Sintesis Fotokatalis CuO/ZnO untuk Konversi Metanol Menjadi Hidrogen SKRIPSI Dhani Dwi Putera 10504044 PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008 ii
Sintesis Fotokatalis CuO/ZnO untuk Konversi Metanol Menjadi Hidrogen) (Synthesis of CuO/ZnO Photocatalyst for Methanol Conversion to Hydrogen) SKRIPSI Dhani Dwi Putera 10504044 PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008 ii
Abstract Petroleum oil reserve is decreasing rapidly while the need of gasoline and the other fuel are increasing. Therefore, we need alternative energy resources and one of the alternatives is hydrogen, which can be used in fuel cell to generate energy. The problem is how to produce hydrogen efficiently. One of the hydrogen production methods is methanol convertion by photocatalytic method. Syntheses of ZnO and CuO/ZnO oxide as catalyst for methanol conversion have been done with variation of CuO concentration to study the effect of CuO doping in ZnO photocatalytic activity. Syntheses of ZnO compounds are found to be maximum at ph 6.2. XRD study showed only ZnO peaks, means that CuO are distributed evenly on ZnO surface with amorf structure. The activity test showed that the 5%-CuO/ZnO has the highest photocatalytic activity in methanol conversion to hydrogen. iii
Abstrak Cadangan minyak bumi semakin menurun pada beberapa tahun terakhir ini, sedangkan kebutuhan akan bahan bakar minyak terus meningkat. Hidrogen merupakan salah satu solusi untuk mengatasi krisis minyak bumi yang sedang melanda saat ini yang dapat digunakan oleh fuel cell untuk menghasilkan energi. Hanya saja, hingga saat ini masih belum ditemukan metode yang efektif dan efisien untuk menghasilkan H 2. Pada penelitian ini telah disintesis padatan ZnO dan CuO/ZnO yang dapat berfungsi sebagai katalis dalam konversi metanol menjadi H 2. Variasi persentasi CuO dilakukan untuk mengetahui efek dari dopan CuO terhadap aktivitas fotokatalitik. ph optimum untuk sintesis ZnO adalah 6,2. Hasil pengujian XRD menunjukan bahwa dopan CuO tersebar pada permukaan ZnO namun memiliki struktur amorf, yang ditandai oleh hanya munculnya puncak-puncak ZnO tanpa adanya puncak tambahan dari CuO, baik sebagai logam maupun sebagai oksida. Pengujian aktivitas katalis ZnO dan CuO/ZnO menunjukkan bahwa katalis 5%-CuO/ZnO memiliki nilai konversi metanol tertinggi. iv
Program Studi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Bandung Menerangkan bahwa Skripsi yang disusun oleh: Nama : Dhani Dwi Putera NIM : 10504044 telah disetujui sebagai persyaratan untuk mendapatkan gelar Sarjana Kimia Bandung, Juni 2008 Pembimbing Dr. I Nyoman Marsih NIP 132 129 256 v
Tak seorang pun tahu, sejauh mana batas kesanggupannya jika ia belum mencoba - Publilius Syrus- vi
Ucapan Terimakasih Alhamdulillaahirabbil aalamiin, segala puji penulis panjatkan ke hadirat Illahi Rabbi atas rahmat dan hidayah-nya sehingga penulis bisa menyelesaikan tugas akhir dan skripsi ini. Shalawat serta salam senantiasa tercurah kepada panutan kita, Rasulullah Muhammad SAW, serta pada sahabat, tabi in, dan umatnya hingga akhir zaman. Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terimakasih yang sedalam-dalamnya pada Dr. I Nyoman Marsih atas ilmu yang diberikan dan kesabarannya dalam membimbing penulis selama ini. Rasa terimakasih juga penulis sampaikan pada pihak-pihak yang telah banyak membantu dalam penyelesaian penelitian tugas akhir, kepada : 1. Mamah dan Apa, atas dukungan dan doanya selama ini serta atas usaha dan jerih payahnya hingga penulis bisa menjadi seperti sekarang. 2. Abang yang telah membantu berjalannya proses tugas akhir dari awal hingga selesai. 