PENGEMBANGAN MATERIAL FOTOKATALIS APUNG BERBASIS BLACK TITANIA/CARBON TERAKTIVASI DARI GABUS UNTUK APLIKASI DEGRADASI ZAT WARNA SINTETIK PADA CAHAYA TAMPAK TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh VALENTINUS ALPHANO DABUR NIM: 23722305 (Program Studi Magister Ilmu dan Teknik Material) INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG Januari 2025 ii ABSTRAK PENGEMBANGAN MATERIAL FOTOKATALIS APUNG BERBASIS BLACK TITANIA/CARBON TERAKTIVASI DARI GABUS UNTUK APLIKASI DEGRADASI ZAT WARNA SINTETIK PADA CAHAYA TAMPAK Oleh Valentinus Alphano Dabur NIM: 23722305 (Program Studi Magister Ilmu dan Teknik Material) Meskipun titania (TiO2) merupakan fotokatalis yang paling banyak diteliti, pemanfaatan TiO2 masih memiliki kendala karena energi bandgap yang tinggi (~3,29 eV), waktu rekombinasi yang cepat, dan densitasnya yang tinggi. Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis material fotokatalis apung berbasis black titania (bT) yang dideposisikan pada material apung berupa gabus yang diaktivasi dengan H3PO4 (cork activated carbon (CAC)), serta menggunakan H3PO4 sebagai senyawa jangkar untuk meningkatkan efisiensi deposisi. Sintesis bT dilakukan dengan metode reduksi menggunakan gelombang mikro dan menambahkan NaBH4 sebagai reduktan guna mereduksi struktur Ti 4+ menjadi Ti 3+ . Adapun CAC disintesis melalui aktivasi kimia dengan H3PO4 menggunakan metode pirolisis untuk meningkatkan luas permukaan serta menambahkan gugus fungsi yang mendukung aktivitas fotokatalitik. Adapun proses deposisi material fotokatalis dengan material apung menggunakan metode ultrasonikasi dengan dua variasi utama yaitu dengan dan tanpa H3PO4 sebagai senyawa jangkar. Beberapa variasi yang dibuat dalam penelitian ini meliputi: material fotokatalis tanpa material apung pendukung, material fotokatalis yang dideposisikan pada gabus tanpa aktivasi, material fotokatalis yang dideposisikan pada gabus yang diaktivasi dengan H3PO4, material fotokatalis yang dideposisikan pada gabus dengan penambahan H3PO4 sebagai perekat, dan material fotokatalis yang dideposisikan pada gabus yang diaktivasi dengan H3PO4 serta menggunakan H3PO4 sebagai perekat. Penambahan gabus sebagai material apung pendukung secara signifikan meningkatkan performa fotokatalitik hingga ±20% atau hampir dua kali lipat dibandingkan dengan material fotokatalis sebelum dideposisikan. Selain itu, aktivasi gabus menggunakan H3PO4 mampu meningkatkan performa fotokatalitik sebesar 2–3% dibandingkan dengan fotokatalis yang dideposisikan pada gabus tanpa aktivasi. Penambahan H3PO4 sebagai perekat juga memperkuat ikatan antara material apung pendukung dan fotokatalis, yang dibuktikan melalui spektrum FTIR. Selain itu, penggunaan H3PO4 sebagai perekat mampu meningkatkan performa fotokatalitik hingga 2,3–2,5 kali lipat dibandingkan dengan material fotokatalis sebelum dideposisikan. Kata kunci: aktivasi H3PO4, black titania, cork activated carbon, fotokatalis apung, fotokatalis cahaya tampak iii ABSTRACT DEVELOPMENT OF FLOATING PHOTOCATALYTIC MATERIAL BASED ON BLACK TITANIA/ACTIVATED CARBON FROM CORK FOR SYNTHETIC DYE DEGRADATION UNDER VISIBLE LIGHT By Valentinus Alphano Dabur NIM: 23722305 (Master’s Program in Material Science and Engineering) Even though titania (TiO2) is one of the most explored photocatalyst, its utilization still hindered due to its high energy bandgap (~3.29 eV), fast recombination time, and high density. The aim of this study is to fabricate a floating photocatalyst material based on black titania (bT) deposited on a floating substrate made of cork activated carbon (CAC), which was activated using H3PO4. H3PO4 was also used as an anchor molecule to improve deposition efficiency. The synthesis of bT was carried out using a microwave-assisted reduction method with NaBH4 as a reductant to convert Ti⁴⁺ to Ti³⁺. Meanwhile, CAC was synthesized through chemical activation with H3PO4 using a pyrolysis method to enhance its surface area and introduce functional groups that support photocatalytic activity. The deposition of the photocatalyst material onto the floating substrate was performed using an ultrasonication method with two main variations: with and without H3PO4. Several variations were investigated in this study, including: photocatalyst materials without a floating