Sintesis dan Karakterisasi Nano N-ZnO Doped Carbon-Dots dengan Metode Microwave Irradiation-Spray Coating sebagai Fotokatalis untuk Degradasi Malachite Green Dye

OLEH NOVITA INDAH PRATIWI

Berkembangnya industri batik di Indonesia memberikan dampak negatif bagi kualitas lingkungan. Salah satunya adalah pencemaran air akibat limbah cair industri batik. Limbah batik biasanya mengandung senyawa kimia berbahaya serta logam berat. Salah satu produk yang dihasilkan dari industri batik adalah kain finished atau kain grey yang melalui proses pemasakan, pemutihan, pencelupan dan pencapan (Sukmawati, 2014). Proses pencelupan kain pada zat warna ini menghasilkan limbah cair yang masih mengandung zat warna yang tidak terserap seluruh warna ke dalam kain sehingga mencemarin lingkungan perairan. Hal ini sangat terasa dampaknya bagi masyarakat, salah satunya adalah zat warna limbah cair industri batik yang susah didegradasi secara alami. Sehingga sering dijumpai warna sungai bahkan air sumur tercemar dengan warna pekat. Salah satu zat warna celup yang sering dijumpai sebagai buangan limbah di perairan  yaitu malachite green (Sharma, 2017).

Malachite green merupakan zat warna dasar untuk celup. Pewarna kimia ini terutama digunakan untuk pewarna sutra, kulit dan kertas. Zat warna malachite green bersifat stabil dan beracun bagi lingkungan perairan dan biota-nya, karena diketahui memiliki sifat toksik dan karsinogenik (Srivastava, 2004). Untuk mengatasi hal tersebut, beberapa metode dapat digunakan untuk mendegradasi limbah cair pewarna antara lain adsorbsi dan koagulasi, AOP (Advance Oxidation Processes) yang melibatkan pereaksi UV/H2O2, UV/Fenton’s sebagai zat pengoksidasi limbah cair pewarna dan menggunakan material fotokatalis seperti TiO2, ZnO, CdS, WO3 dll (Carp dkk, 2004). ZnO merupakan salah satu semikonduktor yang paling efektif dan populer digunakan sebagai fotokatalis terutama untuk reduksi polutan air dan limbah batik yang bekerja pada cahaya UV. Sifat fotokatalis ZnO dalam lingkungan yang berupa air terjadi melalui aktivitas fotokatalis material yang memutus ikatan air (H2O) dan menghasilkan radikal hidroksil (OH+) berenergi tinggi sehingga dapat mereduksi zat warna batik (Piva dkk, 2016).

Gambar 1. Reaksi fotokatalis oleh ZnO

Fenomena fotokatalis diawali dengan fotoeksitasi. Cahaya yang mengenai nanopartikel ZnO akan mengeksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi sekaligus menghasilkan hole+ pada pita valensi. Energi yang dihasilkan dari elektron yang tereksitasi ini menyebabkan elektron berada pada pita konduksi dan menghasilkan pasangan elektron bermuatan negatif (e) dan hole+ yang disebut sebagai semikonduktor photo-excitation state (Reddy, 2013). Pada gambar 1 reaksi fotokatalis, terbentuk senyawa superoksida yang melepaskan O2 dan OH radikal yang dapat mendegradasi malachite green dye. Sehingga zat warna pada air  dapat tedegradasi dan hasilnya air menjadi jernih.

Untuk meningkatkan produksi radikal hidroksil pada aktivitas fotokatalisis diperlukan adanya pengotor akseptor. Salah satu unsur yang berperan sebagai akseptor pada semikonduktor ZnO adalah Nitrogen (N) (Fan dkk, 2013). Hasil dari penelitian yang dilakukan oleh Irwanto (2017) menyebutkan bahwa pemberian doping N pada ZnO menyebabkan serapannya bekerja pada cahaya tampak dan mampu meningkatkan efektifitas degradasi zat warna malachite green.

Kajian intensif terhadap material carbon nanodots terus berkembang sangat pesat hingga saat ini. Carbon Dots (C-Dots) merupakan bahan karbon baru yang berukuran ~10 nm. Ikatan rantai karbon merupakan kajian utama dalam pembuatan C-Dots yang dikembangkan dalam berbagai aplikasi. Para peneliti telah mensintesis C-Dots dari berbagai sumber karbon seperti Sahu dkk. (2012) menggunakan sari jeruk, Zhu dkk. (2012) menggunakan sumber karbon dari susu kedelai dan Zhai dkk. (2012) menggunakan sumber karbon dari citric acid. C-Dots memiliki optis yang baik seperti fotoluminesens yang kuat, fotostabilitas tinggi serta mampu difungsikan dengan molekul yang berbeda berdasarkan aplikasinya (Mirtchev, 2012). C-dots dapat dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi seperti bioimaging, fotokatalis, konversi energi dan sensor. Metode pembuatan C-Dots dapat menggunakan pemanasan sederhana akan tetapi hasilnya berupa gel (Rahmayanti, 2014). Maka dari itu dalam pembuatan C-Dots dapat menggunakan metode microwave  irradiation  yang tidak menghasilkan C-Dots berupa gel. Sehingga lebih mudah untuk diaplikasikan (Rahmayanti, 2015). Berdasarkan penelitian Zhang (2014), C-Dots yang dikombinasikan dengan N-ZnO mempunyai efisiensi fotokatalis yang tinggi karena mampu menghasilkan elekron, hole dan radikal hidroksil yang banyak untuk degradasi malachite green dye.

