LUCUTAN PLASMA DENGAN VARIASI PENAMBAHAN KONSENTRASI HIDROGEN PEROKSIDA DAN KONFIGURASI ELEKTRODA PADA PROSES DEGRADASI METILEN BIRU - UNS Institutional Repository

LUCUTAN PLASMA DENGAN VARIASI KONSENTRASI

  2

  2 PENAMBAHAN H O DAN KONFIGURASI ELEKTRODA DALAM

PROSES DEGRADASI METILEN BIRU

  

Disusun Oleh :

FAJRIN RAWASIYYAH

M0213031

SKRIPSI

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

LUCUTAN PLASMA DENGAN VARIASI KONSENTRASI

  2

  2 PENAMBAHAN H O DAN KONFIGURASI ELEKTRODA DALAM

PROSES DEGRADASI METILEN BIRU

  

Disusun Oleh :

FAJRIN RAWASIYYAH

M0213031

SKRIPSI

  

Diajukan untuk memenuhi sebagai persyaratan mendapat gelar

Sarjana Sains

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

MARET 2018

  HALAMAN PERSETUJUAN SKRIPSI Lucutan Plasma Dengan Variasi Konsentrasi Penambahan H

  2 O 2 dan Konfigurasi Elektroda dalam Proses Degradasi Metilen Biru

  Diusulkan oleh:

  

Fajrin Rawasiyyah

M0213031

Telah disetujui oleh : Pembimbing I Dr. Eng. Kusumandari, S.Si., M. Si. Tanggal : ……………… NIP. 19810518200501 2 2002 Pembimbing II Teguh Endah Saraswati, S.Si, M.Sc., Ph.D. Tanggal : …………........ NIP. 19790326 200501 2001

  HALAMAN PENGESAHAN

  Skripsi dengan judul : Lucutan Plasma dengan Variasi Konsentrasi Penambahan H

  2 O 2 dan Konfigurasi Elektroda dalam

  Proses Degradasi Metilen Biru Yang ditulis oleh :

  Nama : Fajrin Rawasiyyah NIM : M0213031

  Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada : Hari : Tanggal :

  Dewan Penguji : 1. Ketua Penguji Dr. Eng. Risa Suryana, S.Si., M.Si.

  NIP 19710831 200003 1 005 ................................

  2. Sekretaris Penguji Dr. Yofentina Iriani, S. Si,. M. Si.

  NIP. 19711227 199702 2 001 ................................

  3. Anggota Penguji 1 Dr. Eng. Kusumandari, S.Si., M.Si.

  NIP. 19810518 200501 2 002 ................................

  4. Anggota Penguji 2 Teguh Endah Saraswati, S.Si., M.Sc., Ph.D.

  NIP. 19790326 200501 2 001 ................................

  Disahkan pada tanggal…………………… Oleh

  Kepala Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

  Universitas Sebelas Maret Surakarta

  

Dr. Fahru Nurosyid., S. Si., M. Si.

  NIP. 19721013 200003 1 002

  

PERNYATAAN

  Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul

  “Lucutan Plasma

  2

  2

  dengan Variasi Konsentrasi Penambahan H O dan Konfigurasi Elektroda dalam Proses Degradasi Metilen Biru

  ” adalah benar-benar hasil penelitian saya hingga saat ini isi skripsi tidak berisi material yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali telah dituliskan di daftar pustaka skripsi. Segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis dibagian ucapan terima kasih. Isi skripsi ini boleh dirujuk secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.

  Surakarta, Maret 2018 Fajrin Rawasiyyah

  “Maka Sesungguhnya Bersama Kesulitan itu Ada Kemudahan” Q.S Al-Insyroh Ayat 5

  MOTTO

  “Hidup itu Seperti Sepeda. Agar Tetap Seimbang, Kau Harus Tetap Bergerak”

• Albert Einstein-

  PERSEMBAHAN

  Karya sederhana ini saya persembahkan kepada : 1.

