EFEK PENAMBAHAN Cr 3+ PADA PERTUMBUHAN KRISTAL DAN FOTOAKTIVITAS TiO 2

Transkripsi

1 digilib.uns.ac.id EFEK PENAMBAHAN Cr 3+ PADA PERTUMBUHAN KRISTAL DAN FOTOAKTIVITAS TiO 2 Disusun Oleh : WIDIYA NUR HIDAYATIKA M SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA April, 2012 i

2 digilib.uns.ac.id PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul EFEK PENAMBAHAN Cr 3+ PADA PERTUMBUHAN KRISTAL DAN FOTOAKTIVITAS TiO 2 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 iii

3 digilib.uns.ac.id EFEK PENAMBAHAN Cr 3+ PADA PERTUMBUHAN KRISTAL DAN FOTOAKTIVITAS TiO 2 WIDIYA NUR HIDAYATIKA Jurusan Kimia. Fakultas Matematia dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Sebelas Maret ABSTRAK Telah dilakukan penelitian tentang sintesis TiO 2 dan komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 dengan variasi suhu kalsinasi. Sintesis TiO 2 menggunakan metode sol gel dengan bahan awal Titanium Tetra Isopropoksida (TTIP), sedangkan komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 dengan metode wet impregnation menggunakan bahan awal Cr(NO 3 ) 3.9H 2 O dan Urea. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan Cr 3+ pada pertumbuhan TiO 2 dan peningkatan fotoaktivitas TiO 2 setelah penambahan Cr 3+. Hasil penelitian menunjukkan puncak karakteristik TiO 2 anatase pada 2θ = 25,35 o, (Ti-Cr) 2 O 3 pada 2θ =33,50 o dan Cr 2 O 3 pada 2θ = 36,35 o. Sintesis TiO 2 pada suhu annealing 500 o C o C terjadi perubahan dari fase anatase menjadi rutile sedangkan dengan penambahan Cr 3+ 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 Cr 2 O 3 juga didukung dengan spektrofotometer XRF. Fotodegradasi Rhodamin B menunjukkan hasil terbaik pada degradasi dengan menggunakan TiO 2 yang dipanaskan pada suhu 400 o C,yaitu 43,15% Rhodamin B yang berhasil didegradasi dan hasil terbaik pada degradasi dengan menggunakan komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 yang dipanaskan pada suhu 700 o C,yaitu 74,71% Rhodamin B yang berhasil didegradasi. Kata kunci: TiO 2, Komposit TiO 2 -Cr 2 O 3, Fotodegradasi, Rhodamin B. iv

4 digilib.uns.ac.id EFFECT OF ADDITION Cr 3+ ON THE GROWTH OF TiO 2 CRYSTAL AND PHOTOACTIVITY WIDIYA NUR HIDAYATIKA Department of Chemistry. Mathematic and Natural Science Faculty. Sebelas Maret University. ABSTRACT The research on synthesis of TiO 2 and TiO 2 -Cr 2 O 3 composite with the variation of calcination temperature have been investigated. Synthesis of TiO 2 has been carried out by sol gel method with Titanium Tetra Isopropoksida (TTIP) as the starting material, while the composite of TiO 2 -Cr 2 O 3 has been carried out by wet impregnation method uses starting material in which Cr(NO 3 ) 3.9H 2 O and urea. This study aims to determine the effect of the addition Cr 3+ on the growth of TiO 2 crystal and an increasing of TiO 2 fotoactivity after the addition of Cr 3+. The result of research shows the peak of characteristic TiO 2 anatase in 2θ = o, (Ti-Cr) 2 O 3 at 2θ = 33,50 o and Cr 2 O 3 at 2θ = o. Synthesis of TiO 2 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 Cr 3+ into TiO 2. Identification with Fourier Transform Infra Red (FT-IR) showed absorptions O-Cr in the wave number of cm -1. The presence of Cr 2 O 3 is also supported by XRF data. The photodegradation of Rhodamin B shows that the best result is the degradation by using TiO 2 which was annealed at 400 o C, i.e 43.15% of Rhodamin B was degraded succesfully, meanwhile the best result is the degradation by using composite which was annealed at 700 o C, i.e 74.71% of Rhodamin B was degraded succesfully. Keyword: TiO 2, TiO 2 -Cr 2 O 3 composite, Photodegradation, Rhodamin B. v

5 digilib.uns.ac.id 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) vi

6 digilib.uns.ac.id 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. vii

7 digilib.uns.ac.id 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 viii

8 digilib.uns.ac.id 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 ix

9 digilib.uns.ac.id 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 Identifikasi Masalah Batasan Masalah Rumusan Masalah... 5 C. Tujuan Penelitian... 5 D. Manfaat Penelitian... 5 BAB II LANDASAN TEORI... 6 A. Tinjauan Pustaka Titanium Dioksida (TiO 2 )... 6 a. Polymorf Titanium Dioksida (TiO 2 )... 6 b. Modifikasi Titanium Dioksida (TiO 2 ) Fotokatalis Titanium Dioksida (TiO 2 )... 8 a. Mekanisme Fotokatalitik TiO b. Mekanisme Fotokatalitik commit TiO to user 2 dengan Penambahan Cr x

10 digilib.uns.ac.id c. Degradasi Fotokatalitik TiO 2 pada Rhodamin B dengan TiO Karakterisasi TiO 2 dan TiO 2 Cr 2 O a. X-Ray Diffactometer (XRD) b. Fourier Transform Infra Red (FTIR) c. Spektrofotometer UV-Visible (UV-Vis) d. X-Ray Fluoresence (XRF) B. Kerangka Pemikiran C. Hipotesis BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Metode Penelitian B. Tempat danwaktu Penelitian C. Alat dan Bahan yang Dibutuhkan Alat Bahan D. Prosedur Penelitian Preparasi TiO Preparasi Komposit TiO 2 -Cr 2 O Karakterisasi Komposit TiO 2 -Cr 2 O Fotodegradasi Zat Warna Rhodamin B E. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data Pengumpulan Data Analisis Data BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A. Sintesis TiO 2 (Titanium Dioksida) B. Sintesis Komposit TiO 2 -Cr 2 O C. Karakterisasi X-Ray Diffactometer (XRD) Fourrier Transform Infra Red (FT-IR) X-Ray Flouresence (XRF) D. Fotodegradasi Standar TiO 2 dan Komposit TiO 2 -Cr 2 O Fotodegradasi Rhodamin commit B to dengan user Standar TiO xi

