EFEK PENAMBAHAN Cr3+ PADA PERTUMBUHAN KRISTAL …/Efek... · gel dengan bahan awal Titanium Tetra Isopropoksida (TTIP), sedangkan komposit TiO 2-Cr 2 O 3 dengan metode wet impregnation

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

i

EFEK PENAMBAHAN Cr3+

PADA PERTUMBUHAN

KRISTAL DAN FOTOAKTIVITAS TiO2

Disusun Oleh :

WIDIYA NUR HIDAYATIKA

M0307069

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains

April, 2012

JURUSAN 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 ” EFEK

PENAMBAHAN Cr3+

PADA PERTUMBUHAN KRISTAL DAN

FOTOAKTIVITAS TiO2” adalah benar-benar hasil penelitian sendiri dan tidak

terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu

perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat kerja atau

pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara

tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Surakarta, April 2012

WIDIYA NUR

HIDAYATIKA


commit to user

iv

EFEK PENAMBAHAN Cr3+

PADA PERTUMBUHAN

KRISTAL DAN FOTOAKTIVITAS TiO2


Jurusan Kimia. Fakultas Matematia dan Ilmu Pengetahuan Alam.

Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian tentang sintesis TiO2 dan komposit

TiO2-Cr2O3 dengan variasi suhu kalsinasi. Sintesis TiO2 menggunakan metode sol

gel dengan bahan awal Titanium Tetra Isopropoksida (TTIP), sedangkan komposit

TiO2-Cr2O3 dengan metode wet impregnation menggunakan bahan awal

Cr(NO3)3.9H2O dan Urea. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh

penambahan Cr3+

pada pertumbuhan TiO2 dan peningkatan fotoaktivitas TiO2

setelah penambahan Cr3+

.

Hasil penelitian menunjukkan puncak karakteristik TiO2 anatase pada

2θ = 25,35o, (Ti-Cr)2O3 pada 2θ =33,50

o dan Cr2O3 pada 2θ = 36,35

o. Sintesis

TiO2 pada suhu annealing 500 o

C - 700 o

C terjadi perubahan dari fase anatase

menjadi rutile sedangkan dengan penambahan Cr3+

sampai dengan suhu 700 tidak

terdapat fase rutile. Identifikasi dengan spektrofotometer infra merah (FT-IR)

menunjukkan serapan O-Cr pada bilangan gelombang 2283,72 cm-1

. Keberadaan

Cr2O3 juga didukung dengan spektrofotometer XRF. Fotodegradasi Rhodamin B

menunjukkan hasil terbaik pada degradasi dengan menggunakan TiO2 yang

dipanaskan pada suhu 400oC,yaitu 43,15% Rhodamin B yang berhasil didegradasi

dan hasil terbaik pada degradasi dengan menggunakan komposit TiO2-Cr2O3 yang

dipanaskan pada suhu 700oC,yaitu 74,71% Rhodamin B yang berhasil didegradasi.

Kata kunci: TiO2, Komposit TiO2-Cr2O3, Fotodegradasi, Rhodamin B.


commit to user

v

EFFECT OF ADDITION Cr3+

ON THE GROWTH OF TiO2

CRYSTAL AND PHOTOACTIVITY


Department of Chemistry. Mathematic and Natural Science Faculty.

Sebelas Maret University.

ABSTRACT

The research on synthesis of TiO2 and TiO2-Cr2O3 composite with the

variation of calcination temperature have been investigated. Synthesis of TiO2 has

been carried out by sol gel method with Titanium Tetra Isopropoksida (TTIP) as

the starting material, while the composite of TiO2-Cr2O3 has been carried out by

wet impregnation method uses starting material in which Cr(NO3)3.9H2O and

urea. This study aims to determine the effect of the addition Cr3+

on the growth of

TiO2 crystal and an increasing of TiO2 fotoactivity after the addition of Cr3+

.

The result of research shows the peak of characteristic TiO2 anatase in 2θ

= 25. 35o, (Ti-Cr)2O3 at 2θ = 33,50

o and Cr2O3 at 2θ = 36. 35

o. Synthesis of TiO2

on the annealling temperature of 500 o

C to 700 o

C provide there is transformation

of anatase to rutile phase, meanwhile this transformation where not occured even

the materials were annealed up to 700 o

C after the addition of Cr3+

into TiO2.

Identification with Fourier Transform Infra Red (FT-IR) showed absorptions O-Cr

in the wave number of 2283. 72 cm-1

. The presence of Cr2O3 is also supported by

XRF data. The photodegradation of Rhodamin B shows that the best result is the

degradation by using TiO2 which was annealed at 400oC, i.e 43.15% of Rhodamin

B was degraded succesfully, meanwhile the best result is the degradation by using

composite which was annealed at 700oC, i.e 74.71% of Rhodamin B was

degraded succesfully.

Keyword: TiO2, TiO2-Cr2O3 composite, Photodegradation, Rhodamin B.


commit to user

vi

MOTTO

Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila kamu telah

selesai (dari sesuatu urusan), kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang

lain dan hanya kepada Tuhanmulah hendaknya kamu berharap

(A Lam Nasyrah:7-8)

Aku melihat air menjadi rusak karena diam tertahan

Jika mengalir menjadi jernih, jika tidak, kan keruh menggenang

(Imam Syafi’i)

Seperti besi yang dapat menajamkan besi lain, begitu pula seharusnya manusia

dapat menajamkan manusia lain

(Anonim)


commit to user

vii

PERSEMBAHAN

Karya ini saya persembahkan untuk,

Orangtuaku tersayang “Bapak & Ibu”,

maaf kalau tidak bisa menyelesaikan ini semua tepat waktu. Terimakasih atas kasih sayang

dan do’a yang selalu tercurah untukku.

Kakak dan Adikku tercinta “Widi & Widiva” ,

Yang selalu memberikan dukungan untukku.

Yang tersayang “Ridwan Wibisono”,

Yang selalu memberikan nasehat. Untukku.

Semua pembaca, semoga dapat lebih bermanfaat.


commit to user

viii

KATA PENGANTAR

Segala puji dan segenap syukur bagi Allah SWT yang telah menunjukkan

jalan yang indah bagi penulis sehingga skripsi ini dapat penulis selesaikan dengan

baik sebagai salah satu persyaratan dalam memperoleh gelar sarjana sains Jurusan

Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas

Maret Surakarta. Atas segala karunia-Nya pulalah penulis menyadari bahwa

segala sesuatu memiliki proses dan waktunya masing-masing.

Dalam menyusun skripsi ini penulis menemui berbagai hambatan dan

permasalahan yang beragam. Namun, atas bimbingan, kritikan, saran, dan

dorongan semangat yang bermanfaat dari berbagai pihak, semua hambatan dan

permasalahan tersebut dapat penulis atasi dengan baik. Oleh karena itu, penulis

ingin menyampaikan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu

penulis, yaitu sebagai berikut.

1. Ir. Ari Handono Ramelan., M.Sc., Ph.D., selaku dekan Fakultas Matematika

dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta

2. Dr. Eddy Heraldy., M.Si., selaku ketua jurusan Kimia Fakultas Matematika

dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret, Surakarta

3. Achmad Ainurofiq, Msi., Apt., selaku pembimbing akademik

4. Dr. Sayekti Wahyuningsih, M.Si., selaku pembimbing skripsi, yang dengan

penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis dari

awal hingga akhir

5. Seluruh staf dan laboran Laboratorium Kimia Dasar FMIPA UNS, Sub

Laboratorium Kimia, dan Laboratorium Pusat FMIPA UNS.

6. Bapak Ibu dosen dan seluruh staf jurusan Kimia yang telah memberikan

fasilitas dan pelayanan yang baik bagi penulis

7. Bapak, Ibu, Widi dan Widiva dirumah, terimakasih atas dukungan dan

motivasi yang diberikan untuk segera menyelesaikan karya ini

8. Teman-teman Kimia’07 dan semua pihak yang tidak mungkin disebutkan

satu per satu, terimakasih atas semua dukungannya selama ini


commit to user

ix

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh

karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari semua

pihak dalam rangka untuk menyempurnakan skripsi ini. Akhirnya penulis

berharap, semoga karya kecil ini dapat memberikan manfaat bagi ilmu

pengetahuan dan bagi pembaca.

Surakarta, April 2012

Widiya Nur Hidayatika


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

PERSEMBAHAN .............................................................................................. vii

KATA PENGANTAR ....................................................................................... viii

DAFTAR ISI ...................................................................................................... x

DAFTAR TABEL ............................................................................................... xiii

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xiv

DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xvi

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1

A. Latar Belakang .................................................................................... 1

B. Perumusan Masalah ............................................................................ 3

1. Identifikasi Masalah ....................................................................... 3

2. Batasan Masalah ............................................................................ 4

3. Rumusan Masalah .......................................................................... 5

C. Tujuan Penelitian ................................................................................ 5

D. Manfaat Penelitian .............................................................................. 5

BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................. 6

A. Tinjauan Pustaka ................................................................................ 6

1. Titanium Dioksida (TiO2) ................................................................ 6

a. Polymorf Titanium Dioksida (TiO2) ........................................... 6

b. Modifikasi Titanium Dioksida (TiO2) ........................................ 7

2. Fotokatalis Titanium Dioksida (TiO2) ............................................. 8

a. Mekanisme Fotokatalitik TiO2 .................................................... 8

b. Mekanisme Fotokatalitik TiO2 dengan Penambahan Cr3+

.......... 10


commit to user

xi

c. Degradasi Fotokatalitik TiO2 pada Rhodamin B dengan TiO2 ... 12

3. Karakterisasi TiO2 dan TiO2 – Cr2O3 .............................................. 14

a. X-Ray Diffactometer (XRD) ....................................................... 14

b. Fourier Transform Infra Red (FTIR).......................................... 16

c. Spektrofotometer UV-Visible (UV-Vis) ...................................... 17

d. X-Ray Fluoresence (XRF) .......................................................... 19

B. Kerangka Pemikiran ............................................................................ 19

C. Hipotesis .............................................................................................. 21

BAB III METODOLOGI PENELITIAN............................................................. 22

A. Metode Penelitian ............................................................................... 22

B. Tempat danWaktu Penelitian............................................................... 22

C. Alat dan Bahan yang Dibutuhkan ........................................................ 22

1. Alat .................................................................................................. 22

2. Bahan .............................................................................................. 23

D. Prosedur Penelitian…………………………………………..……. ... 23

1. Preparasi TiO2 ................................................................................. 23

2. Preparasi Komposit TiO2-Cr2O3 ..................................................... 24

3. Karakterisasi Komposit TiO2-Cr2O3 .............................................. 24

4. Fotodegradasi Zat Warna Rhodamin B .......................................... 24

E. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data ............................................. 25

1. Pengumpulan Data ........................................................................... 25

2. Analisis Data ................................................................................... 25

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................. 26

A. Sintesis TiO2 (Titanium Dioksida) ...................................................... 26

B. Sintesis Komposit TiO2-Cr2O3 ............................................................ 27

C. Karakterisasi ........................................................................................ 28

1. X-Ray Diffactometer (XRD) ............................................................ 28

2. Fourrier Transform Infra Red (FT-IR) ........................................... 34

3. X-Ray Flouresence (XRF) ............................................................... 35

D. Fotodegradasi Standar TiO2 dan Komposit TiO2-Cr2O3 ..................... 36

1. Fotodegradasi Rhodamin B dengan Standar TiO2 ....................... 36


commit to user

xii

2. Fotodegradasi Rhodamin B dengan Komposit TiO2-Cr2O3 ........ 40

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 47

DAFTAR PUSTAKA. ......................................................................................... 48

LAMPIRAN ........................................................................................................ 53


commit to user

xiii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Rasio A/R pada TiO2 Murni ................................................................ 30

Tabel 2. Standar JCPDS dari Cr₂O₃&(Ti0,12Cr0,88)₂O₃ sebagai Pembanding

serta Komposit Hasil Sintesis ................................................................ 31

Tabel 3. Hasil Data Analis Fluoresensi Sinar-X Komposit TiO2-Cr2O3 dengan

Variasi Suhu Kalsinasi ........................................................................... 36

Tabel 4. Hasil Degradasi Rhodamin B pada TiO2 Murni .................................... 39

Tabel 5. Hasil Degradasi Rhodamin B pada Komposit TiO2-Cr2O3 ................... 45


commit to user

xiv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Struktur TiO2 rutile, anatase, brookite ........................................... 6

Gambar 2. Bentuk TiO2-rutile dan bentuk TiO2-anatase ................................ 7

