Sintesis Fotokatalis Nanokomposit Fe3O4/ZnO/Ag Dan Aplikasinya Untuk Degradasi Kuning Titan

NAUVAL DWI FADILLAH, Dra. Eko Sri Kunarti S.Si., Ph.D.; Indriana Kartini S.Si., M.Sc., Ph.D.

2020 | Tesis | MAGISTER KIMIA

Sintesis material nanokomposit Fe3O4/ZnO/Ag dan pengujiannya sebagai fotokatalis untuk degradasi kuning titan telah dilakukan. Tujuan utama dari penelitian ini yaitu memodifikasi material ZnO agar memiliki aktivitas fotokatalitik yang baik pada paparan sinar UV dan tampak serta dapat dipisahkan dari larutan dengan mudah. Penelitian ini diawali dengan sintesis magnetit (Fe3O4) dengan metode sono-kopresipitasi. Sintesis Fe3O4/ZnO dilakukan dengan metode hidrolisis dengan etilen glikol sebagai pelarut serta massa seng asetat bervariasi. Saat pencampuran antara seng asetat dan Fe3O4 dilakukan penambahan perak nitrat (AgNO3) dengan variasi konsentrasi untuk menghasilkan Fe3O4/ZnO/Ag. Hasil sintesis dikarakterisasi dengan menggunakan difraktometer sinar-X, spektrofotometer inframerah, scanning electron microscope-energi dispersive X-ray, transmission electron microscope, vibrating sample magnetometer dan specular reflectance spectrophotometer. Uji aktivitas fotokatalis material nanokomposit Fe3O4/ZnO/Ag dilakukan untuk proses degradasi kuning titan dalam reaktor tertutup dengan paparan sinar UV dan tampak. Hasil penelitian menunjukkan bahwa material nanokomposit Fe3O4/ZnO/Ag memiliki responsivitas terhadap sinar UV dan tampak serta sifat kemagnetan sehingga dapat dipisahkan dari medium cair menggunakan magnet eksternal. Energi celah pita material nanokomposit mengalami penurunan hingga 2,97 eV setelah penambahan dopan Ag. Kondisi optimum degradasi titian kuning 30 ppm dicapai dengan menggunakan 100 mg fotokatalis, selama 90 menit penyinaran, menghasilkan persen degradasi 94 dan 92% secara berurutan menggunakan paparan sinar UV dan sinar tampak. Material fotokatalis dapat digunakan kembali dengan baik hingga 5 kali pemakaian. Studi kinetika degradasi kuning titan menunjukkan bahwa reaksi mengikuti model kinetika orde dua semu dengan nilai konstanta laju sebesar 0,0115 mg-1 menit-1 pada paparan sinar UV dan 0,0571 mg-1 menit-1 pada paparan sinar tampak.

Synthesis of Fe3O4/ZnO/Ag nanocomposite and its activity test for degradation of titan yellow have been conducted. This research aim was to modify ZnO as an easy separable photocatalyst material that has good activity both under UV and visible. The synthesis was started by the preparation of magnetite (Fe3O4) using co-precipitation and sonication method. Synthesis of Fe-3O4/ZnO was done by hydrolysis method using ethylene glycol as a medium at various concentrations of zinc acetate. The Fe3O4/ZnO/Ag was synthesized by adding the different amounts of of silver nitrate (AgNO3), while zinc acetate was mixed with magnetite. The products were characterized using X-ray diffractometer, infrared spectrophotometer, scanning electron microscope-energy dispersive X-ray, transmission electron microscope, vibrating sample magnetometer, and specular reflectance spectrophotometer. Photocatalytic activity of Fe3O4/ZnO/Ag nanocomposite was evaluated by the degradation of titan yellow solution in a closed reactor, under UV and visible light exposure. Results showed that Fe3O4/ZnO/Ag nanocomposite was responsive towards UV and visible light also had excellent magnetic properties. It can be separated from the liquid medium using an external magnet. The addition of dopant was reduced the value of the photocatalyst band gap energy (Eg) to 2.97 eV. The Fe3O4/ZnO/Ag 3% nanocomposite had better photocatalytic activity than that of Fe3O4/ZnO and ZnO under UV and visible light. The optimum condition of the degradation was 30 ppm titan yellow, with 100 mg photocatalyst, for 90 minutes illumination, with a yield of 94 and 92% under UV and visible light, respectively. The photocatalyst can be reused after photocatalysis with excellent performance up to 5 times. Kinetic study of the degradation showed that the reaction followed the pseudo-second-order with rate constant of 0.0115 mg-1 min-1 and 0.0571 mg-1 min-1 under UV and visible light exposure, respectively.

Kata Kunci : fotokatalis, kuning titan, nanokomposit Fe3O4/ZnO/Ag, photocatalyst, titan yellow, nanocomposite Fe3O4/ZnO/Ag