Tugas Artikel Topik Spesial Dalam Ilmu Kimia SINTESIS DAN PEMANFAATAN TiO 2 UNTUK APLIKASI SELF...

Tugas Artikel Topik Spesial Dalam Ilmu Kimia

SINTESIS DAN PEMANFAATAN TiO2 UNTUK APLIKASI SELF CLEANING

Dosen Pengampu: Prof. Dr. Endang Widjajanti LFX

Disusun oleh:Hafsyah Siti Zahara (15728251001)

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIAPROGRAM PASCASARJARA

UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA2016

A.PENDAHULUANPenggunaan material transparan pada berbagai properti

semakinmeningkat, material transparan ini berfungsi untuk memperindah properti dan sebagai alternatif penghematan energi karena dapat membantu pencahayaan bangunan. Salah satu material transparan yang digunakan yairu atap fiberglass yang umumnya menggunakan serat sintesis serperti serat kaca. Pada saat awal produksi, material tersebut terlihat bening, tetapi semakin lama akan semakin buram. Penyebabnya bermacam-macam, diantaranya: debu yang menumpuk, ditumbuhi jamur atau embun saat terjadi hujan (R & Dahlan, 2013).

Hal yang sama juga dapat terjadi pada permukaan cat. Penggunaan cat pada umumnya untuk memberikan warna pada bangunan, namun penggunaan cat juga berfungsi memberikan perlindungan dari pengaruh cuaca luar ataupun debu/kotoran. Apabila tidak dibersihkan, maka dapat merusak permukaan cat dan membuat warnanya menjadi kusam (Kusmahetiningsih & Sawitri, 2012; Ridwan & Wahyuni, 2015). Oleh karena itu, perlu adanya rekayasa dari permasalah tersebut untuk melapisi material agar memilki kemampuan self cleaning. Pelapisan permukaan menggunakan Titanium Dioksida (TiO2) merupakan salah satu solusi untuk mengatasi permasalah tersebut.

Poulsen (Kusmahetiningsih dan Sawitri, 2012) menjelaskan bahwa TiO2 memiliki sifat fotokatalis, yaitu proses reaksi kimia yang dibantu oleh energi dari sinar ultraviolet (UV). Efek fotokatalis TiO2

dapat mendekomposisi senyawa organik menjadi CO2 dan H2O. Selain bersifat fotokatalis, Suprayikno (Sari dan Astuti, 2013) mengungkapkan bahwa TiO2 juga bersifat hidrofilik (suka air) yang mengakibatkan permukaan material yang dilapisi bersifat anti fogging dan self cleaning karena sudut kontak tetesan air di atas permukaan tersebut sekitar 100 dan akan terus berkurang hingga

mencapai 00 jika disinari dengan sinar UV. Selain itu, TiO2 juga tergolong aman atau tidak beracun dengan ikatan kimia yang cukup stabil terhadap sinar UV. Menurut Kiswanti & Pratapa (2013), TiO2 memiliki tiga bentuk polimorf, yaitu anatas, rutil, dan brukit. Fasa anatas merupakan benruk menstabil, apabila diberi pemanasan dapat bertansformasi menjadi rutil.

Berdasarkan karakteristik serta manfaat TiO2, maka beberapa penelitian telah dilakukan untuk mensintesis TiO2, baik dengan menggunakan prekursor tertentu, variasi pelarut atau dispersant untuk memperoleh TiO2 yang baik agar dapat diamanfaatkan sebagai self cleaning.

B.METODEMetode yang digunakan dibagi manjadi dua, yaitu metode

untuk sintesis TiO2 dan metode pengujian self cleaning TiO2.1. Sintesis TiO2

a. Logam Terlarut AsamSerbuk logam murni Ti sebagai bahan dasar dilarutkan ke dalam HCl

37%, sambil diaduk pada temperatur 60-70°C selama 1,5 jam pada temperatur

hingga larutan berwarna ungu kehitam-hitaman yang diduga sebagai larutan

TiCl4. Setelah itu, larutan TiCl4 dikeringkan pada temperatur 100°C hingga

benar-benar kering. Larutan yang telah mengering dan menjadi serbuk dimortar

dan selanjutnya dikalsinasi dengan variasi temperatur 200, 400, 600, 700, dan

800°C dengan waktu tahan masing-masing 1 jam.

