PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KATALIS TiO2 / KARBON AKTIF DENGAN METODE SOLID STATE DAN UJI AKTIFITAS KATALITIKNYA PADA DEGRADASI RHODAMIN B.
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KATALIS
TiO2 / KARBON AKTIF DENGAN METODE SOLID STATE DAN
UJI AKTIFITAS KATALITIKNYA PADA DEGRADASI
RHODAMIN B
Skripsi Sarjana Kimia
Oleh
MEGA GUSTIANA
BP : 0910412073
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2013
INTISARI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KATALIS TiO2 /KARBON AKTIF
DENGAN METODE SOLID STATE DAN UJI AKTIFITAS KATALITIKNYA
PADA DEGRADASI RHODAMIN B
Oleh:
Mega Gustiana (BP : 0910412073)
Pembimbing : Dr. Upita Septiani dan Prof. Dr. Safni
Katalis komposit TiO2/Karbon Aktif (TiO2/KA) telah berhasil disintesis dengan
metode solid state. Sintesis dilakukan dengan variasi penambahan karbon aktif
5 %w, 10 %w, 15%w dari massa TiO2. Katalis komposit TiO2/KA dikalsinasi
pada suhu 400°C dan dikarakterisasi dengan menggunakan FTIR, XRD, SEM.
Dari data XRD diketahui bahwa dengan adanya penambahan karbon aktif tidak
berpengaruh pada bentuk pola difraksi sinar-X dari katalis, tetapi intensitas
puncak dari katalis TiO2/KA dengan variasi mengalami perubahan, dengan
struktur kristal anatase. Dari data FTIR, terlihat adanya serapan C=C yang
diasumsikan berasal dari karbon aktif. Gambar SEM memperlihatkan bahwa
partikel-partikel TiO2 menempel dan menyebar pada permukaan karbon. Katalis
yang telah disintesis ini diuji aktifitasnya terhadap rhodamin B 10 mg/L
menggunakan sinar UV. Karbon aktif dapat meningkatkan peranan TiO2 dalam
mendegradasi rhodamin B. Semakin meningkat jumlah karbon aktif
kemampuan katalitik TiO2 juga meningkat, dapat disimpulkan bahwa karbon
aktif dapat membantu meningkatkan peranan TiO2 dalam mendegradasi
rhodamin B.
Kata kunci: karbon aktif, katalis, komposit, rhodamin B, solid state, TiO2,
vii
ABSTRACT
PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF CATALYST
TiO2/ACTIVATED CARBON USING SOLID STATE METHOD AND
CATALYTIC ACTIVITY TESTED ON DEGRADATION OF RHODAMINE B
by:
Mega Gustiana (BP: 0910412073)
Advisor: Dr. Upita Septiani and Prof. Dr. Safni
Composite catalyst of TiO2/Activated Carbon (TiO2/AC) has been successfully
synthesized by solid-state method. Synthesis was performed with addition 5%w,
10%w and 15%w activated carbon of TiO2 mass. Composite catalyst was
calcinated at temperature 400°C and characterized by Fourier Transform InfraRed (FTIR), X-Ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM).
Absorption C=C seen of FTIR spectrum, that assumed from AC. From XRD, the
addition of AC not given effect at the diffraction pattern X-Ray of catalyst, but
intensity of catalyst become different, structure of catalyst is anatase. SEM
pictures showed that particles of TiO2 was patch and spread on AC surface.
Activity of catalyst tested on degradation of rhodamin B 10 mg/L with using UV
light. AC can increase role of TiO2 to degradation rhodamin B. Addition of AC
can increase activity of catalyst TiO2 on degradation rhodamin B.
Keywords: activated carbon, catalyst, composite, rhodamine B, solid state,
TiO2
viii
BAB I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Penelitian
TiO2 banyak digunakan sebagai fotokatalis karena TiO2 bersifat inert, stabilitas
termalnya baik, non-toksik, tahan pada temperatur tinggi, aktifitas katalitiknya
cukup baik dan harganya relatif murah [1,2,3,4]. Struktur semikonduktor TiO2
berupa struktur elektronik dengan adanya pita valensi yang terisi dan pita
konduksi yang kosong. Kedua pita tersebut dipisahkan oleh energi celah pita
(band gap energy; Eg), elektron (e) akan tereksitasi ke pita konduksi
meninggalkan lubang positif (h+) pada pita valensi. Lubang positif ini memiliki
afinitas yang tinggi terhadap oksigen dalam molekul H2O yang teradsorbsi pada
permukaan semikonduktor, sehingga akan bereaksi menjadi OH- dan H+,
Radikal hidroksil sangat reaktif menyerang molekul-molekul organik dan
mendegradasinya menjadi CO2 dan H2O [5]. Aktifitas fotokatalitik dari TiO2
dapat ditingkatkan dengan memodifikasi struktur, luas permukaan dan ukuran
partikel dengan menambahkan ion dopan [6].
