4630-didik-prasetyoko-prosiding kategori kimia anorganik & fisik

5/26/2018 4630-Didik-prasetyoko-Prosiding Kategori Kimia Anorganik & Fisik - slidepdf...

http:///reader/full/4630-didik-prasetyoko-prosiding-kategori-kimia-anorganik-

AF-1

Simulasi Atomik dan Sintesis Aurivillius Bi3TiNbO9dengan dopan Al3+, Ga3+,In3+

Afifah Rosyidah1*, Djulia Onggo2, Khairurrijal3and Ismunandar2

1 Department of Chemistry, Institut Teknologi Sepuluh NopemberJl. Arif Rahman Hakim, Surabaya, 60111

2 Inorganic & Physical Chemistry Research Division3 Physics of Electronic Materials Research Division

Faculty of Mathematics and Natural SciencesInstitut Teknologi Bandung, Jl. Ganesa 10 Bandung 40132

*Corresponding author. Tel/Fax : 031-5943353/031-5928314; Email: [email protected]

Abstrak

Kelompok oksida Aurivillius dengan rumus umum [Bi2O2][An-1BnO3n+1] terdiri ataslembar [Bi2O2]2+dan lapisan seperti perovskit [An-1BnO3n+1]

2-. Kajian tentang struktur materialini pada suhu kamar dan transisinya pada suhu tinggi telah dilakukan. Substitusi kationtelah pula dilakukan pada Bi baik di lapis [Bi2O2]

2+maupun di lapis perovskit. Substitusi inimenimbulkan defek pada oksida Aurivillius.

Penelitian ini untuk mempelajari defek kimia pada oksida Aurivillius lapis 2.Penelitian ini bertujuan mendapatkan: kestabilan defek pada oksida Aurivillius, baik padalapis perosvkit maupun pada lapis [Bi2O2]

2+ dengan dopan iso-valen. Tujuan tersebutdicapai, pertama melalui metode simulasi atomik dengan minimasi energi menggunakanperangkat General Utility Lattice Program (GULP) pada oksida Aurivillius representatif lapis2. Beberapa komposisi yang stabil disintesis dengan menggunakan metode reaksi kimiapadat pada tekanan atmosfer. Terhadap oksida-oksida Aurivillius yang dihasilkan,dilakukan karakterisasi struktur dengan menggunakan metoda difraksi sinar-X serbukberesolusi tinggi.

Hasil simulasi oksida yang telah ditentukan strukturnya, menunjukkan bahwasimulasi atomik dapat mereproduksi dengan baik hasil yang diperoleh dari percobaandifraksi dan dengan demikian valid sebagai model awal dalam pelaksaan tahap berikutnya,perhitungan defek. Pada simulasi, perhitungan energi defek akibat kekosongan terisolasi(energies of isolated vacancy defects) dilakukan pada posisi atom-atom Bi3TiNbO9. Hasilyang diperoleh, yakni adanya kekosongan oksigen pada sisi yang berdekatan dengan lapisbismut, menyatakan posisi kekosongan oksigen ini over-bonded dan dapat mengurangitekanan kisi pada lapis bismut dan lapis perovskit.

Pada penelitian ini oksida Aurivillius lapis 2: Bi2,95A0,05TiNbO9(A = Al, Ga, In) telahberhasil disintesis dengan teknik reaksi kimia padat. Difraktogram yang dihasilkanmenunjukkan tidak ditemukan adanya fasa pengotor. Untuk mengetahui adanya perubahanparameter sel satuan akibat adanya substitusi Al3+, Ga3+, In3+pada oksida Aurivillius yangdisintesis, maka dilakukan penghalusan struktur menggunakan metode Rietveld denganprogram Rietica. Semua oksida defek yang didapatkan secara umum masih dekat dengan

struktur Aurivillius induknya.Kata kunci: Bi3TiNbO9; Dopan: Al

3+, Ga3+, In3+; Simulasi atomik;

1. PendahuluanKelompok oksida Aurivillius merupakan material yang dipelajari secara luas untuk

waktu yang telah cukup lama, karena banyak potensi aplikasi yang dimiliki, antara lain sifatferoelektrik. Rumus umum oksida ini adalah [Bi2O2][An-1BnO3n+1], yang terdiri atas lapisan[Bi2O2]

2+ dan lapisan seperti perovskit [An-1BnO3n+1]2- (Aurivillius, dkk., 1949). Adanya

pasangan elektron bebas pada Bi (III) memungkinkan munculnya berbagai sifat fisika dan

ISBN 978-979-95845-9-5SEMINAR NASIONAL KIMIASurabaya, 28 Juli 2009Diselenggarakan oleh Jurusan Kimia FMIPA-ITS



AF-2

kimia. Elektron-elektron bebas ini dipercaya mempunyai peran penting dalam mengontrolfluktuasi valensi dan penstabilan non-stoikiometri.

Dalam rangka usaha rekayasa bahan, diperlukan elusidasi hubungan antarastruktur dan sifat bahan. Struktur detail oksida Aurivillius lapis 2 telah banyak diteliti,termasuk disordernya (Aurivillius, dkk., 1949; Ismunandar, dkk., 1996, 1998). Demikian pula

substitusi kation telah pula dilakukan, baik pada lapis [Bi2O2]2+maupun pada lapis perovskit(Duran-Martin, dkk., 1998; Milln, dkk., 1993; Snedden, dkk., 2003). Hingga saat ini, kajiansecara sistematis tentang defek belum banyak dilakukan. Pada penelitian ini, dilakukankajian sistematis defek kimia pada oksida Aurivillius lapis 2: Bi3TiNbO9. Studi dilakukandengan metode minimasi energi menggunakan perangkat GULP. Defek pada Aurivilliusdapat diberikan dengan menggunakan dopan. Dalam penelitian ini dopan yang digunakanadalah Al3+, Ga3+dan In3+.

Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mempelajari kestabilan defek padaoksida Aurivillius, baik pada lapis [Bi2O2]

2+ maupun pada lapis perovskit, akibat adanyadefek. Penelitian yang dilakukan dengan metode simulasi atomik dapat memprediksikestabilan bahan-bahan padatan ionik: Bi3TiNbO9. Hasil-hasil yang diperoleh dapatmemberikan sumbangan pada pengetahuan baru tentang kaitan struktur (terutama defek)dengan sifat fisikokimia bahan yang sangat penting dalam usaha menghasilkan bahan-bahan baru dengan sifat fisikokimia yang lebih unggul. Oksida-oksida baru berdefek yang

disintesis merupakan material-material baru yang unggul.

2. EksperimenSimulasi Atomik

Dalam kajian simulasi atomik, diperlukan data-data kristalografi awal. Untuksenyawa Aurivillius representatif yang dikerjakan, yaitu: Bi3TiNbO9dengan dopan Al

3+, Ga3+dan In3+; hal ini dilakukan dengan mengumpulkan data-data kristalografi hasil perekamandifraksi serbuk beresolusi tinggi baik menggunakan neutron maupun sinar-X. Parameterpotensial interatomik yang digunakan dalam simulasi ini didapatkan dari penelitian yangtelah dilakukan oleh Catlow, dkk., tahun 1982, 1990; Bush, dkk., 1994; Grimes, dkk., 1996dan Pirovano, dkk., 2001; yang secara keseluruhan dirangkumkan dalam Tabel 1.

Tabel 1. Potensial Interatomik untuk fasa Aurivillius Bi3TiNbO9.

A(eV) () C(eV 6)

a) Buckingham range pendekBi3+.. Bi3+ 24244,50 0,3284 0,0Bi3+.. O2- 49529,35 0,2223 0,0Nb5+..O2- 1796,30 0,3459 0,0Ti4+.. O2- 2549,4 0,2989 0,0O2-.. O2- 9547,96 0,2192 32b) ModelshellSpecies K(eV 2)Bi3+ 395,55Nb5+ 1358,58Ti4+ 39,5O2- 6,3

YShell(e)-5,51-4,4972,89

-2,04

Pada kajian simulasi atomik fasa Aurivillius digunakan prosedur minimasi energimenggunakan perangkat Gulp dengan compiler fortran 77 pada sistem linux. Untuk

material oksida digunakan model Born yang membagi energi sistem menjadi interaksiCoulomb range panjang dan suku range pendek yang menggambarkan tolakan sertaantaraksi Van der Waals antara awan elektron bermuatan. Bentuk suku range pendekdinyatakan dengan potensial Buckingham:

Vij(r) = Aije-r/

ij- 6r

Cij

dengan Aij, rijdan Cijmerupakan parameter yang diturunkan secara empiris untuk interaksimasing-masing ion. Model Dick-Overhauser digunakan untuk simulasi polarisasi ionik.Dalam model ini, ion dinyatakan sebagai dua bola (satu menggambarkan inti yang massifdan satu menggambarkan elektron luar) yang dihubungkan dengan pegas.



AF-3

Perhitungan defek dapat dilakukan menggunakan pendekatan MottLittleton yangmelibatkan pembagian kristal dalam dua bagian, sehingga ion-ion di bagian dalam terlepassecara eksplisit. Pada kristal ini gaya defek relatif lemah, dalam hal ini digunakan metodaquasi-continu. Metode simulasi seperti ini telah diterapkan untuk mempelajari defek dantransport ion oksida dalam oksida komplek. Penekanan simulasi ini untuk membantu dan

merasionalkan sifat defek yang didasarkan pada perhitungan tingkat atomik.

Sintesis dan Karakterisasi Senyawa AurivilliusHasil simulasi model fasa Aurivillius menggunakan perangkat Gulp digunakan

sebagai dasar untuk melakukan sintesis senyawa Aurivillius. Defek Aurivillius dengankestabilan tinggi saja yang disintesis. Secara detail teknik sintesis dan karakterisasi yangdigunakan adalah sebagai berikut: sintesis oksida Aurivillius lapis 2 dilakukan denganmenggunakan metode reaksi kimia padat pada tekanan atmosfer. Sintesis senyawaAurivillius dilakukan dari bahan-bahan oksida dengan kemurnian tinggi. Pereaksi-pereaksi:Nb2O5, Bi2O3, TiO2, Al2O3, Ga2O3 dan In2O3. Semua bahan tersebut memiliki kemurnian99,999% Aldrich; sesuai komposisi sintesis, dimasukkan dalam mortar dan dihomogenkandengan penggerusan serta penambahan aseton, dibiarkan kering, untuk selanjutnya dibuatpelet. Pelet dimasukkan dalam krus alumina dan dipanaskan pada temperatur 400 oCselama 24 jam dan selanjutnya temperatur pemanasan dinaikkan 100 oC lebih tinggi dari

pemanasan sebelumnya. Antara dua pemanasan dilakukan penggerusan ulang untukmembentuk permukaan baru dan pemanasan lanjutan dilakukan pada temperatur 900 oC,1000 oC, masing-masing selama 24 jam dan 1100 oC selama 48 jam.

Karakterisasi bahan dilakukan mengunakan difraksi sinar-X serbuk untukmengetahui fasa yang terbentuk serta untuk penentuan struktur awal. Sejumlah 0,6 gramsampel diletakkan pada sel difraksi (sampel holder) lalu disinari dengan sinar Cu-K. Datadifraksi diambil pada sudut 2 dalam interval 10o sampai dengan 80o. Difraktogram yangdiperoleh berupa grafik hubungan antara sudut difraksi 2 dan intensitas. Penentuanstruktur kristal dari data difraksi serbuk ini melibatkan perekaman data difraksi serbuk sinar-X beresolusi tinggi. Data kemudian dianalisis dengan program RIETICA (Hunter, dkk.,1997).

3. Hasil dan PembahasanMetode simulasi atomik telah diterapkan pada Bi3TiNbO9 untuk menentukan

konfigurasi energi terendah pada struktur kristal menggunakan proses minimasi energi dan

membandingkan hasil yang diperoleh dengan hasil studi difraksi. Tahap awal simulasiadalah optimasi dan fitting antara model hasil perhitungan dengan data hasil studi difraksineutron maupun sinar-X beresolusi tinggi yang sudah ditentukan peneliti sebelumnya:(Wolfe, dkk., 1971), (Thompson, dkk., 1991), (Nalini, dkk., 2003) untuk Bi3TiNbO9. Darisimulasi ini didapatkan juga nilai energi kisi.

Simulasi dilakukan dengan memasukkan data hasil percobaan difraksi sinar-Xresolusi tinggi seperti parameter sel a, b, c, sistem kristal ortorombik serta posisi atom dalamsel satuan dan potensial interatomik kation-anion dalam senyawa. Data yang diperoleh,menunjukkan bahwa simulasi atomik dapat mereproduksi dengan baik hasil percobaandifraksi dan dapat digunakan sebagai titik awal dalam pelaksanaan tahap berikutnya,perhitungan defek. Hasil yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Parameter struktur hasil simulasi dan eksperimen untuk Bi 3TiNbO9.

