Prof Dra Ratna Ediati MS PhD saat melakukan penelitian uji MOF di Laboratorium KME Departemen Kimia ITS

Kampus ITS, ITS News – Berbagai kegiatan industri menghasilkan limbah yang menyebabkan polusi air serius, salah satunya berupa limbah pewarna. Penggunaan Metal-Organic Frameworks (MOF) dapat menjadi solusi untuk menghilangkan polutan dalam air dengan metode adsorpsi. Maka dari itu, salah satu profesor Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Prof Dra Ratna Ediati MS PhD menginovasikan komposit MOF magnetik ramah lingkungan sebagai material adsorben untuk polutan organik seperti pewarna.

Dalam orasi ilmiah pengukuhannya sebagai profesor yang berjudul Peran Material Berpori Metal-Organic Frameworks (MOF) dalam Mendukung Pelestarian Lingkungan, Ratna memaparkan bahwa MOF merupakan material berpori dengan pori yang sangat teratur. “Material dengan pori yang kurang teratur kurang efektif bila digunakan sebagai adsorben,” jelas dosen Departemen Kimia ITS ini.

Beberapa MOF yang telah berhasil disintesis oleh Prof Dra Ratna Ediati MS PhD di Laboratorium KME Departemen Kimia ITS

Ratna melanjutkan, MOF memiliki ukuran pori yang sangat kecil namun dengan luas permukaan yang terhitung. Bukan hanya luas bagian luar dari material, tetapi juga luas dari permukaan bagian dalam semua pori. Luas permukaan spesifik MOF tersebut sangat besar mencapai ribuan meter persegi untuk setiap gramnya.

Sebagai ilustrasi, satu gram MOF dapat memiliki luas permukaan seluas lapangan bola basket, bahkan bisa lebih luas dari lapangan sepak bola. “Hal inilah yang menjadikan MOF sangat spesial,” ungkap perempuan asal Probolinggo ini.

Pengembangan aplikasi MOF sebagai adsorben dan katalis heterogen yang telah berhasil dilakukan

Tak hanya itu, kemudahan proses sintesis MOF, kapasitas adsorpsi yang tinggi, dan dapat diregenerasi turut menambah keistimewaan MOF. Dosen peraih Satyalancana Karya Satya XXX pada 2017 ini pun mengembangkan metode sintesis dan modifikasi struktur MOF melalui optimasi kondisi reaksi selama proses sintesis, penambahan modulator dan doping ion logam. “Pengembangan terus dilakukan sejak 2014 hingga 2023 di Laboratorium Kimia Material dan Energi (KME) Departemen Kimia ITS,” ungkap ibu empat anak ini.

Pengembangan terbaru di 2023 yaitu komposit MOF mesopori Fe3O4@SiO2@HKUST-1 dalam aplikasinya untuk adsorpsi pewarna dalam air. Komposit Fe3O4@SiO2@HKUST-1 ini disintesis dengan metode green synthesis menggunakan penambahan inti magnetik (Fe3O4@SiO2) dalam HKUST-1. “Green synthesis adalah metode sintesis yang difokuskan pada penggunaan bahan kimia yang ramah lingkungan,” terang alumnus program doktor University of Manchester Institute of Science and Technology (UMIST) ini.

Roadmap pengembangan MOF oleh Prof Dra Ratna Ediati MS PhD yang telah berlangsung sejak 2014 hingga 2023

Hasil pengujian komposit sebagai adsorben pewarna Methylene Blue (MB) menunjukkan bahwa semakin tinggi penambahan Fe3O4@SiO2 dalam HKUST-1, maka kapasitas adsorpsi komposit semakin besar dibandingkan dengan HKUST-1 murni. Selain itu, adanya penambahan material bersifat magnetik tersebut pada MOF dapat memberikan peningkatan stabilitas adsorben ketika digunakan dalam media berair. “Hal ini dibuktikan dengan kemampuan adsorpsi komposit yang masih tinggi yakni sebesar 71,95 persen setelah lima kali penggunaan,” ujar profesor ke-156 ITS ini.

Modifikasi MOF yang terus dikembangkan ini, lanjut Ratna, tak hanya bertujuan untuk dimanfaatkan sebagai penyerap pewarna, melainkan juga untuk menghilangkan Cr(VI) atau kromium yang merupakan kontaminan logam berat dalam air. Pada penelitiannya, Ratna meneliti sistem reduksi dan adsorpsi terintegrasi yang dirancang dengan menggabungkan Microbial Fuel Cell (MFC) dan adsorben MOF (tipe HKUST-1, UiO-66, dan ZIF-8) untuk menghilangkan Cr(VI) dalam air.

Warna dari MB berubah menjadi tidak berwarna dengan persentase degradasi sebesar 99,77 persen setelah 150 menit proses fotokatalisis dengan oksida logam Fe2O3/ZnO

Inovasi terbaru lainnya adalah fabrikasi material semikonduktor berpori Fe2O3/ZnO menggunakan template MOF sebagai fotokatalis. Dengan memanfaatkan energi dari sinar matahari, fotokatalis ini menjadi material aktif untuk memecah molekul pewarna menjadi senyawa yang tidak berbahaya seperti CO2 dan H2O. “Semikonduktor berpori yang dihasilkan ini terbukti efektif dalam memecah pewarna MB dengan efektivitas mendekati 100 persen,” tutur Kepala Pusat Penelitian Sains Fundamental ITS ini.

Dosen yang pernah meraih penghargaan sebagai Ketua Program Studi Berprestasi di ITS peringkat ketiga pada 2016 ini menuturkan, sudah puluhan MOF beserta kompositnya telah berhasil ia sintesis dengan berbagai metode dan teruji efektif diaplikasikan sebagai adsorben polutan pewarna dan logam kromium. Inovasi komposit MOF magnetik tersebut berpotensi sebagai material adsorben untuk polutan organik seperti pewarna hingga mendekati 94 persen. “Harapannya, MOF yang telah diteliti ini dapat diproduksi dalam skala besar dengan harga jual yang ekonomis dan mampu bersaing,” pungkasnya penuh harap. (HUMAS ITS)

Reporter: Frecia Elrivia Mardianto