PADA PERTUMBUHAN KRISTAL DAN FOTOAKTIVITAS TiO2

KRISTAL DAN FOTOAKTIVITAS TiO 2

Disusun Oleh : WIDIYA NUR HIDAYATIKA

M0307069

SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

April, 2012

JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

commit to user

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul ” EFEK PENAMBAHAN Cr 3+ PADA PERTUMBUHAN KRISTAL DAN

FOTOAKTIVITAS TiO 2 ” adalah benar-benar hasil penelitian sendiri dan tidak

terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat kerja atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Surakarta, April 2012

WIDIYA NUR HIDAYATIKA

commit to user

EFEK PENAMBAHAN Cr 3+ PADA PERTUMBUHAN

KRISTAL DAN FOTOAKTIVITAS TiO 2

WIDIYA NUR HIDAYATIKA

Jurusan Kimia. Fakultas Matematia dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian tentang sintesis TiO 2 dan komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 dengan variasi suhu kalsinasi. Sintesis TiO 2 menggunakan metode sol

gel dengan bahan awal Titanium Tetra Isopropoksida (TTIP), sedangkan komposit

TiO 2 -Cr 2 O 3 dengan metode wet impregnation menggunakan bahan awal Cr(NO 3 ) 3 .9H 2 O dan Urea. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan Cr 3+ pada pertumbuhan TiO 2 dan peningkatan fotoaktivitas TiO 2 setelah penambahan Cr 3+ . Hasil penelitian menunjukkan puncak karakteristik TiO 2 anatase pada

2 θ = 25,35 o , (Ti-Cr) 2 O 3 pada 2 θ =33,50 o dan Cr 2 O 3 pada 2 θ = 36,35 o . Sintesis TiO 2 pada suhu annealing 500 o

C - 700 o

C terjadi perubahan dari fase anatase

menjadi rutile sedangkan dengan penambahan Cr 3+ sampai dengan suhu 700 tidak terdapat fase rutile. Identifikasi dengan spektrofotometer infra merah (FT-IR) menunjukkan serapan O-Cr pada bilangan gelombang 2283,72 cm -1 . Keberadaan

Cr 2 O 3 juga didukung dengan spektrofotometer XRF. Fotodegradasi Rhodamin B menunjukkan hasil terbaik pada degradasi dengan menggunakan TiO 2 yang

dipanaskan pada suhu 400 o C,yaitu 43,15% Rhodamin B yang berhasil didegradasi

dan hasil terbaik pada degradasi dengan menggunakan komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 yang

dipanaskan pada suhu 700 o C,yaitu 74,71% Rhodamin B yang berhasil didegradasi.

Kata kunci: TiO 2, Komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 , Fotodegradasi, Rhodamin B.

commit to user

EFFECT OF ADDITION Cr 3+ ON THE GROWTH OF TiO 2

CRYSTAL AND PHOTOACTIVITY WIDIYA NUR HIDAYATIKA

Department of Chemistry. Mathematic and Natural Science Faculty. Sebelas Maret University.

ABSTRACT

The research on synthesis of TiO 2 and TiO 2 -Cr 2 O 3 composite with the variation of calcination temperature have been investigated. Synthesis of TiO 2 has

been carried out by sol gel method with Titanium Tetra Isopropoksida (TTIP) as

the starting material, while the composite of TiO 2 -Cr 2 O 3 has been carried out by wet impregnation method uses starting material in which Cr(NO 3 ) 3 .9H 2 O and

urea. This study aims to determine the effect of the addition Cr 3+ on the growth of

TiO 2 crystal and an increasing of TiO 2 fotoactivity after the addition of Cr 3+ . The result of research shows the peak of characteristic TiO 2 anatase in 2 θ = 25. 35 o , (Ti-Cr) 2 O 3 at 2 θ = 33,50 o and Cr 2 O 3 at 2 θ = 36. 35 o . Synthesis of TiO 2

on the annealling temperature of 500 o C to 700 o C provide there is transformation of anatase to rutile phase, meanwhile this transformation where not occured even the materials were annealed up to 700 o

C after the addition of Cr 3+ into TiO 2 .

Identification with Fourier Transform Infra Red (FT-IR) showed absorptions O-Cr

in the wave number of 2283. 72 cm -1 . The presence of Cr 2 O 3 is also supported by

XRF data. The photodegradation of Rhodamin B shows that the best result is the

degradation by using TiO 2 which was annealed at 400 o

C, i.e 43.15% of Rhodamin

B was degraded succesfully, meanwhile the best result is the degradation by using composite which was annealed at 700 o

C, i.e 74.71% of Rhodamin B was degraded succesfully.

Keyword: TiO 2, TiO 2 -Cr 2 O 3 composite, Photodegradation, Rhodamin B.

commit to user

MOTTO

Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila kamu telah selesai (dari sesuatu urusan), kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain dan hanya kepada Tuhanmulah hendaknya kamu berharap (A Lam Nasyrah:7-8)

Aku melihat air menjadi rusak karena diam tertahan Jika mengalir menjadi jernih, jika tidak, kan keruh menggenang (Imam Syafi’i)

Seperti besi yang dapat menajamkan besi lain, begitu pula seharusnya manusia dapat menajamkan manusia lain (Anonim)

commit to user

Karya ini saya persembahkan untuk,

Orangtuaku tersayang “Bapak & Ibu”,

maaf kalau tidak bisa menyelesaikan ini semua tepat waktu. Terimakasih atas kasih sayang dan do’a yang selalu tercurah untukku.

Kakak dan Adikku tercinta “Widi & Widiva” ,

Yang selalu memberikan dukungan untukku.

Yang tersayang “Ridwan Wibisono”,

Yang selalu memberikan nasehat. Untukku.

Semua pembaca, semoga dapat lebih bermanfaat.

commit to user

Segala puji dan segenap syukur bagi Allah SWT yang telah menunjukkan jalan yang indah bagi penulis sehingga skripsi ini dapat penulis selesaikan dengan baik sebagai salah satu persyaratan dalam memperoleh gelar sarjana sains Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta. Atas segala karunia-Nya pulalah penulis menyadari bahwa segala sesuatu memiliki proses dan waktunya masing-masing.

Dalam menyusun skripsi ini penulis menemui berbagai hambatan dan permasalahan yang beragam. Namun, atas bimbingan, kritikan, saran, dan dorongan semangat yang bermanfaat dari berbagai pihak, semua hambatan dan permasalahan tersebut dapat penulis atasi dengan baik. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu penulis, yaitu sebagai berikut.

