8
LANDASAN TEORI
A. Tinjauan Pustaka 1. Komposit Fe2O3/TiO2
Komposit merupakan susunan dari minimal dua senyawa yang bekerjasama atau menyatu untuk menghasilkan bahan dengan sifat yang berbeda dari sifat senyawa penyusunnya baik secara fisik maupun kimia. Komposit Fe2O3/TiO2 merupakan gabungan dua semikonduktor dengan perbedaan band gap yang cukup besar, dimana TiO2 memiliki band gap 3,2 eV (Hoffmann et al.,1995) sedangkan Fe2O3 memiliki band gap 2,2 eV (Liu dan Gao, 2006)
Komposit Fe2O3/TiO2 memiliki band gap 2,6 eV berdasarkan penelitian Banisharif et al. (2015). TiO2 dan Fe2O3 sering digunakan sebagai material katalis atau pendukung material katalis begitu juga dengan komposit Fe2O3/TiO2 dengan aktivitas fotokatalis yang lebih baik terhadap sinar visibel sehingga dapat menggunakan cahaya matahari sebagai sumber foton yang banyak tersedia di alam (Liu dan Gao, 2006).
Penelitian komposit TiO2 dan Fe2O3 semakin berkembang karena kemampuannya yang dapat menangkap sinar UV dan Visibel. Komposit TiO2- Fe2O3 sebagai fotokatalis dapat menangkap cahaya tampak karena celah sempit dari Fe2O3. Fe2O3 akan bereaksi dengan TiO2 dan menghasilkan senyawa oksida besi titanium seperti FeTiO3. Elektron dalam pita valensi FeTiO3 akan tereksitasi ke pita konduksi dari FeTiO3, selanjutya akan diinisiasikan ke pita konduksi dari TiO2. Hal ini menyebabkan penurunan rekombinasi elektron, yang mengakibatkan peningkatan aktivitas fotokatalitik (Ye dan Ohmori, 2002). Dari penelitian yang telah dilakukan oleh Hong Liu et al. (2011) menunjukkan bahwa apabila dibandingkan dengan TiO2 murni, maka komposit Fe2O3/TiO2 menunjukkan aktifitas fotokatalitik yang sangat bagus untuk degradasi auramin dibawah sinar tampak.
Liu dan Gao (2006) dalam penelitiannya menyatakan bahwa komposit TiO2-Fe2O3 dapat dibuat dengan menggunakan metode sol-gel melalui beberapa tahapan yang diawali dengan aktivasi TiO2 kemudian pembentukan sol dari TiO2
berubah menjadi gel. Chen, et al. (2013) telah melakukan sintesis nano-komposit Fe2O3-TiO2 dengan menggunakan metode baru yaitu pulsed laser gas phase evaporation-liquid phase collection. Dimana nanokomposit Fe2O3-TiO2 yang berhasil disintesis mengandung TiO2 dan Fe2O3 dengan dua struktur kristal yaitu rutil dan anatase.
2. Titanium Dioksida (TiO2)
Titanium merupakan unsur logam golongan IVB memiliki titik leleh 1675
⁰C dan berat atom 47,90. Titanium memiliki konfigurasi elektron (Ar) 3d2 4s2. Energi untuk mengeluarkan empat elektron begitu besar sehingga ion Ti4+ praktis tidak ada secara bebas. Senyawaan Titanium (IV) merupakan senyawa kovalen.
Titanium dioksida (TiO2) mempunyai berat molekul 79,90 (Cotton dan Wilkinson, 1989). TiO2 (Titanium dioxide) merupakan semikonduktor tipe n yang memiliki band gap 3,2 eV (Ezmaeilzadeh et al. 2014). Umumnya TiO2
dimanfaatkan sebagai pigmen pada cat (51% dari produksi total), plastik (19%) dan kertas (17%) yang menggambarkan aplikasi TiO2 pada sektor habis pakai (Carp et al., 2004).
