FOTODEGRADASI DAN FOTOELEKTRODEGRADASI ZAT WARNA METHYL ORANGE DENGAN KATALIS KOMPOSIT GRAFIT/PbTiO3.
FOTODEGRADASI DAN FOTOELEKTRODEGRADASI ZAT
WARNA METHYL ORANGE DENGAN KATALIS
KOMPOSIT GRAFIT/PbTiO3
Disusun Oleh :
PRAMUDITA PUTRI KUSUMA
M0311054
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
i
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi
FOTODEGRADASI DAN FOTOELEKTRODEGRADASI ZAT
WARNA METHYL ORANGE DENGAN KATALIS KOMPOSIT
GRAFIT/PbTiO3
PRAMUDITA PUTRI KUSUMA
M0311054
Skripsi ini dibimbing oleh :
Pembimbing I
Pembimbing II
Candra Purnawan, M.Sc
NIP. 19781228 200501 1001
Dr. Sayekti Wahyuningsih, M.Si
NIP. 19711211 199702 2001
Dipertahankan di depan Tim Penguji Skripsi pada :
Hari
: Kamis
Tanggal
: 27 Agustus 2015
Anggota Tim Penguji :
1. Dr. Abu Masykur, M.Si
NIP. 19710426 199702 1001
……………………………
2. Dr. Fitria Rahmawati, M.Si
NIP. 19751010 200003 2001
……………………………
Disahkan oleh
Kepala Program Studi Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si
NIP. 19730124 199903 2001
ii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul
“FOTODEGRADASI DAN FOTOELEKTRODEGRADASI ZAT WARNA
METHYL ORANGE DENGAN KATALIS KOMPOSIT GRAFIT/PbTiO3” 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
PRAMUDITA PUTRI KUSUMA
iii
FOTODEGRADASI DAN FOTOELEKTRODEGRADASI ZAT WARNA
METHYL ORANGE DENGAN KATALIS KOMPOSIT GRAFIT/PbTiO3
PRAMUDITA PUTRI KUSUMA
Jurusan Kimia. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas
Sebelas Maret
ABSTRAK
Telah dilakukan sintesis komposit Grafit/PbTiO3 sebagai material katalis
dalam proses fotodegradasi dan fotoelektrodegradasi methyl orange. Komposit
Grafit/PbTiO3 disintesis melalui proses sol-gel dengan prekursor TTIP dan
Pb(NO3)2. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh waktu penyinaran,
komposisi komposit, voltase dan pH larutan terhadap degradasi methyl orange.
Karakterisasi material komposit menggunakan XRD, IR dan SEM. Proses
fotodegradasi methyl orange dilakukan selama 5, 10, 15, 20, 25 dan 30 menit.
Variasi perbandingan grafit : PbTiO3 (b/b) adalah 1:3, 1:2, 1:1, 2:1 dan 3:1.
Variasi voltase fotoelektrodegradasi adalah 7,5; 10 dan 12,5 volt dan variasi pH
larutan 3, 7 dan 11.
Karakterisasi XRD menunjukkan kristalinitas komposit paling baik pada
perbandingan 1:1 dengan puncak karakteristik grafit pada 2θ = 26,50o dan PbTiO3
pada 2θ = 31,83o. Karakterisasi IR komposit menunjukkan serapan –OHstr pada
bilangan gelombang 3439,23 cm-1, -OHbend pada 1688,75-1658,85 cm-1, Ti-O pada
586,39-420,5 cm-1 dan PbO pada 1380,13 cm-1. Karakterisasi SEM komposit
menunjukkan adanya serabut putih PbTiO3 yang tumbuh pada grafit sehingga
menutupi pori grafit dan morfologi komposit menjadi lebih pejal. Kondisi
optimum komposit Grafit/PbTiO3 dalam proses fotodegradasi methyl orange
diperoleh pada perbandingan 1:1 selama 30 menit dengan penurunan konsentrasi
sebesar 90,43% ± 0,062 mengikuti reaksi order 1 dengan konstanta laju reaksi
sebesar 0,0688 menit-1. Sedangkan kondisi optimum proses fotoelektrodegradasi
methyl orange yaitu dengan pemberian voltase 10 volt dengan penurunan
konsentrasi 92,65% ± 0 mengikuti reaksi order 1 dengan konstanta laju reaksi
sebesar 0,0941 menit-1. Kondisi pH optimal proses fotoelektrodegradasi yaitu
pada pH = 11 dengan penurunan konsentrasi sebesar 95,28% ± 0,082.
