Electronic Theses and Dissertation

Limbah cair industri tekstil yang mengandung zat warna sintetis seperti methylene blue (MB) merupakan salah satu pencemar perairan yang sulit terdegradasi secara alami, memiliki stabilitas kimia yang tinggi, serta berpotensi menimbulkan dampak negatif terhadap kualitas lingkungan dan ekosistem perairan. Pengembangan material fungsional yang mengintegrasikan mekanisme adsorpsi, fotokatalitik, dan teknologi membran menjadi salah satu strategi yang menjanjikan untuk meningkatkan efisiensi penyisihan zat warna secara lebih efektif dan berkelanjutan. Pada penelitian ini, material hybrid yang terdiri atas tungsten trioxide (WO₃), graphene oxide (GO), dan hydroxyapatite (HAp) berhasil disintesis menggunakan metode ultrasonikasi untuk memperoleh material dengan aktivitas fotokatalitik dan kemampuan adsorpsi yang lebih baik. Hasil karakterisasi menggunakan SEM–EDX, XRD, dan FTIR mengonfirmasi keberhasilan sintesis material hybrid WO₃/GO/HAp dengan komponen penyusun yang terdistribusi relatif homogen serta menunjukkan terbentuknya struktur komposit sesuai dengan material penyusunnya. Kinerja fotokatalitik WO₃ murni dan material hasil modifikasi (WO₃/HAp, WO₃/GO, dan WO₃/GO/HAp) dalam mendegradasi larutan MB dievaluasi di bawah iradiasi cahaya tampak selama 4 jam. Hasil penelitian menunjukkan bahwa fotokatalis hybrid WO₃/GO dan WO₃/GO/HAp memberikan efisiensi degradasi tertinggi, masing-masing mencapai 99,1% dan 98,3% pada dosis 20 mg, yang secara signifikan lebih tinggi dibandingkan WO₃ murni. Selain meningkatkan aktivitas fotokatalitik, material hybrid juga menunjukkan kemampuan adsorpsi yang tinggi terhadap MB sehingga memperkuat efek sinergis antara proses adsorpsi dan fotodegradasi dalam penyisihan zat warna. Selanjutnya, material WO₃/GO/HAp diaplikasikan sebagai aditif pada membran polietersulfon (PES) melalui dua pendekatan, yaitu blending dan coating. Pada metode blending, penambahan material hybrid meningkatkan porositas dan hidrofilisitas membran, yang ditunjukkan oleh penurunan sudut kontak air serta peningkatan fluks air murni hingga 14,86 kg/m²·h. Rejeksi MB tertinggi diperoleh pada membran dengan konsentrasi aditif menengah sebesar 89,53%, sedangkan peningkatan konsentrasi aditif lebih lanjut menyebabkan penurunan rejeksi akibat pelebaran ukuran pori. Sementara itu, pada metode coating, analisis FTIR dan SEM menunjukkan bahwa lapisan WO₃/GO/HAp berhasil terdeposisi secara merata pada permukaan membran tanpa merusak struktur dasar membran PES. Modifikasi permukaan tersebut meningkatkan hidrofilisitas membran dengan menurunkan sudut kontak air dari 73,1° menjadi 49°, serta meningkatkan fluks air murni hingga 18,496 kg/m²·h. Pengujian filtrasi MB menunjukkan bahwa membran coating menghasilkan fluks permeasi yang lebih tinggi serta performa antifouling yang lebih baik dibandingkan membran murni, dengan nilai flux recovery ratio (FRR) tertinggi mencapai 90,12%. Secara keseluruhan, hasil penelitian ini menunjukkan bahwa integrasi material hybrid WO₃/GO/HAp ke dalam membran PES melalui metode blending maupun coating mampu meningkatkan kinerja pemisahan, hidrofilisitas, dan ketahanan terhadap fouling, sehingga berpotensi dikembangkan sebagai teknologi yang efektif dan berkelanjutan untuk pengolahan limbah cair yang mengandung zat warna sintetis.

Textile industrial wastewater containing synthetic dyes such as methylene blue (MB) is a water pollutant that is difficult to degrade naturally, has high chemical stability, and has the potential to cause negative impacts on environmental quality and aquatic ecosystems. The development of functional materials that integrate adsorption, photocatalytic, and membrane technology mechanisms is a promising strategy to improve dye removal efficiency more effectively and sustainably. In this study, a hybrid material consisting of tungsten trioxide (WO₃), graphene oxide (GO), and hydroxyapatite (HAp) was successfully synthesized using an ultrasonication method to obtain a material with better photocatalytic activity and adsorption capacity. The characterization results using SEM–EDX, XRD, and FTIR confirmed the successful synthesis of the WO₃/GO/HAp hybrid material with relatively homogeneously distributed components and showed the formation of a composite structure according to the constituent materials. The photocatalytic performance of pure WO₃ and modified materials (WO₃/HAp, WO₃/GO, and WO₃/GO/HAp) in degrading MB solution was evaluated under visible light irradiation for 4 hours. The results showed that the hybrid photocatalysts WO₃/GO and WO₃/GO/HAp provided the highest degradation efficiencies, reaching 99.1% and 98.3%, respectively, at a dose of 20 mg, which were significantly higher than those of pure WO₃. In addition to enhancing the photocatalytic activity, the hybrid materials also showed high adsorption capacity toward MB, thus strengthening the synergistic effect between the adsorption and photodegradation processes in dye removal. Furthermore, the WO₃/GO/HAp material was applied as an additive to polyethersulfone (PES) membranes through two approaches, namely blending and coating. In the blending method, the addition of hybrid materials increased the porosity and hydrophilicity of the membrane, as indicated by a decrease in the water contact angle and an increase in the pure water flux of up to 14.86 kg/m²·h. The highest MB rejection was obtained in the membrane with a medium additive concentration of 89.53%, while further increasing the additive concentration caused a decrease in rejection due to the widening of the pore size. Meanwhile, in the coating method, FTIR and SEM analysis showed that the WO₃/GO/HAp layer was successfully deposited evenly on the membrane surface without damaging the basic structure of the PES membrane. This surface modification increased the membrane hydrophilicity by decreasing the water contact angle from 73.1° to 49°, and increasing the pure water flux of up to 18.496 kg/m²·h. MB filtration testing showed that the coated membrane produced a higher permeation flux and better antifouling performance than the pure membrane, with the highest flux recovery ratio (FRR) reaching 90.12%. Overall, the results of this study indicate that the integration of WO₃/GO/HAp hybrid materials into PES membranes through blending and coating methods can improve separation performance, hydrophilicity, and fouling resistance, so it has the potential to be developed as an effective and sustainable technology for the treatment of liquid waste containing synthetic dyes.