Embed Size (px)
Citation preview
Optimasi Penurunan Konsentrasi Zat Warna Rhodamin B dengan Kombinasi
Sistem Adsorpsi dan Fotoelektrodegradasi
Disusun Oleh :
VELINA ANJANI
M0311070
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains dalam
bidang ilmu kimia
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Agustus, 2015
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi
Optimasi Penurunan Konsentrasi Zat Warna Rhodamin B dengan Kombinasi
Sistem Adsorpsi dan Fotoelektrodegradasi
VELINA ANJANI
NIM. M0311070
LEMBAR SIAP UJI
Surakarta, 10 Juli 2015
Skripsi ini di bimbing oleh :
Pembimbing I Pembimbing II
Dr. Sayekti Wahyuningsih, M.Si Candra Purnawan, M.Sc
NIP. 197112111997022001 NIP. 197812282005011001
Disahkan oleh
Ketua Jurusan Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si
NIP. 19730124 199903 2001
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “OPTIMASI
PENURUNAN KONSENTRASI ZAT WARNA RHODAMIN B DENGAN KOMBINASI
SISTEM ADSORPSI DAN FOTOELEKTRODEGRADASI” 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,
Velina Anjani
Optimasi Penurunan Konsentrasi Zat Warna Rhodamin B dengan Kombinasi Sistem
Adsorpsi dan Fotoelektrodegradasi
VELINA ANJANI
Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret, Jl. Ir.
Sutami 36A Surakarta 57126
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian kombinasi sistem adsorpsi dan fotoelektrodegradasi untuk
pengurangan kandungan zat warna Rhodamin B di dalam pelarut air. Proses adsorpsi dilakukan
menggunakan adsorben silika dan alumina yang diaktivasi menggunakan H2SO4 1 M dan NaOH
1 M. Selain itu, adsorpsi Rhodamin B 10 ppm menggunakan adsorben teraktivasi asam dan basa
juga dilakukan pada variasi pH awal Rhodamin B antara lain 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, dan 12.
Sedangkan fotoelektrodegradasi dilakukan menggunakan elektroda Ti/TiO2 sebagai katoda dan
Ti/TiO2-NiO sebagai anoda. TiO2 disintesis dengan menggunakan prekursor Tetra
isopropoksida(TTiP) dengan metode sol gel dan komposit TiO2-NiO disintesis dengan precursor
TTiP dan Ni(NO3)2.6H2O. Karakterisasi material dilakukan dengan spektrofotometer ultraviolet-
visibel, X-Ray Diffraction (XRD), dan Fourrier Transform Infra Red (FTIR).
Aktivasi adsorben yang dilakukan dapat meningkatkan kemampuan adsorpsi zat warna
Rhodamin B pada adsorben silika teraktivasi asam sebesar 97,23% ±0,113 dan alumina teraktivasi
basa sebesar 87,12% ±0,371. pH juga mempengaruhi kemampuan adsorpsi Rhodamin B pada
silika dan alumina. Silika teraktivasi asam memiliki kemampuan adsorpsi rhodamin B optimum
pada pH = 9 sedangkan silika teraktivasi basa memiliki kemampuan adsorpsi rhodamin B optimum
pada pH = 2. Alumina teraktivasi asam memiliki kemampuan adsorpsi rhodamin B optimum pada
pH = 8 sedangkan alumina teraktivasi basa memiliki kemampuan adsorpsi rhodamin B optimum
pada pH = 2. Fotoelektrodegradasi zat warna Rhodamin B menggunakan elektroda yang telah
disintesis, dengan lama waktu 10 menit dan beda potensial 6 Volt mampu mendegradasi zat warna
hingga 90,76% ±0,046. Kombinasi sistem adsorpsi dan fotoelektrodegradasi menyebabkan
aktivitas penurunan konsentrasi zat warna rhodamin B mengalami peningkatan rata-rata sebesar
12,11% ±6,04.