Kata kunci : fotodegradasi, fotoelektrodegradasi, komposit Grafit/PbTiO3, methyl
orange
iv
PHOTODEGRADATION AND PHOTOELECTRODEGRADATION OF
METHYL ORANGE DYE WITH GRAPHITE/PbTiO3 COMPOSITE
CATALYST
PRAMUDITA PUTRI KUSUMA
Department of Chemistry. Faculty of Mathematic and Natural Science. Sebelas
Maret University
ABSTRACT
Synthesis of Graphite/PbTiO3 composite as a catalyst material in the
photodegradation and photoelectrodegradation process of methyl orange have
been done. Graphite/PbTiO3 composite has been synthesized using sol-gel process
with TTIP and Pb(NO3)2 precursor. The purposes of this research were study the
effect of radiation time, composite composition, voltage and pH solution for
methyl orange degradation. The characterization of those composites were using
XRD, IR and SEM. Photodegradation process of methyl orange carried out for 5,
10, 15, 20, 25 and 30 minutes. Ratio of variation graphite : PbTiO3 (w/w) are 1:3,
1:2, 1:1, 2:1 and 3;1 while applied voltage are 7,5; 10 and 12,5 volt and under pH
condition of 3, 7 and 11, respectively.
XRD characterization showed the most excellent composite crystallinity
was 1:1 ratio with characteristic peak of graphite at 2θ = 26,50o and PbTiO3 at 2θ
= 31,83o. IR characterization of composite showed absorption of –OHstr at
3439,23 cm-1, -OHbend at 1688,75-1658,85 cm-1, Ti-O at 586,39-420,5 cm-1 and
PbO as a 1380,13 cm-1. SEM characterization of composite showed the existence
of PbTiO3 white fibers that grow on graphite so that was covered the pores of
graphite and composite morphology becomes more densed. The optimum
condition of Graphite/PbTiO3 composite in the methyl orange photodegradation
process was obtained at 1:1 ratio for 30 minutes reduce 90,43% ± 0,062 following
the first order reaction with a rate constant 0.0688 min-1. While the optimum
condition on the photoelectrodegradation process of methyl orange were 10 volt
reduce 92,65% ± 0 following the first order reaction with a rate constant 0.0941
min-1. Optimum pH condition of photoelectrodegradation process was pH = 11
which reduce 95,28% ± 0,082.
Keywords
:
photodegradation, photoelectrodegradation,
composite, methyl orange
v
Graphite/PbTiO3
MOTTO
“Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Sesungguhnya sesudah
kesulitan itu ada kemudahan.” (Al-Insyirah : 5-6)
“Sesuatu yang belum dikerjakan, seringkali tampak mustahil; kita baru yakin kalau kita
telah berhasil melakukannya dengan baik.” (Evelyn Underhill)
“Kebanggaan kita yang terbesar adalah bukan tidak pernah gagal, tetapi bangkit kembali
setiap kali kita jatuh.” (Confusius)
vi
PERSEMBAHAN
Karya kecil ini kupersembahkan untuk :
Bapak (alm), Ibu dan Kakak tercinta, yang senantiasa mendo’akan, memberikan
semangat dan motivasi serta mencurahkan perhatian dan kasih sayang.
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Allah SWT atas segala limpahan nikmat dan
karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini untuk
memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar Sarjana Sains dari Jurusan
Kimia FMIPA UNS.
Skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari banyak pihak,
karena itu penulis menyampaikan terima kasih kepada :
1. Prof. Ir. Ari Handono Ramelan, M.Sc. (Hons), Ph.D selaku Dekan
FMIPA UNS
2. Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si selaku Ketua Jurusan Kimia FMIPA
UNS
3. Candra Purnawan, M.Sc selaku Dosen Pembimbing I yang telah
memberikan bimbingan, pengarahan dan ilmu selama ini
4. Dr. Sayekti Wahyuningsih, M.Si selaku Dosen Pembimbing II yang
telah memberikan bimbingan, pengarahan dan ilmu selama ini
5. Dra. Tri Martini, M.Si selaku Pembimbing Akademik yang telah
memberikan bimbingan dalam kegiatan kuliah selama ini
6. Bapak dan Ibu Dosen Jurusan Kimia FMIPA UNS yang telah
memberikan ilmunya
7. Ketua dan seluruh staf serta laboran Laboratorium Kimia FMIPA,
Laboratorium Terpadu FMIPA dan Sub Laboratorium Kimia Pusat
UNS
8. Orang tua serta keluarga yang telah memberikan doa, nasihat dan
motivasi kepada penulis
9. Teman-teman Kimia FMIPA UNS angkatan 2011 yang selalu
memberikan doa dan semangat selama penelitian hingga penyusunan
skripsi ini
10. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu
viii
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh daari
kesempurnaan. Maka dari itu penulis mengharapkan kritik dan saran sebagai
bahan pertimbangan untuk membuat karya yang lebih baik. Namun, penulis
berharap semoga karya ini bermanfaat bagi pembaca.
