Pemanfaatan Karat Sebagai Sumber Besi Dalam Sintesis TiO2-Fe/Fe3O4 Sebagai Fotokatalis Untuk Foto-oksidasi Ion Pb(II) Di Bawah Sinar Tampak

Adytia Wijayana, Prof. Dr. Endang Tri Wahyuni, M.S. ; Taufik Abdillah Natsir, S.Si., M.Sc.,

2024 | Tesis | S2 Ilmu Kimia

Pada penelitian ini telah dilakukan kajian peningkatan aktivitas TiO2 di bawah paparan sinar tampak dalam foto-oksidasi ion Pb(II) dan pemberian sifat separabilitas secara magnetik melalui doping Fe dan magnetisasi Fe3O4 yang berasal dari karat besi. Doping Fe dilakukan dengan metode hidrotermal dalam suatu autoclave pada suhu 140 oC selama 14 jam serta magnetisasi berlangsung melalui reaksi kopresipitasi. Dalam doping dan magnetisasi TiO2, kadar dopan Fe dan fraksi Fe3O4 dibuat bervariasi, untuk mengetahui kadar dopan Fe dan Fe3O4 yang terbaik dalam menurunkan nilai Eg dan meningkatkan aktivitas fotokatalis TiO2-Fe/Fe3O4 di bawah paparan sinar tampak serta pemisahan yang paling efektif. Fotokatalis TiO2-Fe/Fe3O4 hasil preparasi dikarakterisasi dengan X-ray Diffraction (XRD), scanning electron microscopy with energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX), Specular Reflectance UV-Visible (SR-UV), Fourier Transform Infrared (FTIR). 

Selanjutnya fotokatalis diuji untuk foto-oksidasi ion Pb(II) di bawah paparan sinar tampak, dengan pH, berat fotokatalis dan waktu yang bervariasi untuk mendapatkan kondisi proses yang optimum. Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses doping Fe dan magnetisasi Fe3O4 dari karat besi pada TiO2 telah berhasil dilakukan yang mempu menurukan nilai Eg hingga masuk daerah sinar tampak, yang memastikan bahwa fotokatalis menjadi lebih aktif di bawah paparan sinar tampak. Lebih lanjut, pengembanan Fe3O4 pada TiO2-Fe membuat fotokatalis tersebut dapat dipisahkan secara efektif dengan batang magnet eksternal. Kadar dopan Fe dan Fe3O4 yang menghasilkan peningkatan aktivitas di bawah sinar tampak dan separabilitas secara magnetik yang maksimum adalah  0,5 mol L-1 mol TiO2 dan 50% fraksi Fe3O4 (b/b) dalam TiO2-Fe/Fe3O4. Dari proses foto-oksidasi, diperoleh bahwa foto-oksidasi Pb(II) tertinggi mencapai 91,4%, dicapai dengan penggunaan massa katalis TiO2-Fe(1:0,5)/Fe3O4 (50%) 20 mg, pH larutan 7, serta durasi penyinaran 45 menit. Fotokatalis TiO2-Fe(1:0,5)/Fe3O4 (50%) dapat digunakan kembali dalam proses foto-oksidasi Pb(II) sebanyak 2 kali tanpa mengalami penurunan fotoaktivitas yang signifikan.

In this study, an investigation was conducted to enhance the activity of TiO2 under visible light exposure for the photo-oxidation of Pb(II) ions and to impart magnetic separability properties through Fe doping and Fe3O4 magnetization derived from iron rust. Fe doping was performed using the hydrothermal method in an autoclave at 140 °C for 14 hours, and magnetization was achieved through the coprecipitation reaction. In the doping and magnetization of TiO2, the Fe dopant content and Fe3O4 fraction were varied to determine the optimal levels of Fe and Fe3O4 dopants for reducing the bandgap (Eg) and enhancing the photocatalytic activity of TiO2-Fe/Fe3O4 under visible light exposure, as well as for achieving the most effective separation. The prepared TiO2-Fe/Fe3O4 photocatalysts were characterized using X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy with Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy (SEM-EDX), Specular Reflectance UV-Visible (SR-UV), and Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy.

Subsequently, the photocatalyst was tested for the photo-oxidation of Pb(II) ions under visible light exposure, with variations in pH, photocatalyst weight, and time to obtain the optimum process conditions. The results indicated that the Fe doping and Fe3O4 magnetization from iron rust on TiO2 were successfully carried out, reducing the bandgap (Eg) to the visible light region, thereby ensuring that the photocatalyst became more active under visible light exposure. Furthermore, the incorporation of Fe3O4 onto TiO2-Fe enables effective separation of the photocatalyst using an external magnet. The Fe and Fe3O4 dopant levels that resulted in the highest activity under visible light and maximum magnetic separability were 0.5 mol L-1 mol TiO2 and 50?3O4 fraction (w/w) in TiO2-Fe/Fe3O4. From the photo-oxidation process, it was found that the highest photo-oxidation of Pb(II) reached 91.4%, achieved with the use of 20 mg of TiO2-Fe(1:0.5)/Fe3O4 (50%) catalyst, a solution pH of 7, and a 45-minute irradiation duration. The TiO2-Fe(1:0.5)/Fe3O4 (50%) photocatalyst could be reused for the photo-oxidation of Pb(II) twice without a significant decrease in photoactivity.

Kata Kunci : Karat besi, TiO2-Fe/Fe3O4, Foto-oksidasi Ion logam Pb(II), sinar tampak