PROSIDING WORKSHOP NANOTECHNOLOGY 2013 ITB.pdf

Center for Advanced Sciences

Proceedings

Workshop Nanotechnology

ISSN : 2356-3303

Institut Teknologi Bandung

12 Desember 2013

KATA PENGANTAR

Assalamualaikum wr. wb

Workshop bidang nanosains dan nanoteknologi ini diselenggarakan dalam rangkaian

kegiatan pengembangan pusat riset bidang nanoteknologi yang terangkum dalam

agenda kegiatan pengembangan Center for Advances Sciences (CAS) pada Poyek

Pengembangan ITB (III) dengan bantuan dana dari JICA.

Sesuai dengan rencana akademik ITB 2010 2015 serta bantuan dana JICA untuk

pengembangan ITB, yang mana salah satu tujuannya adalah pengembangan

nanoteknologi dalam bentuk kegiatan riset dan akademik. Untuk itu proposal ini

bertujuan memantapkan kerangka penelitian bidang nanoteknologi dalam bentuk

yang lebih terarah dan diharapkan dapat menjadikan tolok ukur dalam pengembangan

nanosains dan nanoteknologi di Indonesia dan khususnya di Institut Teknologi

Bandung.

Perkembangan sains dan teknologi dalam skala berdimensi nano, membawa dampak

perubahan yang besar dalam industri dan kehidupan sehari-hari, kemajuan teknologi

material ini tentunya harus dapat di tangkap dan di implementasikan di Indonesia agar

dapat bersaing dengan produk dari luar negeri. Kekayaan alam dan kekayaan hayati

Indonesia yang banyak ini haruslah dapat dimanfaatkan untuk kepentingan bangsa

Indonesia seutuhnya. Keberadaan lembaga penelitian menjadi salah satu upaya

peningkatan kualitas produk material berbasis sumberdaya Indonesia ini, Institut

Teknologi Bandung, seyogyanya memainkan peranan penting dalam teknologi ini.

Penelitian dalam bidang Nano science dan nanoteknologi di ITB telah dimulai sejak

sekitar tahun 2000, dan di lakukan secara terpisah-pisah di beberapa fakultas,

misalnya FMIPA, FTI, SF dan SITH. Keterbatasan anggaran dan peralatan

mengakibatkan sulitnya pertumbuhan riset dalam bidang ini, sedangkan upaya untuk

mengintegrasikan riset dalam bentuk kerjasama riset antar fakultas perlu difasilitasi.

Salah satu dalam bentuk kerjasama riset inilah, kegiatan workshop ini diadakan.

Pada workshop ini, akan dipresentasikan hasil-hasil terkini dari beberapa penelitian

yang dilakukan di ITB, khususnya di tahun 2013. Hasil dari sejumlah kerjasama riset

antar fakultas dengan menggunakan dana riset dari JICA juga di presentasikan.

Besar harapan kami melalui workshop ini, kerjasama riset dalam bidang nanosains

dan nanoteknologi akan lebih memacu pertumbuhan riset antar fakultas sehingga

pemanfaatan hasil-hasil riset dapat lebih cepat terasa untuk masyarakat.

Wassalam

Bandung, 12 Desember 2013

Atas nama panitia workshop

COMMITTEE

Workshop Nanotechnology diselenggarakan oleh Center for Advanced Sciences.

STEERING COMMITTEE Prof. Dr. Bambang Sunendar Purwasasmita, M.Eng

Prof. Dr. Hermawan Dipojono, MSEE. Ph.D

Dr. Sonny Suhandono

Dr. Aditianto Ramelan

ORGANIZING COMMITTEE Dr. Mohammad Kemal Agusta (Chairman)

Dr. Suprijadi

Dr. Heni Rachmawati

Dr. Ferry Iskandar

Dr. Veinardi Suendo

Dr. Rizkita Rachmi Esyanti

Dr. Brian Yuliarto

DAFTAR ISI

PENELITIAN JICA

1.

Studi Sifat Elektronik pada Bahan Katoda untuk Baterai Litium Ion

(LiFePO4 dan Li2FeSiO4) dengan Menggunakan Metode Density Functional

Theory

Triati Dewi Kencana Wungu, Ganjar Kurniawan, Brian Yuliarto dan Ferry

Iskandar

1

2. Studi Efek Material dan Penghambat Etilen terhadapProses Pematangan

Buah untuk Aplikasi Industri

Rizkita Rahmi Esyanti, Fenny M. Dwivany, Brian Yuliarto, Aksarani 'Sa Pratiwi,

Dina Hermawaty, Dian Maghfirah Hala

5

3. Curcumin Nanoemulsion for Transdermal Application : Formulation and

Evaluation

Heni Rachmawati, Dewa Ken Budiputra, Sony Suhandono, Kusnandar

Anggadiredja

7

4. Simulasi Ab Initio Untuk Aplikasi Bidang Energi dan Teknologi Pangan :

Adsorpsi Etilen (C2H4) di permukaan TiO2 dan hidrazin (N2H4) di

permukaan logam transisi

Mohammad Kemal Agusta, Dea Indriani, Hermawan K. Dipojono

11

PAPER PARTISIPAN

1.

Low-temperature Preparation of Nanoparticles Tetragonal Zirconia

Polycrystal Alumina-Stabilized Zirconia with Sugar as a Masking

Compound

Rifki Septawendar, Suhanda Sutardi, Soesilowati, Bambang Sunendar

Purwasasmita

17

2. Sintesis dan Karakterisas Alumina Nanofiber Dari Kaolin Melalui Metode Pengarahan Struktur Fiber Menggunakan Surfaktan

Eneng Maryani, Subagjo, Ahmad Nuruddin, dan Bambang Sunendar

22

3. Sintesis Nanokomposit Fe3o4/Zeolit Dengan Metode Pemanasan Microwave

dan Pengujian Sifat Katalitiknya Pada Penurunan Viskositas Minyak Berat

Pipit Fitriani, Shanty Merissa, Ferry Iskandar, Rino R. Mukti, Khairurijal, and

Mikrajuddin Abdullah

25

4. Synthesis and Characterization Several Codoped Ceria for IT-SOFC

Electrolytes

Arie Hardian, Kunjoong Kim, Gyeong Man Choi, and Ismunandar

29

5. Controlled Release Mikroenkapsulasi Chlorhexidine 2% Pada Penyakit

Periradikuler Yang Disebabkan Infeksi Enterococcus Faecalis

Denny Nurdin, Bambang Sunendar Purwasasmita

39

6. Studi Biodistribusi Dan Farmakokinetik Nanokarier Plga-Poloxamer

Bertanda Radioisotop Iodium-131 Pada Mencit

Egy Chandra, Diky Mudhakir, Aang Hanafiah Ws

44

7. Pengaruh Suhu PolimerisasiTerhadap Sifat Transpor dan Struktur

Polianilina Berbentuk Garam Emeraldine

Ferdinand Hidayat, Yenni Lau, Albaaqi Khadafi, Achmad Rochliadi, Veinardi Suendo

53

8. Pengembangan Sensor Gas Ethyl Methilbutyrate (C7H14O2) Berbasis

Graphene

Faiz Jazuli Nor, Sasfan . A. Wella, Suprijadi

58

9. Sintesis dan Enkapsulasi Partikel Nanomagnetik Nikel dengan Alginat-

Kitosan dan Senyawa Aktif Mangosteen

Debby Chairubby Lubis, Ahmad Nuruddin, Abdul Halim Daulay, Bambang

Sunendar Purwasasmita

63

10. Pengaruh Penambahan Tapioka Terhadap Pembentukan Morfologi

Nanowire/Rod Pada Sintesis Superparamagnetic CaAl4Fe8O19

Andi Ramdhan Zaini, Frank Tanuwijaya, Ahmad Nuruddin, Bambang Sunendar

70

11. Fungsionalisasi Permukaan Oksida dengan Ligan Piridin dalam Pembuatan

Film Tipis Molekul Porfirin Secara Self-Assembly untuk Aplikasi Sel Surya

Phutri Milana, Nurhayati, Haris Setiawan, Tati Ciptati, Veinardi Suendo

74

12. Sintesis, Karakterisasi, dan Aplikasi Gold Nanoparticles (AuNPs) pada

Penumbuhan Silicon Nanowires (SiNWs)

Asep Rohiman, Buchari, M.Bachri Amran, Endang Juliastuti, Irman Idris

80

13. Sintesis Kompleks Polianilin/Polianilin Tersulfonasi Sebagai Material

Konduktor Pada Perangkat Optoelektronik Organik

Muhammad Reza, Aldini R. Humaidi, Ferdinand Hidayat, Nona Srikandi, Achmad

Rochliadi, Tati Ciptati, Veinardi Suendo.

90

14. Preparation of Electrospun Poly (Vinyl Alcohol) Nanofibers for Ultrafast

Release of Protein

Chandra Risdian, Heni Rachmawati, Muhamad Nasir

98

15. Fotokatalis TiO2 Anatase dengan Pengotor Cr dan Fe: Investigasi DFT+U

pada Pita Energi

Listra Yehezkiel Ginting, Mohammad Kemal Agusta, Hermawan K Dipojono

102

16. First Principle Calculation untuk Menyelidiki Sifat Elektronik dan Sifat

Magnetik Hydrogenated Germanene

S. A. Wella, M. Syaputra, F. J. Nor, Suprijadi

106

17. Sintesis dan Karakterisasi Tetra(p-metoksifenil)porfirin Menggunakan

Metode Microwave-assisted Organic Synthesis (MAOS) Sebagai Kandidat

Material Pemeka Cahaya padaAplikasi Dye Sensitized solar Cells

Dewi Noviany, Phutri Milana, Tati Ciptati, Veinardi Suendo

110

18. Karakterisasi Dinamika Ion pada Membran Penukar Proton secara

Kronopotensiometri Berpulsa

Fajriah, Nungky Aprilia, Bambang Piluharto, Veinardi Suendo

116

19. Sintesis dan Karakterisasi Tetra (p-dimetilaminofenil) porfirin dengan

Metode Microwave-Assisted Organic Synthesis (MAOS)

Nisrina Rizkia, Phutri Milana, Veinardi Suendo, dan Tati Ciptati

126

20 Studi Teori Fungsional Kerapatan : Interaksi Lithium-Montmorillonite

dengan Poly (Ethylene Oxide) Sebagai Investigasi Awal Konduktivitas Litium

Polimer Muhammad Naufal Lintangpradipto, Mohammad Kemal Agusta, Hermawan K Dipojono

132

Proceedings Workshop Nanotechnology, Des 2013

Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303

1 | NRCN - National Research Center for Nanotechnology

Studi Sifat Elektronik pada Bahan Katoda untuk Baterai Litium Ion (LiFePO4 dan Li2FeSiO4) dengan Menggunakan

Metode Density Functional Theory

Triati Dewi Kencana Wungu1), Ganjar Kurniawan1), Brian Yuliarto2) dan Ferry Iskandar1)

1)Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Insitut Teknologi Bandung

2)Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung Email: [email protected]

ABSTRAK Pada penelitian ini, material berbasis oksida dari logam transisi, yakni LiFePO4 dan Li2FeSiO4yang dipergunakan sebagai bahan katoda pada baterai ion lithium, akan dianalisis ditinjau dari sudut pandang skala mikro. Sifat elektronik dan struktur dari kedua material tersebut akan dibahas dan diperoleh melalui simulasi pemodelan dengan menggunakan metoda Density Functional Theory (DFT). Di dalam struktur kristalnya, logam transisi berperan penting terhadap sifat bahan dan jenis konduksi yang terjadi. Berdasarkan analisis Density of States (DOS) yang diperoleh, sifat isolator yang dimiliki oleh LiFePO4 menyebabkan material ini masih harus dimodifikasi sedemikian rupa sehingga dapat dimanfaatkan sebagai bahan katoda pada baterai. Sebaliknya, Li2FeSiO4jauh lebih baik dibandingkan LiFePO4 karena konduktifitas elektronnya yang lebih besar.