Surakarta, Agustus 2015
Pramudita Putri Kusuma
ix
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 ...............................................................................................
x
DAFTAR TABEL .......................................................................................
xiii
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................
xiv
DAFTAR LAMPIRAN ...............................................................................
xvi
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 ......................................................................
6
BAB II LANDASAN TEORI .....................................................................
7
A. Tinjauan Pustaka ........................................................................
7
1. Semikonduktor ....................................................................
7
2. Titanium dioksida (TiO2) ....................................................
8
3. Degradasi Fotokatalitik .......................................................
10
4. Degradasi Fotoelektrokatalitik ............................................
11
5. Grafit ...................................................................................
13
6. Timbal oksida (PbO) ...........................................................
15
x
7. Zat warna methyl orange .....................................................
16
8. Kinetika laju reaksi .............................................................
16
9. X-Ray Diffraction (XRD) ....................................................
17
10. Fourier ransform Infra Red (FTIR) ....................................
18
11. Scanning Electron Microscope (SEM) ...............................
20
12. Spektrofotometer UV-Vis ...................................................
21
B. Kerangka Pemikiran ...................................................................
24
C. Hipotesis .....................................................................................
27
BAB III METODOLOGI PENELITIAN....................................................
28
A. Metode Penelitian .......................................................................
28
B. Tempat dan Waktu Penelitian ....................................................
28
C. Alat dan Bahan ...........................................................................
28
1. Alat yang digunakan ...........................................................
28
2. Bahan yang digunakan ........................................................
29
D. Prosedur Penelitian .....................................................................
29
1. Preparasi grafit dari batu baterai .........................................
29
2. Sintesis TiO2 .......................................................................
30
3. Sintesis PbTiO3 ...................................................................
30
4. Sintesis Komposit Grafit/PbTiO3 ........................................
30
5. Pembuatan elektroda Komposit Grafit/PbTiO3...................
31
6. Proses Fotodegradasi Zat Warna Methyl Orange ...............
31
a. Variasi waktu .............................................................
31
b. Variasi perbandingan Grafit : PbTiO3 ........................
31
7. Proses Fotoelektrodegradasi Zat Warna Methyl Orange ....
32
a. Variasi voltase ............................................................
32
b. Variasi pH larutan methyl orange ..............................
32
E. Teknik Pengumpulan Data .........................................................
33
F. Teknik Analisis Data ..................................................................
33
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ............................
35
A. Preparasi Grafit ...........................................................................
35
B. Karakterisasi TiO2 ......................................................................
36
xi
C. Karakterisasi PbTiO3 ..................................................................
37
D. Karakterisasi Komposit Grafit/PbTiO3.......................................
38
1. X-Ray Diffraction (XRD) ..................................................
38
2. Fourier Transform Infra Red (FTIR) ................................
40
3. Scanning Electron Microscopy (SEM) .............................
42
4. Energi Band Gap ...............................................................
43
E. Fotodegradasi Zat Warna Methyl Orange ..................................
44
1. Pengaruh variasi perbandingan Grafit : PbTiO3 terhadap
degradasi dan kinetika degradasi methyl orange ..............
2. Pengaruh variasi waktu terhadap degradasi methyl orange
F. Fotoelektrodegradasi Zat Warna Methyl Orange .......................
44
47
49
1. Pengaruh variasi beda potensial terhadap degradasi methyl
orange ...............................................................................
49
2. Pengaruh variasi waktu terhadap degradasi dan kinetika
degradasi methyl orange ...................................................
51
3. Pengaruh variasi pH larutan terhadap degradasi methyl
orange ...............................................................................
53
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................
56
A. Kesimpulan .................................................................................
56
B. Saran ...........................................................................................
56
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................
57
LAMPIRAN ................................................................................................
66
xii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Hasil karakterisasi SEM EDX kandungan grafit dari batu
baterai ...........................................................................................
36
Tabel 2. Serapan gugus fungsi pada komposit Grafit/PbTiO3 ...................
41
Tabel 3. Nilai konstanta laju reaksi (k) dan R fotodegradasi MO
dengan komposit Grafit/PbTiO3 perbandingan 1 : 1 .....................
49
Tabel 4. Nilai konstanta laju reaksi (k) dan R fotoelektrodegradasi MO
dengan komposit Grafit/PbTiO3 perbandingan 1 : 1, voltase
10 volt ..........................................................................................
xiii
53
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Pita energi suatu konduktor, semikonduktor dan isolator .......
7
Gambar 2. Struktur kristal TiO2 ................................................................
8
Gambar 3. Struktur Grafit .........................................................................
