Perpustakaan Digital ITB

Untuk memenuhi kebutuhan sanitasi dalam lingkungan tertentu seperti ruang operasi pada rumah sakit, dapur restoran maupun kamar mandi yang higienis, maka produk keramik maupun kaca yang memiliki sifat self-cleaning dan anti bakteri sangatlah dibutuhkan. Permasalahan lain yang sering timbul pada industri keramik adalah air buangan limbah yang mengandung logam berat timbal (Pb). Logam berat Pb banyak digunakan dalam industri keramik sebagai bahan pelebur, bahan pembentuk glasir, dan bahan pewarna. Namun Pb bersifat toksik, paparan logam pada dosis tertentu dapat menyebabkan komplikasi parah seperti sakit perut kolik, diare berdarah, gagal ginjal, serta dampak merugikan pada kecerdasan intelektual (IQ) pada anak-anak. Salah satu upaya yang dilakukan untuk mengatasi kedua permasalahan tersebut adalah dengan menambahkan lapisan yang bersifat self cleaning (superhidrofobik/superhidrofilik), sehingga permukaan produknya akan tetap bersih dengan sendirinya. Untuk permukaan yang bersifat superhidrofobik diaplikasikan sebagai pelapis yang memiliki efek daun talas sehingga permukaannya tetap kering dan bersih. Sementara itu, untuk permukaan yang bersifat superhidrofilik diaplikasikan dalam penghilangan ion logam berat Pb(II) terhadap contoh air limbah industri keramik. Salah satu material yang dapat digunakan untuk aplikasi lapisan yang bersifat self cleaning ini adalah TiO2. Titanium dioksida (TiO2) merupakan bahan semikonduktor yang telah banyak digunakan pada berbagai aplikasi antara lain: sel surya, fotokatalis, sensor biologi dan kimia, produk kesehatan, maupun pigmentasi cat. TiO2 menjadi pilihan dalam banyak aplikasi fotokimia karena biayanya relatif murah, tersedia luas dan tidak beracun, memiliki stabilitas kimia yang baik serta memiliki potensial oksidasi yang besar. Namun penggunaan TiO2 serbuk sebagai fotokatalis heterogen mempunyai kelemahan yaitu tidak bisa digunakan kembali dan dibutuhkannya pemisahan lanjutan untuk memisahkan material fotokatalis dengan analitnya. Selain itu, penggunaan TiO2 murni hanya efektif bekerja pada daerah sinar UV dibandingkan dengan sinar tampak. Untuk mengatasi permasalahan tersebut, TiO2 dikombinasikan dengan ZnO dan SiO2 membentuk komposit TiO2/ZnO/SiO2 (TZS). Pembentukan komposit TZS ini bertujuan untuk membuat material TiO2 yang efektif secara katalitik bekerja pada daerah sinar tampak, memiliki fase anatase TiO2 yang stabil pada suhu tinggi, serta memiliki luas permukaan yang besar, sehingga bisa dimanfaatkan sebagai material adsorben dan fotokatalis. Pelapisan TZS pada substrat kaca dalam aplikasi pengolahan limbah menjadikannya dapat dipergunakan kembali dan tidak memerlukan pemisahan lebih lanjut. Komposit TZS disintesis dengan menggunakan metode sol gel-hidrotermal pada suhu 180 ºC selama 24 jam dengan media air dan cairan ion turunan pirolidinium. Cairan ion yang digunakan meliputi: 1-butil-1-metilpirolidinium klorida [BMPyrr][Cl], 1-butil-1-metilpirolidinium tetrafluoroborat [BMPyrr][BF4], dan 1 butil-1-metilpirolidinium salisilat [BMPyrr][C7H5O3] yang disintesis dengan metode refluks. Cairan ion dikarakterisasi dengan menggunakan NMR dan IR sedangkan produk TZS dikarakterisasi dengan XRD, BET, SEM-EDS, TEM, TG DTA dan UV-Vis DRS. Hasil pengukuran 1H NMR maupun IR menunjukkan pergeseran kimia dan bilangan gelombang yang telah sesuai dengan karakteristik cairan ion yang diinginkan. Hasil analisis menggunakan XRD menunjukkan terbentuknya fase anatase, zincite dan silika amorf setelah dikalsinasi pada suhu 450 °C. Komposit TZS yang disintesis dengan media cairan ion memiliki luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan TZS yang disintesis dengan media air saja dan bahkan dengan TiO2 komersial (TZS cairan ion 170,2 m2.g-1, TZS air 119,8 m2.g-1, TiO2 komersial 42,0 