APLIKASI TiO 2 SEBAGAI FOTOKATALIS DALAM PENJERNIHAN AIR DENGAN MEDIA PEREKAT RESIN

(1)

TUGAS AKHIR – TF141581

APLIKASI TiO

2

SEBAGAI FOTOKATALIS DALAM

PENJERNIHAN AIR DENGAN MEDIA PEREKAT RESIN

ANING MALIKAH ALFAIZAH

NRP. 2412 100 059 Dosen Pembimbing

Lizda Johar Mawarani, ST, MT Dyah Sawitri, ST, MT

JURUSAN TEKNIK FISIKA Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017

(2)

FINAL PROJECT TF0141581

APPLICATIONOF TiO

2

AS PHOTOCATALYST IN

WATER PURIFICATION USING RESIN AS AN

ADHESIVE

ANING MALIKAH ALFAIZAH

NRP. 2412 100 059 Supervisor

Lizda Johar Mawarani, ST, MT Dyah Sawitri, ST, MT

DEPARTMENT OF ENGINEERING PHYSICS Faculty of Industrial Technology InstitutTeknologiSepuluhNopember Surabaya 2017

(3)

(4)

(5)

ix

SELF CLEANING CAT TEMBOK BATU GAMPING

NamaMahasiswa : Aning Malikah Alfaizah

NRP : 2412 100 059

Jurusan : TeknikFisika

DosenPembimbing : LizdaJoharMawarani, S.T, M.T. Dyah Sawitri, S.T, M.T.

Abstrak

Penelitian ini mengenai aplikasi TiO2sebagai

fotokatalis untuk menjernihkan air dengan media perekat resin.Masing-masing TiO2fasa anatase dan TiO2komersil

dicampurkan pada resin dengan perbandingan komposisi TiO2sebesar 0,5 ; 1 ; 1,5 gram dan massa resin tetap 25 gram.

Campuran resin dan TiO2dilapiskan pada stik es krim.

Selanjutnya stik tersebut dimasukkan ke dalam 100 ml air yang telah diberi pewarna merah ponceau (Cl. 16255) dan diberi perlakuan penyinaran. Dilakukan uji absorbansi pada sampel air berwarna setelah penyinaran di bawah sinar matahari setiap 6 jam per harinya selama 48 jam (8 hari). Berdasarkan hasil pengujian yang telah dilakukan pada penelitian ini menunjukkan bahwa semakin luas lapisan TiO2

yang digunakan semakin baik kemampuannya dalam menjernihkan air. Nilai absorbansi terkecil 0,070052 untuk TiO2sintesis yaitu pada sampel dengan konsentrasi TiO2

sintesis 0,5 gram pada luasan 30,255 cm2dengan penurunan sebesar 62,8%.

Kata kunci:TiO2, fotokatalis, absorbansi, resin, penjernihan

(6)

x

(7)

xi ADHESIVE

Name : Aning Malikah Alfaizah

NRP : 2412 100 059

Department : Engineering Physics

Supervisor : LizdaJoharMawarani, S.T, M.T. Dyah Sawitri, S.T, M.T.

Abstract

This research investigates the use of TiO2 as photocatalist to purify water with resin adhesive as the medium. Each anatase phase of TiO2 and commercil TiO2 was mixed by the resin with the composition of TiO2 namely 0,5 ; 1 ; 1,5 grams and resin mass remains 25 grams. The compound of resin and TiO2 was coated in ice stick. Then the ice stick was soaked in 100 ml of water which has been dyed by using ponceau red stain (Cl. 16255). The absorbance test was performed on the colored water sample which have been receiving sun’s radiation around 6 hours per day during 48 hours (8 days). The result of the test shows that TiO2 coating’s size affects the process of water purification, the more wider TiO2 coating size could make the water purifies well. The minimum absorbance score at 0,070052 for TiO2 syntesis was found on TiO2 syntesis by 0,5 grams concentration at 30,255 cm2 with the reduction of 62,8%.

Keyword:TiO2,photocatalyst, absorbance, resin, water

(8)

xii

(9)

xiii

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur Alhamdulillah terpanjatkan kepada Allah SWTyang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya serta shalawat dan salam kepada junjungan Nabi Muhammad SAW, atas terselesaikannya tugas akhir dengan judul:

” Aplikasi TiO2Sebagai Fotokatalis dalam Penjernihan Air dengan Media Perekat Resin”

Dalam penyelesaian Tugas Akhir ini didapatkan banyak motifasi, bantuan dan juga bimbingan serta arahan dari berbagai pihak. Oleh karena itu disampaikan banyak terima kasih kepada :

1. Bapak Agus Muhamad Hatta, ST, MSi, Ph.D, selaku Ketua Jurusan Teknik Fisika ITS.

2. Ibu Lizda Johar Mawarani, ST, MTdan ibu Dyah Sawitri, ST, MT atas bimbingannya selama pengerjaan tugas akhir ini kepada penulis.

3. Dr. Ing Doty Dewi Risanti, ST, MTselaku Kepala Laboratorium Rekayasa Bahan.

4. Seluruh dosen Rekayasa Bahan yang telah memberikan materi dan bimbingan untuk menunjang tugas akhir.

5. Seluruh dosenTeknik Fisika– ITSyang telah memberikan banyak ilmu dan pengalaman yang sangat bermanfaat pada saat perkuliahan.

6. Seluruh staf pegawai Jurusan Teknik Fisika atas semua bentuk kerjasamanya selama masa kuliah.

7. Seluruh teman-teman Laboratorium Rekaya Bahan, Rekayasa Fotonika atas fasilitas yang telah diberikan. 8. Ibu Hidayah dan Mbak Linda di Laboratorium

Mikrobiologi dan Bioteknologi Jurusan Biologi – ITS yang telah membantu dan memberikan fasilitas yang diperlukan.

(10)

xiv

9. Anisa Nurjannah selaku teman seperjuangan TAdan rekan-rekan F47 Teknik Fisika ITS yang senantiasa membantu, memberikan motivasi dan perhatian.

10. Kedua orang tua penulis, Bapak Abu Khoiri dan ibu Khosyi’ah atas do’a dan dukungan baik moriil maupun materiil.

11. Saudara-saudara tersayang (Mas Wahib, Dek Shilvi, Mas Ozy), Ela, Mas Mundzir yang telahmendukung, mendoakan dan memberi semangat kepadapenulis.

12. Rekan-rekan kos GL 105 dan Ma’had Aisyah atas segala bantuan dan perhatiannya.

13. Dan semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan keseluruhan atas segala bantuannya.

Dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini disadari akan banyaknya kekurangan. Oleh karena itu diharapkan saran dan kritik untuk kesempurnaan laporan ini agar menjadi lebih baik dan bermanfaat.

Surabaya, 23 Desember 2016

(11)

xv

Halaman HALAMAN JUDUL i LEMBAR PENGESAHAN v ABSTRAK ix ABSTRACT xi

KATA PENGANTAR xiii

DAFTAR ISI xv

DAFTAR GAMBAR xvii

DAFTAR TABEL xix

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Rumusan Masalah 2

1.3 Tujuan 2

1.4 Batasan Masalah 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 3

2.1Titanium Dioksida (TiO2) 3

2.2 Proses Fotokatalis TiO2 6

2.3 Absorbansi 9

2.4 ResinPolyester 10

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 13

3.1 Persiapan Bahan 14 3.2 Sintesis TiO2 14 3.3Uji Validitas 15 3.4Pelapisan Stik 17 3.5 Perlakuan Penyinaran 18 3.6 Pengambilan Data 19

3.7 Pengolahan Data dan Analisa 21

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 23

4.1 Uji Validitas 23

4.2UjiAbsorbansi 24

4.3 Uji Degradasi Warna Air 31

BAB V KESIMPULAN 37

(12)

xvi

LAMPIRAN C

LAMPIRAN D

(13)

xvii

Hal Gambar 2.1 Struktur kristal TiO2a)anatase ; b) rutile 3

Gambar 2.2 Skema fotoeksitasi yang diikuti oleh deeksitasi pada permukaan

semikonduktor 7

Gambar 2.3 Mekanisme perpindahan elektron karena adanya pengaruh cahaya pada TiO2 7

