Upload
others
View
10
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
SINTESIS NANO TiO2 MENGGUNAKAN METODE SOL-
GEL DENGAN PENAMBAHAN PEG SEBAGAI
ANTIMIKROBA
Skripsi
Disajikan sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
Program Studi Kimia
oleh
Dwi Indarti Ayu
4311410028
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
2015
ii
iii
iv
v
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
MOTTO
Sesuatu yang belum dikerjakan, seringkali tampak mustahil; kita baru yakin kalau kita telah
berhasil melakukannya dengan baik. (Evelyn Underhill )
PERSEMBAHAN
Kupersembahkan karya ini untuk:
Untuk papa mama, terimakasih atas doa dan kasih kalian
kepadaku tiada tara.
Untuh mbah kakung dan mbah putri, semoga kalian bangga
melihatku disana.
Dan para sahabat dan teman-teman ku yang selalu
menyemangatiku.
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah
melimpahkan Kasih Anugrah-Nya sehingga penulis mampu menyelesaikan
penyusunan skripsi ini dengan judul “Sintesis nano TiO2 menggunakan metode sol-
gel dengan penambahan peg sebagai antimikroba ”.
Skripsi ini disusun sebagai syarat untuk untuk mencapai gelar sarjana Sains
program studi kimia di Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam Universitas Negeri Semarang.
Perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang
telah membantu, baik dalam penelitian maupun penyusunan skripsi ini. Ucapan
terima kasih ini penulis sampaikan kepada:
1. Dekan FMIPA Universitas Negeri Semarang.
2. Ketua Jurusan Kimia Universitas Negeri Semarang.
3. Harjito, S. Pd., M. Sc sebagai dosen pembimbing yang telah memberikan
perhatian, bimbingan, arahan, dan saran kepada penulis selama penyusunan
Skripsi.
4. Drs. Subiyanto Hs, M.Si dan Drs. Sigit Priatmoko, M.Si sebagai dosen penguji
yang telah memberikan masukan, arahan, dan saran kepada penulis selama
Skripsi.
vii
5. Kepala Laboratorium Kimia Unnes yang telah memberikan ijin penelitian.
6. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah membantu
dalam penyusunan Skripsi ini.
Demikian ucapan terima kasih dari penulis, semoga Skripsi ini dapat
bermanfaat dan dapat memberikan kontribusi positif bagi para pembaca dan
perkembangan ilmu pengetahuan dalam dunia penelitian.
Semarang, 23 Juni 2015
Penulis
viii
ABSTRAK
Ayu, D. I. 2015. Sintess Nano TiO2 menggunakan metode sol gel dengan
penambahan PEG sebagai antikroba. Skripsi, Jurusan Kimia Fakultas Matematika
dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Semarang. Dosen Pembimbing:
Harjito, S.Pd., M. Sc
Kata kunci: Antimikroba, Nano TiO2, dan PEG
Penelitian tentang sintesis nano TiO2 menggunakan metode sol gel dengan
penambahan PEG sebagai antimikroba telah dilakukan untuk mengetahui pengaruh
variasi rasio volume larutan PEG 1% terhadap TIPP pada uji antimikroba. Nano TiO2 disintesis menggunakan metode sol gel dengan TIPP dan etanol yang ditambahkan
PEG 1% yang hasilnya diujikan pada DR-UV dan XRD. Hasil analisis untuk
penambahan PEG 1% 1:1, 3:1, dan 4:1 menghasilkan nilai band gap sebesar 3,29 eV;
3,23 eV; dan 3,25 eV. Hasil analisis XRD menunjukkan pada penambahan 1:1, 3:1,
dan 4:1 ukuran partikel sebesar 37,28; 36,20, dan 45,07 nm. Hasil nano TiO2 dengan
penambahan PEG efektif membunuh mikroba E.coli dan Staphylococcus A.
ix
ABSTRACT
Ayu, D. I. 2015. Sintess Nano TiO2 sol gel using PEG as antimicroba. Final Project,
Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Semarang State University.
The Main Supervisor : Harjito, S.Pd., M. Sc
Keywords: Antimicrobial, Nano TiO2, and PEG
Synthesis of nano TiO2 sol gel using PEG addition as an antimicrobial to determine
the effect of variations in the ratio of the volume of PEG solution of 1% of the TIPP
on antimicrobial it has been done. Nano TiO2 is synthesized using sol-gel method
with TIPP precursor by 1% PEG addition by using DR-UV characterization and
XRD. Result of the analysis for the addition of 1% PEG 1: 1, 3: 1 and 4: 1 produces
the value of the band gap of 3.29 eV; 3.23 eV; and 3.25 eV. XRD analysis result
showed the addition of 1: 1, 3: 1 and 4: 1 particle size of 37.28; 36.20, and 45.07 nm.
Result of nano TiO2 with addition of PEG effectively kills microbes Escherichia coli
and Staphylococcus A.
x
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................................. i
PERNYATAAN .................................................................................................... ii
PERSETUJUAN PEMBIMBING ......................................................................... iii
PENGESAHAN .................................................................................................... iv
MOTTO DAN PERSEMBAHAN ........................................................................ v
KATA PENGANTAR .......................................................................................... vi
ABSTRAK ............................................................................................................ viii
ABSTRACT .......................................................................................................... ix
DAFTAR ISI ......................................................................................................... x
DAFTAR TABEL ................................................................................................. xii
DARTAR GAMBAR ............................................................................................ xiii
DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................... xiv
BAB 1 PENDAHULUAN ....................................................................................
