Fotokatalis Semikonduktor Titanium Dioksida (TiO2) sebagai Solusi Pencemaran

Ditulis oleh Rey Saputra 

Indonesia merupakan negara tropis yang banyak ditumbuhi berbagai jenis tanaman. Sebagian besar daerah Indonesia masih penuh dengan zona hijau yang artinya masih banyak lahan untuk tanaman seperti hutan ataupun kebun tempat masyarakat bercocok tanam. Kebanyakan masyarakat di Indonesia juga berprofesi sebagai petani terutama masyarakat yang tinggal di dataran tinggi. Kelangsungan hidup seorang petani bergantung dengan sebuah harapan pada tanaman yang mereka tanam. Tanaman yang tepenuhi kebutuhannya seperti unsur hara, air dan klorofil yang dapat bekerja dengan bantuan sinar matahari. Selain tanaman yang membutuhkan sinar matahari, manusiapun membutuhkannya untuk berbagai kegiatan yang mereka lakukan. Salah satunya sinar matahari atau cahaya matahari di manfaatkan dalam sebuah penelitian. Cahaya matahari mampu memberikan prospek penelitian dengan menghasilkan suatu ide baru yaitu fotokatalisis. Fotokatalis merupakan cara atau metode mempercepat suatu reaksi dengan menggunakan cahaya matahari.

Melihat kondisi kita saat ini, Indonesia mengalami perkembangan yang sangat pesat terutama bidang industrinya namun hal ini tidak menghasilkan hal yang positif sepenuhnya justru menyebabkan pencemaran lingkungan diberbagai daerah. Pencemaran yang terjadi harus diolah atau diatasi agar tidak memperburuk keadaan lingkungan. Beberapa proses pengolahan limbah  seperti zat warna, metode yang sedang berkembang adalah proses fotokatalis yang menjadi alternatif berpotensi untuk pengolahan limbah maupun fotodegradasi senyawa organik seperti zat warna metilen biru dengan skala besar dan dengan biaya yang relatif murah. Fotokatalisis mampu mengurangi pencemaran sekitar 90% dengan menggunakan katalis yang bersifat reusable (penggunaan berkali-kali) (Aliah H, 2015).

Proses fotokatalisis dapat dibagi menjadi dua berdasarkan jenis katalisnya yaitu fotokatalisis homogen dan fotokatalisis heterogen. Fotokatalisis homogen yaitu proses yang terjadi pada satu fasa dengan bantuan okasidator seperti ozon dan hydrogen peroksida, sedangkan proses fotokatalisis heterogen terjadi pada dua fasa atau lebih dan biasanya dibantu cahaya atau katalis padat. Proses fotokatalitik heterogen merupakan teknologi berdasarkan iridiasi fotokatalisis semikonduktor seperti titanium dioksida (TiO2), seng oksida (ZnO) ataupun cadmium sulfida (CdS) (Sirhan Bey, 2009).

Fotokatalitik semikonduktor dengan menggunakan senyawa titanium dioksida (TiO2) adalah proses yang sering digunakan untuk mengatasi pencemaran karena sangat efisien sesuai mekanisme yang di ilustrasikan pada gambar berikut:

blankGambar Mekanisme Fotokatalitik Titanium diokasida (TiO2)

Berdasarkan mekanisme di atas maka susunan reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

TiO2 + hv  → ecb + h+vb

h+vb + H2O → H+ + HO*

ecb + O2 → O-*2

O2-* + H+ → HO2*

HO2* + HO2* → H2O2 + O2

H2O2 + ecb → HO* + HO

H2O2 + hv → 2HO*

R + HO* → CO2 + H2O

Ketika TiO2 semikonduktor diterangi dengan energi lebih besar dari band gap, elektron akan bergerak dari pita valensi ke pita konduksi ke lubang hasil (h+vb) Di pita valensi dan elektron   (ecb) di pita konduksi. Elektron akan berinteraksi dengan oksigen dan menghasilkan superoksida radikal sekitarnya (O2-*) Sedangkan lubang akan berinteraksi dengan air sekitarnya untuk menghasilkan radikal hidroksil (HO*). Kedua radikal bebas akan berinteraksi dengan senyawa yang larut dalam air di sekitarnya, terutama senyawa organik atau polimer. Ini radikal hidroksil akan terurai senyawa organik atau polimer ke dalam air (H2O) dan karbon dioksida (CO2). Superoksida radikal (O2-*) akan berinteraksi dengan air (H2O) untuk menghasilkan hidrogen peroksida (H2O2). maka hidrogen peroksida ini akan bereaksi dengan elektron yang akan menghasilkan radikal hidroksil, peroksida (H2O2) bereaksi dengan energi cahaya (hʋ) yang juga akan menghasilkan radikal hidroksil (HO*). Hidroksil ini radikal (HO*) akan terurai polimer organik (R) ke dalam air (H2O) dan karbon dioksida (CO2) (Nasikhudin et al, 2018).

Baca juga:

Referensi:

  • Aliah, H., & Karlina, Y. (2015). Semikonduktor TiO2 Sebagai Material Fotokatalis Berulang. Jurusan FIsika UIN SGD Bandung, IX(1), 185–203.
  • Bey, S. (2009). Pengujian Kinerja Fotokatalis Berbasis TiO 2 Untuk Produksi Hidrogen Dari Air.
  • Nasikhudin, Diantoro, M., Kusumaatmaja, A., & Triyana, K. (2018). Study on Photocatalytic Properties of TiO2 Nanoparticle in various pH condition. Journal of Physics: Conference Series, 1011(1). https://doi.org/10.1088/1742-6596/1011/1/012069
Warung Sains Teknologi
Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:

Yuk Ajukan Pertanyaaan atau Komentar