Parameter Simulasi Eksperimen (eksp-siml) %

a()b()c()= = (deg)Energi kisi (eV)

5,41855,381425,037690-469,9254

5,4248(2)5,3864(2)25,0392(9)90

0,110,090,006

Pada Tabel 1. terlihat bahwa selisih nilai parameter sel hasil studi difraksi sinar-X denganperhitungan simulasi GULP sangat kecil, ini identik dengan selisih hasil perhitunganparameter sel yang telah dilaporkan oleh Pirovano, dkk. (Pirovano, dkk., 2001) denganprogram simulasi atomik yang sama. Hal ini menunjukkan adanya kesesuaian antara



AF-4

parameter sel satuan hasil difraksi dan simulasi atomik. Kemudian perhitungan energi defekakibat kekosongan terisolasi (energies of isolated vacancy defects) dilakukan pada posisiatom-atom yang berbeda dalam Bi3TiNbO9. Hasil yang diperoleh menunjukkan energikekosongan terendah sebesar 13,219 eV terjadi pada posisi O(3) untuk Bi 3TiNbO9. Energikekosongan masing-masing posisi kristalografik untuk keempat oksida ini diberikan pada

Gambar 1. sedangkan posisi kristalografik yang berkaitan dengan kekosongan terisolasi inidinyatakan dalam Gambar 2.

Gambar 1. Energi defek titik akibat kekosongan terisolasi pada Bi3TiNbO9.

Gambar 2. Posisi-posisi kristalografik pada Bi3TiNbO9 yang ditentukan energi defeknya; Amenunjukkan lapis bismut [Bi2O2]

2+, B adalah lapis perovskit, C merupakanunit sel struktur perovskit hipotetik dan D sebagai oktahedral BO 6.

Hasil simulasi Bi3TiNbO9 akibat dopan Al3+, Ga3+ dan In3+ menunjukkan bahwa

dimungkinkan terjadinya substitusi pada lapis bismut. Ini dibuktikan dari energi palingrendah yang diperoleh. Untuk Bi3TiNbO9 energi defek terendah terjadi pada posisi Bi(2)yakni sebesar 1,325; 1,745; 2,631; eV masing-masing akibat dopan Al3+, Ga3+dan In3+.

Tabel 2. Energi defek Bi3TiNbO9 akibat dopan Al3+, Ga3+, dan In3+

Dopan Al 3+ Ga 3+ In 3+Jari-jari ionik () 0,535 0,62 0,80

Bi1Bi2Ti

3,9791,3259,573

3,8011,7458,261

4,6592,6319,762

Beberapa dekade sebelumnya (Wolfe, dkk.,1971), diasumsikan bahwa substitusiterjadi pada posisi A lapis perovskite (Bi1), namun hasil studi difraksi sinar-X terkini



AF-5

menyatakan kebolehjadian substitusi baik pada lapis [Bi2O2]2+ maupun lapis perovskit,

bahkan adanya dopan dapat menghasilkan defek melalui disorder kation dan dapatmenurunkan simetrinya sehingga menjadi lebih stabil (Chu, dkk., 2004).

Dengan demikian, dapat dinyatakan bahwa hasil perhitungan energi defek padaBi3TiNbO9 akibat dopan Al

3+, Ga3+ dan In3+ menunjukkan adanya kecenderungan dopan

yang tergabung lebih menyukai posisi pada sisi Bi. Hasil perhitungan tersebut jugamenunjukkan bahwa substitusi Al3+, Ga3+, In3+ secara energetika tidak terjadi pada lapisperovskit, namun demikian terdapat kemungkinan terjadi substitusi pada posisi tersebutmeskipun kecil. Untuk substitusi pada lapis bismut, In3+ diprediksi paling stabil dibandingdopan yang lain.

Hasil simulasi tidak semata-mata menunjukkan bahwa doping hanya terjadi padalapis [Bi2O2]

2+, namun awal doping akan terjadi pada posisi tersebut. Meski demikian, padasudut pandang perhitungan energi kisi yang lebih luas perbedaan energi defek Bi3+padaposisi [Bi2O2]

2+ dan posisi Alapis perovskit kecil. Pada posisi ini akan terjadi disorder kation.Data dalam Tabel IV.3 menunjukkan bahwa jumlah dopan yang dapat disisipkan baik padaposisi Bi3+maupun Ti4+tidak lebih dari 0,34 occupancy.

Tabel 3. Komposisi substitusi maksimum pada Bi3TiNbOPosisi Maks dopan (occupancy)

Bi3TiNbO9Pb2+ Al3+ Ga3+ In3+ Ta5+

Bi (1)Bi (2)

Ti

0,220,130,24

0,320,220,33

0,330,210,34

0,090,060,08

0,080,050,05

Sintesis dan Karakterisasi StrukturPada penelitian ini oksida Aurivillius lapis 2: Bi2,95A0,05TiNbO9(A= Al, Ga, In) telah

berhasil disintesis dengan teknik reaksi kimia padat. Oksida Aurivillius yang dihasilkanberwarna putih pucat. Hasil analisis difraksi sinar-X menunjukkan pola difraktogram yangmirip dengan Bi3TiNbO9 ICSD #: 066551 untuk lapis 2 basis data PDF. Pada difraktogramyang dihasilkan tidak ditemukan adanya puncak-puncak fasa pengotor. Adanya dopan Al3+,Ga3+ dan In3+ pada senyawa Bi3TiNbO9 terdeteksi dari analisis yang dilakukan denganScanning Electron Microscopy (SEM) yang dilengkapi dengan Energy Dispersive X-RaySpectroscopy(EDX).

Untuk mengetahui adanya perubahan parameter sel satuan dan struktur produkakibat adanya substitusi Al3+, Ga3+dan In3+ pada oksida Aurivillius yang disintesis, makadilakukan penghalusan struktur menggunakan metode Rietveld dengan program Rietica.Sebagai model awal, digunakan Bi3TiNbO9 yang memiliki struktur ortorombik dan grupruang A21amdengan parameter sel a=5,4248(2) (); b =5,3864(2) (); c =25,0392(9) ()dan V = 731,67(7) (3) dan telah ditentukan oleh Nalini, dkk. (Nalini, dkk., 2003).

Pada saat penghalusan struktur Bi2,95A0,05TiNbO9 (A = Al, Ga, In) dilakukanconstrainuntuk atom Ti/Nb yang menempati posisi Bpada lapis perovskit dan atom Bi/A(A= Al, Ga, In). Ini dilakukan karena atom-atom tersebut menempati posisi yang sama. Hasilrefinement yang diperoleh konvergen, sesuai dopan yang dimasukkan 0,05 mol dan jugasesuai dengan hasil simulasi atomik yang telah dilakukan. Hasil penghalusan strukturdengan metode Rietveld menggunakan program Rietica terhadap 3500 data difraksi padarentang sudut difraksi 2= 10o 80omenunjukkan kesesuaian antara data percobaan danperhitungan yang sangat baik sehingga dinyatakan bahwa oksida Aurivillius yang disintesis mengkristal dalam sistem kristal ortorombik, Z = 4, grup ruang A21am untuk lapis 2:Bi2,95A0,05TiNbO9 (A = Al, Ga, In). Munculnya puncak pada 2: 14,097

o, 23,448o, 29,279o,32,890o, 33,122o, 35,729o, 47,373o, 49,345o, 49,511o, 56,517o, 56,819o dan 60,724omerupakan indikasi bahwa senyawa yang dihasilkan adalah fasa Aurivillius lapis 2 sesuaistandar Bi3TiNbO9ICSD #: 066551.

Selain analisis menggunakan difraksi sinar-X serbuk beresolusi tinggi, untukbeberapa senyawa juga dilakukan pengukuran menggunakan sinar-X sinkrotron. Hasilpenghalusan struktur dengan metode Rietveldmenggunakan program Rieticaterhadap datadifraksi pada rentang sudut 2= 5o45ountuk difraksi sinar-X sinkrotron dan 2= 10o 80o



AF-6

untuk difraksi sinar-X serbuk menunjukkan kesesuaian antara data percobaan danperhitungan yang sangat baik yang mana titik-titik difraksi berimpit dengan garis kalkulasiseperti ditunjukkan dengan plot Rietveldpada Gambar 3.

Dalam refinementhanya atom-atom berat yaitu atom Bi, Ti dan Nb yang ditentukan.Posisi atom oksigen tidak dapat ditentukan secara akurat dengan data difraksi sinar-X. Ini

terjadi karena pada difraksi sinar-X, atom oksigen tidak memberikan kontribusi yang berartiakibat banyaknya atom berat pada oksida tersebut. Hasil yang diperoleh menunjukkankebolehjadian Al3+, Ga3+, In3+ menempati posisi yang sama dengan Bi3+ baik pada lapisbismut maupun posisi Apada lapis perovskit.

sinkrotron difraksi sinar-X

Gambar 3. Plot Rietveld hasil pengukuran menggunakan sinar-X sinkrotron dan difraksisinar-X; data percobaan (x), perhitungan (garis tegas) dan selisih (grafik dibawah garis pendek-pendek) yang diindeks pada grup ruang yang terkait.

Secara keseluruhan, hasil penghalusan struktur dengan metode Rietveldmenggunakan program Rieticamenghasilkan derajat kesesuaian antara data observasi dankalkulasi mencapai taraf kepercayaan di atas 90 %. Keadaan ini ditunjukkan oleh nilaikesalahan relatif, Rp yang rendah yaitu berkisar 7,27 %. Demikian pula halnya parameteryang lain seperti nilai Rwp dan nilai RBragg yang rendah serta nilai paramater sel hasilekstraksi yang sangat logis dengan parameter sel kristal senyawa acuan, sebagaimanadapat dilihat pada Tabel 4.

Tabel 4. Parameter sel satuan Bi3TiNbO9 dengan dopan Al3+, Ga3+ dan In3 +ditentukan

menggunakan metode Rietveld.Dopan

Parameter Bi3TiNbO9*) Bi3TiNbO9 Al3+ Ga3+ In3+Grup ruanga ()

A21am5,4248(2)

A21am5,4251(3)

A21am5,4237(8)

A21am5,4239(2)

A21am5,4241(9)

b () 5,3864(2) 5,3870(5) 5,3671(7) 5,3693(3) 5,3704(8)c () 25,0392(9) 25,0450(6) 25,0262(4) 25,0285(9) 25,0291(6)V (3) 731,67(7) 731,81(4) 728,50(8) 728,89(4) 729,09(5)

)()(2

ba

ba

+

7,05x 10-3 1,05 x 10-2 1,01 x 10-2 9,95 x 10-3

Rp 11,79 7,45 6,85 8,69 7,27Rwp 17,29 5,37 2,12 5,44 5,94

Rexp 5,22 6,07 5,71 4.79

RBragg 8,35 4,11 4,42 4,68 4,25

GOF 1,03 0,35 0,95 1,24Rp= 100|yobs-ycal|/|yobs| ; Rwp= 100{wi(yoi-yci)

2/wi(yoi)2}1/2;

R Bragg= 100|Io-Ic|/|Io|; GOF = Rwp/Rexp*) Nalini, dkk. (2003)



AF-7

Perubahan parameter sel produk sintesis hasil penghalusan menggunakan programRietica mempunyai kecenderungan yang sama dengan hasil simulasi menggunakanprogram GULP. Secara umum, adanya dopan Al3+, Ga3+ dan In3+ dalam masing-masingAurivillius yang disintesis akan mensubstitusi sebagian Bi3+pada kation A lapis perovskit,menyebabkan berkurangnya volume sel. Ini disebabkan ukuran jari-jari ionik dopan lebih

kecil dari Bi3+yang menempati posisi kation Alapis perovskit.

4. KesimpulanHasil simulasi yang telah dilakukan, menunjukkan bahwa simulasi atomik dapat

mereproduksi dengan baik hasil yang diperoleh dari percobaan difraksi dan dapatdigunakan sebagai parameter dalam pelaksaan tahap berikutnya menuju pada perhitungandefek. Pada simulasi, perhitungan energi defek akibat kekosongan terisolasi (energies ofisolated vacancy defects) dilakukan pada posisi atom-atom Bi3TiNbO9. Hasil yang diperolehmenunjukkan posisi kekosongan oksigen dapat mengakibatkan over-bonded anionsehingga mengurangi tekanan kisi pada lapis bismut.

Hasil simulasi pada Bi3TiNbO9 akibat dopan Al3+, Ga3+ dan In3+memungkinkan

terjadinya substitusi pada bismut maupun lapis perovskit. Dopan Al3+, Ga3+dan In3 + lebihstabil pada sisi Bi3+ untuk fasa Aurivillius. Kesamaan muatan M3+ dan Bi3+ yangmemungkinkan terjadinya substitusi ini.

Pada penelitian ini oksida Aurivillius lapis 2: Bi2,95A0,05TiNbO9(A= Al, Ga, In) telahberhasil disintesis dengan teknik reaksi kimia padat. Oksida Aurivillius yang dihasilkanberwarna putih pucat. Pada difraktogram yang dihasilkan tidak ditemukan adanya fasapengotor. Secara keseluruhan, hasil penghalusan struktur dengan metode Rietveldmenggunakan program Rietica menunjukkan defek oksidanya masih berstruktur Aurivillius.Adanya dopan Al3+, Ga3+dan In3+ dalam Aurivillius yang disintesis mensubstitusi sebagianBi3+pada kation Alapis perovskit, menyebabkan berkurangnya volume sel. Ini disebabkanukuran jari-jari ionik dopan lebih kecil dari Bi3+ yang menempati posisi kation A lapisperovskit.