Titanium dioksida diketahui memiliki tiga bentuk polimorf yang berbeda yaitu : rutile, anatase dan brookite (Gambar 1). Fase rutile yang memiliki band gap 3,00 eV, merupakan bentuk yang stabil dari kristal TiO2 sementara fase anatase dan brookite dengan band gap masing – masing 3,21 eV dan 3,13 eV, merupakan bentuk metastabil dari TiO2. Fase anatase TiO2 banyak digunakan di panel surya dan fotokatalis (Reyes-Coronado et al., 2008).
Gambar 1. Struktur TiO2 rutile (a), anatase (b) dan brookite (c) (Mohamad et al.,2015).
Titanium dioksida telah digunakan dalam berbagai bidang seperti fotokatalis, sensor (Devi et al., 2002), fotoelektrokimia (Vuorema et al., 2012) dan sel surya. Dalam aplikasinya pada fotokatalis dan sel surya, umumnya digunakan TiO2 pada fase anatase karena mempunyai kemampuan fotokatalik yang tinggi. Selain itu untuk meningkatkan kinerja sistem, struktur nanokristal dan juga luas permukaan yang tinggi dari TiO2 adalah faktor yang penting untuk meningkatkan densitas dan transfer elektron (Carp, 2004)
3. Metode Pirometalurgi dan Hidrometalurgi
Metode pirometalurgi merupakan proses pemurnian mineral dengan cara pemanasan pada temperatur tinggi menggunakan agen pereduksi atau disebut juga pelelehan. Metode hidrometalurgi merupakan metode basah, dilakukan pada kondisis titik didih pelarutnya (Habashi, 2001). Dalam hidrometalurgi biasanya menggunakan pelarut asam atau senyawa pengompleks.
Mineral pasir besi terdapat senyawa ilmenite. Sifat-sifat Ilmenite diantaranya adalah termasuk bahan magnetik lemah, berwarna gelap, rapuh dan tak tembus cahaya. Ilmenite memiliki struktur kristal hexagonal, group ruang R3, titik leleh 1050 oC dan densitas 2400 kg/m2 - 2700kg/m2 (Chatterjee, 2007).
Besarnya kandungan besi dan titanium dalam pasir besi pada satu daerah berbeda dengan daerah lainnya. Bijih Besi dari Mesir memiliki kandungan 86,7%
Fe2O3, 0,95% TiO2 dan 1,84% SiO2 (Baioumy et al., 2013). Kumari et al. (2010) dalam penelitiannya melaporkan bahwa bijih besi yang berasal dari Karnataka, India memiliki komposisi kimia dengan kadar seperti Fe 63,84%; SiO2 2,64%;
Al2O4 3,98%; CaO 0,14%, dan MgO 0,08%. Ningrum (2010) memaparkan sampel bijih besi yang diperoleh dari Kecamatan Batu Licin, Kabupaten Kota Baru Kalimantan Selatan mengandung Fe 56,6%; SiO2 5,25%; TiO2 0,52%.
Metode pirometalurgi atau pemanggangan terhadap pasir besi merupakan proses terhadap pasir besi yang menyebabkan difusi ion O2- ke dalam seluruh lapisan partikel sehingga komponen yang terdapat dalam ilmenite dalam pasir besi akan terdekomposisi. Terdekomposisinya ilmenite yang terdapat dalam pasir besi
karena terjadi proses oksidasi sebagai akibat terdifusinya ion O2-. reaksi yang terjadi adalah (Zhang dan Otrovski, 2002).
2FeTiO3 + ½O2(g) Fe2O3 + 2TiO2 (1) Pemanggangan dilakukan pada suhu tinggi. Vasquez dan Molina (2008) melakukan pemanggangan terhadap ilmenite pada suhu 700, 800, 900 dan 1050
°C dimana pada suhu 700 °C terbentuk hematite dan rutile. Menurut Bhogeswara dan Rigaud (1975) pemanggangan pada suhu 770 – 890 °C menghasilkan hematite (Fe2O3) dan pseudorutile (Fe2Ti3O9), suhu diatas 900 °C akan menhasilkan pseudobrookite (Fe2TiO5) dan rutile.