Kata kunci : DFT, LiFePO4, Li2FeSiO4, baterai ion litium.

PENDAHULUAN Sejak kebutuhan masyarakat terhadap energi terus bertambah, penelitian terhadap baterai berbasis litium-pun semangkit terus ditingkatkan. Dimulai dari penyusunan disain sampai dengan penyusunan bahan baterai tersebut (elektrolit[1] dan elektroda [2]). Apabila ditinjau dari aspek proses konduksi elektroniknya maka penelitian terhadap bahan katoda tidak bisa kita abaikan. Dalam hal ini, disain dan penyusunan bahan katoda berperan penting terhadap peningkatan kualitas baterai. Telah diketahui bahwa material LiFePO4 sudah dapat dimanfaatkan sebagai bahan katoda baterai secara komersial. Strukturnya yang stabil, tahan terhadap suhu tinggi, siklus hidup yang tinggi (>1000), memiliki kapasitas yang tinggi, dan lain sebagainya membuat material ini lebih populer dibandingkan dengan


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


material konvensional (LiCoO2). Meski demikian, rendahnya konduktivitas elektronik LiFePO4 menyebabkan proses pelapisan dengan bahan berbasis karbon dan/atau subsitusi terhadap komposisi atomik LiFePO4 perlu dilakukan sebagai salah satu cara untuk peningkatan konduktifitas elektroniknya.Oleh sebab itu, perlu dicari material lain sebagai pengganti LiFePO4 yang tentu saja lebih aman, efisien, murah, dll. Saat ini, telah ditemukan bahan berbasis SiO4yang memiliki konduktifitas elektronik lebih besar dari LiFePO4, yakni Li2FeSiO4. Mengingat pentingnya fungsi dari kedua bahan tersebut, pada penelitian ini akan akan dilakukan pemodelan LiFePO4 dan Li2FeSiO4 untuk mengkaji sifat bahan tersebut khususnya struktur atomic dan sifat elektroniknya serta mekanisme konduksi elektronik yang terjadi ditinjau dari skala mikro.

METODOLOGI PENELITIAN Metodologi penelitian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah simulasi pemodelan dengan menggunakan metode Density Functional Theory (DFT). DFT merupakan metode pemodelan berbasis kuantum untuk penentuan struktur elektronik suatu bahan pada keadaan ground state melalui fungsional kerapatan elektron (electron density). Dalam perhitungan ini, energi exchange-correlation diaproksimasi dengan menggunakan GGA (Generalized Gradient Approximation) Perdew Burke-Ernzerhof (PBE) untuk mensimulasikan LiFePO4. Sedangkan GGA Perdew-Wang 91 (PW91) untuk mensimulasikan Li2FeSiO4. Perangkat lunak yang digunakan adalah VASP [3-4](untuk LiFePO4) dan ADF[5] (untuk Li2FeSiO4). Simulasi perhitungan pada Li2FeSiO4 dilakukan menggunakan slater type orbital (STO) sebagai fungsi basis yang diimplementasikan ke dalam program ADF. Khusus untuk kasus LiFePO4, GGA+U digunakan untuk mengkoreksi band gap; dimana parameter Hubbard-U diset sebesar 4,3 eV pada orbital 3d - Fe. Brillouin zone diset dengan menggunakan Monkhorst-Pack k-point grid 5x5x5 untuk bulk LiFePO4. Energi cut-off diset sebesar 520 eV. Kemudian, optimasi akan berhenti sedemikian rupa sehingga gaya Hellman-Feynman yang bekerja pada sistem kurang dari 0.005 eV/. Struktur LiFePO4 diperoleh dengan mengacu pada referensi [2].

HASIL DAN PEMBAHASAN Sifat elektronik suatu bahan dapat kita amati berdasarkan grafik density of states (DOS). Seperti pada gambar 1, total DOS untuk perhitungan LiFePO4 dengan GGA menunjukkan bahwasifat elektronik LiFePO4 adalah semikonduktor (gbr. 1a). Hal ini disebabkan adanya stateorbital-orbital 3d - Fe untuk spin downyang terletak di daerah energi Fermi. Sedangkan untuk perhitungan yang melibatkan koreksi U (GGA+U), orbital-orbital3d - Fe


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


untuk spin down mengalami pergeseran ke arah energi yang lebih rendah (di bawah enegi Fermi) sehingga sifat elektronik LiFePO4menjadi isolator (gbr. 1b) dengan energi band gap sebesar 3,8 eV. Hasil GGA+U lebih akurat karena memberikan hasil yang sesuai dengan data eksperimen[6]. Berdasarkan gbr. 1b dapat kita jelaskan bahwa mekanisme terjadinya konduksi elektronik pada lithiatedstruktur (LiFePO4)apabila elektron-elektron dari spin down orbital 3d - Fe berpindah ke bagian pita konduksi. Hole yang dihasilkan akibat berpindahnya elektron tersebut tidak berkontribusi terhadap terjadinyaproses konduksi karena hole terpisah dari bagian lain pada pita valensi. Oleh sebab itu, pada lithiatedstruktur, elektron lebih banyak berkontribusi terhadap proses konduksidibandingkan dengan hole. Dengan kata lain, orbital-orbital 3d-Fe bertindak sebagai donor dan lithiated struktur berfungsi sebagai semikonduktor tipe-n. Untuk kasus delithiated struktur (FePO4), hole lebih banyak berkontribusi terhadap proses konduksi dibandingkan dengan elektron sehingga delithiated struktur berfungsi sebagai semikonduktor tipe-p.

Untuk sistem Li2FeSiO4, energi band gap yang diperoleh adalah 0,2 eV (Gbr. 2). Nilai ini mendekati dengan nilai yang dihasilkan oleh perhitungan lain[7] sehingga Li2FeSiO4 menunjukan sifat semikonduktor. Jumlah atom ion litium pada stoichiometry Li2FeSiO4 kemungkinan berpengaruh terhadap sifat elektronik dari material ini.


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


KESIMPULAN Berdasarkan analisis DOS, LiFePO4bersifat isolator dengan band gap sebesar 3,8 eV. Konduksi pada LiFePO4 maupun FePO4 dapat terjadi apabila elektron/hole pada orbital 3d-Fe mengalami perpindahan. Untuk system Li2FeSiO4, sifat listriknya adalah semikonduktor dengan band gap 0,2 eV. Dengan membandingkan sifat elektronik kedua material maka Li2FeSiO4 jauh lebih baik dibandingkan dengan LiFePO4 apabila diaplikasikan untuk material katoda pada baterai litium ion.

DAFTAR PUSTAKA [1] T. D. K. Wungu, M. K. Agusta, A. G. Saputro, H. K. DipojonodanH.

Kasai, J. Phys. Condensed Mater, 2012, 24, 475506. [2] O. Garcia-Moreno,M. Alvarez-Vega,F. Garcia-Alvarado,J. Garcia-

Jaca,J. M. Gallardo-Amores,M. L. Sanjuan, dan U. Amador, Chem. Mater., 2001, 13, 1570.

[3] G. Kresse dan J. Hafner, Phys. Rev. B, 1993, 48,13115. [4] G. Kresse dan J. Furthmuller, Phys. Rev. B 1996, 54,11169. [5] ADF manual. Dapat diakses di ww.scm.com [6] K. Zaghib, A. Mauger, J. B. Goodenough, F. Gendron dan C. M.

Julien, Chem. Mater., 2007, 19, 3740. [7] P. Larsson, R. Ahuja, A. Nyten dan J.O. Thomas, Electrochem.

Commun., 2006, 8, 797.


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


Studi Efek Material dan Penghambat Etilen terhadap Proses Pematangan Buah untuk Aplikasi Industri

Study of Materials and Ethylene Blocker on Fruit Ripening Process for Industrial Application

Dr.Rizkita RE, Dr. Fenny M. Dwivany & Dr. Brian Yuliarto

ABSTRACT

Ripening is a common process in fruit that makes them more edible. In general, a fruit becomes sweeter, less green, and softer. In climacteric fruit (such as banana), ripening is noticeable by a rise in respiration at the beginning of ripening, which then produce precursor for ethylene synthesis as plant hormone known to involve with ripening and water vapor. Ripening usually commences in one region of a fruit, spreading to neighboring regions as ethylene gas diffuses freely from cell to cell and integrates the ripening process throughout the fruit until it spoil. Therefore, the objective of this experiment was to develop container and treatment which could delay ripening process in climacteric fruit such as banana. KMnO4 is chemical agents which has a strong oxidative property on ethylene. However, the permanganate solution will be ineffective if exposed to light and oxygen. Therefore, airtight bamboo container, which could limit oxygen diffusion were used in this experiment. Banana fingers, uniform in physiological age shape and size and free of fungal infection were selected. Banana fruits were then placed inside woven bamboo semi vacuum container with treatment as stated: Group A. Control (room condition), Group B. Bamboo container, Group C. Bamboo and Potassium permanganate sachet (KMnO4) and carbon. Physical and chemical quality factors were measured periodically after treatment in 7 days. Visual color changes was captured with camera,carbohydrate content was tested using iodine, Percentage of total soluble solid (TSS) content was determined with hand refractometer (oBrix), while firmness was tested qualitatively.Molecular analysis was conducted with semi-quantitative PCR, subsequently after total cDNA of banana synthesized. Gene expression level of maturation-related gene such as MaACO was analyzed within usage of specific primers. As control of normalization of expression level, GAPDH gene was used.


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


Based on observations, banana from Group C indicated the delaying effect of ripening bananas. This is inferred because based on physiological test performed, group C showed the best condition among other groups. Lack of potassium permanganate as ethylene blocker accelerates color change in banana, shown as yellowing pulp and appearance of sugar spots over time. In addition, conversion of starch occurs slower in group C than in control group. This supports data that banana in group C undergo delaying of fruit maturation. From TSS assay, the content of sucrose in fruit pulp-, sucrose content or TSS content in banana from group C was less than content from banana control, although not significant, which indicated delay of maturation. Only banana from group A and C were analyzed further for its expression level of MaACO gene. According to the PCR result, MaACO (~240 bp) were successfully amplified in all banana samples implicated that ripening-related gene was expressed. Relative expression level was conducted using semi-quantitative analysis (ImageJ). Semi-quantitative expression on MaACO showed an increase of expression at chamber condition and its level expression was relatively lower than control.Therefore, it could be concluded that treatment with KMnO4 as ethylene blocker and carbon as water vapor absorbent in bamboo container increase shelf life of products, which eventually offers several advantages to both producers and consumers.

Keywords : Banana, bamboo container, carbon, delay ripening, ethylene blocker (KMnO4).