Gambar 3.1 Skema diagram alir penelitian secara

umum 13

Gambar 3.2 Acuan standar JCPDS 00-021-1272 16 Gambar 3.3 Acuan standar JCPDS 00-004-0551 16 Gambar 3.4 Dimensi permukaan stik 17 Gambar 3.5 Proses penyinaran sampel di bawah sinar

matahari secara langsung 19 Gambar 3.6 Uji absorbansi di laboratorium dengan

menggunakan laser He-Ne dan OPM 20 Gambar 4.1 Hasil uji XRD TiO2 fase anatase 23

Gambar 4.2 Pengaruh waktu penjemuran terhadap nilai absorbansi untuk sampel TiO2

sintesis 0,5 gr 27

sintesis 1 gr 28

sintesis 1,5 gr 29

komersial 0,5 gr 29

Gambar 4.6 Pengaruh waktu penjemuran terhadap nilai absorbansi untuk sampel

(14)

xviii

TiO2komersial 1,5 gr 30

Gambar 4.8 Data hasil pengujian degradasi warna air pada sampel TiO2 sintesis 0,5 gr dengan

luasan 3 stik (30,255 cm2) 31 Gambar 4.9 Pengaruh waktu penjemuran terhadap

nilai derajat warna merah untuk sampel

(15)

xix

Hal Tabel 2.1 PerbedaanStruktur Kristal AnatasedanRutile 5 Tabel 2.2 Spesifikasi Resin Polyester 11 Tabel3.1 Kode Sampel yang Digunakan untuk

Perlakuan Penyinaran 19

Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Absorbansi Sampel dengan Konsentrasi TiO2 Sintesis 0,5 gr 25

Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Absorbansi Sampel dengan Konsentrasi TiO2 Sintesis 1 gr 25

Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Absorbansi Sampel dengan Konsentrasi TiO2 Sintesis 1,5 gr 25

Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian Absorbansi Sampel dengan Konsentrasi TiO2 Komersial 0,5 gr 26

Tabel 4.5 Data Hasil Pengujian Absorbansi Sampel dengan Konsentrasi TiO2 Komersial 1 gr 26

Tabel 4.6 Data Hasil Pengujian Absorbansi Sampel dengan Konsentrasi TiO2 Komersial 1,5 gr 26

Tabel 4.7 Data Nilai Derajat Warna Sampel dengan Konsentrasi TiO2 Sintesis 0,5 gr 32

Tabel 4.8 Data Nilai Derajat Warna Sampel dengan Konsentrasi TiO2 Sintesis 1 gr 32

Tabel 4.9 Data Nilai Derajat Warna Sampel dengan Konsentrasi TiO2 Sintesis 1,5 gr 32

Tabel 4.10 Data Nilai Derajat Warna Sampel dengan Konsentrasi TiO2 Komersial 0,5 gr 33

Tabel 4.11 Data Nilai Derajat Warna Sampel dengan Konsentrasi TiO2 Komersial 1 gr 33

Tabel 4.12 Data Nilai Derajat Warna Sampel dengan Konsentrasi TiO2 Komersial 1,5 gr 33

(16)

xix

(17)

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Seiring dengan perkembangan disegala aspek kehidupan baik teknologi, industri hingga jumlah penduduk yang semakin meningkat dari tahun ke tahun, semakin besar pula kebutuhan akan air bersih. Akibatnya, ketersediaan air bersih pun semakin berkurang. Pada musim kemarau, kesulitan air bersih juga banyak dialami oleh penduduk yang tinggal di pelosok pedesaan atau pedalaman dimana sumber-sumber air yang ada mengering sehingga air yang tersisa sangat sedikit dan kotor. Air merupakan kebutuhan pokok bagi semua makhluk hidup baik manusia hewan dan tumbuhan. Oleh karena itu ketersediaan air bersih sangatlah penting terutama untuk keperluan manusia baik itu untuk dikonsumsi, untuk sanitasi ataupun untuk keperluan yang lainnya.

Indonesia termasuk dalam negara beriklim tropis yang mana sebagian besar wilayahnya menerima pancaran sinar matahari selama rata-rata 12 jam setiap hari sepanjang tahun. Ketersediaan energi sinar matahari yang cukup melimpah ini dapat dimanfaatkan untuk berbagai kebutuhan. Salah satu pemanfaatan energi matahari ini adalah aplikasi TiO2 sebagai fotokatalisis

dalam penjernihan air.

Material titanium dioksida dikenal dengan titania (TiO2)

mempunyai sifat fotokatalis. Sifat fotokatalis tersebut dapat digunakan untuk pemecah ikatan-ikatan kimia yang terjadi pada air kotor. Peranan material TiO2 apabila dikenai sinar UV akan

merusak polutan sehingga akan keberadaannya di air (Chang W. Dan Lin W.Y, 1994). Penelitian sebelumnya yang telah dilakukan menunjukkan bahwa TiO2dapat meningkatkan kualitas air dengan

semakin menurunnya nilai absorbansi yang didapatkan sehingga air semakin jernih atau warna dari air tersebut semakin memudar (Agus, 2011) (Asthy, 2012). TiO2 yang terbaik dalam

fotokatalisis adalah TiO2 fasa anatase, karena material nano TiO2

fasa anatase memiliki luas permukaan yang lebih besar untuk mengabsorbsi sinar UV(Syukri, 2003). Sehingga semakin besar

(18)

energi matahari yang diterima untuk digunakan pada proses fotokatalisis.

Pada penelitian tugas akhir ini dikaji variasi luas lapisan TiO2 yang digunakan untuk mengetahui pengaruhnya dalam

mendegradasi pengotor dalam air atau menjernihkan air yang kotor dengan bantuan cahaya matahari dengan lama waktu penyinaran tertentu. Metode ini memanfaatkan resin sebagai bahan pencampur untuk merekatkan TiO2 pada media tertentu

yaitu stik.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, maka permasalahan yang dihadapi dalam tugas akhir ini adalah bagaimana pengaruh luas lapisan TiO2 dalam aplikasinya sebagai fotokatalis dalam

menjernihkan air dengan media perekat resin.

1.3 Tujuan

Tujuan dari penelitian tugas akhir ini adalah untuk mengetahui pengaruh luas lapisan TiO2 pada aplikasi fotokatalisis

dalam penjernihan air dengan menggunakan resinsebagai media perekat.

1.4 Batasan Masalah

Untuk memfokuskan penyelesaian masalah pada penelitian tugas akhir ini dan mencapai tujuan yang diinginkan, maka batasan masalah yang diambil adalah sebagai berikut.

- TiO2 yang digunakan yakni TiO2sintesis dan komersil

- Bahan perekat yang digunakan adalah resin

- Bahan pewarna yang digunakan adalah pewarna merah tua Ponceau 4R (Cl. 16255)

- Kejernihan air diamati dari perubahan warna (kualitatif) dan nilai absorbansi yang diasumsikan mewakili tingkat kejernihan air secara kuantitatif

(19)

3

2.1 Titanium Dioksida (TiO2)

TiO2 merupakan padatan berwarna putih, mempunyai

berat molekul 79,90, densitas 4,26 gcm3, tidak larut dalam HCl, HNO3 dan aquaregia, tetapi larut dalam HF dan H2SO4

(Cotton dan Wilkinson, 1988). TiO2 merupakan

semikonduktor yang memiliki fotoaktivitas dan stabilitas kimia tinggi serta tahan terhadap fotokorosi dalam semua kondisi larutan kecuali pada larutan yang sangat asam atau mengandung fluoride. Selain murah, TiO2 tersedia secara

komersial dan preparasinya mudah dilakukan di laboratorium (Brown et al., 1992).

Katalis TiO2 memiliki 3 jenis struktur kristal yaitu

anatase, rutiledan brookite. Struktur Rutiledan anatasecukup stabil keberadaannya dibandingkan dengan struktur brookite dan biasa digunakan sebagai fotokatalis (Gates, 1991). Perbedaan kedua struktur ini menyebabkan perbedaan massa jenis (3,9 g/mL untuk anatasedan 4,2 g/mL untuk rutile), energigap, serta kemampuan penyerapan sinar.

Gambar 2.1 Struktur Kristal TiO2 a) anatase; b) rutile (Diebold,

2003)

(20)

Perbedaan bentuk kristal akan mempengaruhi aktivitas fotokatalis TiO2. Bentuk kristal anatase memiliki aktivitas

fotokatalis terbaik dibandingkan dengan bentuk rutilemaupunbrookite. TiO2anataseini memiliki ukuran partikel

yang lebih kecil dan permukaan yang lebih luas sehingga sifat katalitiknya lebih baik (Syukri, 2003). Bentuk kristal anatasediamati terjadi pada pemanasan TiO2 bubuk mulai dari

suhu 120ºC dan mencapai sempurna pada suhu 500ºC. Kristal rutilemulai terbentuk pada suhu 700ºC (Gunlazuardi dan Tjahjanto, 2001) dan terjadi penurunan luas permukaan serta pelemahan aktivitas fotokatalis.