Selain pemanggangan pada suhu tinggi, penambahan garam alkali dapat meningkatkan dekomposisi dari pasir besi maupun ilmenite di dalam pasir besi.
Hasan dan Begum. (2007) dalam penelitiannya menambahkan Garam alkali pada saat pemanggangan dengan temperatur 800 °C. Pelarutan dengan H2SO4 6 N pada rasio ilmenite:Garam alkali = 1:2 mampu melarutkan 91,5% Fe dan 93,68%
Ti. Sementara itu Setiawati et al. (2013) menambahkan NaHCO3 pada proses pemanggangan pasir besi menunjukkan bahwa peningkatan suhu akan mempermudah reaksi antara pasir besi dengan NaHCO3. Hal ini menunjukkan bahwa kenaikan suhu pemanggangan mempengaruhi reaktifitas dari senyawa oksida besi dimana besi menjadi lebih mudah dihilangkan melalui proses leaching. NaHCO3 yang digunakan diperkirakan merusak struktur kristal ilmenite dari pasir besi. Zhu et al. (2012) melaporkan pada penelitiannya bahwa penambahan natrium karbonat pada lumpur merah pada saat pemanggangan meningkatkan pemisahan antara Fe dan mineral lainnya.
Proses pelarutan atau proses hidrometalurgi merupakan proses pelarutan dengan asam. Proses pelarutan (leacing) ini bertujuan untuk memecahkan bijih atau konsentrat dari bahan yang akan diekstraksi untuk memisahkan atau menghasilkan mineral yang berharga. Proses pelarutan dengan asam biasanya menggunakan HCl dan H2SO4. Menurut Fouda et al. (2010). Reaksi yang mungkin terjadi pada saat proses pelarutan dengan HCl (persamaan 2) dan H2SO4
(persamaan 3).
FeTiO3(s) + 4HCl(aq) FeCl2(aq) + TiOCl2(aq) + 2H2O(aq) (2)
FeTiO3(s) + 2H2SO4(aq) FeSO4(aq) + TiOSO4(aq) + 2H2O(aq) (3) Proses perolehan komposit Fe2O3/TiO2 dapat dilakukan dengan pengendapan menggunakan basa atau penguapan solvent. Smith et al. (2010) dalam penelitiannya melakukan sintesis Fe2O3/TiO2 dari bijih ilmenite dengan pelarut H2SO4. Larutan yang diperoleh diuapkan untuk memperoleh endapan Fe2O3-TiO2. Liu et al. (2011) melakukan sintesis Fe2O3/TiO2 dengan menggunakan prekursor Fe2(SO4)3 dan Ti(SO4)2 dan menggunakan metode hidrotermal.
4. Fotokatalis
Fotokatalis didefinisikan sebagai fotoreaksi (reaksi yang memanfaatkan absorbsi energi cahaya) yang dipercepat oleh adanya katalis yang menurunkan energi aktivasi sehingga mempercepat proses reaksi. Jika suatu semikonduktor dikenai cahaya (foton) sebesar hυ, maka (e) pada pita valensi akan mengabsorpsi energi foton tersebut dan pindah ke tingkat energi yang lebih tinggi yaitu pita konduksi, akibatnya akan meninggalkan lubang positif pada pita valensi. Sebagian besar elektron dan hole berkombinasi kembali di dalam semikonduktor dengan mengemisi kalor, sedangkan sebagian lagi bertahan pada permukaan semikonduktor (Chatterjee dan Dasgupta, 2005).
Menurut Wang dan Lewis (2006), secara lengkap reaksi yang terjadi di dalam sistem dapat dituliskan sebagai berikut :
TiO2 + hυ hole+ + e-
Ketika TiO2 dikenai cahaya UV dengan energi hυ mengakibatkan eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi (e- ), dan meninggalkan hole (h+) pada pita valensi.
Hole+ h+
Sebagian elektron dan hole terjebak pada permukaan semikonduktor.
H2O H+ + OH-
h+ + OH- OH•
e- + M (n)+ M(n – 1)+
h+ mengoksidasi air atau ion OH membentuk radikal hidroksil yang juga berperan sebagai agen detoksikasi.
