Sintesis dan karakterisasi ZnFe₂O₄ berbasis deep eutectic solvent sebagai fotokatalis untuk degradasi ciprofloxacin

INDONESIA:

Pencemaran lingkungan akibat limbah farmasi, khususnya antibiotik ciprofloxacin (CIP), menjadi permasalahan serius karena sifatnya yang persisten dan sulit terdegradasi secara alami. Salah satu metode yang berpotensi digunakan untuk mengatasi permasalahan tersebut adalah fotokatalisis menggunakan material semikonduktor ZnFe₂O₄. Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis dan mengkarakterisasi ZnFe₂O₄ berbasis Deep Eutectic Solvent (DES) serta menguji aktivitas adsorpsi dan fotokatalitiknya terhadap degradasi ciprofloxacin. Sintesis dilakukan menggunakan metode solid state termodifikasi DES dengan variasi DES berupa ChCl:asam oksalat (1:1), ChCl:urea (1:2), dan ChCl:etilen glikol (1:2). Karakterisasi produk dilakukan menggunakan XRD, FTIR dan UV-Vis DRS. Hasil karakterisasi XRD menunjukkan bahwa seluruh sampel berhasil membentuk fase spinel ZnFe₂O₄ dengan kandungan fase ZnFe₂O₄ tertinggi diperoleh pada variasi ChCl:etilen glikol, diikuti ChCl:urea, dan ChCl:asam oksalat. Analisis FTIR menunjukkan adanya pita serapan khas ikatan Zn–O dan Fe–O pada daerah 400–600 cm⁻¹ yang mengonfirmasi terbentuknya struktur spinel ZnFe₂O₄. Hasil UV-Vis DRS menunjukkan nilai energi celah pita (band gap) sebesar 1,38 eV untuk variasi asam oksalat, 1,44 eV untuk variasi urea, dan 1,88 eV untuk variasi etilen glikol. Pengujian adsorpsi terhadap ciprofloxacin selama 120 menit menunjukkan kemampuan adsorpsi terbaik pada variasi ChCl:asam oksalat sebesar 58,34%, lalu ChCl:etilen glikol sebesar 80,70%, dan ChCl:urea sebesar 28,58%. Uji aktivitas fotokatalitik selama 120 menit menunjukkan persentase degradasi ciprofloxacin terbaik diperoleh pada variasi ChCl:asam oksalat sebesar 72,22%, lalu ChCl:etilen glikol sebesar 77,08%, dan ChCl:urea sebesar 22,51%. Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa variasi DES berpengaruh terhadap karakteristik dan aktivitas ZnFe₂O₄ yang dihasilkan. Variasi ChCl:asam oksalat menghasilkan ZnFe₂O₄ dengan performa terbaik sebagai adsorben dan fotokatalis dalam degradasi ciprofloxacin, sehingga berpotensi dikembangkan sebagai material ramah lingkungan untuk pengolahan limbah antibiotik.

ABSTRACT:

Environmental pollution caused by pharmaceutical waste, particularly the antibiotic ciprofloxacin (CIP), poses a serious problem due to its persistence and resistance to natural degradation. Photocatalysis using the semiconductor material ZnFe₂O₄ is a potential method for addressing this issue. This study aimed to synthesize and characterize ZnFe₂O₄ using Deep Eutectic Solvents (DES) and to evaluate its adsorption and photocatalytic activity regarding ciprofloxacin degradation. Synthesis was carried out via a DES-modified solid-state method, employing three DES variations: ChCl:oxalic acid (1:1), ChCl:urea (1:2), and ChCl:ethylene glycol (1:2). Product characterization was performed using XRD, FTIR, and UV-Vis DRS. XRD results indicated that all samples successfully formed the ZnFe₂O₄ spinel phase; the highest ZnFe₂O₄ phase content was obtained with the ChCl:ethylene glycol variation, followed by ChCl:urea and ChCl:oxalic acid. FTIR analysis revealed characteristic absorption bands for Zn–O and Fe–O bonds in the 400–600 cm⁻¹ region, confirming the formation of the ZnFe₂O₄ spinel structure. UV-Vis DRS results showed band gap energy values of 1.38 eV for the oxalic acid variation, 1.44 eV for the urea variation, and 1.88 eV for the ethylene glycol variation. Adsorption tests with ciprofloxacin over 120 minutes demonstrated the best adsorption capacity in the ChCl:oxalic acid variation (58.34%), followed by ChCl:ethylene glycol (80.70%) and ChCl:urea (28.58%). Photocatalytic activity tests over 120 minutes showed the highest ciprofloxacin degradation percentage in the ChCl:oxalic acid variation (72.22%), followed by ChCl:ethylene glycol (77.08%) and ChCl:urea (22.51%). Based on the research findings, it can be concluded that DES variations influence the characteristics and activity of the resulting ZnFe₂O₄. The ChCl:oxalic acid variation yielded ZnFe₂O₄ with the best performance as an adsorbent and photocatalyst for ciprofloxacin degradation, thereby offering potential for development as an eco-friendly material for antibiotic wastewater treatment.