Struktur kristal brookite sulit untuk dipreparasi sehingga biasanya hanya struktur kristal rutiledan anataseyang umum digunakan pada reaksi fotokatalitik. Secara fotokatalitik, struktur anatasemenunjukkan aktivitas yang lebih baik dari segi kereaktifan dibandingkan dengan struktur rutile (Wu, 2004). Struktur anatasemerupakan bentuk yang paling sering digunakan karena memiliki luas permukaan serbuk yang lebih besar serta ukuran partikel yang lebih kecil dibandingkan dengan struktur rutiledan struktur ini muncul pada rentang suhu pemanasan dekomposisi senyawa titanium (400-6500°C).

Perbedaan struktur kristal juga mengakibatkan perbedaan energi struktur pita elektroniknya. Tingkat energi hasil hibridisasi yang berasal dari kulit 3d titanium bertindak sebagai pita konduksi sedangkan tingkat energi hasil hibridisasi dari kulit 2p oksigen bertindak sebagai pita valensi. Konsekuensinya posisi tingkat energi pita valensi, pita konduksi dan besarnya energi gapdi antara keduanya akan berbeda bila lingkungan atau penyusun atom Ti dan O di dalam kristal TiO2 berbeda, seperti

pada struktur anatase(Eg= 3,2 eV) dan rutile(Eg= 3,0 eV) (Gunlazuardi dan Tjahjanto, 2001).

Semakin kecil band gap, semakin mudah pula fotokatalis menyerap foton dengan tingkat energi lebih kecil namun semakin besar pula kemungkinan hole dan elektron untuk berekombinasi. Oleh karena itu, kedua aspek tersebut perlu dipertimbangkan dalam pemilihan fasa semikonduktor TiO2. Akan tetapi energi

(21)

gapyang terlalu kecil juga akan berpengaruh padakinerja fotokatalis. Energi gapyang terlalu kecil akan menyebabkan loncatan elektron dari pita valensi ke pita konduksi sehingga elektron kurang bebas (Lestari et al, 2012).

Tabel 2.1 Perbedaan Struktur Kristal Anatase dan Rutile(Palupi,2006)

Sifat Anatase Rutile

Bentuk kristal Tetragonal Tetragonal Tetapan kisi a 3,78 Å 4,58 Å Tetapan kisi c 4,49 Å 2,95 Å Berat jenis 3,9 4,2 Indeks bias 2,52 2,71 Kekerasan 5,5-6,0 6,0-7,0 Permitivitas 31 114 Eg 3,2 eV 3,0 eV Titik didih Berubah menjadi rutile pada suhu

tinggi

1858 °C

Anatasebersifat metastabil dan cenderung bertransformasi menjadi rutilepada suhu tinggi (sekitar 915 °C). Banyak faktor yang mempengaruhi transformasi anatase-rutilediantaranya dimensi rata-rata partikel dan kristal, adanya impurities pada bagian dalam dan permukaan TiO2 dan komposisi gas di sekitar

katalis selama reaksi katalitik (Cristallo et al., 2001). Fasa rutileTiO2menunjukkan fotoaktivitas yang lebih rendah dari fasa

anatase. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, rutiledipreparasi dengan kalsinasi anatasepada suhu tinggi. Namun beberapa sumber melaporkan bahwa preparasi rutilepada suhu rendah telah berkembang dan menghasilkan fotoaktivitas yang cukup tinggi (Afrozi, 2010).Perbedaan struktur kristal anatasedan rutileditunjukkan pada Tabel 2.1. Kristal rutile

(22)

memiliki struktur yang lebih padat dibandingkan anatase, karenanya memiliki densitas dan indeks refraktif yang lebih tinggi.

2.2 Proses FotokatalisisTiO2

Fotokatalis adalah reaksi yang melibatkan cahaya (fotoreaksi) dan mengalamipeningkatan kecepatan reaksi akibat adanya katalis yang mengabsorbsi energicahaya ultraviolet (UV) sehingga menghasilkan senyawa pereduksi danpengoksidasi pada permukaan katalis. Proses di atas didasarkan pada kemampuanganda suatu material semikonduktor (misalnya TiO2,

ZnO, Fe2O3, CdS, ZnS)untuk menyerap foton dan melakukan

reaksi transformasi antar muka materialsecara simultan.

Salah satu tipe kristal dari TiO2 adalah anatase. TiO2 tipe

anatase memiliki aktivitas fotokatalisis terbaik dibandingkan dengan struktur kristal rutile dan brookit. TiO2fasa anatase

memiliki energi band gap (energi celah yang menggambarkan energi cahaya minimum yang dibutuhkan untuk mengeksitasi elektron) sebesar 3,2 eV yang sebanding dengan panjang gelombang < 388 nm dimana panjang gelombang tersebut lebih dekat ke sinar UV (200-400 nm), sedangkan rutile memiliki energi gap sebesar 3,0 eV yang sebanding dengan panjang gelombang < 413 nm dimana panjang gelombang tersebut lebih dekat ke sinar tampak (Linsebigler et al., 1995). Energi foton dipengaruhi oleh frekuensi gelombang dapat dirumuskan :

𝐸𝐸 = ℎ 𝑣𝑣 = ℎ

_𝜆𝜆𝑐𝑐 (2.1)

E = energi foton (J)

h = konstanta Plank (6,62618 x 10-34 Js)

𝑣𝑣

= frekuensi gelombang (Hz)

c = cepat rambat gelombang ( 3 x 108 m/s) λ = panjang gelombang (m)

Secara umum, fenomena fotokatalitik pada permukaan semikonduktor dapat dipahami dengan penjelasan seperti

(23)

ditunjukkan oleh Gambar 2.2. Jika suatu semikonduktor tipe n dikenai cahaya (hυ) dengan energi yang sesuai, maka elektron (e-) pada pita valensi akan pindah ke pita konduksi, dan meninggalkan lubang positif (hole, disingkat sebagai h+) pada pita valensi. Sebagian besar pasangan e- dan h+ ini akan berekombinasi kembali, baik di permukaan atau di dalam bulk partikel. Sementara itu sebagian pasangan e- dan h+ dapat bertahan sampai pada permukaan semikondutor. Dimana h+ dapat menginisiasi reaksi oksidasi dan dilain pihak e- akan menginisiasi reaksi reduksi zat kimia yang ada disekitar permukaan semikonduktor.

Gambar 2.2Skema fotoeksitasi yang diikuti oleh deeksitasi pada permukaan semikonduktor (Benedix, 2000)

Mekanisme yang menggambarkan efek fotokatalitik dari TiO2 dapat diamati pada Gambar 2.3

Gambar 2.3Mekanisme perpindahan elektron karena adanya pengaruh cahaya pada TiO2 (Hoffman et.al., 1995)

(24)

Gambar 2.3 menunjukkan tahapan utama mekanisme fotokatalitik pada semikonduktor TiO2 yang meliputi :

a. Pembentukan muatan oleh foton: jika fotokatalis dikenai radiasi foton (hυ) dengan energi hυ yang besarnya sama atau melebihi energi celahnya (Eg), maka satu elektron akan tereksitasi ke dalam pita konduksi (ecb

-) dengan meninggalkan kekosongan pada pita valensi (hvb+). Reaksi

tersebut dapat dituliskan sebagai berikut.

TiO2 + hυ TiO2 (h +

+ e-) (2.2)

b. Rekombinasi pembawa muatan: kekosongan (lubang pada pita valensi (hvb

+

)). dapat bertindak sebagai oksidator yang cukup kuat dan dapat bergabung dengan elektron pada pita konduksi (ecb

-) sambil melepas panas. Reaksi tersebut dapat dituliskan sebagai berikut.

ecb

-+ {>Ti

IV

OH }>Ti

IV

OH

(2.3) hvb +

+ {>Ti

IV

OH }>Ti

IV

OH

(2.4)

c. Jika dalam sistem terdapat substrat yang dapat teroksidasi maka lubang pada pita valensi (hvb+) akan menginisiasi

reaksi oksidasi terhadap substrat tersebut.

d. Jika di dalam sistem terdapat suatu oksidator (misal oksigen) maka dapat terjadi inisiasi reaksi reduksi oleh elektron pada pita konduksi (ecb

-).

e. Reaksi fotoreduksi terkatalis dan reaksi termal lanjutan (misal reaksi hidrolisis atau reaksi dengan oksigen aktif) akan menghasilkan gas CO2, H

+

, Cl-dan H2O.

f. Penjebakan(trapping) elektron pada pita konduksi (ecb

-) ke permukaan fotokatalis TiIV

OHmembentuk

Ti

III

OHReaksi tersebut dapat dituliskan sebagai berikut:

ecb

-+ >Ti

IV

OH

{>Ti

IV

OH}

(2.5) ecb -

+ Ti

IV

Ti

III (2.6)

(25)

g. Penjebakan (trapping) lubang pada pita valensi (hvb +

) ke dalam permukaan gugus titanol menghasilkan OH•. OH• pada permukaan TiIV

OH dapat bertindak sebagai

oksidator. Reaksi tersebut dapat dituliskan sebagai berikut.

hvb +

+ >Ti

IV

OH {>Ti

IV

OH}

+_(2.7)

2.3 Absorbansi

Absorbansi cahaya pada suatu molekul merupakan suatu bentuk interaksi yang terjadi antara foton (partikel gelombang cahaya) dengan atom atau molekul. Energi cahaya yang datang diserap oleh atom atau molekul untuk selanjutnya digunakan oleh elektron di dalam molekul tersebut untuk bertransisi ke tingkat energi yang lebih tinggi bersesuaian dengan foton yang datang.