Daftar PustakaAurivillius, B. dan Kemi A. (1949) : Mixed Bismuth Oxides with Layer Lattices: I, The Structure Type of

CaBi2Nb2O9, Arkiv Kemi Band, 1, 463480.Bush, T.S., Gale, J.D., Catlow, C.R.A. dan Battle, P.D. (1994) : Self Consistent Interatomic Potentials

for Simulation of Binary and Ternary Oxides, J. Mater. Chem., 4, 831837.Catlow, C.R.A., Dixon, M. dan Mackrodt, W.C. (1982) : Theory of Simulation Methods for Lattice and

Defect Energy Calculations in Crystals, Computer Simulation of Solids, chapter 1, vol 166,Springer-Verlag, Berlin.

Catlow, C.R.A. dan Price, G.D. (1990) : Computer Modelling of Solid-State Inorganic Materials, Nature,347, 243248.

Catlow, C.R.A. (2003) : Modelling and Simulation, Current Opinion in Solid State and MaterialsScience, 7, 12.

Chu, M.W., Caldes, M.T., Brohan, L., Ganne, M., Marie, A.M., Joubert, O. dan Piffard, Y. (2004) : Bulkand Surface Structures of the Aurivillius Phases, Chem. Mater., 16, 3142.

Duran-Martn, P., Castro, A., Millan, P. dan B. Jimenez, B. (1998) : Influence of Bi-Site Substitutionon the Ferroelectricity of the Aurivillius Compound Bi2SrNb2O9, J. Mater. Res., 13, 25652571.

Grimes, R.W., Harker, A.H. dan Lidiard, A.B.(Eds.). (1996) : Interatomic Potentials, Philos. Mag. B, 73(1).

Hunter, B.A. dan Howard, C.J. (1997) : http://www.rietica.org, v. 1.7.7; Lucas Heights ResearchLaboratories.

Ismunandar, Kennedy, B.J., Gunawan dan Marsongkohadi (1996) : Structure of ABi2Nb2O9 (A = Sr,Ba): Refinement of Powder Neutron Diffraction Data,J. Solid State Chem., 126, 135141.Ismunandar, Hunter, B.A. dan Kennedy, B.J. (1998) : Cation Disorder in the Ferroelectric Aurivillius

Phase PbBi2Nb2O9: an Anamolous Dispersion X-ray Diffraction Study, Solid State Ion., 112,281289.

Milln, P. , Castro, A. dan Torrance, J.B. (1993) : The First Doping of Lead2+into the Bismuth OxideLayers of the Aurivillius Oxides, Mater. Res. Bull., 28, 117122.

Nalini, G., Subbanna, G.N. dan Row, T.N.G. (2003) : Studies on n = 2 Aurivillius Phases: Structure ofthe Series Bi3-xLaxTiNbO9(0 < x < 1), Mater. Chem. Phys., 82, 663671.

Pirovano, C., Islam, M.S., Vannier, R.N., Nowogrocki, G. dan Mairesse, G. (2001) : Modelling theCrystal Structures of Aurivillius Phases, Solid State Ion., 140, 115123.



AF-8

Snedden, A., Hervoches, C.H. dan Lighfoot, P. (2003) : Ferroelectric Phase Transitions in SrBi 2Nb2O9and Bi5Ti3FeO15a Powder Neutron Diffraction Study, Phys. Rev. B.,67, 09210214.

Thompson, J.G., Rae, A.D., Withers, R.L. dan Craig, D.C. (1991) : Revised Structure of Bi3TiNbO9,Acta Crys. B, 47, 174180.

Wolfe, R.W., Newnham, R.E., Smith, D.K.jr. dan Kay, M.I. (1971) : Crystal Structure of Bi 3TiNbO9,Ferroelectrics, 3, 17.

Xiang, P.H., Kinemuchi, Y., Watari, K., Cao, F. dan Dong, X.L. (2006) : Fabrication of TexturedBi3NbTiO9Ceramics, J. Am. Ceram. Soc., 89, 684687.

Yan, H., Zhang, H., Zhang, Z., Ubic, R. dan Reece, M.J (2005) : B-site Donor and Acceptor DopedAurivillius Phase Bi3NbTiO9Ceramics, J. Eur. Ceram. Soc., 118, 125132.



AF-9

Sintesis, Karakterisasi, dan Aplikasi TS-1 Mesoporus

Alfa Akustia Widati, Didik Prasetyoko*

Kimia FMIPA Institut Teknologi Sepuluh Nopember SurabayaLaboratorium Kimia Anorganik, Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya*Email : [email protected], Telp : 031-5943353

AbstrakTitanium Silikalit-1 (TS-1) mesoporus banyak disintesis untuk mengkatalisis molekul

berukuran ruah dengan kestabilan hidrotermal katalis yang tinggi. Berbagai macam templatetelah digunakan untuk membuat fase mesoporus dari TS-1. Cara sintesis dan template yang

berbeda menyebabkan ukuran pori dan aktivitas katalitik dari mesoporus TS-1 yangdihasilkan juga berbeda. TS-1 mesoporus dikarakterisasi dengan menggunakan XRD, FTIR,UV Vis DR, Adsorpsi Desorpsi Nitrogen, Transmission Electron Microscopy (TEM), 29Si MASNMR.

Kata kunci : TS-1 mesoporus, molekul berukuran ruah, cara sintesis dan variasi template,karakterisasi

1. PendahuluanTitanium Silikalit-1 (TS-1) merupakan material katalis yang digunakan pada kondisi

milddengan menggunakan H2O2 sebagai oksidan pada reaksi oksidasi olefin, amoksimasisikloheksanon (Ke dkk, 2007; Wilkenhner dkk, 2001), alkohol, senyawa hidroksil aromatis(Ke dkk, 2007), epoksidasi propilen, -olefin, dan hidroksilasi fenol (Wilkenhner dkk, 2001)

dengan selektivitas yang tinggi. Akan tetapi, ukuran pori TS-1 yang kecil (kurang dari 8 )menyebabkan material ini tidak sesuai untuk mengkatalisis molekul yang berukuran ruah(bulky molecules) (Eimer dkk, 2008; Xiao, 2008; Schmidt dkk, 2000). Beberapa penelitiantelah dilakukan untuk mengatasi permasalahan yaitu dengan melakukan inkorporasititanium ke dalam material mesoporus seperti MCM-41, MCM-48, HMS, dan M41S. Ukurandiameter pori material mesoporous yang besar membuat material tersebut sesuai untukreaksi katalisis yang melibatkan reaktan dengan molekul besar (Trukhan dkk, 2001; Berlinidkk, 2000)). Dibanding dengan TS-1, material titanium mesoporus mempunyai kemampuanoksidasi dan stabilitas hidrotermal yang rendah (Eimer dkk, 2008). Oleh karena itu,pengembangan material TS-1 dengan ukuran mesoporus banyak dilakukan untukmendapatkan stabilitas hidrotermal yang tinggi dan kemampuan oksidasi yang besarterhadap molekul berukuran ruah.

2. Eksperimen

Material mesoporus dapat dibentuk melalui beberapa metode diantaranya sintering,etching, anodisasi, dan templating. Metode yang paling banyak digunakan adalahtemplating (Campbell, 2006). Dalam hal ini, material mesoporus dibentuk melaluipembentukan silika dengan templatemisel diikuti pemindahan template melalui kalsinasi(Vinu dkk, 2006). Adanya template menyebabkan volume pori menjadi lebih besar. Berbagaimacam templatetelah digunakan untuk mensintesis TS-1 mesoporus diantaranya surfaktan,senyawa organik, dan karbon.

Eimer dkk, 2008 mensintesis TS-1 mesoporus dengan mencampurtetraetilortosilikat (TEOS) dan tetrabutilortotitanat (TBOT) diaduk selama 30 menit, ditambahTPAOH, NaOH dan air hingga didapatkan campuran 1TEOS : 0,017TiO2 : 0,24TPAOH :




AF-10

21,2H2O : 0-0,004Na2O, didiamkan 80C selama 1 (0 Na2O) dan 2 hari (0,004 Na2O)ditambah cetiltrimetilamoniumbromida (CTABr) hingga CTABr/Si = 0,306, didiamkan selama3 jam, dikeringkan 60C semalam, disaring, dikalsinasi 550C selama 1 jam dialiri N2 (130cm3/menit), dilanjutkan kalsinasi udara selama 6 jam (130 cm3/menit).

Fang dan Hu (2007) memperoleh TS-1 mesoporus dari template CMK-3 yang

disintesis dari SBA-15. SBA-15 didapatkan dari campuran triblock copolymer,EO20PO70EO20 sebagai surfaktan dengan TEOS sebagai sumber silika. Campurandipanaskan pada 38C selama 4 jam, di-agingpada 100C selama 24 jam (Jun dkk dalamFang dan Hu, 2007). SBA-15 yang telah dikalsinasi digunakan sebagai template sintesisCMK-3. Sukrosa dipolimerisasikan ke dalam SBA-15 dengan H2SO4 sebagai katalis,dikarbonisasi dalam kondisi N2 jenuh, dilanjutkan dengan pemanasan 900C (heating rate2C/menit). Template SBA-15 dihilangkan melalui pencucian dengan HF, kemudiandikeringkan pada 150C. CMK-3 diimpregnasi dengan metode incipient wetness denganTPAOH, air, dan etanol. Etanol diuapkan pada suhu kamar kemudian campuran TEOS danTBOT ditambahkan dengan rasio C/SiO2= 2 : 1 (b/b) sehingga diperoleh komposisi akhirSiO2/TiO2/TPAOH/H2O = 1 : 0,0125 : 0,2 : 2. Campuran dipanaskan pada 170 C selama 48jam untuk kristalisasi zeolit TS-1. Endapan yang terbentuk dikalsinasi pada 550C selama 5jam.

Ke dkk (2007) mensintesis dengan memasukkan TEOS tetes demi tetes ke dalam

campuran TPAOH dan trietanolamin (TEA) selama 1 jam. Campuran ditambah denganTBOT hingga didapatkan komposisi gel 1SiO2 : 0,037TBOT : 0,25TPAOH : (0;0,4)TEA :35H2O, campuran diaduk selama 2 jam dengan pemanasan 80 C. Dua teknik sintesis yangdilakukan adalah Dry Gel Conversiondan hidrotermal. Pada Dry Gel Conversion, campurandiaduk dan dipanaskan pada suhu 90C selama 5 jam, dipanaskan 180C selama 6 hari,dikalsinasi 550C selama 8 jam Sedangkan pada hidrotermal, campuran dipanaskan 180Cselama 6 hari, dikalsinasi 550C selama 8 jam.

Schmidt dkk (2000) mensintesis dengan template krabon hitam BP 700. Karbonhitam BP 700 dimpregnasi melalui incipient wetness impregnationdengan TPAOH, air, danetanol. Setelah penguapan etanol, karbon diimpregnasi dengan tetraetilortotitanat (TEOT)dan TEOS. Komposisi gel yang didapat adalah 20TPA2O : TiO2 : 100SiO2 : 200H2O. Agingdilakukan minimal 3 jam pada suhu kamar, karbon hitam yang telah diimpregnasidipanaskan pada suhu 170C (heating rate0,5C/ menit) selama 72 jam, didinginkan padasuhu kamar dan disaring. Endapan dicuci sebanyak 4 kali dengan air dan dikeringkan pada

110C selama 10 jam. Tahapan berikutnya adalah kalsinasi pada suhu 550C selama 8 jam.Sementara itu, On dkk (2001) menggunakan templateHO(CH2CH2O)20(CH2CH(CH3)O)70(CH2CH2O)20H (EO20PO70EO20). Sintesis dilakukan 2sumber silika yang berbeda yaitu SiCl4dan TEOS. Untuk sumber silika SiCl4, sebanyak 10gr EO20PO70EO20 dilarutkan dalam 100 gr etanol. Sebanyak 0,10 mol SiCl4 dantetrapropilortotitanat (TPOT) ditambahkan ke dalam campuran. Campuran diaduk selama 12jam pada suhu kamar, kemudian dipanaskan pada 40C. Padatan mesoporus yangmengandung surfaktan dikeringkan pada suhu kamar dan kemudian dipanaskan pada 60Cselama 24 jam. Untuk sumber silika TEOS, titanium mesoporus (Ti/Si 1,5%) disintesis dariTEOS dalam kondisi asam (HCl 2M) (Zhao dkk dalam On dkk, 2001). Surfaktan yangmengandung prekursor mesoporus dikeringkan dalam kondisi vakum pada 60C selama 24jam. Sebanyak 20 gr prekursor mesoporus yang telah kering, diimpregnasi dengan 40 grTPAOH (10% b/b) bebas alkali. Setelah di-aging pada suhu kamar selama 12 jam,dipanaskan pada 60C selama 24 jam untuk mengeliminasi air, dan selanjutnya dikeringkan

semalam pada suhu kamar, dilanjutkan dengan pengeringan vakum selama 24 jam.Padatan dipanaskan selama 120C selama beberapa hari. Produk selanjutnya dicucidengan aquades, dikeringkan pada 80C, dan dikalsinasi 500C (heating rate= 1 C/menit)selama 6 jam.



