See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/340090488
METODE SINTESIS NANOPARTIKEL
Article · March 2020
CITATION
1
READS
25,045
1 author:
Ni Putu Trisnayanti University of Indonesia 7PUBLICATIONS 3CITATIONS
SEE PROFILE
METODE SINTESIS NANOPARTIKEL
Oleh : Ni Putu Trisnayanti (1706033013)Metode sintesis nanopartikel secara garis besar diklasifikasikan menjadi 2 macam, yaitu metode fisika dan metode kimia. Namun, dalam perkembangannya, untuk mengikuti prinsip-prinsip Green Synthesis maka nanopartikel juga dapat disintesis dengan metode biologi. Berikut pada Gambar 1 adalah bagan yang merangkum metode sintesis nanopartikel.
Gambar 1: Diagram Klasifikasi Metode Sintesis Nanopartikel (Devatha dan Thalla, 2018)
Sintesis nanopartikel perlu memperhatikan juga jenis nanopartikel apa yang akan dibuat serta bahan bakunya, sehingga kita dapat memilih metode yang tepat dalam pembuatanya. Tabel dibawah ini merangkum secara umum jenis kategori nanopartikel yang dapat disintesis dengan beberapa metode yang sudah dijelaskan sebelumnya. Seperti contohnya metode mechanical milling (ball milling) digunakan untuk membuat nanopartikel logam, oksida dan polimer.
Biasanya seperti pembuatan nanoselulosa (Piras, et.al, 2018).
Tabel 1 : Kategori nanopartikel yang umumnya disintesis dengan berbagai metode (Ealias dan Saravanakumar,2017)
A. METODE FISIKA
Teknik dasar dari pembentukan nanopartikel meggunakan metode fisika adalah mengaplikasikan tekanan mekanik, radiasi dengan energi yang tinggi serta energi panas dan listrik untuk membuat material bulk mengalami abrasi, meleleh, menguap/terkondensasi. Beberapa metode yang sering digunakan adalah High Energy Ball Milling, kondensasi gas inert, deposisi uap fisika, laser ablation dan pirolisis dengan laser. Namun, pada tulisan ini berfokus pada metode ball milling dan laser ablation.
1. Ball Milling
Ball Milling adalah teknik yang luas digunakan untuk menggilas bubuk (powder) menjadi partikel yang sangat halus (termasuk dalam skala nanometer) dan material campuran. Tidak memerlukan pelarut organik, mudah, ramah lingkungan dan ekonomis menjadi kelebihan dari metode ini.
pada umumnya terdiri dari cangkang silinder berlubang yang berputar pada porosnya, diisi dengan bola yang terbuat dari steel (baja), stainless steel, keramik atau karet. Kinerjanya bergantung pada energi yang dilepaskan dari dampak antara gesekan antara bola, bubuk dan waktu. Semakin lama mesin dioperasikan, maka partikel yang dihasilkan semakin halus. Kekurangan dari metode ini adalah kemungkinan terkontaminasi, pembentukan nanomaterial dengan bentuk yang tidak teratur, lama waktu penggilingan dan pembersihannya (Piras, et.al, 2018).
