Penambahan Material Magnetik Mengatasi Permasalahan Adsorben Sekunder Pengaplikasiannya pada Air Limbah

Penambahan Material Magnetik Mengatasi Permasalahan Adsorben Sekunder Pengaplikasiannya pada Air Limbah

Penelitian tentang pengurangan air limbah terus berkembang. Kebutuhan manusia yang meningkat karna pertambahan penduduk yang signifikan berbanding lurus dengan pembangunan industri. Dampak kurangnya penanganan B3 menyebabkan air limbah hasil pabrik mencemari sungai disekitaran kawasan.

Gambar sungai yang tercemar air limbah

Dilansir dari detik.com di Cibitung Bekasi daerah sungai Cikarang Bekasi Laut (CBL) bewarna hitam dan berbusa terkadang ketika hujan bau tak sedap muncul. Padahal sungai tersebut merupakan sumber baku utama pada aliran PDAM.

Keprihatinan akan dampak yang semakin besar karena kurangnya tindakan dari pemerintah menggerakan inisiatif para peneliti muda untuk mengurangi pencemaran air limbah. Penelitian dilakukan secara konvensial seperti menguji kandungan pada air limbah, adsorbsi, atau proses membran. Pengujian dengan metode konvensial tidak memurnikan air limbah secara sempurna karena hasil dari pengendapan pada metode tersebut belum ditemukan solusi dan malah menimbulkan masalah baru.

Pada penelitian yang dilakukan Zhao pada tahun 2010. Proses pemurnian air telah dipelajari dan dipraktekkan terutama yang mengandung polutan organik, telah menjadi perhatian serius karena industrialisasi dan perkembangan ekonomi yang cepat. Ketika dibuang ke lingkungan, bahan kimia dapat membahayakan tidak hanya untuk kesehatan manusia, tetapi juga untuk sistem biologis alami. Banyak upaya telah dilakukan untuk menghilangkan polutan dari air yang terkontaminasi, dan degradasi fotokatalitik mungkin metode yang paling umum dan efektif ketika mengobati polutan organik.

Mekanisme fotokatalis dalam proses penguraian limbah bekerja berdasarkan penyerapan cahaya (spektrum) oleh material semikonduktor sehingga terbentuk pasangan elektron dan hole pada permukaan). Beberapa jenis material metal semikondutor seperti TiO2, ZnO and CdS digunakan sebagai bahan fotokatalis karena dapat diaktivasi pada rentang spektrum UV dan cahaya tampak. Dari berbagai jenis semikonduktor tersebut TiO2 paling banyak digunakan. Penggabungan TiO2 dengan salah satu material pendukung akan membentuk komposit.

Sifat morfologinya yang lebih homongen dan kondisi termal yang stabil penambahan SiO2 pada pengembangan material pendukung TiO2 fotokatalisis dapat meningkatkan pengurangan limbah pada laju aktivitasnya. Permasalahan sekunder pada metode konvensional, induksi magnetik menjadi salah astu pilihan. Fe3O4 dipilih karena magnetik dengan karakteristik khas yaitu supermagnetik.

Gambar ilustrasi komposit hasil sintesis

Gambar (a) memperlihatkan fotograf komposit Fe3O4-SiO2-TiO2 yang  didispersi dalam air bebas mineral setelah ultrasonikasi. Bahan nanopartikel tersebut dapat dengan mudah didispersi dengan air membentuk koloid yang stabil dalam beberapa menit. Apabila magnet permanen ditempatkan disampingnya seperti pada Gambar (b), partikel koloid tersebut dapat dengan mudah dikumpulkan oleh medan magnet luar, sehingga dengan mudah dapat dipisahkan dari pelarutnya. Hasil ini membuktikan bahwa nanopartikel komposit Fe3O4-SiO2-TiO2 walaupun memiliki nilai magnetisasi saturasi jauh lebih rendah dari Fe3O4,namun masih tetap memiliki sifat magnetik yang cukup baik untuk dapat dipisahkan dari pelarutnya

a. Air limbah yang telah ditambahankan material komposit

b. Material komposit setelah diberi medan magnet dari luar

Referensi

Nurjanah, Siti (2018). Sintesis dan Karakterisasi Nanopartikel Magnetik Fe3O4 pasir besi glagah kulon progo dengan metode kopresipitasi. Skripsi, Universitas Negeri Yogyakarta.

