Nanopartikel Nanosains Nanoteknologi dan id

Nanosain dan Teknologi
Dosen : Dr. Yetria Rilda
TIO PUTRA WENDARI
1530412008

Pascasarjana Universitas Andalas
Jurusan Kimia
Padang
2016

Efek Ukuran Nano
Terhadap Sifat
Material

Nanosains - Nanoteknologi
NanoScience
Didefinisikan sebagai studi fenomena dan manipulasi material pada skala atomik,
molekuler dan makromolekuler dimana sifatnya berbeda secara signifikan daripada
material pada skala besarnya

Nanoteknologi

Didefinisikan sebagai desain, karakterisasi, produksi dan aplikasi pada aplikasi struktur
alat dan sistem dengan mengontrol

Mengapa sifat-sifat pada nanomaterial berbeda ??
Ada 2 faktor prinsipnya menyebabkan sifat dari nanomaterial berbeda secara
signifikan dengan material lain :
1. Peningkatan area permukaan spesifiknya
2. Efek Quantum confinement
Faktor-faktor ini dapat mengubah atau meningkatkan sifat-sifat seperti :
reaktivitas, kekuatan dan sifat listriknya.
Nanopartikel sangat menarik karena sifat barunya (seperti reaktivitas kimiawi dan
sifat optik) yang ditunjukkan dibandingkan dengan partikel yang lebih besar dari
material yang sama
Sebagai contoh : TiO2 dan ZnO menjadi berwarna bening pada skala nano dan dapat
diaplikasikan sebagai sunscreens
Nanopartikel juga dapat disusun menjadi lapisan pada permukaan, menyediakan area
spesifik yang besar dan meningkatkan aktivitasnya seperti pada aplikasinya untuk
katalis

Nanomaterial

Nano material memiliki sifat yang berbeda dari material bulknya. Kebanyakan
material dengan struktur nano berupa kristalin alaminya dan memiliki sifat yang unik
Sifat fisika
 Struktur kristal dari nanopartikel sama dengan struktur bulknya dengan parameter kisi yang berbeda
 Jarak antaratomik berkurang seiring naiknya ukuran diakrenakan oleh gaya elektrostatik jarak jauh

dan daya tolak antar inti jarak dekat.

 Titik leleh dari nanopartikel menurun seiring meningkatnya ukuran

Sifat kimiawi
 Struktur elektronik dari nanopartikel bergantung pada ukuran dan kemampuan dari nanopartikel

tersebut untuk bereaksi bergantung pada ukuran klaster

 Luas permukaan yang lebih besar dibandingkan rasio volume dari nanopartikel memiliki efek yang

besar terhadap sifat katalitik.

Electrical properties

 Struktur elektronik dari nanomaterial berbeda dari material bulknya.
 Densiti tingkat energi pada pita konduksi berubah.
 Saat jarak energi antara 2 level energi lebih daripada K BT , E gap terbentuk.
 Nanoklaster dengan ukuran yang berbeda akan memiliki struktur elektronik yang berbeda dan

pemisahan level energi yang berbeda

 Potensial ionisasi pada ukuran nano lebih besar daripada material bulknya.

Nanopartikel
 Suatu partikel dengan diameter antara 1-100 nanometer (109 meter) atau memiliki 10-106

atom/molekul per partikelnya.

 Nanopartikel umumnya memiliki sifat-sifat seperti :
1.

Memiliki luas permukaan yang besar dengan volume yang kecil

2.

Memiliki partikel yang lebih reaktif

3.

Memiliki sifat yang berbeda dibandingkan ukuran bulk nya

4.

Umumnya membentuk sebuah kluster.

Klasifikasi nanomaterial

Cluster

• Kumpulan unit (atom atau molekul) yang terdiri dari 50 unit.

Colloid

• Cairan stabil yang menggandung partikel berukuran 1-1000 nm.

Nanoparticle

• Padatan yang berukuran 1-1000 nm.

Nanocrystall

• Padatan yang berbentuk singel kristal berukuran nano.

Nanostructural

• 3D : partikel ; 2D: lapis tipis ; 1D: kawat tipis

Nanophase

• Sama dengan material nanostruktur.

Quantum dot

• Partikel yang menunjukkan pengaruh ukuran setidaknya dalam 1D

Efek Nanopartikel
Ukuran nano dari suatu material sangat berpengaruh terhadap sifat material tersebut,
antara lain :
1. Luas permukaan
2. Atom Pada Permukaan
3. Reaktivitas
4. Sifat Elektronik
5. Efisiensi Fotokatalitik

1. Luas Permukaan
 Hampir semua bidang dalam kedokteran, elektronik, fashion, dll sangat bergantung

pada bidang nanoteknologi.

