Studi Kinetika dan Penggunaan Ulang Fotokatalis Komposit TiO₂ Nanotube/Polianilina (TNT/PANI) terhadap Diazinon

Abstract

Penggunaan pestisida dalam sektor pertanian telah meningkat selama perang dunia II menimbulkan masalah serius karena senyawa ini bersifat toksik, persisten dan sulit terdegradasi secara alami sehingga mencemari lingkungan maupun kesehatan manusia. Berbagai uji pengolahan limbah dikembangkan salah satunya advanced oxidation processes (AOPs) dengan sub kelas fotokatalis berbasis semikonduktor. Fotokatalis menggunakan heterogen berupa nanokomposit TiO2 nanotube/polianilina (TNT/PANI) berbasis fase emeraldine base (PANI EB), yang memiliki kemampuan menyerap cahaya tampak dan UV. Studi ini bertujuan mengkaji karakteristik parameter model kinetika fotokatalisis, dan penggunaan ulang fotodegradasi diazinon dengan komposit TNT/PANI. Sintesis komposit TNT/PANI dilakukan dengan dua tahap yakni pembentukan struktur nanotube TiO2 melalui metode hidrotermal, yang diikuti dengan polimerisasi oksidatif in situ anilina pada permukaan TNT (Setyani et al., 2017). TiO2 direaksikan dengan NaOH (rasio mol 1:40) pada autoklaf dengan suhu 130 °C selama 24 jam. Padatan ditambah HCl 1 M hingga pH 3 dan akuades hingga netral, kemudian dikeringkan dengan suhu 80 °C selama 12 jam. Hidrogen titanat dikalsinasi pada suhu 400 °C selama 2 jam. Metode kedua sintesis komposit TNT/PANI dengan polimerisasi anilina ke dalam suspensi TNT yang didespersikan pada HCl 0.02 M dengan perbandingan rasio mol anilina dan APS (1:1) dengan metode slow mixing. Padatan yang terbentuk dicuci akuades, etanol dan aseton, kemudian dikeringkan dengan oven vakum selama 2 jam pada suhu 80 °C. Fotodegradasi dilakukan dalam berbagai variasi pH larutan (5-8) dan dosis katalis (1,2; 2,4; dan 4,8 g/L), pada analisis kinetika pada larutan diazinon berkonsentrasi 25 ppm di bawah LED 100 W untuk menentukan model terbaiknya. Efisiensi komposit dievaluasi melalui uji penggunaan ulang komposit sebanyak tiga siklus pada kondisi optimum, dan karakterisasi menggunakan FTIR untuk mengetahui gugus fungsi serta EDX untuk melihat unsur permukaan komposit. Studi kinetika pada pH menunjukan orde dua semu memberikan kesesuaian terbaik dengan nilai R2 sebesar 0,9077; 0,8994; 0,9814; dan 0,9731 berturut-turut pada pH 5, 6, 7, dan 8. Hasil orde dua semu dipengaruhi oleh konsentrasi diazinon dan interaksi antara diazinon pada permukaan katalis. Kinetika variasi dosis tetap orde dua semu menjadi model ideal, peningkatan dosis katalis meningkatkan konstanta laju reaksi karena persentase anilin (~8%), sehingga didominasi TiO2. Kondisi tersebut meningkatkan aktivitas fotokatalisis. Optimasi kondisi fotokatalis menunjukan bahwa larutan pH 5 dan dosis katalis 4.8 g/L setelah 120 menit menunjukan kondisi optimum untuk degradasi 97% oleh diazinon menggunakan komposit TNT/PANI. Uji penggunaan ulang komposit TNT/PANI menunjukan kemampuan mempertahankan aktivitas fotokatalitiknya setelah tiga siklus penggunaan, dengan efisiensi degradasi tetap berada di atas 94% dan bahkan mencapai 100% pada siklus kedua hingga ketiga. Karakterisasi menggunakan FTIR setelah penggunaan 3 siklus mengindikasi adanya molekul diazinon maupun produk degradasi awal berupa diazoxon berinteraksi dengan permukaan komposit. Hasil unsur didukung oleh analisis EDX yang menunjukan peningkatan persentase atom karbon setelah proses penggunaan ulang, sehingga menguatkan adanya diazinon dan diazoxon pada antarmuka komposit selama proses fotodegradasi. Fotodegradasi diazinon menggunakan komposit TNT/PANI mengikuti model kinetika orde dua semu pada variasi pH dan dosis katalis karena memberikan nilai R2 tertinggi, bahwa laju reaksi dipengaruhi oleh konsentrasi diazinon dan interaksi dengan permukaan komposit. Kondisi optimum diperoleh pada pH 5 dengan dosis 4.8 g/L menghasilkan efisiensi 97% setelah 120 menit. Komposit TNT/PANi juga menunjukan efisiensi degradasi yang tinggi 4% selama 3 siklus, ditandai adanya peningkatan karbon berdasarkan EDX akibat adanya polutan diazinon dan produk hasil degradasi nya berupa diazoxon pada permukaan komposit TNT/PANI.