b. Metode Sol-GelNanopartikel dibuat dengan menyiapkan pelarut (metanol,

1-propanol, dan 2-propanol) 13,04 M masing-masing dalam gelas beker dan ditambahkan TEOS 4,47 M. Larutan diaduk selama 30 menit dan ditambahkan NH3 25%secara bertahap sampai pH 10, kemudian ditambahkan TiIPP 3,28 M dan diaduk selama 30 menit. Setelah 30 menit, 5 mL aquads ditambahkan sambil diaduk selama 2 jam sampai membentuk sol. Sol yang

terbentuk didiamkan selama 24 jam, kemudia dioven pada suhu 80ºC selama 24 jam. Padatan yang terbentuk, digerus sampai halus dan dikalsinasi selama 2 jam pada suhu 600ºC sampai terbentuk serbuk halus.

2. Pengujian Self Cleaning TiO2

c. Variasi persen massa TiO2-SiO2 pada cat akrilik, taitu: 0, 5, 10, dan 15% untuk setiap sampel pada pelarut metanol, 1-propanol, dan 2-propanol.

d. Variasi massa TiO2 yaitu 1; 1,5; dan 2% serta variasi perbandingan struktur anatase dan rutile dengan menggunakan pengotor lumpur dan pewarna makanan.

e. Variasi massa TiO2 yaitu 0; 0,01; 0,02; 0,03; 0,04; dan 0,05 gram dengan volume resin dan katalis dibuat tetap.

Adapun Karakterisasi serta pengujian sampel, disajikan pada Tabel 1.

Tabel 1. Karakterisasi dan Pengujian SampelNo

Karakterisasi Pengujian

1 Jenis material X-Ray Difraktometer

(XRD)2 Bentuk morfologi permukaan lapisan

TiO2

Scanning Electron Microscope (SEM)

3 Bentuk morfologi dna ukuran partikel TEM4 Nilai absorpsi dan transmisi cahaya

yang melewati sampelUV-Vis

5 Penentuan stuktur ikatan FTIR6 Pengukuran luas sisa pengotor dan

presentase sisa pengotorSoftware

pengolahan citra7 Sudut kontak Static sessile drop

C.HASIL DAN TEMUAN1. Sintesis Titanium Dioksida (TiO2) Menggunakan Metode Logam Terlarut

Asam

Pada penelitian ini, sintesis TiO2 menggunakan metode logam terlarut asam dengan analisis secara kualitatif untuk

menentukan jenis fasa yang terbentuk dan analisis kuantitatif untuk menentukan komposisi fasanya. Hasil analisis XRD menunjukan bahwa secara umum teramati adanya fasa rutil dan anatas. Seiring meningkatnya temperatur kalsinasi, intensitas fasa rutil semakin tinggi, hingga pada temperatur 800º fasa yang terbentuk seluruhnya adalah fasa rutil.

Hasil analsis dengan program Rietica berupa fraksi berat relatif dari kedua fasa yaitu anatas sebesar 13% dan rutil sebesar 87% pada temperatur pengeringan. Pada temperatur kalsinasi

200 dan 400°C fraksi berat relatif fasa rutil adalah 100%, yang kemudian pada

temperatur kalsinasi 600 dan 700°C terdapat fasa anatas dengan komposisi 2%

dan 1% hingga pada temperatur kalsinasi 800°C terbentuk fasa rutil seluruhnya

yaitu 100%. Hal ini menandakan bahwa transformasi fasa terjadi adanya pengaruh

penambahan temperatur kalsinasi.

Adapun analisis untuk menentukan ukuran kristaldengan perangkat lunak

MAUD menunjukkan rentang ukuran kristal serbuk titanium dioksida yang dihasilkan adalah dalam rentang antara 6-264 nm. Variasi ukuran terjadi akibat adanya perlakuan pemberian variasi temperatur kalsinasi yang menyebabkan ukuran kristal yang dihasilkan semakin bertambah besar seiring naiknyatemperatur kalsinasi yang diberikan. Disajikan hasil estimasi ukuran kristal sampel serbuk TiO2 fasa rutil.

