ti .............................................................
59
Lampiran 9.
Lampiran 13. Data persentase degradasi zat warna Remazol Yellow FG menggunakan variasi pH awal larutan ..............................
60
Lampiran 14. Data persentase penurunan zat warna Remazol Yellow FG menggunakan kombinasi adsorpsi dan Fotoelektrodegradasi
60
xiii