مستخلص البحث:

يُعَد ُّ تلوُّث ُ البيئة الناتج ُ عن المخلفات الصيدالنية، وال سيما المضاد ُّ الحيوي ُّ سيبروفلوكساسين (CIP،) ُمشكلة ً خطيرة ً بسبب طبيعته المستقرة وصعوبة تحلُّله بصورة ٍ طبيعية. ومن الطرق الواعدة لمعالجة هذه المشكلة التحفيزالضوئي ُّ باستخدام مادة شبه موصلة من فريت الزنك (ZnFe₂O₄). يهدف هذا البحث إلى تحضير فريت الزنك (ZnFe₂O₄) المعتمد على المذيب اليوتكتيكي العميق (DES) وتوصيفه، باإلضافة إلى دراسة نشاطه االمتزازي والتحفيزي الضوئي في تحلل السيبروفلوكساسين. تم تحضير المادة باستخدام طريقة الحالة الصلبة المعدَّلة بالمذيب اليوتكتيكي العميق، مع استخدام ثالثة أنواع من المذيبات اليوتكتيكية العميقة، وهي: كلوريد الكولين/حمض األكساليك (1:1)، وكلوريد الكولين/اليوريا (1:2،) وكلوريد الكولين/اإليثيلين جاليكول (1:2). وقد أُجري توصيف النواتج باستخدام تقنيات حيود األشعة السينية (XRD)، ومطيافية األشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، ومطيافية االنعكاس المنتشر لألشعة فوق البنفسجية–المرئية (UV-Vis DRS). أظهرت نتائج تحليل حيود األشعة السينية أن جميع العينات نجحت في تكوين طور اإلسبينيل لفريت الزنك (ZnFe₂O₄)، وكانت أعلى نسبة لطور ZnFe₂O₄في العينة المحضَّرة باستخدام كلوريد الكولين/اإليثيلين جاليكول، تلتها عينة كلوريد الكولين/اليوريا، ثم عينة كلوريد الكولين/حمض األكساليك. كما أظهر تحليلFTIRوجود نطاقات امتصاص مميزة لروابطZn–OوFe–Oفي المجال400–600سم⁻¹، مما يؤكد تكوُّن بنية اإلسبينيل لفريت الزنك، في حين أظهرت نتائجUV-Vis DRSأن قيم فجوة الطاقة بلغت1.38إلكترون فولت لعينة حمض األكساليك، و1.44إلكترون فولت لعينة اليوريا، و1.88إلكترون فولت لعينة اإليثيلين جاليكول. وأظهرت اختبارات االمتزاز للسيبروفلوكساسين خالل120دقيقة أن أعلى كفاءة امتزاز تحققت في عينة كلوريد الكولين/اإليثيلين جاليكول بنسبة80.70%، تلتها عينة كلوريد الكولين/حمض األكساليك بنسبة58.34%، ثم عينة كلوريد الكولين/اليوريا بنسبة28.58%. كما أظهرت اختبارات النشاط التحفيزي الضوئي خالل120دقيقة أن أعلى نسبة لتحلل السيبروفلوكساسين سُجِّلت أيضًا في عينة كلوريد بنسبة جاليكول الكولين/اإليثيلين77.08بنسبة كلوريد الكولين/حمض األكساليك عينة تلتها ،% 72.22%، ثم عينة كلوريد الكولين/اليوريا بنسبة22.51%. واستنادًا إلى نتائج البحث، يمكن االستنتاج أن نوع المذيب اليوتكتيكي العميق يؤثر في خصائص ونشاط فريت الزنك الناتج، وأن عينة كلوريد تحلل في ضوئيًا ً ومحفزًا ً ممتزة مادة بوصفها أداء أفضل قدَّمت جاليكول الكولين/اإليثيلين السيبروفلوكساسين، مما يدل على إمكان تطويرها بوصفها مادة ً صديقة ً للبيئة لمعالجة مخلفات المضادات الحيوية.