OH• + substrat organik produk
Terdapat 2 jenis fotokatalis yaitu fotokatalis homogen dan fotokatalis heterogen. Proses fotokatalis heterogen biasanya melibatkan mineralisasi parsial atau penuh dari zat warna organik oleh spesies aktif yang terdapat pada permukaan TiO2. Pada saat TiO2 disinari dengan sinar UV, elektron akan tereksitasi dari pita valensi menuju ke pita konduksi dan membentuk hole yang bermuatan positif dan elektron yang bermuatan negatif pada permukaan katalis.
Hole akan bereaksi dengan air atau ion hidroksil membentuk radikal hidroksil.
Elektron pada pita konduksi di permukaan katalis dapat mereduksi molekul oksigen menjadi anion superoksida. Hidroksil (HO•) dan radikal superoksida (O2-
) merupakan spesies yang reaktif yang akan mengoksidasi senyawa organik (Mills dan Le Hunte,1997)
Gambar 2. Transisi Elektronik Antara TiO2 dan Fe2O3 (Ahmed et al.,2013) H2O
OH• + H+
O2 O2•-
+ HO2•
Fe3+ + e Fe2+
Fe3+ + hvb+
Fe4+
Fe2+ hvb+ Fe3+
Pada konsentrasi Fe2O3 yang rendah, spesies Fe3+ berperan sebagai penangkap h+/e-, yang mencegah rekombinasi elektron-hole dan meningkatkan sifat optik dari Titania seperti yang disampaikan oleh Zhou et al. dan Huang et al.
Fe3+ + e- Fe2+
Fe2+ + O2 (ads) Fe3+ + O2- Fe2+ + Ti4+ Fe3+ + Ti3+
Fe3+ + hvb+
Fe4+
Fe4+ + OH- Fe3+ + OH- Fe3+ + e- Fe2+
Fe2+ + h+vb Fe3+
Sebuah elektron dari TiO2 Anatase dan Fe2O3 berpindah dari pita valensi menuju ke pita konduksi, hal ini akan menyebabkan terbentuknya hole pada pita valensi. Karena posisi pita valensi dari Fe2O3 lebih rendah dari TiO2 maka dapat berperan sebagai penerima fotoelektronik (Gambar 2). Elektron dari pita konduksi TiO2 akan menuju pita konduksi dari Fe2O3. Karena hole berpindah ke arah yang berlawanan dengan elektron, hole yang bermuatan positif di pita valensi akan bereaksi dengan OH memproduksi spesies radikal hidroksi. Elektron yang ada di permukaan Fe2O3 akan bereaksi dengan O2 membentuk radikal O2-
dan hidrogen peroksida. Radikal hidroksi OH•, dapat bereaksi dengan produk antara untuk mendekomposisi zat warna (Ahmed et al.,2013).
Sumber cahaya radiasi pada percobaan fotokatalis dapat menggunakan sumber sinar UV maupu visibel. Salah satu lampu yang bisa digunakan adalah lampu wolfram. Lampu wolfram merupakan sumber cahaya visibel yang dapat digunakan sebagai sumber sinar pada saat uji aktifitas fotokatalitik dari suatu material. Spektra dari lampu wolfram seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 3.
Gambar 3. Spektra sinar matahari dan lampu filamen tungsten (Bashar, 1998)
5. Rhodamin B
Rhodamin B merupakan zat warna sintesis yang umumnya digunakan sebagai zat warna kertas, tekstil atau tinta. Zat tersebut dapat menyebabkan iritasi pada saluran pernapasan dan merupakan zat karsinogenik apabila digunakan untuk pewarna bahan pangan. Rhodamin B adalah zat warna sinteris berbentuk serbuk kristal berwarna kehijauan, berwarna merah terang berpendar pada konsentrasi rendah (Budianto, 2008).
Menurut Chen, et al. (2013) terdapat parameter yang mempengaruhi degradasi dari Rhodamin B. Parameter tersebut seperti pH, perbandingan Molar dan konsentrasi dari katalis.
