Upload
others
View
6
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
PENGARUH WAKTU PENAMBAHAN DOPING SULFUR TERHADAPLUAS PERMUKAAN DAN STRUKTUR KRISTAL NANOTITANIA
MENGGUNAKAN METODE SOL GEL
(Skripsi)
Oleh
Anggi Puspita Dewi
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG2019
i
ABSTRAK
PENGARUH WAKTU PENAMBAHAN DOPING SULFUR TERHADAPLUAS PERMUKAAN DAN STRUKTUR KRISTAL NANOTITANIA
MENGGUNAKAN METODE SOL GEL
Oleh
ANGGI PUSPITA DEWI
Sintesis titania doping sulfur (S-TiO2) dilakukan dengan metode sol-gel. Titaniumisopropoxide (TTIP), tween-80, isopropanol dan asam sulfat (H2SO4) sebagaisumber doping sulfur digunakan sebagai prekursor. Penelitian ini bertujuan untukmengetahui pengaruh doping sulfur selama 0, 30, 60, 90 dan 120 menitmenggunakan pompa injeksi. Bubuk titania dikalsinasi pada 450 ℃ selama 5 jam.S-doping TiO2 dikarakterisasi menggunakan difraksi sinar-X (XRD) dan luaspermukaan (SAA). Hasil XRD menunjukkan bahwa fase yang diperoleh adalahfase anatase untuk semua sampel sedangkan hasil dari SAA menunjukkan bahwa,sampel S-02 memperoleh luas permukaan terbesar yaitu 95,310 m2/g dan hasilperhitungan dari ukuran partikel dari sampel S-02 diperoleh nilai 10,17 nm.Semakin kecil ukuran partikel yang diperoleh, semakin besar luas permukaan.
Kata kunci: Doping sulfur, SAA, titania, XRD.
ii
ABSTRACT
THE INFLUENCE OF SULFUR DOPING ADDITION TIME ONEXTENSIVE SURFACE AND CRYSTAL NANOTITANIA
STRUCTURE USING SOL GEL METHOD
By
ANGGI PUSPITA DEWI
Synthesis of sulfur doping titania (S- TiO2) was carried out by the sol-gel method.Titanium isopropoxide (TTIP), tween-80, isopropanol and asam sulfat (H2SO4) asa source of sulfur doping are used as the of preccursor. This study aims todetermine the effect of sulfur doping for 0, 30, 60, 90 and 120 minutes usinginjection pumps. Titania powder was calcined at 450 ℃ for 5 hours. S-dopingTiO2 was characterized using x-ray diffraction (XRD) and surface area analyzer(SAA). The XRD results showed that the phase obtained was the anatase phasefor all samples while the results from the SAA showed that the S-02 sampleobtained a surface area the biggest is of 95,310 m2/g and the results of thecalculation of the particle size of the S-02 sample obtained a value of 10,17 nm.The smaller the particle size obtained, the greater the surface area.
Keywords: Doping sulfur, SAA, titania, XRD.
iii
PENGARUH WAKTU PENAMBAHAN DOPING SULFUR TERHADAPLUAS PERMUKAAN DAN STRUKTUR KRISTAL NANOTITANIA
MENGGUNAKAN METODE SOL GEL
Oleh
ANGGI PUSPITA DEWI
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai GelarSARJANA SAINS
Pada
Jurusan FisikaFakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG2019
v
vii
RIWAYAT HIDUP
Penulis bernama lengkap Anggi Puspita Dewi,
dilahirkan di Metro pada tanggal 18 Oktober 1997.
Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara
dari pasangan Bapak Hartono dan Ibu Rohini.
Penulis menyelesaikan pendidikan formal di SDN 3 Cabang Empat yang
diselesaikan pada tahun 2009. Kemudian pada tahun 2012 melanjutkan
pendidikan di SMP Pelita Cabang Empat. Selanjutnya tahun 2012 diterima di
MAN 1 Lampung Utara dan lulus pada tahun 2015. Penulis diterima sebagai
mahasiswa pada tahun 2015 pada Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Lampung melalui jalur undangan SNMPTN.
Tahun 2018 penulis melaksanakan praktek kerja lapangan (PKL) di Pusat
Penelitian Metalurgi dan Material-LIPI, Tanggerang Selatan. Penulis juga
melaksanakan program kuliah kerja nyata (KKN) Universitas Lampung tahun
2018 di Desa Pagar Dewa, Kecamatan Pagar Dewa, Kabupaten Tulang Bawang
Barat. Dalam bidang organisasi yang pernah diikuti, penulis sebagai anggota
badan eksekutif mahasiswa (BEM) FMIPA dan sebagai anggota minat bakat
Himafi FMIPA Unila.
viii
PERSEMBAHAN
Dengan rasa syukur kepada Allah SWT, tulisan ini kupersembahkan
Untuk Ayah dan Ibu yang telah membesarkan, membimbing, mendidik dan
mendoakanku hingga saat ini
Dan untuk seluruh keluargaku, saudara, sahabat dan teman-teman seperjuangan
yang selalu mendukung dan menyemangatiku..
Serta Almamater Tercinta“Universitas Lampung”
ix
MOTTO
Kegagalan hanya terjadi bila kita menyerah.(BJ Habibie)
Lakukan yang terbaik, sehingga aku tak akanmenyalahkan diriku sendiri atas segalanya.
(Magdalena Neuner)
Berangkat dengan penuh keyakinan
Berjalan dengan penuh keikhlasan
Istiqomah dalam menghadapi cobaan
(Anggi Puspita Dewi)
x
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahirabbil’alamin penulis sembahkan kehadirat Allah SWT, atas
karunia yang dilimpahkan sebagai sumber dari segala solusi sampai akhirnya
penulis dapat menuntaskan skripsi dengan judul “Pengaruh Waktu
Penambahan Doping Sulfur Terhadap Luas Pemukaan dan Struktur Kristal
Nanotitania Menggunakan Metode Sol Gel”. Tujuan penulisan skripsi ini
sebagai salah satu persyaratan untuk mendapatkan gelar Sarjana Sains di Program
Studi Sarjana Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Lampung.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam skripsi ini. Oleh karena itu,
penulis mengharapkan kritik dan saran yang dapat membangun penyempurnaan
skripsi ini. Akhir kata semoga skripsi ini bermanfaat bagi semua.
Bandar Lampung, 20 Oktober 2019
Anggi Puspita Dewi
xi
SANWACANA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan
karunia, rahmat serta hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi
yang berjudul “Pengaruh Waktu Penambahan Doping Sulfur Terhadap Luas
Permukaan dan Struktur Kristal Nanotitania Menggunakan Metode Sol
Gel”. Terwujudnya skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak yang telah
membantu penulis. Dengan segala kerendahan hati dan rasa hormat, penulis
mengahturkan terima kasih kepada:
1. Bapak Prof. Drs. Posman Manurung, M.Si., Ph.D sebagai pembimbing pertama
yang telah sabar membimbing, memberikan banyak motivasi, nasihat inspirasi
serat ilmunya.
2. Bapak Drs. Safriyadi, M.Si sebagai pembimbing kedua yang telah memberikan
saran dalam penulisan skripsi ini.
3. Ibu Dra. Dwi Asmi, M.Si., Ph.D sebagai penguji yang telah memberikan
banyak koreksi selama penulisan skripsi.
4. Bapak Arif Surtono, S.Si., M.Si., M.Eng selaku Ketua Jurusan.
5. Bapak Drs. Suratman, M.Sc selaku Dekan FMIPA Unila.
6. Ayah dan ibu seluruh keluargaku atas segala do’a dan dukunganya.
7. Delfi Oktavia Amrani, Vidi Nurhidayah, Puji Lestari, Sri Rahayu dan Yunita
sebagai tim penelitian atas bantuan dan kerjasamanya.
xii
8. Sahabat-sahabatku Andika Saputra, Kece badai (Lekat Zulaifah, Dinda Rizki
Amelia, Desi Nurhayani dan Nurul Hasanah) dan Hijrah (Ira Sudarsono Putri,
Josalina, Deafani Wahyu Ardaniswari, Reza Arsela dan Nur Asriyani)
9. Teman-teman angkatan 2015 atas segala bantuan, semangat serta motivasinya.
10. Semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu, yang telah
membantu penulis selama menyelesaikan tugas akhir.