Gambar 3. Ilustrasi skematis proses fotoeksitasi dan de-eksitasi pada suatu

semikonduktor ................................................................................ 9

Gambar 4. Mekanisme TiO2 di bawah UV dan cahaya tampak ....................... 11

Gambar 5. Struktur Rhodamin B ...................................................................... 12

Gambar 6. Spektra difraksi sinar-X dari TiO2 murni dengan variasi suhu

300 oC -700

oC ................................................................................. 28

Gambar 7. Persentase Relatif fase anatase dan fase rutile pada standar TiO2

murni pada variasi suhu kalsinasi ................................................... 30

Gambar 8. Spektra difraksi sinar-X dari material hasil sintesis dengan

variasi suhu 300 oC -700

oC ............................................................ 31

Gambar 9. Presentase relatif TiO2 fase anatase, (Ti0,12Cr0,88)2O3, dan Cr2O3

pada material hasil sintesis dengan variasi suhu kalsinasi .............. 33

Gambar 10. Spektra FT-IR (a) TiO2 murni (b) Komposit TiO2-Cr2O3 pada

suhu 400 oC ..................................................................................... 34

Gambar 11. Hasil analisa XRF pada komposit TiO2-Cr2O3 ............................... 36

Gambar 12. Kurva degradasi Rhodamin B oleh TiO2 murni pada suhu

kalsinasi 400 oC dengan Variasi Waktu 0 menit (a), 30 menit (b),

60 menit (c), 120 menit (d), 180 menit (e).. .................................... 37



60 menit (c), 120 menit (d), 180 menit (e). ..................................... 37





commit to user

xv




Gambar 16. Hasil fotodegradasi Rhodamin B pada TiO2 murni dengan variasi

suhu... .............................................................................................. 40

Gambar 17. Kurva degradasi Rhodamin B oleh komposit TiO2-Cr2O3 pada

suhu kalsinasi 400 oC dengan Variasi Waktu 0 menit (a), 30

menit (b), 60 menit (c), 120 menit (d), 180 menit (e). .................... 41










Gambar 21. Kurva degradasi Rhodamin B pada TiO2 murni pada suhu 400 oC

yang telah dalam bentuk kristal.. .................................................... 44

Gambar 22. Hasil fotodegradasi Rhodamin B pada komposit TiO2-Cr2O3

dengan variasi suhu.. ....................................................................... 45


commit to user

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Bagan Prosedur Kerja Sintesis dan Karakterisasi Komposit

TiO2-Cr2O3 serta Aktivitasnya terhadap Degradasi Zat Warna

Rhodamin B ..................................................................................... 53

Lampiran 2. Perhitungan Persentase Fase TiO2 Anatase dan Fase TiO2 Rutil

dari TiO2 Hasil Sintesis Variasi Suhu ............................................. 57

Lampiran 3. Perhitungan Kelimpahan Fase Anatase, (Ti0.12Cr0.88) dan Cr2O3

dari Komposit TiO2-Cr2O3 Variasi Suhu ........................................ 59

Lampiran 4. Hasil Difraksi Sinar X dari Sintesis TiO2 ....................................... 66

Lampiran 5. Hasil Difraksi Sinar X dari Komposit TiO2-Cr2O3 ......................... 104

Lampiran 6. Difraksi Sinar X dari TiO2 Hasil Sintesis TiO2 Anatase, TiO2

Rutil Standar JCPDS ....................................................................... 135

Lampiran 7. Difraksi Sinar X dari (Ti0.12Cr0.88)2O3&Cr2O3 Standar JCPDS ....... 136

Lampiran 8. Data XRF dari Komposit TiO2-Cr2O3 ............................................ 137

Lampiran 9. Data FT-IR (Fourier Transform Infra Red) dari TiO2 dan

Komposit TiO2-Cr2O3 ..................................................................... 141

Lampiran10. Perhitungan Persentase Rhodamin B yang Terdegradasi dengan

Fotokatalis TiO2 dan Komposit TiO2-Cr2O3 ................................... 143


commit to user

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Teknologi fotokatalis merupakan kombinasi dari proses fotokimia dan

katalis yang terintegrasi untuk dapat melangsungkan suatu reaksi transformasi

kimia. Reaksi transformasi tersebut berlangsung pada permukaan bahan katalis

semikonduktor yang terinduksi oleh sinar. Oksida logam titanium (TiO2) banyak

dilaporkan sebagai material semikonduktor yang aktif sebagai fotokatalis. TiO2

memiliki tiga macam bentuk kristal yaitu anatase, rutile, dan brookite, namun

yang paling sering dimanfaatkan yaitu bentuk rutile dan anatase. Dari salah satu

penelitian dinyatakan bahwa nanomaterial TiO2 fasa anatase memiliki aktivitas

fotokatalitik yang lebih tinggi dibandingkan fasa rutile (Subiyanto et al., 2009).

Anatase memiliki aktivitas fotokatalitik yang baik untuk degradasi berbagai

senyawa organik, termasuk zat warna. Anatase dalam suhu yang tinggi dapat

berubah bentuk secara irreversibel menjadi rutile. Transformasi tersebut tidak

memiliki suhu tertentu karena tidak ada kesetimbangan fasa. Oleh karena itu

transformasi tersebut dipengaruhi oleh variasi suhu dan beberapa faktor lain

seperti adanya pengotor, penyimpangan stokiometri, luas permukaan, ukuran

partikel (Riyas et al., 2002). Penelitian yang telah dilakukan oleh Pirault et al.

(2007) pada penambahan 20% Cr2O3 dapat menghambat transformasi bentuk

kristal TiO2 anatase menjadi rutile. Penambahan oksida logam tersebut dapat

menekan pertumbuhan kristal selama proses pemanasan dengan demikian dapat

mengurangi transformasi anatase menjadi rutile.

TiO2 merupakan salah satu fotokatalis yang paling menjanjikan karena

memiliki efisiensi fotokatalitik tinggi, murah, inert secara biologis dan kimia

(Hoffman et al., 1995). Serbuk TiO2 juga mudah didapat dan diproduksi dalam

jumlah besar. Katalis berupa padatan telah digunakan secara luas karena lebih

murah dan mudah dipisahkan. Katalis padatan meliputi katalis oksida logam,

katalis logam atau alloy, katalis organologam dan katalis asam atau basa (Green,

1997) .


commit to user

2

Banyak studi telah dilakukan untuk memperbaiki mikrostuktural dari TiO2

yaitu dengan memilih metode sintesis yang tepat dan mengatur kondisi selama

sintesis berlangsung. Salah satu modifikasi yang dilakukan yaitu menggunakan

penambahan jenis unsur lain ke dalam molekul TiO2. Hal ini bertujuan untuk

meningkatkan aktivitas dan efisiensi katalik dengan menghambat proses

rekombinasi elektron-hole selama proses katalitik berlangsung. Menurut

Linsebigler et al. (1995) bahwa mikrostruktur, luas permukaan, distribusi ukuran

partikel, porositas, densitas permukaan gugus hidroksil, dan distribusi dopant

dapat mempengaruhi aktivitas fotokatalitik TiO2. Aktifitas fotokatalis dari

titanium berkaitan dengan struktur dan ukuran nanopartikel dari titanium itu

sendiri. Modifikasi struktur dan ukuran dapat dilakukan dengan menambahkan ion

logam transisi, halida, dan lantanida. Penambahan ion transisi dapat merangsang

dalam pembentukan radikal hidroksil (Kim et al., 2007).

Oksida logam transisi memiliki kelimpahan besar di alam dan harga yang

relatif murah dibandingkan logam. Oksida logam transisi memiliki karakter yang

dapat digunakan sebagai katalis, karena oksida logam transisi memiliki orbital d

pada ion logamnya yang masih terisi sebagian. Adanya orbital d yang masih

kekurangan elektron tersebut dapat menangkap elektron dari reaktan dan

membentuk ikatan yang kuat, sehingga dapat mengaktifkan spesies yang bereaksi

(Prakash’s, 1997). Oksida logam yang sering digunakan sebagai katalis

diantaranya adalah oksida V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni dan Cu (Catalyst Handbook,

1970). Bentuk oksida dari Cr seperti CrO2, CrO3, Cr2O5, dan Cr2O3, dimana

bentuk Cr2O3 paling stabil (Youngnam Cho, 2002). Kristal Cr2O3 merupakan

kristal yang sangat keras dengan titik leleh 2435 oC dan titik didih 3000

oC

dengan densitas (T = 25 oC) 5,22. Kristal Cr2O3 berbentuk heksagonal berwarna

hijau muda hingga hijau tua (Windholz, 1983).

Fotodegradasi merupakan sebuah teknik yang relatif baru untuk

pengolahan polutan air dan udara. Polutan yang berupa senyawa organik

didestruksi secara oksidatif dengan menggunakan cahaya. Pada proses degradasi

ini dikenal dua macam senyawa yang ditambahkan untuk mempercepat proses

degradasi senyawa organik, yaitu oksidan kimia dan fotokatalis. Ada beberapa


commit to user

3

penelitian yang memanfaatkan fotokatalis pada pengolahan limbah zat warna.

Rhodamin B termasuk senyawa atau molekul yang memberikan warna akibat

adanya gugus kromofor. Kuantitas warna yang ditimbulkan Rhodamin B sangat

tajam, hal ini disebabkan oleh adanya dua gugus auksokrom. Rhodamin B

merupakan zat warna sintetik yang digunakan untuk industri tekstil, cat, dan

kertas. Zat warna ini dapat menyebabkan iritasi dan merupakan zat karsinogenik

(Cahyadi, 2006).

Pada penelitian ini dilakukan penambahan Cr3+

pada semikonduktor TiO2

dengan harapan dapat menekan pertumbuhan kristal TiO2 fase rutile dan

meningkatkan aktivitas fotokatalitik pada TiO2 sehingga dapat digunakan untuk

degradasi zat warna Rhodamin B.

B. PERUMUSAN MASALAH

1. Identifikasi Masalah

Titanium dioksida (TiO2) dapat dibuat dari titanium tetraklorida (TiCl4),

suatu cairan ketal tak berwarna yang mudah mengalami oksidasi dengan oksida

air. Dimana pada reaksi tersebut terjadi pembentukan yang sangat cepat sehingga

untuk menghasilkan TiO2 bentuk anatase sangat sulit. Penelitian

Wahyuningsih et al. (2007) telah melakukan sintesis TiO2 dengan TiCl4

menggunakan proses sol gel dengan hidrolisis lambat. Sintesis TiO2 dengan

proses sol gel dapat juga dilakukan menggunakan prekursor alkoksida seperti

TTIP (Titanium Tetra Isopropoksida) (Tjahjanto dan Gunlazuardi, 2001).

Pemilihan bahan awal pada sintesis TiO2 sangat diperlukan untuk menghasilkan

kemurnian TiO2 yang tinggi. Menurut Wang et al. (2007) dengan bahan awal

alkoksida sebagai prekursor TiO2 menghasilkan kristalisasi dan karakteristik

powder TiO2 yang lebih baik daripada TiCl4.

Metode untuk pembuatan katalis bermacam-macam, Riyas et al. (2002)

telah melakukan penambahan oksida logam ke dalam TiO2 dengan perbandingan

dua metode yaitu uji metode co-precipitation dan wet-impregnation. Hasil yang


commit to user

4

diperoleh menunjukkan bahwa metode wet-impregnation dapat menghasilkan

TiO2 fase anatase lebih banyak.

Pada penelitian yang pernah dilakukan untuk mengetahui ukuran atom

dan material katalis, Ryas et al. (2002) menggunakan X-Ray Diffraction (XRD)

sedangkan untuk mengetahui morfologi semikonduktor menggunakan TEM

(Transmission Electron Microscopy) dan SEM (Scanning Electron Microscopy).

Pada kasus yang berbeda untuk mengetahui energi gap suatu semikonduktor

menggunakan XPS. Untuk mengetahui perbandingan komposisi pada komposit,

Karna dkk. (2006) menggunakan X-Ray Fluoresence (XRF). Fourier Transform

Infra Red (FTIR) untuk menganalisa gugus fungsi suatu material fotokatalis

dilakukan oleh Ryas et al. (2002) .Analisis degradasi zat warna dapat dilakukan

dengan Spektrofotometer UV-Vis serta Spektrofotometer Serapan Atom (AAS).

