SnO2

J. Sains MIPA, Agustus 2007, Vol. 13, No. 2, Hal.: 77 - 83 ISSN 1978-1873

INAKTIVASI FOTOELEKTROKATALISIS Escherichia coli MENGGUNAKAN ELEKTRODA TiO2/SnO2 Kiagus Dahlan1, Akhiruddin Maddu1*, Kristina Tri Wigati1, Nisa Rachmania Mubarik2 1)Laboratorium

Fisika Material, Departemen Fisika FMIPA-IPB Mikrobiologi, Departemen Biologi FMIPA-IPB Kampus IPB Darmaga, Bogor 16680 *E-mail untuk surat menyurat: [email protected]

2)Laboratorium

Diterima 5 Maret 2007, perbaikan 22 Oktober 2007, disetujui untuk diterbitkan 24 Oktober 2007

ABSTRACT This research aimed to study the inactivation of Escherichia coli by photoelectrocatalisis using composite electrode TiO2/SnO2. This desinfection system is designed to work in water containing E coli culture. Semiconductor electrode functioned as photoelectrode and photocatalis in this photoelectrochemistry system with electrolyte containing E coli culture. The system comprised of a counter electrode, a power supply and an ultraviolet ray source. A voltage difference of about 1 volt was given to the photoelectrode while at the same time the electrode was also irradiated with ultraviolet ray. The experiment of photoelectrocatalisis showed effect of inactivation of E coli, that is, the lowering of the bacteria population. Compared with TiO2 or SnO2 electrodes, TiO2/SnO2 electrode was the most effective one. The population of E coli reduced up to 55%, which is the best, when TiO 2/SnO2 electrode was implemented. On the other hand, when TiO 2 and SnO2 only were used, the population reduce achieved during one hour experiment were up to 45% and 20%, respectively. The desinfection constant of 1.35x10-2 per minute was obtained when using TiO 2/SnO2 electrode, while 8.6x10-3 per minute and 4.4x10-3 per minute was obtained when using TiO2 electrode and SnO2 electrode, respectively. For photolysis treatment was obtained disinfection constant of 3.5x10-3 per minute. Keyworlds: Disinfection, Inactivation, Escherchia coli, Fotoelectrocatalysis, TiO 2/SnO2 electrode

1. PENDAHULUAN Berbagai macam cara untuk mengendalikan populasi mikroorganisme telah dilakukan orang antara lain dengan cara mematikan mikroorganisme, menghambat pertumbuhan dan metabolismenya, atau secara fisik menyingkirkannya. Penerapan sarana fisik untuk mengendalikan mikroorganisme antara lain dilakukan dengan menggunakan radiasi (ultraviolet, sinar-X, gamma, dan sinar katoda), filtrasi, sonikasi, klorinasi dan ozonisasi1,2). Selama dua dekade terakhir ini, telah berkembang suatu mekanisme disinfeksi mikroorganisme melalui proses fotokatalisis menggunakan sumber cahaya ultraviolet dengan bahan semikonduktor sebagai fotokatalis. Proses fotokatalisis secara umum dapat didefinisikan sebagai proses reaksi kimia yang dibantu oleh cahaya dan katalis. Sterilisasi E. coli secara fotokimia menggunakan bahan TiO2 pertamakali dilaporkan oleh Matsunaga dkk. Pada 19853). Sejauh ini, TiO2 merupakan bahan semikonduktor yang paling banyak digunakan dalam proses fotokatalisis baik untuk tujuan detoksifikasi maupun disinfeksi, karena tidak beracun, stabilitas kimianya tinggi, murah, serta dapat digunakan secara berulang tanpa kehilangan daya katalitiknya1).

