LUCUTAN PLASMA DENGAN VARIASI KONSENTRASI

PENAMBAHAN H2O2 DAN KONFIGURASI ELEKTRODA DALAM

PROSES DEGRADASI METILEN BIRU

Disusun Oleh :

FAJRIN RAWASIYYAH

M0213031

SKRIPSI

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

ii

LUCUTAN PLASMA DENGAN VARIASI KONSENTRASI

PENAMBAHAN H2O2 DAN KONFIGURASI ELEKTRODA DALAM

PROSES DEGRADASI METILEN BIRU

Disusun Oleh :

FAJRIN RAWASIYYAH

M0213031

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagai persyaratan mendapat gelar

Sarjana Sains

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

MARET 2018

iii

HALAMAN PERSETUJUAN

SKRIPSI

Lucutan Plasma Dengan Variasi Konsentrasi Penambahan H2O2 dan

Konfigurasi Elektroda dalam Proses Degradasi Metilen Biru

Diusulkan oleh:

Fajrin Rawasiyyah

M0213031

Telah disetujui oleh :

Pembimbing I

Dr. Eng. Kusumandari, S.Si., M. Si.

NIP. 19810518200501 2 2002

Tanggal : ………………

Pembimbing II

Teguh Endah Saraswati, S.Si, M.Sc., Ph.D.

NIP. 19790326 200501 2001

Tanggal : …………........

iv

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi dengan judul : Lucutan Plasma dengan Variasi Konsentrasi

Penambahan H2O2 dan Konfigurasi Elektroda dalam

Proses Degradasi Metilen Biru

Yang ditulis oleh :

Nama : Fajrin Rawasiyyah

NIM : M0213031

Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada :

Hari :

Tanggal :

Dewan Penguji :

1. Ketua Penguji

Dr. Eng. Risa Suryana, S.Si., M.Si.

NIP 19710831 200003 1 005 ................................

2. Sekretaris Penguji

Dr. Yofentina Iriani, S. Si,. M. Si.

NIP. 19711227 199702 2 001 ................................

3. Anggota Penguji 1

Dr. Eng. Kusumandari, S.Si., M.Si.

NIP. 19810518 200501 2 002 ................................

4. Anggota Penguji 2

Teguh Endah Saraswati, S.Si., M.Sc., Ph.D.

NIP. 19790326 200501 2 001 ................................

Disahkan pada tanggal……………………

Oleh

Kepala Program Studi Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret Surakarta

v

Dr. Fahru Nurosyid., S. Si., M. Si.

NIP. 19721013 200003 1 002

vi

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “Lucutan Plasma

dengan Variasi Konsentrasi Penambahan H2O2 dan Konfigurasi Elektroda dalam

Proses Degradasi Metilen Biru” adalah benar-benar hasil penelitian saya hingga

saat ini isi skripsi tidak berisi material yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh

orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di

Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali telah dituliskan

di daftar pustaka skripsi. Segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis

dibagian ucapan terima kasih. Isi skripsi ini boleh dirujuk secara bebas tanpa harus

memberitahu penulis.

Surakarta, Maret 2018

Fajrin Rawasiyyah

vii

MOTTO

“Maka Sesungguhnya Bersama Kesulitan itu Ada Kemudahan”

Q.S Al-Insyroh Ayat 5

“Hidup itu Seperti Sepeda. Agar Tetap Seimbang, Kau Harus Tetap

Bergerak”

-Albert Einstein-

viii

PERSEMBAHAN

Karya sederhana ini saya persembahkan kepada :

1. Bapak, Ibu dan adik-adik tercinta

2. Dosen Pembimbing

3. Grup Riset Plasma Science and Technology FMIPA UNS.

4. Keluarga Fisika 2013

5. Seluruh Pembaca

ix

Lucutan Plasma dengan Variasi Konsentrasi Penambahan H2O2 dan

Konfigurasi Elektroda dalam Proses Degradasi Metilen Biru

FAJRIN RAWASIYYAH

Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan pengaruh variasi konsentrasi H2O2 dan

konfigurasi elektroda terhadap absorbansi, pH dan temperatur metilen biru sebelum

dan sesudah kontak dengan plasma. Dalam penelitian ini, reaktor plasma terdiri dari

elektroda jarum yang dihubungkan dengan tegangan AC sebesar 11,5 kV. Variasi

konsentrasi penambahan H2O2 yang digunakan adalah 5, 6, 7, 8, 9, dan 10 mmol,

sedangkan variasi konfigurasi elektroda yang digunakan adalah 1 pasang elektroda

dan 2 pasang elektroda. Waktu kontak plasma yang digunakan adalah 1, 2, 3, 4, dan

5 menit. Absorbansi larutan diukur menggunakan spektrometer UV-Vis. Hasilnya

absorbansi menurun seiring bertambahnya waktu kontak dengan plasma. Selain itu,

penambahan H2O2 sebelum kontak dengan plasma mempercepat degradasi metilen

biru, sedangkan kombinasi plasma dan penambahan H2O2 menghasilkan reaksi

yang lebih komplek yang mendegradasi metilen biru selanjutnya, pH larutan

metilen biru mengalami penurunan seiring dengan waktu kontak dengan plasma

dan penambahan H2O2 karena senyawa asam yang dihasilkan selama reaksi.