2. Batasan masalah

Berdasarkan identifikasi masalah yang telah disebutkan di atas maka

batasan masalah pada penelitian ini adalah :

a. TiO2 yang digunakan merupakan hasil sintesis dari TTIP (Titanium Tetra

Isopropoksida) dengan metode sol gel.

b. Modifikasi permukaan TiO2 dilakukan dengan penambahan Cr3+

dengan

metode wet-impregnation.

c. Karakterisasi TiO2 hasil sintesis dan komposit TiO2-Cr2O3 dilakukan dengan

menggunakan X-Ray Diffraction (XRD), Spekrofotometer Infra Red (IR), dan

X-Ray Fluorescence (XRF).

d. Uji aktivitas komposit TiO2-Cr2O3 dilakukan untuk mendegradasi zat warna

Rhodamin B yang diidentifikasi dengan menggunakan Spektrofotometri UV-

Vis.


commit to user

5

3. Rumusan Masalah

Berdasarkan batasan masalah yang telah dipaparkan diatas maka

rumusan masalah pada penelitian ini adalah :

1. Bagaimana pengaruh penambahan Cr3+

terhadap pertumbuhan kristal TiO2 ?

2. Apakah terjadi peningkatan fotoaktivitas TiO2 setelah penambahan Cr3+

?

C. Tujuan Penelitian

1. Mengetahui pengaruh dari penambahan Cr3+

terhadap pertumbuhan kristal

TiO2.

2. Mengetahui peningkatan fotoaktivitas TiO2 setelah penambahan Cr3+

.

D. Manfaat Penelitian

Memberikan informasi mengenai efek penambahkan Cr3+

pada

pertumbuhan kristal dan sifat fotokatalitik TiO2 sehingga dapat diaplikasikan

sebagai fotokatalis yang efektif.


commit to user

6

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

1. Titanium Dioksida (TiO2)

a. Polymorf Titanium Dioksida (TiO2)

Titanium, unsur logam golongan IVB, mempunyai titik leleh 1675 oC

dan berat atom 47,90 dengan konfigurasi elektron 3d2 4s

2. Energi untuk

mengeluarkan 4 elektron begitu besar sehingga ion Ti4+

tidak ada secara bebas.

Titanium dioksida mempunyai berat molekul 79,90, warnanya bervariasi

tergantung sumbernya, tetapi putih saat dimurnikan dan dijual secara komersial,

mengalami dekomposisi pada 1640 oC sebelum meleleh, densitas 4,26 g/cm

3,

tidak larut dalam air tetapi larut dalam H2SO4 (Cotton dan Wilkinson, 1989).

Pada Gambar 1. menunjukkan struktur kristal TiO2 dalam bentuk

anatase, rutile, dan brookite.

Rutile

Anatase

Brookite


commit to user

7

Gambar 1. Struktur TiO2 rutile, anatase, brookite. (Tauste, 2008)

TiO2 mempunyai 3 bentuk struktur kristal yaitu rutile, anatase, dan

brookite. Rutile dan anatase mempunyai struktur tetragonal dengan tetapan kisi

kristal dan sifat fisika yang berbeda, sedang brookite adalah ortorombik. Brookite

dan anatase adalah bentuk-bentuk yang metastabil atau tidak stabil. Sedangkan

rutile adalah bentuk yang lebih stabil dibandingkan anatase dalam semua

temperatur (Kampfer, 1973).

Perubahan bentuk anatase menjadi rutile pada TiO2 terjadi secara

spontan dimana energi bebas pada bentuk rutile lebih rendah daripada anatase

pada semua suhu, tetapi perubahannya kurang baik pada suhu rendah. Anatase

lebih metastabil daripada rutile dalam semua kondisi suhu dan tekanan

(Navrotsky dan Kleppa, 1967). Selain itu perubahan tersebut di pengaruhi oleh

metode sintesis, suasana reaksi, kadar pengotor, ukuran partikel, dan kekosongan

kisi oksigen dalam konsentrasi TiO2. Pada Gambar 2. menunjukkan bentuk kristal

TiO2 -rutile dan TiO2-anatase seperti pada gambar dibawah ini.

Gambar 2. Bentuk TiO2-rutile dan bentuk TiO2-anatase (Tian, 2006).

b. Modifikasi Titanium Dioksida (TiO2)

Kromium oksida memiliki berat molekul 152,02 gr/mol, berbentuk

kristal heksagonal berwarna hijau muda hingga hijau tua. Memiliki titik leleh

2435 oC dan titik didih 3000

oC dengan densitas 5,22 (T = 25

oC). Berwarna

coklat akibat pemanasan tetapi kembali berwarna hijau pada saat dingin. Tidak

larut dalam air, alkohol, aseton, mudah larut dalam asam dan larutan alkali.

Kristal Cr2O3 sangat keras, dapat menggores kwarsa, topaz, maupun zircon

(Windholz, 1983).


commit to user

8

Oksida ini pada umumnya disebut sebagai oksida kromat atau

sesquioksida kromat hijau. Oksida ini digunakan sebagai bahan pewarna hijau

untuk cat minyak, oleh karena itu senyawa ini disebut juga sebagai krom hijau.

Cr2O3 merupakan bubuk hijau yang memiliki titik leleh sangat tinggi dan

sangat sukar dicairkan. Senyawa ini digunakan pada pelapisan gelas dan

pewarnaan porselen. Penyebabnya yaitu tereduksi oleh logam dengan pemanasan

menggunakan karbon pada temperatur tinggi. Senyawa ini merupakan oksida

amfoter karena dapat berbentuk garam dengan asam maupun alkali.

Penambahan kromium dapat menghambat transformasi bentuk kristal

TiO2 anatase menjadi rutile seperti pada penelitian yang dilakukan oleh

Pirault et al. (2007) dengan menghambat pertumbuhan ukuran kristal TiO2

~20 nm. Pada suhu yang tinggi akan mempercepat pertumbuhan ukuran kristal

TiO2 yang menyebabkan bentuk kristal anatase terkonversi menjadi rutile dengan

ukuran kristal mencapai ~ 30 nm.

2. Fotokatalis Titanium Dioksida (TiO2)

a. Mekanisme Fotokatalitik TiO2

Fotokatalis adalah suatu proses yang dibantu oleh adanya cahaya dan

material katalis (TiO2) dengan pencahayaan sinar UV (λ < 405 nm), maka

permukaan TiO2 mempunyai kemampuan mengionisasi reaksi kimia. Dalam

media air, kebanyakan senyawa organik dapat dioksidasi menjadi karbon dioksida

dan air. Berarti proses tersebut dapat membersihkan air dari pencemaran organik

seperti fenol dan lainya, dan senyawa-senyawa anorganik seperti sianida, tembaga

dan nitrit yang beracun dapat diubah menjadi senyawa lain yang relatif tidak

beracun.

TiO2 dapat berfungsi sebagai fotokatalis yaitu mempercepat reaksi yang

diinduksi oleh cahaya karena mempunyai struktur semikonduktor yaitu struktur

elektronik yang dikarakterisasi oleh adanya pita valensi (valence band; vb) terisi

dan pita konduksi (conduction band; cb) yang kosong. Kedua pita tersebut

dipisahkan oleh celah yang disebut energi celah pita (band gap energi; Eg)

(Hoffman et al., 1995).


commit to user

9

Jika suatu semikonduktor disinari cahaya (foton) sebesar hʋ, maka (e)

pada pita valensi akan mengabsorpsi energi foton tersebut dan pindah ke tingkat

energi yang lebih tinggi yaitu pita konduksi, akibatnya akan meninggalkan lubang

positif (hole atau h+) pada pita valensi. Sebagian besar elektron dan hole

berkombinasi kembali di dalam ruah semikonduktor dengan mengemisi kalor,

sedangkan sebagian lagi bertahan pada permukaan semikonduktor.

Secara lengkap reaksi yang terjadi di dalam sistem dapat dituliskan

sebagai berikut :

TiO2 + hʋ hole+ + e

-

Ketika TiO2 dikenai cahaya UV dengan energi hʋ mengakibatkan

eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi (e-), dan meninggalkan hole

pada pita valensi (hole+)

hole+

h+

sebagian elektron dan hole terjebak pada permukaan semikonduktor.

H2O H+ + OH

-

h+ + OH

- OH

•

h+

mengoksidasi air atau ion OH membentuk radikal hidroksil yang

berperan sebagai agen detoksi.

OH• + substrat produk

Untuk lebih jelasnya dapat dilihat ilustrasi skematis proses fotoeksitasi

pada Gambar 3.

Gambar 3. Ilustrasi skematis proses fotoeksitasi dan de-eksitasi pada suatu

semikonduktor (Arutanti et al., 2009)

Rekombinasi

v

o

Rekombinasi


commit to user

10

TiO2 dengan proses UV dikenal memiliki banyak keuntungan antara lain:

sejumlah besar senyawa organik terlarut atau terdispersi dalam air bisa

sepenuhnya termineralisasi, laju reaksi relatif tinggi jika luas permukaan katalis

besar, TiO2 tersedia dengan harga yang relatif murah dan dapat didaur ulang pada

skala teknis, lampu UV memancarkan di daerah spektral yang diperlukan untuk

oksidasi fotokatalitik diproduksi dalam berbagai ukuran, serta penyerapan

penampang TiO2 dapat ditingkatkan dengan modifikasi permukaan, misalnya oleh

penambahan ion logam transisi. Mekanisme yang menggambarkan proses reaksi

fotokatalitik TiO2 adalah sebagai berikut:

TiO2 + hʋ e-cb + h

+vb

h+

vb + H2O •OH + H+

e-cb + O2 O2

•-

2O2•- + 2H2O H2O2 + 2OH

- + O2

H2O2 + e-cb OH

- + •OH

b. Mekanisme Fotokatalitik TiO2 dengan Penambahan Cr3+

Hanya sekitar 4-6% dari energi matahari yang mencapai permukaan bumi

yang di daerah UV. TiO2 dengan eg 3,2 eV hanya mampu menyerap 10% cahaya

matahari. Keterbatasan ini dapat diatasi dengan modifikasi. TiO2 yang telah

dimodifikasi oleh doping ion logam dan fotosensitisasi oleh berbagai senyawa

organik dan anorganik berwarna, penambahan dopant dapat memperpanjang

foto-respon.

Terdapat beberapa variabel bagaimana dopan mempengaruhi

fotoaktivitas TiO2, antara lain metode sintesis dari fotokatalis, ukuran partikel,

dan zat warna yang digunakan untuk mempelajari fotokatalis. Efisiensi

fotokatalitik biasanya meningkat dengan adanya logam karena elektron-hole

berkurang, dan kemudian pada peningkatan konsentrasi (bervariasi pada logam

dopan dan teknik penyusunan) efisiensi mulai menurun sebagai dopan mulai

bertindak sebagai pusat rekombinasi.


commit to user

11

Ion logam ditambahkan ke dalam polikristalin TiO2 untuk meningkatkan

penyerapan sinar matahari. Oleh karena itu, penelitian tentang peningkatan katalis

telah dilakukan dengan modifikasi fisik dan kimia TiO2 untuk meningkatkan

kinerja katalis dan sensitisasi dye untuk meningkatkan jangkauan panjang

gelombang dengan memanfaatkan radiasi matahari. Prinsip degradasi

fotosensitisasi pada semikonduktor diilustrasikan pada Gambar 4.

Gambar. 4 Mekanisme TiO2 di bawah UV dan cahaya tampak ( Kaur, 2007)

Jika potensial oksidasi dari sensitizer lebih tinggi dibanding band

konduktansi TiO2, menyusul eksitasi awal pewarna yang terserap di bawah sinar

cahaya, elektron dimasukkan dari dye yang tereksitasi ke dalam pita konduksi

TiO2. Dengan perlahan mampu mengurangi langkah pembentukan yang

memungkinkan untuk memulai degradasi oksidatif dye. Berbagai senyawa

berwarna telah diselidiki untuk bertindak sebagai fotosensitiser. Dalam studi baru-

baru ini telah menyarankan bahwa degradasi fotosensitisasi pada permukaan

semikonduktor dapat dapat diaplikasikan untuk mengatasi polutan berwarna

seperti pewarna tekstil.


commit to user

12

Mekanisme photosensitization untuk degradasi dye pada permukaan TiO2

ditampilkan di bawah ini:

dye + hʋ dye*

dye* + TiO2 dye•+ + e

-cb

e-cb + O2 O2•

-

2O2•- + 2H2O H2O2 + 2OH

- + O2

H2O2 + e-cb

-OH + •OH

dye•+ + O2 ( atau O2•

- atau •OH) peroxide or hydroxyl intermediates

degraded or mineralised products

c. Degradasi Fotokatalitik TiO2 pada Rhodamin B dengan TiO2

Rhodamin B adalah zat warna sintetis berbentuk serbuk kristal berwarna

kehijauan, berwarna merah keunguan dalam bentuk terlarut pada konsentrasi

tinggi dan berwarna merah terang pada konsentrasi rendah. Rhodamin B sangat

larut dalam air dan alkohol, serta sedikit larut dalam asam klorida dan natrium

hidroksida. Rumus kimia Rhodamin B adalah C28H31ClN2O3, larut dalam air,

etanol namun bersifat sangat toksik. (Kusuma, 2006)

Gambar 5. Struktur Rhodamin B (Wirasto, 2008)

Rhodamin B merupakan zat warna golongan xanthenes dyes. Rhodamine

B (C28N31N2O3Cl) adalah bahan kimia sebagai pewarna dasar untuk berbagai

kegunaan, semula zat ini digunakan untuk kegiatan histologi dan sekarang

Intermediet hidroksil / peroksida

Degradasi/mineralisasi produk


commit to user

13

berkembang untuk berbagai keperluan yang berhubungan dengan sifatnya yang

berfluorensi dalam sinar matahari.