Rhodamin B biasanya digunakan sebagai zat warna tekstil dan makanan (Richardson, 2004). Struktur dari rodamin B dilaporkan pada Gambar 4.
Radiancy (Wm-2 μm-1 ) Cahaya Matahari. T = 4500 K
Lampu Filamen Tungsten.
T = 3100 K
Gambar 4. Struktur Rhodamine B (R. Nagaraja et al., 2012)
Menurut Mahadik, et al. (2014) fotoelektroda film tipis TiO2/Fe2O3 memiliki efek degradasi zat warna rhodamin B relatif lebih tinggi bila dibandingkan dengan TiO2 dan Fe2O3. Hasil penelitian menunjukkan efisiensi degradasi rhodamin B sebesar 98% setelah 20 menit dibawah radiasi sinar visibel dengan arus 1,5 V. Hal tersebut menunjukkan bahwa fotoelektroda TiO2/α-Fe2O3
merupakan material yang menjanjikan sebagai penghilang polutan air.
6. Karakterisasi a. Difraksi Sinar X
Difraksi sinar X atau biasa disebut XRD merupakan alat yang digunakan untuk mengetahui pengaturan atom – atom dalam sebuah tingkat molekul.
Pengaturan atom – atom tersebut dapat diinterpretasikan melalui analisa d spasing bahan dan perubahan struktur mesopori dapat pula diketahui melalui data difraksi sinar X. Difraktogram XRD disajikan dalam Gambar 5.
2θ
Gambar 5. Difraktogram dari Sulfat Fe2O3-TiO2 (SFT) variasi temperatur kalsinasi. A – anatase, R – rutile, # - FeTiO3, F – Fe2O3, T – Fe2TiO5, @ - sulfat Fe2O3-TiO2 dan * - Fe2TiO4 (Smith et al. 2010).
Gambar 5 menunjukkan difraktogram dari Fe2O3-TiO2 yang disintesis dari ilmenite. Smith et al.(2010) melakukan analisa difraktogram Gambar 4 dengan cara dibandingkan dengan standar JCPDS. Puncak pada 2θ = 27,5, 36,1 dan 41,3 merupakan puncak karakteristik dari rutile (PDF#: 881172). Pada 2θ = 25,4 merupakan puncak karakteristik dari anatase (PDF#: 894203). Puncak hematite ditunjukkan pada 2θ = 54,5 (PDF#890599).
Nilai d spasing sangat tergantung pada pengaturan atom dan struktur jaringan polimer dalam material. Jarak antar interplanar dan interlayer dapat dikalkulasikan melalui persamaan Bragg’s :
2 d sin θ = n λ ...(4) Keterangan : d = jarak interplanar atau interatom
λ = panjang gelombang logam standar θ = kisi difraksi sinar X
Intensity
b. Fluoresensi sinar-X (XRF)
Dasar analisis fluoresensi sinar-x adalah pencacahan sinar X yang dipancarkan oleh suatu unsur akibat pengisisan kembali kekosongan elektron pada orbital yang lebih dekat dengan inti karena terjadinya eksitasi elektron oleh elektron yang terletak pada orbital yang lebih luar. Ketika sinar-X yang berasal dari radioisotop sumber eksitasi menabrak elektron dan akan mengeluarkan elektron kulit dalam, maka akan terjadi kekosongan pada kulit itu. Perbedaan energi dari dua kulit itu akan tampil sebagai sinar-X yang dipancarkan oleh atom (Sumantry, 2011). Setiawati et al.(2013) dalam penelitiannya melakukan ekstraksi titanium dioksida (TiO2) dari pasir besi dari Sukabumi. Pasir besi diseparasi menggunakan magnetik separator dan mendapatkan fasa dominan ilmenit atau konsentrat ilmenit kemudian dikarakterisasi dengan menggunakan XRF. Hasil analisa XRF konsentrat ilmenit ditunjukkan Tabel 1.
Tabel 1. Analisis XRF konsentrat ilmenit (Setiawati et al.,2013).
