Sintesis dan Pencirian Karbon Dot dari Ampas Kopi serta Potensinya sebagai Fotokatalis untuk Degradasi Stirofoam

Abstract

Stirofoam merupakan jenis plastik yang banyak digunakan sebagai kemasan produk karena harganya yang murah, praktis digunakan, dan ringan. Kelebihan tersebut menyebabkan stirofoam digunakan secara masif saat ini. Penggunaan stirofoam secara besar-besaran menyebabkan terjadinya penumpukan limbah stirofoam. Limbah stirofoam padahal membutuhkan waktu yang lama untuk terurai sehingga menimbulkan pencemaran lingkungan. Penumpukan limbah stirofoam juga telah diakui sebagai masalah lingkungan global. Permasalahan ini oleh karena itu perlu ditanggulangi. Salah satu metode yang dapat digunakan untuk mendegradasi stirofoam adalah degradasi fotokatalitik. Degradasi fotokatalitik dapat dilakukan pada suhu kamar dengan oksigen sebagai satu-satunya zat pengoksidasi. Pada penelitian ini, degradasi fotokatalitik stirofoam dilakukan dengan menggunakan nanomaterial karbon yaitu karbon dot (CD) sebagai fotokatalis. CD memiliki beberapa keunggulan, antara lain kedalaman, stabilitas termal yang baik, toksisitas rendah, dan dapat disintesis dari bahan dan metode berbiaya rendah. CD pada penelitian ini disintesis dari ampas kopi dengan penambahan urea sebagai agen pasivasi. Penambahan agen pasivasi ditujukan untuk menambah derajat konjugasi dari CD sehingga menghasilkan energi celah pita yang lebih kecil. Penelitian ini bertujuan mengidentifikasi kemampuan degradabilitas stirofoam secara fotokatalitik dengan CD yang disintesis dari ampas kopi dengan penambahan urea sebagai agen pasivasi. Penelitian ini dilakukan melalui beberapa tahapan, yaitu sintesis CD dari ampas kopi, karakterisasi CD, dan pengujian CD sebagai fotokatalis untuk degradasi stirofoam. CD berhasil disintesis dari ampas kopi secara hidrotermal dan menghasilkan larutan yang memancarkan cahaya biru ketika diiradiasi dengan cahaya 366 nm. Larutan CD memiliki panjang gelombang emisi sebesar 509 nm. Hasil karakterisasi menggunakan spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR) menunjukkan CD yang disintesis mengandung gugus hidroksil, amina, dan gugus karboksil yang merupakan gugus kromofor. Penambahan urea diketahui dapat memperkecil energi celah pita CD. Morfologi CD berdasarkan hasil karakterisasi dengan transmission electron microscope (TEM) adalah titik dengan ukuran 2,4 nm hingga 7,4 nm. Pasivasi dengan urea menyebabkan ukuran CD semakin besar. Pasivasi juga menyebabkan energi celah pita CD semakin kecil. Pasivasi dengan urea 25% (b/b) mampu menurunkan energi celah pita CD menjadi 2,30 eV. CD yang disematkan dalam stirofoam dapat mendegradasi stirofoam dua kali lebih cepat dibandingkan tanpa penambahan CD ketika diiradiasi dengan lampu pijar hijau 80 W selama 20 jam. Hasil citra scanning electron microscope (SEM) menunjukkan permukaan plat yang menjadi tidak rata yang menunjukkan terjadinya degradasi.

Styrofoam is a type of plastic that is widely used in product packaging because of its cheapness, practicality to use, and lightweight. These styrofoam are used massively today. The massive use of styrofoam leads to the accumulation of styrofoam waste. Styrofoam waste takes a long time to decompose, causing environmental pollution. The accumulation of styrofoam waste has also been recognized as a global environmental problem. This problem, therefore, needs to be overcome. One of the methods that can be used to degrade styrofoam is photocatalytic degradation. Photocatalytic degradation can be carried out at room temperature with oxygen as the only oxidizing agent. In this study, the photocatalytic degradation of styrofoam was carried out using carbon nanomaterial, namely carbon dot (CD) as a photocatalyst. The CD has several advantages, including depth, good thermal stability, and low toxicity, and it can be synthesized from low-cost materials and methods. CD in this study was synthesized from spent coffee grounds with the addition of urea as a passivation agent. The addition of passivation agents is intended to increase the degree of conjugation of the CD to produce smaller band gap energy. This study aims to identify the photocatalytic degradability of styrofoam with CD synthesized from coffee grounds with the addition of urea as a passivation agent. This research was carried out through several stages, namely CD synthesis from coffee grounds, CD characterization, and CD testing as a photocatalyst for styrofoam degradation. The CD was successfully synthesized from coffee grounds hydrothermally and produced a solution that emitted blue light when irradiated with 366 nm light. The solution has an emission wavelength of 509 nm. The characterization results using Fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR) showed that the synthesized CD contained hydroxyl groups, amines, and carboxyl groups, which are chromophore groups. The addition of urea is known to reduce the energy of the CD band gap. The morphology of CD based on the characterization results with a transmission electron microscope (TEM) is a point of a size of 2.4 nm to 7.4 nm. Passivation with urea causes the size of the CD to get larger. Passivation also causes the CD band gap energy to get smaller. Passivation with 25% urea (b/b) is able to reduce the CD band gap energy to 2.30 eV. CDs embedded in styrofoam can degrade styrofoam twice as quickly as without adding CD when irradiated with an 80 W green incandescent lamp for 20 hours. The scanning electron microscope (SEM) image results showed that the surface of the surface of styrofoam became rougher, indicating degradation.