Rhodamin B termasuk senyawa atau molekul yang memberikan warna

akibat adanya gugus kromofor, dimana gugus kromofor tersebut yaitu quinoid.

Kuantitas warna yang ditimbulkan Rhodamin B sangat tajam, hal ini disebabakan

oleh adanya dua gugus auksokrom, dimana gugus auksokrom tersebut adalah

dietil amin.

Proses pembuatan zat warna sintetik biasanya melalui perlakuan

pemberian asam sulfat dan asam nitrat yang sering kali terkontaminasi oleh logam

berat seperti arsen, atau logam berat lain yang bersifat racun. Pada pembuatan zat

pewarna organik sebelum mencapai produk akhir harus melalui suatu senyawa

antara dulu, yang kadang-kadang berbahaya. Sering kali dalam proses reaksi

tersebut terbentuk senyawa baru yang berbahaya yang lebih tertinggal sebagai

residu dalam bahan pewarna tersebut.

Reaksi fotodegradasi merupakan reaksi pemecahan senyawa oleh adanya

cahaya atau foton dan katalis secara bersama-sama sehingga katalis ini dapat

mempercepat fotoreaksi melalui interaksinya dengan substrat baik dalam keadaan

dasar atau dalam keadaan tereksitasi dan foto produk utamanya tergantung pada

fotoreaksi tersebut.

Fotodegradasi merupakan sebuah teknik yang relatif baru untuk

pengolahan polutan air dan udara. Polutan yang berupa senyawa organik

didestruksi secara oksidatif dengan menggunakan cahaya. Pada proses degradasi

ini dikenal dua macam senyawa yang ditambahkan untuk mempercepat proses

degradasi senyawa organik, yaitu oksidan kimia dan fotokatalis yang biasanya

berupa semikonduktor fotoaktif, seperti TiO2, ZnO atau CdS.

Sinar matahari yang keberadaannya melimpah di alam ini menjadikan

proses ini membutuhkan biaya yang rendah (low cost). Sinar matahari yang

langsung mempunyai salah satu fraksi energi pada daerah UV dekat yang dapat

digunakan dalam induksi fotodegradasi.

Berdasarkan pengukuran laser flash photolysis Hoffman et al., (1995)

mengusulkan mekanisme umum fotokatalis heterogen pada TiO2 yaitu :


commit to user

14

pembentukan pembawa muatan (hole, h+

vb dan elektron, ecb-

), pengikatan

pembawa muatan oleh hidrat primer TiO2, serta transfer muatan pada daerah

antarmuka antara hole yang terjebak pita valensi dengan senyawa yang bersifat

donor elektron (pada proses ini terjadi oksidasi senyawa tersebut) atau transfer

muatan antar elektron yang terjebak pada pita konduksi dengan senyawa yang

bersifat akseptor elektron sehingga senyawa tersebut mengalami reduksi. Proses

oksidasi-reduksi tersebut yang memungkinkan terjadinya degradasi gugus-gugus

kromofor pada zat warna sehingga terjadi penghilangan warna limbah. Bila sinar

dengan panjang gelombang pendek (dibawah ~390 nm) ini mengiluminasi serbuk

anatase (TiO2), elektron pada pita valensi akan tereksitasi ke pita konduksi

menghilangkan hole positif (h+). Hole-hole ini bereaksi dengan ion-ion hidroksida

dalam uap air yang teradsobsi pada permukaan TiO2, menghasilkan radikal

hidroksida (OH•). Radikal hidroksil ini merupakan reagen oksidasi yang sangat

kuat dan dapat bereaksi dengan senyawa organik menghasilkan produk-produk

sederhana, misalnya CO2, H2O, atau HCl jika senyawa tersebut mengandung

klorida.

TiO2 + hv h+

vb + eeb-

h +

vb + OH- OH

•

Senyawa organik + OH• CO2 + H2O

Secara keseluruhan mekanisme reaksi yang terlibat dalam reaksi redoks

terkatalisis semikonduktor ini masih belum jelas meskipun dalam banyak kasus,

adsorbsi substrat pada artikel diyakini sebagai tahap awal reaksi.

3. Karakterisasi TiO2 dan TiO2 – Cr2O3

a. X-Ray Diffactometer (XRD)

Untuk mengetahui kristalinitas suatu zat padat, instrumen yang biasa

digunakan adalah X-ray difraction (XRD). Setiap kristal mempunyai harga d yang

khas sehingga dengan mengetahui harga d maka jenis kristalnya dapat diketahui.

Referensi harga d dan intensitas suatu senyawa dapat diperoleh dari data Joint

Commite on Powder Diffraction Standars (JCPDS) yang bersumber dari

International Centre for Difraction Data (West, 1984). Sinar X merupakan radiasi


commit to user

15

elektromagnetik dengan panjang gelombang pendek sekitar 100 pm yang

dihasilkan dari penembakan logam dengan elektron energi tinggi. Bila

elektron–elektron dari kawat pijar yang dipanasi dipercepat melalui suatu

perbedaan potensial yang besar dan diperbolehkan menumbuk suatu sasaran

logam di dalam sebuah tabung sinar X maka sinar X dihasilkan dengan suatu

distribusi λ yang kontinyu. Jika sinar X itu kemudian menumbuk sebuah kristal,

maka sinar X yang akan direfleksikan akan membentuk titik–titik luas yang

sangat tinggi intensitasnya pada sebuah layer/film. Titik–titik itu ditimbulkan oleh

interferensi konstruktif dari gambar–gambar kecil yang dihasilkan oleh banyak

atom (Smart dan Moore, 2005).

Difraksi sinar X atau biasa disebut XRD merupakan alat yang digunakan

untuk mengetahui pengaturan atom-atom dalam sebuah tingkat molekul.

Pengaturan atom-atom tersebut dapat diinterpretasikan melalui analisa d spasing

dari data difraksi sinar X. Selain nilai d spasing, observasi tingkat kristalinitas

bahan dan perubahan struktur mesopori dapat pula diketahui melalui data difraksi

sinar X. Puncak yang melebar menunjukkan kristalinitas rendah (amorf),

sedangkan puncak yang meruncing menunjukkan kristalinitas yang lebih baik

(Smart dan Moore, 2005).

Nilai d spasing tidak dapat digunakan untuk menentukan jarak interatom

dari suatu molekul, namun dapat digunakan untuk merefleksikan jarak interplanar

atau jarak interlayer antar kisi-kisi atom dalam suatu material. Nilai d spasing

sangat tergantung pada pengaturan atom dan struktur jaringan polimer dalam

material. Jarak interplanar atau interlayer dapat dikalkulasikan melalui persamaan

Bragg’s (Park et al., 2002) :

2 d sin θ = n λ

Keterangan :

d = jarak interplanar atau interatom

λ = panjang gelombang logam standar

θ = kisi difraksi sinar X


commit to user

16

Langkah-langkah yang ditempuh dalam analisa kualitatif adalah sebagai

berikut :

1. Membuat pola difraksi dari zat tidak diketahui.

2. Menghitung nilai d setiap garis atau dengan menggunakan tabel yang

memberikan hubungan antara d dan 2 θ untuk berbagai karakteristik.

3. Memandang data d eksperimental dengan data d dari tabel dengan

kemungkinan kesalahan dalam setiap set nilai adalah 0,02 Å.

4. Membandingkan intensitas relatifnya dengan nilai-nilai yang ada pada

tabel (standar).

Kristal TiO2 fase anatase dan fase rutile teridentifikasi pada 2θ = 25,3˚

untuk fase anatase dan 2θ = 27,3˚ untuk fase rutile (Gonzales, 1996). Pada

penelitian lain yang dilakukan Wei dan Chen. (2009) puncak yang ditunjukkan

untuk fase anatase pada 2θ = 25,36˚- 25,48˚. Li et al. (2007) dalam penelitiannya

mendapatkan karakterisasi anatase dengan menggunakan XRD muncul puncak

pada 2θ = 25,5˚.

Data XRD juga dapat digunakan untuk perhitungan semi kuantitatif

dimana dapat digunakan untuk mengetahui presentase relatif masing-masing

kristal yang ada dalam suatu komposit. Analisa tersebut dapat diperhitungkan

dengan mengkalkulasi intensitas puncak masing–masing kristal kemudian

dibandingkan dengan intensitas total komposit. Sedangkan khusus dalam

perhitungan presentase anatase rutile dalam kristal TiO2 murni dapat digunakan

persamaan berikut : (Riyas et al., 2008)

atau

Keterangan:

IA = Intensitas Anatase

IR = Intensitas Rutile

b. Fourier Transform Infra Red (FTIR)

Atom–atom dalam suatu molekul tidak diam melainkan bervibrasi

(bergetar). Bila radiasi infra merah dilewatkan melalui suatu cuplikan, maka


commit to user

17

molekul-molekulnya dapat menyerap (mengabsorpsi) energi dan terjadilah transisi

diantara tingkat vibrasi dasar (ground state) dan tingkat vibrasi tereksitasi (excited

state). Spektrum infra merah memberikan informasi tentang gugus fungsional

suatu molekul (Silverstain et al., 2005).

Radiasi infra merah (IR) merupakan bagian dari spektrum

elektromagnetik yang terletak diantara sinar visible dan daerah microwave.

Penggunaan terbesar terdapat pada daerah bilangan gelombang 400-4000 cm-1

.

Posisi ikatan pada spektra infra merah ditunjukkan dengan bilangan gelombang

( ʋ ) dengan satuan cm-1

. Panjang gelombang ( λ ) digunakan dalam literatur

dengan satuan micrometer (μm) (Silverstain et al., 2005).

c. Spektrofotometer UV-Visible (UV-Vis)

Pada spektrofotometer UV, sinar kontinyu dihasilkan oleh lampu awan

muatan hidrogen atau deuterium (D2), sedangkan sinar visibel dihasilkan oleh

lampu wolfram. Panjang gelombang cahaya UV-Vis jauh lebih pendek daripada

panjang gelombang radiasi IR. Panjang gelombang UV-Vis berada pada kisaran

180 – 800 nm.

Prinsip dasar spektrofotometer UV-Vis adalah terjadinya transisi

elektronik yang disebabkan penyinaran sinar UV-Vis yang mampu mengeksitasi

elektron dari orbital yang kosong. Umumnya, transisi yang paling mungkin adalah

transisi pada tingkat tertinggi (HOMO) ke orbital yang kosong pada tingkat

terendah (LUMO). Pada sebagian besar molekul, orbital molekul terisi pada

tingkat energi terendah adalah orbital σ, sedangkan orbital π berada pada tingkat

energi yang lebih tinggi. Orbital non ikatan (n) yang mengandung elektron

– elektron yang belum berpasangan berada pada tingkat energi yang lebih tinggi

lagi, sedangkan orbital-orbital anti ikatan yang kosong yaitu π* dan σ* menempati

tingkat energi yang tertinggi (Hendayana, 1994).

Absorpsi cahaya UV-Vis mengakibatkan transisi elektronik, yaitu

promosi elektron-elektron dari orbital keadaan dasar yang berenergi rendah ke

orbital keadaan dasar yang berenergi tinggi. Transisi ini memerlukan

40-300 kkal/mol. Panjang gelombang cahaya UV-Vis bergantung pada mudahnya


commit to user

18

promosi elektron. Molekul–molekul yang memerlukan lebih banyak energi untuk

promosi elektron akan menyerap pada panjang gelombang yang lebih pendek.

