Sintesis Silika Mesopori dari Coal Fly Ash (CFA) dalam TiO2/ZnO@MCM-41

Hakim, Ardi Lukman (2024) Sintesis Silika Mesopori dari Coal Fly Ash (CFA) dalam TiO2/ZnO@MCM-41. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5004201040-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 October 2026. Download (8MB) | Request a copy

Abstract

Kebutuhan energi global yang meningkat memicu penggunaan Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) berbahan bakar batu bara meningkat, menghasilkan limbah abu layang batubara atau Coal Fly Ash (CFA). Produksi limbah CFA ±750.000 ton per tahun di PLTU Suralaya, pemanfaatan kembali limbah ini menjadi tantangan. CFA memiliki kandungan silika (SiO2), alumina (Al2O3), dan besi oksida (Fe2O3) yang tinggi, potensial sebagai bahan dasar pembuatan silika mesopori MCM-41. MCM-41 memiliki struktur heksagonal, stabilitas termal tinggi, dan luas permukaan besar, cocok untuk aplikasi adsorben dan katalis. Penelitian ini bertujuan mensintesis dan mengkarakterisasi MCM-41 dari CFA, serta pengaruhnya sebagai pembawa nanopartikel TiO2/ZnO dalam fotokatalisis limbah pewarna metilen biru. Ekstraksi natrium metasilikat berhasil melalui metode alkali-fusi dan hidrotermal untuk sintesis MCM-41, diperoleh serbuk berwarna putih. Sintesis komposit dilakukan melalui metode impregnasi dan solvotermal, menghasilkan variasi komposit 15TiO2/85ZnO@MCM-41 (15TZM), 25TiO2/75ZnO@MCM-41 (25TZM), dan 35TiO2/65ZnO@MCM-41 (35TZM). Karakterisasi dengan XRD menunjukkan struktur mesopori heksagonal MCM-41, dengan puncak karakteristik pada 2θ < 10°. FTIR mengidentifikasi gugus Ti–O, Zn–O, dan Si–O. Adsorpsi-desorpsi N2 mengungkap isoterm tipe-IV dengan luas permukaan MCM-41 sebesar 1013,73 m²/g, berkurang menjadi 457,814 m²/g pada 35TZM. SEM menunjukkan partikel nano TiO2/ZnO tersebar heterogen pada permukaan MCM-41. EDX mengonfirmasi keberadaan unsur Ti, Zn, Si, Al, O, dan C. Hasil uji menunjukkan bahwa kombinasi TiO2/ZnO dengan MCM-41 meningkatkan kapasitas adsorpsi dan efisiensi fotodegradasi MB. Adsorpsi pada MCM-41 mencapai kesetimbangan pada 60 menit, sedangkan komposit 15TZM, 25TZM, dan 35TZM mencapai kesetimbangan lebih cepat dengan kapasitas yang lebih tinggi. Adsorpsi MB oleh MCM-41, 15TZM, 25TZM, dan 35TZM mengikuti kinetika adsorpsi orde dua semu, yang menunjukkan kemisorpsi. Adsorpsi MB oleh 15TZ, 25TZ, dan 35TZ mengikuti kinetika adsorpsi orde satu semu, yang menunjukkan fisisorpsi pada permukaan adsorben yang homogen. Isotermal adsorpsi menunjukkan adsorpsi mencapai maksimum pada konsentrasi awal 80 mg/L, dan kapasitas adsorpsi maksimum pada 140 mg/L. Semua material mengikuti model isoterm Langmuir, menunjukkan adsorpsi monolayer. Fotokatalitik MB oleh komposit mengikuti kinetika orde satu, dengan 35TZM menunjukkan efisiensi tertinggi, mencapai 99,21% degradasi. Aktivitas fotokatalitik tinggi dikarenakan luas permukaan besar dan lebih banyak situs aktif pada TiO2. Penelitian ini menunjukkan bahwa MCM-41 dari CFA efektif sebagai pembawa nanopartikel TiO2/ZnO, meningkatkan aktivitas fotokatalitik dalam degradasi limbah pewarna metilen biru. Temuan ini memberikan solusi pemanfaatan limbah PLTU sekaligus pengembangan material fotokatalis yang efisien dalam pengolahan polusi organik
======================================================================================================================================
