Kromium atau vanadium dengan metode pengendapan basa untuk material antibakteri dan antiburam



Yüklə 443.29 Kb.
səhifə1/4
tarix21.08.2017
ölçüsü443.29 Kb.
  1   2   3   4
Bidang Ungulan : Ilmu Non-Kependidikan

Kode/Nama Rumpun Ilmu : 112/ Kimia

LAPORAN

PENELITIAN UNGGULAN PERGURUAN TINGGI

(Tahun ke-3 dari 3 Tahun)

Judul Penelitian
MODIFIKASI KIMIA DAN KARAKTERISASI NANOPARTIKEL SEMIKONDUKTOR TITANIUM DIOKSIDA TERDADAH

KROMIUM ATAU VANADIUM DENGAN METODE

PENGENDAPAN BASA UNTUK MATERIAL

ANTIBAKTERI DAN ANTIBURAM


Judul Tahun Ketiga:

(Preparasi Bahan Antiburam Berbasis Nanopartikel Semikonduktor Titanium Dioksida Terdadah Kromium atau Vanadium)

Tim Pengusul


Ketua :

Dr. Hari Sutrisno (NIDN. 0007046702)

Anggota :

Dr. Ariswan (NIDN. 0014095903)

Anggota :

Dyah Purwaningsih, M.Si (NIDN. 0022077801)



LEMBAGA PENELITIAN DAN PENGABDIAN MASAYARAKAT

UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

NOPEMBER 2015

Dibiayai oleh DIPA Direktorat Penelitian Pengabdian kepada Masyarakat nomor DIPA 023.04.1.673453/2015, tanggal 14 Nopember 2014, DIPA revisi 01 tanggal 03 Maret 2015 Skim Penelitian Unggulan Perguruan Tinggi tahun anggaran 2015 nomor: 062/SP2H/PL/DIT.LITABMAS/II/2015 tanggal 5 Februari 2015



Daftar ISI


Halaman Sampul 1

Lembar Pengesahan 2

Daftar Isi 3

Ringkasan 4

BAB I. PENDAHULUAN 5

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 7

BAB III. METODE PENELITIAN 16

BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 18

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 27

DAFTAR PUSTAKA 28

LAMPIRAN - LAMPIRAN 31

Preparasi Bahan Antiburam Berbasis Nanopartikel Semikonduktor Titanium Dioksida Terdadah Kromium atau Vanadium
Oleh

Hari Sutrisno, Ariswan dan Dyah Purwaningsih



RINGKASAN
Pengembangan titanium dioksida (TiO2) untuk berbagai keperluan sangat pesat dikarenakan sifat kimia yang stabil dan tidak toksik. Beberapa aspek pengembangan TiO2 yaitu: (a). fotovoltaik berbasis zat pewarna (sel Grätzel) dan fotovoltaik berbasis quantum dot, (b). fotokatalis yang berperan dalam rangka pemurnian lingkungan air dan udara, (c). fotohidrofil (superhydrofilicity) yaitu pengembangan hidrofil aktif permukaan oleh sinar matahari dan ultra violet (UV) dan (d). anti bakteri. Untuk meningkatkan kinerja TiO2, melalui cara pergeseran kinerja sinar yaitu dari sinar ultra violet ke sinar tampak. TiO2-nanopartikel terdadah vanadium atau kromium telah berhasil diperoleh dengan metode pengendapan basa melalui teknik refluks dan injeksi panas pada penelitian tahun pertama. Penelitian ini bertujuan untuk membuat larutan koloid antiburam dari bahan dasar TiO2-nanopartikel terdadah vanadium atau kromium dan menguji kinerja sebagai material anti-buram.

Dalam usaha untuk menghasilkan bahan antiburam. Mula-mula, sintesis nanopartikel terdadah Cr atau V dalam jumlah banatyak. Material nanopartikel terdadah Cr atau V disuspensikan kedalam surfaktan dan emulsifier untuk dibuat suatu larutan koloid. Larutan koloid inilah merupakan bahan antiburam. Larutan koloid tersebut diujikan diatas kaca preparat untuk mengetahui keefektivan antiburam. Hasil penelitian menunjukkan bahwa 1). semua larutan pembersih yang berisi TiO2 terdoping Cr da V aktif sebagai antiburam dan 2). larutan pembersih yang berisi TiO2 terdoping 4,4% Cr dan 3.3% V yang paling aktif sebagai antiburam



Kata kunci: aktivitas antiburam, titanium dioksida, titanium dikoksida terdadah kromium, titanium dikoksida terdadah vanadium


Dibiayai oleh DIPA Direktorat Penelitian Pengabdian kepada Masyarakat nomor DIPA 023.04.1.673453/2015, tanggal 14 Nopember 2014, DIPA revisi 01 tanggal 03 Maret 2015 Skim Penelitian Unggulan Perguruan Tinggi tahun anggaran 2015 nomor: 062/SP2H/PL/DIT.LITABMAS/II/2015 tanggal 5 Februari 2015




BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Beberapa aspek pengembangan TiO2 yaitu: (a). Fotovoltaik berbasis zat pewarna (sel Grätzel) dan fotovoltaik berbasis quantum dot. Aspek ini memerlukan metode dan teknik rekayasa tertentu untuk mengontrol ukuran dan struktur TiO2 (Bach et al., 1998; Grätzel, 2005; Tan & Wu, 2006); (b). Fotokatalis. Aspek ini berperan dalam rangka pemurnian lingkungan air dan udara. TiO2 berperan sebagai pembersih organik otomatis permukaan padat, air dan udara (Dai et al., 1999; Lu et al., 2008; Sun et al., 2008); (c). Fotohidrofil (superhydrofilicity) yaitu pengembangan hidrofil aktif permukaan oleh sinar matahari dan ultra violet (UV) (Ashkarran & Mohammadizadeh, 2008; Masuda & Kato, 2008); dan (d). Anti bakteri (Maness et al., 1999; Huang et al., 2000).

Penggunaan TiO2 untuk fotovoltaik, fotokatalis, fotohidrofil dan anti bakteri berdasarkan energi celah pita (gap energy, Eg) yang termasuk dalam daerah energi matahari dan UV. Daerah ini berkaitan dengan sinar UV yang meliputi sekitar 10% dari total spektra matahari (Hagfeldt & Grätzel, 1995). Kinerja TiO2 ditingkatkan dengan cara meningkatkan aktivitas sifat optik agar terjadi pergeseran respon dari absorpsi sinar UV ke cahaya tampak. Ada 2 cara untuk merekayasa TiO2 yaitu rekayasa kimia melalui penambahan pendadah (chemical modification: doping) dan rekayasa kimia permukaan melalui penambahan zat pensensitif (surface chemical modification: sensitization) (Chen & Mao, 2007).

Aktivitas kinerja TiO2 tidak bekerja secara efektif pada sinar tampak, namun aktiv dengan adanya radiasi ultraviolet (UV) dengan panjang gelombang dibawah =385 nm. Hal tersebut merupakan salah satu faktor keterbatasan aplikasi TiO2 sebagai disinfektan dalam air (Nosaka et al., 2005; Kim et al., 2008). Oleh karena itu, sangatlah penting untuk memperluas sifat-sifat optik TiO2 yang memungkinkan penggunaannya dalam sinar tampak atau sinar ultraviolet dalam ruangan. Beberapa strategi yang telah dikembangkan untuk memperluas absorpsi sinar oleh TiO2 yaitu mendadah TiO2 dengan ion logam dan non-logam yang telah terbukti efektif terjadi peningkatan sifat-sifat fotokatalitik TiO2 (Li et al., 2002). Pendadahan ion non-logam dalam TiO2 menurunkan celah pita dengan membentuk tingkat energi baru antara tingkat energi pita valensi dan pita konduksi. Pendadah ion non-logam yang umum digunakan yaitu karbon, fluorin, fosfor, belerang dan nitrogen. Nitrogen merupakan pendadah yang lebih efisien daripada belerang karena jari-jari yang lebih kecil dan juga jari-jari nitrogen hampir sama dengan jari-jari oksigen. Strategi lain yang telah dikembangkan secara luas yaitu mendadah TiO2 dengan ion logam. Penggunaan ion logam transisi sebagai pendadah terbukti dapat meningkatkan aktivitas fotokatalitik TiO2 (Sun et al., 2010). Ion logam seperti: kromium, besi, tembaga, platina, perak dan banyak lainnya telah secara luas digunakan sebagai pendadah. Diantara ion logam tersebut, ion perak ditemukan lebih menarik untuk digunakan sebagai antibakteri (Choi et al., 2009; Wong et al., 2010). Pergeseran kinerja kearah sinar tampak dapat memfasilitasi dan mempercepat pengembangan material untuk dekontaminasi sumber air menggunakan sinar matahari karena biaya lebih ekonomis daripada menggunakan sinar ultraviolet. Untuk mengaplikasikan konsep diatas, perlu dibuat suatu larutan koloid yang siap untuk digunakan secara mudah dan efisien.



B. Tujuan Penelitian

Penelitian ini memfokuskan pengembangan pembuatan bahan antiburam dari bahan dasar nanopartikel TiO2 terdadah kromium dan vanadium. Pengujian aktivitas antiburam dilakukan secara khusus dengan uji aktivitas antiburam dari bahan koloid berdasarkan nanopartikel TiO2 terdadah kromium dan vanadium diatas kaca preparat .



C. Urgensi (Keutamaan) Penelitian

Penelitian ini merupakan tahap atau tahun ke-III yang direncanakan menghasilkan bahan antibakteri dan anti buram dalam skala laboratorium. Bahan ini berfungsi sebagai bahan pembersih dan pelindung kaca. Oleh karena itu bahan ini terdiri dari bahan surfaktan, emulsifier dan nanopartikel TiO2 terdadah kromium dan vanadium. Setelah terbentuk bahan tersebut, selanjutnya diuji aktivitas antiburamnya.




