Perpustakaan Digital ITB

Data Kementerian Perindustrian menunjukkan bahwa Industri Tekstil dan Produk Tekstil (TPT) merupakan salah satu sektor manufaktur yang mencatat pertumbuhan Produk Domestik Bruto (PDB) sebesar 4,64% pada kuartal I tahun 2025 (yoy) dan berkontribusi 0,99% terhadap PDB nasional. Dalam proses produksi tekstil, zat warna sintetis lebih banyak digunakan dibandingkan zat warna alami karena harganya lebih murah dan menghasilkan warna yang lebih cerah. Salah satu zat warna yang umum dipakai adalah metil jingga, yaitu zat warna azo anionik yang bersifat karsinogenik, toksik, mutagenik, serta mudah larut dalam air. Pengelolaan limbah zat warna yang tidak tepat dapat menimbulkan pencemaran lingkungan sehingga diperlukan metode pengolahan yang efektif dan efisien. Metil jingga dapat ditangani melalui berbagai metode seperti adsorpsi, koagulasi, flokulasi, proses biologis, ekstraksi, enzimatik, maupun filtrasi. Namun, metode-metode tersebut memiliki sejumlah keterbatasan, antara lain konsumsi energi yang tinggi, efisiensi proses rendah, terbentuknya lumpur (sludge), waktu paruh yang pendek, fouling pada membran, terbentuknya limbah sekunder, kesulitan regenerasi, serta biaya yang relatif mahal, sehingga dianggap kurang ekonomis. Metode fotokatalisis memiliki keunggulan dibanding metode konvensional karena produk yang dihasilkan relatif tidak beracun, tidak menghasilkan lumpur (sludge), serta material fotokatalis dapat digunakan kembali. Reaksi fotokatalisis membutuhkan material semikonduktor, di antaranya TiO? yang memiliki energi celah pita sebesar 3,2 eV sehingga hanya aktif di bawah sinar UV. Mengingat sinar matahari hanya mengandung sekitar 5% UV dan 45% cahaya tampak, diperlukan modifikasi TiO? agar dapat bekerja di bawah cahaya tampak. Salah satu pendekatan adalah dengan menambahkan oksida logam lain. Pada penelitian ini dipilih ZnTiO?, yang bersifat fotoaktif dan stabil pada suhu tinggi, sehingga membentuk material komposit TiO?/ZnTiO?. Komposit tersebut disintesis menggunakan metode one- step sol-gel yang sederhana, dapat dilakukan pada suhu ruang dan tekanan atmosfer, serta tidak memerlukan instrumen rumit. Selain itu, efek suhu kalsinasi terhadap karakteristik material dan pengaruh sistem aerasi selama proses fotokatalisis turut dipelajari. Di sisi lain, mikroalga Chlorella vulgaris digunakan untuk membentuk biokomposit fotokatalis TiO?/ZnTiO?/alga. Mikroalga ini dipilih karena hidup di air tawar, uniseluler, mudah dikultivasi, serta memiliki kandungan klorofil tinggi yang mampu menghasilkan spesies reaktif tambahan melalui fotosintesis, sehingga dapat meningkatkan efisiensi fotokatalisis. Material baru TiO?/ZnTiO?/alga berhasil dikembangkan dengan memanfaatkan kemudahan sintesis TiO?/ZnTiO? serta kelimpahan dan kemudahan kultivasi mikroalga sebagai representasi sumber energi terbarukan yang menjanjikan. Dalam penelitian ini, komposit TiO?/ZnTiO? disintesis melalui metode sintesis sol-gel satu langkah (one-step sol-gel) menggunakan titanium (IV) etoksida dan seng asetat dihidrat sebagai prekursor, etanol-air sebagai pelarut, serta PVP sebagai agen penstabil dan pengarah struktur. Biokomposit fotokatalis TiO?/ZnTiO?/alga kemudian difabrikasi dengan teknik suspensi menggunakan mikroalga Chlorella vulgaris. Analisis SEM-EDX menunjukkan bahwa baik TiO?/ZnTiO? maupun TiO?/ZnTiO?/alga memiliki morfologi berbentuk bola (spherical) dengan distribusi unsur yang homogen, menandakan terbentuknya komposit dan biokomposit yang baik. Difraktogram XRD mengonfirmasi keberadaan fasa TiO?-anatase, TiO?-rutil, dan ZnTiO?, dengan ZnTiO? mulai terbentuk pada suhu kalsinasi ?600 ?. HRTEM-SAED memberikan informasi mengenai struktur kristal dan orientasi pada skala nanometer. Selain itu, analisis adsorpsi-desorpsi N? menunjukkan bahwa material termasuk tipe IV menurut klasifikasi IUPAC, dengan loop histeresis tipe H3. Sementara itu, hasil analisis energi celah pita menggunakan UV-DRS menunjukkan nilai 3,10–2,95 eV, yang menandakan bahwa material hasil sintesis telah mendekati area kerja di bawah sinar tampak. Reaksi fotokatalisis dilakukan menggunakan dua jenis reaktor, yaitu immerse- illumination dengan lampu UV 300 W dan reaktor dengan lampu merkuri 160 W. Hasil optimasi parameter menunjukkan kondisi optimum sebagai berikut: material terbaik adalah TiO?/ZnTiO? (TZ600), pH optimum 4, dosis material 1,2 g/L (reaktor UV 300 W) dan 100 mg (reaktor lampu merkuri 160 W), serta konsentrasi analit 4 ppm. Proses adsorpsi pada material mengikuti kinetika orde dua semu dengan konstanta laju reaksi (k) sebesar 3,28 x 10-1 g mg-1 min-1. Pada reaktor UV 300 W, TiO? komersial menunjukkan kinerja lebih baik (k = 4,66 x 10-1 jam?¹) dibandingkan TiO?/ZnTiO? sebesar 3,84 x 10-1 jam?¹, dan TiO?/ZnTiO?/alga sebesar 3,42 x 10-2 jam?¹. Namun, pada reaktor dengan lampu merkuri 160 W, baik TiO?/ZnTiO? (k = 2,93 x 10-2 menit-1) maupun TiO?/ZnTiO?/alga (k = 3,18 x 10-2 menit-1) menunjukkan kinerja lebih tinggi dibandingkan TiO? komersial (k = 1,53 x 10-3 menit-1). Studi aktivitas fotokatalisis TiO?/ZnTiO? dan TiO?/ZnTiO?/alga dilakukan pada kondisi reaksi optimum. Uji spesi aktif menunjukkan bahwa radikal hidroksil (•OH) merupakan spesi dominan pada fotokatalisis oleh TiO?/ZnTiO?, sedangkan radikal superoksida (•O??) lebih dominan pada TiO?/ZnTiO?/alga. Uji keberulangan menunjukkan bahwa TiO?/ZnTiO? dapat digunakan hingga empat siklus tanpa kehilangan performa signifikan, sementara TiO?/ZnTiO?/alga mengalami penurunan aktivitas sejak siklus awal. Pengujian pada sampel nyata limbah sungai di sekitar pabrik tekstil menggunakan metode spike memperlihatkan bahwa material hasil sintesis mampu mendegradasi metil jingga secara efektif. Dengan demikian, komposit fotokatalis TiO?/ZnTiO? dan biokomposit fotokatalis TiO?/ZnTiO?/alga berpotensi besar sebagai material fotokatalis yang efisien, selektif, mudah difabrikasi, dan aplikatif untuk pengolahan limbah zat warna di lingkungan perairan