Pengukuran absorbansi dan transmitansi digunakan untuk mendapatkan nilai pengukuran kuantitatif, yaitu besarnya energi yang diserap akan sebanding dengan konsentrasi dan tebal sampel atau medium. Berdasarkan hukum Lambert-Beer, persamaan yang digunakan untuk menghitung banyaknya cahaya yang dihamburkan (T) atau transmitansi adalah sebagai berikut :

𝑇𝑇 = 𝐼𝐼𝑡𝑡

𝐼𝐼0 (2.8)

Sedangkang absorbansi dinyatakan dengan persamaan :

𝐴𝐴 = − log 𝑇𝑇 = log𝐼𝐼0

𝐼𝐼𝑡𝑡 (2.9)

dengan, A = absorbansi I0 = intensitas awal

It = intensitas cahaya setelah melewati sampel atau medium

atau

𝐴𝐴 = log𝑃𝑃0

(26)

dengan,

P0 = daya cahayaawal

Pt = daya cahaya setelah melewati sampel atau medium

Berdasarkan rumus I = P/A dimana A adalah luas berkas cahaya dapat diketahui bahwa P (daya) berbanding lurus dengan I (intensitas). Oleh karena itu dapat digunakan persamaan (2.10) untuk menghitung nilai absorbansi.Ketika cahaya dengan panjang berbagai panjang gelombang (cahaya polikromatis) mengenai suatu zat, maka cahaya dengan panjang gelombang tertentu saja yang akan diserap. Di dalam suatu molekul yang memegang peranan terpenting adalah elektron valensi dari setiap atom yang ada hingga terbentuk suatu materi. Elektron-elektron yang dimiliki oleh suatu molekul dapat berpindah (eksitasi), berputar (rotasi), dan bergetar (vibrasi) jika dikenai suatu energi.

Atas dasar inilah spektrofotometri dirancang untuk mengukur konsentrasi suatu zat yang ada dalam sampel. Dimana zat yang ada dalam sampel disinari dengan cahaya yang memiliki panjang gelombang tertentu. Ketika cahaya mengenai sampel sebagian akan diserap, sebagian akan dihamburkan dan sebagian lagi akan diteruskan. Pada spektrofotometri, cahaya datang atau cahaya masuk atau cahaya yang mengenai permukaan zat tidak dapat diukur, yang dapat diukur adalah I0/Itatau

P0/Pt(perbandingan cahaya datang dengan cahaya setelah

melewati materi atau sampel).

2.4 ResinPolyester

Unsaturatedpolyesterresin (UPR) merupakan jenis resin termoset atau lebih populernya sering disebut polyester saja. UPR berupa resin cair dengan viskositas yang cukup rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak resin termoset lainnya (Nurmaulita, 2010).

Resin polyester digunakan secara luas yaitu mencakup pelapis, perekat, material untuk serat karbon dan fiberglass dan lain sebagainya.Secara umum, resin dikenal karena sangat baik

(27)

sebagaiperekat dan tahan panas. Resin polyester dijual di toko-toko perangkat keras, biasanya sebagai paket yang terdiri dari resin dan hardener (katalis) yang terpisah dan harus dicampur segera sebelum digunakan.

Tabel 2.2Spesifikasi Resin Polyester (Surdia, 2005) Sifat Polyester Besaran

Kuat Tarik 40 Mpa

Elongasi 1,8 %

Kuat Tekan 5,5 Mpa

Modulus Elastisitas 300 Gpa

Kuat Impak 0,4 J/m

Densitas 1,1 kg/m3

Rasio Poison 0,33

Catatan untuk sifat-sifat Resin : • Kekentalan (pada 25o

C) : 4,5 – 5,0 Poise • Warna saat mengeras : bening (transparan) • Waktu gel (pada 30o

C) : 20 – 30 menit • Lama dapat disimpan (pada 25o

(28)

(29)

13 BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Padababinimenjelaskantentangtahapanpengerjaandaripenelitia n yang telahdilakukan. Pada Gambar 3.1 merupakan diagram alirtahapanpengerjaansecaraumum.

Gambar 3.1 Skema diagram alirpenelitiansecaraumum

Tidak Uji Validitas (XRD) Fasa Anatase ? Studi Literatur Persiapan Bahan Sintesis TiO2 Pelapisan Stik Perlakuan Penyinaran Pengamatan Degradasi Warna Uji Absorbansi Pengolahan Data dan Analisa

Penyusunan Laporan Akhir Mulai Ya Tidak Hasil Konsisten ? Selesai Ya

(30)

3.1 Persiapan Bahan

Disiapkan alat dan bahan yang diperlukan diantaranya adalah sebagai berikut :

• TiO2 fasa komersial

• TiO2 fasa anatase hasil sintesis

• Stik sebagai media tempat melekatnya TiO2

• Resin sebagai perekat dan hardener

• Pengotor berupa zat warna merah ponceau 4R (Cl. 16255)

• Wadah untuk mencampur • Wadah sampel

• Aquades

• Timbangandigital 3.2 SintesisTiO2

Untuk membuat material nano TiO2fasa anatase dilakukan

proses sintesis. Pada proses sintesis diperlukan beberapa alat dan bahan yang digunakan. Alat dan bahan yang digunakan adalah sebagai berikut :

• TiCl3 (Titanium trichlorid)

• HCl (hydrochlorid acid) 2M 37% • NH4OH (ammonia) 2M 25% • Aquades • Gelas beaker • Gelasukur • Pipet • Spatula • Mortar • Plastik Wrap • Crucible ukuran 50 ml • Magnetic stirrer

• Hotplate Yellow MAG HS • Furnace

(31)

Dalam proses sintesis untuk menghasilkan TiO2 fase anatase

digunakan TiCl3sebanyak 10 mldicampurkandengan 4,7 ml

aquades dan 0,3 ml HCl, diadukdengan kecepatan konstan dengan menggunakanmagnetic stirrerpadatemperatur 45oC selama±3 menit. Kemudian ditambahkan lagi HCl sebanyak 20 ml dengan posisi tetap diaduk. Setelah larutan berwarna ungu gelap kemudian ditambahkan NH4OH 25% sebanyak 50 ml dan terus

diaduk hingga larutan berwarna putih jenuh atau putih pekat. Selanjutnya proses dapat dihentikan dan larutan tersebut didiamkan dan ditutup menggunakan plastik wraphingga terbentuk endapan. Hasil endapan TiO2 dipisahkan dari cairan

diatasnya kemudian endapan dicuci dengan aquades hingga larutan NH4OH benar-benar hilang (tidak berbau amonia).Setelah

itu endapan dikalsinasi pada suhu 400 0Cselama 4 jam. Setelah dikalsinasi, TiO2 dihaluskan dengan menggunakan mortar sampai

teksturnya serbuk halus.

Berikutinimerupakanbentukreaksikimiadari proses sintesis yang dilakukanoleh (Hunter, 1998).

TiCl3 + 2NH4OH  TiO2 + 2NH4Cl +H2 (3.1)

Setelah didapatkan TiO2fasa anatase kemudian dilakukan

karakterisasi TiO2 dengan menggunakan XRD untuk mengetahui

fasanyaapakah sudah sesuai yaitu fasa anatase.

3.3 Uji Validitas

Pada uji validitas digunakan metode pengujian X-Ray Diffraction (XRD). Pengujian XRDadalahpengujian material yang memanfaatkanprinsipdifraksisinar-X. Sinar-X

ditembakkanpadasampelkemudianakanterjadi proses penghamburansetelahsinar-X bertumbukandengansampel yang

diuji.Hasildaripengujianiniberupagrafikintensitasterhadapsudutdif

raksi (2θ). Semakintinggiintensitas yang dihasilkanmenunjukkanbahwa material yang terkandungdalamsampelsemakinkristalin.

(32)

material yang terkandungdalamsampelberbentukamorf. Pengujianinidilakukanuntukmengetahuiukuranpartikeldanfasadari suatubahan. Dalam penelitian ini Pengujian XRD dilakukan untuk mengetahui fasa TiO2 yang terbentuk hasil dari sintesis pada

tahapan sebelumnya. Untuk menganalisa fase anatase digunakan acuan standar JCPDS 00-021-1272 dan 00-004-0551.