2.1 Latar Belakang ...................................................................................... 1 2.2 Rumusan masalahan ............................................................................. 3 2.3 Tujuan Penelitian .................................................................................. 3 2.4 Manfaat Penelitian ................................................................................ 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ...........................................................................
2.1 Nanopartikel ......................................................................................... 4 2.2 TiO2 ...................................................................................................... 5 2.3 Mekanisme kerja fotokatalis TiO2 ........................................................ 6 2.4 Peran PEG dalam nanopartikel ............................................................. 9 2.5 Metode sol-gel ...................................................................................... 10 2.6 Bakteri .................................................................................................. 12 2.7 Mekanisme kerja zat antibakteri ........................................................... 13
BAB 3 METODE PENELITIAN..........................................................................
3.1 Variable penelitian ................................................................................. 15
xi
3.2 Alat dan Bahan ....................................................................................... 15
3.3 Cara kerja ............................................................................................... 16
BAB 4 HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ........................................
4.1 Sintesis TiO2 Dengan Penambahan PEG/STP ...................................... 21
4.2 Karakterisasi Material Nano TiO2 ......................................................... 22
4.2.1 Analisis Uji Kristalinitas Menggunakan X-Ray Diffraction (XRD)... 22 4.2.2 Analisis Ukuran Partikel Menggunakan XRD .................................... 24 4.2.3 Analisis Nilai Band Gap ..................................................................... 26
4.2.4 Analisis Aktivitas Antimikroba .......................................................... 28
BAB 5 PENUTUP ................................................................................................
5.1 Simpulan ............................................................................................... 35 5.2 Saran ..................................................................................................... 35
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 36
LAMPIRAN .......................................................................................................... 39
xii
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
4.1 Perubahan Fisik Pembentukan Serbuk TiO2 ................................................... 21
4.2 Hasil Perhitungan Ukuran Kristal Serbuk TiO2 .............................................. 25
4.3 Hasil Perhitungan Ukran Patrtikel TiO2 .......................................................... 25
4.4 Hasil Perhitungan Nilai Band Gap ................................................................. 28
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1 Bentuk Fase Struktur TiO2 .............................................................................. 5
2.2 Mekanisme Perpindahan Elektron .................................................................. 7
2.3 Struktur PEG ................................................................................................... 10
4.2 Hasil Analisis Difaktogram XRD Serbuk TiO2 .............................................. 23
4.3 Hasil Hubungan Antara [F®Hv] Melawan Hv (A) 1:1; (B) 3:1; (C) 4:1.
..................................................................................................................... 26
4.4 Grafik Untuk Menentukan nilai Band Gap.(A) 1:1; (B) 3:1; (C) 4:1. ............ 27
4.5 Objek Antimikroba E.Coli (A) Kontrol, (B) Perlakuan 1:1, (C) Perlakuan 3:1,
dan (D) Perlakuan 4:1 .................................................................................... 29
4.6 Objek Antimikroba Staphylococcus A. (A) Kontrol, (B) Perlakuan 1:1, (C)
Perlakuan 3:1, dan (D) Perlakuan 4:1. ........................................................... 30
4.7 Grafik persen % keberhasilan Pada Uji Antimikroba ..................................... 31
4.8 Grafik %keberhasilan pada uji antimikroba pada inkubasi 24 jam, Sinar UV
Dan Sinar Matahari ........................................................................................ 32
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran Halaman
1. Diagram Alir Pembuatan Sol TiO2 ................................................................... 39
2. Diagram Alir Pembuatan Gel TiO2 Penambahan PEG ..................................... 40
3. Diagram Alir Pembentukan, Kalsinasi Dan Pengujian TiO2 ............................ 41
4. Diagram Alir Penyiapan Mikroba ..................................................................... 42
5 Diagram Uji Antimikroba perlakuan Inkubasi selama 24 jam........................... 43
6. Diagram Alur Uji Antimikroba Sinar UV ......................................................... 44
7. Diagram Alur Uji Antimikroba Sinar Matahari ................................................ 45
8. Grafik Difraksi Sinar X ..................................................................................... 46
9. Perhitungan Ukuran Partikel ............................................................................. 47
10. Data JPDS TiO2 .............................................................................................. 48
11. Data Peak Uji XRD ......................................................................................... 49
12. Grafik hubungan antara [F®hv] melawan hv untuk sampel (a) 1:1; (b) 3:1; (c)
4:1 ..................................................................................................................... 53
13. Media NA Mikroba TiO2 ................................................................................ 54
14. Dokumentasi Penelitian .................................................................................. 55
15. Data Hasil Pengamatan Sintesis TiO2 Pada Penambahan PEG....................... 56
16. Perhitungan Koloni Mikroba Yang Bertahan Hidup ...................................... 57
17. Hasil perhitungan presentase koloni yang bertahan hidup .............................. 58
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Partikel berukuran nano merupakan material yang sangat menarik, karena
material tersebut mempunyai rasio permukaan terhadap volume dan ukuran yang
besar. Di antara banyak material berukuran nano, titanium dioksida (TiO2)
merupakan semikonduktor fotokatalis yang banyak digunakan, karena mempunyai
sifat-sifat fisika dan kimia yang stabil, aktif secara katalitik, daya oksidatif yang
tinggi, dan secara ekonomi biaya produksinya rendah (Mohsen, 2012).
