Nanopartikel Fotokatalitik Solusi Inovatif untuk Mengatasi Pencemaran Air

Indonesia merupakan negara agraris yang sebagian besar matapencaharian penduduknya sebagai petani. Pertanian menjadi salah satu komoditi utama di Indonesia ternyata menimbulkan berbagai permasalahan dan tantangan terhadap lingkungan. Limbah pupuk dan pestisida dari aktivitas pertanian secara perlahan namun pasti meracuni sungai-sungai, mengubah sumber kehidupan menjadi ancaman kesehatan yang merayap dalam setiap tetes air.

Krisis air bersih di daerah pertanian pun tak lagi menjadi isu sederhana, melainkan tantangan kompleks yang memerlukan solusi inovatif dan berkelanjutan. Sungai yang seharusnya menjadi sumber kehidupan kerap berubah menjadi muara masalah. Aliran air tidak hanya membawa butiran kehidupan, tetapi juga sampah plastik, limbah organik kotoran sapi, hingga polutan lainnya. Limbah dari pertanian ini membawa bahan kimia berbahaya ke dalam aliran sungai dan mengancam kehidupan ekosistem air dan kualitas air yang sangat dibutuhkan oleh warga setempat.

Fenomena yang tampak di sungai pada Gambar di atas merupakan contoh nyata dari pencemaran air akibat limbah pertanian, yaitu eutrofikasi. Eutrofikasi merupakan kondisi ketika perairan dipenuhi tumbuhan air seperti eceng gondok akibat kelebihan nutrisi dari limbah rumah tangga, pupuk, maupun pestisida. Sekilas terlihat sepele, tetapi pertumbuhan tanaman yang tak terkendali ini justru menutup permukaan air, mengurangi kadar oksigen terlarut, dan membuat ikan serta organisme lain sulit bertahan hidup.

Ditambah lagi dengan sampah plastik dan limbah padat yang mengotori aliran sungai, kondisi ini memperparah pencemaran dan merusak keseimbangan ekosistem. Lalu, bagaimana ilmu sains mengatasi masalah eutrofikasi?

Kandungan utama pada pupuk dan pestisida, terutama unsur fosfor (P) yang umum telah menjadi salah satu penyebab utama eutrofikasi ketika unsur‐unsur ini terbawa ke badan air lewat limpasan. Pupuk NPK dan pestisida Organofosfat dapat menyumbang limbah fosfor (PO₄³⁻) dalam perairan yang dapat menyuburkan alga dan tanaman air.  Kandungan posfor dalam pupuk biasanya sekitar 14-20%.

Sebagai bentuk upaya mengurangi kandungan fosfat di dalam perairan akibat limbah pertanian, fotokatalitik dapat menjadi pilihan alternatif. Fotokatalitik adalah proses pemanfaatan cahaya (umumnya sinar UV atau cahaya tampak) untuk mengaktifkan suatu semikonduktor katalis (misalnya TiO₂, ZnO, Fe₂O₃) sehingga menghasilkan pasangan elektron (e⁻) dan hole (h⁺).

Pasangan ini akan memicu reaksi redoks yang mampu memecah senyawa organik maupun anorganik berbahaya di air. Proses fotokatalitik ini umumnya berbasis nanopartikel. Nanopartikel adalah partikel yang sangat kecil dengan ukuran berada pada skala nanometer (1–100 nanometer). Karena ukurannya yang kecil, nanopartikel memiliki kelebihan diantaranya memiliki luas permukaan yang sangat besar dibandingkan volumenya sehingga meningkatkan reaktivitas kimia dan efisiensi dalam berbagai aplikasi, mulai dari katalisis hingga energi. Dalam bidang lingkungan, nanopartikel mampu mempercepat proses degradasi polutan melalui mekanisme fotokatalisis yang lebih efektif dibanding material konvensional.

Keberhasilan teknologi nano fotokatalis untuk mengatasi eutrofikasi juga telah diterapkan di berbagai negara dan terbukti efektif untuk remediasi sungai yang tercemar. Di Indonesia sendiri, kombinasi tanaman apu-apu dan nano-zeolit di Sungai Gelis telah membuktikan keampuhannya, dimana air yang semula hitam dan bau menjadi jernih hanya dalam seminggu. Nano TiO₂ terbukti dapat memecah senyawa organik berbahaya menggunakan energi matahari, sementara nano zero-valent iron (nZVI) efektif mengurai logam berat seperti kromium (Cr) dan timbal (Pb) dengan mereduksi polutan menjadi bentuk tidak beracun.

Di tingkat internasional, penelitian serupa menunjukkan hasil yang konsisten untuk pengolahan air sungai yang mengalami eutrofikasi. Dengan penambahan aerasi, efektivitas fotokatalitik untuk menurunkan amoniak mencapai 66,14% dan fosfat sebesar 53,30%, yang menunjukkan bahwa teknologi ini sangat cocok diterapkan untuk mengatasi permasalahan eutrofikasi seperti yang terjadi di sungai dengan biaya operasional minimal dan ramah lingkungan.