BAB II

TINJAUAN PUSTAKA


A. Sifat-Sifat Fisik Titanium Dioksida: Sifat Elektronik


TiO2 merupakan suatu semikonduktor tipe-n. Tingkat energi tertinggi pada pita valensi merupakan tersusun dari orbital 2p atom oksigen, sedangkan tingkat energi lebih rendah pita konduksi dibentuk dari orbital 3d dari atom titanium. Gambar 1 menampilkan secara detail interaksi orbital molekul TiO2-anatas, tingkat energi atom Ti dan O, dan pemisahan tingkat energi TiO2-anatas akibat medan Kristal (Chen & Mao, 2007).

Ukuran partikel dan tipe struktur TiO2 mempengaruhi besarnya energi gap. Tabel 1 berikut menunjukkan besarnya energi gap pada TiO2 tipe struktur anatas, rutil dan brookit dan kaitannya dengan ukuran partikel (Grant et al., 1959; Tang et al., 1994).



Tabel 1. Nilai energi gap (Eg) pada beberapa tipe struktur TiO2




Rutil

Anatas

Brookit

Material masif

3 eV

3,2 eV

-

Nanopartikel

3 eV (10-40 nm)

3,2-3,4 eV (≤ 10 nm)

3,4 eV (~ 10 nm)





Gambar 1. Struktur orbital molekul: (a) tingkat energi atom Ti dan O, (b) pemisahan tingkat energi TiO2-anatas akibat medan kristal, dan (c) interaksi tingkat energi TiO2-anatas.

B. Fotoaktivitas Titanium Dioksida

1. Fotokatalis

pemicu reaksi tersebut adalah foton dari sinar uv atau sinar matahari yang mengakibatkan terjadinya loncatan elektron pada TiO2 dari pita valensi ke pita konduksi dan terjadi kekosongan (h+) pada pita konduksi. elektron dengan bantuan O2 akan memicu reaksi reduksi, sedangkan h+ terlibat reaksi oksidasi dengan bantuan H2O atau H2O2 untuk menghasilkan radikal oh° yang menentukan aktifitas reaksi oksidasi pada senyawa organik. skema mekanisme eksitasi elektron pada semikonduktor dapat dilihat pada Gambar 2 (Linsebigler et. al., 1995):



Gambar 2. Proses utama yang terjadi dalam suatu partikel semikonduktor: (a). pembangkitan elektron-kekosongan, (b). oksidasi Donor (D), (c). reduksi Aseptor (A), (d). rekom-binasi permukaan dan (e). rekombinasi volume
Mekanisme global fotokatalis dengan kehadiran suatu semikonduktor untuk degradasi senyawa melalui 5 tahap:

  1. Migrasi secara difusi fasa fluida (gas, cair) pada permukaan katalis

  2. Proses adsorpsi reaktif

  3. Reaksi permukaan:

    • Absorsi foton oleh padatan

    • Pembentukan fotoaktivitas elektron (e-) – kekosongan (h+)

    • Transfer elektron (ionsorpsi, pembentukan radikal, reaksi permukaan, ..… dst.)

  4. Proses desorpsi produk reaksi

  5. Migrasi secara difusi produk pada permukaan katalis melalui fasa fluida

Reaksi yang berkaitan dengan tahap 3 merupakan reaksi fotokatalitik. Perbedaan yang nyata antara reaksi katalitik klasik dengan fotokatalitik yaitu kosep aktivitas pada reaksi klasik bersifat termik, sedangkan dalam rekasi fotokatalitik bersifat fotonik. Proses atau prinsip reaksi fotokatalis dalam tingkat mikro dinyatakan oleh Hoffmann et al. (1995). Mekanisme fotokatalisis heterogen senyawa organik pada permukaan TiO2 terjadi dalam beberapa tahap: 

(1). Pembangkitan pembawa muatan

TiO2 + h  hvb+ + ecb-

(2). Penjebakan pembawa muatan

hvb+ + >TiIVOH  {>TiIVOH}+

ecb- + >TiIVOH  {>TiIIIOH}

ecb- + >TiIV  >TiIII

(3). Penyatuan kembali pembawa muatan

hvb+ + {>TiIIIOH}  >TiIVOH

ecb- + {>TiIVOH}+  >TiIVOH

(4). Transfer muatan pada antar muka

{>TiIVOH}+ + Red  >TiIVOH + Red+

etr- + Ox  >TiIVOH + Ox-

dengan >TiOH, menggambarkan permukaan TiO terhidrat; ecb- merupakan elektron pada pita konduksi, sedangkan etr- merupakan elektron terjebak pada pita konduksi; hvb+ adalah kekosongan dalam pita valesnsi; red merupakan donor elektron (reduktor); ox merupakan penerima elektron (oksidan); {>TiIVOH}+ adalah kekosongan pada pita valensi terjebak pada permukaan (radikal hidroksida hadir pada permukaan), sedangkan {>TiIIIOH} merupakan elektron pada pita konduksi terjebak pada permukaan.


