SINTESIS NANOPARTIKEL BERFOTOLUMINENSI

BERBASIS SiO2 DARI SILIKA ALAM

DENGAN UPCONVERTER NaYF4 : Yb, Tm

SKRIPSI

DARMAWAN JULYANSYAH

PROGRAM STUDI KIMIA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH

JAKARTA

2019 M/1441 H

SINTESIS NANOPARTIKEL BERFOTOLUMINENSI

BERBASIS SiO2 DARI SILIKA ALAM

DENGAN UPCONVERTER NaYF4 : Yb, Tm

SKRIPSI

Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains

Program Studi Kimia

Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Oleh

DARMAWAN JULYANSYAH

11150960000055

PROGRAM STUDI KIMIA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH

JAKARTA

2019 M/ 1441 H

i

ii

iii

iv

ABSTRAK

DARMAWAN JULYANSYAH. Sintesis Nanopartikel Berfotoluminensi Berbasis

SiO2 dari Silika Alam Dengan Upconverter NaYF4 : Yb, Tm. Dibimbing oleh SITI

NURUL AISYIYAH JENIE dan NANDA SARIDEWI.

Lumpur geotermal merupakan limbah dari pembangkit listrik tenaga panas bumi

(PLTP) dengan kandungan silika yang sangat tinggi, sehingga berpotensi sebagai

bahan dasar dalam sintesis silika nanopartikel. Silika nanopartikel telah banyak

digunakan diberbagai bidang karena memiliki keunggulan baik dari segi sifat fisika

maupun kimia, salah satunya dalam aplikasi bioimaging. Pada penelitian ini silika

nanopartikel dimodifikasi dengan upconverter nanoparticles (UCNP) tipe NaYF4 :

Yb, Tm. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji proses sintesis nanopartikel

menggunakan metode fotoluminensi pada aplikasi bioimaging. Silika nanopartikel

hasil upconverting di sintesis dari lumpur geotermal dengan menggunakan metode

sol-gel. Hasil karakterisasi SAA menunjukan terjadinya peningkatan luas

permukaan silika nanopartikel termodifikasi menggunakan UCNP dengan hasil

paling optimum pada konsentrasi UCNP 1 mM dan waktu aging 18 jam. Hasil uji

emisi flouresensi menggunakan femtosecond laser tidak memperlihatkan adanya

puncak spesifik dikarenakan daya eksitasi yang terlalu kecil dan telah berkurangnya

sensitifitas dari material UCNP yang digunakan. Hasil XRD memperlihatkan pola

difraksi Si-UCNP yang saling berdekatan dengan puncak NaCl pada 2θ = 27,3⁰ ;

31,9⁰ ; 45,8⁰ ; 56,9⁰ ; 66,7⁰ dan 75,9⁰, hasil ini diperkuat dengan mikrograf TEM

yang menunjukan morfologi berbentuk sphericle yang menunjukan bahwa material

NaYF4 : Yb, Tm telah mengalami proses enkapsulasi dengan silika nanopartikel.

Kata Kunci : bioimaging, fotoluminensi, silika, upconverter nanoparticle

v

ABSTRACT

DARMAWAN JULYANSYAH. Synthesis of SiO2 Based photoluminence

nanoparticles from Natural Silica Using Upconverter NaYF4 : Yb, Tm. Advisor by

SITI NURUL AISYIYAH JENIE and NANDA SARIDEWI

Geothermal sludge is a waste from geothermal power plants (PLTP) with very high

silica content, so that it has the potential as a basic material in the synthesis of silica

nanoparticles. Silica nanoparticles have been widely used in various fields because

they have advantages in terms of both physical and chemical properties, one of

which is in bioimaging applications. In this research, silica nanoparticles were

modified by upconverter nanoparticles (UCNP) type NaYF4: Yb, Tm. This study

aims to examine the process of nanoparticle synthesis using photoluminence

methods in bioimaging applications. Silica nanoparticles upconverting results are

synthesized from geothermal sludge using the sol-gel method. The results of the

SAA characterization showed an increase in the surface area of the modified silica

nanoparticles using UCNP with the most optimum results at a UCM concentration

of 1 mM and an aging time of 18 hours. Fluorescence emission test results using

femtosecond laser did not show any specific peaks due to the excitation power that

was too small and had reduced sensitivity of the UCNP material used. The XRD

results showed a Si-UCNP diffraction pattern adjacent to the NaCl peak at 2θ =

27.3⁰; 31.9⁰; 45.8⁰; 56.9⁰; 66.7 ⁰ and 75.9 ⁰, these results are reinforced by TEM

micrographs which show sphericle-shaped morphology showing NaYF4: Yb, Tm

material has undergone a process of encapsulation with silica nanoparticles.

Keywords: bioimaging, photoluminence, silica, upconverter nanoparticle

vi

KATA PENGANTAR

Bismillahirahmaanirrahiim

Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Allah SWT, karena atas segala

rahmat dan karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul

“Sintesis Nanopartikel Berfotoluminensi Berbasis SiO2 dari Silika Alam

Dengan Upconverter NaYF4 : Yb, Tm”. Shalawat dan salam kepada Rasulullah

Muhammad SAW sebagai tauladan umat manusia, semoga kita dapat menjunjung

nilai-nilai Islam yang beliau ajarkan dan semoga kita mendapatkan syafaat

beliau.

Penulis menyadari bahwa, tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak,

sangatlah sulit untuk menyelesaikan skripsi ini. Oleh karena itu, penulis

mengucapkan terima kasih sebanyak-banyaknya kepada:

1. S.N Aisyiyah Jenie, Ph.D selaku Pembimbing I yang telah membimbing dan

memberikan saran serta arahan sehingga membantu penulis dalam

menyelesaikan skripsi ini;

2. Nanda Sari Dewi, M.Si selaku Pembimbing II yang telah membimbing dan

memberikan saran serta arahan kepada penulis untuk penyelesasian skripsi ini;

3. Dr. Hendrawati, M.Si selaku penguji I dan Nurmaya Arofah, M.Eng selaku

penguji II yang telah memberikan perhatian dan arahannya kepada penulis;

4. Dr. La ode Sumarlin, M.Si selaku Ketua Program Studi Kimia Fakultas Sains

dan Teknologi;

5. Prof. Dr. Lily Surayya Eka Putri, M.Env.Stud selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta;

vii

6. Teristimewa Ayah, Ibu, adikku tercinta Putri Fitriani, dan Rizky Aditia Putra

yang selalu memberikan doa, dukungan moril dan materil dalam penyelesaian

skripsi ini;

7. Segenap dosen Program Studi Kimia atas ilmu pengetahuan dan pengalaman

hidup yang dengan ikhlas diajarkan dan diberikan kepada penulis;

8. Sahabat-sahabat terbaik Ariawan, Adi Mulyadi, Diaz Ayu Widyasari, Falah

Azizah Elmaria dan seluruh teman–teman kimia Angkatan 2015 yang

senantiasa memberi dukungan dan motivasi kepada penulis;

9. Teman-teman seperjuangan dan seluruh staff Laboratorium Material dan

Katalisis P2K LIPI Serpong.

Penulis berharap skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi penulis dan

bagi kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi bagi bangsa indonesia.

Tangerang Selatan, Desember 2019

Darmawan Julyansyah

viii

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ....................................................................................................................... ii

ABSTRACT ..................................................................................................................... v

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

DAFTAR ISI................................................................................................................. viii

DAFTAR TABEL ........................................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................... xi

DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................................. xii

BAB I LATAR BELAKANG ......................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang .............................................................................................. 1

1.2 Rumusan Masalah ......................................................................................... 4

1.3 Hipotesis ........................................................................................................ 5

1.4 Tujuan Penelitian .......................................................................................... 5

1.5 Manfaat Penelitian ........................................................................................ 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................................... 6

2.1 Nanopartikel Silika....................................................................................... 6

2.2 Metode Sintesis Nanopartikel Silika ............................................................ 7

2.3 Limbah Geotermal ....................................................................................... 9

2.5 Fotoluminensi ............................................................................................. 12

2.6 Spektroskopi Fluoresensi ........................................................................... 13

2.7 SAA (Surface Area Analyzer) .................................................................... 16

2.8 TEM (Transmission Electron Microscopy) ............................................... 21

2.9 XRD (X-Ray Diffraction) ........................................................................... 22

BAB III METODE PENELITIAN .............................................................................. 25

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian .................................................................... 25

3.2 Alat dan Bahan ........................................................................................... 25

3.2.1 Alat .......................................................................................................... 25

3.2.2 Bahan ....................................................................................................... 25

3.3 Diagram Alir .............................................................................................. 26

ix

3.4 Prosedur Kerja ............................................................................................ 27

3.4.1 Sintesis Nanopartikel Silika ..................................................................... 27

3.4.2 Sintesis Nanopartikel Si-UCNP ............................................................... 27

3.4.3 Karakterisasi Nanopartikel Silika ............................................................ 28

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN....................................................................... 30

4.1 Analisis Luas Permukaan Nanopartikel Silika ........................................... 30

4.1.1 Variasi Konsentrasi Upconverter Nanoparticle NaYF4: Yb, Tm ........... 30

4.1.2 Variasi Waktu Aging ................................................................................ 33

4.1.3 Analisis Fotoluminensi dengan Photoluminence Spectroscope .............. 35

4.1.4 Analisis Kristalinitas dengan XRD .......................................................... 37

4.1.5 Hasil Analisis Morfologis Si-UCNP dengan TEM ................................. 39

BAB V SIMPULAN DAN SARAN .............................................................................. 41

5.1 Simpulan .................................................................................................... 41

5.2 Saran ........................................................................................................... 41

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................... 42

LAMPIRAN................................................................................................................... 48

x

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Kandungan limbah padat ...................................................................... 10

Tabel 2. Jenis-jenis nanopartikel upconverter, panjang gelombang eksitasi (λexc),

puncak emisi dan diameter khasnya ..................................................... 12

Tabel 3. Pengaruh variasi konsentrasi upconverter nanoparticle terhadap luas

permukaan pada kondisi reaksi 90 ºC, waktu aging 18 jam ................. 31

Tabel 4. Pengaruh waktu aging terhadap luas permukaan dengan konsentrasi

UCNP optimal ....................................................................................... 33

Tabel 5. Puncak-puncak pola difraksi XRD NaCl, SiO2, dan NaYF4 : Yb,Tm. 38

xi

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 1. Skematik klasifikasi nano material : (a) struktur tiga dimensi (3-

D) ; (b) struktur dua dimensi (2-D) ; (c) struktur satu dimensi;

dan (d) struktur zero dimensi (0-

D)……………………………...................................................

6

Gambar 2. Teknis sintesis nanopartikel top-down dan buttom

up……………….........................................................................

8

Gambar 3. Proses absorpsi dan emisi fluoresensi pada energi level

jablonski…………………………………………………….....

14

Gambar 4. Spectra luminensi dari puncak emisi (a) 360, (b) 478, (c) 649,

679, 700 (d) 800 NaYF4 : Yb, Tm dalam heksana menggunakan

daya eksitasi 1-5 W pada panjang geombang 980

nm…………………....................................................................

16

Gambar 5. Skema kerja BET………………………………….................... 17

Gambar 6. Klasifikasi isoterm phisisorpsi………………………………..... 19

Gambar 7. Jenis loop histeresis……………………………………………. 21

Gambar 8. Skema dasar TEM……………………………………………... 22

Gambar 9. Proses difraksi sinar-x………………………………………..... 23

Gambar 10. Diagram alir sintesis nanopartikel silika dan Si-UCNP…… 26

Gambar 11. a) Struktur khas TEOS, dimana X mewakili gugus fungsional

seperti amino atau epoksi, dan gugus R merupakan gugus yang

dapat terhidrolisis seperti alkoksi. b) Reaksi penempelan UCNP

yang dimodifikasi dengan TEOS. c) Pelapisan UCNP dengan

lapisan SiO2 melalui proses

enkapsulasi……………………………......................................

31

Gambar 12. Grafik isoterm adsorpsi-desorpsi Si-UCNP 1 Mm 18

jam…………...............................................................................

34

Gambar 13. Spektrum photoluminance spectroscope Si-UCNP 1 mM

18 jam pada panjang gelombang 980

nm………………………….................................................

35

Gambar 14. Spektrum photoluminance spectroscope UCNP pada

panjang gelombang 980 nm………………………………

36

Gambar 15. Difraksi XRD silika nanopartikel (SiNP), fluorescence

silica nanoparticle (Si-UCNP) 1 mM 18 jam dan

upvonverting nanoparticle (UCNP)……............................

37

Gambar 16. Karakterisasi TEM material Si-UCNP 1 mM 18 jam, (a)

pembesaran 500 nm, (b) pembesaran 200 nm, (c)

pembesaran 100 nm, (d) pembesaran 50 nm, dan (e)

pembesaran 20 nm…............................................................

39

xii

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Perhitungan pembuatan larutan ....................................................... 48

Lampiran 2. Hasil analisa prekursor SiO2 dan Si-UCNP dengan SAA ............... 48

Lampiran 3. Hasil perhitungan ukuran kristal (XRD) .......................................... 53

Lampiran 4. Hasil analisis TEM dengan imageJ ................................................. 63

Lampiran 5. Proses sintesis nanopartikel silika dan silica fluorescence .............. 67

1

BAB I

LATAR BELAKANG

1.1 Latar Belakang

Indonesia merupakan salah satu negara yang memanfaatkan energi panas

bumi untuk dijadikan sebagai sumber energi alternatif Pembangkit Listrik Tenaga

Panas Bumi (PLTP). Panas bumi yang berada di indonesia kurang lebih sebesar

40% dari total panas bumi di seluruh dunia dengan daya sebesar 29.000 MegaWatt.