Atom karbon memiliki tiga allotropi, yaitu : Intan, Grafit dan Fulleren.
Intan disusun oleh ikatan kovalen yang sangat kuat, intan memiliki kerapatan
3,1 g/cm3, menurut skala Mohs intan memiliki skala kekerasan 10, sehingga
bisa digunakan sebagai alat untuk memotong dan mengasah. Grafit lebih lunak
daripada intan, memiliki kerapatan 2,22 g/cm3, digunakan sebagai elektroda
pada sel elektrolisis. Fulleren adalah molekul karbon terdiri dari 60 atom karbon
sehingga sering disebut sebagai C60, digunakan sebagai material hardisk
computer [7]. Kabon yang ditingkatkan dayanya melalui aktifasi disebut karbon
aktif, memiliki luas permukaan yang cukup besar dan memiliki sifat adsorbsi
yang cukup baik, sehingga bisa digunakan sebagai adsorben [8].
Salah satu modifikasi TiO2 adalah dengan menambahkan karbon.
Beberapa penelitian tentang TiO2/karbon aktif (TiO2/KA) pernah dilakukan oleh
Andayani dan Sumartono (2006), TiO2 diimobilisasi pada pelat titanium dengan
proses sol-gel dan diuji aktifitas katalitiknya terhadap senyawa PCP
(Pentaklorfenol), didapatkan hasil penguraian PCP sebesar 80% [9]. Garcia dan
1
Matos (2010), TiO2/KA
disiapkan dengan metode aktifasi fisik diuji pada
senyawa fenol [10].
Senyawa rhodamin B adalah senyawa sintetik yang banyak ditemui pada
industri tekstil. Penelitian tentang degradasi rhodamin B telah dilakukan oleh
Safni, dkk (2008), degradasi rhodamin B oleh TiO2-anatase, secara sonolisis
selama 120 menit didapatkan hasil sebesar 46,41% dan secara fotolisis selama
120 menit didapatkan 93,49% [11]. Oleh kelompok Soke Kwan Tang (2012),
dengan menggunakan katalis TiO2/KA yang disintesis dengan metode sol-gel,
degradasi secara sonokatalitik selama 60 menit dan didapatkan hasil sebesar
82,21% [12].
Dari penjelasan di atas, maka dalam penelitian ini dilakukan sintesis
katalis TiO2 yang didukung karbon aktif dengan metode solid state, kemudian
katalis dikarakterisasi dengan FTIR (Fourier Transform InfraRed) untuk
mengetahui gugus fungsi dari katalis TiO2/KA, XRD (X-Ray Diffraction) untuk
mengetahui struktur kristal dari katalis TiO2/KA, SEM (Scanning Electron
Microscopy) untuk melihat morfologi katalis yang terbentuk dan untuk aktifitas
fotokalitik katalis TiO2/KA dilakukan pada proses degradasi senyawa Rhodamin
B dengan metode fotolisis.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah dikemukakan, maka dapat dirumuskan
permasalahan dalam penelitian ini, yaitu :
1. Apakah sintesis katalis TiO2/KA dapat dilakukan dengan metode solid state ?
2. Bagaimanakah aktifitas fotokatalitik katalis TiO2/KA terhadap degradasi
senyawa Rhodamin B dengan metode fotolisis ?
1.3 Tujuan Penelitian
Berdasarkan perumusan masalah maka penelitian ini bertujuan untuk :
1. Mempelajari sintesis katalis TiO2/KA dengan metode solid state
2
2. Menguji aktifitas katalitik TiO2/KA sebagai fotokatalisis untuk degradasi
senyawa Rhodamin B dengan metode fotolisis.