Elemen Prosentase Unsur (%)
Sb 0,144
Sn 0,073
Nb 0,034
Zr 0,101
Zn 0,076
Fe 76,93
Mn 0,911
V 0,363
Ti 21,02
Hasil analisa XRF berupa data tabel elemen dan persentase kandungan di dalam sampel. Analisis data dilakukan dengan melihat persentase kandungan dari elemen-elemen yang terdapat di dalam suatu sampel. Tabel 1 menunjukkan bahwa konsentrat ilmenite hasil separasi magnetik pasir besi Sukabumi memiliki kandungan terbesar Fe dengan 76,93% diikuti dengan Ti dengan persentase 21,02% dan unsur-unsur minor lainnya seperti Mn, Zn, Zr, dan V.
c. Spektrofotometer UV-Vis
Prinsip dasar spektroskopi UV-Vis adalah terjadinya transisi elektronik yang disebabkan penyerapan sianr UV-Vis yang mampu mengeksitasi elektron dari orbital yang kosong.Umumnya transisi yang paling mungkin adalah transisi pada tingkat tertinggi (HOMO) ke orbital molekul yang kosong pada tingkat terendah (LUMO). Pada sebagian besar molekul, orbital molekul terisi pada tingkat energi terendah adalah orbital yang berhubungan dengan ikatan , sedangkan orbital berada pada tingkat energi yang lebih tinggi. Orbital non ikatan (n) yang mengandung elektron-elektron yang belum berpasangan berada pada tingkat energi yang lebih tinggi lagi, sedangkan orbital-orbital anti ikatan yang kosong yaitu * dan * menempati tingkat energi yang tertinggi.
Data analisa UV-Vis berupa grafik panjang gelombang (nm) versus absorbansi. Mahadik et al. (2014) dalam penelitiannya melakukan degradasi zat warna rhodamin B dengan menggunakan komposit TiO2/Fe2O3. Gambar 6 merupakan data analisis UV Vis larutan rhodamin B setelah perlakuan 20 menit.
Gambar 6. Spektra UV-Vis degradasi rhodamin B dengan komposit TiO2/Fe2O3 dengan waktu kontak 20 menit (Mahadik et al., 2014).
Absorbansi
Panjang Gelombang (nm)
Dari gambar 6 dapat ditentukan absorbansi maksimal di setiap menitnya.
Dari absorbansi maksimal dapat ditentukan persen degradasi dari zat warna yang digunakan dengan menggunakan persamaan :
(5)
Dimana A0 merupakan absorbansi awal larutan dan A merupakan absorbansi larutan setelah perlakuan radiasi (Wodka et al., 2014). Mahadik et al. (2014) melaporkan bahwa komposit TiO2/Fe2O3 mampu mendegradasi zat warna rhodamin B lebih cepat yaitu dalam waktu 20 menit bila dibandingkan dengan TiO2 murni dan Fe2O3 murni.
d. Inductive Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometry (ICP-OES) ICP/OES merupakan instrumen yang digunakan untuk penentuan elemen dalam berbagai jenis sampel. Teknik analisa ini berdasarkan pada emisi foton dan ion yang telah tereksitasi di dalam RF (Hou dan Jones, 200). Prinsip utama dari isntrumen ICP adalah pengatomisasian elemen sehingga memancarkan cahaya panjang gelombang tertentu yang kemudian dapat diukur (Alcock, 1995).
C. Kerangka Pemikiran
Kandungan pasir besi yang terdapat Fe dan Ti, menjadikan pasir besi dapat digunakan sebagai bahan alternatif untuk preparasi komposit Fe2O3/TiO2. Preparasi komposit Fe2O3/TiO2 dapat dilakukan dengan perlakuan pemanggangan dan pelarutan dengan H2SO4. Proses pemanggangan dilakukan untuk mendekomposisi pasir besi menjadi hematite (Fe2O3) dan TiO2. Pada saat proses pemanggangan terjadi proses Fe dan Ti ke permukaan karena adanya pengaruh O2
dari atmosfer. Fe yang terdapat pada pasir besi akan teroksidasi menjadi FeIII pada saat FeII terdifusi ke permukaan partikel. Sehingga pasir besi dapat terdekomposisi menjadi hematite (Fe2O3) dan TiO2. Reaksi yang terjadi adalah (Zhang dan Otrovski, 2002).