Gambar 2: Skema kerja ball milling (Piras, et.al, 2018)
Penggunaan Ball Milling dalam sintesis nanoselulosa dipaparkan dalam jurnal Nge et.al (2013). Bubuk selulosa turunan dari pulp kayu dengan rata-rata ukuran partikelnya 37 μm digunakan sebagai bahan baku utama. Pertama-tama sampel bahan baku di biarkan dalam kondisi vakum pada suhu 400C selama 3 hari. Setelah itu, diproses dalam planetary ball-mill. Penggilingan bubuk selulosa ini dilakukan dalam 10 interval dengan waktu jeda selama 10 menit di tiap sesi (total 8 jam) pada 400 rpm. Langkah selanjutnya sampel di homogenisasi dengan HPH (High Pressure Homogenization). Terakhir, sampel di cuci dengan akuades dan dilanjutkan dengan t-butyl alcohol (t-BuOH) dan di freeze-dried untuk dapat dianalisis lebih lanjut. Karakterisasi nanopartikel selulosa yang diperoleh dengan AFM (Atomic Force Microscopy) diperoleh seperti pada gambar 3 di bawah ini :
Gambar 3: AFM topography dari nanopartikel selulosa saat ball milling pada interval waktu yang berbeda (Nge, et.al, 2013)
2. Laser Ablation
Laser ablation adalah metode yang mudah dan ramah lingkungan untuk mensintesis nanopartikel logam tanpa penambahan surfaktan dan bahan kimia. Metode ini menggunakan laser untuk menembak plat logam dalam medium larutan/gas dan akan diperoleh nanopartikel dalam bentuk nanokoloid atau nano powder. Keuntungan dari teknik ini adalah mudah, memperoleh kemurnian nanopartikel yang tinggi, dapat digunakan dalam preparasi berbagai logam dan keramik serta dispersi in-situ dari nanopartikel pada cairan yang bervariasi. Ketika berkas laser berinteraksi dengan logam target, akan menghasilkan panas dan dapat menginduksi terjadinya photoionization pada logam. Setelah itu, nanopartikel logam akan dihasilkan dari plat logam sebagai fasa yang berbeda. Nukleasi nanopartikel dengan metode ini terjadi pada saat pendinginan plasma plume (Sadrolhosseini, et.al, 2018).
Gambar 4: Skema susunan alat dan prinsip kerja singkat dari metode laser ablation dalam sintesis nanopartikel logam (Sadrolhosseini, et.al, 2018).
Kazakevich et.al (2004) melakukan penelitian dalam pembuatan nanopartikel tembaga dengan metode laser ablation. Digunakan laser uap tembaga 0.511 μm yang mengemisikan getaran 20 ns dengan laju repetisi getaran sebesar 7.5 kHz dan tenaga rata-rata hingga 3 W. Dalam kasus ini, rata-rata densitas
energi permukaan target sekitar 30 J cm-2. Radiasi laser ini difokuskan pada 1-2 mm logam target yang diletakkan pada cairan tertentu. Sel dengan cairan ini diletakkan pada wadah yang dapat digerakkan dengan komputer yang akan menggeser logam di bawah laser sehingga mencegah pembentukan lubang yang dalam pada target. Cairan yang digunakan sebagai medium adalah etanol 95% dan aseton. Berikut adalah hasil karakterisasi nanopartikel tembaga dengan TEM (Transmission Electron Microscope).
Gambar 5: Nanopartikel tembaga yang dihasilkan dari metode laser ablation dengan menggunakan etanol (kiri) dan aseton (kanan) (Kazakevich, et.al, 2004).
B. METODE KIMIA
Sintesis nanopartikel logam dengan metode kimia terdiri dari beberapa langkah. Pertama adalah pembentukan atom logam dari reduksi prekusor logam menggunakan reduktor kimia. Atom logam yang terbentuk akan mengalami nukleasi yang diikuti dengan pertumbuhan (growth) yang akan menghasilkan nanopartikel. Nukleasi dapat terjadi karena larutan yang supersaturated (super jenuh) tidak stabil secara termodinamika. Setelah inti (nuclei) terbentuk dari larutan, ia akan mengalami pertumbuhan melalui deposisi spesi terlarut pada permukaan padat (molecular addition). Nanopartikel perlu distabilkan dengan menambahkan reagen pelindung permukaan (surface-protecting reagents) seperti ligan organik atau material capping anorganik (Yu, et.al, 2009). Jadi, secara singkat sintesis nanopartikel dengan metode kimia membutuhkan hal-hal berikut :
Metode kimia yang akan dibahas dalam tulisan ini adalah sol-gel, polyol process dan pengendapan kimia.
