dwiriawahyuni@physics.untan.ac.id 15

## Jurnal Phi
Jenis Artikel: original research
Kinerja Fotokatalis Tunggal ZnO dan Komposit ZnO/ Reduced Graphene Oxide (ZnO/rGO) di bawah Iradiasi Sinar Matahari untuk

## Mendegradasi Metilen Biru
Dwiria Wahyuni 1 , Nurhasanah Nurhasanah 1 , Mega Nurhanisa 1 , Mariani 1
1 Program Studi Fisika Universitas Tanjungpura
Corresponding e-mail : dwiriawahyuni@physics.untan.ac.id
KATA  KUNCI: Fotodegradasi, Metilen  Biru,  ZnO,
Reduced Graphene Oxide /ZnO
Diserahkan: 1 Desember 2022 Diterima: 15 Desember 2022 Diterbitkan: 31 Januari 2023 Terbitan daring: 31 Januari 2023

## 1. Pendahuluan
Penurunan  kualitas  air  akibat  polusi  berkontribusi  pada  kelangkaan  air  (Vörösmarty  dkk.,  2000).  Salah  satu penyebab  pencemaran  perairan  adalah limbah  pewarn a  dari indusi tekstil  (Lellis  dkk.,  2019;  Liu,  2020).  Meskipun umumnya  tidak  beracun,  pewarna  tekstil  menghasilkan  zat  karsinogen  selama  proses  penguraian  anaero b.  Oleh karenanya,  dibutuhkan  metode  yang  efisien  untuk  menguraikan  kandunga n  warna  dan  senyawa  organik  dalam limbah  pewar na  (Mirzaeifard  dkk.,  2020).  Metode  yang  cukup  banyak  digunakan  adalah  fotodegradasi,   yaitu penguraian  kontaminan  dengan  menggun aka n  fotokatalis  dengan  bantuan  sinar  ultraviolet  (UV)  maupun  sinar
ABSTRAK. Fotodegradasi menggunakan fotokatalis merupakan solusi yang efisien  untuk  polusi  air  akibat  pewarna.  Dalam  penelitian  ini,  kinerja fotokatalis  tunggal  ZnO  dan  komposit  ZnO/ Reduced  Graphene  Oxide (ZnO/rGO)  telah  dikaji  aktivitasnya  dengan  menggunakan  iradiasi  sinar matahari. Sampel fotokatalis diberi 2 perlakuan yaitu dengan pengadukan dan tanpa pengadukan pada larutan metilen biru. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada  iradiasi  selama  30 menit,  penurunan kandungan metilen biru lebih  tinggi  ketika  sampel  ditambahkan  komposit  ZnO/rGO  dibandingkan ZnO tunggal (dengan  pengadukan), yaitu  sebesar 30% (ZnO/rGO) dan  9% (ZnO).  Dengan demikian, kinerja fotokatalis  dipengaruhi oleh penambahan rGO pada ZnO,  lama iradiasi,  dan adanya  proses  pengadukan.
dwiriawahyuni@physics.untan.ac.id 16
Wahyuni,  D., Nurhasanah,  N., Nurhanisa,  M. 2023. ZnO sebagai  fotokatalis Vol 9 (1),  2023
tampak.  Fotokatalis,  yang  berguna  untuk  memperc epat  reaksi  kimia  dalam  penghilangan  warna,  biasanya terbuat dari bahan semikonduktor s eperti TiO 2 (Ajmal dkk., 2014), ZnO (Mirzaeifard dkk., 2020; Namratha dkk., 2018),  dan Fe 2 TiO 5 (Vasiljevic  dkk.,  2020) . Fotokatalis yang lebih  efisien  adalah  zink  oksida  (ZnO) karena  m emiliki jurang  pita  energi  yang  c ukup  lebar,  stabilitas  termal  dan  mobilitas  elektron  yang  tinggi,  serta  non  toksik (Namratha dkk., 2018; Tanaka dkk., 2000). Fotokatalis ZnO mampu mendegradasi metilen biru sebes ar 50% di bawah  iradiasi sinar matahari  (Ankamwar  dkk.,  2017).