1.4 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang sintesis katalis
TiO2/KA dengan metode solid state dan aktifitas TiO2/KA terhadap degradasi
senyawa Rhodamin B dengan metode fotolisis.
3
TiO2 / KARBON AKTIF DENGAN METODE SOLID STATE DAN
UJI AKTIFITAS KATALITIKNYA PADA DEGRADASI
RHODAMIN B
Skripsi Sarjana Kimia
Oleh
MEGA GUSTIANA
BP : 0910412073
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2013
INTISARI
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KATALIS TiO2 /KARBON AKTIF
DENGAN METODE SOLID STATE DAN UJI AKTIFITAS KATALITIKNYA
PADA DEGRADASI RHODAMIN B
Oleh:
Mega Gustiana (BP : 0910412073)
Pembimbing : Dr. Upita Septiani dan Prof. Dr. Safni
Katalis komposit TiO2/Karbon Aktif (TiO2/KA) telah berhasil disintesis dengan
metode solid state. Sintesis dilakukan dengan variasi penambahan karbon aktif
5 %w, 10 %w, 15%w dari massa TiO2. Katalis komposit TiO2/KA dikalsinasi
pada suhu 400°C dan dikarakterisasi dengan menggunakan FTIR, XRD, SEM.
Dari data XRD diketahui bahwa dengan adanya penambahan karbon aktif tidak
berpengaruh pada bentuk pola difraksi sinar-X dari katalis, tetapi intensitas
puncak dari katalis TiO2/KA dengan variasi mengalami perubahan, dengan
struktur kristal anatase. Dari data FTIR, terlihat adanya serapan C=C yang
diasumsikan berasal dari karbon aktif. Gambar SEM memperlihatkan bahwa
partikel-partikel TiO2 menempel dan menyebar pada permukaan karbon. Katalis
yang telah disintesis ini diuji aktifitasnya terhadap rhodamin B 10 mg/L
menggunakan sinar UV. Karbon aktif dapat meningkatkan peranan TiO2 dalam
mendegradasi rhodamin B. Semakin meningkat jumlah karbon aktif
kemampuan katalitik TiO2 juga meningkat, dapat disimpulkan bahwa karbon
aktif dapat membantu meningkatkan peranan TiO2 dalam mendegradasi
rhodamin B.
Kata kunci: karbon aktif, katalis, komposit, rhodamin B, solid state, TiO2,
vii
ABSTRACT
PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF CATALYST
TiO2/ACTIVATED CARBON USING SOLID STATE METHOD AND
CATALYTIC ACTIVITY TESTED ON DEGRADATION OF RHODAMINE B
by:
Mega Gustiana (BP: 0910412073)
Advisor: Dr. Upita Septiani and Prof. Dr. Safni
Composite catalyst of TiO2/Activated Carbon (TiO2/AC) has been successfully
synthesized by solid-state method. Synthesis was performed with addition 5%w,
10%w and 15%w activated carbon of TiO2 mass. Composite catalyst was
calcinated at temperature 400°C and characterized by Fourier Transform InfraRed (FTIR), X-Ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM).
Absorption C=C seen of FTIR spectrum, that assumed from AC. From XRD, the
addition of AC not given effect at the diffraction pattern X-Ray of catalyst, but
intensity of catalyst become different, structure of catalyst is anatase. SEM
pictures showed that particles of TiO2 was patch and spread on AC surface.
Activity of catalyst tested on degradation of rhodamin B 10 mg/L with using UV
light. AC can increase role of TiO2 to degradation rhodamin B. Addition of AC
can increase activity of catalyst TiO2 on degradation rhodamin B.
Keywords: activated carbon, catalyst, composite, rhodamine B, solid state,
TiO2
viii
BAB I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Penelitian
TiO2 banyak digunakan sebagai fotokatalis karena TiO2 bersifat inert, stabilitas
termalnya baik, non-toksik, tahan pada temperatur tinggi, aktifitas katalitiknya
cukup baik dan harganya relatif murah [1,2,3,4]. Struktur semikonduktor TiO2
berupa struktur elektronik dengan adanya pita valensi yang terisi dan pita
konduksi yang kosong. Kedua pita tersebut dipisahkan oleh energi celah pita
(band gap energy; Eg), elektron (e) akan tereksitasi ke pita konduksi
meninggalkan lubang positif (h+) pada pita valensi. Lubang positif ini memiliki
afinitas yang tinggi terhadap oksigen dalam molekul H2O yang teradsorbsi pada
permukaan semikonduktor, sehingga akan bereaksi menjadi OH- dan H+,
Radikal hidroksil sangat reaktif menyerang molekul-molekul organik dan
mendegradasinya menjadi CO2 dan H2O [5]. Aktifitas fotokatalitik dari TiO2
dapat ditingkatkan dengan memodifikasi struktur, luas permukaan dan ukuran
partikel dengan menambahkan ion dopan [6].
