Pengaruh siklus kerja gelombang mikro terhadap aktivitas fotokatalis komposit rGO-TiO2

ABSTRAK

Grafena adalah alotrop karbon dengan sifat unik yang dapat diterapkan dalam berbagai aplikasi. Di bidang lingkungan, grafena telah digunakan untuk mengembangkan material maju fotokatalis. Grafena yang bersifat hidrofobik sedangkan lembar graphene oxide (GO) yang hidrofilik memiliki sifat yang dapat diatur dan memiliki banyak fungsi. Pemanasan dengan gelombang mikro terbukti dapat meningkatkan efisiensi proses reduksi dari GO. rGO yang didoping dengan material semikonduktor titanium dioksida merupakan material yang paling banyak digunakan dalam aplikasi fotokatalis. Penelitian ini menggunakan metode modifikasi Marcano untuk mensintesis graphene oxide dengan bahan dasar arang tempurung kelapa. Metode sol-gel secara in-situ digunakan untuk mensintesis komposit rGO-TiO2 dengan bantuan pemaparan gelombang mikro menggunakan siklus kerja low dan medium. Untuk mengetahui sifat pada sampel dilakukan karakterisasi menggunakan XRD, FTIR, UV-Vis, LCR Meter dan SEM. Selanjutnya, komposit rGO-TiO2 diaplikasikan sebagai fotokatalis untuk mendegradasi pewarna methylene blue. Berdasarkan hasil pengujian diperoleh, penambahan siklus kerja gelombang mikro pada komposit rGO-TiO2 menunjukkan struktur seperti amorf. Gugus fungsi komposit rGO-TiO2 kombinasi vibrasi Ti-O-Ti dan Ti-O-C karena interaksi kimia TiO2 dengan rGO. Spektrum absorbansi komposit rGO-TiO2 menunjukkan puncak pada panjang gelombang maksimum sekitar 269-293 nm dengan energi gap terkecil 3,32 eV. Konduktivitas listrik komposit rGO-TiO2 dengan iradiasi gelombang mikro dengan siklus kerja medium dengan waktu penyinaran 20 menit diperoleh daya hantar listrik sebesar 2,06× 10 ^-7 S/cm. Efisiensi degradasi pewarna methylene blue selama 120 menit yaitu sebesar 90,64-95,63% dengan laju reaksi degradasi mencapai 2,40 ×10^-3 min^-1 .

ABSTRACT

Graphene is an allotrope of carbon with unique properties that can be applied in a wide variety of applications. In the environmental field, graphene has been used to develop advanced photocatalyst materials. Graphene which is hydrophobic in nature while graphene oxide (GO) sheet which is hydrophilic has adjustable properties and has many functions. Heating with microwaves is proven to increase the efficiency of the GO reduction process. rGO doped with titanium dioxide semiconductor material is the most widely used material in photocatalyst applications. This study used a modified Marcano method to synthesize graphene oxide from coconut shell charcoal as a base. The in-situ sol-gel method was used to synthesize rGO-TiO2 composites with the help of microwave exposure using low and medium duty cycles. To determine the nature of the sample, characterization was carried out using XRD, FTIR, UV-Vis, LCR Meter and SEM. Furthermore, the rGO-TiO2 composite was applied as a photocatalyst to degrade methylene blue dye. Based on the test results obtained, the addition of a microwave working cycle on the rGO-TiO2 composite showed an amorphous structure. The functional group of the rGO-TiO2 composite is a combination of Ti-O-Ti and Ti-O-C vibrations due to the chemical interaction of TiO2 with rGO. The absorbance spectrum of the rGO-TiO2 composite shows a peak at the maximum wavelength around 269-293 nm with the smallest gap energy of 3.32 eV. The electrical conductivity of the rGO-TiO2 composite with microwave irradiation with a medium duty cycle with an irradiation time of 20 minutes obtained an electrical conductivity of 2.06 ×10^-7 S/cm. The degradation efficiency of methylene blue dye for 120 minutes is 90.64-95.63% with a degradation reaction rate of 2.40×10^-3 min^-1.

خلاصة

الجرافين هو مادة متآصلة للكربون ذات خصائص فريدة يمكن تطبيقها في مجموعة متنوعة من التطبيقات. في المجال البيئي ، تم استخدام الجرافين لتطوير مواد حفاز ضوئي متقدمة. الجرافين كاره للماء بطبيعته بينما لوح أكسيد الجرافين (GO) المحب للماء له خصائص قابلة للتعديل ولها وظائف عديدة. ثبت أن التسخين بأفران الميكروويف يزيد من كفاءة عملية تقليل GO. rGO مخدر بمادة أشباه موصلات ثاني أكسيد التيتانيوم هي المادة الأكثر استخدامًا في تطبيقات الحفاز الضوئي. استخدمت هذه الدراسة طريقة Marcano معدلة لتخليق أكسيد الجرافين من فحم قشرة جوز الهند كقاعدة. تم استخدام طريقة sol-gel في الموقع لتجميع مركبات rGO-TiO2 بمساعدة التعرض للميكروويف باستخدام دورات تشغيل منخفضة ومتوسطة. لتحديد خصائص العينة ، تم إجراء التوصيف باستخدام XRD و FTIR و UV-Vis و LCR Meter و SEM. علاوة على ذلك ، تم تطبيق مركب rGO-TiO2 كمحفز ضوئي لتحطيم صبغة الميثيلين الزرقاء. بناءً على نتائج الاختبار التي تم الحصول عليها ، أظهرت إضافة دورة عمل الميكروويف على مركب rGO-TiO2 بنية غير متبلورة. تجمع المجموعة الوظيفية لمركب rGO-TiO2 اهتزازات Ti-O-Ti و Ti-O-C بسبب التفاعل الكيميائي لـ TiO2 مع rGO. أظهر طيف الامتصاص لمركب rGO-TiO2 ذروة عند الطول الموجي الأقصى حوالي 269-293 نانومتر مع أصغر فجوة طاقة تبلغ 3.32 فولت. الموصلية الكهربائية لمركب rGO-TiO2 بواسطة إشعاع الميكروويف مع دورة عمل متوسطة مع وقت إشعاع 20 دقيقة حصلت على توصيل كهربائي 2.06 ×10-7 S/cm2. كفاءة تحلل صبغة الميثيلين الزرقاء لمدة 120 دقيقة هي %90.64-%95.63 مع معدل تفاعل تحلل 2.40×10-3 min-1