11 digilib.uns.ac.id 2. Fotodegradasi Rhodamin B dengan Komposit TiO 2 -Cr 2 O BAB V KESIMPULAN DAN SARAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xii

12 digilib.uns.ac.id DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Rasio A/R pada TiO 2 Murni Tabel 2. Standar JCPDS dari Cr₂O₃&(Ti 0,12 Cr 0,88 )₂O₃ sebagai Pembanding serta Komposit Hasil Sintesis Tabel 3. Hasil Data Analis Fluoresensi Sinar-X Komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 dengan Variasi Suhu Kalsinasi Tabel 4. Hasil Degradasi Rhodamin B pada TiO 2 Murni Tabel 5. Hasil Degradasi Rhodamin B pada Komposit TiO 2 -Cr 2 O xiii

13 digilib.uns.ac.id DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Struktur TiO 2 rutile, anatase, brookite... 6 Gambar 2. Bentuk TiO 2 -rutile dan bentuk TiO 2 -anatase... 7 Gambar 3. Ilustrasi skematis proses fotoeksitasi dan de-eksitasi pada suatu semikonduktor... 9 Gambar 4. Mekanisme TiO 2 di bawah UV dan cahaya tampak Gambar 5. Struktur Rhodamin B Gambar 6. Spektra difraksi sinar-x dari TiO 2 murni dengan variasi suhu 300 o C -700 o C Gambar 7. Persentase Relatif fase anatase dan fase rutile pada standar TiO 2 murni pada variasi suhu kalsinasi Gambar 8. Spektra difraksi sinar-x dari material hasil sintesis dengan variasi suhu 300 o C -700 o C Gambar 9. Presentase relatif TiO 2 fase anatase, (Ti 0,12 Cr 0,88 ) 2 O 3, dan Cr 2 O 3 pada material hasil sintesis dengan variasi suhu kalsinasi Gambar 10. Spektra FT-IR (a) TiO 2 murni (b) Komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 pada suhu 400 o C Gambar 11. Hasil analisa XRF pada komposit TiO 2 -Cr 2 O Gambar 12. Kurva degradasi Rhodamin B oleh TiO 2 murni pada suhu kalsinasi 400 o C dengan Variasi Waktu 0 menit (a), 30 menit (b), 60 menit (c), 120 menit (d), 180 menit (e) Gambar 13. Kurva degradasi Rhodamin B oleh TiO 2 murni pada suhu kalsinasi 500 o C dengan Variasi Waktu 0 menit (a), 30 menit (b), 60 menit (c), 120 menit (d), 180 menit (e) Gambar 14. Kurva degradasi Rhodamin B oleh TiO 2 murni pada suhu kalsinasi 600 o C dengan Variasi Waktu 0 menit (a), 30 menit (b), 60 menit (c), 120 menit (d), 180 menit (e) xiv

14 digilib.uns.ac.id Gambar 15. Kurva degradasi Rhodamin B oleh TiO 2 murni pada suhu kalsinasi 700 o C dengan Variasi Waktu 0 menit (a), 30 menit (b), 60 menit (c), 120 menit (d), 180 menit (e) Gambar 16. Hasil fotodegradasi Rhodamin B pada TiO 2 murni dengan variasi suhu Gambar 17. Kurva degradasi Rhodamin B oleh komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 pada suhu kalsinasi 400 o C dengan Variasi Waktu 0 menit (a), 30 menit (b), 60 menit (c), 120 menit (d), 180 menit (e) Gambar 18. Kurva degradasi Rhodamin B oleh komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 pada suhu kalsinasi 500 o C dengan Variasi Waktu 0 menit (a), 30 menit (b), 60 menit (c), 120 menit (d), 180 menit (e) Gambar 19. Kurva degradasi Rhodamin B oleh komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 pada suhu kalsinasi 600 o C dengan Variasi Waktu 0 menit (a), 30 menit (b), 60 menit (c), 120 menit (d), 180 menit (e) Gambar 20. Kurva degradasi Rhodamin B oleh komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 pada suhu kalsinasi 700 o C dengan Variasi Waktu 0 menit (a), 30 menit (b), 60 menit (c), 120 menit (d), 180 menit (e) Gambar 21. Kurva degradasi Rhodamin B pada TiO 2 murni pada suhu 400 o C yang telah dalam bentuk kristal Gambar 22. Hasil fotodegradasi Rhodamin B pada komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 dengan variasi suhu xv

15 digilib.uns.ac.id DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Bagan Prosedur Kerja Sintesis dan Karakterisasi Komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 serta Aktivitasnya terhadap Degradasi Zat Warna Rhodamin B Lampiran 2. Perhitungan Persentase Fase TiO 2 Anatase dan Fase TiO 2 Rutil dari TiO 2 Hasil Sintesis Variasi Suhu Lampiran 3. Perhitungan Kelimpahan Fase Anatase, (Ti 0.12 Cr 0.88 ) dan Cr 2 O 3 dari Komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 Variasi Suhu Lampiran 4. Hasil Difraksi Sinar X dari Sintesis TiO Lampiran 5. Hasil Difraksi Sinar X dari Komposit TiO 2 -Cr 2 O Lampiran 6. Difraksi Sinar X dari TiO 2 Hasil Sintesis TiO 2 Anatase, TiO 2 Rutil Standar JCPDS Lampiran 7. Difraksi Sinar X dari (Ti 0.12 Cr 0.88 ) 2 O 3 &Cr 2 O 3 Standar JCPDS Lampiran 8. Data XRF dari Komposit TiO 2 -Cr 2 O Lampiran 9. Data FT-IR (Fourier Transform Infra Red) dari TiO 2 dan Komposit TiO 2 -Cr 2 O Lampiran10. Perhitungan Persentase Rhodamin B yang Terdegradasi dengan Fotokatalis TiO 2 dan Komposit TiO 2 -Cr 2 O xvi