1. Ir. Ari Handono Ramelan., M.Sc., Ph.D., selaku dekan Fakultas Matematika

dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta

2. Dr. Eddy Heraldy., M.Si., selaku ketua jurusan Kimia Fakultas Matematika

dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret, Surakarta

3. Achmad Ainurofiq, Msi., Apt., selaku pembimbing akademik

4. Dr. Sayekti Wahyuningsih, M.Si., selaku pembimbing skripsi, yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis dari awal hingga akhir

5. Seluruh staf dan laboran Laboratorium Kimia Dasar FMIPA UNS, Sub Laboratorium Kimia, dan Laboratorium Pusat FMIPA UNS.

6. Bapak Ibu dosen dan seluruh staf jurusan Kimia yang telah memberikan fasilitas dan pelayanan yang baik bagi penulis

7. Bapak, Ibu, Widi dan Widiva dirumah, terimakasih atas dukungan dan

motivasi yang diberikan untuk segera menyelesaikan karya ini

8. Teman-teman Kimia’07 dan semua pihak yang tidak mungkin disebutkan

satu per satu, terimakasih atas semua dukungannya selama ini

commit to user

karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari semua pihak dalam rangka untuk menyempurnakan skripsi ini. Akhirnya penulis berharap, semoga karya kecil ini dapat memberikan manfaat bagi ilmu pengetahuan dan bagi pembaca.

Surakarta, April 2012

Widiya Nur Hidayatika

commit to user

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 47 DAFTAR PUSTAKA. ......................................................................................... 48 LAMPIRAN ........................................................................................................ 53

commit to user

Halaman Tabel 1. Rasio A/R pada TiO 2 Murni ................................................................ 30

Tabel 2. Standar JCPDS dari Cr ₂O₃&(Ti 0,12 Cr 0,88 ) ₂O₃ sebagai Pembanding

serta Komposit Hasil Sintesis ................................................................ 31 Tabel 3. Hasil Data Analis Fluoresensi Sinar-X Komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 dengan Variasi Suhu Kalsinasi ........................................................................... 36 Tabel 4. Hasil Degradasi Rhodamin B pada TiO 2 Murni .................................... 39 Tabel 5. Hasil Degradasi Rhodamin B pada Komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 ................... 45

commit to user

Halaman Gambar 1. Struktur TiO 2 rutile, anatase, brookite ........................................... 6 Gambar 2. Bentuk TiO 2 -rutile dan bentuk TiO 2 -anatase ................................ 7

Gambar 3. Ilustrasi skematis proses fotoeksitasi dan de-eksitasi pada suatu

semikonduktor ................................................................................ 9 Gambar 4. Mekanisme TiO 2 di bawah UV dan cahaya tampak ....................... 11

Gambar 5. Struktur Rhodamin B ...................................................................... 12

Gambar 6. Spektra difraksi sinar-X dari TiO 2 murni dengan variasi suhu 300 o C -700 o C ................................................................................. 28 Gambar 7. Persentase Relatif fase anatase dan fase rutile pada standar TiO 2 murni pada variasi suhu kalsinasi ................................................... 30

Gambar 8. Spektra difraksi sinar-X dari material hasil sintesis dengan

variasi suhu 300 o C -700 o C ............................................................ 31 Gambar 9. Presentase relatif TiO 2 fase anatase, (Ti 0,12 Cr 0,88 ) 2 O 3, dan Cr 2 O 3 pada material hasil sintesis dengan variasi suhu kalsinasi .............. 33 Gambar 10. Spektra FT-IR (a) TiO 2 murni (b) Komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 pada suhu 400 o C ..................................................................................... 34 Gambar 11. Hasil analisa XRF pada komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 ............................... 36 Gambar 12. Kurva degradasi Rhodamin B oleh TiO 2 murni pada suhu kalsinasi 400 o C dengan Variasi Waktu 0 menit (a), 30 menit (b),

60 menit (c), 120 menit (d), 180 menit (e).. .................................... 37 Gambar 13. Kurva degradasi Rhodamin B oleh TiO 2 murni pada suhu kalsinasi 500 o C dengan Variasi Waktu 0 menit (a), 30 menit (b),

60 menit (c), 120 menit (d), 180 menit (e). ..................................... 37 Gambar 14. Kurva degradasi Rhodamin B oleh TiO 2 murni pada suhu kalsinasi 600 o C dengan Variasi Waktu 0 menit (a), 30 menit (b),

60 menit (c), 120 menit (d), 180 menit (e). ..................................... 38

commit to user

kalsinasi 700 o C dengan Variasi Waktu 0 menit (a), 30 menit (b),

60 menit (c), 120 menit (d), 180 menit (e). ..................................... 38 Gambar 16. Hasil fotodegradasi Rhodamin B pada TiO 2 murni dengan variasi suhu... .............................................................................................. 40 Gambar 17. Kurva degradasi Rhodamin B oleh komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 pada

suhu kalsinasi 400 o

C dengan Variasi Waktu 0 menit (a), 30 menit (b), 60 menit (c), 120 menit (d), 180 menit (e). .................... 41 Gambar 18. Kurva degradasi Rhodamin B oleh komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 pada

suhu kalsinasi 500 o

C dengan Variasi Waktu 0 menit (a), 30 menit (b), 60 menit (c), 120 menit (d), 180 menit (e). .................... 41 Gambar 19. Kurva degradasi Rhodamin B oleh komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 pada

suhu kalsinasi 600 o

C dengan Variasi Waktu 0 menit (a), 30 menit (b), 60 menit (c), 120 menit (d), 180 menit (e). .................... 42 Gambar 20. Kurva degradasi Rhodamin B oleh komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 pada

suhu kalsinasi 700 o

C dengan Variasi Waktu 0 menit (a), 30 menit (b), 60 menit (c), 120 menit (d), 180 menit (e). .................... 42 Gambar 21. Kurva degradasi Rhodamin B pada TiO 2 murni pada suhu 400 o C yang telah dalam bentuk kristal.. .................................................... 44 Gambar 22. Hasil fotodegradasi Rhodamin B pada komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 dengan variasi suhu.. ....................................................................... 45

commit to user

Halaman

Lampiran 1. Bagan Prosedur Kerja Sintesis dan Karakterisasi Komposit

TiO 2 -Cr 2 O 3 serta Aktivitasnya terhadap Degradasi Zat Warna Rhodamin B ..................................................................................... 53 Lampiran 2. Perhitungan Persentase Fase TiO 2 Anatase dan Fase TiO 2 Rutil dari TiO 2 Hasil Sintesis Variasi Suhu ............................................. 57 Lampiran 3. Perhitungan Kelimpahan Fase Anatase, (Ti 0.12 Cr 0.88 ) dan Cr 2 O 3 dari Komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 Variasi Suhu ........................................ 59 Lampiran 4. Hasil Difraksi Sinar X dari Sintesis TiO 2 ....................................... 66 Lampiran 5. Hasil Difraksi Sinar X dari Komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 ......................... 104 Lampiran 6. Difraksi Sinar X dari TiO 2 Hasil Sintesis TiO 2 Anatase, TiO 2 Rutil Standar JCPDS ....................................................................... 135 Lampiran 7. Difraksi Sinar X dari (Ti 0.12 Cr 0.88 ) 2 O 3 &Cr 2 O 3 Standar JCPDS ....... 136 Lampiran 8. Data XRF dari Komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 ............................................ 137 Lampiran 9. Data FT-IR (Fourier Transform Infra Red) dari TiO 2 dan Komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 ..................................................................... 141