R. Wang, X. Wang, X. Xi, R. Hu, and G. Jiang, “Preparation and Photocatalytic Activity of Magnetic Fe3O4/SiO2/TiO2 Composites,” Adv. Mater.Sci.Eng.,vol.12,pp.1–8,201

Sahidin, Didin (2014). Sintesis Komposit Fe3O4-SiO2-TiO2 dan Aplikasinya untuk Mendegradasi Limbah Zat Warna Methylene Blue. Jurnal Sains Materi Indonesia. ISSN: 1411-1098

Zhao, and M.-K. Wu, (2010) Magnetodielectric study in SiO2-coated Fe3O4 nanoparticle compacts, Journal  Appl. Phys., vol. 108, no.9 hal, .94–105

Hollow TiO2 sebagai Fotokatalisis: Spilitting Water dan Pendegradasi Limbah

Hollow TiO2 sebagai Fotokatalisis: Spilitting Water dan Pendegradasi Limbah

Ditulis oleh Diki Permana

Fotokatalisis adalah cara yang efisien untuk membersihkan limbah cair maupun gas yang ada di lingkungan. Ameta (2017) menyatakan bahwa dengan fotokatalisis, maka akan bermanfaat besar bagi manusia maupun lingkungan. Fotokatalisis akan mengubah energi gelombang/cahaya menjadi energi kimia. Keuntungan utama fotokatalisis menggunakan TiO2 adalah mempunyai stabilitas kimia yang tinggi pada kondisi asam dan basa, tidak beracun, harga yang relatif murah, dan pengoksidasi yang aman bagi lingkungan menjadikan TiO2 potensial untuk banyak aplikasi fotokatalitik (Ameta & Ameta, 2016)

Dalam proses oksidasi fotokatalisis, polutan organik didegradasi dengan adanya fotokatalis semikonduktor, sumber cahaya, dan zat pengoksidasi seperti oksigen atau udara. Gambar. 1 menunjukkan mekanisme fotokatalisis TiO2. Hanya foton dengan energi yang lebih besar dari energi celah-pita (ΔE) yang dapat menghasilkan eksitasi elektron pita valensi dan mendorong reaksi terjadi. Hole positif mengoksidasi polutan secara langsung atau melalui intermediet air untuk menghasilkan radikal OH, sedangkan elektron dalam pita konduksi mengurangi oksigen yang diserap pada katalis (Ahmed et al., 2010).

Gambar 1. Mekanisme fotokatalisis TiO2 (Ahmed et al., 2010)

Struktur nano atau mikro dari bola adalah yang paling banyak dipelajari dan digunakan dalam senyawa TiO2. Bola TiO2 ini biasanya memiliki luas permukaan spesifik dan volume pori yang tinggi (Gambar 2). Dengan sifat-sifat ini maka akan meningkatkan ukuran area permukaan yang dapat dimafaatkan untuk adsorpsi polutan organik. Secara umum, peningkatan ini menghasilkan kemampuan fotokatalitik yang lebih baik karena reaksi fotokatalitik didasarkan pada reaksi kimia pada permukaan fotokatalis. Selain itu, struktur ini meningkatkan kemampuan penangkapan cahaya karena cahaya untuk dapat sebanyak mungkin menjangkau bagian dalam dari material (Li et al., 2007).

Gambar 2. Ilustrasi dimensi struktur dari material dengan kemungkinan sifatnya (Li et al., 2007)

Struktur mikro berongga (hollow) pada TiO2 akan membuat reaksi katalitik lebih baik karena proses pembebasan molekul reaktan dan produk ke sisi aktif akan lebih mudah (Qi et al., 2016). Tu et al. (2012) juga melaporkan aktivitas fotokatalitik hollow TiO2 yang dikompositkan dengan graphene terjadi peningkatan sembilan kali relatif terhadap P25. Selain itu, energi celah pita untuk TiO2 yang telah dikompositkan dengan nanopartikel emas menghasilkan celah pita terendah, menjadi 2,24 eV dan efisiensi fotokatalitik yang maksimum selama degradasi fenol (Chowdhury et al., 2019).

Zheng et al. (2018) telah menyintesis hollow TiO2 dengan metode sol-gel menggunakan template SiO2 dan penggunaan tetrabutil ortotitanat sebagai prekusor untuk TiO2 serta mengkompositkannya dengan logam Pd, Pt dan Au untuk fotokatalisis pemisahan air. Hasil menunjukkan bentuk hollow TiO2 yang smooth, dan optimum untuk fotokatalisis pemisahan air diperoleh dengan doping Pd 0,95%, sedangkan pada komposil Au 1% menunjukkan hasil pemisahan air yang kecil dibandingkan komposit Pd dan Pt.