Tahun 1982 sampai dengan sekarang, sudah ada hampir 100 buah PLTP yang

tersebar di seluruh penjuru nusantara (Wahuni, 2012).

Produksi energi yang menggunakan panas bumi menghasilkan limbah dalam

bentuk padat (sludge) dan cair (brine). Limbah lumpur padat yang dihasilkan pada

kolom pengendapan di PLTP dieng mengandung silika yang tinggi. Kandungan

silika yang tinggi dalam limbah geotermal memungkinkan untuk dimanfaatkan

sebagai bahan dasar untuk sintesis nanopartikel silika (Meiyati et al., 2015).

Nanopartikel silika memiliki sifat diantaranya, luas permukaan besar,

ketahanan panas yang baik, kekuatan mekanik yang tinggi serta bersifat inert.

Kemampuan ini membuat nanopartikel silika dijadikan sebagai prekursor katalis,

adsorben dan filter komposit (Kalapathy, 2000). Nanopartikel silika juga memiliki

manfaat yang tidak kalah penting pada bidang kedokteran dan biologi yakni untuk

aplikasi bioimaging (fluorescence microscopy).

Penelitian Yuan et al. (2010) mengungkapkan bahwa nanopartikel memiliki

kestabilan yang baik, bersifat biokompatibel (mampu bekerja selaras dengan sistem

kerja tubuh), dan membentuk sperik tunggal. Riyanto et al. (2012) menemukan

bahwa kandungan silika amorf dalam limbah geotermal dapat dimanfaatkan sebagai

2

bahan dasar untuk sintesis nanopartikel silika yang relatif lebih murah, mudah

didapat dan ramah lingkungan seperti yang telah dijelaskan dalam al-quran surat

Al-Imran ayat 191 :

Artinya:

(Yaitu) orang-orang yang mengingat Allah sambil berdiri atau duduk atau

dalam keadaan berbaring dan mereka memikirkan tentang penciptaan langit dan

bumi (seraya berkata): "Ya Tuhan kami, tiadalah Engkau menciptakan ini dengan

sia-sia, Maha Suci Engkau, maka peliharalah kami dari siksa neraka (Q.S. Ali

Imran: 191).

Ayat tersebut menyatakan bahwa Allah SWT menciptakan segala sesuatunya

tidak sia-sia. Allah memberikan manusia akal pikiran untuk berfikir bagaimana

manusia dapat mengolah ciptaan-Nya. Dengan memanfaatkan apa yang telah

diberikan oleh Allah seperti mineral-mineral yang tersimpan di dalam tanah, salah

satunya silika.

Chatterjee dan Naskar (2006) menyatakan bahwa untuk bahan anorganik atau

sintesis, silika dapat diperoleh dari Silika Tetraetil Ortosilikat (TEOS) dan

tetrametil ortosilikat (TMOS). Silika untuk bahan organik, dapat diperoleh dari

sisa-sisa pembusukan tumbuhan dan hewan. Silika yang berasal dari bahan

anorganik seperti TEOS dan TMOS memiliki beberapa kelemahan, yaitu mahal,

sulit didapat, dan tidak ramah lingkungan karena sulit terdegradasi dan hanya bisa

terlarut dalam pelarut organik yang dapat menghasilkan limbah organik (Balkis dan

Setiawan, 2009).

3

Upconverter nanoparticles (UCNP) dalam bidang kimia merupakan sebuah

kombinasi dari golongan lantanida yang mampu memberikan efek peningkatan

intensitas radiasi energi rendah dekat inframerah (NIR) menjadi energi yang lebih

tinggi (Escribano et al., 2008). Ada berbagai macam jenis UCNP yang telah banyak

digunakan dalam modifikasi biofungsional pada bidang kedokteran dan biologi.

Salah satu tipenya adalah NaYF4 dengan ion dopan golongan lantanida seperti Yb

dan Tm (Mader et al., 2010). Shen et al. (2008) juga menyatakan bahwa golongan

lantanida dapat meningkatkan kontras gambar. Golongan lantanida memiliki orbital

f sehingga ion lantanida dapat memberikan fluorescent yang tajam melalui emisi

intra 4f atau transisi 4f-5d dengan cara memperpendek waktu relaksasi longitudinal

(T1) proton air.

Penelitian terdahulu Sivakumar et al. (2006) telah melakukan modifikasi

UCNP tipe LaF3 : Tb3+, Nd3+, Er3+, Tm3+, Yb3+ dengan tetra ethyl ortho silicate

(TEOS), menggunakan metode silanisasi. Hasilnya menunjukkan terjadinya

pelapisan secara simultan dari UCNP dengan silika serta dapat terdispersi dengan

baik dalam pelarut air.

Penggunaan agen pengontras nanopartikel silika berbahan dasar tetraethyl

orthosilicate (TEOS) yang dilapisi NaYbF4: Er/Tm/ Ho pada fluorescence

microscopy untuk pengukuran hela cell dengan perbandingan 5 : 1 dari sel kanker

serviks menghasilkan resolusi dan kontras gambar yang jernih (Wang et al,. 2009;

Hou et al., 2012). Hu et al. (2009) juga telah melakukan modifikasi Si-UCNP

dengan asam folat untuk mendeteksi sel tumor pada sel epithelial manusia. Hasil

uji sitotoksitas menunjukan bahwa partikel silika yang dikombinasikan dengan

UCNP memiliki biokompatibilitas partikel yang sangat baik.

4

Penelitian Andreas et al. (2016) juga membuktikan bahwa waktu aging

terbaik dengan metode sol gel dalam proses pembentukan silika nanopartikel yaitu

selama 24 jam dengan hasil kemurnian sebesar 93,08 %. Berdasarkan uji morfologi

menggunakan scanning electron microscope (SEM) terjadi penyusutan ukuran

partikel nanosilika yang disebabkan adanya reaksi polimerisasi dan syneresis.

Penelitian ini dilakukan untuk mensintesis dan karakterisasi silika

nanopartikel berbasis limbah geotermal yang dikombinasikan dengan UCNP tipe

NaYF4 : Yb, Tm dengan variasi konsentrasi 0,125 ; 0,25 ; 0,5 ; 1 ; 2 ; 4 mM, serta

variasi waktu aging 2, 4, 18, 24, dan 72 jam menggunakan metode sol gel dan

pengaplikasiannya untuk agen pengontras. Karakterisasi yang dilakukan antara lain

XRD (X-Ray Diffraction) untuk mengetahui kristalinitas silika, TEM

(Transmission Electron Microscope) untuk mengetahui komposisi dan kristalografi

nanopartikel silika, BET (Brunauer-Emmett-Teller) untuk mengetahui luas

permukaan dari nanopartikel silika yang dihasilkan, fluorescence spectroscope

untuk menganalisis emisi fluorescence dari nanopartikel silika yang

dikombinasikan dengan upconverter nanoparticle.

1.2 Rumusan Masalah

1. Bagaimana pengaruh formulasi penambahan upconverter nanoparticle

(UCNP) terhadap luas permukaan dan sifat emisi fotoluminensi nanopartikel

silika ?

2. Bagaimana pengaruh waktu aging terhadap luas permukaan dan sifat emisi

fotoluminensi nanopartikel silika ?

5

3. Bagaimana karakteristik nanopartikel silika yang dikombinasikan dengan

upconverter nanoparticle berdasarkan analisis XRD, TEM, BET dan

photoluminescence spectroscope ?

1.3 Hipotesis

1. Penambahan upconverter nanoparticle pada mesopori silika dapat

mempengaruhi luas permukaan dan intensitas karakteristik fluorescencenya.

2. Lama waktu aging pada mesopori silika dapat mempengaruhi luas permukaan

dan intensitas karakteristik fluorescencenya.

3. Karakteristik nanopartikel silika yang telah dikombinasikan dengan

upconverter nanoparticle adalah berbentuk kristal dan berukuran nano

berdasarkan analisis XRD, TEM, BET, dan photoluminescence spectroscope.

1.4 Tujuan Penelitian

1. Menentukan pengaruh konsentrasi optimum UCNP terhadap luas permukaan

dan sifat emisi fotoluminensi nanopartikel siika.

2. Menentukan pengaruh lama waktu aging terhadap luas permukaan dan sifat

emisi fotoluminensi nanopartikel silika.

3. Mengetahui karakteristik nanopartikel silika berdasarkan analisis XRD, TEM,

BET dan photoluminescence spectroscopy.

1.5 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang manfaat

penambahan upconverter nanoparticles (UCNP) terhadap karakteristik silika

nanopartikel hasil sintesis berbasis limbah geotermal sehingga dapat berpotensi

sebagai agen pengontras.

6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Nanopartikel Silika

Silikon dioksida (SiO2) merupakan bahan oksida yang terkandung sebanyak

63,2 wt% di dalam kerak bumi. Senyawa ini banyak ditemui dalam bahan galian

yang disebut pasir kuarsa. Silika banyak dimanfaatkan sebagai bahan dasar

pembuatan keramik. Secara kimia silika adalah bahan yang bersifat stabil,

dielektrik yang baik dan mempunyai insulator yang baik (Monalisa et al., 2013).

Silika dapat terbentuk secara alami dengan struktur kristal tridimit yang diperoleh

dengan cara memanaskan pasir kuarsa pada suhu 870°C dan bila pemanasan

dilakukan pada suhu 1470°C dapat diperoleh silika dengan struktur kristobalit

(Cotton dan Wilkinson, 1989).

Nanopartikel adalah partikel berukuran 1-100 nanometer dan kebanyakan

metode menyarankan sebaiknya ukuran diameter partikel antara 200 dan 400 nm.

Nanopartikel juga dapat dikatakan sebagai ilmu dan rekayasa dalam membuat

material, struktur fungsional, maupun piranti alam skala nanometer.

Gambar 1. Skematik klasifikasi nano material : (a) struktur tiga dimensi (3-D); (b)

struktur dua dimensi (2-D); (c) struktur satu dimensi; dan (d) struktur

zero dimensi (0-D). (Pokropivny et al., 2007)

Ditinjau dari jumlah dimensi yang terletak dalam rentang nanometer, material

nano diklasifikasikan menjadi beberapa kategori yang ditunjukkan pada Gambar 1,

7

yaitu: (a) material nano berdimensi tiga seperti nanokomposit, nanograined,

microporous, mesoporous, interkalasi, organik-anorganik hybrids; (b) material

nano berdimensi dua (thin films); (c) material nano berdimensi satu (nanowire,

nanotubes, nanorods); dan (d) material nano berdimensi zero (nanoparticle) seperti

oksida logam, semikonduktor ,dan fullerenes. (Pokropivny et al., 2007).

Nanopartikel silika merupakan silika yang dibuat dalam skala nano (10-9 m)

yang saat ini penggunaannya pada bidang industri semakin meningkat. Kondisi

ukuran partikel bahan baku yang diperkecil membuat produk memiliki sifat berbeda

yang dapat meningkatkan kualitas. Pemanfaatan silika yang paling banyak

digunakan dan komersial adalah sebagai bahan utama industri gelas dan kaca serta

sebagai bahan baku pembuatan sel surya. Silika digunakan sebagai filler dalam

pembuatan produk karet ban kendaraan untuk meningkatkan kinerja ban pada

kondisi basah dan menambah keawetan ban serta mengurangi dampak gesekan

antara jalan dengan permukaan ban (Siswanto et al., 2012).

2.2 Metode Sintesis Nanopartikel Silika

Sintesis nanopartikel dapat dilakukan dalam berbagai fasa seperti fasa padat,

cair, dan gas. Terdapat dua metode yang dapat digunakan dalam sintesis

nanomaterial, yaitu secara top-down dan bottom-up yang ditunjukan pada Gambar

2. Top down merupakan pembuatan struktur nano dengan memperkecil material

yang besar, sedangkan bottom-up merupakan cara merangkai atom atau molekul

dan menggabungkannya melalui reaksi kimia untuk membentuk nano struktur

(Greiner, 2009). Contoh metode top down adalah penggerusan dengan alat milling,

sedangkan teknologi bottom up yaitu menggunakan teknik sol-gel, presipitasi

kimia, dan aglomerasi fasa gas (Dutta dan Hofmann, 2005).

8

Gambar 2. Teknis sintesis nanopartikel top-down dan bottom-up (Dutta dan

Hofmann, 2005)

Metode preparasi yang sering digunakan pada sintesis nanomaterial berlapis

dan berpori adalah metode sol-gel, interkalasi dan inklusi. Metode sol-gel adalah

metode preparasi padatan dengan teknik temperatur rendah yang melibatkan

transisi dari suatu sistem dengan partikel-partikel mikroskopik yang terdispersi

dalam suatu cairan (sol) menjadi material makroskopik (gel) yang mengandung

cairan. Pada saat cairan menguap maka yang tertinggal adalah material keras seperti

gelas. Sol-gel merupakan material amorf dan tidak memiliki dimensi pori yang

seragam. Sintesis sol-gel umumnya melalui tahap-tahap hidrolisis dan kondensasi

(Wijaya, 2010).