 2007 FMIPA Universitas Lampung

TiO2 dalam bentuk kristal anatase merupakan semikonduktor dengan celah pita energi 3,2 eV. Ketika partikel TiO2 disinari dengan cahaya UV (hv>350 nm), maka pasangan elektron (e-) - hole (h+) dibangkitkan pada permukaan TiO2 dengan elektron dari pita valensi tereksitasi ke pita konduksi dan meninggalkan lubanglubang (holes) pada pita valensi (Gambar 1). hv

hv

-

Rekombinasi permukaan

+

A

-

+ D

C

-

-

o

+

B

OH

+

Volume rekombinasi

OH-

O2O2

Gambar 1. Proses fotokatalis pada suatu semikonduktor1). Sebagian besar pasangan elektron-hole ini akan berekombinasi kembali baik di permukaan atau di dalam bulk partikel. Sementara itu, sebagian pasangan 77

Kiagus Dahlan dkk…Inaktivasi Fotoelektrokatalisis Escherichia coli

elektron-hole dapat bertahan sampai di permukaan semikonduktor, sementara hole dapat menginisiasi reaksi oksidasi dan elektron menginisiasi reaksi reduksi zat kimia yang ada di sekitar permukaan TiO 2. Reaksi inilah yang akan menghasilkan senyawa reaktif dalam degradasi polutan organik maupun sebagai disinfektan mikroorganisme yang dalam media air berupa radikal hidroksil (OH) dan ion superoksida (O2-). Produkproduk ini kemudian juga dapat bereaksi membentuk senyawa baru yang bersifat radikal seperti hidrogen peroksida (H2O2)2,3,4). Dalam mekanisme fotokatalisis terjadi peristiwa rekombinasi cepat (prematur) antara elektron dan hole akibat adanya gaya tarik Coulomb kedua muatan tersebut, sehingga proses ini tidak mengoptimalkan 95% energi cahaya yang terserap. Salah satu usaha untuk meminimalisasi terjadinya peristiwa rekombinasi cepat ini yaitu menggunakan semikonduktor campuran yang diimobilisasikan pada substrat berupa lapisan multikomponen. Dengan tingkat-tingkat energi yang berbeda dari setiap komponennya, sistem ini dapat meningkatkan pemisahan muatan5,6,7). Prinsip pemisahan muatan dengan sistem ini diilustrasikan pada Gambar 2. Persyaratan yang dibutuhkan pada sistem ini adalah posisi pita-pita energi semikonduktor harus berbeda sehingga memudahkan terjadinya transfer muatan.

mengalir turun dari pita konduksi TiO2 menuju pita konduksi SnO2, sebaliknya hole akan naik dari pita valensi SnO2 menuju pita valensi TiO28). Hal tersebut dapat memicu terjadinya pemisahan muatan dan menghambat proses rekombinasi prematur sehingga akhirnya dapat meningkatkan daya fotokatalisis. Selain itu, untuk meningkatkan daya disinfeksi bakteri pada fotokatalisis semikonduktor, dapat dilakukan melalui proses fotoelektrokimia menggunakan lapisan semikonduktor pada substrat konduktor transparan sebagai fotoelektroda (elektroda dikenai cahaya). Dengan demikian proses ini menjadi proses fotoelektrokatalisis, yaitu proses fotokatalisis dengan pemberian bias tegangan listrik, seperti ditunjukkan pada Gambar 3. Hal ini dilakukan karena pendegradasian polutan biologi dan kimia mengalami hambatan pada proses fotokatalisis saja. Pada proses fotoelektrokatalisis, elektron (e-) dialihkan ke tempat lain sehingga hole (h+) dapat berdifusi dan memuati permukaan dengan muatan positif. Mekanisme pengalihan partikel ini dilakukan dengan memberikan bias potensial positif sebesar 1 Volt pada fotoelektroda9,10). Perlakuan ini secara tegas memisahkan elektron dengan hole dan mengalirkannya melalui lintasan luar melalui elektroda bantu (counter electrode). Pada elektroda bantu inilah reaksi reduksi berlangsung sementara reaksi oksidasi tetap berlangsung pada permukaan TiO2. Mekanisme fotoelektrokatalisis ini dapat mempercepat proses disinfeksi dan degradasi polutan karena reaksi reduksi dan oksidasi terjadi di dua tempat berbeda, sehingga menghasilkan agen disinfeksi yang lebih variatif dengan kuantitas yang lebih besar.