Klorofenol adalah polutan air dengan tingkat toksisitas sedang dan diduga memiliki sifat karsinogenik. Nitrofenol adalah polutan air dengan toksisitas tinggi dan dilepaskan ke lingkungan air karena sintesis dan penggunaan pestisida organo-fosfor, pewarna azo, dan beberapa barang medis. Produk samping utama yang terdeteksi selama degradasi fotokatalitik fenol adalah 4-nitrokatekol, benzokuinon, hidrokuinon dan sejumLah asam organik. Gambar 3 mengilustrasikan degradasi fotokatalitik fenol dan pembentukan zat antara.

Gambar 3. Fotokatalisis dari degradasi fenol dengan nanomaterial TiO(Guo et al., 2006)

Daftar Pustaka

  • Ahmed, S., Rasul, M. G., Martens, W. N., Brown, R. & Hashib, M. A. (2010). Heterogeneous photocatalytic degradation of phenols in wastewater: A review on current status and developments. Desalination. Vol 261, pp 3–18.
  • Ameta, R., & Ameta, S. C. 01 Dec 2016. Binary Semiconductors from: Photocatalysis, Principles and Applications. CRC Press. Accessed on: 25 Feb 2019
  • Chowdhury, I. H., Roy, M., Kundu, S. & Naskar, M. K. (2019). TiO2 hollow microspheres impregnated with biogenic gold nanoparticles for efficient visible light-induced photodegradation of phenol. Journal of Physics and Chemistry of Solids.
  • Guo, Z., Ma, R. & Li, G. (2006). Degradation of phenol by TiO2 nanomaterials in wastewater. Chemical Engineering Journal. Vol. 119, pp 55–59.
  • Li, H., Bian, Z., Zhu, J., Zhang, D., Li, G., Huo, Y., Li, H., & Lu, Y. (2007). Mesoporous titania spheres with tunable chamber stucture and enhanced photocatalytic activity. J. Am. Chem. Soc. Vol 129, pp 8406–8407.
  • Qi, L., Cheng, B., Yu, J. & Ho, W. (2016). The high-surface area of the unique Pt/TiO2 hollow chains for efficient formaldehyde decomposition at ambient temperature. Journal of Hazardous Materials. Vol. 301, pp 522–530.
  • Tu, W., Zhou, Y., Liu, Q., Tian, Z., Gao, J., Chen, X., Zhang, H., Liu, J. & Zou, Z. (2012). Robust Hollow Spheres Consisting of Alternating Titania Nanosheets and Graphene Nanosheets with High Photocatalytic Activity for CO2 Conversion into Renewable Fuels. Adv. Funct. Mater. Vol 22, pp 1215–1221
  • Zheng, H., Svengren, H., Huang, Z., Yang, Z., Zou, X. & Johnsson, Mats. (2018). Hollow titania spheres loaded with noble metal nanoparticles for photocatalytic water oxidation. Microporous and Mesoporous Materials. Vol. 264. pp 147-150

Konversi energi berbasis fotokatalisis menggunakan Photo Fuel Cells

Konversi energi berbasis fotokatalisis menggunakan Photo Fuel Cells

Di era sekarang, sains dan tegnologi sudah meramba kemana-mana dalam setiap aspek kehidupan manusia. Penelitian dan pengembangan tegnologi terus dilakukan dalam berbagai bidang untuk memenuhi kehidupan manusia. Sejalan dengan perkembangan dan pertumbuhan penduduk yang meningkat maka kebutuhan energi juga mengikuti. Melalui sains banyak hal yang dapat dimanfaatkan, salah satunya adalah energi, yang dapat dikonversi yang berbasis fotokatalisis menggunakan PhotoFuelCells.

            Istilah Fotokatalisis terdiri dari dua arti yaitu fotokimia dan katalis. Pada proses reaksi fotokimia melibatkan cahaya (foto).  Fotokatalisis itu sendiri berarti suatu reaksi yang dibantu oleh katalis dan cahaya. Katalis adalah suatu bahan yang dapat mempercepat atau memperlambat reaksi tanpa berubah secara kimia. Konsep fotokatalisis tidak berbeda jauh dari konsep fotosintesis. Pada fotosintesis energi cahaya diserap oleh klorofil, pada fotokalisis energi cahaya digunakan untuk mengaktisipasi semikonduktor, biasanya berupa TiO2, CdS, ZnO dan lain-lain.

