Sintesis Dopan Fe-TiO2 Nanotube Menggunakan Metode Hidrotermal dengan Variasi Massa Fe(NO3)3.9H2O terhadap Fotodegradasi Diazinon

Abstract

TiO2 nanotube (TNT) merupakan morfologi dari TiO2 yang berbentuk seperti tabung dan rongga ditengahnya. TNT dapat diaplikasikan sebagai fotokatalis, karena dalam bentuk mikro luas permukaannya kecil dan dalam bentuk nano mempunyai luas permukaan yang besar, sehingga meningkatkan aktivitas fotokatalitik. Sintesis TNT dapat diperoleh dengan sederhana menggunakan metode hidrotermal. Keuntungan dari metode hidrotermal yaitu suhunya relatif rendah dan berlangsung cepat. Hasil sintesis TNT menggunakan metode hidrotermal dapat dipengaruhi oleh lama waktu pengadukan, rasio mol TiO2:NaOH, dan pH. Prekusor yang digunakan pada penelitian ini yaitu TiO2 micropowder. Sintesis TNT dapat dimodifikasi dengan penambahan dopan untuk menurunkan nilai band gap dan memperbesar penyerapan cahaya. Dopan yang dapat digunakan pada TiO2 yaitu dopan Fe3+ dan termasuk dalam semikonduktor tipe-P. Penambahan dopan Fe3+ ke TiO2 dapat menggunakan metode impregnasi, karena prosesnya sederhana dan mudah dilakukan. Tujuan penelitian ini adalah mengetahui pengaruh dopan Fe3+ terhadap karakteristik (struktur, morfologi, dan energi band gap) TNT hasil sintesis dan pengaruh variasi lama penyinaran katalis dopan Fe-TiO2 nanotube hasil sintesis terhadap aktivitas fotodegradasi senyawa diazinon. Sintesis TNT pada penelitian ini menggunakan metode hidrotermal satu tahap dengan suhu 130℃ selama 24 jam. Perbandingan rasio mol TiO2:NaOH yaitu 0,025:1 dengan keterisian 85%, lama pengadukan 20 menit/jam; dan pH 3. Penambahan dopan Fe3+ ke TiO2 dapat menggunakan metode impregnasi dengan variasi massa 4%, 5%, dan 6%. Garam logam yang digunakan sebagai sumber dopan Fe3+ yaitu Fe(NO3)3.9H2O. Suhu kalsinasi yang digunakan yaitu 450℃ selama 3 jam. Sampel dopan Fe-TiO2 nanotube yang diperoleh dilakukan karakterisasi menggunakan X-Ray Fluorescence (XRF), Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM), X-Ray Diffraction (XRD), dan Diffuse Reflectance Spectroscopy (UV-Vis DRS). Hasil analisis XRF menunjukkan bahwa konsentrasi unsur Fe pada sampel TNT dan dopan Fe-TiO2 nanotube dengan variasi massa 4%, 5%, dan 6% berturut-turut adalah 0%; 2,804%; 3,251%, dan 3,289%. Hasil analisis SEM menunjukkan bahwa sampel dopan Fe-TiO2 nanotube mempunyai morfologi serabut (fiber). Rata-rata ukuran partikel dopan Fe-TiO2 nanotube dengan variasi konsentrasi dopan 4%, 5%, dan 6% secara berturut-turut yaitu 33,16 nm; 34,16 nm; dan 36,12 nm. Hasil analisis TEM sampel Fe-TiO2 nanotube 4% memiliki morfologi berupa tabung (tube) memanjang. Rata-rata diameter luar, diameter dalam, dan ketebalan dinding Fe-TiO2 nanotube 4% secara berturut-turut yaitu 6,32 nm; 3,27 nm; dan 1,7 nm. Pola difraksi yang diperoleh pada TNT yaitu anatase dan natrium titanat. Pola difraksi pada Fe-TiO2 nanotube dengan variasi konsentrasi dopan 4% yaitu anatase, sedangkan pada 5% dan 6% yaitu anatase dan natrium titanat. Energi band gap pada TNT yaitu 3,2 eV, sedangkan pada dopan Fe-TiO2 nanotube dengan variasi massa 4%, 5%, dan 6% berturut-turut yaitu 2,78 eV; 2,47 eV; dan 2,16 eV. Dopan Fe-TiO2 nanotube hasil sintesis kemudian dilakukan uji fotodegradasi terhadap senyawa diazinon menggunakan variasi lama penyinaran 90 menit, 150 menit, dan 210 menit. Sampel dopan Fe TiO2 nanotube 6% mempunyai aktivitas fotodegradasi tertinggi, karena mampu mendegradasi senyawa diazinon sebesar 90% pada lama penyinaran 210 menit. Fenomena tersebut dipengaruhi oleh lama penyinaran dan energi band gap. Waktu penyinaran yang semakin lama akan membuat persen degradasi yang besar, karena adanya interaksi antara fotokatalis dengan energi foton yang lebih lama. Nilai energi band gap yang lebih kecil mempermudah terjadinya eksitasi elektron, sehingga mempermudah terbentuknya radikal hidroksil (°OH).