Sintesis, Karakterisasi Nanopartikel Titania Yang Dimodifikasi dan Aplikasinya Pada Inhibisi Pertumbuhan Bakteri dan Jamur

Rilda, Yetria (2010) Sintesis, Karakterisasi Nanopartikel Titania Yang Dimodifikasi dan Aplikasinya Pada Inhibisi Pertumbuhan Bakteri dan Jamur. S3 thesis, Universitas Andalas.

Text (Skripsi Full Teks) S3 Pascasarjana Kimia 2010 Yetria Rilda 05301009.pdf - Published Version Restricted to Repository staff only Download (3MB)

Abstract

Nanopartikel titania modifikasi (M-TiO₂) merupakan produk hasil sintesis dengan teknologi sol-gel. Produk ini sangat berpotensi jika diaplikasikan sebagai senyawa desinfektan karena dapat memberikan laju inhibisi ≥ 95%. Metoda sintesis sol-gel adalah salah satu metode sintesis powder M-TiO₂ yang banyak memberikan keuntungan dibandingkan dengan metode lain, sol-gel memiliki beberapa kelebihan, seperti (1) produktivitas tinggi, (2) ukuran dan struktur mudah dimodifikasi, (3) distribusi kristal merata dan homogen, (4) temperatur rendah, (5) leluasa memanipulasi stoikiometri dan (6) sederhana. Titania (TiO2) sebagai material dasar, memiliki tiga struktur kristal alami, yaitu: anatase, rutil dan brookite. Diantara ketiga struktur tersebut, anatase memiliki band gaps paling besar yaitu: Eg 3,2 eV. Titania dengan energi gap besar lebih peka terhadap penyerapan sinar UV Am: 365385 nm. Sinar dengan m: 365 -385 nm mempunyai energi yang sama atau lebih besar dari Eg titania dan energi foton ini akan digunakan untuk proses fotogenerasi elektronik. Band gaps besar memberikan waktu generasi rekombinasi (e', h) yang lebih panjang, sehingga proses katalisis berlansung lebih lama. Penyinaran pada permukaan katalis TiO₂ dengan sinar UV Am: 365 nm, diawali dengan terjadinya fotogenerasi rekombinasi (e', h') dan melalui proses redoks, TiO₂ dapat memproduksi radikal bebas (OH). Radikal bebas ('OH) merupakan senyawa oksidatif kuat yang dapat menghancurkan dinding sel dan membram sel mikroba. Untuk memperpanjang waktu rekombinasi (e", h) dan meningkatkan produktifitas radikal bebas (OH), maka TiO₂ dapat dimodifikasi struktur, ukuran partikel dan luas permukaannya melalui proses doping dengan ion dopant transisi. Penelitian ini bertujuan untuk sintesis powder M-TiO2 dan memodifikasikan dengan menggunakan ion dopant tunggal transisi (M: Fe, Co, Ni, Cu dan Zn). Dopant ion tunggal yang memberikan performan paling baik (struktur, ukuran dan luas permukaan) dijadikan dasar pertimbangan untuk menggandakan menjadi doping ion dopant ganda 2 dan ion dopant ganda 3 yaitu (M: Fe-Ni, CuNi dan FeCuNi). Kombinasi doping dari ion dopant ganda 2 atau 3 merupakan suatu rancangan metoda baru dalam proses sintesis powder M doped TiO2 dan aplikasinya sebagai senyawa desinfektan. Parameter sintesis powder titania yang dilakukan adalah variasi komposisi molar ion dopant terhadap prekusor TIP dan temperatur kalsinasi, masing-masing parameter memberikan kondisi optimal pada konsentrasi 2-4% pada temperatur 400-600°C. Target yang diinginkan dari hasil modifikasi adalah titania modifikasi (M-TiO2) dengan struktur anatase, ukuran nanopartikel dan luas permukaan besar. Performan ini dapat diidentifikasi berdasarkan pengujian atau pengukuran dengan peralatan Thermal Gravimetri /Diffrential Thermo Analysis (TG-DTA), Fourtier Transformation Infra Red Spectroscopy (FT-IR), UV-Vis Spectroscopy, X-ray Difraxtion (XRD), Foto Optis, Scanning Electron Microscope (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX), Transmision Electron Microscope (TEM) dan Brunauer Emmett Teller (BET). Kemudian dilanjutkan pengkajian aplikasi powder M-TiO₂ anatase yang berukuran nanopartikel sebagai senyawa desinfektan untuk menginhibisi pertumbuhan sel mikroba Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, Aspergillus niger, Penicillium sp. dan Fusarium semitectum. Target dari pengujian fotokatalis M-TiO2 ini adalah untuk mendapat efisiensi inhibisi optimum dari powder M-TiO2 dalam menginhibisi sel mikroba, sehingga dapat dimanfaatkan sebagai senyawa desinfektan alternatif. Sintesis powder M-TiO2 dengan menggunakan doping ion dopant tunggal (M: Fe, Co, Ni, Cu dan Zn) memberikan hasil karakterisasi sebagai berikut, warna dari sol dan gel adalah spesifik sesuai dengan jenis warna ion dopant yang digunakan, bersifat liat dan transparan. Dari analisis TG-DTA menunjukkan laju dekomposisi berat dalam rentang temperatur ~400°C (59 ± 5)%, temperatur ~ 500°C (66± 4)% dan temperatur ~ 600°C (70±5)%. Pembentukan M-TiO2 dapat ditentukan berdasarkan analisis gugus fungsi dari pengukuran FT-IR, dimama menunjukkan adanya pengurangan intensitas gugus fungsi (vibrasi streching OH) pada daerah angka gelombang 3600-3000 cm, gugus (vibrasi bending HOH) pada daerah angka gelombang 1700 - 1575 cm²¹ dan terjadi peningkatan intensitas gugus Ti-O-Ti dan O-Ti-O pada angka gelombang 800 - 400 cm²¹ yang menunjukkan bahwa terjadi pembentukan molekul M-TiO2. Analisis UV-Vis memberikan penyerapan M-TiO2 berada dalam rentang panjang gelombang 300,3 - 381,9 nm. Efek ion dopant dapat menyebabkan pergeseran absorbsi ke panjang gelombang yang lebih besar (Shift-red), sedangkan jika konsentrasi ion dopant diperbesar juga mempengaruhi absorbsi dan menyebabkan pergeseran absorbsi ke panjang gelombang yang lebih besar (Shift-red). Dari analisis XRD diperoleh struktur titania anatase dengan ukuran partikel berdasarkan persamaan Debye Schrreer's adalah sebagai berikut, pada temperatur 400°C ukuran partikel berada dalam rentang 7,7 13,9 nm, masing-masing memberikan intensitas anatase pada 118,4193,9 au, temperatur 500°C dengan ukuran partikel (10,1 - 16,8) nm, intensitas anatase 160,1 - 298,0 au. Sedangkan pada temperatur 600°C cendrung terjadi pembentukan campuran anatase-rutil. Kecendrungan transisi fase ini tergantung pada jenis ion dopant yang digunakan. Ion dopant Fe, Ni memberikan struktur campuran anatase-rutil sedangkan ion dopant Co, Cu, Zn memberikan struktur rutil. Dari analisis TEM memperlihatkan pada umumnya partikel terdistribusi merata dalam bentuk spherical dengan ukuran partikel berada dalam rentang 10-15 nm, kecuali ion dopant Zn dan tanpa ion dopant memberikan ukuran partikel lebih besar yaitu 15 20 nm. Analisis luas permukaan dengan BET memberikan luas permukaan 45-71 m²/g. Analisis SEM memperlihatkan pertumbuhan partikel lebih sempurna pada suhu 500°C dan membentuk agglomerasi partikel kecil dan saling cross-link satu sama lainnya. Analisis EDX dapat memperkirakan komposisi kimia dari titania modifikasi masing-masingnya adalah sebagai berikut, komposisi kimia pada temperatur 400°C, ~ 90,5% dan pada temperatur 500°C, ~ 97-99%. Pengujian fotoaktifitas titania sebagai senyawa desinfektan menunjukkan bahwa ion dopant tunggal transisi Ni+22%, 500°C doped TiO2 dan ion dopant ganda transisi FeCuNi (1:2:1), temperatur kalsinasi 500°C doped TiO₂ memberikan efek inhibisi optimum pada suspensi sel Escherichia coli, Staphylococcus aureus, pada lingkungan indoor, berpotensi sebagai senyawa fotodegradasi polutan organik dialam, sehingga memberikan prospek yang sangat luas untuk penerapan di lingkungan. Untuk meningkatkan nilai ekonomis dari titania modifikasi perlu dilakukan penelitian lebih lanjut terutama bagaimana teknik amobilisasi yang tepat dalam penggemasan powder titania, kapasitas dan kestabilan powder selama dalam penggunaan.

Actions (login required)

View Item