AF-11

Tabel 1. Sintesis TS-1 mesopousPeneliti Bahan Template ProsedurEimerdkk(2008)

CTABr, TEOS,TBOT, NaOH

CTABr Komposisi gel = 1TEOS : 0,017TiO2 :0,24TPAOH : 21,2H2O : 0-0,004Na2O.Untuk 0 Na2O didiamkan selama 2 hari, dan

untuk 0,004 Na2O didiamkan selama 1 haripada 80C. Penambahan template CTABrdengan rasio CTABr/Si = 0,306

Fangdan Hu(2007)

(EO20PO70EO20),TEOS, H2SO4,TPAOH, etanol,TBOT, HF

CMK-3 Template CMK-3 yang disintesis dari SBA-15. CMK-3 diimpregnasi dengan metodeincipient wetness dengan TPAOH, air, danetanol. Rasio C/SiO2 = 2:1 (b/b) sehinggadiperoleh komposisi akhir =SiO2/TiO2/TPAOH/H2O=1:0,0125:0,2:2.Campuran dipanaskan pada 170 C selama48 jam.

Ke dkk(2007)

TEA, TEOS, TPAOH,TBOT

TEA Komposisi gel = 1SiO2 : 0,037TBOT :0,25TPAOH : 0,4TEA : 35H2ODua teknik sintesis TS-1 mesoporus yaitu

Dry Gel Conversiondan hidrotermal.Dry Gel Conversion : campuran diaduk dandipanaskan pada suhu 90C selama 5 jam,dipanaskan 180C selama 6 hari.Hidrotermal : campuran dipanaskan 180Cselama 6 hari.

Schmidtdkk(2000)

TPAOH, air, etanol,TEOT, TEOS

Karbon hitamBP 700

Komposisi gel = 20TPA2O : TiO2 : 100SiO2 :200H2O. Aging dilakukan minimal 3 jampada suhu kamar, karbon hitam yang telahdiimpregnasi dipanaskan pada suhu 170C(heating rate0,5C/ menit) selama 72 jam.

On dkk(2001)

EO20PO70EO20,TPAOH, SiCl4,TEOS, TPOT HCl

EO20PO70EO20 Prinsip sintesis melalui dua cara yaitupembuatan prekursor mesoporus amorfyang diikuti dengan transformasi

mesoporus amorf menjadi kristalin.Sumber silika : SiCl4dan TEOS

3. Hasil dan PembahasanX-Ray Diffraction (XRD)

Karakterisasi dengan menggunakan XRD, dapat memberikan informasi mengenaiderajat kemurnian, kristalisasi, dan kisi kristal (Kwayke-Awuah, 2008). Puncak difraktogramTS-1 mesoporus mirip dengan puncak difraktogram pada TS-1 mikroporus. Puncak difraksiTS-1 muncul pada 27,95; 8,94; 23,2; 23,7; 24,1; dan 24,9 (Ke dkk, 2007). Perbedaandifraktogram TS-1 mesoporus dan TS-1 mikroporus terletak pada puncak yang muncul pada2yang rendah dimana pada 2 tersebut menunjukkan adanya fase mesoporus dalam TS-1. Puncak karakteristik material mesoporus terletak pada 22,1-2,7 (Eimer dkk, 2008).

Baik dengan menggunakan template karbon hitam BP 700 (Schmidt dkk, 2000),CMK-3 (Fang dan Hu, 2007), EO20PO70EO20(On dkk, 2001), TEA (Ke dkk, 2007), maupun

dengan CTABr (Eimer dkk, 2008), TS-1 mesoporus menunjukkan kristalinitas MFI yangtinggi. Semakin lama waktu kristalisasi, kristalinitas makin besar (On dkk, 2001).



AF-12

(i) (ii)Gambar 1. Difraktogram TS-1 mesoporus dari template EO20PO70EO20 : (i) sumber silika

SiCl4(ii) sumber silika tetraetilortosilikat (waktu kristalisasi a = 0 hari, b = 8 hari,c = 10 hari)

Spektroskopi FTIRSpektra FTIR memperlihatkan adanya puncak pada 550 cm-1 yang menunjukkan

karakteristik dari asymetric stretchingcincin ganda lima dalam MFI tipe zeolit. Puncak padabilangan gelombang 960 cm-1 mengindikasikan adanya titanium dalam kerangka zeolit(Fang dan Hu, 2007; On dkk, 2001). Kristalinitas struktur MFI TS-1 mesoporus yang tinggidapat dilihat dari rasio densitas optik puncak pada bilangan gelombang 550 dan 450 cm -1.Dikatakan mempunyai kristalinitas tinggi apabila rasio berkisar pada 0,76 (Fang dan Hu,2007). TS-1 mesoporus yang disintesis oleh Fang dan Hu (2007) dengan menggunakantemplateCMK-3 memiliki kristalinitas yang tinggi dengan rasio densitas optik puncak pada550 dan 450 cm-1sebesar 0,8. Oleh karena itu, makin lama waktu kristalisasi menyebabkanpuncak pada bilangan gelombang 550 dan 960 cm -1makin meningkat dikarenakan makinkuatnya kerangka MFI yang terbentuk dan makin banyaknya titanium yang terdapat dalamkerangka (On dkk, 2001).

(A)

(B)

Gambar 2. Spektra FTIR TS-1 mesoporus dari template (A) CMK-3, (B) a) SBA ; TS-1mesoporus template EO20PO70EO20 dengan waktu kristalisasi b) 0 hari, c) 5

hari, d) 8 hari, e) 10 hari

Adsorpsi Desorpsi NitrogenKurva isoterm adsorpsi desorpsi nitrogen mesoporus material identik dengan kurva

isoterm tipe IV dengan loop histeresis H1. Ciri dari kurva tersebut adalah adanyapembelokan kurva pada P/P0 rendah, diikuti kurva datar. Selain itu, loop histeresis diatasP/P0 0,4 (Fang dan Hu, 2007; Wang dkk, 2005) atau 0,7-0,9 (On dkk, 2001) merupakankarakteristik dari material mesoporus. Dengan cara dan bahan sintesis yang berbeda akanmenghasilkan trend kurva isoterm tipe IV yang berbeda. Hal ini berhubungan denganukuran mesoporus dan keseragaman distribusi pori yang ditunjukkan dengan posisi P/Po

960 cm-1 550 cm-1



AF-13

pada titik infleksi serta ketajaman kurva. Semakin lama waktu kristalisasi, menyebabkanvolume dan diameter mikroporus dan mesoporus makin besar. Akan tetapi, ketika waktukristalisasi terlalu lama, volume dan diameter pori menurun. Ini disebabkan terjadinyapenebalan dinding pori pada kerangka (On dkk, 2001).A

(a) (b)-(i) (b)-(ii)

B-i B-ii CGambar 3. A. Kurva isoterm adsorpsi desorpsi nitrogen TS-1 mesoporus dari template (a)

CMK-3 (b) EO20PO70EO20dengan sumber silika :(i) SiCl4, (ii) TEOSB. Kurva distribusi pori BJH untuk TS-1 mesoporus dari template EO20PO70EO20

dengan sumber silika :(i) SiCl4, (ii) TEOSC. Hubungan volume, jari-jari pori terhadap persen kristalinitas dari TS-1mesoporus dengan template EO20PO70EO20 dan sumber silika () SiCl4 ()TEOS

Tabel 2. Analisis ukuran pori TS-1 mesoporus dari beberapa metodeTS-1 mesoporus SBET

(m2g

-1)

SBJH(m

2g

-1)

Vmic(cm

3g

-1)

Dmic(nm)

Vmeso(cm

3g-

1)

Dmeso(nm)

Fang dan Hu (2007) 313 0,14 0,53 0,17 3,65Schmidt dkk (2000) 20

I-[0]-TS1[0,5] 760 680 0,038 1,62 8,4I-[5]-TS1[0,5] 620 450 0,095 1,72 19,2I-[0]-TS1[1,5] 820 645 0,045 1,45 8,8I-[3]-TS1[1,5] 710 495 0,082 1,55 12,6I-[5]-TS1[1,5] 680 405 0,123 1,75 18,4

I-[8]-TS1[1,5] 655 310 0,145 1,95 22,4I-[10]-TS1[1,5] 580 180 0,159 1,65 26,4II-[0]-TS1[1,5] 790 710 0,025 1,18 6,6II-[5]-TS1[1,5] 730 440 0,103 1,40 9,6II-[8]-TS1[1,5] 705 380 0,103 1,36 12,4

On dkk (2001) :x-[y]UL-TS1 [z]x = I (sumber silikaSiCl4),II (sumber silika

TEOS)y = waktukristalisasi (hari)z = % Ti/Si

II-[10]-TS1[1,5] 520 145 0,149 0,85 12,8dry gel conversion 430,4 0,108 0,252 6,5Ke dkk (2007)Metode hidrotermal 399,7 0,117 0,118 3,4

Eimer dkk (2008) 1 Na- 1 hari 1250 0,84 2,00 Na- 2 hari 1071 0,78 2,1

3 hari

5 hari

10 hari

5 hari

10 hari

0 hari



AF-14

UV-Vis Diffuse ReflactanceAdanya titanium dalam kerangka zeolit dapat diamati dengan menggunakan UV-Vis

DR ditandai oleh munculnya puncak pada panjang gelombang 210-212 nm (Serrano dkk,2007; Fang dan Hu, 2007; Wilkenhner dkk, 2001) dimana terjadi transfer muatan darioksigen ke orbital d Ti4+ yang kosong (Xia dan Gao, 1996). Waktu kristalisasi yang makin

lama menyebabkan semakin banyak titanium sebagai sisi aktif yang terkoordinasi dalamkerangka (On dkk, 2001). Ini dapat dilihat dari bentuk spektra yang makin narrowkarenaindikasi berkurangnya titanium yang berada di luar kerangka dan terdistribusi makinseragam di dalam kerangka. Oleh karena itu, makin lama waktu kristalisasi, spektra makinmengarah ke 210-212 nm.

Gambar 4. Spektra UV-Vis TS-1 mesoporus yang disintesis dari EO20PO70EO20dengansumber silika SiCl4, waktu kristalisasi : a) 0 hari b) 5 hari c) 10 hari

Transmission Electron Microscopy (TEM)

(a) (b)-(i) (b)-(ii)Gambar 5. TEM TS-1 mesoporus dengan template (a) CMK-3 (b) EO20PO70EO20 dengan

sumber silika (i) SiCl4 (ii) TEOS

Dengan template CMK-3, TS-1 mesoporus memiliki keseragaman ukurannanokristal bentuk heksagonal seperti yang tampak pada Gambar 7. Sumber silika jugamempengaruhi keteraturan pori material yang dihasilkan. Ini terbukti ketika On dkk (2001)menggunakan sumber silika TEOS, struktur pori TS-1 lebih teratur daripada digunakan SiCl4sebagai sumber silika.

29Si MAS NMR

Dengan 29Si MAS NMR, 2 puncak tajam yang khas dari TS-1 muncul pada -114 dan-104 ppm, serta 1 puncak lemah pada -98 ppm. Puncak pada -114 ppm adalah puncak dariSi(OSi)4 (Q

4), -104 ppm adalah puncak Si(OSi)3 (Q3), dan - 98 ppm adalah puncak dari

Si(OSi)2 (Q2). Rasio puncak Q4/Q3 adalah 1,8. Peningkatan intensitas Q4 dan penurunan

intensitas Q3 mempunyai arti bahwa terjadi proses kristalisiasi dan transformasi daripermukaan hidrofilik menjadi hidrofobik (On dkk, 2001)



AF-15

.

