PENGARUH WAKTU PENAMBAHAN DOPING SULFUR TERHADAPLUAS PERMUKAAN DAN STRUKTUR KRISTAL NANOTITANIA

MENGGUNAKAN METODE SOL GEL

(Skripsi)

Oleh

Anggi Puspita Dewi

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG2019

i

ABSTRAK

PENGARUH WAKTU PENAMBAHAN DOPING SULFUR TERHADAPLUAS PERMUKAAN DAN STRUKTUR KRISTAL NANOTITANIA

MENGGUNAKAN METODE SOL GEL

Oleh

ANGGI PUSPITA DEWI

Sintesis titania doping sulfur (S-TiO2) dilakukan dengan metode sol-gel. Titaniumisopropoxide (TTIP), tween-80, isopropanol dan asam sulfat (H2SO4) sebagaisumber doping sulfur digunakan sebagai prekursor. Penelitian ini bertujuan untukmengetahui pengaruh doping sulfur selama 0, 30, 60, 90 dan 120 menitmenggunakan pompa injeksi. Bubuk titania dikalsinasi pada 450 ℃ selama 5 jam.S-doping TiO2 dikarakterisasi menggunakan difraksi sinar-X (XRD) dan luaspermukaan (SAA). Hasil XRD menunjukkan bahwa fase yang diperoleh adalahfase anatase untuk semua sampel sedangkan hasil dari SAA menunjukkan bahwa,sampel S-02 memperoleh luas permukaan terbesar yaitu 95,310 m2/g dan hasilperhitungan dari ukuran partikel dari sampel S-02 diperoleh nilai 10,17 nm.Semakin kecil ukuran partikel yang diperoleh, semakin besar luas permukaan.

Kata kunci: Doping sulfur, SAA, titania, XRD.

ii

ABSTRACT

THE INFLUENCE OF SULFUR DOPING ADDITION TIME ONEXTENSIVE SURFACE AND CRYSTAL NANOTITANIA

STRUCTURE USING SOL GEL METHOD

By

ANGGI PUSPITA DEWI

Synthesis of sulfur doping titania (S- TiO2) was carried out by the sol-gel method.Titanium isopropoxide (TTIP), tween-80, isopropanol and asam sulfat (H2SO4) asa source of sulfur doping are used as the of preccursor. This study aims todetermine the effect of sulfur doping for 0, 30, 60, 90 and 120 minutes usinginjection pumps. Titania powder was calcined at 450 ℃ for 5 hours. S-dopingTiO2 was characterized using x-ray diffraction (XRD) and surface area analyzer(SAA). The XRD results showed that the phase obtained was the anatase phasefor all samples while the results from the SAA showed that the S-02 sampleobtained a surface area the biggest is of 95,310 m2/g and the results of thecalculation of the particle size of the S-02 sample obtained a value of 10,17 nm.The smaller the particle size obtained, the greater the surface area.

Keywords: Doping sulfur, SAA, titania, XRD.

iii

PENGARUH WAKTU PENAMBAHAN DOPING SULFUR TERHADAPLUAS PERMUKAAN DAN STRUKTUR KRISTAL NANOTITANIA

MENGGUNAKAN METODE SOL GEL

Oleh

ANGGI PUSPITA DEWI

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai GelarSARJANA SAINS

Pada

Jurusan FisikaFakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG2019

v

vii

RIWAYAT HIDUP

Penulis bernama lengkap Anggi Puspita Dewi,

dilahirkan di Metro pada tanggal 18 Oktober 1997.

Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara

dari pasangan Bapak Hartono dan Ibu Rohini.

Penulis menyelesaikan pendidikan formal di SDN 3 Cabang Empat yang

diselesaikan pada tahun 2009. Kemudian pada tahun 2012 melanjutkan

pendidikan di SMP Pelita Cabang Empat. Selanjutnya tahun 2012 diterima di

MAN 1 Lampung Utara dan lulus pada tahun 2015. Penulis diterima sebagai

mahasiswa pada tahun 2015 pada Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Lampung melalui jalur undangan SNMPTN.

Tahun 2018 penulis melaksanakan praktek kerja lapangan (PKL) di Pusat

Penelitian Metalurgi dan Material-LIPI, Tanggerang Selatan. Penulis juga

melaksanakan program kuliah kerja nyata (KKN) Universitas Lampung tahun

2018 di Desa Pagar Dewa, Kecamatan Pagar Dewa, Kabupaten Tulang Bawang

Barat. Dalam bidang organisasi yang pernah diikuti, penulis sebagai anggota

badan eksekutif mahasiswa (BEM) FMIPA dan sebagai anggota minat bakat

Himafi FMIPA Unila.

viii

PERSEMBAHAN

Dengan rasa syukur kepada Allah SWT, tulisan ini kupersembahkan

Untuk Ayah dan Ibu yang telah membesarkan, membimbing, mendidik dan

mendoakanku hingga saat ini

Dan untuk seluruh keluargaku, saudara, sahabat dan teman-teman seperjuangan

yang selalu mendukung dan menyemangatiku..

Serta Almamater Tercinta“Universitas Lampung”

ix

MOTTO

Kegagalan hanya terjadi bila kita menyerah.(BJ Habibie)

Lakukan yang terbaik, sehingga aku tak akanmenyalahkan diriku sendiri atas segalanya.

(Magdalena Neuner)

Berangkat dengan penuh keyakinan

Berjalan dengan penuh keikhlasan

Istiqomah dalam menghadapi cobaan

(Anggi Puspita Dewi)

x

KATA PENGANTAR

Alhamdulillahirabbil’alamin penulis sembahkan kehadirat Allah SWT, atas

karunia yang dilimpahkan sebagai sumber dari segala solusi sampai akhirnya

penulis dapat menuntaskan skripsi dengan judul “Pengaruh Waktu

Penambahan Doping Sulfur Terhadap Luas Pemukaan dan Struktur Kristal

Nanotitania Menggunakan Metode Sol Gel”. Tujuan penulisan skripsi ini

sebagai salah satu persyaratan untuk mendapatkan gelar Sarjana Sains di Program

Studi Sarjana Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Universitas Lampung.

Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam skripsi ini. Oleh karena itu,

penulis mengharapkan kritik dan saran yang dapat membangun penyempurnaan

skripsi ini. Akhir kata semoga skripsi ini bermanfaat bagi semua.

Bandar Lampung, 20 Oktober 2019

Anggi Puspita Dewi

xi

SANWACANA

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan

karunia, rahmat serta hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi

yang berjudul “Pengaruh Waktu Penambahan Doping Sulfur Terhadap Luas

Permukaan dan Struktur Kristal Nanotitania Menggunakan Metode Sol

Gel”. Terwujudnya skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak yang telah

membantu penulis. Dengan segala kerendahan hati dan rasa hormat, penulis

mengahturkan terima kasih kepada:

1. Bapak Prof. Drs. Posman Manurung, M.Si., Ph.D sebagai pembimbing pertama

yang telah sabar membimbing, memberikan banyak motivasi, nasihat inspirasi

serat ilmunya.

2. Bapak Drs. Safriyadi, M.Si sebagai pembimbing kedua yang telah memberikan

saran dalam penulisan skripsi ini.

3. Ibu Dra. Dwi Asmi, M.Si., Ph.D sebagai penguji yang telah memberikan

banyak koreksi selama penulisan skripsi.

4. Bapak Arif Surtono, S.Si., M.Si., M.Eng selaku Ketua Jurusan.

5. Bapak Drs. Suratman, M.Sc selaku Dekan FMIPA Unila.

6. Ayah dan ibu seluruh keluargaku atas segala do’a dan dukunganya.

7. Delfi Oktavia Amrani, Vidi Nurhidayah, Puji Lestari, Sri Rahayu dan Yunita

sebagai tim penelitian atas bantuan dan kerjasamanya.

xii

8. Sahabat-sahabatku Andika Saputra, Kece badai (Lekat Zulaifah, Dinda Rizki

Amelia, Desi Nurhayani dan Nurul Hasanah) dan Hijrah (Ira Sudarsono Putri,

Josalina, Deafani Wahyu Ardaniswari, Reza Arsela dan Nur Asriyani)

9. Teman-teman angkatan 2015 atas segala bantuan, semangat serta motivasinya.

10. Semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu, yang telah

membantu penulis selama menyelesaikan tugas akhir.