Molekul yang memerlukan energi yang lebih sedikit akan menyerap pada panjang

gelombang yang lebih panjang. Senyawa yang menyerap cahaya pada daerah

tampak adalah senyawa yang berwarna karena mempunyai elektron yang lebih

mudah dipromosikan daripada senyawa yang menyerap pada panjang gelombang

UV yang lebih pendek.

Intensitas penyerapan dijelaskan dengan hukum Lambert – Beer, dimana

fraksi cahaya yang diabsorbsi tidak tergantung pada kekuatan sumber cahaya

mula-mula dan fraksi yang diabsorpsi tergantung pada banyaknya mol

(ketebalan/konsentrasi) yang dapat mengabsorbsi. Oleh karena itu absorpsi cahaya

merupakan fungsi dari molekul yang mengabsorbsi, maka cara yang tepat untuk

menyatakan absorbansi adalah (Underwood, 1998):

A = ε . b . C

Keterangan:

ε = Absorbtivitas molar (mol-1

cm-1

L)

b = Tebal lintasan ( cm )

C= Konsentrasi larutan (mol L-1

)

Pada analisa fotodegradasi dilakukan pengaman pada penurunan

absorbansi pada larutan yang akan didegradasi. Kemudian akan ditentukan

persentase larutan yang terdegradasi. Penentuan persentase larutan yang

terdegradasi dapat menggunakan persamaan berikut: (Austero dan De Luna, 2011)

Dimana, Y Absorbance Reduction = Persen penurunan absorbansi ; ABSi =

Absorbansi larutan mula – mula ; ABSt = Absorbansi larutan pada waktu tertentu.


commit to user

19

d. X-Ray Fluoresence (XRF)

Tehnik fluoresensi sinar X (XRF) merupakan suatu tehnik analisis yang

dapat menganalisis unsur – unsur yang membangun suatu material. Tehnik ini

juga dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi unsur berdasarkan pada

panjang gelombang dan jumlah sinar X yang dipancarkan kembali setelah suatu

material ditembaki sinar X berenergi tinggi.

Dasar analisis Fluoresensi sinar–X adalah pencacahan sinar X yang

dipancarkan oleh suatu unsur akibat pengisian kembali kekosongan elektron pada

orbital yang lebih dekat dengan inti karena terjadinya eksitasi elektron) oleh

elektron yang terletak pada orbital yang lebih luar. Ketika sinar-X yang berasal

dari radioisotop sumber eksitasi menabrak elektron dan akan mengeluarkan

elektron kulit dalam, maka akan terjadi kekosongan pada kulit itu. Elektron dari

kulit yang lebih tinggi akan mengisi kekosongan itu. Perbedaan energi dari dua

kulit itu akan tampil sebagai sinar-X yang dipancarkan oleh atom (Sumantry,

2011). Komposisi kimia komposit dapat ditentukan dengan penentuan prosentase

logam yang ada dalam komposit dengan metode spektroskopi fluoresensi sinar-X

(Kunarti et al., 2009).

B. Kerangka Pemikiran

TiO2 mempunyai tiga macam bentuk kristal yaitu anatase, rutile dan

brookite, namun yang memiliki aktivitas fotokatalis yang terbaik adalah bentuk

anatase tetapi anatase merupakan bentuk tidak stabil dari titanium dioksida yang

mudah berubah ke bentuk rutile yang merupakan bentuk stabil dari titanium

dioksida. Bentuk kristal anatase diamati pada pemanasan TiO2 bubuk mulai dari

suhu 120 oC dan mencapai sempurna pada suhu 500

oC. Pada temperatur yang

tinggi terjadi transformasi bentuk kristal anatase menjadi rutile dan terjadi

penurunan luas permukaan serta pelemahan aktivitas fotokatalis secara drastis.

Perubahan struktur ini dikarenakan terputusnya dua ikatan Ti-O dalam struktur

anatase, memungkinkan terjadinya penataan ulang dari Ti-O oktahedral, yang

mengarah ke dalam bentuk rutile. Untuk mencegah transformasi tersebut


commit to user

20

dilakukan modifikasi semikonduktor TiO2 dengan menambahkan senyawa logam

oksida, surfaktan, dan non logam. Maka dengan menambahkan jenis unsur lain ke

dalam molekul TiO2 dapat menghambat perubahan bentuk kristal titanium

dioksida ke bentuk rutile yang merupakan bentuk TiO2 yang stabil dan dapat

memperbaiki aktivitas dan efisiensi katalitik dengan menghambat proses

rekombinasi elektron-hole selama proses katalitik berlangsung. Dengan

penambahan kromium pada TiO2 dapat menghambat perubahan anatase ke

bentuk rutile pada pemanasan di atas 500 oC. Penelitian yang telah dilakukan oleh

Pirault et al., (2007) Pada penambahan 20 % Cr2O3 dapat menghambat

transformasi bentuk kristal TiO2 anatase menjadi rutile. Terhambatnya

transformasi ke bentuk rutile dengan menghambat perkembangan ukuran kristal

TiO2 karena ukuran kristal TiO2 anatase ~ 20 nm, seiring dengan kenaikan suhu

maka ukuran kristal akan naik, ini yang menyebabkan pada suhu tinggi bentuk

kristal anatase terkonversi menjadi rutile karena pada suhu ini ukuran kristal

mencapai ~ 30 nm. Hal tersebut dikarenakan ukuran kristal dihambat oleh adanya

senyawa lain yang ditambahkan, sehingga ukurannya relatif kecil. Maka dengan

penambahan Cr3+

diharapkan dapat menekan transformasi anatase menjadi rutile

serta dapat memperbaiki aktivitas dan efisiensi katalitik pada TiO2. Pada

penelitian yang telah dilakukan Chen et al. (2009) modifikasi struktural TiO2

dengan penambahan oksida logam Cr2O3 juga dapat mengakibatkan Ti4+

dalam

TiO2 berubah menjadi Ti3+

selama proses pemanasan yang kemudian Ti3+

tersubtitusi ke dalam kisi kristal Cr2O3 menjadi (Ti0,12Cr0,88)2O3. Pertumbuhan

kristal bersama pada TiO2 dan Cr2O3 dapat menyebabkan terjadinya substitusi

antara Ti dan Cr.

Berbagai senyawa berwarna telah diselidiki dapat bertindak sebagai

fotosensitizers. Kristal Cr2O3 berbentuk heksagonal berwarna hijau muda hingga

hijau tua sehingga dapat dipakai untuk alternatif dalam memperbesar keterbatasan

sensitivitas spektral dari semikonduktor dengan gap energi yang tinggi, dilakukan

modifikasi permukaan dengan menggunakan molekul sensitiser berwarna.

Beberapa semikonduktor seperti TiO2 mempunyai gap energi yang tinggi,

sebanding dengan cahaya 388 nm (3,23 eV) yaitu pada daerah UV dekat, dengan


commit to user

21

adanya sensitiser berwarna dapat memperbaiki sifat fotokalis pada TiO2.

Perubahan pada fotoreaktivitas partikel TiO2 yang berukuran nano akan

menyebabkan aktif fotokalis.

Preparasi titanium dioksida dilakukan dengan teknik sol-gel menggunakan

prekursor TTIP (Titanium Tetra Isopropoksida) dengan pelarut CH3COOH,

selanjutnya ditambahkan dengan Cr(NO3)3.9H2O dan urea menggunakan metode

wet-impregnation dapat menghasilkan komposit TiO2-Cr2O3. Komposit TiO2-

Cr2O3 dapat digunakan untuk fotodegradasi zat warna Rhodamin B. Prinsip umum

fotokatalis TiO2 yaitu suatu semikonduktor mendapatkan energi dari cahaya atau

foton kemudian bertindak sebagai substrat fotokatalitik dengan memproduksi

radikal yang sangat reaktif yang dapat mengoksidasi senyawa organik. Degradasi

zat warna Rhodamin B dapat dilakukan pada foton atau cahaya dengan panjang

gelombang sinar visibel dengan menggunakan lampu visibel karena keberadaan

oksida Cr2O3 yang berperan sebagai sensitiser.

C. Hipotesis

Berdasarkan kerangka pemikiran tersebut dapat diajukan hipotesis

sebagai berikut :

1. Penambahan Cr3+

pada TiO2 akan mempengaruhi pertumbuhan kristal TiO2

dengan menekan pertumbuhan TiO2 fase rutile dan dapat terjadi substitusi

antara Ti dan Cr.

2. Penambahan Cr3+

pada TiO2 akan meningkatkan aktivitas fotokatalis TiO2

dengan cahaya visibel.


commit to user

22

BAB III

METODELOGI PENELITIAN

A. Metodologi Penelitian

Penelitian ini menggunakan metode eksperimental secara laboratoris untuk

memperoleh data hasil. Pada penelitian ini dilakukan preparasi semikonduktor

TiO2 dan komposit TiO2-Cr2O3 serta uji aktifitasnya untuk fotodegradasi zat

warna Rhodamin B.

Komposit TiO2-Cr2O3 disintesis dengan metode wet impregnation yang

kemudian diikuti dengan proses kalsinasi. Variasi suhu kalsinasi yaitu 300 °C,

400 °C, 500 °C, 600 °C, dan 700 °C.

Terhadap hasil preparasi dilakukan karakterisasi dengan menggunakan

XRD (X-Ray Diffraction) untuk mengidentifikasi kristalinitas material dan

struktur kristal, XRF (X-Ray Flouresence) untuk mengetahui komposisi TiO2 dan

Cr2O3 dan FT-IR untuk membuktikan adanya serapan bilangan gelombang dari

TiO2 maupun Cr2O3.

Kemudian dilakukan uji aktifitas komposit TiO2-Cr2O3 untuk

mendegradasi zat warna Rhodamin B menggunakan sinar visibel dengan variasi

waktu penyinaran dan analisis dengan spektrofotometri UV-Vis dengan panjang

gelombang 553 nm.

B. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini akan dilakukan di Sub Laboratorium Kimia UPT

Laboratorium Pusat Universitas Sebelas Maret Surakarta pada bulan Juli-

November 2011.

C. Alat dan Bahan

1. Alat-alat yang digunakan

a. Peralatan gelas

b. Spektrofotometer XRD (Shimadzu XRD-6000)


commit to user

23

c. Spektrofotometer UV-Vis (Perkin Elmer Lambda 25)

d. Spektrofotometer FT-IR (Shimadzu PC 8201)

e. Spektrofotometer XRF (JEOL Element Analyzer JSX-3211)

f. Furnace (Thermolyne 48000)

g. Neraca analisis(Sartorius BP 110, maksimum 110 g; minimum 0,001 g)

h. Oven (Memmert)

i. Penangas air

j. Lampu Halogen (Osram, 35 watt; 12 volt)

k. Stop watch

l. Magnetic stirer

m. Statif dan Klem

n. Termometer 150 oC

o. Pemanas (Hot plate)

p. Spatula

2. Bahan yang digunakan

a. Titanium Tetraisopropoksida (TTIP) p.a (Merck)

b. Cr(NO3)3.9H2O (Merck)

c. Urea (Merck)

d. Asam Asetat glasial (CH3COOH) 98,5 % (Merck)

e. Aquades (Lab. Kimia Pusat FMIPA UNS)

f. Zat warna Rhodamin B (Merck)


commit to user

24

g. Batu es

h. Kertas Indikator Universal

D. Prosedur Penelitian

1. Preparasi TiO2

Larutan TTIP dihidrolisis dengan asam asetat berlebih untuk memelihara

suspensi dari partikel terhadap aglomerasi. 10 ml TTIP di hidrolisis dengan asam

asetat pH 2 sebanyak 100 ml. Setelah itu suhu larutan diturunkan menjadi

10-15 °C hingga terbentuk suspensi sol TiO2 transparan (bening) pada akhir

tahapan hidrolisis. Campuran TiO2 selanjutnya dipanaskan pada suhu maksimum

90 °C diatas pemanas (hot plate) hingga terbentuk suspensi sol TiO2. Kemudian

suspensi sol TiO2 dipanaskan 150 °C selama 24 jam (over night) di dalam oven

hingga terbentuk xerogel TiO2 berwarna putih. Selanjutnya xerogel TiO2 akan di

gunakan sebagai stock untuk preparasi komposit maupun karakterisasi. Dalam

pembuatan standar xerogel TiO2 dikalsinasi selama 4 jam dengan variasi suhu

150 °C, 300 °C, 400 °C, 500 °C, 600 °C, dan 700 °C dengan kecepatan furnace

10 ˚C/menit. Kemudian dari hasil kalsinasi dilakukan karakterisasi yang

digunakan sebagai standar.

