commit to user
PREPARASI KOMPOSIT GRAFIT/PbTiO
3SEBAGAI KATALIS FOTODEGRADASI DAN
FOTOELEKTRODEGRADASI ZAT WARNA METIL VIOLET
Disusun oleh :
VAISHNAVITA NAWAKUSUMA
NIM. M0311069
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian dari persyaratan memperoleh gelar Sarjana Sains dalam bidang Ilmu Kimia
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
commit to user
iii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul
“PREPARASI KOMPOSIT GRAFIT/PbTiO3 SEBAGAI KATALIS
FOTODEGRADASI DAN FOTOELEKTRODEGRADASI ZAT WARNA METIL VIOLET” belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Surakarta,
commit to user
iv
PREPARASI KOMPOSIT GRAFIT/PbTiO
3SEBAGAI KATALIS FOTODEGRADASI DAN
FOTOELEKTRODEGRADASI ZAT WARNA METIL VIOLET
VAISHNAVITA NAWAKUSUMA
Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang degradasi fotokatalitik dan fotoelektrokatalitik zat warna metil violet dengan menggunakan komposit Grafit/PbTiO3. Tujuan penelitian ini adalah untuk mensintesis elektroda komposit
Grafit/PbTiO3 dan mengetahui efektivitasnya dalam mendegradasi zat warna metil
violet. Metode yang digunakan dalam sintesis komposit Grafit/PbTiO3 adalah
metode sol-gel dengan mencampurkan serbuk grafit, prekursor larutan titanium tetra isopropoksida (TTIP) dan Pb(NO3)2. Selanjutnya dilakukan karakterisasi
terhadap komposit Grafit/PbTiO3 dengan X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform-Infra Red (FT-IR) dan Scanning Electron Microscopy (SEM).
Difraktrogram XRD komposit Grafit/PbTiO3 menunjukkan puncak pada
2θ=26,5076o
yang merupakan puncak karakteristik grafit (JCPDS No. 25-0284) serta puncak pada 2θ=31,8382o
dan 2θ=39,2949o sesuai dengan standar PbTiO3
(JCPDS No. 74-2495). Pada spektra FT-IR komposit Grafit/PbTiO3 ditemukan
serapan pada 609,5-420,5 cm-1 yang merupakan karakteristik serapan TiO2 serta
pada daerah 1323,22 cm-1 hingga 1395,56 cm-1 yang merupakan vibrasi khas Pb– O. Dari hasil uji SEM pada perbesaran 3000 kali, dapat diamati adanya
penumbuhan PbTiO3 berupa serabut berwarna putih yang menempel pada
permukaan grafit sehingga material komposit yang terbentuk menjadi semakin pejal dibandingkan dengan grafit murni. Proses fotodegradasi menunjukkan kemampuan komposit Grafit/PbTiO3 untuk mendegradasi larutan zat warna metil
violet sebesar 92,20 %. Sedangkan fotoelektrodegradasi zat warna metil violet menggunakan elektroda Grafit/PbTiO3 pada pH netral dengan pemberian tegangan
listrik sebesar 10 V selama 30 menit mampu mendegradasi zat warna hingga 94,00 %.