Gambar 6. Spektra 29Si MAS NMR (a) material prekursor, (b) TS-1 mesoporus

AplikasiTS-1 mesoporus telah dibandingkan aktivitasnya dengan TS-1 mikroporus pada

beberapa reaksi, diantaranya epoksidasi 1-oktena dan sikloheksena (Schmidt dkk, 2000),oksidasi tiofen dan dibenzotiofen (Fang dan Hu, 2007). TS-1 mesoporus memberikanaktivitas katalitik lebih besar daripada TS-1 mikroporus, terutama untuk molekul berukuranbesar seperti sikloheksena dan benzotiofen. Oksidasi sempurna tiofen oleh TS-1 mikroporus

dapat terjadi dengan membutuhkan waktu selama 5 jam sedangkan apabila menggunakanTS-1 mesoporus hanya dibutuhkan waktu 1 jam. Epoksidasi sikloheksena dengan TS-1mesoporus memiliki aktivitas katalitik 10 kali lebih besar daripada TS-1 konvensional.Dibenzotiofen tidak dapat dioksidasi oleh TS-1 mikroporus karena dibenzotiofen mempunyaiukuran yang besar sehingga tidak dapat kontak dengan pori TS-1 mikroporus yang kecil.Akan tetapi, mesoporus TS-1 dapat mengoksidasi secara sempurna dibenzotiofen karenaukuran mesoporus memudahkan difusi dibenzotiofen dengan sisi aktif TS-1. Menurut Ke dkk(2007), TS-1 mesoporus yang diperoleh dari teknik berbeda akan menghasilkan aktivitaskatalitik yang berbeda. Pada hidroksilasi benzena dengan metode sintesis hidrotermal dandengan perbandingan TEA/SiO2= 0,4 (HTS-4) memberikan angka konversi benzena sbesar6,5% dengan TOF = 10,7. Dengan rasio TEA/SiO2 yang sama tetapi disintesis denganteknik yang berbeda yaitu dry gel conversion (DGC-4) menujukkan konversi benzenasebesar 7,2% dengan TOF = 13,9.

A B CGambar 7. A. Rasio konsentrasi produk () 1-oktena dan () sikloheksena yang diperoleh

dari TS-1 mesoporus dan TS-1 konvensional (Schmidt dkk, 2000)B. oksidasi tiofen dan dibenzotiofen (DBT) dengan menggunakan TS- 1

mikroporus dan mesoporus (Fang dan Hu, 2007)C. Konversi benzena dengan TS-1 mesoporus dengan template TEA: a. HTS-

0; b. HTS-2; c. HTS-4; d. HTS-0M; e. DGC-4 (Ke Dkk,2007)

5. KesimpulanTS-1 mesoporus mempunyai aktivitas katalitik lebih baik daripada TS-1 mikroporus

karena mempermudah difusi reaktan ke sisi aktif Ti. Semakin besar template yangdigunakan, semakin besar pori TS-1 yang terbentuk. Sintesis TS-1 mesoporus denganmenggunakan karbon hitam BP 700 menghasilkan ukuran pori yang lebih besar daripadaCMK-3, CTABr, TEA, dan EO20PO70EO20. Cara sintesis juga mempengaruhi ukuran pori dari

-114 ppm (Q4)

-104 ppm (Q3)



AF-16

TS-1 mesoporus. Dengan menggunakan template dan komposisi bahan yang sama teknikdry gel conversionmenghasilkan ukuran pori yang lebih besar daripada metode hidrotemal.

Daftar PustakaBerlini, C., Guidotti, M., Moretti, G., Psaro, R., Ravasio, N., 2000, Catalytic Epoxidation of Unsaturated

Alcohols on Ti-MCM-41, Catalysis Today, Vol 60, hal 219-225Campbell, R., 2006, Synthesis and Characterization of Three-Dimensional Mesoporous Materials, PhDResearch Seminar, 7 Maret 2006

Eimer, G, A., Diaz, I., Sastre, E., Casuscelli, G, S., Crivello, M, E., Herrero, E, R., dan Perez-Pariente,J., 2008, Mesoporous Titanosilicates Synthesized from TS-1 Precursors with Enhanced CatalyticActivity in The -Pinene Selective Oxidation, Applied Catalysis A : General, Vol 343, hal 77-86

Fang, Y., dan Hu, H., 2007, Mesoporous TS-1 : Nanocasting Synthesis with CMK-3 as Template andIts Performance in Catalytic Oxidation of Aromatic Tiophene, Catalysis Communications, Vol 8, hal817-820

Ke, X., Xu, L., Zeng, C., Zhang, L., Xu, N., 2007, Synthesis of Mesoporous TS-1 by Hydrothermal andSteam-Assisted Dry Gel Conversion Techniques With The Aid of Triethanolamine, Microporousand Mesoporous Materials, Vol 106, hal 68-75

Kwayke-Awuah, B., 2008, Production of Silver-Loaded Zeolites and Investigation of Their AntimicrobialActivity, Tesis : University of Wolverhampton

On, T, D., Lutic, D., Kaliaguine, S., 2001, An Example of Mesostructured Zeolitic Material : UL-TS-1, Micoporous and Mesoporous Materials, Vol 44-45, hal 435-444

Serrano, D. P., Calleja, G., Botas, J., Gutierrez, F. J., 2007, Characterization of Adsorptive andHydrophobic Properties of Silicate-1, ZSM-5, TS-1 and Beta Zeolites by TPD Techniques,Separation and Purification Technology, Vol 54, hal 1-9

Trukhan, N, N., Romannikov, V, N., Paukshtis, E, A., Shmakov, A, N., Kholdeevai, O, A., 2001,Oxidation of 2,3,6-Trimethylphenol over Ti- and V-Containing Mesoporous Mesophase Catalysts:StructureActivity/Selectivity Correlation, Journal of Catlysis, Vol 202, hal 110-117

Schmidt, I., Krogh, A., Wienberg, K., Carrison, A., Brorson, M., Jacobsen, C, J, H., 2000, CatalyticEpoxidation of Alkenes with Hydrogen Peroxide Over First Mesoporous Titanium-ContainingZeolite, Chem. Commun., hal 2157-2158

Vinu, A., Mori, T., Ariga, K., 2006, New Families of Mesoporous Materials, Science and Technology ofAdvanced Materials, Vol 7, hal 753-771

Wang, X., Xu, H., Fu, X., Liu, P., Lefebvre, F., Basset, J., 2005, Characterization and CatalyticProperties of Tin-Containing Mesoporous Silica Prepared by Different Methods, Journal ofMolecular Catalysis A, Vol 238, hal 185-191

Wilkenhoner, U., Langhendries, G.,Van L, F.,Baron, G.V.,Gammon D.W.,Jacobs, P.A., van Steen,

E., 2001, Influence of Pore and Crystal Size of Crystalline Titanosilicates on Phenol Hydroxylationin Different Solvents. Journal of Catalysis., Vol. 203, hal.201212Xiao, F., 2008, New Routes For Improving Hydrothermal Stability of Ordered Mesoporous Materials

and Synthesis of Mesoporous Zeolites, Canada : Nanoporous Materials : Proceedings of the 5thInternational Symposium 25-28 Mei 2008



AF-17

Aktivitas Katalis Cu/zeolit NaA dengan KonsentrasiBerbeda pada Reaksi Reduksi Ion Nitrat

Dewi Kartika Sari, Irmina Kris Murwani*

Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu PengetahuanInstitut Teknologi Sepuluh Nopember

contact address : *[email protected]

AbstrakPada penelitian ini telah dipelajari aktivitas katalis zeolit NaA yang disintesis dari

sekam padi dan Cu/zeolit NaA (0,25: 0,5; 0,75%) pada reaksi reduksi ion nitrat. Katalis hasilpreparasi dikarakterisasi dengan XRD dan FT-IR. Sedangkan sifat permukaan katalis

dikarakterisasi dengan metode adsorpsi gas nitrogen (BET) dan keasaman dengan metodeadsorpsi piridin (FTI-R). Pada tahap akhir dilakukan uji katalisis melalui reaksi reduksi ionnitrat dengan H2. Aktivitas katalis ditentukan dari besarnya ion nitrat yang terkonversi.Berdasarkan hasil penelitian diketahui aktivitas katalis zeolit NaA, Cu0,25/zeolit NaA, Cu0,75/zeolit NaA dan Cu0,5%/zeolit NaA secara berturut-turut adalah 64,26; 51,13; 66,48 dan 47,54.Aktivitas katalis dipengaruhi oleh keasaman katalis dan distribusi Cu selama reaksi reduksiion nitrat berlangsung.

Kata kunci: Cu/zeolit NaA, Reaksi reduksi ion nitrat, Zeolit NaA

1. PendahuluanAir adalah pendukung utama bagi kehidupan makhluk hidup,tetapi juga mudah

terkontaminasi bahanbahan pencemar yang dapat mengganggu kesehatan makluk hidup

seperti halnya manusia. Berdasarkan hal tersebut, perlu dilakukan penghilangan nitratdalam air dapat dilakukan dengan cara reduksi ion nitrat atau denitrifikasi (Rodrguez,2005). Salah satu metode yang digunakan untuk mereduksi ion nitrat adalah secara kimiayaitu dengan denitrifikasi secara katalitik, dimana ion nitrat direduksi dengan bantuan katalisdan gas hidrogen sebagai agen pereduksi (Daub, 1999). Dengan metode ini akan diperolehdua keuntungan secara bersamaan, yaitu dapat mereduksi ion nitrat dan mengkonversimenjadi senyawa nitrogen lain yang lebih bermanfaat, misalnya gas N2. Yoshinaga, dkk.,(2002) melaporkan bahwa katalis monometalik Cu merupakan katalis yang efisien untukreaksi reduksi ion nitrat.

Selain itu, untuk meningkatkan aktivitas suatu katalis dapat dilakukan dengan caramemb erikan pendukung (support). Pendukung yang digunakan dalam penelitian ini adalahZeolit NaA, Pendukung zeolit NaA dipilih karena memiliki luas permukaan yang cukupbesar, memiliki stabilitas termal yang tinggi dalam preparasi katalis.

Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan aktivitas katalis Cu/zeolit NaA

dengan variasi konsentrasi 0%; 0,25%; 0,5% dan 0,75% pada reaksi reduksi ion nitrat.Aktivitas dari katalis sesuai dengan perubahan nitrat yang terkonversi, semakin besar nitratyang terkonversi, maka aktivitas katalis makin besar.

2. Metodologi PercobaanPreparasi Pendukung (Zeolit NaA)

Zeolit NaA disintesis dari bahan dasar SiO2 dari sekam padi, natrium aluminat,natrium hidroksida dan aquades secara stoikhiometris. Campuran dimasukan ke dalamreaktor hidrotermal dan dipanaskan pada suhu 100C selama 12 jam. Selanjutnya residudikeringkan dan dikalsinasi pada temperatur 450C selama 4 jam (Prsse, 2001). Padatandireduksi dengan aliran H2 selama 2 jam (Gao, (2008). Padatan berwarna putih yang




AF-18

dihasilkandisebut dengan zeolit NaA, selanjutnya dikarakterisasi strukturnya menggunakandifraktometer sinar-X, FT-IR, sedangkan untuk karakterisasi permukaan meliputi luaspermukaan spesifik yang diukur dengan metoda adsorpsi N2 dan sifat keasaman yangdikarakterisasi dengan adsorpsi piridin FT-IR. Padatan zeolit NaA yang diperolehselanjutnya digunakan sebagai katalis dan pendukung katalis.

Preparasi Katalis Monometalik Berpendukung (Cu/zeolit NaA)Katalis monometalik Cu diperoleh dari CuCl22H2O yang dimurnikan dengan cara

pelarutan katalis dalam aquades. Awalnya padatan pendukung direndam dalam larutanCuCl22H2O 0,25%. Kemudian ditambahkan larutan NH4OH hingga terbentuk endapan.Selanjutnya endapan disaring dan dicuci dengan akuades. Kemudian padatan dikeringkandan dikalsinasi pada suhu 450C selama 4 jam dan direduksi dengan aliran H2selama 2 jamKatalis Cu berpendukung (Cu/zeolit NaA) yang diperoleh selanjutnya dikarakterisasi strukturdan permukaannya. Adapun prosedur yang sama juga dilakukan untuk katalis Cu dengankonsentrasi 0,5% dan 0,75%.

Uji KatalisisUji katalisis pada semua katalis yang sudah disintesis dilakukan melalui reaksi

denitrifikasi. Jenis katalis yang diuji meliputi pendukung (Zeolit NaA) dan monometalik

berpendukung (Cu/Zeolit NaA). Katalis dimasukkan dalam reaktor labu leher tiga dandijenuhkan dengan H2. Kalium Nitrat dimasukkan dalam reaktor dan diaduk selama 15 menitpada suhu ruang sambil dialiri H2 dengan laju alir 60 mL/menit (Gao,2003). Produk yangdihasilkan selanjutnya dianalisis dengan spektrofotometer UV-Vis.

3. Hasil dan PembahasanSintesis Zeolit NaA

Zeolit NaA dalam penelitian ini dipersiapkan dengan penuangan campuran A kedalam campuran B disertai pengadukan. Campuran A terdiri dari NaAlO2, NaOH dan H2O.Sedangkan campuran B dibuat terdiri dari SiO2, NaOH dan H2O. Campuran diaduk sampaidiperoleh gel yang homogen. Selanjutnya gel dimasukkan dalam reaktor dan dioven selama12 jam dengan suhu reaksi 100 oC (Xu, Xiaochun, 2004). Kemudian, reaktor didinginkandengan air untuk menghentikan proses kristalisasi. Padatan berwarna putih yang telahdiperoleh, selanjutnya dikarakterisasi dengan XRD. Difraktogram zeolit NaA yang terbentuk

ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Difraktogram Zeolit NaA

Puncak-puncak yang terdapat pada sampel, sesuai dengan PDF No. 39-0222 daridata baseJCPDS-International Centre For Diffraction Data 2002, seperti yang terlihat padaGambar 1. Hasil ini menunjukkan bahwa sampel tersebut merupakan zeolit NaA. AdapunIkatan dalam zeolit NaA diamati menggunakan FT-IR dengan hasilnya ditunjukkan padaGambar 2.



