Sintesis Nanopartikel Zinc Ferrite (ZnFe2O4) sebagai Fotokatalis Pengolahan Limbah Zat Warna Methylene Blue (MB) dan Batik Cair (LB)

Abstract

Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis nanopartikel ZnFe2O4 dengan dua

metode berbeda, yaitu metode hidrotermal (ZF-HT) dan metode ko-presipitasi (ZF- CP), serta melakukan aplikasi ZF sebagai fotokatalis dalam mendegradasi zat warna

metilena biru (MB) dan limbah cair batik (LB). Sintesis ZnFe2O4 dilakukan menggunakan prekursor ZnSO4·7H2O dan FeSO4·7H2O dengan perbandingan 1:2, serta penambahan NaCl sebagai pendukung proses pembentukan kristal. Material dikarakterisasi menggunakan beberapa teknik, yaitu XRD, TEM, BET (GSA), FTIR, VSM, dan DR-UV-Vis. Hasil karakterisasi XRD menunjukkan bahwa kedua sampel berhasil membentuk fase ZnFe2O4 dengan ukuran kristal rata-rata 12,25 nm (ZF-CP) dan 15,14 nm (ZF-HT). Hasil TEM menunjukkan ukuran partikel berada pada rentang 30–40 nm. Analisis BET menunjukkan bahwa luas permukaan spesifik ZF-HT (40,37 m2/g) lebih besar dibanding ZF-CP (32,88 m2/g), sehingga ZF-HT memiliki lebih banyak situs aktif untuk reaksi fotokatalitik. Hasil FTIR menunjukkan adanya vibrasi khas ikatan Fe–O dan Zn–O pada bilangan gelombang sekitar 406–550 cm−1, yang menegaskan terbentuknya struktur spinel ZnFe2O4. Pengujian sifat magnetik menggunakan VSM menunjukkan bahwa ZF-HT memiliki magnetisasi saturasi (2,6 emu/g) yang jauh lebih tinggi dibanding ZF-CP (0,3 emu/g), sehingga lebih mudah dipisahkan secara magnetik setelah proses reaksi. Dari analisis DR-UV-Vis, diperoleh nilai band gap sebesar 2,26 eV (ZF-HT) dan 2,33 eV (ZF-CP), yang menunjukkan bahwa material ini aktif pada wilayah cahaya tampak. Pada uji aplikasi fotokatalitik, kedua material diuji dalam beberapa kondisi yaitu adsorpsi, penambahan H2O2, oksidasi, fotokatalisis, dan fotooksidasi. Pada MB, ZF-HT mampu mencapai degradasi hingga 100%, sedangkan ZF-CP mencapai sekitar 93–100%. Pada limbah batik (LB), efisiensi degradasi juga tinggi, yaitu hingga 99% (ZF-HT) dan 97% (ZF-CP). Penambahan H2O2 meningkatkan kinerja degradasi secara signifikan, dengan kondisi optimum pada 0,2–0,5 mL untuk MB dan 1 mL untuk LB, yang menghasilkan degradasi mendekati atau mencapai maksimum. Hasil uji COD menunjukkan penurunan signifikan kandungan polutan. Pada MB, COD turun dari sekitar 19.808 ppm menjadi 19 ppm (ZF-HT) dan 19.558 ppm menjadi 52 ppm (ZF-CP). Pada limbah batik, COD juga turun dari 29.862 ppm menjadi 554,6 ppm (ZF-HT) dan 772,82 ppm (ZF-CP), meskipun masih ada yang belum memenuhi baku mutu air limbah (≤100 ppm). Secara keseluruhan, hasil penelitian menunjukkan bahwa ZnFe2O4 yang disintesis dengan metode hidrotermal (ZF-HT) memiliki performa lebih unggul dibanding ko- presipitasi (ZF-CP) karena memiliki luas permukaan lebih besar, sifat magnet lebih baik, serta aktivitas fotokatalitik dan penurunan COD yang lebih efektif.