Lampiran10. Perhitungan Persentase Rhodamin B yang Terdegradasi dengan

Fotokatalis TiO 2 dan Komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 ................................... 143

commit to user

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Teknologi fotokatalis merupakan kombinasi dari proses fotokimia dan katalis yang terintegrasi untuk dapat melangsungkan suatu reaksi transformasi kimia. Reaksi transformasi tersebut berlangsung pada permukaan bahan katalis

semikonduktor yang terinduksi oleh sinar. Oksida logam titanium (TiO 2 ) banyak dilaporkan sebagai material semikonduktor yang aktif sebagai fotokatalis. TiO 2

memiliki tiga macam bentuk kristal yaitu anatase, rutile, dan brookite, namun yang paling sering dimanfaatkan yaitu bentuk rutile dan anatase. Dari salah satu

penelitian dinyatakan bahwa nanomaterial TiO 2 fasa anatase memiliki aktivitas

fotokatalitik yang lebih tinggi dibandingkan fasa rutile (Subiyanto et al., 2009). Anatase memiliki aktivitas fotokatalitik yang baik untuk degradasi berbagai senyawa organik, termasuk zat warna. Anatase dalam suhu yang tinggi dapat berubah bentuk secara irreversibel menjadi rutile. Transformasi tersebut tidak memiliki suhu tertentu karena tidak ada kesetimbangan fasa. Oleh karena itu transformasi tersebut dipengaruhi oleh variasi suhu dan beberapa faktor lain seperti adanya pengotor, penyimpangan stokiometri, luas permukaan, ukuran partikel (Riyas et al., 2002). Penelitian yang telah dilakukan oleh Pirault et al.

(2007) pada penambahan 20% Cr 2 O 3 dapat menghambat transformasi bentuk kristal TiO 2 anatase menjadi rutile. Penambahan oksida logam tersebut dapat

menekan pertumbuhan kristal selama proses pemanasan dengan demikian dapat mengurangi transformasi anatase menjadi rutile.

TiO 2 merupakan salah satu fotokatalis yang paling menjanjikan karena

memiliki efisiensi fotokatalitik tinggi, murah, inert secara biologis dan kimia

(Hoffman et al., 1995). Serbuk TiO 2 juga mudah didapat dan diproduksi dalam

jumlah besar. Katalis berupa padatan telah digunakan secara luas karena lebih murah dan mudah dipisahkan. Katalis padatan meliputi katalis oksida logam, katalis logam atau alloy, katalis organologam dan katalis asam atau basa (Green, 1997) .

commit to user

yaitu dengan memilih metode sintesis yang tepat dan mengatur kondisi selama sintesis berlangsung. Salah satu modifikasi yang dilakukan yaitu menggunakan

penambahan jenis unsur lain ke dalam molekul TiO 2 . Hal ini bertujuan untuk

meningkatkan aktivitas dan efisiensi katalik dengan menghambat proses rekombinasi elektron-hole selama proses katalitik berlangsung. Menurut Linsebigler et al. (1995) bahwa mikrostruktur, luas permukaan, distribusi ukuran partikel, porositas, densitas permukaan gugus hidroksil, dan distribusi dopant

dapat mempengaruhi aktivitas fotokatalitik TiO 2 . Aktifitas fotokatalis dari

titanium berkaitan dengan struktur dan ukuran nanopartikel dari titanium itu sendiri. Modifikasi struktur dan ukuran dapat dilakukan dengan menambahkan ion logam transisi, halida, dan lantanida. Penambahan ion transisi dapat merangsang dalam pembentukan radikal hidroksil (Kim et al., 2007).

Oksida logam transisi memiliki kelimpahan besar di alam dan harga yang relatif murah dibandingkan logam. Oksida logam transisi memiliki karakter yang dapat digunakan sebagai katalis, karena oksida logam transisi memiliki orbital d pada ion logamnya yang masih terisi sebagian. Adanya orbital d yang masih kekurangan elektron tersebut dapat menangkap elektron dari reaktan dan membentuk ikatan yang kuat, sehingga dapat mengaktifkan spesies yang bereaksi (Prakash’s, 1997). Oksida logam yang sering digunakan sebagai katalis diantaranya adalah oksida V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni dan Cu (Catalyst Handbook,

1970). Bentuk oksida dari Cr seperti CrO 2 , CrO 3 , Cr 2 O 5 , dan Cr 2 O 3 , dimana bentuk Cr 2 O 3 paling stabil (Youngnam Cho, 2002). Kristal Cr 2 O 3 merupakan kristal yang sangat keras dengan titik leleh 2435 o

C dan titik didih 3000 o C dengan densitas (T = 25 o

C) 5,22. Kristal Cr 2 O 3 berbentuk heksagonal berwarna hijau muda hingga hijau tua (Windholz, 1983). Fotodegradasi merupakan sebuah teknik yang relatif baru untuk pengolahan polutan air dan udara. Polutan yang berupa senyawa organik didestruksi secara oksidatif dengan menggunakan cahaya. Pada proses degradasi ini dikenal dua macam senyawa yang ditambahkan untuk mempercepat proses degradasi senyawa organik, yaitu oksidan kimia dan fotokatalis. Ada beberapa

commit to user

Rhodamin B termasuk senyawa atau molekul yang memberikan warna akibat adanya gugus kromofor. Kuantitas warna yang ditimbulkan Rhodamin B sangat tajam, hal ini disebabkan oleh adanya dua gugus auksokrom. Rhodamin B merupakan zat warna sintetik yang digunakan untuk industri tekstil, cat, dan kertas. Zat warna ini dapat menyebabkan iritasi dan merupakan zat karsinogenik (Cahyadi, 2006).

Pada penelitian ini dilakukan penambahan Cr 3+ pada semikonduktor TiO 2 dengan harapan dapat menekan pertumbuhan kristal TiO 2 fase rutile dan meningkatkan aktivitas fotokatalitik pada TiO 2 sehingga dapat digunakan untuk degradasi zat warna Rhodamin B.