Titanium dioksida terbagi dalam 3 bentuk kristal polimorfik, yaitu rutil
(tetragonal), anatas (tetragonal), dan brookit (ortorombik). Di antara ketiga fase
tersebut, fase anatas yang menunjukkan kemampuan fotokatalitik yang tinggi
(Suzana, et al., 2010). Aktivitas fotokatalitik sebagian besar dikendalikan oleh sifat
penyerapan cahaya potensial reduksi dan oksidasi yang pada permukaannya didapat
dari pembentukan elektron-hole. Proses dekomposisis ini melibatkan satu radikal
seperti OH, O2, H2O2 yang berperan penting dalam mekanisme reaksi fotokatalitik
semikonduktor yang sebagian besar dikendalikan oleh penyerapan cahaya, misalnya
(i) spektrum penyerapan cahaya dan koefisien; (ii) reduksi dan oksidasi pada
permukaan elektron-hole, dan; (iii) tingkat rekombinasi pada elektron-hole. Pada area
permukaan yang besar dengan kepadatan permukaan adsorben yang konstan
menyebabkan laju reaksi fotokatalitik dipermukaan lebih cepat. Semakin besar luas
permukaan spesifik semakin tinggi aktifitas fotokataliknya. Oleh sebab itu, semakin
2
besar luas permukaan semakin cepat proses yang berlangsung. Semakin tinggi
kristalisasi maka semakin sedikit kekurangan yang terjadi dan memiliki aktifitas yang
tinggi pada fotokatalitik (Chen, 2007).
Salah satu zat yang dapat digunakan untuk memaksimalkan aktifitas
fotokatalitik adalah polietilen glikol (PEG), yang berfungsi sebagai template, dan
juga pembungkus partikel, sehingga akan diperoleh hasil partikel dengan bentuk
bulatan yang seragam (Febie, 2010). Disamping itu, PEG juga berfungsi untuk dapat
mengontrol struktur dan ukuran partikel, yang akan mempengaruhi pada luas
permukaan dan porositras titania.
Pada aktivitas fotokatalitik, sinar UV yang mengenai TiO2 akan menghasilkan
elektron dan hole. Hole pada pita valensi merupakan oksidator kuat, sedangkan
elektron pada pita konduksi merupakan salah satu pereduksi yang baik. Telah
dibuktikan bahwa sinar UV yang mengenai TiO2 dapat membunuh sel-sel kanker,
bakteri, virus, dan ganggang pada penyinaran sinar UV (Mohsen dan Maryam, 2012).
Mikroorganisme akan mati setelah kontak dengan radikal hidroksil (•OH)
dan spesi oksigen reaktif (ROS) yang terbentuk selama penyinaran pada TiO2.
Radikal hidroksil (•OH) memiliki peranan penting dalam menginaktifasi
mikroorganisme dengan cara mengoksidasi phospolipip dalam sel membrane (Song
et al, 2006). Kemampuan radikal (•OH) 1000 kali lebih efektif dalam menginaktifkan
mikroorganisme dibanding disenfektan (Li et al., 1996). Namun demikian,
penggunaaan sinar UV melibatkan energi yang besarnya lebih dari 3,2 ev, yang
jumlahnya dari spektrum sinar instalasi terbatas.
3
Pada penelitian sebelumnya, aktifitas fotokatalik TiO2 sangat efektif sebagai
antibakteri karena dapat dibuktikan dengan sinar uv yang mengenai TiO2 dapat
membunuh sel bakteri dan virus. Oleh sebab itu, pada penelitian ini akan dilakukan
untuk menguji lebih lanjut aktifitas fotokatalitik TiO2 sebagai antimikroba dengan
menggunakan bakteri gram positif dan bakteri gram negatif (Escherichia Coli dan
Staphylococcus Aureus) dengan menggunakan metode sol-gel pada sintesis TiO2
tersebut. Digunakan metode sol-gel pada proses sintesis tersebut dikarenakan proses
yang lebih mudah digunakan serta memiliki keuntungan pada setiap prosesnya.
Dibandingakan dengan metode lainnya, metode sol-gel dapat dipreparasi karena
dapat mengontrol ukuran partikel dan homogenitasnya.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan di atas, maka dapat dirumuskan
suatu permasalahan “Bagaimana pengaruh variasi rasio volume larutan PEG 1%
terhadap TIPP dengan metode sol-gel pada uji antimikroba (E.coli dan
Staphylococcus aureus)”.
1.3 Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi rasio volume larutan
PEG 1% terhadap TIPP dengan metode sol-gel pada uji antimikroba (E.coli dan
Staphylococcus aureus).
1.4 Manfaat Penelitian
Penelitian ini bertujuan pada pengaplikasian nano TiO2 sebagai antimikroba yang
dapat menunjang bidang industri dan farmasi. Dan diharapkan dapat berguna sebagai
sarana informasi pada kalangan masyarakat.