14
Gambar 4. Batu baterai dry cell ................................................................
14
Gambar 5. Struktur kimia methyl orange ..................................................
16
Gambar 6. Pola XRD dari (a) material PbTiO3 dan (b) standar PbTiO3
(JCPDS No.01-078-0298) .......................................................
18
Gambar 7. Spektra FTIR (a) MWCNT (b) MWCNT-TiO2 dan (c) TiO2 .
19
Gambar 8. Mekanisme kerja dari SEM .....................................................
20
Gambar 9. Hasil karakterisasi SEM material TiO2 ...................................
21
Gambar 10. Spektra absorbansi larutan zat warna methyl orange dengan
variasi waktu penyinaran ......................................................
22
Gambar 11. Grafik Tauc Plot dari material (a) CdS (b) CdS36/ZnS
(c) CdS13/ZnS dan (d) ZnS.....................................................
24
Gambar 12. Struktur Methyl orange (a) cationic form (b) zwitterionic form
(c) anionic form.......................................................................
26
Gambar 13. Rangkaian alat proses fotoelektrodegradasi zat warna ...........
33
Gambar 14. Difraktogram (a) Grafit sebelum dicuci (b) Grafit setelah dicuci
(c) Standar grafit (JCPDS No. 25-0284) .................................
35
Gambar 15. Difraktogram (a) TiO2 hasil sintesis kalsinasi 400 oC (b) Standar
JCPDS No. 86-1157. ...............................................................
37
Gambar 16. Difraktogram (a) PbTiO3 hasil sintesis (b) Standar JCPDS
No. 74-2495. ...........................................................................
38
Gambar 17. Difraktogram (a) Komposit Grafit/PbTiO3 1:3 (b) Komposit
Grafit/PbTiO3 1:2 (c) Komposit Grafit/PbTiO3 1:1 (d) Komposit
Grafit/PbTiO3 2:1 (e) Komposit Grafit/PbTiO3 3:1. .................
39
Gambar 18. Spektra FTIR (a) TiO2 (b) PbTiO3 (c) Grafit ..........................
40
Gambar 19. Spektra FTIR Komposit Grafit/PbTiO3 (a) 1:3 (b) 1:2 (c) 1:1
(d) 2:1 (e) 3:1 ..........................................................................
xiv
41
Gambar 20. Morfologi (a) Grafit (b) Komposit Grafit/PbTiO3 perbandingan
1: 1...........................................................................................
42
Gambar 21. Grafik Tauc Plot komposit Grafit/PbTiO3 perbandingan 1:1 ..
43
Gambar 22. Diagram persentase degradasi methyl orange dengan TiO2,
PbTiO3, grafit dan variasi perbandingan komposisi Grafit :
PbTiO3 .....................................................................................
44
Gambar 23. Spektra larutan methyl orange sebelum dan sesudah didegradasi
selama 30 menit ......................................................................
46
Gambar 24. Persentase degradasi methyl orange dengan variasi waktu
penyinaran menggunakan komposit perbandingan (a) 1:3 (b) 1:2
(c) 1:1 (d) 2:1 (e) 3:1 ..............................................................
48
Gambar 25. Diagram persentase degradasi methyl orange dengan komposit
Grafit/PbTiO3 perbandingan 1:1 selama 30 menit ...................
50
Gambar 26. Persentase degradasi methyl orange dengan komposit perbandingan
1:1 variasi waktu penyinaran menggunakan voltase (a) 7,5V
(b) 10V (c) 12,5V ....................................................................
52
Gambar 27. Diagram persentase degradasi methyl orange dengan komposit
Grafit/PbTiO3 perbandingan 1:1 selama 30 menit .................
xv
54
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Tahapan Sintesis ....................................................................
66
A. Perhitungan Sintesis Komposit Grafit/PbTiO3 ...............................
66
B. Dokumentasi Kegiatan ....................................................................
67
Lampiran 2. Data Hasil Karakterisasi ........................................................
69
A. JCPDS (Joint Commite Powder Diffraction Standart) ...................
69
B. Perhitungan kelimpahan kristal PbTiO3 ..........................................
71
C. Karakterisasi dengan Scanning Electron Microscopy (SEM) .........
71
D. Pengukuran Reflektansi komposit Grafit/PbTiO3 perbandingan
1:1....................................................................................................
73
Lampiran 3. Tahap Uji Fotokatalitik dan Fotoelektrokatalitik ..................