Temperatur larutan metilen biru semakin tinggi seiring bertambahnya waktu kontak

dengan plasma dan penambahan H2O2. Pada variasi konfigurasi elektroda yaitu 1

pasang elektroda dan 2 pasang elektroda dengan penambahan H2O2 dan tanpa

penambahan H2O2, metilen biru mengalami penurunan absorbansi. Jadi dengan

adanya penambahan elektroda dan penambahan H2O2 berpengaruh pada penurunan

absorbansi metilen biru meskipun tidak berbeda secara signifikan. Hasil yang di

peroleh dibuktikan dengan analisa ANOVA dua arah tanpa perulangan,

menunjukkan nilai persentase penurunan absorbansi dengan plasma menggunakan

1 dan 2 pasang elektroda baik dengan dan tanpa penambahan H2O2 tidak berbeda

signifikan.

Kata kunci : plasma, H2O2 , konfigurasi elektroda, metilen biru

x

Plasma Discharge with Variations Concentration Of H2O2 and Electrodes

Configuration For Methylene Blue Degradation Process

FAJRIN RAWASIYYAH

Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences

Sebelas Maret University

ABSTRACT

This study was conducted to determine the effect of H2O2 concentration and

electrode configuration on absorbance, pH and temperature of methylene blue

before and after contact with plasma. In this study, the reactor consisted of needle

electrode with AC voltage of 11.5 kV. The concentration of H2O2 were 5, 6, 8, 9,

and 10 mmol and the electrode configuration were 1 pair and 2 pairs of electrodes.

Variations of plasma contact time used were 1, 2, 3, 4, and 5 minutes. The

absorbance solution of methylene blue was measured using an UV-Vis

spectrometer. As a result, the absorbance decreases with increasing contact time

with plasma. The addition of H2O2 before contact with plasma accelerated the

degradation of methylene blue, while the combination of plasma and the addition

of H2O2 resulting in a more complex reaction that degraded methylene blue.

Moreover, pH of the methylene blue solution decreased with the time of contact

with the plasma and the addition of H2O2 due to the acid compounds produced

during the reaction. The temperature of the methylene blue solution become higher

as time increases with plasma and the addition of H2O2. The absorbance of

methylene blue decreased using both of the electrode configuration variation of 1

pair of electrode and 2 pairs of electrode with and without addition of H2O2.

Therefore, the addition of electrodes and the addition of H2O2 provided an effect on

decreasing of blue methylene absorbance, eventhough it was not significantly

achieved. The results was analyzed by two-way ANOVA analysis without

repetition, showed that the result of a reduction percentage of absorbance under

plasma treatmnet using 1 and 2 pairs of electrodes, both with and without the

addition of H2O2 was not significantly different.

Keywords : plasma, H2O2, electrode configuration, methylene blue

xi

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis sampaikan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan

rahmat, hidayah serta karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi

dengan judul “Lucutan Plasma Dengan Variasi Konsentrasi Penambahan H2O2 dan

Konfigurasi Elektroda dalam Proses Degradasi Metilen Biru” yang merupakan

persyaratan guna memperoleh gelar sarjana Sains.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini tidak lepas dari

adanya kerjasama dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, perkenankan

penulis secara khusus menyampaikan ucapan terima kasih kepada seluruh pihak

yang telah membantu dan memberikan motivasi dalam penulisan skripsi ini.

Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada :

1. Ibu Dr. Eng. Kusumandari, S.Si., M.Si, selaku Pembimbing I yang telah

memberikan topik skripsi, ide penelitian, pembiayaan penelitian,

membimbing, mendampingi, memotivasi serta memberikan saran dan koreksi

dalam mengerjakan penelitian dan menyusun skripsi ini.

2. Ibu Teguh Endah Saraswati, S.Si, M.Sc., Ph.D., selaku Pembimbing II yang

penuh kesabaran membimbing, memberikan motivasi dan saran dalam

melakukan penelitian serta penyusunan skripsi.

