KONVERSI FOTOKATALITIK CO 2 MENJADI CH 4 DENGAN KATALIS CuO/TiO 2 MENGGUNAKAN SINAR ULTRAVIOLET

Transkripsi

1 KONVERSI FOTOKATALITIK CO 2 MENJADI CH 4 DENGAN KATALIS CuO/TiO 2 MENGGUNAKAN SINAR ULTRAVIOLET Photocatalytic Convertion CO 2 to CH 4 with CuO/TiO 2 Catalyst Using Ultraviolet Light TUGAS AKHIR OLEH LIA WILIANI NURUL FITRIANI PROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG JULI 2012

2 KONVERSI FOTOKATALITIK CO 2 MENJADI CH 4 DENGAN KATALIS CuO/TiO 2 MENGGUNAKAN SINAR ULTRAVIOLET Photocatalytic Convertion CO 2 to CH 4 with CuO/TiO 2 Catalyst Using Ultraviolet Light Laporan ini diajukan untuk memenuhi Salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Diploma III Jurusan Teknik Kimia Oleh Lia Wiliani Nurul Fitriani PROGRAM STUDI D3 TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG JULI 2012

3

4 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT berkat rahmat dan karunian-nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul Konversi Fotokatalitik CO 2 menjadi CH 4 dengan Katalis CuO/TiO 2 Menggunakan Sinar Ultraviolet. Laporan tugas akhir ini disusun sebagai syarat untuk menyelesaikan pendidikan Diploma III di Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung. Laporan ini disusun berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan penulis selama pelaksanaan tugas akhir. Pada penyusunan laporan tugas akhir ini, penulis mendapatkan banyak bantuan, dukungan, bimbingan, semangat, serta kerjasama dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ucapkan terima kasih dan penghargaan kepada : 1. Ir. Heriyanto selaku Pembimbing I 2. In Jumanda Kasdadi selaku Pembimbing II 3. Dwi Nirwantoro Nur, IR., MT selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung, 4. Rispiandi, ST., MT selaku Ketua Program Studi Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung dan Koordinator Kerja Praktik, 5. Kedua orang tua kami tercinta dan seluruh anggota keluarga yang telah memberikan dukungan moril dan material 6. Rekan-rekan Chemista 09 Serta semua pihak yang secara langsung maupun tidak langsung telah membantu kelancaran pelaksanaan tugas akhir ini. Akhir kata penulis berharap semoga laporan tugas akhir ini dapat memberikan wawasan dan informasi bagi pembaca. Bandung, Juli 2012 Penulis i

5 ABSTRAK CO 2 merupakan polutan organik yang semakin hari semakin bertambah jumlahnya di udara. Suatu upaya yang dapat dilakukan untuk mengurangi kadar gas CO 2 tersebut adalah dengan menggunakan fotokatalisis. Fotokatalisis merupakan suatu proses kimia yang dibantu oleh adanya cahaya dan material katalis. Fotokatalis yang paling banyak digunakan adalah TiO 2 karena stabil, tahan korosi, melimpah, dan murah. Aktivitas katalis TiO 2 dapat ditingkatkan dengan penggunaan dopan logam. Dopan logam yang dapat digunakan adalah dopan Cu karena harganya yang relatif murah. Oleh karena itu, pada penelitian ini dilakukan suatu proses fotokatalitik untuk mengonversi CO 2 menjadi CH 4 dengan katalis CuO/TiO 2. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membuat alat konversi CO 2 menjadi CH 4, membuat katalis CuO/TiO 2, dan mengetahui pengaruh waktu reaksi dan laju alir terhadap konversi CO 2. Reaksi fotokatalisis dilakukan dalam suatu reaktor pipa yang terbuat dari kaca dan dilengkapi dengan lampu UV yang merupakan sumber energi aktivasi dari katalis. Katalis CuO/TiO 2 dipreparasi dengan metode impregnasi dimana prekursor yang digunakan adalah Cu-Asetat dengan komposisi Cu sebesar 0,2%. Dengan menggunakan reaktor dan katalis tersebut dilakukan suatu proses reaksi secara kontinyu untuk mengetahui pengaruh waktu reaksi dan laju alir terhadap konversi CO 2. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penurunan konsentrasi CO 2 terjadi pada reaksi yang dilangsungkan dengan bantuan sinar UV sedangkan pada reaksi yang dilangsungkan tanpa sinar UV tidak diperoleh penurunan konsentrasi CO 2. Waktu reaksi pun berpengaruh terhadap konversi CO 2. Selain itu, pada penelitian diperoleh bahwa persen konversi CO 2 tertinggi didapat pada reaksi dengan laju alir 0,31 ml/s, yaitu sebesar 24,38%. Kata kunci: Fotokatalis; CO 2, Titanium dioksida; Cu ii

