SINTESIS NANO TiO2 MENGGUNAKAN METODE SOL-

GEL DENGAN PENAMBAHAN PEG SEBAGAI

ANTIMIKROBA

Skripsi

Disajikan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar Sarjana Sains

Program Studi Kimia

oleh

Dwi Indarti Ayu

4311410028

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2015

ii

iii

iv

v

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

MOTTO

Sesuatu yang belum dikerjakan, seringkali tampak mustahil; kita baru yakin kalau kita telah

berhasil melakukannya dengan baik. (Evelyn Underhill )

PERSEMBAHAN

Kupersembahkan karya ini untuk:

Untuk papa mama, terimakasih atas doa dan kasih kalian

kepadaku tiada tara.

Untuh mbah kakung dan mbah putri, semoga kalian bangga

melihatku disana.

Dan para sahabat dan teman-teman ku yang selalu

menyemangatiku.

vi

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah

melimpahkan Kasih Anugrah-Nya sehingga penulis mampu menyelesaikan

penyusunan skripsi ini dengan judul “Sintesis nano TiO2 menggunakan metode sol-

gel dengan penambahan peg sebagai antimikroba ”.

Skripsi ini disusun sebagai syarat untuk untuk mencapai gelar sarjana Sains

program studi kimia di Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan

Alam Universitas Negeri Semarang.

Perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang

telah membantu, baik dalam penelitian maupun penyusunan skripsi ini. Ucapan

terima kasih ini penulis sampaikan kepada:

1. Dekan FMIPA Universitas Negeri Semarang.

2. Ketua Jurusan Kimia Universitas Negeri Semarang.

3. Harjito, S. Pd., M. Sc sebagai dosen pembimbing yang telah memberikan

perhatian, bimbingan, arahan, dan saran kepada penulis selama penyusunan

Skripsi.

4. Drs. Subiyanto Hs, M.Si dan Drs. Sigit Priatmoko, M.Si sebagai dosen penguji

yang telah memberikan masukan, arahan, dan saran kepada penulis selama

Skripsi.

vii

5. Kepala Laboratorium Kimia Unnes yang telah memberikan ijin penelitian.

6. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah membantu

dalam penyusunan Skripsi ini.

Demikian ucapan terima kasih dari penulis, semoga Skripsi ini dapat

bermanfaat dan dapat memberikan kontribusi positif bagi para pembaca dan

perkembangan ilmu pengetahuan dalam dunia penelitian.

Semarang, 23 Juni 2015

Penulis

viii

ABSTRAK

Ayu, D. I. 2015. Sintess Nano TiO2 menggunakan metode sol gel dengan

penambahan PEG sebagai antikroba. Skripsi, Jurusan Kimia Fakultas Matematika

dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Semarang. Dosen Pembimbing:

Harjito, S.Pd., M. Sc

Kata kunci: Antimikroba, Nano TiO2, dan PEG

Penelitian tentang sintesis nano TiO2 menggunakan metode sol gel dengan

penambahan PEG sebagai antimikroba telah dilakukan untuk mengetahui pengaruh

variasi rasio volume larutan PEG 1% terhadap TIPP pada uji antimikroba. Nano TiO2

disintesis menggunakan metode sol gel dengan TIPP dan etanol yang ditambahkan

PEG 1% yang hasilnya diujikan pada DR-UV dan XRD. Hasil analisis untuk

penambahan PEG 1% 1:1, 3:1, dan 4:1 menghasilkan nilai band gap sebesar 3,29 eV;

3,23 eV; dan 3,25 eV. Hasil analisis XRD menunjukkan pada penambahan 1:1, 3:1,

dan 4:1 ukuran partikel sebesar 37,28; 36,20, dan 45,07 nm. Hasil nano TiO2 dengan

penambahan PEG efektif membunuh mikroba E.coli dan Staphylococcus A.

ix

ABSTRACT

Ayu, D. I. 2015. Sintess Nano TiO2 sol gel using PEG as antimicroba. Final Project,

Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Semarang State University.

The Main Supervisor : Harjito, S.Pd., M. Sc

Keywords: Antimicrobial, Nano TiO2, and PEG

Synthesis of nano TiO2 sol gel using PEG addition as an antimicrobial to determine

the effect of variations in the ratio of the volume of PEG solution of 1% of the TIPP

on antimicrobial it has been done. Nano TiO2 is synthesized using sol-gel method

with TIPP precursor by 1% PEG addition by using DR-UV characterization and

XRD. Result of the analysis for the addition of 1% PEG 1: 1, 3: 1 and 4: 1 produces

the value of the band gap of 3.29 eV; 3.23 eV; and 3.25 eV. XRD analysis result

showed the addition of 1: 1, 3: 1 and 4: 1 particle size of 37.28; 36.20, and 45.07 nm.

Result of nano TiO2 with addition of PEG effectively kills microbes Escherichia coli

and Staphylococcus A.

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ............................................................................................. i

PERNYATAAN .................................................................................................... ii

PERSETUJUAN PEMBIMBING ......................................................................... iii

PENGESAHAN .................................................................................................... iv

MOTTO DAN PERSEMBAHAN ........................................................................ v

KATA PENGANTAR .......................................................................................... vi

ABSTRAK ............................................................................................................ viii

ABSTRACT .......................................................................................................... ix

DAFTAR ISI ......................................................................................................... x

DAFTAR TABEL ................................................................................................. xii

DARTAR GAMBAR ............................................................................................ xiii

DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... xiv

BAB 1 PENDAHULUAN ....................................................................................

