Anor Degradasi Fotokatalis.docx

LAPORAN RESMI PRAKTIKUM KIMIA ANORGANIK II

DEGRADASI FOTOKATALIS ZAT WARNA DALAM PELARUT AIR MENGGUNAKAN FOTOKATALIS OKSIDA LOGAM

Oleh : ALMIRA RAHMA HINANTO 15/379626/PA/16684

Kamis, 24 Mei 2018 Asisten Praktikum : Nurul Hamidah

LABORATORIUM KIMIA ORGANIK PROGRAM STUDI KIMIA DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2018

DEGRADASI FOTOKATALIS ZAT WARNA DALAM PELARUT AIR MENGGUNAKAN FOTOKATALIS OKSIDA LOGAM

ALMIRA RAHMA HINANTO 15/379626/PA/16684

INTISARI

Telah dilakukan percobaan dengan judul Degradasi Fotokatalis Zat Warna dalam Pelarut Air Menggunakan Fotokatalis Oksida Logam. Percobaan ini bertujuan untuk memahami prinsip degradasi fotokatalis emnggunakan bahan semikonduktor dan membandingkan efektivitas degradasi zat warna mmenggunakan oksida logam serta memahami kesadaran terhadap lingkungan dan alternatif pengolahan limbah yang bersifat ramah lingkungan dan tidak mahal. Metode yang digunakan pada percobaan ini adalah kajian fotokatalis dan penentuan konsentrasi zat warna. Pada kajian fotokatalis dilakukan pencampuran zat warna yaitu metil orange dengan material semikonduktor yaitu TiO2 dan ZnO. Dilakukan pengadukan selama 30 menit dibawah sinar UV. Sedangkan penentuan konsentrasi zat warna ditentukan dengan metode kurva kalibrasi. Berdasarkan hasil percobaan diperoleh persamaan garis y = 0,0898x - 0,0264 dengan hasil konsentrasi pada TiO2 sebesar 7,64 ppm dan konsentrasi ZnO sebesar 3,11 ppm.

Kata kunci : Fotokatalis, degradasi, TiO2, ZnO, UV-Vis

I.

Metode Percobaan

I.1

Alat dan Bahan Alat yang digunakan pada percobaan ini antara lain peralatan gelas ( labu takar 10mL, pipet ukur 2mL, gelas beker 150 mL, erlrnmeyer 250mL), lemari lampu UV, spektrofotometer UV-Vis, pengaduk magnet, timbangan digital, kuvet dan pipet pump. Sedangkan bahan yang dibutuhkan pada percobaan ini adalah padatan (serbuk TiO2 dan ZnO), lampu UV, kertas saring, zat warna (metil orange) dan aquades.

I.2

Cara Kerja Pertama tama membuat larutan standar dari metil orange dengan konsentrasi berturut turut yaitu 0-10 ppm masing-masing sebanyak 10 mL. Fungsi larutan standar ini adalah untuk membuat kurva standar yang digunakan untuk penentuan konsentrasi ZnO dan TiO2. Kemudian zat fotokatalis yaitu ZnO dan TiO2 ditimbang sebanyak 0,05g dan dimasukkan kedalam 25mL larutan zat warna (metil orange) dengan konsentrasi 5ppm. Campuran tersebut diaduk menggunakan pengaduk magnet selama 30 menit dengan disinari lampu UV. Setelah proses pengadukan, campuran tersebut disaring dengan kertass saring 2 lapis (double) sehingga diperoleh larutan filtrat. Absorbansi larutan metil orange sebelum dan sesudah foto katalis ditentukan pada panjang gelombang maksimal zat warna metil orange yaitu 465 nm.

II.

Hasil dan Pembahasan

II.1

Hasil Percobaan Tabel II.1 Data Hasil Percobaan

II.2

Konsentrasi (ppm)

Absorbansi

0

0

1

0.09

2

0.131

3

0.223

4

0.291

5

0.339

6

0.598

7

0.618

8

0.727

9

0.800

10

0.830

ZnO

0.253

TiO2

0.660



Konsentrasi TiO2 sebesar 7,64 ppm



Konsentrasi ZnO sebesar 3,11 ppm.