Gambar 2. Transfer muatan pada sistem semikonduktor campuran8) Sistem ini menggunakan semikonduktor TiO2 sebagai komponen utama yang digabung dengan bahan semikonduktor lain seperti SnO2 atau ZnO. Misalnya, SnO2 yang memiliki posisi pita konduksi lebih rendah (ECB=0V vs NHE pada pH 7) daripada TiO2 (ECB= -0.5V vs NHE pada pH 7) menyebabkan elektron akan 78

Gambar 3. Mekanisme fotoelektrokatalisis10)


J. Sains MIPA, Agustus 2007, Vol. 13, No. 2

Lapisan diratakan menggunakan batang kaca silinder hingga rata. Setelah itu lapisan dikeringkan selama 10 menit, selanjutnya dipanaskan (annealing) pada suhu 400°C dalam tungku selama 1 jam.

2. METODE PENELITIAN 2.1. Reaktor Fotoelektrokatalisis Reaktor yang digunakan dibuat dengan model reaktor tak-alir (water static batch reactor). Reaktor ini dirancang menggunakan bahan akrilik dengan ketebalan 0,4 cm berbentuk kotak tanpa tutup dengan ukuran 3 cm x 3 cm x 5,5 cm, dan bagian atas ditutup dengan bahan plastik tipis (wrapping plastic). Seluruh badan reaktor diselimuti kertas aluminium agar cahaya yang tidak diinginkan tidak dapat masuk. Pada salah satu sisi reaktor dengan jarak 1 cm dari alas diberi lubang berukuran 1,7 cm x 0,2 cm sebagai tempat fotoelektroda (tepatnya fotoanoda), dan pada jarak 0,5 cm di atasnya diberi lubang sebagai tempat elektroda bantu (counter electrode), seperti ditunjukkan pada Gambar 4. Jadi jarak antara fotoelektroda dengan elektroda bantu adalah 0,5 cm. Lampu Ultra Violet

Katoda (Pt) counter 5.5 cm Fotoanoda (TiO2/SnO2)

1V 3 cm 3 cm

Magnet pengaduk Pemutar

Gambar 4. Skema reaktor fotoelektrokatalisis. 2.2. Pembuatan Lapisan TiO2/SnO2 Dalam penelitian ini dibuat tiga lapisan fotokatalis yaitu lapisan TiO2, lapisan SnO2 dan lapisan TiO2/SnO2 dengan komposisi 80/20. Masing-masing lapisan tersebut ditumbuhkan di atas substrat kaca berlapiskan ITO (indium-iin oxide) berdimensi 2,5 cm x 1,5 cm dengan metode casting. Langkah pertama adalah penyiapan masing-masing larutan prekursor. Lapisan TiO2 dibuat dengan mencampurkan 2,5 ml slurry TiO 2 anatase (45% w/w), 0,5 ml asetil aseton dan 0,1 ml Ttriton-X. Untuk lapisan SnO2, digunakan larutan SnO2 45% (w/w) dari bubuk SnO2 ditambah akuades, sebanyak 2,5 ml larutan SnO2 ditambahkan 0,3 ml asetil aseton dan 0.2 ml Triton-X. Untuk lapisan TiO2/SnO2 (80/20), sebanyak 2 ml slurry TiO2 anatase (45% w/w) dicampur dengan 0,5 ml larutan SnO 2 45% (w/w), 0,5 ml asetil aseton dan 0,1 ml Triton-X. Masing-masing larutan diambil 0,2 ml untuk dilapiskan di atas substrat dengan luas 2,5 cm x 1,5 cm. Bagian substrat yang tersisa (0,5 cm x 1,5 cm) ditutup dengan plastik perekat.


