DEGRADASI ELEKTROKIMIA METANIL YELLOW MENGGUNAKAN ELEKTRODA KARBONZnO SKRIPSI
DEGRADASI ELEKTROKIMIA METANIL YELLOW MENGGUNAKAN ELEKTRODA KARBON/ZnO SKRIPSI Muhamad Rosyid Habibulah PROGRAM STUDI KIMIA DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA 2016
DEGRADASI ELEKTROKIMIA METANIL YELLOW
MENGGUNAKAN ELEKTRODA KARBON/ZnO
SKRIPSI
Muhamad Rosyid Habibulah
PROGRAM STUDI KIMIA
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS AIRLANGGA
2016
DEGRADASI ELEKTROKIMIA METANIL YELLOW MENGGUNAKAN
ELEKTRODA KARBON/ZnO
SKRIPSI
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh
Gelar Sarjana Sains Bidang Kimia
Pada Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Airlangga
Disetujui oleh:
LEMBAR PENGESAHAN NASKAH SKRIPSI
Judul : Degradasi Elektrokimia Metanil Yellow Menggunakan Elektroda Karbon/ZnO
Penyusun : Muhamad Rosyid Habibulah NIM : 081115037 Pembimbing I : Dr. Muji Harsini, M.Si Pembimbing II : Drs. Handoko Darmokoesoemo, DEA Tanggal Ujian : 20 Januari 2016
Disetujui oleh : Mengetahui,
Ketua Program Studi Departemen Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga
Dr. Purkan, M.Si
NIP. 19721116 199702 1 001
SURAT PERNYATAAN TENTANG ORISINALITAS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya: Nama : Muhamad Rosyid Habibulah NIM : 081115037 Program Studi : Kimia Fakultas : Sains dan Teknologi Jenjang : Sarjana (S1)
Menyatakan bahwa saya tidak melakukan kegiatan plagiat dalam penulisan skripsi saya yang berjudul: Degradasi Elektrokimia Metanil Yellow Menggunakan Elektroda Karbon/ZnO Apabila suatu saat nanti terbukti melakukan tindakan plagiat, maka saya akan menerima sanksi yang telah diterapkan. Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.
PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI
Skripsi ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam lingkungan Universitas Airlangga, diperkenankan untuk dipakai sebagai referensi kepustakaan, tetapi pengutipan harus seizin penyusun dan harus menyebutkan sumbernya sesuai kebiasaan ilmiah.
Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis mampu menyelesaikan skripsi yang berjudul
“Degradasi Elektrokimia Metanil Yellow Menggunakan Elektroda Karbon/ZnO
”. Skripsi ini dibuat
untuk memenuhi persyaratan akademis pendidikan sarjana sains dalam bidang Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga.
Penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih dan penghargaan kepada semua pihak yang telah membantu dan memberikan bimbingan serta motivasi kepada penulis, khususnya kepada: 1.
Bapak Dr. Suyanto, Ir. M.Si selaku dosen wali dan dosen penguji yang telah memberi saran, masukan, dan arahan selama proses perkuliahan 2. Dr. Muji Harsini, M.Si selaku dosen pembimbing I dan Drs. Handoko
Darmokoesoemo, DEA selaku pembimbing II yang telah memberikan bimbingan, saran, dan nasihat dalam penyusunan skripsi ini
3. Dr. Mulyadi Tanjung, M.S selaku dosen penguji yang telah
memberikan masukan, kritik dan saran untuk kebaikan skripsi ini
4. Dr. Purkan, M.Si selaku kepala Departemen Kimia Fakultas Sains dan Teknologi serta seluruh dosen dan karyawan program studi Kimia Universitas Airlangga 5. Kedua orang tua dan keluarga yang telah memberikan doa, dukungan, dan materi sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini
6. Rekan-rekan angkatan 2011 yang telah memberikan banyak bantuan dan doa untuk kelancaran penulisan skripsi ini serta semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu Penulis menyadari bahwa tulisan ini masih jauh dari kesempurnaan. Sehingga kritik dan saran diharapkan demi sempurnanya penulisan.
Surabaya, Januari 2016 Penulis
Habibulah, M. R., 2016. Degradasi Elektrokimia Metanil Yellow
Menggunakan Elektroda Karbon/ZnO. Skripsi di bawah bimbingan Dr.
