Fabrikasi dan karakterisasi nanokomposit green-synthesized Fe3O4/rGO serta potensinya dalam penanganan limbah methylene blue dan chromium

Larrisa Jestha Mahardhika, Prof. Dr. Eng. Edi Suharyadi, M.Eng.

2024 | Tesis | S2 Ilmu Fisika

Penelitian ini bertujuan untuk melihat aktivitas fotokatalitik dari kombinasi magnetite (Fe3O4) dan reduce Graphene Oxide (rGO) yang masing-masing disintesis menggunakan metode green synthesis dengan memanfaatkan ekstrak daun Moringa oleifera (MO) serta Amaranthus viridis (AV) menjadi nanokomposit Fe3O4/rGO. Nanokomposit Fe3O4/rGO divariasi dengan konsentrasi massa rGO sehingga perbandingan Fe3O4:rGO yang dianalisis adalah 5:1, 5:2, 5:3, 5:4, dan 5:5. Nanokomposit disintesis menggunakan metode kopresipitasi dan Hummers termodifikasi. Hasil pengujian nanokomposit menggunakan X-ray diffractometer menunjukkan struktur kristal cubic inverse spinel dengan penurunan ukuran kristalit Fe3O4 seiring penambahan rGO. Pengujian transmission electron microscopy nanokomposit Fe3O4/rGO 5:5  menunjukkan distribusi ukuran partikel rata-rata sebesar (10,9 ± 1,7) nm. Unsur Fe, O, dan C terdeteksi dan terdistribusi merata melalui pengujian scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray. Gugus fungsi Fe-O dan C=C muncul pada nanokomposit dari analisa Fourier transform infra-red. Spektrum absorbansi nanokomposit terjadi peningkatan energi celah pita pada rentang 2,7-2,8 eV. Sifat kemagnetan Fe3O4/rGO menunjukkan karakteristik superparamagnetik dengan nilai magnetisasi saturasi masing-masing 41,2 emu/g, dan 21,7 emu/g pada Fe3O4/rGO 5:1, dan Fe3O4/rGO 5:5 yang dapat berperan dalam pemisahan katalis dengan bantuan magnet eksternal. Hasil fotokatalitik dengan radiasi sinar UV nanokomposit Fe3O4/rGO 5:5 pada Methylene Blue (MB) sebesar 99,3?lam waktu 180 menit sedangkan pada logam kromium hexavalent Cr(VI) sebanyak 87,5% selama 120 menit. Sebagai pembanding, nanokomposit Fe3O4/rGO diujikan sebagai adsorben dengan besar penghilangan MB sebesar 98,7?n 27,7% pada Cr(VI). Dengan kekuatan magnet nanokomposit Fe3O4/rGO, fotokatalis maupun adsorben bersifat reusable, dapat digunakan kembali hingga tiga kali pengulangan. Oleh karena itu, Fe3O4/rGO berpotensi dalam remediasi lingkungan dari limbah MB dan Cr(VI) secara efektif dan efisien dengan berperan sebagai fotokatalis maupun adsorben.

This study aims to see the photocatalytic activity of a combination of magnetite (Fe3O4) and reduced Graphene Oxide (rGO), each of which was synthesized using the green synthesis method by utilizing Moringa oleifera (MO) and Amaranthus viridis (AV) leaf extracts into Fe3O4/rGO nanocomposites. Fe3O4/rGO nanocomposites were varied with rGO mass concentration so that the Fe3O4:rGO ratio analyzed was 5:1, 5:2, 5:3, 5:4, and 5:5. Nanocomposites were synthesized using coprecipitation and modified Hummers methods. The results of nanocomposite testing using an X-ray diffractometer showed a cubic inverse spinel crystal structure with a decrease in Fe3O4 crystallite size with the addition of rGO. Transmission electron microscopy testing of the Fe3O4/rGO 5:5 nanocomposite showed an average particle size distribution of (10.9 ± 1.7) nm. The elements Fe, O, and C were detected and evenly distributed through scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray testing. Fe-O and C=C functional groups appeared in the nanocomposite from Fourier transform infra-red analysis. The absorbance spectrum of the nanocomposite increased the band gap energy in the range of 2.7-2.8 eV. The magnetic properties of Fe3O4/rGO showed superparamagnetic characteristics with saturation magnetization values of 41.2, and 21.7 emu/g at Fe3O4/rGO 5:1, and Fe3O4/rGO 5:5, respectively, which can play a role in catalyst separation with the help of an external magnet. The photocatalytic yield with UV radiation of Fe3O4/rGO 5:5 nanocomposite on Methylene blue (MB) was 99.3% within 180 minutes while on hexavalent chromium metal Cr(VI) was 87.5% within 120 minutes. For comparison, Fe3O4/rGO nanocomposites were tested as adsorbents with a removal rate of 98.7% on MB and 27.7% on Cr(VI). With the magnetic strength of Fe3O4/rGO nanocomposite, both photocatalyst and adsorbent are reusable, can be reused up to three times. Therefore, Fe3O4/rGO has the potential to effectively and efficiently remediate the environment from MB and Cr(VI) waste by acting as a photocatalyst and adsorbent.

Kata Kunci : fotokatalitik, nanokomposit, Fe3O4/rGO, green synthesis, MB, Cr(VI), reusable