BAB I - digilib POLBAN

 BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Penelitian
CO2 merupakan polutan organik yang semakin hari semakin bertambah
jumlahnya di udara. Keberadaan gas CO2 di udara dapat menyebabkan terjadinya
peningkatan
suhu bumi dan berbagai masalah lingkungan lainnya sehingga perlu
dilakukan suatu upaya untuk mengurangi kadar gas CO2 tersebut. Masalah ini
dapat diatasi dengan menggunakan suatu alternative teknologi. Teknologi yang
mungkin mampu mengatasi masalah tersebut adalah menggunakan fotokatalis
untuk mengubah CO2 menjadi CH4 dengan bantuan sinar UV. Proses ini
melibatkan CO2 sehingga sangat menjanjikan karena dapat membentuk daur
karbon yang berguna. Artinya, emisi gas CO2 di udara dapat dikurangi dengan
menjadikan CO2 sebagai sumber utama terciptanya CH4 yang dapat menggantikan
bahan bakar fosil.
Titanium dianggap merupakan kandidat yang paling cocok untuk proses
fotokatalitik karena sifat oksidasinya yang kuat, stabil, dan tahan korosi. Titanium
oksida nanopartikel dengan bantuan sinar UV dapat membentuk metana dari CO2,
yang memungkinkan dapat menjadi sumber energi masa depan. Material ini dapat
mengurangi secara dramatis emisi CO2 dan ketergantungan terhadap bahan bakar
fosil. Begitu banyak cara telah dilakukan untuk meningkatkan aktivitas katalis
TiO2 tersebut, salah satunya dengan penambahan dopan logam, seperti logam Cu.
Logam Cu ditambahkan sebagai dopan karena lebih murah dan telah terbukti lebih
aktif dari titania untuk mereduksi CO2 menjadi metana (Slamet dkk, 2005).
Aplikasi Cu, baik dalam bentuk logam maupun oksida logam CuOx, telah banyak
digunakan sebagai electron-trapper untuk menghambat rekombinasi elektron-hole
dalam berbagai aplikasi. Perannya sebagai electron-trapper ini disebabkan oleh
tinggi dan positifnya potensial reduksi dari Cu (0.34 V). Selain sebagai electrontrapper, penambahan dopan CuOx juga dapat meningkatkan absorbansi bagi
fotokatalis melalui mekanisme penyempitan band-gap (Slamet, 2009).
1
2
Bab I Pendahuluan
Reaksi fotokatalisis terjadi karena penyinaran radiasi elektromagnetik
(seperti sinar UV) pada permukaan fotokatalis yang menyebabkan fotokatalis
teraktivasi. Jika fotokatalis semikonduktor teraktivasi oleh cahaya (energi foton)
besarnya setara dengan energi band gap, maka akan memiliki kemampuan
yang
untuk membentuk radikal hidroksil yang dapat mengoksidasi polutan organik.
Tembaga dan titanium oksida bertindak sebagai fotokatalis. Ketika sinar UV
mengenai tembaga oksida, karbon dioksida akan diubah menjadi karbon
monoksida. Dan ketika sinar UV mengenai titanium oksida, molekul air akan
terpecah.
Hidrogen dibebaskan dari air dan karbon dibebaskan dari CO2 kemudian
direkombinasi untuk menghasilkan metana yang dapat terbakar, dan sisa atom
oksigen kemudian berpasangan untuk menghasilkan O2 yang dapat digunakan
untuk pernapasan.
CO2
+
2 H2O
CuO/TiO2
CH4 + 2 O2
Terdapat beberapa faktor yang dapat mempengaruhi proses konversi CO2
menjadi CH4. Dilihat dari segi operasi, faktor-faktor tersebut adalah:
1) rasio CO2 dan H2O yang menghasilkan konversi optimum;
2) laju alir umpan CO2;
3) suhu operasi dan tekanan operasi;
4) waktu operasi; dan
5) daya sinar UV.
Sedangkan dari segi pembuatan katalis, yang dapat mempengaruhi
kemampuan katalis untuk mengonversi CO2 diantaranya adalah:
1) suhu kalsinasi;
2) perbandingan konsentrasi CuO:TiO2; dan
3) waktu kalsinasi.
Berdasarkan permasalahan di atas perlu adanya kajian terhadap faktorfaktor yang dapat mempengaruhi proses konversi CO2 menjadi CH4. Namun,
karena keterbatasan waktu dan alat maka permasalahan yang akan dikaji pada
penelitian ini hanya untuk mengetahui bagaimana pengaruh laju alir umpan
terhadap konversi CO2. Oleh karena itu, akan dilakukan penelitian dengan judul
Konversi Fotokatalitik CO2 Menjadi CH4 dengan Katalis CuO/TiO2 Menggunakan Sinar
Ultraviolet
3
Bab I Pendahuluan
”Konversi
Fotokatalitik
CO2
Menjadi
CH4
dengan
Katalis
CuO/TiO2
Menggunakan Sinar Ultraviolet”.
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1) membuat sistem proses konversi fotokatalitik CO2 menjadi CH4;
2) membuat fotokatalis CuO/TiO2;
3) mengetahui laju alir umpan optimum terhadap konversi CO2;
4) mengetahui pengaruh waktu reaksi terhadap konversi CO2; dan
5) mengetahui jumlah CH4 yang dihasilkan pada laju alir optimum.
1.3
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini meliputi:
1) umpan yang digunakan adalah CO2 murni;
2) proses konversi CO2 menjadi CH4 dilakukan secara kontinyu;
3) fotokatalis yang digunakan adalah CuO/TiO2 dengan konsentrasi Cu
0,2% berat;
4) titanium yang akan digunakan pada penelitian adalah TiO2 Merck;
5) tahap persiapan katalis dilakukan dengan menggunakan metode
impregnasi;
6) sumber sinar yang digunakan untuk reaksi fotokatalis adalah sinar UV
10 watt;
7) laju alir yang digunakan adalah 0,31 mL/detik, 0,5 mL/detik, 0,77
mL/detik dan 1 mL/detik;
8) suhu operasi yang digunakan anatara 25-50oC dan tekanan operasi 1
atm; dan
9) analisa CO2 masuk dan keluar reaktor dilakukan dengan menggunakan
metode titrasi.
Konversi Fotokatalitik CO2 Menjadi CH4 dengan Katalis CuO/TiO2 Menggunakan Sinar
Ultraviolet
Bab I Pendahuluan
4
1.4
Tahapan Penelitian
Tahap Penelitian yang dilkakukan adalah:
1) pembuatan reaktor untuk konversi fotokatalis;
2) tahap persiapan katalis;
3) penempelan fotokatalis CuO/TiO2 pada stainless steel;
4) tahap reaksi fotokatalis;
5) tahap analisa;
6) pengolahan dan analisa data; dan
7) penyusunan laporan akhir penelitian.
1.5
Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan laporan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
BAB I
PENDAHULUAN
Bab ini berisi latar belakang, tujuan penelitian, ruang lingkup penelitian,
tahapan penelitian dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisi tentang teori-teori yang mendukung penelitian.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisi tentang metodologi yang digunakan untuk memperoleh,
mengolah dan menganalisis data penelitian.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi tentang data hasil penelitian serta pembahasan data yang
diperoleh
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi tentang kesimpulan yang diperoleh berdasarkan hasil
penelitian serta saran-saran yang diberikan.
Konversi Fotokatalitik CO2 Menjadi CH4 dengan Katalis CuO/TiO2 Menggunakan Sinar
Ultraviolet