AKTIVASI FOTOKATALIS ZNO-SNO2 DENGAN SINAR MATAHARI UNTUK DEGRADASI BIRU METILEN Hermansyah Aziz, Novryan Doni, Syukri dan Olly Norita Tetra Jurusan Kimia FMIPAUniversitas Andalas, Padang 25613 Email : haziz13@yahoo.com (HP 08126615348)
PENDAHULUAN Pada penelitian ini ZnO dikombinasikan dengan SnO2 (ZnO-SnO2) melalui metoda pencampuran pada suhu tinggi. Sifat fotokatalitiknya diuji pada fotodegradasi senyawa biru metilen (MB) di bawah sinar matahari.
METODOLOGI PENELITIAN Alat dan bahan Peralatan Spektrometer Visible (Genesys ), Mikroskop optik, Fourier Transformation Infra Red (Shimadzu. Bahan SnO2 (merck) dan ZnO (merck), etanol (absolut), dan biru metilen (BM, merck). Kondisi penyinaran saat langit bersih tanpa awan jam 10:00-11:30 WIB. Cara kerja Pembuatan ZnO-SnO2 ZnO-SnO2 dibuat dengan menggunakan metoda solid-state reactiondengan perbandingan mol 8:3. Campuran dikeringkan pada suhu 105 oC selama 1 jam, dilanjutkan dengan kalsinasi pada suhu 160 oC selama 12 jam.Untuk perbandingan aktivitas fotokatalitik lakukan sama terhadap ZnO dan SnO2 saja.
Karakterisasi ZnO-SnO2 Komposit ZnO-SnO2 yang dianalisis homogenitasnya dengan mikroskop optik dan dikarakterisasi dengan FT-IR. Penentuan jumlah optimum ZnO-SnO2 Masukkan 0,005, 0,010, dan 0,015 g ZnO, ZnO-SnO2 160 dan ZnO-SnO2 200 ke dalam cawan pentridis. Tambahkan 20 mL BM x mM. BM disinari dengan sinar matahari selama 40 menit di atas backt datar yang dilengkapi dengan cermin reflektor. Perbandingan aktivitas katalis untuk mendegradasi biru metilen Sebanyak 0,005 g ZnO, SnO2, campuran ZnO dan SnO2, ZnO-SnO2 dimasukkan ke dalam cawan pentridis. Tambahkan 20 mL BM x mM. Blanko dibuat dengan tanpa penambahan katalis. BM disinari dengan sinar matahari selama 20 menit di atas batkt datar yang dilengkapi dengan cermin reflektor
Penentuan pengaruh lama penyinaran terhadap degradasi biru metilen Sebanyak 0,005 gr ZnO, ZnO-SnO2 dimasukkan ke dalam cawan pentridis. Tambahkan 20 mL BM x mM. BM disinari dengan sinar matahari selama 10, 20, 30, dan 40 secara bersaman di atas backt datar yang dilengkapi dengan cermin reflektor. Penentuan tingkat aktifitas katalitik ZnO-SnO2 yang direused Bubuk ZnO-SnO2 yang telah disaring dipakai lagi untuk penentuan aktivitas katalitiknya sebanyak 4 kali pengulangan.