2.1 Latar Belakang ...................................................................................... 1

2.2 Rumusan masalahan ............................................................................. 3

2.3 Tujuan Penelitian .................................................................................. 3

2.4 Manfaat Penelitian ................................................................................ 3

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ...........................................................................

2.1 Nanopartikel ......................................................................................... 4

2.2 TiO2 ...................................................................................................... 5

2.3 Mekanisme kerja fotokatalis TiO2 ........................................................ 6

2.4 Peran PEG dalam nanopartikel ............................................................. 9

2.5 Metode sol-gel ...................................................................................... 10

2.6 Bakteri .................................................................................................. 12

2.7 Mekanisme kerja zat antibakteri ........................................................... 13

BAB 3 METODE PENELITIAN..........................................................................

3.1 Variable penelitian ................................................................................. 15

xi

3.2 Alat dan Bahan ....................................................................................... 15

3.3 Cara kerja ............................................................................................... 16

BAB 4 HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ........................................

4.1 Sintesis TiO2 Dengan Penambahan PEG/STP ...................................... 21

4.2 Karakterisasi Material Nano TiO2 ......................................................... 22

4.2.1 Analisis Uji Kristalinitas Menggunakan X-Ray Diffraction (XRD)... 22

4.2.2 Analisis Ukuran Partikel Menggunakan XRD .................................... 24

4.2.3 Analisis Nilai Band Gap ..................................................................... 26

4.2.4 Analisis Aktivitas Antimikroba .......................................................... 28

BAB 5 PENUTUP ................................................................................................

5.1 Simpulan ............................................................................................... 35

5.2 Saran ..................................................................................................... 35

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 36

LAMPIRAN .......................................................................................................... 39

xii

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

4.1 Perubahan Fisik Pembentukan Serbuk TiO2 ................................................... 21

4.2 Hasil Perhitungan Ukuran Kristal Serbuk TiO2 .............................................. 25

4.3 Hasil Perhitungan Ukran Patrtikel TiO2 .......................................................... 25

4.4 Hasil Perhitungan Nilai Band Gap ................................................................. 28

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.1 Bentuk Fase Struktur TiO2 .............................................................................. 5

2.2 Mekanisme Perpindahan Elektron .................................................................. 7

2.3 Struktur PEG ................................................................................................... 10

4.2 Hasil Analisis Difaktogram XRD Serbuk TiO2 .............................................. 23

4.3 Hasil Hubungan Antara [F®Hv] Melawan Hv (A) 1:1; (B) 3:1; (C) 4:1.

..................................................................................................................... 26

4.4 Grafik Untuk Menentukan nilai Band Gap.(A) 1:1; (B) 3:1; (C) 4:1. ............ 27

4.5 Objek Antimikroba E.Coli (A) Kontrol, (B) Perlakuan 1:1, (C) Perlakuan 3:1,

dan (D) Perlakuan 4:1 .................................................................................... 29

4.6 Objek Antimikroba Staphylococcus A. (A) Kontrol, (B) Perlakuan 1:1, (C)

Perlakuan 3:1, dan (D) Perlakuan 4:1. ........................................................... 30

4.7 Grafik persen % keberhasilan Pada Uji Antimikroba ..................................... 31

4.8 Grafik %keberhasilan pada uji antimikroba pada inkubasi 24 jam, Sinar UV

Dan Sinar Matahari ........................................................................................ 32

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran Halaman

1. Diagram Alir Pembuatan Sol TiO2 ................................................................... 39

2. Diagram Alir Pembuatan Gel TiO2 Penambahan PEG ..................................... 40

3. Diagram Alir Pembentukan, Kalsinasi Dan Pengujian TiO2 ............................ 41

4. Diagram Alir Penyiapan Mikroba ..................................................................... 42

5 Diagram Uji Antimikroba perlakuan Inkubasi selama 24 jam........................... 43

6. Diagram Alur Uji Antimikroba Sinar UV ......................................................... 44

7. Diagram Alur Uji Antimikroba Sinar Matahari ................................................ 45

8. Grafik Difraksi Sinar X ..................................................................................... 46

9. Perhitungan Ukuran Partikel ............................................................................. 47

10. Data JPDS TiO2 .............................................................................................. 48

11. Data Peak Uji XRD ......................................................................................... 49

12. Grafik hubungan antara [F®hv] melawan hv untuk sampel (a) 1:1; (b) 3:1; (c)

4:1 ..................................................................................................................... 53

13. Media NA Mikroba TiO2 ................................................................................ 54

14. Dokumentasi Penelitian .................................................................................. 55

15. Data Hasil Pengamatan Sintesis TiO2 Pada Penambahan PEG....................... 56

16. Perhitungan Koloni Mikroba Yang Bertahan Hidup ...................................... 57

17. Hasil perhitungan presentase koloni yang bertahan hidup .............................. 58

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Partikel berukuran nano merupakan material yang sangat menarik, karena

material tersebut mempunyai rasio permukaan terhadap volume dan ukuran yang

besar. Di antara banyak material berukuran nano, titanium dioksida (TiO2)

merupakan semikonduktor fotokatalis yang banyak digunakan, karena mempunyai

sifat-sifat fisika dan kimia yang stabil, aktif secara katalitik, daya oksidatif yang

tinggi, dan secara ekonomi biaya produksinya rendah (Mohsen, 2012).