3. Uli atas dukungannya. 4. Keluarga besar di Cianjur dan di Bandung, baik dari pihak Mamah ataupun Apa yang telah membantu selama proses perkuliahan berjalan. 5. Ria Sri Rahayu atas bantuannya selama satu tahun terakhir dan ketika penyelesaian tugas akhir dan penyusunan skripsi. 6. Dikhi, Adit, Andre yang telah bersama-sama berpusing-pusing selama proses tugas akhir. 7. Anson, Iim, Rona, Andri, Dicky, Kajal, Viera, dan semua penghuni lab solid state and catalyst lab serta para penghuni lab. anorganik. 8. Mega, Indah, Putri, Hani, Ratih, Obet, Agus, Tina, Hendra, Yudis, Angga, Cecep, Tari dan penghuni lab. KA atas kerjasamanya. 9. Teman-teman kimia 2004 yang lain yang telah bersama-sama selama 4 tahun terakhir. 10. Pak Bandi, Bu Ela, Pak Dede, Pak Toto, Bu Sony, Bu Tini, Pak Win, dan para staff kimia yang telah membantu pelaksanaan tugas akhir. 11. Para dosen di Kimia yang telah memberikan ilmunya. vii
12. Badan Geologi (Jl. Surapati) yang telah membantu pengujian XRD dan SEM. 13. Direktorat Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan Nasional, atas beasiswa yang diberikan. 14. Teman-teman SMA yang selalu saling memberi dukungan. 15. Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu per satu Semoga Allah SWT. membalas setiap kebaikan dengan kebaikan yang berlipat ganda. Bandung, Juni 2008 viii
Daftar Isi Abstract... ii Abstrak... iv Ucapan Terimakasih...vii Daftar Isi... ix Daftar Tabel... xi Daftar Gambar... xii Daftar Lampiran... xiii Bab I Pendahuluan... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Lingkup Kajian... 3 1.3 Tujuan Penelitian... 4 Bab II Tinjauan Pustaka... 5 2.1 Produksi H 2... 5 2.1.1 Elektrolisis air... 5 2.1.2 SRM (Steam Reforming of Methanol)... 6 2.1.3 Gasifikasi biomas... 6 2.2 Katalis... 6 2.3 Fotokatalisis... 7 2.4 Reaksi Fotokatalisis... 9 2.5 Senyawa ZnO dan CuO/ZnO... 11 2.6 Fuel Cell... 13 ix
Bab III Metodologi Penelitian... 15 3.1 Alat dan Bahan... 15 3.2 Prosedur kerja... 15 Sintesis ZnO dan CuO/ZnO... 15 Karakterisasi... 16 Pengujian aktivitas... 16 BAB IV HASIL dan PEMBAHASAN... 18 Bab V Penutup... 28 5.1 Kesimpulan... 28 5.2 Saran... 28 Daftar Pustaka... 29 Lampiran... 31 x
Daftar Tabel Tabel 2.1 Jenis-jenis fuel cell... 13 Tabel 4.1 Pengaruh konsentrasi reaktan terhadap rendemen... 19 Tabel 4.2 Pengaruh ph terhadap rendemen... 19 Tabel 4.3 Rendemen padatan yang berhasil disintesis... 20 Tabel 4.5 % konversi padatan 5% CuO/ZnO terhadap waktu... 25 Tabel 4.6 Perbandingan konversi padatan sintesis... 26 xi
Daftar Gambar Gambar 1.1 Volume dan berat dari berbagai sumber energi bahan bakar dengan acuan menghasilkan energi yang sama dengan 50 L bensin... 3 Gambar 2.1 Mekanisme fotokatalisis... 8 Gambar 2.2 Ilustrasi reaksi yang terjadi pada kedua pita semikonduktor... 11 Gambar 2.3 Struktur rutile, anastase, dan brookite... 12 Gambar 2.4 Struktur wurzite... 12 Gambar 2.5 Skema fuel cell... 14 Gambar 3.1 Diagram alir sintesis ZnO dan CuO/ZnO... 16 Gambar 3.2 Skema wadah untuk pengujian aktivitas fotokatalitik... 17 Gambar 3.3 Diagram alir pengujian aktivitas... 17 Gambar 4.1 Foto padatan yang berhasil disintesis (dari kiri ke kanan, ZnO, 1% CuO/ZnO, 5% CuO/ZnO)... 20 Gambar 4.2 Difraktogram padatan ZnO (atas), 1%-CuO/ZnO (tengah), dan 5% CuO/ZnO(bawah)...22 Gambar 4.3 Foto SEM padatan ZnO pembesaran 5.000 kali... 24 Gambar 4.4 Foto SEM padatan 1%-CuO/ZnO pembesaran 5.000 kali... 24 Gambar 4.5 Foto SEM padatan 5%-CuO/ZnO pembesaran 5.000 kali... 24 Gambar 4.6 Profil % konversi padatan 5% CuO/ZnO terhadap waktu... 26 Gambar 4.7 Perbandingan konversi padatan sintesis... 27 xii
Daftar Lampiran Lampiran A... 31 Lampiran B... 33 xiii