Tabel 2. Estimasi Ukuran Sampel Kristal TiO2 Fasa RutilNo

Temperatur (ºC)

Ukuran Kristal (nm)

1 Pengeringan 92 200 63 400 114 600 225 700 966 800 264

2. Pengaruh Pelarut Terhadap Karakteristik Nano TiO2-SiO2 Sebagai

Penambah Self Cleaning Cat Akrilik

Pada penelitian ini, sintesis TiO2 menggunakan metode sol-gel pada material cat akrilik. Hasil sintesis dianalisis dengan FTIR untuk penentuan gugus pada nanopartikel TiO2-SiO2, yaitu terdapat ikatan O-H streching, ikatan O-H bending, gugus siloksan (Si-O-Si), ikatan Ti-O, dan ikatan Si-O-Ti. Adapun hasil analisis penentuan gugus pada cat akrilik yaitu terdapat ikatan O-H streching, ikatan C-H streching, iakatan C=O, dan ikatan C-C. Hasil pencampuran nanopartikel TiO2-SiO2 dan cat akrilik merubah struktur cat arkrilik dengan mmunculmnya peak baru yaitu adanya adanya ikatan O-H bending, Si-O streching, dan ikatan Si-O-Ti

Adapun hasil analsis TEM menunjukan morfologi yang tidak teratur karena terjadi penggumpalan, sehingga ukuran dari setiap partikel tidak dapat ditentukan. Pengukuran sudut kontak dilakukan pada permukaan padatan tanpa iradiasi dan iradiasi sinal UV yang disajikan pada Gambar 1.

Gambar 1. Hasil Pengukuran Sudut Kontak (A) Tanpa Iradiasi UV dan (B) Setelah Iradiasi UV

Sudut kontak untuk permukaan cat akrilik tanpa iradiasi sinar UV

menunjukkan lebih besar dibandingkan sudut kontak setelah iradiasi sinar UV.

Adanya sinar UV mengakibatkan fotokatalis TiO2 menjadi aktif sehingga

permukaan akan lebih bersifat hidrofil, dengan sifat yang lebih hidrofil akan

membuat sudut kontak air lebih rendah daripada tanpa iradiasi sinar UV. Hasil

sudut kontak pada variasi berat massa dengan pelarut metanol menghasilkan sudut

kontak paling kecil diantara semua sampel dengan tiga variasi massa yang

berbeda dan penggunaan pelarut 1-propanol memberikan hasil sudut kontak lebih

besar dari pelarut 2-propanol. Rendah dan tingginya sudut kontak dipengaruhi

oleh celah pita energi yang dihasilkan. Celah pita energi yang rendah

menghasilkan sudut kontak yang rendah, begitu juga sebaliknya.

Pengukuran waktu alir pada permukaan padatan menghasilkan waktu alir

zat cair (air) dengan perbedaan yang cukup signifikan untuk setiap sampel, baik

tanpa dan setelah iradiasi menggunakan sinar UV. Penggunaan sinar UV

menyebabkan waktu alir zat cair pada permukaan cat menjadi lebih lama yang

disebabkan aktifnya fotokatalis molekul TiO2 yang bersifat hidrofil sehingga

memberikan kemampuan selfcleaning pada permukaan cat. Perbedaan waktu alir

yang signifikan untuk setiap sampel dapat menjelaskan pengaruh penggunan jenis

pelarut yang berbeda.

Sampel dengan pelarut metanol menghasilkan waktu alir paling lama

dibandingkan dua pelarut yang lain, diikuti oleh 2-propanol dan 1-propanol.

Berdasarkan waktu alir yang dihasilkan, dapat diketahui bahwa celah pita energi

juga mempengaruhi waktu alir zat cair pada permukaan cat, sehingga semakin

kecil celah pita energi menghasilkan waktu alir semakin lama. Hal ini dikarenakan

adanya TiO2 yang memberikan kemampuan hidrofil pada permukaan dan SiO2

mempertahankan permukaan cat agar zat cair tidak terserap oleh cat (hidrofobik)

sehingga kotoran yang ada di permukaan cat akan tesapu oleh air (self cleaning).