2. Fotohidrofil

Film tipis TiO2 dapat mengurai atau memecah air menjadi molekul yang lebih kecil yang ditandai berkurangnya sudut kontak air-permukaan film tipis TiO2 dengan kehadiran sinar ultra violet (Gambar 3). Fenomena ini ditemukan ke-I kali oleh Grup Fujishima (Wang et al., 1998) yang dikenal sebagai fotohidrofilisitas yaitu perubahan sifat hidrofob-hidrofil dari partikel TiO2 akibat sinar UV. Proses fotohidrofil pada permukaan film TiO2 berlangsung cepat sehingga sering dikatakan sebagai superfotohidrofil.



Gambar 3. Fenomena superfotohidrofil pada permukaan TiO2

Berdasarkan karakter superfotohidrofil tersebut, lapisan tipis TiO2 banyak difungsikan sebagai kaca anti-buram dan swabersih permukaan. Kaca anti-buram banyak digunakan pada kaca kamar mandi, kaca mobil dan kaca mikroskop. Lapisan tipis TiO2 akan bersifat amfifil akibat sinar UV, sehingga memiliki afinitas yang baik dengan air daripada minyak akibatnya minyak yang menempel akan mudah lepas dicuci dengan air. Fungsi swabersih permukaan digunakan sebagai pelapis: dinding dapur, dinding terowongan untuk menghindari minyak dari pengeluaran asap mobil, dan dinding kaca.





Gambar 4. Mekanisme superfotohidrofil

Mekanisme fenomena fotohidrofil atau superfotohidrofil dapat diskemakan seperti pada Gambar 4. Kehadiran sinar UV pada TiO2 mengakibatkan transisi elektron (e-) dari pita valensi ke pita konduksi, sehingga menghasilkan kekosongan (h+) pada pita valensi dan elektron (e-) pada pita konduksi. Elektron mereduksi Ti(IV) menjadi Ti(III), sedangkan kekosongan (h+) mengoksidasi O2- menjadi O2 menghasilkan kekosongan oksigen dipermukaan. Kekosongan oksigen tersebut, disi oleh molekul air yang berikatan dengan Ti(III) yang selanjutnya terurai menjadi hidrokso pada permukaan. Selanjutnya hidrokso tersebut mengalami kondensasi dengan melepaskan air membentuk ikatan Ti-O-Ti (Carp et al., 2004)


3. Fotovoltaik

Sel fotovoltaik generasi ke-II yang menggunakan semikonduktor TiO2 atau ZnO sebagai komponen semikonduktir yaitu sel fotovoltaik berbasi zat pewarna (Dye Sensitized Solar Cells / DSSC) atau sel Grätzel. Sel fotovoltaik ini dikembangkan di awal tahun 1990 oleh grup Grätzel (Gambar 5).

Transfer elektron pada sel fotovoltaik ini berdasarkan sensitifikasi suatu semikonduktor oleh suatu molekul berwarna (dye) memungkinkan terbentuk tingkat energi elektronik baru. Gambar 5 menampilkan skema fungsional suatu sel fotovoltaik berbasi zat pewarna atau sel Grätzel. Foton dengan energi yang mencukupi terabsorbsi oleh pewarna mengakibatkan elektron tereksitasi dari HOMO ke LUMO yang disimbolkan D(dye) menjadi D(dye)*. Energi D(dye)* terletak di atas pita konduski dari semikonduktor tipe n. Selanjutnya elektron bergerak ke pita konduksi semikonduktor dan pewarna menkjadi bermuatan posistif, D(dye)+. Setelah elektron bergerak atau bersirkulasi melewati elektroda, elektron bereaksi dengan elektrolit membentuk reaksi redoks I3-/I-, dan kehadiran reduktor I- dalam lingkungan pewarna memungkinkan reaksi cepet terbentuknya suatu keadaan stabil dari keadaan D(dye)+ menjadi D(dye). Fenomena ini apat berfungsi karena regenerasi pewarna jauh lebih cepat dari pada waktu rekombinasi muatan (Hagfeldt & Grätzel, 1995). Sel fotovoltaik berbasis zat pewarna (DSSC) atau sel Grätzel memiliki efisiensi energi pada skala laboratorium sebesar 7-11 %, sedangkan sel fotovoltaik organik memiliki efisiensi sekitar 5 %.





Gambar 5. Skema prinsip sel fotovoltaik berbasis zat pewarna (Dye Sensitized Solar Cells)

C. Rekayasa Kimia Permukaan Titanium Dioksida: Dispersi Zat Pensensitif

TiO2 merupakan semikonduktor dengan celah pita yang luas dengan absorpsi optik pada daerah sinar ultra violet (<400 nm). Untuk meningkatkan aktifitas migrasi elektron dalam semikondutor tersebut diperlukan suatu material yang dapat yang mengakibatkan migrasi elektron dengan energi lebih rendah dari celah pita semikonduktor. Material tersebut dikenal sebagai zat pensensitif (sensitizer), sedangkan prosesnya disebut sensititasi (sensitization). Banyak material yang memiliki celah pita dekat atau absorpsi dalam cahaya tampak atau sistem inframerah dapat digunakan sebagai zat pensensitif TiO2. Material tersebut terdiri dari semikonduktor inorganik (zat pensensitif yang memiliki energi celah dekat semikonduktor dan logam) dan pewarna organik (organic dyes).