Si(OC2H5)4 + H2O Si(OC2H5)3OH + C2H7 ……..……….………(1)

reaksi kondensasi:

Si(OC2H5)3OH + Si(OC2H5)3OH (OC2H5)3Si-OSi(OC2H5)3 + H2O...(2)

Si(OC2H5)4 + Si(OC2H5)3OH (OC2H5)3Si-OSi(OC2H5)3 + C2H5OH...(3)

bulk

powder

nanopartikel

clustere

atoms

Button up

Top down

9

Proses pembuatan silika gel dilakukan dengan tahap penambahan larutan

NaOH pada SiO2 untuk membentuk sol natrium silikat yang selanjutnya

ditambahkan HCl hingga pH optimal 7 agar terbentuk gel. Silika gel akan lebih

matang dengan pendiaman gel pada waktu optimum 18 jam (Affandi et al., 2009).

Basa pekat NaOH dalam kondisi panas secara perlahan dapat mengubah silika

menjadi natrium silikat yang larut dalam air (Bokau, 2014). Proses pembentukan

natrium silikat ditunjukkan pada persamaan 4. Pencampuran NaOH pada suhu

tinggi mengakibatkan NaOH meleleh dan terdisosiasi sempurna membentuk ion

Na+ dan ion OH-. Elektronegativitas atom O yang tinggi pada SiO2 menyebabkan

Si lebih elektropositif dan terbentuk intermediet [SiO2OH]- yang tidak stabil dan

akan terjadi dehidrogenasi. Ion OH- yang kedua akan berikatan dengan hidrogen

membentuk molekul air dan dua ion Na+ akan menyeimbangkan muatan negatif ion

SiO32- sehingga terbentuk natrium silikat (Mujiyanti dan Nuryono, 2010).

Penambahan HCl dalam larutan natrium silikat berfungsi untuk mengikat natrium

dan membentuk NaCl sehingga dihasilkan gel SiO2 (Persamaan 5)

Adapun reaksi keseluruhan yang terjadi sebagai berikut:

SiO2+ 2NaOH → Na2OSiO2 + H2O ..................................................... (4)

Na2SiO3 + 2HCl → SiO2 + 2NaCl + H2O ............................................ (5)

Berbentuk gel

2.3 Limbah Geotermal

Lumpur geotermal merupakan serbuk yang berasal dari limbah padat

geotermal yang dihasilkan oleh Pembangkit Listrik Tenaga Panas bumi (PLTP).

Endapan lumpur yang dihasilkan pada tempat pengendapan PLTP Dieng setiap

bulannya mencapai 165 ton. Jumlah tersebut cukup besar dan pada umumnya hanya

10

dibiarkan begitu saja di tempat pengendapan. Limbah padat geotermal mengandung

unsur logam yang beberapa diantaranya logam berat, antara lain Si, Cu, Pb, Zn, Mn,

Fe, Cd, As, Sb, Au, Ag, Hg, dan Se (Meiyati et al., 2015).

Kandungan yang terdapat dalam limbah padat dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Kandungan limbah padat

No. Parameter Kadar (%)

1 SiO2 77.7748

2 Fe2O3 0.1743

3 Na2O 1.2300

4 K2O 0.4878

Sumber: (Syakur et al., 2011)

Lumpur geotermal yang dihasilkan dari proses operasi Pembangkit Listrik

Tenaga Panas Bumi mengandung silika amorf yaitu silika yang secara kimia

mempunyai ikatan rantai terbuka sehingga mampu mengikat partikel lain

disekelilingnya >50 %, sangat potensial untuk dijadikan sumber kebutuhan silika

amorf pada dunia industry (Indah et al., 2015).

2.4 UCNP (Upconverter Nanoparticles)

Upconverter nanoparticles adalah partikel berskala nano (1-100 nm) yang

mampu menunjukan photon upconversion pada Tabel 2. Menurut Shen et al. (2008)

baru-baru ini unsur anorganik dari golongan lantanida nanomaterial telah terbukti

memiliki kemampuan untuk menjadi upconverter nanoparticles dan layak

diaplikasikan sebagai biolabel karena mampu melindungi ruang kisi kristal dari

efek lingkungan yang merugikan.

Sejak tahun 1990 penelitian mengenai kelebihan UCNP dalam bidang

material mengalami perkembangan yang sangat pesat. Menurut Manurung et al.

(2016) salah satu UCNP yang banyak disintesis saat ini adalah NaYF4 yang di

doping dengan ion golongan lantanida seperti Yb dan Er. Bahan Upconverter

11

memiliki potensi untuk tes bioanalitik dan luminescent sebagai agent pengontras

dengan memodifikasi permukaan UCNP sehingga hasil pencitraan dalam

bioconjugation dan bioimaging menghasilkan gambar yang lebih cerah (Wang et

al., 2010).

Menurut Shen et al. (2008) kemampuan UCNP dalam meningkatkan

intensitas fluorescence dipengaruhi oleh adanya konfigurasi f-orbital sehingga ion

Lantanida dapat menunjukan fluorescence yang tajam melalui emisi intra 4f atau

transisi 4f-5d. Puncak emisi pada panjang gelombang khas serta diameter UCNP

dapat di lihat pada Tabel 2.

12

Tabel 2. Jenis-jenis nanopartikel upconverter, panjang gelombang eksitasi (λexc),

puncak emisi dan diameter khasnya

Type

UCNP

Ion

dopant λexc (nm) Puncak emisi (nm)

Diameter

(nm)

NaYF4 Yb, Er 980 518, 537, 652 33-166 Yb, Tm 980 449, 474, 644, 639, 800 33 Yb, Er 980 521, 539, 651 21

Yb, Er,

Tm 980

449, 474, 525, 545, 644,

693, 800 20

Yb, Ho,

Tm 980 450, 475, 545, 650, 695 110

Yb, Er 970 541, 647 100

Tb 970 380, 413, 436, 488, 542,

584, 620 70

Yb, Er 980 510-530, 530-570,635-675 25-70 Yb, Tm 980 440-500, 630-670, 750-850

Yb, Ho 980 542, 645, 658 20 Yb, Er 975 538, 667 20-30 Yb, Er 980 540, 668 10

NaYbF4 Ho 980 540, 650 20 Tm 476, 800

Er 520, 540, 655

CaF2 Yb, Er 980 410, 524, 541, 654 <10

GdOF Yb, Er 980 521, 545, 659 ~4

BaTiO3 Yb, Er 980 523, 542, 662 ~20 Yb, Tm 980 461, 478

La2O3 Yb, Er 976 240, 335, 350, 380, 409 ~50 460, 475, 495, 523, 548, 672

Lu2O3 Yb, Er,

Tm 980 477/490, 540/565, 662 ~40

Y2O3 Yb, Er 980 550, 660 200

Sumber : (Mader et al., 2010)

2.5 Fotoluminensi

Luminensi adalah fenomena yang melibatkan penyerapan energi dan emisi

cahaya (Ren et al., 2013). Fotoluminensi merupakan emisi cahaya secara spontan

dari sebuah material yang mengalami eksitasi optik. Saat energi cahaya dari luar

diberikan pada material cukup besar, maka foton akan terserap dan elektron

mengalami eksitasi. Seringkali, eksitasi tersebut tidaklah stabil sehingga electron

kembali pada keadaan dasarnya. Saat electron kembali pada keadaan dasar inilah

13

yang akan menghasilkan intensitas emisi cahaya yang terukur sebagai nilai

fotoluminensi (shinde et al., 2013).

Salah satu material yang memiliki sifat fotoluminensi yaitu, kaca. Kaca

merupakan material keramik modern yang memiliki aplikasi yang luas di berbagai

bidang. Aplikasi material kaca tidak terlepas dari pengetahuan dasar tentang sifat

fisis material ini, seperti sifat optik, sifat mekanik, maupun sifat kelistrikannya.

Salah satu tinjauan yang menarik untuk diketahui adalah sifat optik kaca. Sifat optik

kaca diantaranya adalah fotoluminesensi, absorbansi, indeks bias, dispersi optik dan

lain-lain (Nurliana et al., 2014).

Sifat fotoluminesensi kaca menjadi topik yang menarik untuk dikaji pada era

modern seperti sekarang ini. Ren et al. (2013) mempelajari sifat luminesensi kaca

Ce/Tb/Eu yang didoping kalsium borosilikat pada penambahan Eu2O3 yang

berpotensi untuk aplikasi LED berwarna putih. Sifat fotoluminesensi kaca tersebut

dapat dikatareksisasi menggunakan alat spektroskopi luminesensi.

2.6 Spektroskopi Fluoresensi

Spectroskopi didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari tentang interaksi

antara cahaya dan materi. Spektrofotometri digunakan sebagai pengukuran

kuantitatif dari karakteristik refleksi atau transmisi suatu bahan sebagai fungsi dari

panjang gelombang. Spektrofotometri dilakukan dengan menggunakan

spektrofotometer sebagai instrumen analisisnya (Lakowicz, 2006).

Fluoresensi adalah terpancarnya sinar oleh suatu zat yang telah menyerap

sinar atau radiasi elektromagnet lain. Fluorescence merupakan bentuk dari

luminesensi. Dalam beberapa hal, sinar yang dipancarkan memiliki gelombang

lebih panjang dan energi lebih rendah dari pada radiasi yang diserap. Meski begitu,

14

ketika radiasi elektromagnet yang diserap sangat banyak, satu elektron dapat

menyerap dua foton. Penyerapan dua foton ini dapat mendorong pemancaran

radiasi dengan gelombang yang lebih pendek dari pada radiasi yang diserap

(Lakowicz, 2006).

Menurut Haryanto (2008) apabila cahaya mengenai suatu molekul atau atom

maka atom tersebut akan menyerap radiasi elektromagnetik sebesar hʋ = (E2 - E1)

dan tereksitasi ke tingkat lebih tinggi (S1 atau S2). Atom yang tereksitasi ini berada

pada keadaan tidak stabil dan berusaha untuk kembali kekeadaan semula. Hal

tersebut menyebabkan atom secara instan berelaksasi setelah melewati waktu

hidupnya selama 10-9 s dengan cara melepaskan energi berupa cahaya hingga

kembali ke keadaan dasar. Fluoresensi merupakan proses perpindahan tingkat

energi dari keadaan atom tereksitasi (S1 atau S2) menuju keadaan stabil (ground

states) yang ditunjukkan pada diagram Jablonski pada Gambar 3.

Gambar 3. Proses absorbsi dan emisi fluoresensi pada energi level Jablonski

(Haryanto, 2008)

Gambar 3 adalah gambar diagram Jablonski yang menunjukan terjadinya

proses fluoresensi dan fosforesensi. Kemampuan suatu atom atau molekul

mengabsorbsi energi cahaya sebesar hνA menyebabkan elektron-elektron pada

15

kondisi dasar (ground sate) S0 akan berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi

ke tingkat S1 atau S2.

Atom akan mengalami konversi internal atau relaksasi pada kondisi S1 dalam

waktu yang sangat singkat sekitar 10-1 ns, kemudian atom tersebut akan

melepaskan sejumlah energi sebesar hνf yang berupa cahaya karenanya energi atom

semakin lama semakin berkurang dan akan kembali menuju ke tingkat energi dasar

S0 untuk mencapai keadaan suhu yang setimbang (thermally equilibrium). Emisi

fluoresensi dalam bentuk spektrum yang lebar terjadi akibat perpindahan tingkat

energi S1 menuju ke sub-tingkat energi S0 yang berbeda-beda yang menunjukan

tingkat keadaan energi dasar vibrasi atom 0, 1, dan 2 berdasarkan prinsip Frank-

Condon (Hankiewiez et al.,2012).

Menurut Champdoré et al. (2007) pengujian dengan fluorescence sebagai

metode yang murah, selektif, sensitif, dan akurat. Fluorescence telah menyediakan

banyak informasi terkait biomolekul dan dinamika. Fluorescence telah banyak

digunakan untuk memonitor proses polimerasi, mendeteksi basa nitrogen pada

DNA, mengukur koefisien difusi, dan menginvestigasi daerah pengikat antibody.

Fluorescence spectroscopy telah banyak pula digunakan untuk mendeteksi

senyawa-senyawa organik dan inorganik.

Hasil penelitian Manurung et al. (2018) menyebutkan bahwa daya eksitasi

sangat berpengaruh dalam pengujian fluorescence menggunakan fluoresensi

spektroskopi. Dalam penelitiannya digunakan daya eksitasi mulai dari 1-5 W

dengan panjang gelombang 980 nm menghasilkan spectra luminensi seperti

Gambar 4.

16

Gambar 4. Spectra luminensi dari puncak emisi (a) 360, (b) 478, (c) 649, 679, 700

dan (d) 800 NaYF4 :Yb, Tm dalam heksana menggunakan daya eksitasi

1-5 Watt pada pandang gelombang 980 nm

Berdasarkan Gambar 4. Peningkatan intensitas spektrum luminensi akan

berbanding lurus dengan peningkatan daya eksitasi yang diberikan pada material

NaYF4 :Yb, Tm. Dalam hal ini tingkat daya eksitasi yang mampu diberikan sangat

bergantung kepada spesifikasi alat fluoresensi spektroscopi itu sendiri.