The increasing global energy demand has triggered the increased use of coal-fired Steam Power Plants (PLTU), producing coal fly ash (CFA) waste. CFA waste production is ±750,000 tons per year at PLTU Suralaya, reusing this waste is a challenge. CFA has a high content of silica (SiO2), alumina (Al2O3), and iron oxide (Fe2O3), potential as a basic material for making MCM-41 mesoporous silica. MCM-41 has a hexagonal structure, high thermal stability and large surface area, suitable for adsorbent and catalyst applications. This research aims to synthesize and characterize MCM-41 from CFA, as well as its effect as a carrier for TiO2/ZnO nanoparticles in the photocatalysis of methylene blue dye waste. Extraction of sodium metasilicate was successful via alkali-fusion and hydrothermal methods for the synthesis of MCM-41, resulting in a white powder. Composite synthesis was carried out via impregnation and solvothermal methods, producing composite variations 15TiO2/85ZnO@MCM-41 (15TZM), 25TiO2/75ZnO@MCM-41 (25TZM), and 35TiO2/65ZnO@MCM-41 (35TZM). Characterization by XRD shows the hexagonal mesoporous structure of MCM-41, with a characteristic peak at 2θ < 10°. FTIR identified Ti–O, Zn–O, and Si–O clusters. N2 adsorption-desorption revealed a type-IV isotherm with an MCM-41 surface area of ​​1013.73 m²/g, reducing to 457.814 m²/g at 35TZM. SEM shows that TiO2/ZnO nanoparticles are heterogeneously distributed on the surface of MCM-41. EDX confirmed the presence of the elements Ti, Zn, Si, Al, O, and C. Test results showed that the combination of TiO2/ZnO with MCM-41 increased the adsorption capacity and photodegradation efficiency of MB. Adsorption on MCM-41 reached equilibrium at 60 minutes, while the 15TZM, 25TZM, and 35TZM composites reached equilibrium more quickly with higher capacities. The adsorption of MB by MCM-41, 15TZM, 25TZM, and 35TZM followed pseudo second-order adsorption kinetics, indicating chemisorption. The adsorption of MB by 15TZ, 25TZ, and 35TZ followed pseudo-first order adsorption kinetics, indicating physisorption on a homogeneous adsorbent surface. The adsorption isothermal shows that adsorption reaches a maximum at an initial concentration of 80 mg/L, and a maximum adsorption capacity at 140 mg/L. All materials follow the Langmuir isotherm model, indicating monolayer adsorption. Photocatalytic MB by the composite followed first-order kinetics, with 35TZM showing the highest efficiency, reaching 99.21% degradation. The high photocatalytic activity is due to the large surface area and more active sites on TiO2. This research shows that MCM-41 from CFA is effective as a carrier for TiO2/ZnO nanoparticles, increasing photocatalytic activity in the degradation of methylene blue dye waste. These findings provide a solution for utilizing PLTU waste as well as developing efficient photocatalyst materials in processing organic pollution

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Abu Layang Batubara, Fotokatalisis, MCM-41, Metilen Biru, TiO2/ZnO Coal Fly Ash, MCM-41, Methylene Blue, Photocatalysis, TiO2/ZnO
Subjects:	Q Science > QD Chemistry > QD502 Chemical kinetics Q Science > QD Chemistry > QD63 Extraction Q Science > QD Chemistry > QD716 Photocatalysis.
Divisions:	Faculty of Science and Data Analytics (SCIENTICS) > Chemistry > 47201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Ardi Lukman Hakim
Date Deposited:	20 Aug 2024 07:09
Last Modified:	20 Aug 2024 07:09
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/113544

Actions (login required)

View Item