Bandar Lampung, 20 Oktober 2019

Anggi Puspita Dewi

xiii

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK .........................................................................................................i

ABSTRACT .......................................................................................................ii

HALAMAN JUDUL .........................................................................................iii

HALAMAN PERSETUJUAN .........................................................................iv

HALAMAN PENGESAHAN ...........................................................................v

PERNYATAAN.................................................................................................vi

RIWAYAT HIDUP ...........................................................................................vii

PERSEMBAHAN..............................................................................................vii

MOTTO ............................................................................................................ix

KATA PENGANTAR ......................................................................................x

SANWACANA .................................................................................................xi

DAFTAR ISI......................................................................................................xiii

DAFTAR GAMBAR .........................................................................................xvi

DAFTAR TABEL .............................................................................................xvii

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang ......................................................................................1B. Rumusan Masalah ..................................................................................3C. Tujuan Penelitian ...................................................................................3D. Batasan Masalah ....................................................................................4E. Manfaat Penelitian..................................................................................4

xiv

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Titanium Dioksida (TiO2) ......................................................................5B. Nanopartikel ..........................................................................................7C. Metode Sol Gel.......................................................................................7D. Asam Sulfat (H2SO4) ............................................................................10E. Tween 80 ................................................................................................12F. Titanium Isopropoksida .........................................................................12G. Karakterisasi

1. Difraksi Sinar-X (XRD) .....................................................................132. Surface Area Analyzer (SAA) ............................................................15

III. METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Penelitian .................................................................18B. Alat dan Bahan ........................................................................................18C. Prosedur Penelitian..................................................................................19D. Diagram Alir ...........................................................................................30

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Sintesis S-TiO2 .............................................................................31B. Hasil Karakterisasi XRD ........................................................................35C. Hasil Karakterisasi SAA ........................................................................43

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. KesimpulanB. Saran

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

1. Perhitungan pengenceran H2SO4

2. Hasil perhitungan ukuran partikel3. Hasil input dan output refinement4. Hasil ICDD5. Nomer PCPDFWIN

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.1 (a) Model struktur kristal rutile (b) Model struktur kristal anatasemenggunakan Power cell. Warna biru menunjukkan atom Ti danwarna merah menunjukkan atom O .......................................................... 6

2.2 Tahapan metode sol gel ............................................................................ 9

2.3 Skema difraksi sinar-X ............................................................................. 13

2.4 Ilustrasi dari hukum Bragg, S0 = sinar datang, S1 = sinar pantul, =sudut sinar datang/pantul, A1 = bidang kristal 1, A2 = bidang kristal2, d = jarak antara bidang .......................................................................... 15

2.5 Bagian-bagian SAA ................................................................................. 16

3.1 Mortar dan pastel ...................................................................................... 21

3.2 Alat XRD .................................................................................................. 22

3.3 (a) Softcopy data XRD (b) Cotoh peyimpanan file dalam format xy ....... 23

3.4 Tampilan sofware Rietica ......................................................................... 23

3.5 Tampilan new input ................................................................................. 24

3.6 Tampilan phases ....................................................................................... 24

3.7 Tampilan histogram .................................................................................. 25

3.8 Tampilan sampel ....................................................................................... 26

3.9 Tampilan refine ......................................................................................... 26

3.10 Proses pengenceran H2SO4 ........................................................................ 30

3.11 Diagram alir penelitian ............................................................................. 30

xvi

4.1 Preparasi sampel (a) stir tween-80, (b) penambahan isoprophylalcohol, (c) penambahan titanium isopropoxide, (d) penambahandoping sulfur (e) Proses pengadukan selama 12 jam ................................ 32

4.2 (a) Sampel berbentuk gel basah (b) sampel berbentuk bongkahan (c)sampel berbentuk butiran kasar ................................................................ 33

4.3 Serbuk sampel setelah dikalsinasi ............................................................. 34

4.4 Sampel setelah digerus............................................................................... 34

4.5 Difraktogram semua sampel S-TiO2 dengan panjang gelombangsinar-X yang digunakan sebesar 0,1546 Å ............................................... 35

4.6 Refinement difraktogram sampel S-01 ...................................................... 37

4.7 Refinement difraktogram sampel S-02 ...................................................... 38

4.8 Refinement difraktogram sampel S-03 ...................................................... 39

4.9 Refinement difraktogram sampel S-04 ...................................................... 40

4.10 (a) Sel parameter a = b, (b) sel parameter c .............................................. 41

4.11 Grafik luas permukaan............................................................................... 43

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

2.1 Sifat-sifat asam sulfat ..................................................................................11

2.2 Sifat titanium isopropoksida ........................................................................13

3.1 Variasi komposisi S-TiO2 ............................................................................20

4.1 Hasil perhitungan ukuran partikel ...............................................................42

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Nanoteknologi pertama kali dikenalkan oleh Richard Feynman dalam

kuliahnya pada tahun 1959. Kemudian K. Eric Drexler yang telah terinspirasi

oleh Feynman mencetuskan kata nanoteknologi pada bukunya yang

mencakup ide-ide dan keunggulan dalam menggunakan material berukuran

nano (Bera et al., 2016). Nanoteknologi adalah pembelajaran pada struktur

yang sangat kecil dengan kisaran 0,1 sampai 100 nm. Berdasarkan penelitian

sebelumnya sifat-sifat nano berbeda, antara lain sensitivitas suhu tinggi, luas

permukaan besar, ketahanan regangan tinggi dan listrik rendah (Yang et al.,

2013). Istilah nano berasal dari bahasa Yunani yaitu nanos yang berarti

kurcaci. Secara harfiah, kata nano berarti sangat kecil atau ukuran mini

(Nikalje, 2015).

Nanoteknologi juga memiliki peran penting dalam bidang nanomaterial,

nanofisika, nanokimia, nanoelektronik dan nanometrologi. Nanomaterial

memiliki berbagai jenis, salah satunya yaitu titanium dioksida (TiO ) atau

nanotitania merupakan salah satu bahan yang sedang dikembangkan.

Nanoteknologi telah banyak diterapkan dalam berbagai bidang penelitian

sebagai, nanowires (membuat konduktif kapasitas baterai Li-on), kawat nano,

serat nano, nanokeramik (komponen anti pemolesan UV), dan nanosilika

2

(Arivalagan et al., 2011). Titanium oksida (TiO ) adalah salah satu material

semikonduktor oksida dari titanium oksida. TiO dapat digunakan pada level

tinggi, fotokonduktivitas, tingkat viskositasnya rendah, harganya murah

dengan aktivitas dan efesiensi fotokatalis tinggi. Nanotitania telah banyak

digunakan untuk pemurnian air, sel surya (You et al., 2014), fotokatalis

(Fujishima et al., 2006), pewarna putih (Hashimoto et al., 2005) dan

pelindung kayu (Chawengkijwanich et al., 2008).

Untuk memanfaatkan nanotitania banyak peneliti melakukan modifikasi

terhadap nanotitania, tidak hanya senyawa murninya yang digunakan tetapi

juga diberikan perlakuan diantaranya dengan menambahkan doping pada

nanotitania. Doping diberikan pada suatu unsur atau senyawa dengan tujuan

menghasilkan katalis baru dan aktif dibawah cahaya tampak. Terdapat

berbagai macam bahan doping dalam nanoteknologi antara lain nitrogen (Lie

et al., 2015; Darzi et al., 2012; Yang et al., 2010), karbon (Palanivelu et al.,

2007; Mai et al., 2009), sulfur (Ohno et al., 2004; Park et al., 2013;

Hamadanian et al., 2009) dan flour (Zhao et al., 2010; Fakhrutdinova et al.,

2015).

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya, maka pada

penelitian ini dilakukan modifikasi TiO yang didoping sulfur dari H2SO4

menggunakan variasi kecepatan injeksi melalui metode sol gel. Sulfur atau

belerang merupakan unsur kimia non logam yang memiliki simbol (S) dengan

nomor atom 16. Karakterisasi yang dilakukan meliputi Difraksi Sinar-X

(XRD) untuk mengetahui struktur kristal TiO dan Surface Area Analyzer

3

(SAA) dengan metode Brunner Emmett Teller (BET) untuk mengetahui luas

permukaan TiO .