Teknologi nanopartikel fotokatalis menawarkan prospek besar bagi terciptanya sistem pertanian yang lebih berkelanjutan. Tidak hanya mampu memulihkan kualitas air, tetapi juga berpotensi mendukung daur ulang limbah cair pertanian sebagai sumber irigasi, sehingga mengurangi tekanan terhadap ketersediaan air bersih. Inovasi terkini diarahkan pada pengembangan fotokatalis yang aktif di bawah cahaya tampak, bukan hanya sinar ultraviolet, agar pemanfaatan energi matahari dapat lebih optimal dan efisien.

Namun, agar teknologi ini benar-benar aplikatif di Indonesia, penelitian lanjutan perlu dilakukan dengan mempertimbangkan kondisi lokal, mulai dari karakteristik tanah, variasi kualitas air, hingga kemampuan adopsi teknologi oleh petani. Dengan komitmen riset, investasi, dan kebijakan yang mendukung, nanoteknologi fotokatalis dapat menjadi solusi kunci dalam strategi remediasi air terpadu sekaligus menjaga kelestarian lingkungan.

Sebagai penutup, kami mengingatkan bahwa menjaga air bersih bukan sekadar upaya teknis, melainkan juga amanah moral bagi generasi mendatang. Seperti pepatah yang bijak, “Air bersih hari ini adalah kehidupan yang berkelanjutan untuk generasi mendatang.” Oleh karena itu, inovasi harus terus digerakkan, kolaborasi harus diperkuat, dan kesadaran harus ditumbuhkan agar sumber daya air tetap lestari, demi masa depan yang sehat, hijau, dan berdaya guna bagi semua. 😊

Ditulis oleh :

Nama  Mahasiswa :

Anisa Ayu Solikah NIM  T852502002
Kintan Limiansih NIM  T852508004
Oktaviariesta Habibatus Sholikhah NIM T852508007
Putri Agustina NIM  T852508008
Hendrik Pratama NIM T852508011

Nama Dosen Pengampu Mata Kuliah : Prof. Dr. Fitria Rahmawati, S.Si., M.Si.

Mata Kuliah                : Teknologi Nanopartikel

Program Studi : S3 Pendidikan IPA- Universitas Sebelas Maret Surakarta

Daftar Pustaka

Armaković, S.J. (2023). Titanium Dioxide as the Most Used Photocatalyst for Water Purification: An Overview. Catalysts 2023.  13(1), 26; https://doi.org/10.3390/catal13010026

Loeb, S.K. (2018). The Technology Horizon for Photocatalytic Water Treatment: Sunrise or Sunset? Environmental Science & Technology. 53 (6). https://doi.org/10.1021/acs.est.8b05041

Rahmawati, D., & Widyasari, K. (2021). Analysis of phosphorus on prill and liquid fertilizer. Indonesian Journal of Chemistry and Environment, 4(2), 73–78. https://journal.uny.ac.id/index.php/ijoce

Ren, G., et al. (2021). Recent Advances of Photocatalytic Application in Water Treatment: A Review. Nanomaterials (Basel).11(7):1804. https://doi.org/10.3390/nano11071804

Rohman, T., Irwan, A., & Rahmi, Z. (2018). PENURUNAN KADAR AMONIAK DAN FOSFAT LIMBAH CAIR TAHU SECARA FOTO KATALITIK MENGGUNAKAN TiO2 DAN H2O2. Sains Natural: Journal of Biology and Chemistry, 8(2), 87–93. https://doi.org/10.31938/jsn.v8i2.156

Setiawan, A., Mahfudz, L. I. L., Ramadani, T. A., Muthi’ah, S., Nizam, M. A., and Dermawan, D. (2022). Efektifitas Penyisihan Fosfat Pada Air Limbah Menggunakan Metode Kombinasi Elektrokoagulasi dan Fotokatalis Dengan Kaolin-TiO2. METANA, [Online] 18(2), pp. 105-113. https://doi.org/10.14710/metana.v18i2.49639

Zhao, R., et al. (2024). Modified Titanium dioxide-based photocatalysts for water treatment: Mini review. Environmental Functional Materials. 3(1), March 2024, 1-12. https://doi.org/10.1016/j.efmat.2024.07.002

Zawadzki, P. (2022). Visible light–driven advanced oxidation processes to remove emerging contaminants from water and wastewater: a review. Water, Air, & Soil Pollution, 233(9), 374. Doi; DOI: https://doi.org/10.1007/s11270-022-05831-2

Syarat dan Ketentuan Penulisan di Siaran-Berita.com :
Setiap penulis setuju untuk bertanggung jawab atas berita, artikel, opini atau tulisan, foto, gambar, ilustrasi, apa pun yang mereka publikasikan di siaran-berita.com - Syarat dan Ketentuan - Kebijakan Privasi - Panduan Komunitas - Disclaimer