m2.g-1), serta memiliki energi celah pita yang lebih sempit (TZS cairan ion 2,75 eV, TZS air 3,08 eV, TiO2 komersial 3,23 eV), sehingga cocok digunakan sebagai adsorben-fotokatalis. Hasil analisis TG DTA dan XRD mengindikasikan bahwa fase anatase dari TZS stabil hingga temperatur 1000 °C dan tidak berubah menjadi fase rutil. Hasil analisa morfologi dengan menggunakan SEM-EDX dan TEM menunjukkan bahwa TZS yang disintesis dengan media air berbentuk bulat (spherical) yang seragam, sedangkan yang disintesis dengan media campuran cairan ion-air memiliki bentuk seperti nanocoral, nanorod, dan nanocubic masing-masing untuk media campuran air dengan cairan ion [BMPyrr][Cl], [BMPyrr][C7H5O3] dan [BMPyrr][BF4]. Serbuk komposit TZS yang disintesis telah berhasil dalam menghilangkan ion logam Pb(II) pada larutan Pb(NO3)2 sebagai analitnya melalui mekanisme adsorpsi-fotokatalitik di bawah penyinaran lampu merkuri 160 watt pada kondisi optimum. Kondisi optimum yang diperoleh yaitu pada pH 4, konsentrasi awal 100 ppm dengan volume 50 mL, konsentrasi komposit yang ditambahkan 0,01 gram, dan waktu penyinaran selama 60 menit. Proses adsorpsi Pb(II) mengikuti model isoterm Freundlich dan model kinetika reaksi orde dua semu dengan kapasitas adsorpi maksimum sebesar 322,58 mg.g-1. Proses fotokatalitiknya mengikuti kinetika orde satu semu dengan persentase penghilangan ion Pb(II) mencapai 99,98% untuk TZS yang disintesis dengan media cairan ion [BMPyrr][BF4], 96,15% untuk TZS yang disintesis dengan media air, dan 6,38% untuk TiO2 komersial. Komposit TZS telah dilapiskan pada substrat kaca dengan metode spray coating pada kondisi optimum pelapisan komposit yang meliputi: jarak penyemprotan 10 cm, tekanan kompresor 7 psi, perbandingan PDMS:komposit adalah 4:2 untuk kemudian dipanaskan pada suhu 120 °C-600 °C. Permukaan lapisan TZS yang dipanaskan pada suhu 120 °C bersifat superhidrofobik (sudut kontak 154,30°) sehingga cocok digunakan untuk aplikasi self-cleaning, sedangkan yang dipanaskan pada suhu 600 °C bersifat superhidrofilik (sudut kontak 0°) sehingga cocok digunakan untuk aplikasi penghilangan Pb(II) dalam air limbah. Hasil uji anti bakteri terhadap Escherichia coli dan Staphylococcus aureus menunjukkan adanya daya hambat yang ditandai dengan adanya zona bening yang tidak ditumbuhi bakteri maupun pengurangan jumlah koloni bakteri yang tumbuh baik pada material komposit TZS itu sendiri maupun pada kaca yang telah dilapisi oleh komposit. Sesuai dengan ASTM D 3359/ISO 2409 uji daya rekat dengan metode cross-cut test, lapisan TZS merekat dengan baik yang ditunjukkan dengan tidak adanya lapisan coating yang terkelupas menggunakan solasi transparan, dan tergolong pada ISO class 0/ASTM class 5B. Lapisan TZS juga memiliki daya tahan kimia dan noda yang baik yang ditandai dengan tidak adanya noda yang tertinggal dan tidak terkelupasnya lapisan TZS selama perendaman. Pada aplikasi penghilangan ion Pb(II), menunjukkan adanya peningkatan aktivitas fotokatalitik lapisan TZS yang disintesis dengan media cairan ion dibandingkan dengan TZS yang disintesis dengan media air saja, dan juga dengan TiO2 komersial. Untuk analit larutan Pb(NO3)2 100 ppm persentase penghilangannya mencapai 81,89% untuk TZS-cairan ion, 80,15% untuk TZS-air, dan 14,24% untuk TiO2 komersial. Sedangkan terhadap contoh air limbah industri keramik tableware persentase penghilangannya mencapai 99,49% untuk TZS-cairan ion, 97,46% untuk TZS-air, dan 32,52% untuk TiO2 komersial. Hasil analisis menggunakan XRD dan EDX terhadap lapisan TZS yang digunakan setelah aktivitas adsorpsi-fotokatalitik menunjukkan terbentuknya fase litharge (PbO) setelah proses adsorpsi melalui mekanisme pertukaran ion dan selanjutnya terbentuk fase minium Pb3O4 (2PbO.PbO2) setelah proses fotokatalisis yang terdeposit pada lapisan TZS.