Sulfur telah banyak digunakan sebagai doping nanotitania seperti penelitian

Fadilah et al., (2016), dengan menggunakan bahan tween-80 (C64H124O26)

sebesar 4 gr, titanium isopropoxide (C12H28O4Ti) sebesar 3,4 ml, isoprophyl

alcohol (C3H8O) sebesar 40,15 ml berfungsi sebagai pelarut, dengan variasi

sulfur 0 ml untuk TiO dan 5 ml untuk S-TiO melalui metode sol gel dan

dikalsinasi pada suhu 400 ℃. Berdasarkan hasil analisis Transmission

Electron Microscopy (TEM) diketahui terdapat bagian gelap dan terang pada

nanostruktur TiO dengan ukuran butiran partikel sekitar (13,14 ± 0,67 nm).

Sementara bagian gelap tidak terdapat pada nanostruktur S-TiO yang

memiliki ukuran butiran partikel sekitar (10,14 ± 0,52 nm. Dapat

disimpulkan bahwa doping sulfur berhasil mempengaruhi penurunan ukuran

butiran partikel titania.

B. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dan masalah yang telah dikemukakan, dibuat

rumusan masalah yaitu, bagaimana pengaruh variasi waktu penambahan

doping sulfur selama 0, 30, 60, 90 dan 120 menit menggunakan pompa

injeksi terhadap pembentukan struktur kristal dan luas permukaan TiO .

C. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk, mengetahui pengaruh variasi waktu

penambahan doping sulfur selama 0, 30, 60, 90 dan 120 menit menggunakan

4

pompa injeksi terhadap pembentukan struktur kristal dan luas

permukaan TiO .D. Batasan Masalah

Pada penelitian ini akan dilaksanakan pengujian dan pengamatan dengan

batasan masalah sebagai berikut:

1. Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini yaitu aquabidest,

tween-80, isoprophyl alcohol, titanium isopropoxide, asam klorida dan

sulfur.

2. Metode yang digunakan untuk mensintesis TiO dengan penambahan

doping sulfur menggunakan pompa injeksi dengan metode sol gel.

3. Variasi waktu penambahan doping sulfur menggunakan pompa injeksi

adalah 0, 30, 60, 90 dan 120 menit.

4. TiO yang doping sulfur dengan variasi waktu menggunakan pompa

injeksi dikarakterisasi menggunakan XRD dan SAA.

E. Manfaat Penelitian

Adapun manfaat yang diharapkan melalui penelitian ini adalah sebagai

berikut:

1. Dapat mengetahui struktur kristal dan luas permukaan TiO dari bahan

titanium isopropoxide yang didoping sulfur menggunakan pompa injeksi.

2. Dapat mengetahui kelayakan titanium isopropoxide ketika dijadikanTiO yang didoping sulfur sehingga dapat dimanfaatkan sebagai acuan

pada penelitian selanjutnya.

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Titanium Dioksida ( )TiO adalah salah satu material semikonduktor oksida dari titanium yang

dikenal dengan nama titania atau titanium oksida. TiO merupakan padatan

berwarna putih, tidak larut dalam HCL, HNO3 tetapi tetap larut dalam asam

sulfat pekat membentuk titanium. Senyawa TiO bersifat amfoter yaitu

terlarut secara lambat dalam H2SO4 membentuk kristal. TiO dapat digunakan

pada level tinggi, fotokonduktivitas, tingkat viskositasnya rendah dan

harganya murah. TiO dikenal sebagai material dengan aplikasi yang luas

seperti sunscreen, pasta gigi, fotokatalis dan elktroda sel surya.

TiO memiliki tiga jenis kristal, yaitu rutile (tetragonal), anatase (tetragonal)

dan brokite (ortorhombik) (Landaman et al., 2012). Rutile merupakan bentuk

kristal yang stabil, sedangkan anatase dan brookite merupakan bentuk kristal

yang menstabil akan merubah menjadi rutile apabila dipanaskan pada suhu

tertentu. Untuk proses fotokatalis struktur anatase lebih disukai karena lebih

aktif dibandingkan struktur rutile, bentuk kristal anatase dapat diamati pada

pemanasan sol TiO mulai dari suhu 120 ℃ dan mencapai sempurna pada

suhu 500 ℃. Pada suhu 700 ℃ mulai terbentuk kristal rutile dan terjadi

penurunan luas permukaan serta melemahnya aktivitas fotokatalis secara

6

drastis. Menurut Moellmann et al., (2012). struktur kristal TiO rutile dan

anatase ditunjukkan pada Gambar 2.1.

(a) (b)

Gambar 2.1 (a) Model struktur kristal rutile (b) Model struktur kristalanatase menggunakan powder cell. Warna biru menunjukkanatom Ti dan warna merah menunjukan atom O (Moellmann etal., 2012).

Titania pada fasa anatase umumnya stabil pada ukuran partikel kurang dari 11

nm, fasa brookite pada ukuran partikel 11-35 nm, dan fasa rutile diatas 35

nm. Keunggulan dari TiO yaitu mempunyai celah pita energi yang besar (3,2

eV untuk fasa anatase dan 3,0 eV untuk fasa rutile), sehingga memungkinkan

banyak terjadinya eksitasi elektron kedalam pita konduksi dan pembentukan

hole pada pita valensi saat di inkubasi cahaya ultraviolet. Secara umum TiOdalam fasa anatase mempunyai aktivitas yang lebih tinggi dibandingkan

dengan fasa rutile, karena pada fasa anatase TiO memiliki luas permukaan

yang lebih besar dan ukuran yang lebih kecil dibandingkan rutile.

Keuntungan katalis serbuk adalah efesiensi pengolahan yang tinggi karena

memiliki luas permukaan yang besar untuk absorbsi (Wang et al., 2015).

ab

c

PowderCell 2 .0

ab

c

PowderCell 2 .0

ab

c

PowderCell 2 .0

ab

c

PowderCell 2 .0

7

B. Nanopartikel

Nanopartikel merupakan partikel bersekala nano yang didefinisikan sebagai

suatu objek kecil yang terdispersi. Berdasarkan ukuran diameter partikel,

dibagi menjadi tiga bagian diantaranya partikel ultrahalus, partikel halus dan

partikel kasar. Selain itu nanopartikel memiliki reaktivitas yang lebih besar

disebabkan oleh atom-atom nanopartikel memiliki peluang besar untuk

berinteraksi dengan material lain. TiO yang didoping menggunakan

nanopartikel magnetik, disintesis dalam suatu reaktor piringan berputar,

dengan perlakukan tersebut membuat nanopartikel dapat terperangkap oleh

medan magnet. Proses produksi tersebut bersifat kontinu sehingga cocok

untuk aplikasi industri (Kiatkamjornwong et al., 2010).

Nanopartikel TiO menunjukkan selektivitas yang rendah sehingga cocok

untuk degradasi semua jenis kontaminan, seperti senyawa organik, pewarna,

fenol, pestisida, sianida dan logam berat (Hongxun et al., 2016). Perbedaan

nanopartikel dengan material berukuran besar (bulk) yaitu nanopartikel

memiliki nilai perbandingan antara luas permukaan dan volume yang lebih

besar, jika dibandingkan dengan partikel sejenis dalam ukuran besar, hal ini

membuat nanopartikel bersifat lebih reaktif.