Gambar 3.2Acuan standar JCPDS 00-021-1272(International Centre for Diffraction Data)

Gambar 3.3Acuan standar JCPDS 00-004-0551(International Centre for Diffraction Data)

(33)

Berdasarkan hasil pengujian XRD TiO2yang diperoleh dapat

dilakukan perhitungan ukuran kristal menggunakan persamaan Scherrer sebagai berikut (Sardela, 2008).

( )

FWHM k D * cosθ λ = (3.2)

Dimana D adalah ukuran kristal suatu bahan (nm), k adalah konstanta (k=0,89), λ adalah panjang geombang sinar-X(Cu Kλ) yang bernilai 0,154 nm, FWHM adalah full width half maximum (dalam radian), dan θ adalah sudut difraksinya.

3.4 Pelapisan Stik

Dalam penelitian ini media yang dipilih untuk melapiskan TiO2 pada permukaannya adalah stik es krim. Penggunaan stik es

krim sebagai media tempat melekatnnya TiO2 didasarkan pada

ketersediaannya atau mudah didapat dan juga terjangkaunya harga. Selain itu pada penelitian sebelumnya digunakan media anyaman bambu akan tetapi media ini kurang efektif dikarenakan pada saat direndam dalam air media bambu ini ikut larut atau lapuk sehingga menyebabkan air menjadi keruh.

Gambar 3.4Dimensi permukaan stik Luas stik = luas persegi panjang + luas lingkaran

= (p x l) + (π x r2

) = 10,085 cm2

Dalam pembuatan sampel terdapat beberapa tahapan yaitu pembuatan larutan suspensi campuran resin dan TiO2 dengan

konsentrasi yang berbeda, pelapisan larutan pada permukaan stik es krim, dan pengeringan sampel.Variasi yang diterapkan yaitu

(34)

variasi konnsentrasi TiO2 dan variasi luas lapisan TiO2pada stik.

Variasi konsentrasi TiO2 yang digunakan yaitu sebanyak 0,5 gram

: 1 gram : 1,5 gram pada masing-masing material nano baik TiO2

hasil sintesis maupun TiO2 komersial. Sedangkan untuk variasi

luas lapisan TiO2 pada stik digunakan jumlah stik yang berbeda

yaitu 1 stik (10,085 cm2), 2 stik (20,170 cm2) dan 3 stik (30,255 cm2).

Untuk pembuatan larutan suspensi campuran antara resin dan TiO2 yaitu masing-masing sebanyak 25 gram resin kemudian

ditambahkan serbuk TiO2 banyaknya sesuai dengan konsentrasi

yang telah ditentukan sebelumnya. Proses pencampuran TiO2 dan

resin dilakukan dengan diaduk secara bertahap hingga tercampur rata. Media stik es krim yang sudah disiapkan dilapisi dengan larutan suspensi campuran antara resin dan TiO2 yang sudah

diberi hardener sebanyak 2 tetes. Sampel tersebut kemudian didiamkan sampai mengeras atau mengering.

Dalam penelitian ini dibuat sampel stik sebanyak masing-masing minimal 6 buah untuk setiap konsentrasi TiO2 sintesis dan

setiap konsentrasi TiO2 komersial. Sehingga total sampel

stikberlapis TiO2 yang diperlukan sebanyak 36 buah.

3.5 Perlakuan Penyinaran

Permukaanstik berlapis TiO2 yang telah kering kemudian

dimasukkan ke dalam wadah sampel yang berisi 100 ml air berwarna merah (Cl. 16255) untuk direndam. Air berwarna merah tersebut diperoleh dari 2000 ml aquades yang diberi pewarna merah (Cl. 16255) sebanyak 8 tetes kemudian dibagi ke dalam beberapa wadah sampel masing-masing sebanyak 100 ml.wadah sampel yang digunakan adalah yang terdapat penutup beningnya sehingga air tidak habis menguap dan sinar matahari masih bisa mengenai sampel pada saat penyinaran.

(35)

Tabel 3.1Kode Sampel yang Digunakan untuk Perlakuan Penyinaran

Jenis TiO2

Var. Luas Lapisan (cm2)

Variasi Konsentrasi TiO2

Air saja a (0,5 gr) b (1 gr) c (1,5 gr) Sintesis 10,085 (1 stik) 1Sa 1Sb 1Sc 0 20,170 (2 stik) 2Sa 2Sb 2Sc 30,255 (3 stik) 3Sa 3Sb 3Sc Komersial 10,085 (1 stik) 1Ka 1Kb 1Kc 20,170 (2 stik) 2Ka 2Kb 2Kc 30,255 (3 stik) 3Ka 3Kb 3Kc

Sampel-sampel tersebut kemudian diberi perlakuan penyinaran dengan dijemur di bawah sinar matahari secara langsung selama 48 jam penyinaran (8 hari).

Gambar 3.5Proses penyinaran sampel di bawah sinar matahari secara langsung.

3.6 Pengambilan Data

Pada penelitian ini data diambil secara kualitatif dan kuantitatif. Dilakukan pengamatan degradasi warna atau

(36)

perubahan warna yang terjadi pada sampel air berwarna setelah diberi perlakuan penyinaran.Data kualitatif ini berupa pengamatan dan pengambilan gambar air berwarna dengan menggunakan kamera setiap 6 jam penyinaran. Adapun data kuantitatif berupa nilai absorbansi air. Nilai absorbansi air mewakili tingkat kejernihan airnya. Semakin kecil nilai absorbansi yang didapatkan maka sampel air semakin jernih.

3.6.1 Uji absorbansi

Uji Absorbansi dilakukan setiap 6 jam penyinaran sehingga selama waktu total penyinaran48 jam, setiap sampel diuji absorbansi hingga 8 kali, yaitu setelah sampel disinari selama 6 jam, 12 jam, 18 jam, 24 jam, 30 jam, 36 jam, 42 jam, 48 jam. Untuk mendapatkan nilai absorbansi dari masing-masing sampel air dilakukan pengujian dengan menggunakan prinsip Lambert-Beer. Masing-masing sampel air diambil dan dimasukkan ke dalam kuvet. Kuvet yang berisi sampel air diletakkan di tengah sejajar antara sumber sinar laser He-Ne dan detektor yaitu OPM (optical power meter) seperti tampak pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6Uji absorbansi di laboratorium dengan menggunakan laser He-Ne dan OPM

Terdapat dua nilai yang diukur, yaitu nilai daya laser sebelum mengenai kuvet (P0) dan nilai daya laser setelah

melewati kuvet berisi sampel air (P). Nilai absorbansi masing-masing sampel didapatkan dengan membandingkan nilai daya laser sebelum mengenai sampel (P0) dengan nilai daya laser

(37)

3.6.2 Uji degradasi warna

Uji degradasi warna dilakukan untuk mengamati perubahan warna yang terjadi pada sampel air berwarna setelah diberi perlakuan penyinaran. Data diperoleh dari pengambilan gambar sampel air setiap 6 jam penyinaran dengan menggunakan kamera. Selain itu dilakukan pengolahan gambar dengan software Image J untuk mengetahui penurunan derajat warna pada sampel air.

3.7 Pengolahan Data dan Analisa

Pada uji absorbansi dengan menggunakan laser He-Ne dan detektor berupa OPM didapatkan nilai daya cahaya laser setelah dilewatkan pada masing-masing sampel air berwarna (Pt).

Sebelumnya diukur nilai daya cahaya laser terlebih dahulu (P0).

Setelah didapatkan nilai P0 dan Pt dari masing-masing sampel air

berwarna kemudian dilakukan pengolahan data untuk mendapatkan nilai absorbansinya. Untuk menghitung nilai absorbansi sampel air berwarna digunakan persamaan (2.10). Data nilai absorbansi yang diperoleh kemudian diplot pada grafik untuk dilihat tren-nya sehingga dapat dianalisa. Pada uji degradasi warna yang dilakukan dengan pengolahan gambar menggunakan software Image J didapatkan nilai derajat warna merah pada masing-masing gambar sampel air. Derajat warna merah tersebut menunjukkan kepekatan warna merah pada gambar. Data nilai derajat warna merah tersebut diplot pada grafik dan dianalisa.

(38)

(39)

23 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Uji Validitas

Pada penelitian ini dilakukan uji validitas berupa pengujian XRD. Pengujian XRD serbuk TiO2 bertujuan untuk mengetahui

fase TiO2 yang terbentuk dari hasil sintesis yang telah dilakukan.