Bandar Lampung, 20 Oktober 2019
Anggi Puspita Dewi
xiii
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK .........................................................................................................i
ABSTRACT .......................................................................................................ii
HALAMAN JUDUL .........................................................................................iii
HALAMAN PERSETUJUAN .........................................................................iv
HALAMAN PENGESAHAN ...........................................................................v
PERNYATAAN.................................................................................................vi
RIWAYAT HIDUP ...........................................................................................vii
PERSEMBAHAN..............................................................................................vii
MOTTO ............................................................................................................ix
KATA PENGANTAR ......................................................................................x
SANWACANA .................................................................................................xi
DAFTAR ISI......................................................................................................xiii
DAFTAR GAMBAR .........................................................................................xvi
DAFTAR TABEL .............................................................................................xvii
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang ......................................................................................1B. Rumusan Masalah ..................................................................................3C. Tujuan Penelitian ...................................................................................3D. Batasan Masalah ....................................................................................4E. Manfaat Penelitian..................................................................................4
xiv
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Titanium Dioksida (TiO2) ......................................................................5B. Nanopartikel ..........................................................................................7C. Metode Sol Gel.......................................................................................7D. Asam Sulfat (H2SO4) ............................................................................10E. Tween 80 ................................................................................................12F. Titanium Isopropoksida .........................................................................12G. Karakterisasi
1. Difraksi Sinar-X (XRD) .....................................................................132. Surface Area Analyzer (SAA) ............................................................15
III. METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian .................................................................18B. Alat dan Bahan ........................................................................................18C. Prosedur Penelitian..................................................................................19D. Diagram Alir ...........................................................................................30
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Sintesis S-TiO2 .............................................................................31B. Hasil Karakterisasi XRD ........................................................................35C. Hasil Karakterisasi SAA ........................................................................43
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. KesimpulanB. Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
1. Perhitungan pengenceran H2SO4
2. Hasil perhitungan ukuran partikel3. Hasil input dan output refinement4. Hasil ICDD5. Nomer PCPDFWIN
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1 (a) Model struktur kristal rutile (b) Model struktur kristal anatasemenggunakan Power cell. Warna biru menunjukkan atom Ti danwarna merah menunjukkan atom O .......................................................... 6
2.2 Tahapan metode sol gel ............................................................................ 9
2.3 Skema difraksi sinar-X ............................................................................. 13
2.4 Ilustrasi dari hukum Bragg, S0 = sinar datang, S1 = sinar pantul, =sudut sinar datang/pantul, A1 = bidang kristal 1, A2 = bidang kristal2, d = jarak antara bidang .......................................................................... 15
2.5 Bagian-bagian SAA ................................................................................. 16
3.1 Mortar dan pastel ...................................................................................... 21
3.2 Alat XRD .................................................................................................. 22
3.3 (a) Softcopy data XRD (b) Cotoh peyimpanan file dalam format xy ....... 23
3.4 Tampilan sofware Rietica ......................................................................... 23
3.5 Tampilan new input ................................................................................. 24
3.6 Tampilan phases ....................................................................................... 24
3.7 Tampilan histogram .................................................................................. 25
3.8 Tampilan sampel ....................................................................................... 26
3.9 Tampilan refine ......................................................................................... 26
3.10 Proses pengenceran H2SO4 ........................................................................ 30
3.11 Diagram alir penelitian ............................................................................. 30
xvi
4.1 Preparasi sampel (a) stir tween-80, (b) penambahan isoprophylalcohol, (c) penambahan titanium isopropoxide, (d) penambahandoping sulfur (e) Proses pengadukan selama 12 jam ................................ 32
4.2 (a) Sampel berbentuk gel basah (b) sampel berbentuk bongkahan (c)sampel berbentuk butiran kasar ................................................................ 33
4.3 Serbuk sampel setelah dikalsinasi ............................................................. 34
4.4 Sampel setelah digerus............................................................................... 34
4.5 Difraktogram semua sampel S-TiO2 dengan panjang gelombangsinar-X yang digunakan sebesar 0,1546 Å ............................................... 35
4.6 Refinement difraktogram sampel S-01 ...................................................... 37
4.7 Refinement difraktogram sampel S-02 ...................................................... 38
4.8 Refinement difraktogram sampel S-03 ...................................................... 39
4.9 Refinement difraktogram sampel S-04 ...................................................... 40
4.10 (a) Sel parameter a = b, (b) sel parameter c .............................................. 41
4.11 Grafik luas permukaan............................................................................... 43
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
2.1 Sifat-sifat asam sulfat ..................................................................................11
2.2 Sifat titanium isopropoksida ........................................................................13
3.1 Variasi komposisi S-TiO2 ............................................................................20
4.1 Hasil perhitungan ukuran partikel ...............................................................42
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Nanoteknologi pertama kali dikenalkan oleh Richard Feynman dalam
kuliahnya pada tahun 1959. Kemudian K. Eric Drexler yang telah terinspirasi
oleh Feynman mencetuskan kata nanoteknologi pada bukunya yang
mencakup ide-ide dan keunggulan dalam menggunakan material berukuran
nano (Bera et al., 2016). Nanoteknologi adalah pembelajaran pada struktur
yang sangat kecil dengan kisaran 0,1 sampai 100 nm. Berdasarkan penelitian
sebelumnya sifat-sifat nano berbeda, antara lain sensitivitas suhu tinggi, luas
permukaan besar, ketahanan regangan tinggi dan listrik rendah (Yang et al.,
2013). Istilah nano berasal dari bahasa Yunani yaitu nanos yang berarti
kurcaci. Secara harfiah, kata nano berarti sangat kecil atau ukuran mini
(Nikalje, 2015).
Nanoteknologi juga memiliki peran penting dalam bidang nanomaterial,
nanofisika, nanokimia, nanoelektronik dan nanometrologi. Nanomaterial
memiliki berbagai jenis, salah satunya yaitu titanium dioksida (TiO ) atau
nanotitania merupakan salah satu bahan yang sedang dikembangkan.
Nanoteknologi telah banyak diterapkan dalam berbagai bidang penelitian
sebagai, nanowires (membuat konduktif kapasitas baterai Li-on), kawat nano,
serat nano, nanokeramik (komponen anti pemolesan UV), dan nanosilika
2
(Arivalagan et al., 2011). Titanium oksida (TiO ) adalah salah satu material
semikonduktor oksida dari titanium oksida. TiO dapat digunakan pada level
tinggi, fotokonduktivitas, tingkat viskositasnya rendah, harganya murah
dengan aktivitas dan efesiensi fotokatalis tinggi. Nanotitania telah banyak
digunakan untuk pemurnian air, sel surya (You et al., 2014), fotokatalis
(Fujishima et al., 2006), pewarna putih (Hashimoto et al., 2005) dan
pelindung kayu (Chawengkijwanich et al., 2008).
Untuk memanfaatkan nanotitania banyak peneliti melakukan modifikasi
terhadap nanotitania, tidak hanya senyawa murninya yang digunakan tetapi
juga diberikan perlakuan diantaranya dengan menambahkan doping pada
nanotitania. Doping diberikan pada suatu unsur atau senyawa dengan tujuan
menghasilkan katalis baru dan aktif dibawah cahaya tampak. Terdapat
berbagai macam bahan doping dalam nanoteknologi antara lain nitrogen (Lie
et al., 2015; Darzi et al., 2012; Yang et al., 2010), karbon (Palanivelu et al.,
2007; Mai et al., 2009), sulfur (Ohno et al., 2004; Park et al., 2013;
Hamadanian et al., 2009) dan flour (Zhao et al., 2010; Fakhrutdinova et al.,
2015).
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya, maka pada
penelitian ini dilakukan modifikasi TiO yang didoping sulfur dari H2SO4
menggunakan variasi kecepatan injeksi melalui metode sol gel. Sulfur atau
belerang merupakan unsur kimia non logam yang memiliki simbol (S) dengan
nomor atom 16. Karakterisasi yang dilakukan meliputi Difraksi Sinar-X
(XRD) untuk mengetahui struktur kristal TiO dan Surface Area Analyzer
3
(SAA) dengan metode Brunner Emmett Teller (BET) untuk mengetahui luas
permukaan TiO .
