SINTESIS NANOKOMPOSIT Fe3O4/ZnO-Cu DAN UJI AKTIVITASNYA SEBAGAI FOTOKATALIS PADA DEGRADASI RHODAMIN B

YULY PUJIARTI, Dra. Eko Sri Kunarti, M.Si., Ph.D; Dr. Suyanta., M.Si

2020 | Tesis | MAGISTER KIMIA

Sintesis nanokomposit Fe3O4/ZnO-Cu dan pengujian aktivitasnya sebagai fotokatalis pada degradasi rhodamin B telah dilakukan. Tujuan utama dari penelitian ini yaitu modifikasi material ZnO agar memiliki aktivitas fotokatalitik pada paparan sinar UV dan sinar tampak dan dapat dipisahkan dengan menggunakan magnet eksternal. Penelitian diawali dengan sintesis Fe3O4 menggunakan metode sono-kopresipitasi, kemudian sintesis Fe3O4/ZnO dengan metode kopresipitasi dan penambahan seng asetat dengan variasi massa. Pelapisan ZnO-Cu pada Fe3O4 dilakukan dengan mencampurkan seng asetat (Zn(CH3COO)2) dan tembaga asetat (Cu(CH3COO)2) dengan berbagai variasi konsentrasi ke dalam campuran Fe3O4 terdispersi etanol absolut. Material hasil sintesis dikarakterisasi dengan difraktometer sinar-X, spektrometer inframerah, scanning electron microscope-energy dispersive X, transmission electron microscope, vibrating sample magnetometer dan specular reflectance spectrophotometer. Uji aktivitas fotokatalitik nanokomposit Fe3O4/ZnO-Cu dilakukan pada proses degradasi rhodamin B dalam reaktor tertutup pada paparan sinar UV dan sinar tampak. Hasil penelitian menunjukkan bahwa material nanokomposit Fe3O4/ZnO-Cu merupakan material fotokatalis yang responsif terhadap sinar UV dan sinar tampak serta memiliki sifat kemagnetan. Nilai energi celah pita Fe3O4/ZnO-Cu dengan variasi Cu 1, 2, 3, dan 5% berturut-turut sebesar 2,90; 2,94; 2,95; dan 3,02 eV. Material nanokomposit Fe3O4/ZnO terdoping Cu 1% memiliki aktivitas fotokatalitik terbaik pada degradasi rhodamin B pada pH 8 dengan massa fotokatalis 20 mg selama 120 menit, dengan hasil degradasi sebesar 86,66 dan 89,41% pada paparan sinar UV dan sinar tampak. Material Fe3O4/ZnO-Cu 1% memiliki sifat magnet sehingga dapat digunakan kembali setelah aktivitas fotokatalitik sebanyak 3 kali tanpa mengalami penurunan fotoaktivitas yang berarti. Studi kinetika reaksi fotodegradasi rhodamin B mengikuti model kinetika Ho dan McKay dengan nilai konstanta laju degradasi sebesar 0,2270 g mg-1 menit-1 pada paparan sinar UV dan 0,2169 g mg-1 menit-1 pada paparan sinar tampak.

Synthesis of Fe3O4/ZnO-Cu nanocomposites and its activity tests for degradation of rhodamine B have been investigated. This research aim was to modify ZnO material to enhance its photocatalytic activity under UV and visible light and provide magnetically separable Fe3O4/ZnO-Cu nanocomposites material. The research was started with the synthesis of Fe3O4 using the sono-coprecipitation method. Synthesis of Fe3O4/ZnO was conducted by using the coprecipitation method with several variation of zinc acetate. The coating of ZnO-Cu on Fe3O4 was carried out by mixing zinc acetate (Zn(CH3COO)2) with various concentrations of copper acetate (Cu(CH3COO)2) into the absolute ethanol dispersed Fe3O4. The synthesized materials were characterized using X-ray diffractometer, infrared spectrometer, scanning electron microscope-energy dispersive X, transmission electron microscope, vibrating sample magnetometer and specular reflectance spectrophotometer. Photocatalytic activity of Fe3O4/ZnO-Cu nanocomposite was examined by the degradation of rhodamine B solution in the closed reactor, under UV and visible light exposure, respectively. Results showed that Fe3O4/ZnO-Cu nanocomposites materials are responsive toward UV and visible light and exhibit good magnetic property. The band gap energy of Fe3O4/ZnO-Cu with variations concentration of Cu 1, 2, 3, and 5% were 2.90; 2.94; 2.95; and 3.02 eV, respectively. The Fe3O4/ZnO-Cu 1% nanocomposite had the best photocatalytic activity for the degradation of rhodamine-B at a pH of 8, with 20 mg photocatalyst, for 120 minutes irradiation, with the yield of 86.66 and 89.41% under UV and visible light, respectively. The photocatalyst can be reused after photocatalytic process with good performance up to 3 times. Kinetic study of the degradation showed that the reaction followed Ho and McKay with rate constant of 0.2270 and 0.2169 g mg-1 min-1, under UV and visible light exposure, respectively.

Kata Kunci : fotokatalis, Fe3O4/ZnO-Cu, rhodamin B