AF-19

Gambar 2. Spektra FTIR Zeolit NaA

Spektra FT-IR yang terlihat pada Gambar 2 menunjukkan adanya puncak serapanpada daerah 3400 cm-1 yang menunjukkan daerah vibrasi ulur O-H. Sedangkan vibrasitekuk H-O-H muncul pada daerah serapan 1650 cm-1(Nakamoto, 1978). Puncak serapanpada daerah 1139 cm-1menunjukkan adanya puncak dari vibrasi ulur T-O dimana T adalahSi atau Al (Wang,dkk., 2003) dan puncak serapan pada daerah 950 cm-1adalah puncakvibrasi dari gugus yang tidak berikatan dengan oksigen (Cordoba,dkk., 1996). Puncakserapan pada daerah 506 dan 432 cm-1merupakan vibrasi tekuk O-T-O. Sedangkan puncakpada daerah 699 dan 610 cm-1merupakan vibrasi ulur TO4 (Wang,dkk., 2003).

Sintesis Katalis Cu/zeolit NaAPenelitian ini dilanjutkan dengan loading logam Cu pada pendukung (zeolit NaA).

Cu/zeolit NaA disintesis melalui metode presipitasi dengan variasi konsentrasi Cu yaitu 0%,0,25%, 0,5% dan 0,75%. Padatan yang telah disintesis, kemudian dikalsinasi pada suhu450C selama 4 jam. Padatan Cu/zeolit NaA sebelum digunakan sebagai katalis untuk ujireduksi ion nitrat maka terlebih dahulu diaktivasi dengan aliran H

2pada suhu 450C selama

2 jam. Padatan tersebut kemudian dikarakterisasi dengan XRD dan diperoleh difraktogramseperti yang terlihat pada Gambar 3.

Gambar 3. Difraktogram (a) Cu, (b) zeolit NaA, (c) Cu0,25/zeolit NaA,(d) Cu0,5/zeolit NaA dan (e) Cu0,75/zeolit NaA



AF-20

Puncak-puncak yang terdapat pada sampel, sesuai dengan PDF No. 85-1326 daridata baseJCPDS-International Centre For Diffraction Data 2002, seperti yang terlihat padaGambar 3. Difraktogram Cu/zeolit NaA setelah aktivasi pada Gambar 4 menunjukkan tidakadanya perubahan yang signifikan dari pola difraktogram zeolit NaA dengan Cu/zeolit NaA.Namun, terdapat perbedaan pada intensitasnya yaitu intensitas dari Cu/zeolit NaA lebih

rendah jika dibandingkan dengan zeolit NaA. Hasil ini menunjukkan bahwa sampel tersebutmerupakan zeolit NaA. Adapun Ikatan dalam zeolit NaA diamati menggunakan FT-IRdengan hasilnya ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4. Spektra FTIR (a) zeolit NaA, (b) Cu0,25/zeolit NaA,(c) Cu0,5/zeolit NaA dan (d) Cu0,75/zeolit NaA

Secara umum, keempat spektra FTIR pada Gambar 4 memberikan puncak serapanyang hampir sama dan tidak menunjukkan adanya puncak baru. Hanya saja, terjadipenurunan pada intensitas padatan Cu/zeolit NaA jika dibandingkan dengan spektrapadatan pendukung zeolit NaA. Spektra FTIR pada Gambar 4 ini tidak menunjukkan adanyapita vibrasi ikatan Cu-O yang muncul pada daerah 1500, 575 dan 500 cm-1 (El-Bahy, 2007)

akibat konsentrasi yang kecil dari Cu. Sehingga dapat dikatakan bahwa logam Cu telahterdispersi merata pada pendukung zeolit NaA. Berdasarkan pemaparan spektra FT-IRyang telah dijelaskan, maka dapat ditarik kesimpulan bahwa penambahan loading Cu padapendukung tidak memberikan pengaruh terhadap daerah munculnya puncak serapan IR,hanya berpengaruh terhadap intensitas puncak yang muncul.

Pengukuran Luas Permukaan dengan Metoda Adsorpsi Gas NitrogenLuas permukaan spesifik padatan hasil sintesis merupakan salah satu hal yang

harus dipertimbangkan berkaitan dengan kemampuannya dalam reaksi katalisis. Teori yangdigunakan untuk perhitungan dari metode ini adalah BET (Brunauer, Emmet, Teller), daridata yang diperoleh dapat dihitung luas permukaan spesifik dari padatan. Adapun luaspermukaan spesifik dari katalis zeolit NaA, Cu0,25/zeolit NaA, Cu0,5/zeolit NaA danCu0,75/zeolit NaA secara berturut-turut terlihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Data luas permukaan dan volume pori hasil pengukuran BETKatalis Luas Permukaan (m2/g)Zeolit NaA 18,03

Cu0,25/zeolit NaA 11,43Cu0,5/zeolit NaA 4,46Cu0,75/zeolit NaA 5,18

Secara umum, semua katalis pada penelitian ini mengalami penurunan luaspermukaan. Namun, apabila Cu0,5/zeolit NaA dibandingkan dengan Cu0,75/zeolit NaA terlihat



AF-21

adanya penambahan pada luas permukaan dan volume pori. Hal ini disebabkan karenapada Cu0,5/zeolit NaA, Cu terdispersi merata pada permukaan pendukung.

Pengukuran Keasaman Padatan dengan Metoda Adsorpsi PiridinKeasaman pada penelitian ini dilakukan dengan metode adsorpsi piridin

menggunakan analisis FT-IR. Adapun hasil uji keasaman pada penelitian ini dapat dilihatpada Gambar 5. Spektra FTIR pada Gambar 5 menunjukkan adanya pita serapan padadaerah bilangan gelombang 1650 cm-1, dimana pita serapan pada daerah tersebutmenandakan adanya sisi asam Brnsted. Jumlah sisi asam Brnsted pada Gambar 5meningkat dengan urutan Cu0,75/zeolit NaA < Cu0,25/zeolit NaA < zeolit NaA < Cu0,5/zeolitNaA. Sifat asam Brnsted ini muncul dikarenakan adanya Cu yang bersifat asam sehinggadapat menyerap piridin yang bersifat basa. Selain adanya Cu, sisi asam Brnsted munculjuga dapat dikarenakan adanya kandungan aluminium yang juga berkaitan dengan sifatkeasaman zeolit. Pada penelitian ini, penunjuk asam lewis yaitu pada daerah 1450 cm -1tidak muncul. Hal ini menunjukkan bahwa katalis yang dikarakterisasi hanya mempunyai sisiasam Brnsted.

Gambar 5. Spektra FTIR Keasaman (a) zeolit NaA, (b) Cu0,25/zeolit NaA,(c) Cu0,5/zeolit NaA dan (d) Cu0,75/zeolit NaA

Uji Katalisis pada Reaksi DenitrifikasiAktivitas merupakan kemampuan katalis dalam mengkonversi reaktan menjadi

produk yang diinginkan. Katalis hasil preparasi dalam penelitian ini kemudian diuji katalisismelalui reaksi reduksi ion nitrat dengan gas H2, dimana aktivitas dari katalis sesuai denganperubahan ion nitrat yang terkonversi. Semakin besar ion nitrat yang terkonversi, makaaktivitas katalis makin besar. Adapun, katalis yang digunakan dalam reaksi reduksi ion nitratini adalah katalis zeolit NaA, Cu0,25/zeolit NaA, Cu0,5/zeolit NaA, Cu0,75/zeolit NaA. Reaksitanpa katalis juga dilakukan sebagai pembanding. Hasil perhitungan konversi ion nitrat yangdiperoleh pada masing-masing katalis ditunjukkan pada Gambar 6.



AF-22

Gambar 6. Konversi Nitrat pada Reaksi Reduksi Ion Nitrat denganKatalis Hasil Sintesis

Jika dilihat dari pengaruh luas permukaan, terlihat bahwa katalis yang ditambah denganlogam memiliki luas permukaan yang lebih kecil dibandingkan dengan zeolit NaA akibattertutupnya pori-pori oleh logam. Meskipun penambahan logam terbukti menurunkan luaspermukaan, namun tidak menimbulkan efek yang buruk terhadap aktivitas katalis. Hal inidibuktikan pada Gambar 7, dimana aktivitas Cu0,5/zeolit NaA lebih besar daripada zeolitNaA. Hal ini dapat pula terjadi karena, penambahan logam pada padatan pendukungmembuat H2 yang teradsorb lebih banyak dibandingkan dengan hanya pendukung sajapada saat aktivasi katalis. Semakin banyak H2yang teradsorb mengakibatkan hasil reduksisemakin banyak. Aktivitas katalis menurun setelah dilakukan penambahan logam Cudengan konsentrasi 0,75%. Hal ini sesuai dengan penelitian Yoshinaga, dkk. (2002) yangmenyatakan bahwa aktivitas katalis menjadi berkurang jika logam Cu yang ditambahkanberlebih

Gambar 7. Aluran Katalis terhadap Konversi Ion Nitrat danLuas Permukaan



AF-23

Keasaman besar dapat memungkinkan sisi asam Brnsted yang besar dan mampumemberikan proton (H+), sehingga reaksi terjadi semakin cepat dan produk yang dihasilkanbertambah. Hal ini juga diperkuat dengan data keasaman yang menyatakan bahwakeasaman paling tinggi dimiliki oleh Cu0,5/zeolit NaA dan menunjukkan aktivitas katalisispaling tinggi dibandingkan katalis lainnya. Sehingga dapat disimpulkan bahwa peningkatan

keasaman katalis sebanding dengan kenaikan aktivitasnya. Hal ini sesuai denganpernyataan Pintar,dkk. (2004) yang menyatakan bahwa semakin tinggi sifat keasaman padasuatu katalis, maka aktivitasnya semakin tinggi.

4. KesimpulanBerdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan bahwa

zeolit NaA, Cu0,25/zeolit NaA, Cu0,5/zeolit NaA dan Cu0,75/zeolit NaA dapat digunakansebagai katalis pada reaksi reduksi ion nitrat. Aktivitas katalis semakin meningkat denganmeningkatnya sifat keasaman katalis dengan urutan Cu0,75/zeolit NaA < Cu0,25/zeolit NaA 270 nm, ca. 1-2 mW/cm2). Cellreaktordimasukkan dalam ice waterselama reaksi untuk menjaga suhu reaksi. Sejumlah CO 2yangdihasilkan dan asetaldehid yang terdekomposisi dianalisis dengan menggunakan detektorTCD dan FID menggunakan gas kromatografi (Shimadzu, GC-14A).

3. Hasil dan PembahasanGambar 1 menunjukan pola XRD dari TiO2 yang dicampur dengan zeolit ZSM-5

dengan berbagai variasi TiO2. Serbuk TiO2menunjukkan pola difraksi dari struktur anatasepada 2 sekitar 26 deg. Ukuran partikelnya 8 nm dengan menggunakan persamaanScherre. Untuk pola difraksi zeolit ZSM-5 diketahui mempunyai struktur MFI, yang lebihberbentukdibanding serbuk TiO2, hal ini menunjukkan pertumbuhan kristal zeolit. Pada saatsejumlah kecil serbuk TiO2 dicampur secara mekanik dengan zeolit selama 5 menit, agaksusah diamati pola difraksinya yang menunjukkan serbuk TiO2, tetapi setelah jumlah TiO2

dinaikkan sampai 20%, lebar puncak difraksi menunjukan struktur anatase (101) pada 2sekitar 26 deg.Spektrum absorpsi UV-visibel dari TiO2/ZSM-5 dapat dilihat pada Gambar 2.

Absorpsi TiO2/ZSM-5 diamati pada panjang gelombang 380-400 nm. Apabila serbuk TiO2kurang dari 5% dicampur dengan ZSM-5, maka berkas sinar diteruskan melalui sampelyang transparan dari ZSM-5. Tetapi jika jumlah TiO2 sekitar 10-20%, berkas sinar tidakdapat menembus sampel, ini menandakan efisiensi iradiasi sinar UV pada TiO2. Koefisienabsorpsi dari serbuk TiO2 di daerah sinar UV diketahui sangat tinggi, seperti halnya jikafraksi serbuk TiO2 pada zeolit bertambah, sinar tidak dapat diiradiasi-kan pada sisibelakang (backside) dari partikel TiO2. Hasil tersebut menjelaskan bahwa pentingnyamenggunakan zeolit yang mengandung silika, seperti ZSM-5 karena daya tembusnya yangefisien terjadi dari sinar UV pada partikel TiO2 tanpa kehilangan intensitas cahaya yangberhamburan.