1. Metode Sol-Gel
Proses sol-gel melibatkan hidrolisis, kondensasi dan termal dekomposisi dari logam alkoksida atau prekusor larutan logam. Dalam proses ini, prekusor logam alkoksida membentuk larutan stabil yang disebut sebagai sol. Lalu, sol ini akan mengalami hidrolisis dan kondensasi untuk membentuk gel (viskositas yang lebih tinggi). Air, alkohol, asam atau basa dapat digunakan untuk mengontrol kinetika reaksi. Perubahan konsentrasi, suhu dan pH dari prekusor akan menyebabkan ukuran partikel dapat diatur. Setelah terbentuk gel akan dilakukan pematangan yang dapat terjadi dalam beberapa hari. Terakhir, gel akan diproses dalam temperatur tinggi untuk mendekomposisi senyawa organik dan menghilangkan reagen volatil untuk menghasilkan nanopartikel (Yu, et.al, 2009).
Proses sintesis nanopartikel Ag3(2+x)AlxTi4-xO11+δ oleh Ramesh (2013) dilakukan dengan metode sol gel. Prosedur yang dilakukan dalam proses sintesisnya digambarkan dalam bagan singkat berikut.
Metal Salts
Reducing Agent
Capping Agent
Metal Nano Coloids
Reducing Agents : 1. Natrium Sitrat 2. NaBH4
3. Asam Askorbat
Capping Agents : 1. Thiols 2. Sitrat
3. Polymer : PVA, PVP
Pertama-tama dilakukan perhitungan jumlah Al(NO3)3, Ag(NO3)2 dan TiO2. Ketiganya dicampurkan dalam 2 M asam nitrat dan diaduk selama 1 jam pada pH sekitar 4-5. Dilanjutkan dengan penambahan 30 mL dari 1,5 M larutan asam sitrat. Hasilnya diperoleh sol yang berwarna agak kekuningan. Sol diaduk decara kontinu dengan pengaduk magnetik pada suhu 600C hingga menjadi gel transparan. Selanjutnya gel dikeringkan pada oven di suhu 2000C selama 1 jam yang akan membentuk material berpori, lalu disinterisasi pada 8500C selama 4 jam untuk mendapatkan bubuk nanopartikel yang homogen (Ramesh, 2013).
Berikut adalah gambar karakterisasi dari nanopartikel yang dihasilkan.
Gambar 6 : Karakterisasi nanopartikel Ag3(2+x)AlxTi4-xO11+δ dengan SEM (Ramesh, 2013)
2. Polyol Process
Polyol adalah metode yang memanfaatkan alkohol yang mendidih tinggi sebagai reduktor. Sebagai contohnya adalah 1,2-hexadecanediol dapat mereduksi prekusor logam reaktif pada suhu yang ditingkatkan.
Pada sistem polyol, oleic acid dan oleylamine biasa ditambahkan sebagai surfaktan atau molekul penstabil untuk mengontrol pertumbuhan atom logam yang baru terbentuk (Yu, et.al, 2009).
Kim et.al (2006) melakukan sintesis nanopartikel perak dengan proses polyol. Silver nitrat dengan kemurnian 99,9% digunakan sebagai prekusor Ag dilarutkan dalam etilen glikol bersamaan dengan Polyvinylpyrrolidone (PVP) yang akan mencegah terjadinya aglomerasi dari nanopartikel perak. Campuran ini diaduk dalam wadah yang disambungkan dengan kondenser reflux, yang diikuti dengan pemanasan larutan pada suhu 100-1500C dengan laju pemanasan 1-7,50C/min. Reaksi ini dipertahankan selama 30 menit tiap temperatur. Setelah reaksi selesai, larutan didinginkan pada suhu ruang. Nanopartikel perak dipisahkan dari larutan dengan cara disentrifugasi dan dicuci berulang dengan etanol.
Partikel yang diperoleh dikeringkan di suhu ruang.
Gambar 7: Hasil SEM dari nanopartikel perak dengan metode polyol pada laju pemanasan (a) 10C/min (b) 50C/min dan (c) 7.50C/min (Kim, et.al, 2006)
3. Pengendapan Kimia
Singh dan Chauhan (2009) berhasil mensintesis nanopartikel CdS dengan metode pengendapan kimia. Akuabides (double distilled water) digunakan sebagai pelarut dan tiogliserol digunakan sebagai capping agent. Prosedurnya anatara lain :100 mL larutan disiapkan dengan mencampurkan 2mM CdSO4, 100 mM Na2S2O3 dan 100 mM tiogliserol pada pengadukan konstan dengan pengaduk magnetik. Setelah
pencampuran selesai pH diatur dengan menambahkan NH4OH hingga pH menjadi 7 dan dengan perlakuan pemanasan di 500C. Pada awalnya larutan berwujud transparan, namun beberapa ssaat berubah menjadi kuning kehijauan. Endapan dipisahkan dengan cara dissentrifugasi. Partikel yang diperoleh dicuci dengan etanol dan akuades beberapa kali serta dikeringkan pada suhu 500C.