  Bapak, Ibu dan adik-adik tercinta 2. Dosen Pembimbing 3. Grup Riset Plasma Science and Technology FMIPA UNS.

4. Keluarga Fisika 2013 5.

  Seluruh Pembaca

  2

  2 Lucutan Plasma dengan Variasi Konsentrasi Penambahan H O dan

Konfigurasi Elektroda dalam Proses Degradasi Metilen Biru

  FAJRIN RAWASIYYAH Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

  Universitas Sebelas Maret ABSTRAK

  2

  2 Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan pengaruh variasi konsentrasi H O dan

  konfigurasi elektroda terhadap absorbansi, pH dan temperatur metilen biru sebelum dan sesudah kontak dengan plasma. Dalam penelitian ini, reaktor plasma terdiri dari elektroda jarum yang dihubungkan dengan tegangan AC sebesar 11,5 kV. Variasi konsentrasi penambahan H

  2 O 2 yang digunakan adalah 5, 6, 7, 8, 9, dan 10 mmol,

  sedangkan variasi konfigurasi elektroda yang digunakan adalah 1 pasang elektroda dan 2 pasang elektroda. Waktu kontak plasma yang digunakan adalah 1, 2, 3, 4, dan 5 menit. Absorbansi larutan diukur menggunakan spektrometer UV-Vis. Hasilnya absorbansi menurun seiring bertambahnya waktu kontak dengan plasma. Selain itu, penambahan H

  2 O 2 sebelum kontak dengan plasma mempercepat degradasi metilen

  2

  2

  biru, sedangkan kombinasi plasma dan penambahan H O menghasilkan reaksi yang lebih komplek yang mendegradasi metilen biru selanjutnya, pH larutan metilen biru mengalami penurunan seiring dengan waktu kontak dengan plasma dan penambahan H

2 O 2 karena senyawa asam yang dihasilkan selama reaksi.

  Temperatur larutan metilen biru semakin tinggi seiring bertambahnya waktu kontak

  2

  2

  dengan plasma dan penambahan H O . Pada variasi konfigurasi elektroda yaitu 1

  2

  2

  pasang elektroda dan 2 pasang elektroda dengan penambahan H O dan tanpa penambahan H

2 O 2, metilen biru mengalami penurunan absorbansi. Jadi dengan

  adanya penambahan elektroda dan penambahan H

  2 O 2 berpengaruh pada penurunan

  absorbansi metilen biru meskipun tidak berbeda secara signifikan. Hasil yang di peroleh dibuktikan dengan analisa ANOVA dua arah tanpa perulangan, menunjukkan nilai persentase penurunan absorbansi dengan plasma menggunakan 1 dan 2 pasang elektroda baik dengan dan tanpa penambahan H

  2 O 2 tidak berbeda signifikan.

  Kata kunci : plasma, H O , konfigurasi elektroda, metilen biru

  2

  2

  2

  2 Plasma Discharge with Variations Concentration Of H O and Electrodes

Configuration For Methylene Blue Degradation Process

  FAJRIN RAWASIYYAH Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences

  Sebelas Maret University ABSTRACT

  2

  2 This study was conducted to determine the effect of H O concentration and

  electrode configuration on absorbance, pH and temperature of methylene blue before and after contact with plasma. In this study, the reactor consisted of needle electrode with AC voltage of 11.5 kV. The concentration of H

  2 O 2 were 5, 6, 8, 9, and 10 mmol and the electrode configuration were 1 pair and 2 pairs of electrodes.

  Variations of plasma contact time used were 1, 2, 3, 4, and 5 minutes. The absorbance solution of methylene blue was measured using an UV-Vis spectrometer. As a result, the absorbance decreases with increasing contact time with plasma. The addition of H

  2 O 2 before contact with plasma accelerated the

  degradation of methylene blue, while the combination of plasma and the addition

  2

  2 of H O resulting in a more complex reaction that degraded methylene blue.