Namun, semikonduktor  tunggal cenderung  menggumpal saat terdispersi dalam air  dan  mengeruhkan air.  Akibatnya,  efektivitas  fotokatalis  menjadi  berkurang  karena  ada  bagian yang  tidak  aktif  (Houari  et  al.,  2005). Untuk  meningkatkan  kinerjanya,  fotokatalis  dapat  disisipkan  material  penyangga  yang  memiliki  luas permukaan  besar  seperti  karbon  aktif  dan reduced  graphene  oxide (rGO).  Material  rGO  memiliki  struktur heksagonal berupa lembaran atom karbon y ang dihasilkan dari proses oksidasi kuat serbuk grafit. Penampang teoritis rGO yang aktif adalah 2600 m 2 /g (Zhao dkk., 2012). Komposit ZnO/karbon aktif mampu mendegradasi rhodamine B sebesar 86,84% (Bemis dkk., 2019) dan metilen biru sebesar 99% (Wismayanti dkk., 2015). Berbeda dengan penelitian sebelumnya, penelitian ini bertujuan untuk  mengkaji kinerja komposit ZnO/rGO di  bawah sinar matahari y ang merupakan sumber c ahaya polikromatik. Pemilihan sinar matahari sebagai s umber c ahay a adalah  karena  spektrumnya  yang  lebar  untuk  mengakomodasi  jurang  pita  energi  dari ZnO.
Aktivitas  fotokatalisis  juga  dipengaruhi  oleh  kecepatan  pengadukan.  Penurunan  warna  metilen  biru dalam  larutan  yang  diberikan  TiO 2 adalah  89%  dalam  waktu  1  jam  tanpa  pengadukan  dan  25  menit  dengan pengadukan (Pirgholi-Givi dkk., 2020). Namun demikian, belum diketahui kinerja ZnO dan komposit ZnO/rGO terhadap pengaruh pengadukan. Oleh karenanya, penelitian ini juga menganalisis perbedaan degradasi metilen biru dengan  dan  tanpa  pengadukan  kontinu  di bawah  sinar matahari.

## 2. Metodologi
Material  ZnO  (Merck)  digunakan  sebagai  sampel  semikonduktor  tunggal.  Sementara  itu,  komposit  ZnO/rGO disintesis  dengan  menggunakan  grafena  oksida  (ITNano)  yang  direduksi  dengan  menggunakan  serbuk  zink (Merck).  Proses  sintesis  ZnO/rGO  dimulai  dengan  mengaduk  serbuk  grafena  oksida  (GO)  sebanyak  2  gram dengan  akuades  20  mililiter  menggunakan magnetic  stirrer selama  2  jam  hingga  menjadi  serpihan  halus. Serpihan halus GO kemudian disonikasi selama 4 jam untuk merenggangkan struktur GO. Akibatnya, suspensi GO berubah dari cair menjadi pasta. Setelah itu, suspensi ditambahkan dengan serbuk zink sebany ak 20 gram dan diaduk selama  2  jam  hingga  membentuk pasta  ZnO/rGO, lalu dikeringkan  menggunakan oven  pada suhu 250°C  selama 1  jam  hingga  membentuk  komposit rGO/ZnO  10%.