16 digilib.uns.ac.id 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 (TiO 2 ) banyak dilaporkan sebagai material semikonduktor yang aktif sebagai fotokatalis. TiO 2 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 TiO 2 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% Cr 2 O 3 dapat menghambat transformasi bentuk kristal TiO 2 anatase menjadi rutile. Penambahan oksida logam tersebut dapat menekan pertumbuhan kristal selama proses pemanasan dengan demikian dapat mengurangi transformasi anatase menjadi rutile. TiO 2 merupakan salah satu fotokatalis yang paling menjanjikan karena memiliki efisiensi fotokatalitik tinggi, murah, inert secara biologis dan kimia (Hoffman et al., 1995). Serbuk TiO 2 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). 1

17 digilib.uns.ac.id 2 Banyak studi telah dilakukan untuk memperbaiki mikrostuktural dari TiO 2 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 TiO 2. 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 TiO 2. 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 CrO 2, CrO 3, Cr 2 O 5, dan Cr 2 O 3, dimana bentuk Cr 2 O 3 paling stabil (Youngnam Cho, 2002). Kristal Cr 2 O 3 merupakan kristal yang sangat keras dengan titik leleh 2435 o C dan titik didih 3000 o C dengan densitas (T = 25 o C) 5,22. Kristal Cr 2 O 3 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 commit oksidan to user kimia dan fotokatalis. Ada beberapa

18 digilib.uns.ac.id 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 Cr 3+ pada semikonduktor TiO 2 dengan harapan dapat menekan pertumbuhan kristal TiO 2 fase rutile dan meningkatkan aktivitas fotokatalitik pada TiO 2 sehingga dapat digunakan untuk degradasi zat warna Rhodamin B. B. PERUMUSAN MASALAH 1. Identifikasi Masalah Titanium dioksida (TiO 2 ) dapat dibuat dari titanium tetraklorida (TiCl 4 ), suatu cairan ketal tak berwarna yang mudah mengalami oksidasi dengan oksida air. Dimana pada reaksi tersebut terjadi pembentukan yang sangat cepat sehingga untuk menghasilkan TiO 2 bentuk anatase sangat sulit. Penelitian Wahyuningsih et al. (2007) telah melakukan sintesis TiO 2 dengan TiCl 4 menggunakan proses sol gel dengan hidrolisis lambat. Sintesis TiO 2 dengan proses sol gel dapat juga dilakukan menggunakan prekursor alkoksida seperti TTIP (Titanium Tetra Isopropoksida) (Tjahjanto dan Gunlazuardi, 2001). Pemilihan bahan awal pada sintesis TiO 2 sangat diperlukan untuk menghasilkan kemurnian TiO 2 yang tinggi. Menurut Wang et al. (2007) dengan bahan awal alkoksida sebagai prekursor TiO 2 menghasilkan kristalisasi dan karakteristik powder TiO 2 yang lebih baik daripada TiCl 4. Metode untuk pembuatan katalis bermacam-macam, Riyas et al. (2002) telah melakukan penambahan oksida logam ke dalam TiO 2 dengan perbandingan dua metode yaitu uji metode co-precipitation dan wet-impregnation. Hasil yang

19 digilib.uns.ac.id 4 diperoleh menunjukkan bahwa metode wet-impregnation dapat menghasilkan TiO 2 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. TiO 2 yang digunakan merupakan hasil sintesis dari TTIP (Titanium Tetra Isopropoksida) dengan metode sol gel. b. Modifikasi permukaan TiO 2 dilakukan dengan penambahan Cr 3+ dengan metode wet-impregnation. c. Karakterisasi TiO 2 hasil sintesis dan komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 dilakukan dengan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD), Spekrofotometer Infra Red (IR), dan X-Ray Fluorescence (XRF). d. Uji aktivitas komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 dilakukan untuk mendegradasi zat warna Rhodamin B yang diidentifikasi dengan menggunakan Spektrofotometri UV- Vis.

20 digilib.uns.ac.id 5 3. Rumusan Masalah Berdasarkan batasan masalah yang telah dipaparkan diatas maka rumusan masalah pada penelitian ini adalah : 1. Bagaimana pengaruh penambahan Cr 3+ terhadap pertumbuhan kristal TiO 2? 2. Apakah terjadi peningkatan fotoaktivitas TiO 2 setelah penambahan Cr 3+? C. Tujuan Penelitian 1. Mengetahui pengaruh dari penambahan Cr 3+ terhadap pertumbuhan kristal TiO Mengetahui peningkatan fotoaktivitas TiO 2 setelah penambahan Cr 3+. D. Manfaat Penelitian Memberikan informasi mengenai efek penambahkan Cr 3+ pada pertumbuhan kristal dan sifat fotokatalitik TiO 2 sehingga dapat diaplikasikan sebagai fotokatalis yang efektif.

