Sintesis Nanokomposit Fe3O4@TiO2-Ag dan Aplikasinya sebagai Fotokatalis Degradasi Crystal Violet pada Paparan Sinar Tampak

Chiara Aura Fajrin, Prof. Dr. Suyanta, M.Si.; Prof. Indriana Kartini, S.Si., M.Si., Ph.D.

2026 | Skripsi | KIMIA

Sintesis Fe3O4@TiO2-Ag sebagai fotokatalis magnetik, karakterisasi, dan pengujian fotoaktivitas telah dilakukan. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan nanokomposit Fe3O4@TiO2-Ag, mengkaji pengaruh Ag terhadap karakter Fe3O4@TiO2-Ag, dan pengujian aktivitasnya untuk degradasi fotokatalitik zat warna crystal violet. Penelitian diawali dengan sintesis partikel Fe3O4 secara sonokopresipitasi menggunakan prekursor FeSO4.7H2O dan  FeCl3.6H2O, serta NH4OH sebagai agen pengendap. Partikel Fe3O4 hasil sintesis kemudian dilapisi dengan TiO2-Ag  melalui metode sol-gel menggunakan titanium(IV) tetraisopropoksida (TTIP) sebagai prekursor dan AgNO3 sebagai sumber Ag dengan ekstrak teh hijau digunakan sebagai agen reduktor alami dalam proses pembentukan Ag. Proses sintesis diikuti dengan perlakuan termal pada suhu 500 °C selama tiga jam untuk meningkatkan kristalinitas dan membentuk fase anatase TiO2. Nanokomposit Fe3O4@TiO2-Ag hasil sintesis dikarakterisasi menggunakan FTIR, XRD, SEM-EDX, dan DR UV-Vis.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa Fe3O4@TiO2-Ag memiliki aktivitas fotokatalitik, responsif terhadap radiasi sinar UV dan tampak, serta memiliki sifat magnetik. Keberadaan nanokomposit Fe3O4@TiO2-Ag dikonfirmasi keberadaannya melalui munculnya puncak Fe3O4 dan  TiO2 anatase pada difraktogram sinar-X. Kajian pengaruh Ag memengaruhi karakter optik nanokomposit yang ditandai dengan penurunan energi celah pita dari 3,2 eV pada TiO2 murni menjadi 2,26 eV pada Fe3O4@TiO2-Ag sehingga memperluas respons serapan ke daerah cahaya tampak. Pada kondisi optimum, yaitu penggunaan 20 mg fotokatalis Fe3O4@TiO2-Ag dalam larutan crystal violet berkonsentrasi 5 ppm pada pH 6 dengan waktu penyinaran 180 menit, efisiensi degradasi yang diperoleh adalah 86,25% pada paparan sinar tampak dan 91,14% pada paparan sinar UV. Kinetika degradasi zat warna crystal violet oleh nanokomposit Fe3O4@TiO2-Ag menunjukkan perubahan perilaku kinetika, yaitu cenderung mengikuti model orde pertama semu pada tahap awal dan orde kedua semu pada tahap lanjut. Tetapan laju reaksi orde kedua semu yang diperoleh sebesar 0,0548 g mg-1 menit-1 pada paparan sinar tampak dan 0,1039 g mg-1 menit-1 pada paparan sinar UV.

The synthesis of Fe3O4@TiO2-Ag nanocomposites as magnetic photocatalysts, along with their characterization, and evaluation of photocatalytic activity has been successfully conducted. This study aimed to synthesize Fe3O4@TiO2-Ag nanocomposites, investigate the effect of Ag on their characteristics, and evaluate their photocatalytic performance in the degradation of crystal violet dye. The study was initiated by synthesizing Fe3O4 particles via a sonochemical co-precipitation method using FeSO4.7H2O  and FeCl3.6H2O as precursors and NH4OH as a precipitating agent. The synthesized Fe3O4 particles were subsequently coated with TiO2 and doped with Ag through a sol–gel method using titanium(IV) tetraisopropoxide (TTIP) as the TiO2 precursor and AgNO3 as the Ag source, while green tea extract was employed as a natural reducing agent for Ag formation. The synthesis process was followed by thermal treatment to improve the crystallinity of the material. The resulting Fe3O4@TiO2-Ag nanocomposites were characterized using FTIR, XRD, SEM–EDX, and DR UV–Vis.

The results showed that Fe3O4@TiO2-Ag exhibited photocatalytic activity, responded to both UV and visible light irradiation, and possessed magnetic properties. The formation of the Fe3O4@TiO2-Ag nanocomposite was confirmed by the presence of characteristic diffraction peaks of Fe3O4 and anatase TiO2 in the X-ray diffractogram. The study of the effect of Ag showed that it influenced the optical characteristics of the nanocomposite as indicated by the decrease in band gap energy from 3.2 eV in pure TiO2 to 2.26 eV in Fe3O4@TiO2-Ag, thereby extending the absorption response into the visible light region. Under optimum conditions at 20 mg photocatalyst, 5 ppm crystal violet solution, pH 6, and 180 minutes of irradiation, the degradation efficiencies reached 86.25% under visible light and 91.14% under UV light. The degradation kinetics of crystal violet dye by the Fe3O4@TiO2-Ag nanocomposite showed a change in kinetic behavior, tending to follow a pseudo-first-order model at the initial stage and a pseudo-second-order model at the later stage. The pseudo-second-order reaction rate constants obtained were 0.0548 g mg-1 min-1 under visible light irradiation and 0.1039 g mg-1 min-1 under UV irradiation. 

Kata Kunci : crystal violet, Fe3O4@TiO2-Ag, fotokatalis, sinar tampak