Upload
haluoleoslki
View
285
Download
11
Embed Size (px)
Citation preview
LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA FISIKA II
PERCOBAAN X
DEGRADASI FOTOKATALISIS ZAT WARNA DALAM PELARUT AIR
MENGGUNAKAN FOTOKATALIS OKSIDA LOGAM
OLEH :
NAMA : ROBBY SUDARMAN
STAMBUK : F1C1 08 043
KELOMPOK : V
ASISTEN : LA ODE ABDUL KADIR
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS HALUOLEO
KENDARI
2 0 1 0
DEGRADASI FOTOKATALISIS ZAT WARNA DALAM PELARUT AIR
MENGGUNAKAN FOTOKATALIS OKSIDA LOGAM
A. Hasil Pengamatan
1. Data Hasil Pengamatan
Sebelum Fotokatalisis Sesudah Fotokatalisis
Konsentrasi zat
warna, ppm Absorbansi Absorbansi
0,2 0,63 -
0,4 0,103 -
0,6 0,163 -
0,8 0,202 -
1 0,294 0,175
2. Kurva Kalibrasi
Grafik hubungan antara konsentrasi dengan absorbansi
y = 0.280x - 0.003 R² = 0.975
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
konsentrasi (ppm)
abso
rban
si (
A)
Dari kurva kalibrasi di atas, dapat diketahui konsentrasi zat warna yang telah
terdegradasi. Di mana persamaan y = 0,280x – 0,003 dengan y adalah absorbansi dan
x adalah konsentrasi.
y = 0,280x – 0,003
0,175 = 0,280x – 0,003
0,280x = 0,175 + 0,003 = 0,178
x = 280,0
178,0
= 0,636
Jadi, konsentrasi metil orange 1 ppm setelah degradasi adalah 0,636 ppm.
Konsentrasi metil orange 1 ppm yang terdegradasi = (1 – 0,636) ppm = 0,364 ppm.
= 36,4 %
B. Pembahasan
Salah satu teknologi yang sedang banyak dikembangkan untuk mendegradasi
berbagai limbah industri adalah proses fotokatalisis, yang memiliki beberapa
keunggulan yaitu polutan organik dapat didegradasi menjadi senyawa yang tidak
berbahaya seperti air dan CO2, serta lebih hemat pemakaian bahan kimia dan
energinya. Akan tetapi proses fotokatalisis kurang efektif dalam mengolah limbah
yang konsentrasinya tinggi karena rendahnya daya adsorpsi fotokatalis, sehingga
menyebabkan rendahnya laju reaksi fotokatalisis (Slamet et al., 2008). Zat warna
seperti metil orange merupakan senyawa organik yang dapat terdegradasi dengan
proses fotokatalisis menggunakan bahan semikonduktor seperti yang terjadi pada
percobaan ini.
Dalam percobaan ini, diamati proses degradasi zat warna metil orange
menggunakan fotokatalis oksida logam. Oksida logam yang digunakan dalam
percobaan ini adalah Zink Peroksida (ZnO2), di mana diketahui bahwa proses
degradasi fotokatalisis yang merupakan proses transformasi kimia didasarkan pada
kemampuan ganda suatu material semikonduktor untuk menyerap foton dan
melakukan reaksi transformasi pada antar muka material secara simultan.
Zink peroksida digunakan sebagai fotokatalis dalam percobaan ini karena
merupakan semikonduktor oksida logam yang memiliki celah energi sehingga
mampu mengabsorpsi radiasi elektromagnetik pada daerah ultraviolet dari sumber
foton yang dalam percobaan ini adalah lampu UV.
Proses degradasi fotokatalisis zat warna dalam percobaan ini diamati dengan
penentuan absorbansi larutan zat warna dan konsentrasi larutan zat warna (metil
orange) yang terdegradasi. Tahap pertama yaitu pembuatan kurva kalibrasi dengan
pengukuran absorbansi larutan standar zat warna pada konsentrasi 0,2 ppm, 0,4 ppm,
0,6 ppm, 0,8 ppm, dan 1 ppm. Dari hasil pengukuran absorbansi pada panjang
gelombang maksimum metil orange yaitu 430 nm terlihat bahwa semakin besar
konsentrasi maka absorbansi semakin besar yang sesuai dengan teori bahwa
konsentrasi berbanding lurus dengan absorbansi atau semakin pekat larutan maka
sinar yang terserap akan semakin banyak sehingga absorbansi semakin besar.
