Pemanfaatan Limbah Karat Besi dan Elektroplating sebagai Sumber Besi dan Nikel dalam Sintesis TiO2-Fe-Ni untuk Disinfeksi Bakteri Escherichia coli dalam Air Sumur Gali

Mediana Faraswati, Prof. Dr. Endang Tri Wahyuni, M.S.; Taufik Abdillah Natsir, S.Si., M.Sc., Ph.D.

2025 | Tesis | S2 Ilmu Kimia

Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan aktivitas fotokatalitik TiO₂ di bawah sinar tampak melalui proses codoping dengan logam Fe dan Ni. Kedua logam ini diperoleh dari limbah karat besi dan limbah elektroplating. Peningkatan aktivitas tersebut dievaluasi melalui proses disinfeksi bakteri E. coli dalam air.

Proses codoping fotokatalis TiO₂ dilakukan dengan metode hidrotermal pada suhu 200 °C selama 6 jam dengan perbandingan mol TiO₂ : Fe: Ni = 1 : 0,5 : 0,5 membentuk material TiO₂-Fe-Ni. Fotokatalis codoping TiO₂ kemudian dikarakterisasi dengan X-Ray Diffraction (XRD), spektroskopi raman, Diffuse Reflectance UV- Visible (DR UV-Vis), Scanning Elektron Microscope with Energy Dispersive X-Ray Spectrometer (SEM-EDX), X-ray Fluorescence Spectrometry (XRF). Uji aktivitas fotokatalis TiO₂-Fe-Ni fotodisinfeksi bakteri E. coli di bawah sinar tampak dilakukan dalam proses satu tahap dengan mengoptimalkan jenis sinar, massa fotokatalis, dan durasi iradiasi sinar. Penentuan jumlah bakteri yang tidak mati dilakukan dengan metode perhitungan koloni (CFU mL^-1).

Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses codoping Fe dan Ni ke dalam struktur TiO₂ telah berhasil dilakukan, yang dapat memperkecil energi celah pita dari 3,17 eV menjadi 2,78 eV dan menggeser serapan ke daerah sinar tampak. Efektivitas disinfeksi E. coli tertinggi sebesar 100% pada sampel air sumur gali 25 mL diperoleh dengan penggunaan 25 mg katalis TiO₂-Fe-Ni dan penyinaran selama 45 menit di bawah sinar tampak. Codoping Fe-Ni menunjukkan kinerja yang lebih unggul dibandingkan doping tunggal Fe maupun Ni dalam meningkatkan aktivitas fotokatalitik TiO₂ baik dalam kondisi tanpa sinar, dengan sinar tampak, maupun di bawah sinar UV. 

This study aims to enhance the photocatalytic activity of TiO₂ under visible light through codoping process with iron (Fe) and Nickel (Ni). These two metals were derived respectively from rusted iron waste and electroplating waste. The enhanced activity was evaluated based on the disinfection performance against E. coli in water.

TiO₂ was codoping using a hydrothermal method at 200 °C for 6 hours with a molar ratio of TiO₂ : Fe : Ni = 1 : 0.5 : 0.5 resulting in TiO₂-Fe-Ni material. The codoping photocatalyst was characterized using X-Ray Diffraction (XRD), raman spectroscopy, Diffuse Reflectance UV-Visible (DR UV-Vis), Scanning Elektron Microscope with Energy Dispersive X-Ray Spectrometer (SEM-EDX), X-ray Fluorescence Spectrometry (XRF). The photocatalytic activity of TiO₂-Fe-Ni was evaluated through batch-mode photodisinfection of E. coli under visible light, with optimization parameters including the type of irradiation, catalyst dosage, and irradiation time. Bacterial viability was assessed using the colony-forming unit counting (CFU mL^-1) method.

            The results confirmed that the incorporation of Fe and Ni dopants into TiO₂ reduced the band gap energy from 3.17 eV to 2.78 eV and shifting the light absorption into the visible region. The highest disinfection efficiency, reaching 100%, was achieved under optimal conditions using 25 mg of TiO₂-Fe-Ni catalyst in 25 mL of dug-well water with 45 minutes of visible light irradiation. The photocatalytic activity of TiO₂ was significantly improved by Fe-Ni codoping outperforming single Fe or Ni doping in the dark condition, under visible light, and uder UV radiation. 

Kata Kunci : Fotokatalis TiO2, codoping Fe-Ni, disinfeksi E. coli, karat besi, limbah elektroplating.