2.7 SAA (Surface Area Analyzer)

SAA merupakan salah satu alat dalam karakterisasi material katalis. Alat ini

berfungsi untuk menentukan luas permukaan material, distribusi pori dari material

dan isoterm adsorpsi suatu gas pada suatu material. Prinsip kerjanya menggunakan

mekanisme adsorpsi gas, umumnya nitrogen, argon dan helium, pada permukaan

suatu bahan padat yang akan dikarakterisasi pada temperatur konstan sering kali

17

pada suhu didih dari gas tersebut. Alat tersebut pada dasarnya hanya mengukur

jumlah gas yang dapat diserap oleh suatu permukaan padatan pada tekanan dan

temperatur tertentu (Busca, 2014).

Gambar 5. Skema kerja BET (Thomas et al., 2017)

Menurut (Rosyid et al., 2012) prinsip kerja SAA (Gambar 5) didasarkan pada

siklus adsorpsi dan desorpsi isotermis gas N2 oleh sampel yang berupa serbuk pada

suhu N2 dalam keadaan cair. Prosesnya sejumlah volume gas nitrogen yang

diketahui dimasukkan ke dalam tabung sampel sehingga gas akan melewati sampel.

Sensor tekanan akan menghasilkan data tekanan proses yang bervariasi. Data

volume gas dan jumlahnya yang dimasukkan akan diketahui dan data hasil kenaikan

tekanan dibuat ke dalam persamaan dalam teori BET (Brunauer-Emmet-Teller).

1

𝑋(𝑃˳

𝑃)−1

=1

𝑋𝑚𝐶+

𝐶−1

𝑋𝑚𝐶×

𝑃

𝑃˳………….(6)

Keterangan : P = tekanan kesetimbangan adsorpsi

Po = tekanan jenuh adsorpsi

X = berat gas yang diserap pada tekanan kesetimbangan P

Xm = berat gas yang diserap sebagai lapisan tunggal

C = tetapan energi adsorpsi

P/Po = tekanan relatip adsorps

18

Dengan mengalurkan nilai sisi kiri persamaan terhadap P/P0 diperoleh

persamaan garis lurus dengan:

𝑆𝑙𝑜𝑝𝑒 = 𝑆 =(𝐶−1)

𝑉𝑚𝐶....................................(7)

𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑐𝑒𝑝𝑡 = 𝐼 =1

𝑉𝑚𝐶................................(8)

𝑉𝑚 =𝐼

𝑆+𝐼 (dalam m2/g).............................(9)

Total luas permukaan dari sampel:

𝑆𝐴 =𝑉𝑚×𝑁×𝐴𝑚×10−20

𝑀/𝜌................................(10)

Keterangan:

Am = luas penampang molekul adsorbat, untuk gas N2 adalah 16,2 Å2

N = bilangan avogadro 6,02.1023

M/𝜌 = Vol molar gas pada Standar Temperatur and Pressure (STP) 22,4 cm3/mol

Teori BET didasarkan pada teori kinetik gas (teori Langmuir) yang diperluas

untuk n lapisan. Teori kinetik gas mengasumsikan bahwa:

1. Laju adsorbsi = laju desorpsi.

2. Tumbukan antar molekul diabaikan.

3. Tumbukan antara molekul dengan permukaan (adsorbat-adsorben) bersifat

elastis.

4. Molekul yang teradsorpsi tebalnya tebalnya I molekul (merupakan lapisan

molekul tunggal/monolayer)

5. Permukaan adsorben bersifat homogen.

Sistem BET merupakan sistem padat-gas di mana padatan sebagai adsorben dan

gas sebagai adsorbat.

19

Gambar 6. Klasifikasi isoterm phisisorpsi (Thommes et al., 2015)

Menurut Thommes et al (2015) terdapat 8 jenis isotherm, seperti yang tersaji pada

Gambar 6.

1. Isoterm tipe I : isoterm pada zat padat mikro yang memiliki permukaan

eksternal yang relatif kecil (mis., Beberapa karbon aktif, zeolit saringan

molekuler dan oksida berpori tertentu).

- (a) isoterm yang terdapat pada bahan dengan ukuran mikropori dengan

ukuran pori yang sempit (lebar < 1nm).

- (b) isoterm yang terdapat pada bahan dengan ukuran mikropori yang lebih

luas atau mesopori yang sempit (lebar <~ 2,5 nm).

2. Isoterm tipe II : isoterm pada material nonpori atau makropori

3. Isoterm tipe III : isoterm pada material nonpori atau makropori, dengan

penyerapan hanya pada situs permukaan yang menguntungkan.

4. Isoterm tipe IV : isoterm pada material mesopori.

- (a) isoterm pada material berpori dengan lebar > 4 nm.

20

- (b) isoterm pada material mesopori berbentuk kerucut dan silinder yang

ditutup pada ujung yang meruncing.

5. Isoterm tipe V : isoterm untuk adsorpsi air pada adsorben mikropori dan

mesopori hidrofobik.

6. Isoterm tipe VI : isoterm pada permukaan berlapis.

Sementara untuk karakter loop histeresis diklasifikasikan menjadi 6 jenis, seperti

pada Gambar 7.

1. Tipe H1 : ditemukan dalam bahan yang menunjukkan mesopori sempit yang

seragam, seperti misalnya dalam silika templated (mis., MCM-41, MCM-48,

SBA-15).

2. Tipe H2 : terdapat pada struktur pori yang lebih kompleks di mana efek

jaringan penting.

- (a) dapat dikaitkan baik dengan pemblokiran / perkolasi pori dalam kisaran

sempit pori pori atau penguapan yang diinduksi kavitasi (contoh: Vycor)

- (b) dikaitkan dengan pemblokiran pori, tetapi distribusi ukuran lebar leher

sekarang jauh lebih besar. Contoh dari jenis histeresis ini telah diamati

dengan busa silika mesoseluler.

3. Tipe H3 : Loop jenis ini diberikan oleh partikel seperti pelat (mis., Lempung).

4. Tipe H4 : Loop H4 sering ditemukan dengan kristal agregat zeolit, beberapa

zeolit mesopori, dan karbon mikro-mesopori.

5. Tipe H5 : Loop dengan bentuk khas yang terkait dengan struktur pori tertentu

yang mengandung mesopori yang terbuka dan sebagian tersumbat (mis., Silika

templated heksagonal terpasang).

21

Gambar 7. Jenis loop histeresis (Thommes et al., 2015)

2.8 TEM (Transmission Electron Microscopy)

Tansmission Electron Microscopy (TEM) adalah alat untuk mengamati

bentuk, struktur serta distribusi pori padatan. Prinsip kerja TEM sama seperti

proyektor slide dimana elektron ditansmisikan ke dalam obyek pengamatan dan

hasilnya diamati melalui layar (Bendersky dan Gayle, 2015). Skema alat TEM

dapat dilihat pada Gambar 8.

22

Gambar 8. Skema dasar TEM (http://www.microscopy.ethz.ch/TEM.htm)

Prinsip kerja dari transmission electron microscopy (Gambar 8), yaitu dengan

menembak elektron menggunakan elektron gun kemudian difokuskan dengan lensa

kondensor dan menembus sampel. Selanjutnya diterima oleh lensa proyektor dan

akan ditampilkan pada layar fluoresensi. Kemudian ada 2 cara untuk mengetahui

ukuran partikel sampel yang diuji menggunakan TEM. Cara pertama dengan

menggunakan software Image-J. Image-J merupakan salah satu media pengolah

data digital hasil karakterisasi SEM/TEM sehingga diperoleh distribusi ukuran

partikel dari sampel sedangkan cara kedua yaitu dengan menentukan ukuran

partikel (D) sampel adalah melalui perbandingan skala (Kurniawan et al., 2011).

2.9 XRD (X-Ray Diffraction)

XRD merupakan alat yang digunakan untuk mengkarakterisasi struktur

kristal dan ukuran kristal dari suatu bahan padat. Semua bahan yang mengandung

kristal tertentu ketika dianalisa menggunakan XRD akan memunculkan puncak–

23

puncak yang spesifik. Komponen utama XRD yaitu terdiri dari tabung katoda

(tempat terbentuknya sinar-X), sampel holder, detector dan seperangkat komputer

(Sartono, 2006). Elektron-elektron pada atom akan membiaskan berkas bidang

yang tersusun secara periodik seperti ditunjukkan pada Gambar 9.

Gambar 9. Proses difraksi sinar-x (Cullity, 1978)

Sinar-X akan berinteraksi dengan elektron dalam atom ketika analisis XRD

sedang berlangsung. Foton sinar-X tersebut akan langsung menumbuk elektron,

beberapa foton akan dihamburkan dengan arah yang berbeda dari arah datangnya

seperti halnya bola biliar yang saling bertumbukan. Gelombang difraksi dari atom

yang berbeda-beda dapat saling berinterferensi maksimal yang tajam (puncak-

puncak) dengan kesimetrisan sama yang menggambarkan distribusi atom-atom.

Pengukuran pola difraksi ini akan menggambarkan distribusi atom dalam sample.

Puncak-puncak pola difraksi sinar-X berhubungan dengan jarak antar bidang.

Sinar-X dilewatkan pada atom-atom yang tersusun secara teratur dan periodik

seperti diilustrasikan pada gambar secara dua dimensi di mana jarak antar bidang

adalah d, maka difraksi dapat dituliskan sebagai :

2 d sin θ = n λ…………(11)

24

Persamaan tersebut dikenal sebagai hukum Bragg. Hukum bragg merupakan

perumusan matematika mengenai proses difraksi yang terjadi sebagai hasil interaksi

antara sinar-X yang dipantulkan oleh material. Pada persamaan 7, λ merupakan

panjang gelombang sinar-x, θ adalah sudut hamburan dan n adalah orde difraksi

(Setiabudi et al., 2012).

Difraksi sinar X dapat digunakan untuk menentukan ukuran kristal

(crystallite size) dengan fase tertentu West dan Anthony (1989). Penentuannya

merujuk pada puncak-puncak utama pola difraktogram melalui pendekatan

persamaan Debye Scherrer yang dirumuskan:

D =𝐾 𝜆

𝛽 𝐶𝑂𝑆 𝜃 ……………(12)

Di mana :

D = Ukuran kristal

K = faktor bentuk dari kristal (0,9-1)

λ = Panjang gelombang radiasi (1,5496 Å)

β = Full Width at Half Maximum (rad)

θ = Sudut Brag ( ̊)

25

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan dari bulan Januari 2019 hingga Juni 2019 di

laboratorium bidang kimia dan katalis, Pusat Penelitian Kimia (P2K) Lembaga Ilmu

Pengetahuan Indonesia (LIPI), dan Pusat Penelitian Fisika LIPI, Puspiptek,

Serpong, Tangerang Selatan.

3.2 Alat dan Bahan

3.2.1 Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah seperangkat alat gelas,

pipet tetes, timbangan analitik, hotplate stirrer, magnetic stirrer, kertas saring,

indikator universal, BET Micromeritics ASAP 2420, XRD Rigaku miniflex 600,

femtosecond laser (mai tai, spectraphysics USA) dan TEM Tecnai 200kv D2360

Super Twin.

3.2.2 Bahan

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah geotermal

yang diperoleh dari PLTP Dieng, natrium hidroksida (NaOH) merek Merck, asam

klorida (HCl) merek Merck, aquadest, Upconverter nanoparticle tipe NaYF4 : Yb,

Tm Pusat Penelitian Elektronik dan Telekomunikasi, LIPI Sangkuriang, Bandung.

26

3.3 Diagram Alir

Gambar 10. Diagram alir sintesis nanopartikel silika dan Si-UCNP

Pencucian limbah geotermal dengan akuades t= 3 jam

kemudian dioven

Limbah geotermal + NaOH dipanaskan 90 ºC selama 1 jam

disaring dan diambil filtratnya

Limbah geotermal

Filtrat + NaYF4 : Yb,Tm (C = 0 ; 0,125 ; 0,25 ; 0,5 ; 1 ; 2 ; 4) mM

diaduk dan ditambahkan HCl (proses sol gel) hingga terbentuk gel pada pH 4

Aging time 18 jam

Dihaluskan dengan mortar

Dicuci dengan akuades sampai pH 7, disaring dan dioven selama t=24 jam

Karakterisasi dengan SAA

Mesopourus Si-UCNP

Aging time 2, 4, 18, 24, 48 jam

Mesopourus Silika

Karakterisasi

SAA XRD TEM Uji fotoluminensi

27

3.4 Prosedur Kerja

3.4.1 Sintesis Nanopartikel Silika

Sintesis nanopartikel silika diawali dengan pencucian limbah geotermal

dengan air dengan perbandingan volume air dan limbah sebesar 1:2. Limbah yang

telah dicuci kemudian disaring. Selanjutnya dilakukan hidrolisis 20 g limbah

geotermal yang sudah dicuci kemudian dicampur natrium hidroksida (NaOH)

dengan konsentrasi 1,5 N sebanyak 800 mL dalam gelas piala agar terbentuk

natrium silikat (Na2SiO3) dari reaksi NaOH dengan silika yang terkandung dalam

limbah geotermal. Campuran tersebut kemudian diaduk menggunakan magnetic

stirrer dengan pemanasan pada suhu 90 ºC dalam waktu 60 menit. Kemudian

dilakukan penyaringan dengan kertas saring untuk memisahkan larutan dengan

padatan. Larutan natrium silikat kemudian diteteskan dengan HCl 2 N untuk proses

kondensasi, agar terbentuk gel dan kemudian didiamkan selama 18 jam. Gel yang

terbentuk dilakukan pencucian dengan aquades sampai tercapai pH 7 untuk

selanjutnya dilakukan pengeringan dalam oven dengan suhu 100 ºC selama 24 jam.

