Membersihkan Air Limbah dengan “Benang Layang-Layang”

Titanium dioksida (TiO2) adalah material fotokatalis yang dapat digunakan untuk mendekomposisi material polutan organik dalam air sehingga air menjadi jernih. Ketika menyerap foton pada daerah ultraviolet maka pasangan elektron dan hole dihasilkan. Elektron akan ditangkap oleh molekul O2 menjadi superoksida (O2-) dan hole ditangkap oleh ion hidroksil menjadi radikal OH*. Kedua komponen tersebut sangat reaktif dan akan mendekompositi bahan organik yang ada di sekitarnya.

Jadi, jika TiO2 dimasukkan ke dalam air lalu disinari dengan ultraviolet atau dengan cahaya matahari (cahaya matahari mengandung ultraviolet sekitar 8%) maka lama-kelamaan polutan organik akan habis dan pada akhirnya air akan bebas dari polutan organik. Cara yang umum dilakukan peneliti adalah mendispersikan TiO2 ke dalam air secara homogen. Yang sering digunakan adalah nanopartikel TiO2 karena lebih reaktif (memiliki luas permukaan spesifik yang besar).

Tetapi permasalahan utama adalah TiO2 memiliki massa jenis lebih besar dari air (4,32 g/cm3). Jika ditaburi begitu saja dalam air maka material tersebut dengan segera tenggelam di dasar. Jika air limbah cukup dalam maka TiO2 akan nemempati posisi yang jauh dari permukaan air. Karena air limbah sulit ditembus cahaya maka cahaya yang disinari dari permukaan hampir tidak dapat mencapai TiO2. Aktibatkna proses fotokatalisis tidak berlangsung.

Permasalahan kedua adalah karena TiO2 berukuran nanometer dan dicampur merata dengan air (bentuk suspensi) maka partikel tersebut sulit dipisahkan kembali setelah air jernih. Sangat sulit memisahkan nanopartikel dari dispersi. Jadi perlu teknik tambahan yang berkibat cara tersebut kurang efektif.

Kami memikirkan bagaimana caranya agar: (1) titanium dioksida tetap terapung di sekitar permukaan air dan (2) setelah proses pen jernihan maka partikel tersebut mudah dipisahkan dengana air yang sudajh bersih. Dan, akhirn ya teringat permainan masa kanak-kanan, yaitu adu layangan. Agar menang, maka benang layangan harus dilapisi bubuk kaca. Nah, inilah cara yangh bisa digunakan. Gambar 1 adalah ilustrasi material yang akan dibuat.

Kami mencari serat transparan yang terapung di air. Kemudian nanopartikel TiO2 dilapiskan di permukaan serat transparan tesrsebut dengan menggunakan perekat (lem) khsusus. Kemudian dikeringkan dan dipotong-potongan. Potongan serat inilah yang disimpan di permukaan air limbah. Karena massa jenis setelah dilaposi TiO2 masih lebih kecil dari air maka serat yang terlapisi tersebut tetap mengapung sehingga dapat menerima sinar matahari dengan mudah. Kemudian, setelah proses penjernihan selesai, kita tinggal mengeluarkan serat tersebut dan air bersih menjadi bebas dari TiO2. Hasil penelitian ini telah dipublikasi di Environmental Progress & Sustainable Energy dengan judul A novel system for producing photocatalytic titanium dioxide‐coated fibers for decomposing organic pollutants in water.

Untuk melapisi serat dengan titanium dioksida, kami membuat alat sederhana dengan mengunakan peralatanb sekitar. Gambar 2 adalah alat yang dibuat. Sangat sederhana bukan? Bagian-bagian alat tersebut adalah : (A) rol serat transparan, (B) lem, (C) wadah yang berisi nanopartikel TiO2 yang bagian dasarnya digerakkan dengan loud speaker, (D) pemanas bentuk silinder untuk mengeringkan lem, (E) motor penggulung, (F) hair dryer untuk melakukan pengeringan tambahan serat yang sedang digulung, (G) pembangkit sinyal, dan (H) penguat data. Berapa harga alat tersebut? Tentu sangat murah.

Namun, dalam makalah tentu foto alat tersebut tidak ditampilkan. Yang kita tampilkan adalah skema yang hanya memperlihatkan fungsi masing-masing bagian. Gambar 3 adalah apa yang muncul dalam makalah. Jadi, dengan alat yang sangat sederhana kita dapat melakukan riset untuk publikasi ke jurnal yang bereputasi.