BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah Titanium dioksida (TiO2) merupakan bahan semikonduktor yang banyak digunakan untuk aplikasi dalam bidang fotokatalis (Lu et al., 2007), sel surya (Chiba et al., 2006), antiburam (Farahmandjou & Khaili, 2013), antibakteri (Gupta et al., 2013), antijamur (Wolfrum et al., 2002), lapisan pelindung cat (Salthammer et al., 2007), dan pembersih air limbah (Li et al., 2003). Aplikasi TiO2 dalam kehidupan sehari-hari di atas dapat digunakan karena TiO2 bersifat tidak toksik, memiliki kestabilan kimia tinggi, dan reaktivitas fotokatalitik yang tinggi serta bersifat inert (Wade, 2005). Penelitian tentang TiO2 berkembang pesat dalam bidang fotovoltaik, fotokatalis, dan superfotohidrofil. Fotoaktivitas TiO2 terjadi karena proses kimia akibat transisi elektron dari pita valensi ke pita konduksi. Energi celah pita memiliki peran penting dalam transisi elektron. Energi celah pita berkaitan dengan tipe struktur TiO2. TiO2 memiliki 11 tipe struktur. Tiga diantaranya terdapat di alam dalam bentuk mineral yang stabil yaitu anatas, rutil, dan brookit (Banfield & Veblen, 1992). Tipe struktur anatas memiliki energi celah pita 3,2 eV; Rutil 3,0 eV; dan brookit 3,4 eV (Wunderlich et al., 2004). Energi celah pita anatas lebih tinggi daripada rutil sehingga fotoaktivitas anatas lebih baik daripada rutil (Hoffman et al., 1995). Energi celah pita TiO2 menyebabkan fotoaktivitas TiO2 hanya dapat mengabsorbsi energi foton pada daerah ultraviolet (200-400) nm sehingga TiO2 tidak memiliki respon di daerah visibel (Gerfin et al., 1997). Sinar 1
matahari memiliki 5% emisi sinar ultraviolet yang sampai ke permukaan bumi (Garcia, 2003). Oleh karena itu, perlu dilakukan usaha untuk meningkatkan fotoaktifitas TiO2 antara lain dengan pengontrolan ukuran, morfologi, dan tipe struktur. Pengontrolan tipe struktur meliputi pH, temperatur, tekanan, metode, teknik sintesis serta penggunaan prekusor titanium dioksida. TiO2 dapat disintesis dengan berbagai metode, antara lain: metode sol-gel (Seo et al., 2001), solvotermal (Jolivet et al.,2000), plasma (Irie et al., 2003), deposition-precipitation (Idakiev et al., 2005), reduksi sederhana (Nino-Martinez et al., 2008), hidrotermal (Hong et al., 2009), pengendapan (Zhao et al., 1998) dan refluks (Aini & Sutrisno, 2013). Khan et al. (2006) telah berhasil mensintesis TiO2 nanotube dengan kristalinitas tinggi melalui perlakuan post-treatment dengan merefluks TiO2 dengan asam peroksida (H2O2). Hasil yang diperoleh yaitu kristalinitas TiO2 meningkat setelah direfluks sehingga mengindikasikan material tersebut dapat diaplikasikan dengan baik sebagai fotokatalisis. Kondisi pH refluks dapat mempengaruhi hasil sintesis titanium dioksida. Ichzan, dkk (2015) telah mensintesis TiO2 dengan metode kopresipitasi pada variasi pH larutan prekusor dalam kondisi basa yaitu 9,11, dan 12. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ketiga jenis pH memiliki fasa anatas dan menghasilkan ukuran butir serbuk TiO2 yang berbeda. Ukuran butir serbuk TiO2 terkecil pada sampel pH 9. Penelitian lain oleh Diamandescu et al. (2008) juga mensintesis TiO2 pada pH basa dan menghasilkan TiO2 berstruktur anatas. Senyawa basa yang sering digunakan antara lain: NH4OH (Nagaoka et al., 2002; Cacciafesta et al., 2002), NaOH
2
(Idakiev et al., 2005), LiOH dan KOH (Braun et al., 1992; Sikhwivhilu et al., 2009). Prekusor merupakan bahan dasar yang digunakan untuk sintesis. Prekusor yang dapat digunakan dalam sintesis antara lain: TiCl4 (Kamegawa et al., 2009), Ti(O)2.O.2H2O (Sutrisno, 2012), TiO2 (Richmond et al., 2011). Fatimah (2009) meneliti tentang dispersi TiO2 ke dalam SiO2-montmorillonit untuk mendapatkan TiO2 yang homogen di dalam padatan SiO2-montmorillonit dengan pengaruh prekusor. Prekusor titanium isopropoksida (TTIP) menunjukkan karakter fisikokimiawi lebih baik dibandingkan dengan titanium tetraklorida (TiCl4), dan titanium oksida klorida (TiOCl2). Beberapa penelitian yang pernah dilakukan untuk meningkatkan efisiensi aktivitas fotokatalis TiO2 antara lain dengan sintesis nanokristalin TiO2 (Yu et al., 2004), penyisipan dopan (Wang et al., 2008), dan penambahan zat pensensitif (sensitizer) (Yu et al., 2003). Material dopan dan zat pensensitif (sensitizer) yang biasa digunakan diantaranya adalah kobalt (Diantoro dkk., 2010), timbal (Tahta dkk., 2012), nitrogen (Lynch et al., 2015), kadmium sulfida (Yu et al., 2003), emas (Ramasamy et al., 2009), kadmium dan seng (Li et al., 2007), perak (Wang et al., 2008). Zat pensensitif perak memiliki konduktivitas yang baik dan stabil secara kimiawi (Yeo et al., 2003). Golongan perak halida terkenal sebagai material yang peka cahaya dan secara luas digunakan sebagai bahan sumber dalam fotografis film menyerap foton dan melepaskan sebuah elektron dan lorong positif. Salah satu golongan perak halida yang digunakan adalah AgCl. Yang et al. (2016) telah 3
meneliti tentang modifikasi kimia TiO2 secara in-situ dengan penambahan Ag/AgCl dan porous magnesian (PM) atau imporous magnesian (IM) menunjukkan bahwa aktifitas fotokatalitik terhadap dekomposisi gas benzena dari Ag/AgCl/TiO2/PM 3.28 × 10−4% Ag dengan kecepatan reaksi (k = 2,36 × 10−2 min-1) adalah 5,21 lebih tinggi dari TiO2/PM (porous magnesian) dan 30,57 kali lebih tinggi dari TiO2/IM (imporous magnesian). Hasil ini mengusulkan perak klorida bisa bertindak sebagai zat pensensitif yang dapat digunakan sebagai fotokatalis. Temperatur dan waktu sintesis juga sangat berpengaruh terhadap morfologi dan sifat-sifat TiO2 termodifikasi. Banyak peneliti yang melakukan sintesis modifikasi TiO2 sebagai fotokatalisator pada temperatur ruang (Kiyonaga et al., 2008) dengan menggunakan TiO2 sintesis maupun komersial, seperti TiO2 fasa anatas, TiO2 fasa rutil, dan TiO2 (degusa-P25). Sangcay et al. (2012) telah mensintesis TiO2-AgCl dengan metode sol-gel dan dikalsinasi pada temperatur 400-600 oC. Hasil penelitian menunjukkan bahwa sampel TiO2-AgCl pada 400 oC selama 2 jam memiliki konsentrasi anatas paling tinggi dan diameter paling kecil sedangkan penelitian Nursiah (1999) menunjukkan kalsinasi paling baik adalah 550 oC selama 30 menit. Waktu sintesis harus optimal dan selektif mungkin supaya zat pensensitif dapat menempel pada permukaan TiO2 secara sempurna.
B. Identifikasi Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan diatas, maka hal-hal yang mempengaruhi sintesis modifikasi TiO2 adalah sebagai sebagai berikut: 4
1.
TiO2 dapat diaplikasikan untuk berbagai macam fungsi, diantaranya: fotokatalis, antiburam, sel surya, antibakteri, antijamur, dan lain-lain.
2.
Sintesis TiO2 dapat dilakukan dengan berbagai metode.
3.
Terdapat beragam jenis basa yang sering digunakan antara lain: NH4OH, NaOH, KOH, LiOH.
4.
Prekusor merupakan bahan dasar untuk menghasilkan produk.
5.
Zat pensensitif (sensititizer) digunakan untuk meningkatkan kemampuan fotokatalitik dalam sintesis modifikasi TiO2.
6.
Temperatur sintesis modifikasi TiO2.
7.
Waktu sintesis modifikasi TiO2.
C. Pembatasan Masalah Berdasarkan identifikasi masalah diatas, maka dalam penelitian ini masalah dibatasi sebagai berikut: 1. Titanium dioksida (TiO2) diaplikasikan sebagai material antiburam. 2. Metode sintesis yang digunakan adalah metode refluks. 3. Basa yang digunakan dalam sintesis adalah NH4OH pekat dengan pH ~10. 4. Prekusor yang digunakan yaitu TiO2 rutil. 5. Zat pensensitif yang digunakan untuk meningkatkan kemampuan fotokatalitik dalam sintesis modifikasi TiO2 adalah perak klorida, dengan berbagai variasi perak yaitu 0%; 0,5%; 1,5%; 3%; dan 5%. 6. Sintesis modifikasi TiO2 dilakukan pada temperatur 150 oC. 7. Sintesis modifikasi TiO2 dilakukan selama 6 jam. 5
D. Rumusan Masalah Perumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Bagaimanakah pengaruh variasi perak 0%; 0,5%; 1,5%; 3%; dan 5% pada material TiO2-tersensitifkan AgCl (TiO2@AgCl) terhadap karakter fisik yang dihasilkan? 2. Bagaimanakah
aktivitas
antiburam
material
TiO2-tersensitifkan
AgCl
(TiO2@AgCl) pada berbagai variasi perak 0%; 0,5%; 1,5%; 3%; dan 5%?
E. Tujuan Penelitian Berdasarkan rumusan masalah di atas, tujuan penelitian ini adalah: 1. Mengetahui karakter fisik material TiO2-tersensitifkan AgCl (TiO2@AgCl) pada berbagai variasi perak. 2. Mengetahui kemampuan aktivitas antiburam material TiO2-tersensitifkan AgCl (TiO2@AgCl) pada berbagai variasi perak.
F. Manfaat Penelitian Manfaat penelitian ini adalah: 1. Meningkatkan pengetahuan terhadap sintesis material TiO2-tersensitifkan AgCl (TiO2@AgCl). 2. Meningkatkan pengetahuan tentang karakter fisik material TiO2-tersensitifkan AgCl (TiO2@AgCl). 3. Meningkatkan pengetahuan tentang kemampuan material TiO2-tersensitifkan AgCl (TiO2@AgCl) sebagai material antiburam. 6
BAB II KAJIAN PUSTAKA
A. Deskripsi Teori 1.
Nanopartikel Titanium Dioksida Titanium dioksida berwujud padatan, berwarna putih dengan titik lebur
1855oC, berat molekul 79,90, densitas 4,26 g/cm3. Titanium dioksida tidak larut dalam air, HCl, HNO3, dan akuaregia tetapi larut dalam asam sulfat pekat membentuk titanium sulfat (TiSO4) (Cotton et al., 1999). Titanium dioksida memiliki 3 fase kristal utama yaitu anatas (tetragonal), rutil (tetragonal), dan brookit (ortorombik). Struktur rutil dan anatas cukup stabil keberadaanya dibandingkan dengan struktur brookit (Gates, 1991). Anatas merupakan fase kristal TiO2 yang memiliki aktivitas fotokatalitik paling besar. Kemampuan fotokatalitik semikonduktor TiO2 dipengaruhi morfologi, luas permukaan, kristalinitas, dan ukuran partikelnya. Secara termodinamik, anatas kurang stabil bila dibandingkan dengan rutil, akan tetapi secara kinetik pembentukannya lebih disukai pada suhu rendah (<600oC). TiO2 tipe anatas memiliki energi celah pita lebih besar (3,2 eV) daripada rutil (3,2 eV). Besarnya energi celah pita menggambarkan kemampuan suatu semikonduktor sebagai fotokatalis. Energi celah pita yang semakin besar menyebabkan aktivitas fotokatalitiknya meningkat dan ukuran partikelnya menurun sehingga fotoaktivitas anatas lebih baik daripada rutil (Hoffman et al., 1995). Energi celah pita terjadi karena transisi elektron dari pita valensi ke pita konduksi. Pita konduksi TiO2 berasal dari hasil hibridisasi kulit 3d titanium 7
sedangkan pita valensi berasal dari hasil hibridisasi kulit 2p oksigen. Bentuk struktur anatas dan rutil dapat dilihat pada Gambar 1 berikut (Kunie & Hrvjoe, 2012).
(a)
(b)
Gambar 1. Struktur TiO2 (a) Anatas (b) Rutil Perbedaan struktur anatas dan rutil adalah pada distorsi dan pola penyusunan rantai oktahedron. Masing-masing Ti4+ dikelilingi oleh enam ion O2-. Oktahedral pada struktur rutil mengalami sedikit distorsi ortorombik, sedangkan anatas distorsi ortorombiknya cukup besar sehingga tidak simetri. Setiap oktahedron struktur rutil dikelilingi sepuluh oktahedron tetangga, sedangkan pada struktur anatas hanya dikelilingi delapan oktahedron tetangga. Perbedaan struktur kisi pada anatas dan rutil menyebabkan perbedaan densitas massa, luas permukaan, sisi aktif, dan struktur pita elektronik (Linsebigler et al., 1995). Rutil dan anatas mempunyai struktur kristal yang berbeda (Sugiyama & Takeuchi, 1991; Khitrova et al., 1977; Carp et al., 2004; Cromer & Herrington, 1955; Baur, 1961; Mo& Ching, 1995) seperti terlihat pada Tabel 1.
8
Tabel 1. Struktur Kristal TiO2 Fasa Rutil dan Anatas. Sifat Anatas a = 3,7800 Parameter Kisi (Å) c = 9,5100 Grup ruang I41/amd Sistem Kristal Tetragonal Volume/ molekul (A3) 135,883 Berat jenis (g/cm3) 3,79 1,937 Panjang ikatan Ti-O (Å) 1,965 77,7o Sudut ikatan O-Ti-O 92,6o Energi celah pita (eV) 3,26 ng = 2,5688 Index Refraktif np = 2,6584
2.
Rutil a = 4,6344 c = 2,9919 P42/mnm Tetragonal 64,259 4,13 1,949 1,980 81,2o 90,0o 3,05 ng = 2,9467 np = 2,6506
Modifikasi TiO2 Modifikasi
TiO2
telah
banyak
dilakukan
untuk
peningkatan
fotoaktivitasnya. Hal ini karena TiO2 hanya aktif pada sinar ultraviolet (UV), dimana ketersediannya hanya sekitar 5% dari cahaya matahari yang sampai ke bumi (Garcia, 2003). TiO2 hanya mampu mengabsorbsi pada daerah (<400 nm) (Linsebiger et al., 1995 ). TiO2 mempunyai sifat fotokatalitik yang baik pada daerah panjang gelombang UV tetapi kurang baik pada daerah tampak sehingga semikonduktor TiO2 tidak cukup efektif bila digunakan di bawah sinar matahari. Oleh karena itu, perlu usaha untuk menggeser panjang gelombang dan aktivitas TiO2 dari sinar UV ke panjang gelombang sinar tampak. Sifat yang mempengaruhi aktivitas fotokatalitik partikel TiO2 meliputi luas permukaan, kristalinitas, ukuran kristal, dan struktur kristal. Anatas telah diketahui memiliki aktivitas fotokatalitik yang tinggi karena strukturnya lebih terbuka dibandingkan dengan rutil. Beberapa modifikasi titania yang umum digunakan untuk meningkatkan efisiensi fotokatalitik TiO2 yaitu : 9
1. Sensitifikasi permukaan dengan cara eksitasi energi celah pita semikonduktor dapat menggunakan zat pensensitif seperti AgCl, AgI, AgBr, atau sensor cahaya. 2. Penurunan ukuran butiran titania yang lebih kecil dikatakan memiliki area permuakaan yang luas dan hal tersebut menguntungkan karena ada banyak sisi aktif untuk degradasi dan adsorpsi polutan. 3. Penambahan akseptor elektron ke dalam semikonduktor yang memiliki energi celah pita yang lebih besar dengan semikonduktor lain yang memiliki energi celah pita yang lebih kecil yang mengalami fotoeksitasi. Contoh : Sensitifikasi TiO2 dengan CdS. 4. Penambahan zat doping. Penambahan doping dapat digunakan pada ion logam dan non logam sebagai zat yang dapat menangkap elektron keluar dari pita valensi untuk mencegah terjadinya rekombiansi pembawa elektron. Oleh karena itu, hal ini akan meningkatkan efisiensi fotokatalis (Wen et al., 2009) Adanya zat pendadah dan zat pensensitif dapat berupa logam maupun nonlogam mampu menggeser serapan panjang gelombang yang lebih besar (daerah sinar tampak). Hal ini disebabkan karena terjadi penurunan energi celah pita oleh elektron pada logam yang mengefisiesikan pemisahan serapan ke daerah sinar tampak. Choi et al. (1994) telah memperlihatkan pembelajaran sistematis pada nanopartikel TiO2 terdadah ion logam dengan metode sol-gel berpengaruh pada fotoreaksi, mencegah terjadinya rekombinasi elektron.
10
3. Perak Klorida Perak merupakan logam putih dapat dilihat dan ditempa. Rapatannya tinggi (10,5 g ml-1), tidak larut dalam asam klorida, asam sulfat encer, tetapi dapat larut dalam asam nitrat pekat. Perak murni memiliki konduktivitas kalor dan listrik yang sangat tinggi diantara semua logam dan memiliki resistansi kontak yang sangat kecil. Perak meleleh pada temperatur 960oC dalam suasana karbon monoksida, menguap pada temperatur sekitar 850oC dan mendidih pada temperatur 1955oC. Perak halida terkenal sebagai material yang fotosensitif atau peka cahaya dan secara luas digunakan sebagai sumber fotografis film. Perak halida menyerap foton dan membebaskan sebuah elektron dan lorong positif pada proses fotografis (Hu et al., 2006). Perak klorida merupakan kristal anorganik yang berwarna putih. Perak klorida memiliki energi celah pita 2,93 eV yang dikenal sebagai sumber dekomposisi polutan organik (Cao et al., 2011). Penempelan logam pada permukaan semikonduktor merupakan salah satu metode modifikasi permukaan semikonduktor. Logam dapat meningkatkan produk fotokatalitik atau meningkatkan kecepatan reaksi fotokatalitik. Modifikasi elektronik permukaan semikonduktor melalui deposisi logam dapat dilakukan dengan menggunakan beberapa logam mulia yang tidak mudah teroksidasi atau logam transisi seperti platina (Pt), paladium (Pd), emas (Au), perak (Ag), nikel (Ni), cobal (Co), timah (Sn) dan tembaga (Cu). Pemilihan logam sebagai penjebak elektron didasarkan pada sifatnya yang tidak mudah teroksidasi atau yang mempunyai potensial reduksi tinggi, sehingga logam-logam 11
tersebut
bertindak
sebagai
akseptor
elektron.
reduksi 0,799 volt. Perubahan potensial
Logam Ag yang memiliki potensial negatif
dan
arus
anoda
dapat
merespon penyinaran cahaya tampak, sehingga dapat diaplikasikan untuk fotokatalis. Mekanisme migrasi elektron pada permukaan semikonduktor yang termodifikasi logam melalui tahap eksitasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi. Setelah mengalami eksitasi, elektron bermigrasi menuju logam dan terperangkap dalam logam, sehingga rekombinasi elektron-hole dapat terjadi, dan hole dapat berdifusi ke permukaan semikonduktor di mana pada permukaan tersebut akan terjadi oksidasi senyawa-senyawa yang didegradasi. Logam AgCl mempunyai aktifitas katalitik dan memodifikasi sifat fotokatalitik semikonduktor melalui perubahan distribusi elektronnya yang terlihat pada Gambar 2 (Cao et al., 2011).
Gambar 2. Skema Diagram Elektron-hole Proses AgI/AgCl/TiO2 dibawah Sinar Tampak Penelitian Cao et al. (2011) yang terlihat pada Gambar 2 menunjukkan terjadi proses transfer elektron dari pita konduksi (CB) AgI ke AgCl kemudian bereaksi dengan O2 di permukaan AgI/AgCl/TiO2 menghasilkan •O2- dan H2O2 sehingga 12
dapat mendekomposisis kontaminan organik, sementara itu h+ bergerak dalam arah yang berlawanan dari pita valensi (VB) AgCl ke AgI atau ke TiO2. Namun, dalam penelitian ini TiO2, tidak bisa menghasilkan pasangan elektron-hole pada cahaya tampak dengan energi celah pita (energi celah pita) (Eg = 3.12 eV). Sementara, h+ bisa mentransfer dari VB AgCl ke TiO2 dengan energi celah pita sebesar (Eg VB = 2,8 eV) sehingga secara efektif dapat mencegah rekombinasi pasangan elektron-hole. Penelitian lain oleh Yan et al. (2013) tentang TiO2 terdoping C, F ditambahkan AgCl dihasilkan bahwa pemisahan pasangan elektron-hole lebih efektif dengan adanya AgCl. Pasangan elektron hole pertama kali mengalami eksitasi oleh cahaya tampak menyebabkan hole berpindah ke permukaan AgCl dan mengalami oksidasi ion Cl menjadi atom Cl0. Atom Cl0 bertindak sebagai spesies reaktif terhadap degradasi zat warna. Pada waktu yang sama elektron dalam TiO2 terdoping C,F mengalami reduksi O2 menjadi O2 radikal.
4.
Fotokatalisis Titanium Dioksida (TiO2) Secara umum proses fotokatalisis adalah proses kombinasi antara proses
fotokimia dan katalis. Fotokatalisis didefinisikan sebagai proses sintesis secara kimiawi dengan melibatkan cahaya sebagai pemicu dan katalis sebagai pemercepat proses transformasi (Slamet dkk., 2007). Proses fotokatalis diilustrasikan pada Gambar 3 (Macwan et al., 2011).
13
Gambar 3. Mekanisme Fotokatalis TiO2
Reaksi fotokatalis dimulai ketika TiO2 diiradiasi oleh sinar UV dan TiO2 menyerap foton (hv) dengan energi yang sebanding atau lebih besar dari energi celah pitanya. Tahapan reaksi fotokatalis dapat diuraikan sebagai berikut: a. Foton (hv) yang diserap oleh TiO2 menyebabkan elektron (e-) pada pita valensi (VB) tereksitasi ke pita konduksi (CB), dengan meninggalkan hole (h+) pada pita valensi. TiO2 + hv
TiO2 (h+VB + e-CB)
b. Elektron dan hole dapat mengalami reaksi redoks dengan spesies seperti : OH-, senyawa organik, atau O2 yang diadsorpsi pada permukaan titania. Elektron dari pita konduksi akan mengalami reduksi sedangkan hole dari pita valensi akan mengalami oksidasi. TiO2 (h+VB) + H2Oads
TiO2 + •OHads + H+
TiO2 (h+VB) + OH-
TiO2 + •OHads 14
c. Pembawa muatan h+ mengoksidasi H2O atau ion OH- menjadi radikal hidroksil (•OH) yang sangat kuat. •OH mampu memecah polutan yang teradsorpsi di permuakan titania atau di dalam larutan encer serta mendegradasi polutan menjadi air dan CO2. •OH + Dads
D+ads + H2O
d. Pita konduksi elektron mereduksi spesies O2 yang teradsorpsi menjadi superoksida (•O2) kemudian mengalami serangkaian reaksi berikut untuk menghasilkan •OH. TiO2 (eCB-) + O2ads + H+ TiO2 (eCB-) + HO2• + H+
TiO2 + HO2• H2O2
H2O2 + hv
2HO•
H2O2 + O2•-
HO• + O2 + HO-
H2O2 + TiO2 (ecb-)
O2•- + H+
HO• + HO- + TiO2
Oksidasi dan reduksi langsung atau tidak langsung dari polutan yang teradsorpsi dan spesies lain di dalam larutan encer oleh pembawa mautan yang terfotogenerasi (h+/e-) menyebabkan polutan mengalami mineralisasi. Jika reaksi redoks tidak terjadi, energi dan hasil rekombinasi pembawa muatan dilepaskan dalam bentuk kalor yang menyebabkan reduksi yang sangat besar dalam efisiensi fotokatalis TiO2.
5. Antiburam TiO2 secara luas digunakan sebagai fotokatalis untuk konversi energi matahari dan sebagai material antiburam. Secara teoritik material antiburam terjadi karena proses fotokatalis yang menyebabkan permukaan lapis tipis TiO2 15
bersifat polar atau hidrofilik (suka air). Keadaan permukaan bahan sama sekali tidak menolak air yang disebut keadaan superhidrofilik (sangat suka dengan air). Proses fotohidrofilitas memerlukan suatu fotokatalis, pada umumnya pita valensi TiO2 terisi penuh dan pita konduksi kosong. Prinsip fotohidrofilitas adalah karena timbulnya hole-elektron jika suatu elektron berpindah dari pita valensi ke pita konduksi. Timbulnya hole ini akan berinteraksi dengan air sehingga air akan terurai membentuk radikal OH dan ion hidrogen. Penurunan sudut kontak air di permukaan TiO2 dapat terjadi oleh mekanisme yang dapat dijelaskan sebagai berikut (Liciulli, 2002). a. Pembentukan elektron pada CB dan hole pada VB akibat adanya sinar UV. TiO2 + hv 2h+ + 2eb. Elektron pada CB mereduksi Ti(IV) menjadi Ti(III) menurut reaksi: Ti4+ + e Ti3+ Selama penyinaran UV, Ti3+ bereaksi dengan oksigen yang terserap di permukaan dan kembali menjadi Ti4+ menurut reaksi sebagai berikut : Ti3+ + O2 Ti4+ + O22c. Hole (h+) akan mengoksidasi (O22-) yang berasal dari bridging site oksigen pada kristal TiO2. Hasil oksidasi yaitu oksigen akan dilepas dan menghasilkan oksigen vacancies. 4h+ + 2O22- O2 (oxygen vacancies) d. Adanya oxygen vacancies, permukaan menjadi hidrofilik karena air dapat dengan mudah mengisi tempat kosong dan menghasilkan grup OH teradsorpsi yang membentuk monolayer pada permukaan TiO2 dengan reaksi di bawah ini: 16
H2O + h+ •OH + H+ H+ + e- •H 2 •H + O2 2 OH atau •H + OH- H2O Mekanisme superhidrofilisitas secara ringkas TiO2 terdapat pada Gambar 4 (Sutrisno, 2011).
Gambar 4. Mekanisme Superhidrofilisitas pada Permukaan TiO2
Efek superhidrofilik akan berkurang bila cahaya UV dihentikan (Guan, 2005). Secara sederhana sifat superhidrofilisitas disajikan dalam Gambar 5 (Takeuchi et al., 2005b)
Gambar 5. Fenomena Superhidrofilisitas pada Permukaan TiO2 17
6. Karakterisasi TiO2 a. Difraksi Sinar-X (XRD) Spektroskopi X-ray diffraction atau XRD merupakan salah satu metode karakterisasi material kristalin untuk menentukan parameter kisi dan struktur kristal (Handayani & Haryadi, 1998). Cara kerja XRD yaitu serbuk cahaya monokromatik sinar-X ditembakkan pada kristal, satu pantulan atau difraksi dari variasi sudut sinar-X akan menunjukkan sinar mula-mula, jika seberkas sinar-X menumbuk partikel berukuran atom maka sinar tersebut akan dipantulkan oleh partikel atomik yang ditumbuknya. Bragg menunjukkan bahwa lebih mudah untuk memperhatikan sinar-X yang direfleksi dari setumpuk bidang dalam kristal karena hanya bergantung pada sudut tertentu, yang ditentukan oleh panjang gelombang sinar-X dan ruang antar bidang dalam kristal itu. Variabel ini dapat dihubungkan melalui persamaan Bragg (Smallmann,1991) pada Persamaan 1. 2d sinθ = nλ
...............................................(1)
Dimana, n= orde λ= panjang gelombang sinar monokromatis d= jarak antar bidang kristal θ = sudut pola difraksi
Gambar 6. Ilustrasi Hukum Bragg 18
b. Spektroskopi UV-Vis Spektrum yang diperoleh untuk senyawa padatan disebut sebagai diffuse reflectance spectrum (spektrum refleksi). Spektrum ini lebih dikenal sebagai spektrum elektronik karena spektrum pada daerah tampak ini muncul sebagai akibat terjadinya transisi elektronik pada orbital dx yang mengalami pembelahan sehingga memungkinkan elektron mengalami transisi dari tingkat energi rendah ke tingkat energi tinggi jika elektron itu memperoleh energi yang sesuai (10 Dq). Energi transisi elektronik ini muncul sebagai puncak pita medan ligan pada spektrum senyawa yang bersangkutan dapat diketahui posisi panjang gelombang maksimum dan dihitung energinya. Bahan yang telah disintesis dapat diketahui besarnya energi celah pita yang dihasilkan dengan menggunakan metode spektrofotometri UV-Vis Diffuse Reflektansi. Metode ini didasarkan pada pengukuran intensitas UV-Vis yang direfleksikan oleh sampel. Reflektansi yang terukur merupakan reflektansi yang dinyatakan dalam Persamaan 2 : R’ =
.........................................(2)
Nilai ini akan digunakan untuk mengetahui persamaan Kubelka-Munk (Persamaan 3): F(R’ )=
...........................................(3)
Persamaan 2 memiliki hubungan dengan parameter k (koefisien absorbansi) dan s (koefisien hamburan reflektansi difusi), F(R’ )= k/s, sehingga persamaan (4) dapat ditulis :
19
=
...........................................(4)
Spektrum UV-Vis diffuse reflectance menghasilkan kurva hubungan antara k/s dengan panjang gelombang (λ) atau absorbansi (A) dengan panjang gelombang (λ) (Morales et al., 2007). Hubungan absorbansi (A) dengan reflektansi dinyatakan dalam Persamaan (5) dibawah ini : A= log
..........................................(5)
Perhitungan dilakukan pada setiap sampel dengan menggunakan metode Kubelka Munk dimana energi celah pita diperoleh dari grafik hubungan antara hv (eV) dengan (F(R’ )hv)2. Energi celah pita semikonduktor adalah besarnya hv pada saat (F(R’ )hv)2 = 0 yang diperoleh dari persamaan linier kurva tersebut .
B. Penelitian yang Relevan Yang et al. (2016) telah meneliti tentang modifikasi kimia TiO2 secara insitu dengan penambahan Ag/AgCl dan porous magnesian (PM) atau imporous magnesian (IM) menunjukkan bahwa aktifitas fotokatalitik terhadap dekomposisi gas benzena dari Ag/AgCl/TiO2/PM 3.28 × 10−4 % Ag dengan kecepatan reaksi (k=2,36 × 10−2 min-1) adalah 5,21 lebih tinggi dari TiO2/PM (porous magnesian) dan 30,57 kali lebih tinggi dari TiO2/IM (imporous magnesian). Hasil ini mengusulkan perak klorida bisa bertindak sebagai zat pensensitif yang dapat digunakan sebagai fotokatalis. Sintesis AgI/AgCl/TiO2 dengan metode pertukaran ion yang dilakukan oleh Cao et al. (2011) menunjukkan bahwa TiO2 memiliki energi (Eg=3,12 eV), di sisi lain EVB dari AgCl/TiO2 yaitu 2,87 eV terjadi ketika h+ berpindah dari VB 20
AgCl ke TiO2. Di sisi lain Hu et al. (2006) mensintesis Ag/AgBr/TiO2 dengan metode deposition-precipitation. Hasil menunjukkan bahwa pada permukaan katalisator sebagian besar perak berada dalam spesies Ag0 di dalam struktur baik sebelum maupun setelah reaksi. Spesies Ag0 akan mencari hvb+ kemudian menangkap ecb- dalam proses reaksi fotokatalitik. Formasi H2O2 mengungkapkan bahwa •OH dan O2• terbentuk pada saat cahaya tampak menyinari larutan Ag/AgBr/TiO2 sedangkan spesies oksigen reaktif tidak terbentuk saat cahaya tampak menyinari sistem Ag0/TiO2. Hasil ini menunjukkan bahwa AgBr merupakan jenis fotoaktif yang baik untuk mendegradasikan zat warna dan bakteri di bawah cahaya tampak. Metode deposition-precipitation juga digunakan Hu et al. (2006) saat mensintesis TiO2@AgI menggunakan basa NaOH pada temperatur kamar. Katalisator yang dihasilkan menunjukkan efisiensi yang tinggi dalam mendegradasikan zat warna nonbiodegradable reactive red K-2G di bawah radiasi cahaya tampak dengan konsentrasi perak 10% selama 150 menit, dan 16% total belerang pada K-2G dapat diubah menjadi SO42- pada waktu yang sama. Pengembangan TiO2 dapat digunakan sebagai material antiburam dan swabersih oleh Bennani et al (2009). Material antiburam memiliki sifat hidrofilik. Sifat hidrofilik TiO2 yang berada di permukaan suatu material tertentu akan menyebabkan tetesan air tersebar merata dan tidak membentuk butiran (droplet) berdasarkan penelitian Wanatabe et al. (2000). Penelitian Fujishima et al. (1999) menunjukkan bahwa Fenomena hidrofilitas yang terjadi pada permukaan film TiO2 dan terpapar oleh sinar UV akan mengalami penurunan sudut kontak yang lebih cepat daripada yang tidak terlapisi. 21
C. Kerangka Berpikir TiO2 merupakan bahan semikonduktor yang dimanfaatkan sebagai fotokatalis. Pemanfaatan TiO2 sebagai fotokatalis dapat diaplikasikan pada antiburam. Material antiburam terbentuk dari suatu elektron dan hole. Hole akan bereaksi dengan air membentuk radikal hidroksil dan ion hidrogen. Ion hidrogen ini akan direduksi oleh elektron sehingga membentuk gas hidrogen. Adanya elektron dan hole berpengaruh terhadap energi celah pita. TiO2 tipe anatas dan rutil mempunyai energi celah pita yang lebar sebesar 3,2 dan 3,0 eV. Energi celah pita TiO2 hanya mengabsorbsi di daerah sinar ultraviolet sehingga diperlukan penambahan zat pensensitif untuk memperkecil energi celah pita TiO2 agar dapat mengabsorbsi ke daerah tampak. Salah satu zat pensensitif yang digunakan pada TiO2 adalah AgCl. AgCl memiliki energi celah pita dibawah energi celah pita TiO2 yaitu 2,93 eV. TiO2 yang ditambahkan pada senyawa yang memiliki energi celah pita lebih rendah akan meningkatkan aktivitas fotokatalitik TiO2 sehingga dapat diaplikasikan sebagai material antiburam.
22
BAB III METODE PENELITIAN
A. Subjek dan Objek Penelitian 1.
Subjek Penelitian Subjek penelitian ini adalah TiO2 terdispersikan zat pensensitif AgCl.
2.
Objek Penelitian Objek yang akan diteliti dalam penelitian ini adalah karakteristik fisik TiO2@AgCl dan kemampuan aktivitas antiburam pada kaca preparat.
B. Variabel Penelitian 1.
Sintesis TiO2@AgCl
a.
Variabel Bebas Variasi perak senyawa TiO2@AgCl yang digunakan yaitu: 0%; 0,5%; 1,5%; 3%; dan 5%.
b. Variabel Terikat Variabel terikat pada penelitian ini adalah karakteristik fisik dan energi celah pita TiO2@AgCl pada berbagai variasi perak. 2.
Uji Antiburam TiO2@AgCl
a.
Variabel Bebas Variasi uji antiburam pada sinar ultraviolet dan sinar matahari tidak langsung (dalam ruangan yang masih terkena cahaya matahari).
23
b. Variabel Terikat. Variabel terikat pada penelitian ini adalah gradien penurunan sudut kontak dalam waktu (0-40) menit.
C. Instrumen Penelitian 1.
Alat yang Digunakan
a.
Peralatan gelas
b.
Seperangkat alat refluks
c.
Pompa vakum
d.
Penyaring Buchner
e.
Neraca analitik
f.
Magnetic Stirrer
g.
pH meter
h.
Gelas ukur
i.
Kaca preparat
j.
Kamera
k.
Pemanas
l.
Kacamasir
m. Termometer n.
Spektrofotometer Diffuse Reflectance-UV (DR-UV)
o.
X-Ray Diffraction (XRD) Rigaku Multiplex
24
2. Bahan yang Digunakan a. TiCl4 p.a Merck b. AgNO3 p.a Merck c. H2O2 p.a Merck d. NH4OH pekat e. Akuades f. Aseton g. Etanol h. Minyak Parafin
D. Prosedur Penelitian 1.
Preparasi Prekursor
a.
Titanium tetraklorida (TiCl4) sebanyak 100 mL dimasukkan ke dalam gelas beker.
b.
Campuran H2O2 dipersiapkan di dalam buret yang berada di lemari asam.
c.
Kemudian campuran H2O2 ditambahkan tetes demi tetes ke dalam gelas beker hingga terbentuk endapan kekuningan.
d.
Proses penyaringan dilakukan setelah endapan terbentuk dan mengeringkan dengan temperatur 80oC.
2.
Sintesis Nanopartikel TiO2-tersensitifikan AgCl (TiO2@AgCl)
a.
Sebanyak 5 gram prekusor (mengandung ion Cl-) dimasukkan dalam erlenmeyer berukuran 50 mL. Akuades sebanyak 50 mL dimasukkan dalam 25
gelas erlenmeyer, dan diaduk selama 1 jam dengan pengaduk magnet sebagai campuran (a). b.
Sejumlah gram perak (mengandung ion Ag+) dengan variasi 0%; 0,5%; 1,5%; 3% dan 5% (Lampiran 1) dicampurkan dengan akuades di dalam gelas beker sebagai campuran (b).
c.
Campuran (a) dan campuran (b) dicampurkan sebagai campuran TiO2 tersensitifkan AgCl atau campuran (c).
d.
Campuran (c) ditambahkan NH4OH tetes demi tetes hingga pH ~10, kemudian ditambahkan dengan tetrametil amonium hidroksida.
e.
Campuran (c) diaduk dengan pengaduk magnet serta dipanaskan hingga temperatur 150oC di dalam peralatan refluks selama 6 jam.
f.
Campuran hasil refluks didinginkan selama ±24 jam.
g.
Campuran hasil refluks disaring dengan kacamasir, kemudian dikeringkan menggunakan oven pada temperatur 110oC.
p.
Endapan dikarakterisasi dengan XRD dan Spektrofotometer Diffuse Reflectance-UV (DR-UV ).
q.
Hasil sampel ditandai sebagai V1-V5 untuk variasi perak 0%; 0,5%; 1,5%; 3%; dan 5%.
3.
Uji Aktivitas Antiburam TiO2-tersentifikan AgCl (TiO2@AgCl)
a.
Sampel V1 ditimbang sebanyak 0.025 gram kemudian dimasukkan ke dalam gelas beker.
26
b.
Akuades sebanyak 25 mL dimasukkan ke dalam gelas beker sambil diaduk dengan pengaduk magnet selama 15 menit sehingga terbentuk suspensi V1.
c.
Dua buah kaca preparat disiapkan dan dicuci dengan etanol dan aseton.
d.
Salah satu kaca preparat dicelupkan ke dalam suspensi V1 sedangkan kaca preparat yang lain tanpa dilakukan pencelupan.
e.
Kedua kaca preparat dikeringkan pada temperatur kamar dan ditetesi satu tetes air pada masing-masing kaca preparat.
f.
Kedua kaca preparat disinari dengan sinar UV dan sinar matahari tidak langsung.
g.
Mengamati pengurangan sudut kontak air terhadap permukaan kaca preparat dengan foto sampel setiap 4 menit dihitung t=0 menit sampai 40 menit.
h.
Langkah a-g adalah kontrol yaitu pada sampel V1 (TiO2@AgCl 0%).
i.
Langkah diatas diulangi untuk sampel V2-V5 sebagai pembanding kontrol.
E. Diagram Alir 1. Preparasi Prekusor 100 mL TiO2
H2O2 pekat
+
TiO2 rutil
Disaring dan dikeringkan di dalam oven 80oC sampai kering Gambar 7. Diagram Alir Preparasi Prekusor 27
2.
Sintesis Nanopartikel TiO2-tersentifikan AgCl (TiO2@AgCl)
5 gram prekusor + 50 mL akuades
Diaduk selama 1 jam
+
NH4OH + % AgCl (0; 0,5; 1,5; 3, 5) sampai pH ~10 + tetrametil amonium hidroksida
Refluks 150oC 6 jam
Dinginkan ± 24 jam dan disaring
Dikeringkan dengan oven pada 110oC
Dinginkan ± 24 jam dan disaring
XRD, UV-Vis Diffuse Reflectance Gambar 8. Diagram Alir Sintesis Nanopartikel TiO2@AgCl
28
3.
Uji Aktivitas Antiburam TiO2-tersentifikan AgCl (TiO2@AgCl) 0,025 gram sampel V1-V5
25 mL H2O
+
+ suspensi
Dua kaca preparat (sampel dan pembanding) Dicuci dengan etanol dan aseton Dicelupkan dalam suspensi V1-V5
Dikeringkan
Ditetesi satu tetes H2O
Disinari dengan sinar ultraviolet
Disinari dengan sinar matahari tidak langsung
Foto sudut kontak penurunan air tiap 4 menit selama 40 menit Gambar 9. Diagram Alir Uji Aktivitas Antiburam TiO2@AgCl
29
F. Teknik Analisa Data 1.
Penentuan Struktur TiO2@AgCl Hasil Sintesis dengan X-Ray Diffraction (XRD) Penentuan difraktogram TiO2@AgCl, XRD direkam dengan difraktometer
sinar-X Rigaku Multiflex dengan radiasi Cu Kα (λ= 1,5406) pada tegangan 32 kV, arus 20 mA, dan rentang 2θ = 20o-80o serta nikel sebagai filter. Berdasarkan hasil difraktogram XRD, akan ditunjukkan tipe kristal TiO2@AgCl. Metode ini dapat digunakan untuk menentukan ukuran kristal dengan menggunakan persamaan scherrer pada Persamaan 6 berikut ini. D=
..............................................(6)
dimana : λ = panjang gelombang sinar-X yang digunakan (0,15406 nm) k = konstanta Scherrer (0,9) β = puncak pada setengah tinggi intensitas (FWHM= Full Width a Half Maximum), β= FWHM x (π/180o) rad θ = sudut difraksi Hasil XRD dianalisa lebih lanjut dengan U-FIT untuk menentukan parameter kisi (a,b,c) dan volume masing-masing sampel sesuai dengan bentuk strukturnya.
2.
Penentuan Energi Celah Pita dan Absorbansi TiO2@AgCl Hasil Sintesis dengan Diffuse Reflectance UV (DR-UV). TiO2@AgCl yang telah disintesis dapat diketahui besarnya energi celah
pita yang dihasilkan dengan menggunakan metode spektrofotometer diffuse 30
reflektance UV-Vis. Data Spektrum diffuse reflektance UV-Vis berupa kurva hubungan antara reflektansi (R) dengan panjang gelombang (λ) atau absorbansi (A) dengan panjang gelombang (λ). Energi celah pita dapat ditentukan dengan menggunakan grafik hubungan antara energi foton (hv) dengan (F(R’ )hv)2 yang terdapat pada Persamaan 3. Grafik yang diperoleh disinggungkan dengan garis linear untuk mengetahui besar energi celah pitanya. Penentuan absorbansi dan panjang gelombang pada masing-masing sampel V1-V5 dapat dilakukan dengan melihat hasil spektrum absorbansi yang terdapat di Lampiran 6.
3.
Uji Aktivitas Antiburam TiO2@AgCl Hasil Sintesis Teknik analisa data uji antiburam adalah dengan melakukan pengukuran
sudut kontak. Pengukuran sudut kontak dilakukan dengan cara mengambil gambar (foto) kaca preparat yang terlapisi sampel V1-V5 dan tertetesi satu tetes air diatasnya. Hasil pengambilan gambar (foto) kemudian diolah dalam aplikasi Corel Draw pada komputer dengan memilih toolbar freehand tools dimention, kemudian menarik garis lurus antara kaca preparat dengan garis lengkung pada air sehingga akan muncul besarnya sudut kontak. Selanjutnya, untuk pengukuran penurunan sudut kontak sampel V1-V5 dilakukan dengan membuat grafik hubungan antara besarnya nilai sudut kontak terhadap waktu. Semakin cepat penurunan sudut kontak maka material tersebut semakin suka terhadap air (hidrofilik) dan semakin baik untuk diaplikasikan sebagai antiburam.
31
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
A. Preparasi dan Karakterisasi Prekusor 1.
Preparasi Prekusor Pembuatan prekusor merupakan langkah awal dalam sintesis titanium
dioksida (TiO2). Prekusor dipreparasi dengan melarutan hidrogen peroksida (H2O2) pekat tetes demi tetes ke dalam larutan titanium tetraklorida (TiCl4). Berdasarkan penelitian Gao et al. (2007) TiCl4 dapat teroksidasi oleh H2O2 membentuk prekusor Ti(O)2.O.2H2O. Namun, hasil penelitian ini membentuk prekusor TiO2 rutil setelah TiCl4 ditetesi H2O2. Larutan TiCl4 yang semula tidak berwarna berubah menjadi endapan berwarna kuning. Endapan yang terbentuk disaring dan dikeringkan di dalam oven pada temperatur 80oC selama 2 jam. Endapan yang semula berwarna kuning berubah menjadi putih seperti pada Gambar 10.
(a)
(b)
Gambar 10. Preparasi Prekusor (a) Sebelum Disaring (b) Setelah Disaring
32
2.
Karakterisasi Prekusor TiO2 Prekusor TiO2
yang diperoleh dari reaksi
TiO2
dengan
H2O2
dikarakterisasi menggunakan XRD (X-Ray Diffraction) merk Rigaku Multiflex dengan radiasi Cu Kα (λ=1,5405981) yang terdapat di Laboratorium Terpadu FMIPA UNY dan hasil difraksinya dapat dilihat pada Gambar 11.
Gambar 11. Difraktogram Difraksi Sinar-X Prekusor TiO2
Gambar 11 menunjukkan bahwa prekusor memiliki fasa rutil (Lampiran 3), selanjutnya dianalisa menggunakan program U-FIT Version 1.2 tahun 1992 dengan parameter kisi standard yang terdapat pada Lampiran 2. Berdasarkan hasil U-FIT diperoleh parameter kisi prekusor TiO2 dengan nilai a = 4,6307 Å, c = 2,9898 Å, sistem kristal tetragonal dan grup ruang P. Informasi hasil U-FIT lebih 33
lengkap dapat dilihat pada Lampiran 4. Parameter kisi dan grup ruang prekusor TiO2 fasa rutil tersebut hampir sama dengan yang dipaparkan oleh Sugiyama & Takeuchi (1991) yang memiliki sistem kristal tetragonal dengan grup ruang P42/mnm dan parameter kisi a = 4,6344 Å, c = 2,9919 Å. Data XRD dari Gambar 11 dapat dianalisa lebih lanjut dengan metode RIR untuk memperoleh data kuantitatif berupa persentase fasa rutil yang ditunjukkan pada Gambar 12 (Lampiran 3). 110 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
TiCl4H2O2
Rutile, syn(%)
Gambar 12. Persentase Fasa Rutil dalam Prekusor TiO2
B. Sintesis dan Karakterisasi TiO2-tersensitifkan AgCl (TiO2@AgCl) 1.
Sintesis Nanopartikel TiO2-tersensitifkan AgCl (TiO2@AgCl) Metode pengendapan basa teknik refluks dapat digunakan untuk
mensintesis berbagai macam fasa nanokristalin titanium dioksida (TiO2). Langkah awal sintesis ini adalah mencampurkan prekusor TiO2 rutil dengan 50 mL akuades lalu mengaduknya dengan magnetic stirrer selama 1 jam. Perak nitrat sebagai sumber perak dicampurkan dengan akuades pada variasi perak yang ditambahkan 34
0%; 0,5%; 1,5%;
3%; dan 5% atau di simbolkan dengan V1-V5. Campuran
tersebut selanjutnya ditambahkan amonium hidroksida (NH4OH) pekat 8M sampai pH~10 untuk membuat suasana basa di dalam larutan, kemudian campuran tersebut direfluks pada temperatur 150oC selama 6 jam seperti pada Gambar 13.
Gambar 13. Proses Refluks Titanium Dioksida
Langkah kedua yaitu mendinginkan campuran hasil refluks selama ±24 jam, kemudian dilakukan pengukuran pH dan menyaring campuran dengan kacamasir untuk memperoleh endapan. pH campuran sebelum refluks adalah ~10 sedangkan pH campuran setelah refluks adalah ~8. Keadaan ini menunjukkan bahwa pH refluks sebelum dan setelah refluks berada pada kondisi basa. Langkah terakhir yaitu mengeringkan endapan di dalam oven pada temperatur 110oC sampai kering. Warna endapan sampel V1 sebelum dan sesudah direfluks adalah putih sedangkan warna endapan sampel V2-V5 sebelum direfluks adalah putih dan setelah direfluks berwarna putih keabu-abuan. Warna putih
35
keabu-abuan meningkat seiring dengan peningkatan perak seperti yang terlihat pada Gambar 14 berikut ini.
(a)
(b)
(d)
(c)
(e)
Gambar 14. Serbuk Hasil Analisis TiO2@AgCl dengan variasi (a) V1 (b) V2 (c) V3 (d) V4 (e) V5 Endapan TiO2@AgCl yang berbentuk serbuk kemudian dikarakterisasi dengan XRD untuk mengetahui parameter kisi dan ukuran kristal, UV-Vis untuk mengetahui absorbansi dan nilai energi celah pitanya serta uji antiburam untuk mengetahui kemampuan aktivitas antiburam sampel pada kaca preparat. Aktivitas antiburam yang baik ditunjukkan dengan kaca preparat yang tidak buram jika ditetesi air dan memiki daya serap tinggi terhadap air (superhidrofilisitas).
36
2.
Karakterisasi Nanopartikel TiO2-tersensitifkan AgCl (TiO2@AgCl)
a.
XRD Hasil Spektra XRD nanopartikel TiO2-tersensitifkan AgCl ditunjukkan
pada Gambar 15 berikut ini.
Gambar 15. Difraksi Sinar-X TiO2@AgCl dengan variasi (a) V1 (b) V2 (c) V3 (d) V4 (e) V5 Gambar 15 menunjukkan bahwa sampel V1 memiliki fasa anatas dan rutil, sedangkan pada V2-V5 memiliki fasa anatas, rutil, AgCl. Hasil data XRD dari Gambar 15 dianalisa lebih lanjut dengan metode RIR dan diperoleh kenaikan jumlah fasa AgCl seiring dengan penambahan perak awal sintesis yang dapat ditunjukkan pada Tabel 2.
37
Tabel 2. Persentase (%) AgCl, Anatas, Rutil dalam TiO2@AgCl TiO2@AgCl pada % AgCl % Anatas % Rutil Variasi perak 0% 0 15 85 0,50% 0,79 18 81 1,50% 3,5 17 80 3% 4,38 16,1 79 5% 9,39 22 68
Berdasarkan Tabel 2 diatas dapat dialirkan grafik hubungan %AgCl terhadap variasi perakseperti pada Gambar 16.
Gambar 16. Grafik Hubungan %AgCl dalam TiO2@AgCl dengan variasi (a) V1 (b) V2 (c) V3 (d) V4 (e) V5 Gambar 16 menunjukkan bahwa semakin besar %Ag yang digunakan untuk analisa maka semakin besar ion AgCl yang tersensitifkan di permukaan TiO2. Ion AgCl dapat terbentuk dari ion Cl- dari prekusor TiO2 dan ion Ag+ dari penambahan perak saat sintesis. Adanya AgCl dapat menggeser absorsi sinar UV ke daerah tampak. Berdasarkan Gambar 16 menunjukkan bahwa AgCl yang
38
terbentuk belum optimum sehingga dimungkinkan masih ada ion Cl- yang tersebar di permukaan jika dilakukan penambahan perak diatas konsentrasi 5%. Hasil data XRD dari Gambar 15 dapat dianalisis lebih lanjut dengan program U-FIT dan diperoleh data 2θ, Intensitas, dan (hkl) Spektra XRD TiO2@AgCl yang ditunjukkan pada Tabel 3, dimana untuk keterangan A= fasa Anatas, R= Fasa Rutil dan X= Fasa AgCl.
39
Tabel 3. 2θ, Intensitas, dan (hkl) Spektra XRD TiO2@AgCl TiO2@AgCl 0%
TiO2@AgCl 0,5%
TiO2@AgCl 1,5%
TiO2@AgCl 3%
TiO2@AgCl 5%
(hkl)
2Ɵ
I/Io
2Ɵ
I/Io
2Ɵ
I/Io
2Ɵ
I/Io
2Ɵ
I/Io
25,31
33
25,30
19
25,33
31
25,27
16
25,30
9
A(101)
27,17
100
27,15
100
27,16
100
27,16
54
27,18
31
R(110)
-
-
-
-
27,84
7
27,80
50
27,85
50
X(110)
-
-
32,19
27
32,19
99
32,18
100
32,16
100
X(200)
35,60
77
35,68
85
35,66
86
35.67
42
35,68
23
R(101)
37,78
10
37,80
8
37,81
10
37,81
10
-
-
A(004)
38,68
7
38,60
8
38,67
8
38,65
5
-
-
A(112)
40,83
45
40,86
48
40,88
45
40,86
22
40,82
12
R(111)
43,61
10
43,64
9
43,64
9
43,65
4
43,62
3
R(210)
-
-
46,19
22
46,22
42
46,20
58
46,17
62
X(220)
48,09
8
48,00
9
48,06
10
48,09
4
48,16
4
A(200)
-
-
-
-
-
-
51,22
1
-
-
A(114)
-
-
-
-
-
-
53,70
38
53,78
19
R(211)
53,92
72
53,92
76
53,95
75
53,92
13
53,92
21
A(105)
56,05
16
56,07
15
56,08
22
56,07
13
56,03
6
R(220)
-
-
-
-
57,43
12
57,41
17
57,40
17
X(222)
-
-
-
-
58,12
1
-
-
-
-
A(006)
62,20
23
62,74
22
-
-
62,74
11
62,70
6
A(213)
-
-
-
-
62,77
24
67,45
7
67,43
6
A(204)
68,29
18
68,24
7
-
-
68,26
11
68,24
5
R (301)
70,29
16
70,23
21
68,25
11
70,27
10
70,31
6
A(220)
-
-
-
-
70,31
17
74,40
6
74,40
6
A(220)
74,10
3
-
-
74,13
2
-
-
-
-
A(107)
76,13
3
-
-
-
-
-
-
-
-
A(301)
-
-
76,69
5
76,78
9
76,70
13
76,73
15
X(420)
-
-
-
-
-
-
78,75
3
-
-
A(206)
40
Data parameter kisi dan grup ruang TiO2@AgCl hasil sintesis ditunjukkan dalam Tabel 4 di bawah ini. Tabel 4. Parameter Kisi dan Grup Ruang TiO2@AgCl TiO2 Anatas Rutil pada Variasi Perak a(Å) c(Å) V(A3) a(Å) c(Å) Awal sintesis Grup I P Ruang 0%
AgCl V(A3)
3,7824 9,5120 136,0904 4,6303 2,9899 64,1045
V(A3)
a(Å)
F -
-
0,5%
3,7864 9,5036 136,2528 4,6358 2,9893 64,2462 5,5503 170,9836
1,5%
3,7838 9,5118 136,1870 4,6349 2,9897 64,2271 5,5465 170,6392
3%
3,7822 9,5052 135,9760 4,6345 2,9896 64,2165 5,5501 170,9598
5%
3,7839 9,5172 136,2731 4,6384 2,9917 64,3688 5,5503 170,9878
Parameter kisi yang diperoleh dari Tabel 4 memiliki parameter kisi yang identik dengan parameter kisi anatas yang dipaparkan oleh Khitrova et al. (1977) dengan nomor PDF 01-083-2243 dengan a = 3,7800 Å, c = 9,5100 Å yang memiliki sistem kristal tetragonal dan grup ruang I41/amd. Parameter kisi rutil identik dengan parameter kisi yang dipaparkan oleh Sugiyama et al. (1991) dengan nomor PDF 01-076-0322 dengan a = 4,6344 Å, c = 2,9919 Å yang memiliki sistem kristal tetragonal dan grup ruang P42/mnm dan parameter kisi AgCl identik dengan parametr kisi yang di paparkan oleh Swanson et al. (1955) dengan nomor PDF 01-085-1355 dimana a = 5,549 Å yang memiliki sistem kristal kubik dan grup ruang Fm-3m. Informasi lebih lanjut dapat dilihat pada Lampiran 4.
41
Tabel 4 juga menunjukkan bahwa volume anatas, rutil, dan AgCl secara umum mengalami kenaikan. Hal ini dimungkinkan karena adanya ion Ag+ dari AgCl yang menyisip ke dalam struktur TiO2 sehingga mengakibatkan volumenya meningkat atau kemungkinan lain adalah salah satu ion penyusun struktur TiO2 digantikan oleh salah satu ion AgCl sehingga volumenya meningkat karena kristal AgCl memiliki massa atom yang lebih besar dari TiO2. Berdasarkan Tabel 4, pengaruh kadar perak dalam senyawa TiO2@AgCl terhadap volume anatas, rutil, dan AgCl dapat diperjelas dengan grafik pada Gambar 17 berikut ini.
Volume (A3)
136,3
64,4
136,2
Volume
64,3
136,1
64,2
136
135,9 -1%
64,1
1%
3%
64 -1%
5%
TiO2@AgCl
1%
3%
5%
TiO2@AgCl
(a)
(b)
Volume
171 170,9 170,8 170,7 170,6 -1%
1%
3%
5%
TiO2@AgCl
(c) Gambar 17. Grafik Volume TiO2@AgCl pada Fase (a) Anatas (b) Rutil (c) AgCl
42
Fasa anatas, rutil dan AgCl dari penelitian ini telah diteliti sebelumnya oleh Sangchay et al (2012) yang mensintesis TiO2-AgCl dengan metode sol gel menggunakan TTIP, AgNO3, C2HCl3O2 kemudian di kalsinasi pada temperatur 400oC, 500oC, 600oC. Serbuk TiO2-AgCl hasil sintesis dibandingkan dengan TiO2 Degusa P25 melalui karakterisasi XRD. Hasil XRD menunjukkan bahwa TiO2 Degusa P25 memiliki fasa anatas dan rutil sedangkan TiO2-AgCl memiliki fasa anatas dan fasa AgCl pada temperatur 400oC. Kalsinasi pada temperatur yang lebih tinggi menunjukkan perubahan komposisi anatas dan AgCl. Hal itu terjadi karena pada temperatur yang lebih tinggi fasa anatas bertransformasi menjadi rutil sedangkan fasa AgCl berkurang. Oleh karena itu pada kalsinasi temperatur 400oC memiliki kristalinitas anatas yang cukup baik. Ukuran kristal TiO2@AgCl pada berbagai variasi perak dapat ditentukan dari puncak tunggal yang tidak berhimpit dengan puncak fasa lain dan dapat dihitung menggunakan persamaan Scherrer (Persamaan 6) yang terdapat pada Lampiran 5 dan ditunjukkan pada Tabel 5. Tabel 5. Perubahan Ukuran Kristal Berdasarkan Kenaikan %AgCl. Ukuran kristal (nm) Sampel Anatas Rutil AgCl TiO2@0%AgCl 6,7427 9,5717 TiO2@0,5%AgCl 7,7101 8,7836 60,7459 TiO2@1,5%AgCl 7,0111 11,6039 52,9633 TiO2@3%AgCl 6,7026 12,1240 56,7245 TiO2@5%AgCl 6,0306 12,1327 57,5402 Berdasarkan Tabel 5 perubahan ukuran kristal TiO2@AgCl ditunjukkan pada Gambar 18.
43
D (nm)
D (nm)
8 7
6 -1%
1%
3%
13 11
9 -1%
5%
TiO2@AgCl
1%
3%
5%
TiO2@AgCl
(a)
(b) D (nm)
65 60 55 50 -1,00%
1,00%
3,00%
5,00%
TiO2@AgCl
(c) Gambar 18. Grafik Hubungan Ukuran Kristal TiO2@AgCl pada Fase (a) Anatas (b) Rutil (c) AgCl.
Gambar 18 menunjukkan bahwa semakin besar variasi perak yang ditambahkan saat awal sintesis menyebabkan menurunnya ukuran kristal fasa anatas dan fasa AgCl namun ukuran kristal fasa rutil meningkat
b. Spektrofotometer Diffuce Reflectance UV-Vis (DR-UV) Karakterisasi
dengan
diffuce reflectance
UV-Vis
dilakukan untuk
mengetahui absorbansi atau kemampuan material untuk menyerap cahaya dan energi celah pita. Serbuk hasil sintesis sebelum dianalisa perlu dilakukan preparasi sampel dengan cara mencampurkan serbuk TiO2@AgCl dengan sedikit etanol kemudian campuran tersebut dilapiskan pada kaca preparat. Kaca yang terlapisi sampel TiO2@AgCl dikeringkan pada temperatur kamar.
44
Sampel V1-V5 akan mengabsorpsi panjang gelombang tertentu. Pengukuran dilakukan pada panjang gelombang 200-800 nm kisaran radiasi UV adalah 100400 nm sedangkan untuk visibel adalah 400-750 nm. Hasil karakterisasi UV-Vis berupa absorbansi TiO2@AgCl terhadap panjang gelombang yang terlihat pada Gambar 19. 4,0
a b c d e
3,5 3,0
Absorbansi
2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 -0,5 200
300
400
500
600
700
800
panjang gelombang (nm)
Gambar 19. Spektra UV-Vis TiO2@AgCl pada Variasi Perak (a) V1 (b) V2 (c) V3 (d) V4 (e) V5 Gambar 19 menunjukkan bahwa material TiO2@AgCl 0% (V1) mengalami penyerapan energi yang terjadi pada gelombang maksimal 234 nm yang merupakan daerah UV. Hal tersebut dapat terjadi karena adanya material TiO2 memiliki bentuk oktahedral tidak sempurna yaitu transisi D2d pada anatas dan transisi D2h pada rutil. Fase Anatas memiliki empat transisi di D2d yaitu transisi B2-A1, B2-B1, E-A1, E-B1 dimana B1 (x2-y2), E(xy,yz), A1 (x2+y2+z2), dan B2 (x,y). Fasa rutil memiliki tiga transisi di D2h yaitu transisi B1g-Ag, B2g-Ag, B3g-Ag dimana 45
B1g(dxy), B2g (dxz), B3g (dyz). Transisi d-d pada TiO2 hanya terjadi pada oktahedral sempurna. Orbital d pada oktahedral sempurna dapat mengalami pembelahan (splitting) menjadi dua orbital yaitu eg dan t2g. Oleh karena itu TiO2 hanya menyerap pada panjang gelombang tertentu yang dapat ditunjukkan pada Tabel 6. Tabel 6. Panjang Gelombang Sinar UV-Vis λ(nm) Sampel Visibel TiO2@AgCl 0% (V1) TiO2@AgCl 0,5% (V2) 454 TiO2@AgCl 1,5% (V3) 453 TiO2@AgCl 3% (V4) TiO2@AgCl 5% (V5) 463
UV 234 358 357 353 363
Berdasarkan Tabel 6 menunjukkan bahwa sampel
V1 dan V3 terjadi
penyerapan daerah ultraviolet sedangkan sampel V2,V4,V5 terjadi penyerapan di daerah ultaviolet dan sinar tampak. Adanya perbedaan daerah serapan pada masing-masing sampel juga terjadi karena adanya tumpang tindih antar 3 tipe struktur pada TiO2@AgCl yaitu anatas, rutil, dan AgCl. Berdasarkan data spektra Reflektansi UV-Vis Diffuce Reflectance pada Lampiran 6 dapat dihitung energi celah pita masing-masing sampel menggunakan persamaan Kubelka-Munk (Persamaan 3). Hasil perhitungan tersebut kemuadian dialirkan grafik hubungan antara eV dengan (F(R’ x hv)1/2 yang terdapat pada Gambar 20.
46
1,2
10
1
(F(R’∞ x hv)1/2
(F(R’∞ x hv)1/2
12 8 6 4 2
0,8 0,6 0,4 0,2 0
0 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5
2,52,62,72,82,9 3 3,13,23,33,43,5
eV
eV
(a)
(b)
(c) 0,9
(F(R’∞ x hv)1/2
(F(R’∞ x hv)1/2
2 1,5 1 0,5 0 1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 2,5 2,7 2,9 3,1 3,3 eV
0,7 0,5 0,3 0,1 -0,1 1,51,71,92,12,32,52,72,93,13,33,5 eV
(d) (e) Gambar 20. Perhitungan Energi celah pita TiO2@AgCl pada Variasi Perak (a) V1 (b) V2 (c) V3 (d) V4 (e) V5
47
Berdasarkan grafik pada Gambar 20, dapat dilihat perbedaan yang signifikan energi celah pita material TiO2@AgCl pada berbagai variasi perak dalam Tabel 7. Tabel 7. Energi Celah Pita TiO2@AgCl pada berbagai Variasi Perak Sampel Energi celah pita (eV) 3,14 TiO2@AgCl 0% (V1) TiO2@AgCl 0,5% (V2) 3,04 TiO2@AgCl 1,5% (V3) 3,03 1,94 TiO2@AgCl 3% (V4) 2,97 2,24 TiO2@AgCl 5% (V5) 3,02 1,99
Berdasarkan Tabel 7 dapat terlihat bahwa sampel tanpa penambahan AgCl (V1) memiliki energi celah pita 3,14 eV, sedangkan sampel TiO2 dengan penambahan AgCl mengalami penurunan energi celah pita. Penurunan energi celah pita menunjukkan aktivitas fotokatalitik yang baik pada sampel. Aktivitas fotokatalitik sampel yang baik terjadi pada daerah tampak. Sampel yang mengalami pergeseran ke daerah tampak terjadi pada sampel yang memiliki dua energi celah pita yaitu pada sampel V3-V5.
3.
Uji Aktivitas Antiburam TiO2-tersensitifkan AgCl (TiO2@AgCl) Pengujian antiburam dilakukan dengan mengukur sudut kontak antara
cairan (akuades) dengan substrat (kaca preparat) yang telah dilapisi oleh nanopartikel TiO2@AgCl pada berbagai variasi perak untuk menentukan sifat hidrofilitasnya (suka terhadap air). Langkah awal untuk melakukan uji ini adalah membuat sampel TiO2@AgCl. Berat tiap sampel yang ditimbang yaitu 0,025 gram, kemudian dicampurkan dengan akuades sampai volumenya 25 mL. Campuran dihomogenkan hingga membentuk suspensi menggunakan magnetic 48
stirrer. Konsentrasi campuran sampel yang diperoleh adalah 1000 ppm. Satu kaca preparat steril (tanpa pencelupan) dan satu kaca preparat yang dilapisi suspensi sampel V1-V5 disiapkan dengan teknik dipcoating yaitu pencelupan cepat. Kaca preparat yang telah kering ditetesi akuades dan dilakukan pengambilan gambar (foto) setiap 4 menit sekali dalam rentang waktu 0-40 menit. Sampel V1-V5 dilakukan pengukuran sudut kontak menggunakan paparan sinar matahari tidak langsung (di dalam ruangan) dan paparan sinar ultraviolet. Pengukuran sudut kontak dilakukan dengan cara mengambil gambar (foto) kaca preparat yang terlapisi sampel V1-V5 dan tertetesi satu tetes air diatasnya. Hasil gambar tersebut (foto) selanjutnya diukur sudut kontaknya menggunakan aplikasi Corel Draw pada komputer dengan memilih toolbar freehand tools dimention, kemudian menarik garis lurus antara kaca preparat dengan garis lengkung pada air sehingga akan muncul besarnya sudut kontak. Penurunan sudut kontak sampel V1-V5 dilakukan dengan membuat grafik hubungan antara besarnya nilai sudut kontak terhadap waktu. Sampel yang mengalami penurunan sudut kontak tajam (memiliki selisih penurunan sudut kontak awal dan akhir tinggi) menunjukkan aktivitas antiburam yang baik pada material itu. Aktivitas Antiburam dapat terjadi karena material tersebut mudah menyerap air di permukaan sehingga permukaan air yang semula cembung menjadi melebar. Adanya aktivitas Antiburam tinggi pada kaca preparat memperlihatkan bahwa material tersebut tidak mudah buram, memiliki daya serap tinggi, memiliki sifat hidrofilik tinggi (suka terhadap air). Proses penurunan sudut kontak air secara sederhana ditunjukkan pada Gambar 21. 49
(a)
(b)
Gambar 21. Penurunan Sudut Kontak Akuades pada Kaca Preparat tanpa Lapisan TiO2@AgCl saat (a) t=0 menit (b) t= 40 menit. Informasi gambar penurunan sudut kontak masing-masing sampel dengan paparan sinar ultraviolet dan sinar matahari tidak langsung dapat dilihat pada Lampiran 7. Berdasarkan data penurunan sudut kontak (Lampiran 8) dialirkan grafik hubungan antara waktu dan sudut kontak dengan paparan sinar ultraviolet (Gambar 22) dan paparan sinar matahari tidak langsung (Gambar 23). 40 a Sudut Kontak (derajat)
35
b c
30
d e
25
f 20 15 10 0
10
20 Waktu (Menit)
30
40
Gambar 22. Grafik Penurunan Sudut Kontak Air pada Kaca Preparat tanpa Lapisan TiO2@AgCl (a) dan dilapisi sampel V1-V5 untuk (b)-(f) pada Paparan Sinar Ultraviolet.
50
a
Sudut Kontak (derajat)
43
b c
38
d 33
e f
28 23 18 0
10
20 Waktu (Menit)
30
40
Gambar 23. Grafik Penurunan Sudut Kontak Air pada Kaca Preparat tanpa Lapisan TiO2@AgCl (a) dan dilapisi sampel V1-V5 untuk (b)-(f) pada Paparan Matahari Tidak Langsung.
Penurunan sudut kontak air pada kaca preparat terlihat jelas pada Gambar 22 dan Gambar 23. Pada waktu 0 menit, tetesan akuades berbentuk lebih cembung dengan ukuran sudut yang besar dan mengalami penurunan sudut kontak hingga pada waktu 40 menit. Hal ini dapat dilihat dari selisih sudut kontak pada menit ke 0 dan ke 40 pada masing sampel yang ditunjukkan dengan Gambar 24 berikut ini. tanpa pencelupan V2 (0,5%) V4 (3%)
tanpa pencelupan V2 (0,5%) V4 (3%)
V1 (0%) V3 (1,5%) V5 (5%)
19,6 18,35
14,81 16,33 15,3 18,35
V1 (0%) V3 (1,5%) V5 (5%)
21,4
22,02
18,81
25,36 23,78
27,8
(a)
(b)
Gambar 24. Selisih Sudut Kontak Air pada Menit ke-0 dan Menit ke-40 pada Paparan (a) Sinar Ultraviolet (b) Sinar Matahari Tidak Langsung. 51
Penurunan sudut kontak menunjukkan sifat hidrofilitas suatu material, semakin besar penurunan sudut maka semakin bersifat hidrofilik. Gambar 24 menunjukkan material yang memiliki selisih sudut kontak terbesar di daerah ultraviolet adalah sampel V2 sebesar 27,8o sedangkan pada sinar matahari tidak langsung selisih sudut kontak terbesar adalah sampel V3 sebesar 25,36o. Sudut kemiringan garis singgung (slope) penurunan sudut kontak juga menunjukkan sifat hidrofilitas. Slope yang semakin besar semakin bersifat hidrofilik. Slope dapat diperoleh dengan mengalirkan grafik hubungan antara sudut kontak dan waktu pada masing-masing sampel. Grafik yang diperoleh disinggungkan dengan garis lurus (linear), kemudian diukur besarnya sudut kemiringan penurunan sudut kontak dengan aplikasi Corel Draw. Slope dilakukan pada sampel tanpa pencelupan dan sampel dengan pencelupan V1-V5. Berdasarkan Lampiran 9 dapat diketahui sudut kemiringan garis singgung penurunan sudut kontak air pada paparan sinar ultraviolet dan sinar matahari tidak langsung yang dialirkan Gambar 25. tanpa pencelupan V2 (0,5%) V4 (3%)
V1 (0%) V3 (1,5%) V5 (5%)
tanpa pencelupan V2 (0,5%) V4 (3%)
41,83 36,45
39,27 41,63 36,76 44,34
V1 (0%) V3 (1,5%) V5 (5%)
44,6
42,82 45,95
45
(a)
38,66 44,82
(b)
Gambar 25. Sudut Kemiringan Garis Singgung Penurunan Sudut Kontak pada Paparan (a) Sinar Ultraviolet (b) Sinar Matahari Tidak Langsung. 52
Gambar 25 diatas menunjukkan bahwa sudut kemiringan garis singgung penurunan sudut kontak terbesar pada sinar ultraviolet sebesar 45o pada sampel V2 sedangkan pada sinar matahari tidak langsung sebesar 45,95o pada sampel V3. Slope terbesar menunjukkan kemampuan aktivitas antiburam paling baik. Oleh karena itu, sampel V2 dan V3 memiliki aktivitas antiburam yang baik. Slope besar menunjukkan bahwa sampel tersebut memiliki luas permukaan air yang lebar terhadap kaca preparat sehingga sudut kontak antara kaca preparat kecil. Permukaan air yang luas menyebabkan air tersebar merata di permukaan kaca dan mengabsorbsi kontaminan yang ada di permukaan sehingga kaca menjadi bersih dan bersifat antiburam.
53
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan dan pembahasan yang telah diuaraikan maka dapat disimpulkan bahwa : 1.
Penambahan perak pada TiO2-tersensitifkan AgCl memunculkan fasa baru (fasa AgCl) sedangkan sampel kontrol hanya berisi fasa anatas dan rutil. Penambahan perak yang semakin tinggi menyebabkan semakin banyaknya fasa AgCl yang terbentuk dan ukuran kristal fasa rutil meningkat namun ukuran kristal fasa anatas menurun. Hasil analisa DR-UV menunjukkan bahwa sampel 0% dan 0,5% memilki satu energi celah pita secara berturutturut 3,14 eV dan 3,04 eV sedangkan sampel 1,5%; 3%; dan 5% memiliki dua energi celah pita pada rentang (1,94-3,02) eV.
2.
Aktivitas antiburam terbaik pada paparan sinar ultraviolet adalah TiO2tersensitifkan 0,5% perak dan aktivitas antiburam terbaik pada paparan sinar matahari tidak langsung adalah sampel TiO2-tersensitifkan 1,5% perak.
54
B. Saran Berdasarkan hasil penelitian ini, maka saran yang perlu ditambahkan adalah sebagai berikut : 1.
Perlu dilakukan penelitian lanjutan untuk memvariasikan persentase perak diatas 5% dan perlu menggunakan metode lain.
2.
Perlu dilakukan karakterisasi lebih lanjut menggunakan EDX, SEM, IR agar mengetahui bentuk struktur lebih detail.
55
DAFTAR PUSTAKA
Aini, N. & Sutrisno, H. (2013). Rekayasa Mikrostruktur Larutan Padat Ti(1x)CrxO2 Melalui Metode Pengendapan Basa Dengan teknik Refluks Dan Karakterisasinya. E-Jurnal Universitas Negeri Yogyakarta. 2(4). 1-8. Banfield, J.F. & Veblen, D.R. (1992). Conversion of Perovskite to anatase and TiO2 (B): a TEM Study and The Use of Fundamental Building Blocks for Understanding Relationship Among the TiO2 Minerals. American Mineralogist. 77: 545-557. Bennani, J., Dillert, R., Thosten, M., Gesing & Bahnemann, D. (2009). Physical properties, Stability, and Photocatalytic Activity of TiO2/ SiO2 Films. Separation and Purification Technology. 67: 173-179. Braun, J.H., Baidins, A. & Margainski, R.E. (1992). TiO2 Pigment Technology. a Review. Progress in Organic Coatings. 20: 105-138. Cacciafesta P., Hallam K.R., Oyedepo C.A., Humphris A.D.L., Miles M.J., & Jandt K.D. (2002). Characterization of Ultrafat Titanium Oxide Surface. Chemical Material. 14: 777-789. Cao, J., Benyan, X., Bangde, L., Haili, L. & Shifu, C. (2011). Preparation, Characterization and Visible-light Photocatalytic activity of AgI/AgCl/TiO2. Applied Surface Science. 257: 7083-7089. Carp, O., Huisman, C.L. & Reller, A. (2004). Photoinduced reactivity of titanium dioxide. Prog. Solid State Chem. 32 (1-2): 33-177. Chiba, Y., Islam, A., Watanabe, Y., Komiya, R., Koide, N. & Han, L. (2006). Dye-Sensitized Solar Cells with Conversion Efficiency of 11.1%. Japanese Journal of Applied Physics. 45(25): L638-L640. Choi, W., Termin A. & Hoffmann M.R. (1994). Dehydration of Synthesized Coprecipitated Titania Powders. Journal of Materials Science. 8: 485-489. Cotton, F.A., Wilkinson, G., Murillo, C.A., & Manfred, B. (1999). Advance Inorganic Chemical, 6th Edition. John Willey & Sons Inc: Van Couver. Diamandescu L., Vasiliu, F., Tarabasanu-Mihaila D., Feder, M., Vlaicu A.M., Teororescu C.M., Macovei D., Enculescu, I., Parvulescu, V. & Vasile E. (2008). Structural and Photocatalytic Properties of Iron and Europium Doped TiO2 Nanoparticles Obtained Under Hydrotermal Conditions. Materials Chemistry and Physics. 112: 146-153. 56
Diantoro, M., Santana, J. & Fuad, A. (2010). Kajian Evolusi Struktur Kristal Dan Magnetodielektrisitas Senyawa Spintronik Ti1-xCoxO2+δ. Jurnal Sains. 39: 21-26. Farahmandjou, M. & Khalili, P. (2013). Study of Nano SiO2/TiO2 Superhydrophobic Self-Cleaning Surface Produced by Sol-Gel. Australian Journal of Basic and Applied Sciences. 7(6): 462-465. Fatimah, I. (2009). Dispersi TiO2 dalam SiO2 Montmorillonit: Efek jenis Prekusor. Jurnal Penelitian Saintek. 14(1): 41-58. Fujishima, A., Hashimoto, K. & Watanabe, T. (1999). TiO2. Photocatalysis Fundamental and Application. Bkc. Inc, Tokyo, Japan. Garcia, C.G., Polo, A.S. & Murakami Iha, N.Y. (2003). Photoelectrochemical Solar Cell Using Extract of Eugenia Jambolana Lam a A Natural Sensitizer. Annals of the Brazilian Academy of sciences. 75(2): 163-165. Gates, B. C. 1991. Catalytic Chemistry. Kanada: John Willey & Sons. Inc. Gerfin, T., Gratzel, M. & Walder, L. (1997). Molecular Level Artificial Photosynthetic Materials. Progress Inorganic Chemical. 44: 345-393. Guan, K. (2005) Relationship Between Photocatalytic Activity, Hydrophilicity and self Cleaning Efect of TiO2/SiO2 Films. Survey and Coatings Technology. 191: 155-160. Gupta, K., Singh, R.P., Pandey, A. & Pandey A. (2013). Photocatalytic antibacterial performance of TiO2 and Ag-doped TiO2 against S. Aureus. P. aeruginosa and E. coli. Beilstein journal of nanotechnology. 4: 345-351. Handayani, S. & Haryadi, W. (1998). “Modifikasi Sintesis Zeolit A sebagai Bahan Pengisi Deterjen (Builder)”. Cakrawala Pendidikan. No.1. tahun XVIII, Yogyakarta: LPM IKIP Yogyakarta. Hoffmann, M.R., Martin, S.T., Choi, W. & Bahnemann, D.W. (1995). Environmental Application of Semiconductor Photocatalysis. Chemical Review. 95: 69-96. Hong, D.U., Han, C.H., Park, S.H., Kim, I.J., Gwak, J., Han, S.D. & Kim, H.J. (2009). Recovery Properties of Hydrogen Gas Sensor with Pd/Titanate and Pt/Titanate Nanotubes Photocatalyst by UV Radiation from Catalytic poisoning of H2S. Current Applied Physics. 9: 172-178.
57
Hu, C., Hu, X., Wang, L., Qu, J. & Wang, A. (2006). Visible-Light-Induced Photocatalytic Degradation of Azodyes in Aqueous AgI/TiO2 Dispersion. Environmental Science Technology. 40(24). 7903-7907. Ichzan, N., Zharvan, V., Daniyati, R., Santoso, H., Yudoyono, G. & Darminto. (2015). Pengaruh pH pada Pembentukan Nano-powder TiO2 Fase Anatase dan Sifat Fotokatalisnya. Jurnal Fisika dan Aplikasinya. 11(2): 60-63. Idakiev, V., Yuan, Z.Y., Tabakova, T. & Su, B.L. (2005). Titanium Oxide Nanotubes as Supports of Nano-sized Gold Catalysts for Low Temperature Water-Gas Shift Reaction. Applied Catalys A General. 281: 149-155. Irie, H., Watanabe, Y. & Hashimoto, K. (2003). Nitrogen-Concentration Dependence on Photocatalytic Activity of TiO2-xNx Powders. Journal Physics Chemical B. 107: 5483-5486. Jolivet, J.P., Henry, M. & Livage, J. (2000). Metal Oxide Chemistry and Synthesis From Solution and Solid State. Weinheim : Willey and Sons. Kamegawa, T., Sugimura, K., Maki, K., Mori, K. & Yamashita, H. (2009). Hydrothermal Synthesis of Visible Light Sensitive Vanadium Doped TiO 2 Photocatalysts and Their Applications for The Degradation of Isobutanol Diluted in Water. Journal of Physics Conferences Series. 165: 1-4. Khan, M.A., Jung, H.T. & Yang, O.B. (2006). Synthesis and Characterization of Ultrahigh Crystalline TiO2 Nanotubes. Journal Physics Chemical B. 110: 6626-6630. Khitrova, K.I., Bundule, M.F. & Pinsker, Z.G. (1977). An electron-diffraction investigation of titanium dioxide in thin films. Kristallografiya. 22: 2531258. Kiyonaga, T., Fujii, M., Akita, T., Kobayashi, H. & Tada, H. (2008). Sizedependence of Fermi energi of gold nanoparticles loaded on titanium(IV) dioxide at photostationary state. Physical Chemistry Chemical Physics. 10: 6553-6561. Kunie, I & Hrvoje, P. (2012). Raman Generation of Coherent Phonons of Anatase and Rutile TiO2 photoexited at Fundamental Absorbtion Edges. Physical Reviews. 86: 205201. Li, H.B, Zhu, Feng, Y., Wang, S., Zhang, S. & Huang, W. (2007). Synthesis, characterization of TiO2 nanotubes-supported MS (TiO2NTs@MS, M=Cd, Zn) and their Photocatalytic Activity. Journal of Solid State Chemistry. 180: 2136-2142. 58
Li, X.Z., Liu, H., Cheng, L.F. & Tong, H.J. (2003). Photocatalytic Oxidation Using A New Catalyst TiO2 Microsphere for Water and Wastewater Treatment. Environmental Science and Technology. 37 (17): 3989-3994. Licciuli. (2002). Self Cleaning Glass. Universiuta Degly Studio di Lecce. 8-13. Linsbigler, A.L., Lu, G. & Yates Jr., J.T. (1995). Photocatalysis on TiO2 Surfaces: Principle, Mechanism, and Selected Result. Chemical Reviews. 95: 735-758. Lu, C., Wu, H. & Kale, R.B. (2007). Synthesis of Photocatalytic TiO2 Thin Films via The High Pressure Crystallization Process at Low Temperatures. Journal of Hazard Mater. 147: 213-218. Lynch, J., Giannini, G., Cooper, J.K., Loiudice, A., Sharp, I.D. & Buosanti, R. (2015). Substitutional or Interstitial Site-Selective Nitrogen Doping in TiO2 Nanostructures. The Journal of Physical Chemistry C. 119: 7443-7452. Macwan, D.P., Dave, P.N. & Chaturvedi, S. (2011). A review on nano-TiO2 sol–gel type syntheses and its applications. Journal of Material Science. 3669-3686. Nagaoka, K., Takanabe, K. & Aika, K. (2002). Influence of The Phase Composition of Titania on Catalytic Behaviour of Co/TiO2 for The Dry Reforming of Methane. Chemical Comunity. 1006-1007. Nino-Martinez, N., Martinez-Castanon, G.A., Aragon-Pina, A., MartinezGutierrez, F., Martinez-Mendoza, J.R. & Ruiz, F. (2008). Characterization of Silver Nanoparticles Synthesized on Titanium Dioxide Fine Particles. Nanotechnology. 19(6): 1-8. Nursiah. (1999). Studi Pengaruh Variasi Pelarut, Lama kalsinasi, dan Pengulangan Kalsinasi pada Pembuatan Lapisan Tipis TiO2 dari Prekusor Ti(Oipr)2(acac)2 dengan Proses Sol-Gel. Karya Utama Sarjana Kimia. Fakultas MIPA UI. Jakarta. Ramasamy, S., Ntho, T., Witcomb, M. & Scurrell, M. (2009). CO Oxidation over Anatase TiO2 Supported Au: Effect of Nitrogen Doping. Catalysis Letter. 130: 341-349. Richmond, D.A., Zhang, Q., Cao, G. & Weiss, D.N. (2011). Pressureless Nanoimprinting of Anatase TiO2 Precursor Films. Journal Vacuum Science Technology B. 29(2): 1-5. Salthammer, T. & Fuhrmann, F. (2007). Photocatalytic Surface Reactions on Indoor Wall Paint. Enviromental Science & Technology. 41: 6573-6578. 59
Sangchay, W., Sikong, L. & Kooptamond, K. (2012). Comparison of photocatalytic reaction of commercial P25 and synthetic TiO2-AgCl nanoparticles. Procedia Engineering. 32: 590-596. Seo, D.S., Lee, J.K. & Kim, H. (2001). Preparation of Nanotubes-shaped TiO2 Powder. Journal of Crystal Growth. 229: 428-432. Sikhwivhilu, L.M., Ray, S.S. & Coville, N.J. (2009). Influence of Bases on Hydrothermal Synthesis of Titanate Nanostructures. Applied Physics A: Materials Science & Processing. 94:27. Slamet., Bismo S. & Rita, A. (2007). Modifikasi Zeolit Alam dan Karbon Aktif dengan TiO2 serta Aplikasinya sebagai Bahan Adsorben dan Fotokatalisis untuk Degradasi Polutan Organik. Laporan Hibah Bersaing. Jakarta: Universitas Indonesia. Smallman, R.E. (1991). Metalurgi Fisik Modern. Jakarta: PT. Gramedia. Sugiyama, K. & Takeuchi, Y. (1991). The Crystal Structure of Rutile as a Function of Temperature up to 1600 oC. Kristallographie. 194: 305-313. Sutrisno, H. (2012). Transformasi Polimorfik Dan Karakterisasi Mikrostruktur Fasa TiO2 Yang dihasilkan Melalui Kalsinasi Nanopita Hidogen Titanat. Jurnal Sains Dasar. 1: 18-32. Swanson, H.E., Fuyat, R.K. & Ugrinic, G.M. (1955). Standard X-Ray Diffraction Powder Patterns. Natl.Bur. Stand. Circ. 4: 539. Tahta, Malik, A.B. & Darminto. (2012). Sintesis dan Karakterisasi XRD Multiferroik BiFeO3 Didoping Pb. Jurnal sains dan seni ITS. 1: B81-B86. Takeuchi, M., Sakamoto, K., Martra, G., Coluccia, S. & Anpo, M. (2005). Mekanisme of Photoinduced Superhydrophilicity on the TiO2 Photocatalyst Surface. J Phys Chem B. 109: 15422. Wade, J. (2005). An Investigation of TiO2-ZnFe2O4 Nanocomposites for Visible Light Photocatalysis. Thesis. Science in Electrical Engineering Departement of Electrical Engineering. Collage of Engineering University of South Florida. Wang, P., Wang, D., Xie T., Li, H., Yang, M. & Wei, X. (2008). Preparation of monodisperse Ag/Anatase TiO2 core-shell nanoparticles. Materials Chemistry and Physics. 109: 181-183.
60
Watanabe, Fukayama, S., Miyauchi, M., Fujishima, A. & Hashimoto, K. (2000). Film Prepared by Sol-Gel Process on a Soda-Lime Glass. Journal Sol-Gel Science Technology. 19: 71-76. Wen, L., Liu, C. & Zhao, X. (2009). Preparation, Characterization and Photocatalytic Property of Ag-loaded TiO2 Powders using photodeposition method. Journal of Wuhan University of TechnologyMaterial Science. 24 : 258-263. Wolfrum, E.J., Huang, J., M., Blake, D.M., Mannes, P.C., Huang, Z., Fiest, J. & Jacoby, W.A. (2002). Photocatalytic Oxidation of Bacteria, Bacterial and fungal pores, and Model Biofilm Components to Carbon Dioxide on Titanium Dioxide-Coated Surfaces. Environmental Science and Technology. 36: 3142-3419. Wunderlich, W., Oekermann, T., Miao, L., Hue N.T., Tanemura, S. & Tanemura, M. (2004). An Overview of semiconductor photocatalysis. J. Ceram. Process. Res. 4: 342. Yan, H., Kochuveedu, S.T., Quan, L.N., Lee, S.S. & Kim, D.H. (2013). Enhanced photocatalytic activity of C, F-codoped TiO2 loaded with AgCl. Journal of Alloys and Compounds. 560: 20-26. Yan, H., Kochuveedu, S.T., Quan, L.N., Lee, S.S. & Kim, D.H. (2013). Enhanced photocatalytic activity of C, F-codoped TiO2 loaded with AgCl. Journal of Alloys and Compounds. 560: 20-26. Yang, L., Wang, F., Shu, C., Liu, P., Zhang, W. & Hu, S. (2016). An in-situ synthesis of Ag/AgCl/TiO2/hierarchial Porous Magnesian Material and its Photocatalytic Performance. Scientific Reports. 6: 21617. Yeo, S.Y., Lee, H.J. & Jeong, S.H. (2003). Preparation of Nanocomposite Fibers for Permanent Antibacterial Effect. Journal Material Science. 38: 21432147. Yu, J., Wu, L., Lin, J., Li, P. & Li, Q. (2003). Microemulsion-Mediated Solvothermal Synthesis of Nanosized CdS-Sensitized TiO2 Crystalline Photocatalyst. Chemical Communications. 13: 1552-1553. Yu, J., Zhou, M., Cheng, B., Yu, H. & Zhao, X. (2004). Ultrasonic Preparation of Mesoporous Titanium Dioxide Nanocrystalline Photocatalysts and Evaluation of Photocatalytic Activity. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 227: 75-80.
61
Zhao, J., Wang Z., Wang, L., Yang, H. & Zhao, M. (1998). Effect of Nuclei on the Formation of Rutile Titania. Journal Materials Science Letters. 17(22): 1867-1869.
62