Kata kunci: Adsorpsi, fotoelektrodegradasi, Rhodamin B, TiO2-NiO
Optimation of Rhodamin B Decolorination by Adsorption and Photoelectrodegradation
Combination Systems
VELINA ANJANI
Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Sebelas Maret
University, Jl. Ir. Sutami 36A Surakarta 57126
ABSTRACT
The experiments of adsorption and photoelectrodegradation for Rhodamine B
decolorination in aqueous have been done. Adsorption process was carried out using silica and
alumina adsorbent were activated by 1 M H2SO4 and 1 M NaOH, respectively. Moreover, the
adsorption of 10 ppm Rhodamine B using acid activated adsorbent as well as base activated
adsorbent were performed at a various initial pH of Rhodamine B i.e 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11,
and 12. Meanwhile, the photoelectrodegradation was performed using Ti/TiO2 electrode as
cathode and Ti/TiO2-NiO electrode as anode. TiO2 was synthesized using Titanium
tetraisopropoxide (TTiP) precursor, while TiO2-NiO composite was synthesized using TTiP and
Ni(NO3)2.6H2O precursor. The materials obtained were characterized by Ultraviolet-Visible
spectrophotometer, X-Ray Diffraction (XRD), and Fourrier Transform Infra Red (FTIR).
Acid activated silica has adsorption capability about 97,23% ±0,113for Rhodamine B
adsoption, whereas base activated alumina has it about 87,12% ±0,371. pH also affects the
adsorption ability of Rhodamine B onto both silica and alumina adsorbent. Acid activated silica
has optimum adsorption ability of rhodamine B at pH = 9, while the base activated silica has
adsorption ability of rhodamine B optimum at pH = 2. Acid activated alumina have optimum
adsorption ability of rhodamine B at pH = 8, while the base activated alumina have adsorption
ability of rhodamine B optimum at pH = 2. Photoelectrodegradation of Rhodamine B which carried
out by 6 Volt bias potential for 10 minute reached 90,76% ±0,046 degradation result. Then, the
combination of adsorption and photoelectrodegradation process has led average improvement to
reduce the concentration of Rhodamine B up to 12,11% ±6,04.
Keywords : Adsorption, photoelectrodegradation, Rhodamine B, TiO2-NiO
MOTTO
"Sesuatu yang belum dikerjakan, seringkali tampak mustahil; kita baru yakin kalau kita telah
berhasil melakukannya dengan baik." (Evelyn Underhill)
“Barangsiapa bersungguh-sungguh, sesungguhnya kesungguhannya itu adalah untuk dirinya
sendiri.” (QS Al-Ankabut [29]: 6)
PERSEMBAHAN
Untuk
Ibu dan Bapakku
serta Ariantama Djatisulistya
Terima kasih atas doa dan dukungannya.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat, karunia, dan
ijin-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini untuk memenuhi persyaratan
guna memperoleh 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. Kedua Orang tua saya dan keluarga saya yang telah memberikan kasih sayang dan
dukungan.
3. Ibu Dr. Sayekti Wahyuningsih, M.Si selaku Pembimbing 1.
4. Bapak Candra Purnawan, M.Sc selaku Pembimbing 2
5. Ibu Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si selaku Ketua Jurusan Kimia FMIPA UNS
6. Bapak Dr. rer. nat. Fajar Rakhman Wibowo, M.Si selaku Pembimbing Akademis.
7. Bapak dan Ibu dosen Jurusan Kimia FMIPA UNS
8. Semua pihak yang telah membantu yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
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, 8 Juli 2015
Velina Anjani
DAFTAR ISI
Halaman
SURAKARTA ......................................................................................................... 1
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................. 2
PERNYATAAN ...................................................................................................... 3
ABSTRAK ............................................................................................................... 4
ABSTRACK ............................................................................................................ 5
MOTTO ................................................................................................................... 6
PERSEMBAHAN .................................................................................................... 7
KATA PENGANTAR ............................................................................................. 8
DAFTAR ISI ............................................................................................................ 8
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. 10
DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................... 13
BAB I. PENDAHULUAN ..................................... Error! Bookmark not defined.