Sulfur telah banyak digunakan sebagai doping nanotitania seperti penelitian
Fadilah et al., (2016), dengan menggunakan bahan tween-80 (C64H124O26)
sebesar 4 gr, titanium isopropoxide (C12H28O4Ti) sebesar 3,4 ml, isoprophyl
alcohol (C3H8O) sebesar 40,15 ml berfungsi sebagai pelarut, dengan variasi
sulfur 0 ml untuk TiO dan 5 ml untuk S-TiO melalui metode sol gel dan
dikalsinasi pada suhu 400 ℃. Berdasarkan hasil analisis Transmission
Electron Microscopy (TEM) diketahui terdapat bagian gelap dan terang pada
nanostruktur TiO dengan ukuran butiran partikel sekitar (13,14 ± 0,67 nm).
Sementara bagian gelap tidak terdapat pada nanostruktur S-TiO yang
memiliki ukuran butiran partikel sekitar (10,14 ± 0,52 nm. Dapat
disimpulkan bahwa doping sulfur berhasil mempengaruhi penurunan ukuran
butiran partikel titania.
B. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang dan masalah yang telah dikemukakan, dibuat
rumusan masalah yaitu, bagaimana pengaruh variasi waktu penambahan
doping sulfur selama 0, 30, 60, 90 dan 120 menit menggunakan pompa
injeksi terhadap pembentukan struktur kristal dan luas permukaan TiO .
C. Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk, mengetahui pengaruh variasi waktu
penambahan doping sulfur selama 0, 30, 60, 90 dan 120 menit menggunakan
4
pompa injeksi terhadap pembentukan struktur kristal dan luas
permukaan TiO .D. Batasan Masalah
Pada penelitian ini akan dilaksanakan pengujian dan pengamatan dengan
batasan masalah sebagai berikut:
1. Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini yaitu aquabidest,
tween-80, isoprophyl alcohol, titanium isopropoxide, asam klorida dan
sulfur.
2. Metode yang digunakan untuk mensintesis TiO dengan penambahan
doping sulfur menggunakan pompa injeksi dengan metode sol gel.
3. Variasi waktu penambahan doping sulfur menggunakan pompa injeksi
adalah 0, 30, 60, 90 dan 120 menit.
4. TiO yang doping sulfur dengan variasi waktu menggunakan pompa
injeksi dikarakterisasi menggunakan XRD dan SAA.
E. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diharapkan melalui penelitian ini adalah sebagai
berikut:
1. Dapat mengetahui struktur kristal dan luas permukaan TiO dari bahan
titanium isopropoxide yang didoping sulfur menggunakan pompa injeksi.
2. Dapat mengetahui kelayakan titanium isopropoxide ketika dijadikanTiO yang didoping sulfur sehingga dapat dimanfaatkan sebagai acuan
pada penelitian selanjutnya.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Titanium Dioksida ( )TiO adalah salah satu material semikonduktor oksida dari titanium yang
dikenal dengan nama titania atau titanium oksida. TiO merupakan padatan
berwarna putih, tidak larut dalam HCL, HNO3 tetapi tetap larut dalam asam
sulfat pekat membentuk titanium. Senyawa TiO bersifat amfoter yaitu
terlarut secara lambat dalam H2SO4 membentuk kristal. TiO dapat digunakan
pada level tinggi, fotokonduktivitas, tingkat viskositasnya rendah dan
harganya murah. TiO dikenal sebagai material dengan aplikasi yang luas
seperti sunscreen, pasta gigi, fotokatalis dan elktroda sel surya.
TiO memiliki tiga jenis kristal, yaitu rutile (tetragonal), anatase (tetragonal)
dan brokite (ortorhombik) (Landaman et al., 2012). Rutile merupakan bentuk
kristal yang stabil, sedangkan anatase dan brookite merupakan bentuk kristal
yang menstabil akan merubah menjadi rutile apabila dipanaskan pada suhu
tertentu. Untuk proses fotokatalis struktur anatase lebih disukai karena lebih
aktif dibandingkan struktur rutile, bentuk kristal anatase dapat diamati pada
pemanasan sol TiO mulai dari suhu 120 ℃ dan mencapai sempurna pada
suhu 500 ℃. Pada suhu 700 ℃ mulai terbentuk kristal rutile dan terjadi
penurunan luas permukaan serta melemahnya aktivitas fotokatalis secara
6
drastis. Menurut Moellmann et al., (2012). struktur kristal TiO rutile dan
anatase ditunjukkan pada Gambar 2.1.
(a) (b)
Gambar 2.1 (a) Model struktur kristal rutile (b) Model struktur kristalanatase menggunakan powder cell. Warna biru menunjukkanatom Ti dan warna merah menunjukan atom O (Moellmann etal., 2012).
Titania pada fasa anatase umumnya stabil pada ukuran partikel kurang dari 11
nm, fasa brookite pada ukuran partikel 11-35 nm, dan fasa rutile diatas 35
nm. Keunggulan dari TiO yaitu mempunyai celah pita energi yang besar (3,2
eV untuk fasa anatase dan 3,0 eV untuk fasa rutile), sehingga memungkinkan
banyak terjadinya eksitasi elektron kedalam pita konduksi dan pembentukan
hole pada pita valensi saat di inkubasi cahaya ultraviolet. Secara umum TiOdalam fasa anatase mempunyai aktivitas yang lebih tinggi dibandingkan
dengan fasa rutile, karena pada fasa anatase TiO memiliki luas permukaan
yang lebih besar dan ukuran yang lebih kecil dibandingkan rutile.
Keuntungan katalis serbuk adalah efesiensi pengolahan yang tinggi karena
memiliki luas permukaan yang besar untuk absorbsi (Wang et al., 2015).
ab
c
PowderCell 2 .0
ab
c
PowderCell 2 .0
ab
c
PowderCell 2 .0
ab
c
PowderCell 2 .0
7
B. Nanopartikel
Nanopartikel merupakan partikel bersekala nano yang didefinisikan sebagai
suatu objek kecil yang terdispersi. Berdasarkan ukuran diameter partikel,
dibagi menjadi tiga bagian diantaranya partikel ultrahalus, partikel halus dan
partikel kasar. Selain itu nanopartikel memiliki reaktivitas yang lebih besar
disebabkan oleh atom-atom nanopartikel memiliki peluang besar untuk
berinteraksi dengan material lain. TiO yang didoping menggunakan
nanopartikel magnetik, disintesis dalam suatu reaktor piringan berputar,
dengan perlakukan tersebut membuat nanopartikel dapat terperangkap oleh
medan magnet. Proses produksi tersebut bersifat kontinu sehingga cocok
untuk aplikasi industri (Kiatkamjornwong et al., 2010).
Nanopartikel TiO menunjukkan selektivitas yang rendah sehingga cocok
untuk degradasi semua jenis kontaminan, seperti senyawa organik, pewarna,
fenol, pestisida, sianida dan logam berat (Hongxun et al., 2016). Perbedaan
nanopartikel dengan material berukuran besar (bulk) yaitu nanopartikel
memiliki nilai perbandingan antara luas permukaan dan volume yang lebih
besar, jika dibandingkan dengan partikel sejenis dalam ukuran besar, hal ini
membuat nanopartikel bersifat lebih reaktif.