4
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Nanopartikel
Nanoteknologi merupakan ilmu yang mempelajari partikel dalam rentang
ukuran 1-100 nm (Buzea et al., 2007). Nanoteknologi memungkinkan para ilmuwan,,
ahli kimia, dan dokter untuk bekerja pada tingkat molekul dan sel untuk
menghasilkan kemajuan penting di bidang ilmu pengetahuan dan kesehatan.
Penggunaan nanopartikel menawarkan keuntungan besar karena mempunyai sifat
yang unik dalam fisik dan kimia. Penelitian nanopartikel sedang berkembang pesat
karena dapat diaplikasikan secara luas seperti dalam bidang lingkungan, elektronik,
optis dan biomedis (Jain et al., 2006; Stern dan Mcneil, 2008).
Nanopartikel terdiri dari bahan konstituen tunggal atau gabungan dari beberapa
bahan. Nanopartikel di alam sering ditemukan dengan bahan aglomerasi dengan
berbagai komposisi, sedangkan komposisi bahan murni tunggal dapat dengan mudah
disintesis dengan berbagai metode. Berdasarkan sifat kimia dan elektromagnetik,
nanopartikel dapat tersebar pada aerosol, suspense/koloid, atau dalam keadaan
menggumpal. Sebagai contoh, nanopartikel magnetik cenderung mengelompok
membentuk sebuah aglomerat yang terkecuali permukaan mereka dilapisi dengan
bahan non-magnetik, dan dalam keadaan menggumpal, nanopartikel dapat
berperilaku sebagai partikel yang lebih besar, tergantung pada ukuran aglomerat
tersebut (Buzea et al., 2007).
5
Nanopartikel dapat dibuat dengan berbagai metode dan diantaranya yaitu
metode kopresipitasi, metode hidrotermal, dan metode sol-gel.
2.2 TiO2 (Titanium Dioksida)
Titanium dioksida (TiO2) adalah material semikonduktor yang termasuk ke
dalam satuan oksida logam. Titanium dioksida terjadi dalam 3 bentuk kristal
polimorfik, yaitu rutil (tetragonal), anatas (tetragonal), dan brookit (ortorombik). Fasa
rutil dari TiO2 adalah fasa yang umum dan merupakan fasa yang disentesis dari
mineral ilmenite melalui proses becher. Pada proses becher, oksida besi yang
terkandung dalam ilmenite dipisahkan dengan temperatur tingggi dan juga dengan
bantuan gas sulfat atau klor sehingga menghasilkan TiO2 rutil dengan kemurnian 91-
93%. Titania pada fasa anatas umumnya stabil pada ukuran partikel kurang dari 11
nm, fasa brookit pada ukuran partikel 11-35 nm, dan fasa rutil diatas 35 nm. Gambar
2.1 disajikan struktur TiO2 dalam bentuk anatas dan rutil.
(a) (b)
Gambar 2.1 Bentuk fasa pada TiO2 (a) anatas (b) rutil
Pada pengaplikasiaan dalam fotokatalis sel surya, TiO2 pada fasa anatas
banyak digunakan karena mempunyai kemampuan fotokatalik yang tinggi. Selain itu
untuk meningkatkan kinerja sistem, struktur nanokristal dan juga luas permukaan
6
yang tinggi dari TiO2 merupakan faktor penting untuk meningkatkan densitas dan
transfer elektron.
Titanium dioksida merupakan semikonduktor yang paling sesuai untuk
aplikasi lingkungan. Keunggulan dari TiO2 yaitu mempunyai celah pita energy (band
gap) yang besar (3,2 eV untuk fasa anatas dan 3,0 eV untuk fasa rutil), sehingga
memungkinkan banyak terjadinya eksitasi elektron kedalam pita konduksi dan
pembentukan hole pada pita valensi saat diinkubasi cahaya ultraviolet. Mempunyai
sifat stabil pada cahaya, dapat menyerap sinar UV dengan baik, inert, tidak beracun,
memiliki kemampuan oksidasi yang tinggi, dan mempunyai konsumsi energi yang
rendah.
Jika TiO2 disinari UV dapat menghasilkan pasangan elektron-hole, maka
dalam katalis semikonduktor TiO2 dapat terjadi reaksi oksidasi dan reduksi (redoks)
sekaligus. Reaksi-reaksi dapat diaplikasikan untuk detoksifikasi air (water treatment),
detoksifikasi udara (air cleaning effect) dan proses inaktivasi bakteri (antibacterial
effect). Disamping itu, karena film TiO2 dipermukaan bahan juga menyebabkan sudut
kontak air turun menjadi lebih kecil dari 10° (sifat superhidrofilik), maka TiO2 juga
dapat diaplikasikan untuk menghilangkan kabut pada keramik (antifogging effect) dan
keramik yang bisa dengan mudah dibersihkan (self-cleaning effect) (Pramadewi,
2014).
2.3 Mekanisme kerja fotokatalis TiO2
Titanium dioksida mempunyai pita valensi (VB) yang terisi penuh dan pita
konduksi (CB) yang kosong. Apabila temperatur naik atau dengan adanya ektitasi
optik dengan energi yang melebihi energi dari Eg, elektron akan naik ke CB
7
meninggalkan VB, terjadi hole atau muatan positif pada VB. Pada TiO2 besarnya
celah pita energi sebanding dengan radiasi 388 nm (3,23 eV) pada daerah UV.