            Fotokatalisis dapat digunakan sebagai pendegrasi limbah, penjernian limbah tekstil, pengolahan limbah organik dan anorganik, pengolahan limbah cair, produksi H2O dan lain-lain. Di Indonesia penggunaan fotokatalisis sangat bagus digunakan mengingat Indonesia memiliki iklim tropis yaitu banyaknya sinar matahari sepanjang tahun dengan efektifitas 50-80%, kelembaban rata-rata 60-90%, serta curah hujan  selama 150-220 hari dalam setahun. Kondisi ini bisa dimanfaatkan untuk mengubah energi matahari jadi berguna bagi kehidupan.

            Untuk mengkonversi energi matahari menjadi energi kimia dan listrik dapat dilakukan dengan sel fotoelektrokimia. Konfigurasi standar untuk sel fotoelektrokimia melibatkan sebuah photoanode electrode yang membawa fotokatalis semikonduktor tipe-n, dan sebuah elektroda counter membawa elektrokatalis dan elektrolit. Cahaya diserap oleh fotokatalis yang menghasilkan pasangan lubang elektron. Elektron dipandu melalui sirkuit eksternal ke elektroda katoda (counter), di mana mereka mengambil bagian dalam reaksi reduksi sementara lubang dikonsumsi melalui reaksi oksidasi. Dalam surya regeneratif sel-sel, elektrolit melibatkan pasangan redoks, yang direduksi pada elektroda counter dan dioksidasi pada elektroda photoanode dengan demikian mengisi ulang lubang dan mengubah energi foton menjadi listrik. Di kedua jenis sel, energy foton dan energi kimia dari agen pengorbanan, yaitu, dari “bahan bakar”, dikonversi menjadi listrik dan/atau disimpan dalam bentuk energi kimia yang bermanfaat, misalnya  memproduksi hidrogen. Untuk alasan ini, sel fotoelektrokimia yang beroperasi dengan konsumsi bahan bakar disebut PhotoFuelCells (PFC) (Robert, Stavroula, dan Panagiotis, 2014).

Gambar 1 : (A) Desain PFC memproduksi listrik (B) Distribusi geometrik fotokalis (lingkaran kecil) dan elektrokalis (area hitam) pada “daun fotoelektrokalitik” dan (C) Produksi Hidrogen menggunakan “daun fotoelektrokalitik” (Sumber: researchgate)

Konfigurasi dasar sel fotoelektrokimia standar, dapat dibuat dengan mudah dan memungkinkan pilihan substansial bahan baik untuk pembangunan fotoanode maupun elektroda katoda. Titania nanopartikulat adalah fotokatalis tidak terbantahkan, untuk bahan penyerap cahaya tampak baru. Materi tersebut dapat menunjukkan potensi yang kuat untuk aplikasi di PhotoFuelCells secara parallel aplikasi fotokatalitik lainnya.

Prospek penerapan fotokatalisis di Indonesia menjanjikan melihat sumber energi melimpah yang sudah ada di depan mata. Hal itu dapat digunakan untuk memproduksi energi terbarukan karena, misalnya energi fosil yang semakin meningkat dan pasokannya juga menipis dimana sisi lainnya dapat mencemari udara (hujan asam dan pemanasan global) yang berimbas pada manusia sendiri. Oleh karena itu, sangat penting penggunaan fotokatalisis mengingat sumber energi terbarukan yang beragam dan mempunyai potensi untuk dimanfaatkan. Dengan begitu kerusakan alam dapat diminimalisir.

Referensi :

Fotokatalis Semikonduktor Doping Logam

Fotokatalis Semikonduktor Doping Logam

Keberadaan  industri  dan  produk  tekstil  di  suatu  negara  telah  banyak memberikan suatu keuntungan bagi negara itu sendiri,  antara lain berkurangnya angka pengangguran yang ada di masyarakat, meningkatnya pendapatan, dan hasil output dari industri itu sendiri. di Indonesia, baik industri tekstil maupun produk tekstil telah menjadi  industri  yang penting dan terbukti  mampu meningkatkan nilai perekonomian Indonesia

Dengan berkembangnya industri tekstil yang ada di Indonesia, produksi limbah zat warna tekstil pun semakin meningkat. Limbah ini memiliki peran yang besar  dalam  masalah  pencemaran  air  jika  limbah  tidak  diolah  terlebih  dahulu sebelum  dibuang  (Riswiyanto,2010).  Limbah  tekstil  tersebut  berasal  dari  proses pencelupan industri tekstil. Pada saat proses tersebut berlangsung, setidaknya zat warna menghasilkan sekitar 10-15% limbah. Pengolahan limbah industri tekstil sebelum  sampai  ke  saluran  pembuangan  akhir  sangat  penting  karena  akan berpengaruh dari segi estetika maupun perlindungan lingkungan.