C. Metode Sol Gel
Metode sol gel adalah metode preparasi padatan dengan teknik temperatur
yang rendah melibatkan transisi dari suatu sistem dengan partikel-partikel
mikroskopik yang terdispersi dalam suatu cairan (sol) menjadi material
makroskopik (gel) yang mengandung cairan. Metode sol gel ini salah satu
8
metode yang digunakan dalam proses sintesis nanopartikel dan
nanokomposit. Sol adalah suspensi koloid yang fasanya terdispersi berbentuk
padat dan fasa pendispersinya berbentuk cairan. Suspensi dari partikel padat
dibuat dengan gugus alkoksi dan dihidrolisis dengan air, menghasilkan
partikel padatan gugus hidroksida dan reaksinya adalah reaksi hidrolisis. Gel
adalah jaringan partikel atau molekul, baik padatan maupun cairan, dimana
polimer yang terjadi di dalam larutan digunakan sebagai tempat pertumbuhan
zat anorganik. Metode sol gel cocok untuk preparasi material berbentuk
bubuk (Paveena et al., 2010). Reaksi kondensasi berlangsung sangat cepat,
sulit untuk dikendalikan dan reaksinya membentuk jaringan dimensi tiga atau
partikel dengan ikatan tunggal. Kondensasi air berlangsung lebih cepat
dibandingkan kondensasi alkohol (Arjasa et al., 2012).
Beberapa proses sintesis nanotitania dengan metode sol gel dilakukan karena
ukuran dari partikel, ketebalan film dan porositas dapat dikontrol dengan
menyesuaikan beberapa parameter seperti temperatur hidrotermal, kondisi
sintering dan konsentrasi sol. Proses sol gel memiliki keuntungan seperti sifat
kemurnian, homogenitas, struktur mikro yang dapat dikontrol dan proses
pengolahan yang mudah (Alphonse, 2010). Teknik sol gel banyak
dimanfaatkan untuk proses sintesis material, terutama memperlihatkan
kemurnian, homogenitas, dan modifikasi sifat material dengan mengubah
parameter sintesisnya (Zawrah et al., 2009). Pada metode sol gel larutan
mengalami perubahan fase menjadi sol dan kemudian menjadi gel (Phumying
et al., 2010). Pada Gambar 2.2 dibawah ini diperlihatkan beberapa tahapan
metode sol gel.
9
Gambar 2.2 Tahapan metode sol gel (Feinle et al., 2015).
Tahapan dari proses sintesis dengan metode sol gel ialah:
a) Hidrolisis
Pada tahap pertama logam prekursor (alkoksida) dilarutkan dalam
alkohol dan terhidrolisis dengan penambahan air pada kondisi asam,
netral atau basa menghasilkan sol koloid. Faktor yang sangat
berpengaruh terhadap proses hidrolisis adalah rasio air/prekursor dan
jenis katalis hidrolisis yang digunakan, adapun reaksi hidrolisis menurut
Li et al., (2012) adalah:
Ti(C3H7O)4 + H2O M Ti4+ + (C3H7O)3 + OH- + C3H7O- + H+ m. (2.1)
Ti(C3H7O)3(OH) + 3 H2O MM Ti4+ + 4OH- + 3C3H7O- + H+ (2.2)
b) Kondensasi
Reaksi kondensasi melibatkan senyawa hidroksil untuk menghasilkan
polimer. Reaksi ini menghasilkan produk berupa air atau alkohol, adapun
reaksi kondensasi menurut penelitian Sithohang et al., (2015) adalah :
Ti(OH)4 Ti4+ + 2O2- + 4H++O2- (2.3)
10
c) Pemeraman
Setelah reaksi hidrolisis dan kondensasi akan dilanjutkan dengan
pematangan gel yang terbentuk. Pada proses pematangan ini, adanya
reaksi pembentukan jaringan gel yang lebih kaku, kuat dan menyusut di
dalam larutan. Pemeraman ini dilakukan selama ± 24 jam.
d) Pengeringan
Tahap terakhir adalah proses penguapan larutan dan cairan yang tidak
diinginkan untuk mendapatkan struktur sol gel yang memiliki luas
permukaan yang tinggi. Waktu pengeringan yang bisa digunakan selama
18 jam pada suhu 80℃ dengan kadar air sebesar 1%.
D. Asam Sulfat (H2SO4)
Asam sulfat merupakan salah satu asam mineral (anorganik) yang tergolong
asam kuat. Dalam kimia, senyawa ini biasa ditulis dengan rumus H2SO4.
Asam sulfat murni tidak berwarna, mampu melarutkan logam, berupa cairan
kental yang membeku pada suhu 10,4 ℃ dan mendidih pada suhu 279,6 ℃.
Materi ini bereaksi keras dengan air dan senyawa organik (Juan, 2007).
Bahan yang mudah larut dalam air pada berbagai perbandingan dan akan
terdekomposisi pada temperature 300 ℃ atau lebih menghasilkan sulfur
trioksida. Dalam memproduksi larutan asam sulfat (H2SO4) terdapat dua
tahap dalam pembuatannya, yaitu:
A. Tahap 1. Pembuatan sulfur dioxide
Sulfur melalui proses pembakaran dengan oksigen sehingga menghasilkan
SO2.
11
S + O2 SO2 (2.4)
SO2 + 1/2O2 SO3 (2.5)
B. Tahap 2. Penyerapan SO3 dalam bentuk asam sulfat, SO3 menyerap H2O
sehingga diperoleh H2SO4.
SO3 + H2O SO3 + 2H++O-2 (2.6)
Asam sulfat mempunyai banyak kegunaan yaitu sebagai doping dan salah
satu produk utama industri kimia. Bahan yang digunakan sebagai doping
disebut dengan dopan. Seperti penelitian yang dilakukan oleh Wang et al.,
(2008) yang telah mensintesis nanotitania menggunakan doping sulfur dengan
metode sol gel menggunakan tetrabulti titanat dan thiourea sebagai prekursor.
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa doping sulfur bisa meningkatkan
aktivitas fotokatalis TiO .Ukuran partikel rata-rata S-TiO fotokatalis adalah
sekitar 10 nm. S-TiO fotokatalis mengandung 100% fase anatase kristalTiO , dalam S-TiO fotokatalis sulfur tidak ada secara independen, tetapi
dimasukan ke dalam kisi kristal TiO (Wang et al., 2008). Asam sulfat
memiliki beberapa sifat seperti terlihat pada Tabel 2.1 berikut.
Tabel 2.1. Sifat-sifat asam sulfat
Nama Senyawa Asam SulfatRumus kimia H2SO4
Wujud senyawa (28℃) Liquid (cair)Berat molekul 98.08 g/molWarna senyawa Tidak berwarnaTitik leleh (-35) – 10.36℃Titik didih 270 – 340℃
12
E. Tween 80
Tween 80 adalah ester asam lemak polioksietilen sorbitan, dengan nama
kimia polioksietilen 20 sorbitan monooleat. Rumus molekulnya adalah
C64H124O26. Tween 80 berwujud cair, berwarna kekuningan dan berminyak,
memiliki aroma yang khas. Larut dalam air dan etanol, tidak larut dalam
minnyak mineral. Tween 80 termasuk ke dalam golongan sufaktan nonionik
yaitu sufaktan yang bagian alkalinya tidak bermuatan. Salah satu sifat penting
dari sufaktan adalah kemampuan untuk meningkatkan larutan bahan yang
tidak larut atau sedikit larut dalam medium dispersi. Sufaktan pada
konsentrasi rendah, menurunkan tegangan permukaan dan menaikkan laju
kelarutan, sedangkan pada kadar yang lebih tinggi sufaktan akan berkumpul
membentuk agregat yang disebut misel. Penambahan sufaktan dalam larutan
akan menyebabkan turunnya tegangan permukaan larutan, setelah mencapai
konsentrasi tertentu tegangan permukaan akan konstan walaupun konsentrasi
sufaktan ditingkatkan (Rahmadani et al., 2019). Kegunaan tween 80 antara
lain sebagai zat pembasah, peningkat penetrasi dan peningkatan kelarutan.
F. Tittanium Isopropoksida
Titanium isopropoksida merupakan suatu senyawa kimia dengan rumus
molekul C12H28O4Ti. Senyawa ini merupakan bentuk alkoksida dari Ti (IV),
didalam air titanium isopropoksida terhidrolisis menjadi titanium dalam
bentuk oksida dan hidroksida (Cho et al., 2001). Titanium isopropoksida
suatu cairan yang berbentuk jerami yang meimiliki titik didih 238℃ pada
suhu kamar, mempunyai molekul tetrahedral diamagnetik dan salah satu
13
struktur alkoksida yang kompleks, sifat titanium isopropoksida dapat dilihat
pada Tabel 2.2 berikut.