1. Zat pensensitif anorganik

a. Zat pensensitif yang memiliki energi celah lebih kecil TiO2

Berbagai macam semikonduktor yang memiliki energi celah yang kecil telah digunakan sebagai zat pensensitif untuk meningkatkan sifat-sifat absorpsi optik nanopartikel TiO2 dalam daerah cahaya tampak. Metode preparasi untuk sistem TiO2 tersensitifkan material inorganik tersebut biasanya menggunakan metode sol-gel. Hoyer et al. (1995) telah melaporkan preparasi nanokristal TiO2 tersensitifkan nanopartikel PbS (<2,5 nm), dan menunjukkan bahwa elektron yang terbentuk dari penyinaran foton dapat bermigrasi secara langsung dari PbS ke TiO2 terbentuk fotokonduksi yang kuat di daerah cahaya tampak. Fitzmaurice et al. (1995) menemukan bahwa eksitasi zat pensensitif AgI pada nanopartikel TiO2 dihasilkan dalam suatu stabilisasi pasangan kekosongan-elektron dengan waktu hidup 100 s dan terjadi migrasi elektron dari AgI ke TiO2.





Gambar 6. Migrasi elektron dari pita konduksi CdS ke pita konduksi TiO2

Hoyer & Weller (1994) mempelajari proses pensensitifan nanopori TiO2 oleh Ag2S dan memperoleh informasi bahwa posisi relatif tingkat energetik pada antarmuka ukuran partikel kuantum dan TiO2 dioptimumkan untuk pemisahan muatan dengan menggunakan efek kuantisasi ukuran dan fotostabilitas elektroda dapat ditingkatkan secara signifikan melalui modifikasi permukaan nanopartikel TiO2 dengan nanopartikel CdS. Gambar 6 menunjukkan migrasi elektron dari pita kondusi CdS ke pita konduksi TiO2 dengan penyinaran cahaya tampak. Sant and Kamat (2002) menunjukkan bahwa pengaruh ukuran kuantum berperan penting dalam tranfer elektron antar partikel dalam sistem CdS-TiO2 dan juga bergantung ukuran nanopartikel TiO2. Transfer muatan hanya terjadi apabila nanopartikel TiO2 berukuran cukup besar (>1,2 nm) ketika pita konduksi nanopartikel berada dibawah pita konduksi nanopartikel CdS.



b. Zat pensensitif nanopartikel logam

Ohko et al. (2003) menunjukkan bahwa ketika film TiO2-nanopartikel tersensitifkan Ag-nanopartikel, warna film dapat berubah dari tidak berwarna menjadi abu-abu kecoklatan disinari ultraviolet. Hal ini dikarenakan terjadi oksidasi Ag oleh O2 pada sinar tampak dan reduksi Ag+ pada sinar ultraviolet. Naoi et al. (2004) berhasil memperoleh informasi bahwa sifat fotokromik fim TiO2 tersensitifkan Ag dapat ditingkatkan melalui iradiasi secara simultan selama proses deposisi Ag dengan sinar ultraviolet. Kawahara et al. (2005) mengajukan mekanisme pemisahan muatan padsa antar muka Ag dan nanopartikel TiO2 sebagaimana pada Gambar 7. Pada TiO2 terdeposisi nanopartikel Ag, transfer elektron akibat fotoinduksi cahaya tampak dari Ag ke molekul oksigen memiliki peran penting. Beberapa fotoeksitasi elektron pada Ag ditransfer ke molekul oksigen melalui TiO2 dan non-eksitasi Ag.





Gambar 7. Migrasi elekron dari perak (Ag) ke pita konduksi (PK) TiO2

(PV = pita valensi dan PK = pita konduksi)

Tatsuma & Suzuki (2007) menemukan bahwa film nanopri TiO2 terdispersikan nanopartikel Ag menunjukkan perubahan potensial negatif dan arus anoda dalam merspon penyinaran cahaya tampak, sehingga atas dasar ini adapat diaplikasikan untuk fotovoltaik, fotokatalis, dan sensor plasmon. Cozzoli et al. (2005) menemukan bahwa TiO2-nanorods yang tersensitifkan nanopartikel Au dan Ag terdapat akumulasi elektron yang tinggi pada pita konduksi daripada TiO2 murni akibat penyinaran dengan sinar ultraviolet.

2. Zat pensensitif organik

Zat pewarna organik telah secara luas digunakan sebagai zat pensensitif nanomaterial TiO2 untuk meningkatkan sifat-sifat optiknya, misalnya: zat pensensitif pada sel fotovoltaik berbasi zat pewarna (Dye Sensitized Solar Cells / DSSC) atau sel Grätzel (Grätzel, 2003; Grätzel, 2004 & Grätzel, 2005; Tan & Wu, 2006). Zat pensesnsitif organik biasanya merupakan kompleks logam transisi dengan ligand polypyridine, phthalocyanine, dan metalloporphyrins. Zat pensensitif organik ini terhubung dengan permukaan nanopartikel TiO2 melalui grup fungsional dengan berbagai interaksi : (a). ikatan kovalen dengan terhubung langsung grup fungsonal atau melalui agen pengikat, (b) interaksi elektrostatik electrostatic melalui pertukaran ion, pasangan ion, atau interaksi donor-aseptor, (c). ikatan hidrogen, (d) gaya Van der Waals. Grup fungsional yang umum digunakan secara sukses berasal dari asam karboksilat.