Lapisan-lapisan elektroda yang dihasilkan dikarakterisasi dengan difraksi sinar-X (XRD) untuk mengetahui struktur kristalnya. Analisis ini dilakukan dengan menggunakan difraktometer sinar-X (Shimadzu model XD-610) di Laboratoritum X-Ray, Pusat Teknologi Bahan dan Instrumentasi Nuklir (PBIN)-BATAN, Serpong, Banten. Alat ini menggunakan sumber Cu dengan tegangan 30 kV dan arus 30 mA. 2.3. Perlakuan Fotoelektrokatalisis Media yang digunakan untuk penumbuhan bakteri E. coli ini adalah Nutrient Broth (NB). Sebanyak 7 ml suspensi E. coli umur 18 jam yang telah diukur transmitansinya (30 – 47%) pada panjang gelombang 620 nm dipindahkan ke dalam reaktor berisi batang magnet pengaduk, lapisan tipis dan elektroda bantu (counter) untuk perlakuan. Sistem diletakkan di atas piringan pemutar dan lampu ultraviolet ditempatkan tepat menempel pada mulut reaktor. Fotoelektroda semikonduktor dihubungkan dengan kutub positif sumber tegangan sedangkan elektroda bantu (platina) dihubungkan dengan kutub negatifnya. Potensial bias yang diberikan sebesar 1 Volt. Perlakuan ini dilakukan selama 1 jam dengan pengamatan setiap 15 menit. 2.4. Penghitungan koloni E.Coli bertahan hidup Penghitungan E. coli yang bertahan hidup dilakukan melalui metode cawan sebar dengan tingkat pengenceran hingga 10-6. Setelah waktu inkubasi, akan tampak koloni terpisah. Perhitungan koloni E. coli yang tumbuh dihitung melalui Persamaan (1) CFU = N / (SxP) ............................................. (1) yaitu Unit Koloni Terbentuk (sel/ml) (Colony Forming Unit), dengan N adalah jumlah koloni yang tumbuh di atas agar nutrien cawan, S adalah volume cuplikan yang disebar dan P adalah tingkat pengenceran.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Analisis XRD Lapisan Elektroda TiO2/SnO2 Lapisan-lapisan fotoelektroda yang telah dibuat dikarakterisasi dengan difraksi sinar-X (XRD) untuk menganalisis kristalografinya. Dari hasil analisis XRD dapat diketahui parameter kisi dan ukuran kristal. Nilai parameter kisi hasil perhitungan dibandingkan dengan nilai acuan standar untuk dapat diketahui tipe kristal yang terbentuk pada lapisan. Informasi ukuran kristal yang diperoleh memberi gambaran luas permukaan bidang yang dapat mengabsorbsi cahaya. Pola difraksi sinar-X (difraktogram) untuk sampel lapisan TiO 2/SnO2

79


pada substrat kaca berlapis ITO diperlihatkan pada Gambar 5.

pada 2 = 26,229 sebagai fase anatase TiO2 (101), tampak lapisan didominasi TiO2 dibanding SnO2.

Dari pola difraksi sinar-X lapisan TiO2/SnO2 dapat diidentifikasi puncak-puncak karakteristik TiO2 dan SnO2, serta substrat ITO. Berdasarkan puncak-puncak karakteristik diketahui nilai jarak kisi kristal d (dalam angstrom) pada sudut-sudut difraksi sinar-X. Puncakpuncak karakteristik dan bidang hkl yang bersesuaian serta nilai parameter kisi ditunjukkan pada Tabel 1 untuk kristal TiO2 dan pada Tabel 2 untuk kristal SnO2. Untuk kristal TiO2 menunjukkan persentase ketepatan untuk parameter kisi a dan c sebesar 98,72% dan 98,36% terhadap literatur, sedangkan kristal SnO2 memiliki parameter dengan persentase ketepatan untuk a dan c berturut-turut sebesar 97,30% dan 96,96%8). Berdasarkan intensitas puncak pola difraksi tertinggi