Komposit  rGO/ZnO  dikarakterisasi  menggunaka n scanning electron  microscopy (SEM)  untuk  mengetahui morfologi  dari  komposit.  Semikonduktor  ZnO  dan  komposit  rGO/ZnO  diaplikasikan  untuk  proses  fotodeg radasi metilen  biru  dengan  meng gunakan  sumber  radiasi  sinar  matahari.    Proses    fotodegradasi    dimulai    d engan membuat  larutan  metilen  biru  85%.  Kemudian  komposit  rGO/ZnO  (0,8  gram)  dimasukkan  ke  dalam  larutan metilen  biru  (200  mililiter)  untuk  dilakukan iradiasi  menggunakan  sinar  matahari.  Pada  penelitian ini  dilakukan variasi  berupa  pengadukan  larutan  dengan magnetic   stirrer yang  akan  dibandingkan  dengan  sampel   tanpa pengadukan.  Nilai  adsorba nsi  dari  sampel  diuji  dengan  spektrofom eter  uv-vis.

## 3. Pembahasan
Morfologi permukaan komposit ZnO/rGO  dilakukan dengan  menggunakan  SEM.  Karakterisasi ini diperlukan untuk  memastikan bahwa komposit terbentuk dengan  baik,  dengan kata lain  kedua  material (ZnO  dan  rGO) dapat  teramati  pada  permukaan  material.  Mikrograf  dari  komposit  ZnO/rGO  dapat  dilihat  pada  Gambar  1.
Wahyuni,  D., Nurhasanah,  N., Nurhanisa,  M. 2023. ZnO sebagai  fotokatalis Vol 9 (1),  2023
Morfologi  permukaan  GO  adalah  lembaran-lembaran  besar  yang  halus  meskipun    terdapat    kerutan,    seda ngkan ZnO  berupa  kumpulan  bola-bola  (Qu  dkk.,  2019).  Komposit  ZnO/rGO   yang  telah  disintesis   (Gam bar  1) menunjukkan  kumpulan  bola-bola  ZnO  menempel  pada  serpihan  GO.    Dengan    demikian,    proses    fabrikasi komposit  dapat  dilakukan  dengan  prosedur  yang  telah  dipaparkan.
Gambar 1 . Mikrograf komposit rGO/ZnO
Aktivitas  fotokatalisis komposit  ZnO/rGO (4  gr/L)  untuk  degradasi  warna  metilen  biru  dilakukan  dengan menggun akan sinar  matahari.  Sebagai  pemban ding,  eksperimen  fotodegradasi  juga  dilakukan  pada  ZnO  (4  gr/L). Dalam  penelitian ini, aktivitas fotokatalis dilihat dari persentase kandungan  warna  metilen biru pada s ampel. Nilai  persentase  kandungan  ini  diperoleh  dengan  membandingkan  nilai  adsorbansi  sampel  dengan  nilai adsorbansi maksimum yang terukur pada s pektrofotometer uv-vis. Tabel 1 menunjukkan aktivitas fotokatalisis material  ZnO  dan  ZnO/rGO  setelah  30  menit.  Pemilihan  waktu sampling ini  adalah karena  sebagian  besar  proses adsorpsi terjadi dalam waktu 30 menit (Nisar dkk., 2022). Iradiasi larutan metilen biru di bawah sinar matahari menunjukkan bahwa kandungan warna pada sampel larutan y ang mengalami proses pengadukan selalu lebih rendah daripada sampel tanpa pros es pengadukan. Fenomena ini terjadi pada kedua jenis material dengan ZnO berbeda sekitar  9%  dan  komposit  ZnO/rGO  adalah sekitar  30%.  Hal ini  menunjukkan  bahwa  proses  penga dukan memberikan  perbedaan  hasil  yang  signifikan  pada  kandungan  zat  warna.  Selain  itu,  jika  kandungan  warna metilen biru pada kedua  material dibandingkan setelah 30  menit, terlihat bahwa ZnO tidak dapat  mengalami proses fotokatalisis di bawah sinar tampak tanpa  pengadukan. Sebaliknya, ZnO/rGO  mampu  bekerja s ebagai fotokatalis  meskipun  tanpa  pengadukan,  dengan  pers entase  kandungan  warna  sebesar  74%.  Jika  dilakukan proses pengadukan, komposit rGO/ZnO memiliki persentase kandungan  warna 44%, atau sekitar  2 kali lebih rendah  daripada  material tunggal ZnO (91%). Hal ini menunjukkan bahwa  penambahan  material peny angga dapat memperbaiki kinerja katalis semikonduktor tunggal ZnO karena adanya  penambahan luas  permukaan aktif.