2. Preparasi Komposit TiO2-Cr2O3

0,8 gram TiO2 di tambahkan dengan 4 gram Cr(NO3)3.9H20 dan 3 gram

urea yang telah di larutkan dalam 100 ml aquades. Campuran tersebut diaduk

dengan pengaduk magnetik hingga homogen. Campuran tersebut kemudian di

panaskan pada suhu 110 °C selama 2 hari. Setelah terbentuk serbuk, kemudian

powder tersebut di kalsinasi dengan variasi suhu 300 °C, 400 °C, 500 °C, 600 °C,

dan 700 °C yang masing – masing selama 4 jam dengan kecepatan furnace 10 ˚C

/menit. Kemudian masing – masing komposit TiO2-Cr2O3 yang terbentuk di

karakterisasi.


commit to user

25

3. Karakterisasi Komposit TiO2- Cr2O3

Karakterisasi dengan difraksi sinar-X dilakukan untuk menentukan fase

kristal dan kristalinitas material, karakterisasi dengan spektrofotometer Infra

Merah di lakukan untuk membuktikan adanya serapan bilangan gelombang dari

TiO2 maupun Cr2O3 dan karakterisasi XRF untuk mengetahui komposisi antara

TiO2 dan Cr2O3.

4. Fotodegradasi Zat Warna Rhodamin B

Sampel standar TiO2 dan komposit TiO2-Cr2O3 dari berbagai hasil variasi

suhu kalsinasi di masukkan ke dalam erlenmeyer masing – masing 0,01 gram

TiO2-Cr2O3 ditambah 25 ml Rhodamin B 5 ppm dan di lakukan pengadukan.

Erlenmeyer di tutup dengan plastik transparan, selanjutnya di sinari dengan sinar

Visibel dalam reaktor dengan variasi waktu 0, 30, 60, 120, dan 180 menit.

Kemudian masing-masing larutan di analisis dengan spektrofotometer UV-Vis

pada panjang gelombang antara 400-800 nm.

E. Teknik Pengumpulan Data dan Analisis Data

1. Pengumpulan Data

Data yang diambil untuk karakterisasi standar TiO2 dan komposit TiO2-

Cr2O3 dengan menggunakan X-Ray Diffraction, FT-IR, dan X-Ray Fluoresence.

X-Ray Diffraction akan didapatkan nilai 2θ komposit untuk identifikasi hasil

sintesis sistem kristal dan untuk mengetahui rasio anatase dan rutile.

Karakterisasi gugus fungsional untuk mengetahui struktur digunakan FT-IR. Data

komposisi TiO2 dan Cr2O3 dalam komposit diketahui dengan menggunakan X-Ray

Fluoresence. Aplikasi komposit untuk fotodegradasi zat warna Rhodamin B

diambil data absorbansi sesudah dan sebelum treatmen fotokatalis berdasarkan

variasi waktu penyinaran sinar visibel dengan menggunakan spektroskopi UV-

Vis.


commit to user

26

2. Analisa Data

Pola difraksi sinar X dari komposit TiO2-Cr2O3 akan dianalisa secara

kualitatif dan kuantitatif. Analisa kualitatif dilakukan dengan membandingkan

harga 2θ dan I/I1 dari spektrum difraksi komposit hasil sintesis dengan spektrum

difraksi standar JCPDS (Joint Commite Powder Difraction Standart). Analisa

kuantitatif dilakukan dengan menghitung rasio anatase dan rutile. Sedangkan

untuk modifikasi TiO2-Cr2O3 dapat dicari difraktogram pada jurnal yang

menganalisis senyawa yang sama.

Analisa degragasi zat warna Rhodamin B sebelum dan sesudah penyinaran

sinar visibel dilakukan dengan mengukur serapan panjang gelombang

menggunakan spektroskopi UV-Vis. Pengurangan nilai absorbansi menunjukkan

adanya degradasi zat warna Rhodamin B akibat fotodegradasi oleh material

fotokatalis.


commit to user

27

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

F. Sintesis TiO2 (Titanium Dioksida)

Sintesis material TiO2 yang dilakukan melalui proses sol-gel seperti

penelitian yang dilakukan oleh Wahyuningsih et al. (2007). Jika menginginkan

bentuk kristal anatase lebih banyak dibandingkan dengan rutile atau bentuk

brookite pada hasil sintesis TiO2 maka diperlukan optimasi kondisi sintesis dan

strategi – strategi tertentu.

Bahan awal dalam sintesis TiO2 adalah TTIP (Titanium

Tetraisopropoksida) yang dimasukkan ke dalam asam asetat glasial dalam suasana

asam (pH = 2) dan dibawah suhu kamar dimana asam asetat glasial diletakkan

pada gelas beker yang berada pada penangas berisi es batu. Penambahan TTIP ke

dalam asam asetat glasial dilakukan dalam suhu rendah skitar 10 - 15 oC dengan

harapan agar tidak terjadi aglomerasi pada TTIP. Campuran tersebut kemudian

dihomogenkan dengan menggunakan pengaduk magnetik hingga campuran

bening. Campuran tersebut kemudian dipanaskan secara bertahap sampai suhu 90

oC untuk pembentukan suspensi sol gel hingga asam asetat pada campuran

tersebut menguap. Setelah terbentuk suspensi sol gel untuk menghilangkan

pengotor-pengotor organik dan sisa pelarut dilakukan pemanasan dalam oven

selama 24 jam dengan suhu 150 oC. Langkah terakhir yang dilakukan adalah

perlakuan termal pada variasi suhu kalsinasi yaitu 150 oC, 300

oC, 400

oC, 500

oC, 600

oC, dan 700

oC selama 4 jam sehingga dihasilkan kristal TiO2.

Reaksi secara keseluruhan dari sintesis TiO2 dari TTIP dapat ditunjukkan

dengan reaksi:

Ti(iPr)4 + CH3COOH

H+

Sol TiO2

Sol TiO2 90 oC

Sol gel TiO2

Sol gel TiO2 150 oC

xerogel

TiO2

xerogel TiO2 variasi suhu Serbuk TiO2 (anatase/rutile)


commit to user

28

G. Sintesis Komposit TiO2-Cr2O3

Komposit TiO2-Cr2O3 disintesis dengan metode wet impregnation seperti

penelitian yang dilakukan oleh Riyas et al. (2002) yang dilakukan dengan dua

tahapan yaitu penambahan akuades sebagai pelarut dan pemanasan, sedangkan

pembuatan Cr2O3 mengacu pada penelitian yang dilakukan Music et al. (1999).

Langkah awal sintesis komposit ini dengan cara 4 gram Cr(NO3)3.9H2O

dilarutkan dalam akuades dengan pengadukkan magnetik hingga homogen

kemudian diikuti penambahan urea sebanyak 3 gram yang diaduk dengan

pengaduk magnetik setelah homogen ditambah dengan 0,8 gram xerogel TiO2

dengan pengadukkan magnetik selama 1 jam. Garam Cr(NO3)3.9H2O dan urea

sebagai bahan awal Cr2O3 dengan Cr yang memiliki muatan 3+. Material Cr2O3

berikatan pada permukaan TiO2 dengan cara gugus hidroksil pada permukaan

TiO2 berinteraksi dengan Cr3+

sedangan Cr3+

dan H2O bereaksi menghasilkan

Cr(OH)3. Campuran tersebut dikeringkan dalam oven selama 2 hari pada suhu 110

oC untuk menguapkan pelarut dan menghilangkan pengotor - pengotor organik,

selanjutnya dikalsinasi dengan variasi suhu 300 o

C, 400 o

C, 500 o

C, 600 o

C, dan

700 oC selama 4 jam sehingga dihasilkan komposit TiO2-Cr2O3.

Mekanisme pertumbuhan Cr2O3 yang ditambahkan pada TiO2 secara

skematik dapat dijelaskan dengan reaksi sebagai berikut:

Cr3+

+ 3H2O Cr(OH)3 + 3H+

(NH2)2CO + 3H2O 2NH4+ + 2OH

- +CO2

Cr(OH)3 CrOOH Cr2O3

Cr2O3 + Xerogel TiO2 110oC Xerogel komposit TiO2-Cr2O3

Xerogel komposit TiO2-Cr2O3 variasi suhu Powder Komposit TiO2-Cr2O3

Penambahan urea dapat mempercepat hidrolisis ion Cr3+

untuk

pengendapan hidroksida. Perlakuan hidrotermal merubah Cr(OH)3 menjadi

CrOOH yang selanjutnya bertransisi menjadi Cr2O3 dikarenakan Cr2O3 lebih tahan

terhadap suhu tinggi seperti pada penelitian Music et al. (1999).


commit to user

29

H. Karakterisasi

1. Difraksi Sinar-X (XRD)

Analisa dengan difraksi sinar-X menggunakan radiasi Cu Kα

(λ = 1,54060 Å) dilakukan untuk mengetahui kristalinitas TiO2 dan komposit

TiO2-Cr2O3. Hasil analisa XRD tersebut kemudian dibandingkan dengan JCPDS

(Joint Commite Powder Diffraction Standart) dan jurnal yang bersangkutan.

Gambar 6. Spektra difraksi sinar-X dari TiO2 murni dengan variasi suhu 150 o

C -

700 o

C

Hasil analisa XRD untuk TiO2 murni dapat ditunjukkan pada Gambar 6.

Pada gambar tersebut menunjukkan perbandingan difraktogram TiO2 murni

dengan variasi suhu. Pada spektra difraksi sinar-X TiO2 murni suhu 150 o

C dan

300 o

C belum banyak informasi yang dapat diperoleh karena pada suhu ini TiO2

20 30 40 50 60

inte

nsi

tas(

a.u

.)

2-Theta (degree)

= rutile = anatase

700 °C

600 °C

400 °C

500 °C

150°C

300°C


commit to user

30

murni masih dalam bentuk amorf (belum terbentuk kristal). Pada suhu 400 o

C

kristal mulai terbentuk, dari gambar spektra hasil XRD diketahui muncul puncak

yang mengindikasikan TiO2 anatase yang ditunjukkan dengan puncak di daerah

2θ = 25,35o (d101 = 3,5091 Å), 2θ = 37,95

o (d004 = 2,3679 Å), dan 2θ = 48,15

o (d200

= 1,8874 Å), 2θ = 54,86o

(d211 = 1,6716 Å) dan 2θ = 55,01o

(d211 = 1,6674 Å)

sesuai dengan standar JCPDS No. 782-486, Pada suhu 500 o

C mulai muncul

puncak yang mengindikasikan TiO2 rutile yang ditunjukkan dengan puncak

daerah 2θ = 27,50o

(d110 =3,2394 Å) sesuai dengan standar JCPDS No. 870-710,

puncak rutile ini pada suhu 600 o

C dan 700 o

C intensitasnya semakin tinggi

sedangkan pada puncak 2θ = 25,35o

(d101 = 3,5091 Å) intensitasnya semakin

rendah yang berarti semakin tinggi suhu semakin banyak TiO2 anatase yang

terkonversi menjadi rutile dikarenakan rutile merupakan bentuk stabil dari TiO2.

Pada suhu 600 o

C kristalinitas kristal yang terbentuk semakin baik sehingga

puncak-puncak yang terbentuk semakin terlihat jelas, muncul puncak-puncak baru

yang mengindikasikan TiO2 rutile dan TiO2 anatase. TiO2 rutile ditunjukkan

dengan puncak di daerah 2θ = 36,10o

(d101 = 2,4849 Å), 2θ = 39,20o

(d200 = 2,2952

Å), 2θ = 41,25o

(d111 = 2,1857 Å), 2θ = 44,05o

(d210 = 2,0531 Å), 2θ = 54,36o

(d211

= 1,6858 Å), 2θ = 56,66o

(d220 = 1,6227 Å) sesuai dengan standar JCPDS No. 870-

710 sedangkan TiO2 anatase ditunjukkan dengan puncak di daerah 2θ = 37,05o

(d004 = 2,48493 Å) dan 2θ = 38,55o

(d112 = 2,3324 Å) sesuai dengan standar

JCPDS No. 782-486. Pada suhu 700 o

C puncak-puncak yang mengindikasikan

TiO2 anatase intensitasnya menurun drastis dan sebagian puncak TiO2 anatase

menghilang sedangkan puncak yang mengindikasikan TiO2 rutile semakin tinggi

intensitasnya.


commit to user

31

Untuk mengetahui persentase pembentukan masing-masing fase TiO2

murni dapat ditunjukkan pada Gambar 7.

Gambar 7. Persentase relatif fase anatase dan fase rutile pada standar TiO2 murni

pada variasi suhu kalsinasi.