A. Latar Belakang Masalah .............................. Error! Bookmark not defined.
B. Perumusan Masalah ..................................... Error! Bookmark not defined.
1. Identifikasi Masalah ................................ Error! Bookmark not defined.
2. Batasan Masalah ...................................... Error! Bookmark not defined.
3. Rumusan Masalah ................................... Error! Bookmark not defined.
C. Tujuan Penelitian ......................................... Error! Bookmark not defined.
D. Manfaat Penelitian ....................................... Error! Bookmark not defined.
BAB II. LANDASAN TEORI ............................... Error! Bookmark not defined.
A. Tinjauan Pustaka ......................................... Error! Bookmark not defined.
1. Adsorpsi .................................................. Error! Bookmark not defined.
2. Degradasi Fotoelektrokatalitik TiO2 ....... Error! Bookmark not defined.
3. Titanium Dioksida ................................... Error! Bookmark not defined.
4. Komposit TiO2-NiO ................................ Error! Bookmark not defined.
5. Rhodamin B............................................. Error! Bookmark not defined.
6. Spektrofotometer Ultraviolet-Visible (UV-Vis)Error! Bookmark not defined.
7. X-Ray Diffraction (XRD) ........................ Error! Bookmark not defined.
8. Spektrofotometer Fourrier Transform Infra Red (FT-IR)Error! Bookmark not
defined.
B. Kerangka Pemikiran .................................... Error! Bookmark not defined.
C. Hipotesis ...................................................... Error! Bookmark not defined.
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN ............. Error! Bookmark not defined.
A. Metode Penelitian ........................................ Error! Bookmark not defined.
B. Waktu dan Tempat Penelitian ..................... Error! Bookmark not defined.
C. Alat dan Bahan yang Digunakan ................. Error! Bookmark not defined.
1. Alat yang digunakan................................ Error! Bookmark not defined.
2. Bahan yang digunakan ............................ Error! Bookmark not defined.
D. Prosedur Penelitian ...................................... Error! Bookmark not defined.
1. Aktivasi Adsorben Silika dan Alumina ... Error! Bookmark not defined.
2. Sintesis TiO2 ............................................ Error! Bookmark not defined.
3. Sintesis Komposit TiO2-NiO ................... Error! Bookmark not defined.
4. Preparasi Elektroda Ti/TiO2 dan Ti/TiO2-NiOError! Bookmark not defined.
5. Preparasi Zat Warna Rhodamin B ........... Error! Bookmark not defined.
6. Adsorpsi Rhodamin B ............................. Error! Bookmark not defined.
7. Degradasi Rhodamin B ........................... Error! Bookmark not defined.
E. Teknik Pengumpulan Data .......................... Error! Bookmark not defined.
F. Teknik Analisa Data dan Penyimpulan HasilError! Bookmark not defined.
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .............. Error! Bookmark not defined.
A. Aktivasi Adsorben dan Karakterisasi .......... Error! Bookmark not defined.
B. Sintesis dan Karakterisasi TiO2 ................... Error! Bookmark not defined.
C. Sintesis dan Karakterisasi Komposit TiO2-NiOError! Bookmark not defined.
D. Karakterisasi Elektroda Ti/TiO2 dan Ti/TiO2-NiOError! Bookmark not defined.
E. Aktivitas Adsorpsi Rhodamin B pada Adsorben Alumina dan SilikaError! Bookmark
not defined.
F. Degradasi Fotoelektrokatalitik zat warna Rhodamin BError! Bookmark not defined.
G. Gabungan Sistem Adsorpsi dan Sistem Fotoelektrodegradasi pada zat warna Rhodamin B
Error! Bookmark not defined.
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ............... Error! Bookmark not defined.
A. Kesimpulan .................................................. Error! Bookmark not defined.
B. Saran ............................................................ Error! Bookmark not defined.
DAFTAR PUSTAKA ............................................ Error! Bookmark not defined.
Lampiran ................................................................ Error! Bookmark not defined.