Gel kering kemudian dihaluskan menggunakan mortar untuk selanjutnya dilakukan

karakterisasi menggunakan SAA (Surface Area Analyzer) (Ningrum, 2018).

3.4.2 Sintesis Nanopartikel Si-UCNP

Sintesis nanopartikel silika diawali dengan pencucian limbah geotermal

dengan air dengan perbandingan volume air dan limbah sebesar 1:2. Limbah yang

telah dicuci kemudian disaring. Selanjutnya dilakukan hidrolisis 20 g limbah

geotermal yang sudah dicuci kemudian dicampur natrium hidroksida (NaOH)

dengan konsentrasi 1,5 N sebanyak 800 mL dalam gelas piala agar terbentuk

natrium silikat (Na2SiO3) dari reaksi NaOH dengan silika yang terkandung dalam

28

limbah geotermal. Campuran tersebut kemudian ditambahkan dengan NaYF4 :

Yb,Tm (UCNP) dengan variasi 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 4 mM kemudian diaduk

menggunakan magnetic stirrer dengan pemanasan pada suhu 90 ºC dalam waktu

60 menit. Kemudian dilakukan penyaringan dengan kertas saring untuk

memisahkan larutan dengan padatan. Larutan natrium silikat kemudian

ditambahkankan dengan HCl 2 N untuk proses kondensasi, agar terbentuk gel dan

kemudian didiamkan selama 18 jam. Gel yang terbentuk dilakukan pencucian

dengan aquades sampai tercapai pH 7 untuk selanjutnya dilakukan pengeringan

dalam oven dengan suhu 100 ºC selama 24 jam. Gel kering kemudian dihaluskan

menggunakan mortar untuk selanjutnya dilakukan karakterisasi surface area

analyzer. Hasil yang paling optimum dilanjutkan dengan variasi waktu aging 2, 4,

18, 24, dan 48 jam dengan perlakuan yang sama. Hasil variasi waktu aging yang

paling optimum dikarakterisasi menggunakan SAA, XRD, TEM, dan uji

fotoluminensi.

3.4.3 Karakterisasi Nanopartikel Silika

3.4.3.1 Analisis Luas Permukaan dengan SAA (ASTM D1993-03)

Tabung sampel ditimbang sebagai bobot kosong, kemudian masing-masing

sampel dimasukan ke dalam tabung dan ditimbang sebanyak 0,5 g. tabung tersebut

kemudian ditempelkan pada port segasser. Lalu dilakukan proses degassing dengan

gas nitrogen pada suhu 200 ֯C selama 2 jam. Selesai degassing, tabung tersebut

kemudian ditimbang kembali sebagai massa setelah degassing. Kemudian

dimasukan pada port micromeritics dan dilakukan analisis dalam kondisi suhu

nitrogen cair serta dialirkan gas N2 dan H2.

29

3.4.3.2 Analisis Morfologis Material Si-UCNP dengan TEM (ASTM D3849-14)

Sampel yang akan dianalisis ditimbang (± 5 mg) dan ditempatkan pada

wadah sampel dengan ukuran 3 mm dan ketebalan 300 μm. Sampel diteteskan

sedikit metanol untuk mencegah aglomerasi. Kemudian sampel ditembakkan

dengan ion argon hingga berlubang. Pada bagian yang tipis ini, ditembakkan berkas

elektron hingga menembus sampel. Hasil dari tembusan elektron tersebut akan

ditangkap detektor dan diolah menjadi gambar.

3.4.3.3 Analisis Kristalinitas dengan XRD (ASTM C968-92)

Uji ini dilakukan untuk mengetahui senyawa dari sampel material dan

kristalinitasnya. Masing-masing sampel material Si-UCNP, dihaluskan lalu

dimasukan ke dalam plat sampel hingga permukaan plat dengan sampel datar dan

sama rata. Setelah itu dinyalakan alat XRD. Pengujian ini menggunakan tegangan

listrik dan kuat arus listrik sebesar 40 mV dan 25 mA. Sudut yang digunakan yaitu

5-90°.

3.4.3.4 Analisis Sifat fotoluminensi dengan Photoluminance Spectroscope

(ASTM E2072-19)

Larutan sampel disiapkan dengan konsentrasi 5 x 10-2 molar dalam pelarut

air. Diambil sebanyak 3 ml dan dimasukan ke dalam kuvet. Pengukuran

spektroskopi dilakukan dengan femtosecond laser spectroscope dilengkapi dengan

laser NIR 980 nm.

30

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisis Luas Permukaan Nanopartikel Silika

Sintesis nanopartikel silika dilakukan dengan mereaksikan powder silika

dengan larutan NaOH 1,5 N disertai pemanasan pada suhu 90 ̊C. Pemanasan

dilakukan bertujuan untuk mempercepat laju reaksi, sehingga semakin tinggi suhu

pemanasan maka semakin meningkat jumlah silika yang larut. Penambahan basa

kuat berupa NaOH disertai pemanasan berfungsi untuk membentuk natrium silikat

(Na2SiO3) sebagai intermediet melalui 2 tahapan reaksi, dimana basa kuat NaOH

akan terdisosiasi sempurna dalam air membentuk ion Na+ dan OH-. Proses yang

terjadi selanjutnya adalah dehidrogenasi, ion-ion akan saling berikatan dengan

hidrogen membentuk molekul air. Ion SiO32- akan berinteraksi dengan dua ion Na+

untuk menyeimbangkan muatan negatif yang terbentuk, sehingga menghasilkan

produk akhir natrium silikat (Na2SiO3) (Persamaan 4). Larutan natrium silikat

selanjutnya ditambahkan dengan HCl 2 N. Penambahan HCl menyebabkan

terjadinya pertukaran ion Na+ dengan H+, membentuk NaCl sehingga terbentuk

suatu padatan berbentuk gel SiO2 (Mujiyanti et al., 2010) (Persamaan 5). Reaksi

keseluruhan yang terjadi seperti berikut :

SiO2+ 2NaOH → Na2SiO3 + H2O…………………..(4)

Na2SiO3 + 2HCl → SiO2 + 2NaCl + H2O…………...(5)

Berbentuk gel

4.1.1 Variasi Konsentrasi Upconverter Nanoparticle NaYF4: Yb, Tm

Pengaruh variasi konsentrasi upconverter nanoparticle terhadap luas

permukaan dapat dilihat pada Tabel 3.

31

Tabel 3. Pengaruh variasi konsentrasi upconverter nanoparticle terhadap luas

permukaan pada kondisi reaksi 90 ºC, waktu aging 18 jam

Berdasarkan hasil karakterisasi SAA, konsentrasi NaYF4 :Yb, Tm 1 mM

menghasilkan luas permukaan yang paling besar dibandingkan variasi konsentrasi

lainnya, yaitu sebesar 280,85 m2/g. Semakin besar luas permukaan silika

nanopartikel menandakan bahwa dispersi logam aktif ke dalam material silika

nanopartikel semakin baik (Isa, 2014). Konsentrasi optimum NaYF4: Yb, Tm dalam

sintesis gel berbahan dasar silika geotermal yaitu 1 mM, Gambar 11 menunjukan

proses terjadinya enkapsulasi material NaYF4: Yb, Tm dengan silika nanopartikel

sehingga dapat meningkatkan luas permukaan dari material (Liu et al., 2008).

Pencucian gel dilakukan untuk menghilangkan senyawa pengotor, sehingga hanya

terdapat senyawa Si-UCNP dan peningkatan luas permukaan.

Gambar 11. a) Struktur khas TEOS, dimana X mewakili gugus fungsional seperti amino

atau epoksi, dan gugus R merupakan gugus yang dapat terhidrolisis seperti alkoksi. b)

Reaksi penempelan UCNP yang dimodifikasi dengan TEOS. c) Pelapisan UCNP dengan

lapisan SiO2 melalui proses enkapsulasi (Mader et al., 2010).

No

Konsentrasi

Upconverter

Nanoparticle (mM)

Luas Permukaan

(m²/g)

Volume Pori

(cm²/g)

Ukuran

Pori (nm)

Ukuran

partikel (nm)

1 Blanko SiO2 44,36 0,15 13,86 135,23

2 0,125 139,52 0,73 21,21 43,00

3 0,25 142,08 0,81 22,89 42,27

4 0,5 235,83 0,77 13,19 25,44

5 1 280,85 0,94 13,51 21,36

6 2 261,66 1,13 17,37 22,92

7 4 234,46 0,77 13,21 25,58

32

Konsentrasi UCNP yang ditambahkan dalam proses pembentukan natrium

silikat sangat mempengaruhi seberapa besar luas permukaan yang terbentuk dalam

proses sintesis. Ini dibuktikan dengan adanya selisih luas permukaan antara silika

yang ditambahkan dengan UCNP dan yang tidak (blanko). Berdasarkan hasil SAA,

luas permukaan dari silika nanopartikel tanpa penambahan UCNP, memiliki luas

permukaan yang relatif lebih kecil dari pada silika yang telah ditambahkan UCNP

yaitu sebesar 44,36 m²/g.

Konsentrasi 2 dan 4 mM mengalami penurunan luas permukaan

dibandingkan dengan konsentrasi 1 mM. Penurunan luas permukaan ini

kemungkinan dapat terjadi karena semakin besar konsentrasi UCNP yang

ditambahkan yang dapat menyebabkan dinding pori yang terbentuk akan semakin

menipis sehingga menyebabkan suatu kondisi yang disebut dengan collapse.

Volume pori yang dihasilkan oleh masing-masing variasi konsentrasi

memiliki nilai yang tidak terlalu jauh, yakni pada rentang 0,73-1,13 cm²/g tetapi

masih lebih besar dibandingkan dengan blanko sedangkan diameter pori katalis

yang didapatkan cenderung meningkat dibandingkan dengan SiO2 tanpa

penambahan UCNP (blanko).

Hal tersebut menandakan bahwa semakin tinggi dispersi logam aktif ke dalam

pori-pori silika nanopartikel, maka semakin kecil diameter pori yang dimiliki oleh

material Si-UCNP. Terjadinya perbedaan ukuran volume pori dan diameter pori

pada masing-masing konsentrasi penambahan upconverter nanoparticle

kemungkinan besar disebabkan karena terjadinya dispersi logam aktif yang tidak

merata pada metode sol-gel (Isa, 2014).

33

4.1.2 Variasi Waktu Aging

Pengaruh waktu aging ditunjukkan pada Tabel 4. Variasi waktu aging yang

dilakukan yaitu 2, 4, 18, 48,72 jam dengan penambahan UCNP 1 Mm.

Tabel 4. Pengaruh waktu aging terhadap luas permukaan dengan konsentrasi

UCNP optimal

Waktu

aging (jam)

luas permukaan

(m²/g)

Volume Pori

(cm²/g)

Ukuran Pori

(nm)

Ukuran partikel

(nm)

2 22987 1,18 20,67 26,10

4 158,57 0,94 23,73 37,83

18 280,85 0,94 13,51 21,36

24 210,75 1,33 25,39 28,46

72 199,21 0,97 19,58 30,11

Si-UCNP dengan waktu aging 18 jam menghasilkan luas permukaan

terbesar yaitu 280,85 m2/g. Waktu optimum aging yang didapatkan sama dengan

Pangesti (2018) yaitu selama 18 jam dengan luas permukaan sebesar 289,23 m2/g.

Waktu aging yang terlalu lama juga dapat mengakibatkan nanopartikel silika yang

disintesis teraglomerasi dan menghasilkan material yang berukuran besar serta

mengurangi luas permukaan dari produk akhir (Andreas et al., 2016). Waktu aging

yang terlalu lama dapat menyebabkan kekuatan ikatan jaringan gel semakin kuat

sehingga dapat menyebabkan pengerutan rongga pori semakin kecil. Rongga pori

semakin kecil, luas permukaan yang dihasilkan juga semakin kecil (Asy’hari et al,.

2016). Ukuran pori Si-UCNP termasuk ke dalam ukuran mesopori, yaitu pori yang

berada pada rentang 2-50 nm yang dapat diketahui berdasarkan grafik isoterm

adsorpsi-desorpsi pada Lampiran 2 (Sun et al., 2014).

34

Gambar 12. Grafik isoterm adsorpsi-desorpsi Si-UCNP 1 mM 18 jam

Berdasarkan grafik isoterm pada Gambar 12 didapatkan informasi bahwa

jenis pori yang dihasilkan oleh Si-UCNP 1 mM dengan waktu aging 18 jam

merupakan isoterm tipe IV dengan jenis histeresis loop tipe H5. Menurut Thommes

et al (2015) tipe isoterm tersebut merupakan tipe yang khas untuk material mesopori

(misalnya, banyak gel oksida, adsorben industri dan saringan molekul mesopori).

Adsorpsi mesopori ditentukan oleh interaksi adsorpsi adsorben dan juga oleh

interaksi antara molekul dalam keadaan padat. Dalam hal ini, adsorpsi monolayer-

multilayer awal pada dinding mesopori diikuti oleh kondensasi pori yaitu fenomena

dimana suatu gas mengembun ke fase seperti cairan dalam pori pada tekanan p

kurang dari tekanan jenuh P0 dari cairan. Loop H5 merupakan loop dengan bentuk

khas yang terkait dengan struktur pori tertentu yang mengandung mesopori terbuka

dan sebagian tersumbat dengan kemungkinan silika templated heksagonal

terpasang (Thommes et al., 2015).

