Sintesis Keramik Komposit ZrO2-ZnFe2O4 sebagai Fotokatalis Magnetik untuk Degradasi Metilen Biru

Arie Hardian, Rina Herdiana Putri, Senadi Budiman, Dani Gustaman Syarif

Abstract

Metilen biru merupakan salah satu zat pewarna dalam limbah cair tekstil yang dapat merusak ekosistem perairan dan mempunyai nilai ambang batas 5 mg/L. Salah satu cara untuk mengolah MB dalam larutan yaitu dengan fotokatalisis mengingat sederhana, cepat, dan mudah diregenerasi. Namun, cara ini memiliki kekurangan yakni waktu pemisahan yang lama. Penambahan sifat magnetik ke dalam material fotokatalis yang kemudian disebut fotokatalis magnetik dapat mengatasi kelemahan dari fotokatalis konvensional. Dalam penelitian ini, fotokatalis magnetik berbasis komposit ZrO2-ZnFe2O4 telah berhasil disintesis menggunakan metode kopresipitasi sederhana dengan memanfaatkan mineral lokal pasir Zircon. Komposit yang dihasilkan dikarakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy with Energy Dispersive Spectroscopy (SEM/EDS), Surface Area Analyzer (SAA). Evaluasi terhadap kinerja fotokatalis diamati menggunakan metode spektrofotometri UV-Vis. ZrO2-ZnFe2O4 yang dihasilkan mengandung kristal ZnFe2O4 berstruktur kubik. Partikel komposit memiliki bentuk irregular dan teraglomerasi. Komposit mengandung 6,52 Zr; 9,31 Zn; 23,58 Fe; dan 58,73 O dalam %atom, sesuai dengan stoikiometrinya. Luas permukaan spesifik ZrO2-ZnFe2O4 sebesar 112,375 m2/g. Sifat magnet dikonfirmasi menggunakan medan magnet ekstenal yang menunjukkan bahwa komposit ZrO2-ZnFe2O4 memiliki sifat magnet lemah. Kondisi optimum untuk fotodegradasi MB oleh komposit ZrO2-ZnFe2O4 dihasilkan pada pH 10 selama 120 menit dengan %degradasi MB sekitar 94,00%.

Synthesis of ZrO2-ZnFe2O4 Composite Ceramics as Magnetic Photocatalyst for Methylene Blue Degradation. Methylene blue (MB) is one of the dye compounds in textile wastewater that can damage aquatic ecosystems and has a threshold value of only 5 mg/L. The alternative way to treat MB in aqueous solutions is photocatalysis which has simple, fast, and easy regenerate properties but has a drawback such as a long separation time. Immersing magnetic properties to photocatalyst material called magnetic photocatalyst can solve the weakness of conventional photocatalyst. In this work, the magnetic photocatalyst of ZrO2-ZnFe2O4 was synthesized by simply co-precipitation method from local natural sources Zircon sand. The composites were then characterized using X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy with Energy Dispersive Spectroscopy (SEM/EDS), Surface Area Analyzer (SAA). The evaluation of photocatalytic performance was observed by using a spectrophotometer UV-Vis. The obtained ZrO2-ZnFe2O4 reveals a cubic structure of ZnFe2O4. The composites particles have an irregular and agglomerated shape. The obtained ZrO2-ZnFe2O4 contained 6.52 of Zr, 9.31 of Zn, 23.58 of Fe, and 58.73 of O in atomic percentage, corresponding to its stoichiometry. The specific surface area of ZrO2-ZnFe2O4 was 112.376 m2/g. The magnetic properties were confirmed by an external magnetic field showing that the composite has weak magnetic properties. The optimum condition for photodegradation of methylene blue by ZrO2-ZnFe2O4 was obtained at pH 10 for 120 minutes with methylene blue degradation percentage (%D) approximately 94.00%.

Keywords

fotokatalis magnetik; keramik komposit; mineral lokal; ZrO2-ZnFe2O4.

Full Text:

PDF

References

Aflaki, M., and Davar, F. 2016. Synthesis, Luminescence and Photocatalyst Properties of Zirconia Nanosheets by Modified Pechini Method. Journal of Molecular Liquids 221, 1071‒1079. doi: 10.1016/j.molliq.2016.06.067.

Asmin, L.O., Mutmainah, and Suharyadi, E., 2015. Sintesis Nanopartikel Zinc Ferrite (ZnFe2O4) dengan Metode Kopresipitasi dan Karakterisasi Sifat Kemagnetannya. Jurnal Fisika dan Aplikasinya. 16 (3).

Ayu, I G., Saraswati, A., Diantariani, N.P., and Suarya, P., 2015. Fotodegradasi Zat Warna Tekstil Congo Red dengan Fotokatalis ZnO-Arang Aktif dan Sinar Ultraviolet (UV). Jurnal Kimia 9 (2): 175–82. doi: 10.24843/JCHEM.2015.v09.i02.p06.

Chen, X., Liu, Y., Xia, X., and Wang, L., 2017. Popcorn Balls-like ZnFe2O4-ZrO2 microsphere for Photocatalytic Degradation of 2,4-Dinitrophenol. Applied Surface Science 407: 470–78. doi: 10.1016/j.apsusc.2017.02.198.

Diana, D. R, and Pratapa, S. 2015. Analisis Kristalinitas Serbuk Magnesium Oksida Hasil Sintesis Metode Logam-Terlarut Asam. Jurnal Sains Dan Seni ITS 4 (1): 4–7. doi: 10.12962/j23373520.v4i1.8462.