Gambar 4.1 dibawah ini merupakan salah satu hasil pengujian XRD TiO2yaitu sintesis ke 3. Untuk menganalisa fase anatase

digunakan acuan standar JCPDS 00-021-1272 dan 00-004-0551 seperti pada Gambar 3.2 dan Gambar 3.3.

Gambar 4.1 Hasil uji XRD TiO2fasaanatase

Pada gambar 4.1 dapat dilihat bahwa ditemukan peaks TiO2 fase anatase pada sudut 2θ yaitu 25

°

, 48°,55°. Dalam penelitian ini dilakukan 6 kali sintesis TiO2 untuk mendapatkan

serbuk TiO2 fasa anatase yang baik. Dari 6 kali sintesis tersebut

didapatkan hasil yang baik yaitu pada sintesis ke 1, 3, 5 dan 6. Dimana pada hasil grafik sintesis ke 1 ditemukan peaksTiO2 fase

anatase pada sudut 2θ yaitu 25°

, 47°, untuk sintesis ke 5 ditemukan peaksTiO2 fase anatase pada sudut 2θ yaitu 25

°

, 37°, 55° dan untuk sintesis ke 6 ditemukan peaksTiO2 fase

(40)

anatase pada sudut 2θ yaitu 25°

, 38°, 55°. Peaks tersebut menunjukkan serbuk TiO2 yang dihasilkan dari beberapa sintesis

yang telah dilakukan tersebut mempunyai fasa anatase. Dari hasil tersebut dapat dihitung ukuran kristal TiO2 yang terbentuk.

Berdasarkan hasil pengujian XRD TiO2tersebut dapat

dilakukan perhitungan ukuran kristal menggunakan persamaan 3.2. Setelah dilakukan perhitungan ukuran kristal nano material TiO2 fasa anatase dari beberapa pengujian didapatkan ukuran

kristal antara 10-40 nm yaitu 20 nm untuk sintesis ke 1, 11 nm untuk sintesis ke 3, 12 nm untuk sintesis ke 5 dan 13 nm untuk sintesis ke 6. Serbuk TiO2 hasil dari sintesis-sintesis tersebut

digunakan untuk pembuatan sampel pada tahap selanjutnya.Hasil pengujian XRD selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran A.

4.2UjiAbsorbansi

Sebagaimana dibahas dalam sub bab 3.6.1 , uji absorbansi dilakukan setelah sampel air berwana dengan stik berlapis TiO2

di dalamnya disinari selama 6 jam/hari. Pada hari pertama dilakukan penyinaran dengan sinar matahari langsung selama 6 jam, kemudian sampel diambil untuk diuji absorbansi di laboratorium dan dikembalikan lagi untuk diberi perlakuan penyinaran di hari berikutnya. Pengujian dilakukan sampai dengan hari ke delapan sehingga total waktu penyinaran adalah 48 jam.

Pada penelitian ini dilakukan pengambilan data absorbansi sebanyak 3 kali, pertama dengan menggunakan alat spektrofotometer akan tetapi data yang dihasilkan tidak konsisten sebagaimana terlampir pada Lampiran C. Kemudian dilakukan pengukuran kembali dengan menggunakan laser He-Ne dan OPM. Data hasil pengujian absorbansi tertulis pada Tabel 4.1, 4.2, 4.3 untuk sampel dengan stik yang dilapisi TiO2 sintesis.

Adapun data absorbansi untuk sampel degan stik yang dilapisi TiO2 komersial dinyatakan dalam Tabel 4.4, 4.5, 4.6.

(41)

25 Tabel 4.1Data Hasil Pengujian Absorbansi Sampel dengan Konsentrasi TiO2Sintesis 0,5 gram

Luas Lapisan Rata-rata Nilai Absorbansi Penyinaran Jam ke-

TiO2 0,5 gram (cm2) 0 6 12 18 24 30 36 42 48

10,085 (1 stik) 0,18852 0,22454 0,17720 0,14194 0,12123 0,11609 0,09980 0,09447 0,09421

20,170 (2 stik) 0,18852 0,20958 0,17392 0,13578 0,12124 0,10870 0,09537 0,08901 0,08770

30,255 (3 stik) 0,18852 0,18123 0,15422 0,13254 0,11997 0,10265 0,09131 0,07593 0,07005

Tabel 4.2Data Hasil Pengujian Absorbansi Sampel dengan Konsentrasi TiO2Sintesis 1 gram

TiO2 1 gram (cm2) 0 6 12 18 24 30 36 42 48

10,085 (1 stik) 0,18852 0,19632 0,17249 0,14570 0,14474 0,13081 0,11900 0,10530 0,10173

20,170 (2 stik) 0,18852 0,19300 0,16460 0,14875 0,13093 0,12821 0,11738 0,10467 0,10138

30,255 (3 stik) 0,18852 0,17661 0,15399 0,15267 0,12840 0,10365 0,09417 0,09177 0,08639

Tabel 4.3Data Hasil Pengujian Absorbansi Sampel dengan Konsentrasi TiO2Sintesis 1,5 gram

TiO2 1,5 gram (cm2) 0 6 12 18 24 30 36 42 48

10,085 (1 stik) 0,18852 0,19299 0,18268 0,17499 0,15446 0,14724 0,13193 0,12931 0,11142

20,170 (2 stik) 0,18852 0,18902 0,17716 0,16438 0,15586 0,14804 0,13658 0,11458 0,10638

(42)

Tabel 4.4Data Hasil Pengujian Absorbansi Sampel dengan Konsentrasi TiO2Komersil 0,5 gram

Luas Lapisan Rata-rata Nilai Absorbansi Penjemuran Jam ke-

TiO2 0,5 gram (cm2) 0 6 12 18 24 30 36 42 48

10,085 (1 stik) 0,18852 0,19630 0,18720 0,18130 0,17440 0,14687 0,14631 0,13045 0,12171

20,170 (2 stik) 0,18852 0,19520 0,18260 0,17410 0,16710 0,14493 0,13266 0,12878 0,12090

30,255 (3 stik) 0,18852 0,18790 0,17710 0,15780 0,13920 0,11801 0,10063 0,09487 0,08759

Tabel 4.5Data Hasil Pengujian Absorbansi Sampel dengan Konsentrasi TiO2Komersil 1 gram

TiO2 1 gram (cm2) 0 6 12 18 24 30 36 42 48

10,085 (1 stik) 0,18852 0,25946 0,23303 0,17554 0,15168 0,12443 0,12175 0,10771 0,10211

20,170 (2 stik) 0,18852 0,24597 0,21272 0,17540 0,14859 0,11058 0,13028 0,10060 0,09856

30,255 (3 stik) 0,18852 0,24140 0,18356 0,15577 0,14084 0,13526 0,11058 0,08880 0,08566

Tabel 4.6Data Hasil Pengujian Absorbansi Sampel dengan Konsentrasi TiO2Komersil 1,5 gram

TiO2 1,5 gram (cm2) 0 6 12 18 24 30 36 42 48

10,085 (1 stik) 0,18852 0,28795 0,25813 0,23413 0,22192 0,20117 0,17798 0,16043 0,15678

20,170 (2 stik) 0,18852 0,27628 0,23886 0,24282 0,21798 0,18356 0,17237 0,16451 0,15600

(43)

Berikut merupakan representasinilai-nilai absorbansi sampel air pada setiap variasi luas lapisan TiO2 baik sintesis

maupun komersil dalam bentuk grafik.

Gambar 4.2Pengaruh waktu penjemuran terhadap nilai absorbansi untuk sampel TiO2sintesis 0,5 gr

Dari hasil pengujian absorbansi dapat diketahui untuk sampel dengan konsentrasi TiO2 sintesis 0,5 gram pada gambar

4.2 dapat dilihat bahwa semakin luas lapisan TiO2 yang

digunakan nilai absorbansinya semakin menurun walaupun penurunannya sangatlah kecil. Dapat dilihat juga semakin lama waktu penjemuran nilai absorbansi dari masing-masing luasan juga mengalami penurunan. Hal ini menunjukkan bahwa luas lapisan dan lama waktu penjemuran berpengaruh pada nilai absorbansi atau kejernihan sampel airnya. Semakin luas lapisan TiO2 yang digunakan dan semakin lama waktu penjemuran maka

nilai absorbansi semakin kecil atau menurun. Sama halnya dengan sampel dengan konsentrasi TiO2 sintesis 1 gram yaitu

pada gambar 4.3 dan sampel dengan konsentrasi TiO2 sintesis 1,5

gram yaitu pada gambar 4.4.