B. PERUMUSAN MASALAH

1. Identifikasi Masalah

Titanium dioksida (TiO 2 ) dapat dibuat dari titanium tetraklorida (TiCl 4 ),

suatu cairan ketal tak berwarna yang mudah mengalami oksidasi dengan oksida air. Dimana pada reaksi tersebut terjadi pembentukan yang sangat cepat sehingga

untuk menghasilkan TiO 2 bentuk anatase sangat sulit. Penelitian Wahyuningsih et al. (2007) telah melakukan sintesis TiO 2 dengan TiCl 4 menggunakan proses sol gel dengan hidrolisis lambat. Sintesis TiO 2 dengan

proses sol gel dapat juga dilakukan menggunakan prekursor alkoksida seperti TTIP (Titanium Tetra Isopropoksida) (Tjahjanto dan Gunlazuardi, 2001).

Pemilihan bahan awal pada sintesis TiO 2 sangat diperlukan untuk menghasilkan kemurnian TiO 2 yang tinggi. Menurut Wang et al. (2007) dengan bahan awal alkoksida sebagai prekursor TiO 2 menghasilkan kristalisasi dan karakteristik

powder TiO 2 yang lebih baik daripada TiCl 4 .

Metode untuk pembuatan katalis bermacam-macam, Riyas et al. (2002) telah melakukan penambahan oksida logam ke dalam TiO 2 dengan perbandingan

dua metode yaitu uji metode co-precipitation dan wet-impregnation. Hasil yang

commit to user

TiO 2 fase anatase lebih banyak. Pada penelitian yang pernah dilakukan untuk mengetahui ukuran atom dan material katalis, Ryas et al. (2002) menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) sedangkan untuk mengetahui morfologi semikonduktor menggunakan TEM (Transmission Electron Microscopy) dan SEM (Scanning Electron Microscopy). Pada kasus yang berbeda untuk mengetahui energi gap suatu semikonduktor menggunakan XPS. Untuk mengetahui perbandingan komposisi pada komposit, Karna dkk. (2006) menggunakan X-Ray Fluoresence (XRF). Fourier Transform Infra Red (FTIR) untuk menganalisa gugus fungsi suatu material fotokatalis dilakukan oleh Ryas et al. (2002) .Analisis degradasi zat warna dapat dilakukan dengan Spektrofotometer UV-Vis serta Spektrofotometer Serapan Atom (AAS).

2. Batasan masalah

Berdasarkan identifikasi masalah yang telah disebutkan di atas maka batasan masalah pada penelitian ini adalah :

a. TiO 2 yang digunakan merupakan hasil sintesis dari TTIP (Titanium Tetra Isopropoksida) dengan metode sol gel.

b. Modifikasi permukaan TiO 2 dilakukan dengan penambahan Cr 3+ dengan metode wet-impregnation.

c. Karakterisasi TiO 2 hasil sintesis dan komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 dilakukan dengan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD), Spekrofotometer Infra Red (IR), dan X-Ray Fluorescence (XRF).

d. Uji aktivitas komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 dilakukan untuk mendegradasi zat warna Rhodamin B yang diidentifikasi dengan menggunakan Spektrofotometri UV- Vis.

commit to user

Berdasarkan batasan masalah yang telah dipaparkan diatas maka rumusan masalah pada penelitian ini adalah :

1. Bagaimana pengaruh penambahan Cr 3+ terhadap pertumbuhan kristal TiO 2 ?

2. Apakah terjadi peningkatan fotoaktivitas TiO 2 setelah penambahan Cr 3+ ?

C. Tujuan Penelitian

1. Mengetahui pengaruh dari penambahan Cr 3+ terhadap pertumbuhan kristal

TiO 2.

2. Mengetahui peningkatan fotoaktivitas TiO 2 setelah penambahan Cr 3+ .

D. Manfaat Penelitian

Memberikan informasi mengenai efek penambahkan Cr 3+ pada pertumbuhan kristal dan sifat fotokatalitik TiO 2 sehingga dapat diaplikasikan sebagai fotokatalis yang efektif.

commit to user

LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

1. Titanium Dioksida (TiO 2 )

a. Polymorf Titanium Dioksida (TiO 2 )

Titanium, unsur logam golongan IVB, mempunyai titik leleh 1675 o C dan berat atom 47,90 dengan konfigurasi elektron 3d 2 4s 2 . Energi untuk

mengeluarkan 4 elektron begitu besar sehingga ion Ti 4+ tidak ada secara bebas. Titanium dioksida mempunyai berat molekul 79,90, warnanya bervariasi tergantung sumbernya, tetapi putih saat dimurnikan dan dijual secara komersial, mengalami dekomposisi pada 1640 o

C sebelum meleleh, densitas 4,26 g/cm 3 , tidak larut dalam air tetapi larut dalam H 2 SO 4 (Cotton dan Wilkinson, 1989). Pada Gambar 1. menunjukkan struktur kristal TiO 2 dalam bentuk anatase , rutile, dan brookite.

Rutile

Anatase

Brookite

commit to user

TiO 2 mempunyai 3 bentuk struktur kristal yaitu rutile, anatase, dan

brookite. Rutile dan anatase mempunyai struktur tetragonal dengan tetapan kisi kristal dan sifat fisika yang berbeda, sedang brookite adalah ortorombik. Brookite dan anatase adalah bentuk-bentuk yang metastabil atau tidak stabil. Sedangkan rutile adalah bentuk yang lebih stabil dibandingkan anatase dalam semua temperatur (Kampfer, 1973).

Perubahan bentuk anatase menjadi rutile pada TiO 2 terjadi secara

spontan dimana energi bebas pada bentuk rutile lebih rendah daripada anatase pada semua suhu, tetapi perubahannya kurang baik pada suhu rendah. Anatase lebih metastabil daripada rutile dalam semua kondisi suhu dan tekanan (Navrotsky dan Kleppa, 1967). Selain itu perubahan tersebut di pengaruhi oleh metode sintesis, suasana reaksi, kadar pengotor, ukuran partikel, dan kekosongan

kisi oksigen dalam konsentrasi TiO 2 . Pada Gambar 2. menunjukkan bentuk kristal

TiO 2 -rutile dan TiO 2 -anatase seperti pada gambar dibawah ini.

Gambar 2. Bentuk TiO 2 -rutile dan bentuk TiO 2 -anatase (Tian, 2006).

b. Modifikasi Titanium Dioksida (TiO 2 )

Kromium oksida memiliki berat molekul 152,02 gr/mol, berbentuk kristal heksagonal berwarna hijau muda hingga hijau tua. Memiliki titik leleh 2435 o

C dan titik didih 3000 o

C dengan densitas 5,22 (T = 25 o C). Berwarna

coklat akibat pemanasan tetapi kembali berwarna hijau pada saat dingin. Tidak larut dalam air, alkohol, aseton, mudah larut dalam asam dan larutan alkali.

Kristal Cr 2 O 3 sangat keras, dapat menggores kwarsa, topaz, maupun zircon (Windholz, 1983).

commit to user

sesquioksida kromat hijau. Oksida ini digunakan sebagai bahan pewarna hijau untuk cat minyak, oleh karena itu senyawa ini disebut juga sebagai krom hijau.