dwiriawahyuni@physics.untan.ac.id 18
Perlakuan ZnO Komposit rGO/ZnO Tanpa pengadukan 100% 74% Dengan pengadukan 91% 44%
Kinerja  fotokatalis  dipengaruhi  juga  oleh  jumlah  waktu  iradiasi.  Pada  penelitian  ini,  dilakukan  juga analisis degradasi warna per 30 menit selama 2 jam. Sec ara visual, sampel larutan metilen biru yang diberikan fotokatalis dapat dilihat pada Gambar 2. W arna larutan metilen biru per 30 menit tidak terlihat bany ak berubah kecuali pada sampel komposit ZnO/rGO  dengan pengadukan (Gambar 2(d)), yaitu  warna  biru  gelap berubah menjadi  biru  terang.
Gambar  2 .  Larutan  metilen  biru  setelah  iradiasi  dengan  sinar  tampak  dengan  penambahan:  (a)  ZnO  (tanpa pengadukan),  (b)  ZnO  (dengan  pengaduka n),  (c)  komposit  ZnO/rGO  (tanpa  pengadukan),  dan  (d)  komposit ZnO/rGO  (dengan  pengadukan)
Pengamatan  secara  visual  tidak  dapat  memberikan  kesimpulan  yang  pasti.  Oleh  karenany a,  uji spektrofotometri dilakukan untuk mendapatkan hasil kuantitatif. Penurunan kandungan zat warna metilen biru disajikan  dalam  bentuk  grafik yang  dapat  dilihat  pada  Gambar  3.  Secara  umum  terlihat  bahwa  terjadi  penu runan warna metilen biru pada semua sampel. Namun demikian, pada komposit rGO/ZnO  terjadi kenaikan pers entase kandungan zat warna setelah 1,5 jam penyinaran. Tidak diketahui secara pasti peny ebab fenomena ini, apakah terjadi kerusakan di permukaan fotokatalis atau kejenuhan  pada komposit.  Untuk  mengetahui  penyebabny a, tentu  saja  diperlukan  penelitian  lebih  lanjut.  Berdasarkan  Gambar  3,  dapat  dilihat  bahwa  laju  penurunan kandungan  warna  tercepat  adalah  pada  sampel  komposit  ZnO/rGO  dengan  proses  pengadukan,  sedangkan penurunan terlama adalah  pada fotokatalis tunggal ZnO  pada tanpa  pengadukan. Hasil ini konsisten  dengan hasil yang diperoleh pada saat iradiasi 30 menit. Hal ini menunjukkan bahwa ada korelasi positif antara waktu iradiasi dan  jumlah  kandungan  warna  pada  sampel.
Proses  pengadukan  dengan  menggunakan magnetic stirrer merupakan  pengadukan  dengan  frekuensi rendah  (Pirgholi-Givi  dkk.,  2020).  Pada  frekuensi  rendah,  efisiensi  fotokatalisis  bergantung  pada  kec epatan pengadukan larutan. Oleh karenanya, jika melihat pada sampel  komposit ZnO/rGO, kecepatan degradasi warna sangat tinggi  pada  1  jam pertama, yaitu  menurun  hingga  27%. Kecepatan degradasi akan  menurun bertahap akibat  konsumsi  fotokatalisis  hingga  mencapai  14%  dalam  waktu  2  jam.  Lebih  lanjut,  sampel  yang  tidak diberikan  pengadukan  memiliki laju  penurunan  yang  lebih lambat.
dwiriawahyuni@physics.untan.ac.id 19
Wahyuni,  D., Nurhasanah,  N., Nurhanisa,  M. 2023. ZnO sebagai  fotokatalis Vol 9 (1),  2023
Gambar 3 . Grafik penurunan  kandungan  zat warna  terhadap  waktu.