Ukuran kristal TiO2 dan SnO2 dihitung berdasarkan data dari pola-pola difraksi sinar-X yang diperoleh dengan menggunakan Persamaan Scherrer seperti tampak pada Persamaan (2). D=0,9 /B cos , (2) dengan  adalah panjang gelombang sinar-X yang digunakan, B adalah nilai FWHM (full width half maximum) dari pola difraksi dan  adalah sudut difraksi. Dari hasil perhitungan diperoleh diamater kristal TiO 2 sebesar 31,60 nm sedangkan SnO2 sebesar 32,74 nm. Dengan demikian sampel lapisan elektroda yang dibuat merupakan nanokristal yang sangat berperan dalam aktivitas fotokatalisis.

Keterangan: A : TiO2 anatase R : SnO2 rutil ITO: Indium-Tin Oxide

Gambar 5. Pola difraksi sinar-X lapisan TiO2/SnO2. Tabel 1. Indeks Miller (hkl) kristal TiO2 pada lapisan TiO2/SnO2 2 (deg) 24,928 47,697 53,661 54,637

d (Å) Sampel 3,568 1,905 1,706 1,678

Standar 3,520 1,892 1,699 1,666

hkl 101 200 105 211

Parameter kisi Sampel Standar a= 3,73 (Å) a=3,78 (Å) c= 9,35 (Å) c=9,51(Å)

Tabel 2. Indeks Miller (hkl) kristal SnO2 pada lapisan TiO2/SnO2 2 (deg) 26,229 33,602 37,614 51,492

80

Sampel 3,394 2,664 2,389 1,773

d (Å) Standar 3,351 2,644 2,369 1,765

hkl 110 101 200 211

Parameter kisi Sampel Standar a=4,61 (Å) a=4,73 (Å) c=3,09 (Å) c=3,18 (Å)



3.2. Hasil Inaktivasi E. coli

karena 370C tidak melebihi suhu optimum yang dibutuhkan E. coli untuk tumbuh. Sebagai kontrol dilakukan perlakukan fotolisis yaitu pemberian cahaya ultraviolet (UV) langsung pada kultur bakteri tanpa ada bahan katalis. Perlakuan kontrol lain adalah fotoelektrokatalisis pada elektroda lapisan TiO 2 dan elektroda lapisan SnO2 saja.

Sistem reaktor model tak-alir dengan dimensi 3 cm x 3 cm x 5,5 cm mampu menampung supensi E. coli sebanyak 30 ml. Lapisan elektroda semikonduktor sebagai fotokatalis memiliki luasan aktif dengan ukuran setengah dari panjang dan lebar reaktor. Hal ini dimaksudkan agar dapat terbentuk sistem reaktor dengan perbandingan ukuran reaktor dan luasan aktif lapisan yang proporsional. Katalis berupa bahan semikonduktor yang diimobilisasi pada substrat konduktif dan transparan berfungsi sebagai fotoelektroda untuk penerapan potensial bias listrik. Secara umum besarnya bias listrik positif yang diaplikasikan pada fotoelektroda adalah 1 V9,10). Dengan potensial bias 1 V ini tidak akan terjadi eksitasi elektron pada semikonduktor sehingga fungsinya hanya sebagai pengalih partikel saja. Hal ini menyebabkan kedua muatan melakukan reaksi reduksi dan oksidasi di tempat berbeda sehingga mengurangi terjadinya proses rekombinasi prematur.