Gambar 8: Hasil karakterisasi TEM nanopartikel CdS (Singh dan Chauhan, 2009)
C. METODE BIOLOGI
Metode biologi mencakup sintesis nanopartikel dengan menggunakan ekstrak tumbuhan, mikroorganisme, fungi dan alga.
1. Ekstrak Tumbuhan
Salah satu contoh tumbuhan yang digunakan untuk memproduksi nanopartikel adalah Euphorbia hirta yang prosedurnya dijelaskan pada penelitian Elumalai et.al (2010). Daun Euphorbia hirta dikeringkan selama 10 hari dan didiamkan di oven pada suhu 600C selama 24-48 jam. Setelah itu, daunnya ditumbuk hingga menjadi bubuk halus. Perak nitrat 1 mM lalu ditambahkan ke ekstrak tumbuhan hingga total larutannya menjadi 200 mL. Campuran ini disentrifugasi pada 18.000 rpm selama 25 menit.
Pelet (endapan hasil sentrifuge) yang dihasilkan di simpan pada suhu 40C.
Supernatan (substansi hasil sentrifuge lapisan atas) dipanaskan pada suhu 50-950C. Perubahan warna larutan diamati selama proses pemanasan berlangsung. Terjadi perubahan warna dari warna kuning menjadi kuning
gelap kecoklatan yang menunjukkan adanya nanopartikel perak. Warna ini disbebabkan oleh fenomena resonansi plasmon.
Gambar 9 : Perubahan warna ekstrak tumbuhan yang mengandung Ag sebelum (kiri) dan sesudah (kanan) terbentuknya nanopartikel perak
(Elumalai, et.al, 2010)
Gambar 10: Karakterisasi SEM dari nanopartikel perak hasil sintesis dengan ekstrak daun Euphorbia hirta (Elumalai, et.al, 2010) 2. Mikroorganisme
Sintesis nanopartikel menggunakan mikroba didasarkan pada mekanisme pertahanan diri dari mikroorganisme. Konsentrasi ion yang tinggi biasanya menjadi racun bagi sel bakteri. Untuk mencegah kematian sel, maka sistem selulernya akan mereduksi ion reaktif menjadi atom stabil. Kemampuan bakteri ini dimanfaatkan dalam biosintesis nanopartikel. Limitasi dari teknik ini adalah kontaminasi nanopartikel
logam dan organisme serta dapat mematikan sel jika konsentrasi ionnya terlalu tinggi (Devatha dan Thalla, 2018).
Berikut adalah penelitian sintesis nanopartikel TiO2 menggunakan bakteri Lactobacillus sp. Sel Lactobacillus dibiarkan tumbuh sebagai kultur suspensi dalam akuades steril yang berisi karbon dan sumber nitrogen selama 36 jam dan ini disebut sebagai kultur induk. Kultur induk ini diambil sebanyak 25 mL dan diencerkan empat kali dengan menambahkan 75 mL akuades steril yang berisi nutrien. Cairan kultur ini dibiarkan lagi selama 24 jam. Selanjutnya, ditambahkan 20 mL TiO(OH)2
dan campuran dipanaskan dalam penangas uap (steam bath) hingga 600C selama 10-20 menit hingga terbentuk deposisi putih pada dasar labu erlenmeyer. Langkah selanjutnya, larutan ini didinginkan dan diinkubasi dalam suhu ruang (12-48 jam) dan selanjutnya dianalisis (Jha, et.al, 2009).
