LUCUTAN PLASMA DENGAN VARIASI KONSENTRASI PENAMBAHAN H2O2 DAN KONFIGURASI ELEKTRODA DALAM
PROSES DEGRADASI METILEN BIRU
Disusun Oleh : FAJRIN RAWASIYYAH
M0213031
SKRIPSI
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET
ii
LUCUTAN PLASMA DENGAN VARIASI KONSENTRASI PENAMBAHAN H2O2 DAN KONFIGURASI ELEKTRODA DALAM
PROSES DEGRADASI METILEN BIRU
Disusun Oleh : FAJRIN RAWASIYYAH
M0213031
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagai persyaratan mendapat gelar Sarjana Sains
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET
iii
HALAMAN PERSETUJUAN SKRIPSI
Lucutan Plasma Dengan Variasi Konsentrasi Penambahan H2O2 dan Konfigurasi Elektroda dalam Proses Degradasi Metilen Biru
Diusulkan oleh:
Fajrin Rawasiyyah M0213031
Telah disetujui oleh :
Pembimbing I
Dr. Eng. Kusumandari, S.Si., M. Si. NIP. 19810518200501 2 2002
Tanggal : ………
Pembimbing II
Teguh Endah Saraswati, S.Si, M.Sc., Ph.D. NIP. 19790326 200501 2001
iv
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi dengan judul : Lucutan Plasma dengan Variasi Konsentrasi Penambahan H2O2 dan Konfigurasi Elektroda dalam
Proses Degradasi Metilen Biru
Yang ditulis oleh :
Nama : Fajrin Rawasiyyah NIM : M0213031
Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada :
Hari :
Tanggal :
Dewan Penguji : 1. Ketua Penguji
Dr. Eng. Risa Suryana, S.Si., M.Si.
NIP 19710831 200003 1 005 ... 2. Sekretaris Penguji
Dr. Yofentina Iriani, S. Si,. M. Si.
NIP. 19711227 199702 2 001 ... 3. Anggota Penguji 1
Dr. Eng. Kusumandari, S.Si., M.Si.
NIP. 19810518 200501 2 002 ... 4. Anggota Penguji 2
Teguh Endah Saraswati, S.Si., M.Sc., Ph.D.
NIP. 19790326 200501 2 001 ...
Disahkan pada tanggal……… Oleh
Kepala Program Studi Fisika
v
vi PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “Lucutan Plasma dengan Variasi Konsentrasi Penambahan H2O2 dan Konfigurasi Elektroda dalam
Proses Degradasi Metilen Biru” adalah benar-benar hasil penelitian saya hingga
saat ini isi skripsi tidak berisi material yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali telah dituliskan di daftar pustaka skripsi. Segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis dibagian ucapan terima kasih. Isi skripsi ini boleh dirujuk secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.
Surakarta, Maret 2018
vii MOTTO
“Maka Sesungguhnya Bersama Kesulitan itu Ada Kemudahan” Q.S Al-Insyroh Ayat 5
“Hidup itu Seperti Sepeda. Agar Tetap Seimbang, Kau Harus Tetap Bergerak”
viii PERSEMBAHAN
Karya sederhana ini saya persembahkan kepada :
1. Bapak, Ibu dan adik-adik tercinta 2. Dosen Pembimbing
3. Grup Riset Plasma Science and Technology FMIPA UNS. 4. Keluarga Fisika 2013
ix
Lucutan Plasma dengan Variasi Konsentrasi Penambahan H2O2 dan Konfigurasi Elektroda dalam Proses Degradasi Metilen Biru
FAJRIN RAWASIYYAH
Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan pengaruh variasi konsentrasi H2O2 dan
konfigurasi elektroda terhadap absorbansi, pH dan temperatur metilen biru sebelum dan sesudah kontak dengan plasma. Dalam penelitian ini, reaktor plasma terdiri dari elektroda jarum yang dihubungkan dengan tegangan AC sebesar 11,5 kV. Variasi konsentrasi penambahan H2O2 yang digunakan adalah 5, 6, 7, 8, 9, dan 10 mmol,
sedangkan variasi konfigurasi elektroda yang digunakan adalah 1 pasang elektroda dan 2 pasang elektroda. Waktu kontak plasma yang digunakan adalah 1, 2, 3, 4, dan 5 menit. Absorbansi larutan diukur menggunakan spektrometer UV-Vis. Hasilnya absorbansi menurun seiring bertambahnya waktu kontak dengan plasma. Selain itu, penambahan H2O2 sebelum kontak dengan plasma mempercepat degradasi metilen
biru, sedangkan kombinasi plasma dan penambahan H2O2 menghasilkan reaksi
yang lebih komplek yang mendegradasi metilen biru selanjutnya, pH larutan metilen biru mengalami penurunan seiring dengan waktu kontak dengan plasma dan penambahan H2O2 karena senyawa asam yang dihasilkan selama reaksi.