Cr 2 O 3 merupakan bubuk hijau yang memiliki titik leleh sangat tinggi dan

sangat sukar dicairkan. Senyawa ini digunakan pada pelapisan gelas dan pewarnaan porselen. Penyebabnya yaitu tereduksi oleh logam dengan pemanasan menggunakan karbon pada temperatur tinggi. Senyawa ini merupakan oksida amfoter karena dapat berbentuk garam dengan asam maupun alkali.

Penambahan kromium dapat menghambat transformasi bentuk kristal TiO 2 anatase menjadi rutile seperti pada penelitian yang dilakukan oleh

Pirault et al. (2007) dengan menghambat pertumbuhan ukuran kristal TiO 2 ~20 nm. Pada suhu yang tinggi akan mempercepat pertumbuhan ukuran kristal

TiO 2 yang menyebabkan bentuk kristal anatase terkonversi menjadi rutile dengan ukuran kristal mencapai ~ 30 nm.

2. Fotokatalis Titanium Dioksida (TiO 2 )

a. Mekanisme Fotokatalitik TiO 2

Fotokatalis adalah suatu proses yang dibantu oleh adanya cahaya dan material katalis (TiO 2 ) d engan pencahayaan sinar UV (λ < 405 nm), maka permukaan TiO 2 mempunyai kemampuan mengionisasi reaksi kimia. Dalam

media air, kebanyakan senyawa organik dapat dioksidasi menjadi karbon dioksida dan air. Berarti proses tersebut dapat membersihkan air dari pencemaran organik seperti fenol dan lainya, dan senyawa-senyawa anorganik seperti sianida, tembaga dan nitrit yang beracun dapat diubah menjadi senyawa lain yang relatif tidak beracun.

TiO 2 dapat berfungsi sebagai fotokatalis yaitu mempercepat reaksi yang

diinduksi oleh cahaya karena mempunyai struktur semikonduktor yaitu struktur elektronik yang dikarakterisasi oleh adanya pita valensi (valence band; vb) terisi dan pita konduksi (conduction band; cb) yang kosong. Kedua pita tersebut dipisahkan oleh celah yang disebut energi celah pita (band gap energi; Eg) (Hoffman et al., 1995).

commit to user

pada pita valensi akan mengabsorpsi energi foton tersebut dan pindah ke tingkat energi yang lebih tinggi yaitu pita konduksi, akibatnya akan meninggalkan lubang positif (hole atau h + ) pada pita valensi. Sebagian besar elektron dan hole berkombinasi kembali di dalam ruah semikonduktor dengan mengemisi kalor, sedangkan sebagian lagi bertahan pada permukaan semikonduktor.

Secara lengkap reaksi yang terjadi di dalam sistem dapat dituliskan sebagai berikut :

TiO 2 + h ʋ

hole + + e -

Ketika TiO 2 dikenai cahaya UV dengan energi h ʋ mengakibatkan

eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi (e - ), dan meninggalkan hole pada pita valensi (hole + )

hole +

sebagian elektron dan hole terjebak pada permukaan semikonduktor.

H + + OH -

h + + OH - OH •

h + mengoksidasi air atau ion OH membentuk radikal hidroksil yang berperan sebagai agen detoksi.

OH • + substrat

produk

Untuk lebih jelasnya dapat dilihat ilustrasi skematis proses fotoeksitasi pada Gambar 3.

Gambar 3. Ilustrasi skematis proses fotoeksitasi dan de-eksitasi pada suatu semikonduktor (Arutanti et al., 2009)

Rekombinasi vo

Rekombinasi

commit to user

sejumlah besar senyawa organik terlarut atau terdispersi dalam air bisa sepenuhnya termineralisasi, laju reaksi relatif tinggi jika luas permukaan katalis

besar, TiO 2 tersedia dengan harga yang relatif murah dan dapat didaur ulang pada

skala teknis, lampu UV memancarkan di daerah spektral yang diperlukan untuk oksidasi fotokatalitik diproduksi dalam berbagai ukuran, serta penyerapan

penampang TiO 2 dapat ditingkatkan dengan modifikasi permukaan, misalnya oleh

penambahan ion logam transisi. Mekanisme yang menggambarkan proses reaksi fotokatalitik TiO 2 adalah sebagai berikut:

b. Mekanisme Fotokatalitik TiO 2 dengan Penambahan Cr 3+

Hanya sekitar 4-6% dari energi matahari yang mencapai permukaan bumi yang di daerah UV. TiO 2 dengan eg 3,2 eV hanya mampu menyerap 10% cahaya matahari. Keterbatasan ini dapat diatasi dengan modifikasi. TiO 2 yang telah

dimodifikasi oleh doping ion logam dan fotosensitisasi oleh berbagai senyawa organik dan anorganik berwarna, penambahan dopant dapat memperpanjang foto-respon.

Terdapat beberapa variabel bagaimana dopan mempengaruhi fotoaktivitas TiO 2 , antara lain metode sintesis dari fotokatalis, ukuran partikel,

dan zat warna yang digunakan untuk mempelajari fotokatalis. Efisiensi fotokatalitik biasanya meningkat dengan adanya logam karena elektron-hole berkurang, dan kemudian pada peningkatan konsentrasi (bervariasi pada logam dopan dan teknik penyusunan) efisiensi mulai menurun sebagai dopan mulai bertindak sebagai pusat rekombinasi.

commit to user

penyerapan sinar matahari. Oleh karena itu, penelitian tentang peningkatan katalis

telah dilakukan dengan modifikasi fisik dan kimia TiO 2 untuk meningkatkan

kinerja katalis dan sensitisasi dye untuk meningkatkan jangkauan panjang gelombang dengan memanfaatkan radiasi matahari. Prinsip degradasi fotosensitisasi pada semikonduktor diilustrasikan pada Gambar 4.

