Kinerja Adsorpsi dan Fotokatalisis Nanokomposit CuO/TiO2-Nanotube (CuO/TNT) Terhadap Naphthol Blue Black yang disintesis dengan Variasi Rasio Massa CuO

Abstract

Naphthol blue black (NBB) adalah salah satu zat pewarna azo sintetis anionik yang bersifat stabil sehingga sulit terdegradasi secara alami. Metode yang efektif untuk mendegradasi senyawa NBB adalah metode AOP menggunakan agen pengoksidasi kuat seperti fotokatalisis TiO2/UV. TiO2 merupakan material fotokatalitik semikonduktor tipe-n dengan band gap besar (3,2 eV), sehingga TiO2 hanya dapat menyerap cahaya UV dan membatasi penyerapan pada cahaya tampak. Strategi untuk meningkatkan kinerja fotokatalisis TiO2 adalah dengan menambahkan semikonduktor lain dengan band gap rendah seperti CuO (1,2-1,5 eV). Strategi lainnya adalah dengan mengubah morfologinya menjadi TiO2- nanotube (TNT). Penambahan CuO dapat menggeser penyerapan cahaya ke cahaya tampak dan membentuk heterojunction tipe II sehingga tidak mudah terjadi rekombinasi elektron-hole. Tujuan penelitian ini adalah mengetahui pengaruh variasi rasio massa CuO terhadap kinerja adsorpsi dan fotokatalisis nanokomposit CuO/TNT. Tujuan lainnya adalah untuk mengetahui pengaruh variasi konsentrasi dan pH larutan NBB terhadap kinerja fotokatalis nanokomposit CuO/TNT. Penelitian ini melakukan sintesis nanokomposit CuO/TNT menggunakan metode hidrotermal dua tahap. TNT disintesis dengan mereaksikan prekursor TiO2 dengan NaOH, kemudian dihidrotermal suhu 130oC selama 24 jam dan disertai pengadukan 20 menit/jam. Padatan hasil sintesis dicuci menggunakan HCl dan akuades, kemudian dioven suhu 80oC selama 12 jam dan dikalsinasi suhu 400oC selama 2 jam. Sintesis nanokomposit CuO/TNT dilakukan dengan melarutkan prekursor CuCl2.2H2O dan ditambahkan NaOH. TNT ditambahkan ke dalam suspensi Cu(OH2) dan dihidrotermal suhu 110oC selama 2 jam sehingga diperoleh variasi rasio massa CuO:TNT yaitu: 0:1; 0,05:1; 0,15:1; 0,25:1; 0,5:1; 1:1 dan 1:0.

Padatan CuO/TNT dicuci menggunakan akuades dan etanol, kemudian dioven suhu 65oC selama 24 jam. Nanokomposit CuO/TNT hasil sintesis diuji kinerja adsorpsi dan fotokatalisisnya terhadap NBB. Nanokomposit CuO/TNT juga diuji kinerja fotokatalisisnya dengan memvariasikan konsentrasi dan pH larutan NBB. Hasil penelitian menunjukkan peningkatan massa CuO dapat meningkatkan kemampuan adsorpsi nanokomposit CuO/TNT. CuO/TNT 1:0 menunjukkan kemampuan adsorpsi tertinggi dengan nilai %adsorpsi 99,68% pada menit ke-20. Penambahan CuO dapat dapat menurunkan luas permukaan spesifik CuO/TNT, sehingga kinerja fotokatalisisnya tidak optimal. Nilai %R pada penelitian ini dihitung menggunakan nilai C0 dan C1, dimana nilai C1 hanya menunjukkan persen penghilangan molekul NBB dari larutan akibat fotokatalisis. Nanokomposit CuO/TNT 1:1 adalah variasi optimum dengan nilai %R sebesar 86,65% (C0) dan 38,91% (C1) pada lama penyinaran 180 menit. Hasil penentuan kinetika pseudoorde satu menunjukkan CuO/TNT 1:1 memiliki laju fotokatalisis yang cepat dengan nilai K_app 0,0032 menit -1. Penambahan CuO dapat menggeser panjang gelombang maksimum NBB dan muncul puncak baru pada panjang gelombang sekitar 580 dan 520 nm. Keberadaan puncak baru diduga karena terbentuknya senyawa kompleks dan reaksi reduksi oksidasi yang diakibatkan adanya ion Cu2+. Spektrum FTIR menunjukkan pada CuO/TNT 0,15:1 hingga 1:0 terdapat pita serapan khas NBB. Pita serapan tersebut mengidentifikasi keberadaan C-H aromatik, regangan asimetris dan simetris S=O, regangan azo (-N=N-) dan regangan aromatik C=C. Hasil penelitian menunjukkan larutan NBB 25 ppm merupakan variasi optimum dengan %R sebesar 90,29% (C1) dan 98,57% (C0). Larutan NBB pH 3 merupakan variasi pH optimum dengan nilai %R yang diperoleh sebesar 90.18% (C1) dan 96,32% (C0). Peningkatan massa CuO dapat meningkatkan kemampuan adsorpsi nanokomposit CuO/TNT, tetapi tidak meningkatkan kinerja fotokatalisisnya. Penambahan CuO juga menyebabkan terjadinya pergeseran panjang gelombang maksimum NBB. Peningkatan konsentrasi larutan NBB dapat menurunkan kinerja fotokatalisis CuO/TNT dan pH larutan NBB dapat mempengaruhi muatan di permukaan nanokomposit CuO/TNT