  Moreover, pH of the methylene blue solution decreased with the time of contact with the plasma and the addition of H

  

2 O

2 due to the acid compounds produced

  during the reaction. The temperature of the methylene blue solution become higher as time increases with plasma and the addition of H

  2 O 2 . The absorbance of

  methylene blue decreased using both of the electrode configuration variation of 1

  2

  2 pair of electrode and 2 pairs of electrode with and without addition of H O .

  Therefore, the addition of electrodes and the addition of H

  2 O 2 provided an effect on

  decreasing of blue methylene absorbance, eventhough it was not significantly achieved. The results was analyzed by two-way ANOVA analysis without repetition, showed that the result of a reduction percentage of absorbance under plasma treatmnet using 1 and 2 pairs of electrodes, both with and without the addition of H

2 O 2 was not significantly different.

  Keywords : plasma, H ^{2 O 2 , electrode configuration, methylene blue}

KATA PENGANTAR

  Puji syukur penulis sampaikan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, hidayah serta karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Lucutan Plasma Dengan Variasi Konsentrasi Penambahan H

  2 O 2 dan

  Konfigurasi Elektroda dalam Proses Degradasi Metilen Biru ” yang merupakan persyaratan guna memperoleh gelar sarjana Sains.

  Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini tidak lepas dari adanya kerjasama dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, perkenankan penulis secara khusus menyampaikan ucapan terima kasih kepada seluruh pihak yang telah membantu dan memberikan motivasi dalam penulisan skripsi ini. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada :

  1. Ibu Dr. Eng. Kusumandari, S.Si., M.Si, selaku Pembimbing I yang telah memberikan topik skripsi, ide penelitian, pembiayaan penelitian, membimbing, mendampingi, memotivasi serta memberikan saran dan koreksi dalam mengerjakan penelitian dan menyusun skripsi ini.

  2. Ibu Teguh Endah Saraswati, S.Si, M.Sc., Ph.D., selaku Pembimbing II yang penuh kesabaran membimbing, memberikan motivasi dan saran dalam melakukan penelitian serta penyusunan skripsi.

  3. Bapak Dr. Fahru Nurosyid, S.Si., M.Si., selaku Kepala Program Studi Fisika FMIPA UNS 4. Bapak Dr. Eng. Risa Suryana, S.Si., M.Si. selaku ketua penguji.

  5. Ibu Dr. Yofentina Iriani, S.Si., M.Si. selaku sekretaris penguji.

  6. Bapak Drs. Iwan Yahya, M.Si., selaku Pembimbing Akademik.

  7. Seluruh Dosen dan Staff Program Studi Fisika FMIPA UNS.

  8. Bapak dan Ibu yang telah mendoakan, memberikan perhatian, nasihat, motivasi untuk menjadi pribadi yang lebih baik.

  9. Andi Setiawan yang selalu mendoakan, memberikan semangat kepada penulis.

  10. Rekan-rekan Grup Plasma Science and Technology FMIPA UNS, Mbak Hanifah Rasyidah, Mbak Nor Shalina, Naila Chanan, Rizki Ari, dan dek Setyo yang telah memberikan dukungan serta bantuan selama penelitian dan penyusunan skripsi.

  11. Seluruh keluarga Fisika FMIPA UNS khususnya Fisika 2013 12.

  Seluruh pihak yang tidak dapat disebutkan satu-persatu yang turut membantu penulis sehingga laporan skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik.

  Penulis menyadari masih terdapat banyak kekurangan dalam isi maupun penyajian materi dalam laporan skripsi ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun. Penulis berharap semoga laporan skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi para pembaca. Aamiin

  Surakarta, Februari 2018 Penulis

  

DAFTAR ISI

HALAMAN AWAL .............................................................................................. ii

BAB I PENDAHULUAN ........................................ Error! Bookmark not defined.