Temperatur larutan metilen biru semakin tinggi seiring bertambahnya waktu kontak dengan plasma dan penambahan H2O2. Pada variasi konfigurasi elektroda yaitu 1
pasang elektroda dan 2 pasang elektroda dengan penambahan H2O2 dan tanpa
penambahan H2O2, metilen biru mengalami penurunan absorbansi. Jadi dengan
adanya penambahan elektroda dan penambahan H2O2 berpengaruh pada penurunan
absorbansi metilen biru meskipun tidak berbeda secara signifikan. Hasil yang di peroleh dibuktikan dengan analisa ANOVA dua arah tanpa perulangan, menunjukkan nilai persentase penurunan absorbansi dengan plasma menggunakan 1 dan 2 pasang elektroda baik dengan dan tanpa penambahan H2O2 tidak berbeda
signifikan.
x
Plasma Discharge with Variations Concentration Of H2O2 and Electrodes Configuration For Methylene Blue Degradation Process
FAJRIN RAWASIYYAH
Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences Sebelas Maret University
ABSTRACT
This study was conducted to determine the effect of H2O2 concentration and
electrode configuration on absorbance, pH and temperature of methylene blue before and after contact with plasma. In this study, the reactor consisted of needle electrode with AC voltage of 11.5 kV. The concentration of H2O2 were 5, 6, 8, 9,
and 10 mmol and the electrode configuration were 1 pair and 2 pairs of electrodes. Variations of plasma contact time used were 1, 2, 3, 4, and 5 minutes. The absorbance solution of methylene blue was measured using an UV-Vis spectrometer. As a result, the absorbance decreases with increasing contact time with plasma. The addition of H2O2 before contact with plasma accelerated the
degradation of methylene blue, while the combination of plasma and the addition of H2O2 resulting in a more complex reaction that degraded methylene blue.
Moreover, pH of the methylene blue solution decreased with the time of contact with the plasma and the addition of H2O2 due to the acid compounds produced
during the reaction. The temperature of the methylene blue solution become higher as time increases with plasma and the addition of H2O2. The absorbance of
methylene blue decreased using both of the electrode configuration variation of 1 pair of electrode and 2 pairs of electrode with and without addition of H2O2.
Therefore, the addition of electrodes and the addition of H2O2 provided an effect on
decreasing of blue methylene absorbance, eventhough it was not significantly achieved. The results was analyzed by two-way ANOVA analysis without repetition, showed that the result of a reduction percentage of absorbance under plasma treatmnet using 1 and 2 pairs of electrodes, both with and without the addition of H2O2 was not significantly different.
xi
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis sampaikan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, hidayah serta karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Lucutan Plasma Dengan Variasi Konsentrasi Penambahan H2O2 dan
Konfigurasi Elektroda dalam Proses Degradasi Metilen Biru” yang merupakan persyaratan guna memperoleh gelar sarjana Sains.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini tidak lepas dari adanya kerjasama dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, perkenankan penulis secara khusus menyampaikan ucapan terima kasih kepada seluruh pihak yang telah membantu dan memberikan motivasi dalam penulisan skripsi ini. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada :
1. Ibu Dr. Eng. Kusumandari, S.Si., M.Si, selaku Pembimbing I yang telah memberikan topik skripsi, ide penelitian, pembiayaan penelitian, membimbing, mendampingi, memotivasi serta memberikan saran dan koreksi dalam mengerjakan penelitian dan menyusun skripsi ini.
