1 I.1 Latar Belakang
Emas merupakan salah satu logam mulia yang bernilai ekonomi tinggi dan memiliki banyak kegunaan. Sifatnya yang tahan korosi dan memiliki penampilan menarik membuat logam emas banyak digunakan dalam berbagai industri. Pemanfaatan emas di bidang industri elektronik adalah sebagai salah satu komponen elektronik yang dapat menghantarkan arus listrik tanpa hambatan (zero resistance). Komponen elektronik ini berupa PCB (Printed Circuit Board) yang pada bagian rangkaiannya terbuat dari emas.
Perkembangan elektronik seperti telepon selular/telepon genggam, komputer, maupun TV dari tahun ke tahun semakin pesat mengakibatkan masa pakainya semakin singkat sehingga menghasilkan limbah elektronik yang meningkat pula (Gramatyka dkk., 2007). Limbah elektronik perlu didaur ulang untuk menjaga kesetimbangan lingkungan karena pada umumnya limbah ini tidak dapat didegradasi dalam waktu yang singkat. Daur ulang limbah elektronik untuk memperoleh kembali emas akan memberikan keuntungan secara ekonomi. Metode yang umum digunakan untuk memisahkan emas dilakukan dengan metode amalgamasi dan sianida (Lee, 1994). Metode amalgamasi menggunakan merkuri (Hg) sedangkan metode sianida menggunakan larutan natrium sianida yang sangat toksik. Oleh karena itu saat ini sudah mulai ditinggalkan dan mulai menggunakan metode yang tidak toksik dan ramah lingkungan.
Titania (TiO2) merupakan semikonduktor yang paling banyak digunakan karena memiliki stabilitas kimia yang baik, tidak beracun, relatif murah, luas permukaan yang besar, dan efisien dalam fotoinduksi elektron dan hole serta memiliki energi celah pita relatif besar yaitu 3,0 - 3,2 eV sehingga dapat berperan sebagai fotokatalis yang baik dengan adanya sinar UV (λ < 380 nm) (Huang dkk., 2011; Radoicic dkk., 2013). Wojnicki dkk. (2013) telah melaporkan TiO2 mampu mereduksi [AuCl4]- menjadi Au0 dengan bantuan sinar UV dengan persentase reduksi sebesar 45%. TiO2 memiliki keterbatasan bersifat responsif hanya terhadap sinar UV. Keterbatasan tersebut dapat diatasi dengan cara meningkatkan responsivitas TiO2 terhadap sinar tampak melalui modifikasi struktur ataupun permukaan TiO2. Modifikasi TiO2 dapat dilakukan dengan cara penambahan dopan logam, non-logam maupun sensitiser (Mital dan Manoj, 2011).
studi literatur tentang sintesis nanokomposit TiO2 tersensitisasi PANI, maka penambahan sensitiser PANI secara in situ merupakan metode yang paling tepat dibandingkan metode hidrotermal. Metode hidrotermal menghasilkan komposit dengan ukuran partikel komposit yang cenderung berukuran mikro karena menggunakan prekursor PANI tanpa melalui proses polimerisasi sehingga dapat membentuk agregat di permukaan TiO2, sedangkan secara in situ cenderung tidak membentuk agregat karena pembentukan PANI diawali dengan penambahan anilin pada permukaan TiO2 dilanjutkan dengan proses polimerisasi menggunakan oksidator ammonium peroksodisulfat.
Sejauh ini, penelitian tentang penggunaan sensitiser PANI untuk fotoreduksi ion Au(III) belum pernah dilaporkan. Oleh karena itu pada penelitian ini, TiO2 termodifikasi polianilin digunakan untuk mereduksi ion Au(III). Polianilin juga dikenal sebagai pengumpul cahaya pada daerah sinar tampak dan menghasilkan banyak elektron dari transisi HOMO menuju LUMO kemudian ditransfer menuju pita konduksi (CB) TiO2. Elektron tersebut kemudian digunakan untuk mereduksi ion-ion logam (Ansari dkk., 2011). Sensitiser PANI memiliki peranan penting dalam proses fotokatalisis di bawah sinar tampak karena PANI sebagai media dalam proses transfer elektron ketika terpapar sinar tampak. Tanpa penambahan PANI maka elektron tidak akan tersedia pada pita konduksi TiO2. Struktur PANI yang dapat mengalami delokalisasi elektron, saat dikenai sinar tampak maka akan terjadi eksitasi elektron dari HOMO menuju LUMO (Zhang dkk., 2008). Hal tersebut yang menyebabkan PANI dapat berperan sebagai media dalam proses transfer elektron sehingga menghasilkan elektron pada pita konduksi TiO2. Oleh karena itu, penelitian ini meninjau jumlah monomer PANI yaitu anilin dalam mensintesis material fotokatalis.
ternyata mengakibatkan terjadinya photodissolution sehingga berpengaruh terhadap aktivitas fotokatalisis TiO2 (Beydoun dkk., 2000). Untuk mengatasi masalah tersebut diperlukan barier antara Fe3O4 dan TiO2 seperti SiO2. Penambahan SiO2 dapat mencegah terjadinya photodissolution dan meningkatkan aktivitas fotokatalis (Alvarez dkk., 2010).