Gambar. 4 Mekanisme TiO 2 di bawah UV dan cahaya tampak ( Kaur, 2007) Jika potensial oksidasi dari sensitizer lebih tinggi dibanding band

konduktansi TiO 2 , menyusul eksitasi awal pewarna yang terserap di bawah sinar

cahaya, elektron dimasukkan dari dye yang tereksitasi ke dalam pita konduksi

TiO 2 . Dengan perlahan mampu mengurangi langkah pembentukan yang memungkinkan untuk memulai degradasi oksidatif dye. Berbagai senyawa berwarna telah diselidiki untuk bertindak sebagai fotosensitiser. Dalam studi baru- baru ini telah menyarankan bahwa degradasi fotosensitisasi pada permukaan semikonduktor dapat dapat diaplikasikan untuk mengatasi polutan berwarna seperti pewarna tekstil.

commit to user

ditampilkan di bawah ini: dye

dye*

dye* +

TiO 2 dye• + + e - cb

dye• + + O 2 ( atau O 2 • - atau •OH)

peroxide or hydroxyl intermediates degraded or mineralised products

c. Degradasi Fotokatalitik TiO 2 pada Rhodamin B dengan TiO 2 Rhodamin B adalah zat warna sintetis berbentuk serbuk kristal berwarna kehijauan, berwarna merah keunguan dalam bentuk terlarut pada konsentrasi tinggi dan berwarna merah terang pada konsentrasi rendah. Rhodamin B sangat larut dalam air dan alkohol, serta sedikit larut dalam asam klorida dan natrium

hidroksida. Rumus kimia Rhodamin B adalah C 28 H 31 ClN 2 O 3 , larut dalam air, etanol namun bersifat sangat toksik. (Kusuma, 2006)

Gambar 5. Struktur Rhodamin B (Wirasto, 2008)

Rhodamin B merupakan zat warna golongan xanthenes dyes. Rhodamine

B (C 28 N 31 N 2 O 3 Cl) adalah bahan kimia sebagai pewarna dasar untuk berbagai

kegunaan, semula zat ini digunakan untuk kegiatan histologi dan sekarang

Intermediet hidroksil / peroksida Degradasi/mineralisasi produk

commit to user

berfluorensi dalam sinar matahari. Rhodamin B termasuk senyawa atau molekul yang memberikan warna akibat adanya gugus kromofor, dimana gugus kromofor tersebut yaitu quinoid. Kuantitas warna yang ditimbulkan Rhodamin B sangat tajam, hal ini disebabakan oleh adanya dua gugus auksokrom, dimana gugus auksokrom tersebut adalah dietil amin.

Proses pembuatan zat warna sintetik biasanya melalui perlakuan pemberian asam sulfat dan asam nitrat yang sering kali terkontaminasi oleh logam berat seperti arsen, atau logam berat lain yang bersifat racun. Pada pembuatan zat pewarna organik sebelum mencapai produk akhir harus melalui suatu senyawa antara dulu, yang kadang-kadang berbahaya. Sering kali dalam proses reaksi tersebut terbentuk senyawa baru yang berbahaya yang lebih tertinggal sebagai residu dalam bahan pewarna tersebut.

Reaksi fotodegradasi merupakan reaksi pemecahan senyawa oleh adanya cahaya atau foton dan katalis secara bersama-sama sehingga katalis ini dapat mempercepat fotoreaksi melalui interaksinya dengan substrat baik dalam keadaan dasar atau dalam keadaan tereksitasi dan foto produk utamanya tergantung pada fotoreaksi tersebut.

Fotodegradasi merupakan sebuah teknik yang relatif baru untuk pengolahan polutan air dan udara. Polutan yang berupa senyawa organik didestruksi secara oksidatif dengan menggunakan cahaya. Pada proses degradasi ini dikenal dua macam senyawa yang ditambahkan untuk mempercepat proses degradasi senyawa organik, yaitu oksidan kimia dan fotokatalis yang biasanya

berupa semikonduktor fotoaktif, seperti TiO 2 , ZnO atau CdS.

Sinar matahari yang keberadaannya melimpah di alam ini menjadikan proses ini membutuhkan biaya yang rendah (low cost). Sinar matahari yang langsung mempunyai salah satu fraksi energi pada daerah UV dekat yang dapat digunakan dalam induksi fotodegradasi.

Berdasarkan pengukuran laser flash photolysis Hoffman et al., (1995) mengusulkan mekanisme umum fotokatalis heterogen pada TiO 2 yaitu :

commit to user

pembawa muatan oleh hidrat primer TiO 2, serta transfer muatan pada daerah antarmuka antara hole yang terjebak pita valensi dengan senyawa yang bersifat donor elektron (pada proses ini terjadi oksidasi senyawa tersebut) atau transfer muatan antar elektron yang terjebak pada pita konduksi dengan senyawa yang bersifat akseptor elektron sehingga senyawa tersebut mengalami reduksi. Proses oksidasi-reduksi tersebut yang memungkinkan terjadinya degradasi gugus-gugus kromofor pada zat warna sehingga terjadi penghilangan warna limbah. Bila sinar dengan panjang gelombang pendek (dibawah ~390 nm) ini mengiluminasi serbuk

anatase (TiO 2 ), elektron pada pita valensi akan tereksitasi ke pita konduksi

menghilangkan hole positif (h + ). Hole-hole ini bereaksi dengan ion-ion hidroksida

dalam uap air yang teradsobsi pada permukaan TiO 2 , menghasilkan radikal

hidroksida (OH • ). Radikal hidroksil ini merupakan reagen oksidasi yang sangat kuat dan dapat bereaksi dengan senyawa organik menghasilkan produk-produk

sederhana, misalnya CO 2 , H 2 O, atau HCl jika senyawa tersebut mengandung klorida.

Senyawa organik + OH • CO 2 + H 2 O Secara keseluruhan mekanisme reaksi yang terlibat dalam reaksi redoks terkatalisis semikonduktor ini masih belum jelas meskipun dalam banyak kasus, adsorbsi substrat pada artikel diyakini sebagai tahap awal reaksi.

3. Karakterisasi TiO 2 dan TiO 2 – Cr 2 O 3

a. X-Ray Diffactometer (XRD) Untuk mengetahui kristalinitas suatu zat padat, instrumen yang biasa digunakan adalah X-ray difraction (XRD). Setiap kristal mempunyai harga d yang khas sehingga dengan mengetahui harga d maka jenis kristalnya dapat diketahui. Referensi harga d dan intensitas suatu senyawa dapat diperoleh dari data Joint Commite on Powder Diffraction Standars (JCPDS) yang bersumber dari International Centre for Difraction Data (West, 1984). Sinar X merupakan radiasi

commit to user

dihasilkan dari penembakan logam dengan elektron energi tinggi. Bila elektron –elektron dari kawat pijar yang dipanasi dipercepat melalui suatu perbedaan potensial yang besar dan diperbolehkan menumbuk suatu sasaran logam di dalam sebuah tabung sinar X maka sinar X dihasilkan dengan suatu distribusi λ yang kontinyu. Jika sinar X itu kemudian menumbuk sebuah kristal, maka sinar X yang akan direfleksikan akan membentuk titik –titik luas yang sangat tinggi intensitasnya pada sebuah layer/film. Titik –titik itu ditimbulkan oleh interferensi konstruktif dari gambar –gambar kecil yang dihasilkan oleh banyak atom (Smart dan Moore, 2005).

Difraksi sinar X atau biasa disebut XRD merupakan alat yang digunakan untuk mengetahui pengaturan atom-atom dalam sebuah tingkat molekul. Pengaturan atom-atom tersebut dapat diinterpretasikan melalui analisa d spasing dari data difraksi sinar X. Selain nilai d spasing, observasi tingkat kristalinitas bahan dan perubahan struktur mesopori dapat pula diketahui melalui data difraksi sinar X. Puncak yang melebar menunjukkan kristalinitas rendah (amorf), sedangkan puncak yang meruncing menunjukkan kristalinitas yang lebih baik (Smart dan Moore, 2005).