35

4.1.3 Analisis Fotoluminensi dengan Photoluminence Spectroscope

Analisis fotoluminensi dengan menembakkan cahaya laser near infra red

pada panjang gelombang 980 nm menghasilkan spektrum yang ditampilkan pada

Gambar 13.

Gambar 13. Spektrum photoluminance spectroscope Si-UCNP 1 mM 18 jam pada

panjang gelombang 980 nm.

Berdasarkan hasil photoluminence spectroscope Si-UCNP 1 mM 18 jam

didapatkan bahwa spektrum yang dihasilkan belum menunjukkan adanya puncak

yang spesifik. Menurut penelitian Manurung et al (2018) tentang fotoluminensi

NaYF4: Yb, Tm menggunakan daya eksitasi yang berbeda mulai dari 1 – 5 Watt

pada panjang gelombang 980 nm menghasilkan spektrum luminensi dengan

perpendaran berwarna biru pada panjang gelombang 478 nm yang meningkat

seiring dengan penambahan daya eksitasi mulai 1 sampai dengan 5 Watt.

Peningkatan tersebut diperoleh dari hasil relaksasi radiasi elektron pada panjang

gelombang tertentu.

Transisi dan fluoresensi menunjukkan hasil yang sama pada penelitian

Sudheendra et al.,(2014) dimana spektra yang dihasilkan memiliki puncak

36

tambahan pada panjang gelombang 478, 649, 679, 700 dan 800 nm. Efek ini terjadi

karena pemanfaatan pasangan ion Yb3+/ Tm3+ untuk meningkatkan eksitasi pada

panjang gelombang ∼975 nm. Perpendaran yang dihasilkan juga bergantung pada

peningkatan daya eksitasi foton laser yang digunakan pada panjang gelombang 980

nm. Semakin tinggi daya eksitasi yang digunakan maka semakin besar pula

intensitas spectra luminensi yang dihasilkan (Chen et al,. 2014).

Gambar 14. Spektrum photoluminance spectroscope UCNP pada panjang

gelombang 980 nm.

Gambar 14 menunjukkan hasil pengukuran photoluminence spectroscope

pada material NaYF4 : Yb, Tm juga menunjukkan hal yang sama. Hasil ini dapat

memperkuat alasan bahwa daya eksitasi yang digunakan dapat mempengaruhi

intensitas spektrum yang dihasilkan. Pengukuran intensitas photoluminence pada

panjang gelombang 980 nm ini dilakukan dengan daya eksitasi sebesar 0,7 Watt.

Peak yang muncul pada panjang gelombang 980 nm merupakan peak yang

dihasilkan dari eksitasi laser near infra red pada panjang gelobang 980 nm.

37

4.1.4 Analisis Kristalinitas dengan XRD

Pola difraksi silica nanoparticle (SiNP), fluorescence silica nanoparticle (Si-

UCNP) 1 mM 18 jam dan upvonverting nanoparticle (UCNP) ditampilkan pada

Gambar 15.

Gambar 15. Difraksi XRD silika nanopartikel (SiNP), fluorescence silica

nanoparticle (Si-UCNP) 1 mM 18 jam dan upvonverting nanoparticle

(UCNP)

Pola difraksi SiNP menghasilkan beberapa puncak tajam yang menandakan

adanya fasa kristal pada matriks. Puncak-puncak pola difraksi ini terdiri dari puncak

difraksi SiO2 dan NaCl. Puncak NaCl ditemukan pada 2θ = 27,4 ; 31,7 ; 45,4 ; 56,4

; 66,2 ; dan 75,2. Adapun puncak yang melebar pada 2θ = 20⁰ - 25⁰ mengindikasikan

adanya SiO2 berfase amorf sesuai dengan JCPDS (Joint Committee on Power

Diffraction Standars) 47-0715.

Spektra yang dihasilkan upconverter nanoparticle memiliki puncak pada 2θ

= 27,3⁰ ; 31,9⁰ ; 45,8⁰ ; 56,9⁰ ; 66,7⁰ dan 75,9⁰. Puncak-puncak spektra tersebut

mengindikasikan puncak khas NaYF4, Yb, dan Tm dalam material NaYF4 : Yb, Tm

yang memiliki struktur kristal heksagonal dengan membandingkan data literatur

38

JCPDS 77-2042 dengan difraksi (111), (200), (220), (222), (400), (420).

Pola difraksi pada Gambar 15 memperlihatkan bahwa SiNP dan Si-UCNP

menghasilkan puncak-puncak difraksi yang mirip. Hasil ini dapat disebabkan

karena puncak-puncak NaCl dan material NaYF4 : Yb, Tm saling berdekatan satu

sama lain. Adapun puncak-puncak NaCl yang dihasilkan mirip penelitian

Rattanakawin et al. (2019) berada pada daerah 2θ = 27,3 ; 31,6 ; 45,4 ; 56,4 ; 66,2

; dan 75,3 sesuai dengan data literatur JCPDS pada Tabel 5.

Tabel 5. Puncak-puncak pola difraksi XRD NaCl, SiO2, dan NaYF4 : Yb, Tm

Senyawa Fase 2 Theta (degree) JCPDS

NaCl kristal 27,4 ; 31,7 ; 45,4 ; 56,4 ; 66,2 ; dan 75,2 05-0628

SiO2 amorf puncak melebar 20 - 25 47-0715

NaYF4 : Yb, Tm kristal 27,3 ; 31,6 ; 45,4 ; 56,4 ; 66,2 ; 75,3 77-2042

Ukuran kristal rata-rata dari SiNP, UCNP, dan Si-UCNP dapat dihitung

menggunakan nilai FWHM (Full Widht of Half Maximum) dari puncak bidang

difraksi menggunakan persamaan Scherrer (Lampiran 3). Berdasarkan hasil

perhitungan ukuran kristal SiNP sebesar 47, 4 nm sedangkan ukuran kristal Si-

UCNP sebesar 5,28 nm. Hasil pengukuran kristal rata-rata ini mengindikasikan

bahwa kombinasi nanopartikel silika dengan UCNP menghasilkan kristal

berukuran nanometer yang lebih kecil dibandingkan dengan nanopartikel silika

tanpa penambahan UCNP. Perlakuan variasi konsentrasi material NaYF4 : Yb, Tm

yang digunakan tidak mempengaruhi pola difraksi tetapi mempengaruhi intensitas

puncak dari Si-UCNP yang dihasilkan. Intensitas yang berbeda ini akan

memberikan pengaruh pada ukuran kristal material silika nanopartikel sebelum

penambahan UCNP dan setelah penambahan UCNP (Zhang et al., 2012).

39

4.1.5 Hasil Analisis Morfologis Si-UCNP dengan TEM

Analisis dengan TEM dilakukan untuk mengetahui morfologi Si-UCNP.

Secara umum hasil analisis didapatkan morfologi berbentuk sphericle (Gambar 16).

Gambar 16. Karakterisasi TEM material Si-UCNP 1 mM 18 jam, (a) pembesaran

500 nm, (b) pembesaran 200 nm, (c) pembesaran 100 nm, (d)

pembesaran 50 nm, dan (e) pembesaran 20 nm

Gambar 16 menampilkan partikel silika yang kecil dan homogen.

Perbesaran sampai dengan ukuran partikel 20 nm menunjukan adanya partikel

gelap yang tersebar dipermukaan silika. Partikel gelap tersebut diindikasikan

sebagai material UCNP yang terdispersi secara merata pada permukaan silika

nanopartikel. Hal tersebut membuktikan bahwa logam Y, Yb, dan Tm telah

berkorespondensi dan terdispersi pada nanopartikel silika.

Hasil TEM yang didapatkan ini dapat mendukung hasil BET mengenai

d e

a b c

40

adanya proses enkapsulasi NaYF4 : Yb, Tm pada silika nanopartikel yang dapat

meningkatkan luas permukaan dari material Si-UCNP. Selain itu berdasarkan

penelitian Tou et al. (2016) bentuk kristal heksagonal dari NaYF4 : Yb, Tm akan

berubah menjadi sphericle setelah melewati proses enkapsulasi dengan TEOS.

Perhitungan ukuran partikel rata-rata dapat dilakukan dari mikrograf hasil

analisis TEM dengan aplikasi imageJ (Lampiran 4). Si-UCNP memiliki ukuran

partikel rata-rata sebesar 7 nm. Kemungkinan terbentuknya partikel yang lebih kecil

dapat dipengaruhi oleh konsentrasi UCNP yang ditambahkan saat proses sintesis

Si-UCNP serta lama waktu aging yang digunakan sehingga terjadinya proses

sineresis yang mengakibatkan adanya penyusutan ukuran partikel dan

menyebabkan ukuran nanosilika semakin kecil (Andreas et al., 2016).

41

BAB V

SIMPULAN DAN SARAN

5.1 Simpulan

Simpulan dari penelitian ini diantaranya :

1. Formulasi penambahan upconverter nanoparticle dan waktu aging gel

dapat meningkatkan luas permukaan silika nanopartikel, dimana

konsentrasi NaYF4 : Yb, Tm 1 mM dengan waktu aging 18 jam

menghasilkan luas permukaan terbesar yaitu 280,85 m²/g.

2. Berdasarkan analisis XRD SiNP dan Si-UCNP berfasa kristal sedangkan

berdasarkan analisis TEM Si-UCNP memiliki morfologi secara umum

berbentuk spherical dengan ukuran partikel rata-rata sebesar 7 nm.

5.2 Saran

Kondisi operasi dalam pengujian fotoluminensi (spesifikasi alat pengujian)

perlu diperhatikan agar hasil emisi sesuai dengan harapan dan juga dibutuhkan

penelitian lebih lanjut dalam pengaplikasian Si-UCNP dalam bidang contrast agent

serta pengujian secara biologis mengenai efek samping penggunaannya dibidang

kedokteran.

42

DAFTAR PUSTAKA

Affandi S, Setyawan H, Winardi S, Purwanto A, dan Balgis R. 2009. A facile

method for production of high-purity silica xerogels from bagasse ash.

Advanced Powder Technology, 20(5): 468–472.

Anam C, Sirojudin, dan Firdausi K. 2007. Analisis Gugus Fungsi pada Sampel Uji,

Bensin, dan Spiritus Menggunakan Metode Spektroskopi FTIR. Berkala

Fisika, 10(1410–9662): 79–85.

Andreas A, Kristianto H, dan Kurniawan D. 2016. Sintesis Nanosilika dari Sekam

Padi Menggunakan Metode Sol Gel dengan Pelarut Etanol. Prosiding

Seminar Nasional Tehnik Kimia “Kejuangan”. Yogyakarta (ID) : 1–7.

ASTM C968-92. 2014. Standard Test Method for Particles Size Distribution of

Alumina or Quartz by X-Ray Monitoring of Gravity Sedimentation. United

States: Association of Standard Testing Materials

ASTM D1993-03. 2013. Standard Test Method for Precipitated Silica Surface Area

by Multipoint BET Nitrogen Adsorption. United States: Association of

Standard Testing Materials

ASTM D3849-14.2014. Standard Test Method for Carbon Black—Morphological

Characterization of Carbon Black Using Electron Microscopy. United States:

Association of Standard Testing Materials

ASTM E168-16. 2016. Standard Practices for General Techniques of Infrared

Quantitative Analysis. United States: Association of Standard Testing

Materials

Astuti B, Hasyim A. 2015. Pengaruh temperatur deposisi pada penumbuhan film

tipis silikon karbida dengan metode homemade hot-mesh chemical vapor

deposition. Jurnal MIPA. 38(1): 31-37

Asy’hari K dan Amirulloh A. 2016. Sintesa Silika Gel Dari Geothermal Sludge

Dengan Metode Caustic Digestion. Surabaya (ID): Institut Teknologi

Sepuluh November

Balqis R dan Setiawan H. 2009. Sintesa partikel silika berpori dengan metode dual

templating system dan water glass. Jurnal Nanosains Dan Nanoteknologi.

Surabaya (ID): Institut Teknologi Sepuluh November

Bendersky, L. A., & Gayle, F. W. (2001). Electron Diffraction Using Transmission

Electron Microscopy. J Res Natl Inst Stand Technol, 106(6), 997-1012

Bokau S. 2014. Sintesis membran kitosan termodifikasi silika abu sekam padi

untuk proses dekolorisasi. [Skripsi]. Semarang (ID): Universitas Negeri

Semarang

Busca G. 2014. Heterogeneous catalytic materials: solid state chemistry, surface

chemistry and catalytic behaviour. Italia (IT): Unversity Of Genoa

43

Chatterjee M dan Naskar M. 2006. Sol-gel synthesis of lithium aluminum silicate

powders: The effect of silica source. Ceramics International, 32(6): 623–632.

Cotton F dan Wilkinson G. 1989 . Kimia anorganik dasar. Jakarta (ID): UI Press.

Dachriyanus. 2004. Analisis Struktur senyawa organik secara spektroskopi. Padang

(ID): LPTIK Universitas Andalas.

Champdoré M, Bazzicalupo P, Napoli L, Montesarchio D, Fabio G, Cocozza I, dan

D’Auria S. 2007. A new competitive fluorescence assay for the detection of

patulin toxin. Analytical Chemistry, 79(2): 751–757.