21 digilib.uns.ac.id BAB II LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka 1. Titanium Dioksida (TiO 2 ) a. Polymorf Titanium Dioksida (TiO 2 ) Titanium, unsur logam golongan IVB, mempunyai titik leleh 1675 o C dan berat atom 47,90 dengan konfigurasi elektron 3d 2 4s 2. Energi untuk mengeluarkan 4 elektron begitu besar sehingga ion Ti 4+ 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 o C sebelum meleleh, densitas 4,26 g/cm 3, tidak larut dalam air tetapi larut dalam H 2 SO 4 (Cotton dan Wilkinson, 1989). Pada Gambar 1. menunjukkan struktur kristal TiO 2 dalam bentuk anatase, rutile, dan brookite. Rutile Anatase Brookite 6

22 digilib.uns.ac.id 7 Gambar 1. Struktur TiO 2 rutile, anatase, brookite. (Tauste, 2008) TiO 2 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 TiO 2 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 TiO 2. Pada Gambar 2. menunjukkan bentuk kristal TiO 2 -rutile dan TiO 2 -anatase seperti pada gambar dibawah ini. Gambar 2. Bentuk TiO 2 -rutile dan bentuk TiO 2 -anatase (Tian, 2006). b. Modifikasi Titanium Dioksida (TiO 2 ) Kromium oksida memiliki berat molekul 152,02 gr/mol, berbentuk kristal heksagonal berwarna hijau muda hingga hijau tua. Memiliki titik leleh 2435 o C dan titik didih 3000 o C dengan densitas 5,22 (T = 25 o C). 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 Cr 2 O 3 sangat keras, dapat menggores kwarsa, topaz, maupun zircon (Windholz, 1983).

23 digilib.uns.ac.id 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. Cr 2 O 3 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 TiO 2 anatase menjadi rutile seperti pada penelitian yang dilakukan oleh Pirault et al. (2007) dengan menghambat pertumbuhan ukuran kristal TiO 2 ~20 nm. Pada suhu yang tinggi akan mempercepat pertumbuhan ukuran kristal TiO 2 yang menyebabkan bentuk kristal anatase terkonversi menjadi rutile dengan ukuran kristal mencapai ~ 30 nm. 2. Fotokatalis Titanium Dioksida (TiO 2 ) a. Mekanisme Fotokatalitik TiO 2 Fotokatalis adalah suatu proses yang dibantu oleh adanya cahaya dan material katalis (TiO 2 ) dengan pencahayaan sinar UV (λ < 405 nm), maka permukaan TiO 2 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. TiO 2 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).

24 digilib.uns.ac.id 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 : TiO 2 + hʋ hole + + e - Ketika TiO 2 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. H 2 O 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. Rekombinasi Rekombinasi Gambar 3. Ilustrasi skematis proses fotoeksitasi dan de-eksitasi pada suatu semikonduktor (Arutanti et al., 2009)

25 digilib.uns.ac.id 10 TiO 2 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, TiO 2 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 TiO 2 dapat ditingkatkan dengan modifikasi permukaan, misalnya oleh penambahan ion logam transisi. Mekanisme yang menggambarkan proses reaksi fotokatalitik TiO 2 adalah sebagai berikut: TiO 2 + hʋ e - cb + h + vb h + vb + H 2 O OH + H + e - - cb + O 2 O 2-2O H 2 O H 2 O 2 + 2OH - + O 2 H 2 O 2 + e - cb OH - + OH b. Mekanisme Fotokatalitik TiO 2 dengan Penambahan Cr 3+ Hanya sekitar 4-6% dari energi matahari yang mencapai permukaan bumi yang di daerah UV. TiO 2 dengan eg 3,2 ev hanya mampu menyerap 10% cahaya matahari. Keterbatasan ini dapat diatasi dengan modifikasi. TiO 2 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 TiO 2, 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.

26 digilib.uns.ac.id 11 Ion logam ditambahkan ke dalam polikristalin TiO 2 untuk meningkatkan penyerapan sinar matahari. Oleh karena itu, penelitian tentang peningkatan katalis telah dilakukan dengan modifikasi fisik dan kimia TiO 2 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 TiO 2 di bawah UV dan cahaya tampak ( Kaur, 2007) Jika potensial oksidasi dari sensitizer lebih tinggi dibanding band konduktansi TiO 2, menyusul eksitasi awal pewarna yang terserap di bawah sinar cahaya, elektron dimasukkan dari dye yang tereksitasi ke dalam pita konduksi TiO 2. Dengan perlahan mampu mengurangi langkah pembentukan yang memungkinkan untuk memulai degradasi oksidatif dye. Berbagai senyawa berwarna telah diselidiki untuk bertindak sebagai fotosensitiser. Dalam studi barubaru ini telah menyarankan bahwa degradasi fotosensitisasi pada permukaan semikonduktor dapat dapat diaplikasikan untuk mengatasi polutan berwarna seperti pewarna tekstil.

27 digilib.uns.ac.id 12 Mekanisme photosensitization untuk degradasi dye pada permukaan TiO 2 ditampilkan di bawah ini: dye + hʋ dye* dye* + TiO 2 dye + + e - cb e - cb + O 2 O 2-2O H 2 O H 2 O 2 + 2OH - + O 2 H 2 O 2 + e - cb - OH + OH dye + + O 2 ( atau O 2 - atau OH) peroxide Intermediet or hydroxyl hidroksil intermediates / peroksida Degradasi/mineralisasi produk degraded or mineralised products c. Degradasi Fotokatalitik TiO 2 pada Rhodamin B dengan TiO 2 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 C 28 H 31 ClN 2 O 3, 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 (C 28 N 31 N 2 O 3 Cl) adalah bahan kimia sebagai pewarna dasar untuk berbagai kegunaan, semula zat ini digunakan untuk kegiatan histologi dan sekarang

28 digilib.uns.ac.id 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 TiO 2, 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 commit fotokatalis to user heterogen pada TiO 2 yaitu :

29 digilib.uns.ac.id 14 pembentukan pembawa muatan (hole, h + - vb dan elektron, e cb ), pengikatan pembawa muatan oleh hidrat primer TiO 2, 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 (TiO 2 ), 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 TiO 2, menghasilkan radikal hidroksida (OH ). Radikal hidroksil ini merupakan reagen oksidasi yang sangat kuat dan dapat bereaksi dengan senyawa organik menghasilkan produk-produk sederhana, misalnya CO 2, H 2 O, atau HCl jika senyawa tersebut mengandung klorida. TiO 2 + hv h + - vb + e eb h + vb + OH - OH Senyawa organik + OH CO 2 + H 2 O 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 TiO 2 dan TiO 2 Cr 2 O 3 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 commit Data (West, to user 1984). Sinar X merupakan radiasi

30 digilib.uns.ac.id 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

31 digilib.uns.ac.id 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 TiO 2 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 TiO 2 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

32 digilib.uns.ac.id 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 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 (D 2 ), 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 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 kkal/mol. Panjang gelombang commit cahaya to user UV-Vis bergantung pada mudahnya

33 digilib.uns.ac.id 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 ; ABS i = Absorbansi larutan mula mula ; ABS t = Absorbansi larutan pada waktu tertentu.

