Khoiriyah, Fatimah Fitri and Pratama, Wahyu Diski and S.T., M.T., Dr. Eng. Ir. Christina Wahyu Kartikowati, and S.T., Dr. Mar’atul Fauziyah, (2023) Pengaruh Penambahan Activated Carbon (AC) dan Waktu Perlakuan Hidrotermal terhadap Karakteristik Komposit Fe2O3/AC sebagai Material Fotokatalis. Sarjana thesis, Universitas Brawijaya.
Abstract
Produktivitas sektor industri manufaktur tidak terlepas dari penggunaan berbagai pewarna tekstil yang berdampak pada peningkatan limbah cair pewarna sintetis. Teknologi fotokatalis merupakan salah satu teknologi alternatif yang banyak menjadi fokus penelitian untuk mengatasi limbah pewarna sintetis. Logam oksida Fe2O3 merupakan material semikonduktor dengan kinerja yang baik sebagai material fotokatalis. Energi celah pita yang rendah (Eg = 2,0-2,2 eV) menjadikan Fe2O3 sebagai material yang menjanjikan untuk aplikasi fotokatalitik di bawah iradiasi spektrum cahaya tampak. Namun, kinerja fotokatalitik Fe2O3 terbatas oleh laju rekombinasi elektron dan hole yang tinggi sehingga menyebabkan rendahnya efisiensi Fe2O3 sebagai material fotokatalis. Kinerja fotokatalis Fe2O3 dapat ditingkatkan dengan penambahan material pendukung yang dapat berperan sebagai akseptor elektron untuk menekan laju rekombinasi elektron dan hole. Activated carbon merupakan material dengan energi celah pita yang tinggi, mempunyai kapasitas penyimpanan elektron yang tinggi, dan luas permukaan yang besar. Mengombinasikan Fe2O3 dengan activated carbon (komposit Fe2O3/AC) merupakan langkah yang tepat untuk meningkatkan kinerja fotokatalis. Sintesis komposit Fe2O3/AC dilakukan menggunakan metode hidrotermal. Fe2O3 dihomogenkan dengan activated carbon yang divariasikan pada konsentrasi 0; 5; 10; 15; 20; dan 25% (wt/wt) menggunakan pelarut demineralized water selama 60 menit. Larutan Fe2O3/AC selanjutnya dipindahkan ke dalam reaktor autoclave dan diberikan perlakuan hidrotermal pada temperatur 180°C dengan variasi waktu 4, 5, dan 6 jam. Liquid phase Fe2O3/AC kemudian dicuci dengan etanol dan air dilanjutkan dengan pengeringan pada temperatur 105°C selama 4 jam. Komposit Fe2O3/AC yang diperoleh selanjutnya dikarakterisasi dengan uji X-Ray Diffraction (XRD) untuk mengetahui kristalinitas dan ukuran kristal komposit, Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) untuk mengetahui gugus fungsi komposit; Brunauer-Emmett-Teller (BET) untuk mengetahui luas permukaan, ukuran pori, dan distribusi pori komposit; Scanning Electron Microscope Energy Dispersice X-Ray Spectroscopy (SEM-EDS) untuk mengetahui morfologi dan elemental mapping komposit; dan UV-Vis Diffuse Reflectance Spectroscopy (UV-Vis DRS) untuk mengetahui energi celah pita komposit. Sementara itu, performa fotokatalis diuji dengan mengamati aktivitas fotodegradasi pewarna sintetis methyl orange sebagai representatif limbah tekstil. Fotodegradasi dilakukan di bawah iradiasi spektrum cahaya tampak selama 120 menit. Hasil analisis menunjukkan penambahan activated carbon dan waktu perlakuan hidrotermal menurunkan kristalinitas Fe2O3 secara tidak signifikan. Kristalinitas yang diperoleh berturut�turut sebesar 59,02; 58,96; 58,26; dan 58,81% untuk variabel Fe2O3, 25% AC- 4 jam, 25% AC-5 jam, dan 25% AC-6 jam. Pengaruh waktu perlakuan hidrotermal juga memberikan ketidakteraturan ukuran kristal komposit yang dihasilkan, yaitu berturut-turut sebesar 109,66; 106,05; 112,90; dan 102,85 nm untuk variabel Fe2O3, 25% AC- 4 jam, 25% AC-5 jam, dan 25% AC-6 jam. Pada penambahan 25% AC, ditemukan gugus fungsi Fe2O3-O-C yang mengindikasikan adanya kehadiran activated carbon pada komposit. Dikompositkannya Fe2O3 dengan activated carbon dapat meningkatkan luas permukaan spesifik Fe2O3 dari 4,812 m2 g -1 menjadi 108,612 m2 g -1 pada penambahan 25% AC. Penambahan activated carbon pada Fe2O3 juga dapat meningkatkan energi celah pita komposit pada variasi 0; 5; 10; 15; 20; dan 25% AC yang secara berturut-turut sebesar 2,16; 2,17; 2,32; 2,37; 2,40; dan 2,43 eV. Waktu perlakuan hidrotermal pada sintesis komposit Fe2O3/AC memberikan pengaruh terhadap persentase penurunan konsentrasi methyl orange. Penurunan konsentrasi methyl orange pada 25% AC 4, 5 dan 6 jam berturut-turut sebesar 96,72%; 94,90%; dan 95,34%. Sementara itu, performa komposit Fe2O3/AC meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi AC. Persentase penurunan konsentrasi methyl orange pada variabel 5, 10, 15, 20, dan 25% AC-4 jam berturut-turut sebesar 48,14%; 84,66%; 90,47%; 93,33%; dan 96,72%. Hasil analisis menunjukkan bahwa aktivitas komposit Fe2O3/AC lebih dominan ke peristiwa adsorpsi.