Mekanisme kerja pada efek fotokatalitik TiO2, dapat diamati pada Gambar 2.2
berikut ini.
Gambar 2.2 Mekanisme perpindahan elektron karena pengaruh cahaya pada TiO2
(Hoffman et al., 1995)
Pada Gambar 2.2 ditunjukkan tahapan utama mekanisme fotokatalitik pada
semikonduktor TiO2 yang meliputi:
a) Pembentukan pembawa muatan oleh foton: jika suatu semikonduktor fotokatalitik
dikenai suatu energi foton hυ maka elektron pada pita valensi akan tereksitasi ke
pita konduksi (ecbˉ) sambil meninggalkan hole pada pita valensi (hυb+).
TiO2 + hυ → TiO2 (hυb+
+ ecbˉ)
b) Rekombinasi pembawa muatan: elektron pada pita konduksi (ecbˉ) dan hole pada
pita valensi (hυb+) akan bergabung menghasilkan energi kalor.
TiO2 + hυb+
+ ecbˉ→ TiO2 + kalor
8
c) Inisiasi reaksi oksidasi oleh hole pada pita valensi (hυb+), yang bereaksi dengan
substrat atau reduktor.
hυb+
+ Red → Red+
d) Inisiasi reaksi reduksi oleh elektron pada pita konduksi (ecbˉ), yang akan bereaksi
dengan oksidator yaitu oksigen.
ecbˉ + Oks → Oksˉ
e) Reaksi fotoreduksi terkatalisis dan reaksi termal lanjutan (reaksi dengan oksigen
aktif) akan menghasilkan gas CO2 atau zat-zat mineral.
f) Penjebakan elektron pada pita konduksi ke dalam ikatan pada permukaan
membentuk Ti(III).
ecbˉ + TiIV
TiIII
g) Penjebakan hole pada pita valensi ke dalam gugus titaniol dipermukaan.
hυb+
+ Ti(OH)4 → Ti4+
+ OH•
Semikonduktur TiO2 memiliki struktur pita dimana pita konduksi dipisahkan
dari pita valensi oleh celah pita dengan lebar yang sesuai. Ketika energi cahaya lebih
besar dari band gap, elektron dan hole akan dihasilkan dalam pita konduksi dan pita
valensi. Elektron dan hole menyebabkan reaksi redoks mirip dengan elektrolisis.
Molekul air direduksi oleh elektron untuk membentuk H2 dan teroksidasi oleh hole
untuk membentuk O2 untuk pemisahan air secara keseluruhan. Reaksi fotokatalik
pada semikonduktor ditunjukkan pada Gambar 2.2 (Kudo, 2007).
Penyerapan foton dengan energi lebih tinggi dari celah pita semikonduktor,
yang mengarah kegenerasi pasangan elektron-hole dalam partikel semikonduktor.
Nilai penting dalam fotokatalis semikonduktor adalah lebar celah pita dan tingkat pita
9
konduksi dan pita valensi. Tingkat bawah pita konduksi harus lebih negatif daripada
potensial redoks K+ / H2 (0 V vs NHE), sedangkan tingkat atas pita valensi menjadi
lebih positif daripada potensiak redoks O2 / H2O (1,23 V vs NHE).
Pada umumnya aktivitas fotokatalitik semikonduktor sebagian besar
dikendalikan oleh sifat penyerapan cahaya, misalnya, spektrum penyerapan cahaya
dan koefisien: tarif reduksi dan oksidasi di permukaan oleh elektron-hole; dan
elektron-hole laju rekombinasi. Sebuah area permukaan besar dengan kepadatan
permukaan konstan adsorben menyebabkan laju reaksi fotokatalis permukaan lebih
cepat. Dalam hal ini, semakin besar luas permukaan spesifik, semakin tinggi aktivitas
fotokatalis. Meskipun demikian, haruslah dipahami adanya permukaan yang rusak
yang dapat menjadi pusat rekombinasi elektron dan hole. Semakin tinggi kristalinitas,
semakin sedikit kerusakan dan semakin tinggi aktivitas fotokatalis. Penerapan pada
suhu tinggi biasanya meningkatkan kristalinitas nanomaterials TiO2 yang pada
gilirannya dapat menginduksi agregasi nanopartikel kecil dan mengurangi luas
permukaan (Chen, 2007).
2.4 Peranan PEG dalam nanopartikel
Poli (etilen glikol) (PEG), juga dikenal sebagai poli (etilen oksida) (PEO),
polyoxyethylene (POE) merupakan jenis polieter. PEG, PEO atau POE merujuk pada
sebuah oligomer atau polimer etilen oksida. Tiga nama tersebut identik secara
kimiawi, tetapi PEG cenderung mengarah pada oligomers dan polimer dengan massa
molekul dibawah 20.000 g/mol, dan banyak polimer pada PEG dengan beberapa
massa molekul. PEG adalah cairan atau padat yang mencair pada suhu rendah,
tergantung pada berat molekul (Perdana, 2010).
10
Sifat pada PEG sangatlah stabil, mudah menguap, dan juga dapat mengikat
pigmen. PEG juga merupakan polimer yang sangat fleksibel, tingkat racun yang
rendah, dan dapat larut dalam air, methanol, benzene, dan dichlorometan. Biasanya
digunakan sebagai surfaktan, pelarut dalam makanan, farmasi atau industri kosmetik.