Pembahasan Percobaan ini didasarkan pada kemampuan suatu material semi konduktor untuk menyerap foton dan melakukan reaksi transformasi pada zat antar muka material secara stimulan. Material semi konduktor yang digunakan pada percobaan ini adalah ZnO dan TiO2. Kedua zat tersebut dapat bekerja sebagai fotokatalis dalam proses fotokatalisis zat warna metil orange. Material ini sangat bermanfaat dalam proses degradasi limbah di perairan melalui proses fotodegradasi. Proses fotodegradasi didasari pada reaksi fotokatalisis pada katalis ZnO dan TiO2. Material fotokatalis akan bekerja mempercepat reaksi denga adanya bantuan energi cahaya (foton) namun jika tidak ada cahaya maka proses reaksi yang terjadi sangat lambat. Umumnya cahaya yang

digunakan untuk mengeksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduktor adalah cahaya UV, karena hanya cahaya inilah yang memiliki energi foton yang lebih besar daripada energi celah pada kebanyakan bahan semikonduktor. Zat warna yag digunakan dalam percobaan ini adalah metil orange, dengan rumus kimia C14H14N3Na2O3S adapun strukturnya sebagai berikut :

Gambar II.1 Struktur Metil Orange Pencampuran antara zat fotokatalis dengan zat warna dilakukan di dalam ruang gelap agar reaksi tidak berlangsung akibat pengaruh cahaya ruangan dan nantinya reaksi hanya akan dipengaruhi oleh sinar UV dari lampu UV. Penyinaran dilakukan selama 30 menit disertai pengadukan yang bertujuan agar reaksi antara material semikonduktor dan zat warna metil orange dapat berlangsung cepat akibat tumbukan partikel-partikelnya. Selain itu, pengadukan membantu larutan menjadi homogen dengan material semikonduktor sehingga fungsi sebagai katalis dalam percobaan ini dapat bekerja dengan maksimal di dalam larutan. Pelarut yang digunakan adalah air karena air merupakan pelarut yang ramah lingkungan dan sifat pewarna metil orange yang mudah larut dalam air. Metil orange dipilih sebagai zat yang terdegradasi oleh proses fotokatalisis ini karena telah banyak digunakan sebagai pewarna tekstil dan keberadaanya dilingkungan dalam bentuk limbah sangat berbahaya jika secara langsung atau tidak mengkontaminasi tubuh mahluk hidup menjadi polutan berbahaya. Proses awal reaksi fotokatalisis pada material semikonduktor adalah pembentukan

pasangan

elektron

hole

dalam

partikel

semikonduktor.

Semikonduktor akan menyerap energi yang sama atau lebih besar dari energi celah, sehingga elektron pada pita valensi akan mengalami eksitasi ke pita konduksi dengan meninggalkan lubang positif (hole, ℎ+ vb). Hole (ℎ+) akan berinteraksi dengan H2O dan OH- yang berada pada permukaan katalis membentuk OH radikal (*OH) yang bersifat sebagai oksidator kuat elektron akan bereaksi dengan O2 yang

berada pada katalis membentuk radikal oksigen (*O2-) yang bersifat sebagai reduktor. Oksidator dan reduktor tersebut menyerang zat warna metil orange menghasilkan CO2 dan H2O serta beberapa asam dengan konsentrasi rendah. Mekanisme fotokatalis dari ZnO adalah sebagai berikut :

(Sakthivel, 2003) Reaksi total adalah sebagai berikut :

Sedangkan untuk mekanisme fotokatalis semikonduktor TiO2 menurut Zaleska pada tahun 2008 adalah sebagai berikut :