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1. Gambar 1. Mekanisme fotokatalitik pada TiO2 (Pelaez et al., 2012) 11
2. Gambar 2. Skema proses fotoelektrodegradasi ………………….... 12
3. Gambar 3. Struktur kristal anatase dan rutil ………………………. 13
4. Gambar 4. Bentuk struktur Rhodamin B (Motahari et al., 2014) … 15
5. Gambar 5. Difraktogram XRD TiO2 anatase …………………...… 17
6. Gambar 6. Spektroskopi inframerah dari adsorben (a) silika (b)
alumina (Huang et al., 2011; Kannan et al., 2008)… 18
7. Gambar 7. Spektra FT-IR adsorben silika (a) tanpa aktivasi (b)
aktivasi asam (c) aktivasi basa ……………………….... 28
8. Gambar 8. Reaksi aktivasi adsorben alumina menggunakan asam dan
basa ………………………………………………... 29
9. Gambar 9. Spektra FT-IR adsorben alumina (a) tanpa aktivasi (b)
aktivasi asam (c) aktivasi basa……………………….... 30
10. Gambar 10. Difraktogram XRD kristal TiO2 anatase hasil sintesis ... 31
11. Gambar 11. Difraktogram XRD komposit TiO2-NiO hasil sintesis (N
: NiTiO3; A : TiO2 anatase; R : TiO2 rutil ……………… 32
12. Gambar 12. Difraktogram XRD elektroda Ti ……………………….. 33
13. Gambar 13. Difraktogram XRD fotoanoda Ti/TiO2-NiO …………… 33
14. Gambar 14. Difraktogram XRD katoda Ti/TiO2 ……………………. 34
15. Gambar 15. Grafik persentase (%) Rhodamin B teradsorp dengan
adsorben silika tanpa aktivasi, teraktivasi asam dan
teraktivasi basa …………………………………………. 35
16. Gambar 16. Grafik persentase (%) Rhodamin B teradsorb dengan
adsorben alumina tanpa aktivasi, teraktivasi asam, dan
teraktivasi basa ………………………………………….. 36
17. Gambar 17. Grafik persentase (%) teradsorp dari Rhodamin B
bervariasi pH dengan adsorben silika teraktivasi asam dan
basa …………………………………………………. 37
18. Gambar 18. Grafik persentase (%) teradsorp dari Rhodamin B
bervariasi pH dengan adsorben alumina teraktivasi asam
dan basa ………………………………………………… 38
19. Gambar 19. Grafik persentase terdegradasi dari zat warna Rhodamin
B (a) tanpa perlakuan pH, (b) kondisi optimum asam (pH
2), (c) kondisi optimum basa (pH 8), dan (C) kondisi
optimum basa (pH 9) dengan voltase (6 volt) …………. 39
20. Gambar 20. Grafik persentase dari zat warna Rhodamin B teradsorp
dan terdegradasai oleh gabungan sistem adsorpsi pada pH
optimum dan fotoelektrodegradasi ………………… 40
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1. Lampiran 1. Perhitungan %ΔT adsorben silika dan alumina tanpa
aktivvasi, teraktivasi asam, dan teraktivasi basa ………… 49
2. Lampiran 2. Data konsentrasi sisa zat warna Rhodamin B teradsorp
menggunakan variasi adsorben silika dan alumina ……… 52
3. Lampiran 3. Data konsentrasi sisa zat warna Rhodamin B pada variasi
pH awal larutan menggunakan adsorben silika teraktivasi
asam dan basa ……………………………………………. 52
4. Lampiran 4. Data konsentrasi sisa zat warna Rhodamin B pada variasi
pH awal larutan menggunakan adsorben alumina teraktivasi
asam dan basa ………………………………… 53
5. Lampiran 5. Standar JCPDS TiO2 anatase ……………………………. 54
6. Lampiran 6. Standar JCPDS NiTiO3 ………………………………….. 55
7. Lampiran 7. Standar JCPDS Ti ……………………………………….. 55
8. Lampiran 8. Data presentase degradasi zat warna Rhodamin B
menggunakan variasi pH optimum adsorpsi …………….. 56
9. Lampiran 9. Data persentase penurunan konsentrasi zat warna
Rhodamin B menggunakan kombinasi sistem adsorpsi dan
fotoelektrodegradasi …………………………………….. 56