 Salah satu konsep penting dalam memahami nanopartikel melibatkan rasio luas

permukaan : volume.

 Saat sebuah objek semakin besar, peningkatan ukuran permukaannya tidak sebanding

dengan peningkatan volumenya, begitu sebaliknya. Hal ini sangat berpengaruh pada
reaksi katalisis

Dengan volume material yang sama, material
nanopartikel memiliki luas permukaan tang jauh
lebih besar.
Faktor ini sangat berpengaruh dalam kerekativan
dalam aplikasi

2. Atom Pada Permukaan
Persen efektif dari permukaan atom sebagai
fungsi dari diameter partikel.
Ukuran partikel  persen dispersi dari atom
logam pada permukaan, sebagai sisi aktif
reaktan. Berperan penting dalam bidang katalis

Atom pada permukaan material nano akan
tersusun lebih banyak dan rapat sehingga akan
berpengaruh dalam sifat material terutama

fotokatalis.

3. Reaktivitas - Quntum Well

Bentuk energi pada permukaan jika atom
pada permukaan bulk akan memiliki
permbedaan dengan reaktivitas permukaan
dengan banyak atom yang tersusun pada
nanopartikel

Hamltonian dan Energi Gap
Hamiltonian: penjumlahan dari total energi kinetik dari seluruh partikel,
serta energi potensial dari partikel-partikel yang berkaitan dengan sistem.
Biasanya dinyatakan per unit volume
Hamiltonian suatu elektron di dalam padatan:

Keterlibatan interaksi interatomic yang meningkatkan level energi single-atom 
energy band ketika single atom  bulk solid

4. Sifat Elektronik

 Salah satu efek paling langsung mengurangi ukuran bahan

untuk rentang nanometer adalah munculnya
kuantisasi karena confinement gerakan elektron.

efek

 Ini menyebabkan energi level akan memiliki ciri tersendiri

dengan adanya faktor ukuran nano

Efek ukuran nanopartikel akan mempengaruhi efek struktur,
termodinamika, elektronika, spektroskopi, elektronik, atau
sifat kimia lainnya.
Efek ukuran nanopartikel dapat dilkasifikasikan menjadi 2 :
1.

Efek ukuran spesifik, seperti jumlah atom dalam kluster
metal.

2.

Efek ukuran nanostruktur yang lebih besar.

5. Efisiensi Fotokatalis
 Disamping merupakan kurva jumlah atom

Fe dari nanopartikel spherical
permukaan dan bulk(interiornya)
 Disini

pada

terlihat bahwa keunggulan dari
nanopartikel terletak pada jumlah atom Fe
berukuran 1-5 nm pada permukaannya yang
sangat tinggi, yang notabene merupakan atom
yang akan menjadi katalisator dari suatu reaksi
 Ukuran partikel Fe pada permukaan yang
semakin kecil memungkinkan semakin banyak

atom Fe yang mampu mengkatalisis reaksi
 Ukuran
nanopartikel
yang
kecil
juga
meningkatkan reaktivitas dari nanopartikel itu
sendiri.

.... Lanjutan (efek bentuk dalam fotokatalis)
Bentuk Partikel
(a) Nanokristalin MgO
(b) Mikrokristalin MgO
(c) MgO bulk

Semakin nano ukuran suatu katalis, maka
akan semakin banyak permukaan (sisi
aktif) yang berperan dalam reaksi katalitik
tersebut.
Fotokatalis/ katalis yang berukuran nano
lebih menguntungkan dikarenakan luas
permukaan yang lebih besar.

Aplikasi Nanomaterial
Nanomaterial
sangat
menarik
untuk
dikembangkan
lebih
lanjut,
dikarenakan
sifatnya yang berbeda dengan material ukuran
bulk-nya. Beberapa aplikasi dalam dunia
industri dari nanomaterial :

 Medis
• Seng oksida sebagai campuran dengan + 0.5%

iron (III) oksida (Fe2O3) disebut kalamina dan
digunakan di dalam berbagai jenis obat kulit
 sifat antimikroba

 Industri Polimer

• Drug delivery vehicles

Sekitar 50% dari ZnO digunakan dalam industri
polimer.  Proses vulkanisasi karet ban mobil
 meningkatkan konduktivitas bahan (ban) dan
anti bakteri-jamur (tekstil)

Dengan ukuran nano, dinilai lebih efisien dalam
transport obat ke sumber penyakit.