PEG sendiri memiliki berat molekul yang cukup tinggi yaitu 5000 sampai 10000.
Semakin meningkat kekerasannya semakin besar nilai berat molekul PEG semakin
pada PEG.
O
HO
n
H
Gambar 2.3 Struktur PEG
Dalam hal ini PEG pada nanopartikel juga dapat berfungsi sebagai template,
dan juga berfungsi sebagai pembungkus pada partikel, sehingga akan diperoleh hasil
partikel dengan bentuk bulatan yang seragam (Perdana, 2010). Penambahan PEG
juga dapat mengontrol struktur dan ukuran partikel yang akan dihasilkan dalam
sintesis. Pada penyusunan bahan titania berpengaruh pada luas permukaan dan
porositas bahan. Ukuran partikel dari nano dapat menurun sehingga menjadi ukuran
yang lebih kecil dengan bertambahnya volume larutan pada PEG (Perdana, 2010).
2.5 Metode Sol-Gel
Proses sol-gel dapat didefinisikan sebagai proses pembentukan senyawa
anorganik melalui reaksi kimia dalam larutan pada suhu rendah, dalam proses
11
tersebut terjadi perubahan fasa dari suspensi koloid (sol) membentuk fasa cair
kontinyu (gel). Metode sol gel memiliki beberapa keuntungan, diantaranya yaitu:
1. Tingkat stabilitas termal yang baik.
2. Stabiltas mekanik yang tinggi.
3. Daya tahan pelarut yang baik.
4. Modifikasi permukaan dapat dilakukan dengan berbagai kemungkinan.
Prekursor yang biasa digunakan umumnya logam-logam anorganik atau
senyawa organik yang dikelilingi oleh ligan yang reaktif. Dalam metode sol-gel
memiliki beberapa tahapan diantaranya,
a) Hidrolisis
Pada tahap ini logam prekursor (alkoksida) dilarutkan dalam alkohol dan
terhidrolisis dengan penambahan air pada kondisi asam, netral, atau basa
menghasilkan sol koloid. Hidrolisis menggantikan ligan (-OR) dengan gugus
hidroksil (-OH) dengan reaksi sebagai berikut:
M(OR)n + H2O M(OR)n-1(OH) + ROH
Faktor yang sangat berpengaruh terhadap proses hidrolisis adalah rasio air
terhadap prekursor dan jenis katalis hidrolisis yang digunakan. Peningkatan rasio
pelarut/prekursor akan meningkatkan reaksi hidrolisis yang mengakibatkan reaksi
berlangsung cepat sehingga waktu gelasi lebih cepat.
Katalis yang digunakan pada proses hidrolis adalah jenis katalis asam atau
katalis basa, namun proses hidrolisis juga dapat berlangsung tanpa menggunakan
katalis. Dengan adanya katalis maka proses hidrolis akan berlangsung lebih cepat
dan konversi menjadi lebih tinggi.
12
b) Kondensasi
Pada tahapan ini terjadi proses transisi dari sol menjadi gel. Reaksi kondensasi
melibatkan ligan hidroksil untuk menghasilkan polimer dengan ikatan M-O-M.
pada berbagai kasus, reaksi ini juga menghasilkan produk samping berupa air atau
alkohol dengan persamaan reaksi secara umum adalah sebagai beikut:
Ti - OH +HO - Ti Ti - O - Ti + H2O (Kondensasi air)
Ti - OR + HO - Ti Ti – O - Ti + R - OH (kondensasi alkohol)
c) Pematangan (aging)
Setelah reaksi hidrolisis dan kondensasi, dilanjutkan dengan proses
pematangan gel yang terbentuk. Proses ini ebih dikenal dengan proses aging. Pada
proses pematangan ini, terjadi reaksi pembentukan jaringan gel yang lebih kaku,
kuat, dan menyusut didalam larutan.
d) Pengeringan
Tahapan terakhir adalah proses penguapan larutan dan cairan yang tidak
digunakan untuk mendapatkan struktur sol gel yang memiliki luas permukaan
yang tinggi.
2.6 Bakteri
Bakteri adalah adalah kelompok mikroorganisme bersel tunggal dengan
konfigurasi selular prokariotik (tidak mempunyai selubung inti). Bakteri adalah
mikroorganisme bersel satu dan berkembang biak dengan membelah diri. Ukuran
bakteri bervariasi baik penampang maupun panjangnya, tetapi pada umumnya
penampang bakteri adalah sekitar 0,7-1,5 µm dan panjangnya sekitar 1-6 µm.
a) Bakteri Escherichia coli
13
Bakteri Escherichia coli merupakan bakteri gram negatif yang hidup anaerob
fakultatif, berbentuk batang, dan dapat tumbuh secara optimum pada suhu 30 °C –
37 °C dengan pH 4,3 – 9,5 (Pelezar, 1986). Escherichia Coli umumnya terdapat
dalam usus besar manusia, bersifat pathogen sehingga dapat menimbulkan
bermacam-macam penyakit bila imunitas dalam tubuh rendah (Digwijaya, 2005;
dalam Widyaningsih, 2008). Biakan murni bakteri E. coli dapat diisolasikan dari
makanan, minuman, dan kotoran (feses), sehingga E. coli dapat digunakan sebagai
indikator bahwa suatu perairan telah tercemar (Widyaningsih, 2008).
b) Bakteri Staphylococccus aureus
Staphylococcus aureus (S. Aureus) merupakan nama spesies yang bagian dari
genus staphylococcus. Bakeri yang bersifat aerob atau anaerob fakultatif, dapat
bertahan hidup dalam lingkungan yang mengandung konsentrasi garam yang
tinggi, serta contoh bakteri yang bergram positif. S. aureus berbentuk bulat atau
coccus, dapat tumbuh pada suhu optimal 35 °C dengan pH 7,4 (Jawetz, et al.,
1995).