34 digilib.uns.ac.id 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 TiO 2 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 TiO 2 bubuk mulai dari suhu 120 o C dan mencapai sempurna pada suhu 500 o C. 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. commit Untuk to user mencegah transformasi tersebut

35 digilib.uns.ac.id 20 dilakukan modifikasi semikonduktor TiO 2 dengan menambahkan senyawa logam oksida, surfaktan, dan non logam. Maka dengan menambahkan jenis unsur lain ke dalam molekul TiO 2 dapat menghambat perubahan bentuk kristal titanium dioksida ke bentuk rutile yang merupakan bentuk TiO 2 yang stabil dan dapat memperbaiki aktivitas dan efisiensi katalitik dengan menghambat proses rekombinasi elektron-hole selama proses katalitik berlangsung. Dengan penambahan kromium pada TiO 2 dapat menghambat perubahan anatase ke bentuk rutile pada pemanasan di atas 500 o C. Penelitian yang telah dilakukan oleh Pirault et al., (2007) Pada penambahan 20 % Cr 2 O 3 dapat menghambat transformasi bentuk kristal TiO 2 anatase menjadi rutile. Terhambatnya transformasi ke bentuk rutile dengan menghambat perkembangan ukuran kristal TiO 2 karena ukuran kristal TiO 2 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 Cr 3+ diharapkan dapat menekan transformasi anatase menjadi rutile serta dapat memperbaiki aktivitas dan efisiensi katalitik pada TiO 2. Pada penelitian yang telah dilakukan Chen et al. (2009) modifikasi struktural TiO 2 dengan penambahan oksida logam Cr 2 O 3 juga dapat mengakibatkan Ti 4+ dalam TiO 2 berubah menjadi Ti 3+ selama proses pemanasan yang kemudian Ti 3+ tersubtitusi ke dalam kisi kristal Cr 2 O 3 menjadi (Ti 0,12 Cr 0,88 ) 2 O 3. Pertumbuhan kristal bersama pada TiO 2 dan Cr 2 O 3 dapat menyebabkan terjadinya substitusi antara Ti dan Cr. Berbagai senyawa berwarna telah diselidiki dapat bertindak sebagai fotosensitizers. Kristal Cr 2 O 3 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 TiO 2 mempunyai gap energi yang tinggi, sebanding dengan cahaya 388 nm commit (3,23 ev) to user yaitu pada daerah UV dekat, dengan

36 digilib.uns.ac.id 21 adanya sensitiser berwarna dapat memperbaiki sifat fotokalis pada TiO 2. Perubahan pada fotoreaktivitas partikel TiO 2 yang berukuran nano akan menyebabkan aktif fotokalis. Preparasi titanium dioksida dilakukan dengan teknik sol-gel menggunakan prekursor TTIP (Titanium Tetra Isopropoksida) dengan pelarut CH 3 COOH, selanjutnya ditambahkan dengan Cr(NO 3 ) 3.9H 2 O dan urea menggunakan metode wet-impregnation dapat menghasilkan komposit TiO 2 -Cr 2 O 3. Komposit TiO 2 - Cr 2 O 3 dapat digunakan untuk fotodegradasi zat warna Rhodamin B. Prinsip umum fotokatalis TiO 2 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 Cr 2 O 3 yang berperan sebagai sensitiser. C. Hipotesis Berdasarkan kerangka pemikiran tersebut dapat diajukan hipotesis sebagai berikut : 1. Penambahan Cr 3+ pada TiO 2 akan mempengaruhi pertumbuhan kristal TiO 2 dengan menekan pertumbuhan TiO 2 fase rutile dan dapat terjadi substitusi antara Ti dan Cr. 2. Penambahan Cr 3+ pada TiO 2 akan meningkatkan aktivitas fotokatalis TiO 2 dengan cahaya visibel.

37 digilib.uns.ac.id BAB III METODELOGI PENELITIAN A. Metodologi Penelitian Penelitian ini menggunakan metode eksperimental secara laboratoris untuk memperoleh data hasil. Pada penelitian ini dilakukan preparasi semikonduktor TiO 2 dan komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 serta uji aktifitasnya untuk fotodegradasi zat warna Rhodamin B. Komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 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 TiO 2 dan Cr 2 O 3 dan FT-IR untuk membuktikan adanya serapan bilangan gelombang dari TiO 2 maupun Cr 2 O 3. Kemudian dilakukan uji aktifitas komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 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 C. Alat dan Bahan 1. Alat-alat yang digunakan a. Peralatan gelas b. Spektrofotometer XRD (Shimadzu commit XRD-6000) to user 22

38 digilib.uns.ac.id 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 o C o. Pemanas (Hot plate) p. Spatula 2. Bahan yang digunakan a. Titanium Tetraisopropoksida (TTIP) p.a (Merck) b. Cr(NO 3 ) 3.9H 2 O (Merck) c. Urea (Merck) d. Asam Asetat glasial (CH 3 COOH) 98,5 % (Merck) e. Aquades (Lab. Kimia Pusat FMIPA UNS) f. Zat warna Rhodamin B (Merck)

39 digilib.uns.ac.id 24 g. Batu es h. Kertas Indikator Universal D. Prosedur Penelitian 1. Preparasi TiO 2 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 C hingga terbentuk suspensi sol TiO 2 transparan (bening) pada akhir tahapan hidrolisis. Campuran TiO 2 selanjutnya dipanaskan pada suhu maksimum 90 C diatas pemanas (hot plate) hingga terbentuk suspensi sol TiO 2. Kemudian suspensi sol TiO 2 dipanaskan 150 C selama 24 jam (over night) di dalam oven hingga terbentuk xerogel TiO 2 berwarna putih. Selanjutnya xerogel TiO 2 akan di gunakan sebagai stock untuk preparasi komposit maupun karakterisasi. Dalam pembuatan standar xerogel TiO 2 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 TiO 2 -Cr 2 O 3 0,8 gram TiO 2 di tambahkan dengan 4 gram Cr(NO 3 ) 3.9H 2 0 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 TiO 2 -Cr 2 O 3 yang terbentuk di karakterisasi.