Titanium dioksida terbagi dalam 3 bentuk kristal polimorfik, yaitu rutil

(tetragonal), anatas (tetragonal), dan brookit (ortorombik). Di antara ketiga fase

tersebut, fase anatas yang menunjukkan kemampuan fotokatalitik yang tinggi

(Suzana, et al., 2010). Aktivitas fotokatalitik sebagian besar dikendalikan oleh sifat

penyerapan cahaya potensial reduksi dan oksidasi yang pada permukaannya didapat

dari pembentukan elektron-hole. Proses dekomposisis ini melibatkan satu radikal

seperti OH, O2, H2O2 yang berperan penting dalam mekanisme reaksi fotokatalitik

semikonduktor yang sebagian besar dikendalikan oleh penyerapan cahaya, misalnya

(i) spektrum penyerapan cahaya dan koefisien; (ii) reduksi dan oksidasi pada

permukaan elektron-hole, dan; (iii) tingkat rekombinasi pada elektron-hole. Pada area

permukaan yang besar dengan kepadatan permukaan adsorben yang konstan

menyebabkan laju reaksi fotokatalitik dipermukaan lebih cepat. Semakin besar luas

permukaan spesifik semakin tinggi aktifitas fotokataliknya. Oleh sebab itu, semakin

2

besar luas permukaan semakin cepat proses yang berlangsung. Semakin tinggi

kristalisasi maka semakin sedikit kekurangan yang terjadi dan memiliki aktifitas yang

tinggi pada fotokatalitik (Chen, 2007).

Salah satu zat yang dapat digunakan untuk memaksimalkan aktifitas

fotokatalitik adalah polietilen glikol (PEG), yang berfungsi sebagai template, dan

juga pembungkus partikel, sehingga akan diperoleh hasil partikel dengan bentuk

bulatan yang seragam (Febie, 2010). Disamping itu, PEG juga berfungsi untuk dapat

mengontrol struktur dan ukuran partikel, yang akan mempengaruhi pada luas

permukaan dan porositras titania.

Pada aktivitas fotokatalitik, sinar UV yang mengenai TiO2 akan menghasilkan

elektron dan hole. Hole pada pita valensi merupakan oksidator kuat, sedangkan

elektron pada pita konduksi merupakan salah satu pereduksi yang baik. Telah

dibuktikan bahwa sinar UV yang mengenai TiO2 dapat membunuh sel-sel kanker,

bakteri, virus, dan ganggang pada penyinaran sinar UV (Mohsen dan Maryam, 2012).

Mikroorganisme akan mati setelah kontak dengan radikal hidroksil (•OH)

dan spesi oksigen reaktif (ROS) yang terbentuk selama penyinaran pada TiO2.

Radikal hidroksil (•OH) memiliki peranan penting dalam menginaktifasi

mikroorganisme dengan cara mengoksidasi phospolipip dalam sel membrane (Song

et al, 2006). Kemampuan radikal (•OH) 1000 kali lebih efektif dalam menginaktifkan

mikroorganisme dibanding disenfektan (Li et al., 1996). Namun demikian,

penggunaaan sinar UV melibatkan energi yang besarnya lebih dari 3,2 ev, yang

jumlahnya dari spektrum sinar instalasi terbatas.

3

Pada penelitian sebelumnya, aktifitas fotokatalik TiO2 sangat efektif sebagai

antibakteri karena dapat dibuktikan dengan sinar uv yang mengenai TiO2 dapat

membunuh sel bakteri dan virus. Oleh sebab itu, pada penelitian ini akan dilakukan

untuk menguji lebih lanjut aktifitas fotokatalitik TiO2 sebagai antimikroba dengan

menggunakan bakteri gram positif dan bakteri gram negatif (Escherichia Coli dan

Staphylococcus Aureus) dengan menggunakan metode sol-gel pada sintesis TiO2

tersebut. Digunakan metode sol-gel pada proses sintesis tersebut dikarenakan proses

yang lebih mudah digunakan serta memiliki keuntungan pada setiap prosesnya.

Dibandingakan dengan metode lainnya, metode sol-gel dapat dipreparasi karena

dapat mengontrol ukuran partikel dan homogenitasnya.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan di atas, maka dapat dirumuskan

suatu permasalahan “Bagaimana pengaruh variasi rasio volume larutan PEG 1%

terhadap TIPP dengan metode sol-gel pada uji antimikroba (E.coli dan

Staphylococcus aureus)”.

1.3 Tujuan

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi rasio volume larutan

PEG 1% terhadap TIPP dengan metode sol-gel pada uji antimikroba (E.coli dan

Staphylococcus aureus).

1.4 Manfaat Penelitian

Penelitian ini bertujuan pada pengaplikasian nano TiO2 sebagai antimikroba yang

dapat menunjang bidang industri dan farmasi. Dan diharapkan dapat berguna sebagai

sarana informasi pada kalangan masyarakat.