2.7 Mekanisme kerja zat antibakteri
Zat antibakteri dapat dikelompokan menjadi dua, yaitu zat-zat yang hanya
menghambat pembiakan bakteri tetapi tidak membunuhnya disebut zat antiseptik atau
bakteriostatik, sedangkan zat yang dapat membunuh bakteri disebut desinfektan,
germisida, atau bakterisid (Widyaningsih, 2008).
Pertumbuhan bakteri dapat terhambat oleh adanya zat antibakteri, yaitu
dengan melalui beberapa mekanisme tertentu. Cara kerja zat antibakteri ialah dengan:
(1) Perusakan dinding sel. Susunan dinding sel dapat rusak dengan jalan merintangi
14
pembentukan atau perubahan sesudah terbentuk; (2) Perubahan permeabilitas.
Membrane sitoplasma menahan bahan-bahan tertentu didalam sel dan mengatur
pemasukan dan pengeluaran bahan-bahan lainnya, memelihara keseluruhan sel.
Perubahan pada membrane sitoplasma dapat merintangi pertumbuhan sel, sehingga
menimbulkan kematian sel; (3) Denaturasi protein (perubahan molekul protein dan
asam nukleat). Kehidupan sel tergantung pada pemeliharaan molekul protein dan
asam nukleat. Antimikroba dapat mengakibatkan koagulasi protein atau denaturasi
bahan-bahan sel yang penting. Sebagai contoh: antibiotik jenis tetrasiklin dan
streptomisin; (4) Merintangi kerja enzim. Enzim merupakan sasaran potensial bagi
bekerjanya suatu penghambat. Penghambat ini dapat mengakibatkan terganggunya
metabolism atau matinya sel. Sebagai contoh: antibiotik jenis kloramfenikol dan
metafen; (5) Penghambatan sintesis asam nukleat dan protein. Protein, DNA dan
RNA memegang peranan penting di dalam proses kehidupan normal sel. Hal ini
berarti gangguan apapun yang terjadi pada zat-zat tersebut dapat mengakibatkan
kerusakan total pada sel, contoh: antibiotik jenis norfoksasin dan sulfanilamide
(Pelezar, 1986).
35
BAB 5
PENUTUP
a. Simpulan
Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan yang sudah diuraikan dapat
diambil kesimpulan bahwa nano TiO2 dengan penambahan PEG mampu
membunuh mikroba secara efektif. Hal ini dapat ditunjukkan dengan %
keberhasilan STP menghambat mikroba pada media. Pada penambahan
larutan PEG 1% dengan TIPP 4:1 merupakan larutan yang paling efektif
sebagai antimikroba dengan % keberhasilan pada E. Coli sebesar 60%,
sedangkan pada Staphylococcus A. sebesar 63,33%. Hal ini dapat di
simpulkan bahwa semakin besar penambahan volume larutan PEG 1% maka
lebih efektif untuk membunuh mikroba.
b. Saran
Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan, maka saran yang diberikan
yaitu perlu dilakukan uji aktivitas terhadap mikroba lainnya sehingga dapat
diketahui aktivitas fotokatalitik pada bakteri tersebut. Dan perlu dikaji ulang
tentang mekanisme reaksi pada TiO2 dengan penambahan PEG untuk
dijadikan pertimbangan dalam aplikasi antimikroba secara nyata.
36
DAFTAR PUSTAKA
Abdullah, M., Dan, K. 2008. Review: Karakterisasi Nanomaterial. Jurnal Nanosains
& Nanoteknologi, 2, 1
Astuti, D. 2008. Aktivitas Fotokatalitik TiO2 Untuk Degradasi Bahan Pewarna Tekstil
Jenis Procion Red MX-88. Jember: Universitas Jember.
Balachandaran, K., Venkatesh, R., Sivaraj, R. 2011. Synthesis And Characterization
Of Nano TiO2-PEG Composite. International Journal Of Engineering Science
And Technology, 3, 5.
Baqiya, M.A. 2008. Preparasi Partikel Nano Fe3O4 Dan Pelapisannya Pada Logam Non Magnetik. Laporan Tesis Jurusan Fisika. Institut Teknologi Sepuluh
Nopember Surabaya.
Behpour, Mohsen and Chakeri, M. 2012. Ag-Doped TiO2 Nanocomposite Prepared
By Sol Gel Method: Photocatalytic Bactericidal Under Visible Light And
Characterization. Department Of Analytical Chemistry, Faculty Of Chemistry,
University Of Kashan, Iran. JNS 2 (2012) 227-234.