Dari hasil pengukuran absorbansi tersebut maka dapat dibuat kurva kalibrasi
dengan memplot hubungan antara konsentrasi terhadap absorbansi larutan yang
didapat garis yang cukup linear dengan persamaan regresinya yaitu: y = 0,280x –
0,003. Persamaan ini berguna nantinya untuk penentuan konsentrasi larutan setelah
degradasi fotokatalisis.
Tahap berikutnya yang dilakukan adalah penyinaran larutan zat warna yang
telah dicampurkan dengan fotokatalis ZnO2. Penyinaran ini dilakukan sekitar 5 menit
dengan menggunakan lampu UV. Dengan sinar UV maka nilai degradasi akan
semakin maksimal. Menurut Gunlazuardi (2001) h+ pada permukaan semikonduktor
seperti ZnO2 merupakan spesi oksidator kuat, karenanya akan mengoksidasi spesi
kimia lainnya yang mempunyai potensial redoks lebih kecil, termasuk dalam hal ini
molekul air dan/atau gugus hidroksil yang akan menghasilkan radikal hidroksil.
Mekanisme fotokatalisis semikonduktor ZnO2 dengan adanya bantuan sinar
UV dapat dijelaskan, yaitu ketika ZnO2 dikenai cahaya dengan energi (hv) yang sama
atau lebih besar dari energi celah pita maka sebuah elektron akan dipromosikan dari
pita valensi ke pita konduksi yang mengakibatkan lubang (hole) pada pita valensi.
Karena kehilangan elektron maka pita ini memiliki muatan positif (hvb+) dan pita
konduksi bermuatan negatif karena mendapatkan tambahan elektron (ecb-). Reaksinya
menurut El-Amin dkk (2007) sebagai berikut:
ZnO2 → hvb
+ + ecb
-
Lubang bermuatan positif pada pita valensi hvb+ dan elektron pada pita
konduksi ecb- akan dapat berekombinasi. Ketika hvb
+ bereaksi dengan suatu donor
elektron maka terjadi reaksi oksidasi sedangkan ketika ecb- bereaksi dengan suatu
akseptor elektron maka terjadi reaksi reduksi. Selanjutnya hole (hvb+) bereaksi dengan
hidroksida logam yaitu zink peroksida membentuk radikal hidroksida logam yang
merupakan oksidator kuat yang kemudian dapat mengoksidasi zat warna. Untuk
elektron yang berada pada permukaan semikonduktor akan terjebak dalam hidroksida
logam dan dapat bereaksi dengan penangkapan elektron yang ada dalam larutan
misalnya H2O dan O2, membentuk radikal hidroksil (•OH) maupun superoksida (•O2)
yang akan mengoksidasi zat warna dalam larutan. Radikal-radikal ini akan terus
menerus terbentuk selama ZnO2 yang terdapat dalam larutan disinari oleh sinar UV
dan akan menyerang zat warna sehingga zat warna tersebut akan terdegradasi.
Telah dilaporkan bahwa dalam sistem tersebut mampu menghasilkan radikal
hidroksil (•OH). Radikal hidroksil tersebut merupakan spesi pengoksidasi kuat, pada
pH= 1 mempunyai beda potensial oksidasi sebesar 2,8 Volt relatif terhadap elektroda
hidrogen. Dengan potensial sebesar itu hampir kebanyakan senyawa organik dapat
dioksidasi (terdegradasi) (Nasution, 2006).
Menurut Wijaya dkk (2006) dengan bertambahnya radiasi sinar UV maka
foton yang mengenai semikonduktor akan semakin banyak sehingga zat warna yang
terdegradasi akan semakin banyak pula. Dalam percobaan ini, larutan zat warna
dengan bantuan sinar UV dari lampu juga akan menghasilkan radikal hidroksil yang
akan bertindak sebagai agen pengoksidasi kuat, yang mampu mendegradasi zat
warna.
Dalam prosesnya, radikal •OH sangat reaktif menyerang molekul-molekul
organik (metil orange) dan mendegradasinya menjadi CO2 dan H2O (dan ion-ion
halida jika molekul organik mengandung atom-atom halogen). Hal ini terjadi akibat
kontak antara sinar UV dengan molekul-molekul metil orange semakin intensif dan
meningkat jumlahnya dan energi yang diserap oleh molekul-molekul metil orange
semakin tinggi sehingga molekul teraktivasi dan terurai (Nasution, 2006).