6 ABSTRACT CO 2 is an organic pollutant which amount in the air is increasingday by day. An attempt that can be done to reduce levels of CO 2 gas is by using photocatalysis. Photocatalysis is a chemical process assisted by the presence of light and catalyst material. The most widely used photocatalyst is TiO 2 due to its stablility, corrosion resistance, abundance, and inexpensivenese. TiO 2 catalyst activity can be enhanced by the use of metal dopants. Metal dopants that can be used is Cu because the price is relatively cheap. Therefore, in this study the photocatalytic was conducted to convert CO 2 into CH 4 with CuO/TiO 2 catalyst. The purposes of this study were to make CO 2 into CH 4 conversion tool, making the CuO/TiO 2 catalyst, and to determine the effect of reaction time and flow rate to conversion of CO 2. Photocatalysis reaction was carried out in a tube reactor made of glass and equipped with a UV lamp as the source of activation energy. CuO/TiO 2 catalysts prepared by impregnation method using Cu-acetate as precursor with the composition of Cu is 0.2%. By using the reactor and the catalyst, continuous reaction process was done to determine the effect of reaction time and flow rate to conversion of CO 2. The results showed that the reduction in CO 2 concentration occurred in the reaction with help of UV light, while the reaction without UV didn t give a decrease of CO 2 concentration. The time of reaction also have effected the conversion of CO 2. In addition, the study found that the highest percent conversion obtained in the reaction of CO 2 with the flow rate of 0.31 ml/s, was 23,48%. Keyword: Photocatalyst; CO 2 ; Titanium dioxide; Cu iii

7 DAFTAR ISI Kata Pengantar... i Abstrak... ii Abstract... iii Daftar Isi... iv Daftar Tabel... vi Daftar Gambar... vii Daftar Lampiran... viii BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Penelitian Tujuan Penelitian Ruang Lingkup Penelitian Tahapan Penelitian Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Aspek Kimia CO Metana (CH 4 ) Metode Preparasi Katalis Impregnasi Perlakuan Panas Fotokatalis Penggunaan Dopan Untuk Meningkatkan Aktivitas Fotokatalis Reaksi Reduksi CO BAB III METODELOGI PENELITIAN 3.1. Bahan dan Alat Penelitian Perancangan Sistem Proses Konversi CO 2 Menjadi CH Tahap Persiapan Katalis Penempelan Fotokatalis CuO/TiO 2 Pada Kawat Stainless Steel Tahap Reaksi Fotokatalis Tahap Analisis iv

8 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Perancangan Sistem Proses Konversi CO 2 Menjadi CH Pembuatan Katalis CuO/TiO Pengaruh Sinar Ultraviolet (UV) terhadap Konsentrasi CO Pengaruh Laju Alir Umpan terhadap Persen Konversi CO Pengaruh Waktu Reaksi Terhadap Konsentrasi CO Analisis CH BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN v

9 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Data Karakterisai XRD Pada Katalis CuO/TiO Tabel 2.2 Data Jenis Produk yang Terbentuk Dari Reduksi CO vi