3. Bapak Dr. Fahru Nurosyid, S.Si., M.Si., selaku Kepala Program Studi Fisika

FMIPA UNS

4. Bapak Dr. Eng. Risa Suryana, S.Si., M.Si. selaku ketua penguji.

5. Ibu Dr. Yofentina Iriani, S.Si., M.Si. selaku sekretaris penguji.

6. Bapak Drs. Iwan Yahya, M.Si., selaku Pembimbing Akademik.

7. Seluruh Dosen dan Staff Program Studi Fisika FMIPA UNS.

8. Bapak dan Ibu yang telah mendoakan, memberikan perhatian, nasihat,

motivasi untuk menjadi pribadi yang lebih baik.

9. Andi Setiawan yang selalu mendoakan, memberikan semangat kepada

penulis.

xii

10. Rekan-rekan Grup Plasma Science and Technology FMIPA UNS, Mbak

Hanifah Rasyidah, Mbak Nor Shalina, Naila Chanan, Rizki Ari, dan dek

Setyo yang telah memberikan dukungan serta bantuan selama penelitian dan

penyusunan skripsi.

11. Seluruh keluarga Fisika FMIPA UNS khususnya Fisika 2013

12. Seluruh pihak yang tidak dapat disebutkan satu-persatu yang turut membantu

penulis sehingga laporan skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik.

Penulis menyadari masih terdapat banyak kekurangan dalam isi maupun

penyajian materi dalam laporan skripsi ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan

kritik dan saran yang membangun. Penulis berharap semoga laporan skripsi ini

dapat memberikan manfaat bagi para pembaca. Aamiin

Surakarta, Februari 2018

Penulis

xiii

DAFTAR ISI

HALAMAN AWAL .............................................................................................. ii

HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................ iii

HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................. iv

PERNYATAAN .................................................................................................... vi

MOTTO ............................................................................................................... vii

PERSEMBAHAN ............................................................................................... viii

ABSTRAK ............................................................................................................ ix

ABSTRACT ........................................................................................................... x

KATA PENGANTAR .......................................................................................... xi

DAFTAR ISI ....................................................................................................... xiii

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xvi

DAFTAR TABEL ............................................................................................ xviii

DAFTAR SIMBOL ............................................................................................. 19

BAB I PENDAHULUAN ........................................ Error! Bookmark not defined.

1.1. Latar Belakang ........................................... Error! Bookmark not defined.

1.2. Batasan Masalah ......................................... Error! Bookmark not defined.

1.3. Perumusan Masalah .................................... Error! Bookmark not defined.

1.4. Tujuan Penelitian ........................................ Error! Bookmark not defined.

1.5. Manfaat Penelitian ...................................... Error! Bookmark not defined.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................. Error! Bookmark not defined.

2.1. Macam-macam Metode Pengolahan Limbah ............ Error! Bookmark not

defined.

2.2. Plasma ........................................................ Error! Bookmark not defined.

2.2.1. Aplikasi Plasma pada Limbah ................ Error! Bookmark not defined.

2.3. Korona ........................................................ Error! Bookmark not defined.

2.3.1. Pengertian Korona ................................ Error! Bookmark not defined.

2.3.2. Mekanisme Lucutan Korona .................. Error! Bookmark not defined.

2.4. Jenis-jenis Metode Plasma untuk Pengolahan Limbah ... Error! Bookmark

not defined.

2.4.1. Metode Ozon ............................................ Error! Bookmark not defined.

xiv

2.4.2 Metode Electron Beam ............................. Error! Bookmark not defined.

2.4.3. Metode electrical discharge .................... Error! Bookmark not defined.

2.5. Proses Degradasi Metilen Biru ................... Error! Bookmark not defined.

2.6. Katalis ......................................................... Error! Bookmark not defined.

2.6.1. Hidrogen Peroksida ................................. Error! Bookmark not defined.

2.6.2. Zeolit ......................................................... Error! Bookmark not defined.

2.6.3. TiO2-Bentonit ......................................... Error! Bookmark not defined.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............. Error! Bookmark not defined.

3.1. Tempat dan Waktu Pelaksanaan ................ Error! Bookmark not defined.

3.2. Alat dan Bahan ........................................... Error! Bookmark not defined.

3.2.1. Alat yang digunakan pada penelitian .... Error! Bookmark not defined.

3.2.2. Bahan yang Digunakan pada Penelitian ............. Error! Bookmark not

defined.

3.3. Prosedur Penelitian ......................................... Error! Bookmark not defined.

3.3.1. Persiapan Alat dan Bahan ..................... Error! Bookmark not defined.

3.3.2 Persiapan Pembuatan Sampel ................ Error! Bookmark not defined.

3.3.3. Pengukuran pH Sampel ......................... Error! Bookmark not defined.

3.3.4. Tahap Pengolahan Metilen Biru dengan Metode Lucutan Plasma pada

Variasi Konsentrasi Penambahan H2O2 . Error! Bookmark not defined.

