Sintesis Fotokatalis TiO2-Ni,Cr/Fe3O4 Berbasis Limbah Industri untuk Degradasi Tetrasiklin di bawah Iradiasi Sinar Tampak

Mandrea Nora, Prof. Dr. Endang Tri Wahyuni, M.S.; Prof. Suherman, S.Si., M.Sc., Ph.D.

2025 | Tesis | S2 Ilmu Kimia

Penelitian ini mengkaji pemanfaatan limbah elektroplating sebagai sumber dopan Ni, limbah penyamakan kulit sebagai sumber dopan Cr, serta limbah karat besi sebagai bahan magnetik pada TiO2. Pendekatan ini bertujuan meningkatkan aktivitas fotokatalitik di bawah sinar tampak sekaligus memberikan sifat magnetik untuk memudahkan pemisahan katalis secara cepat dan praktis. Proses doping dilakukan dengan metode sol-gel, sedangkan  magnetisasi dengan Fe3O4 dilakukan dengan metode ko-presipitasi. Fotokatalis TiO2-Ni,Cr/Fe3O4 dikarakterisasi menggunakan FTIR, XRD, XRF, DRUV/Vis, SAA, SEM, dan TEM. Aktivitas fotokatalis TiO2-Ni,Cr/Fe3O4 dievaluasi dalam proses degradasi residu antibiotik tetrasiklin di bawah sinar tampak. Optimasi kondisi proses fotodegradasi tetrasiklin meliputi massa fotokatalis, pH larutan, konsentrasi larutan, dan waktu iradiasi. Konsentrasi tetrasiklin dianalisis dengan instrumen spektrofotometer UV-Vis.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses ko-doping Ni-Cr berhasil menurunkan energi celah pita (Eg) TiO2 hingga berada pada rentang 2,11-2,89 eV. Komposisi dopan berpengaruh signifikan terhadap penyempitan celah pita dan peningkatan kinerja fotokatalitik. Variasi terbaik diperoleh pada perbandingan dopan Ni:Cr sebesar 3:1. Proses magnetisasi memberikan peningkatan aktivitas sekaligus mempermudah pemisahan fotokatalis menggunakan magnet eksternal. Kondisi optimum proses fotodegradasi tetrasiklin terjadi pada pH 5, dengan dosis fotokatalis 0,4 g/L dalam larutan tetrasiklin 15 mg/L selama 150 menit, menghasilkan efisiensi fotodegradasi sebesar 88,20?ngan laju reaksi 0,0143 menit-1. Selain itu, fotokatalis TiO2-Ni,Cr/Fe3O4 menunjukkan kestabilan yang baik dan dapat digunakan kembali hingga empat siklus.

This study investigates the utilization of electroplating wastewater as a Ni dopant source, tannery wastewater as a Cr dopant source, and iron rust waste as a magnetic material for TiO2. This approach aims to enhance photocatalytic activity under visible light while imparting magnetic properties to enable rapid and practical catalyst separation. Ni and Cr doping into TiO2 was conducted using the sol-gel method, while magnetization was carried out through the co-precipitation method. The TiO2-Ni,Cr/Fe3O4 photocatalyst was characterized by FTIR, XRD, XRF, DRUV/Vis, SAA, SEM, and TEM. The photocatalytic activity of TiO2-Ni,Cr/Fe3O4 was evaluated in the degradation process of tetracycline antibiotic residues under visible light. Optimization of the photocatalytic degradation of tetracycline was performed by varying catalyst mass, solution pH, pollutant concentration, and irradiation time. Tetracycline concentration was determined using a UV-Vis spectrophotometer.

The results showed that the Ni-Cr co-doping process successfully reduced the band gap energy (Eg) of TiO2 to a range of 2.11-2.89 eV. Dopant composition significantly influenced band gap narrowing and photocatalytic performance, with the optimal ratio achieved at Ni:Cr = 3:1. Magnetization with Fe3O4 not only improved photocatalytic activity but also enabled efficient catalyst recovery using an external magnet. The optimum conditions for tetracycline photodegradation were obtained at pH 5 with a catalyst dosage of 0.4 g/L in a 15 mg/L solution for 150 minutes, yielding 88.20?gradation efficiency with a reaction rate of 0.0143 min-1. Furthermore, TiO2-Ni,Cr/Fe3O4 exhibited good stability and could be reused for up to four cycles.

Kata Kunci : fotodegradasi tetrasiklin, limbah industri, sinar tampak, sol-gel, TiO2-Ni,Cr/Fe3O4