Perbandingan hasil perlakuan fotolisis dan fotoelektrokatalisis pada kultur bakteri E.coli ditunjukkan pada Gambar 6. Kurva-kurva yang diperoleh menyatakan rasio daya tahan (survival ratio) terhadap waktu perlakuan fotolisis dan fotoelektrokatalisis pada elektroda TiO2, elektroda SnO2 dan elektroda TiO2/SnO2. Persentase rasio E.coli bertahan hidup setiap 15 menit pengamatan untuk masing-masing perlakuan dirangkum dalam Tabel 3. Tampak pada kurva bahwa rasio E. coli bertahan hidup berkurang secara eksponensial terhadap waktu, yang memenuhi Persamaan (3) (3) N ( t )  N 0 exp( kt ) dengan N(t) adalah populasi bakteri bertahan hidup, No adalah populasi awal dan k adalah tetapan disinfeksi yang merupakan ukuran kemampuan inaktivasi E. coli.

Perlakuan dilakukan pada suhu ruang. Kenaikan suhu akibat pergerakan batang magnet pemutar pada reaktor dianggap tidak berpengaruh pada kematian E. coli 1.0 0.9

y=e-0,0035x

Nt/No

0.8

y=e-0,0044x

0.7

y=e-0,0086x

0.6 0.5

y=e-0,0135x 0.4 0

20

40

60

Waktu (M enit)

■ ▲

T iO2/SnO2 SnO2





T iO2 Fotolisis

Gambar 6.Kurva hasil perlakuan fotoelektrokatalisis kultur E.coli. Tabel 3. Populasi E.coli bertahan hidup (%) untuk masing-masing perlakuan Waktu (menit) 0 15 30 45 60

TiO2/SnO2 100,00 61,16 64,74 46,63 54,68

E. coli Bertahan Hidup (%) TiO2 SnO2 100,00 100,00 77,24 88,39 81,99 76,54 72,24 82,32 56,90 82,93


Fotolisis 100,00 97,86 80,27 90,40 81,35

81


0

y=-0,0035x

Ln (N t/No)

-0.2

y=-0,0044x

-0.4

y=-0,0086x

-0.6

y=-0,0135x

-0.8 -1 0

20

■ ▲

40

60

Waktu (M enit) T iO2/SnO2 SnO2





T iO2 Fotolisis

Gambar 7. Kurva logaritma rasio E.coli bertahan hidup. Penurunan rasio E. coli bertahan hidup (survival ratio) paling besar diperoleh untuk perlakuan fotoelektrokatalisis dengan elektroda campuran TiO2/SnO2, sedangkan paling kecil pada perlakuan fotolisisis saja. Sementara itu, penggunaan elektroda TiO2 lebih cepat menunurunkan rasio E. coli daripada dengan elektroda SnO2 saja.

radikal yang dapat mengakibatkan kerusakan pada sel. Hal tersebut terjadi karena panjang gelombang sinar UV berada pada kisaran 360 nm yang memiliki efek bakterisidal namun kecil. Energi yang diberikan cahaya dari lampu UV dengan panjang gelombang tersebut memang ditujukan untuk mengaktifkan lapisan semikonduktor pada proses fotoelektrokatalisis.

Untuk menentukan nilai tetapan disinfeksi (k), dibuat kurva ln(Nt/No) terhadap waktu, hasilnya ditunjukkan pada Gambar 7. Tampak pada kurva-kurva bahwa laju disinfeksi atau inaktivasi paling besar diperoleh untuk perlakuan fotoelektrokatalisis dengan elektroda TiO2/SnO2 sebesar 0.0135/menit, diikuti berturut-turut untuk elektroda TiO2 (0.0086/menit), elektroda SnO2 (0.0044/menit) dan paling kecil untuk perlakuan fotolisis (0.0035/menit).