Tabel 1. Rasio A/R pada TiO2 Murni

TiO₂ variasi suhu kalsinasi

400 500 600 700

A/R 1 : 0 1 : 0,064 1 : 0,716 1 : 9,929

Dari diagram batang dan tabel diatas menunjukkan bahwa pada suhu

termal 400 o

C dihasilkan TiO2 anatase yang besar yaitu 100 % sedangan dengan

bertambahnya suhu kalsinasi maka dapat meningkatkan perubahan bentuk fase

TiO2 anatase menjadi fase TiO2 rutile. Dapat disimpulkan bahwa TiO2 anatase

tidak tahan terhadap suhu yang tinggi yang ditandai dengan perubahan bentuk dari

fase anatase ke fase rutile yang semakin meningkat pada suhu kalsinasi 500 o

C -

700 oC.


commit to user

32

Gambar 8. Spektra difraksi sinar-X dari material hasil sintesis dengan variasi

suhu 300 oC -700

oC.

Tabel 2. Standar JCPDS dari Cr₂O₃ dan (Ti0,12Cr0,88)₂O₃ sebagai Pembanding

serta Komposit Hasil Sintesis.

hkl 012 104 110 113 024 116

Cr₂O₃ JCPDS

No. 381-479

24,494° 33,597° 36,196° 41,48° 50,22° 54,852°

(Ti0,12Cr0,88)₂O₃ JCPDS

No.820-211

24,431° 33,503° 36,1° 41,363° 50,07° 54,678°

Komposit Hasil

Sintesis 24,600° 33,502° 36,302° 41,553° 50,154° 54,805°

Analisa XRD material hasil sintesis dapat ditunjukkan pada Gambar 8.

Pada gambar tersebut menunjukkan perbandingan difraktogram dengan variasi


commit to user

33

suhu. Pada suhu 400 oC secara keseluruhan spektra hasil XRD belum

menunjukkan perbedaan yang signifikan dengan spektra hasil XRD pada suhu

300 oC, tetapi pada suhu 400

oC memiliki puncak yang lebih tinggi dan runcing

bila dibandingkan dengan material hasil sintesis pada suhu 300 oC, hal ini

dikarenakan semakin tinggi suhu akan mempengaruhi perkembangan kristal yang

terbentuk. Pada suhu 400 oC kristal mulai terbentuk sedangkan pada suhu 300

oC

masih dalam bentuk amorf sehingga puncak yang terbentuk tidak begitu runcing

dan intensitasnya rendah, begitu juga dengan material hasil sintesis suhu 150 oC

masih dalam bentuk amorf dan sangat higroskopis sehingga tidak dilakukan

karakterisasi dengan XRD. Dari gambar spektra XRD material hasil sintesis suhu

300 o

C dan 400 oC diketahui muncul puncak yang mengindikasikan Cr2O3 yang

ditunjukkan dengan puncak 2θ di daerah 2θ = 24,60o

(d102 = 3,6144 Å), 2θ =

36,30o (d110 =2,4717 Å), 2θ = 41,55

o (d113 = 2,1707 Å), 2θ = 54,80

o (d116 = 1,6730

Å) yang sesuai dengan standar JCPDS No. 381-479 (Tabel 2), sedangkan puncak

pada 2θ = 33,50o (d104 = 2,6716 Å), 2θ = 50,15

o (d024 = 1,8167 Å)

mengindikasikan puncak (Ti0,12Cr0,88)2O3 sesuai dengan standar JCPDS No. 820-

211(Tabel 2). Pada penelitian Chen et al, (2009) dan Gallardo et al, (2008)

sebagian dari TiO2 tersubtitusi dalam Cr2O3 sehingga puncak yang terdeteksi

sebagai (Ti0,12Cr0,88)2O3. Dari gambar spektra hasil XRD pada suhu 500 oC

diketahui muncul puncak baru yang mengindikasikan kehadiran TiO2 anatase

yang ditunjukkan dengan puncak di daerah 2θ = 25,30o

(d101 = 3,5159Å) sesuai

dengan standar JCPDS No.782-486. Dari gambar spektra hasil XRD pada suhu

600 oC diketahui muncul dua puncak TiO2 anatase yang ditunjukkan dengan

puncak di daerah 2θ = 25,35o

(d101 = 3,5091 Å) dan 2θ = 48,05o

(d200 = 1,8911Å)

sesuai dengan standar JCPDS No. 782-486, sedangkan pada suhu kalsinasi 700 oC

puncak TiO2 anatase mulai menurun intensitasnya.

Bila dibanding dengan TiO2 murni, TiO2 dengan penambahan Cr3+

meningkatkan kristalinitas yang ditunjukkan pada suhu 300 oC telah terbentuk

puncak-puncak yang lebih runcing sedangkan TiO2 murni hanya terlihat satu

puncak yang melebar yang di tunjukkan pada Gambar 6 dan 8. TiO2 dengan

penambahan Cr3+

juga mampu menahan pertumbuhan rutile pada suhu yang


commit to user

34

tinggi terbukti dengan tidak munculnya puncak rutile pada suhu 500 oC sedangkan

pada TiO2 murni mulai muncul puncak rutile pada suhu 500 oC dan terlihat jelas

pada suhu 600 o

C-700 o

C dengan puncak TiO2 rutile yang intensitasnya semakin

tinggi dan runcing dengan diikuti menurunnya intensitas pada puncak TiO2

anatase. Dengan kata lain TiO2 dengan penambahan Cr3+

mempunyai ketahanan

termal pada suhu tinggi dibanding dengan TiO2 murni dengan ditunjukkan tidak

terdapat puncak rutile dalam komposit sehingga penambahan Cr3+

dapat menahan

kenaikkan ukuran kristal selama proses pemanasan berlangsung. Hal ini sesuai

dengan penelitian yang dilakukan oleh Pirault et al. (2007) bahwa dengan

penambahan Cr3+

dapat menahan pertumbuhan ukuran kristal sehingga menahan

perubahan bentuk kristal ke bentuk rutile yang memiliki ukuran kristal ~30 nm.

Untuk mengetahui persentase pembentukan masing-masing TiO2 fase

anatase, Cr2O3 dan (Ti0,12Cr0,88)2O3 pada material hasil sintesis dapat ditunjukkan

pada Gambar 9.

Gambar 9. Presentase relatif TiO2 fase anatase, Cr2O3 dan (Ti0,12Cr0,88)2O3 pada

material hasil sintesis dengan variasi suhu kalsinasi.


commit to user

35

Dari diagram batang pada Gambar 9. menunjukkan bahwa semakin besar

suhunya maka pembentukkan Cr2O3 dan (Ti0,12Cr0,88)2O3 semakin meningkat

sedangkan TiO2 fase anatase juga meningkat dari suhu 500 oC ke 600

oC dan

menurun pada suhu 700 o

C. Terjadinya pembentukkan (Ti0,12Cr0,88)2O3 dan Cr2O3

akan mempengaruhi fotoaktivitas dalam mendegradasi Rhodamin B, dengan kata

lain pembentukkan (Ti0,12Cr0,88)2O3 dan Cr2O3 juga dapat mempengaruhi

fotoaktifitas seperti TiO2 anatase dan lebih lanjut dijelaskan dalam aktivitas

komposit dalam mendegradasi Rhodamin B.

2. Fourier Transform Infra Red (FT-IR)

Spektrum serapan inframerah suatu material mempunyai pola yang khas

sehingga memungkinkan untuk mengidentifikasi material tersebut dan juga

menunjukkan keberadaan gugus-gugus fungsional utama dalam struktur senyawa

yang diidentifikasi. Selain itu analisa FT-IR digunakan untuk memperkuat

identifikasi dari XRD. Analisa dari FT-IR dengan membandingkan hasil

karakterisasi dari TiO2 dan komposit TiO2-Cr2O3 sehingga didapatkan serapan-

serapan khusus yang merupakan karakteristik keduanya.


commit to user

36

Gambar 10. Spektra FT-IR (a) TiO2 murni (b) Komposit TiO2-Cr2O3 pada suhu

400 oC

Hasil analisis dengan spektroskopi inframerah (FT-IR) TiO2 murni

ditunjukkan Gambar 10 (a). Sedangkan untuk komposit TiO2-Cr2O3 ditunjukkan

Gambar 10 (b). Pada serapan pada bilangan gelombang 459,06 cm-1

yang

merupakan vibrasi Ti-O-Ti (Luu et al., 2010; Merouani et al., 2007), Sedangkan

gelombang 536,21 cm-1

(a) dan 549.71cm-1

(b) yang merupakan vibrasi tekuk Ti-

O (Luu et al., 2010). Bilangan gelombang pada 1531,78 cm-1 (a) dan 1625.99 cm

-1

(b) menunjukan vibrasi tekuk dari –OH dan untuk serapan pada 2843,07 cm-1

(a)

dan 2841.15 cm-1

(b) merupakan serapan lemah dari Ti-O. Pada bilangan

gelombang 3406,72 cm-1

(a) dan 3404.36 cm-1

(b) menunjukkan vibrasi ulur

serapan Ti-OH (Luu et al., 2010; Balachandaran et al., 2011; Crisan et al., 2000).

Pada spektra FT-IR komposit TiO2-Cr2O3 yang ditunjukkan oleh

Gambar 12 (b). Pada spektra tersebut muncul serapan baru pada bilangan

(a

)

(b)

2283.72

3406,72

2843,07

1531,78

3404.36

2841.15

1625.99

459

549

536,21


commit to user

37

gelombang 2283.72 cm-1

yang menunjukkan vibrasi O – Cr pada Cr2O3 (Esparza

et al., 2011). Dengan adanya serapan tersebut mengidentifikasikan bahwa

terbentuknya Cr2O3.

3. X-Ray Flouresence (XRF)

Analisa dengan menggunakan fluoresensi sinar-X untuk menganalisis

unsur-unsur atau senyawa dalam komposit TiO2-Cr2O3 dengan prinsip eksitasi

elektron dari kulit luar ke kulit dalam. Hasil dari fluoresensi sinar-X ditunjukkan

pada Tabel 3. Tabel tersebut menunjukkan adanya kandungan TiO2 dan Cr2O3

pada masing-masing komposit TiO2-Cr2O3 dengan variasi suhu kalsinasi. Pada

analisa XRF ini terdapat kandungan selain TiO2 dan Cr2O3 dikarenakan

penggunaan beberapa senyawa untuk preparasi sampel dalam analisis XRF. Jika

dilihat dari Tabel 3. Cr2O3 lebih dominan terhadap TiO2, karena Cr2O3 lebih

dominan sekitar dua kali dari TiO2 sehingga dimungkinkan TiO2 tersubstitusi

dalam Cr2O3. Untuk mengetahui lebih jelas komposisi persentase TiO2 dan

persentase Cr2O3 dapat dilihat dari diagram batang perbandingan rasio TiO2 dan

Cr2O3 pada komposit TiO2-Cr2O3 masing-masing variasi yang ditunjukkan pada

Gambar 11.

Tabel 3. Hasil Data Analis Fluoresensi Sinar-X Komposit TiO2-Cr2O3 dengan

Variasi Suhu Kalsinasi

Suhu kalsinasi (˚C) TiO₂ % Cr₂O₃ % lain-lain %

400 30,75 68,99 0,26

500 30,72 69,01 0,27

600 30,79 68,65 0,56

700 30,25 68,94 0,81


commit to user

38

Gambar 11. Hasil analisa XRF pada komposit TiO2-Cr2O3

I. Fotodegradasi Standar TiO2 dan Komposit TiO2-Cr2O3

1. Fotodegradasi Rhodamin B dengan Standar TiO2

Uji aktivitas TiO2 murni untuk degradasi Rhodamin B dengan variasi

waktu dilakukan pada TiO2 murni variasi suhu 400 o

C - 700 o

C. Hasil degradasi

Rhodamin B ditunjukkan Gambar 12-15. Sebanyak 0,01 gram TiO2 murni

dimasukkan ke dalam 25 ml Rhodamin B 5 ppm yang kemudian disinari lampu

halogen dalam reaktor dengan variasi waktu. Variasi waktu yang digunakan yaitu:

0 menit, 30 menit, 60 menit, 120 menit dan 180 menit.

0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4

400 °C 500 °C 600 °C 700 °C

%

variasi suhu

Komposisi

TiO₂ %

Cr₂0₃ %

lain-lain %


commit to user

39

Gambar 12. Kurva degradasi Rhodamin B oleh TiO2 murni pada suhu kalsinasi

400 oC dengan Variasi Waktu 0 menit (a), 30 menit (b), 60 menit (c),

120 menit (d), 180 menit (e).