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


Curcumin Nanoemulsion for Transdermal Application: Formulation and Evaluation

Heni Rachmawati1*, Dewa Ken Budiputra1, Sony Suhandono2, Kusnandar Anggadiredja1

1) School of Pharmacy, Bandung Institute of Technology (ITB) 2) School of Life Science and Technology (ITB)

Jl. Ganesha, Bandung 40132, Indonesia

*Corresponding author, email: [email protected]

ABSTRACT The aim of this work is to develop a curcumin nanoemulsion for transdermal delivery. The incorporation of curcumin inside a nanoglobul should improve curcumin stability and permeability. A nanoemulsion was prepared by the self-nanoemulsification method, using an oil phase of glyceryl monooleate, cremophor RH-40 and polyethylene glycol 400. Evaluation of the nanoemulsion included analysis of particle size, polydispersity index, zeta potential, physical stability, Raman spectrum and morphology. In addition, the physical performance of the nanoemulsion in Viscolam AT 100P gel was studied. A modified vertical diffusion cell and shed snake skin of Phyton reticulatus were used to study the in vitro permeation of curcumin. A spontaneously formed stable nanoemulsion has a loading capacity of 350 mg curcumin/10 gram of oil phase. The mean droplet diameter, polydispersity index and zeta potential of optimized nanoemulsion were 85.0+1.5 nm, 0.18+0.0, and -5.9+0.3 mV, respectively. Curcumin in a nanoemulsion was more stable than free curcumin. Furthermore, nanoemulsification significantly improved the permeation flux of curcumin from the hydrophilic matrix gel; the release kinetic of curcumin changed from zero order to a Higuchi release profile. Overall, the developed nanoemulsion system not only improved curcumin permeability but also protected the curcumin from chemical degradation.

KEYWORDS: curcumin, self assembly nanoemulsion, transdermal, shed snake skin, Higuchi release profile


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


INTRODUCTION Transdermal delivery in the form of a gel or patch is an interesting alternative for topical route to give local or systemic effects. It can improve patient compliance and also has some benefits for curcumin, such as avoiding first pass metabolism, decreasing side or unwanted effects, and enabling constant blood levels over longer periods of time. However, curcumin exhibits low skin penetration resulting in poor efficacy. Recently, a stable curcumin gel has been produced using 15% alcohol (to dissolve curcumin in the gel). Dimethylsulfoxide (DMSO) is also needed to improve curcumin release from the gel (1). In contrast to common chemical skin penetration (using enhancers such as organic solvents which are generally associated with skin irritation, toxicity and sensitization) a solvent free topical vehicle based on drug entrapment in oil/water emulsion droplets of submicron particle is more efficacious in terms of percutaneous absorption, and is possibly devoid of adverse effects. In addition, the uniqueness of the large internal hydrophobic core of oil/water submicronized emulsion droplets allows high solubility for water insoluble topically active ingredients and also improves on carrying water, an excellent softener, to the skin. This report describes a more effective and efficient strategy to deliver curcumin via the transdermal route. This work is not only focused on a better release of curcumin from a gel matrix, but also on enhancing skin permeation as well as on the stability of the curcumin to obtain better bioavailability.

METHODS A conventional emulsion was prepared using GMO (16% w/v) and Cremophor RH40 (4% w/v). Curcumin (0,25% w/v) was added under stirring to GMO and Cremophor RH 40. The mixture was then dispersed in water under stirring for 30 minutes to form an emulsion. A nanoemulsion of curcumin formed spontaneously in an oil phase of GMO, cremophor RH40, and PEG 400 (1:8:1). Various amounts of curcumin (10, 25, 50, 100, 250, 350, 500, and 750 mg) were added to 10 gram of oil phase. Physical characterization was performed including globule size and distribution, surface charge, loading capacity, Raman spectroscopy, morphology and in vitro release. The particle size, polydispersity index, and zeta potential of nanoemulsion were determined using a particle size and zeta potential analyzer (DelsaTM Nano, Beckman Coulter, USA). Curcumin nanoemulsion then was formulated into topical gel and permeation study using skin model was performed.

Proceedings Workshop Nanotechnology

Vol. 1, No.1, ISSN : 2356


.

RESULTS AND DISCUSSION Nanoemulsion using our established composition formed spontaneously after water addition. Self nanoemulsification is only achieved with some oils, surfactants, and co-surfactants at a certain ratio. Selection of an appropriate oily phase is very important, as it influences the sother ingredients in oil/water nanoemulsions,. Usually, the oil with the maximum solubility for the selected drug is chosen as the oily phase for the formulation of nanoemulsions. This helps to achieve maximum drug loading (2). Generally, surfactant alone cannot lower the oilinterfacial tension sufficiently to yield a nanoemulsion; this necessitates the addition of an amphiphillic short chain molecule or cosurfactant to lower the surface tension close to zero. Co-surfactants penetrate into the surfactant monolayer, providing additional fluidity to the interfacial film and thus disrupting the liquid crystalline phases which are formed when the surfactant film is too rigid (14). Figure 1A shows a transmission electron micrograph of a curcumnanoemulsion, indicating monodisperse speric of curcumin nanoemulsion with size around 50 nm. This nanoemulsion shows a significant improvement (1.6 fold, P < 0.05) of cumulative curcumin permeated from nanoemulsion gels compared to gel containing free curcumin (figure

A

Figure 1. Transmission electron microscopy of curcumin nanoemulsion (A) and Permeation profiles of curcumin through shed snake skin from gel containing curcumin nanoemulsion and gel containing curcumin (SD, n = 3).

Nanotechnology, Des 2013

Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303

established composition formed spontaneously after water addition. Self nanoemulsification is only achieved with some

surfactants at a certain ratio. Selection of an appropriate oily phase is very important, as it influences the selection of other ingredients in oil/water nanoemulsions,. Usually, the oil with the maximum solubility for the selected drug is chosen as the oily phase for the formulation of nanoemulsions. This helps to achieve maximum drug

ctant alone cannot lower the oil-water interfacial tension sufficiently to yield a nanoemulsion; this necessitates the addition of an amphiphillic short chain molecule or cosurfactant to lower

o the surfactant monolayer, providing additional fluidity to the interfacial film and thus disrupting the liquid crystalline phases which are formed when the

shows a transmission electron micrograph of a curcumin n, indicating monodisperse speric of curcumin nanoemulsion

shows a significant improvement (1.6 fold, P < 0.05) of cumulative curcumin permeated from

curcumin (figure 1B).

B

curcumin nanoemulsion (A) Permeation profiles of curcumin through shed snake skin from gel

containing curcumin nanoemulsion and gel containing curcumin (Mean +


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


Nitrogen atom (11.75%) was detected by energy dispersive x-ray spectroscopy in BSA loaded PVA nanofibers, indicating that protein (BSA) was included in the nanofibers. Spectrogram of BSA loaded PVA nanofibers produced from FTIR indicated good compatibility between them. About 77% BSA was released in 30 second, and reached 100% within 2 minutes.

CONCLUSION Curcumin is widely used as a potent anti-inflammatory herbal drug. Its activity is similar to the NSAIDs in inflammatory pain management. An early study pointed out that the hydroxyphenyl unit in curcumin confers anti-inflammatory activity. Some problems are related to the oral administration of curcumin and topical application is difficult due to its low permeability through the skin. Our gel-containing nanoemulsion of curcumin seems to be promising as a transdermal delivery system for curcumin. Mixing of GMO:Chremophor RH40:PEG 400 (1:8:1) resulted in the spontaneous formation of nanoemulsion, and successfully encapsulated curcumin with better physicochemical stability, prolonged shelf file and enhanced skin permeability. As transdermal delivery requires this permeability to provide the required therapeutic dose, encapsulation of curcumin into nanoemulsion seems to be promising for transdermal delivery of curcumin.

ACKNOWLEDGEMENT This work is supported by JICA Project 2013.

REFERENCES [1]. [1] Sharma S, Parwa S, Jain UK. Development and evaluation of

topical gel of curcumin from different combination of polymers formulation & evaluation of herbal gel. Int J Pharm Pharm Sci. 2012;4:452-456.

[2]. Date AA, Nagarsenker MS. Parenteral microemulsions: an overview. Int J Pharm. 2008;355(1-2):19-30.


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


Simulasi Ab Initio Untuk Aplikasi Bidang Energi dan Teknologi Pangan : Adsorpsi Etilen (C2H4) di permukaan

TiO2 dan hidrazin (N2H4) di permukaan logam transisi

Mohammad Kemal Agusta(1), Dea Indriani(2), Hermawan K. Dipojono(1),

(1) KK Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung

(2) KK Bioteknologi Mikroba, Sekolah Ilmu dan Teknologi Hayati, Institut Teknologi Bandung

Email : [email protected]

ABSTRAK Adsorpsi molekul di permukaan bahan memainkan peranan penting dalam teknologi nano, terutama untuk aplikasi teknologi seperti katalisis atau penyimpanan. Adsorpsi hidrazin dipermukaan logam transisi merupakan bagian dari mekanisme katalitik pada teknologi fuel-cell, sementara adsorpsi etilen di TiO2 merupakan kunci dari teknologi pengontrolan pematangan buah-buahan. Simulasi ab initio berbasis teori fungsional kerapatan (Density Functional Theory/DFT) dilakukan untuk menyelidiki mekanisme dari adsorpsi etilen di TiO2 dan hidrazin di logam transisi: Co, Ni, Cu, Pd dan Pt. Penyelidikan menunjukkan bahwa hidrazin teradsorpsi secara kemisorpsi sementara etilen secara fisisorpsi. Pemodelan terhadap interaksi orbital hidrazin dengan pita-d dari permukaan logam menghasilkan formula yang dapat memprediksi kecenderungan perilaku hidrazin di logam transisi. Adsorpsi etilen di TiO2 relatif lemah dengan kecenderungan interaksi difasilitasi oleh gaya Van der Waals.

Kata kunci : hidrazin, etilen, titanium oksida, teori fungsional kerapatan, ab initio

PENDAHULUAN Perkembangan dari nanoteknologi membawa dampak besar pada bidang-bidang yang penting bagi umat manusia, seperti energy dan pangan. Nanoteknologi memungkinkan rekayasa pada skala atomik terhadap berbagai jenis bahan, menngendalikan sifat fisis dan kimiawinya, untuk diterapkan untuk berbagai aplikasi. Fenomena yang mendasari nanoteknologi adalah interaksi antara molekul dengan permukaan bahan.