Berdasarkan  Gambar  3,  dapat  dilihat  bahwa  semakin lama  waktu  penyinaran,  kandungan  war na  semakin berkurang.  Selain  itu,  dapat  dilihat  juga  bahwa  sampel  dengan  proses  pengadukan  memiliki  penurunan kandungan  warna lebih baik bila dibandingkan dengan sampel tanpa  pengadukan. Berdasarkan hal ini, dapat disimpulkan  bahwa  pada penelitian ini, terdapat tiga faktor  pendukung dalam penurunan kandungan  warna metilen  biru,  yaitu  penambahan reduced  graphene  oxide (rGO)  pada  zink  oksida  (ZnO),  lamanya  waktu penyinaran,  dan  ada  tidaknya  proses  pengadukan  ( stirring ).

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan hal ini, dapat disimpulkan bahwa kinerja fotokatalis terbaik ada pada fotokatalis ZnO/rGO karena adanya penambahan luas permukaan aktif dibandingkan dengan ZnO tunggal. Efektivitas degradasi warna juga ditentukan  oleh adanya  proses pengadukan  yang  mempercepat  laju  degradasi  warna.

## Ucapan  Terima  Kasih
Penulis  ingin  mengucapkan  terima  kasih  kepada  FMIPA  Universitas  Tanjungpura  atas  pendanaan  penelitian  ini melalui  DIPA  Untan  Tahun  Anggara n  2022  Nomor:  SP  DIPA -023.17.2.677517/20 22  tanggal  17  November   2021 dengan  nomor  kontrak  2909/U N22.8/PT.00 /2022.

## Daftar  Pustaka
Ajmal, A., Majeed, I., Malik, R.N., Idriss, H., Nadeem, M.A., 2014. Principles and mechanisms of photocatalytic dye degradation on
TiO2
based photocatalysts:
A
comparative
overview. RSC Adv. 4, 37003 – 37026.
https://doi.org/10.1039/c4ra06658h Ankamwar, B.G., Kamble, V.B., Annsi, J.I., Sarma, L.S., Mahajan, C.M., 2017. Solar photocatalytic degradation of methylene blue by ZnO nanoparticles. J. Nanosci. Nanotechnol. 17, 1185 – 1192. https://doi.org/10.1166/jnn.2017.12579 Bemis,  R.,  Nelson, Ngatijo,  Nurjanah, S., Maghviroh, N., 2019. Sintesis dan karakterisasi fotokatalis ZnO/karbon aktif dan
dwiriawahyuni@physics.untan.ac.id 20
Wahyuni,  D., Nurhasanah,  N., Nurhanisa,  M. 2023. ZnO sebagai  fotokatalis Vol 9 (1),  2023
aplikasinya pada degradasi rhodamin B. Chempublish J. 4, 101 – 113. https://doi.org/10.22437/chp.v4i2.7936
Houari, M., Saidi, M., Tabet, D., Pichat, P., Khalaf, H., 2005. The Removal of 4 -chlorophenol and Dichloroacetic Acid in Water Using  Ti-,  Zr-  and  Ti/Zr-Pillared  Bentonites  as  Photocatalyst.  Am.  J.  Appl.  Sci.  2,  1136 – 1140. https://doi.org/10.3844/ajassp.2005.1136.1140
Lellis, B., Fávaro-Polonio, C.Z., Pamphile, J.A., Polonio, J.C., 2019. Effects of textile dyes on health and the environment and bioremediation
potential of living organisms. Biotechnol. Res. Innov. 3, 275 – 290.