Nanopartikel ZnO  Semakin banyak partikel
nano ZnO pada permukaan  Peningktakan
efek konduktivitas dan anti

Tabir surya  menghalangi sinar UV-A (320-400
nm) / UV-B (280-320 nm) – melindungi kulit dan
mencegah kanker kulit

Lanjutan...
 Agen pengcoatingan

 Kosmetik

Campuran ZnO sebagai bahan make up, sabun
pasta gigi, deodoran

Cat anti korosi pada logam Campuran warna cat/
lukisan yang lebih beragam  Nanoscale
terhadap emisi.

Semakin besar ukuran (mikro), ZnO terlihat
semakin putih  Ukuran nanopartikel warna
menjadi transparant (natural).

 Sensor

Pendeteksian perubahan arus listrik  adanya
absorpsi molekul gas pada permukaan nanorod 
respon sensor  menghasilkan data.
Nano

Deteksi gas Hidrogen hingga 10 ppm
 Piezoelektrisitas

Source : Small wonder Nanotechnology and cosmetic

Anti bakteria agent, sunblock, dll

Kemampuan kristal untuk merenggang sehingga
menghasilkan energi listrik dikarenakan susunan
atom yang rapat pada permukaan nanomaterial.

Nanostruktur Oksida Pada Fotokatalis

Tio Putra Wendari
1530412008
Kimia
Dosen : Dr. Yetria Rilda, MS

Fotokatalis

PhotoInduced

Fotokatalis

Adanya Proses kimia yang
“dikatalisis” oleh material
padatan
yang
diberikan
energi berupa gelombang
elektromagnetik
dengan
panjang
gelombang
UV
hingga Sinar tampak.

Fotovoltaik

Semikonduktor

Sebuah
semikonduktor
dapat
mengalami proses eksitasi elektron
dengan adanya energi cahaya yang
lebih tinggi dibandingkan energi
gap, dan banyak membentuk
pasangan elektron-hole.

Fotoelektrik

Fotoelektrokemikal

Photo-Induced
Foton (hv)
UV-Vis

Material
padatan

Scattering
Absorpsi

Initial Step Absorpsi
Absorpsi Cahaya

Difusi

Perangkapan muatan

Rekombinan

Degradasi

Elektronik
 Pengaruh Ukuran nanokristal terhadap

Strukutral dan Sifat Elektronik dari
fotokatalis.

 Pengaruh Nanostruktur pada proses ”Initial

Step” dari reaksi fotokatalis dan pengaruh
ukuran partikel dan bentuk morfologi
terhadap pengukuran katalitik.

Semikonduktor
Semikonduktor  memiliki perbedaan energi valensi dan
pita konduksi, sebesar 1-3.5 eV
Tahapan reaksi pada semikonduktor :
1. Penyerapan foton dengan energi yang sama atau
lebih besar dari celah pita dari semikonduktor (misalnya,
3,2 eV untuk TiO2)
2. Menghasilkan sepasang pembawa muatan, yaitu
elektron-hole (e / h +) pasangan.
Foto-katalitik semikonkonduktor biasanya oksida,
Seperti : TiO2, ZnO, WO3, CeO2, orAxByOz, tetapi juga
sulfida, MoSx, WSx, atau BiSx, atau nitrida, TaNx, SiNx, atau
GEnx.

E- dan h+
Dalam proses fotokatalitis,
Generation  satu elektron terkestasi pada pita
valensi (VB) akan membentuk hole.
Hole dan elektron akan mengalami transfer muatan
dengan
spesies
absorben
pada
permukaan
semikonduktor dengan pembentukan radikal yang
akan mebgoksidasi senyawa organik atau mereduksi
senyawa logam.
Rekombinan  Proses kembalinya elektron dan
bergabung dengan hole pada pita valensi, umumnya
menghasilkan radiasi (sinar).
Dieperlukan masa hidup elektron dan hole yang lama
 Proses traping elektron dan hole
Mekanisme reaksi :

Dn+ + e−cb → D(n−1)+ electron trapping
Dn+ + h+vb → D(n+1)+ hole trapping

• Intrinsik  vacancy Oxygen pada nanostruktur
oksida
• Ekstrinsi  Penambahan dopant/ impuritis