79
A. Dokumentasi Kegiatan ....................................................................
79
B. Pengukuran Kurva Standar ..............................................................
81
C. Data Persentase Fotodegradasi Methyl Orange ..............................
82
D. Data Persentase Fotoelektrodegradasi Methyl Orange ...................
84
E. Data perhitungan dalam penentuan nilai k (konstanta laju reaksi) ..
86
F. Perhitungan Uji ANOVA ................................................................
90
xvi
WARNA METHYL ORANGE DENGAN KATALIS
KOMPOSIT GRAFIT/PbTiO3
Disusun Oleh :
PRAMUDITA PUTRI KUSUMA
M0311054
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
i
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi
FOTODEGRADASI DAN FOTOELEKTRODEGRADASI ZAT
WARNA METHYL ORANGE DENGAN KATALIS KOMPOSIT
GRAFIT/PbTiO3
PRAMUDITA PUTRI KUSUMA
M0311054
Skripsi ini dibimbing oleh :
Pembimbing I
Pembimbing II
Candra Purnawan, M.Sc
NIP. 19781228 200501 1001
Dr. Sayekti Wahyuningsih, M.Si
NIP. 19711211 199702 2001
Dipertahankan di depan Tim Penguji Skripsi pada :
Hari
: Kamis
Tanggal
: 27 Agustus 2015
Anggota Tim Penguji :
1. Dr. Abu Masykur, M.Si
NIP. 19710426 199702 1001
……………………………
2. Dr. Fitria Rahmawati, M.Si
NIP. 19751010 200003 2001
……………………………
Disahkan oleh
Kepala Program Studi Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si
NIP. 19730124 199903 2001
ii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul
“FOTODEGRADASI DAN FOTOELEKTRODEGRADASI ZAT WARNA
METHYL ORANGE DENGAN KATALIS KOMPOSIT GRAFIT/PbTiO3” 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
PRAMUDITA PUTRI KUSUMA
iii
FOTODEGRADASI DAN FOTOELEKTRODEGRADASI ZAT WARNA
METHYL ORANGE DENGAN KATALIS KOMPOSIT GRAFIT/PbTiO3
PRAMUDITA PUTRI KUSUMA
Jurusan Kimia. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas
Sebelas Maret
ABSTRAK
Telah dilakukan sintesis komposit Grafit/PbTiO3 sebagai material katalis
dalam proses fotodegradasi dan fotoelektrodegradasi methyl orange. Komposit
Grafit/PbTiO3 disintesis melalui proses sol-gel dengan prekursor TTIP dan
Pb(NO3)2. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh waktu penyinaran,
komposisi komposit, voltase dan pH larutan terhadap degradasi methyl orange.
Karakterisasi material komposit menggunakan XRD, IR dan SEM. Proses
fotodegradasi methyl orange dilakukan selama 5, 10, 15, 20, 25 dan 30 menit.
Variasi perbandingan grafit : PbTiO3 (b/b) adalah 1:3, 1:2, 1:1, 2:1 dan 3:1.
Variasi voltase fotoelektrodegradasi adalah 7,5; 10 dan 12,5 volt dan variasi pH
larutan 3, 7 dan 11.
Karakterisasi XRD menunjukkan kristalinitas komposit paling baik pada
perbandingan 1:1 dengan puncak karakteristik grafit pada 2θ = 26,50o dan PbTiO3
pada 2θ = 31,83o. Karakterisasi IR komposit menunjukkan serapan –OHstr pada
bilangan gelombang 3439,23 cm-1, -OHbend pada 1688,75-1658,85 cm-1, Ti-O pada
586,39-420,5 cm-1 dan PbO pada 1380,13 cm-1. Karakterisasi SEM komposit
menunjukkan adanya serabut putih PbTiO3 yang tumbuh pada grafit sehingga
menutupi pori grafit dan morfologi komposit menjadi lebih pejal. Kondisi
optimum komposit Grafit/PbTiO3 dalam proses fotodegradasi methyl orange
diperoleh pada perbandingan 1:1 selama 30 menit dengan penurunan konsentrasi
sebesar 90,43% ± 0,062 mengikuti reaksi order 1 dengan konstanta laju reaksi
sebesar 0,0688 menit-1. Sedangkan kondisi optimum proses fotoelektrodegradasi
methyl orange yaitu dengan pemberian voltase 10 volt dengan penurunan
konsentrasi 92,65% ± 0 mengikuti reaksi order 1 dengan konstanta laju reaksi
sebesar 0,0941 menit-1. Kondisi pH optimal proses fotoelektrodegradasi yaitu
pada pH = 11 dengan penurunan konsentrasi sebesar 95,28% ± 0,082.