Atom karbon memiliki tiga allotropi, yaitu : Intan, Grafit dan Fulleren.
Intan disusun oleh ikatan kovalen yang sangat kuat, intan memiliki kerapatan
3,1 g/cm3, menurut skala Mohs intan memiliki skala kekerasan 10, sehingga
bisa digunakan sebagai alat untuk memotong dan mengasah. Grafit lebih lunak
daripada intan, memiliki kerapatan 2,22 g/cm3, digunakan sebagai elektroda
pada sel elektrolisis. Fulleren adalah molekul karbon terdiri dari 60 atom karbon
sehingga sering disebut sebagai C60, digunakan sebagai material hardisk
computer [7]. Kabon yang ditingkatkan dayanya melalui aktifasi disebut karbon
aktif, memiliki luas permukaan yang cukup besar dan memiliki sifat adsorbsi
yang cukup baik, sehingga bisa digunakan sebagai adsorben [8].
Salah satu modifikasi TiO2 adalah dengan menambahkan karbon.
Beberapa penelitian tentang TiO2/karbon aktif (TiO2/KA) pernah dilakukan oleh
Andayani dan Sumartono (2006), TiO2 diimobilisasi pada pelat titanium dengan
proses sol-gel dan diuji aktifitas katalitiknya terhadap senyawa PCP
(Pentaklorfenol), didapatkan hasil penguraian PCP sebesar 80% [9]. Garcia dan
1
Matos (2010), TiO2/KA
disiapkan dengan metode aktifasi fisik diuji pada
senyawa fenol [10].
Senyawa rhodamin B adalah senyawa sintetik yang banyak ditemui pada
industri tekstil. Penelitian tentang degradasi rhodamin B telah dilakukan oleh
Safni, dkk (2008), degradasi rhodamin B oleh TiO2-anatase, secara sonolisis
selama 120 menit didapatkan hasil sebesar 46,41% dan secara fotolisis selama
120 menit didapatkan 93,49% [11]. Oleh kelompok Soke Kwan Tang (2012),
dengan menggunakan katalis TiO2/KA yang disintesis dengan metode sol-gel,
degradasi secara sonokatalitik selama 60 menit dan didapatkan hasil sebesar
82,21% [12].
Dari penjelasan di atas, maka dalam penelitian ini dilakukan sintesis
katalis TiO2 yang didukung karbon aktif dengan metode solid state, kemudian
katalis dikarakterisasi dengan FTIR (Fourier Transform InfraRed) untuk
mengetahui gugus fungsi dari katalis TiO2/KA, XRD (X-Ray Diffraction) untuk
mengetahui struktur kristal dari katalis TiO2/KA, SEM (Scanning Electron
Microscopy) untuk melihat morfologi katalis yang terbentuk dan untuk aktifitas
fotokalitik katalis TiO2/KA dilakukan pada proses degradasi senyawa Rhodamin
B dengan metode fotolisis.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah dikemukakan, maka dapat dirumuskan
permasalahan dalam penelitian ini, yaitu :
1. Apakah sintesis katalis TiO2/KA dapat dilakukan dengan metode solid state ?
2. Bagaimanakah aktifitas fotokatalitik katalis TiO2/KA terhadap degradasi
senyawa Rhodamin B dengan metode fotolisis ?
1.3 Tujuan Penelitian
Berdasarkan perumusan masalah maka penelitian ini bertujuan untuk :
1. Mempelajari sintesis katalis TiO2/KA dengan metode solid state
2
2. Menguji aktifitas katalitik TiO2/KA sebagai fotokatalisis untuk degradasi
senyawa Rhodamin B dengan metode fotolisis.
1.4 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang sintesis katalis
TiO2/KA dengan metode solid state dan aktifitas TiO2/KA terhadap degradasi
senyawa Rhodamin B dengan metode fotolisis.
3