C. Metode Sol Gel

Metode sol gel adalah metode preparasi padatan dengan teknik temperatur

yang rendah melibatkan transisi dari suatu sistem dengan partikel-partikel

mikroskopik yang terdispersi dalam suatu cairan (sol) menjadi material

makroskopik (gel) yang mengandung cairan. Metode sol gel ini salah satu

8

metode yang digunakan dalam proses sintesis nanopartikel dan

nanokomposit. Sol adalah suspensi koloid yang fasanya terdispersi berbentuk

padat dan fasa pendispersinya berbentuk cairan. Suspensi dari partikel padat

dibuat dengan gugus alkoksi dan dihidrolisis dengan air, menghasilkan

partikel padatan gugus hidroksida dan reaksinya adalah reaksi hidrolisis. Gel

adalah jaringan partikel atau molekul, baik padatan maupun cairan, dimana

polimer yang terjadi di dalam larutan digunakan sebagai tempat pertumbuhan

zat anorganik. Metode sol gel cocok untuk preparasi material berbentuk

bubuk (Paveena et al., 2010). Reaksi kondensasi berlangsung sangat cepat,

sulit untuk dikendalikan dan reaksinya membentuk jaringan dimensi tiga atau

partikel dengan ikatan tunggal. Kondensasi air berlangsung lebih cepat

dibandingkan kondensasi alkohol (Arjasa et al., 2012).

Beberapa proses sintesis nanotitania dengan metode sol gel dilakukan karena

ukuran dari partikel, ketebalan film dan porositas dapat dikontrol dengan

menyesuaikan beberapa parameter seperti temperatur hidrotermal, kondisi

sintering dan konsentrasi sol. Proses sol gel memiliki keuntungan seperti sifat

kemurnian, homogenitas, struktur mikro yang dapat dikontrol dan proses

pengolahan yang mudah (Alphonse, 2010). Teknik sol gel banyak

dimanfaatkan untuk proses sintesis material, terutama memperlihatkan

kemurnian, homogenitas, dan modifikasi sifat material dengan mengubah

parameter sintesisnya (Zawrah et al., 2009). Pada metode sol gel larutan

mengalami perubahan fase menjadi sol dan kemudian menjadi gel (Phumying

et al., 2010). Pada Gambar 2.2 dibawah ini diperlihatkan beberapa tahapan

metode sol gel.

9

Gambar 2.2 Tahapan metode sol gel (Feinle et al., 2015).

Tahapan dari proses sintesis dengan metode sol gel ialah:

a) Hidrolisis

Pada tahap pertama logam prekursor (alkoksida) dilarutkan dalam

alkohol dan terhidrolisis dengan penambahan air pada kondisi asam,

netral atau basa menghasilkan sol koloid. Faktor yang sangat

berpengaruh terhadap proses hidrolisis adalah rasio air/prekursor dan

jenis katalis hidrolisis yang digunakan, adapun reaksi hidrolisis menurut

Li et al., (2012) adalah:

Ti(C3H7O)4 + H2O M Ti4+ + (C3H7O)3 + OH- + C3H7O- + H+ m. (2.1)

Ti(C3H7O)3(OH) + 3 H2O MM Ti4+ + 4OH- + 3C3H7O- + H+ (2.2)

b) Kondensasi

Reaksi kondensasi melibatkan senyawa hidroksil untuk menghasilkan

polimer. Reaksi ini menghasilkan produk berupa air atau alkohol, adapun

reaksi kondensasi menurut penelitian Sithohang et al., (2015) adalah :

Ti(OH)4 Ti4+ + 2O2- + 4H++O2- (2.3)

10

c) Pemeraman

Setelah reaksi hidrolisis dan kondensasi akan dilanjutkan dengan

pematangan gel yang terbentuk. Pada proses pematangan ini, adanya

reaksi pembentukan jaringan gel yang lebih kaku, kuat dan menyusut di

dalam larutan. Pemeraman ini dilakukan selama ± 24 jam.

d) Pengeringan

Tahap terakhir adalah proses penguapan larutan dan cairan yang tidak

diinginkan untuk mendapatkan struktur sol gel yang memiliki luas

permukaan yang tinggi. Waktu pengeringan yang bisa digunakan selama

18 jam pada suhu 80℃ dengan kadar air sebesar 1%.

D. Asam Sulfat (H2SO4)

Asam sulfat merupakan salah satu asam mineral (anorganik) yang tergolong

asam kuat. Dalam kimia, senyawa ini biasa ditulis dengan rumus H2SO4.

Asam sulfat murni tidak berwarna, mampu melarutkan logam, berupa cairan

kental yang membeku pada suhu 10,4 ℃ dan mendidih pada suhu 279,6 ℃.

Materi ini bereaksi keras dengan air dan senyawa organik (Juan, 2007).

Bahan yang mudah larut dalam air pada berbagai perbandingan dan akan

terdekomposisi pada temperature 300 ℃ atau lebih menghasilkan sulfur

trioksida. Dalam memproduksi larutan asam sulfat (H2SO4) terdapat dua

tahap dalam pembuatannya, yaitu:

A. Tahap 1. Pembuatan sulfur dioxide

Sulfur melalui proses pembakaran dengan oksigen sehingga menghasilkan

SO2.

11

S + O2 SO2 (2.4)

SO2 + 1/2O2 SO3 (2.5)

B. Tahap 2. Penyerapan SO3 dalam bentuk asam sulfat, SO3 menyerap H2O

sehingga diperoleh H2SO4.

SO3 + H2O SO3 + 2H++O-2 (2.6)

Asam sulfat mempunyai banyak kegunaan yaitu sebagai doping dan salah

satu produk utama industri kimia. Bahan yang digunakan sebagai doping

disebut dengan dopan. Seperti penelitian yang dilakukan oleh Wang et al.,

(2008) yang telah mensintesis nanotitania menggunakan doping sulfur dengan

metode sol gel menggunakan tetrabulti titanat dan thiourea sebagai prekursor.

Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa doping sulfur bisa meningkatkan

aktivitas fotokatalis TiO .Ukuran partikel rata-rata S-TiO fotokatalis adalah

sekitar 10 nm. S-TiO fotokatalis mengandung 100% fase anatase kristalTiO , dalam S-TiO fotokatalis sulfur tidak ada secara independen, tetapi

dimasukan ke dalam kisi kristal TiO (Wang et al., 2008). Asam sulfat

memiliki beberapa sifat seperti terlihat pada Tabel 2.1 berikut.

Tabel 2.1. Sifat-sifat asam sulfat

Nama Senyawa Asam SulfatRumus kimia H2SO4

Wujud senyawa (28℃) Liquid (cair)Berat molekul 98.08 g/molWarna senyawa Tidak berwarnaTitik leleh (-35) – 10.36℃Titik didih 270 – 340℃

12

E. Tween 80

Tween 80 adalah ester asam lemak polioksietilen sorbitan, dengan nama

kimia polioksietilen 20 sorbitan monooleat. Rumus molekulnya adalah

C64H124O26. Tween 80 berwujud cair, berwarna kekuningan dan berminyak,

memiliki aroma yang khas. Larut dalam air dan etanol, tidak larut dalam

minnyak mineral. Tween 80 termasuk ke dalam golongan sufaktan nonionik

yaitu sufaktan yang bagian alkalinya tidak bermuatan. Salah satu sifat penting

dari sufaktan adalah kemampuan untuk meningkatkan larutan bahan yang

tidak larut atau sedikit larut dalam medium dispersi. Sufaktan pada

konsentrasi rendah, menurunkan tegangan permukaan dan menaikkan laju

kelarutan, sedangkan pada kadar yang lebih tinggi sufaktan akan berkumpul

membentuk agregat yang disebut misel. Penambahan sufaktan dalam larutan

akan menyebabkan turunnya tegangan permukaan larutan, setelah mencapai

konsentrasi tertentu tegangan permukaan akan konstan walaupun konsentrasi

sufaktan ditingkatkan (Rahmadani et al., 2019). Kegunaan tween 80 antara

lain sebagai zat pembasah, peningkat penetrasi dan peningkatan kelarutan.

F. Tittanium Isopropoksida

Titanium isopropoksida merupakan suatu senyawa kimia dengan rumus

molekul C12H28O4Ti. Senyawa ini merupakan bentuk alkoksida dari Ti (IV),

didalam air titanium isopropoksida terhidrolisis menjadi titanium dalam

bentuk oksida dan hidroksida (Cho et al., 2001). Titanium isopropoksida

suatu cairan yang berbentuk jerami yang meimiliki titik didih 238℃ pada

suhu kamar, mempunyai molekul tetrahedral diamagnetik dan salah satu

13

struktur alkoksida yang kompleks, sifat titanium isopropoksida dapat dilihat

pada Tabel 2.2 berikut.