Tabel 2.2 Sifat titanium isopropoksida
Nama Senyawa Titanium IsopropoksidaRumus molekul C12H28O4TiMr (masa molekul relatif) 284,2 g/molMassa jenis 0,96 g/molTitik leleh 17℃Titik didih 238℃Kelarutan dalam air Bereaksi membentuk TiO2
Kelarutan Larut dalam etanol, eter dan benzena
G. Karakterisasi
1. Difraksi Sinar-X (XRD)
XRD pertama kali ditemukan oleh Wilhelm Conrad Rontgen pada tahun
1895. Analisis difraksi sinar-X digunakan untuk mengetahui fasa-fasa
kristal, dari bahan seperti keramik, komposit, polimer dan lain-lain.
Skema difraksi sinar-X terlihat pada Gambar 2.3 berikut.
Gambar 2.3 Skema difraksi sinar-X
Detektor
Kolimator
Sinar-X
Sampel
Lintasan detektor
14
Sinar-X terjadi pada saat elektron ditembakkan mengenai sampel dengan
kecepatan tegangan tinggi dalam tabung vacum. Elektron-elektron
berasal dari filamen (anoda) dipercepat menumbuk target (katoda) yang
berada dalam tabung sinar-X, sehingga elektron-elektron mengalami
perlambatan. Tumbukan antara elektron dan atom-atom pada sampel
mengakibatkan hamburan sinar-X dan ditangkap oleh detektor berupa
intensitas sinar-X yang terdifraksi pada sudut 2 (Cullity, 1978).
Pada saat pembentukan sinar-X, terjadi pancaran gelombang yang berasal
dari berbagai interaksi foton dengan partikel dalam sampel, akibatnya,
terdapat beberapa gelombang yang dipancarkan, ketika berkas sinar-X
berinteraksi dengan suatu material, terdapat tiga hal yang terjadi yaitu
penyerapan, penghamburan dan pemancaran kembali sinar-X dengan
energi yang lebih rendah. Setiap bidang kisi tersebut memiliki beberapa
arah sudut tertentu, sehingga jarak antar bidang dalam kristal memiliki
persamaan sebagai berikut:
2 sin = (2.7)
dengan:
d = jarak antar bidang dalam kristal
θ = sudut difraksi
n = orde difraksi (0,1,2,3,…..)
λ = panjang gelombang (Cullity, 1978).
Hukum Bragg merupakan perumusan matematik mengenai proses
difraksi yang terjadi sebagai hasil interaksi antara sinar-X yang
15
dipantulkan oleh material. Bragg menunjukkan bahwa bidang yang berisi
atom-atom di dalam kristal akan memantulkan radiasi dengan cara yang
sama pada peristiwa pemantulan cahaya di bidang cermin. Ilustrasi
hukum Bragg pada XRD dapat dilihat pada Gambar 2.4 di bawah ini.
Gambar 2.4 Ilustrasi dari hukum Bragg, S0 = sinar datang, S1 = sinarpantul, = sudut sinar datang/pantul, A1 = bidang kristal1, A2 = bidang kristal 2, d = jarak antara bidang
Prinsip kerja dari XRD yaitu setiap senyawa terdiri dari susunan atom-
atom yang membentuk bidang tertentu. Jika sebuah bidang memiliki
bentuk yang tertentu, maka partikel cahaya (foton) yang datang dengan
sudut tertentu hanya akan menghasilkan pola pantulan maupun
pembiasan yang khas. Dengan kata lain, tidak mungkin foton yang
datang dengan sudut tertentu hanya akan menghasilkan pola pantulan
maupun pembiasan yang bermacam-macam (Cullity, 1978).
2. Surface Area Analyzer (SAA)
Luas permukaan merupakan jumlah pori disetiap satuan luas dari sampel.
Luas permukaan dipengaruhi oleh ukuran partikel, bentuk pori dan
susunan pori dalam partikel. Karakterisasi luas permukaan menggunakan
16
alat SAA, yang berfungsi untuk menentukan luas permukaan material,
distribusi pori dari material, dan isotherm absorbsi suatu gas pada suatu
bahan. Prinsip kerjanya menggunakan absorbsi gas, nitrogen, argon dan
helium, pada permukaan suatu bahan padat yang akan dikarakterisasi
pada suhu konstan, biasanya suhu yang digunakan merupakan suhu didih
suatu gas tersebut yaitu (77 K). Alat tersebut pada dasarnya hanya
mengukur jumlah gas yang dapat diserap oleh suatu permukaan padatan
pada tekanan dan suhu tertentu, jumlah sampel yang digunakan hanya
berkisaran 0,01 sampai 0,1 gram saja. Alat SAA ini terdiri dari dua
bagian utama yaitu Degasser dan Analyzer. Deggaser merupakan
perlakuan awal terhadap sampel, berfungsi untuk menghilangkan gas-gas
yang terserap pada permukaan padatan dengan proses pemanasan selama
6 jam dengan suhu berkisar antra 200 - 300℃ tergantung dari
karakterisasi bahan yang diuji. Berikut bagian-bagian SAA ditunjukkan
pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Bagian-bagian SAA.
17
Berdasarkan pada Gambar 2.5 merupakan bagian-bagian SAA, alat ini
menggunakan metode BET yang pertama kali ditemukan oleh Brunauer,
Emmett dan Teller pada tahun 1938. Metode ini digunakan untuk
permukaan yang datar dan tidak ada batas layer yang dapat digunakan
untuk menjelaskan luas permukaan. Metode ini menganggap bahwa
molekul padatan yang paling atas berada pada kesetimbangan dinamis.
Ini berarti jika permukaan hanya dilapisi oleh satu molekul saja, maka
molekul-molekul gas ini berada dalam kesetimbangan dalam fase uap
padatan. Peristiwa pelepasan molekul, ion dari permukaan zat padat yang
telah berkaitan dengan gugus aktif disebut dengan desorbsi
(Rahayuningsih et al., 2015).
III. METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Juni 2019 sampai bulan Agustus 2019.
Preparasi dan pembuatan sampel dilakukan di Laboratorium Fisika Material,
serta kalsinasi dilaksanakan di Laboratorium UPT Sentra Inovasi dan
Teknologi Terpadu jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Lampung. Karakterisasi sampel untuk
memperoleh struktur kristal dikarakterisasi menggunakan XRD di
Laboratorium Fisika Universitas Negeri Padang dan luas permukaan
dikarakterisasi menggunakan SAA di Laboratorium Teknik Kimia, Institut
Teknologi Bandung.
B. Alat dan Bahan
A. Alat
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini yaitu:
a. Mikropipet (0-10 ml) b. Suntikan dan kabel
c. Gelas ukur d. Gelas sampel
e. Neraca f. Almunium foil
g. Magnetic stirer h. Plastik press
i. Batang pengaduk j. Pompa injeksi
k. Oven l. Masker
19
m. Mortar dan pastel n. Sarung tangan
o. Spatula kaca p. Hair dryer
2. Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain:
a. Aquabidest d. Titanium isopropoxide (C12H28O4Ti)
b. Tween-80 (C64H124O26) e. Isoprophyl alcohol (C3H8O)
c. Asam klorida (HCL) f. Sulfur (H2SO4)
C. Prosedur Penelitian
Metode penelitian yang dilakukan terdiri dari beberapa tahap antara lain:
sintesis S-doping nanotitania, kalsinasi, penggerusan serta karakterisasi
sampel menggunakan XRD dan SAA.
1. Sintesis S-doping Nanotitania
Sebelum melakukan pembuatan sampel, terlebih dahulu membuat larutan
HCL dan aquabidest dengan konsentrasi 10% dalam ember tertutup.
Mencuci gelas sampel beserta tutupnya, batang pengaduk dan gelas ukur.
