Modifikasi TiO2 dengan CoFe2O4 dan Dopan Sulfur sebagai Fotokatalis Magnetik untuk Degradasi Biru Metilen

WAHIBAH ZAHRANI KUSUMANINGRUM, Prof. Dr. Eko Sri Kunarti, M.Si., Ph. D.; Prof. Dr. Drs. Suyanta M.Si.

2024 | Skripsi | KIMIA

Modifikasi TiO2 dengan CoFe2O4 dan dopan sulfur sebagai fotokatalis magnetik untuk degradasi biru metilen telah dilakukan. Tujuan dari penelitian ini yaitu melakukan sintesis dan karakterisasi material fotokatalis CoFe2O4/TiO2-S, mengkaji pengaruh dopan sulfur terhadap karakter dan aktivitas fotokatalitik CoFe2O4/TiO2-S dan melakukan uji aktivitas fotokatalitik CoFe2O4/TiO2-S pada degradasi biru metilen. Sintesis material fotokatalis CoFe2O4/TiO2-S dilakukan melalui dua tahap. Tahap pertama adalah sintesis CoFe2O4 dengan metode kopresipitasi. Tahap selanjutnya yaitu pelapisan CoFe2O4 dengan TiO2 terdoping sulfur dengan metode sol-gel yang diikuti dengan perlakuan termal. Variasi konsentrasi dopan sulfur yang dikaji pada penelitian ini yaitu 1, 3, 5, dan 7%. Material hasil sintesis dikarakterisasi dengan FT-IR, XRD, SR-UV, VSM, SEM-EDX, dan TEM. Uji aktivitas fotokatalitik dilakukan dengan sistem batch pada reaktor tertutup dengan paparan radiasi sinar UV dan tampak untuk degradasi  fotokatalitik larutan biru metilen. Konsentrasi biru metilen  yang terdegradasi dianalisis menggunakan metode spektrofotometri UV-visibel. 

Hasil penelitian menunjukkan bahwa material CoFe2O4/TiO2-S telah berhasil disintesis dengan aktivitas fotokatalitik dan sifat magnetik  yang baik. Material CoFe2O4/TiO2-S dengan variasi konsentrasi dopan sulfur 1, 3, 5, dan 7% masing-masing memiliki energi celah pita sebesar 2,88, 2,83; 2,81; 2,77; dan 2,82 eV yang menunjukkan bahwa material CoFe2O4/TiO2-S responsif terhadap sinar tampak. Hasil kajian aktivitas fotokatalitik menunjukkan bahwa material CoFe2O4/TiO2-S 5% mampu mendegradasi biru metilen tertinggi pada paparan sinar tampak sebesar 89,73?n pada paparan sinar UV sebesar 58,25% pada kondisi optimum dengan massa fotokatalis 0,1%, pada larutan biru metilen pH 8, konsentrasi 5 ppm dan waktu penyinaran 120 menit. Studi kinetika reaksi degradasi biru metilen terkatalisis CoFe2O4/TiO2-S 5% menunjukkan bahwa reaksi mengikuti model kinetika orde pseudo 1 dengan konstanta laju reaksi sebesar  0,0128 menit-1 pada paparan sinar tampak. Material fotokatalis CoFe2O4/TiO2-S cukup stabil dan dapat digunakan kembali dengan baik hingga 3 kali pemakaian.  

Modification of TiO2 with CoFe2O4 and sulfur dopant as magnetic photocatalyst for degradation of metyhlene blue has been conducted. The aims of this reasearch were to synthesis and characterized CoFe2O4/TiO2-S photocatalyst, study the effect of sulfur dopant on the character and photocatalytic activity of CoFe2O4/TiO2-S, and to study the photocatalytic activity of CoFe2O4/TiO2-S on the degradation of metyhlene blue. The synthesis of CoFe2O4/TiO2-S photocatalyst material was carried out in two steps. The first step was synthesis of CoFe2O4 with co-precipitation method. Next step was CoFe2O4 coating by sulfur-doped TiO2 with sol-gel method followed by thermal treatment. The variation of sulfur dopant concentration was 1, 3, 5, and 7%. The synthesized materials were characterized using FT-IR, XRD, SR-UV, VSM, SEM-EDX, and TEM. The photocatalytic activity was evaluated in a batch system in a closed reactor under UV and visible light irradiation for photocatalytic degradation of methylene blue. The concentration of degraded methylene blue was analyzed using the UV-Vis spectrophotometry method.

Results showed that the CoFe2O4/TiO2-S material had been successfully synthesized with good photocatalytic activity and magnetic properties.  The CoFe2O4/TiO2-S with varying concentrations of sulfur dopant 1, 3, 5, and 7% have band gap energy of 2.88, 2.83, 2.81, 2.77, and 2.82 eV, respectively, which indicated that the photocatalyst materials are responsive to visible light. The photoactivity results showed that CoFe2O4/TiO2-S 5% photocatalyst with a mass of 0,1%, in a solution of methylene blue 5 ppm at pH 8, with irradiation time of 120 minutes, gave the highest percentage degradation of methylene blue of 89.73% and 58.25%, under visible and UV light exposure, respectively. Kinetic study of methylene blue degradation catalysed by CoFe2O4/TiO2-S 5% showed that the reaction followed the pseudo first order reaction with reaction rate constant of 0.0128 min-1 under visible light. The CoFe2O4/TiO2-S photocatalyst is stable and can be reused after photocatalysis with good performance up to 3 times. 

Kata Kunci : Biru metilen, CoFe2O4/TiO2-S, degradasi fotokatalitik, fotokatalis magnetik, sinar tampak.