Buzea, Cristina; Ivan I. Pacheco; Kevin Robbie. 2007. Nanomaterials And
Nanoparticles: Source And Toxicity. Bionterphases., 2. 1934-8630
Chau, L., Khuang, L., Hsuan, C., Thomas, C.,Khuang, Y., Chien, L.H. 2008. Effect
Of Poly(Ethylene Glycol) Additives On The Photocatalytic Activity Of Tio2 Films
Prepared By Sol-Gel Processing And Low Temperature Treatments. Journal Of
The Chinese Institute Of Chemical Engineers., 39 (2008) 237-242.
Chen, X And Mao, S.S. 2007. Titanium Dioxide Nanomaterials: Synthesis,
Properties, Modifications, And Applications.. Chemical Reviews, 107 (7), 2891-
2959.
Digwijaya, A. 2006. Uji Daya Antimikroba Ekstrak Herba Sambiloto (Andrographis
Paniculata, Ness) Tugas Akhir II. Jurusan Kimia. Fakultas Matematika Dan Ilmu
Pengetahuan Alam. Semarang: Universitas Negeri Semarang.
37
Fardiaz, S. 1992. Analisis Mikrobiologi Pangan, Perhipa. Jakarta: PAU Pangan Dan
Gizi ITB.
Gupta, Kiran, R.P. Singh, Ashutosh, P, and Anjana, P. 2013. Photocatalytic
Antibacterial Performance Of Tio2 And Ag-Doped Tio2 Against S. Aureus, P.
Aeruginosa And E. Coli. Beilstein Journal Of Nanotechnology., 4, 345-351.
Hoffmann, M.R., Scot T.M., Wonyong ,C. and Detlef, W.B. 1995. Environmental
Applications of Semiconductor Photocatalysis, Chemical Reviews., 95, 69-96
Imai, H., Takai, Y., Shimizhu, K., Matsuda And Hirashima. H. 1999 Low-
Temperature Synthesis Of Anatase Thin Films On Glass And Organic Substrates
By Direct Deposition From Aqueous Solutions, Thin Solid Films., 351 (1999) Pp.
220-224.
Jawetz, E., Melnick, J.L., Adelberg, E.A., Brooks, G.F., Butel, J.S., And Ornston,
L.N. 1995. Mikrobiologi Kedokteran. Edisi Ke-20 (Alih Bahasa: Nugroho &
R.F.Maulany). Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC. 211- 215.
Kartini, I., Kunarti, E.S., Wahyuni, E.T., Purwantini, I., Wiedyaningsing, C and
Listyawati, R. 2010. Antibacterial Coating Of Titania-Silica Nanosols On Cotton
Fabrics. Yogyakarta: Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Gajah Mada.
Kudo, A. 2007. Photocatalysis And Solar Hydrogen Production. Pure Applications
Chemical., 79, 11, 1917-1927.
Rosu, M.C., Ramona, C.S., Simina, V.D., Teofil, D.S., Ioan, B., and Emil, I. 2010.
The Influence Of PEG/PPG And Of The Annealing Temperature On Tio2-Based
Layers Properties. National Institute For Research And Development Of
Isotopic And Molecular Technologies, 65-103 Donath Street, 400293, Cluj-
Napoca, Roumania.
Matsunaga, T., Tomoda, R., Nakajima, T., Nakamura, N., and Komine, T. 1988.
Continuous-Sterization System That Uses Photosemiconductir Powders. Applied
Environ. Microbial., 54. 1330-1333.
Mustikaningtyas, D. 2004. Efek Antibakteri Infusa Cacing Tanah (Lumbricus Sp)
Terhadap Bakteri Salmonella Typhi Secara In Vitro. Tugas Akhir II Program S1.
Jurusan Biologi FMIPA. Semarang: UNNES.
38
Ollis, D.F, and Al-Ekabi. 1993. Photocatalytic Purification and Treatment of Water
and Air. Elsevier. Amsterdam.
Pelezar, M.J. 1986. Dasar-Dasar Mikrobiologi . Jilid 1 dan 2. Jakarta: UI Press. hlm
: 131-141,189-198, 447-449, 521, 809-811.
Perdana, F.A. 2010. Sintesis Dan Karakterisasi Partikel Nano Fe3O4 Dengan
Template PEG-1000. Surabaya: FMIPA ITS.
Pramadewi, Z.I. 2014. Sintesis Nanokomposit TiO2- SiO2/PVA Dan Aplikasinya
Sebagai Antibakteri. Semarang: Kimia FMIPA UNNES.
Purnama, A. 2013. Sintesis Ni-TiO2 dengan metode sol-gel dab uji aktivitasnya untuk
dekomposisis air. Semarang : Kimia FMIPA UNNES.
Segota, S., Lidija, C., Davor, L., Vesna, S., Ivona F.H., And Nenad, T. 2010.
Synthesis, Characterization And Photocatalytic Properties Of Sol-Gel TiO2
Films. CERI-3893; No. Of Pages 8.
Widyaningsih, FD. 2008. Uji Aktivitas Antibakteri Α Pinena Hasil Isolasi Minyak
Terpentin Terhadap Bakteri Escherichia Coli, Basillus Subtilis BAC4 Dan
Basillus Careus. Tugas Akhir II Program S1 Jurusan Kimia, FMIPA. Semarang:
UNNES.