commit to user
v
PREPARATION OF GRAPHITE/PbTiO
3COMPOSITE AS
PHOTOCATALYSTS AND PHOTOELECTROCATALYSTS
OF METHYL VIOLET DEGRADATION
VAISHNAVITA NAWAKUSUMA
Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Science Sebelas Maret University
ABSTRACT
Photocatalytic and photoelectrocatalytic degradation of Methyl Violet dye using Graphite/PbTiO3 composite has been studied. The purposes of this research
were to synthesis the Graphite/PbTiO3 composite electrode and determine its
effectiveness in degrading Methyl Violet dye. The method used for the synthesis of Graphite/PbTiO3 composite is sol-gel method by mixing graphite powder,
titanium tetra isopropoxide precursor solution (TTIP) and Pb(NO3)2. Then, the
characterization of the Graphite/PbTiO3 composite electrode were using X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform-Infra Red (FT-IR) dan Scanning Electron
Microscopy (SEM). XRD diffractogram of Graphite/PbTiO3 composite showed
peaks at 2θ = 26,5076o
which is the characteristic peak of graphite (JCPDS No. 25-0284) and peaks at 2θ = 31,8382o and 2θ = 39,2949o in accordance with the PbTiO3 standard (JCPDS No. 74-2495). FT-IR spectra of Graphite/PbTiO3
composite showed TiO2 absorptions at 609,5-420,5 cm-1 and the Pb–O typical
vibration at 1323,22 cm-1 until 1395,56 cm-1. From the SEM magnification test, it can be observed the existence of PbTiO3 growing as white fibers that attached to
the surface of graphite. Photocatalytic degradation process indicates the ability of Graphite/PbTiO3 composite to degrade 92,20 % concentrations of Methyl Violet
dye. While photoelectrocatalytic degradation process for 30 minutes at neutral pH and 10 V voltage could reduce 94,00 % concentrations of Methyl Violet dye.
Keywords : TiO2, PbTiO3,Graphite/PbTiO3, photoelectrocatalytic degradation,
commit to user
vi
MOTTO
“The only limits you have are the limits you believe.”
Wayne Dyer
“When you’ve been fighting for it all your life, you’ve been struggling to make things right, that’s how a superhero learns to fly.”
The Script – Superheroes
“Ia membuat segala sesuatu indah pada waktunya, bahkan Ia memberikan kekekalan dalam hati mereka. Tetapi manusia tidak dapat menyelami pekerjaan
yang dilakukan Allah dari awal sampai akhir.”
Pengkhotbah 3:11
“Bila engkau ingin berdo’a, sementara waktu yang engkau miliki begitu sempit, padahal dadamu dipenuhi oleh begitu banyak keninginan, maka jadikan seluruh isi do’amu istighfar, agar Allah memaafkanmu. Karena bila Dia memaafkanmu, maka semua keperluanmu akan dipenuhi oleh-Nya tanpa engkau memintanya.”
commit to user
vii
PERSEMBAHAN
Karya ini kupersembahkan untuk :
Ayahanda Kus Wisnu Broto dan Ibunda Dra. Iis Isnawati
yang senantiasa memberikan segenap tenaga, waktu dan do’a tiada henti serta kepada orang-orang terkasih yang senantiasa memberikan dukungan, semangat dan do’a
commit to user
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan kasih dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian hingga penulisan skripsi ini untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar Sarjana Sains dari Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret.
Skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari banyak pihak, oleh karena itu penulis menyampaikan terima kasih kepada :
1. Direktorat Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi (Ditlitabmas Ditjen Dikti) yang telah memberikan dana penelitian melalui Program Kreativitas Mahasiswa Penelitian (PKM-P) tahun anggaran 2015.
2. Prof. Ir. Ari Handono Ramelan, M.Sc. (Hons.), Ph.D. selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam UNS.
3. Ibu Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si. selaku Kepala Program Studi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam UNS.
4. Bapak Candra Purnawan, M.Sc. selaku Dosen Pembimbing Skripsi I yang telah memberikan waktu, bimbingan, ilmu dan pengarahan dalam pengerjaan skripsi ini.
5. Ibu Dr. Sayekti Wahyuningsih, M.Si. selaku Dosen Pembimbing Skripsi II yang telah memberikan bimbingan, pengarahan, dan ilmu selama pengerjaan skripsi ini.
6. Ibu Dr. Fitria Rahmawati, M.Si. dan Bapak Dr. Abu Masykur, M.Si. selaku Dosen Penguji Skripsi yang telah memberikan bimbingan dalam penyelesaian skripsi ini.
7. Bapak Drs. Mudjijono, Ph.D. (Alm.) selaku Pembimbing Akademik yang telah banyak memberikan bimbingan dalam kegiatan kuliah selama ini. 8. Bapak, Ibu Dosen dan seluruh staf Program Studi Kimia FMIPA UNS.
commit to user
ix
9. Ketua dan seluruh staf serta laboran Laboratorium Kimia Dasar FMIPA, Laboratorium Terpadu FMIPA, dan Sub Laboratorium Kimia Pusat Universitas Sebelas Maret.
