Pengujian Fe2O3 Nanopartikel sebagai Katalis dalam Foto-Fenton Heterogen untuk Oksidasi Ion Pb(II)

Alya Khoirun Nisa, Prof. Dr. Endang Tri Wahyuni, M.S.; Taufik Abdillah Natsir, S.Si., M.Sc., Ph.D.

2026 | Skripsi | KIMIA

Pada penelitian ini telah dilakukan upaya peningkatan aktivitas Fe₂O₃ sebagai katalis dalam proses foto-Fenton heterogen dengan cara membuatnya menjadi nanopartikel, yang diaplikasikan pada penghilangan ion Pb(II) yang berbahaya dari media air pada pH mendekati netral. Penelitian diawali dengan tahap sintesis katalis nanopartikel melalui sintesis Fe₂O₃ dalam serbuk tempurung biji nyamplung (TBN), dengan metode presipitasi yang diikuti dengan kalsinasi. Selanjutnya adalah karakterisasi katalis Fe₂O₃/TBN menggunakan instrumen X-Ray Diffraction (XRD), X-Ray Fluorescence (XRF), Diffuse Reflectance UV/Visible Spectroscopy (DR-UV/Vis), dan Surface Area Analyzer (SAA).  Tahap berikutnya berupa proses foto-Fenton dengan adanya katalis Fe₂O₃ yang dilakukan dalam sistem batch, di mana dipelajari pengaruh pH larutan, dosis katalis, konsentrasi H₂O₂, serta waktu penyinaran. Konsentrasi polutan ion Pb(II) pada proses foto-Fenton dianalisis menggunakan Atomic Absorption Spectroscopy (AAS), sementara padatan hasil reaksi fotooksidasi ion Pb(II) dikarakterisasi lebih lanjut menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) dan  spektroskopi Raman.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada katalis nanopartikel Fe₂O₃/TBN hasil sintesis didominasi oleh fase maghemite (?-Fe₂O₃), yang disertai fase magnetite (Fe₃O₄), dan fase hematite (?-Fe₂O₃). Sementara itu, pada katalis Fe₂O₃ dihasilkan fase  hematite (?-Fe₂O₃). Sintesis katalis Fe₂O₃ dalam matriks TBN menghasilkan ukuran yang lebih kecil yaitu 14,88 nm, daripada tanpa TBN sebesar 45,75 nm, serta meningkatkan energi celah pita (Eg) dan menurunkan luas permukaan katalis. Hasil penelitian juga menunjukkan bahwa proses foto-Fenton heterogen dengan adanya katalis nanopartikel Fe₂O₃/TBN lebih efektif daripada oleh adanya katalis Fe₂O₃, dan foto-Fenton heterogen lebih efektif daripada foto-Fenton homogen. Kondisi optimum diperoleh pada pH larutan 7, dosis katalis nanopartikel Fe₂O₃/TBN seberat 45 mg, konsentrasi H₂O₂ 55 mmol L^-1, serta penyinaran di bawah sinar visible selama 20 menit. Selain itu, dapat teridentifikasi bahwa hasil fotooksidasi  ion Pb(II) berupa  PbO₂ .

This study aimed to enhance the catalytic activity of Fe₂O₃ in the heterogeneous photo-Fenton process by synthesizing Fe₂O₃ nanoparticles and applying them for the removal of hazardous Pb(II) ions from aqueous solution at near-neutral pH. The study began with the synthesis of Fe₂O₃ nanoparticle catalyst using nyamplung seed shell (TBN) powder through a precipitation method followed by calcination. The resulting Fe₂O₃/TBN nanoparticle catalyst was characterized using X-Ray Diffraction (XRD), X-Ray Fluorescence (XRF), Diffuse Reflectance Ultraviolet-Visible Spectroscopy (DR-UV/Vis), and Surface Area Analysis (SAA). The heterogeneous photo-Fenton process was then carried out in a batch system to investigate the effects of solution pH, catalyst dosage, H?O? concentration, and irradiation time. The concentration of Pb(II) ions during the photo-Fenton process was determined using Atomic Absorption Spectroscopy (AAS), while the solid products formed after Pb(II) photooxidation were further characterized by X-Ray Diffraction (XRD) and Raman spectroscopy.

The results showed that the synthesized Fe₂O₃/TBN nanoparticle catalyst was predominantly composed of the maghemite (?-Fe₂O₃) phase, accompanied by magnetite (Fe₃O₄) and hematite (?-Fe₂O₃) phases. In contrast, the Fe₂O₃ catalyst consisted predominantly of the hematite (?-Fe₂O₃) phase. The synthesis of Fe₂O₃ within the TBN matrix reduced the crystallite size from 45.75 nm to 14.88 nm, accompanied by an increase in band gap energy (Eg) and a decrease in the catalyst surface area. The heterogeneous photo-Fenton process using the synthesized Fe₂O₃/TBN nanoparticle catalyst exhibited higher photooxidation efficiency than that using the Fe₂O₃ catalyst and was also more effective than the homogeneous photo-Fenton process. The optimum conditions were obtained at a solution pH of 7, a Fe₂O₃/TBN nanoparticle catalyst dosage of 45 mg, an H₂O₂ concentration of 55 mmol L?¹, and visible-light irradiation for 20 min. In addition, the photooxidation of Pb(II) ions was confirmed to produce insoluble PbO₂ as the oxidation product.

Kata Kunci : Kata kunci: foto-Fenton, ion Pb(II), nanopartikel Fe2O3