Kata kunci : fotodegradasi, fotoelektrodegradasi, komposit Grafit/PbTiO3, methyl
orange
iv
PHOTODEGRADATION AND PHOTOELECTRODEGRADATION OF
METHYL ORANGE DYE WITH GRAPHITE/PbTiO3 COMPOSITE
CATALYST
PRAMUDITA PUTRI KUSUMA
Department of Chemistry. Faculty of Mathematic and Natural Science. Sebelas
Maret University
ABSTRACT
Synthesis of Graphite/PbTiO3 composite as a catalyst material in the
photodegradation and photoelectrodegradation process of methyl orange have
been done. Graphite/PbTiO3 composite has been synthesized using sol-gel process
with TTIP and Pb(NO3)2 precursor. The purposes of this research were study the
effect of radiation time, composite composition, voltage and pH solution for
methyl orange degradation. The characterization of those composites were using
XRD, IR and SEM. Photodegradation process of methyl orange carried out for 5,
10, 15, 20, 25 and 30 minutes. Ratio of variation graphite : PbTiO3 (w/w) are 1:3,
1:2, 1:1, 2:1 and 3;1 while applied voltage are 7,5; 10 and 12,5 volt and under pH
condition of 3, 7 and 11, respectively.
XRD characterization showed the most excellent composite crystallinity
was 1:1 ratio with characteristic peak of graphite at 2θ = 26,50o and PbTiO3 at 2θ
= 31,83o. IR characterization of composite showed absorption of –OHstr at
3439,23 cm-1, -OHbend at 1688,75-1658,85 cm-1, Ti-O at 586,39-420,5 cm-1 and
PbO as a 1380,13 cm-1. SEM characterization of composite showed the existence
of PbTiO3 white fibers that grow on graphite so that was covered the pores of
graphite and composite morphology becomes more densed. The optimum
condition of Graphite/PbTiO3 composite in the methyl orange photodegradation
process was obtained at 1:1 ratio for 30 minutes reduce 90,43% ± 0,062 following
the first order reaction with a rate constant 0.0688 min-1. While the optimum
condition on the photoelectrodegradation process of methyl orange were 10 volt
reduce 92,65% ± 0 following the first order reaction with a rate constant 0.0941
min-1. Optimum pH condition of photoelectrodegradation process was pH = 11
which reduce 95,28% ± 0,082.
Keywords
:
photodegradation, photoelectrodegradation,
composite, methyl orange
v
Graphite/PbTiO3
MOTTO
“Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Sesungguhnya sesudah
kesulitan itu ada kemudahan.” (Al-Insyirah : 5-6)
“Sesuatu yang belum dikerjakan, seringkali tampak mustahil; kita baru yakin kalau kita
telah berhasil melakukannya dengan baik.” (Evelyn Underhill)
“Kebanggaan kita yang terbesar adalah bukan tidak pernah gagal, tetapi bangkit kembali
setiap kali kita jatuh.” (Confusius)
vi
PERSEMBAHAN
Karya kecil ini kupersembahkan untuk :
Bapak (alm), Ibu dan Kakak tercinta, yang senantiasa mendo’akan, memberikan
semangat dan motivasi serta mencurahkan perhatian dan kasih sayang.
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Allah SWT atas segala limpahan nikmat dan
karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini untuk
memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar Sarjana Sains dari Jurusan
Kimia FMIPA UNS.
Skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari banyak pihak,
karena itu penulis menyampaikan terima kasih kepada :
1. Prof. Ir. Ari Handono Ramelan, M.Sc. (Hons), Ph.D selaku Dekan
FMIPA UNS
2. Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si selaku Ketua Jurusan Kimia FMIPA
UNS
3. Candra Purnawan, M.Sc selaku Dosen Pembimbing I yang telah
memberikan bimbingan, pengarahan dan ilmu selama ini
4. Dr. Sayekti Wahyuningsih, M.Si selaku Dosen Pembimbing II yang
telah memberikan bimbingan, pengarahan dan ilmu selama ini
5. Dra. Tri Martini, M.Si selaku Pembimbing Akademik yang telah
memberikan bimbingan dalam kegiatan kuliah selama ini
6. Bapak dan Ibu Dosen Jurusan Kimia FMIPA UNS yang telah
memberikan ilmunya
7. Ketua dan seluruh staf serta laboran Laboratorium Kimia FMIPA,
Laboratorium Terpadu FMIPA dan Sub Laboratorium Kimia Pusat
UNS
8. Orang tua serta keluarga yang telah memberikan doa, nasihat dan
motivasi kepada penulis
9. Teman-teman Kimia FMIPA UNS angkatan 2011 yang selalu
memberikan doa dan semangat selama penelitian hingga penyusunan
skripsi ini
10. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu
viii
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh daari
kesempurnaan. Maka dari itu penulis mengharapkan kritik dan saran sebagai
bahan pertimbangan untuk membuat karya yang lebih baik. Namun, penulis
berharap semoga karya ini bermanfaat bagi pembaca.