10. Papah dan Mamah serta keluarga yang telah memberikan perhatian, do’a, nasihat dan motivasi kepada penulis.
11. Saudara-saudariku Ari Wisnugroho, Anggia Putri Gustami, Tata Lugas Nastiti, Dwita Nur Aisyah, Wendah Herawati, Patimah, Euodia Novrinna Maranatha serta rekan-rekan Jurusan Kimia FMIPA UNS Angkatan 2011 yang selalu memberi doa dan semangat selama penelitian hingga penyusunan skripsi ini.
12. Seluruh pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Maka dari itu penulis mengharapkan bimbingan, kritik dan saran sebagai bahan pertimbangan untuk membuat karya yang lebih baik. Namun, penulis berharap semoga karya ini bermanfaat bagi pembaca.
Surakarta, Oktober 2015
commit to user x DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL ... i HALAMAN PENGESAHAN ... ii
HALAMAN PERNYATAAN ... iii
HALAMAN ABSTRAK ... iv
HALAMAN ABSTRACT ... v
HALAMAN MOTTO ... vi
HALAMAN PERSEMBAHAN ... vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR TABEL ... xv
DAFTAR LAMPIRAN ... xvi
BAB I PENDAHULUAN ... 1
A. Latar Belakang Masalah ... 1
B. Perumusan Masalah ... 3 1. Identifikasi Masalah ... 3 2. Batasan Masalah ... 6 3. Rumusan Masalah ... 7 C. Tujuan Penelitian ... 7 D. Manfaat Penelitian ... 8
BAB II LANDASAN TEORI ... 9
A. Tinjauan Pustaka ... 9
1. Titanium Dioksida (TiO2) ... 9
2. Proses Fotokatalitik TiO2 ... 10
3. Proses Degradasi Fotoelektrokatalitik... 11
4. Metil Violet sebagai Zat Warna Tekstil ... 15
5. Metode Karakterisasi Material Fotokatalis ... 16
commit to user
xi
B. Kerangka Pemikiran ... 24
C. Hipotesis ... 26
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 27
A. Metode Penelitian ... 27
B. Tempat dan Waktu Penelitian ... 27
C. Alat dan Bahan Penelitian ... 28
1. Alat ... 28
2. Bahan ... 28
D. Prosedur Penelitian ... 29
1. Preparasi Material Bahan Awal ... 29
2. Sintesis Elektroda Komposit Grafit/PbTiO3 dan Karakterisasi ... 30
3. Degradasi Zat Warna Metil Violet ... 31
E. Teknik Pengumpulan Data ... 32
F. Teknik Analisis Data dan Penyimpulan Hasil ... 33
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 34
A. Sintesis Komposit Grafit/PbTiO3 ... 34
1. Preparasi Grafit ... 34
2. Sintesis Titanium Dioksida (TiO2) dan Karakterisasi ... 35
3. Sintesis PbTiO3 dan Karakterisasi ... 36
4. Sintesis Komposit Grafit/PbTiO3 dan Karakterisasi ... 39
B. Degradasi Fotoelektrokatalitik Metil Violet ... 45
1. Uji Kualitatif Larutan Metil Violet ... 45
2. Degradasi Fotokatalitik Metil Violet ... 46
3. Pengaruh Tegangan Listrik terhadap Proses Degradasi Fotoelektrokatalitik Metil Violet ... 49
4. Pengaruh pH terhadap Degradasi Fotoelektrokatalitik Metil Violet ... 52
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 58
A. Kesimpulan ... 58
commit to user
xii
DAFTAR PUSTAKA ... 59 LAMPIRAN ... 65
commit to user
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Struktur Kristal TiO2 ... 10
Gambar 2. Skema fotoeksitasi yang diikuti oleh deeksitasi pada permukaan semikonduktor ... 11
Gambar 3. Skema elektrolisis leburan NaCl dengan dua elektroda inert ... 12