C. Kegiatan akan dilaksanakan dan kaitannya dengan RIP

Penelitian tahun pertama mengembangkan metode, teknik dan proses sintesis TiO2-nanopartikel terdadah vanadium atau kromium melalui metode pengendapan basa (NH4OH) dengan teknik injeksi panas dan refluks dari sumber titanium: Ti(O)2O.2H2O. Pengembangan metode, teknik dan proses sintesis tersebut dilakukan dalam rangka menyisipkan tingkat energi vanadium atau kromium diantara dua pita energi dalam TiO2 yaitu pita valensi dan pita konduksi, sebagaimana pada Gambar 8 (Umebayashi et al., 2002).





Gambar 8. Skema fotoeksitasi pada sinar tampak dalam TiO2 terdadah logam:

(a). Ti(1-x)CrxO2 dan (b). Ti(1-x)VxO2


Tabel 2. Isu Strategis Material Maju dan Fungsional

Tema Payung

Tema

Tahapan Kegiatan

IKUP / Target

2013

2014

2015

2013

2014

2015




Pengembang-an material dari bahan mineral dan organik

Pengembang-an material organik/ anorganik bidang kese-hatan, farmasi, maupun obat-obatan

Eksplorasi preparasi, sintesis, identifikasi, karakteri-sasi material bidang kesehatan, farmasi, maupun obat-obatan

Aplikasi dalam skala labora-torium

Pengembangan skala luas (uji coba lapangan, menjalin kerjasama dengan industri pengguna)

Jurnal terakredi-tasi nasio-nal/Inter-nasional
Target

Diperoleh material baru dan teknolo-ginya



Jurnal terakredi-tasi nasiona/

Interna-sional


Target

Diperoleh Prototipe teknologi material yang diuji



Jurnal terakredi-tasi nas./

Interna-sional dan Patent



Target

Produk material & teknologi yg dikem-bangkan


Penelitian tahun ke-dua, dilaksanakan untuk melakukan uji aktivitas antibakteri terhadap E. Coli dari nanopartikel TiO2 yang dihasilkan penelitian tahun pertama yaitu TiO2-nanopartikel terdadah vanadium atau kromium yang merupakan aplikasi dalam skala laboratorium. Penelitian ini untuk mengembangkan material organik/anorganik bidang kesehatan, farmasi, maupun obat-obatan yang sesuai dengan Rencana Induk Penelitian (RIP) 2012-2016 Uniuversitas Negeri Yogyakarta yang tertuang dalam Isu Strategis Material Maju dan Fungsional pada halaman 50 (Tabel 2).

Penelitian tahun ke-tiga, dilaksanakan untuk pengembangan bahan pembersih dan antiburam skala luas (uji coba lapangan, menjalin kerjasama dengan industri pengguna). Mula-mula, membuat bahan yang berbahan dasar nanopartikel TiO2 terdadah Cr atau V, kemudian uji aktivitas antiburam dalam skala laboratorium dan akhirnya bahan tersebut siap dipasarkan.

BAB III

METODE PENELITIAN

A. Alat dan Bahan

1. Alat-alat yang digunakan: peralatan gelas, alat saring, inkubator, timbangan digital, pengaduk magnet, labu ukur, cawan gelas, sonifikator dan kaca preparat.

2. Bahan-bahan yang diperlukan: amonium hidroksida, IPA (Iso Propil Alkohol), EMAL (Sodium Lauryl Sulfat), Pine Oil, STPP (sodium Tri Poly Phospat), matilen blue (MB), bibit parfum, akuades dan metanol.

B. Prosdur Penelitian

1. Pembuatan bahan pembersih dan antiburam berbasis nanopartikel TiO2 terdadah variasi kromium dan vanadium

Penelitian tahun ke-tiga dilaksanakan untuk membuat bahan pembersih dan antiburam berbasis nanopartikel TiO2 terdadah variasi kromium dan vanadium yang telah dihasilkan dari penelitian tahun-pertama dan ke-dua sebagaimana pada diagram alir pada Gambar 9.



Gambar 9. Digram prosedur penelitian keseluruhan

2. Preparasi bahan antiburam

Percobaan antibakteri dan antiburam dengan berbagai perbandingan: nanopartikel TiO2 terdadah Cr dan V: surfaktan : emulsifier. Disiapkan bahan dalam prosen berat: Emal (0,1%), IPA (Iso Propil Alkohol, 20,0%), metanol (0,1%), NH4OH (Ammonium Hidroksida, 0,1%), parfum (sesuai seler), metilen blue (MB, sesuai selera) dan siapkan prosen sisa akuades. Prosedur preparasi bahan antibakteri dan antiburam:


  1. Larutkan Emal secara perlahan dalam 1/10 air yang digunakan 

  2. Aduk perlahan jangan timbul busa, lakukan sampai benar-benar rata 

  3. setelah merata tambahkan NH4OH, Methanol dan IPA secara perlahan 

  4. Setelah semuanya larut tambahkan sisa air sampai habis 

  5. Masukkan pewarna biru dan parfum sesuai selera 

3. Pengujian bahan antiburam

Pengujian antiburam dilakukan dengan mengukur sudut kontak antara cairan (akuades) dengan subtrat (kaca preparat) yang telah dilapisi bahan antibakteri dan antiburam berbasis TiO2-nanopartikel terdadah krom dan vanadium untuk menentukan sifat hidrofilisitasnya. Masing-masing sampel dilapiskan kepermukaan kaca preparat steril. Salah satu kaca diperlakukan tanpa pelapisan bahan antiburam sebagai perbandingan. Kaca preparat ditetesi air dan dilakukan pengambilan gambar setiap 2 menit dalam rentang waktu 0-40 menit. Pengujian sudut kontak menggunakan paparan lampu UV. Besarnya sudut kontak diukur dengan freehand tools dimension dalam aplikasi Corel Draw.



BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. PREPARASI BAHAN ANTIBURAM

Larutan koloid bahan antiburam berbasis TiO2 terdoping Cr telah dapat dibuat dari bahan-bahan: Emal (0,1%), IPA (Iso Propil Alkohol, 20,0%), metanol (0,1%), NH4OH (Ammonium Hidroksida, 0,1%), parfum (sesuai seler), metilen blue (MB, sesuai selera) dan siapkan prosen sisa akuades. Prosedur preparasi bahan antiburam sebagai berikut: larutkan Emal secara perlahan dalam 1/10 air dan diaduk perlahan jangan timbul busa, lakukan sampai benar-benar rata, kemudian ditambahkan NH4OH, metanol dan IPA secara perlaha, setelah semuanya larut tambahkan sisa air sampai habis dan akhirnya dimasukkan pewarna biru dan parfum.




Gambar 10. Larutan koloid bahan antiburam berbasis TiO2 terdoping Cr

B. UJI AKTIVITAS ANTIBURAM

1. TiO2 terdadah kromiu (Cr)

Pengujian antiburam dilakukan dengan mengukur sudut kontak antara cairan (akuades) dengan subtrat (kaca preparat) yang telah dilapisi lapisan antiburam berbasis TiO2-nanopartikel terdadah Cr untuk menentukan sifat hidrofilisitasnya. Disiapkan kaca preparat steril, masing-masing kaca dilapisi larutan sampel dengan teknik dipcoating yaitu pencelupan cepat. Salah satu kaca diperlakukan pencelupan dalam larutan pembersih kaca. Kaca preparat ditetesi air dan dilakukan pengambilan gambar setiap 2 menit dalam rentang waktu 0-40 menit. Pengujian sudut kontak menggunakan paparan sinar matahari langsung. Besarnya sudut kontak diukur dengan freehand tools dimension dalam aplikasi Corel Draw. Penurunan sudut kontak air pada kaca preparat terlihat jelas pada Gambar 11. Pada waktu 0 menit, tetesan air berbentuk lebih cembung dengan ukuran sudut yang besar hingga pada waktu 40 menit tetesan terlihat menurun dan menyebar dengan ukuran sudut yang lebih kecil. Terlihat pada Gambar 11 bahwa semua kaca preparat yang dilapisi TiO2 terdadah Cr menjukkan aktivitas anti-buram yang baik dan TiO2 terdadah 4,4% Cr menunjukkan penurunan sudut kontak paling besar



Gambar 11. Hasil uji aktivitas antiburam larutan kaca pembersih berbasis TiO2 terdadah variasi Cr antara sudut kontak vs waktu


Waktu

(menit)


Sudut Kontak Tanpa Pelapisan

Sudut Kontak dengan Pelapisan TiO2

Sudut Kontak dengan Pelapisan TiO2 terdadah 3% Cr

Sudut Kontak dengan Pelapisan TiO2 terdadah 6% Cr

Sudut Kontak dengan Pelapisan TiO2 terdadah 9% Cr

0











4











8











18











28











34











38











40












2. TiO2 terdadah vanadium (V)

Uji antiburam ini dilakukan dengan cara membuat lapisan yang sangat tipis dari larutan pembersih berbasis TiO2 terdadah variasi %V pada permukaan kaca preparat kemudian hasil dilakukan pengukuran sudut kontak. Suspensi yang terbentuk digunakan untuk melapisi kaca preparat dengan cara mencelupkan kaca preparat yang telah dibersihkan dengan etanol dan aseton, selanjutnya kaca preparat dikeringkan. Setelah itu kaca preparat dicelupkan ke dalam larutan suspensi pembersih kaca berbasis TiO2 terdadah variasi %V lalu dikeringkan. Gambar 12 memperlihatkan penurunan sudut kontak pada sampel larutan pembersih kaca berbasis TiO2-nanopartikel terdadah berbagai variasi pendadah vanadium menunjukan bahwa semakin lama waktu penyinaran pada kaca yang dilapisi material tersebut terjadi penurunan sudut kontak dari setiap sampel yang diukur. Sudut kontak air pada setiap sampel mempunyai besaran yang berbeda tergantung perlakuan saat meneteskan air pada waktu 0 menit.