Nilai d spasing tidak dapat digunakan untuk menentukan jarak interatom dari suatu molekul, namun dapat digunakan untuk merefleksikan jarak interplanar atau jarak interlayer antar kisi-kisi atom dalam suatu material. Nilai d spasing sangat tergantung pada pengaturan atom dan struktur jaringan polimer dalam material. Jarak interplanar atau interlayer dapat dikalkulasikan melalui persamaan Bragg’s (Park et al., 2002) :

2 d sin θ = n λ

Keterangan :

d = jarak interplanar atau interatom λ = panjang gelombang logam standar θ = kisi difraksi sinar X

commit to user

berikut :

1. Membuat pola difraksi dari zat tidak diketahui.

2. Menghitung nilai d setiap garis atau dengan menggunakan tabel yang memberikan hubungan antara d dan 2 θ untuk berbagai karakteristik.

3. Memandang data d eksperimental dengan data d dari tabel dengan kemungkinan kesalahan dalam setiap set nilai adalah 0,02 Å.

4. Membandingkan intensitas relatifnya dengan nilai-nilai yang ada pada tabel (standar). Kristal TiO 2 fase anatase dan fase rutile teridentifikasi pada 2θ = 25,3˚

untuk fase anatase dan 2θ = 27,3˚ untuk fase rutile (Gonzales, 1996). Pada penelitian lain yang dilakukan Wei dan Chen. (2009) puncak yang ditunjukkan untuk fase anatase pada 2θ = 25,36˚- 25,48˚. Li et al. (2007) dalam penelitiannya mendapatkan karakterisasi anatase dengan menggunakan XRD muncul puncak pada 2θ = 25,5˚.

Data XRD juga dapat digunakan untuk perhitungan semi kuantitatif dimana dapat digunakan untuk mengetahui presentase relatif masing-masing kristal yang ada dalam suatu komposit. Analisa tersebut dapat diperhitungkan dengan mengkalkulasi intensitas puncak masing –masing kristal kemudian dibandingkan dengan intensitas total komposit. Sedangkan khusus dalam

perhitungan presentase anatase rutile dalam kristal TiO 2 murni dapat digunakan persamaan berikut : (Riyas et al., 2008)

atau

Keterangan: IA = Intensitas Anatase IR = Intensitas Rutile

b. Fourier Transform Infra Red (FTIR) Atom –atom dalam suatu molekul tidak diam melainkan bervibrasi (bergetar). Bila radiasi infra merah dilewatkan melalui suatu cuplikan, maka

commit to user

diantara tingkat vibrasi dasar (ground state) dan tingkat vibrasi tereksitasi (excited state ). Spektrum infra merah memberikan informasi tentang gugus fungsional suatu molekul (Silverstain et al., 2005).

Radiasi infra merah (IR) merupakan bagian dari spektrum elektromagnetik yang terletak diantara sinar visible dan daerah microwave. Penggunaan terbesar terdapat pada daerah bilangan gelombang 400-4000 cm -1 . Posisi ikatan pada spektra infra merah ditunjukkan dengan bilangan gelombang ( ʋ ) dengan satuan cm -1 . Panjang gelombang ( λ ) digunakan dalam literatur dengan satuan micrometer (μm) (Silverstain et al., 2005).

c. Spektrofotometer UV-Visible (UV-Vis) Pada spektrofotometer UV, sinar kontinyu dihasilkan oleh lampu awan muatan hidrogen atau deuterium (D 2 ), sedangkan sinar visibel dihasilkan oleh

lampu wolfram. Panjang gelombang cahaya UV-Vis jauh lebih pendek daripada panjang gelombang radiasi IR. Panjang gelombang UV-Vis berada pada kisaran 180 – 800 nm.

Prinsip dasar spektrofotometer UV-Vis adalah terjadinya transisi elektronik yang disebabkan penyinaran sinar UV-Vis yang mampu mengeksitasi elektron dari orbital yang kosong. Umumnya, transisi yang paling mungkin adalah transisi pada tingkat tertinggi (HOMO) ke orbital yang kosong pada tingkat terendah (LUMO). Pada sebagian besar molekul, orbital molekul terisi pada tingkat energi terendah adalah orbital σ, sedangkan orbital π berada pada tingkat energi yang lebih tinggi. Orbital non ikatan (n) yang mengandung elektron – elektron yang belum berpasangan berada pada tingkat energi yang lebih tinggi lagi, sedangkan orbital- orbital anti ikatan yang kosong yaitu π* dan σ* menempati tingkat energi yang tertinggi (Hendayana, 1994).

Absorpsi cahaya UV-Vis mengakibatkan transisi elektronik, yaitu promosi elektron-elektron dari orbital keadaan dasar yang berenergi rendah ke orbital keadaan dasar yang berenergi tinggi. Transisi ini memerlukan 40-300 kkal/mol. Panjang gelombang cahaya UV-Vis bergantung pada mudahnya

commit to user

promosi elektron akan menyerap pada panjang gelombang yang lebih pendek. Molekul yang memerlukan energi yang lebih sedikit akan menyerap pada panjang gelombang yang lebih panjang. Senyawa yang menyerap cahaya pada daerah tampak adalah senyawa yang berwarna karena mempunyai elektron yang lebih mudah dipromosikan daripada senyawa yang menyerap pada panjang gelombang UV yang lebih pendek.

Intensitas penyerapan dijelaskan dengan hukum Lambert – Beer, dimana fraksi cahaya yang diabsorbsi tidak tergantung pada kekuatan sumber cahaya mula-mula dan fraksi yang diabsorpsi tergantung pada banyaknya mol (ketebalan/konsentrasi) yang dapat mengabsorbsi. Oleh karena itu absorpsi cahaya merupakan fungsi dari molekul yang mengabsorbsi, maka cara yang tepat untuk menyatakan absorbansi adalah (Underwood, 1998):

A=ε.b.C Keterangan: ε = Absorbtivitas molar (mol -1 cm -1 L)

b = Tebal lintasan ( cm ) C= Konsentrasi larutan (mol L -1 ) Pada analisa fotodegradasi dilakukan pengaman pada penurunan

absorbansi pada larutan yang akan didegradasi. Kemudian akan ditentukan persentase larutan yang terdegradasi. Penentuan persentase larutan yang terdegradasi dapat menggunakan persamaan berikut: (Austero dan De Luna, 2011)

Dimana, Y Absorbance Reduction = Persen penurunan absorbansi ; ABS i = Absorbansi larutan mula – mula ; ABS t = Absorbansi larutan pada waktu tertentu.

commit to user

Tehnik fluoresensi sinar X (XRF) merupakan suatu tehnik analisis yang dapat menganalisis unsur – unsur yang membangun suatu material. Tehnik ini juga dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi unsur berdasarkan pada panjang gelombang dan jumlah sinar X yang dipancarkan kembali setelah suatu material ditembaki sinar X berenergi tinggi.