4

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Nanopartikel

Nanoteknologi merupakan ilmu yang mempelajari partikel dalam rentang

ukuran 1-100 nm (Buzea et al., 2007). Nanoteknologi memungkinkan para ilmuwan,,

ahli kimia, dan dokter untuk bekerja pada tingkat molekul dan sel untuk

menghasilkan kemajuan penting di bidang ilmu pengetahuan dan kesehatan.

Penggunaan nanopartikel menawarkan keuntungan besar karena mempunyai sifat

yang unik dalam fisik dan kimia. Penelitian nanopartikel sedang berkembang pesat

karena dapat diaplikasikan secara luas seperti dalam bidang lingkungan, elektronik,

optis dan biomedis (Jain et al., 2006; Stern dan Mcneil, 2008).

Nanopartikel terdiri dari bahan konstituen tunggal atau gabungan dari beberapa

bahan. Nanopartikel di alam sering ditemukan dengan bahan aglomerasi dengan

berbagai komposisi, sedangkan komposisi bahan murni tunggal dapat dengan mudah

disintesis dengan berbagai metode. Berdasarkan sifat kimia dan elektromagnetik,

nanopartikel dapat tersebar pada aerosol, suspense/koloid, atau dalam keadaan

menggumpal. Sebagai contoh, nanopartikel magnetik cenderung mengelompok

membentuk sebuah aglomerat yang terkecuali permukaan mereka dilapisi dengan

bahan non-magnetik, dan dalam keadaan menggumpal, nanopartikel dapat

berperilaku sebagai partikel yang lebih besar, tergantung pada ukuran aglomerat

tersebut (Buzea et al., 2007).

5

Nanopartikel dapat dibuat dengan berbagai metode dan diantaranya yaitu

metode kopresipitasi, metode hidrotermal, dan metode sol-gel.

2.2 TiO2 (Titanium Dioksida)

Titanium dioksida (TiO2) adalah material semikonduktor yang termasuk ke

dalam satuan oksida logam. Titanium dioksida terjadi dalam 3 bentuk kristal

polimorfik, yaitu rutil (tetragonal), anatas (tetragonal), dan brookit (ortorombik). Fasa

rutil dari TiO2 adalah fasa yang umum dan merupakan fasa yang disentesis dari

mineral ilmenite melalui proses becher. Pada proses becher, oksida besi yang

terkandung dalam ilmenite dipisahkan dengan temperatur tingggi dan juga dengan

bantuan gas sulfat atau klor sehingga menghasilkan TiO2 rutil dengan kemurnian 91-

93%. Titania pada fasa anatas umumnya stabil pada ukuran partikel kurang dari 11

nm, fasa brookit pada ukuran partikel 11-35 nm, dan fasa rutil diatas 35 nm. Gambar

2.1 disajikan struktur TiO2 dalam bentuk anatas dan rutil.

(a) (b)

Gambar 2.1 Bentuk fasa pada TiO2 (a) anatas (b) rutil

Pada pengaplikasiaan dalam fotokatalis sel surya, TiO2 pada fasa anatas

banyak digunakan karena mempunyai kemampuan fotokatalik yang tinggi. Selain itu

untuk meningkatkan kinerja sistem, struktur nanokristal dan juga luas permukaan

6

yang tinggi dari TiO2 merupakan faktor penting untuk meningkatkan densitas dan

transfer elektron.

Titanium dioksida merupakan semikonduktor yang paling sesuai untuk

aplikasi lingkungan. Keunggulan dari TiO2 yaitu mempunyai celah pita energy (band

gap) yang besar (3,2 eV untuk fasa anatas dan 3,0 eV untuk fasa rutil), sehingga

memungkinkan banyak terjadinya eksitasi elektron kedalam pita konduksi dan

pembentukan hole pada pita valensi saat diinkubasi cahaya ultraviolet. Mempunyai

sifat stabil pada cahaya, dapat menyerap sinar UV dengan baik, inert, tidak beracun,

memiliki kemampuan oksidasi yang tinggi, dan mempunyai konsumsi energi yang

rendah.

Jika TiO2 disinari UV dapat menghasilkan pasangan elektron-hole, maka

dalam katalis semikonduktor TiO2 dapat terjadi reaksi oksidasi dan reduksi (redoks)

sekaligus. Reaksi-reaksi dapat diaplikasikan untuk detoksifikasi air (water treatment),

detoksifikasi udara (air cleaning effect) dan proses inaktivasi bakteri (antibacterial

effect). Disamping itu, karena film TiO2 dipermukaan bahan juga menyebabkan sudut

kontak air turun menjadi lebih kecil dari 10° (sifat superhidrofilik), maka TiO2 juga

dapat diaplikasikan untuk menghilangkan kabut pada keramik (antifogging effect) dan

keramik yang bisa dengan mudah dibersihkan (self-cleaning effect) (Pramadewi,

2014).

2.3 Mekanisme kerja fotokatalis TiO2

Titanium dioksida mempunyai pita valensi (VB) yang terisi penuh dan pita

konduksi (CB) yang kosong. Apabila temperatur naik atau dengan adanya ektitasi

optik dengan energi yang melebihi energi dari Eg, elektron akan naik ke CB

7

meninggalkan VB, terjadi hole atau muatan positif pada VB. Pada TiO2 besarnya

celah pita energi sebanding dengan radiasi 388 nm (3,23 eV) pada daerah UV.