Kemudian merendamnya dalam larutan HCL selama ± 5 jam. Setelah itu
diangkat dan dikeringkan dalam oven selama 10 menit. Jumlah sampel
yang dipreparasi dalam penelitian ini sebanyak 5 (lima) sampel. Masing-
masing sampel diberi perlakuan yang sama dengan variasi laju
penambahan doping yang dilakukan dengan menggunakan pompa injeksi
kecuali, pada sampel pertama penambahan doping dilakukan secara
manual dengan menggunakan mikropipet. Proses sintesis pertama yang
20
dilakukan yaitu menimbang tween-80 menggunakan neraca digital sebesar
8 gram diaduk selama 3 menit dan diberi isoprophyl alcohol 80 ml,
pengadukan dilanjutkan selama 10 menit. Kemudian pemberian titanium
isopropoxide 6,8 ml menggunakan mikropipet secara tetes demi tetes
(dropwise) pipet tidak boleh dibiarkan terlalu lama bersentuhan dengan
udara ketika sedang memindahkan titanium isopropoxide, hal tersebut
dikarenakan sifat titanium isopropoxide yang mudah berubah menjadi
padatan putih seperti salju ketika terlalu lama bersentuhan dengan udara.
Kemudian larutan ini terus diaduk selama 20 menit. Selanjutnya
penambahan doping sulfur dari H2SO4 sebesar 4 ml menggunakan pompa
injeksi dengan variasi komposisi ditunjukkan pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Variasi komposisi S-TiO2.
NamaSampel
Tween-80(gr)
isoprophyl alcohol
(ml)
Titaniumisopropoxide
(ml)
H2SO4
(ml)Waktu pompa injeksi
doping (menit)
S-01 8 80 6,8 4 -S-02 8 80 6,8 4 30S-03 8 80 6,8 4 60S-04 8 80 6,8 4 90S-05 8 80 6,8 4 120
Pengadukan saat pencampuran (H2SO4) dilakukan selama ± 12 jam untuk
mencapai homogenitas. Setelah keempat bahan tercampur dilakukan
pengeringan menggunakan oven secara bertahap untuk setiap sampel, pada
suhu ± 80 °C selama 48 jam, selanjutnya ± 100 °C selama 24 jam,
kemudian suhu ± 150 °C selama 24 jam dan suhu ± 200 °C selama 24 jam.
21
2. Kalsinasi
Kalsinasi dilakukan untuk menghilangkan zat-zat yang tidak dibutuhkan
dalam bubuk S-doping TiO dan kadar uap air yang berlebihan. Kalsinasi
dilakukan selama 5 jam pada suhu 450 °C dengan kecepatan suhu ± 3
°C/menit.
3. Penggerusan
Setelah proses kalsinasi, sampel yang berbentuk serbuk kemudian digerus
secara manual menggunakan mortar dan pastel yang terbuat dari batu akik
seperti pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Mortar dan pastel.
Mortar ini dipilih karena tidak mudah terkelupas dan tergores sehingga
diharapkan sampel hasil gerusan tidak terkontaminasi. Penggerusan
dilakukan sampai sampel benar-benar halus selama ± 30 menit. Hal ini
bertujuan untuk meningkatkan homogenitas bahan agar lebih mudah
diamati struktur dan bentuknya.
22
1. Karakterisasi S-doping Nanotitania
Karakterisasi merupakan tahapan yang digunakan untuk mengetahui sifat
fisik dan kimia dari sampel hasil preparasi. Data hasil karakterisasi ini
akan menjadi parameter keberhasilan preparasi nanotitania.
a. XRD
XRD digunakan untuk menganalisis struktur kristal dan komposisi fasa
atau senyawa pada material. Berikut ini dapat dilihat pada Gambar 3.2
merupakan alat XRD.
Gambar 3.2 Alat XRD.
Berdasarkan Gambar 3.2 alat analisis XRD memiliki prinsip kerja yaitu
dengan cara sampel diletakkan pada tempat sampel (sampel holder) dan
diratakan menggunakan kaca. Setelah itu sampel diletakkan ke dalam
difraktometer selanjutnya disinari dengan sinar-X. Sebelum pengujian
dilaksanakan terlebih dahulu mengatur sudut 2 dan variabel-variabel
yang lainnya dan pengujian siap dimulai dengan menekan tombol star
pada menu komputer, setelah sampel disinari dengan sinar-X, maka
diperoleh softcopy berupa data difraksi sinar-X yang terdiri dari intensitas
difraksi dan sudut (2 ), dalam bentuk excel, selanjutnya data yang
diperoleh akan diolah menggunakan sofware PCPDFWIN untuk
23
mengetahui fasa yang terkandung dalam sampel, kemudian melakukan
pencocokan data menggunakan perangkat lunak Rietica dengan metode
Rietveld. Berikut ini merupakan tahapan salah satu contoh pencocokan
data pada sampel.
1. Membuka file pada program excel seperti terlihat pada Gambar 3.3
(a), kemudian block semua data XRD tersebut, maka selanjutnya file
kita simpan sebagai data agar dapat digunakan dalam program
Rietica. File tersebut disimpan dalam format xy, seperti terlihat pada
Gambar 3.3 (b) berikut.
a b
Gambar 3.3 (a) Softcopy data XRD (b) Contoh penyimpanan filedalam format xy.
2. Membuka program Rietica, terlihat gambar seperti berikut ini.
Gambar 3.4 Tampilan sofware Rietica
24
3. Klik icon New, kemudian klik a structure, lalu klik Ok, terlihat pada
gambar berikut.
Gambar 3.5 Tampilan new input
4. Klik icon Model, pilih phases kemudian mengisi parameter input
seperti: title di isi dengan nama fasa, space group, nilai a, b, c,, , , dan nilai Z, jumlah fasa dan atom dapat ditambahkan dengan
cara klik kanan pada posisi-posisi yang sesuai,selanjutnya klik OK.
terlihat seperti Gambar 3.6.
Gambar 3.6 Tampilan phases
25
5. Klik icon model pilih histogram, pada bagian baris pertama sebelah
kiri di isi dengan data XRD, baris kedua di isi dengan 2 awal dan
2 akhir, baris ketiga di isi 2 step, kemudian mengisikan panjang
gelombang 1 dan 2, pada bagian sebelah kanan terdapat polinomial
5th order terdapat enam macam polinomial yaitu: B0, B1, B2, B3, B4
dan B5, setelah itu melakukan pengklikan secara bertahap, supaya
tidak terjadi ketidakstabilan, selanjutnya klik OK, seperti terlihat
pada gambar berikut.
Gambar 3.7 Tampilan histogram
6. Klik icon model pilih sampel, pada bagian sebelah kiri mengisi nilai
U, V dan W kemudian pada saat refinement ceklis U, V dan W
secara bertahap, lalu klik OK tampilan layar seperti Gambar 3.8
berikut.
26
Gambar 3.8 Tampilan sampel
7. Klik icon Refine, masukan data input yang telah dibuat, klik angka
menjadi 30 kemudian pada tampilan dynamic plotting diaktifkan
dengan memberikan tanda ceklis (√) pada kotak yang sesuai, untuk
menampilkan pola difraksi, setelah itu klik start dan step secara
bertahap, selanjutnya klik finish yang menunjukkan bahwa
refinement yang dilakukan telah selesai. Proses refinement terlihat
pada Gambar 3.9 berikut.
Gambar 3.9 Tampilan refine
27
8. Klik icon informasi, pilih view input dan output kemudian simpan
dalam textpad.
Parameter-parameter kecocokan yang digunakan dalam melihat
pengembangan penghalusan Rietveld, yaitu:
a. Profil ( ) = [ ]∑ (3.1)
Intensitas pengamatan pada setiap pola difraksi disimbolkan dengan
dan intensitas perhitungan pada setiap pola difraksi disimbolkan
.
b. Weighted Profil (Rwp)
= Σ | − |Σ
/ (3.2)dimana ( i / w) adalah weight/bobot pada setiap pengamatan.
c. Bragg ( )
= Σ| − |Σ (3.3)dimana dan merupakan intensitas-intensitas terukur dan
terhitung untuk sebuah refleksi Bragg.
d. Expected ( )
= N − PΣ / (3.4)dimana N adalah jumlah pengamatan dan P adalah jumlah parameter
yang disesuaikan.