40 digilib.uns.ac.id Karakterisasi Komposit TiO 2 - Cr 2 O 3 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 TiO 2 maupun Cr 2 O 3 dan karakterisasi XRF untuk mengetahui komposisi antara TiO 2 dan Cr 2 O Fotodegradasi Zat Warna Rhodamin B Sampel standar TiO 2 dan komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 dari berbagai hasil variasi suhu kalsinasi di masukkan ke dalam erlenmeyer masing masing 0,01 gram TiO 2 -Cr 2 O 3 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 nm. E. Teknik Pengumpulan Data dan Analisis Data 1. Pengumpulan Data Data yang diambil untuk karakterisasi standar TiO 2 dan komposit TiO 2 - Cr 2 O 3 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 TiO 2 dan Cr 2 O 3 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.

41 digilib.uns.ac.id Analisa Data Pola difraksi sinar X dari komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 akan dianalisa secara kualitatif dan kuantitatif. Analisa kualitatif dilakukan dengan membandingkan harga 2θ dan I/I 1 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 TiO 2 -Cr 2 O 3 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.

42 digilib.uns.ac.id BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN F. Sintesis TiO 2 (Titanium Dioksida) Sintesis material TiO 2 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 TiO 2 maka diperlukan optimasi kondisi sintesis dan strategi strategi tertentu. Bahan awal dalam sintesis TiO 2 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 o C 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 o C 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 o C. Langkah terakhir yang dilakukan adalah perlakuan termal pada variasi suhu kalsinasi yaitu 150 o C, 300 o C, 400 o C, 500 o C, 600 o C, dan 700 o C selama 4 jam sehingga dihasilkan kristal TiO 2. Reaksi secara keseluruhan dari sintesis TiO 2 dari TTIP dapat ditunjukkan dengan reaksi: Ti(iPr) 4 + CH 3 COOH H + Sol TiO 2 Sol TiO 2 90 o C Sol gel TiO 2 Sol gel TiO o C xerogel TiO 2 xerogel TiO 2 variasi suhu Serbuk TiO 2 (anatase/rutile) 27

43 digilib.uns.ac.id 28 G. Sintesis Komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 Komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 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 Cr 2 O 3 mengacu pada penelitian yang dilakukan Music et al. (1999). Langkah awal sintesis komposit ini dengan cara 4 gram Cr(NO 3 ) 3.9H 2 O 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 TiO 2 dengan pengadukkan magnetik selama 1 jam. Garam Cr(NO 3 ) 3.9H 2 O dan urea sebagai bahan awal Cr 2 O 3 dengan Cr yang memiliki muatan 3+. Material Cr 2 O 3 berikatan pada permukaan TiO 2 dengan cara gugus hidroksil pada permukaan TiO 2 berinteraksi dengan Cr 3+ sedangan Cr 3+ dan H 2 O bereaksi menghasilkan Cr(OH) 3. Campuran tersebut dikeringkan dalam oven selama 2 hari pada suhu 110 o C 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 o C selama 4 jam sehingga dihasilkan komposit TiO 2 -Cr 2 O 3. Mekanisme pertumbuhan Cr 2 O 3 yang ditambahkan pada TiO 2 secara skematik dapat dijelaskan dengan reaksi sebagai berikut: Cr H 2 O Cr(OH) 3 + 3H + (NH 2 ) 2 CO + 3H 2 O 2NH OH - +CO 2 Cr(OH) 3 CrOOH Cr 2 O 3 Cr 2 O 3 + Xerogel TiO o C Xerogel komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 Xerogel komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 variasi suhu Powder Komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 Penambahan urea dapat mempercepat hidrolisis ion Cr 3+ untuk pengendapan hidroksida. Perlakuan hidrotermal merubah Cr(OH) 3 menjadi CrOOH yang selanjutnya bertransisi menjadi Cr 2 O 3 dikarenakan Cr 2 O 3 lebih tahan terhadap suhu tinggi seperti pada penelitian Music et al. (1999).

44 digilib.uns.ac.id 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 TiO 2 dan komposit TiO 2 -Cr 2 O 3. Hasil analisa XRD tersebut kemudian dibandingkan dengan JCPDS (Joint Commite Powder Diffraction Standart) dan jurnal yang bersangkutan. = rutile = anatase intensitas(a.u.) 700 C 600 C 500 C 400 C 300 C 150 C Theta (degree) Gambar 6. Spektra difraksi sinar-x dari TiO 2 murni dengan variasi suhu 150 o C o C Hasil analisa XRD untuk TiO 2 murni dapat ditunjukkan pada Gambar 6. Pada gambar tersebut menunjukkan perbandingan difraktogram TiO 2 murni dengan variasi suhu. Pada spektra difraksi sinar-x TiO 2 murni suhu 150 o C dan 300 o C belum banyak informasi yang commit dapat to user diperoleh karena pada suhu ini TiO 2