Mekanisme kerja pada efek fotokatalitik TiO2, dapat diamati pada Gambar 2.2

berikut ini.

Gambar 2.2 Mekanisme perpindahan elektron karena pengaruh cahaya pada TiO2

(Hoffman et al., 1995)

Pada Gambar 2.2 ditunjukkan tahapan utama mekanisme fotokatalitik pada

semikonduktor TiO2 yang meliputi:

a) Pembentukan pembawa muatan oleh foton: jika suatu semikonduktor fotokatalitik

dikenai suatu energi foton hυ maka elektron pada pita valensi akan tereksitasi ke

pita konduksi (ecbˉ) sambil meninggalkan hole pada pita valensi (hυb+).

TiO2 + hυ → TiO2 (hυb+

+ ecbˉ)

b) Rekombinasi pembawa muatan: elektron pada pita konduksi (ecbˉ) dan hole pada

pita valensi (hυb+) akan bergabung menghasilkan energi kalor.

TiO2 + hυb+

+ ecbˉ→ TiO2 + kalor

8

c) Inisiasi reaksi oksidasi oleh hole pada pita valensi (hυb+), yang bereaksi dengan

substrat atau reduktor.

hυb+

+ Red → Red+

d) Inisiasi reaksi reduksi oleh elektron pada pita konduksi (ecbˉ), yang akan bereaksi

dengan oksidator yaitu oksigen.

ecbˉ + Oks → Oksˉ

e) Reaksi fotoreduksi terkatalisis dan reaksi termal lanjutan (reaksi dengan oksigen

aktif) akan menghasilkan gas CO2 atau zat-zat mineral.

f) Penjebakan elektron pada pita konduksi ke dalam ikatan pada permukaan

membentuk Ti(III).

ecbˉ + TiIV

TiIII

g) Penjebakan hole pada pita valensi ke dalam gugus titaniol dipermukaan.

hυb+

+ Ti(OH)4 → Ti4+

+ OH•

Semikonduktur TiO2 memiliki struktur pita dimana pita konduksi dipisahkan

dari pita valensi oleh celah pita dengan lebar yang sesuai. Ketika energi cahaya lebih

besar dari band gap, elektron dan hole akan dihasilkan dalam pita konduksi dan pita

valensi. Elektron dan hole menyebabkan reaksi redoks mirip dengan elektrolisis.

Molekul air direduksi oleh elektron untuk membentuk H2 dan teroksidasi oleh hole

untuk membentuk O2 untuk pemisahan air secara keseluruhan. Reaksi fotokatalik

pada semikonduktor ditunjukkan pada Gambar 2.2 (Kudo, 2007).

Penyerapan foton dengan energi lebih tinggi dari celah pita semikonduktor,

yang mengarah kegenerasi pasangan elektron-hole dalam partikel semikonduktor.

Nilai penting dalam fotokatalis semikonduktor adalah lebar celah pita dan tingkat pita

9

konduksi dan pita valensi. Tingkat bawah pita konduksi harus lebih negatif daripada

potensial redoks K+ / H2 (0 V vs NHE), sedangkan tingkat atas pita valensi menjadi

lebih positif daripada potensiak redoks O2 / H2O (1,23 V vs NHE).

Pada umumnya aktivitas fotokatalitik semikonduktor sebagian besar

dikendalikan oleh sifat penyerapan cahaya, misalnya, spektrum penyerapan cahaya

dan koefisien: tarif reduksi dan oksidasi di permukaan oleh elektron-hole; dan

elektron-hole laju rekombinasi. Sebuah area permukaan besar dengan kepadatan

permukaan konstan adsorben menyebabkan laju reaksi fotokatalis permukaan lebih

cepat. Dalam hal ini, semakin besar luas permukaan spesifik, semakin tinggi aktivitas

fotokatalis. Meskipun demikian, haruslah dipahami adanya permukaan yang rusak

yang dapat menjadi pusat rekombinasi elektron dan hole. Semakin tinggi kristalinitas,

semakin sedikit kerusakan dan semakin tinggi aktivitas fotokatalis. Penerapan pada

suhu tinggi biasanya meningkatkan kristalinitas nanomaterials TiO2 yang pada

gilirannya dapat menginduksi agregasi nanopartikel kecil dan mengurangi luas

permukaan (Chen, 2007).

2.4 Peranan PEG dalam nanopartikel

Poli (etilen glikol) (PEG), juga dikenal sebagai poli (etilen oksida) (PEO),

polyoxyethylene (POE) merupakan jenis polieter. PEG, PEO atau POE merujuk pada

sebuah oligomer atau polimer etilen oksida. Tiga nama tersebut identik secara

kimiawi, tetapi PEG cenderung mengarah pada oligomers dan polimer dengan massa

molekul dibawah 20.000 g/mol, dan banyak polimer pada PEG dengan beberapa

massa molekul. PEG adalah cairan atau padat yang mencair pada suhu rendah,

tergantung pada berat molekul (Perdana, 2010).

10

Sifat pada PEG sangatlah stabil, mudah menguap, dan juga dapat mengikat

pigmen. PEG juga merupakan polimer yang sangat fleksibel, tingkat racun yang

rendah, dan dapat larut dalam air, methanol, benzene, dan dichlorometan. Biasanya

digunakan sebagai surfaktan, pelarut dalam makanan, farmasi atau industri kosmetik.

