Green Synthesis Nanokomposit Fe3O4/Ag/TiO2 Menggunakan Ekstrak Daun Moringa Oleifera untuk Aplikasi Degradasi Fotokatalitik

Syarifah Nihlah Yahya, Photocatalytic, nanocomposite, methylene blue, chromium hexavalent, eschericia coli, green synthesise, Fe3O4/Ag/TiO2

2024 | Tesis | S2 Ilmu Fisika

Polutan air dikenal memiliki efek yang berbahaya terhadap lingkungan dan kesehatan berdasarkan tingkat toksisitasnya. Polutan air diantaranya pewarna organik, logam berat, dan bakteri dapat menyebabkan beberapa gangguan kesehatan. Penelitian ini bertujuan untuk melakukan sintesis hijau nanokomposit Fe3O4/Ag/TiO2 sebagai material fotokatalis pada aplikasi fotodegradasi limbah pewarna methylene blue (MB), logam berat chromium hexavalent (Cr (VI)), dan bakteri Escherichia coli (E. Coli). TiO2 menunjukkan aktivitas fotokatalitik dan stabilitas yang tinggi, namun pada limbah terkonsentrasi dan tingkat TiO2 yang tinggi, penetrasi cahaya untuk mencapai permukaan katalis menjadi tantangan tersendiri. Untuk mengatasi hal ini, TiO2 dikombinasikan dengan perak (Ag) untuk meningkatkan penyerapan cahaya melalui efek plasmonik. Selain itu, kombinasi dengan oksida besi (Fe3O4) bertujuan untuk memudahkan pemisahan polutan dan nanokomposit dengan menggunakan medan magnet eksternal, sehingga diperoleh nanokomposit Fe3O4/Ag/TiO2 dengan variasi konsentrasi Ag (0, 20, 60, dan 100 mM). Komposit Fe3O4/Ag/TiO2 diaplikasikan untuk mendegradasi MB, Cr (VI), dan E. coli di bawah sinar UV. XRD mengonfirmasi keberadaan fase kubik spinel Fe3O4, Ag (FCC), dan TiO2 (anatase), dengan ukuran partikel sebesar 37,82 nm berdasarkan TEM. Hasil SEM menunjukkan persentase berat Fe, O, Ag, dan Ti masing-masing sebesar 33,4%, 37,1%, 8,3o-%, dan 21,2%. FTIR menunjukkan gugus fungsi O-H, C-H, C=O, C=C, Ti-O-Fe/Ti-O-Ag, C-O-C, Fe-O, dan Ti-O pada bilangan gelombang tertentu. Spektrometri UV-vis menunjukkan energi celah pita sebesar 1,69 eV sementara VSM menunjukkan sifat superparamagnetik dengan magnetisasi saturasi sebesar 21,13 emu/g dan ukuran domain sekitar 7,4 emu/g Oe-1. Hasil degradasi mencapai hingga 97,6%, 46,7%, dan 65,7% untuk MB, Cr (VI), dan E. coli secara berurutan. Nanokomposit Fe3O4/Ag/TiO2 menunjukkan potensi untuk mendegradasi polutan air secara efisien.

Water pollutants are known to have harmful effects on the environment and health based on their toxicity levels. Water pollutants, including organic dyes, heavy metals, and bacteria, can cause several health disorders. This study aims to synthesize green nanocomposites of Fe3O4/Ag/TiO2 as photocatalytic materials for the photodegradation of methylene blue (MB) dye, hexavalent chromium (Cr (VI)) heavy metal, and Escherichia coli (E. coli) bacteria. TiO2 exhibits high photocatalytic activity and stability; however, in concentrated waste and high TiO2 levels, light penetration to the catalyst surface becomes a challenge. To address this, TiO2 is combined with silver (Ag) to enhance light absorption through plasmonic effects. Additionally, combining with iron oxide (Fe3O4) aims to facilitate the separation of pollutants and nanocomposites using an external magnetic field, resulting in Fe3O4/Ag/TiO2 nanocomposites with varying AgNO3 concentrations (0, 20, 60, and 100 mM). The Fe3O4/Ag/TiO2 composites were applied to degrade MB, Cr (VI), and E. coli under UV light. XRD confirmed the presence of cubic inverse spinel Fe3O4, Ag (FCC), and TiO2 (anatase) phases, with a particle size of 37.82 nm based on TEM. SEM results showed weight percentages of Fe, O, Ag, and Ti were 33.4%, 37.1%, 8.3%, and 21.2%, respectively. FTIR showed functional groups such as O-H, C-H, C=O, C=C, Ti-O-Fe/Ti-O-Ag, C-O-C, Fe-O, and Ti-O at specific wavenumbers. UV-vis spectrometry showed a band gap energy of 1.69 eV, while VSM showed superparamagnetic properties with a saturation magnetization of 21.13 emu/g and domain size about 7.4 emu/g Oe-1. Degradation results reached up to 97.6%, 46.7%, and 65.7% for MB, Cr (VI), and E. coli, respectively. Fe3O4/Ag/TiO2 nanocomposites show potential for efficient degradation of water pollutants.

Kata Kunci : Fotokatalitik, nanokomposit, methylene blue, chromium hexavalent, eschericia coli, green synthesise, Fe3O4/Ag/TiO2