Tabel 2.2 Sifat titanium isopropoksida

Nama Senyawa Titanium IsopropoksidaRumus molekul C12H28O4TiMr (masa molekul relatif) 284,2 g/molMassa jenis 0,96 g/molTitik leleh 17℃Titik didih 238℃Kelarutan dalam air Bereaksi membentuk TiO2

Kelarutan Larut dalam etanol, eter dan benzena

G. Karakterisasi

1. Difraksi Sinar-X (XRD)

XRD pertama kali ditemukan oleh Wilhelm Conrad Rontgen pada tahun

1895. Analisis difraksi sinar-X digunakan untuk mengetahui fasa-fasa

kristal, dari bahan seperti keramik, komposit, polimer dan lain-lain.

Skema difraksi sinar-X terlihat pada Gambar 2.3 berikut.

Gambar 2.3 Skema difraksi sinar-X

Detektor

Kolimator

Sinar-X

Sampel

Lintasan detektor

14

Sinar-X terjadi pada saat elektron ditembakkan mengenai sampel dengan

kecepatan tegangan tinggi dalam tabung vacum. Elektron-elektron

berasal dari filamen (anoda) dipercepat menumbuk target (katoda) yang

berada dalam tabung sinar-X, sehingga elektron-elektron mengalami

perlambatan. Tumbukan antara elektron dan atom-atom pada sampel

mengakibatkan hamburan sinar-X dan ditangkap oleh detektor berupa

intensitas sinar-X yang terdifraksi pada sudut 2 (Cullity, 1978).

Pada saat pembentukan sinar-X, terjadi pancaran gelombang yang berasal

dari berbagai interaksi foton dengan partikel dalam sampel, akibatnya,

terdapat beberapa gelombang yang dipancarkan, ketika berkas sinar-X

berinteraksi dengan suatu material, terdapat tiga hal yang terjadi yaitu

penyerapan, penghamburan dan pemancaran kembali sinar-X dengan

energi yang lebih rendah. Setiap bidang kisi tersebut memiliki beberapa

arah sudut tertentu, sehingga jarak antar bidang dalam kristal memiliki

persamaan sebagai berikut:

2 sin = (2.7)

dengan:

d = jarak antar bidang dalam kristal

θ = sudut difraksi

n = orde difraksi (0,1,2,3,…..)

λ = panjang gelombang (Cullity, 1978).

Hukum Bragg merupakan perumusan matematik mengenai proses

difraksi yang terjadi sebagai hasil interaksi antara sinar-X yang

15

dipantulkan oleh material. Bragg menunjukkan bahwa bidang yang berisi

atom-atom di dalam kristal akan memantulkan radiasi dengan cara yang

sama pada peristiwa pemantulan cahaya di bidang cermin. Ilustrasi

hukum Bragg pada XRD dapat dilihat pada Gambar 2.4 di bawah ini.

Gambar 2.4 Ilustrasi dari hukum Bragg, S0 = sinar datang, S1 = sinarpantul, = sudut sinar datang/pantul, A1 = bidang kristal1, A2 = bidang kristal 2, d = jarak antara bidang

Prinsip kerja dari XRD yaitu setiap senyawa terdiri dari susunan atom-

atom yang membentuk bidang tertentu. Jika sebuah bidang memiliki

bentuk yang tertentu, maka partikel cahaya (foton) yang datang dengan

sudut tertentu hanya akan menghasilkan pola pantulan maupun

pembiasan yang khas. Dengan kata lain, tidak mungkin foton yang

datang dengan sudut tertentu hanya akan menghasilkan pola pantulan

maupun pembiasan yang bermacam-macam (Cullity, 1978).

2. Surface Area Analyzer (SAA)

Luas permukaan merupakan jumlah pori disetiap satuan luas dari sampel.

Luas permukaan dipengaruhi oleh ukuran partikel, bentuk pori dan

susunan pori dalam partikel. Karakterisasi luas permukaan menggunakan

16

alat SAA, yang berfungsi untuk menentukan luas permukaan material,

distribusi pori dari material, dan isotherm absorbsi suatu gas pada suatu

bahan. Prinsip kerjanya menggunakan absorbsi gas, nitrogen, argon dan

helium, pada permukaan suatu bahan padat yang akan dikarakterisasi

pada suhu konstan, biasanya suhu yang digunakan merupakan suhu didih

suatu gas tersebut yaitu (77 K). Alat tersebut pada dasarnya hanya

mengukur jumlah gas yang dapat diserap oleh suatu permukaan padatan

pada tekanan dan suhu tertentu, jumlah sampel yang digunakan hanya

berkisaran 0,01 sampai 0,1 gram saja. Alat SAA ini terdiri dari dua

bagian utama yaitu Degasser dan Analyzer. Deggaser merupakan

perlakuan awal terhadap sampel, berfungsi untuk menghilangkan gas-gas

yang terserap pada permukaan padatan dengan proses pemanasan selama

6 jam dengan suhu berkisar antra 200 - 300℃ tergantung dari

karakterisasi bahan yang diuji. Berikut bagian-bagian SAA ditunjukkan

pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Bagian-bagian SAA.

17

Berdasarkan pada Gambar 2.5 merupakan bagian-bagian SAA, alat ini

menggunakan metode BET yang pertama kali ditemukan oleh Brunauer,

Emmett dan Teller pada tahun 1938. Metode ini digunakan untuk

permukaan yang datar dan tidak ada batas layer yang dapat digunakan

untuk menjelaskan luas permukaan. Metode ini menganggap bahwa

molekul padatan yang paling atas berada pada kesetimbangan dinamis.

Ini berarti jika permukaan hanya dilapisi oleh satu molekul saja, maka

molekul-molekul gas ini berada dalam kesetimbangan dalam fase uap

padatan. Peristiwa pelepasan molekul, ion dari permukaan zat padat yang

telah berkaitan dengan gugus aktif disebut dengan desorbsi

(Rahayuningsih et al., 2015).

III. METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Juni 2019 sampai bulan Agustus 2019.

Preparasi dan pembuatan sampel dilakukan di Laboratorium Fisika Material,

serta kalsinasi dilaksanakan di Laboratorium UPT Sentra Inovasi dan

Teknologi Terpadu jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam Universitas Lampung. Karakterisasi sampel untuk

memperoleh struktur kristal dikarakterisasi menggunakan XRD di

Laboratorium Fisika Universitas Negeri Padang dan luas permukaan

dikarakterisasi menggunakan SAA di Laboratorium Teknik Kimia, Institut

Teknologi Bandung.

B. Alat dan Bahan

A. Alat

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini yaitu:

a. Mikropipet (0-10 ml) b. Suntikan dan kabel

c. Gelas ukur d. Gelas sampel

e. Neraca f. Almunium foil

g. Magnetic stirer h. Plastik press

i. Batang pengaduk j. Pompa injeksi

k. Oven l. Masker

19

m. Mortar dan pastel n. Sarung tangan

o. Spatula kaca p. Hair dryer

2. Bahan

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain:

a. Aquabidest d. Titanium isopropoxide (C12H28O4Ti)

b. Tween-80 (C64H124O26) e. Isoprophyl alcohol (C3H8O)

c. Asam klorida (HCL) f. Sulfur (H2SO4)

C. Prosedur Penelitian

Metode penelitian yang dilakukan terdiri dari beberapa tahap antara lain:

sintesis S-doping nanotitania, kalsinasi, penggerusan serta karakterisasi

sampel menggunakan XRD dan SAA.

1. Sintesis S-doping Nanotitania

Sebelum melakukan pembuatan sampel, terlebih dahulu membuat larutan

HCL dan aquabidest dengan konsentrasi 10% dalam ember tertutup.

Mencuci gelas sampel beserta tutupnya, batang pengaduk dan gelas ukur.