Oleh karena itu, dari hasil percobaan dapat diketahui bahwa reaksi
fotokatalisis ini terjadi karena penyinaran radiasi elektromagnetik (seperti sinar UV)
pada permukaan fotokatalis yang menyebabkan fotokatalis teraktivasi. Jika
fotokatalis semikonduktor teraktivasi oleh cahaya (energi foton) yang besarnya setara
dengan energi band gap, maka akan memiliki kemampuan untuk membentuk radikal
hidroksil yang dapat mengoksidasi senyawa organik seperti metil orange. Dengan
kata lain, degradasi (oksidasi) ini hanya dapat terjadi dibawah efek cahaya
(photocatalytic effect) (Bismo et al., 2006).
Hal ini dibuktikan dari pengukuran absorbansi larutan zat warna 1 ppm yang
tanpa menggunakan sinar dan setelah tersinari oleh sinar UV. Dapat diamati bahwa
pada reaksi yang tanpa menggunakan bantuan sinar UV maka nilai absorbansi lebih
besar yaitu sebesar 0,294 sedangkan nilai absorbansi larutan setelah penyinaran
sebesar 0,175. Dari persamaan regresi pada kurva kalibrasi dapat diketahui
konsentrasi metil orange setelah degradasi yaitu sebesar 0,636 ppm sehingga dapat
ditentukan besar konsentrasi zat warna yang terdegradasi sebesar 0,364 ppm atau 36,4
%. Jadi, dengan adanya sinar maka semikonduktor ZnO2 yang ada pada suatu larutan
zat warna akan teraktifkan sehingga dapat mendukung reaksi fotodegradasi (Saefudin
et al., 2008).
C. Kesimpulan
Dari percobaan yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa prinsip
degradasi fotokatalisis menggunakan bahan semikonduktor ZnO2 yakni penyinaran
radiasi elektromagnetik (seperti sinar UV) pada permukaan fotokatalis akan
menyebabkan fotokatalis teraktivasi sehingga memiliki kemampuan untuk
membentuk radikal hidroksil yang dapat mengoksidasi (mendegradasi) senyawa
organik seperti metil orange, yang dalam percobaan didapatkan konsentrasi zat warna
yang terdegradasi sebesar 0,364 ppm atau 36,4 %.
DAFTAR PUSTAKA
Bismo, S., Slamet, Arbianti, R., Sari, Z., 2006, ”Penyisihan Fenol dengan Kombinasi
Proses Adsorpsi dan Fotokatalisis Menggunakan Karbon Aktif dan TiO2”,
JURNAL TEKNOLOGI, Edisi No. 4 Tahun XX.
El-Amin, A.A., Rashed, M.N., 2007, ”Photocatalytic Degradation of Methyl Orange
in Aqueous Under Different Solar Irradiation Sources”, Journal of Physical
Sciences Vol. 2(3).
Gunlazuardi, J., 2001, Fotokatalisis pada Permukaan TiO2: Aspek Fundamental dan
Aplikasinya, Seminar Nasional Kimia Fisika II, Kimia, FMIPA, Universitas
Indonesia.
Nasuton, D.Y., 2006, ”Pengaruh Waktu Irradiasi dan Laju Alir Terhadap Degradasi
Fotokatalitik Larutan Asam Benzoat dengan Titanium Dioksida (TiO2)
Sebagai Katalis”, Jurnal Sains Kimia, Vol.10 No.1.
Saefudin, A., Darmawan, A., Azmiyawati, C., 2008, Sintesis Lempung Terpilar TiO2
Menggunakan Surfaktan Dodesilamin, Karakterisasi dan Aplikasinya sebagai
Fotokatalis Degradasi Zat Warna, Kimia Anorganik Jurusan Kimia
Universitas Diponegoro Semarang.
Slamet, Ellyana, M., Bismo, S., 2008, ”Modifikasi Zeolit Alam Lampung Dengan
Fotokatalis TiO2 Melalui Metode Sol Gel dan Aplikasinya Untuk Penyisihan
Fenol”, JURNAL TEKNOLOGI, Edisi No. 1 Tahun XXII.
Wijaya, K., Sugiharto, E., Fatimah, I., Sudiono, S., dan Kurniaysih, D., 2006,
”Utilisasi TiO2-Zeolit dan Sinar UV untuk Fotodegradasi Zat warna Congo
red”, Berkala MIPA 16(3).