2. Ibu Teguh Endah Saraswati, S.Si, M.Sc., Ph.D., selaku Pembimbing II yang penuh kesabaran membimbing, memberikan motivasi dan saran dalam melakukan penelitian serta penyusunan skripsi.
3. Bapak Dr. Fahru Nurosyid, S.Si., M.Si., selaku Kepala Program Studi Fisika FMIPA UNS
4. Bapak Dr. Eng. Risa Suryana, S.Si., M.Si. selaku ketua penguji. 5. Ibu Dr. Yofentina Iriani, S.Si., M.Si. selaku sekretaris penguji. 6. Bapak Drs. Iwan Yahya, M.Si., selaku Pembimbing Akademik. 7. Seluruh Dosen dan Staff Program Studi Fisika FMIPA UNS.
8. Bapak dan Ibu yang telah mendoakan, memberikan perhatian, nasihat, motivasi untuk menjadi pribadi yang lebih baik.
xii
10. Rekan-rekan Grup Plasma Science and Technology FMIPA UNS, Mbak Hanifah Rasyidah, Mbak Nor Shalina, Naila Chanan, Rizki Ari, dan dek Setyo yang telah memberikan dukungan serta bantuan selama penelitian dan penyusunan skripsi.
11. Seluruh keluarga Fisika FMIPA UNS khususnya Fisika 2013
12. Seluruh pihak yang tidak dapat disebutkan satu-persatu yang turut membantu penulis sehingga laporan skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik.
Penulis menyadari masih terdapat banyak kekurangan dalam isi maupun
penyajian materi dalam laporan skripsi ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun. Penulis berharap semoga laporan skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi para pembaca. Aamiin
Surakarta, Februari 2018
xiii DAFTAR ISI
HALAMAN AWAL ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN ... vi
MOTTO ... vii
PERSEMBAHAN ... viii
ABSTRAK ... ix
ABSTRACT ... x
KATA PENGANTAR ... xi
DAFTAR ISI ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xvi
DAFTAR TABEL ... xviii
DAFTAR SIMBOL ... 19 BAB I PENDAHULUAN ... Error! Bookmark not defined. 1.1. Latar Belakang ... Error! Bookmark not defined. 1.2. Batasan Masalah ... Error! Bookmark not defined. 1.3. Perumusan Masalah ... Error! Bookmark not defined. 1.4. Tujuan Penelitian ... Error! Bookmark not defined. 1.5. Manfaat Penelitian ... Error! Bookmark not defined. BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... Error! Bookmark not defined. 2.1. Macam-macam Metode Pengolahan Limbah ... Error! Bookmark not
defined.
2.2. Plasma ... Error! Bookmark not defined. 2.2.1. Aplikasi Plasma pada Limbah ... Error! Bookmark not defined. 2.3. Korona ... Error! Bookmark not defined.
2.3.1. Pengertian Korona ... Error! Bookmark not defined. 2.3.2. Mekanisme Lucutan Korona ... Error! Bookmark not defined. 2.4. Jenis-jenis Metode Plasma untuk Pengolahan Limbah ... Error! Bookmark
not defined.
xiv
2.4.2 Metode Electron Beam ... Error! Bookmark not defined. 2.4.3. Metode electrical discharge ... Error! Bookmark not defined. 2.5. Proses Degradasi Metilen Biru ... Error! Bookmark not defined. 2.6. Katalis ... Error! Bookmark not defined. 2.6.1. Hidrogen Peroksida ... Error! Bookmark not defined. 2.6.2. Zeolit ... Error! Bookmark not defined. 2.6.3. TiO2-Bentonit ... Error! Bookmark not defined.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... Error! Bookmark not defined. 3.1. Tempat dan Waktu Pelaksanaan ... Error! Bookmark not defined. 3.2. Alat dan Bahan ... Error! Bookmark not defined. 3.2.1. Alat yang digunakan pada penelitian .... Error! Bookmark not defined. 3.2.2. Bahan yang Digunakan pada Penelitian ... Error! Bookmark not
defined.