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


Fenomena inilah yang mendasari cara kerja teknologi seperti katalisis, penyimpanan gas, dan sensor. Dalam makalah yang akan dipresentasikan ini, akan didiskusikan fenomena adsorpsi dari etilen (C2H4) di permukaan TiO2 dan hidrazin (N2H4) di permukaan berbagai logam transisi. Masing-masing menemukan relevansinya pada bidang energi dan pangan. Reaksi adsorpsi etilen di permukaan TiO2 memainkan peranan penting dalam teknologi pengontrolan pematangan buah-buahan karena TiO2 diyakini dapat menangkap etilen dan memfasilitasi penguraiannya melalui reaksi fotokatalitik [1,2]. Etilen diketahui sebagai gas yang memicu pematangan pada buah-buahan. Adsorpsi hidrazin di berbagai permukaan logam transisi merupakan fenomena penting yang mendasari kerja dari katalis pada permukaan anoda dari direct hydrazine fuel cell [3]. Fuel-cell jenis ini dikenal sebagai fuel-cell jenis alkali yang mana pengoperasiannya tidak membutuhkan logam mahal seperti platinum. Rekayasa nanoteknologi pada bahan-bahan oksida maupun logam, diyakini dapat meningkatkan performa katalitik dari bahan tersebut. Namun, rekayasa tersebut harus dipandu oleh pengetahuan deskripsi mekanisme dari fenomena katalitik (dimana adsorpsi adalah bagiannya) tersebut di tingkat atomik. Pemahaman mendetail terhadap adsorpsi molekul di permukaan bahan hanya dapat diperoleh dari deskripsi mekanisme di skala atomik. Dalam konteks inilah simulasi ab initio memainkan peranan penting karena simulasi ini dapat memberikan pemahaman rinci dari interaksi molekul dengan permukaan bahan. Simulasi ini juga memiliki akurasi tinggi krn sesuai dengan namanya, ab initio, simulasi ini hanya didasarkan pada hukum-hukum fundamental mekanika kuantum serta pada prinsipnya tidak membutuhkan parameter-parameter artifisial. Dalam makalah ini, akan disampaikan analisa hasil kalkulasi ab initio terhadap sistem adsorpsi etilen di TiO2 dan hidrazin di berbagai logam transisi. Mekanisme dari adsorpsi, serta pengaruhnya terhadap reaktifitas serta relevansinya dalam desain dan perancangan material katalis akan disampaikan.

METODOLOGI PENELITIAN Kalkulasi ab initio dilakukan dengan menggunakan metode Teori Fungsional Kerapatan (Density Functional Theory) [4,5]. Basis set yang digunakan adalah gelombang bidang (Plane Wave) yang cocok untuk merepresentasikan kristal periodik. Ekspansi basis set dibatasi pada energi cut-off 400 eV untuk sistem adsorpsi hidrazin dan 520 eV untuk adsorpsi etilen. Fungsional untuk suku Exchange-correlation dinyatakan


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


menggunakan fungsional Generalized Gradient Approximation (GGA) dari Perdew-Burke-Ernzerhoff (PBE) [6,7] . Integrasi di Brillouin Zone dilakukan pada grid 4x4 dan 6x6. Ion atom dinyatakan dengan metode Projector Augmented Wave (PAW). Permukaan logam transisi dimodelkan dengan lempengan empat sampai lima lapisan, sementara permuakaan TiO2 dimodelkan dengan lempengan terdiri dari 4 lapisan. Periodisitas sistem direpresentasikan dengan super-sel ukuran 2x2 dan 3x3, yang merepresentasikan coverage 0.25 dan 0.11 ML utk adsorpsi hidrazin dan 2x2 untuk adsorpsi etilen.

HASIL DAN PEMBAHASAN Energi adsorpsi dari hidrazin dipermukaan logam transisi: Co(0001), Ni(111), Cu(111), Pd(111) dan Pt(111) [8-10]pada coverage 0.25 ML dan 0.11 MLditampilkan pada grafik di gambar 1. Energi adsorpsi dihitung untuk struktur adsorpsi pada tiga konformasi hidrazin (anti, cis dan gauche). Terlihat bahwa adsorpsi paling stabil diberikan oleh konformasi anti, dengan energy adsorpsi terkuat pada Pt(111) dan terlemah pada Cu(111). Mekanisme dari adsorpsi hidrazin di permukaan logam-logam ini mencakup transfer muatan dari HOMO (highest occupied molecular orbital) yang memberikan ikatan kovalen (bonding dan anti-bonding) dan HOMO-1 dengan karakteristik ikatan dative [8]. Mekanisme ini diilustrasikan di gambar.2. Mekanisme ini selain menjelaskan pembentukan ikatan kimia antara hidrazin dan logam, juga dapat menjelaskan kecenderungan/trend kekuatan ikatan . Ini dapat dilakukan dengan mengkorelasikan posisi dari anti-bonding state dengan posisi pusat pita-d dari permukaan logam. Posisi pita-d mengikuti suatu pola tertentu pada tabel periodik sehingga model ini dapat juga menjadi panduan dalam melakukan perancangan bahan katalis untuk hidrazin. Model dinyatakan dengan formula berikut [10]:

= 2 1

+

+ 1 +

+ +

dimana dan adalah energi dari HOMO dan LUMO, dan adalah kopling antara HOMO, LUMO dan pita-d, dan adalah pengisian level Fermi dan posisi energi pusat pita-d, dan adalah overlap orbital HOMO, LUMO dengan pita-d.


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


Gambar 3

Akurasi dari model dapat dilihat pada Gambar 3 dimana trend kekuatan adsorpsi hidrazin dapat diramalkan dengan baik oleh model ini. Adsorpsi etilen pada TiO2 berperilaku lebih kompleks daripada adsorpsi hidrazin di permukaan logam. Hal ini disebabkan oleh karakteristik bahan oksida yang memiliki stoikiometri lebih rumit dibanding logam, sehinggal adsorpsi bergantung pada banyak parameter. Ini menjadikan perumusan model/formula seperti pada kasus hidrazin di permukaan logam, sulit untuk dilakukan pada kasus adsorpsi di permukaan TiO2. Selain itu oksida seperti TiO2 tergolong pada sistem dengan korelasi elektron kuat, yang mana suku exchange-correlation-nya belum dapat secara akurat dideskripsikan dengan

Gambar 1 Gambar 2


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356


GGA-PBE. Gambar 4 menunjukkan struktur stabil dari adsorpsi etilen di permukaan TiO2 anatase (001). Etilen memilih untuk teradsorpsi di situs Ti5c dengan konfigurasi ikatan C-C sejajar dengan permukaan. Terlihat bahwa ikatan antara etilen dan atom Ti cukup lemah, tercermin dari jarak C-Ti sekitar 2.83 . Hasil analisa menunjukkan bahwa mekanisme adsorpsi etilen didominasi oleh interaksi fisisorpsi, artinya tidak terbentuk ikatan kimia antara TiO2 dan etilen, interaksi antara keduanya difasilitasi oleh ikatan van der waals yang relatif lemah jika dibandingkan dengan kemisorpsi seperti pada hidrazin dimana terdapat ikatan kimia yang kuat. Hal ini ditegaskan dengan hasil yang menunjukkan bahwa struktur etilen tidak termodifikasi oleh adsorpsi, hal ini berbeda dengan kasus hidrazin dimana ikatan kimia yang terbentuk juga ikut memodifikasi struktur hidrazin yang teradsorpsi. Interaksi fisisorpsi juga berarti tidak ada pencampuran antara orbital pada etilen dengan struktur pita pada TiOini jelas tidak menguntungkan dari segi kemampuan fotokatalitik. Untuk itu diperlukan kajian lebih lanjut dengan arahan untuk menghasilkimia antara etilen dan TiO2, ini dapat dilakukan dengan memberikan vakansi atau ketidakmurnian/pengotor pada TiO2.

Gambar 4


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303

PBE. Gambar 4 menunjukkan struktur stabil dari adsorpsi etilen di untuk teradsorpsi di situs

C sejajar dengan permukaan. Terlihat bahwa ikatan antara etilen dan atom Ti cukup lemah, tercermin dari jarak

. Hasil analisa menunjukkan bahwa mekanisme adsorpsi inasi oleh interaksi fisisorpsi, artinya tidak terbentuk ikatan

dan etilen, interaksi antara keduanya difasilitasi oleh ikatan van der waals yang relatif lemah jika dibandingkan dengan

an kimia yang kuat. Hal ini ditegaskan dengan hasil yang menunjukkan bahwa struktur etilen tidak termodifikasi oleh adsorpsi, hal ini berbeda dengan kasus hidrazin dimana ikatan kimia yang terbentuk juga ikut memodifikasi struktur

. Interaksi fisisorpsi juga berarti tidak ada pencampuran antara orbital pada etilen dengan struktur pita pada TiO2, hal ini jelas tidak menguntungkan dari segi kemampuan fotokatalitik. Untuk itu diperlukan kajian lebih lanjut dengan arahan untuk menghasilkan ikatan

, ini dapat dilakukan dengan memberikan


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


KESIMPULAN

1. Hidrazin teradsorpsi secara kemisorpsi pada logam transisi (Co, Ni, Cu,Pd dan Pt). Adsorpsi terkuat ada pada permukaan Pt(111) dan terlemah pada Cu(111). Hidrazin teradsorpsi pada konformasi anti.

2. Mekanisme adsorpsi hidrazin terdiri dari transfer muatan antara HOMO dan pita-d untuk membentuk ikatan kovalen, serta ikatan dative dari HOMO-1. Mekanisme ini dapat digunakan untuk memodelkan reaktifitas hidrazin diatas permukaan logam, yang dapat diterapkan dalam perancangan bahan katalis.

3. Etilen teradsorpsi secara fisisorpsi pada situs Ti5c. Ikatan yang terbentuk lemah dengan dominasi gaya van der waals. Struktur etilen tidak termodifkasi dengan adsorpsi. Diperlukan kajian lebih jauh untuk memperoleh kemisorpsi dari etilen di TiO2 agar fotokatalisis dapat terfasilitasi dengan baik.

DAFTAR PUSTAKA [1] M. Hussain, S. Bensaid, F. Geobaldo, G. Saracco, N. Russo, Ind.

Eng. Chem. Res. 50 (2011) 2536-2543.

[2] D-R. Park, J. Zhang, K. Ikeue, H. Yamashita, M. Anpo, 185 (1999)

114-119.

[3] K. Asazawa, T. Sakamoto, S. Yamaguchi, K. Yamada, H. Fujikawa,

H. Tanaka, K. Oguro, J. Electrochem. Soc. 156, (2009) B509-B512.

[4] P. Hohenberg, W. Kohn, Phys. Rev. 136 (1964) B864.

[5] W. Kohn, L. J. Sham, Phys. Rev. 140 (1965) A1133.

[6] J. P. Perdew, K. Burke, M.,Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77 (1996)

3865.

[7] J. P. Perdew, K. Burke, M.,Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 78 (1997)

1396.

[8] M. K. Agusta, H. Kasai, Surf. Sci. 606 (2012) 766-771.

[9] M. K. Agusta, W. A. Dio, M. David, H. Nakanishi, H. Kasai, Surf.

Sci. 605 (2011), 1347-1353.

[10] M. K. Agusta, H. Kasai, J. Phys. Soc. Jpn. 81 (2012) 124705.