Perlakuan fotoelektrokatalisis dengan elektroda SnO2 selama satu jam tidak terlalu berbeda dengan perlakuan fotolisis, yaitu hanya mampu membunuh atau inaktivasi E. coli hingga 25% setidaknya hingga 15 menit kedua. Demikian juga tetapan inaktivasi atau disinfeksi yang hanya sedikit lebih besar dari perlakuan fotolisis, yaitu sebesar 0.0044/menit. Hal ini dikarenakan energi cahaya UV dengan panjang gelombang sebesar 360 nm ternyata kurang mampu mengaktifkan lapisan SnO2 yang memiliki lebar celah energi sebesar 3,5 eV untuk membentuk produk-produk disinfektan. Praktis sebagian besar kematian bakteri disebabkan oleh penetrasi cahaya UV dalam suspensi E. coli.

Pada perlakuan fotolisis, yaitu dengan menyinari kultur E. coli dengan sinar UV saja, hanya mampu membunuh atau inaktivasi E. coli hingga 20% (Tabel 3) selama satu jam perlakuan. Laju inaktivasi atau disinfeksi paling kecil (0,0035/menit) dibandingkan perlakuan lainnya. Hal ini karena proses inaktivasi hanya akibat efek bakterisidal dari sinar UV saja yang sangat terbatas membunuh bakteri dengan populasi yang besar. Artinya iradiasi dari lampu ultraviolet yang digunakan pada perlakuan fotolisis ini kurang sempurna untuk membunuh sebanyak mungkin E. coli. Kerusakan dalam sel akibat efek fotolisis oleh cahaya UV menyebabkan pembentukan dimer dengan ikatan silang antara pirimidin-pirimidin DNA yang bersebelahan terutama timin. Dimer ini mengacaukan proses replikasi yang normal. Selain pengaruh langsung terhadap sel biologis, cahaya ini juga memiliki energi yang mampu mengaktifkan molekul air untuk membentuk senyawa 82

Sementara itu perlakuan fotoelektrokatalisis dengan elektroda TiO2 mampu membunuh E. coli hingga hampir 45% selama satu jam perlakuan (Tabel 3) dengan tetapan disinfeksi yang lebih besar dibanding dengan elektroda SnO2 (Gambar 7). Artinya, penggunaan lapisan TiO2 sebagai fotoelektroda lebih efektif dibandingkan dengan lapisan SnO2 karena cahaya UV memiliki energi yang sesuai untuk mengeksitasikan elektron lebih banyak ke pita konduksi TiO2 untuk menginisiasi reaksi oksidasi dan menghasilkan hole yang banyak pada pita valensi yang keduanya berperan dalam menginsiasi reaksi oksidasi dan reduksi pada permukaan TiO2. Selain itu, posisi level konduksi dan valensi TiO2 sangat ideal untuk bereaksi dengan  2007 FMIPA Universitas Lampung


berbagai senyawa organik yang menghasilkan produk disinfektan yang berperan dalam membunuh bakteri. Di lain pihak, perlakuan fotoelektrokatalisis menggunakan elektroda campuran TiO2/SnO2 mampu menurunkan populasi E. coli paling besar, yaitu lebih dari 50%, setidaknya hingga 15 menit ketiga (Tabel 3). Demikian juga tetapan disinfeksi (k) diperoleh paling besar dibandingkan perlakuan lainnya. Hal ini karena penggunaan elektroda campuran TiO2/SnO2 bekerja efektif mengurangi proses rekombinasi prematur di dalam bahan semikonduktor sehingga menyebabkan peningkatan produksi elektron dan hole pada permukaan semikonduktor untuk membentuk senyawasenyawa reaktif yang mampu membunuh sel-sel E. coli. SnO2 (Eo = 0,5 vs SHE) memiliki pita konduksi lebih rendah (lebih positif) dibandingkan dengan TiO 2 (Eo = 0,12 vs SHE) sehingga hal ini dapat menyebabkan pemisahan muatan, yaitu elektron meninggalkan TiO2 mengalir menuju SnO2 (Gambar 2), sedangkan hole naik menuju potensial yang lebih negatif. Pemberian bias listrik bertujuan memompa elektron dari pita konduksi SnO2 yang lebih positif terhadap potensial reduksi pasangan O2/O2- sehingga memudahakan reaksi reduksi8). Oleh karena, metode fotoelektrokatalisis dengan elektroda TiO2/SnO2 memiliki daya disinfeksi yang lebih baik dibandingkan dengan lapisan tunggal.