0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

400 500 600 700 800

Ab

sorb

ansi

Panjang gelombang ( nm )

a

b

c

d

e

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

400 500 600 700 800

Ab

sorb

ansi


a

b

c

d e


commit to user

40







0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

400 500 600 700 800

Ab

sorb

ansi


a

b

c

d

e

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

400 450 500 550 600 650 700 750 800

Ab

sorb

ansi


a

b

c

d

e


commit to user

41

Gambar 12-15. Menunjukkan spektra penurunan absorbansi Rhodamin B

dengan variasi waktu penyinaran selama: 0 menit, 30 menit, 60 menit, 120 menit,

180 menit oleh masing-masing variasi suhu TiO2 murni. Dari gambar tersebut

dapat dilihat bahwa penurunan absorbansi Rhodamin B semakin besar sejalan

dengan bertambahnya waktu penyinaran dari 0 menit sampai 180 menit. Hasil

tersebut menunjukkan bahwa semakin lama waktu penyinaran sinar visibel yang

diberikan maka akan semakin besar penurunan absorbansi Rhodamin B.

Tabel 4. Hasil Degradasi Rhodamin B pada TiO2 Murni

variasi suhu oC

Persentase Degradasi Rhodamin B %

30 menit 60 menit 120 menit 180 menit

400 22,96 31,91 36,22 43,15

500 2,46 4,15 19,77 37,97

600 5,29 14,87 15,34 26,74

700 7,39 12,65 14,04 14,49

Hasil ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan Liu dan Gao. (2005);

Wei dan Chen. (2009); dan Xing et al. (2009) yang membuktikan bahwa semakin

lama waktu penyinaran sinar visibel akan memberikan pengaruh pada aktivitas

fotokatalitik TiO2 murni yang semakin meningkat (Tabel 4). Hal ini dikarenakan

semakin lama penyinaran sinar visibel, akan semakin banyak elektron yang terus

tereksitasi dan berperan dalam aktivitas fotodegradasi Rhodamin B. Pada

degradasi Rhodamin B dengan TiO2 murni, semakin tinggi suhu persentase

degradasi semakin menurun dikarenakan semakin banyak TiO2 anatase yang

berubah menjadi rutile sehingga aktivitas fotokatalitiknya menurun.


commit to user

42

Gambar 16. Hasil fotodegradasi Rhodamin B pada TiO2 murni dengan variasi

suhu.

Pada grafik yang ditunjukkan Gambar 16. Memperlihatkan hasil

degradasi Rhodamin B dari TiO2 murni dengan variasi suhu kalsinasi dan variasi

waktu penyinaran. Dari grafik tersebut terlihat penurunan aktivitas fotokatalis

TiO2 pada variasi suhu kalsinasi dari 400 ˚C sampai dengan 700 ˚C. Hasil terbaik

adalah pada suhu 400 ˚C, hal tersebut didukung dengan hasil karakterisasi XRD

dimana pada suhu ini memiliki struktur yang paling baik dengan terbentuk 100%

TiO2 fase anatase sehingga fotoaktivitasnya paling baik juga.

2. Fotodegradasi Rhodamin B dengan Komposit TiO2-Cr2O3

Uji aktivitas komposit TiO2-Cr2O3 untuk degradasi Rhodamin B dengan

variasi waktu dilakukan pada komposit TiO2-Cr2O3 variasi suhu 400 o

C - 700 o

C.

Hasil degradasi Rhodamin B ditunjukkan Gambar 17-20. Sebanyak 0,01 gram

komposit dimasukkan ke dalam 25 ml Rhodamin B 5 ppm yang kemudian disinari

lampu halogen dalam reaktor dengan variasi waktu. Variasi waktu yang

digunakan yaitu: 0 menit, 30 menit, 60 menit, 120 menit dan 180 menit.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 50 100 150 200

A/A₀

Waktu (menit)

400

500

600

700

rod


commit to user

43

Gambar 17. Kurva degradasi Rhodamin B oleh komposit TiO2-Cr2O3 pada suhu

kalsinasi 400 oC dengan Variasi Waktu 0 menit (a), 30 menit (b), 60

menit (c), 120 menit (d), 180 menit (e).




0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

400 500 600 700 800

Ab

sorb

ansi

Panjang gelombang (nm )

a b

c

d

e

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

400 500 600 700 800

Ab

sorb

ansi

Panjang gelombang (nm)

a

b

c d

e


commit to user

44







Gambar 17-20. Menunjukkan spektra penurunan absorbansi Rhodamin B

dengan variasi waktu penyinaran selama: 0 menit, 30 menit, 60 menit, 120 menit,

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

400 500 600 700 800

Ab

sorb

ansi

Panjang gelobang (nm)

a

b

c

d

e

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

400 500 600 700 800

Ab

sorb

ansi


a b

c d e


commit to user

45

180 menit oleh masing-masing variasi suhu komposit TiO2-Cr2O3. Dari gambar

tersebut dapat dilihat bahwa penurunan absorbansi Rhodamin B semakin besar

sejalan dengan bertambahnya waktu penyinaran dari 0 menit sampai 180 menit.

Hasil tersebut menunjukkan bahwa semakin lama waktu penyinaran sinar visibel

yang diberikan maka akan semakin besar penurunan absorbansi Rhodamin B.

Degradasi Rhodamin B terjadi apabila terbentuk O2• atau OH• yang akan

memecah Rhodamin B menjadi senyawa ramah lingkungan. Apabila standar atau

komposit terkena energi foton dari sinar visibel maka unsur yang peka terhadap

sinar visibel akan meresponnya dalam hal ini adalah TiO2 dan Cr2O3. Pada standar

TiO2, ketika TiO2 menyerap sinar visibel maka elektron pada pita valensi akan

tereksitasi ke pita konduksi ( e- ) dan meninggalkan hole ( h

+ ) pada pita valensi

yang bermuatan positif. Selanjutnya elektron yang tereksitasi akan bereaksi

dengan O2 menghasilkan O2• dan apabila bereaksi dengan H2O menjadi OH•.

Sedangkan pada komposit TiO2-Cr2O3 dan TiO2-(Ti0,12Cr0,88)2O3, ketika Cr2O3

menyerap sinar visibel maka elektron pada pita valensi akan tereksitasi ke pita

konduksi ( e- ) dan meninggalkan hole ( h

+ ) pada pita valensi yang bermuatan

positif. Elektron yang terseksitasi akan terjebak pada permukaan Cr2O3 dan

sebagian ada yang rekombinasi menghasilkan panas. Elektron yang terjebak pada

permukaan Cr2O3 akan berpindah ke pita konduksi TiO2 melalui mekanisme

injeksi. Selanjutnya elektron yang tereksitasi akan bereaksi dengan O2

menghasilkan O2• dan apabila bereaksi dengan H2O menjadi OH•. Gugus–gugus

radikal tersebut yang akan mendegradasi Rhodamin B.


commit to user

46

Gambar 21. Kurva degradasi Rhodamin B pada TiO2 murni pada suhu 400 oC

yang telah dalam bentuk kristal.

Pada Gambar 21. dalam kurva degradasi Rhodamin B terjadi degradasi

Rhodamin B dimana muncul beberapa puncak dengan puncak utama yang akan

mencapai panjang gelombang maksimum pada 543 nm sedangkan puncak–

puncak yang lain yang lebih rendah yaitu sekitar 365 nm merupakan bentuk

intermediet Rhodamin B sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Gustavsson

dan Schuler (2010). Pada penelitian ini tidak dilakukan degradasi Rhodamin B

menggunakan TiO2 murni dan komposit pada suhu kalsinasi 150 o

C dan 300 o

C

dikarenakan material tersebut masih berbentuk amorf, seperti layaknya senyawa

amorf lain yang tidak memiliki keteraturan susunan atom sehingga bahan tersebut

tidak memiliki keteraturan pita konduksi dan valensi, karena hal tersebut material

ini tidak dapat melakukan aktivitas fotokatalitik dengan baik (Rospiati, 2006).

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

230 330 430 530 630 730

Ab

sorb

ansi


Intermediet hasil

pemecahan

Rhodamin B


commit to user

47

Tabel 5. Hasil Degradasi Rhodamin B pada Komposit TiO2-Cr2O3

Hasil ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan Liu dan Gao. (2005);

Wei dan Chen. (2009); dan Xing et al. (2009) yang membuktikan bahwa semakin

lama waktu penyinaran sinar visibel akan memberikan pengaruh pada aktivitas

fotokatalitik komposit yang semakin meningkat (Tabel 5). Hal ini dikarenakan

semakin lama penyinaran sinar visibel, akan semakin banyak elektron yang terus

tereksitasi dan berperan dalam aktivitas fotodegradasi Rhodamin B. Pada

degradasi Rhodamin B diperoleh hasil terbaik pada komposit dengan pemanasan

700 oC. Hasil ini berkaitan dengan struktur TiO2-Cr2O3 dan TiO2-(Ti0,12Cr0,88)2O3.

Gambar 22. Hasil fotodegradasi Rhodamin B pada komposit TiO2-Cr2O3 dengan

variasi suhu.

variasi

suhu

Persentase Degradasi Rhodamin B %

30 menit 60 menit 120 menit 180 menit

400 oC 2,99 3,80 10,59 18,13

500 oC 6,73 8,41 11,16 24,02

600 oC 19,34 25,01 28,31 29,49

700 oC 15,00 32,92 57,34 74,71


commit to user

48

Pada grafik yang ditunjukkan Gambar 22. memperlihatkan hasil

degradasi Rhodamin B dari komposit TiO2-Cr2O3 berbagai variasi suhu 400 o

C-

700 oC. Dari grafik tersebut terlihat peningkatan aktivitas fotokatalis setelah

penambahan Cr3+

mengalami penurunan absorbansi. Hasil yang paling baik

adalah pada komposit TiO2-Cr2O3 pada suhu 700 o

C dengan waktu penyinaran

180 menit, seperti yang dijelaskan sebelumnya bahwa hal ini berkaitan dengan

struktur dari TiO2-Cr2O3 dan TiO2-(Ti0,12Cr0,88)2O3 sehingga efektif sebagai

fotokatalitik yang menghasilkan persentase Rhodamin B yang terdegradasi paling

tinggi. Cr2O3 atau Cr3+

berwarna hijau yang dapat bertindak sebagai fotosensitiser

sehingga dapat dipakai untuk memperbesar keterbatasan sensitivitas spektral dari

semikonduktor TiO2 dengan gap energi yang tinggi yaitu 3,2 eV sehingga

permukaan TiO2 dimodifikasi dengan menggunakan molekul sensitiser berwarna

dikarena dengan adanya sensitiser berwarna dapat memperbaiki sifat pada TiO2.

Jika potensial oksidasi dari sensitiser lebih tinggi dibanding band konduktansi

TiO2, menyusul eksitasi awal pewarna yang menyerap cahaya, elektron

dimasukkan dari sensitiser yang tereksitasi ke dalam pita konduksi TiO2. Elektron

yang berada di pita konduksi TiO2 dapat menginisiasi pembentukan radikal O2•

dan OH• sehingga mampu mendegradasi senyawa organik, hal ini sesuai dengan

penelitian yang dilakukan Kim et al. (2007). sehingga semakin banyak

pembentukan radikal O2• dan OH• semakin besar pula Rhodamin B yang

terdegradasi.


commit to user

47

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat diambil berdasarkan penelitian dan pembahasan

adalah sebagai berikut :

1. Penambahan Cr3+

mempengaruhi pertumbuhan kristal TiO2.

a. Tidak terbentuk TiO2 fase rutile sampai dengan pemanasan 700 oC.

b. Terbentuk komposit TiO2-Cr2O3 dan TiO2–(Ti0,12Cr0,88)2O3

2. Penambahan Cr3+

terjadi peningkatan fotoaktivitas TiO2 dalam mendegradasi

zat warna Rhodamin B.

B. Saran

Saran yang dapat diberikan terkait pada penelitian ini adalah perlu

dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai degradasi Rhodamin B dengan

menggunakan lapis tipis hasil sintesis TiO2 ataupun lapis tipis komposit

TiO2- Cr2O3 dan penelitian lebih lanjut mengenai perbandingan variasi TiO2 untuk

mengetahui lebih detail pengaruhnya.

EFEK PENAMBAHAN Cr3+ PADA PERTUMBUHAN KRISTAL …/Efek... · gel dengan bahan awal Titanium Tetra Isopropoksida (TTIP), sedangkan komposit TiO 2-Cr 2 O 3 dengan metode wet impregnation

Documents