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


Low-temperature Preparation of Nanoparticles Tetragonal Zirconia Polycrystal Alumina-Stabilized Zirconia with

Sugar as a Masking Compound

Rifki Septawendar1,2, Suhanda Sutardi1, Soesilowati1 and Bambang Sunendar Purwasasmita2

1Department of Advanced Ceramics, Glass, and Enamel, Center for Ceramics, Ministry of Industry of Indonesia,

Akhmad Yani 392, Bandung 40272, West Java, Indonesia 2Laboratory of Advanced Material Processing, Engineering Physics

Department, Institute of Technology Bandung, Ganesa 10, Bandung, West Java, Indonesia

ABSTRACT Nanoparticles alumina-stabilized zirconia (ASZ) were synthesized from zirconium salt of ZrOCl28H2O and approximately 30 wt % alumina stabilizer with amonia as a catalyst and sugar as a masking compound at a room temperature. In the preparation process of nanoparticles ASZ, the calcination was conducted at temperatures of 500-800C. The calcined powder was analyzed and characterized with X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and scanning electron microscopy (SEM) studies. Crystallization of the as-synthesized ASZ in the temperature range of 500-800C produced the tetragonal phase of ZrO2-30 wt % Al2O3 solid solution at the low temperature of 500C. A further phase transformation of the ASZ maintained the tetragonal ZrO2-30 wt % Al2O3 solid solutions at 600C. Besides, the addition of sugar by weight ratio of 1:6 to the total weight precursors produced nanoparticles ASZ less than 20 nm in size at that temperature. Nanometer grain sizes of the tetragonal ZrO2-30 wt % Al2O3 solid solutions were stable at 800C. The results indicate that the method represents an effective methodology for the preparation of nanoparticles alumina-stabilized zirconia at a lower temperature. Key words: Nanoparticles, alumina stabilized zirconia, sugar, masking

compound, calcination temperature


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


INTRODUCTION Stabilized zirconia is one of the interesting ceramic materials due to their excellent properties including high fracture strength (~1500MPa) and high toughness (~13MPa m1/2) [1, 2]. It has been widely used in many applications, such as solid oxide fuel cells (SOFC), oxygen sensors, refractory materials, capacitors, catalyst substrates, and as abrasives [2, 3, 4, 5]. The tetragonal zirconia polycrystal (TZP), a type of stabilized zirconia materilas, has received special attention since it has the possibility of obtaining a nanograined bulk ceramic with a controllable microstructure and improved mechanical properties [1]. Alumina is particularly added into zirconia to stabilize the high temperature zirconia polymorphs to lower temperature [6]. The early studies explain that alumina is soluble to a limited degree in zirconia, and can stabilize the tetragonal polymorph to lower temperature than for pure zirconia [7, 8]. However, other studies report substantially higher solubility of alumina in zirconia up to 40 wt% at temperatures in the range of 800 1100C [6, 9,10,11]. The present paper describes the preparation of nanoparticles alumina-stabilized zirconia (ASZ) from zirconium salt, ZrOCl28H2O and approximately 30 weight % Al2O3 stabilizer with ammonia as a catalyst and sugar as a masking compound; and calcined at the elevation temperatures from 500C to 800C.

EXPERIMENTS About 30 grams of ZrOCl2.8H2O was dissolved in 150 ml of distilled water to give a Zr4+ aqueous solution. Whereas 20 grams of Al2(SO4)318H2O were weighed and dissolved in distilled water to give a Al3+ aqueous solution. The aluminum salt weighed might produce approximately 30 weight % Al2O3 of zirconia. The pH of both aqueous solutions were adjusted by adding 25% ammonia solution drop wise under vigorous stirring, producing Zr(OH)4 and Al(OH)3 sols, until the final pH both solutions recorded was 10 and 4, respectively. Both of Zr(OH)4 and Al(OH)3 sols were mixed under constant stirring at approximately 800 rpm, until the final pH was 9. An appropriate amount of sugar solution was added slowly to the mixture such that the metal salts to sugar weight ratio was maintained at 6:1; and stirred constantly at approximately 800 rpm. The mixture was constantly stirred and slowly heated until a concentrated yellowish brown gel was formed at 100C. The gel was then dried in an oven at 200C and swollen to produce light black charcoal precursors. The precursors were successfully calcined at 500-800C in an Heraus electric


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356


furnace to give very fine powders. All calcined powders were characterized by a PAN analytical X-ray instrument and a JEM-1400 120 kV TEM.RESULTS AND DISCUSSION X-Ray analysis on the zirconia phase transformation of ASZ Figure 1 shows XRD patterns of ASZ samples calcined 5 hrs at different temperatures of 500C, 600C, 700C, and 800C. According to Figure 1, since sugar was used as a masking compound in a water medium, the precursors of alumina-stabilized zirconia which catalyzed with ammonia was found to transform and crystallize at the lower temperature of 500C, with the broadening main peak of the diffraction angles 2 of 30.394, corresponding to the (1 1 1) crystal plane of the t-ZrO2 structure (PDF2. 140534). By increasing temperature from 500C to 600C, the t-ZrO2 peaks increased significantly angles 2 of 30.394 (2-CuK), corresponding to the (1 1 1) and (1 0 1) crystal planes of the t-ZrO2 structures, as refering to PDF2. 140534, 791771 and 800965 (see in Figure 1). At the higher temperatures of 700 and 800C, the t-ZrO2 was the only phases present in the sample of ASZ whereas no other zirconia phases have been identified at these temperatures.Therefore, according to the X-ray diffraction analysis, it is suggested that alumina is in solid solution in the the tetragonal phase of zirconia.

Figure 1, XRD paterns of an as-heated sample at elevated calcining temperatures on the formation of ASZ.


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303

All calcined powders were characterized 1400 120 kV TEM.

Figure 1 shows XRD patterns of ASZ samples calcined 5 hrs at different

According to Figure 1, since sugar was used as a masking compound in a stabilized zirconia which

was found to transform and crystallize at the lower of the t-ZrO2 at

, corresponding to the (1 1 1) crystal plane . By increasing temperature from

peaks increased significantly at diffraction ), corresponding to the (1 1 1) and (1 0 1)

as refering to PDF2. 140534, 791771 (see in Figure 1). At the higher temperatures of 700 and

present in the sample of ASZ whereas no other zirconia phases have been identified at these temperatures.

ray diffraction analysis, it is suggested that alumina is in solid solution in the the tetragonal phase of zirconia.

heated sample at elevated calcining temperatures on


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356


Morphology and microstructure of the ASZ

Figure 2: TEM bright field images and an ED result of the nanoparticles ASZ calcined at 600C for 5 hours

Nanoparticles with their large surface areas often agglomerate to form lumps to minimize the total surface area or interfacial energy of the system. An appreciable formation of agglomerate was observed in the microstructure of nanoparticles ASZ after thermal treatment at 600Cshown by TEM bright field images in Figure 2. The agglomeration refers to adhesion of the particles to each other because of van der Waals attraction, which is significantly higher in nanoparticles [12]. the sizes of ZrO2 powders are found to be less than 20 nm at the calcination temperature of 600C. Besides, the electron diffraction (ED) patterns of the ASZ sample is indexed to the tetragonal zirconia phase with the crystal plane orientations of (101), (002), (102), (112) and (103). This ED result corroborates the XRD result for the ASZ sample, showing the formation of the t-ZrO2 phase in the sample.

CONCLUSIONS Nanoparticles ASZ were prepared from zirconium salt and approximately 30 wt % alumina stabilizer with amonia as a catalyst and sugar as a masking compound at the temperatures of 500-800C. Crystallization of the assynthesized ASZ produced the tetragonal phase of ZrO2-30 wt % Alsolid solution at the low temperature of 500C. A transformation of the ASZ produced the tetragonal ZrO2-30 wt % Alsolid solutions less than 20 nm in size at 600C. The results indicate that the method represents an effective methodology for the preparation of nanoparticles alumina-stabilized zirconia at a lower temperature.


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303

TEM bright field images and an ED result of the nanoparticles ASZ

large surface areas often agglomerate to form lumps to minimize the total surface area or interfacial energy of the system.

was observed in the after thermal treatment at 600C, as

The agglomeration refers to van der Waals forces of

]. Nevertheless, nm at the calcination

he electron diffraction (ED) patterns of the ASZ sample is indexed to the tetragonal zirconia phase with the crystal

(101), (002), (102), (112) and (103). This ED result corroborates the XRD result for the ASZ sample, showing the formation of

Nanoparticles ASZ were prepared from zirconium salt and approximately alumina stabilizer with amonia as a catalyst and sugar as a masking

C. Crystallization of the as-30 wt % Al2O3

A further phase 30 wt % Al2O3

solid solutions less than 20 nm in size at 600C. The results indicate that the method represents an effective methodology for the preparation of

lized zirconia at a lower temperature.


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


REFERENCES 1. Vasylkiv O, Sakka Y, and Skorokhod VV, Low-Temperature Processing

and Mechanical Properties of Zirconia and ZirconiaAlumina Nanoceramics, J. Am. Ceram. Soc., 2003; 86(2): 299304.

2. Patil KC, Hedge MS, Rattan T, Aruna ST, Chemistry of Nanocrystalline Oxide Materials, Combustion Synthesis, Properties and Applications, New Jersey: World Scientific. 2005.

3. Li Z, Lee WE, and Zhang S, Low-Temperature Synthesis of CaZrO3 Powder From Molten Salts, J. Am. Ceram. Soc., 2007; 90(2): 364368.

4. Muccillo R, Buissa Netto RC, and Muccillo ENS, Synthesis and Characterization of Calcia Fully Stabilized Zirconia Solid Electrolytes, Matter. Lett., 2001; 49: 197-201.

5. Costa GCC and Muccillo R, Synthesis of Scandia-Stabilized Zirconia Nanoparticles By The Polyacrylamide Technique, Solid State Ionics, 2008; 179: 12191222.

6. Stough MA and Hellmann JR Jr., Solid Solubility and Precipitation In A Single-Crystal AluminaZirconia System, J. Am. Ceram. Soc., 2002; 85(12): 28952902.

7. Loudjani MK and Corts R, Study of the local environment around zirconium ions in polycrystalline -alumina in relation with kinetics of grain growth and solute drag, J. Eur. Ceram. Soc., 2000; 20(10): 14831491.

8. Jerebtsov DA, Mikhailov GG, and Sverdina SV, Phase Diagram of The System: Al2O3ZrO2, Ceram. Int. 2000; 26(8): 821823.

9. Gandhi AS, Jayaram V, and Chokshi AH, Dense Amorphous ZirconiaAlumina By Low-Temperature Consolidation of Spray-Pyrolyzed Powders. J. Am. Ceram. Soc., 1999; 82(10): 26132618.

10. Srdi VV, Winterer M, and Hahn H. Sintering Behavior of Nanocrystalline Zirconia Doped With Alumina Prepared By Chemical Vapor Synthesis, J. Am. Ceram. Soc., 2000; 83(8): 18531860.

11. Garcia RHL, Ussui V, De Lima NB, Muccillo ENS, and Lazar DRR, Physical Properties of Alumina / Yttria-Stabilized Zirconia Composites with Improved Microstructure, Journal of Alloys and Compounds, 2009; 486: 747753.

12. Santos V, Zeni M, Bergmann CP, and Hohemberger JM, Correlation Between Thermal Treatment and Tetragonal / Monoclinic Nanostructured Zirconia Powder Obtained By SolGel Process, Rev. Adv. Mater. Sci., 2008; 17]: 62-70.


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


Sintesis dan Karakterisasi Alumina Nanofiber dari Kaolin Melalui Metode Pengarahan Struktur Fiber

Menggunakan Surfaktan

Eneng Maryani, Subagjo, Ahmad Nuruddin, dan Bambang Sunendar

ABSTRAK Gamma alumina telah berhasil diekstraksi dari kaolin dengan cara amorfisasi kaolin secara termal dilanjutkan dengan leaching oleh asam klorida. Larutan ion aluminium yang dihasilkan dimurnikan terlebih dahulu dari ion Fe3+dengan cara mereduksinya menjadi ion Fe2+sebelum ion Al3+diendapkan pada pH 5,5. Pembentukan partikel -alumina nano fiber dilakukan dengan cara pengarahan struktur fiber oleh surfaktan PEG dengan perlakuan aging oleh ultrasonic pada kondisi sintesis optimum yaitu suhu 80 oC selama 2 jam, pH 9, dan penambahan PEG 6000/Al = 0,133. Partikel yang dihasilkan berdiameter sekitar 25 - 40 nm, panjang beberapa micrometer dengan luas permukaan 323,7 m2/g, volume pori total 1,92 cm3/g dan diameter pori rata-rata 23,7 nm.