Dutta J dan Hofmann H. 2005. Nanomaterials. Ebook: 37-39

Escribano P, Julián-López B, Planelles-Aragó J, Cordoncillo E, Viana B, dan

Sanchez C. 2008. Photonic and nanobiophotonic properties of luminescent

lanthanide-doped hybrid organic-inorganic materials. Journal of Materials

Chemistry, 18(1): 23–40.

Greiner R. 2009. Current and projected of nanotechnology in the food sector.

Journal of Brazilian Society of Food and Nutrition. Brazil (BR): Max Rubber

Institute. 34(1): 243-260.

Haase M dan Schäfer H. 2011. Upconverting nanoparticles. Angewandte Chemie -

International Edition. 50(26): 5808–5829

Hankiewiez J, Lewicki S, Pajak Z. 2012. Simple Gated Intregrator For Transient

Recording, J. Phys. E:Sei. Instrument. Great Britain (UK) : Mickiewicz

University.

Haryanto. 2008. Probe Optic Untuk Mengukur Konsentrasi Fitoplankton, Studi

Kasus Scenedesmus Sp. [Skripsi]. Jakarta (ID): Universitas Indonesia

Hu H, Xiong L, Zhou J, Li F, Cao T dan Huang C. 2009. Multimodal-luminescence

core-shell nanocomposites for targeted imaging of tumor cells. Chemistry - A

European Journal. 15(14): 3577–3584

Isa M, 2014. Preparasi Dan Karakterisasi Katalis NiMo/ 𝛾-Al2O3 Dengan Metode

Impregnasi. [Skripsi]. Jakarta (ID): Universitas Islam Negeri Syarif

Hidayatullah

Jenie S, Ghaisani A, Ningrum Y, Kristiani A, Aulia F, Petrus H. 2018. Preparation

of Silica Nanoparticles from Geothermal Sludge via Sol-Gel Method. AIP

Conference Proceedings 2026. American Institute of Physics. 020008 : 1-6

Kalapathy U, Proctor A, dan Shultz J. 2000. Silica xerogels from rice hull ash:

Structure, density and mechanical strength as affected by gelation pH and

silica concentration. Journal of Chemical Technology and Biotechnology,

75(6): 464–468

44

Khairurrijal K. 2009. Review : Karakterisasi nanomaterial. Jurnal Nanosains dan

Teknologi. Bandung (ID): Institut Teknologi Bandung, 2(1): 1-9

Krumeicha F. 2018. Introduction into transmission and scanning transmission

electron microscopy. Laboratory of Inorganic Chemistry ETH Zürich.

[diakses pada tanggal 13 februari 2019]. Tersedia pada :

http://www.microscopy.ethz.ch/TEM.htm

Kurniawan C, Waluyo B, dan Sebayang P. 2011. Analisis Ukuran Partikel

Menggunakan Free Software Image-J. Serpong (ID): Pusat Penelitian Fisika-

LIPI. 1-8

Lakowicz J. 2006. Principles of Fluorescence Spectroscopy Principles of

Fluorescence Spectroscopy. Principles of fluorescence spectroscopy,

Springer, New York, USA, 3rd edn. Baltimore (US): University of Maryland

School of Medicine

Liu Z, Yi G, Zhang H, Ding J, Zhang Y, & Xue J. 2008. Monodisperse Silica

Nanoparticles Encapsulating Upconversion Fluorescent And

Superparamagnetic Nanocrystals. The Royal Society Of Chemistry. 14(6): 694-

696

Mader H, Kele P, Saleh S, dan Wolfbeis O. 2010. Upconverting luminescent

nanoparticles for use in bioconjugation and bioimaging. Current Opinion in

Chemical Biology. 14(5): 582–596

Manurung R, Wu C, Roy P, dan Chattopadhyay S. 2016. A plasmon-tuned ‘gold

sandwich’ for metal enhanced fluorescence in silica coated NaYF4:Yb,Er

upconversion nanoparticles. RSC Advances. 6(1): 87088–87095

Manurung R, Wiranto G, Hermida P. 2018. Synthesis and Characterization of

Monodisperse Core-shell Lanthanide Upconversion Nanoparticles NaYF4:

Yb,Tm/SiO2. Journal materials science and engineering. 367(2018) : 1-6

Meiyati I, Agustin R, Murtiono E. 2015. Pemanfaatan lumpur geoterrmal

(geothermal sludge) untuk pengganti sebagian semen terhadap kuat tekan

mortar sebagai suplemen bahan ajar mata kuliah teknologi beton program

studi teknik bangunan UNS. Journal Of Building Engineering. 1(1): 1-10

Monalisa Y, Djamas D, dan Ratnawulan. 2013. Pengaruh Variasi Suhu Annealing

Terhadap Struktur Dan Ukuran Butir Silika Dari Abu Tongkol Jagung

Menggunakan X-Ray Diffractometer. Pillar of Physics, 1(4): 102–110.

Mujiyanti D, dan Nuryono E. 2013. Sintesis Dan Karakterisasi Silika Gel Dari Abu

Sekam Padi Yang Diimobilisasi Dengan 3-(Trimetoksisilil)-1-Propantiol.

Journal of Chemical Information and Modeling. 53(9): 150–167

Nicolet T. 2001. Introduction to FTIR spectrometry, Thermo Nicolet Inc, Madison,

USA. www. Thermonicolet.com. diakses tanggal 16 oktober 2018

45

Nurkholis I, Sri R dan Supri E. 2015. Pemanfaatan lumpur geothermal (geothermal

sludge) untuk pengganti sebagai semen terhadap kuat tekan mortar sebagai

suplemen bahan ajar mata kuliah teknologi beton program studi pendidikan

teknik bangunan uns. Surakarta (ID): Universitas Negeri Surakarta

Nurliana E, Mukti K, dan Ahmad W. 2014. Sifat Optik Kaca Tellurite yang

Terdadah PbO. Jurnal Teori dan Aplikasi Fisika. 02(02): 109–115

Nurmawati M. 2007. Analisis derajat kristalinitas, ukuran kristal, dan bentuk

partikel mineral tulang manusia berdasarkan variasi umur dan jenis tulang.

[Skripsi]. Bogor (ID) : Institut Pertanian Bogor

Pangesti Y. 2019. Sintesis dan karakterisasi nanopartikel silika (SiO2) berbasis

limbah geotermal untuk fluorescent fingerprint powder. [Skripsi]. Jakarta

(ID): Universitas Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta

Pokropivny V, Hussainova I, dan Vlassov S. 2007. Introduction to nanomaterials

and nanotechnology. Introduction in Nanomaterials and Nanotechnology.

Ukraine (UK): University Of Tartu. 1–138

Rattanakawin C, Lakantha W, Kajai I. 2019. Flotatopn of sylvinite from thakhek,

Lao, P.D.R. Article Of Chiang Mai Univercity. 41(3): 545-550

Ren L, Lei X, Chen W, Du X, dan Jin L. 2013. Luminescence properties of rare

earth ions doped glasses excited by broadband lights. Journal of

Luminescence. 142(8835): 1–8

Riyanto N, Sumardi P, Perdana I, dan Yogyakarta G. 2012. Kinetika Pelarutan

Silika Amorf dari Lumpur Panas Bumi Dieng. Jurnal Rekayasa Proses. 6(1):

1–6

Rosyid M, Nawangsih E dan Dewita 2012. Perbaikan surface area analyzer nova-

1000 (alat penganalisis luas permukaan serbuk). Yogyakarta (ID): Pusat

Teknologi Akselerator dan Proses Bahan. 467–471

Rozi T dan Astuti 2016. Pengaruh Temperatur Kalsinasi Pada Sintesis Nanopartikel

Silika Pantai Purus Kota Padang. Jurnal Fisika Unand. 5(4) :351-536

Sartono A. 2006. Difraksi sinar–X (XRD). Tugas akhir mata kuliah proyek

laboratorium. Departemen fisika fakultas matematika dan ilmu pengetahuan

alam universitas indonesia. http://www.doitpoms.ac.uk/tlpitb/xraydiffracion/

single crvstl . php. Diakses pada tanggal 17 Oktober 2018

Sastrohamidjojo H. 2013. Dasar – Dasar Spektrokopi. Yogyakarta (ID): Gadjah

Mada University Press

Setiabudi A, Hardian R, Mudzakir A. 2012. Karakterisasi Material : Prinsip Dan

Aplikasinya Dalam Penelitian. Bandung (ID) : UPI PRESS

Shen J, Sun L, dan Yan C. 2008. Luminescent rare earth nanomaterials for bioprobe

applications. Dalton Transactions, 9226(42): 5687–5697

46

Shinde K, Dhoble S, Swart H, Park K. 2013. Phosphate Phosphors for Solid-State

Lighting vol 174. Berlin Heidelberg : Springer-Verlag, pp. 49-59

Siswanto, Hamzah M, dan Fausiah. 2012. Perekayasaan Nanosilika Berbahan Baku

Silika Lokal Sebagai Filler Kompon Karet Rubber Air Bag Peluncur Kapal

Dari Galangan. Prosiding InSINas. Jakarta (ID): Direktorat Teknologi

Industri Proses. 56–59

Sivakumar S, Diamente P, dan Van Veggel M. 2006. Silica-coated Ln3+-doped

LaF3nanoparticles as robust down- And upconverting biolabels. Chemistry -

A European Journal, 12(22): 5878–5884

Smallman R, dan BiShop R. 1999. Modern Physical Metallurgy Materials

Engineering. Modern Physical Metallurgy and Materials Engineering.

Inggris (IO): University Oxford. 320–350

Smith W. 1990.Principles of Material and Science Engeenering. Third Eddition.

New York (USA): McGraw-Hill Publishing Company

Sudheendra L, Gautom K, Li C, Stark D, Cena J, Cherry S, dan Kennedy M. 2014.

NaGdF4:Eu3+ Nanoparticles For Enhanced X-Ray Excited Optical Imaging.

Chemisty Of Materials. 26: 1881-1888

Sun L, Ge X, Liu J, Qiu Y, Wei Z, Tian B, Shi L. 2014. Multifunctional

nanomesoporous materials with upconvertion (in vivo) and downconversion

(in vitro) luminescence imaging based on mesoporous capping UCNPs and

linking lanthanide complexes. Royal Society And Chemistry. 6: 13242-13252

Syakur A, Tumiran, Berahim H, dan Rochmadi. 2011. Pengujian karakteristik

limbah pasir PLTP dieng sebagai bahan pengisi isolator resin epoksi silane.

Jurnal Rekayasa Electrika. 9(4): 177–182

Tahid. 1994. Spektroskopi Inframerah Transformasi Fourier No II Th VIII.

Bandung (ID): Warta Kimia Analitis

Thomas, S., Thomas, R., Zachariah, A.K., dan Mishra, R.K. 2017. Thermal and

Rheological Measurement Techniques for Nanomaterials Characterization.

Oxford: Elsivier Publishing.

Thommes, M., Kaneko, K., Neimark, A. V, Olivier, J. P., Rodriguez-reinoso, F.,

Rouquerol, J., & Sing, K. S. W. 2015. Physisorption of gases , with special

reference to the evaluation of surface area and pore size distribution. IUPAC

Technical Report

Tou M, Luo Z, Bai S, Liu F, Chai Q, Li S, dan Li Z. 2016. Sequential coating

upconversion NaYF4 : Yb, Tm nanocrystals with SiO2 and ZnO layers for

NIR-driven photocatalytic and antibacterial applications. Materials Science

And Engineering. 70(1): 1141-1148

47

Vlachos N, Skopelitis Y, Psaroudaki M, Konstantinidou V, Chatzilazarou A, dan

Tegou E. 2006. Applications of fourier transform infrared spectroscopy to

edible oils. Analytica Chimica Acta, 573–574, 459–465

Wahyuni, Nurseffi, Dwi. (2012). Indonesia Bakal Jadi Penghasil Listrik Panasbumi

Terbesar di Dunia. Artikel. [Diakses tanggal 20 september 2019]. Tersedia

pada: http://bisnis.liputan6.com/read/461333/indonesia-bakal-

jadipenghasillistrik-panas-bumi-terbesar-di-dunia.

Wang F, Banerjee D, Liu Y, Chen X, dan Liu X. 2010. Upconversion nanoparticles

in biological labeling, imaging, and therapy. Analyst. 135(8): 1839–1854

Wang M, Mi C, Zhang Y, Liu J, Li F, Mao C, dan Xu S. 2009. NIR-responsive

silica coated NaYbF4:Er/Tm/Ho upconversion fluorescent nanoparticles with

tunable emission colors and their applications in immunolabeling and

fluorescent imaging of cancer cells. Journal of Physical Chemistry C.

113(44): 19021–19027

West, Anthony R. 1989. Solid State Chemistry and Its Application. New York: John

Wiley and Sons

Widyawati N. 2012. Analisis pengaruh heating rate terhadap tingkat kristal dan

ukuran butir lapisan tipis BZT yang ditumbuhkan dengan metode sol gel

[Skripsi]. Surakarta (ID): Universitas Sebelas Maret. 1–47

Wijaya K. 2010. Nanomaterial berlapis dan berpori: sintesis, karakterisasi dan

perannya sebagai material multi fungsi. Yogyakarta (ID): Universitas Gadjah

Mada

Xu Z, Cornilsen B, Popko D, Penning W, Wood J, dan Hwang J. 2001. Quantitative

mineral analysis by FT-IR spectroscopy. Int. J. Vib. Spec. 5(4): 4–6

Yuan H, Gao F, Zhang Z, Miao L, Yu R, Zhao H dan Lan M. 2010. Study on

controllable preparation of silica nanoparticles with multi-sizes and their size-

dependent cytotoxicity in pheochromocytoma cells and human embryonic

kidney cells. Journal of Health Science. 56(6): 632–640

Zhang J, Mi C, Wu H, Huang H, Mao C, Xu S. 2012. Synthesis of NaYF4 :

Yb/Er/Gd up-conversion luminescent nanoparticles and luminescence

resonance energy transfer-based protein. Journal Analytical Biochemistry.

