Industri tekstil telah mengkonsumsi air dalam jumlah besar dan menghasilkan air limbah dengan senyawa berbahaya, seperti metilen biru. Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan fotokatalis alami berkinerja tinggi dari Bentonit yang diresapi N-TiO2 dengan tingkat fotodegradasi yang tinggi untuk menghilangkan metilen biru di bawah sinar UV dan cahaya tampak. Karakterisasi material dilakukan dengan menggunakan SEM-EDX, XRD, dan FTIR.
Metode konvensional dalam pengolahan air limbah tekstil memiliki keterbatasan, seperti penghilangan warna yang tidak sempurna dan biaya operasional yang tinggi. Proses Oksidasi Tingkat Lanjut (OTL), termasuk fotokatalisis, dapat secara efektif mengurangi pewarna dalam air limbah. Proses fotokatalitik TiO2 memiliki kelebihan, seperti kelimpahan tinggi, toksisitas rendah, stabilitas tinggi, dan aktivitas fotokatalitik yang luar biasa. Namun, kebutuhan akan radiasi UV berenergi tinggi selama aktivasi fotokatalis merupakan suatu kelemahan. Doping TiO2 dengan senyawa tertentu dapat mengurangi kesenjangan pita energi dan meningkatkan kinerja fotokatalitik. TiO2 yang didoping N telah banyak dipelajari karena kesamaan antara N dan O.
Bentonit merupakan salah satu mineral lempung yang dapat digunakan sebagai bahan pendukung fotokatalis karena luas permukaan ioniknya yang tinggi, ukuran partikel koloid yang kecil, dan stabilitas termal. Hal ini dapat meningkatkan kapasitas polutan pewarna organik untuk terfotodegradasi dalam air limbah. Bentonit tersedia berlimpah dan murah, menjadikannya alternatif yang menarik untuk pengolahan air limbah. Namun pemanfaatan bentonit alam sebagai bahan pendukung pengolahan air limbah masih terbatas. Beberapa penelitian telah mengembangkan bentonit sebagai bahan pengolahan air limbah, seperti organo-bentonit untuk menghilangkan ampisilin dan bentonit berkapsul alginat untuk adsorpsi metilen biru.
Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis N-TiO2 yang telah termodifikasi dengan menggunakan bentonit alami sebagai bahan fotokatalitik untuk menurunkan kandungan metilen biru pada air limbah. Studi ini menguji dampak faktor pH, rasio N-terhadap-Ti, dan waktu kontak terhadap degradasi metilen biru. Proses fotokatalis untuk menghilangkan metilen biru menggunakan sumber cahaya tampak dan UV-A. Data penurunan konsentrasi metilen yang diperoleh dari proses fotokatalitik dianalisis lebih lanjut menggunakan model kinetik. Karakterisasi katalis N-TiO2/bentonit diperoleh dengan menggunakan Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive X-ray (SEM-EDX), difraksi sinar-X (XRD), Fourier transform infra merah spectroskopi (FTIR), dan spektroskopi reflektansi difus UV-visibel ( DR).
Pembuatan N-TiO2 dan bentonit teraktivasi dilakukan melalui beberapa tahap, yaitu pencampuran, sonikasi, evaporasi, kalsinasi, dan penghancuran. Prosedur impregnasi N-TiO2/bentonit teraktivasi meliputi penggabungan N-TiO2 dan bentonit teraktivasi, homogenisasi campuran, pengeringan, penghancuran, dan pengayakan. Larutan metilen biru dibuat dengan melarutkan metilen biru dalam air suling. Proses fotokatalitik meliputi pencampuran larutan metilen biru dan katalis, pengkontakan selama 30 menit, penyinaran dengan sinar UV-A atau cahaya tampak, pemisahan adsorben dari filtrat, dan pengukuran konsentrasi akhir metilen biru.
Hasil EDX menunjukkan unsur N telah terdeteksi pada N-TiO2 dan N-TiO2/bentonit teraktivasi. Spektra FTIR menunjukkan bahwa puncak serapan N-TiO2/bentonit teraktivasi sama dengan puncak serapan bentonit teraktivasi dan N-TiO2. Difraktogram N-TiO2/bentonit teraktivasi menunjukkan puncak mineral kuarsa dan montmorillonit. Fotokatalis N-TiO2/bentonit teraktivasi menghasilkan penurunan energi bandgap sebesar 3,06 eV. Penurunan energi celah pita pada N-TiO2/bentonit teraktivasi lebih besar dibandingkan penurunan energi celah pita pada N-TiO2. Kondisi pH optimum untuk proses fotokatalis dalam menghilangkan metilen biru terjadi pada pH 5. Efisiensi penyisihan metilen biru maksimum terjadi pada perbandingan N:Ti 1:1 dengan waktu penyinaran dibawah sinar UV dan sinar tampak 120 menit sebesar 99,23 masing-masing % dan 87,20%.
Studi ini menunjukkan bahwa katalis komposit N-TiO2/bentonit pada kondisi penyinaran UV dan cahaya tampak memiliki efisiensi penyisihan yang lebih tinggi pada dosis yang lebih rendah (dosis 2,5–10 kali lebih rendah), konsentrasi metilen biru awal yang lebih tinggi (konsentrasi 1,25–2,5 kali lebih tinggi) , dan reaksi yang lebih singkat (1,5–3 kali lebih pendek dalam waktu iradiasi) dibandingkan katalis komposit dari hasil penelitian sebelumnya. Selain itu, produk ini dapat meningkatkan nilai bentonit alami lokal serta meningkatkan pendapatan dan kesejahteraan masyarakat lokal.
Tidak hanya itu, hasil penelitian menunjukkan morfologi permukaan bentonit teraktivasi halus dan besar, sedangkan N-TiO2 berbentuk bulat dan menggumpal. Morfologi permukaan N-TiO2/bentonit teraktivasi tidak merata dan teragregasi. Hasil uji EDX menunjukkan bahwa telah terdeteksi adanya unsur N pada N-TiO2 dan N-TiO2/bentonit teraktivasi, hal ini menunjukkan bahwa proses impregnasi N berhasil dilakukan. Spektrum FTIR bentonit teraktivasi menunjukkan pita serapan pada 3621,07 dan 3383,03 cm–1, sedangkan N-TiO2/bentonit teraktivasi tidak memiliki beberapa daerah serapan pada bentonit teraktivasi. Hasil uji XRD menunjukkan bahwa difraksi bentonit teraktivasi N TiO2/teraktivasi menunjukkan penurunan intensitas dan banyaknya puncak intensitas difraksi bentonit teraktivasi.
Penulis: Aditya Prana Iswara
Link Artikel : Potential of Local Natural Bentonite Impregnated with N TiO2 to Degrade Methylene Blue Using Photocatalytic Process | Future Cities and Environment
Baca juga: Wisuda UNAIR, Rektor Berpesan untuk Selalu Sebarkan Ilmu