  1.1. Latar Belakang ........................................... Error! Bookmark not defined.

  1.2. Batasan Masalah ......................................... Error! Bookmark not defined.

  1.3. Perumusan Masalah .................................... Error! Bookmark not defined.

  1.4. Tujuan Penelitian ........................................ Error! Bookmark not defined.

  1.5. Manfaat Penelitian ...................................... Error! Bookmark not defined.

  

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................. Error! Bookmark not defined.

  ............

  2.1. Macam-macam Metode Pengolahan Limbah Error! Bookmark not defined.

  2.2. Plasma ........................................................ Error! Bookmark not defined.

  ................

  2.2.1. Aplikasi Plasma pada Limbah Error! Bookmark not defined.

  2.3. Korona ........................................................ Error! Bookmark not defined.

  2.3.1. Pengertian Korona ................................ Error! Bookmark not defined.

  ..................

  2.3.2. Mekanisme Lucutan Korona Error! Bookmark not defined.

  2.4. Jenis-jenis Metode Plasma untuk Pengolahan Limbah ... Error! Bookmark not defined.

  ............................................

  2.4.1. Metode Ozon Error! Bookmark not defined.

  

.............................

  2.4.2 Metode Electron Beam Error! Bookmark not defined.

  ....................

  2.4.3. Metode electrical discharge Error! Bookmark not defined.

  2.5. Proses Degradasi Metilen Biru ................... Error! Bookmark not defined.

  2.6. Katalis ......................................................... Error! Bookmark not defined.

  .................................

  2.6.1. Hidrogen Peroksida Error! Bookmark not defined.

  .........................................................

  Error! Bookmark not defined.

  2.6.2. Zeolit .........................................

  2.6.3. TiO 2 -Bentonit Error! Bookmark not defined.

  

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............. Error! Bookmark not defined.

  3.1. Tempat dan Waktu Pelaksanaan ................ Error! Bookmark not defined.

  3.2. Alat dan Bahan ........................................... Error! Bookmark not defined.

  ....

  3.2.1. Alat yang digunakan pada penelitian Error! Bookmark not defined.

  .............

  3.2.2. Bahan yang Digunakan pada Penelitian Error! Bookmark not defined.

  3.3. Prosedur Penelitian ......................................... Error! Bookmark not defined.

  3.3.1. Persiapan Alat dan Bahan ..................... Error! Bookmark not defined.

  3.3.2 Persiapan Pembuatan Sampel ................ Error! Bookmark not defined.

  3.3.3. Pengukuran pH Sampel ......................... Error! Bookmark not defined.

  3.3.4. Tahap Pengolahan Metilen Biru dengan Metode Lucutan Plasma pada

  2

  2 Variasi Konsentrasi Penambahan H O . Error! Bookmark not defined.

  3.3.5. Tahap Pengolahan Metilen Biru dengan Metode Lucutan Plasma pada ..............

  Variasi Konfigurasi Elektroda Error! Bookmark not defined.

  3.3.6. Mengukur Absorbansi Sampel Menggunakan Spektrometer UV-Vis ..................................................................

  Error! Bookmark not defined.

  .............................................

  3.3.7. Analisa Data Error! Bookmark not defined.

  

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................... 25

  4.1. Penurunan Absorbansi sebelum dan sesudah Kontak dengan Plasma Error! Bookmark not defined.

  4.2. Pengaruh Variasi Konsentrasi H

  

2 O

2 terhadap Persentase degradasi Absorbansi Metilen Biru ............................ Error! Bookmark not defined.

  4.3. Pengaruh Waktu Kontak Plasma terhadap Absorbansi Metilen Biru dengan Variasi Konsentrasi Penambahan H

  2 O

  2

  ....... Error! Bookmark not defined.