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0 6 12 18 24 30 36 42 48 A bs orb an si

Waktu Penjemuran (jam)

10,085 cm2 20,17 cm2 30,255 cm2 1 stik 2 stik 3 stik

(44)

Pada sampel dengan konsentrasi TiO2 komersil 0,5 gram

berdasarkan gambar 4.5 dapat dilihat bahwa semakin luas lapisan TiO2 yang digunakan dan semakin lama waktu penjemuran

semakin menurun nilai absorbansi yang didapatkan. Untuk sampel dengan konsentrasi TiO2 komersil 1 gram pada gambar

4.6 dapat dilihat nilai absorbansi sampel dengan luasan 3 stik pada penjemuran 30 jam mengalami kenaikan, dan sampel dengan luasan 2 stik pada penjemuran 36 jam juga mengalami kenaikan. Akan tetapi pada penjemuran pada jam-jam selanjutnya nilai absorbansi kembali menurun seperti sebelumnya. Untuk sampel dengan konsentrasi TiO2 komersil 1,5 gram pada gambar

4.7 dapat dilihat bahwa semuanya mengalami penurunan nilai absorbansi. Pada umumnya terjadi penurunan nilai absorbansi pada setiap sampel berdasarkan luas lapisan TiO2 dan juga

berdasarkan lama waktu penjemuran walaupun dengan penurunan yang sangat kecil berkisar 0,01 sehingga menyebabkan tidak terjadinya perubahan atau degradasi warna yang signifikan pada sampel air. Hal ini diduga karena media perekat resin menyebabkan halangan yang cukup besar sehingga proses fotokatalisis yang terjadi kurang efektif.

Gambar 4.3Pengaruh waktu penjemuran terhadap nilai absorbansi untuk sampel TiO2 sintesis 1 gr

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0 6 12 18 24 30 36 42 48 A bs orb an si

(45)

Gambar 4.4Pengaruh waktu penjemuran terhadap nilai absorbansi untuk sampel TiO2 sintesis 1,5 gr

Gambar 4.5Pengaruh waktu penjemuran terhadap nilai absorbansi untuk sampel TiO2komersil 0,5 gr

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0 6 12 18 24 30 36 42 48 A bs orb an si

10,085 cm2 20,17 cm2 30,255 cm2 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0 6 12 18 24 30 36 42 48 A bs orb an si

10,085 cm2 20,17 cm2 30,255 cm2 1 stik 2 stik 3 stik 1 stik 2 stik 3 stik

(46)

Gambar 4.6Pengaruh waktu penjemuran terhadap nilai absorbansi untuk sampel TiO2 komersil 1 gr

Gambar 4.7Pengaruh waktu penjemuran terhadap nilai absorbansi untuk sampel TiO2 komersil 1,5 gr

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0 6 12 18 24 30 36 42 48 A bs orb an si

10,085 cm2 20,17 cm2 30,255 cm2 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0 6 12 18 24 30 36 42 48 A bs orb an si

10,085 cm2 20,17 cm2 30,255 cm2 1 stik 2 stik 3 stik 1 stik 2 stik 3 stik

(47)

4.2 Uji Degradasi Warna Air

Dilakukan pengamatan degradasi warna atau perubahan warna yang terjadi pada sampel air berwarna setelah diberi perlakuan penyinaran. Data kualitatif ini berupa pengamatan dan pengambilan gambar air berwarna dengan menggunakan kamera setiap 6 jam penyinaran. Hasil pengujian degradasi warna air selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran B.

Jam ke-6 Jam ke-12 Jam ke-18 Jam ke-24

Jam ke-30 Jam ke-36 Jam ke-42 Jam ke-48

Gambar 4.8Data hasil pengujian degradasi warna air pada sampel TiO2sintesis 0,5 gr dengan luasan 3 stik

(30,255 cm2)

Pada uji degradasi warna yang dilakukan dengan pengolahan gambar menggunakan software Image J didapatkan nilai derajat warna merah pada masing-masing gambar sampel air. Derajat warna merah tersebut menunjukkan kepekatan warna merah pada gambar. Data hasil pengolahan gambar dengan menggunakan

(48)

software Image J dinyatakan dalam Tabel 4.7, 4.8, 4.9 untuk sampel dengan stik yang dilapisi TiO2 sintesis. Adapun data dasil

pengolahan gambar dengan software Image J untuk sampel dengan stik yang dilapisi TiO2 komersial dapat dilihat pada Tabel

4.10 , 4.11, 4.12.

Tabel 4.7Data Nilai Derajat Warna Sampel dengan Konsentrasi TiO2Sintesis 0,5 gr

Luas Lapisan TiO2 0,5 gram

(cm2₎

Nilai Derajat Warna Merah Sampel Air Penjemuran Jam ke- 0 6 12 18 24 30 36 42 48 10,085 (1 stik) 214 248 231 221 220 213 212 211 211 20,170 (2 stik) 214 230 229 221 219 213 212 206 204 30,255 (3 stik) 214 227 224 220 216 211 210 197 192

Tabel 4.8 Data Nilai Derajat Warna Sampel dengan Konsentrasi TiO2Sintesis 1 gr

Luas Lapisan TiO21 gram (cm 2

)

Tabel 4.9Data Nilai Derajat Warna Sampel dengan Konsentrasi TiO2Sintesis 1,5 gr

Luas Lapisan TiO21,5 gram (cm2)

(49)

Tabel 4.10Data Nilai Derajat Warna Sampel dengan Konsentrasi TiO2Komersial 0,5 gr

Luas Lapisan TiO20,5 gram (cm2)

Tabel 4.11Data Nilai Derajat Warna Sampel dengan Konsentrasi TiO2Komersial 1 gr

Luas Lapisan TiO21 gram (cm2)

Tabel 4.12Data Nilai Derajat Warna Sampel dengan Konsentrasi TiO2Komersial 1,5 gr

Luas Lapisan TiO21,5 gram (cm

2 )

(50)

Gambar 4.9Pengaruh waktu penjemuran terhadap nilai derajat warna merah untuk sampel TiO2 sintesis 0,5 gr

Dari hasil pengolahan gambar samper air berwarna dengan menggunakan software Image J didapatkan nilai derajat warna merah yang menunjukkan kepekatan warna pada gambar masing-masing sampel air berwarna. Pada gambar 4.8 yaitu sampel air dengan konsentrasi TiO2 sintesis 0,5 gram dapat dilihat bahwa

semakin lama waktu penjemuran nilai derajat warna pada gambar sampel semakin kecil. Hal ini menunjukkan adanya perubahan warna pada sampel air walaupun tidak dapat teramati secara langsung dikarenakan penurunan nilai derajat warna masing-masing gambar sampel air sangat kecil. Sama halnya dengan sampel dengan konsentrasi TiO2 sintesis 1 gram dan sampel

dengan konsentrasi TiO2 sintesis 1,5 gram. Pada sampel dengan

konsentrasi TiO2 komersial padaumumnyajuga menunjukkan

nilai derajat warna merah yang semakin menurun walaupun jika dilihat data pada Tabel 4.10, 4.11, 4.12 terdapat beberapa nilai yang naik atau tetap seperti pada sampel dengan konsentrasi TiO2

komersil 1,5 gram yaitu pada penyinaran jam ke 24, 30, 36 dan 42. Pada umumnya terjadi penurunan nilai derajat warna merah pada setiap gambar sampel air berwarna berdasarkan tren yang

150 170 190 210 230 250 0 6 12 18 24 30 36 42 48 D er aj at W ar na M er ah

Waktu Penyinaran (jam)

(51)

terbentuk pada grafik-grafik sebagaimanaterlampirpadaLampiran D.

(52)

(53)

37 BAB V KESIMPULAN

Berdasarkanhasilpengujiandanpembahasan yang telahdilakukan, denganmedia perekat resin dalam aplikasi TiO2sebagai fotokatalis dalam penjernihan air dapat disimpulkan:

• Semakin luas lapisan TiO2yang digunakan semakin baik

kemampuannya dalam menjernihkan air.

• Penurunan nilai absorbansi pada masing-masing sampel pada setiap luasan dari penjemuran 6-48 jam sangat kecil yaitu berkisar 0,01 atau 6,9 %.

• Penurunan nilai absorbansi terbesar yaitu sampel dengan konsentrasi 0,5 sintesis pada luasan 30 cm2yaitu sebesar 62,8 %.

(54)

(55)

39

DAFTAR PUSTAKA

Agus Ariyanto. “Pengaruh Konsentrasi TiO2 pada Aplikasi

Fotokatalisis dalam Penjernihan Air”. 2011. Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Asthy Farida. “Aplikasi Fotokatalis TiO2-Serat Kain Untuk

Meningkatkan Kualitas Air”. 2012. Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Gunlazuardi J dan Tjahjanto R.T. “Preparasi Lapisan Tipis TiO2

sebagai Fotokatalisis: Keterkaitan antara ketebalan dan Aktivitas Fotokatalisis. 2001. Jurnal Penelitian Universitas Indonesia, Volume 5, 81-91.