3. Pengaruh Nanopartikel Titanium Dioksida Pada Resin Sebagai Material

Transparan Anti UV dan Self Cleaning

Pada penelitian ini, massa TiO2 dengan fasa anatas divariasikan yaitu: 0,05;

0,04; 0,03; 0,02; 0,01; dan 0 gram. Berdasarkan hasil analisis, sudut kontak yang

dihasilkan termasuk pada kategori hidrofilik. Sudut kontak dianalisis sebelum dan

sesudah terpapar sinar matahari. Penurunan sudut kontak yang paling besar yaitu

pada sampel 0,05 gram yaitu sebesar 8,21º. Nanopartikel TiO2 bersifat fotokatalis, sehingga apabila sampel terpapar sinar matahari akan mengalami penurunan sudut kontak sampai mendekati nol derajat. Sedangkan hasil yang diperoleh tidak sesuai dengan hal

tersebut. Hal ini disebabkan karena nanopartikel TiO2 tidak bekerja optimal pada sampel karena dipengaruhi oleh campuran material lain seperti resin.

Analisis spektrum absorbsi diperoleh untuk sampel 0,04, 0,03 dan 0,01gram nanopartikel TiO2 absorbsi sinar UV meningkat seiring banyaknya kandungan TiO2 pada sampel. Namun tidak demikian untuk sampel 0,05 dan 0,02 gram, sehingga diasumsikan bahwa pada sampel tersebut terdapat bahan pengotor yang berpengaruh pada puncak absorbsi. Adapun hasil analisis karakterisasi dengan FTIR menunjukan adanya ikatan antara Ti dari nanopartikel TiO2 dengan atom O dari resin yang berpengaruh pada peningkatan nilai perlindungan terhadap radiasi UV.

4. Aplikasi TiO2 Sebagai Self Cleaning Pada Cat Tembok dengan Dispersant

Polietilen Glikol (PEG)

Pada penelitian ini, menggunakan variasi TiO2 serta variasi fasa anatese dan rutile pada pengotor lumpur dan pewarna makanan. Adapun komposisi TiO2 serta variasi fasa yang digunakan disajikan pada Tabel 3.

Tabel 3. Prosentase TiO2 Serta Perbandingan FasaAnatase dan Rutile

Nomor Sampel

TiO2 (%)

Anatas

Rutil

1 1 10 902 1 50 503 1 90 104 1,5 10 905 1,5 50 50

6 1,5 90 107 2 10 908 2 50 509 2 90 10

Pengujian self cleaning dilakuakan dengan pengotor lumpur dan pewarna makanan. Sampel yang yang telah diberi pengotor, dijemur selma 40 jam dengan rentang pengambilan foto 10 jam. Hasil pengujian self cleaning dengan pengotor lumpur disajikan pada Gambar 2 dan 3.

Gambar 2. Sampel Awal Sebelum Dijemur

Gambar 3. Sampel Setelah Dijemur 40 jam

Berdasarkan Gambar 2 dan 3, dapat diketahui bahwa sampel 9 dengan komposisi TiO2 2% serta perbandingan antatase : rutile sebesar 90 : 10 lebih bersih dibandingkan sampel yang lain. Adapun hasil pengujian self cleaning dengan pengotor pewarna makanan disajikan pada Gambar 4 dan 5.

Gambar 4. Sampel Awal Sebelum Dijemur

Gambar 5. Sampel Setelah Dijemur 40 jam

Berdasarkan Gambar 4 dan 5, dapat diketahui bahwa sampel 1-9 lebih bersih dibanding dengan sampel 10.

Hasil analisis dengan menggunakan software citra untuk mengukur luas sisa pengotor dan prosentase sisa pengotor, menunjukan bahwa sampel 9 memiliki sisa pengotor yang paling sedikit baik pada pengotor lumpur maupun pewarna makanan. Hal ini berarti sifat self cleaning berfungsi dengan baik. Adapun pengujian dispersi TiO2 pada cat dengan AFM digunakan sampel 2 dan 9 yang disajikan pada Gambar 6.