Surakarta, Agustus 2015
Pramudita Putri Kusuma
ix
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 ...............................................................................................
x
DAFTAR TABEL .......................................................................................
xiii
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................
xiv
DAFTAR LAMPIRAN ...............................................................................
xvi
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 ......................................................................
6
BAB II LANDASAN TEORI .....................................................................
7
A. Tinjauan Pustaka ........................................................................
7
1. Semikonduktor ....................................................................
7
2. Titanium dioksida (TiO2) ....................................................
8
3. Degradasi Fotokatalitik .......................................................
10
4. Degradasi Fotoelektrokatalitik ............................................
11
5. Grafit ...................................................................................
13
6. Timbal oksida (PbO) ...........................................................
15
x
7. Zat warna methyl orange .....................................................
16
8. Kinetika laju reaksi .............................................................
16
9. X-Ray Diffraction (XRD) ....................................................
17
10. Fourier ransform Infra Red (FTIR) ....................................
18
11. Scanning Electron Microscope (SEM) ...............................
20
12. Spektrofotometer UV-Vis ...................................................
21
B. Kerangka Pemikiran ...................................................................
24
C. Hipotesis .....................................................................................
27
BAB III METODOLOGI PENELITIAN....................................................
28
A. Metode Penelitian .......................................................................
28
B. Tempat dan Waktu Penelitian ....................................................
28
C. Alat dan Bahan ...........................................................................
28
1. Alat yang digunakan ...........................................................
28
2. Bahan yang digunakan ........................................................
29
D. Prosedur Penelitian .....................................................................
29
1. Preparasi grafit dari batu baterai .........................................
29
2. Sintesis TiO2 .......................................................................
30
3. Sintesis PbTiO3 ...................................................................
30
4. Sintesis Komposit Grafit/PbTiO3 ........................................
30
5. Pembuatan elektroda Komposit Grafit/PbTiO3...................
31
6. Proses Fotodegradasi Zat Warna Methyl Orange ...............
31
a. Variasi waktu .............................................................
31
b. Variasi perbandingan Grafit : PbTiO3 ........................
31
7. Proses Fotoelektrodegradasi Zat Warna Methyl Orange ....
32
a. Variasi voltase ............................................................
32
b. Variasi pH larutan methyl orange ..............................
32
E. Teknik Pengumpulan Data .........................................................
33
F. Teknik Analisis Data ..................................................................
33
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ............................
35
A. Preparasi Grafit ...........................................................................
35
B. Karakterisasi TiO2 ......................................................................
36
xi
C. Karakterisasi PbTiO3 ..................................................................
37
D. Karakterisasi Komposit Grafit/PbTiO3.......................................
38
1. X-Ray Diffraction (XRD) ..................................................
38
2. Fourier Transform Infra Red (FTIR) ................................
40
3. Scanning Electron Microscopy (SEM) .............................
42
4. Energi Band Gap ...............................................................
43
E. Fotodegradasi Zat Warna Methyl Orange ..................................
44
1. Pengaruh variasi perbandingan Grafit : PbTiO3 terhadap
degradasi dan kinetika degradasi methyl orange ..............
2. Pengaruh variasi waktu terhadap degradasi methyl orange
F. Fotoelektrodegradasi Zat Warna Methyl Orange .......................
44
47
49
1. Pengaruh variasi beda potensial terhadap degradasi methyl
orange ...............................................................................
49
2. Pengaruh variasi waktu terhadap degradasi dan kinetika
degradasi methyl orange ...................................................
51
3. Pengaruh variasi pH larutan terhadap degradasi methyl
orange ...............................................................................
53
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................
56
A. Kesimpulan .................................................................................
56
B. Saran ...........................................................................................
56
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................
57
LAMPIRAN ................................................................................................
66
xii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Hasil karakterisasi SEM EDX kandungan grafit dari batu
baterai ...........................................................................................
36
Tabel 2. Serapan gugus fungsi pada komposit Grafit/PbTiO3 ...................
41
Tabel 3. Nilai konstanta laju reaksi (k) dan R fotodegradasi MO
dengan komposit Grafit/PbTiO3 perbandingan 1 : 1 .....................
49
Tabel 4. Nilai konstanta laju reaksi (k) dan R fotoelektrodegradasi MO
dengan komposit Grafit/PbTiO3 perbandingan 1 : 1, voltase
10 volt ..........................................................................................
xiii
53
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Pita energi suatu konduktor, semikonduktor dan isolator .......
7
Gambar 2. Struktur kristal TiO2 ................................................................
8
Gambar 3. Struktur Grafit .........................................................................
14
Gambar 4. Batu baterai dry cell ................................................................
14
Gambar 5. Struktur kimia methyl orange ..................................................
