Pencemaran air merupakan isu permasalahan lingkungan yang krusial karena berbagai dampak yang timbulkan, salah satu penyebab pencemaran air adalah limbah pewarna yang merupakan polutan organik. Upaya pengurangan limbah tersebut dianggap masih belum optimal sehingga perlu dikembangkan lebih lanjut. Prinsip fotokatalisis merupakan metode yang efektif untuk dikembangkan, penelitian ini bertujuan mempelajari dan menganalisis komposisi unsur kimia, ukuran partikel, tingkat kristanilitas, energi celah pita, serta performa fotokatalisis nanopartikel TiO₂ yang disintesis dari mineral ilmenite melalui metode pelindian dengan jalur asam sulfat dan metode pendidihan serta menggunakan larutan prekursor komersial Tt-iP melalui metode sol-gel. Perbedaan komposisi, ukuran partikel, tingkat kristalinitas, dan energi celah pita dari variasi jenis prekursor menyebabkan performa fotokatalisis nanopartikel TiO₂ memiliki perbedaan yang signifikan, di mana nanopartikel TiO₂ dari larutan TiOSO₄ memiliki persentase degradasi yang rendah sebesar 18,48%, nanopartikel TiO₂ dari larutan komersial Tt-iP sebesar 83,11%, dan nanopartikel TiO₂ dari residu sebesar 77,03%. Apabila hasil dibandingkan dengan hasil nanopartikel TiO₂ dari komersial Tt-iP, nanopartikel TiO₂ dari TiOSO₄ memiliki tingkat efisiensi 4 kali lebih rendah dan nanopartikel TiO₂ dari residu memiliki tingkat efisiensi yang cukup sama.