Sintesis Fotokatalis TiO2-N,Cu Menggunakan Limbah Elektroplating sebagai Prekursor Cu serta Uji Aktivitas Fotokatalitik untuk Degradasi Biru Metilen dan Amoksisilin serta Disinfeksi E. Coli

Kusuma Putri Suwondo, Prof. Dr. Endang Tri Wahyuni, M.S.; Dr. rer.nat. Nurul Hidayat Aprilita, S.Si., M.Si.

2023 | Disertasi | S3 Ilmu Kimia

Pencemaran lingkungan perairan oleh polutan logam, senyawa organik dan mikroorganisme mendorong dilakukannya penelitian ini. Tujuan penelitian ini adalah melakukan sintesis fotokatalis TiO2-N,Cu menggunakan limbah elektroplating sebagai prekursor Cu untuk meningkatkan aktivitas TiO2 pada sinar tampak. Kedua, penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh konsentrasi Cu terhadap karakter dan aktivitas fotokatalitik TiO2-Cu. Ketiga, mempelajari pengaruh ko-doping N,Cu terhadap aktivitas TiO2 pada degradasi biru metilen (MB) dan amoksisilin (AMX) serta disinfeksi E. coli. Fotokatalis disintesis dengan metode sol-gel dan dikarakterisasi menggunakan XRD, FTIR, SEM-EDX, TEM dan SRUV-Vis.

Hasil penelitian menunjukan bahwa konsentrasi Cu berpengaruh terhadap karakter dan aktivitas fotokatalitik TiO2-Cu. Doping Cu telah menurunkan band gap TiO2, TiO2-Cu dengan konsentrasi dopan 0,60% (b/b) menunjukkan nilai Eg yang paling rendah, yaitu 2,88 eV. Fotokatalis TiO2-Cu0,60% juga menunjukkan persen degradasi MB yang tertinggi, yaitu 94,96% pada penyinaran dengan sinar tampak selama 180 menit. Tipe doping juga berpengaruh terhadap karakter dan aktivitas fotokatalitik TiO2. Fotokatalis ko-doping N dan Cu menunjukkan penyempitan band gap yang paling efektif dibandingkan dengan doping tunggal. Energi band gap TiO2, TiO2-Cu, TiO2-N, dan TiO2-N,Cu berturut-turut adalah 3,20; 2,88; 2,97; dan 2,74 eV. Sejalan dengan hasil karakterisasinya, fotokatalis TiO2-N,Cu juga menunjukkan aktivitas fotokatalitik yang paling baik pada penyinaran dengan sinar tampak. Persentase degradasi MB oleh TiO2-N,Cu di bawah sinar tampak selama 180 menit adalah 99,79%, sedangkan oleh TiO2, TiO2-N, dan TiO2-Cu berturut-turut adalah 59,84%; 86,74%; dan 93,74%. Pada uji degradasi AMX di bawah sinar tampak selama 300 menit, persentase degradasi AMX oleh TiO2, TiO2, TiO2-N, TiO2-Cu, dan TiO2-N,Cu berturut-turut adalah 38,66%; 63,99%; 68,53%; dan 72,32%. Persen disinfeksi E. coli pada sinar tampak selama 30 menit oleh TiO2, TiO2-N, TiO2-Cu, dan TiO2-N,Cu berturut-turut adalah 38,42%; 87,01%; 96,68%; dan 98,21%.

Pollution of the aquatic environment by metal pollutants, organic compounds and microorganisms encouraged this research to be carried out. This research aims to synthesis TiO2-N,Cu photocatalyst, by using electroplating wastewater as a source of Cu to enhance the TiO2 activity in the visible light region. Second, the influence of Cu concentration on the TiO2 characteristics and activity was studied. Third, the effect of co-doping N and Cu on the TiO2 photocatalytic activity was examined for the degradation of methylene blue and amoxicillin and the disinfection of E. coli. The photocatalyst was synthesized by the sol-gel method and characterized by XRD, FTIR, SEM-EDX, TEM and SRUV-Vis.

The results showed that the concentration of Cu influenced the character and activity of TiO2-Cu. Doping with Cu has reduced the TiO2 band gap, where TiO2-Cu0.60% shows the lowest Eg value among other TiO2-Cu samples, which is 2.88 eV. The TiO2-Cu0.60% photocatalyst produced the highest MB degradation, 94.96%, under visible light irradiation for 180 minutes. The type of doping also influenced the character and photocatalytic activity of TiO2. Co-doping with N and Cu on TiO2 resulted in the lowest band gap energy compared to the single doping. The band gap energies of TiO2, TiO2-Cu, TiO2-N, and TiO2-N,Cu were 3.20; 2.88; 2.97; and 2.74 eV, respectively. In line with the characterization results, the photocatalyst TiO2-N,Cu also showed the best photocatalytic activity under visible light irradiation. The percentage of MB degradation by TiO2-N,Cu under visible light for 180 minutes was 99.79%, while the MB degradation by TiO2, TiO2-N, TiO2-Cu were 59.84%; 86.74%; and 93.74%, respectively. In the AMX degradation under the radiation of visible light for 300 minutes, the degradation percentage by TiO2, TiO2-N, TiO2-Cu and TiO2-N,Cu were 38.66%; 63.99%; 68.53%; and 72.32%, respectively. Whereas in E. coli disinfection under visible light irradiation for 30 min, the disinfection percentage by TiO2, TiO2-N, TiO2-Cu, and TiO2-N,Cu were 38.42%; 87.01%; 96.68%; and 98.21%, respectively.

Kata Kunci : Limbah elektroplating, fotokatalis, ko-doping TiO2, biru metilen, amoksisilin, disinfeksi bakteri