Sintesis material fotokatalis TiO2 yang dapat ditarik oleh magnet dan bersifat responsif terhadap sinar tampak yakni Fe3O4/SiO2/TiO2 termodifikasi polianilin berukuran nanometer. Material berukuran nanometer memiliki sifat yang berbeda dengan material bulknya. Ukurannya yang sangat kecil maka memiliki luas permukaan yang lebih besar jika dibandingkan dengan material sejenis dalam ukuran bulk. Hal ini membuat material berukuran nanometer bersifat lebih reaktif. Sifat material yang lebih reaktif tersebut dapat meningkatkan aktivitas fotokatalis. Luas permukaan yang lebih besar mengakibatkan kontak antara material dengan reaktan menjadi lebih mudah sehingga memiliki aktivitas yang lebih baik (Fahlman, 2007). Reaktan dalam hal ini adalah [AuCl4]- yang akan direduksi menjadi Au0 dengan menggunakan nanokomposit Fe3O4/SiO2/TiO2-PANI. Oleh karena itu pada penelitian ini disintesis nanokomposit yang berukuran nanometer.
Sintesis nanokomposit berukuran nanometer sangat dipengaruhi oleh seed atau partikel awal pembentukan nanokomposit tersebut. Partikel Fe3O4 sebagai seed cenderung membentuk agregat yang mengakibatkan nanokomposit yang dihasilkan tidak berukuran nanometer (Huang dkk., 2011). Oleh karena itu, perlu ditambahkan suatu capping-agent untuk mencegah terjadinya proses aglomerasi. Farimani dkk. (2013) telah melaporkan bahwa Fe3O4 dapat berukuran nanometer dengan menambahkan natrium sitrat sebagai capping-agent yang dapat mencegah terjadinya aglomerasi. Oleh karena itu, sintesis nanokomposit Fe3O4/SiO2/TiO2 -PANI menggunakan seed Fe3O4 yang telah ditambahkan capping-agent natrium sitrat.
juga ditinjau dalam penelitian ini. Pengaruh pH terhadap aktivitas fotokatalis sangat dipengaruhi oleh interaksi yang terjadi antara material fotokatalis dan [AuCl4]-. Material fotokatalis pada kondisi asam maupun basa menghasilkan spesies TiO2 yang berbeda. Perbedaan spesies TiO2 tersebut berpengaruh terhadap interaksi material fotokatalis dengan [AuCl4]- (Hoffman dkk., 1995; Wojnicki dkk., 2013). Oleh karena itu dilakukan penentuan pH optimum untuk mereduksi [AuCl4]- dengan menggunakan material fotokatalis. Selain itu, pengaruh waktu penyinaran juga sangat menentukan terjadinya proses fotokatalisis. Proses fotokatalisis ditentukan dari lamanya material fotokatalis terpapar sinar UV maupun sinar tampak. Hal ini dikarenakan material fotokatalis dalam mereduksi [AuCl4]- memerlukan energi dari sinar tersebut agar terjadi proses eksitasi elektron pada PANI dan selanjutnya elektron tersebut akan menuju CB TiO2. Elektron pada CB TiO2 tersebut digunakan untuk mereduksi [AuCl4]- menjadi Au0. Berdasarkan pengaruh waktu penyinaran tersebut dapat diketahui aktivitas fotokatalis dari nanokomposit Fe3O4/SiO2/TiO2-PANI.
I.2 Tujuan Penelitian
a. Melakukan sintesis dan karakterisasi nanokomposit Fe3O4/SiO2/TiO2 -PANI
b. Mempelajari pengaruh jumlah sensitizer PANI dalam Fe3O4/SiO2/TiO2 terhadap aktivitas fotokatalis nanokomposit Fe3O4/SiO2/TiO2-PANI
c. Mempelajari pengaruh pH dan waktu terhadap aktivitas fotokatalis Fe3O4/SiO2/TiO2-PANI dalam mereduksi [AuCl4]
-I.3 Manfaat Penelitian