English Abstract
The productivity of manufacturing industry sector is inseparable from the use of various textile dyes which have an impact on increasing synthetic dye wastewater. Photocatalyst technology is one of many alternative technologies that has become the focus of research to deal with synthetic dye waste. Metal oxide Fe2O3 is a semiconductor material with great performance as a photocatalyst material. The low band gap energy (Eg = 2.0-2.2 eV) makes Fe2O3 a promising material for photocatalytic applications under visible light spectrum irradiation. However, the photocatalytic performance of Fe2O3 is limited by the high recombination rate of electrons and holes, which causes the efficiency of Fe2O3 as a photocatalyst material to decreased. Fe2O3 photocatalyst performance can be increased by adding a supporting material that can act as an electron acceptor to reduce the rate of recombination of electrons and holes. Activated carbon is a material with a high band gap energy, has a high electron storage capacity, and a large surface area. Combining Fe2O3 with activated carbon (Fe2O3/AC composite) would be suffice in improving photocatalyst performance. Fe2O3/AC composite synthesis was carried out using the hydrothermal method. Fe2O3 was homogenized with activated carbon which varied at concentrations of 0; 5; 10; 15; 20; and 25% (wt/wt) using demineralized water for 60 minutes. The Fe2O3/AC solution was then transferred to an autoclave reactor and given hydrothermal treatment at a temperature of 180°C with variations of 4, 5, and 6 hours. The liquid phase Fe2O3/AC was then washed with ethanol and water followed by drying at 105°C for 4 hours. The Fe2O3/AC composite obtained was then characterized by X-Ray Diffraction (XRD) test to determine the crystallinity and crystal size of the composite, Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) to determine the functional groups of the composite; Brunauer-Emmett-Teller (BET) to determine surface area, pore size, and pore distribution composite; Scanning Electron Microscope Energy Dispersice X-Ray Spectroscopy (SEM-EDS) to determine the morphology and elemental mapping of composites; and UV-Vis Diffuse Reflectance Spectroscopy (UV-Vis DRS) to determine the composite band gap energy. Meanwhile, the performance of the photocatalyst was tested by observing the photodegradation activity of the synthetic dye methyl orange as a representative of textile waste. Photodegradation was carried out under visible light irradiation for 120 minutes. The result showed addition of activated carbon and hydrothermal treatment time did not significantly reduce the crystallinity of Fe2O3. The crystallinity obtained was 59.02; 58.96; 58.26; and 58.81% for the variable Fe2O3, 25% AC-4 hours, 25% AC-5 hours, and 25% AC�6 hours. The effect of hydrothermal treatment time also gave the resulting composite crystal size irregularities, which respectively amounted to 109.66; 106.05; 112.90; and 102.85 nm for the variable Fe2O3, 25% AC-4 hours, 25% AC-5 hours, and 25% AC-6 hours. At the addition of 25% AC, the functional group Fe2O3-O-C was found which indicated the presence of activated carbon in the composite. Compositing Fe2O3 with activated carbon can increase the specific surface area of Fe2O3 from 4.812 m2 g -1 to 108.612 m2 g -1at the addition of 25% AC. The addition of activated carbon to Fe2O3 also increase the band gap energy of the composite at variation 0; 5; 10; 15; 20; and 25% AC which respectively amounted to 2.16; 2.17; 2.32; 2.37; 2.40; and 2.43 eV. The hydrothermal treatment time on the Fe2O3/AC composite synthesis had an effect on the percentage of methyl orange concentration reduction. The decrease in the concentration of methyl orange at 25% AC for 4, 5 and 6 hours was 96.72%; 94.90%; and 95.34%. Meanwhile, the performance of the Fe2O3/AC composite increased with higher value of AC concentration. The percentage reduction in the concentration of methyl orange in variables 5, 10, 15, 20, and 25% AC-4 hours respectively was 48.14%; 84.66%; 90.47%; 93.33%; and 96.72%. The result showed that the activity of the Fe2O3/AC composite was more dominant in the adsorption.
| Item Type: | Thesis (Sarjana) |
|---|---|
| Identification Number: | 0523070042 |
| Uncontrolled Keywords: | Fe2O3/AC, fotokatalis, hidrotermal, rekombinasi .- Fe2O3/AC, hydrothermal, photocatalyst, recombination |
| Subjects: | 600 Technology (Applied sciences) > 660 Chemical engineering and related technologies |
| Divisions: | Fakultas Teknik > Teknik Kimia |
| Depositing User: | PKN 02 UB |
| Date Deposited: | 07 Jun 2023 03:20 |
| Last Modified: | 07 Jun 2023 03:20 |
| URI: | http://repository.ub.ac.id/id/eprint/201062 |
![[thumbnail of DALAM MASA EMBARGO]](http://repository.ub.ac.id/style/images/fileicons/text.png) |
Text (DALAM MASA EMBARGO)
FATIMAH FITRI KHOIRIYAH.pdf Restricted to Registered users only until 31 December 2025. Download (12MB) |
Actions (login required)
 |
View Item |