Muji Harsini, M.Si dan Drs. Handoko Darmokoesoemo, DEA Departemen
Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga, Surabaya.ABSTRAK
Penelitian yang telah dilakukan ini bertujuan untuk mendegradasi zat warna
metanil yellow dengan menggunakan sumber tegangan potensial dan arus tertentu
yang dialirkan melalui elektroda karbon/ZnO sebagai anoda dan elektroda perak sebagai katoda. Degradasi dengan variasi potensial, pH dan waktu dilakukan pada larutan metanil yellow yang mengandung elektrolit pendukung NaCl 0,1 M. Hasil analisis diperoleh kondisi optimum pH 1 dan potensial 12 V dengan waktu degradasi selama 15 menit. Pada voltammetri terjadi reaksi ECE pada permukaan elektroda, dengan mekanisme kimia mengikuti reaksi elektrokimia, yaitu transfer elektron irreversibel, diikuti oleh reaksi kimia yang irreversibel. Metode ini dapat menurunkan nilai COD sampai 75,045% dan mendegradasi sampai 94,06 % larutan metanil yellow 25 ppm selama 30 menit. Proses degradasi pada penelitian ini mengikuti kinetika reaksi orde satu. Hasil penelitian menunjukkan metanil
Kata kunci : metanil yellow, elektroda karbon/ZnO, degradasi elektrokimia
Habibulah, M. R., 2016. Electrochemical Degradation of Metanil Yellow
Using Carbon/ZnO Electrodes. The final research is under guidance of Dr.
Muji Harsini, M.Si dan Drs. Handoko Darmokoesoemo, DEA Department of
Chemistry, Faculty Science and Technology Airlangga University, Surabaya.
ABSTRACT
Degradation of metanil yellow dye by using a voltage source potential and certain current is passed through carbon/ZnO electrodes as anode and silver electrodes as cathode has been developed in this research. Degradation with variation of potential, pH and time is performed into solution of metanil yellow containing electrolytes support NaCl 0,1 M . Results of this analysis obtained optimum conditions of pH 1 and potential 12 V at degradation time for 15 minutes. In the voltammetry ECE reaction occurs on the surface of the electrode, the chemical mechanism follows the electrochemical reaction, which is irreversible electron transfer, followed by a irreversible chemical reaction. This method can reduce the COD value up to 75,045% and 94,06 % degrade metanil yellow solution at 25 ppm during 30 minutes. The degradation process in this study follows the first order reaction kinetics. The result of analysis show that metanil yellow is degraded and produce CO .
Key word : metanil yellow, karbon/ZnO electrodes, electrochemical degradation
DAFTAR ISI Halaman SAMPUL LUAR ............................................................................................... i
SAMPUL DALAM ........................................................................................... ii
LEMBAR PERNYATAAN ............................................................................. iii
LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................. iv
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS ................................................ v
LEMBAR PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI ...................................... vi
KATA PENGANTAR ....................................................................................... vii
ABSTRAK ......................................................................................................... viii
ABSTRACT ....................................................................................................... ix
DAFTAR ISI ...................................................................................................... x
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xiii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xiv
DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... xvi
BAB I PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang ................................................................................ 1
1.2 Rumusan Masalah ........................................................................... 5
1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................. 5
1.4 Manfaat Penelitian ........................................................................... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Metanil Yellow ................................................................................ 7
2.2 Metode Degradasi Metanil Yellow ................................................. 8
2.3 Degradasi Elektrokimia .................................................................. 10
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Pelaksanaan ..................................................... 15
3.2 Bahan dan Alat Penelitian ............................................................... 15
3.2.1 Bahan penelitian .................................................................... 15
3.2.2 Alat penelitian ....................................................................... 15
3.3 Cara Kerja ....................................................................................... 16
3.3.1 Penentuan luas permukaan karbon nanopori ......................... 17
3.3.2 Optimasi komposisi dan penghantar arus serta pembuatan elektroda pasta karbon dengan material doping ZnO (C/ZnO) .................................................................................. 17