45 digilib.uns.ac.id 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 TiO 2 anatase yang ditunjukkan dengan puncak di daerah 2θ = 25,35 o (d 101 = 3,5091 Å), 2θ = 37,95 o (d 004 = 2,3679 Å), dan 2θ = 48,15 o (d 200 = 1,8874 Å), 2θ = 54,86 o (d 211 = 1,6716 Å) dan 2θ = 55,01 o (d 211 = 1,6674 Å) sesuai dengan standar JCPDS No , Pada suhu 500 o C mulai muncul puncak yang mengindikasikan TiO 2 rutile yang ditunjukkan dengan puncak daerah 2θ = 27,50 o (d 110 =3,2394 Å) sesuai dengan standar JCPDS No , puncak rutile ini pada suhu 600 o C dan 700 o C intensitasnya semakin tinggi sedangkan pada puncak 2θ = 25,35 o (d 101 = 3,5091 Å) intensitasnya semakin rendah yang berarti semakin tinggi suhu semakin banyak TiO 2 anatase yang terkonversi menjadi rutile dikarenakan rutile merupakan bentuk stabil dari TiO 2. 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 TiO 2 rutile dan TiO 2 anatase. TiO 2 rutile ditunjukkan dengan puncak di daerah 2θ = 36,10 o (d 101 = 2,4849 Å), 2θ = 39,20 o (d 200 = 2,2952 Å), 2θ = 41,25 o (d 111 = 2,1857 Å), 2θ = 44,05 o (d 210 = 2,0531 Å), 2θ = 54,36 o (d 211 = 1,6858 Å), 2θ = 56,66 o (d 220 = 1,6227 Å) sesuai dengan standar JCPDS No sedangkan TiO 2 anatase ditunjukkan dengan puncak di daerah 2θ = 37,05 o (d 004 = 2,48493 Å) dan 2θ = 38,55 o (d 112 = 2,3324 Å) sesuai dengan standar JCPDS No Pada suhu 700 o C puncak-puncak yang mengindikasikan TiO 2 anatase intensitasnya menurun drastis dan sebagian puncak TiO 2 anatase menghilang sedangkan puncak yang mengindikasikan TiO 2 rutile semakin tinggi intensitasnya.

46 digilib.uns.ac.id 31 Untuk mengetahui persentase pembentukan masing-masing fase TiO 2 murni dapat ditunjukkan pada Gambar 7. Gambar 7. Persentase relatif fase anatase dan fase rutile pada standar TiO 2 murni pada variasi suhu kalsinasi. Tabel 1. Rasio A/R pada TiO 2 Murni TiO₂ variasi suhu kalsinasi 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 TiO 2 anatase yang besar yaitu 100 % sedangan dengan bertambahnya suhu kalsinasi maka dapat meningkatkan perubahan bentuk fase TiO 2 anatase menjadi fase TiO 2 rutile. Dapat disimpulkan bahwa TiO 2 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 o C.

47 digilib.uns.ac.id 32 Gambar 8. Spektra difraksi sinar-x dari material hasil sintesis dengan variasi suhu 300 o C -700 o C. Tabel 2. Standar JCPDS dari Cr₂O₃ dan (Ti 0,12 Cr 0,88 )₂O₃ sebagai Pembanding serta Komposit Hasil Sintesis. hkl Cr₂O₃ JCPDS 24,494 33,597 36,196 41,48 50,22 54,852 No (Ti 0,12 Cr 0,88 )₂O₃ JCPDS No ,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 commit perbandingan to user difraktogram dengan variasi

48 digilib.uns.ac.id 33 suhu. Pada suhu 400 o C secara keseluruhan spektra hasil XRD belum menunjukkan perbedaan yang signifikan dengan spektra hasil XRD pada suhu 300 o C, tetapi pada suhu 400 o C memiliki puncak yang lebih tinggi dan runcing bila dibandingkan dengan material hasil sintesis pada suhu 300 o C, hal ini dikarenakan semakin tinggi suhu akan mempengaruhi perkembangan kristal yang terbentuk. Pada suhu 400 o C kristal mulai terbentuk sedangkan pada suhu 300 o C masih dalam bentuk amorf sehingga puncak yang terbentuk tidak begitu runcing dan intensitasnya rendah, begitu juga dengan material hasil sintesis suhu 150 o C 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 o C diketahui muncul puncak yang mengindikasikan Cr 2 O 3 yang ditunjukkan dengan puncak 2θ di daerah 2θ = 24,60 o (d 102 = 3,6144 Å), 2θ = 36,30 o (d 110 =2,4717 Å), 2θ = 41,55 o (d 113 = 2,1707 Å), 2θ = 54,80 o (d 116 = 1,6730 Å) yang sesuai dengan standar JCPDS No (Tabel 2), sedangkan puncak pada 2θ = 33,50 o (d 104 = 2,6716 Å), 2θ = 50,15 o (d 024 = 1,8167 Å) mengindikasikan puncak (Ti 0,12 Cr 0,88 ) 2 O 3 sesuai dengan standar JCPDS No (Tabel 2). Pada penelitian Chen et al, (2009) dan Gallardo et al, (2008) sebagian dari TiO 2 tersubtitusi dalam Cr 2 O 3 sehingga puncak yang terdeteksi sebagai (Ti 0,12 Cr 0,88 ) 2 O 3. Dari gambar spektra hasil XRD pada suhu 500 o C diketahui muncul puncak baru yang mengindikasikan kehadiran TiO 2 anatase yang ditunjukkan dengan puncak di daerah 2θ = 25,30 o (d 101 = 3,5159Å) sesuai dengan standar JCPDS No Dari gambar spektra hasil XRD pada suhu 600 o C diketahui muncul dua puncak TiO 2 anatase yang ditunjukkan dengan puncak di daerah 2θ = 25,35 o (d 101 = 3,5091 Å) dan 2θ = 48,05 o (d 200 = 1,8911Å) sesuai dengan standar JCPDS No , sedangkan pada suhu kalsinasi 700 o C puncak TiO 2 anatase mulai menurun intensitasnya. Bila dibanding dengan TiO 2 murni, TiO 2 dengan penambahan Cr 3+ meningkatkan kristalinitas yang ditunjukkan pada suhu 300 o C telah terbentuk puncak-puncak yang lebih runcing sedangkan TiO 2 murni hanya terlihat satu puncak yang melebar yang di tunjukkan pada Gambar 6 dan 8. TiO 2 dengan penambahan Cr 3+ juga mampu commit menahan to pertumbuhan user rutile pada suhu yang