Degusty, D., Rahmayeni, and Arief, S. 2013. Sintesis, Karakterisasi, dan Uji Aktivitas Fotokatalitik Nanokomposit TiO2 -ZnFe2O4. Jurnal Kimia Universitas Andalas 2 (2303): 98–103.

Gurushantha, K., Anantharaju, K. S., Renuka, L., Sharma, S. C., Nagaswarupa, H. P., Prashantha, S. C., Vidya, Y. S., and Nagabhushana, H., 2017. New Green Synthesized Reduced Graphene Oxide-ZrO2 Composite as High Performance Photocatalyst under Sunlight. RSC Advances 7 (21): 12690–703. doi: 10.1039/C6RA25823A.

Indrani, D. J., and Adi, W.A., 2012. Preparasi Nanokristalin Hidroksiapatit untuk Scaffold Rekayasa Jaringan Tulang. Jurnal Sains Materi Indonesia, 36–39. doi: 10.17146/jsmi.2012.13.4.4754.

Lestari,Y.D., Wardhani, S.W., and Khunur, M.M., 2015. Degradasi Methylene Blue menggunakan Fotokatalis TiO2-N/Zeolit dengan Sinar Matahari. Kimia Student Journal.

Mataji, M., Ghorbani, M., and Gatabi, M., P., 2018. Structural, Optical and Magnetic Properties of Novel ZnFe2O4/ZrO2 mixed Metal Oxide Nanocomposite Synthesized by Hydrothermal Technique. Journal of Alloys and Compounds 757: 298–309. doi: 10.1016/j.jallcom.2018.05.050.

Megawati, N.M.S., Putra, A.A.B., and Sibarani, J., 2013. Pemanfaatan Arang Batang Pisang (Musa Paradisiacal) untuk Menurunkan Kesadahan Air. Jurnal Kimia 7 (2): 153–62. doi: 10.24843/JCHEM.2013.v07.i02.p06.

Mutimmah, Yuswono, Akbar, S., Nugroho, D.W., Rahman, T.P., Nofrizal, Ikono, R., Siswanto, and Rochman, N.T., 2013. Optimasi Ekstraksi Zirkonia Berbahan Baku Pasir Zirkon Silikat melalui Reduksi Basa. In Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung.

Nurhasanah, I., Priyono, P., Karnaji, K., and Richardina, V., 2018. Fotokatalisis Nanopartikel Magnetis Zinc Ferrite dengan Penyinaran Cahaya UV dan Cahaya Tampak. Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan 13 (1): 33–39. doi: 10.23955/rkl.v13i1.9953.

Nurhasni, N., Mar’af, R., and Hendrawati, H., 2018. Pemanfaatan Kulit Kacang Tanah (Arachis Hipogaea L.) sebagai Adsorben Zat Warna Metilen Biru. Jurnal Kimia VALENSI 4 (2): 156–67. doi: 10.15408/jkv.v4i2.8895.

Rahmayeni, A., Ramadani, Y., Stiadi, N., Jamarun, Emriadi, and Arief, S. 2017. Photocatalytic Performance of ZnO-ZnFe2O4 magnetic Nanocomposites on Degradation of Congo Red Dye under Solar Light Irradiation. Journal of Materials and Environmental Science 8 (5): 1634–43.

Reddy, Venkata, C., Babu, B., Reddy, I.N., and Shim, J. 2018. Synthesis and Characterization of Pure Tetragonal ZrO2 Nanoparticles with Enhanced Photocatalytic Activity. Ceramics International 44 (6): 6940–48. doi: 10.1016/j.ceramint.2018.01.123.

Senyan, H., Silalahi, I.H., and Harlia. 2013. Pengaruh Variasi Massa Natrium Hidroksida pada Pembuatan Zirkonium Oksida dari Pasir Mineral Zirkon Asal Mandor Kabupaten Landak. Jurnal Kimia Khatulistiwa 2 (3): 157–62.

Shahraki, Raeisi, R., Ebrahimi, S.A.S., and Ebrahimi, M. 2012. Composition and Magnetic Properties of Zinc Ferrite Nanoparticles Prepared by the Co-Precipitation Method at Different Temperatures. Nanotech 1: 398–400.

Suhernadi, A, Wardhani, S., and Purwonugroho, D. 2014. Studi Pengaruh Penambahan Hidrogen Peroksida (H2O2) terhadap Degradasi Methylene Blue menggunakan Fotokatalis TiO2–Bentonit. Kimia Student Journal 2 (2): 569–75.

Sumarlan, I., Fatimah, I., and Wijaya, K. 2016. Sintesis dan Karakterisasi Fotokatalis TiO2-Montmorilonit Terpilar Alumina. Jurnal Pijar MIPA XI (2): 87–93. doi: 10.29303/jpm.v11i2.108.

Syarif, D.G., 2014. Characteristics of Water-ZrO2 Nanofluids with Different pH Utilizing Local ZrO2 Nanoparticle Prepared by Precipitation Method. Advanced Materials Research 896: 163–67. doi: 10.4028/www.scientific.net/AMR.896.163.

Wahyu, E., and Putri, D. 2014. Degradasi Metilen Biru menggunakan Fotokatalis Zn-Zeolit. Chem Progress 7 (1): 29–33.

Widiyandari, H., and Burhanudin, S. 2012. Degradasi Pewarna Methylene Blue (MB) menggunakan Fotokatalis WO3/Fe2O3 dengan Perbantuan Cahaya Matahari. Jurnal Sains dan Matematika 20 (2): 26–29.

Refbacks

  • There are currently no refbacks.