Gambar 3 menunjukkan reaktivitas fotokatalitik dari TiO2/ZSM-5 mempunyai hasil

yang hampir mirip dengan metode ultrasonic. Hasil ini dapat disimpulkan bahwa reaktivitasfotokatalitik TiO2 dapat ditingkatkan dengan cara mencampurkan secara mekanik terhadapzeolit yang hidrofob sebagai material adsorben.



AF-36

K.

M.

function

Wavelength / nm

0

13

5

200 300 400 500 600

(b)

(a)(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

10(A)

K.

M.

function

Wavelength / nm

0

13

5

200 300 400 500 600

(b)

(a)(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

10(A)

Gambar 2. Spektrum absorpsi UV-Vis dari TiO2yang dicampur dengan zeolit ZSM-5Kandungan TiO2(wt%): (a) 100, (b) 50, (c) 20, (d) 10, (e) 5, (f) 1, dan (g) 0.

5 10 15 20 25 30 350

1000

2000

3000

4000

2 theta / degree

Intens

ity

/cps

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

5 10 15 20 25 30 350

1000

2000

3000

4000

2 theta / degree

Intens

ity

/cps

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

Gambar 1. Pola XRD TiO2yang dicampur dengan zeolit ZSM-5(SiO2/Al2O3= 1880).Kandungan TiO2(%): (a) 100, (b) 50, (c) 20, (d) 10, (e) 5, (f) 1, dan (g) 0.



AF-37

Pengaruh kandungan TiO2 yang ditambahkan pada zeolit ZSM-5 dapat dilihat padaGambar 4. Pada reaksi oksidasi lengkap gas asetaldehid dengan adanya O2dan uap H2O dibawah sinar UV (>270 nm), jika kandungan TiO2sekitar 5-15 wt% pada zeolit ZSM-5 akanmenunjukkan hasil sekitar 2 kali lebih besar daripada reaktivitas fotokatalitik partikel TiO2murni. Pada penelitian sebelumnya, zeolit ZSM-5 juga bekerja dengan baik sebagaiadsorben untuk memusatkan asetaldehid (Takeuchi et al., 2007). Zeolit silika tidakmempunyai sisi asam Bronsted yang berfungsi sebagai sisi aktif adsorpsi untuk molekulpolar seperti H2O (Chen, 1976), sehingga molekul asetaldehid terkumpul pada rongga zeolityang terdifusi pada permukaan katalis.

4. KesimpulanTiO2 komersial dapat ditingkatkan sifat fotokatalitiknya dengan metode sederhana

dengan mencampurkan secara mekanik dengan zeolit yang hidrofob, ZSM-5. Jumlahoptimum zeolit sebagai adsorben untuk reaksi fotokatalitik sekitar 80-95% apabila disinariUV. Sifat hidrofob dari zeolit menyebabkan gas asetaldehid terkumpul pada rongga jugaakan pindah perlahan ke dalam TiO2, yang menyebabkan peningkatan dalam reaktivitasfotokatalitiknya.

YieldofCO

2

forma

tion/mol

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

(A) (B) (C)YieldofCO

2

forma

tion/mol

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

(A) (B) (C)Gambar 3. Reaktivitas fotokatalitik (iradiasi sinar UV : 1 jam) TiO2/ZSM-5

(TiO2/ZSM-5 ratio = 10/90) preparasi dengan: (A) secara mekanik,(B) larutan suspensi secara ultrasonic dan (C) tanpapencampuran

TiO 2 contents / wt%

YieldofCO

2

formatio

n/mol

0 20 40 60 80 1000

3

6

9

12

15

18

TiO 2 contents / wt%

YieldofCO

2

formatio

n/mol

0 20 40 60 80 1000

3

6

9

12

15

18

Gambar 4. Reaktivitas fotokatalitik (iradiasi sinar UV: 3 jam)dari TiO2 dicampur secara mekanik dengan zeolit

ZSM-5 dan non-porousSiO2.



AF-38

PenghargaanDepartment of Applied Chemistry, Graduate School of Engineering, Osaka

Prefecture University, Osaka, Japan, atas fasilitas penelitian. Matsuda Scholarship Japan,untuk financial selama penelitian.

Daftar PustakaAnpo, M., Shima, T., Kodama, S., dan Kubokawa, Y., (1987),. Physical Chemistry, Vol.91, hal. 4305.Anpo, M., Chiba, K., Tomonari, M., Coluccia, S., Che, M., dan Fax, A., (1991). Bulletin Chemical

Society. Japan. Vol. 64, hal. 543.Anpo, M., dan Yamashita, H., in: M. Schiavello (Eds.) (1997), Heterogeneous Catalysis, Wiley,London.Anpo, M. (Ed.) (2000), Photofunctional Zeolites, NOVA, New York.Chen, N.Y., (1976), Physical Chemistry,Vol. 80, hal.60.Durgakumari, V., Subrahmanyam, M., Subba Rao, K.V., Ratnamala, A., Noorjahan, M., dan Tanaka,

K., (2002), An easy and efficient use of TiO2supported HZSM-5 and TiO2+ HZSM-5 zeolitecombinate in the photodegradation of aqueous phenol and p-chlorophenol, Applied Catalysis. A. General. Vol. 234, hal. 155.

Fujishima, A., Hashimoto, K., dan Watanabe, T. (Eds.) (1999), TiO2Photocatalysis Fundamentals andApplications, BKC, Tokyo.

Grtzel, M. (Eds.) (1983), Energy Resources through Photochemistry and Catalysis, Academic Press,New York.

Ibusuki, T., dan Takeuchi, K., (1994), . Molecular Catalysis, Vol.88, hal.93.Rakhmawaty, D., Matsuoka, M., dan Anpo, M., (2008), Photocatalytic decomposition of N2O in the

presence of CO using Ti/USY photocatalysts, InProceeding of The International Seminar onChemistry 2008, Jatinangor, Indonesia.

Serpone, N., dan Pelizzetti, E (Eds.) (1989), Photocatalysis Fundamentals and Applications, Wiley,New York.Ollis, D.F., dan Al-Ekabi, H (Eds.) (1993), Photocatalytic Purification and Treatment of Water and Air,

Elsevier, Amsterdam.Sato, S.dan White, J. M., (1980) ,Reactions of water with carbon and ethylene over illuminated

Pt/TiO2 Chemical Physics Letters, Vol. 70, hal. 131.Takeuchi, M., Tsujimaru, K., Sakamoto, K., Matsuoka, M., Yamashita, H., dan Anpo, M., (2003), Res.

Chem. Intermed., 29, Vol. 6, hal. 619.Takeda, N., Torimoto, T., Sampath, S., Kuwabata, S., dan Yoneyama, H., (1995), Physical

Chemistry, Vol. 99, hal. 9986.Takeuchi, M., Kimura, T., Hidaka, M., Rakhmawaty, D., dan Anpo, M., (2007), Photocatalytic

oxidation of acetaldehyde with oxygen on TiO2/ZSM-5 photocatalysts: Effect of hydrophobicity ofzeolites Catalysis., Vol. 246, hal.235.Uchida, H., Itoh, S., dan Yoneyama, H., (1993), Chemistry Letter, hal.1995.Yamashita, H., Harada, M., Tanii, A., Honda, M., Takeuchi, M., Ichihashi, Y., Anpo, M., Iwamoto, N.,

Itoh, N., Hirao, T., (2000),CatalysisToday,Vol.63, hal.63.



AF-39

Aktivitas Antibakteri Kain Komposit Kitosan-EpoksiSilika dan Kain Kitosan-Silika Sebagai Tekstil

Antibakteri

Dina Kartika Maharani1, Indriana Kartini2, Nurul Hidayat Aprilita2.

1) Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya2) Jurusan Kimia Universitas Gadjah Mada Yogyakarta

AbstrakUji aktivitas antibakteri kain kitosan maupun kain komposit kitosan-silika terhadap

bakteri Stapphylococcus aureus telah dilakukan. Pembuatan tekstil antibakteri dilakukandengan cara melapisi kain katun dengan kitosan maupun komposit kitosan-silika. Prosespelapisan dilakukan dengan menggunakan metode pencelupan atau dip-coating denganteknik pad-dry-cure. Kain yang telah dilapisi kitosan maupun komposit kitosandikarakterisasi menggunakan analisis Difraksi Sinar-X. Uji aktivitas antibakteri kain kitosanmaupun kain kitosan-silika terhadap bakteri Stapphylococcus aureus dilakukan denganmetode shake flask turbidimetry. Hasil analisis Difraksi Sinar-X pada kain terlapis kitosanmaupun komposit kitosan-silika menunjukkan tidak adanya perubahan struktur kain katunsetelah proses pelapisan. Aktivitas antibakteri kain kitosan pada jam ke 3 adalah sebesar43,54 %, sedangkan kain kitosan-silika 0,01 M adalah sebesar 46,78 % dan kain kitosan-epoksi silika 0,01 M adalah sebesar 54,82 %.

Kata kunci: tekstil antibakteri, lapis tipis, kitosan, komposit kitosan-silika

1. PendahuluanKitosan yang merupakan turunan dari kitin diketahui memiliki kemampuan untuk

berikatan dengan berbagai macam sel mikroba maupun mamalia, oleh karena itu banyakaplikasi dalam bidang biomedis diantaranya adalah aplikasi kitosan sebagai bahanbacteriostatic. Pada awal tahun 1950an, Katchalsky menjelaskan tentang aktivitaspengikatan polikation kitosan terhadap berbagai jenis sel. Katchalsky melaporkan bahwapolikation memiliki kemampuan untuk mengikat berbagai macam jenis sel, termasuk seldarah merah. Polikation kitosan, khususnya dalam bentuk larutan dapat diaplikasikansebagai bahan antibakteri (bacteriostatic agent), dan hemostatic agent. Sejumlah penelitianmengenai aktivitas antibakteri kitosan dan mekanisme aktivitas antibakterinya telahberlangsung sejak tahun 1950an. Evan dan Kent (1962), melaporkan bahwa kitinterdeasetilasi dapat mengaglutinasi berbagai macam jenis sel mikroba, seperti halnya padasel darah merah (Olsen et al., 1989).

Kitosan merupakan biopolimer alami dengan kelimpahan terbesar kedua di alamsetelah selulosa. Kitosan terdapat dalam rangka luar crustacean dan arthropoda, danmerupakan kopolimer nontoksik yang terdiri dari unit kopolimer -(1,4)-2-acetamido-2-

deoksi-D-glukosa dan -(1,4)-2-amino-2-deoksi-D-glukosa (Liu, 2006). Kitosan diperolehdari proses N-deasetilasi kitin. Adanya gugus amina bebas yang dimiliki oleh kitosantersebut menyebabkan kitosan dapat dimodifikasi untuk memperoleh turunan kitosan(Bhumkar, 2006). Kitosan memiliki struktur yang sama dengan selulosa, namun gugushidroksil pada atom karbon kedua digantikan oleh gugus amina. Kitosan larut dalamberbagai pelarut seperti asam klorida, asam format dan asam asetat, sedangkan kitin tidaklarut dalam air maupun pelarut-pelarut asam.

Biodegradable, biocompatible, dan bioadhesive merupakan sifat-sifat utama daripolimer kitosan, sehingga kitosan sangat luas aplikasinya diantaranya sebagai bahanantibakteri pada tekstil. Dalam pH asam, gugus amina bebas (-NH 2) terprotonasi menjadi




AF-40

gugus amina kationik (-NH3). Kitosan merupakan larutan polielektrolit linier pada pH asam.Kitosan memiliki densitas muatan yang tinggi, satu muatan per unit glukosamin, sehinggamuatan positif kitosan dari gugus (-NH3

+) dapat berinteraksi dengan berbagai materialbermuatan negatif (Sanford, 1988).

Secara umum fungsionalisasi pada tekstil dapat dicapai dengan memperbaiki sifat

serat kain maupun dengan memodifikasi permukaan tekstil. Proses fungsionalisasi tekstilpada prinsipnya adalah dapat berupa menginkorporasi bahan aditif fungsional pada serattekstil, grafting secara kimia pada polimer serat tekstil serta pemberian perlakuan akhir padatekstil yaitu melapisi tekstil dengan bahan fungsional. Prinsip yang terakhir yaitu prosespelapisan pada tekstil merupakan metode yang sangat fleksibel, tidak tergantung pada jenisserat tekstil, memerlukan bahan aditif yang sedikit, serta memudahkan kombinasi antaraberbagai bahan fungsional. Perlakuan akhir pada tekstil yaitu pelapisan banyak dilakukandengan metode pelapisan nanosol atau nanosol coating (Mahltig et al, 2005).

Dalam penelitian ini dibuat tekstil antibakteri dengan cara melapiskan kitosanmaupun komposit kitosan-silika pada kain katun dengan menggunakan metode dip-coatingdengan teknik pad-dry-cure. Lapis tipis kitosan maupun komposit kitosan-epoksi silika dankitosan-silika pada kain katun selanjutnya dikarakterisasi dengan Difraksi Sinar-X. Aktivitasantibakteri kain kitosan maupun kain komposit kitosan-silika diuji terhadap bakteriStaphylococcus aureusdengan metode Shake flask turbidimetry.