421(2012): 673-679

48

LAMPIRAN

Lampiran 1. Perhitungan pembuatan larutan

Perhitungan Pembuatan HCl 2 N 1 Liter

𝑀 =10 × 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑒𝑛 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 × 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑗𝑒𝑛𝑖𝑠

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑓

𝑀 =10 × 37 % × 1,19 𝑔/𝑚𝑙

36,5

𝑀 = 12,06 ≈ 12

𝑉1 × 𝑁1 = 𝑉2 × 𝑁2

1000𝑚𝑙 × 2 𝑁 = 𝑉2 × 12 𝑁

𝑉2 = 1000 × 2

12

𝑉2 = 166,6 𝑚𝑙 ≈ 167 𝑚𝑙

Perhitungan Pembuatan NaOH 1,5 N 1 Liter

M =g

Mr×

1000

ml

g =M × Mr × 1000

1000

g =1,5 N × 40 × 1000

1000

g = 60

Perhitungan Pembuatan Stok UCNP Pekat

𝑀 =𝑔

𝑚𝑟 ×

1000

𝑣

𝑴 =𝟎, 𝟎𝟎𝟐

𝟓𝟑𝟎 ×

𝟏𝟎𝟎𝟎

𝟏

= 0,03 M

= 30 mM

49

Lampiran 2. Hasil analisa prekursor SiO2 dan Si-UCNP dengan SAA

• Isoterm adsorpsi-desorpsi variasi konsentrasi UCNP

• Isoterm adsorpsi-desorpsi SiNP

50

• Isoterm adsorpsi-desorpsi Si-UCNP 0,125 mM

• Isoterm adsorpsi-desorpsi Si-UCNP 0,25 mM

51

• Isoterm adsorpsi-desorpsi Si-UCNP 0,5 mM

• Isoterm adsorpsi-desorpsi Si-UCNP 1 mM

52

• Isoterm adsorpsi-desorpsi Si-UCNP 2 mM

• Isoterm adsorpsi-desorpsi Si-UCNP 4 mM

53

• Isoterm adsorpsi-desorpsi variasi waktu aging

• Isoterm adsorpsi-desorpsi waktu aging 2 jam

54

• Isoterm adsorpsi-desorpsi waktu aging 4 jam

• Isoterm adsorpsi-desorpsi waktu aging 18 jam

55

• Isoterm adsorpsi-desorpsi waktu aging 24 jam

• Isoterm adsorpsi-desorpsi waktu aging 72 jam

56

Lampiran 3. Hasil perhitungan ukuran kristal (XRD)

Ukuran kristal Si-UCNP dihitung menggunakan persamaan Scherrer sebagai

berikut :

D =𝐾 𝜆

𝛽 𝐶𝑂𝑆 𝜃

Di mana :

D = Ukuran kristal

K = faktor bentuk dari kristal (0,9-1)

λ = Panjang gelombang radiasi sinar-X (1,5496 Å)

β = Full Width at Half Maximum (rad)

θ = Sudut Brag ( ̊)

Diketahui besar nilai k yaitu konstanta 0,9 dan λ sebesar 1,5496 sedangkan

untuk FWHM dan Xc didapatkan dengan menggunakan origin.

57

➢ Ukuran kristal SiNP

D =𝐾 𝜆

𝛽 𝐶𝑂𝑆 𝜃

=𝟎,𝟗 ×𝟏,𝟓𝟒𝟗𝟔

𝟎,𝟎𝟎𝟑𝟎𝟓𝟒𝟔𝟕 ×𝒄𝒐𝒔 𝟏𝟓,𝟖𝟕

=𝟎,𝟗 ×𝟏,𝟓𝟒𝟗𝟔

𝟎,𝟎𝟎𝟑𝟎𝟓𝟒𝟔𝟕 ×𝟎,𝟗𝟔𝟏𝟖𝟖𝟒

= 474,65 Å

= 47,465 nm

➢ Ukuran kristal NaYF4 : Yb, Tm (Upconverter Nanoparticles)

D =𝐾 𝜆

𝛽 𝐶𝑂𝑆 𝜃

=𝟎,𝟗 ×𝟏,𝟓𝟒𝟗𝟔

𝟎,𝟎𝟎𝟑𝟒𝟒𝟓𝟐 ×𝒄𝒐𝒔 𝟏𝟓,𝟖𝟖

=𝟎,𝟗 ×𝟏,𝟓𝟒𝟗𝟔

𝟎,𝟎𝟎𝟑𝟒𝟒𝟓𝟐×𝟎,𝟗𝟔𝟏𝟖𝟑𝟔

= 420,86 Å

= 42,086 nm

58

➢ Ukuran kristal Si-UCNP 0,25 mM

D =𝐾 𝜆

𝛽 𝐶𝑂𝑆 𝜃

=𝟎,𝟗 ×𝟏,𝟓𝟒𝟗𝟔

𝟎,𝟎𝟎𝟒𝟒𝟐𝟓𝟔×𝒄𝒐𝒔 𝟏𝟓,𝟖𝟓

=𝟎,𝟗 ×𝟏,𝟓𝟒𝟗𝟔

𝟎,𝟎𝟎𝟒𝟒𝟐𝟓𝟔×𝟎,𝟗𝟔𝟏𝟗𝟖𝟎

= 327,58 Å

= 32,758 nm

59

➢ Ukuran kristal Si-UCNP 0,5 mM

D =𝐾 𝜆

𝛽 𝐶𝑂𝑆 𝜃

=𝟎,𝟗 ×𝟏,𝟓𝟒𝟗𝟔

𝟎,𝟎𝟎𝟑𝟔𝟓𝟒×𝒄𝒐𝒔 𝟏𝟓,𝟖𝟖

=𝟎,𝟗 ×𝟏,𝟓𝟒𝟗𝟔

𝟎,𝟎𝟎𝟑𝟔𝟓𝟒×𝟎,𝟗𝟔𝟏𝟖𝟑𝟔

= 396,81 Å

= 39,681 nm

➢ Ukuran kristal Si-UCNP 1 mM

D =𝐾 𝜆

𝛽 𝐶𝑂𝑆 𝜃

=𝟎,𝟗 ×𝟏,𝟓𝟒𝟗𝟔

𝟎,𝟎𝟐𝟕𝟒𝟐𝟕×𝒄𝒐𝒔 𝟏𝟓,𝟖𝟔

=𝟎,𝟗 ×𝟏,𝟓𝟒𝟗𝟔

𝟎,𝟎𝟐𝟕𝟒𝟐𝟕×𝟎,𝟗𝟔𝟏𝟗𝟑𝟐

= 52,861 Å

= 5,2861 nm

60

D =𝐾 𝜆

𝛽 𝐶𝑂𝑆 𝜃

=𝟎,𝟗 ×𝟏,𝟓𝟒𝟗𝟔

𝟎,𝟎𝟎𝟒𝟏𝟐𝟕 ×𝒄𝒐𝒔 𝟏𝟓,𝟖𝟔

=𝟎,𝟗 ×𝟏,𝟓𝟒𝟗𝟔

𝟎,𝟎𝟎𝟒𝟏𝟐𝟕×𝟎,𝟗𝟔𝟏𝟗𝟑𝟐

= 351,30 Å

= 35.130 nm

61

D =𝐾 𝜆

𝛽 𝐶𝑂𝑆 𝜃

=𝟎,𝟗 ×𝟏,𝟓𝟒𝟗𝟔

𝟎,𝟎𝟎𝟑𝟎𝟗𝟑 ×𝒄𝒐𝒔 𝟏𝟓,𝟖𝟒

=𝟎,𝟗 ×𝟏,𝟓𝟒𝟗𝟔

𝟎,𝟎𝟎𝟑𝟎𝟗𝟑×𝟎,𝟗𝟔𝟐𝟎𝟐𝟕

= 468,69 Å

= 46,869 nm

D =𝐾 𝜆

𝛽 𝐶𝑂𝑆 𝜃

=𝟎,𝟗 ×𝟏,𝟓𝟒𝟗𝟔

𝟎,𝟎𝟑𝟒𝟐𝟔𝟑 ×𝒄𝒐𝒔 𝟏𝟓,𝟖𝟔

=𝟎,𝟗 ×𝟏,𝟓𝟒𝟗𝟔

𝟎,𝟎𝟑𝟒𝟐𝟔𝟑×𝟎,𝟗𝟔𝟏𝟗𝟑𝟐

= 42,3148 Å

= 4,2314 nm

62

D =𝐾 𝜆

𝛽 𝐶𝑂𝑆 𝜃

=𝟎,𝟗 ×𝟏,𝟓𝟒𝟗𝟔

𝟎,𝟎𝟎𝟓𝟕𝟎𝟕 ×𝒄𝒐𝒔 𝟏𝟓,𝟖𝟐

=𝟎,𝟗 ×𝟏,𝟓𝟒𝟗𝟔

𝟎,𝟎𝟎𝟓𝟕𝟎𝟕×𝟎,𝟗𝟔𝟐𝟏𝟐𝟐

= 253,99 Å

= 25,399 nm

63

64

65

Lampiran 4. Hasil analisis TEM dengan imageJ

Area Mean Min Max Angle Length

1 0.300 125.957 73.118 203.016 -26.565 7.999

2 0.235 122.638 60.469 178.224 25.346 6.267

3 0.379 126.228 63.294 194.765 1.685 10.140

4 0.210 118.315 42.310 181.015 25.201 5.601

5 0.310 110.910 47.118 171.893 -37.694 8.288

6 0.300 131.563 80.293 192.976 21.801 8.027

7 0.244 124.909 47.550 234.155 -24.228 6.538

8 0.304 125.731 40 204.803 -36.027 8.109

9 0.374 139.084 72.082 215.060 -26.565 9.999

10 0.280 127.775 55.014 239.446 4.574 7.477

11 0.287 114.865 50.614 189.055 35.538 7.693

12 0.225 107.736 37.576 173.478 -5.711 5.992

13 0.328 137.661 67.236 201.527 -9.782 8.773

14 0.215 137.028 76 216.039 8.973 5.734

15 0.272 124.617 56.201 198.696 9.462 7.253

16 0.304 78.811 24.165 166.333 8.427 8.137

17 0.200 65.634 1.089 154.621 26.565 5.333

18 0.217 123.408 44.597 232.323 -34.509 5.788

19 0.156 53.723 0 132 0 4.174

20 0.154 79.699 26.864 147.223 29.358 4.104

21 0.221 85.284 31.257 166.336 24.624 5.903

22 0.249 55.203 0 137.271 -19.654 6.648

23 0.355 70.238 1.641 158.672 -43.091 9.491

24 0.350 80.947 16.831 162 16.699 9.337

25 0.329 128.372 67.822 205.924 -7.306 8.791

26 0.161 78.168 14.144 135.409 -27.897 4.301

27 0.137 53.551 0 127.801 -37.569 3.667

28 0.274 45.459 0 146 -27.350 7.300

29 0.144 77.598 20.829 142.132 -35.538 3.847

30 0.225 66.747 0 156 0 6.037

31 0.153 73.506 14.686 139.944 -80.538 4.080

32 0.383 88.578 17.599 170.323 16.460 10.258

33 0.312 87.255 27.904 167.804 -69.624 8.348

34 0.325 110.097 40.533 180.195 -17.969 8.697

35 0.196 69.217 0 124.200 -59.036 5.215

36 0.204 80.899 13.500 153.301 55.008 5.458

37 0.251 81.299 16.400 147.200 -60.018 6.711

38 0.410 89.344 1 173.334 20.283 10.965

39 0.289 103.065 43.018 162.958 16.858 7.709

40 0.126 123.893 66.840 178.960 -53.130 3.354

41 0.207 111.151 44.115 181.898 -26.565 5.499

42 0.278 118.222 37.126 211.418 -83.089 7.432

66

43 0.319 119.019 58.344 184.924 -85.486 8.523

44 0.325 108.548 49.086 203.785 78.111 8.682

45 0.253 146.065 70.952 232.403 5.711 6.741

46 0.296 140.224 70.624 230.402 -45 7.905

47 0.122 122.016 54.774 215.240 105.945 3.255

48 0.183 96.825 21.587 185 105.945 4.883

49 0.322 137.928 58.673 231.531 152.103 8.601

50 0.222 118.162 44.579 185.465 70.201 5.941

Ukuran partikel rata-rata = Total ukuran partikel

n partikel

= 345,005 nm

50

= 6,9001 ≈ 7 nm

67

Lampiran 5. Proses sintesis nanopartikel silika dan silica fluorescence

1. Sampel silika powder

2. Sampel silika geotermal setelah dicuci dan dikeringkan

68

3. Hidrolisis silika geotermal menggunakan NaOH 1,5 N pada suhu 90 C̊

4. Proses aging gel silika

69

5. Sampel fluorescent silica