28
e. Goodnes of Fit ( )
= (3.5)Pada saat melakukan penghalusan difraktogram menggunakan
metode Rietveld, perlu memperhatikan nilai GoF. Jika nilai > 1
maka perlu peningkatan, tetapi jika nilai GoF < 2 ini sudah
memuaskan, selanjutnya melakukan perhitungan ukuran partikel,
dimana tingkat kristalinitas partikel TiO dilakukan dengan
membandingkan intensitas dan pelebaran puncak difraksi dari
sampel. Perhitungan dilakukan menggunakan persamaan Scherrer
(Cullity, 1978).
L =,
(3.6)
dimana L adalah diameter (nm), k adalah konstanta Scherrer dengan
nilai 0,9, adalah panjang gelombang sinar-X, adalah sudut
difraksi dan B adalah pelebaran berdasarkan Full-Width at Half
Maximum (FWHM) puncak difraksi dalam radian. Karakterisasi ini
dilakukan pada sampel S-01, S-02, S-03 dan S-04. Faktor-faktor
yang menentukan dalam melakukan pencocokan antara data hasil
penelitian dengan data hasil perhitungan, diantaranya:
b. Luas Permukaan
Alat SAA didasarkan pada siklus absorbsi isotermis oleh sampel berupa
serbuk. Dengan cara sejumlah volume gas nitrogen yang diketahui
29
dimasukkan ke dalam tabung sampel, maka sensor tekanan akan
menghasilkan data tekanan yang bervariasi.
Prosedur kerja yang pertama, persiapan alat dengan cara kabel
disambungkan pada sumber tegangan dan pastikan semua kabel dan
komputer tersambung, kemudian vakum dinyalakan, tekan tombol
power dan nyalakan komputer. Proses kedua yaitu preparasi sampel,
menimbang sampel yang akan diuji dan memasukannya dalam sampel
cell yang bersih dan menyusun sampel cell dalam tempat degassing.
Menyalakan mantel pemanas dan mengatur temperaturnya. Setelah itu
menekan tombol ESC untuk mengatur kecepatan keluarnya gelembung
gas sekitar 3-5 gelembung/detik. Masukan sampel ke dalam metal flow
tube dan tunggu hingga tidak ada uap yang keluar. Setelah itu matikan
mantel pemanas. Proses selanjutnya analisis sampel dengan cara sampel
sel dimasukan ke dalam holder, kemudian menuangkan nitrogen cair
kedalam dewar dan mengatur alatnya, selanjutnya menjalankan file
NovaWin klik tombol star program, login dengan user Nova, klik
operation dan pilih star analisis. Langkah terakhir memastikan terlebih
dahulu bahwa sampel cell telah dilepas dan menutup sofware NovaWin
dan mematikan alat dengan menekan tombol Switch power, vacum dan
tutup katub, kemudian cabut semua kabel yang digunakan dan proses
analisis selesai.
30
D. Diagram Alir Penelitian
Langkah kerja preparasi sampel TiO2 diperlihatkan pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10 Proses pengenceran H2SO4.
Proses sintesis pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.11 berikut.
Gambar 3.11 Diagram alir penelitian.
H2SO4 5 ml
Aquabidest 90 ml
Stir 24 jam
H2SO4
Karakterisasi menggunakan XRD danSAA
Kalsinasi pada suhu ± 450 oC 5 jam Digerus selama ± 30 menit
Stir selama ± 10 menit Menambahkan 6,8 ml titanium
isopropoxide- Stir selama ± 20 menit
Menambahkan 4 ml H2SO4 denganvariasi waktu 0,5; 1; 1,5; 2 jam- Stir selama 12 jam
8 gr Tween 80+
80 ml i-PrOH
Serbuk S-TiO2
Gel keringS-TiO2
Kesimpulan
Dipanaskan selama 24 jam pada suhu ±80 oC
Gel basahS-TiO2
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Berdasarkan data hasil penelitian dan analisis yang sudah dilakukan, maka
diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Hasil analisis XRD menunjukkan nanotitania yang dihasilkan dari proses
sintesis S-TiO2 dengan variasi waktu pompa injeksi selama 0, 30, 60, 90
dan 120 menit adalah fasa anatase.
2. Sampel S-02 dengan waktu injeksi 30 menit memperoleh hasil refinement
difraktogram yang baik yaitu menghasilkan nilai Rp = 4,81 %, Rwp = 6,37
%, Rb = 0,42 % dan nilai GoF ( ) sebesar 1,036.
3. Hasil luas permukaan menggunakan pompa injeksi selama 30 menit pada
sampel kedua (S-02) memperoleh nilai lebih besar dari sampel S-01 tanpa
pompa injeksi yaitu sebesar 95,310 m2/g sedangkan sampel S-01
memperoleh luas permukaan sebesar 90,663 m2/g.
4. Pada sampel S-02 hasil perhitungan ukuran partikel dan luas permukaan
sebesar 10,17 nm dan 95,310 m2/g hasil tersebut sesuai dengan teori
Cullity 1978.
47
B. Saran
Untuk penelitian selanjutnya dapat melakukan sintesis nanotitania dengan
doping sulfur murni dengan variasi penginjeksian selama 90, 100, 110,120
dan 130 menit menggunakan pompa injeksi.
DAFTAR PUSTAKA
Alphonse, P. Varghese, A. dan Tendero, C. 2010. Open Archive TOULOUSEArchive Ouverte ( OATAO ) Stable hydrosols for TiO2 coatings. Journal ofSol-Gel Science and Technology. Volume 56. Halaman 250-263
Arivalagan, K. Ravichandran, S. Rangasamy, K. Dan Karthikeyan, E. 2011.Nanomaterials and its potential applications. Journal of ChemTechResearch. Volume 3. Halaman 534-538.
Arjasa, O.P. dan Raharjo,J. 2012. Facile One Pot Synthesis Of HighlyMonodispere Silica Nanoparticles In Water Based Medium. Jurnal SainsMateri Indonesia, Volume 14. Halaman 34-39.
Bera, A. dan Belhaj, H. 2016. Application of Nanotechnology by Means ofNanoparticles and Nanodispersions in Oil Recovery – A ComprehensiveReview. Journal of Natural Gas Science and Engineering. Volume 34.Halaman 1284-1309.
Chawengkijwanich, C. dan Hayata, Y. 2008. Development of TiO Powder-coatedfood packaging film and its ability to inactivate Escherichia coli in vitro andin actual tests. International Journal of Food Microbiology. Volume 123.Halaman 288-292.
Cho, S. Chung, C. dan Moon, S. 2001. Temperature-Programmed DesorptionStudy on the Decomposition Mechanism of Ti(OC3H7)4 on Si(100).Journal of the Electrochemical Society. Volume 148. Halaman 599-603.
Cullity, B. D. 1978. Elements of X-Ray Diffraction, Second Edition. USA. AdisonWesley Publishing Company Inc. p. 1 dan 87.
Darzi, S. Mahjoub, A. dan Sarfi, S. 2012. Visible-Light-Active Nitrogen Doped TiO2
Nanoparticles Prepared By Sol-Gel Acid Catalyzed Reaction. Journal of MaterialsScience & Engineering. Volume 9. Halaman 17-23.
Djerdj, I. dan Tonejc, A.M. 2006. Structural Investigations of Nanocrystalline TiOSamples. Journal of Alloys and Compounds. Volume 413. Halaman 159-174.
Fadilah, S. Manurung, P. dan Ginting, E. 2016. Pengaruh Titania yang DidopingSulfur terhadap Ukuran Partikel. Jurnal Teori dan Aplikasi Fisika. Volume4. Halaman 37-42.
Fakhrutdinova, E. Shabalina, A. dan Sudareva, E. 2015. Synthesis of TiO and F-Doping TiO Powders Via “Reverse” Hydrolysis of TitaniumTetraisopropoxide. Journal of Advanced Materials Research. Volume 1085.Halaman 95-100.
Feinle, A. Elsaesser, M. dan Husing, N. 2015. Sol-Gel Synthesis of MonolithicMaterials with Hierarchical Porosity. Journal of Chemistry Society Reviews.Volume 12. Halaman 3377-3399.
Fujishima, A. dan Zhang, X. 2006. Titanium Dioxide Photocatalysis: PresentSituation and Future Approaches. Journal of Comptes Rendus Chimie.Volume 9. Halaman 750-760.
