Reduksi Logam Berat Kromium (VI) Menggunakan Sistem Katalis TiO2-N/KA dengan Variasi Waktu Proses Hidrotermal

Abstract

Kromium (VI) merupakan salah satu limbah berbahaya yang banyak ditemukan sebagai produk sampingan dari proses industri. Limbah Cr(VI) sulit terurai di alam dan bersifat karsinogenik. Oleh karena itu, pengolahan terhadap limbah Cr(VI) menjadi sangat diperlukan. Salah satu cara pengolahan yang dapat dilakukan adalah dengan cara mereduksinya menjadi Cr(III) yang relatif lebih aman dan tidak toksik. Metode fotokatalitik adalah salah satu metode yang potensial untuk diaplikasikan dalam mengolah limbah Cr(VI). Titanium dioksida (TiO2) merupakan salah satu material semikonduktor yang banyak diaplikasikan sebagai fotokatalis. TiO2 memiliki energi celah pita yang cukup besar yaitu 3,0 – 3,4 eV sehingga menjadikannya efektif dalam sinar UV, namun kurang efektif dalam sinar tampak. Hal ini dapat diatasi dengan cara doping nitrogen untuk memperkecil energi celah pita dan menggeser daerah serapannya dari sinar UV ke sinar tampak. Selain itu, kelemahan dari TiO2 adalah kemampuan adsorpsinya yang rendah sehingga perlu dikombinasikan dengan material sorben seperti karbon aktif. Oleh karena itu, penelitian ini mengkombinasikan karbon aktif dengan TiO2 yang didoping dengan nitrogen yang diharapkan dapat menghasilkan material komposit dengan kinerja yang lebih baik untuk diaplikasikan. Sintesis material komposit dilakukan dengan metode hidrotermal dengan variasi waktu proses hidrotermal (7, 8, 9, 10, dan 11 jam). Proses sintesis diawali dengan membuat TiO2 dari prekursor TTIP yang kemudian didoping dengan nitrogen (TiO2-N) yang bersumber dari urea. Material sorben berupa karbon aktif kemudian ditambahkan ke dalam material TiO2-N sehingga menjadi material komposit TiO2-N/KA. Material komposit TiO2-N/KA kemudian dikarakterisasi FTIR untuk mengetahui gugus fungsi; XRD untuk mengetahui struktur kristal, ukuran kristalit dan kristalinitas; dan UV-Vis DRS untuk mengukur energi celah pita. Material komposit TiO2-N/KA ini kemudian diaplikasikan pada larutan Cr(VI). Hasil karakterisasi FTIR menunjukkan bahwa waktu proses hidrotermal tidak berpengaruh terhadap gugus fungsi yang dihasilkan material komposit TiO2-N/KA. Seluruh material komposit TiO2-N/KA menunjukkan adanya gugus fungsi Ti-O-Ti, Ti-N, C=C, C=O, dan gugus hidroksil -OH. Hasil karakterisasi XRD menunjukkan bahwa waktu proses hidrotermal tidak berpengaruh terhadap fasa kristal yang dihasilkan. Seluruh material komposit TiO2-N/KA memiliki fasa kristal anatase. Hasil perhitungan ukuran kristal material TiO2-N/KA-7, TiO2-N/KA-8, TiO2-N/KA-9, TiO2-N/KA-10, dan TiO2-N/KA-11 secara berturut-turut adalah 1,506 nm, 1,823 nm, 2,088 nm, 5,616 nm, dan 2,752 nm, sementara kristalinitasnya secara berturut-turut adalah 80,638%, 76,34%, 74,16%, 82,18%, dan 81,05%. Hasil tersebut menunjukkan bahwa pengaruh waktu proses hidrotermal terhadap ukuran kristalit dan kristalinitas material komposit TiO2-N/KA membentuk tren nonlinear bergantung pada lamanya waktu proses hidrotermal. Hasil karakterisasi UV-Vis DRS menunjukkan bahwa energi celah pita dari TiO2-N, TiO2-N/KA-7, TiO2-N/KA-8, TiO2-N/KA-9, TiO2-N/KA-10, dan TiO2-N/KA-11 secara berturut-turut adalah 3,19 eV, 3,09 eV, 3,06 eV, 3,00 eV, 3,03 eV dan 3,10 eV. Hasil tersebut menunjukkan bahwa penambahan karbon aktif mampu menurunkan energi celah pita dari material TiO2-N. Sementara itu, pengaruh waktu proses hidrotermal terhadap energi celah pita material TiO2-N/KA membentuk tren nonlinear bergantung pada lamanya waktu proses hidrotermal. Hasil spektrofotometer UV-Vis digunakan untuk mengetahui kemampuan fotokatalis TiO2-N/KA dalam mereduksi Cr(VI). Hasil perhitungan menunjukkan bahwa material komposit TiO2-N/KA memiliki kemampuan yang lebih tinggi dibandingkan dengan TiO2 murni dalam mereduksi Cr(VI). Material komposit TiO2-N/KA-9 merupakan material yang memiliki aktivitas fotokatalitik tertinggi dengan kemampuannya dalam mereduksi logam berat kromium (VI) sebesar 54,4% selama 15 jam penyinaran sinar UV, dibandingkan dengan 4 varian komposit TiO2-N/KA lainnya.