Green Synthesis Nanokomposit Cu/MgO : Aktivitas Reduksi Katalitik Zat Pewarna dan Senyawa Nitro

Oleh: Nur Wahyu Wulandari

Penggunaan zat pewarna dan senyawa nitroarene yang tinggi diberbagai industrti dapat menyebabkan limbah yang disebut polutan. Kehadiran senyawa polutan tersebut menjadi perhatian para peneliti untuk mencari metode yang tepat untuk menghilangkannya. Salah satu metode reduksi polutan dalam air yang sudah dilakukan oleh Nasrollahzadeh et al (2018) yakni memanfaatkan nanopartikel logam dengan NaBH₄ sebagai agen pereduksi. Nanopartikel logam merupakan material aktif karena memiliki ukuran kecil dan luas permukaan besar. Peneliti menggunakan logam Cu karena ekonomis dan memiliki kemampuan untuk dipadukan dengan material lain, sedangkan MgO adalah katalis heterogen yang memiliki stabilitas thermal yang baik, murah, luas permukaan besar dan dapat dipergunakan secara berulang^[1].

Green synthesis merupakan suatu metode sintesis dengan keunggulan dapat mengurangi penggunaan bahan kimia. Metode ini memanfaatkan jamur, bakteri, ragi, virus atau tumbuhan^[3]. Peneliti menggunakan tumbuhan Cassytha filiformis L. atau yang dikenal dengan tali putri karena mengandung polifenol yang dapat menjadi agen pereduksi dalam pembentukan nanopartikel logam. Cu dari CuCl₂.2H₂O dihomogenkan bersama ekstrak tumbuhan sampai terjadi perubahan warna dari kuning menjadi gelap yang menandakan nanopartikel Cu telah terbentuk lalu ditambahkan serbuk MgO. Kemudian, larutan yang telah homogen dipisahkan untuk mendapatkan nanokomposit Cu/MgO yang digunakan sebagai katalis dalam reduksi methylene bluie, congo red, 4-nitrophenol dan 2,4-dinitrophenylhydrazine.

Nanokomposit yang terbentuk dikarakterisasi menggunakan TEM. Hasil analisis menunjukkan material yang disintesis berbentuk spherical. Histogram distribusi ukuran partikel menunjukkan ukuran terdistribusi dari 5-30 nm dengan ukuran partikel rata-rata adalah 19 nm. Hasil ini membuktikan telah terbentuknya material berukuran nano.

Gambar 1. Hasil TEM dan histogram distribusi ukuran partikel nanokomposit Cu/MgO

Nanokomposit Cu/MgO digunakan sebagai katalis pada proses reduksi zat pewarna organik. Proses reduksi dengan NaBH₄ memerlukan waktu yang lama, sedangkan dengan penambahan katalis dapat mempersingkat penguraian senyawa kompleks yang bersifat toksik tersebut. Reduksi katalitik senyawa 4-nitrophenol (4-NP) menggunakan nanokomposit Cu/MgO melalui 2 tahapan. Tahap pertama, 4-NP dan BH₄^– dari NaBH₄  ditransferkan ke permukaan katalis. Tahap selanjutnya setelah transfer elektron dari BH₄^– (reduktan) dan 4-NP (oksidan) berada di dekat Cu/MgO yang berperan sebagai media perantara, atom hidrogen dari BH₄^– menyerang 4-NP, sehingga terjadi proses reduksi dan terbentuk 4-aminophenol yang lepas dari katalis.

Gambar 2. Mekanisme reduksi katalitik dari 4-nitrophenol menjadi 4-aminophenol dengan nanokomposit Cu/MgO

Keunggulan dari nanokomposit Cu/MgO dalam proses reduksi zat pewarna dan senyawa nitro ditunjukkan pada Tabel 1. Data reduksi katalitik dari 4-nitrophenol, 2,4-dinitrophenylhydrazine, congo red dan methylene blue dengan berbagai katalis. Penggunaan Cu/MgO sebanyak 10 mg untuk mereduksi 4-NP menghasilkan waktu reaksi relatif singkat yaitu 4 menit. Pada reduksi 2,4-dinitrophenylhydrazine memerlukan waktu 150 detik dengan penambahan Cu/MgO. Hal ini menunjukkan bahwa nanokomposit Cu/MgO dapat digunakan sebagai katalis yang baik pada reduksi senyawa nitro. Selain itu, dapat membantu proses reduksi congo red dengan waktu reaksi 130 detik, sedangkan reduksi pada methylene blue, kerja Cu/MgO sebanding dengan katalis natrolite zeolite/Pd yaitu 1 detik. Nanokomposit Cu/MgO memiliki keunggulan dalam mempercepat reduksi zat pewarna dan senyawa nitro, sehingga dapat dimanfaatkan dalam proses penghilangan polutan dalam air.

Tabel1. Data reduksi katalitik dengan berbagai katalis

Peneliti berharap, metode green synthesis  menggunakan ekstrak Cassytha liformis L. dengan nanokomposit Cu/MgO dapat diaplikasikan dalam berbagai bidang, terutama industri. Penambahan material ini menghasilkan proses reduksi dari polutan yang lebih singkat karena perannya sebagai katalis. Hal penting lainnya adalah nanokomposit ini dapat dipisahkan dengan mudah dan dapat digunakan kembali, sehingga sangat menguntungkan.

Referensi

[1] nasrollahzadeh,M.,Zahra I dan Mohammad S. 2018. “Green synthesis Of a Cu/MgO Nanocomposite by Cassytha filiformis L. extract and investigation of its catalytic activity in the reduction of methylene blue,congo red and nitro compounds in aqueous media”. RSC Advances.DOI:10.1039/C7ra13491f.

[2] vartooni A.R., Mahmoud N and Mohammad A. 2018. “green synthesis of perlite supported silver nanoparticle using Hamamelis virgiana leaf extract and its investigation of its catalytic activity for reduction of 4-Nitrophenol and congo red”. Alloys and compounds.680.309-314.

[3] Veisi H., Sirous A dan Pourya M. 2018. “green synthesis of silver nanoparticle mediated Thymbra spicatan  leaf extract and its aplication as a heterogeneous and recyclable nanocatalyst  for catalytic reduction of a variety of dyes in water”. Journal of cleaner production 170.1536-1543.