Dasar analisis Fluoresensi sinar –X adalah pencacahan sinar X yang dipancarkan oleh suatu unsur akibat pengisian kembali kekosongan elektron pada orbital yang lebih dekat dengan inti karena terjadinya eksitasi elektron) oleh elektron yang terletak pada orbital yang lebih luar. Ketika sinar-X yang berasal dari radioisotop sumber eksitasi menabrak elektron dan akan mengeluarkan elektron kulit dalam, maka akan terjadi kekosongan pada kulit itu. Elektron dari kulit yang lebih tinggi akan mengisi kekosongan itu. Perbedaan energi dari dua kulit itu akan tampil sebagai sinar-X yang dipancarkan oleh atom (Sumantry, 2011). Komposisi kimia komposit dapat ditentukan dengan penentuan prosentase logam yang ada dalam komposit dengan metode spektroskopi fluoresensi sinar-X (Kunarti et al., 2009).

B. Kerangka Pemikiran

TiO 2 mempunyai tiga macam bentuk kristal yaitu anatase, rutile dan

brookite , namun yang memiliki aktivitas fotokatalis yang terbaik adalah bentuk anatase tetapi anatase merupakan bentuk tidak stabil dari titanium dioksida yang mudah berubah ke bentuk rutile yang merupakan bentuk stabil dari titanium

dioksida. Bentuk kristal anatase diamati pada pemanasan TiO 2 bubuk mulai dari suhu 120 o

C dan mencapai sempurna pada suhu 500 o

C. Pada temperatur yang

tinggi terjadi transformasi bentuk kristal anatase menjadi rutile dan terjadi penurunan luas permukaan serta pelemahan aktivitas fotokatalis secara drastis. Perubahan struktur ini dikarenakan terputusnya dua ikatan Ti-O dalam struktur anatase , memungkinkan terjadinya penataan ulang dari Ti-O oktahedral, yang mengarah ke dalam bentuk rutile. Untuk mencegah transformasi tersebut

commit to user

oksida, surfaktan, dan non logam. Maka dengan menambahkan jenis unsur lain ke

dalam molekul TiO 2 dapat menghambat perubahan bentuk kristal titanium dioksida ke bentuk rutile yang merupakan bentuk TiO 2 yang stabil dan dapat

memperbaiki aktivitas dan efisiensi katalitik dengan menghambat proses rekombinasi elektron-hole selama proses katalitik berlangsung. Dengan

penambahan kromium pada TiO 2 dapat menghambat perubahan anatase ke bentuk rutile pada pemanasan di atas 500 o

C. Penelitian yang telah dilakukan oleh Pirault et al., (2007) Pada penambahan 20 % Cr 2 O 3 dapat menghambat transformasi bentuk kristal TiO 2 anatase menjadi rutile. Terhambatnya

transformasi ke bentuk rutile dengan menghambat perkembangan ukuran kristal

TiO 2 karena ukuran kristal TiO 2 anatase ~ 20 nm, seiring dengan kenaikan suhu

maka ukuran kristal akan naik, ini yang menyebabkan pada suhu tinggi bentuk kristal anatase terkonversi menjadi rutile karena pada suhu ini ukuran kristal mencapai ~ 30 nm. Hal tersebut dikarenakan ukuran kristal dihambat oleh adanya senyawa lain yang ditambahkan, sehingga ukurannya relatif kecil. Maka dengan

penambahan Cr 3+ diharapkan dapat menekan transformasi anatase menjadi rutile serta dapat memperbaiki aktivitas dan efisiensi katalitik pada TiO 2 . Pada

penelitian yang telah dilakukan Chen et al. (2009) modifikasi struktural TiO 2

dengan penambahan oksida logam Cr 2 O 3 juga dapat mengakibatkan Ti 4+ dalam TiO 2 berubah menjadi Ti 3+ selama proses pemanasan yang kemudian Ti 3+ tersubtitusi ke dalam kisi kristal Cr 2 O 3 menjadi (Ti 0,12 Cr 0,88 ) 2 O 3. Pertumbuhan kristal bersama pada TiO 2 dan Cr 2 O 3 dapat menyebabkan terjadinya substitusi antara Ti dan Cr. Berbagai senyawa berwarna telah diselidiki dapat bertindak sebagai fotosensitizers. Kristal Cr 2 O 3 berbentuk heksagonal berwarna hijau muda hingga

hijau tua sehingga dapat dipakai untuk alternatif dalam memperbesar keterbatasan sensitivitas spektral dari semikonduktor dengan gap energi yang tinggi, dilakukan modifikasi permukaan dengan menggunakan molekul sensitiser berwarna.

Beberapa semikonduktor seperti TiO 2 mempunyai gap energi yang tinggi,

sebanding dengan cahaya 388 nm (3,23 eV) yaitu pada daerah UV dekat, dengan

commit to user

Perubahan pada fotoreaktivitas partikel TiO 2 yang berukuran nano akan menyebabkan aktif fotokalis. Preparasi titanium dioksida dilakukan dengan teknik sol-gel menggunakan prekursor TTIP (Titanium Tetra Isopropoksida) dengan pelarut CH 3 COOH, selanjutnya ditambahkan dengan Cr(NO 3 ) 3 .9H 2 O dan urea menggunakan metode wet-impregnation dapat menghasilkan komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 . Komposit TiO 2 - Cr 2 O 3 dapat digunakan untuk fotodegradasi zat warna Rhodamin B. Prinsip umum fotokatalis TiO 2 yaitu suatu semikonduktor mendapatkan energi dari cahaya atau

foton kemudian bertindak sebagai substrat fotokatalitik dengan memproduksi radikal yang sangat reaktif yang dapat mengoksidasi senyawa organik. Degradasi zat warna Rhodamin B dapat dilakukan pada foton atau cahaya dengan panjang gelombang sinar visibel dengan menggunakan lampu visibel karena keberadaan

oksida Cr 2 O 3 yang berperan sebagai sensitiser.

C. Hipotesis

Berdasarkan kerangka pemikiran tersebut dapat diajukan hipotesis sebagai berikut :

1. Penambahan Cr 3+ pada TiO 2 akan mempengaruhi pertumbuhan kristal TiO 2 dengan menekan pertumbuhan TiO 2 fase rutile dan dapat terjadi substitusi antara Ti dan Cr.

2. Penambahan Cr 3+ pada TiO 2 akan meningkatkan aktivitas fotokatalis TiO 2 dengan cahaya visibel.

commit to user

METODELOGI PENELITIAN

A. Metodologi Penelitian