Lestari, D., Sunarto W., Susatyo, Eko B. “Preparasi Nano Komposit ZnO/ TiO2 dengan Sonokimia serta Uji

Aktivitasnya untuk Fotodegradasi Fenol”. 2012. Indonesian Journal of Chemical Science.

Afrozi, A S. “Sintesis dan Karakterisasi Katalis Nano Komposit Berbasis Titania untuk Produksi Hidrogen dari Gliserol dan Air”.2010. Tesis. Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik, Universitas Indonesia.

Fujishima, A., Rao, T.N., Tryk, D.A. “Titanium Doixide Photocatalysi”. 2000. Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Review I:1-21.

Arsyad S. F, Agustina E. T, Yulianti. N, Firmansyah, Anggreini. D, Susanti. R, Abdullah. M. (2012). Pengaruh Nanopartikel Titanium Dioksida (TiO2) Yang Disintesis

Menggunakan Metoda Simple Heating Terhadap Kandungan Besi (Fe) Dan Tembaga (Cu) Di Dalam Air Rawa. Prosiding Seminar Nasional Pendidikan 2012, Palembang 26 Juni 2012.

M. M. Hasan, et al. 2008. Effects of Annealing Treatment on Optical Properties of Anatase TiO2 Thin Films.International Journal of Chemical and Biological Engineering 1:2 2008.

Sari L. 2012. Pengaruh Nanopartikel Titanium Dioksida Pada Resin Sebagai Material Transparan Anti UV dan Self

(56)

Cleaning Material. Skripsi. Jurusan Fisika. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Andalas Padang.

Slamet, C.H.D. Alwi, J. Viriya. 2010. Rekayasa Plastik Berlapis Nanokristal TiO2Untuk Aplikasi Anti Kabut Dan

(57)

A-1

Hasil XRD TIO2 Fasa Anatase

- Sintesis 1

Sintesis 1 Hasil uji XRD fasa anatase dengan ukuran kristal 20 nm

Sintesis 2 Hasil uji XRD fasa anatase dengan ukuran kristal 17,2 nm

Position [°2Theta] (Copper (Cu))

20 30 40 50 60 Counts 0 50 100 150 TiO2

20 30 40 50 60 Counts 0 20 40 60 80 2

(58)

A-2

Sintesis 3 Hasil uji XRD fasa anatase dengan ukuran kristal 10,9 nm

20 30 40 50 60

0 50 100

20 30 40 50 60

Counts

0 20 40 ₄

(59)

A-3

20 30 40 50 60

0 100 200

20 30 40 50 60 Counts 0 100 200 300 6

(60)

(61)

(62)

B-1

Hasil Uji Degradasi Warna Hari 1 s/d 8 - Hari 1 (jam ke-6)

TiO2 0,5 gr

Luas Lapisan TiO2

Luas 1 Luas 2 Luas 3

Sintesis

Komersil

TiO2 1 gr

Luas Lapisan TiO2

(63)

B-2

TiO2

1,5 gr

Luas Lapisan TiO2

Sintesis

(64)

B-3

TiO2

0,5 gr

Luas Lapisan TiO2

Sintesis

Komersil

TiO2 1 gr

Luas Lapisan TiO2

(65)

B-4

TiO2

1,5 gr

Luas Lapisan TiO2

Sintesis

(66)

B-5

TiO2

0,5 gr

Luas Lapisan TiO2

Sintesis

Komersil

TiO2 1 gr

Luas Lapisan TiO2

(67)

B-6

TiO2

1,5 gr

Luas Lapisan TiO2

Sintesis

(68)

B-7

TiO2

0,5 gr

Luas Lapisan TiO2

Sintesis

Komersil

TiO2 1 gr

Luas Lapisan TiO2

(69)

B-8

TiO2

1,5 gr

Luas Lapisan TiO2

Sintesis

(70)

B-9

TiO2

0,5 gr

Luas Lapisan TiO2

Sintesis

Komersil

TiO2 1 gr

Luas Lapisan TiO2

(71)

B-10

TiO2

1,5 gr

Luas Lapisan TiO2

Sintesis

(72)

B-11

TiO2

0,5 gr

Luas Lapisan TiO2

Sintesis

Komersil

TiO2 1 gr

Luas Lapisan TiO2

(73)

B-12

TiO2

1,5 gr

Luas Lapisan TiO2

Sintesis

(74)

B-13

TiO2

0,5 gr

Luas Lapisan TiO2

Sintesis

Komersil

TiO2 1 gr

Luas Lapisan TiO2

(75)

B-14

TiO2

1,5 gr

Luas Lapisan TiO2

Sintesis

(76)

B-15

TiO2

0,5 gr

Luas Lapisan TiO2

Sintesis

Komersil

TiO2 1 gr

Luas Lapisan TiO2

(77)

B-16

TiO2

1,5 gr

Luas Lapisan TiO2

Sintesis

(78)

C-1

Hasil Uji Absorbansi dengan Alat Spektrofotometer - Sampel dengan luasan 1 stik (10,085 cm2)

Sampel Nilai Absorbansi Jam ke-

6 12 18 24 30 36 42 48 TiO2 Sintesis 0,5 gr 0,46 0,494 0,541 0,609 0,732 0,778 0,97 1,21 1 gr 0,438 0,494 0,541 0,609 0,732 0,778 0,97 1,21 1,5 gr 0,438 0,455 0,458 0,496 0,681 0,732 0,923 1,013 TiO2 Komersial 0,5 gr 0,425 0,454 0,458 0,496 0,68 0,732 0,92 1,013 1 gr 0,437 0,455 0,484 0,538 0,619 0,705 0,786 0,951 1,5 gr 0,462 0,455 0,484 0,538 0,619 0,705 0,786 0,95

- Sampel dengan luasan 2 stik (20,170 cm2)

- Sampel dengan luasan 3 stik (30,255 cm2)

(79)

(80)

D-1

Software Image J

GrafikHasil Uji Degradasi Warna denganMengunakan Software Image J

Gambar 1 Pengaruh waktu penjemuran terhadap nilai derajat warna merah untuk sampel TiO2 sintesis 0,5 gr

150 170 190 210 230 250 0 6 12 18 24 30 36 42 48 D er aj at W ar na M er ah

(81)

D-2

Gambar 2 Pengaruh waktu penjemuran terhadap nilai derajat warna merah untuk sampel TiO2 sintesis 1 gr

Gambar 3 Pengaruh waktu penjemuran terhadap nilai derajat warna merah untuk sampel TiO2 sintesis 1,5 gr

150 170 190 210 230 0 6 12 18 24 30 36 42 48 D er aj at W ar na M er ah

20,17 cm2 30,255 cm2 150 170 190 210 230 250 0 6 12 18 24 30 36 42 48 D er aj at W ar na M er ah

10,085 cm2 20,17 cm2 30,255 cm2 2 stik 3 stik 1 stik 2 stik 3 stik

(82)

D-3

Gambar 4 Pengaruh waktu penjemuran terhadap nilai derajat warna merah untuk sampel TiO2 komersial 0,5 gr

Gambar 5 Pengaruh waktu penjemuran terhadap nilai derajat warna merah untuk sampel TiO2 komersial 1 gr

20,17 cm2 30,255 cm2 150 170 190 210 230 250 0 6 12 18 24 30 36 42 48 D er aj at W ar na M er ah

10,085 cm2 20,17 cm2 30,255 cm2 2 stik 3 stik 1 stik 2 stik 3 stik

(83)

D-4

Gambar 6 Pengaruh waktu penjemuran terhadap nilai derajat warna merah untuk sampel TiO2 komersial 1,5 gr

cm2 20,17 cm2 2 stik 3 stik

(84)

Penulis mempunyai nama lengkap Aning Malikah Alfaizah, lahir di Kabupaten Nganjuk pada tanggal 26 Mei 1994 dan merupakan anak sulung dari 2 bersaudara. Penulis berasal dari Ngetos kabupaten Nganjuk dengan menempuh pendidikan di SDN Kuncir I, MTsN Berbek, kemudian MAN 3 Kediri. Penulis melanjutkan studi sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Fisika FTI – ITS di Surabaya. Penulis menyusun laporan tugas akhir penelitian yang telah dilakukan sebagai syarat kelulusan studi S-1 di Jurusan Teknik Fisika FTI – ITS dengan judul “APLIKASI TiO2 SEBAGAI FOTOKATALIS DALAM PENJERNIHAN AIR DENGAN MEDIA PEREKAT RESIN”.Bagi pembaca yang ingin memberikan kritik maupun saran mengenai penelitian yang telah penulis lakukan dapat disampaikan kepada penulis melalui email penulis faza.alfaizah@gmail.com.