PENDAHULUAN Gamma alumina merupakan material yang sangat penting untuk diaplikasikan sebagai katalis atau penyangga katalis pada berbagai proses seperti pemurnianminyakbumi, reaksi Claus danpengendaliemisi otomotif.1 Hal ini dikarenakan gabungan karakteristiknya yaitu memiliki luas permukaan yang besar dan active sites pada permukaannya. 1Pada aplikasinya di industri, -alumina masih menghadapi kendala-kendala, di antaranya: metoda sintesis konvensional biasanya hanya dapat memperoleh luas permukaan< 250 m2/g dan volume pori


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356


Bahan baku yang digunakan adalah Kaolin Belitung dengansenyawa kimia (% berat): Al2O336,66; SiO247,60; Fe2O3 0,30; CaO 0,52; MgO 0,65; TiO2 0,21; Na2O 0,42; K2O 0,32; dan hilang pijar 13,32. Kaolin diamorfisasi secara termal menjadi metakaolin. Ion Al3+diekstrakmetakaolin melalui pemanasan pada suhu 90 oCs elama 7 jam. Pemurnian ion Al3+ dilakukan dengan cara mereduksi Fe3+ menjadi Fe2+Al3+ diendapkan pada pH ~5,5. Endapan ditambah polietil englikol (PEG) 6000 dengan komposisi PEG/Al = 0,133dan disuspensikan kedalamammonium bikarbonat kemudian diultrasonik oleh alat pencucipada suhu 80 oC.

HASIL DAN PEMBAHASAN Alumina yang dihasilkan memiliki fasa Kristal alumina sesuai dengan pola alumina pada JCPDS no. 00-010-0425 dengan tiga puncak refleksi utama yaitu pada 2 = 37,2 0,1 (refleksi 311), 2 = 45,62 = 66,9 1 (440). 4Gamma alumina tersebut memiliki kadar Al6%, sudah memenuhi spesifikasi produk komersial dari Sasol dan Show Denko.

Gambar 1 Morfologi-alumina

Dari Gambar 1 diperoleh morfologi alumina dengan partikel berbentuk nano fiber berdiameter ~25-40 nm dan panjang beberapa mikrometer. Hal ini terjadi karena adanya pengarahan pertumbuhan partikel memanjang oleh PEG sebagai template.


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303

adalah Kaolin Belitung dengan kandungan 0,30; CaO 0,52;

pijar 13,32. Kaolin diekstrak dari

elama 7 jam. Pemurnian 2+ sebelum ion englikol (PEG)

kedalam larutan pencuci ultrasonic

alumina sesuai dengan 0425 dengan tiga puncak refleksi

1 (400) dan Gamma alumina tersebut memiliki kadar Al2O397,9

6%, sudah memenuhi spesifikasi produk komersial dari Sasol dan Show

alumina dengan partikel berbentuk 40 nm dan panjang beberapa mikrometer. Hal

alumina yang


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


Surfaktan PEG mengarahkan struktur alumina nanofiber melalui pembentukan ikatan hydrogen antara gugus polieter pada molekul PEG dengan gugus hidroksil pada precursor AlOOH sehingga pertumbuhannya memanjang di sepanjang permukaan PEG. Gamma alumina yang dihasilkan memiliki luas permukaan 323,7 m2/g, Vpori total 1,92 cm3/g dan dpori rata-rata 23,7 nm.

KESIMPULAN Gamma alumina nanofiber berdiameter ~25-40 nm, panjang beberapa mikrometer, luas permukaan 323,7 m2/g, Vpori total 1,92 cm3/g dan dpori rata-rata 23,7 nm telah disintesis dari kaolin dengan metode pengarahan struktur fiber oleh PEG melalui aging dengan ultrasonik.

DAFTAR PUSTAKA 1 Zhang, Z. dan Pinnavaia, T.J. (2002) : Mesostructured Al2O3 with a

Lathlike Framework Morphology, J. Am. Chem. Soc., 124, 12294-12301

2Martnez, A., Prieto, G., dan Rolln, J. (2009) : Nanofibrous Al2O3 as Support for Co-based Fischer-Tropsch Catalysts: Pondering the Relevance of Diffusional and Dispersion Effects on Catalytic Performance, Journal of Catalysis, 263, 292-305

3Zhu, Z., Liu, H., Sun, H., dan Yang, D. (2009) : Surfactant Assisted Hydrothermal and Thermal Decomposition Synthesis of Alumina Microfiber with Mesoporous Structure, Chemical Engineering Journal, 155, 925-930

4Rozita, Y., Brydson, R., dan Scott, A.J. (2010) : An Investigation of Commercial Gamma-Al2O3 Nanoparticles, Journal of Physics: Conference Series, 241, 1-4.


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


Sintesis Nanokomposit Fe3o4/Zeolit dengan Metode Pemanasan Microwave dan Pengujian Sifat Katalitiknya

Pada Penurunan Viskositas Minyak Berat

Pipit Fitriani1, Shanty Merissa1, Ferry Iskandar1,*, Rino R. Mukti2, Khairurijal1, and Mikrajuddin Abdullah1

1Program Studi Fisika, FMIPA, Institut Teknologi Bandung 2Program Studi Kimia, FMIPA, Institut Teknologi Bandung

Email: [email protected]

ABSTRAK Nanokomposit Fe3O4/Zeolit sebagai katalis untuk menurunkan viskositas minyak berat pada reaksi aqutermolisis telah berhasil disintesis dengan metode pemanasan microwave. Zeolit yang digunakan merupakan zeolit alam tipe heulandite yang telah dilakukan milling selama 8 jam aktivasi termal pada temperatur 300 oC selama 3 jam. Pada penelitian ini pengaruh waktu pemanasan microwave dan variasi komposisi zeolit pada komposit diinvestigasi. Nanokomposit Fe3O4/Zeolit kemudian dilakukan karakterisasi untuk meninjau struktur kristal, morfologi partikel, dan luas permukaannya menggunakan XRD, SEM, dan BET. Selanjutnya dilakukan uji sifat katalitik pada minyak berat dalam autoclave yang berlangsung selama 6 jam dengan temperatur 200 oC. Hasil menunjukkan nanokomposit Fe3O4/Zeolit dengan rasio 1:4 menjadi katalis yang paling baik dalam menurunkan viskositas minyak berat hingga 92%.

Kata kunci : minyak berat, zeolit, katalis, aquatermolisis

PENDAHULUAN Populasi masyarakat yang semakin meningkat menyebabkan kebutuhan terhadap sumber energi minyak bumi juga meningkat. Dari persediaan minyak bumi yang masih tersisa, minyak berat dan bitumen menjadi bagian yang cukup dominan yaitu 70% dari setiap 1 triliun barel minyak bumi [1]. Oleh karena itu, saat ini minyak berat dilihat sebagai sumber energi masa depan karena diperkirakan masih memiliki total cadangan sebanyak 6,3 trilliun barel [2]. Namun viskositas yang tinggi membuat pemanfaatan minyak berat menjadi terbatas. Salah satu cara untuk mereduksi viskositas minyak berat yaitu reaksi aquatermolisis [3]. Saat proses aquatermolisis diyakini tidak hanya menurunkan viskositas minyak berat namun juga memperbaiki kualitas dari minyak berat tersebut.


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


Beberapa penelitian menunjukkan reaksi aquatermolisis dengan menggunakan katalis ternyata dapat menurunkan viskositas lebih baik [3-6]. Material yang digunakan sebagai katalis tersebut sebagian besar merupakan logam transisi dan senyawa oksidanya. Besi menjadi kandidat katalis yang baik karena unsurnya cukup melimpah di bumi dan proses sintesis besi oksida sebagai katalis relatif aman karena besi sendiri merupakan unsur yang aman. Penggunaan mineral pada reaksi aquatermolisis juga dapat menurunkan viskositas minyak berat lebih efektif [3]. Zeolit dikenal sebagai salah satu mineral yang memiliki sifat katalitik yang baik [7]. Dengan menggabungkan besi oksida dan zeolit alam sebagai suatu komposit diharapkan dapat meningkatkan sifat katalitik keduanya. Oleh karena itu, tujuan dari penelitian ini adalah mensintesis nanokomposit Fe3O4/zeolit dengan metode pemanasan microwave diharapkan menjadi katalis yang mudah dibuat dan memiliki sifat yang baik sehingga dapat menurunkan viskositas minyak berat lebih signifikan.

METODOLOGI PENELITIAN FeCl3.6H2O, FeSO4.7H2O, zeolit dilarutkan dalam 50 ml aqua dan distirring di magnetic stirrer pada temperatur ruang 1200 rpm. 10 ml Larutan PEG 20000 ditambahkan ke dalam larutan awal tersebut. NH4OH 10% juga diteteskan perlahan hingga campuran berwarna hitam dan mencapai pH 10. Campuran dipanaskan dalam microwave 600 W. Hasil endapan dicuci sebanyak tiga kali dengan aqua dm dan satu kali dengan alkohol. Selanjutnya dikeringkan pada T=100oC.

HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil XRD pada Gambar 1 menunjukkan kesesuain struktur kristal dengan Fe3O4 JCPDS file no. 75-0033 dan pola yang terbentuk sesuai dengan struktur FCC pada Fe3O4[8]. Hasil tersebut juga menunjukkan bahwa waktu pemanasan microwave akan menghasilkan ukuran kristal yang semakin besar. Dengan menggunakan metode Scherer diperoleh ukuran kristal nanokomposit Fe3O4/zeolit 50% yaitu 24.3 nm dan 27.2 nm untuk waktu pemanasan microwave 7 dan 9 menit, sedangkan kristal Fe3O4/zeolit 50% belum terbentuk saat pemanasan microwave masih 5 menit.


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


Gambar 1. Hasil karakterisasi XRD nanokomposit Fe3O4/Zeolit 50% untuk variasi waktu pemanasan microwave (a) 5 menit, (b) 7 menit, dan (c) 9

menit.

Selanjutnya nanokomposit Fe3O4/zeolit 50% dengan waktu pemanasan microwave 7 menit dilakukan karakterisasi SEM seperti pada Gambar 2 dan terlihat nanokomposit Fe3O4/zeolit 50% memiliki morfologi yang tidak bulat homogen dan terjadi aglomerasi.

Gambar 2. Hasil karakterisasi SEM nanokomposit Fe3O4/Zeolit 50% dengan waktu pemanasan microwave 7 menit.

Parameter lainnya yang diperlukan untuk aplikasi katalis adalah luas permukaan spesifik yang diperoleh melalui karakterisasi BET. Luas permukaan spesifik yang dimiliki oleh nanokomposit Fe3O4/zeolit 50%, yaitu 165 m2/g. Hasil pengujian sifat katalitik pada minyak berat


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


ditunjukkan pada Tabel 1. Hasil uji katalis menunjukkan zeolit pada komposit memberikan pengaruh yang baik sebagai hidrogen donor dan rasio zeolite terbesar dapat menurunkan viskositas minyak berat paling tinggi yaitu hingga 92 %.