2. Metode PenelitianPreparasi kitosan dan komposit kitosan

Kitosan dipreparasi dari reaksi deasetilasi kitin yang diisolasi dari limbah cangkangkepiting dengan hasil harga derajat deasetilasi sebesar 70 %. Larutan kitosan dibuatdengan pelarut asam asetat 2 % dengan konsentrasi 0,1 %. Preparasi komposit kitosanmenggunakan dua prekursor yaitu nanosol epoksi silika dan silika dilakukan denganmenggunakan metode sol-gel. Komposit kitosan-silika dibuat dengan prekursortetraetilortosilikat sedangkan kitosan-epoksi silika dibuat dengan prekursorglisidoksipropiltrimetoksisilan dengan pelarut etanol. Konsentrasi tetraetilortosilikat (TEOS)dan glisidoksipropiltrimetoksisilan (GPTMS) yang digunakan adalah 0,01 M dan 0,5 M.Komposit kitosan-epoksi silika dan komposit kitosan-silika dibuat melalui prosespengadukan larutan kitosan dan nanosol dengan perbandingan % berat/berat kitosan :nanosol 60: 40.

Pelapisan kitosan dan komposit kitosan pada kain katunPelapisan kitosan dan komposit kitosan pada kain katun dilakukan menggunakan

metode pencelupan atau dip-coating dengan teknik pad-dry-cure. Kain katun dicelupkanpada larutan kitosan maupun larutan komposit kitosan sebanyak 10 kali, selanjutnyadikeringkan pada temperatur 80 oC selama 5 menit dan dikeringkan kembali padatemperatur 140 oC selama 3 menit. Berat kain setelah pencelupan maupun pengeringanditimbang.

Uji Aktivitas antibakteri kain kitosan dan kain komposit kitosan-silikaUji aktivitas antibakteri dilakukan dengan metode shake flask turbidimetry. terhadap

bakteri Stapylococcus aureus. Aktivitas antibakteri dihitung sebagai % hambatan terhadappertumbuhan bakteri dengan menggunakan persamaan berikut :

Aktivitas antibakteri (%) = %100xVkontrol

VsampelVkontrol

dimana V adalah laju pertumbuhan bakteri yang dihitung dengan persamaan :

bakteri jam ke 0 bakteri jam ke-nV =

bakteri jam ke 0



AF-41

3. Hasil dan PembahasanKitosan hasil deasilasi kitin yang diisolasi dari cangkang kepiting dalam penelitian ini

memiliki harga derajat deasetilasi 70,2 % dan karakteristik seperti yang tercantum dalamtabel 1 berikut :

Tabel 1. Karakteristik kitosan.

Sifat Fisika KitosanKadar Nitrogen 6,51 %Kadar Air 10,8 %Kadar Mineral 1,06 %Berat molekul 733 kDa

Analisis Difraksi Sinar-X Kain Kitosan dan Kain Komposit KitosanHasil analisis difraksi sinar-X menunjukkan tidak adanya perubahan struktur kain

setelah proses pelapisan. Hal ini menandakan bahwa proses pelapisan yang dilakukan tidakmerusak struktur kain. Puncak refleksi dari silika tidak terlihat karena overlap denganpuncak selulosa yang lebar dan luas. Hal ini juga mengindikasikan bahwa pelapisankomposit kitosan pada kain diperkirakan dominan menghasilkan lapisan-lapisan padaselulosa dimana komposit kitosan berada pada permukaan terluar lapisan kitosan-epoksisilika maupun lapisan kitosan-silika, sedangkan epoksi-silika dan silika berada diantara kain

dan kitosan.

Gambar 1. Difraktogram kain kitosan, kain kitosan-epoksi silika, kain kitosan-silika danepoksi silika

Puncak-puncak karakteristik kristal selulosa muncul di 2 14,5o, 16,5o dan 22,5o yangmerefleksikan bidang 110, 110 dan 020 (Yano et al., 2008). Intensitas kisi kristal ketigapuncak tersebut pada kain yang dilapisi kitosan, kitosan-epoksi silika 0,01M maupunkitosan-silika 0,01M mengalami peningkatan yang menandakan pelapisan kitosan, kitosan-epoksi silika maupun kitosan-silika meningkatkan rapat struktur selulosa. Hal ini dibuktikandengan besarnya jarak antar bidang (d-spacing) pada kain > kain kitosan > kain kitosan-epoksi silika > kain kitosan-silika. Perbedaan kristalinitas dari kain kitosan, kain kitosan-

epoksi silika dan kain kitosan-silika ini diperkirakan akan memberikan perbedaan pada sifatfisik maupun kimia ketiga jenis kain tersebut.

Aktivitas antibakteri Kain Kitosan dan Kain Komposit Kitosan-SilikaHasil uji aktivitas antibakteri pada kain yang dilapisi kitosan dibandingkan dengan

kain yang dilapisi kitosan-epoksi silika maupun kitosan-silika seperti disajikan pada gambar2 menunjukkan bahwa kain yang dilapisi komposit kitosan-epoksi silika maupun kitosan-silika memiliki aktivitas antibakteri yang relatif tidak jauh berbeda dengan kain yang dilapisikitosan. Prosentase aktivitas antibakteri kain kitosan pada jam ke 3 adalah sebesar 43,54%, sedangkan kain kitosan-silika 0,01 M adalah sebesar 46,78 % dan kain kitosan-epoksi

Ket : KitosanEpoksi silikaKitosan-Epoksi silika 0,01 MKitosan-Silika 0,01M

I

2000

1000

5 10 15 2520 30 35 40 45 50

20

020

110110



AF-42

silika 0,01 M adalah sebesar 54,82 %. Adanya penambahan epoksi silika maupun silikapada kitosan relatif tidak banyak mempengaruhi aktivitas antibakteri kitosan. Hal inimengindikasikan bahwa pada konsentrasi epoksi silika 0,01 M maupun silika 0,01 M dan0,5 M dalam komposit relatif tidak mempengaruhi kinerja gugus aktif NH3

+ pada kitosandalam proses penghambatan pertumbuhan bakteri.

0

10

20

30

40

50

60

Kit Kit-epk

0,01 M

Kit-si

0,01 M

Kit-epk

0,5 M

Kit-si

0,5 M

Aktivitasantibakteri(%)

3 jam

6 jam

9 jam

24 jam

Gambar 2. Aktivitas antibakteri kain kitosan (kit), kain kitosan-epoksi silika (kit-epk) 0,01 Mdan 0,5 M serta kain kitosan-silika (kit-si) 0,01 M dan 0,5 M.

Prosentase aktivitas antibakteri pada kain kitosan-epoksi silika 0,01 M berdasarkanhasil uji aktivitas antibakteri yang telah dilakukan menunjukkan aktivitas antibakteri yanglebih tinggi dibandingkan pada kain kitosan maupun kain kitosan-silika 0,01 M dan 0,05 M.Hal ini mengindikasikan bahwa mekanisme antibakteri oleh ketiga jenis kain tersebutdiperkirakan dapat berbeda-beda satu dengan yang lain akibat perbedaan bahanpelapisnya.

4. KesimpulanPembuatan tekstil antibakteri dengan metode pelapisan atau dip coating telah

berhasil dilakukan. Hasil analisis difraksi sinar-X pada kain kitosan maupun kain kompositkitosan menunjukkan bahwa struktur kain katun setelah proses pelapisan tidak berubah. Halini menandakan bahwa proses pelapisan kain dengan kitosan dan komposit kitosan tidakmerubah struktur kain katun. Aktivitas antibakteri kain kitosan pada jam ke 3 adalah sebesar43,54 %, sedangkan kain kitosan-silika 0,01 M adalah sebesar 46,78 % dan kain kitosan-epoksi silika 0,01 M adalah sebesar 54,82 %. Perbedaan aktivitas antibakteri pada ketigajenis kain tersebut mengindikasikan adanya perbedaan mekanisme antibakterinya.

Daftar PustakaBhumkar, D.R and Phokarkar, V.B. 2006. Studies on Effect of pH on Crosslinking of Chitosan With

Sodium Tripolyphosphate : A Technical Note. AAPS Pharmacy Science Technology. 7.Liu, N et al. 2006. Effect of MW and concentration of chitosan on antibacterial activity of Escherichia

coli. Carbohydrate Polymers. 64. 60-65.Mahltig, B., Haufe, H. and Bottcher, H., 2005, Functionalisation of textile by Inorganic sol-gel coatings,

J.Mater.Chem., 15, 4385-4398.Olsen, R., Swartzmiller, D., Weppner, W., and Winandy, R., 1989, Biomedical Applications of Chitin

and Its Derivates In Skjak-Braek, G., Anthosen, T., Sandford, P. (Eds). Chitin and Chitosan :Sources, Chemistry, Biochemistry, Physical Properties and Applications, Elsevier, London,813-828.

Sandford, P.A., 1990. High Purity Chitosan and Alginate : Preparation, Analysis and Applications,Proceeding of a conference on Frontiers in Carbohydrate Research. Purdue University,Indiana USA.

Yang, C.Q et al. 2000. Evaluating Glutaraldehyde Durable Press Finishing Agent for Cotton Fabrics.Textiles Research Journal. 70. 230-236.

Yano, S., Maeda, H., Nakajima, M., Hagiwara, T. and Sawaguchi, T., 2008, Preparation andmechanical properties of bacterial cellulose nanocomposites loaded with silica nanoparticles,Cellulose, 15, 111-120.

Xing, Y., Yang, X., and Dai, J., 2007, Antimicrobial finishing of cotton textile based on water glass bysolgel method, J.Sol-Gel Sci.Technol.,43, 187-192.



AF-43

Pengaruh Konsentrasi Komposit Kitosan-EpoksiSilika Terhadap Aktivitas Antibakteri Kain Kitosan-

Epoksi Silika Untuk Aplikasi Tekstil Antibakteri

Dina Kartika Maharani1, Indriana Kartini2, Nurul Hidayat Aprilita2.

1)Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya2)Jurusan Kimia Universitas Gadjah Mada Yogyakarta

AbstrakPembuatan tekstil antibakteri dengan bahan antibakteri kitosan telah dilakukan.

Kitosan dikompositkan dengan epoksi silika untuk meningkatkan kuat ikat kitosan pada kain.Uji aktivitas antibakteri kain kitosan maupun kain komposit kitosan-silika terhadap bakteri

Stapphylococcus aureus. Pembuatan tekstil antibakteri dilakukan dengan cara melapisi kainkatun dengan kitosan maupun komposit kitosan-silika. menggunakan metode pencelupanatau dip-coating dengan teknik pad-dry-cure. Kain yang telah dilapisi kitosan maupunkomposit kitosan dikarakterisasi menggunakan analisis Difraksi Sinar-X. Uji aktivitasantibakteri kain kitosan maupun kain kitosan-silika terhadap bakteri Stapphylococcus aureusdilakukan dengan metode shake flask turbidimetry. Hasil analisis Difraksi Sinar-X pada kainterlapis komposit kitosan-epoksi silika menunjukkan tidak adanya perubahan struktur kainkatun setelah proses pelapisan. Aktivitas antibakteri kain kitosan-epoksi pada jam ke 3untuk konsentrasi epoksi silika 0,01 M ; 0,05 M ; 0,1 M ; 0,25 M relatif tidak berbeda yaitusekitar 55 %. Konsentrasi epoksi silika 0,5 M dan 3 M memberikan hasil penurunan aktivitasantibakteri kain komposit kitosan-epoksi silika.

Kata kunci: tekstil antibakteri, lapis tipis, kitosan, komposit kitosan-epoksi silika

1. PendahuluanKitosan merupakan biopolimer alami dengan kelimpahan terbesar kedua di alam

setelah selulosa. Kitosan terdapat dalam rangka luar crustacean dan arthropoda, danmerupakan kopolimer nontoksik yang terdiri dari unit kopolimer -(1,4)-2-acetamido-2-deoksi-D-glukosa dan -(1,4)-2-amino-2-deoksi-D-glukosa (Liu, 2006). Kitosan diperolehdari proses N-deasetilasi kitin. Adanya gugus amina bebas yang dimiliki oleh kitosantersebut menyebabkan kitosan dapat dimodifikasi untuk memperoleh turunan kitosan(Bhumkar, 2006). Kitosan memiliki struktur yang sama dengan selulosa, namun gugushidroksil pada atom karbon kedua digantikan oleh gugus amina. Kitosan larut dalamberbagai pelarut seperti asam klorida, asam format dan asam asetat, sedangkan kitin tidaklarut dalam air maupun pelarut-pelarut asam.

Biodegradable, biocompatible, dan bioadhesive merupakan sifat-sifat utama daripolimer kitosan, sehingga kitosan sangat luas aplikasinya diantaranya sebagai bahanantibakteri pada tekstil. Dalam pH asam, gugus amina bebas (-NH 2) terprotonasi menjadigugus amina kationik (-NH3)

4630-didik-prasetyoko-prosiding kategori kimia anorganik & fisik

Documents