Green-Synthesized Nanokomposit Fe3O4/rGO/TiO2, Karakterisasi, dan Aplikasinya untuk Fotodegradasi Methylene Blue serta Adsorpsi Logam Kromium (Cr(VI))
Hafil Perdana Kusumah, Prof. Dr. Eng. Edi Suharyadi, M.Eng.
2024 | Tesis | S2 Ilmu Fisika
Aktivitas fotokatalitik nanokomposit Fe3O4/rGO/TiO2 hasil green synthesis menggunakan ekstrak Amaranthus viridis berhasil dipelajari. Metode kopresipitasi berhasil digunakan untuk mensintesis nanokomposit Fe3O4/rGO/TiO2 dengan perbandingan konsentrasi antara Fe3O4:rGO:TiO2 yaitu 5:1:1, 5:1:2, 5:1:3, 5:1:4, dan 5:1:5. Pola X-ray diffractometer dan selected area electron diffraction mengonfirmasi bahwa TiO2 memiliki struktur tetragonal dan Fe3O4 memiliki struktur cubic spinel inverse, dengan ukuran kristalit masing-masing pada rentang nilai sebesar 7,1 nm sampai 7,5 nm dan 5,5 nm sampai 6,0 nm. Citra transmission electron microscopy Fe3O4/rGO/TiO2 menunjukkan bentuk hampir bulat yang tidak seragam dan sedikit teragregasi, dengan ukuran partikel rata-rata sebesar 13,6 nm. Analisa Fourier transform Infrared menampilkan gugus-gugus fungsi seperti C-H (alifatik) dan C=C (aromatik) yang menunjukkan keberhasilan green synthesis. Selain itu, adanya gugus fungsi Fe-O, C=O, dan Ti-O menunjukkan bahwa nanokomposit Fe3O4/rGO/TiO2 telah terbentuk. Hasil pengujian sifat magnetik menggunakan vibrating sample magnetometer menunjukan bahwa nanokomposit memiliki nilai magnetisasi saturasi (????s) pada 31,5 emu/gr, nilai magnetisasi remanen (????r) pada 5,5 emu/gr, dan nilai koersivitas (????c) pada 98 Oe yang mengindikasi bahwa nanokomposit bersifat magnet kuat. Spektrum absorbansi nanopartikel ini bergeser ke kanan (blue shift) sehingga dapat menyerap sinar ultraviolet. Nanopartikel ini memiliki energi celah pita dengan rentang nilai dari 3,10 eV sampai 3,17 eV. Nanokomposit Fe3O4/rGO/TiO2 dengan konsentrasi 5:1:5 memiliki efisiensi degradasi MB sangat baik dengan mampu mencapai nilai degradasi 99%. Pelanambahan TiO2 pada nanokomposit Fe3O4/rGO yang terbentuk secara signifikan meningkatkan penyerapan sinar UV. Kemampuan magnetik nanopartikel ini membuatnya mampu didaur ulang hingga tiga kali tanpa kehilangan aktivitas yang signifikan. Selain itu, persentase penghilangan Cr(VI) menggunakan adsorben Fe3O4/rGO/TiO2 hingga 14,2% selama 120 menit, serta adsorben memungkinkan untuk digunakan kembali. Oleh karena itu, green synthesis nanokomposit Fe3O4/rGO/TiO2 sangat menjanjikan sebagai material fotokatalis yang memiliki stabilitas dan reusabilitas yang baik untuk aplikasi terhadap lingkungan.
The photocatalytic activity of Fe3O4/rGO/TiO2 nanocomposite with green synthesis using Amaranthus viridis extract was successfully studied. The coprecipitation method was successfully used to synthesize Fe3O4/rGO/TiO2 nanokomposites with a concentration ratio of Fe3O4:rGO:TiO2 which are 5:1:1, 5:1:2, 5:1:3, 5:1:4, and 5:1:5. X-ray diffractometer and selected area electron diffraction patterns confirm that TiO2 has a tetragonal structure and Fe3O4 has an inverse cubic spinel structure, with crystallite sizes in the range of 7.1 nm until 7.5 nm and 5.5 nm until 6.0 nm, respectively. The transmission electron microscopy image of Fe3O4/rGO/TiO2 shows a non-uniform and slightly aggregated almost spherical shape, with an average particle size of 13.6 nm. Fourier transform infrared analysis shows functional groups such as C-H (aliphatic) and C=C (aromatic) which indicates the success of green synthesis. In addition, the presence of Fe-O, C=O, and Ti-O functional groups indicates that Fe3O4/rGO/TiO2 nanocomposites have been formed. The results of testing magnetic properties using a vibrating sample magnetometer show that the nanocomposite has a saturation magnetisation value (????s) of 31.5 emu/gr, a remanent magnetisation value (????r) of 5.5 emu/gr, and a coercivity value (????c) of 98 Oe which indicates that the nanocomposite is strongly magnetic. The absorbance spectrum of these nanoparticles shifts to the right (blue shift) so that they can absorb ultraviolet light. These nanoparticles have band gap energy with a range of values from 3.10 eV until 3.17 eV. The Fe3O4/rGO/TiO2 nanocomposite with a concentration of 5:1:1 has a very good MB degradation efficiency by being able to achieve a 99?gradation value. The addition of TiO2 to the Fe3O4/rGO nanocomposites formed significantly increased the absorption of UV light. The magnetic ability of these nanoparticles makes them capable of being recycled up to three times without significant loss of activity. In addition, the removal percentage of Cr(VI) using Fe3O4/rGO/TiO2 adsorbent is up to 14.2% for 120 minutes, and the adsorbent is capable for reuse. Therefore, green synthesis of Fe3O4/rGO/TiO2 nanocomposite is very promising as a photocatalyst material that has good stability and reusability for environmental applications.
Kata Kunci : green synthesis, MB, Cr(VI), fotokatalis, adsorpsi, Fe3O4, rGO, TiO2