Gambar II.2 Mekanisme Fotokatalis TiO2 Berikutnya yakni proses penyaringan yang dilakukan setelah proses penyinaran 30 menit dimaksudkan untuk memisahkan fotokatalis dengan larutan metil orange sehingga diperoleh larutan yang jerni. Larutan harus jernih dalam pengukuran menggunakan spektrofotometer UV-Vis karena adanya partikel yang melayang-layang di dalam larutan dapat menganggu proses absoebansi sampel sehingga hasilnya tidak

akurat. Kertas saring di-double untuk menghindari lolosnya partikel fotokatalis yang berukuran kecil masuk ke dalam filtrat. Kemudian dilakukan pengukuran abosrbansi dari larutan standar dan larutan hasil fotokatalis dengan spektrofotometer UV-Vis. Pada pengukuran absorbansi digunakan panjang gelombang maksimal untuk metil orange adalah 465 nm. Panjang gelombang maksimal digunakan pada pengukuran absorbansi karena pada panjang gelombang maksinal inilah terjadi proses absorbansi paling tinggi, serta dengan menggunakan panjang gelombang maksimal dalam perhitungan absorbansi larutan standar maka akan diperoleh kurva kalibrasi yang menurut hukum Lambert Beer, dimana konsentrasi sebanding dengan absorbansi. Dari larutan standar dapat diperoleh kurva standar dengan persamaan y = 0,0898x - 0,0264 dengan R² = 0,9759. Sehingga dari persamaan dapat diperoleh konsentrasi TiO2 sebesar 7,64 ppm dan konsentrasi ZnO yang diperoleh sebesar 3,11 ppm.

III.

Kesimpulan

III.1

Prinsip degradasi fotokatalis mengunakan material semi konduktor ZnO dan TiO2 peruraian senyawa oleh reaksi katalis cahaya sebagai sumber energi dan sebagai katalis untuk mempercepat reaksi.

III.2 Degradasi fotokatalis zat warna menggunakan oksida logam diperoleh konsentrasi pada TiO2 sebesar..ppm dan ZnO sebesar III.3 Pengolahan limbah yaitu metil orange sebagai limbah tekstil dapat diolah melalui proses fotodegradasi dengan biaya yang minimum dan merupakan pengolahan limbah ramah lingkungan karena hanya membutuhkan foton dengan hasil samping berupa CO2 dan H2O serta asam dengan konsentrasi rendah yang tidak berbahaya untuk lingkungan.

IV.

Daftar Pustaka Sakthivel, S., et.al., 2003, Solar Photocatalytic Degradation Of Azo Dye: Comparison Of Photocatalytic Efficiency Of ZnO and TiO2, Sol. Cells, J., Vol. 77, 65-82. Zaleska, A., 2008, Doped- TiO2 : A Review, Recent Patents on Engineering, 2, 157164.

V.

Lembar Pengesahan Yogyakarta, 26 Mei 2018 Mengetahui, Asisten Praktikum

Praktikan,

( Nurul Hamidah )

( Almira Rahma Hinanto )

Koordinator Asisten Laboratorium

( Iis Setyo Budi )

Lampiran

Grafik Absorbansi vs Konsentrasi (ppm) 1

Absorbansi

0.8 0.6 0.4

y = 0.0898x - 0.0264 R² = 0.9759

0.2 0 0

2

4

-0.2

6

8

10

12

Konsentrasi (ppm)

Berdasarkan grafik di atas diperoleh persamaan y = 0,0898x - 0,0264 dengan R² = 0,9759. Sehingga konsentrasi dari TiO2 dan ZnO adalah sebesar :

-

Absorbansi TiO2 : 0.660 y

= 0,0898x - 0,0264

0.660

= 0,0898x - 0,0264

0.6864 = 0,0898x x

-

= 7,64 ppm

Absorbansi ZnO : 0.253 y

= 0,0898x - 0,0264

0.253

= 0,0898x - 0,0264

0.2794 = 0,0898x x

= 3,11 ppm