Reaksi kimia yang mungkin terjadi saat sintesis pada kultur sel:
𝐶6𝐻12𝑂16 → 𝐶𝐻3 − 𝐶𝑂 − 𝐶𝑂𝑂𝐻 ↔ 𝐶𝐻3. 𝐶𝐻(𝑂𝐻). 𝐶𝑂𝑂𝐻 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 ↔ 𝑁𝑎++ 𝐻𝐶𝑂3−
𝐻𝐶𝑂3− ↔ 𝑂𝐻−+ 𝐶𝑂2 𝑇𝑖𝑂. (𝑂𝐻)2 → 𝑇𝑖𝑂2 ↓ +𝐻2𝑂
Gambar 11 : Hasil TEM nanopartikel TiO2 yang disintesis dengan Lactobacillus sp. dan distribusi ukuran partikelnya (Jha, et.al, 2009)
DAFTAR PUSTAKA
Amir Reza Sadrolhosseini, Mohd Adzir Mahdi, Farideh Alizadeh dan Suraya Abdul Rashid. “Laser Ablation Technique for Synthesis of Metal Nanoparticle in Liquid”. Laser Technology and its Applications (2018) http://dx.doi.org/10.5772/intechopen.80374
Anal K. Jha, K.Prasad dan A.R Kulkarni. “Synthesis od TiO2 nanoparticles using microorganisms”. Colloids and Surfaces B.Biointerfaces 71 (2009) 226-229 doi:10.1016/j.colsurfb.2009.02.007
Anu Mary Ealias, dan Saravanakumar M.P. “A review on the classification, characterization, synthesis of nanoparticles and their application”. IOP Conference Series: Material Science and Engineering 263 (2017) 032019 doi:10.1088/1757-899X/263/3/032019
C.Carmen Piras, Susana Fernandez-Prieto dan Wim M. De Borggraeve. “Ball milling : a green technology for the preparation and functionalization of nanocellulose derivatives”. Nanoscale Advances 1 (2019) 937-947.
doi:10.1039/c8na00238j
C.H Yu, Kin Tam dan Edman S.C Tsang. “Chemical Methods for Preparation of Nanoparticles in Solution”. Handbook of Metal Physics (2009) ISSN 1570- 002X/ doi: 10.1016/S1570-002X(08)00205-X
Chella Purushothaman Devatha dan Arun K. Thalla. “Green Synthesis of Nanomaterials”. Synthesis of Inonerganic Nanomaterials (2018) https://doi.org/10.1016/B978-0-08-101975-7.00007-5
Dongjo Kim, Sunho Jeong dan Jooho Moon. “Synthesis of silver nanoparticles using the polyol process and the influence of precursor injection”.
Nanotechnology 17 (2006) 4019-4024 doi:10.1088/0957-4484/17/16/004 EK. Elumalai, T.N.V.K.V Prasad, J.Hemachandran, S.Viviyan Therasa,
T.Thirumalai dan E.David. “Extracellular synthesis of silver nanoparticles using leaves of Euphorbia hirta and their antibacterial activities”. Journal of Pharmaceutical Sciences and Research Vol. 2 No.9 (2010) 549-554
Kazakevich PV, Voronov VV, Simakin AV, Shafeev GA. “Production of copper and brass nanoparticles upon laser ablation in liquids”. Quantum Electronics. (2009) 951-956. doi:10.1070/QE2004v034nl0ABEH002756
13 S.Ramesh. “Sol-Gel Synthesis and Characterization of Ag3(2+x)AlxTi4-xO11+δ
(0.0 ≤ 𝑥 ≤ 0.1) Nanoparticles”. Hindawi Publishing Corporation Journal of Nanoscience (2013) http://dx.doi.org/10.1155/2013/929321
Thi Thi Nge., Seung-Hwan Lee dan Takashi Endo. “Preparation of nanoscale cellulose materials with different morphologies by mechanical treatments and their characterization”. Cellulose 20 (2013) 1841-1852 doi:
10.1007/s10570-013-9962-y
Vineet Singh dan Pratima Chauhan. “Structural and Characterization of CdS Nanoparticles Prepared by Chemical Precipitation Method”. Journal of Physics and Chemistry of Solids 70 (2009) 1074–1079 doi:10.1016/j.jpcs.2009.05.024