Penentuan intensitas sinar matahari I = Intensitas sinar Vol = Volume larutan (mL) A = Luas permukaan pentridis (cm2) Co = konsentrasi asam oksalat sebelum penyinaran Ct = konsentrasi asam oksalat sesudah penyinaran N = bilangan Avogadro T = waktu (detik) Φ = rendemen kuantum asam oksalat (0,56 molekul foton -1) A = luas permukaan media (cm2)
Penentuan rendemen kuantum fotodegradasi BM oleh katalis Φ = rendemen kuantum BM terkatalis SnO2/ZnO I = intensitas sinar matahari (foton mL-1s-1) Ao = serapan awal BM sebelum penyinaran At = serapan BM setelah t penyinaran C = konsentrasi awal BM (M) N = Bilangan Avogadro T = lama penyinaran D = nilai serapan BM oleh sinar matahari A = luas permukaan media (cm2)
Karakterisasi ZnO-SnO2 Pada Gambar 1 terlihat bahwa morfologi partikel ZnO-SnO2 relatif memiliki ukuran yang seragam (homogen). Gambar 1. Mikroskop optik ZnO-SnO2 pada pembesaran 400 kali Secara umum baik spektrum IR ZnO (A) maupun SnO2 (C) menunjukkan daerah serapan yang sangat signifikan antara 800 sampai 1200 cm-1 yang berkaitan dengan vibrasi O-Zn-O dan O-Sn-O dimana vibrasi yang pertama lebih disukai dibandingkan yang kedua karena ikatan Zn-O lebih ionik dibandingkan Sn-O. Pada komposit ZnO-SnO2 karakter spektrum ZnO lebih dominan. Ini menunjukkan bahwa faktor pemanasan dapat merubah bentuk struktur material dan dapat mengubah ketajaman puncak dan pergeseran bilangan gelombang (Wang 2006).9
Secara umum baik spektrum IR ZnO (A) maupun SnO2 (C) menunjukkan daerah serapan yang sangat signifikan antara 800 sampai 1200 cm-1 yang berkaitan dengan vibrasi O-Zn-O dan O-Sn-O dimana vibrasi yang pertama lebih disukai dibandingkan yang kedua karena ikatan Zn-O lebih ionik dibandingkan Sn-O. Pada komposit ZnO-SnO2 karakter spektrum ZnO lebih dominan. Ini menunjukkan bahwa faktor pemanasan dapat merubah bentuk struktur material dan dapat mengubah ketajaman puncak dan pergeseran bilangan gelombang (Wang 2006).9 Gambar 2. Spektra FT-IR dari ZnO (A), ZnO-SnO2 (B) dan SnO2 (C)
Penentuan kondisi optimum pengukuran Serapan maksimum BM terjadi pada panjang gelombang 664 nm (n-p*). Gambar 3. Spektrum serapan BM 0,0125 mM dalam pelarut air.
Penentuan Jumlah Optimum ZnO-SnO2 Gambar 4. Kurva pengaruh jumlah katalis ZnO dan ZnO-SnO2 (garis putus-putus) terhadap degradasi 20 mL BM 0,025 mM dalam pelarut air selama 40 menit.
Perbandingan Aktivitas Katalis Untuk Mendegradasi BM Degradasi oleh SnO2 (67,59 %) lebih besar dibandingkan degradasi blanko ( 59,17 %). Dimana SnO2 memiliki energi celah 3,6 eV.(Lin 2009). ZnO-SnO2 menunjukkan fotodegradasi yang signifikan lebih besar dibandingkan fotodegradasi oleh ZnO (80,97 %) dan campuran ZnO dan SnO2 yang dipanaskan pada suhu 105 oC (82,07 %) untuk mengeluarkan air. Aktifitasnya ZnO-SnO2 adalah 88,00 % . Gambar 5. Perbandingan aktivitas 0,005 g katalis dalam mendegradasi 20 mL BM 0,0125 mM dalam pelarut air irradiasi selama 20 menit. Keterangan: Blanko(1), ZnO(2), SnO2 (3), campuran ZnO dan SnO2 (4), ZnO-SnO2
Penentuan Pengaruh Lama Penyinaran Terhadap Degradasi MB Setelah 20 menit degradasi tidak mengalami kenaikan secara signifikan atau cendrung stabil terutama untuk ZnO dan , ZnO-SnO2. Gambar 6. Kurva pengaruh lama penyinaran 0,005 g katalis terhadap degradasi 20 mL BM 0,0125 mM di dalam air dari blanko, ZnO (…) dan ZnO-SnO2 (---).
Penentuan Tingkat Aktifitas Katalitik ZnO-SnO2 yang direused ZnO-SnO2 memiliki daya reusable yang baik (Auron, 1995).11 Gambar 11. Tingkat aktifitas katalitik ZnO-SnO2 yang direused sampai 4 kali
KESIMPULAN ZnO dapat ditingkatkan aktifitas katalitiknya pada penyinaran dengan sinar matahari apabila dicampurkan dengan SnO2 pada suhu 160 oC melalui suatu solid state reaction. Komposit yang terbentuk (ZnO-SnO2) memiliki aktifitas katalitik sekitar 8 % lebih tinggi dibandingkan ZnO murni dan dapat digunakan berulangkali meskipun secara gradual mengalami sedikit penuruan aktifitas fotokatalitik.