Kemudian merendamnya dalam larutan HCL selama ± 5 jam. Setelah itu

diangkat dan dikeringkan dalam oven selama 10 menit. Jumlah sampel

yang dipreparasi dalam penelitian ini sebanyak 5 (lima) sampel. Masing-

masing sampel diberi perlakuan yang sama dengan variasi laju

penambahan doping yang dilakukan dengan menggunakan pompa injeksi

kecuali, pada sampel pertama penambahan doping dilakukan secara

manual dengan menggunakan mikropipet. Proses sintesis pertama yang

20

dilakukan yaitu menimbang tween-80 menggunakan neraca digital sebesar

8 gram diaduk selama 3 menit dan diberi isoprophyl alcohol 80 ml,

pengadukan dilanjutkan selama 10 menit. Kemudian pemberian titanium

isopropoxide 6,8 ml menggunakan mikropipet secara tetes demi tetes

(dropwise) pipet tidak boleh dibiarkan terlalu lama bersentuhan dengan

udara ketika sedang memindahkan titanium isopropoxide, hal tersebut

dikarenakan sifat titanium isopropoxide yang mudah berubah menjadi

padatan putih seperti salju ketika terlalu lama bersentuhan dengan udara.

Kemudian larutan ini terus diaduk selama 20 menit. Selanjutnya

penambahan doping sulfur dari H2SO4 sebesar 4 ml menggunakan pompa

injeksi dengan variasi komposisi ditunjukkan pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Variasi komposisi S-TiO2.

NamaSampel

Tween-80(gr)

isoprophyl alcohol

(ml)

Titaniumisopropoxide

(ml)

H2SO4

(ml)Waktu pompa injeksi

doping (menit)

S-01 8 80 6,8 4 -S-02 8 80 6,8 4 30S-03 8 80 6,8 4 60S-04 8 80 6,8 4 90S-05 8 80 6,8 4 120

Pengadukan saat pencampuran (H2SO4) dilakukan selama ± 12 jam untuk

mencapai homogenitas. Setelah keempat bahan tercampur dilakukan

pengeringan menggunakan oven secara bertahap untuk setiap sampel, pada

suhu ± 80 °C selama 48 jam, selanjutnya ± 100 °C selama 24 jam,

kemudian suhu ± 150 °C selama 24 jam dan suhu ± 200 °C selama 24 jam.

21

2. Kalsinasi

Kalsinasi dilakukan untuk menghilangkan zat-zat yang tidak dibutuhkan

dalam bubuk S-doping TiO dan kadar uap air yang berlebihan. Kalsinasi

dilakukan selama 5 jam pada suhu 450 °C dengan kecepatan suhu ± 3

°C/menit.

3. Penggerusan

Setelah proses kalsinasi, sampel yang berbentuk serbuk kemudian digerus

secara manual menggunakan mortar dan pastel yang terbuat dari batu akik

seperti pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Mortar dan pastel.

Mortar ini dipilih karena tidak mudah terkelupas dan tergores sehingga

diharapkan sampel hasil gerusan tidak terkontaminasi. Penggerusan

dilakukan sampai sampel benar-benar halus selama ± 30 menit. Hal ini

bertujuan untuk meningkatkan homogenitas bahan agar lebih mudah

diamati struktur dan bentuknya.

22

1. Karakterisasi S-doping Nanotitania

Karakterisasi merupakan tahapan yang digunakan untuk mengetahui sifat

fisik dan kimia dari sampel hasil preparasi. Data hasil karakterisasi ini

akan menjadi parameter keberhasilan preparasi nanotitania.

a. XRD

XRD digunakan untuk menganalisis struktur kristal dan komposisi fasa

atau senyawa pada material. Berikut ini dapat dilihat pada Gambar 3.2

merupakan alat XRD.

Gambar 3.2 Alat XRD.

Berdasarkan Gambar 3.2 alat analisis XRD memiliki prinsip kerja yaitu

dengan cara sampel diletakkan pada tempat sampel (sampel holder) dan

diratakan menggunakan kaca. Setelah itu sampel diletakkan ke dalam

difraktometer selanjutnya disinari dengan sinar-X. Sebelum pengujian

dilaksanakan terlebih dahulu mengatur sudut 2 dan variabel-variabel

yang lainnya dan pengujian siap dimulai dengan menekan tombol star

pada menu komputer, setelah sampel disinari dengan sinar-X, maka

diperoleh softcopy berupa data difraksi sinar-X yang terdiri dari intensitas

difraksi dan sudut (2 ), dalam bentuk excel, selanjutnya data yang

diperoleh akan diolah menggunakan sofware PCPDFWIN untuk

23

mengetahui fasa yang terkandung dalam sampel, kemudian melakukan

pencocokan data menggunakan perangkat lunak Rietica dengan metode

Rietveld. Berikut ini merupakan tahapan salah satu contoh pencocokan

data pada sampel.

1. Membuka file pada program excel seperti terlihat pada Gambar 3.3

(a), kemudian block semua data XRD tersebut, maka selanjutnya file

kita simpan sebagai data agar dapat digunakan dalam program

Rietica. File tersebut disimpan dalam format xy, seperti terlihat pada

Gambar 3.3 (b) berikut.

a b

Gambar 3.3 (a) Softcopy data XRD (b) Contoh penyimpanan filedalam format xy.

2. Membuka program Rietica, terlihat gambar seperti berikut ini.

Gambar 3.4 Tampilan sofware Rietica

24

3. Klik icon New, kemudian klik a structure, lalu klik Ok, terlihat pada

gambar berikut.

Gambar 3.5 Tampilan new input

4. Klik icon Model, pilih phases kemudian mengisi parameter input

seperti: title di isi dengan nama fasa, space group, nilai a, b, c,, , , dan nilai Z, jumlah fasa dan atom dapat ditambahkan dengan

cara klik kanan pada posisi-posisi yang sesuai,selanjutnya klik OK.

terlihat seperti Gambar 3.6.

Gambar 3.6 Tampilan phases

25

5. Klik icon model pilih histogram, pada bagian baris pertama sebelah

kiri di isi dengan data XRD, baris kedua di isi dengan 2 awal dan

2 akhir, baris ketiga di isi 2 step, kemudian mengisikan panjang

gelombang 1 dan 2, pada bagian sebelah kanan terdapat polinomial

5th order terdapat enam macam polinomial yaitu: B0, B1, B2, B3, B4

dan B5, setelah itu melakukan pengklikan secara bertahap, supaya

tidak terjadi ketidakstabilan, selanjutnya klik OK, seperti terlihat

pada gambar berikut.

Gambar 3.7 Tampilan histogram

6. Klik icon model pilih sampel, pada bagian sebelah kiri mengisi nilai

U, V dan W kemudian pada saat refinement ceklis U, V dan W

secara bertahap, lalu klik OK tampilan layar seperti Gambar 3.8

berikut.

26

Gambar 3.8 Tampilan sampel

7. Klik icon Refine, masukan data input yang telah dibuat, klik angka

menjadi 30 kemudian pada tampilan dynamic plotting diaktifkan

dengan memberikan tanda ceklis (√) pada kotak yang sesuai, untuk

menampilkan pola difraksi, setelah itu klik start dan step secara

bertahap, selanjutnya klik finish yang menunjukkan bahwa

refinement yang dilakukan telah selesai. Proses refinement terlihat

pada Gambar 3.9 berikut.

Gambar 3.9 Tampilan refine

27

8. Klik icon informasi, pilih view input dan output kemudian simpan

dalam textpad.

Parameter-parameter kecocokan yang digunakan dalam melihat

pengembangan penghalusan Rietveld, yaitu:

a. Profil ( ) = [ ]∑ (3.1)

Intensitas pengamatan pada setiap pola difraksi disimbolkan dengan

dan intensitas perhitungan pada setiap pola difraksi disimbolkan

.

b. Weighted Profil (Rwp)

= Σ | − |Σ

/ (3.2)dimana ( i / w) adalah weight/bobot pada setiap pengamatan.

c. Bragg ( )

= Σ| − |Σ (3.3)dimana dan merupakan intensitas-intensitas terukur dan

terhitung untuk sebuah refleksi Bragg.

d. Expected ( )

= N − PΣ / (3.4)dimana N adalah jumlah pengamatan dan P adalah jumlah parameter

yang disesuaikan.