3.3. Prosedur Penelitian ... Error! Bookmark not defined. 3.3.1. Persiapan Alat dan Bahan ... Error! Bookmark not defined. 3.3.2 Persiapan Pembuatan Sampel ... Error! Bookmark not defined. 3.3.3. Pengukuran pH Sampel ... Error! Bookmark not defined. 3.3.4. Tahap Pengolahan Metilen Biru dengan Metode Lucutan Plasma pada
Variasi Konsentrasi Penambahan H2O2 . Error! Bookmark not defined.
3.3.5. Tahap Pengolahan Metilen Biru dengan Metode Lucutan Plasma pada Variasi Konfigurasi Elektroda... Error! Bookmark not defined. 3.3.6. Mengukur Absorbansi Sampel Menggunakan Spektrometer UV-Vis
... Error! Bookmark not defined. 3.3.7. Analisa Data ... Error! Bookmark not defined. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 25 4.1. Penurunan Absorbansi sebelum dan sesudah Kontak dengan Plasma Error!
Bookmark not defined.
4.2. Pengaruh Variasi Konsentrasi H2O2 terhadap Persentase degradasi
xv
4.3. Pengaruh Waktu Kontak Plasma terhadap Absorbansi Metilen Biru
dengan Variasi Konsentrasi Penambahan H2O2 ... Error! Bookmark not
defined.
4.4. Pengaruh Waktu terhadap pH Metilen Biru ... Error! Bookmark not
defined.
4.5. Pengaruh Waktu terhadap Temperatur Metilen Biru Error! Bookmark not defined.
4.6. Pengaruh Konfigurasi Elektroda terhadap Degradasi Metilen Biru ... Error!
Bookmark not defined.
xvi DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Alat percobaan elektrokoagulasi ... 5
Gambar 2.2. Perbedaan plasma dengan jenis zat lain ... 6
Gambar 2.3. Proses lucutan ionisasi ... 9
Gambar 2.4. Proses electical discharge ... 10
Gambar 2.5. Proses rekombinasi dan lucutan debit ... 11
Gambar 2.6. Proses pengolahan limbah cair menggunakan metode ozone ... 12
Gambar 2.7. Proses dari pengolahan air dengan metode electron beam ... 13
Gambar 2.8. Mekanisme degradasi larutan metilen biru oleh spesies aktif ... 14
Gambar 3.1. Skema Penelitian ... 19
Gambar 3.2. Skema penelitian lucutan plasma dengan 2 pasang elektroda ... 21
Gambar 3.3. Skema penelitian lucutan plasma dengan 1 pasang elektroda ... 22
Gambar 4.1. Plasma lucutan pijar korona (a) 1 pasang elektroda dan (b) 2 pasang elektroda ... 24
Gambar 4.2. Grafik perubahan absorbansi metilen biru hasil perlakuan plasma menggunakan 2 pasang elektroda selama 0-5 menit dengan variasi konsentrasi H2O2 (a) 5 mmol, (b) 6 mmol, (C) 7 mmol, (d) 8 mmol, (e) 9 mmol, (f) 10 mmol ... 26
Gambar 4.3. Diagram pengaruh waktu kontak plasma terhadap persentase konsentrasi degradasi metilen biru ... 26
Gambar 4.4. Grafik pengaruh waktu terhadap absorbansi metilen biru pada variasi konsentrasi H2O2 (5-10 mmol) setelah (a) 1 menit, (b) 2 menit, (c) 3 menit, (d) 4 menit, (e) 5 menit perlakuan plasma menggunakan 2 pasang elektroda ... 29
Gambar 4.5. Grafik pengaruh waktu kontak dengan plasma terhadap pH metilen biru ... 30
xvii
H2O2 (b) 2 pasang elektroda tanpa penmabahan H2O2 (c) 1 pasang
elektroda dengan penambahan H2O2 (d) 2 pasang elektroda dengan
penambahan H2O2 ... 33
xviii DAFTAR TABEL
19
Simbol Keterangan Satuan
A Absorbansi makasimal sampel
Ao Absorbansi maksilam
sempel kontrol
P value Nilai sigfikikansi %
F Nilai derajat kebebasan menggunakan
perbandingan antar kelompok
%
F crit Nilai derajat kebebasan menggunkan tabel distribusi