Gambar 12. Hasil uji aktivitas antiburam larutan kaca pembersih berbasis TiO2 terdadah variasi V antara sudut kontak vs waktu
Gambar 12 terlihat bahwa semua larutan pembersih kaca berbasis TiO2-nanopartikel terdadah berbagai variasi pendadah vanadium mengalami penurunan sudut kontak. Semua sampel mempunyai sifat superhidrofilik dengan penurunan sudut kontak yang tinggi. Larutan pembersih kaca berbasis 3,3% V mempunyai sifat superhidrofilik paling tinggi. Hal ini mengindikasikan bahwa dengan penambahan variasi logam kromium ataupun vanadium pada permukaan lapis tipis TiO2 dengan konsentrasi yang bertambah dapat meningkatkan daya adsorpsi air dari film katalis tersebut. Hal ini mempermudah permukaan katalis mengalami kontak langsung dengan H2O sebagai sumber pembentukan gugus –OH yang meningkatkan sifat hidrofilik katalis (Yu et al., 2000).



Waktu

(menit)


Sudut Kontak Tanpa Pelapisan

Sudut Kontak dengan Pelapisan TiO2

Sudut Kontak dengan Pelapisan Ti0,958V0,040O2+δ

Sudut Kontak dengan Pelapisan Ti0,922V0,074O2+δ

Sudut Kontak dengan Pelapisan Ti0,868V0,126O2+δ

0











2











4











6











8











10











12











14











16











18











20











22











24











26











28











30











32











34











36











38











40













BAB V

SIMPULAN DAN SARAN



  1. Simpulan

  1. Semua larutan pembersih kaca berbasis TiO2 nanopartikel terdadah berbagai variasi kromium dan vanadium memiliki antivitas anti-buram.

  2. Larutan pembersih kaca berbasis TiO2 nanopartikel terdadah 4,4% kromium memiliki sifat anti-buram yang paling tinggi.

  3. Larutan pembersih kaca berbasis TiO2 nanopartikel terdadah 3,3% vanadium memiliki sifat anti-buram yang paling tinggi.




  1. Saran-saran

Permasalahan dalam penelitian uji aktivitas anti bakteri dan anti buram masih perlu berlanjut, sehingga perlu dilakukan pengembangan kearah aplikasi material tersebut dalam bidang penelitian. Untuk itu saran - saran untuk penelitian ini adalah sebagai berikut:

  1. Diperlukan penelitian lebih lanjut mengenai uji aktivitas anti bakteri senyawa titania yang terdadah logam kearah pengembangan aplikasi

  2. Diperlukan penelitian lebih lanjut dengan uji aktivitas anti bakteri terhadap bakteri yang di ujikan dan metode yang digunakan pada uji aktivitas anti buram



DAFTAR PUSTAKA

Aizawa, M., Morikawa, Y., Namai, Y., Morikawa, H. & Iwasawa, Y. (2005). Oxygen Vacancy Promoting Catalytic Dehydration of Formic Acid on TiO2(110) by in Situ Scanning Tunneling Microscopic Observation. Jornal of Physical Chemistry B. 109: 18831-18838.

Ashkarran, A.A. & Mohammadizadeh, M.R. (2008). Superhydrophilicity of TiO2 Thin Films Using TiCl4 as a Precursor. Materials Research Bulletin. 43: 522-530.

Awati, P.S., Awate, S.V., Shah, P.P. & Ramaswamy, V. (2003). Photocatalytic Decomposition of Methylene Blue Using Nanocrystalline Anatase Titania Prepared by Ultrasonic Technique. Catalysis Communications. 4: 393-400.

Bach, U., Lupo, D., Compte, P., Moser, J.E., Weissörtel, F., Salbeck, J., Spreitzer, H & Grätzel, M. (1998). Solid-state Dye-sensitized Mesoporous TiO2 Solar Cells with High Photon-to-electron Conversion Efficiencies. Nature. 395 : 583-585.

Carp, O., Huisman, C.L. & Reller, A. (2004). Photoinduced Reactivity of Titanium Oxide. Progress in Solid State Chemistry. 32: 33-177

Chen, X. & Mao, S.S. (2007). Titanium Dioxide Nanomlaterials: Synthesis, Properties, Modifications, and Applications. Chemical Review. 107: 2891- 2959.

Cottineau, T., Richard-Plouet, M., Rouet, A., Puzenat, E. & Sutrisno, H., Piffard, Y., Petit, P.E. & Brohan, L. (2008). Photosensitive Titanium Oxo-polymers: Synthesis and Structural Characterization. Chemistry of Material. 20(4):

Dai, Q., Zhang, Z., He, N., Li, P. & Yuan, C. (1999). Preparation and Characterization of Mesostructured Titanium Dioxide and Its Application as a Photocatalyst for the Wastewater Treatment. Materials Science and Enginering. C8-9: 417-423.

  1   2   3   4


Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©azkurs.org 2016
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə