DEPOSISI NANOPARTIKEL PLATINUM DALAM MEMBRAN NATA DE COCO SECARA IN SITU IN SITU DEPOSITION OF PLATINUM NANOPARTICLES ON NATA DE COCO MEMBRANES

Prosiding SEMIRATA 2015 bidang MIPA BKS-PTN Barat Universitas Tanjungpura, Pontianak Hal. 83 - 92

DEPOSISI NANOPARTIKEL PLATINUM DALAM MEMBRAN NATA DE COCO SECARA IN SITU IN SITU DEPOSITION OF PLATINUM NANOPARTICLES ON NATA DE COCO MEMBRANES Intan Syahbanu1*, Cynthia Linaya Radiman2, Djulia Onggo2 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Tanjungpura, Pontianak1* Jurusan Kimia FMIPA Institut Teknologi Bandung, Bandung2 *E-mail : [email protected] ABSTRACT Platinum (Pt) is known as material with wide range applications. Effectiveness of platinum increased by designed it’s particles size ranging from 1-100 nm. Platinum nanoparticles deposited on nata de coco matrix through in situ preparation using potassium tetrachloroplatinate as precursor with sonication method. Pt/nata de coco composite obtaied after reduction step by natrium borrohydride (NaBH4) and hydrogen gas. Using precursor concentration of 2 mM, 5 mM and 10 mM, resulting composite were analyzed with SEM EDS confirm that Pt deposited on nata de coco matrix with % weight of Pt were 1,96 %, 3,17 % and 5,46 %, respectively. The UV-Visible spectrophotometer showed content of Pt incorporated into nata de coco matrix was 22,6 mg/cm 2; 66,4 mg/cm2, 146,3 mg/cm2. Average deposited particles size was 40 nm. However, further research have to be developed in order to optimize resulted composite. Keywords: nata de coco, potassium tetrachloroplatinate, platinum nanoparticles ABSTRAK Platinum (Pt) merupakan salah satu material dengan aplikasi yang luas. Efektifitas platinum dapat ditingkatkan melalui desain ukuran partikel hingga berada dalam orde 1100 nm. Nanopartikel platinum telah berhasil dideposisikan pada matriks nata de coco secara in situ menggunakan larutan prekursor kalium tetrakloroplatinat (K2PtCl4) dengan metode sonikasi. Komposit Pt/nata de coco diperoleh setelah melalui tahapan reduksi oleh natrium borohidrida (NaBH4) dan gas hidrogen. Konsentrasi larutan prekursor yang digunakan adalah 2 mM, 5 mM dan 10 mM. Hasil penelitian dianalisis dengan SEM-EDS menunjukkan nanopartikel Pt telah berhasil dideposisi dengan % berat unsur Pt di dalam nata de coco untuk masing-masing konsentrasi prekursor adalah 1,96%, 3,17% dan 5,46%. Analisis dengan Spektrofotometer UV-Visible menunjukkan massa Pt yang terdeposisi di dalam matriks nata de coco berturut-turut adalah 22,6 mg/cm2, 66,4 mg/cm2, 146,3 mg/cm2. Ukuran rata-rata partikel yang terdeposisi pada matriks nata de coco adalah 40 nm. Penelitian dan pengembangan lebih lanjut masih perlu dilakukan untuk mengoptimalkan komposit Pt/nata de coco yang dihasilkan.

Katakunci: nata de coco, kalium tetrakloroplatinat, nanopartikel platinum

83


1.

PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang Nanomaterial adalah material-material yang memiliki ukuran dalam skala 1-100

nm. Ukuran yang kecil tersebut menyebabkan luas permukaan aktif material meningkat. Berbagai cara telah banyak dilakukan untuk memperoleh nanomaterial, diantaranya menggunakan material lain sebagai media pertumbuhan partikel. Eksplorasi bahan alami dalam sintesis nanomaterial memberikan keuntungan terutama dari segi biaya yang lebih murah. Penggunaan bahan alami dari limbah dapat meningkatkan nilai guna dan nilai ekonomi serta meminimalisir limbah tersebut di alam. Limbah yang memiliki potensi besar untuk desain material dalam berbagai bidang adalah limbah air kelapa yanng bertransformasi dalam bentuk nata de coco. Nata de coco merupakan produk hasil fermentasi air kelapa oleh bakteri Acetobacter xylinum. Umumnya, nata de coco dimanfaatkan sebagai salah satu sumber pangan yang kaya akan serat dan digemari oleh berbagai kalangan. Perkembangan teknologi membuktikan bahwa selain sebaga sumber pangan yang lezat, nata de coco juga dapat dimanfaatkan dalam berbagai bidang. Studi terhadap prilaku spin crossover senyawa kompleks tris-amino triazole besi (II) dapat dilakukan menggunakan nata de coco sebagai matriks untuk senyawa kompleks tersebut [5].Teknologi di bidang medis terkait penggunaan nata de coco adalah pemanfaatannya sebagai kulit tiruan (artificial skin), wadah penampung darah (artificial blood vessel), dan sebagai membran dialisis [2]. Nata de coco juga dapat dimanfaatkan sebagai membran ultrafiltrasi [1]. Pemanfaatan nata de coco sebagai media pembentukan nanopartikel perak telah dilakukan oleh beberapa peneliti sebelumnya [3],[4]. Platinum merupakan unsur golongan transisi yang memiliki aplikasi sangat luas mulai dari pemanfaatan sebagai perhiasan, hingga sebagai material katalis untuk bebagai keperluan. Beberapa prekursor yang biasa digunakan pada sintesis platinum antara lain, asam heksakloroplatinat (H2PtCl6), natrium heksakloroplatinat (Na2PtCl6), platinum diklorida (PtCl2), platinum tetraklorida (PtCl4), dan kalium tetrakoroplatinum (K2PtCl4). Sintesis partikel secara in situ menggunakan larutan prekursor dapat menghasilkan nanopartikel dengan ukuran yang relatif seragam. 1.2 Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh platinum yang memiliki ukuran dalam skala nanometer, dengan memanfaatakan nata de coco sebagai matriks pertumbuhan, melalui metode sintesis secara in situ menggunakan larutan prekusor kalium tetrakloroplatinat. 84


1.3 Tinjauan Pustaka 1.3.1 Platinum Platinum merupakan unsur logam transisi berwarna putih keperakan dengan massa atom relatif 195,05. Umumnya platinum dimanfaatkan sebagai katalis. Aktivitas katalisis platinum dapat ditingkatkan dengan melakukan modifikasi saat sintesis. Katalis platinum umumnya dibuat dengan impregnasi larutan garamnya pada material pendukung yang berpori, selanjutnya dilakukan reduksi dan pengeringan.

Prosedur ini biasanya

menghasilkan katalis yang terdistribusi merata dengan ukuran partikel dalam skala nanometer dan memiliki aktivitas yang tinggi [6]. Partikel platinum dapat diperoleh dari prekursor setelah melalui tahapan reduksi. Salah satu agen pereduksi yang sering digunakan dalam sintesis platinum adalah natrium borohidrida. Larutan natrium borohidrida merupakan reduktor yang dapat menghasilkan hidrogen saat bereaksi dengan air. Reaksi tersebut dituliskan pada Persamaan 1 [7] : NaBH4 + H2O  NaBO2 + 4H2

(1)

Hidrogen yang dihasilkan dari reaksi antara natrium borohidrida dengan air memiliki peranan utama dalam proses reduksi ion [PtCl4]2- saat dilakukan sintesis platinum dari larutan prekursor kalium tetrakloroplatinat dengan beberapa variasi kondisi dan reduktor. Platinum yang dihasilkan memiliki ukuran dibawah 50 nm. Proses reduksi yang dilakukan menggunakan reduktor natrium borohidrida dan gas hidrogen. Hasil penelitian menunjukkan bahwa platinum yang direduksi menggunakan gas hidrogen saja menghasilkan ukuran partikel yang bermacam-macam, sedangkan reduksi yang dilakukan menggunakan natrium borohidrida akan diperoleh partikel dengan morfologi dan ukuran yang lebih seragam [8].

1.3.2 Nata de Coco Nata de coco merupakan nama yang populer dari selulosa bakterial dengan sumber utama air kelapa.

Selulosa merupakan senyawa organik dengan struktur

(C6H10O5)n. Selulosa tergolong dalam polisakarida yang terdiri dari sejumlah rantai β-(14)-glukosida.

Selulosa bakterial dapat dihasilkan dari aktivitas bakteri-bakteri dari

kelompok Acetobacter, Rhizobium, Agrobacteria dan Sarcina.

Bakteri yang paling

produktif dalam hal ini adalah Acetobacter xylinum [9]. Acetobacter xylinum dapat menghasilkan selulosa di dalam medium yang mengandung gula, gliserol atau substrat organik lain.

Medium Schramm-Hestrin

merupakan salah sau medium yang sering digunakan. Medium ini memiliki komposisi 2% 85


glukosa,0,5% ekstrak ragi, 0,5% pepton, 0,27% dinatrium fosfat, 0,115% asam sitrat dengan kondisi pH 6,2. Satu sel bakteri Acetobcter xylinum dapat mengkonversi hingga 108 molekul glukosa menjadi selulosa per jam. Selulosa bakterial memiliki keunggulan dibanding selulosa dari tanaman karena tidak adanya lignin dan hemiselulosa [10]. Pembentukan nata de coco dapat dilakukan dalam medium air kelapa yang telah diberi bahan-bahan tambahan seperti karbohidrat sederhana, sumber nitrogen dan asam asetat untuk mendukung pertumbuhan bakteri. Air kelapa dapat digunakan sebagai medium pertumbuhan Acetobacter xylinum karena memiliki komposisi 94,9% air, 2,61% sukrosa, 3,71% karbohidrat lain, 0,72% protein, 0,2% lemak, 0,39% abu, kurang dari 2% mineral dan 1% vitamin [1]. Sumber karbohidrat sederhana yang dapat digunakan dan paling ekonomis adalah sukrosa putih. Sumber nitrogen dapat berasal dari nitrogen organik seperti protein ataupun ekstrak ragi, maupun sumber nitrogen anorganik seperti ammonium fosfat, urea dan ammonium sulfat. Suasana optimum untuk pertumbuhan bakteri Acetobacter xylilnum adalah pada pH 4,3 dan 28-31 °C. Proses pertumbuhan memerlukan oksigen, sehingga tidak perlu tertutup rapat, namun hanya ditutup untuk mencegah masuknya kontaminan ke dalam media. Secara kimiawi, nata de coco lebih murni daripada selulosa tanaman karena tidak mengandung lignin dan hemiselulosa. Ikatan-ikatan hidrogen pada struktur nata de coco menstabilkan strukturnya sehingga memiliki kekuatan mekanik yang baik dan mampu menyerap air dalam jumlah besar [13] 1.3.3 Nanokomposit Platinum/nata de coco Nata de coco berpotensi sebagai matriks pembuatan nanokomposit dengan logam.

Penelitian tentang deposisi logam ke dalam nata de coco telah dilakukan

menggunakan

larutan

prekursor

tetrakloroaurat,

argentonitrat,

dan

ammonium natrium

heksakloropaladat,

heksakloroplatinat.

Hasil

ammonium penelitian

menunjukan logam-logam paladium, emas maupun perak dapat terdeposisi dengan mudah dalam matriks nata de coco, namun tidak demikian halnya untuk logam platinum [11]. Platinum juga dapat dideposisikan dari larutan prekursor asam heksakloroplatinat yang dikondisikan pada pH 5. Nata de coco yang digunakan diancurkan terlebih dahulu. Struktur nata de coco yang berserat dan berpori dapat menyebabkan logam-logam terdeposisi di dalamnya. Agen pereduksi yang digunakan dapat memberikan pengaruh terhadap struktur dan ukuran platinum yang terdeposisi [12].

86


2.

METODE PENELITIAN Penelitian ini dilakukan dalam 3 tahapan, yakni sintesis nata de coco, insersi

nanopartikel platinum menggunakan larutan prekursor kalium tetrakloroplatinant (K2PtCl4), dan tahapan reduksi menggunakan natrium borohidrida dan gas hidrogen.

Alat dan

bahan yang dipergunakan dalam penelitian ini antara lain, 1 set peralatan gelas, nampan sebagai wadah pengembangbiakan nata de coco, magnetic stirrer, hotplate, koran bekas, K2PtCl4 (Sigma Aldrich), NaBH4 (Merck), gas hidrogen, Air kelapa (pasar tradisional), sukrosa (pasar tradisional), Acerobacter xylinum, (NH4)2SO4 (Merck), NaOH, Asam asetat glasial, etanol. Proses pembuatan nata de coco merujuk pada metode yang telah dilakukan sebelumnya [1]. Nata de coco yang diperoleh, dikurangi kandungan airnya, kemudian diinteraksikan dengan larutan prekursor, K2PtCl4 pada konsentrasi 2 mM, 5 mM dan 10 mM. Interaksi dilakukan selama 16 jam pada suhu 40 °C. Langkah selanjutnya adalah proses reduksi dengan natrium borohidrida sambil dialiri gas hidrogen. diperoleh adalah nata de coco dengan platina di dalam matriksnya.

Hasil yang Komposit ini

selanjutnya di press dan dikeringkan, hingga diperoleh membran nata de coco terdeposisi nanopartikel platinum. Membran ini selanjutnya dikarakterisasi den gan SEM EDS untuk mengetahui morfologi sampel dan persentase unsur-unsur yang terkandung di dalamnya. Jumlah platinum yang terdeposisi dapat dihitung berdasarkan analisis Spektrofotometri UV-Visible, pada larutan prekursor, sebelum dan setelah proses insersi. 3.

PEMBAHASAN Sintesis nata de coco dilakukan pada suhu ruang dengan pH 4. Setelah proses

pencucian, nata de coco berbentuk gel berwarna putih dengan struktur berserat. Serat nata de coco tersusun oleh jalinan unit ulang yang membentuk struktur 3 dimensi. Nata de coco bersifat hidrofilik namun tidak larut dalam air. Hal ini menyebabkan jaringan nata de coco mampu menyimpan air dalam jumlah yang cukup besar.

Hasil penelitian

menunjukkan kadar air yang terkandung adalah sebesar 99,26 % (b/b). Hasil ini sesuai dengan yang dilaporkan oleh peneliti sebelumnya yang menyatakan bahwa kadar air di dalam nata de coco secara teoritis ~ 99% [14]. Sifat hidrofilik pada nata de coco disebabkan oleh adanya gugus-gugus hidroksil yang mampu mengikat air.

Struktur polimernya yang terhubung oleh ikatan hidrogen

intermolekuler menyebabkan serat di dalam nata de coco kuat dan rapat sehingga tidak larut dalam air, melainkan menyerap air tersebut. Ikatan hidrogen yang kuat pada nata de coco memungkinkan penerapan proses mekanik seperti pemberian beban tanpa merusak seratnya.

Hasil penelitian ini menunjukkan nata de coco memiliki kemampuan untuk

87


kembali menyerap air setelah perlakuan mekanik hingga 86,49%. Hal ini memberikan keuntungan untuk proses insersi larutan prekursor kalium tetrakloroplatinat ke dalam serat nata de coco. Gambar 1 menunjukkan hasil Scanning Electron Microscopy (SEM) dari nata de coco.

Gambar 1

SEM nata de coco

Hasil SEM menunjukkan struktur nata de coco yang terdiri dari serat-serat yang saling silang dengan rapat. Hal ini dapat mendukung proses deposisi logam secara in situ menggunakan larutan prekursor. Insersi larutan kalium tetrakloroplatinat pada nata de coco dilakukan setelah proses mekanik untuk menurunkan kadar, sehingga larutan prekursor dapat masuk ke sela-sela jaringan nata de coco. Nanopartikel platinum diperoleh setelah melalui tahapan reduksi menggunakan larutan natrium borohidrida dan aliran gas hidrogen. Penambahan gas hidrogen dalam proses reduksi bertujuan untuk menyempurnakan reaksi karena ion platinum cenderung memiliki kestabilan yang lebih tinggi dibanding ion logam lain. Gelembung-gelembung gas hidrogen yang dihasilkan mampu masuk ke dalam serat nata de coco dan bereaksi dengan ion [PtCl4]2- sehingga dapat tereduksi menjadi Pt(0) dan terdeposisi di dalam matriks nata de coco. Setelah proses deposisi, dilakukan pencucian komposit hingga pH netral untuk menghilangkan sisa-sisa pereaksi lain yang masih tertinggal.

Perlakuan proses mekanik dilanjutkan dengan proses pengeringan

menghasilkan membran nata de coco/platinum. Hasil yang diperoleh ditunjukkan oleh Gambar 2.

88


Gambar 2 Platinum yang terdeposisi pada matriks nata de coco Penentuan massa platinum yang terdeposisi pada matriks nata de coco dilakukan dengan analisis kuantitatif menggunakan spektrofotometer UV.

Larutan kalium

tetrakloroplatinat yang masuk ke dalam matriks nata de coco dihitung berdasarkan selisih konsentrasi awal larutan dengan konsentrasi larutan setelah insersi.

Larutan yang

digunakan saat proses insersi adalah campuran antara larutan kalium tetrakloroplatinat dengan larutan buffer pH5. Melalui data konsentrasi larutan yang masuk ini selanjutnya dapat ditentukan jumlah platinum yang terdeposisi. Analisis dilakukan pada λ = 200 – 400 nm, karena karakteristik dari larutan kalium tetrakloroplatinat berada pada λ = 215 nm. Panjang gelombang optimum (λ0pt) dilakukan menggunakan larutan prekursor dengan konsentrasi larutan kalium tetrakloroplatinat-buffer 5 mM.

Grafik serapan ultraviolet

diberikan pada Gambar 3.

Gambar 3

Serapan UV larutan kaliium tetrakloroplatinat

89


Hasil analisis menunjukkan absorbansi maksimum terjadi pada panjang gelombang 214 nm.

Penentuan konsentrasi larutan dilakukan berdasarkan Hukum

Lambert-Beer, dimana dalam penelitian ini dihasilkan persamaan A = 0,16656 C. Absorbansi larutan sebelum dan setelah insersi diukur dan dihitung dengan rumus (1), sedangkan konsentrasi larutan yang masuk di dalam nata de coco dihitung dengan rumus (2) : (1)

Keterangan : Co = Konsentrasi larutan sebelum insersi C1 = Konsentrasi larutan setelah insersi f

= Faktor pengenceran : ~ 100 x

(2)

Hasil perhitungan menunjukkan massa platinum yang terdeposisi pada matriks nata de coco (mg/m2) berturut-turut 22,6 ; 66,4 ; dan 146,3 untuk konsentrasi 2 mM, 5 mM dan 10 mM.

Gambar 4 menunjukkan hubungan kenaikan konsentrasi larutan

prekursor dengan massa platinum yang terdeposisi.

Gambar 4

Grafik hubungan massa platinum (mg/cm2) terhadap konsentrasi awal larutan kalium tetrakloroplatinat.

Gambar 4 menunjukkan bahwa semakin pekat konsentrasi, semakin banyak pula platinum yang terdeposisi.

Massa platinum yang dihitung berdasarkan metode ini

merupakan massa ideal yang akan diperoleh jika ion [PtCl4]2- yang telah terabsorpsi ke dalam nata de coco dapat tereduksi 100% menjadi platinum.

90


Deposisi platinum ke dalam nata de coco mengubah morfologinya yang secara visual dapat diamati warna permukaan nata de coco yang semula putih berubah menjadi kehitaman. Instrumentasi SEM EDS digunakan untuk mengamati morfologi permukaan dan komposisi membran

nata de coco dan komposit platinum/nata de coco pada

konsentrasi 2 mM, 5 mM dan 10 mM. Hasil pengamatan menggunakan instrumentasi SEM disajikan pada Gambar 5.

Gambar 5

Hasil analisis SEM perbesaran 60.000 x

Hasil pengamatan dengan SEM menunjukkan nanopartikel platinum yang terdeposisi terlihat memiliki ukuran rata-rata 40 nm. Partikel platinum yang dideposisikan pada nata de coco memiliki ukuran dalam skala nanometer sehingga nata de coco dapat dijadikan matriks dan metoda insersi secara in situ efektif dalam pembuatan nanopartikel. Hal ini sesuai dengan pernyataan peneliti sebelumnya yakni proses pembuatan material secara in situ dalam fase cair merupakan salah satu metoda yang efektif untuk pembuatan nanopartikel platinum pada membran selulosa bakterial [12]. Analisis dengan EDS menunjukkan hasil komposit platinum/nata de coco yang dihasilkan terbebas dari unsur-unsur pengotor ataupun yang berasal dari pereaksipereaksinya seperti K, Cl, Na ataupun B. Hasil analisis EDS disajikan pada Tabel 1.

Tabel 1

Hasil Analisis EDS nata de coco dan komposit platinum/nata de coco % Berat Unsur

Sampel

C

O

Pt

Nata de Coco

46,49

53,51

-

Pt/nata de coco 2 mM

49,49

48,55

1,96


49,73

47,10

3,17


48,22

46,32

5,46

91


4. PUSTAKA [1] Radiman C dan Yuliani G. Coconut Water as a Potential Resource For Cellulose Acetate Membrane Preparation. Polym. Int. 2008;57:502-508 [2]

Phisalapong M, Suwanmajo T, Sangtherapitikul P. Novel Nanopourus Membranes From Regenerated Bacterial Cellulose. J. Of Appl Polym. Sci. 2007;107:292-299

[3]

Maria LCdS, Santos ALC, Oliveira PC, Barud HS, Messadeq Y, Ribeiro SJL. Synthesis And Characterization Of Silver Nanoparticles Impregnated Into Bacterial Cellulose. Materials Letters. 2009;63:797-799

[4]

Maneerung T, Tokura S, Rujiravanit R. Impregnation of silver nanoparticles into bacterial cellulose for antimicrobial wound dressing. Carbohydrate Polymer.2007;1-9

[5] Onggo D, Real JA, Mulyani I, Syahbanu I, Aminah M. The Study Of Thermal Spin Crossover Tris-Amino Triazole Iron(Ii) Complex In A Natural Biopolymer Nata De Coco.Bratislava,Republik Ceko:Slovak University of Technology Press;2011 [6] Matthey J, Cougnon C, Simonet J, Chandler K, Ning Y, Ralph TR, Hogart MP, Grove DE. Platinum Nanoparticle Catalyst.Platinum Metals Rev : 2002;46(3):115 [7] Jiang HL, Singh SK, Yan JM, Zhang XB,Xu Q. Liquid Phase Chemical Hydrogen Storage : Catalytic Hydrogen Generation Under Ambient Condition. Chem. Sus. Chem: 2010;3:541-549 [8] Lee H, Habbas SE, Kweskin S, Butcher D, Somorjai GA, Yang P. Morphological Control of Catalytically Active Platinum Nanocrystals. Angew. Chem. Int. Ed. :2006;45:7824-7828 [9] Bielecki S, Krystynowicz A, Turkiewicz M, Kalinowska H. Bacterial Cellulose, Polandia : Institute of Technical Biochemistry University of Lodz:37-46 [10] Evans BR, O’Neill HM, Woodward J. Ellectrically Conductive Cellulose Composite. United States Patent:2010;US 7,709,133 B2 [11] Evans BR, O’Neill HM, Malyvanh VP, Lee I, Woodward J . Palladium Bacterial Cellulose Membranes for Fuel Cells. Biosense. Bioelectron :2003;18:917-923 [12] Yang J, Sun D, Li J, Yang X, Yu J, Hao Q, Liu W, Liu J, Zou Z, Gu J. In Situ Deposition of Platinum Nanoparticles on Bacterial Cellulose Membranes and Evaluation of PEM Fuel Cell Performance. J. Electacta :2009;54:630 [13] Czaja WK, Young DJ, Kawecki M, Brown RM Jr. Prospect of Microbial Cellulose in Biomedical Applications. Biomacromolcules: 2007;8:1-12 [14] Buyanov AL, Gofman IV, Revel’skaya LG, Khripunov AK, Tkachenkov AA. Anisotropic Swelling and Mechanical Behaviour of Composite Bacterial Cellulosepoly(acrylamide or acrylamide-sodium acrylate) Hydrogels. J. JMBBM : 2010;3:102111

92

DEPOSISI NANOPARTIKEL PLATINUM DALAM MEMBRAN NATA DE COCO SECARA IN SITU IN SITU DEPOSITION OF PLATINUM NANOPARTICLES ON NATA DE COCO MEMBRANES

Recommend Documents