Fabrikasi dan Karakterisasi Nanokomposit Green-synthesized Fe3O4/Cdots serta Potensi Aplikasinya untuk Mengurangi Polutan dalam Air

Emi Kurnia Sari, Prof. Dr. Eng. Edi Suharyadi, M.Eng.; Dr. Chotimah, M.Si.

2023 | Tesis | S2 Ilmu Fisika

Nanokomposit Fe3O4/Cdots telah berhasil difabrikasi melalui penggabungan Fe3O4 yang disintesis menggunakan ekstrak Moringa oleifera dan Cdots yang disintesis dari kulit semangka. Penggabungan keduanya dilakukan dengan bantuan sonikasi dan diperoleh FO/C10, FO/C15, FO/C20, FO/C25, dan FO/C30 yang masing-masing didasarkan pada variasi konsentrasi Cdots dalam nanokomposit yaitu 10, 15, 20, 25, dan 30 mL. Hasil uji menggunakan X-ray diffractometer menunjukkan struktur kristal yang dimiliki nanokomposit adalah cubic inverse spinel. Selain itu, terjadi penurunan ukuran kristalit Fe3O4 akibat penambahan Cdots yaitu (10,1 plus minus 0,1), (8,9 plus minus 0,1), dan (7,2 plus minus 0,1) nm untuk FO/C10, FO/C20, dan FO/C30. Citra yang dihasilkan dari pengujian tansmission electron microscopy menunjukkan morfologi spherical yang seragam dengan ukuran rata-rata (13,4 plus minus 1,2) nm dan teraglomerasi. Unsur Fe, O, dan C terdeteksi melalui pengujian scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray dan tersebar merata pada hasil Mapping unsur. Analisa Fourier transform infra-red mengonfirmasi terbentuknya nanokomposit Fe3O4/Cdots dengan munculnya gugus fungsi Fe-O dan C=C. Spektrum absorbansi nanokomposit menunjukkan profil dominan dari Fe3O4, dengan peningkatan energi celah pita pada rentang 3,13 sampai 3,44 eV. Penempelan Cdots pada Fe3O4 terindikasi melalui pendaran yang dihasilkan pada pengujian photoluminescence. Sifat kemagnetan Fe3O4/Cdots menunjukkan karakteristik superparamagnetik dengan nilai magnetisasi saturasi pada rentang 29,2 sampai 38,3 emu/g yang dapat mendukung fitur pemisahan dari fase cair dengan bantuan magnet eksternal. Nanokomposit FO/C10 menghasilkan efisiensi penghilangan maksimum terhadap logam kromium heksavalen hingga 26,6% setelah 120 menit. Pada batch pengujian yang berbeda, FO/C25 dapat mendegradasi limbah pewarna organik methylene blue mencapai 97?lam 10 menit radiasi UV. Dengan sifat magnet yang kuat, adsorben maupun fotokatalis bersifat reusable, terutama fotokatalis dapat digunakan kembali hingga tiga kali pengulangan. Oleh karena itu, Fe3O4/Cdots berpotensi dalam penghilangan logam berat dan fotokatalis yang menjanjikan untuk remediasi lingkungan yang efektif dan efisien.

The Fe3O4/Cdots nanocomposites were fabricated by incorporating Fe3O4 synthesized using Moringa oleifera and Cdots from watermelon peel wastes. The combination of those nanoparticles was carried out via sonication and obtained FO/C10, FO/C15, FO/C20, FO/C25, and FO/C30 based on 10, 15, 20, 25, and 30 mL of Cdots concentration, respectively. X-ray diffractometer showed that the crystal structure of the nanocomposite was cubic inverse spinel. In addition, the crystallite size decreased due to the addition of Cdots, namely (10.1 plus minus 0.1), (8.9 plus minus 0.1), and (7.2 plus minus 0.1) nm for FO/C10, FO/ C20, and FO/C30, respectively. The resulting image from the transmission electron microscopy test shows a uniform spherical morphology with an average size of (13.4 plus minus 1.2) nm and agglomerated. Fe, O, and C elements were detected through scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray and were evenly distributed on the elemental mapping results. The bonding analysis confirmed the formation of the Fe3O4/Cdots nanocomposite with the appearance of the Fe-O and C=C functional groups. The absorbance spectrum of the nanocomposite shows a dominant profile of Fe3O4, with an increase in band gap energy in the range of 3.13 until 3.44 eV. The luminescence produced indicates the attachment of Cdots on the surface of Fe3O4. The magnetic properties of Fe3O4/Cdots show superparamagnetic behaviour with saturation magnetization values in the range of 29.2 until 38.3 emu/g that can support the separation from the liquid phase with an external magnet. The FO/C10 nanocomposite produced the maximum chromium hexavalent removal efficiency of 26.6?ter 120 minutes. In different test batches, FO/C25 can degrade methylene blue as organic dye waste up to 97% in 10 minutes of UV irradiation. Due to their strong magnetic properties, adsorbents and photocatalysts are reusable, especially photocatalysts which can be reused up to three times. Therefore, Fe3O4/Cdots can potentially remove heavy metals and are a promising photocatalyst for effective and efficient environmental remediation.

Kata Kunci : Nanokomposit Fe3O4/Cdots, green synthesis, Moringa oleifera, fotokatalis, adsorben