Tabel 1. Hasil uji katalis pada reaksi aquatermolisis Reaksi Penurunan

viskositas (%) Minyak Berat (MB) 0 MB + Air 40 MB + Air + Zeolite 82 MB + Air + Fe3O4 84 MB + Air + Fe3O4:Zeolite 1:1 87 MB + Air + Fe3O4:Zeolite 1:2 88 MB + Air + Fe3O4:Zeolite 1:3 89 MB + Air + Fe3O4:Zeolite 1:4 92

KESIMPULAN Nanokomposit Fe3O4/zeolite sebagai katalis telah berhasil disintesis dengan menggunakan metode pemanasan microwave. Peningkatan waktu pemansan microwave menghasilkan ukuran Kristal yang terbentuk semakin besar. Selanjutnya hasil uji katalis menunjukkan bahwa komposisi zeolite dengan rasio 1:4 memiliki sifat katalis yang paling baik karena dapat menurunkan viskositas minyak berat hingga 92%

DAFTAR PUSTAKA [1]Li Zhu, J., Qi, J.Wei.,. (2007). Application of nanonickel catalyst in the viscosityreduction of Liaohe extra-heavy oil by aquathermolysis. Journal of Fuel Chemistry and Technology, 176-180. [2]Ortiz-Moreno Hugo. (2012). Heavy Oil upgrading at moderate pressure using dispersed catalyst: Effects of temperatur, pressure, and catalytic properties. Fuel, 186-192. [3]Maity Ancheyta. J., Marroquin, G.S.K.,. (2010). Catalytic Aquathermolysis Used for Viscosity Reduction of Heavy Crude Ools: A Review. Energy and Fuels. [4]Nugraha Noorlalily, P., Abdullah, M., Khairurrijal, Iskandar, F.M.I.,. (2013). Synthesis of NixFe3-xO4 nanoparticles by microwave-assisted coprecipitation and their application on viscosity reduction . Material Science Forum, 204-208. [5] Wang Chen, Y., He, J., Li, P., Yang, C.Y. (2012). Mechanism of catalytic aquathermolysis: Influences on heavy oil by two types of efficient catalytic ions: Fe3+ and Mo6+. Energy and Fuels, 1502-1510. [6]Chen Wang, Y., Lu, J., Wu, C.Y.,. (2009). The viscosity reduction of nano-kegging-K3PMo12O40 in catalytic aquathermolysis of heavy oli. Fuel, 1426-1423.


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


[7]Vermeiren dan Gilson, J.VW. (2009). Impact of Zeolites on the Petroleum and Photochemical Industry. Journal of Top Catalyst, 1131-1161.


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


Synthesis and Characterization Several Codoped Ceria for IT-SOFC Electrolytes

Arie Hardian1, Kunjoong Kim2, Gyeong Man Choi2, and Ismunandar1*

1Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, ITB, 14151 Ganesa 10, Bandung, Indonesia, 2Dept. Materials and Sciences Engineering, Pohang University of Science and Technology, Pohang, South

Korea. *E-mai : [email protected] Tel:(022)-2502103, Fax : (022)-2504154

ABSTRACT Doped ceria is believed as the promising candidate for IT-SOFC electrolyte but still have a drawback such stability in low oxygen partial pressure. The purposes of this research were to synthesize and characterize several codoped ceria Ce1-x-yGdxMyO2-, M = Er, Dy, or Nd and 0.0 x,y 0.1. Solid state method was used because its simple and suitable for pilot scale. For the same total dopant concentration, the correlation between average of cation radii and the lattice constant followed the Vegards rule. The activation energies of codoped ceria were lower than 1 eV and most of codoped ceria showed higher conductivities than 10-2 S.cm-1 at intermediate temperature range.

Keywords : IT-SOFC, solid electrolyte, cerium oxide, codoped

INTRODUCTION Energy crisis and global warming which was caused by combustion of fossil fuel invite much attention to the researcher to find alternative energy for reduce the consumption of fossil fuel. Fuel cells are the promising technology for alternative energy because of their high efficiency and environmentally-friendly. There are six types of fuel cells which have been developing until now, but only two types generally stand out as the promising candidate, they are polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) and solid oxide fuel cells (SOFC). PEMFC operate in low temperature (< 100 C) and these types are suitable for portable devices. SOFC operate at high temperature (8001000 C) and suitable for heat and power generator at homes, office buildings, hospitals, and other stationary applications. The high operational temperature of SOFC make them more


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


efficient then PEMFC, but has a consequences such as high cost of operation and rapid aging caused by unexpected reaction between components at high temperature. Lowering the operational temperature of SOFC into 500-800 C (intermediate temperature) range will give significant impact to the fabrication cost by allowing the use of cheap materials in interconnects such as stainless steel and heat exchangers. In the operation side, lowering the temperature will also lead to an increase the durability of SOFC systems by reducing problems related to thermal cycling and unexpected reaction in the cell. This attempt face a number of materials problems which associated to the electrolyte resistance and electrode polarization. Electrolyte and electrodes materials which have high conductivity and high electrocatalytic rate in intermediate temperature are needed for developing Intermediate Temperature-Solid Oxide Fuel Cell (IT-SOFC) [1]. Doped ceria is believed as the promising candidate for IT-SOFC electrolyte because of their high conductivity in intermediate temperature compared to the commercial electrolyte, yttria stabilized zirconia (YSZ). The conductivity of doped ceria depends on the characteristics of the dopants element and their concentrations [2]. Rare earth oxide are usually used as the dopant for ceria due to their similarity of their ionic radii to cerium. The lower mismatch ionic radii between the dopant and the host Ce4+, will afford a lower activation energy and higher conductivity. Doped ceria is easily reduced from Ce4+ to Ce3+ in low oxygen partial pressure and become the p type conductor that could decrease the performance of the cell [1]. Codoped strategy has shown that the resulted phases have better properties than single doped phase in their conductivity and stability in a reduction environment [3]. Codoped strategy might suppress the ordering of oxygen vacancy that leads to the decrease of activation energy and the increase of conductivity [4]. On the other hand, codoped strategy might suppress the electronic conductivity and extend the electrolyte domain [5]. Gadolinium or samarium doped ceria have been reported has the highest conductivity [1]. Many researcher believed that Gd3+ doped ceria should be has higher conductivity than Sm3+ doped ceria, because its ionic radii is closer to Ce4+ than Sm3+ [3]. To increase the ionic conductivity properties of gadolinium doped ceria (GDC), the second dopant was used. We have chosen Er3+, Dy3+, and Nd3+ as the second dopant for GDC because Er3+ has smaller mismatch ionic radii to Ce4+ than Gd3+, Dy3+ has low association vacancy-defect enthalpy comparable to Gd3+ and Sm3+ [6], and Nd3+ has the lowest activation energy of ion oxide transport among the single rare earth doped ceria [7]. The purposes of this research were to synthesize and characterize


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


several codoped ceria Ce1-x-yGdxMyO2- where M = Er, Dy, or Nd and 0.0 x,y 0.1.


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


EXPERIMENTAL Solid state method had been chosed to synthesize the samples since their simplisicty and will suitable for industries scale. CeO2 (99.9%, Aldrich), Gd2O3 (99.9%, Aldrich), Er2O3 (99.9%, Aldrich), Dy2O3 (99.9%, Aldrich), and Nd2O3 (99.9%, Aldrich) were used for the preparation of all samples. CeO2, Gd2O3, and the second dopant oxide were mixed in stoichiometric proportions to obtain Ce1-x-yGdxMyO2- where M = Er, Dy, or Nd as the second dopant and 0.0 x,y 0.1. The mixture was then grounded and homogenized by agate mortar. The homogenized mixture was calcined at 1000 C for 12 h and reground by agate mortar. The calcined powder was then pressed using hydraulic press in 15 mm circular disk shaped pellets. The thickness and the diameter of pellets were measured using micrometer and caliper, respectively. The pellets were sintered at 1500 C for 5 h then 1600 C for 2 h in air atmosphere with heating rate 3 C.min-1 and cooling rate 5 C.min-1. The thickness and the diameter of sintered pellets were measured for calculating percentage of shrinkage of each pellet. Archimedes method was used for measuring the density of pellets. The pellets were then grounded for structure analysis. XRD PANanalytical was used to characterize the crystal structure of the obtained oxides. The pellets were coated by gold for morphology characterization using SEM JEOL. The SEM image was then anaylized using ImageJ free software with PoreAnalysisSEM plug-in as a support plug-in to get porosity and crystallite size data. The principle of this analysis is the contrast of image color. This software could separate the dark area and the light area with controlling the contrast of image. The dark area equal to the porosity and the light area equal to the grain. The porosity was calculated by divide the dark area with a whole area and multiple by 100%. Crystallite size was calculated using the similar software. At least ten random crystallite size (their diagonal) were measured and was then calculated the average. For electrical characterization, both sides of pellets were brushed with Pt paste on 8 mm diameter circular area. Two circular Pt mesh was attached on the brushed area with the same size. The Pt | electrolyte | Pt cells were then sintered at 900 C for 2 h with heating rate 3 C.min-1 and cooling rate 5 C.min-1. Solarton 1260 instruments was used to measure the resistance of the cells in the range temperature 250 700 C with heating rate 3 C and in the range frequency 0.1 Hz-10 MHz. The Nyquist plot data which was obtained from conductivity measurement was then anaylized using Z-view software.


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


RESULTS & DISCUSSION The color of obtained codoped ceria are dominated by the color of second dopant. The Gd-Er codoped ceria has pale ruby color, the Gd-Dy codoped ceria has pale yellow color, and the Gd-Nd has light blue color.

3.1 XRD results The result of XRD showed that all obtained codoped ceria have a fluorite structure as can be seen by the similarity of the XRD patterns to that of undoped CeO2 and There were no impurities observed.Shifting of peaks position are also observed, the peak of among codoped ceria shifted to the left or smaller 2 which is mean that the lattice parameter became larger than pure ceria. . The XRD patterns of codoped ceria and undoped ceria are shown on Figure 1. Le Baile refinement was used to refine the XRD data of codoped ceria. As expected lattice parameters of codoped ceria are larger than those for undoped ceria, because the Gd3+ dopant and the second dopants have larger ionic radii size than Ce4+. For the same vacancies or total dopants concentration, the lattice parameters linearly depend on the size of ionic radii of dopant. the Vegards rule are followed for the same vacancies or the total dopants concentrations . The correlation between average cation radii and the lattice parameter are also shown on Figure 2.


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


Figure1. XRD patterns of undoped ceria (a) and codoped ceria: (b) Ce0.9Gd0.05Er0.05O1.95; (c) Ce0.85Gd0.05Er0.1O1.925; (d) Ce0.85Gd0.1Er0.05O1.925; (e) Ce0.8Gd0.1Er0.1O1.9; (f) Ce0.9Gd0.05Dy0.05O1.95; (g) Ce0.85Gd0.05Dy0.1O1.925; (h) Ce0.85Gd0.1Dy0.05O1.925; (i) Ce0.8Gd0.1Dy0.1O1.9; (j) Ce0.9Gd0.05Nd0.05O1.95; (k) Ce0.85Gd0.05Nd0.1O1.925; (l) Ce0.85Gd0.1Nd0.05O1.925; and (m) Ce0.8Gd0.1Nd0.1O1.9.

