Pembuatan karbon dot dari ampas kopi dengan variasi doping nitrogen (N), sulfur (S), dan boron (B) sebagai detektor logam berat

ABSTRAK

Produksi kopi yang semakin meningkat setiap tahun berbanding lurus dengan limbah yang dihasilkan. Dalam skala besar, limbah ampas kopi memberikan dampak negatif karena dapat mencemari lingkungan. Oleh karena itu perlu adanya pemanfaatan limbah ampas kopi secara optimal. Melimpahnya senyawa karbon pada limbah ampas kopi menjadikannya berpotensi sebagai bahan baku karbon dot berfluoresensi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik karbon dot dari limbah ampas kopi yang digunakan sebagai detektor logam berat Pb2+ dan Fe3+. Pembuatan karbon dot dari ampas kopi dilakukan dengan pendekatan top-down melalui proses sonikasi dan pemanasan pada temperatur 200oC selama 2 jam. Karbon dot dari ampas kopi memiliki karakteristik gugus fungsi C=C pada bilangan gelombang 1630 cm-1 yang berasal dari gugus fungsi aromatik. Proses pemanasan menghasilkan gugus fungsi C-H, O-H, dan C=O yang mengindikasikan terbentuknya gugus fungsi pada permukaan karbon dot. Penambahan doping mengakibatkan munculnya gugus fungsi C=N, S=O, dan B-O. Karbon dot ampas kopi memiliki fasa amorf pada 10-35o. Spektrum absorbansi karbon dot dari ampas kopi berada pada rentang panjang gelombang 200–270 nm dan 300-340 nm. Energi gap karbon dot dari ampas kopi berada pada rentang energi 3,27-3,34 eV. Karbon dot ampas kopi menunjukkan sifat fotoluminesensi dengan warna emisi biru kehijauan (cyan) dibawah sinar UV 395 nm. Pendaran tersebut mengindikasikan terbentuknya karbon dot. Intensitas emisi maksimum karbon dot ampas kopi berada pada rentang panjang gelombang 456-473 nm. Hasil pengujian karbon dot sebagai pendeteksi ion logam Pb2+ dan Fe3+ menunjukkan hilangnya puncak absorbansi, meredupnya pendaran, dan menurunnya intensitas emisi dari karbon dot.

ABSTRACT

Increased coffee production in every year is directly proportional to the waste produced. On a large scale, coffee grounds have a negative impact because they can pollute the environment. Therefore, it is necessary to optimally utilize coffee grounds. The abundance of carbon compounds in coffee grounds makes it has a potential as a raw material for fluorescent carbon dots. This study aims to determine the characteristics of the carbon dot from coffee grounds used as a detector for Pb2+ and Fe3+ heavy metal ions. Fabrication of carbon dots coffee grounds is carried out using a top-down approach through a sonication process and heating at 200oC for 2 hours. The carbon dot from coffee grounds has the C=C functional group at wavenumber 1630 cm-1, which is comes from the aromatic functional group. The heating process produced C-H, O-H, and C=O functional groups, which is indicate the formation of functional groups on the carbon dot surface. The addition of doping resulted in the appearance of the functional groups C=N, S=O, and B-O. Coffee ground carbon dot has an amorphous phase at 10-35o. The absorbance spectrum of the carbon dot from coffee grounds is in the wavelength range of 200–270 nm and 300-340 nm. The energy gap of the carbon dot from coffee grounds is in the energy range of 3.27-3.34 eV. Coffee grounds carbon dot exhibits photoluminescene properties with a cyan emission color when irradiated with UV light 395 nm. The fluorescent indicates the formation of a carbon dots. The maximum emission intensity of coffee grounds carbon dots is in the wavelength range at 456-473 nm. The results of the carbon dot test as a detector for Pb2+ and Fe3+ metal ions showed a loss of absorbance peaks, quenched fluorescent, and the carbon dots emission intensity decreases.

مستخلص البحث

إنتاج القهوة الذي يتزايد كل عام يتناسب طرديا مع النفايات المنتجة. على نطاق واسع، فإن نفايات القهوة المطحونة لها تأثير سلبي لأنها يمكن أن تلوث البيئة. لذلك، من الضروري الاستفادة المثلى من نفايات القهوة المطحونة. إن وفرة مركبات الكربون في نفايات القهوة المطحونة تجعلها محتملة كمادة خام من نقطة الكربون الفلورية. يهدف هذا البحث إلى تحديد خصائص نقاط الكربون من نفايات القهوة المطحونة المستخدمة كأجهزة للكشف عن المعادن الثقيلة Pb2+ و Fe3+. يتم صنع نقاط الكربون من القهوة المطحونة بنهج من أعلى إلى أسفل من خلال عملية صوتنة وتسخين عند درجة حرارة 200 درجة مئوية لمدة ساعتين. تحتوي نقاط الكربون من القهوة المطحونة على مجموعة وظيفية مميزة C=C عند الرقم الموجي 1630 سم -1 مشتقة من مجموعات وظيفية عطرية. أنتجت عملية التسخين مجموعات وظيفية C-H و O-H و C=O والتي تشير إلى تكوين مجموعات وظيفية على سطح نقاط الكربون. تؤدي إضافة المنشطات إلى ظهور مجموعات وظيفية C=N و S=O و B-O. القهوة المطحونة ذات النقاط الكربونية لها مرحلة غير متبلورة عند 10-35 درجة مئوية. يتراوح طيف امتصاص نقطة الكربون من القهوة المطحونة في نطاق الطول الموجي 200-270 نانومتر و 300-340 نانومتر. تقع طاقة فجوة نقاط الكربون من القهوة المطحونة في نطاق الطاقة من 3.27-3.34 فولت. تتميز القهوة المطحونة ذات نقاط الكربون بخصائص تلألؤ ضوئي بلون انبعاث أزرق مخضر (سماوي) تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية يبلغ 395 نانومتر. أشار التلألؤ إلى تكوين نقاط الكربون. تقع كثافة الانبعاث القصوى لنقاط الكربون من القهوة المطحونة في نطاق الطول الموجي 456-473 نانومتر. أظهرت نتائج اختبار نقاط الكربون ككاشف أيونات معدنية Pb2+ و Fe3+ فقدان قمم الامتصاص، وتعتيم التلألؤ، وانخفاض كثافة الانبعاثات من نقاط الكربون.