PEG sendiri memiliki berat molekul yang cukup tinggi yaitu 5000 sampai 10000.

Semakin meningkat kekerasannya semakin besar nilai berat molekul PEG semakin

pada PEG.

O

HO

n

H

Gambar 2.3 Struktur PEG

Dalam hal ini PEG pada nanopartikel juga dapat berfungsi sebagai template,

dan juga berfungsi sebagai pembungkus pada partikel, sehingga akan diperoleh hasil

partikel dengan bentuk bulatan yang seragam (Perdana, 2010). Penambahan PEG

juga dapat mengontrol struktur dan ukuran partikel yang akan dihasilkan dalam

sintesis. Pada penyusunan bahan titania berpengaruh pada luas permukaan dan

porositas bahan. Ukuran partikel dari nano dapat menurun sehingga menjadi ukuran

yang lebih kecil dengan bertambahnya volume larutan pada PEG (Perdana, 2010).

2.5 Metode Sol-Gel

Proses sol-gel dapat didefinisikan sebagai proses pembentukan senyawa

anorganik melalui reaksi kimia dalam larutan pada suhu rendah, dalam proses

11

tersebut terjadi perubahan fasa dari suspensi koloid (sol) membentuk fasa cair

kontinyu (gel). Metode sol gel memiliki beberapa keuntungan, diantaranya yaitu:

1. Tingkat stabilitas termal yang baik.

2. Stabiltas mekanik yang tinggi.

3. Daya tahan pelarut yang baik.

4. Modifikasi permukaan dapat dilakukan dengan berbagai kemungkinan.

Prekursor yang biasa digunakan umumnya logam-logam anorganik atau

senyawa organik yang dikelilingi oleh ligan yang reaktif. Dalam metode sol-gel

memiliki beberapa tahapan diantaranya,

a) Hidrolisis

Pada tahap ini logam prekursor (alkoksida) dilarutkan dalam alkohol dan

terhidrolisis dengan penambahan air pada kondisi asam, netral, atau basa

menghasilkan sol koloid. Hidrolisis menggantikan ligan (-OR) dengan gugus

hidroksil (-OH) dengan reaksi sebagai berikut:

M(OR)n + H2O M(OR)n-1(OH) + ROH

Faktor yang sangat berpengaruh terhadap proses hidrolisis adalah rasio air

terhadap prekursor dan jenis katalis hidrolisis yang digunakan. Peningkatan rasio

pelarut/prekursor akan meningkatkan reaksi hidrolisis yang mengakibatkan reaksi

berlangsung cepat sehingga waktu gelasi lebih cepat.

Katalis yang digunakan pada proses hidrolis adalah jenis katalis asam atau

katalis basa, namun proses hidrolisis juga dapat berlangsung tanpa menggunakan

katalis. Dengan adanya katalis maka proses hidrolis akan berlangsung lebih cepat

dan konversi menjadi lebih tinggi.

12

b) Kondensasi

Pada tahapan ini terjadi proses transisi dari sol menjadi gel. Reaksi kondensasi

melibatkan ligan hidroksil untuk menghasilkan polimer dengan ikatan M-O-M.

pada berbagai kasus, reaksi ini juga menghasilkan produk samping berupa air atau

alkohol dengan persamaan reaksi secara umum adalah sebagai beikut:

Ti - OH +HO - Ti Ti - O - Ti + H2O (Kondensasi air)

Ti - OR + HO - Ti Ti – O - Ti + R - OH (kondensasi alkohol)

c) Pematangan (aging)

Setelah reaksi hidrolisis dan kondensasi, dilanjutkan dengan proses

pematangan gel yang terbentuk. Proses ini ebih dikenal dengan proses aging. Pada

proses pematangan ini, terjadi reaksi pembentukan jaringan gel yang lebih kaku,

kuat, dan menyusut didalam larutan.

d) Pengeringan

Tahapan terakhir adalah proses penguapan larutan dan cairan yang tidak

digunakan untuk mendapatkan struktur sol gel yang memiliki luas permukaan

yang tinggi.

2.6 Bakteri

Bakteri adalah adalah kelompok mikroorganisme bersel tunggal dengan

konfigurasi selular prokariotik (tidak mempunyai selubung inti). Bakteri adalah

mikroorganisme bersel satu dan berkembang biak dengan membelah diri. Ukuran

bakteri bervariasi baik penampang maupun panjangnya, tetapi pada umumnya

penampang bakteri adalah sekitar 0,7-1,5 µm dan panjangnya sekitar 1-6 µm.

a) Bakteri Escherichia coli

13

Bakteri Escherichia coli merupakan bakteri gram negatif yang hidup anaerob

fakultatif, berbentuk batang, dan dapat tumbuh secara optimum pada suhu 30 °C –

37 °C dengan pH 4,3 – 9,5 (Pelezar, 1986). Escherichia Coli umumnya terdapat

dalam usus besar manusia, bersifat pathogen sehingga dapat menimbulkan

bermacam-macam penyakit bila imunitas dalam tubuh rendah (Digwijaya, 2005;

dalam Widyaningsih, 2008). Biakan murni bakteri E. coli dapat diisolasikan dari

makanan, minuman, dan kotoran (feses), sehingga E. coli dapat digunakan sebagai

indikator bahwa suatu perairan telah tercemar (Widyaningsih, 2008).

b) Bakteri Staphylococccus aureus

Staphylococcus aureus (S. Aureus) merupakan nama spesies yang bagian dari

genus staphylococcus. Bakeri yang bersifat aerob atau anaerob fakultatif, dapat

bertahan hidup dalam lingkungan yang mengandung konsentrasi garam yang

tinggi, serta contoh bakteri yang bergram positif. S. aureus berbentuk bulat atau

coccus, dapat tumbuh pada suhu optimal 35 °C dengan pH 7,4 (Jawetz, et al.,

1995).