support, photocatalyst materials deposited on non- activated cork, photocatalyst materials deposited on cork activated with H3PO4, photocatalyst materials deposited on cork with H3PO4 as an adhesive, and photocatalyst materials deposited on H3PO4-activated cork with H3PO4 as an adhesive. The addition of cork as a floating support material significantly enhanced photocatalytic performance by approximately 20% or nearly double compared to the photocatalyst material before deposition. Moreover, activation of cork with H3PO4 improved photocatalytic performance by 2–3% compared to photocatalysts deposited on non-activated cork. The use of H3PO4 as an adhesive also strengthened the bonding between the floating support and the photocatalyst, as confirmed by FTIR spectra. Furthermore, the use of H3PO4 as an adhesive improved photocatalytic performance by 2.3–2.5 times compared to the photocatalyst material before deposition. Keywords: black titania, cork activated carbon, floating photocatalyst, H₃PO₄ activation, visible light photocatalysis. iv HALAMAN PENGESAHAN PENGEMBANGAN MATERIAL FOTOKATALIS APUNG BERBASIS BLACK TITANIA/CARBON TERAKTIVASI DARI GABUS UNTUK APLIKASI DEGRADASI ZAT WARNA SINTETIK PADA CAHAYA TAMPAK Oleh Valentinus Alphano Dabur NIM: 23722305 (Program Studi Magister Ilmu dan Teknik Material) Institut Teknologi Bandung Menyetujui Tim Pembimbing Tanggal 3 Februari 2025 Pembimbing Pertama Dr. Arie Wibowo, S.Si., M.Si. NIP: 19800612 201504 1001 v PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis Magister yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada penulis dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin penulis dan harus disertai dengan kaidah ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Sitasi hasil penelitian Tesis ini dapat ditulis dalam bahasa Indonesia sebagai berikut: Dabur, V. A. (2025): Pengembangan Material Fotokatalis Apung Berbasis Black Titania/Carbon Teraktivasi dari Gabus untuk Aplikasi Degradasi Zat Warna Sintetik pada Cahaya Tampak, Tesis Program Magister, Institut Teknologi Bandung. dan dalam bahasa Inggris sebagai berikut: Dabur, V. A. (2025): Development of Floating Photocatalytic Material Based on Black Titania/Activated Carbon from Cork for Synthetic Dye Degradation Under Visible Light, Master’s Thesis, Institut Teknologi Bandung. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Dekan Sekolah Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung. vi KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena telah melimpahkan rahmat, berkat, dan karunia-Nya sehingga penulis mampu menyelesaikan penelitian dan penyusunan tesis dengan judul “PENGEMBANGAN MATERIAL FOTOKATALIS APUNG BERBASIS BLACK TITANIA/CARBON TERAKTIVASI DARI GABUS UNTUK APLIKASI DEGRADASI ZAT WARNA SINTETIK PADA CAHAYA TAMPAK” sebagai salah satu syarat memperoleh gelar magister di program studi Ilmu dan Teknik Material, Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara, Institut Teknologi Bandung. Penulis menyadari bahwa penelitian dan penulisan tesis ini tidak akan dapat selesai tanpa bantuan, bimbingan, dan motivasi dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan penuh rasa hormat penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Dr. Arie Wibowo selaku dosen pembimbing utama atas pembelajaran bagi Penulis mengenai disiplin waktu, tanggung jawab, berpikir kritis, teliti, dan memahami subjek penelitian secara menyeluruh; serta selalu meluangkan waktunya untuk penulis. 2. Prof. Takahiro Kondo selaku dosen pembimbing dan mentor selama proses sintesis dan karakterisasi di Universitas Tsukuba yang selalu membimbing, dan memberikan sarana dan prasarana untuk melakukan kegiatan penelitian di lab beliau. 3. Ibu Monica istiyah, Bapak Abdon Dabur, Ibu Lusia Gesang Endah Wijayawati, Ibu Theresia Gesang Sri Ambarawati, dan Ferdinandus Rolando Dabur selaku keluarga penulis yang senantiasa mendukung dan mendoakan penulis. 4. Ibu Afriyanti Sumboja selaku kepala lab yang telah mengizinkan untuk menggunakan fasiltas lab. 5. Bapak Ibu dosen program studi Ilmu dan Teknik Material FTMD ITB atas segala ilmu, kesempatan untuk berkolaborasi, dan pembelajaran hidup yang didapatkan. 6. Bapak Riska Rachmantyo selaku mentor saya selama proses penelitian mengenai black titania di FTMD ITB. vii 7.