28

e. Goodnes of Fit ( )

= (3.5)Pada saat melakukan penghalusan difraktogram menggunakan

metode Rietveld, perlu memperhatikan nilai GoF. Jika nilai > 1

maka perlu peningkatan, tetapi jika nilai GoF < 2 ini sudah

memuaskan, selanjutnya melakukan perhitungan ukuran partikel,

dimana tingkat kristalinitas partikel TiO dilakukan dengan

membandingkan intensitas dan pelebaran puncak difraksi dari

sampel. Perhitungan dilakukan menggunakan persamaan Scherrer

(Cullity, 1978).

L =,

(3.6)

dimana L adalah diameter (nm), k adalah konstanta Scherrer dengan

nilai 0,9, adalah panjang gelombang sinar-X, adalah sudut

difraksi dan B adalah pelebaran berdasarkan Full-Width at Half

Maximum (FWHM) puncak difraksi dalam radian. Karakterisasi ini

dilakukan pada sampel S-01, S-02, S-03 dan S-04. Faktor-faktor

yang menentukan dalam melakukan pencocokan antara data hasil

penelitian dengan data hasil perhitungan, diantaranya:

b. Luas Permukaan

Alat SAA didasarkan pada siklus absorbsi isotermis oleh sampel berupa

serbuk. Dengan cara sejumlah volume gas nitrogen yang diketahui

29

dimasukkan ke dalam tabung sampel, maka sensor tekanan akan

menghasilkan data tekanan yang bervariasi.

Prosedur kerja yang pertama, persiapan alat dengan cara kabel

disambungkan pada sumber tegangan dan pastikan semua kabel dan

komputer tersambung, kemudian vakum dinyalakan, tekan tombol

power dan nyalakan komputer. Proses kedua yaitu preparasi sampel,

menimbang sampel yang akan diuji dan memasukannya dalam sampel

cell yang bersih dan menyusun sampel cell dalam tempat degassing.

Menyalakan mantel pemanas dan mengatur temperaturnya. Setelah itu

menekan tombol ESC untuk mengatur kecepatan keluarnya gelembung

gas sekitar 3-5 gelembung/detik. Masukan sampel ke dalam metal flow

tube dan tunggu hingga tidak ada uap yang keluar. Setelah itu matikan

mantel pemanas. Proses selanjutnya analisis sampel dengan cara sampel

sel dimasukan ke dalam holder, kemudian menuangkan nitrogen cair

kedalam dewar dan mengatur alatnya, selanjutnya menjalankan file

NovaWin klik tombol star program, login dengan user Nova, klik

operation dan pilih star analisis. Langkah terakhir memastikan terlebih

dahulu bahwa sampel cell telah dilepas dan menutup sofware NovaWin

dan mematikan alat dengan menekan tombol Switch power, vacum dan

tutup katub, kemudian cabut semua kabel yang digunakan dan proses

analisis selesai.

30

D. Diagram Alir Penelitian

Langkah kerja preparasi sampel TiO2 diperlihatkan pada Gambar 3.10.

Gambar 3.10 Proses pengenceran H2SO4.

Proses sintesis pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.11 berikut.

Gambar 3.11 Diagram alir penelitian.

H2SO4 5 ml

Aquabidest 90 ml

Stir 24 jam

H2SO4

Karakterisasi menggunakan XRD danSAA

Kalsinasi pada suhu ± 450 oC 5 jam Digerus selama ± 30 menit

Stir selama ± 10 menit Menambahkan 6,8 ml titanium

isopropoxide- Stir selama ± 20 menit

Menambahkan 4 ml H2SO4 denganvariasi waktu 0,5; 1; 1,5; 2 jam- Stir selama 12 jam

8 gr Tween 80+

80 ml i-PrOH

Serbuk S-TiO2

Gel keringS-TiO2

Kesimpulan

Dipanaskan selama 24 jam pada suhu ±80 oC

Gel basahS-TiO2

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Berdasarkan data hasil penelitian dan analisis yang sudah dilakukan, maka

diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Hasil analisis XRD menunjukkan nanotitania yang dihasilkan dari proses

sintesis S-TiO2 dengan variasi waktu pompa injeksi selama 0, 30, 60, 90

dan 120 menit adalah fasa anatase.

2. Sampel S-02 dengan waktu injeksi 30 menit memperoleh hasil refinement

difraktogram yang baik yaitu menghasilkan nilai Rp = 4,81 %, Rwp = 6,37

%, Rb = 0,42 % dan nilai GoF ( ) sebesar 1,036.

3. Hasil luas permukaan menggunakan pompa injeksi selama 30 menit pada

sampel kedua (S-02) memperoleh nilai lebih besar dari sampel S-01 tanpa

pompa injeksi yaitu sebesar 95,310 m2/g sedangkan sampel S-01

memperoleh luas permukaan sebesar 90,663 m2/g.

4. Pada sampel S-02 hasil perhitungan ukuran partikel dan luas permukaan

sebesar 10,17 nm dan 95,310 m2/g hasil tersebut sesuai dengan teori

Cullity 1978.

47

B. Saran

Untuk penelitian selanjutnya dapat melakukan sintesis nanotitania dengan

doping sulfur murni dengan variasi penginjeksian selama 90, 100, 110,120

dan 130 menit menggunakan pompa injeksi.

DAFTAR PUSTAKA

Alphonse, P. Varghese, A. dan Tendero, C. 2010. Open Archive TOULOUSEArchive Ouverte ( OATAO ) Stable hydrosols for TiO2 coatings. Journal ofSol-Gel Science and Technology. Volume 56. Halaman 250-263

Arivalagan, K. Ravichandran, S. Rangasamy, K. Dan Karthikeyan, E. 2011.Nanomaterials and its potential applications. Journal of ChemTechResearch. Volume 3. Halaman 534-538.

Arjasa, O.P. dan Raharjo,J. 2012. Facile One Pot Synthesis Of HighlyMonodispere Silica Nanoparticles In Water Based Medium. Jurnal SainsMateri Indonesia, Volume 14. Halaman 34-39.

Bera, A. dan Belhaj, H. 2016. Application of Nanotechnology by Means ofNanoparticles and Nanodispersions in Oil Recovery – A ComprehensiveReview. Journal of Natural Gas Science and Engineering. Volume 34.Halaman 1284-1309.

Chawengkijwanich, C. dan Hayata, Y. 2008. Development of TiO Powder-coatedfood packaging film and its ability to inactivate Escherichia coli in vitro andin actual tests. International Journal of Food Microbiology. Volume 123.Halaman 288-292.

Cho, S. Chung, C. dan Moon, S. 2001. Temperature-Programmed DesorptionStudy on the Decomposition Mechanism of Ti(OC3H7)4 on Si(100).Journal of the Electrochemical Society. Volume 148. Halaman 599-603.

Cullity, B. D. 1978. Elements of X-Ray Diffraction, Second Edition. USA. AdisonWesley Publishing Company Inc. p. 1 dan 87.

Darzi, S. Mahjoub, A. dan Sarfi, S. 2012. Visible-Light-Active Nitrogen Doped TiO2

Nanoparticles Prepared By Sol-Gel Acid Catalyzed Reaction. Journal of MaterialsScience & Engineering. Volume 9. Halaman 17-23.

Djerdj, I. dan Tonejc, A.M. 2006. Structural Investigations of Nanocrystalline TiOSamples. Journal of Alloys and Compounds. Volume 413. Halaman 159-174.

Fadilah, S. Manurung, P. dan Ginting, E. 2016. Pengaruh Titania yang DidopingSulfur terhadap Ukuran Partikel. Jurnal Teori dan Aplikasi Fisika. Volume4. Halaman 37-42.

Fakhrutdinova, E. Shabalina, A. dan Sudareva, E. 2015. Synthesis of TiO and F-Doping TiO Powders Via “Reverse” Hydrolysis of TitaniumTetraisopropoxide. Journal of Advanced Materials Research. Volume 1085.Halaman 95-100.

Feinle, A. Elsaesser, M. dan Husing, N. 2015. Sol-Gel Synthesis of MonolithicMaterials with Hierarchical Porosity. Journal of Chemistry Society Reviews.Volume 12. Halaman 3377-3399.

Fujishima, A. dan Zhang, X. 2006. Titanium Dioxide Photocatalysis: PresentSituation and Future Approaches. Journal of Comptes Rendus Chimie.Volume 9. Halaman 750-760.

