Pengembangan Foto-Fenton Heterogen melalui Pemanfaatan Karat Besi sebagai Katalis dalam Fotodegradasi para-Nitrofenol

Linatul Khusna, Prof. Dr. Endang Tri Wahyuni, M.S. ; Prof. Dr.rer.nat. Nurul Hidayat Aprilita, S.Si., M.Si.

2026 | Tesis | S2 Ilmu Kimia

Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan sistem foto-Fenton heterogen menggunakan katalis oksida besi dari limbah karat besi dan oksida besi hasil sintesis untuk proses fotodegradasi para-nitrofenol (p-NP)  yang toksik, persisten di lingkungan, dan terklasifikasi sebagai polutan prioritas. Fokus utama penelitian adalah mempelajari pengaruh suhu kalsinasi terhadap kristalinitas dan aktivitas katalitik oksida besi yang dihasilkan, serta membandingkan performa katalis dari dua sumber tersebut. Penelitian diawali dengan kalsinasi limbah karat besi dan oksida besi hasil sintesis dengan  metode presipitasi yang selanjutnya dikeringkan pada suhu 100 °C dan dikalsinasi pada 500 °C. Selanjutnya oksida besi tersebut dianalisis dengan instrumen XRD, XRF, SAA, DR-UV dan SEM-EDX. Uji aktivitas katalis dalam proses foto-Fenton heterogen dilakukan pada pH netral di bawah penyinaran sinar UV. Dalam proses ini juga dilakukan optimasi massa katalis, konsentrasi H2O2, waktu penyinaran, dan pH larutan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa oksida besi dari karat besi dan  hasil sintesis yang dikeringkan  pada 100 °C memiliki struktur amorf dari  campuran ?-FeOOH dan Fe3O4 untuk karat besi dan ?-FeOOH untuk oksida besi hasil sintesis dengan luas permukaaan yang lebih besar. Sementara itu, oksida besi dari karat besi dan hasil sintesis yang dikalsinasi pada 500 °C adalah ?-Fe2O3 dengan luas permukaan yang lebih kecil. Oksida besi dari limbah karat besi menunjukkan kinerja katalisis yang sebanding dengan oksida hasil sintesis dalam fotodegradasi p-NP melalui proses foto-Fenton heterogen  pada kondisi yang sama mencapai lebih dari 90%.  Kondisi optimum dalam proses fotodegradasi p-NP 20 mg/L sebanyak 10 mL  adalah 15 mg massa katalis, konsentrasi H2O2 sebesar 70 mmol/L, pH 7, dan waktu penyinaran 120 menit. Selain itu, katalis tersebut dapat digunakan kembali hingga tiga siklus tanpa kehilangan aktivitas yang signifikan. Hasil ini menunjukkan bahwa katalis oksida besi berbasis limbah karat besi berpotensi besar untuk diaplikasikan sebagai katalis foto-Fenton heterogen yang efektif, recoverable, ramah lingkungan, dan mampu bekerja baik pada pH netral untuk pengolahan air limbah yang mengandung p-NP.

This study aims to develop a heterogeneous photo-Fenton system using iron oxide catalysts derived from iron rust waste and synthesized iron oxide for the photodegradation of para-nitrophenol (p-NP), a toxic, environmentally persistent compound classified as a priority pollutant. The focus of this research is to investigate the effect of calcination temperature on the crystallinity and catalytic activity of the produced iron oxides, as well as to compare the catalytic performance of the two sources. This research commenced with the calcination of iron rust waste and synthesized iron oxide prepared via the precipitation method, followed by drying at 100 °C and calcination at 500 °C. The resulting iron oxides were characterized using XRD, XRF, SAA, DR-UV, and SEM-EDX instruments. The catalytic activity tests in the heterogeneous photo-Fenton process were conducted under UV irradiation at neutral pH. In this process, optimization of catalyst mass, H2O2 concentration, irradiation duration, and solution pH were also carried out. The results showed that both the iron oxide derived from rust waste and the synthesized oxide dried at 100 °C exhibited amorphous structures consisting of ?-FeOOH and Fe3O4 for rust-derived oxide and ?-FeOOH for the synthesized oxide, with larger surface areas. Meanwhile, the iron oxides from iron rust and the synthesized materials calcined at 500 °C were identified as ?-Fe2O3 with a smaller surface area. The iron oxide derived from rust waste demonstrated catalytic performance comparable to that of the synthesized oxide in the photodegradation of p-NP through the heterogeneous photo-Fenton process under the same conditions, achieving degradation efficiency over 90%. The optimum conditions for the photodegradation of 10 mL of 20 mg/L p-NP solution were obtained at a catalyst mass of 15 mg, H2O2 concentration of 70 mmol/L, pH 7, and irradiation time of 120 minutes. Furthermore, the catalyst could be reused up to three three cycles without significant loss of activity. These findings indicate that iron oxide catalysts derived from iron rust waste have great potential to be applied as effective, recoverable, and environmentally friendly heterogeneous photo-Fenton catalysts capable of operating efficiently at neutral pH for wastewater treatment containing p-NP.

Kata Kunci : foto-Fenton, heterogen, karat, besi, para-nitrofenol, fotodegradasi/ photo-Fenton, heterogeneous, iron, rust, para-nitrophenol, photodegradation