  4.4. Pengaruh Waktu terhadap pH Metilen Biru ............. Error! Bookmark not defined.

  4.5. Pengaruh Waktu terhadap Temperatur Metilen Biru Error! Bookmark not defined.

  4.6. Pengaruh Konfigurasi Elektroda terhadap Degradasi Metilen Biru ... Error! Bookmark not defined.

  

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................. Error! Bookmark not defined.

  5.1. Kesimpulan ................................................. Error! Bookmark not defined.

  5.2. SARAN ...................................................... Error! Bookmark not defined.

  

DAFTAR PUSTAKA ............................................... Error! Bookmark not defined.

LAMPIRAN .............................................................. Error! Bookmark not defined.

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Alat percobaan elektrokoagulasi ........................................................ 5Gambar 2.2. Perbedaan plasma dengan jenis zat lain .............................................. 6Gambar 2.3. Proses lucutan ionisasi ...................................................................... 9Gambar 2.4. Proses electical discharge ................................................................ 10Gambar 2.5. Proses rekombinasi dan lucutan debit .............................................. 11Gambar 2.6. Proses pengolahan limbah cair menggunakan metode ozone .......... 12Gambar 2.7. Proses dari pengolahan air dengan metode electron beam .............. 13Gambar 2.8. Mekanisme degradasi larutan metilen biru oleh spesies aktif ......... 14Gambar 3.1. Skema Penelitian .............................................................................. 19Gambar 3.2. Skema penelitian lucutan plasma dengan 2 pasang elektroda .......... 21Gambar 3.3. Skema penelitian lucutan plasma dengan 1 pasang elektroda .......... 22Gambar 4.1. Plasma lucutan pijar korona (a) 1 pasang elektroda dan (b) 2 pasang elektroda ......................................................................................... 24Gambar 4.2. Grafik perubahan absorbansi metilen biru hasil perlakuan plasma menggunakan 2 pasang elektroda selama 0-5 menit dengan variasi

  konsentrasi H

  2 O 2 (a) 5 mmol, (b) 6 mmol, (C) 7 mmol, (d) 8 mmol,

  (e) 9 mmol, (f) 10 mmol .................................................................. 26

Gambar 4.3. Diagram pengaruh waktu kontak plasma terhadap persentase konsentrasi degradasi metilen biru .................................................. 26Gambar 4.4. Grafik pengaruh waktu terhadap absorbansi metilen biru pada variasi konsentrasi H

  2 O 2 (5-10 mmol) setelah (a) 1 menit, (b) 2 menit, (c) 3

  menit, (d) 4 menit, (e) 5 menit perlakuan plasma menggunakan 2 pasang elektroda .............................................................................. 29

Gambar 4.5. Grafik pengaruh waktu kontak dengan plasma terhadap pH metilen biru ................................................................................................... 30Gambar 4.6. Grafik pengaruh waktu kontak plasma terhadap temperatur metilen biru ................................................................................................... 32Gambar 4.7. Grafik panjang gelombang terhadap absorbansi dengan variasi konfigurasi elektroda yaitu (a) 1 pasang elektroda tanpa penambahan

  H

  2 O

2 (b) 2 pasang elektroda tanpa penmabahan H

  2 O 2 (c) 1 pasang

  2

  2

  elektroda dengan penambahan H O (d) 2 pasang elektroda dengan penambahan H

  2 O 2 ............................................................................ 33

Gambar 4.8. Pengaruh waktu kontak plasma terhadap persentase degradasi metilen biru pada 1 konfigurasi elektroda .................................................... 34

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Klasifikasi plasma ........................................................................... 7

DAFTAR SIMBOL

  

Simbol Keterangan Satuan

A Absorbansi makasimal

  sampel

  A o Absorbansi maksilam

  sempel kontrol

  P value Nilai sigfikikansi %

F Nilai derajat kebebasan %

  menggunakan perbandingan antar kelompok

  

F crit Nilai derajat kebebasan %

  menggunkan tabel distribusi