3.3.5. Tahap Pengolahan Metilen Biru dengan Metode Lucutan Plasma pada

Variasi Konfigurasi Elektroda.............. Error! Bookmark not defined.

3.3.6. Mengukur Absorbansi Sampel Menggunakan Spektrometer UV-Vis

.................................................................. Error! Bookmark not defined.

3.3.7. Analisa Data ............................................. Error! Bookmark not defined.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................... 25

4.1. Penurunan Absorbansi sebelum dan sesudah Kontak dengan Plasma Error!

Bookmark not defined.

4.2. Pengaruh Variasi Konsentrasi H2O2 terhadap Persentase degradasi

Absorbansi Metilen Biru ............................ Error! Bookmark not defined.

xv

4.3. Pengaruh Waktu Kontak Plasma terhadap Absorbansi Metilen Biru

dengan Variasi Konsentrasi Penambahan H2O2 ....... Error! Bookmark not

defined.

4.4. Pengaruh Waktu terhadap pH Metilen Biru ............. Error! Bookmark not

defined.

4.5. Pengaruh Waktu terhadap Temperatur Metilen Biru Error! Bookmark not

defined.

4.6. Pengaruh Konfigurasi Elektroda terhadap Degradasi Metilen Biru ... Error!

Bookmark not defined.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................. Error! Bookmark not defined.

5.1. Kesimpulan ................................................. Error! Bookmark not defined.

5.2. SARAN ...................................................... Error! Bookmark not defined.

DAFTAR PUSTAKA ............................................... Error! Bookmark not defined.

LAMPIRAN .............................................................. Error! Bookmark not defined.

xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Alat percobaan elektrokoagulasi ........................................................ 5

Gambar 2.2. Perbedaan plasma dengan jenis zat lain .............................................. 6

Gambar 2.3. Proses lucutan ionisasi ...................................................................... 9

Gambar 2.4. Proses electical discharge ................................................................ 10

Gambar 2.5. Proses rekombinasi dan lucutan debit .............................................. 11

Gambar 2.6. Proses pengolahan limbah cair menggunakan metode ozone .......... 12

Gambar 2.7. Proses dari pengolahan air dengan metode electron beam .............. 13

Gambar 2.8. Mekanisme degradasi larutan metilen biru oleh spesies aktif ......... 14

Gambar 3.1. Skema Penelitian .............................................................................. 19

Gambar 3.2. Skema penelitian lucutan plasma dengan 2 pasang elektroda .......... 21

Gambar 3.3. Skema penelitian lucutan plasma dengan 1 pasang elektroda .......... 22

Gambar 4.1. Plasma lucutan pijar korona (a) 1 pasang elektroda dan (b) 2 pasang

elektroda ......................................................................................... 24

Gambar 4.2. Grafik perubahan absorbansi metilen biru hasil perlakuan plasma

menggunakan 2 pasang elektroda selama 0-5 menit dengan variasi

konsentrasi H2O2 (a) 5 mmol, (b) 6 mmol, (C) 7 mmol, (d) 8 mmol,

(e) 9 mmol, (f) 10 mmol .................................................................. 26

Gambar 4.3. Diagram pengaruh waktu kontak plasma terhadap persentase

konsentrasi degradasi metilen biru .................................................. 26

Gambar 4.4. Grafik pengaruh waktu terhadap absorbansi metilen biru pada variasi

konsentrasi H2O2 (5-10 mmol) setelah (a) 1 menit, (b) 2 menit, (c) 3

menit, (d) 4 menit, (e) 5 menit perlakuan plasma menggunakan 2

pasang elektroda .............................................................................. 29

Gambar 4.5. Grafik pengaruh waktu kontak dengan plasma terhadap pH metilen

biru ................................................................................................... 30

Gambar 4.6. Grafik pengaruh waktu kontak plasma terhadap temperatur metilen

biru ................................................................................................... 32

Gambar 4.7. Grafik panjang gelombang terhadap absorbansi dengan variasi

konfigurasi elektroda yaitu (a) 1 pasang elektroda tanpa penambahan

xvii

H2O2 (b) 2 pasang elektroda tanpa penmabahan H2O2 (c) 1 pasang

elektroda dengan penambahan H2O2 (d) 2 pasang elektroda dengan

penambahan H2O2 ............................................................................ 33

Gambar 4.8. Pengaruh waktu kontak plasma terhadap persentase degradasi metilen

biru pada 1 konfigurasi elektroda .................................................... 34

xviii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Klasifikasi plasma ........................................................................... 7

19

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Satuan

A Absorbansi makasimal

sampel

Ao Absorbansi maksilam

sempel kontrol

P value Nilai sigfikikansi %

F Nilai derajat kebebasan

menggunakan

perbandingan antar

kelompok

%

F crit Nilai derajat kebebasan

menggunkan tabel

distribusi

%