2.

Singh, N., Singh, R.K., Bhunia, A.K., Stroshine, R.L. and Simon, J.E. 2001. Sequential disinfection of E. coli O157:H7 on shredded lettuce leaves by aqueous chlorine dioxide, ozonated water and thyme essential oil. SPIE, 4206: 159-166.

3.

Cho, M., Chung, H., Choi, W. and Yoon, J. 2004. Linear correlation between inactivation of E. coli and OH radical concentration in TiO 2 photocatalytic disinfection. Water Res, 38: 10691077.

4.

Rincon, A.G. and Pulgarin, C. 2003. Photocatalytic inactivation of E. coli: effect of (continuousintermittent) light intensity and of (suspendedfixed) TiO2 concentration. Appl. Catal. B: Environ., 44: 263-284.

5.

Beydoun, A.R., Low, G. and McEvoy, S. 1999. Role of nanoparticles in photocatalysis. J. Nanopart. Res., 1: 439 – 458.

6.

Anderson, C. and Bard, A.J. 1997. Improved Photocatalytic Activity and Characterization of Mixed TiO2/SiO2 and TiO2/Al2O3 Material. J. Phys. Chem. B., 101(14): 2611-2616.

7.

Anderson, M.A., Fu, X., Clark L.A. and Yang, Q. 1996. Performance of Titania – Based Binary Metal Oxides: TiO2/SiO2 and TiO2/ZrO2. J. Environ. Science Technol., 30(2): 647-653.

8.

Vinodgopal et al. 1996. Nanostructured Semiconductor Films for Photocatalysis: Photoelectrochemical Behavior of SnO 2/TiO2 Composite Systems and Its Role in Photocatalytic Degradation of a Textile Azo Dye. http://allen.rad.nd.edu/new_pubs/ndrl3837.html

9.

Butterfield, I.M., et al. 1997. Water disinfection using an immobilised titanium dioxide film ini a photochemical reactor with electric field enhancement. J. Wat. Res., 31: 675 – 677.

4. KESIMPULAN Proses fotoelektrokatalisis dengan elektroda campuran TiO2/SnO2 terbukti memiliki kemampuan disinfeksi atau inaktivasi Escherichia coli yang paling besar dibandingkan dengan metode fotoelektrokatalisis pada lapisan TiO2 dan lapisan SnO2 serta dengan metode fotolisis. Fotoelektroda sistem multikomponen ini mampu meningkatkan produksi elektron dan hole dengan menghambat proses rekombinasi prematur melalui pemisahan muatan sehingga dapat meningkatkan produksi senyawa-senyawa reaktif yang berperan sebagai disinfektan. Hasil yang diperoleh dari setiap perlakuan memperlihatkan kecenderungan seperti yang diharapkan, yaitu perlakuan fotoelektrokatalisis dengan elektroda TiO2/SnO2 menghasilkan inaktivasi E. coli paling besar dibandingkan perlakuan lainnya. Demikian juga perlakuan dengan elektroda TiO2/SnO2 menghasilkan tetapan disinfeksi paling besar.

DAFTAR PUSTAKA 1.

10. Harper, J.C, Christensen, P.A., Egerton, T.A., Curtis, T.P. and Gunlazuardi, J. 2001. Effect of catalyst type on the kinetics of the photoelectrochemical disinfection of water inoculated with E. coli, J. Appl. Electrochem., 31: 623-628.

Srinivasan, C. and Somasundaram, N. 2003. Bactericidal and detoxification of irradiated semiconductor catalist TiO2. Curr. Sci., 85 (10): 1431-1438.


83

SnO2

Recommend Documents