Sintesis Nanokomposit ZnO-SiO2 Menggunakan Proses Spray Pyrolysis Serta Pemodelan dengan Computational Fluid Dynamic (CFD)

Khasanah, Wahyuningsih Indah (2021) Sintesis Nanokomposit ZnO-SiO2 Menggunakan Proses Spray Pyrolysis Serta Pemodelan dengan Computational Fluid Dynamic (CFD). Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 02211950010005_Master-Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 October 2023. Download (3MB) | Request a copy

Abstract

ZnO merupakan material semikonduktor yang berpotensi sebagai fotokatalis pendegradasi zat warna dengan konversi cukup rendah. Salah satu cara untuk meningkatkan aktivitas fotokatalitiknya, diperlukan penambahan doping seperti SiO2, dan penelitian mengenai suhu optimum sintesa. Spray pyrolysis merupakan metode sintesis aerosol yang banyak diaplikasikan. Dalam metode spray pyrolysis sebagai sumber panas digunakan dinding yang dipanasi secara elektrik atau disebut tubular furnace. Suhu merupakan faktor yang cukup berpengaruh pada karakteristik nanopartikel yang dihasilkan, seperti ukuran partikel dan kristalinitas nanopartikel. Terdapat beberapa studi yang mendukung tema penelitian ini dari sisi eksperimental, namun penelitian dalam bentuk permodelan numerik atau simulasi masih terbilang jarang dilakukan. Oleh karena itu, dalam penelitian ini pengaturan suhu tubular furnace pada metode spray pyrolysis dalam pembentukan nanopartikel ZnO-SiO2 dilakukan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh suhu terhadap ukuran dan morfologi nanopartikel yang dihasilkan. Kemudian didukung dengan adanya simulasi menggunakan CFD untuk mengetahui aliran di dalam tubular furnace dan efek dari parameter kondisi yang ada. Variabel suhu tubular furnace yang digunakan pada penelitian ini adalah 200°C-400°C, 250°C-400°C, 300°C-400°C, 350°C-400°C and 400°C-400°C. Partikel yang dihasilkan kemudian dikarakterisasi menggunakan FTIR untuk mengetahu ikatan kimia dalam partikel, SEM-EDX untuk mengetahui morfologi partikel, XRD untuk mengetahui kristalinitas dan uji performa fotokatalis menggunakan methylene blue sebagai model zat warna organik dan sinar UV sebagai sumber cahaya utama. Hasil FTIR menunjukkan bahwa pada suhu 350°C-400°C area ikatan O-H memiliki nilai tertinggi sebesar 55266,5878 cm2. Semakin besar area ikatan O-H maka semakin tinggi aktivitas fotokatalis, dimana pada suhu 350°C-400°C %MDE mencapai 41,57%. Sedangkan dari hasil SEM, ukuran partikel yang didapatkan menurun seiring dengan meningkatnya suhu tubular furnace. Hasil ini memiliki pola yang sama dengan hasil simulasi. Diameter partikel terkecil adalah 519,9666 nm pada suhu 400°C-400°C. Hasil XRD menunjukkan bahwa ukuran kristal naik seiring dengan kenaikan suhu tubular furnace.
=======================================================================================================
ZnO is a semiconductor material that has the potential as a photocatalyst to degrade dyes with a fairly low conversion. One way to increase its photocatalytic activity is to add doping such as SiO2, and research on the optimum temperature for synthesis. Spray pyrolysis is an aerosol synthesis method that is widely applied. In the spray pyrolysis method as a heat source, an electrically heated wall or tubular furnace is used. Temperature is a factor that is quite influential on the characteristics of the resulting nanoparticles, such as particle size and nanoparticle crystallinity. There are several studies that support the theme of this research from an experimental point of view, but research in the form of numerical modeling or simulation is still relatively rare. Therefore, in this study, setting the temperature of the tubular furnace on the spray pyrolysis method in the formation of ZnO-SiO2 nanoparticles was carried out to determine how much temperature influence the size and morphology of the resulting nanoparticles. Then it is supported by a simulation using CFD to determine the flow in the tubular furnace and the effect of the existing condition parameters. The tubular furnace temperature variables used in this study were 200°C-400°C, 250°C-400°C, 300°C-400°C, 350°C-400°C and 400°C-400°C. The resulting particles were then characterized using FTIR to determine the chemical bonds in the particles, SEM-EDX to determine particle morphology, XRD to determine crystallinity and photocatalyst performance tests using methylene blue as a model for organic dyes and UV light as the main light source. The FTIR results show that at a temperature of 350°C-400°C the O-H bond area has the highest value of 55266.5878 cm2. The larger the area of the O-H bond, the higher the photocatalyst activity, where at a temperature of 350°C-400°C %MDE reached 41.57%. Meanwhile, from the SEM results, the particle size obtained decreases as the temperature of the tubular furnace increases. These results have the same pattern as the simulation results. The smallest particle diameter is 519.9666 nm at a temperature of 400°C -400°C. The XRD results show that the crystal size increases with the increase in the temperature of the tubular furnace.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	Nanopartikel, Spray pyrolysis, Tubular furnace, CFD Nanoparticle, Spray pyrolysis, Tubular furnace, CFD
Subjects:	T Technology > TA Engineering (General). Civil engineering (General) > TA357 Computational fluid dynamics. Fluid Mechanics T Technology > TP Chemical technology > TP248 Nanogels. Nanoparticles.
Divisions:	Faculty of Architecture, Design, and Planning > Architecture
Depositing User:	Wahyuningsih Indah Khasanah
Date Deposited:	22 Aug 2021 05:52
Last Modified:	22 Aug 2021 05:52
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/88078

Actions (login required)

View Item