(a) (b)Gambar 6. Hasil Pengujian AFM TiO2

(a) Sampel 2 dan (b) Sampel 9

Berdasarkan Gambar 6. dapat diketahui bahwa bagian yang memiliki

intensitas lebih tingi (berwarna putih) merupakan TiO2. Nilai dispersi TiO2

diketahui berdasarkan pengolahan citra. Berdasarkan hasil analisis, sampel 9

memiliki nilai average size yang lebih kecil daripada sampel 2. Hal tersebut

menunjukkan bahwa dispersi TiO2 pada sampel 9 dengan perbandingan anatase :

rutile 90 : 10 lebih merata. Sampel 9 memiliki sifat self cleaning yang baik karena

dispersi TiO2 pada permukaan film cat lebih merata. Distribusi TiO2 pada

permukaan film cat akan mempengaruhi proses fotokatalis yang terjadi. Semakin

merata dispersi TiO2 maka proses fotokatalis akan menjadi semakin baik.

D. KEUNGGULAN DAN KELEMAHAN1. Sintesis Titanium Dioksida (TiO2) Menggunakan Metode Logam Terlarut

Asam

Keunggulan pada artikel ini yaitu penjelasan yang dipaparkan didukung dengan hasil temuan pada penelitian sebelumnya. Adapun kelemahannya, pada pembahasan difokuskan membahas fasa rutil, padahal jurnal ini bertujuan untuk mensintesis TiO2 kemudian diuji fasa apa yang terbentuk.

2. Pengaruh Pelarut Terhadap Karakteristik Nano TiO2-SiO2 Sebagai

Penambah Self Cleaning Cat Akrilik

Keunggulan pada artikel ini, yaitu: menjelskan metode sintesis TiO2 sekaligus menjelaskan langkah pengujian self

cleaning dengan jelas, menjelaskan karakteristik bahan utama yang digunakan, menjelaskan hasil analisis setiap karakterisasi disertai dengan gambar, hasil analisis dikaitan satu dengan yang lainnya, hasil analisis banyak dan lengkap tetapi hanya dengan 6 lembar.

3. Pengaruh Nanopartikel Titanium Dioksida Pada Resin Sebagai

Material Transparan Anti UV dan Self Cleaning

Keunggulan pada artikel ini, yaitu menjelaskan fungsi TiO2

dalam penerapan kehidupan, menjelaskan spesifikasi TiO2, menjelaskan hasil penelitian terdahulu sebagai pendukung penelitian, menjelaskan preparasi sampel sampai pada tahap pengujian, dan menjelaskan penyebab hasil analisis UV-Vis yang tidak sesuai. Adapun kelemahannya, yaitu: tidak menyebutkan berapa massa resin dan katalis yang digunakan, dan tidak menjelaskan solusi yang dapat dilakukan agar sudut kontak mengalami penurunan mendekati nol derajat.

4. Aplikasi TiO2 Sebagai Self Cleaning Pada Cat Tembok dengan

Dispersant Polietilen Glikol (PEG)

Keunggulan pada artikel ini, yaitu menjelaskan fungsi TiO2

dalam penerapan kehidupan, menjelaskan spesifikasi TiO2, menjelaskan hasil penelitian terdahulu sebagai pendukung penelitian, menjelaskan fungsi dari setiap alat analisis yang digunakan. Adapun kelemahannya, yaitu: tidak dijelaskan langkah preparasi sampel.

E.DAFTAR PUSTAKAKiswanti, E. A., & Pratapa, S. (2013). Sintesis Titanium Dioksida

(TiO2) Menggunakan Metode Logam Terlarut Asam. Junal Sains dan Seni Pomits, 18-21.

Kusmahetiningsih, N., & Sawitri, D. (2012). 4. Aplikasi TiO2 Sebagai Self Cleaning Pada Cat Tembok dengan Dispersant Polietilen Glikol (PEG). Jurnal Teknik POMITS, 1-5.

Ridwan, A., & Wahyuni, S. (2015). 2. Pengaruh Pelarut Terhadap Karakteristik Nano TiO2-SiO2 Sebagai Penambah Self Cleaning Cat Akrilik. Indonesian Journal of Chemical Science, 105-110.

Sari, L., & Astuti. (2013). 3. Pengaruh Nanopartikel Titanium Dioksida Pada Resin Sebagai Material Transparan Anti UV dan Self Cleaning. Jurnal Fisika Unand, 20-25.