Hamadanian, M. dan Majedi, A. 2009. Preparation and Characterization of S-Doped TiO Nanoparticles, Effect of Calcination Temperature andEvaluation of Photocatalytic Activity. Journal of Materials Chemistry andPhysics. Volume 116. Halaman 376-382.
Hashimoto, K. Irie, H. dan Fujishima, A. 2005. TiO Photocatalysis: A HistoricalOverview and Future Prospects. Japanese Journal of Applied Physics.Volume 44. Halaman 8269-8285.
Hongxun, H. Lu, J. Wang, M. Stoller, T. dan Wang, Y. Bao. 2016. An Overviewof Nanomaterials for Water technology. Journal of National EngineeringResearch Center ofIndustry Crystallization Technology. Volume 2.Halaman 1-12.
Huot, J. and Cerny, R. 2016. Neutron Powder Diffraction. Neutron Scattering andOther Nuclear Techniques for Hydrogen in Materials, Neutron ScatteringApplications and Techniques, Springer International PublishingSwitzerland, Iss. Chapter 3. Halaman 31-89, doi: 10.1007/978-3-319-22792-4_3.
Juan, J. Zhang, J. dan Yarmo, M. 2007. 12-Tungstophosphoric acid supported onMCM-41 for esterification of fatty acid under solvent-free condition.Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. Volume 267. Halaman 265-271.
Kiatkamjornwong, S. Kangwansupamonkon, W. dan Jitbunpot, W. 2010.“Photocatalytic efficiency of TiO /poly [acrylamide-co-(acrylic acid)]composite for textile dye degradation. Journal of Polymer Degradation andStability. Volume 95. Halaman 1894–1902.
Kisi, E. H. 1994. Rietveld Analysis of Powder Diffraction Pattern. JournalMaterial Forum. Volume 18. Halaman 135-153.
Landmann, M. Rauls, E. dan Schimdt, W. G. 2012. The Electronic Structure andOptical Response of Rutile, Anatase and Brookite TiO2. Journal of PhysicsCondensed Matter. Volume 24. Halaman 1-6.
Li, H. Sunol S.G. dan Sunol K. 2012. Development of Titanium-Dioxide-BasedAerogel Catalyst With Tunable Nanoporosity and Photocatalytic Activity.Journal of Nanotechnology. Volume 23. Halaman 1-7.
Lie, X. Xue, X. Yang, H. Chen, C. Li, X. Niu, M. Gao, Y. dan Yang, Y. 2015.Effect of Calcination Temperature on the Structure and Visible-LightPhotocatalytic Activities of (N, S and C) Co-Doped TiO Nano-Materials.Journal of Applied Surface Science. Volume 332. Halaman 1-46.
Mai, L. Huang, C. Wang, D. Zhang, Z. dan Wang, Y. 2009. Effect of C Dopingon the Structural and Optical Properties of Sol-Gel TiO Thin Films. Journalof Applied Surface Science. Volume 255. Halaman 9285-9289.
Moellmann, J., Ehrlich, S., Tonner, R. dan Grimme, S. 2012. A DFT-D Study ofStructural and Energetic Properties of TiO2 Modifications. Journal ofPhysics Condensed Matter. Volume 24. Halaman 1-8.
Nikalje, A. 2015. Nanotechnology and Its Applications in Medicine. Journal ofMedicinal Chemistry. Volume 5. Halaman 1-3.
Ohno, T. Akiyoshi, M. Umebayashi, T. Asai, K. Mitsui, T. dan Matsumura, M.2004. Preparation of S-TiO Photocatalysts and Their PhotocatalyticActivities under Visible Light. Journal of Applied Catalysis. Volume 265.Halaman 115-121.
Palanivelu, K. Im, J. dan Lee, Y. 2007. Carbon Doping of TiO for Visible LightPhotocatalysis – A Review. Journal of Carbon Science. Volume 8. Halaman214-224.
Park, C. Bangi, U. dan Park, H. 2013. Effect of Sulfur Dopants on the PorousStructure and Electrical Properties of Mesoporous TiO Thin Films. Journalof Materials Letters. Volume 106. Halaman 401-404.
Paveena, L. Amornkitbamrung, V. Seraphin, S. dan Maensiri, S. 2011.Characterization and Magnetic Propertisof Nanocrystalline CuFe O ,NiFe O , ZnFe O Powders Prepared by Aloe Vera ExtractSolution.Journal Current Applied Physics. Volume 11. Halaman 101-108.
Phumying. S. Labuayai, S. Swatsitang, E. Amornkitbamrung, V. Dan Maensiri, S.2013. Nanocrystalline spinel ferrite (MFe O ,M=Ni,Co, Mn,Mg,Zn)
powders prepared by a simple aloe vera plantextracted solution hydrothermal route. Journal Materials Research Bulletin. Volume 48. Halaman 3.
Qomaruddin, M. Khan, I. Ajumobi, O.O. Ganiyu, A.S. dan Qurashi, A. 2019.Sulfur Doped Ceria-Titania (S-CeTiO4-x) Nanocomposites For EnchancedSolar-Driven Water Splitting. Jurnal Solar Energy. Volume 188. Halaman890-897.
Rafidiyah, N. Manurung, P. dan Karo, P.K. 2017. Pengaruh Thiourea SebagaiSumber Doping Sulfur terhadap Sintesis Nanotitania. Jurnal Teori danAplikasi Fisika. Volume. 05. Halaman 195-204.
Rahayuningsih, Dwi A. Zulichatun, S. Wijayanti, A. Hidayah, N. Marfina, A.Pranata, Adi Y. dan Nurbaeti, L. 2015. Luas Permukaan Zeolit AlamTermodifikasi Dengan Metode BET Menggunakan Surface Area Analyzer(SAA). Jurnal Kimia FMIPA Universitas Negri Semarang. Volume 1.Halaman 1-9.
Rahmadani, N. Suryani. Sahumena, M.H. 2019. Formulasi Self-NanoemulsifiyingDrug Delivery System Asam Mefanamat menggunakan VCO denganKombinasi Sufaktan Tween dan Span. Journal Syifa Sciences and ClinicalResearch. Volume 1. Halaman 37-46.
Sithohang, J. Manurung, P. dan Situmeang. R. 2015. Pengaruh CaCl2 terhadapUkuran Partikel Nanotitania Dari Titanium Isopropoksida. Jurnal Teori danAplikasi Fisika. Volume 3. Halaman 158-163.
Wang, Q. Lian, J. Bai, Y. Hui, J. Zhong, J. Li, J. An, N. Yu, J. dan Wang, F.2015. Photocatalytic activity of hydrogen production from water over TiO2with different crystal structures. Journal Materials Science inSemiconductor Processing. Volume 40. Halaman 418-423.
Wang, Y. Li, J. Peng, P. Lu, T. dan Wang, L. 2008. Preparation of S-TiO Photocatalyst and Photodegradation of L-Acid Under Visible Light.Journal of Applied Surface Science. Volume 254. Halaman 5276-5280.
Will, G. 2006. Power Difraction and The Rietveld method two stage method todetermine and refine crystal structures from power diffraction data. Spriner, verlag berlin Heidelberg. printed in Germany. Halaman 119.
Yang, G., Jiang, Z., Shi, H., Xiao, T. dan Yan, Z. 2010. Preparation of HighlyVisible-Light Active N-Doped TiO Photocatalyst. Journal of MaterialsChemistry. Volume 20. Halaman 5301-5309.
Yang, J., S. Tighe. 2013. A review of advances of nanotechnology in asphaltmixtures. Journal Procedia - Social and Behavioral Sciences. Volume 96.Halaman 1269–1276.
You, Y., Xu, C., Xu, S., Cao, S., Wang, J., Huang, Y. dan Shi, S. 2014. StructuralCharacterization and Optical Property of TiO Powders Prepared by the Sol-Gel Method. Journal of Ceramics International. Volume 40. Halaman8659-8666.
Zhao, Y., Du, X., Wang, X., He, J., Yu, Y. dan He, H. 2010. Effect of F Dopingon TiO Acidic Sites and Their Application in QCM Based Gas Sensors.Journal of Sensors and Actuators B: Chemical. Volume 151. Halaman 205-211.