Gambar 4. Struktur heksagonal lapisan grafit ... 14
Gambar 5. Struktur primitif unit sel PbTiO3 ... 14
Gambar 6. Struktur Metil Violet ... 16
Gambar 7. Pola difraksi sinar X yang mengenai kisi kristal ... 17
Gambar 8. Interferensi konstruktif dan interferensi destruktif ... 19
Gambar 9. Difraktogram TiO2 dan modifikasi TiO2 pada variasi suhu kalsinasi ... 19
Gambar 10. Pola difraksi PbTiO3, Pb(Zr0.53Ti0.47)O3 dan PbZrO3 ... 20
Gambar 11. Spektra infra merah TiO2 dan modifikasi TiO2 pada variasi suhu kalsinasi ... 21
Gambar 12. Mekanisme kerja dari SEM ... 21
Gambar 13. Skema kerja fotoelektrodegradasi ... 32
Gambar 14. Difraktogram (a) Grafit sebelum dicuci (b) Grafit setelah dicuci (c) Standar grafit (JCPDS No. 25-0284) ... 34
Gambar 15. SEM-EDX Grafit ... 35
Gambar 16. Difraktogram (a) TiO2 hasil sintesis (b) Standar TiO2 fasa anatase (JCPDS No. 78-2486) ... 36
Gambar 17. Difraktogram (a) PbTiO3 hasil sintesis (b) Standar PbTiO3 (JCPDS No. 74-2495) ... 37
Gambar 18. Analisis difraktogram PbTiO3 hasil sintesis dengan kalsinasi suhu (a) 300 oC (b) 400 oC (c) 500 oC dan (d) 600 oC ... 38
Gambar 19. Difraktogram (a) Komposit Grafit/PbTiO3 (b) PbTiO3 dan (c) Grafit ... 40
Gambar 20. Struktur morfologi (a) Grafit (b) Komposit Grafit/PbTiO3 dengan analisis SEM pada perbesaran 3000 kali ... 41
commit to user
xiv
Gambar 21. Difraktogram Grafit/PbTiO3 dengan variasi perbandingan
komposisi ... 42
Gambar 22. Spektra infra merah (a) TiO2 anatase (b) PbTiO3 (c) Grafit ... 43
Gambar 23. Spektra infra merah Grafit/PbTiO3 dengan variasi perbandingan komposisi ... 44
Gambar 24. Profil serapan UV-Vis larutan metil violet ... 45
Gambar 25. Persentase degradasi fotokatalitik metil violet pada menit ke-30 dengan material (a) Grafit (b) TiO2 (c) G/PT = 1/3 (d) G/PT = 1/2 (e) G/PT = 1/1 (f) G/PT = 2/1 dan (g) G/PT = 3/1 ... 48
Gambar 26. Tren persentase degradasi fotokatalitik metil violet dengan berbagai material ... 48
Gambar 27. Persentase degradasi fotokatalitik metil violet pada menit ke-30 dengan variasi beda potensial ... 51
Gambar 28. Tren persentase degradasi fotoelektrokatalitik metil violet dengan potensial bias 7,5 V; 10 V dan 12,5 V ... 51
Gambar 29. Tren persentase degradasi fotoelektrokatalitik metil violet dengan potensial bias 10 V pada variasi pH ... 53
Gambar 30. Ionisasi zat warna metil violet ... 54
Gambar 31. Struktur metil violet pada kondisi asam ... 54
Gambar 32. Struktur metil violet pada kondisi basa ... 55
Gambar 33. Spektra absorbansi larutan zat warna metil violet setelah degradasi ... 58
commit to user
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Persentase kandungan grafit dari batu baterai ... 35 Tabel 2. Perbandingan serapan FT-IR ... 45 Tabel 3. Konsentrasi sisa dan persentase efektivitas fotoelektrodegradasi
commit to user
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Cara Kerja dan Dokumentasi Proses Penelitian ... 65 Lampiran 2. Reaksi dan Perhitungan ... 72 Lampiran 3. Data Hasil Karakterisasi ... 75 Lampiran 4. Data JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) .... 79