49 digilib.uns.ac.id 34 tinggi terbukti dengan tidak munculnya puncak rutile pada suhu 500 o C sedangkan pada TiO 2 murni mulai muncul puncak rutile pada suhu 500 o C dan terlihat jelas pada suhu 600 o C-700 o C dengan puncak TiO 2 rutile yang intensitasnya semakin tinggi dan runcing dengan diikuti menurunnya intensitas pada puncak TiO 2 anatase. Dengan kata lain TiO 2 dengan penambahan Cr 3+ mempunyai ketahanan termal pada suhu tinggi dibanding dengan TiO 2 murni dengan ditunjukkan tidak terdapat puncak rutile dalam komposit sehingga penambahan Cr 3+ dapat menahan kenaikkan ukuran kristal selama proses pemanasan berlangsung. Hal ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Pirault et al. (2007) bahwa dengan penambahan Cr 3+ 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 TiO 2 fase anatase, Cr 2 O 3 dan (Ti 0,12 Cr 0,88 ) 2 O 3 pada material hasil sintesis dapat ditunjukkan pada Gambar 9. Gambar 9. Presentase relatif TiO 2 fase anatase, Cr 2 O 3 dan (Ti 0,12 Cr 0,88 ) 2 O 3 pada material hasil sintesis dengan variasi suhu kalsinasi.

50 digilib.uns.ac.id 35 Dari diagram batang pada Gambar 9. menunjukkan bahwa semakin besar suhunya maka pembentukkan Cr 2 O 3 dan (Ti 0,12 Cr 0,88 ) 2 O 3 semakin meningkat sedangkan TiO 2 fase anatase juga meningkat dari suhu 500 o C ke 600 o C dan menurun pada suhu 700 o C. Terjadinya pembentukkan (Ti 0,12 Cr 0,88 ) 2 O 3 dan Cr 2 O 3 akan mempengaruhi fotoaktivitas dalam mendegradasi Rhodamin B, dengan kata lain pembentukkan (Ti 0,12 Cr 0,88 ) 2 O 3 dan Cr 2 O 3 juga dapat mempengaruhi fotoaktifitas seperti TiO 2 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 TiO 2 dan komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 sehingga didapatkan serapanserapan khusus yang merupakan karakteristik keduanya.

51 digilib.uns.ac.id 36 (a ) 2843, , , , (b) Gambar 10. Spektra FT-IR (a) TiO 2 murni (b) Komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 pada suhu 400 o C Hasil analisis dengan spektroskopi inframerah (FT-IR) TiO 2 murni ditunjukkan Gambar 10 (a). Sedangkan untuk komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 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 cm -1 (b) yang merupakan vibrasi tekuk Ti- O (Luu et al., 2010). Bilangan gelombang pada 1531,78 cm -1 (a) dan cm -1 (b) menunjukan vibrasi tekuk dari OH dan untuk serapan pada 2843,07 cm -1 (a) dan cm -1 (b) merupakan serapan lemah dari Ti-O. Pada bilangan gelombang 3406,72 cm -1 (a) dan 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 TiO 2 -Cr 2 O 3 yang ditunjukkan oleh Gambar 12 (b). Pada spektra commit tersebut to muncul user serapan baru pada bilangan

52 digilib.uns.ac.id 37 gelombang cm -1 yang menunjukkan vibrasi O Cr pada Cr 2 O 3 (Esparza et al., 2011). Dengan adanya serapan tersebut mengidentifikasikan bahwa terbentuknya Cr 2 O X-Ray Flouresence (XRF) Analisa dengan menggunakan fluoresensi sinar-x untuk menganalisis unsur-unsur atau senyawa dalam komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 dengan prinsip eksitasi elektron dari kulit luar ke kulit dalam. Hasil dari fluoresensi sinar-x ditunjukkan pada Tabel 3. Tabel tersebut menunjukkan adanya kandungan TiO 2 dan Cr 2 O 3 pada masing-masing komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 dengan variasi suhu kalsinasi. Pada analisa XRF ini terdapat kandungan selain TiO 2 dan Cr 2 O 3 dikarenakan penggunaan beberapa senyawa untuk preparasi sampel dalam analisis XRF. Jika dilihat dari Tabel 3. Cr 2 O 3 lebih dominan terhadap TiO 2, karena Cr 2 O 3 lebih dominan sekitar dua kali dari TiO 2 sehingga dimungkinkan TiO 2 tersubstitusi dalam Cr 2 O 3. Untuk mengetahui lebih jelas komposisi persentase TiO 2 dan persentase Cr 2 O 3 dapat dilihat dari diagram batang perbandingan rasio TiO 2 dan Cr 2 O 3 pada komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 masing-masing variasi yang ditunjukkan pada Gambar 11. Tabel 3. Hasil Data Analis Fluoresensi Sinar-X Komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 dengan Variasi Suhu Kalsinasi Suhu kalsinasi ( C) TiO₂ % Cr₂O₃ % lain-lain % ,75 68,99 0, ,72 69,01 0, ,79 68,65 0, ,25 68,94 0,81

53 digilib.uns.ac.id 38 % Komposisi 400 C 500 C 600 C 700 C variasi suhu TiO₂ % Cr₂0₃ % lain-lain % Gambar 11. Hasil analisa XRF pada komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 I. Fotodegradasi Standar TiO 2 dan Komposit TiO 2 -Cr 2 O 3 1. Fotodegradasi Rhodamin B dengan Standar TiO 2 Uji aktivitas TiO 2 murni untuk degradasi Rhodamin B dengan variasi waktu dilakukan pada TiO 2 murni variasi suhu 400 o C o C. Hasil degradasi Rhodamin B ditunjukkan Gambar Sebanyak 0,01 gram TiO 2 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.