3.2 SEM and EDS results The morphology of pellets obtained by SEM showed the microstructure of pelletsand from the micrograph approximate the porosity of pellets can also be determined. The SEM image of all codoped ceria pellets are shownon Figure 3. Crystallite size associated to the grain and grain boundary conductivity. Generally, grain conductivity is higher than grain boundary conductivity; it means the ion transport in grain is faster than in grain boundary. The pellet which has big crystallite size will have good grain conductivity and lead to the high total conductivity.


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


Figure 2. Correlation between cation radii mean and lattice parameter. Sample data (), reference data (), and linearity of sample data (). References data was taken from: (a) Ce0,9Gd0,1O1,95, [8]; (b) Ce0,9Y0,1O1,95, [9]; (c) Ce0,9Tb0,1O1,95, [10]; (d) Ce0,85Gd0,15-xSmxO2-, [4]; (e) Ce0,85M0,15O1,925, M=Y, Sm, Gd, [11]; (f) Ce0,85Gd0,15-xYxO1,925 dan Ce0,85Gd0,15-xYxO1,925, [12]; (g) Ce0,8Sm0,1Dy0,1O1,85, [13]; dan (h) Ce0,8Ca0,1M0,1O1,85, M=Gd dan Sm, [14].


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303



Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


Figure3. SEM image: (a) Ce0.9Gd0.05Er0.05O1.95; (b) Ce0.85Gd0.05Er0.1O1.925; (c) Ce0.85Gd0.1Er0.05O1.925; (d) Ce0.8Gd0.1Er0.1O1.95; (e) Ce0.9Gd0.05Dy0.05O1.95; (f) Ce0.85Gd0.05Dy0.1O1.925; (g) Ce0.85Gd0.1Dy0.05O1.925; (h) Ce0.8Gd0.1Dy0.1O1.95; (i) Ce0.9Gd0.05Nd0.05O1.95; (j) Ce0.85Gd0.05Nd0.1O1.925; (k) Ce0.85Gd0.1Nd0.05O1.925; (l) Ce0.8Gd0.1Nd0.1O1.95.

3.4 EIS results The conductivity of codoped ceria was in the range of those for IT-SOFC electrolyte ,because their values were higher than 10-3 S.cm-1 and the activation energy was lower than 1 eV at intermediate temperature. Our results were still lower than GDC20 [16]. This may be caused by different starting materials and preparation method. Ce0.85Gd0.05Nd0.1O1.925 has highest conductivity, 0.0105 S.cm-1 and Ce0.85Gd0.05Dy0.1O1.925 has the lowest activation energy, 0.73 eV. The conductivity at 700 C, activation energy, and pre-exponential factors of codoped ceria are listed in Table 6. The Arrhenius plots (log Vs 1000/T) for all codoped ceria are shown on Figure 5. Arrhenius plot of codoped ceria.

Figure 5. Arrhenius plot total conductivity of codoped ceria.

Ce0.85Gd0.05Nd0.1O1.925 which has the highest conductivity has the lowest relative density; it means that the conductivity of Ce0.85Gd0.05Nd0.1O1.925 should be higher if the relative density is increased. Pre-exponential term (o) of Ce0.85Gd0.05Nd0.1O1.925 is higher than that for Ce0.85Gd0.05Dy0.1O1.925.


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


These two factors will result in higher conductivity of Ce0.85Gd0.05Nd0.1O1.925 than the conductivity of Ce0.85Gd0.05Dy0.1O1.925 at higher temperature.

Table 1. Total conductivity at 700 C, activation energy, and pre-exponential term of codoped ceria

Codoped ceria 700 C (S.cm-1)

Ea (eV)

logo (S.cm-1)

Ce0.9Gd0.05Er0.05O1.95 0.0056 0.87 2.197 Ce0.85Gd0.05Er0.1O1.925 0.0129 0.91 2.870 Ce0.85Gd0.1Er0.05O1.925 0.0172 0.86 2.773 Ce0.8Gd0.1Er0.1O1.9 0.0124 0.86 2.617 Ce0.9Gd0.05Dy0.05O1.95 0.0098 0.88 2.564 Ce0.85Gd0.05Dy0.1O1.925 0.0170 0.73 2.093 Ce0.85Gd0.1Dy0.05O1.925 0.0167 0.83 2.576 Ce0.8Gd0.1Dy0.1O1.9 0.0163 0.89 2.901 Ce0.9Gd0.05Nd0.05O1.95 0.0112 0.85 2.471 Ce0.85Gd0.05Nd0.1O1.925 0.0267 0.80 2.659 Ce0.85Gd0.1Nd0.05O1.925 0.0250 0.79 2.521 Ce0.8Gd0.1Nd0.1O1.9 0.0200 0.81 2.559

Another similar phenomenon observed for all obtained codoped ceria was that there are two obvious slopes in the Arrhenius plot, i.e. those at low temperature (< 450 C) and high temperature ( 450 C). The slopes at lower temperature correlate to the sum of association (defect-vacancy) enthalpy and migration enthalpy, Figure 6.

CONCLUSION Twelve codoped ceria have successfully synthesized via solid state method. The color second dopant powder dominated the color of codoped ceria. The parameter lattice of codoped ceria in the same total dopant concentration (vacancy concentration) obeyed the Vegards rule. The lower of sintering temperature made less than of half codoped ceria have high porosity. The average of crystallite size of codoped ceria were in the range 211 m. The density of codoped ceria are less than 95%. Modification on sintering is needed to increase the density of these codoped ceria. Most of the conductivites of codoped ceria are higher than 10-2 S.cm-1 at intermediate temperature (700 C) which is potential to be used as IT-SOFC electrolyte.

ACKNOWLEDGEMENT


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


Thanks to I-MHERE ITB and Desentralisasi DIKTI 2013 for funding this research. REFERENCES [1] A. J. Jacobson, J. Chem. Mater., 22, (2010), 660674. [2] H. Inaba and H. Tagawa, Solid State Ionics, 83 (1996) 1-16. [3] J. W. Fergus, R. Hui, X. Li, D.P. Wilkinson, and J. Zhang, (2009), CRC

Press, London. [4] F. Y. Wang, S. Chen, and S. Cheng, Electrochem. Commun., 6, (2004),

743-746. [5] D. L. Maricle, T. E. Swarr, and S. Karavolis, Solid State Ionics, 52

(1992) 173. [6] V. Butler, C.R.A. Callow, B.E.F. Fender, J.H. Harding, Solid State

Ionics, 8 (1983) 109113. [7] J. Faber, G. Geoffroy, A. Roux, P. Ablard, Appl. Phys., A 49 (1989)

225. [8] L. D. Jadhav, S. H. Pawar, and M. G. Chourashiya, Bull. Mater. Sci.,

30, 2, (2007), 97100. [9] M. Dudek and J. Molenda, J. Mater. Sci.-Poland, 24, (2006) 1. [10] P. Shuk, M. Greenblatt, and M. Croft, Chem. Mater., 11, (1999), 473-

479. [11] M. Dudek, M. Mroz, L. Zych, and E. Z. Ciesla, J. Mater. Sci-Poland,

26, (2008) 2. [12] X. Guan, H. Zhou, Z. Liu, Y. Wang, and J. Zhang, J. Alloy. Compd.,

464, 1-2, (2008), 310-316. [13] Y. Zheng, M. Zhou, L. Ge, S. Li, H. Chen, and L. Guo, J.Alloy.

Compd., 509, (2011), 1244-1248. [14] P. S. Devi and S. Banerjee, Ionics, 14, (2008), 73-78. [15] X. Hao, Y. Liu, Z. Wang, J. Qiao, and K. Sun, J. Power Sources, 210,

(2012), 86 91. [16] Y. Lee, J. H. Joo, and G. M. Choi, Solid State Ionics, 181, (2010),

17021706. [17] I. E. L. Stephen and J. A. Kilner, Solid State Ionics, 177, (2006), 669

676.


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


Controlled Release Mikroenkapsulasi Chlorhexidine 2% Pada Penyakit Periradikuler

yang Disebabkan Infeksi Enterococcus Faecalis

Denny Nurdin1 Bambang Sunendar Purwasasmita2

1) Bagian Konsevasi Gigi Fakultas Kedokteran Gigi Unpad 2) Lab. Proses material Teknik Fisika Fakultas Teknologi Industri ITB

1. [email protected] 2. [email protected]

ABSTRAK

Enterococcus faecalis merupakan bakteri penyebab utama persistensi infeksi saluran akar yang memiliki kemampuan menginvasi tubuli dentin sehingga menyebabkan sulitnya penetrasi obat saluran akar untuk mengeliminasinya. Tubulus dentin berukuran sangat kecil antara 1-3m. Mikroenkapsulasi obat saluran akar dengan ukuran kurang dari 1m diharapkan menjadi jalan keluar untuk mengatasi masalah ini. Pada penelitian ini digunakan sodium silikat sebagai prekursor dan chlorohexidine 2% sebagai obat saluran akar yang dienkapsulasi. Metode yang digunakan adalah sol gel dengan proses stober. Tujuan penelitian ini mendapatkan mikrokapsul chlorhexidine 2% yang berukuran kurang dari 1 m dan mengetahui efektifitas dari mikrokapsul yang dihasilkan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa mikrokapsul yg dihasilkan berukuran kurang dari 1m dan pada pengujian bakteri memperlihatkan bahwa mikroenkapsulasi chlorhexidine 2% lebih efektif dibandingkan chlorhexidine2% tanpa enkapsulasi.

Kata kunci : controlled release, mikroenkapsulasi

PENDAHULUAN Enterococcus faecalis memiliki kemampuan untuk menginvasi tubulus dentin, yang berukuran sangat kecil antara 1-3m. Bakteri ini bertanggung jawab terhadap 80-90% infeksi saluran akar.[1] Chlorhexidine (CHX) 2% telah direkomendasikan sebagai obat saluran akar. Bahan ini dapat menyebabkan perubahan keseimbangan tekanan osmosis pada sel bakteri


Vol. 1, No.1, ISSN : 2356 - 3303


dan menyebabkan isi sitoplasma dari sel bakteri mengendap yang pada akhirnya terjadi kematian sel.[2],[3] Terdapat persyaratan yang harus dimiliki oleh obat saluran akar, salah satunya adalah obat saluran akar harus tetap stabil dalam larutan dan tetap aktif meskipun terdapat darah, serum dan derivat protein jaringan.[4] Berdasarkan hal tersebut diperlukan upaya untuk melindungi obat saluran akar dari pengaruh lingkungannya. Mikroenkapsulasi merupakan usaha untuk melindungi obat dari pengaruh lingkungannya dan berfungsi untuk mengatur pelepasan obat melalui mekanisme controlled release.

METODOLOGI PENELITIAN Pembuatan mikrokapsul CHX 2% yang berukuran kurang dari 1m. Metode yang digunakan adalah sol gel melalui proses Stober. Sodium silikat 0,5 M digunakan sebagai prekursor. Sebagai pelarut digunakan ethanol sebanyak 150 ml. Ditambahkan Aquabidest 15 ml dan ammonia (25%) 3 ml. Selanjutnya ditambahkan 9 ml sodium silikat. Dilakukan emulsifikasi menggunakan ultra turrax selama 10 menit. Ditambahkan kitosan 1% sebanyak 0,7% dari volume larutan. Homogenisasi menggunakan ultrasonic homogenizer selama 15 menit. Dikeringkan hingga didapat partikel silika ke

Documents

PROSIDING WORKSHOP NANOTECHNOLOGY 2013 ITB.pdf