https://doi.org/10.1016/j.biori.2019.09.001 Liu,  Q.,  2020.  Pollution  and  Treatment  of  Dye  Waste-Water.  IOP  Conf.  Ser.  Earth  Environ.  Sci.  514. https://doi.org/10.1088/1755 -1315/514/5/052001
Mirzaeifard,  Z.,  Shariatinia,  Z.,  Jourshabani,  M.,  Rezaei  Darvishi,  S.M.,  2020.  ZnO  Photocatalyst  Revisited:  Effective Photocatalytic  Degradation  of  Emerging  Contaminants  Using  S-Doped  ZnO  Nanoparticles  under  Visib le  Light  Radiation. Ind. Eng. Chem. Res. 59, 15894 – 15911. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.0c03192
Namratha, K., Kullaiah, B., Deepthi, B., 2018. Photo De-colorization of Cibacron Brilliant Yellow Dye Using ZnO Photo Catalyst under Sunlight. Prog. Petrochemical Sci. 1, 1 – 5. https://doi.org/10.31031/pps.2018.01.000505
Nisar, A., Saeed, M., Muneer, M., Usman, M., Khan, I., 2022. Synthesis and characterization  of  ZnO decorated  reduced  graphene oxide  (ZnO-rGO)  and  evaluation  of  its  photocatalytic  activity  toward  photodegradation  of  methylene  blue.  Environ.  Sci. Pollut.  Res.  29, 418 – 430.  https://doi. org/10.1007/s11356-021-13520-6 Pirgholi-Givi, G., Farjami-Shayesteh, S., Azizian-Kalandaragh, Y., 2020. The influence of irradiation intensity and stirring rate on  the photocatalytic  activity  of  titanium  dioxide  nanostructures  prepared by the  microwave -assisted  method for photodegradation of MB from water. Phys. B Condens. Matter 578. https://doi.org/10.1016/j.physb.2019.411886 Qu, G., Fan, G., Zhou, M., Rong, X., Li, T., Zhang, R., Sun, J., Chen, D., 2019. Graphene-Modified ZnO Nanostructures for Low- Temperature NO 2 Sensing. ACS Omega 4, 4221 – 4232. https://doi.org/10.1021/acsomega.8b03624
Tanaka,  K.,  Padermpole,  K.,  Hisanaga,  T.,  2000.  Photocatalytic  degradation  of  commercial  azo  dyes.  Water  Res.  34,  327 – 333.
https://doi.org/10.1016/S0043-1354(99)00093-7 Vasiljevic, Z.Z., Dojcinovic, M.P., Vujancevic, J.D., Jankovic-Castvan, I., Ognjanovic, M., Tadic, N.B., Stojadinovic, S., Brankovic, G.O.,  Nikolic,  M.  V.,  2020.  Photocatalytic  degradation  of  methylene  blue under natural  sunlight  using  iron  titanate nanoparticles prepared by a modified sol-gel method: Methylene blue degradation with Fe2TiO5. R. Soc. Open Sci. 7. https://doi.org/10.1098/rsos.200708
Vörösmarty, C.J., Green, P., Salisbury, J., Lammers, R.B., 2000. Global Water Resources : Vulnerability from Climate  Change and Population  Growth  Contemporary  Population  RelaGlobal  Water  Resources : Vulnerability  from  Climate  Change  and Population Growth Contemporary Population Relative to Demand per Dischargetive to D. Science (80 -. ). 289, 284 – 288. Wismayanti,  D.,  Diantariani,  N.,  Santi,  S.,  2015.  Pembuatan  Komposit  ZnO-Arang  Aktif  Sebagai  Fotokatalis  Untuk Mendegradasi Zat Warna Metilen Biru. J. Kim. 9, 109 – 116.
Zhao,  J.,  Ren, W.,  Cheng,  H.M.,  2012.  Graphene  sponge for efficient  and repeatable  adsorption  and  desorption  of  water contaminations. J. Mater. Chem. 22, 20197 – 20202. https://doi.org/10.1039/c2jm34128j