Sintesis dan Karakterisasi Membran Geopolimer Fotokatalis Berbasis Metakaolin untuk Pemisahan dan Penguraian Zat Warna

Nurlina, Nurlina (2025) Sintesis dan Karakterisasi Membran Geopolimer Fotokatalis Berbasis Metakaolin untuk Pemisahan dan Penguraian Zat Warna. Doctoral thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 7004211004-Dissertation_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (11MB) | Request a copy

Abstract

Air bersih merupakan salah satu target fundamental dari Tujuan Pembangunan Berkelanjutan (SDGs) 2030. Banyak teknologi telah dipelajari sebagai upaya menyediakan air bersih, salah satunya adalah membran. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan formulasi sintesis membran geopolimer berbasis metakaolin dari kaolin lokal dengan permeabilitas dan rejeksi yang tinggi serta kemampuan mekanik yang tinggi, dan mengukur kinerja membran geopolimer dengan fotokatalis TiO2 dalam pemisahan metilen biru.
Prosedur penelitian melibatkan empat tahapan. Tahapan pertama adalah mensintesis geopolimer berbasis metakaolin dari kaolin lokal Kalimantan Barat, dilanjutkan dengan tahapan kedua yaitu mensintesis membran geopolimer (MG) dengan penambahan larutan H2O2 7% penambahan 1,5-3,5 %b/b dan penambahan serat karbon sebagai reinforcement (MGC). Tahapan ketiga adalah mensintesis membran geopolimer fotokatalis (MF) dengan penambahan nanopartikel TiO2, Fe3O4 serta komposit TiO2-Fe3O4. Selanjutnya, tahapan keempat adalah uji adsorpsi dan filtrasi membran geopolimer dan membran geopolimer fotokatalis terhadap metilen biru (MB). Metakaolin yang digunakan sebagai bahan aluminosilikat diperoleh dari hasil kalsinasi kaolin pada suhu 550℃ selama 2 jam. Geopolimer yang disintesis dengan rasio massa Na2SiO3/ NaOH sebesar 1,1 dan konsentrasi NaOH 10 M menghasilkan rasio mol SiO2/Al2O3, Na2O/SiO2 Na2O/Al2O3 dan H₂O/Na2O berturut-turut sebesar 3,5; 0,3; 0,9 dan 11,8. Geopolimer yang dengan kuat tekan 56.08 ± 3.9 MPa digunakan formulasi sintesisnya untuk membuat membran geopolimer. Uji adsorpsi dan filtrasi MB menunjukkan kemampuan adsorpsi MB oleh MG-MGC berbanding lurus dengan porositas, volume open pores serta permeabilitas air dan MB, namun berbanding terbalik dengan rejeksi MB. Permeabilitas tertinggi dicapai oleh MG dan MGC berturut-turut dengan nilai 96,31 dan 29,55 L/m2.jam.bar, sedangkan rejeksi tertinggi dicapai oleh MG dan MGC berturut-turut adalah 99,85% dan 99,00%. MGC dilanjutkan untuk dimodifikasi dengan fotokatalis. Sama halnya dengan hasil pada MG-MGC, permeabilitas tertinggi dicapai oleh MF dengan porositas yang besar dan sebaliknya untuk rejeksi. Permeabilitas MB tertinggi pada kondisi gelap dan terang berturut-turut dari 16,82 menjadi 28,66 L/m2.jam.bar, sedangkan rejeksi MB tertinggi pada kondisi gelap dan terang berturut-turut 84,97 menjadi 100%. Hasil LC-MS terhadap permeat membuktikan terjadi degradasi MB dengan m/z 284 menjadi fragmen dengan m/z 214, 183 dan 98. Pada akhirnya dapat disimpulkan bahwa membran geopolimer fotokatalis berbasis metakaolin dari kaolin lokal Kalimantan Barat mempu membuktikan adanya kombinasi proses adsorpsi, filtrasi dan fotodegradasi yang berperan dalam pemisahan dan penguraian metilen biru.
==================================================================================================================================
Clean water is one of the fundamental targets of the 2030 Sustainable Development Goals (SDGs). Numerous technologies have been explored to provide clean water, among which membrane-based filtration is a promising approach. This study aims to develop a geopolymer membrane formulation synthesized from metakaolin derived from local Kalimantan Barat kaolin, targeting high permeability, high rejection rate, and strong mechanical performance. In addition, the study evaluates the performance of the geopolymer membrane combined with TiO₂ photocatalysts in the separation of methylene blue (MB).
The research was conducted in four stages. The first stage involved synthesizing metakaolin-based geopolymers from local kaolin through calcination at 550 °C for 2 hours. In the second stage, geopolymer membranes were fabricated by incorporating 7% H₂O₂ and carbon fiber as reinforcement. In the third stage, photocatalytic geopolymer membranes (PM) are synthesized by incorporating TiO₂, Fe₃O₄ nanoparticles, and TiO₂–Fe₃O₄ composites. The final stage includes adsorption and filtration tests of both the geopolymer and photocatalytic geopolymer membranes toward methylene blue.
The metakaolin used as the aluminosilicate precursor was obtained via calcination of local kaolin at 550 °C for 2 hours. The geopolymer was synthesized using a Na₂SiO₃/NaOH mass ratio of 1.1 and a NaOH concentration of 10 M, resulting in molar ratios of SiO₂/Al₂O₃, Na₂O/SiO₂, Na₂O/Al₂O₃, and H₂O/Na₂O of 3.5, 0.3, 0.9, and 11.8, respectively. The geopolymer formulation that achieved a compressive strength of 56.08 ± 3.9 MPa was adopted for membrane synthesis. Adsorption and filtration tests of MB revealed that the MB adsorption capacity of GM and GMC membranes increased with porosity, open pore volume, and water/MB permeability, but decreased with MB rejection. The highest permeability was observed in GM and GMC at 96.31 and 29.55 L/m²·h·bar, respectively, while the highest rejection reached 99.85% and 99.00%. GMC was further modified with photocatalysts. Similar to the results for GM and GMC, the highest permeability in photocatalytic membranes (PM) was achieved with high porosity, whereas rejection was inversely related. The highest MB permeability under dark and light conditions increased from 16.82 to 28.66 L/m²·h·bar, while the highest MB rejection improved from 84.97% to 100%. LC–MS analysis of the permeate confirmed MB degradation from m/z 284 to a fragment of m/z 214, 183 and 98. In conclusion, the photocatalytic geopolymer membrane synthesized from metakaolin derived from local West Kalimantan kaolin successfully demonstrated the synergistic effects of adsorption, filtration, and photodegradation processes in the separation and decomposition of methylene blue.

Item Type:	Thesis (Doctoral)
Uncontrolled Keywords:	membran geopolimer, fotokatalis, metakaolin, serat karbon, TiO2/Fe3O4, geopolymer membrane, photocatalysts, metakaolin, carbon fiber, TiO2/Fe3O4
Subjects:	Q Science > QD Chemistry Q Science > QD Chemistry > QD63.S4 Separation (Technology) Q Science > QD Chemistry > QD716 Photocatalysis.
Divisions:	Faculty of Science and Data Analytics (SCIENTICS) > Chemistry > 47001-(S3) PhD Thesis
Depositing User:	Nurlina .
Date Deposited:	01 Sep 2025 02:38
Last Modified:	01 Sep 2025 02:38
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/128169

Actions (login required)

View Item