2FeTiO3 + ½O2(g) Fe2O3 + 2TiO2 (6)
Pada saat proses dekomposisi dengan adanya O2 tersebut dapat mengalami reaksi penggabungan kembali sehingga terbentuk fase pseudobrookite (Vasquez dan Molina, 2008).
Fe2O3(s) + TiO2(s) ⇌ Fe2TiO5(s) (7)
Dengan penambahan Garam alkali pada saat proses pemanggangan pasir besi, akan terbentuk lelehan (fused mass) dari Garam alkali tersebut yang dimungkinkan menekan laju difusi dari O2 atmosfer ke dalam lapisan paling dalam dari pasir besi untuk menahan terbentuknya fase pseudobrookite. Adanya ion Na+ dan S2- dari Garam alkali pada saat proses pemanggangan menyebabkan terjadinya kompleksasi membentuk kompleks garam.
4FeTiO3(s) + 2TiO2(s) + 2Fe2O3(s) + 6Garam alkali(s) + 7O2(g) Na4Ti5O12(s) +
5NaFeO2(s) + NaFeS2(s) + Garam alkaliO4(s) + TiO2(s) + Fe2O3(s) + 3SO3(g)
(8)
Konsentrasi dari H2SO4 yang digunakan berpengaruh terhadap proses pelarutan dari pasir besi. Peningkatan konsentrasi H2SO4 dengan tujuan meningkatkan kelarutan dari pasir besi. Pelarutan pasir besi hasil pemanggangan dengan H2SO4 menghasilkan FeSO4 dan TiOSO4 (persamaan 4).
FeTiO3(s) + 2H2SO4(aq)→ FeSO4(aq) + TiOSO4(aq) + 2H2O(aq) (9) Pengendapan kembali komposit Fe2O3/TiO2 dari fasa larutan hasil pelarutan pasir besi dilakukan dengan penambahan NH4OH sebagai agen pengendap.
Uji fotokatalitik dilakukan dengan memasukkan material komposit Fe2O3/TiO2 dalam fase padatnya kedalam larutan zat warna Rhodamine B dan disinari dengan sinar visibel. Material semikonduktor berupa komposit Fe2O3/TiO2 memiliki kemampuan fotokatalitik.
Pada saat komposit Fe2O3/TiO2 disinari cahaya dengan panjang gelombang (λ) tertentu, maka elektron pada pita valensi Fe2O3 akan menuju ke pita konduksi dan meninggalkan hole (h+) pada pita valensinya. Elektron akan berinteraksi dengan Fe3+ membentuk Fe2+, Fe2+ akan bereaksi dengan O2 membentuk O2- sementara h+ akan berinteraksi dengan Fe3+ menghasilkan Fe4+
yang akan bereaksi dengan OH- membentuk HO•. Dimana spesies tersebut diketahui merupakan agen oksidasi yang kuat dan selama proses fotokatalitik berlangsung akan bereaksi dengan senyawa organik untuk menguraikan senyawa organik berbahaya dalam larutan zat warna Rhodamine B sehingga terurai menjadi komponen- komponen yang lebih sederhana dan ramah lingkungan. Degradasi zat warna Rhodamine B dapat dilakukan pada foton/cahaya dengan panjang gelombang sinar visibel dengan menggunakan lampu wolfram. Proses uji sifat fotokatalitik dari material dapat dilakukan dengan melakukan percobaan variasi waktu degradasi.
D. Hipotesis
1. Penambahan Garam alkali dapat mendekomposisi pasir besi menjadi komponen penyusunnya.
2. Komposit Fe2O3/TiO2 dapat diperoleh dari pasir besi dengan proses leaching asam sulfat.
3. pH berpengaruh terhadap perolehan komposit Fe2O3/TiO2.
4. Komposit Fe2O3/TiO2 dapat berperan sebagai fotokatalis Rhodamin B.