Maka dari hasil kajian tersebut menarik untuk melakukan sintesis N-ZnO/C-Dots dan diaplikasikan untuk mendegradasi malachite green. Pembuatan material N-ZnO/C-Dots dilakukan dengan metode microwave irradiation dan spray coating. Hasil yang terbentuk berupa lapisan tipis N-ZnO/C-Dots akan diuji efisiensi degradasinya terhadap malachite green di bawah paparan cahaya tampak serta karakterisasi lapisan tipis N-ZnO/C-Dots berupa SEM, UV-Vis dan XRD.

Daftar Pustaka

Baca juga:
  • Carp, O., Huisman, C.L. dan Reller, A., 2004, Photoinduced Reactivity of Titanium Dioxide, Progress in Solid State Chemistry, 32, 33-177.
  • Fan, J., Sreekanth, K. M., Xie, Z., Chang, L., dan Rao, K.V., 2013, p-Type ZnO Materials: Theory, Growth, Properties, and Devices. Progress in Materials Science, 58, 874-985.
  • Irwanto, M., 2017, Studi Perbandingan Aktivitas Fotokatalitik ZnO Terdoping N (ZnO-N) dan ZnO Terdoping Ag (ZnO-Ag) yang Dideposisi di Atas Substrat Kaca dalam Proses Fotodegradasi Bakteri Coliform di Bawah Radiasi Cahaya UV, Departemen Fisika, Universitas Diponegoro, Semarang.
  • Piva, dkk. 2016. Antibacterial and photocatalytic activity of ZnO nanoparticles from Zn(OH)2 dehydrated by azeotropic distillation, freeze drying, and ethanol washing. Japan : Elsevier and The Society of Powder Tecnologi.
  • Rahmayanti, H.D., Aji, M.P., dan Sulhadi. 2015. “Effect of Sulfur Particles on Absorbance and the Band Gap Energy of Carbon Dots”. Prosiding International Conference on Advanced Materials and Technology (ICAMST 2014) 16-17 September 2014, Solo.
  • Reddy, Sankara, Venkatramana Reddy, Koteeswara Reddy and Pramoda Kumari,2013, Synthesis, Structural, Optical Properties and Antibacterial activity of co-doped (Ag, Co) ZnO Nanoparticles, Research Journal of Material Sciences, Vol. 1(1), 11-20,February (2013).
  • Sahu, S., Birendra, B., Tapas K., Maiti dan Mohapatra, S. 2012. “Simple one-step synthesis of highly luminescent carbon dots from orange juice: application as excellent bio-imaging agents”, Chem. Commun. 48 : 8835–8837.
  • Sharma. S, 2017. N doped ZnO/C-dots nanoflowers as visible light driven photocatalyst for the degradation of malachite green dye in aqueous phase. India : Elsevier
  • Srivastava, Shivaji., Sinha, Ranjana. And Roy,D. 2004. Toxicological effecys of Malachite Green. Review. India. dalam www.elsevier.com/locate/aquatox diakses tanggal 25 November 2018.
  • Sukmawati P, 2014. Adsorbsi Zat Warna Tekstil Malachite Green Menggunakan Adsrben Kulit Buah Kakao Teraktivasi HNO3. Prosiding Seminar Nasional Fisika dan Pendidika Fisika Vol 5 No.1
  • Zhai, X.,  Zhang, P., Liu, C., Bai, T., Li, W., Dai, L and L,nWenguang. “Supporting Information – Highly luminescent carbon nanodots by microwave-assisted pyrolysis,” Chem. Commun., vol. 48, no. 64, pp. 7955–7957, 2012.
  • Zhang, J. dan Yu, S. H. 2016. “Carbon dots: large-scale synthesis, sensing and bioimaging”, Materials Today. Elsevier Ltd., 19(7), pp. 382–393. doi: 10.1016/j.mattod.2015.11.008.
  • Zhu, C., Junfeng Z. dan Shaojun D. 2012. “Bifunctional fluorescent carbon nanodots: green synthesisviasoy milk and application as metal-free electrocatalysts for oxygen reduction”, Chem. Commun. 48 : 9367–9369.
Warung Sains Teknologi

Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:

Yuk Ajukan Pertanyaaan atau Komentar