16
Gambar 6. Pola XRD dari (a) material PbTiO3 dan (b) standar PbTiO3
(JCPDS No.01-078-0298) .......................................................
18
Gambar 7. Spektra FTIR (a) MWCNT (b) MWCNT-TiO2 dan (c) TiO2 .
19
Gambar 8. Mekanisme kerja dari SEM .....................................................
20
Gambar 9. Hasil karakterisasi SEM material TiO2 ...................................
21
Gambar 10. Spektra absorbansi larutan zat warna methyl orange dengan
variasi waktu penyinaran ......................................................
22
Gambar 11. Grafik Tauc Plot dari material (a) CdS (b) CdS36/ZnS
(c) CdS13/ZnS dan (d) ZnS.....................................................
24
Gambar 12. Struktur Methyl orange (a) cationic form (b) zwitterionic form
(c) anionic form.......................................................................
26
Gambar 13. Rangkaian alat proses fotoelektrodegradasi zat warna ...........
33
Gambar 14. Difraktogram (a) Grafit sebelum dicuci (b) Grafit setelah dicuci
(c) Standar grafit (JCPDS No. 25-0284) .................................
35
Gambar 15. Difraktogram (a) TiO2 hasil sintesis kalsinasi 400 oC (b) Standar
JCPDS No. 86-1157. ...............................................................
37
Gambar 16. Difraktogram (a) PbTiO3 hasil sintesis (b) Standar JCPDS
No. 74-2495. ...........................................................................
38
Gambar 17. Difraktogram (a) Komposit Grafit/PbTiO3 1:3 (b) Komposit
Grafit/PbTiO3 1:2 (c) Komposit Grafit/PbTiO3 1:1 (d) Komposit
Grafit/PbTiO3 2:1 (e) Komposit Grafit/PbTiO3 3:1. .................
39
Gambar 18. Spektra FTIR (a) TiO2 (b) PbTiO3 (c) Grafit ..........................
40
Gambar 19. Spektra FTIR Komposit Grafit/PbTiO3 (a) 1:3 (b) 1:2 (c) 1:1
(d) 2:1 (e) 3:1 ..........................................................................
xiv
41
Gambar 20. Morfologi (a) Grafit (b) Komposit Grafit/PbTiO3 perbandingan
1: 1...........................................................................................
42
Gambar 21. Grafik Tauc Plot komposit Grafit/PbTiO3 perbandingan 1:1 ..
43
Gambar 22. Diagram persentase degradasi methyl orange dengan TiO2,
PbTiO3, grafit dan variasi perbandingan komposisi Grafit :
PbTiO3 .....................................................................................
44
Gambar 23. Spektra larutan methyl orange sebelum dan sesudah didegradasi
selama 30 menit ......................................................................
46
Gambar 24. Persentase degradasi methyl orange dengan variasi waktu
penyinaran menggunakan komposit perbandingan (a) 1:3 (b) 1:2
(c) 1:1 (d) 2:1 (e) 3:1 ..............................................................
48
Gambar 25. Diagram persentase degradasi methyl orange dengan komposit
Grafit/PbTiO3 perbandingan 1:1 selama 30 menit ...................
50
Gambar 26. Persentase degradasi methyl orange dengan komposit perbandingan
1:1 variasi waktu penyinaran menggunakan voltase (a) 7,5V
(b) 10V (c) 12,5V ....................................................................
52
Gambar 27. Diagram persentase degradasi methyl orange dengan komposit
Grafit/PbTiO3 perbandingan 1:1 selama 30 menit .................
xv
54
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Tahapan Sintesis ....................................................................
66
A. Perhitungan Sintesis Komposit Grafit/PbTiO3 ...............................
66
B. Dokumentasi Kegiatan ....................................................................
67
Lampiran 2. Data Hasil Karakterisasi ........................................................
69
A. JCPDS (Joint Commite Powder Diffraction Standart) ...................
69
B. Perhitungan kelimpahan kristal PbTiO3 ..........................................
71
C. Karakterisasi dengan Scanning Electron Microscopy (SEM) .........
71
D. Pengukuran Reflektansi komposit Grafit/PbTiO3 perbandingan
1:1....................................................................................................
73
Lampiran 3. Tahap Uji Fotokatalitik dan Fotoelektrokatalitik ..................
79
A. Dokumentasi Kegiatan ....................................................................
79
B. Pengukuran Kurva Standar ..............................................................
81
C. Data Persentase Fotodegradasi Methyl Orange ..............................
82
D. Data Persentase Fotoelektrodegradasi Methyl Orange ...................
84
E. Data perhitungan dalam penentuan nilai k (konstanta laju reaksi) ..
86
F. Perhitungan Uji ANOVA ................................................................
90
xvi