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Transformasi CO 2 Yang Potensial Untuk Dikembangkan... 6 Gambar 2.2 Daerah Energi Pada Semikonduktor Gambar 2.3 Struktur Kristal Anatase TiO Gambar 2.4 Struktur Kristal Rutil TiO Gambar 2.5 Mekanisme Fotokatalitik Semikonduktor TiO Gambar 3.1 Skema Sistem Proses Konversi CO 2 Menjadi CH Gambar 3.2 Skema Reaktor Konversi CO 2 Menjadi CH Gambar 3.3 Sampling Gas Effluent Gambar 4.1 Reaktor Tanpa Lampu UV Dan Katalis Gambar 4.2 Reaktor Dengan Lampu UV Gambar 4.3 Reaktor Dengan Lampu UV Dan Diisi Katalis Gambar 4.4 Reaktor Ditutup Oleh Aluminium Foil Gambar 4.5 Rangkaian Sistem Proses Konversi Fotokatalitik CO 2 Menjadi CH Gambar 4.6 Kurva Pengaruh Sinar UV terhadap Konsentrasi CO Gambar 4.7 Kurva Pengaruh Laju Alir Umpan terhadap Persen Konversi CO Gambar 4.8 Kurva Hubungan Konsentrasi CO2 terhadap Waktu Pada Laju Alir ,3 ml/s, 0,5 ml/s, 0,7 ml/s, dan 1 ml/s... vii

11 DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN A LAMPIRAN B LAMPIRAN C LAMPIRAN D LAMPIRAN E LAMPIRAN F viii

12 DAFTAR PUSTAKA Afrozi, A. (2010), Sintesis dan Tinjauan Literatur-1, Jakarta: Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Andawari, R Reduksi Fotokatalitik CO 2 dengan Titanium Dioksida Berpenyangga Zeolit Alam Lampung dan Zeolit-Y. Jakarta: Jurusan Teknik Gas dan Petrokimia. Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Butters B.E. dan A.L. Powell, System and Methode for Photocatalytic Treatment of Contaminated Media, US Patent, , Cahyono. A.H (2011), Gas Metan: Berbahaya Namun Bermanfaat, diakses 8 Juli Dasar Teori Semikonduktor, diakses 16 Mei 2012 Faturrakhman, A, dkk., TiO 2 Sebagai Fotokatalis Oksidasi, Power Point. Gunlazuar, J (2003), Fotokatalis Pada Permukaan TiO 2, diakses 21 Juni Gupta,R.B. dan,dermibas,a Gasoline,Diesel and Ethanol Biofuels from Gases and Plant. New York: Cambride.University Press.New York. Nuriman. (1998), Preparasi dan Karakterisasi Katalis Logam Cu Berpenyangga untuk Reaksi Hidrogenasi CO 2 menjadi Metanol. Jakarta: Program Studi Materials Science. Universitas Indonesia. Oomman K. (2008). High-Rate Solar Photocatalytic Conversion of CO2 and Water Vapor to Hydrocarbon Fuels. PennsylVania: Department of Electrical Engineering, Materials Research Institute, The PennsylVania State UniVersity, UniVersity Park. Meinzer R.A. dan P.J. Birbara, Photocatalytic Semiconductor Coating, US Patent , Slamet, R. dan E. Marliana, (2007), Reaktor, Vol. 11 No.2, Desember 2007, Hal. :

13 Slamet; Nasution, H.W.; Purnama, E.; Kosela, S.; Gunlazuardi, J., (2005), Photocatalytic Reduction of CO 2 on Copper-Doped Titania Catalysts Prepared by Improved-Impregnation Method, Catal. Commun., 6 (5), Susana, A, diakses 8 Juli Yadav, G.D. and Nair, J.J., (1998), Novelties of eclectically engineered sulfated zirconia and carbon molecular sieve catalysts in cyclisation of citronellal to isopulegol, Chem. Commun., pp Ying Li. (2010). Photocatalytic reduction of CO 2 with H 2 O on mesoporous silica supported Cu/TiO 2 catalysts. Milwaukee: Department of Mechanical Engineering, University of Wisconsin-Milwaukee. 34

14 CURICULUM VITAE Nama : Lia Wiliani NIM : Tempat Tanggal Lahir : Bandung, 21 September 1991 Pendidikan : SDN 1 Cigugur Girang ( ) SMPN 1 Cisarua ( ) SMAN 1 Cimahi ( ) Politeknik Negeri Bandung ( ) Nama : Nurul Fitriani NIM : Tempat Tanggal Lahir : Bandung, 5 Desember 1991 Pendidikan : SDN 5 Citepus ( ) MTs Asy-Syarifiyah ( ) MAN 1 Bandung ( ) Politeknik Negeri Bandung ( )