2.7 Mekanisme kerja zat antibakteri

Zat antibakteri dapat dikelompokan menjadi dua, yaitu zat-zat yang hanya

menghambat pembiakan bakteri tetapi tidak membunuhnya disebut zat antiseptik atau

bakteriostatik, sedangkan zat yang dapat membunuh bakteri disebut desinfektan,

germisida, atau bakterisid (Widyaningsih, 2008).

Pertumbuhan bakteri dapat terhambat oleh adanya zat antibakteri, yaitu

dengan melalui beberapa mekanisme tertentu. Cara kerja zat antibakteri ialah dengan:

(1) Perusakan dinding sel. Susunan dinding sel dapat rusak dengan jalan merintangi

14

pembentukan atau perubahan sesudah terbentuk; (2) Perubahan permeabilitas.

Membrane sitoplasma menahan bahan-bahan tertentu didalam sel dan mengatur

pemasukan dan pengeluaran bahan-bahan lainnya, memelihara keseluruhan sel.

Perubahan pada membrane sitoplasma dapat merintangi pertumbuhan sel, sehingga

menimbulkan kematian sel; (3) Denaturasi protein (perubahan molekul protein dan

asam nukleat). Kehidupan sel tergantung pada pemeliharaan molekul protein dan

asam nukleat. Antimikroba dapat mengakibatkan koagulasi protein atau denaturasi

bahan-bahan sel yang penting. Sebagai contoh: antibiotik jenis tetrasiklin dan

streptomisin; (4) Merintangi kerja enzim. Enzim merupakan sasaran potensial bagi

bekerjanya suatu penghambat. Penghambat ini dapat mengakibatkan terganggunya

metabolism atau matinya sel. Sebagai contoh: antibiotik jenis kloramfenikol dan

metafen; (5) Penghambatan sintesis asam nukleat dan protein. Protein, DNA dan

RNA memegang peranan penting di dalam proses kehidupan normal sel. Hal ini

berarti gangguan apapun yang terjadi pada zat-zat tersebut dapat mengakibatkan

kerusakan total pada sel, contoh: antibiotik jenis norfoksasin dan sulfanilamide

(Pelezar, 1986).

35

BAB 5

PENUTUP

a. Simpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan yang sudah diuraikan dapat

diambil kesimpulan bahwa nano TiO2 dengan penambahan PEG mampu

membunuh mikroba secara efektif. Hal ini dapat ditunjukkan dengan %

keberhasilan STP menghambat mikroba pada media. Pada penambahan

larutan PEG 1% dengan TIPP 4:1 merupakan larutan yang paling efektif

sebagai antimikroba dengan % keberhasilan pada E. Coli sebesar 60%,

sedangkan pada Staphylococcus A. sebesar 63,33%. Hal ini dapat di

simpulkan bahwa semakin besar penambahan volume larutan PEG 1% maka

lebih efektif untuk membunuh mikroba.

b. Saran

Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan, maka saran yang diberikan

yaitu perlu dilakukan uji aktivitas terhadap mikroba lainnya sehingga dapat

diketahui aktivitas fotokatalitik pada bakteri tersebut. Dan perlu dikaji ulang

tentang mekanisme reaksi pada TiO2 dengan penambahan PEG untuk

dijadikan pertimbangan dalam aplikasi antimikroba secara nyata.

36

DAFTAR PUSTAKA

Abdullah, M., Dan, K. 2008. Review: Karakterisasi Nanomaterial. Jurnal Nanosains

& Nanoteknologi, 2, 1

Astuti, D. 2008. Aktivitas Fotokatalitik TiO2 Untuk Degradasi Bahan Pewarna Tekstil

Jenis Procion Red MX-88. Jember: Universitas Jember.

Balachandaran, K., Venkatesh, R., Sivaraj, R. 2011. Synthesis And Characterization

Of Nano TiO2-PEG Composite. International Journal Of Engineering Science

And Technology, 3, 5.

Baqiya, M.A. 2008. Preparasi Partikel Nano Fe3O4 Dan Pelapisannya Pada Logam

Non Magnetik. Laporan Tesis Jurusan Fisika. Institut Teknologi Sepuluh

Nopember Surabaya.

Behpour, Mohsen and Chakeri, M. 2012. Ag-Doped TiO2 Nanocomposite Prepared

By Sol Gel Method: Photocatalytic Bactericidal Under Visible Light And

Characterization. Department Of Analytical Chemistry, Faculty Of Chemistry,

University Of Kashan, Iran. JNS 2 (2012) 227-234.

