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 KIMIA PROGRAM PASCASARJARA
A. PENDAHULUAN
Penggunaan material transparan pada berbagai properti semakin
meningkat, 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.
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. METODE
Metode yang digunakan dibagi manjadi dua, yaitu metode untuk sintesis TiO2 dan metode pengujian self cleaning TiO2.
1. Sintesis TiO2
a. Logam Terlarut Asam
Serbuk 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-Gel
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-gram dengan volume resin dan katalis dibuat tetap.
Adapun Karakterisasi serta pengujian sampel, disajikan pada Tabel 1.
3 Bentuk morfologi dna ukuran partikel TEM 4 Nilai absorpsi dan transmisi cahaya
yang melewati sampel UV-Vis
5 Penentuan stuktur ikatan FTIR
6 Pengukuran luas sisa pengotor dan
presentase sisa pengotor pengolahan citraSoftware
7 Sudut kontak Static sessile drop
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 naiknya temperatur kalsinasi yang diberikan. Disajikan hasil estimasi ukuran kristal sampel serbuk TiO2 fasa rutil.
Tabel 2. Estimasi Ukuran Sampel Kristal TiO2 Fasa Rutil N
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
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;
Analisis spektrum absorbsi diperoleh untuk sampel 0,04,
0,03 dan 0,01
gram 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
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
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.
(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 KELEMAHAN
1. 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
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 PUSTAKA
Kiswanti, E. A., & Pratapa, S. (2013). Sintesis Titanium Dioksida (TiO2) Menggunakan Metode Logam Terlarut Asam. Junal Sains dan Seni Pomits, 18-21.
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.
