Green Synthesis Nanopartikel Komposit Magnetik/TiO2 dan Aplikasinya untuk Fotodegradasi Methylene Blue

Deska Lismawenning Puspitarum, Prof. Dr. Eng. Edi Suharyadi, S.Si., M.Eng; Dr. Eng. Ahmad Kusumaatmaja, S.Si., M.Sc

2024 | Disertasi | S3 Ilmu Fisika

Nanokomposit CoFe2O4/TiO2 dan nanokomposit MnFe2O4/TiO2 telah berhasil disintesis melalui pendekatan metode green synthesis menggunakan ekstrak Moringa oleifera. Metode kopresipitasi berhasil digunakan untuk mensintesis nanokomposit tersebut dengan beragam rasio konsentrasi molar nanopartikel magnetik:TiO2 (1:1, 1:2, 1:3, dan 1:4). Hasil uji X-ray diffractometer (XRD) pada nanokomposit CoFe2O4/TiO2 menunjukkan struktur kristal yang dimiliki adalah face centered cubic (FCC) dan nanokomposit MnFe2O4/TiO2 memiliki struktur kristal single-phase cubic spinel. Selain itu, ukuran kristalit nanokomposit meningkat seiring meningkatnya konsentrasi TiO2 yaitu (8,6 ± 0,1) nm untuk CoFe2O4/TiO2 dan (11,1 ± 0,6) nm CoFe2O4/3TiO2. Ukuran kristalit nanokomposit MnFe2O4/TiO2 juga meningkat seiring meningkatnya konsentrasi TiO2. Nanokomposit MnFe2O4/TiO2 dengan variasi konsentrasi (1:1), (1:2), (1:3), dan (1:4) berturut-turut memiliki ukuran kristalit sebesar (6,40 ± 0,05), (6,69 ± 0,01), (6,74 ± 0,01), dan (7,11 ± 0,01) nm. Citra yang dihasilkan dari pengujian transmission electron microscopy untuk kedua nanokomposit menunjukkan morfologi spherical dan teraglomerasi. Unsur Co, Mn, Fe, O dan Ti terdeteksi melalui pengujian scanning electron microscopy-energy dispersive X-Ray dan tersebar merata pada hasil Mapping unsur. Nanokomposit memiliki energi celah pita dengan rentang nilai dari 2,9 – 3,4 eV. Analisa Fourier transform Infrared (FTIR) menampilkan gugus-gugus fungsi seperti C-H dan C=C, yang menunjukkan keberhasilan green synthesis. Hasil pengujian sifat magnetik menggunakan vibrating sample magnetometer (VSM) menunjukkan bahwa nanokomposit memiliki magnetisasi pada rentang 37,6 – 11,5 emu/g (untuk CoFe2O4/TiO2) dan 19,9 – 7,6 emu/g (untuk MnFe2O4/TiO2) yang dapat mendukung pemisahan dari fase cair dengan bantuan medan magnet eksternal. Nanokomposit CoFe2O4/3TiO2 menghasilkan efisiensi degradasi hingga 98,7?n nanokomposit MnFe2O4/3TiO2 menghasilkan efisiensi degradasi sebesar 97,6% setelah 120 menit radiasi UV. Kemampuan magnetik nanopartikel menjadikan fotokatalis mampu didaur ulang hingga tiga kali tanpa kehilangan aktivitas yang signifikan. Oleh karena itu, green synthesis nanopartikel komposit magnetik/TiO2 sangat menjanjikan untuk remediasi lingkungan efektif dan efisien.

The CoFe2O4/TiO2 nanocomposites and MnFe2O4/TiO2 nanocomposites have been successfully synthesized using a green synthesis method approach using Moringa oleifera extract. The coprecipitation method was successfully used to synthesize the nanocomposite with various molar ratio concentrations magnetic nanoparticles:TiO2 (1:1, 1:2, 1:3, and 1:4). The CoFe2O4/TiO2 nanocomposite's crystal structure is face-centered cubic (FCC), whereas the MnFe2O4/TiO2 nanocomposite's crystal structure is single-phase cubic spinel. In addition, the crystallite size increased with increasing TiO2 concentration, namely (8.6 ± 0.1) and (11.1 ± 0.6) nm for CoFe2O4/TiO2 and CoFe2O4/3TiO2, respectively. The crystallite size of the MnFe2O4/TiO2 nanocomposite also increases as the TiO2 concentration increases. The MnFe2O4/TiO2 nanocomposites with varying concentrations of (1:1), (1:2), (1:3), and (1:4) respectively, have crystallite sizes of (6.40 ± 0.05), (6.69 ± 0.01), (6.74 ± 0.01), and (7.11 ± 0.01) nm. The transmission electron microscopy images for both nanocomposites exhibit spherical and agglomerated morphology. The elements Co, Mn, Fe, O, and Ti were identified by scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray testing and were equally dispersed in the elemental mapping findings. Nanocomposites have a band gap energy with a value range from 3.1 – 3.8 eV. Fourier transform infrared (FTIR) examination reveals functional groups like C-H and C=C, demonstrating the efficacy of green synthesis. Magnetic properties of the nanocomposite were tested using a vibrating sample magnetometer (VSM) and saturation magnetization found to be 37.6 - 11.5 emu/g for CoFe2O4/TiO2 and 19.9 - 7.6 emu/g for MnFe2O4/TiO2. This allows for liquid phase separation using an external magnetic field. The CoFe2O4/3TiO2 nanocomposite has a degradation efficiency of up to 98.7%, while the MnFe2O4/3TiO2 nanocomposite has a degradation efficiency of 97.6?ter 120 minutes of UV light. The magnetic ability of the nanoparticles means the photocatalyst can be recycled up to three times without significant loss of activity. Therefore, green synthesis of magnetic composite nanoparticles/TiO2 is very promising for effective and efficient environmental remediation.

Kata Kunci : Nanokomposit, green synthesis, CoFe2O4/TiO2, MnFe2O4/TiO2, fotokatalis