Buzea, Cristina; Ivan I. Pacheco; Kevin Robbie. 2007. Nanomaterials And

Nanoparticles: Source And Toxicity. Bionterphases., 2. 1934-8630

Chau, L., Khuang, L., Hsuan, C., Thomas, C.,Khuang, Y., Chien, L.H. 2008. Effect

Of Poly(Ethylene Glycol) Additives On The Photocatalytic Activity Of Tio2 Films

Prepared By Sol-Gel Processing And Low Temperature Treatments. Journal Of

The Chinese Institute Of Chemical Engineers., 39 (2008) 237-242.

Chen, X And Mao, S.S. 2007. Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis,

Properties, Modifications, And Applications.. Chemical Reviews, 107 (7), 2891-

2959.

Digwijaya, A. 2006. Uji Daya Antimikroba Ekstrak Herba Sambiloto (Andrographis

Paniculata, Ness) Tugas Akhir II. Jurusan Kimia. Fakultas Matematika Dan Ilmu

Pengetahuan Alam. Semarang: Universitas Negeri Semarang.

37

Fardiaz, S. 1992. Analisis Mikrobiologi Pangan, Perhipa. Jakarta: PAU Pangan Dan

Gizi ITB.

Gupta, Kiran, R.P. Singh, Ashutosh, P, and Anjana, P. 2013. Photocatalytic

Antibacterial Performance Of Tio2 And Ag-Doped Tio2 Against S. Aureus, P.

Aeruginosa And E. Coli. Beilstein Journal Of Nanotechnology., 4, 345-351.

Hoffmann, M.R., Scot T.M., Wonyong ,C. and Detlef, W.B. 1995. Environmental

Applications of Semiconductor Photocatalysis, Chemical Reviews., 95, 69-96

Imai, H., Takai, Y., Shimizhu, K., Matsuda And Hirashima. H. 1999 Low-

Temperature Synthesis Of Anatase Thin Films On Glass And Organic Substrates

By Direct Deposition From Aqueous Solutions, Thin Solid Films., 351 (1999) Pp.

220-224.

Jawetz, E., Melnick, J.L., Adelberg, E.A., Brooks, G.F., Butel, J.S., And Ornston,

L.N. 1995. Mikrobiologi Kedokteran. Edisi Ke-20 (Alih Bahasa: Nugroho &

R.F.Maulany). Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC. 211- 215.

Kartini, I., Kunarti, E.S., Wahyuni, E.T., Purwantini, I., Wiedyaningsing, C and

Listyawati, R. 2010. Antibacterial Coating Of Titania-Silica Nanosols On Cotton

Fabrics. Yogyakarta: Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Gajah Mada.

Kudo, A. 2007. Photocatalysis And Solar Hydrogen Production. Pure Applications

Chemical., 79, 11, 1917-1927.

Rosu, M.C., Ramona, C.S., Simina, V.D., Teofil, D.S., Ioan, B., and Emil, I. 2010.

The Influence Of PEG/PPG And Of The Annealing Temperature On Tio2-Based

Layers Properties. National Institute For Research And Development Of

Isotopic And Molecular Technologies, 65-103 Donath Street, 400293, Cluj-

Napoca, Roumania.

Matsunaga, T., Tomoda, R., Nakajima, T., Nakamura, N., and Komine, T. 1988.

Continuous-Sterization System That Uses Photosemiconductir Powders. Applied

Environ. Microbial., 54. 1330-1333.

Mustikaningtyas, D. 2004. Efek Antibakteri Infusa Cacing Tanah (Lumbricus Sp)

Terhadap Bakteri Salmonella Typhi Secara In Vitro. Tugas Akhir II Program S1.

Jurusan Biologi FMIPA. Semarang: UNNES.

38

Ollis, D.F, and Al-Ekabi. 1993. Photocatalytic Purification and Treatment of Water

and Air. Elsevier. Amsterdam.

Pelezar, M.J. 1986. Dasar-Dasar Mikrobiologi . Jilid 1 dan 2. Jakarta: UI Press. hlm

: 131-141,189-198, 447-449, 521, 809-811.

Perdana, F.A. 2010. Sintesis Dan Karakterisasi Partikel Nano Fe3O4 Dengan

Template PEG-1000. Surabaya: FMIPA ITS.

Pramadewi, Z.I. 2014. Sintesis Nanokomposit TiO2- SiO2/PVA Dan Aplikasinya

Sebagai Antibakteri. Semarang: Kimia FMIPA UNNES.

Purnama, A. 2013. Sintesis Ni-TiO2 dengan metode sol-gel dab uji aktivitasnya untuk

dekomposisis air. Semarang : Kimia FMIPA UNNES.

Segota, S., Lidija, C., Davor, L., Vesna, S., Ivona F.H., And Nenad, T. 2010.

Synthesis, Characterization And Photocatalytic Properties Of Sol-Gel TiO2

Films. CERI-3893; No. Of Pages 8.

Widyaningsih, FD. 2008. Uji Aktivitas Antibakteri Α Pinena Hasil Isolasi Minyak

Terpentin Terhadap Bakteri Escherichia Coli, Basillus Subtilis BAC4 Dan

Basillus Careus. Tugas Akhir II Program S1 Jurusan Kimia, FMIPA. Semarang:

UNNES.