Saat ini berbagai teknik atau metode penanggulangan limbah tekstil telah dikembangkan, diantaranya adalah metode adsorpsi. Namun metode ini ternyata kurang begiti efektif karena zar warna tekstil yang diadsopsi tersebut masih terakumulasi di dalam adsorben yang pada suatu saat nanti akan menimbulkan persoalan baru. Sebagai alternatif dikembangkan metode fotodegradasi dengan menggunakan bahan fotokatalis dan radiasi sinar ultraviolet. Dengan metode fotodegradasi ini, zat warna akan diurai menjadi komponen-komponen yang lebih sederhana yang lebih aman untuk lingkungan (Alinsafi ddk., 2007).

Fotokatalisis dimulai dengan terbentuknya pasangan elektron-hole (e dan h+) akibat adanya eksitasi dari pita valensi menuju pita konduksi. Eksitasi ini terjadi akibat adanya energi foton dari cahaya matahari. Eksitasi akan terjadi ketika panjang gelombang dari cahaya matahari tersebut sama atau melebihi dari energi celah pita yang dimiliki oleh material katalis tersebut. Penyinaran permukaan material yang bersifat semikonduktor, dalam hal ini TiO2 dan ZnO, akan menghasilkan pasangan elektron dan hole positif pada permukaannya (Dennie Widya, 2012)

Hal ini seperti yang terlihat pada Gambar.1 di bawah ini, yaitu skema sederhana terjadinya eksitasi elekron pada material semikonduktor ZnO doping  logam.

Capture.PNG

Gambar 1. Skema sederhana eksitasi yang terjadi pada bahan semikonduktor

Jika suatu semikonduktor dikenai cahaya dengan energi (hv) yang sesuai, maka electron (e) pada pita valensi akan berpindah menuju pita konduksi, dan meninggalkan lubang positif (hole/h+) pada pita valensi. Sebagian besar pasangan elektron-hole (edan h+) akan rekombinasi kembali, baik dipermukaan ataupun di dalam bulk partikel. Namun, sebagian lain dari pasangan edan h+ dapat bertahan sampai permukaan semikonduktor dan pada akhirnya h+ dapat menginisiasi reksi oksidasi dan dilain pihak e akan menginisiasi reaksi reduksi zat kimia yang ada disekitar permukaan semikonduktor.  Reaksi oksidasi pada permukaan semikonduktor dapat berlangsung melalui donor elektron dari substrat ke h+. Reaksi oksidasi yang terjadi akan mengakibatkan terbentuknya gugus hidroksil radikal. Hidroksil radikal tersebut memiliki sifat oksidator kuat.

Doping merupakan salah satu teknik yang digunakan untuk mengontrol sifatsemikonduktor,dengan menambahkan sejumlah kecil atom pengotor (dopan) ke dalam struktur semikonduktor, yaitu pada permukaan semikonduktor. Dopan dapat mempengaruhi sifat optik, magnetik, dan elektronik dari semikonduktor (Norris D., Efros, 2008). Beberapa logam dari jenis logam transisi mulai dikembangkan untuk modifikasi fotokatalis. Selain lebih menguntungkan secara ekonomis, logam dari jenis ini ternyata menunjukkan hasil yang sebanding dengan logam mulia. A. Bonanni (2007) menyatakan bahwa penggunaan logam transisi sebagai dopan dalam semikonduktor dapat meningkatkan sifat kemagnetan semikonduktor karena unsur-unsur tersebut memiliki elektron tidak berpasangan. Sehingga elektron dan hole yang dihasilkan akan semakin banyak. Seperti dopan Cu yang dapat berlaku sebagai sumber elektron sehingga meningkatkan produksi elektron sehingga dapat meningkatkan aktivital fotokatalis.

DAFTAR PUSTAKA

  • Alinsafi, A., F. Evenou, E.M. Abdulkarim, M.N. Pons, O. Zahraa, A. Benhammou, A.Nejmeddine. 2007. Treatment of textille of Industry Waste Water by Supported Photocatalysis. Dyes and pigments-Dye Pigment. 74(2): 439-445.
  • Bonanni A. 2007. Ferromagnetic nitride-based semiconductors doped with transition metals and rare earths. Semiconductor Science and Technology. 22: 41–56.
  • Norris D J., Efros A L., & Erwin S C. 2008. Doped Nanocrystals . Science , 319.
  • Riswiyanto, S., R. Bakri, and A. Titis. 2010. Degradasi fotokatalitik zat warna direct yellow dan direct violet dengan katalis tio2/agi -sinar UV. Valensi 2 (1) : 319 –324

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

  • 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.