Efek Sinergistik Adsorpsi–Fotokatalis SrBi4Ti3,95Fe0,05O15 untuk mendegradasi limbah Antibiotik Ciprofloxacin

ABSTRAK

Senyawa Aurivillius berlapis empat SrBi4Ti3,95Fe0,05O15 berpotensi sebagai material fotokatalis dengan energi celah pita sekitar 3,01 eV, sehingga relevan untuk aplikasi degradasi senyawa antibiotik ciprofloxacin. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui fasa kristal, morfologi, dan energi celah pita SrBi4Ti3,95Fe0,05O15 yang disintesis menggunakan metode lelehan garam NaCl–KCl, serta mengevaluasi kemampuan efek sinergistik adsorpsi–fotokatalisisnya dalam menurunkan konsentrasi ciprofloxacin. SrBi4Ti3,95Fe0,05O15 disintesis pada suhu 750 dan 820 °C, kemudian dikarakterisasi menggunakan X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy–Energy Dispersive Spectroscopy (SEM–EDS), dan UV–Vis Diffuse Reflectance Spectroscopy (UV–Vis DRS) untuk mempelajari fasa kristal, morfologi, dan energi celah pita. Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa senyawa yang terbentuk memiliki struktur kristal yang sesuai dengan data ICSD, morfologi plate-like dengan ukuran partikel sekitar 0,3–1,5 µm yang cenderung mengalami aglomerasi, serta energi celah pita sebesar 3,01 eV. Uji adsorpsi ciprofloxacin menunjukkan bahwa kesetimbangan adsorpsi–desorpsi tercapai pada menit ke-90 dengan persentase adsorpsi sebesar 38,53%. Sementara itu, uji sinergistik adsorpsi–fotokatalisis menunjukkan bahwa pada menit ke-30 ciprofloxacin teradsorpsi sebesar 26,59%, meningkat menjadi 31,55% pada menit ke-60, dan mencapai 38,53% pada menit ke-120. Aktivitas fotokatalitik yang relatif lebih rendah mengindikasikan bahwa proses adsorpsi lebih dominan dalam mekanisme penghilangan ciprofloxacin. Secara keseluruhan, hasil penelitian menunjukkan bahwa SrBi4Ti3,95Fe0,05O15 berpotensi sebagai material multifungsi dalam pengolahan limbah antibiotik berbasis adsorpsi–fotokatalisis.

ABSTRACT

The four-layered Aurivillius compound SrBi4Ti3,95Fe0,05O15 has potential as a photocatalytic material with a band gap energy of approximately 3.01 eV, making it relevant for the degradation of ciprofloxacin antibiotic compounds. This study aims to determine the crystal phase, morphology, and band gap energy of synthesized via the NaCl–KCl molten salt method, and to evaluate its synergistic adsorption–photocatalytic performance in reducing ciprofloxacin concentration. SrBi4Ti3,95Fe0,05O15 was synthesized at temperatures of 750 and 820°C, then characterized using X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy–Energy Dispersive Spectroscopy (SEM–EDS), and UV–Vis Diffuse Reflectance Spectroscopy (UV–Vis DRS). The characterization results showed that the synthesized compound possessed a crystal structure consistent with ICSD data, a plate-like morphology with particle sizes ranging from 0.3–1.5 µm with a tendency toward agglomeration, and a band gap energy of 3.01eV. The ciprofloxacin adsorption test revealed that adsorption–desorption equilibrium was reached at the 90th minute with an adsorption percentage of 38.53%. Meanwhile, the synergistic adsorption–photocatalysis test showed that ciprofloxacin was adsorbed by 26.59% at 30 minutes, increasing to 31.55% at 60 minutes, and reaching 38.53% at 120 minutes. The relatively lower photocatalytic activity indicates that the adsorption mechanism is more dominant in the removal of ciprofloxacin. Overall, the results demonstrate that SrBi4Ti3,95Fe0,05O15 has potential as a multifunctional material for antibiotic waste treatment based on adsorption–photocatalysis.

مستخلص البحث

المركب أوريفيليوس رباعي الطبقات SrBi4Ti3,95Fe0,05O15 لديه إمكانية أن يكون مادة تحفيز ضوئي للطاقة، بفضل فجوة الطاقة حوالي ١، إلكترون فولت، مما يجعله مناسبًا لتطبيقات تحلل مركبات المضاد الحيوي السيفروفلوكساسين. تهدف هذه الدراسة إلى معرفة الطور البلوري، والشكل المورفولوجي، وفجوة الطاقة لمركب SrBi4Ti3,95Fe0,05O15 الذي تم تخليقه باستخدام طريقة صهر الملح NaCl-KCl، وكذلك تقييم القدرة التآزرية لتأثير الامتزاز–التحفيز الضوئي في خفض تركيز السيفروفلوكساسين. تم تخليق SrBi4Ti3,95Fe0,05O15 عند درجات حرارة ٠٥٧ ٠۲۸م°، ثم تم تحليله باستخدام حيود الأشعة السينية(XRD)، والمجهر الإلكتروني الماسح مع مقياس الطيف الطاقي(SEM–EDS)، ومطيافية الامتصاص والانعكاس بالضوء فوق البنفسجي–مرئي (UV–Vis DRS) لدراسة الطور البلوري، والشكل المورفولوجي، وفجوة الطاقة. أظهرت نتائج التحليل أن المركب المتكون يمتلك بنية بلورية تتوافق مع بيانات ICSD، وله شكل مورفولوجي يشبه الصفيحة بحجم جسيمات يتراوح بين٣،٠۵،١ ميكرومتر والذي يميل إلى التجمع، بالإضافة إلى أن طاقة فجوة النطاق تبلغ ٣،٠ إلكترون فولت. أظهرت اختبار الامتزاز للسيبروفلوكساسين أن توازن الامتزاز–التحرر يتحقق عند الدقيقة ٠٩ بنسبة امتزاز بلغت ٣۵،٨٣٪. في حين أظهر اختبار التآزر بين الامتزاز والتحفيز الضوئي أن السيبروفلوكساسين تم امتصاصه بنسبة ٩۵،٦٢٪ عند الدقيقة ٠٣ ، وزادت إلى ۵۵،١٣٪ عند الدقيقة ٠٦، ووصلت إلى ٣۵،٨٣٪ عند الدقيقة ٠٢١. النشاط التحفيزي الضوئي الأقل نسبيًا يشير إلى أن عملية الامتزاز هي الأكثر سيطرة في آلية إزالة السيبروفلوكساسين. بشكل عام، تشير نتائج الدراسة إلى أن SrBi4Ti3,95Fe0,05O15لديه إمكانية ليكون مادة متعددة الوظائف في معالجة نفايات المضادات الحيوية باستخدام آلية الامتزاز–التحفيز الضوئي.