Hamadanian, M. dan Majedi, A. 2009. Preparation and Characterization of S-Doped TiO Nanoparticles, Effect of Calcination Temperature andEvaluation of Photocatalytic Activity. Journal of Materials Chemistry andPhysics. Volume 116. Halaman 376-382.

Hashimoto, K. Irie, H. dan Fujishima, A. 2005. TiO Photocatalysis: A HistoricalOverview and Future Prospects. Japanese Journal of Applied Physics.Volume 44. Halaman 8269-8285.

Hongxun, H. Lu, J. Wang, M. Stoller, T. dan Wang, Y. Bao. 2016. An Overviewof Nanomaterials for Water technology. Journal of National EngineeringResearch Center ofIndustry Crystallization Technology. Volume 2.Halaman 1-12.

Huot, J. and Cerny, R. 2016. Neutron Powder Diffraction. Neutron Scattering andOther Nuclear Techniques for Hydrogen in Materials, Neutron ScatteringApplications and Techniques, Springer International PublishingSwitzerland, Iss. Chapter 3. Halaman 31-89, doi: 10.1007/978-3-319-22792-4_3.

Juan, J. Zhang, J. dan Yarmo, M. 2007. 12-Tungstophosphoric acid supported onMCM-41 for esterification of fatty acid under solvent-free condition.Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. Volume 267. Halaman 265-271.

Kiatkamjornwong, S. Kangwansupamonkon, W. dan Jitbunpot, W. 2010.“Photocatalytic efficiency of TiO /poly [acrylamide-co-(acrylic acid)]composite for textile dye degradation. Journal of Polymer Degradation andStability. Volume 95. Halaman 1894–1902.

Kisi, E. H. 1994. Rietveld Analysis of Powder Diffraction Pattern. JournalMaterial Forum. Volume 18. Halaman 135-153.

Landmann, M. Rauls, E. dan Schimdt, W. G. 2012. The Electronic Structure andOptical Response of Rutile, Anatase and Brookite TiO2. Journal of PhysicsCondensed Matter. Volume 24. Halaman 1-6.

Li, H. Sunol S.G. dan Sunol K. 2012. Development of Titanium-Dioxide-BasedAerogel Catalyst With Tunable Nanoporosity and Photocatalytic Activity.Journal of Nanotechnology. Volume 23. Halaman 1-7.

Lie, X. Xue, X. Yang, H. Chen, C. Li, X. Niu, M. Gao, Y. dan Yang, Y. 2015.Effect of Calcination Temperature on the Structure and Visible-LightPhotocatalytic Activities of (N, S and C) Co-Doped TiO Nano-Materials.Journal of Applied Surface Science. Volume 332. Halaman 1-46.

Mai, L. Huang, C. Wang, D. Zhang, Z. dan Wang, Y. 2009. Effect of C Dopingon the Structural and Optical Properties of Sol-Gel TiO Thin Films. Journalof Applied Surface Science. Volume 255. Halaman 9285-9289.

Moellmann, J., Ehrlich, S., Tonner, R. dan Grimme, S. 2012. A DFT-D Study ofStructural and Energetic Properties of TiO2 Modifications. Journal ofPhysics Condensed Matter. Volume 24. Halaman 1-8.

Nikalje, A. 2015. Nanotechnology and Its Applications in Medicine. Journal ofMedicinal Chemistry. Volume 5. Halaman 1-3.

Ohno, T. Akiyoshi, M. Umebayashi, T. Asai, K. Mitsui, T. dan Matsumura, M.2004. Preparation of S-TiO Photocatalysts and Their PhotocatalyticActivities under Visible Light. Journal of Applied Catalysis. Volume 265.Halaman 115-121.

Palanivelu, K. Im, J. dan Lee, Y. 2007. Carbon Doping of TiO for Visible LightPhotocatalysis – A Review. Journal of Carbon Science. Volume 8. Halaman214-224.

Park, C. Bangi, U. dan Park, H. 2013. Effect of Sulfur Dopants on the PorousStructure and Electrical Properties of Mesoporous TiO Thin Films. Journalof Materials Letters. Volume 106. Halaman 401-404.

Paveena, L. Amornkitbamrung, V. Seraphin, S. dan Maensiri, S. 2011.Characterization and Magnetic Propertisof Nanocrystalline CuFe O ,NiFe O , ZnFe O Powders Prepared by Aloe Vera ExtractSolution.Journal Current Applied Physics. Volume 11. Halaman 101-108.

Phumying. S. Labuayai, S. Swatsitang, E. Amornkitbamrung, V. Dan Maensiri, S.2013. Nanocrystalline spinel ferrite (MFe O ,M=Ni,Co, Mn,Mg,Zn)

powders prepared by a simple aloe vera plantextracted solution hydrothermal route. Journal Materials Research Bulletin. Volume 48. Halaman 3.

Qomaruddin, M. Khan, I. Ajumobi, O.O. Ganiyu, A.S. dan Qurashi, A. 2019.Sulfur Doped Ceria-Titania (S-CeTiO4-x) Nanocomposites For EnchancedSolar-Driven Water Splitting. Jurnal Solar Energy. Volume 188. Halaman890-897.

Rafidiyah, N. Manurung, P. dan Karo, P.K. 2017. Pengaruh Thiourea SebagaiSumber Doping Sulfur terhadap Sintesis Nanotitania. Jurnal Teori danAplikasi Fisika. Volume. 05. Halaman 195-204.

Rahayuningsih, Dwi A. Zulichatun, S. Wijayanti, A. Hidayah, N. Marfina, A.Pranata, Adi Y. dan Nurbaeti, L. 2015. Luas Permukaan Zeolit AlamTermodifikasi Dengan Metode BET Menggunakan Surface Area Analyzer(SAA). Jurnal Kimia FMIPA Universitas Negri Semarang. Volume 1.Halaman 1-9.

Rahmadani, N. Suryani. Sahumena, M.H. 2019. Formulasi Self-NanoemulsifiyingDrug Delivery System Asam Mefanamat menggunakan VCO denganKombinasi Sufaktan Tween dan Span. Journal Syifa Sciences and ClinicalResearch. Volume 1. Halaman 37-46.

Sithohang, J. Manurung, P. dan Situmeang. R. 2015. Pengaruh CaCl2 terhadapUkuran Partikel Nanotitania Dari Titanium Isopropoksida. Jurnal Teori danAplikasi Fisika. Volume 3. Halaman 158-163.

Wang, Q. Lian, J. Bai, Y. Hui, J. Zhong, J. Li, J. An, N. Yu, J. dan Wang, F.2015. Photocatalytic activity of hydrogen production from water over TiO2with different crystal structures. Journal Materials Science inSemiconductor Processing. Volume 40. Halaman 418-423.

Wang, Y. Li, J. Peng, P. Lu, T. dan Wang, L. 2008. Preparation of S-TiO Photocatalyst and Photodegradation of L-Acid Under Visible Light.Journal of Applied Surface Science. Volume 254. Halaman 5276-5280.

Will, G. 2006. Power Difraction and The Rietveld method two stage method todetermine and refine crystal structures from power diffraction data. Spriner, verlag berlin Heidelberg. printed in Germany. Halaman 119.

Yang, G., Jiang, Z., Shi, H., Xiao, T. dan Yan, Z. 2010. Preparation of HighlyVisible-Light Active N-Doped TiO Photocatalyst. Journal of MaterialsChemistry. Volume 20. Halaman 5301-5309.

Yang, J., S. Tighe. 2013. A review of advances of nanotechnology in asphaltmixtures. Journal Procedia - Social and Behavioral Sciences. Volume 96.Halaman 1269–1276.

You, Y., Xu, C., Xu, S., Cao, S., Wang, J., Huang, Y. dan Shi, S. 2014. StructuralCharacterization and Optical Property of TiO Powders Prepared by the Sol-Gel Method. Journal of Ceramics International. Volume 40. Halaman8659-8666.

Zhao, Y., Du, X., Wang, X., He, J., Yu, Y. dan He, H. 2010. Effect of F Dopingon TiO Acidic Sites and Their Application in QCM Based Gas Sensors.Journal of Sensors and Actuators B: Chemical. Volume 151. Halaman 205-211.