3.3.3 Sel degradasi elektrokimia .................................................... 18
3.3.4 Pembuatan larutan induk MY 1000 ppm............................... 19
3.3.5 Pembuatan larutan kerja 25 ppm ........................................... 19
3.3.6 Pembuatan larutan MY untuk kurva baku ............................. 20
3.3.7 Penentuan panjang gelombang maksimum larutan metanil
mmmn yellow ................................................................................... 20
3.3.8 Pembuatan kurva standar MY ............................................... 20
3.4 Degradasi Elektrokimia Metanil Yellow ......................................... 21
3.4.1 Optimasi potensial degradasi ................................................. 21
3.4.2 Optimasi pH larutan .............................................................. 21
3.4.3 Penentuan waktu optimum degradasi metanil yellow ........... 22
3.5 Penentuan Kinetika Reaksi Kimia ................................................... 22
3.6 Analisis Metanil Yellow Secara Voltammetri Siklik ...................... 23
3.7 Kebutuhan Energi Listrik ............................................................... 23
3.8 Analisis dan Penentuan Nilai COD Metanil Yellow ....................... 24
- 3.9 Analisis Hipoklorit (OCl ) ............................................................. 25
- 3.10 Analisis Ion Klorida (Cl ) ............................................................... 25
3.11 Analisis Gas CO
2 ........................................................................... 26
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Penentuan Panjang Gelombang Maksimum Metanil Yellow .......... 27
4.2 Pembuatan Kurva Baku Metanil Yellow ......................................... 28
4.3 Pemilihan Material Penghantar Arus dan Optimasi Komposisi Elektroda Pasta Karbon/ZnO ....................................... 29
4.4 Optimasi Potensial Degradasi ......................................................... 32
4.5 Optimasi pH Larutan Metanil Yellow ............................................. 33
4.6 Optimasi Waktu Degradasi Metanil Yellow.................................... 34
4.7 Hasil Kinetika Reaksi Kimia .......................................................... 38
4.8 Hasil Analisis Metanil Yellow Secara Voltammetri Siklik ............. 39
4.9 Kebutuhan Energi Listrik................................................................ 43
4.10 Analisis COD ............................................................................... 45
- 4.11 Analisis Hipoklorit (OCl ) ............................................................ 46
- 4.12 Analisis Klorida (Cl ) .................................................................... 47
4.13 Uji Senyawa CO
2 ......................................................................... 48
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan .................................................................................... 49
5.2 Saran .............................................................................................. 50
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 51
LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Tabel Halaman
3.1 Perbandingan komposisi elektroda
17
4.1 Absorbansi larutan metanil yellow pada berbagai
28 konsentrasi
4.2 Hasil optimasi komposisi elektroda dan penghantar arus elektroda
31
4.3 Hasil pengukuran arus puncak katodik dan anodik pada
metanil yellow
40
4.4 Data hasil pengukuran arus puncak dan persen degradasi dari masing -masing voltammogram
42
4.5 Data energi dan tarif listrik/kWh yang dibutuhkan untuk degradasi metanil yellow dalam berbagai konsentrasi dan
4.6 Analisis COD larutan metanil yellow dan NaCl pada saat sebelum dan sesudah degradasi
45
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Gambar Halaman
2.1 Struktur molekul dari metanil yellow
7
2.2 Skema jalur penghilangan polutan selama oksidasi elektrokimia
11
3.1 Diagram alir langkah kerja penelitian
16
3.2 Elektroda C/ZnO
18
3.3 Rangkaian alat degradasi elektrokimia
19
4.1 Spektrum UV-Vis larutan metanil yellow pada konsentrasi 6 ppm
27
4.2 Kurva baku larutan metanil yellow dengan berbagai konsentrasi
28
4.3 Elektroda pasta karbon/ZnO
30
4.4 Kurva hubungan komposisi elektroda dan persen degradasi
32
4.5 Kurva hubungan antara potensial degradasi terhadap persentase metanil yellow 10 ppm yang terdegradasi dalam larutan elektrolit NaCl 0,1 M selama 15 menit
32
4.6 Kurva hubungan antara pH larutan dan persentase degradasi
metanil yellow 10 ppm pada potensial 12 V selama 15
menit
33
4.7 Kurva hubungan waktu dengan persen degradasi metanil 25 ppm
35
yellow
4.8 Spektrum UV-Vis sampel hasil degradasi elektrokimia
metanil yellow 25 ppm pada berbagai variasi waktu
35
4.9 Perkiraan mekanisme reaksi degradasi metanil yellow
37
4.10 Kurva kinetika reaksi orde satu metanil yellow
38
4.11 Voltammogram metanil yellow dengan berbagai laju pindai
39
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Gambar Halaman
4.12 Voltammogram larutan metanil yellow sebelum dan sesudah degradasi pada keadaan optimum
41
4.13 Kurva hubungan antara konsentrasi metanil yellow dan energi listrik (E) (Watt.detik)
44
4.14 Kurva hubungan antara massa metanil yellow terhadap tarif energi listrik untuk mendegradasi
45
4.15 Hasil uji gas CO pada larutan metanil yellow
48
2