Area Riset Fotokatalis
Proses Elektronik pada semikonduktor
 Sintesis Organik

Oksidasi hidrokarbon rantai lurus dan siklik
 Degradasi polutan

Mineralisasi senyawa organik
Disinfektan/destruksi dari material biologi
Detoksifikasi senyawa anorganik dan removal ion
 Reaksi Spesial

Fotofiksasi Nitrogen
Fotoreduksi CO2
Fotospliting air untuk produksi H2

Karakteristik Fotokatalis
Fotokatalis yang baik memiliki sifat :
Struktur
Elektronik
Luas Permukaan
Sisi aktif

 Fotoaktif
 Dapat menyerap sinar UV/Visible
 Inert terhadap reaksi kimia/biologi
 Murah
 Nontoksik

Pengaruh ukuran kristal dari semikonduktor
 Karakteristik Morfologi (bola, elips, jarum, prismatik,

dan batang) sangat mempengaruhi aktivitas
fotokatalitik

Kaitan Ukuran Dengan Efek Fotokatalis
Pengaruh ukuran partikel terhadap fotoreaktivitas semikonduktor dengan adanya 2 pendekatan:
(1) Dijelaskan bahwa peningkatan yeild kuantum ketika ukuran partikel menurun. Efek ini bisa

berhubungan dengan luas permukaan yang meningkat dari partikel yang diameter lebih kecil
atau ke potensial redoks disempurnakan pita konduksi elektron, dan mungkin karena
konsentrasi situs permukaan jenuh

(2) Kenaikan yield kuantum sebagai ukuran partikel menurun karena harga rekombinasi elektron-

lubang di permukaan yang lambat karena meningkatkan pemisahan pengisi foto yang
dihasilkan (334). Juga, efek ini bisa disebabkan permukaan kepadatan spesiasi dan permukaan
cacat, yang sangat terkait dengan metode persiapan (335.336).

Penelitian-penelitian terbaru menyarankan
 Keberadaan ukuran partikel optimum untuk reaksi fotokatalitik, dengan adanya efek ukuran
partikel efektif pada penyerapan cahaya dan efisiensi hamburan, rekombinan pembawa muatan,
dan luas permukaan.

Efek Ukuran Pada Struktur
Ukuran partikel memegang peranan penting terhadap sifat-sifat struktur dari berbagai material.,
seperti simetri kisi dan parameter sel.
 ketika ukuran partikel menurun, jumlah atom permukaan dan atom antarmuka meningkat,
menghasilkan regangan / stres dan gangguan struktural.
Contoh efek ukuran yang mempengaruhi reaksi fotokatalis :
 Fasa kristalin
 Sifat/jumlah pusat defek

 Cacat sangat diperlukan dikarenakan memiliki sifat perangkap (elektron/hole) atau sebagai
pusat rekombinasi.
 Permukaan kimia

 Sangat berpengaruh dakam transfer muatan ke molekul dan efisiensi proses generation dari
elektron dan hole.

Pusat Defek
Efek ukuran pada struktur dan stabilitas dari partikel berhubungan dengan
keseimbangan energi antara permukaan dan bulk.

Defek Sebagai Penangkap Elektron
Reaksi fotokatalis dimulai dengan penyerapan
foton dan diikuti generasi pasangan elektronhole. Elektron dan hole ini dapat berekombinan
secara cepat pada ukuran bulk.

Seperti pada TiO2

CACAT PADA STRUKTUR dapat berperan sebagai
“trapping center” tergantung pada lokasi cacat.

Ion Ti4+ dapat dibagi menjadi 2 tipe sisi
penangkap :

Ukuran partikel nano dapat berkontribusi
untuk rekombinasi muatan terperangkap
sendiri,
karena
kedekatan
spasial
pusat perangkap permukaan. Mereka tertarik
dengan
gaya
elektrostatik,
menghindari
stabilisasi pemisahan muatan.

 Pada dalam nanopartikel

Penangkap elektron pada semikonduktor TiO 2
berupa ion Ti4+ dana kekosongan oksida.

 Pada permukaan nanopartikel

Ion Ti4+ berinteraksi dengan elektron eksitasi
untuk memebentuk Ti3+.
 TiIV−OH + e−cb → TiIII−OH (17.8)
 TiIII−OH + h+vb → TiIV−OH

Interaksi Cahaya dan Materi

Absorption of Light: Charge Separation
Penyerapan cahaya dengan energi yang lebih tinggi dibandingkan band gap akan menyebabkan
eksitasi/ pemisahan elektron ke pita konduksi (CB), menghasilkan hole pada Pita Valensi (VB).
MOx + hν → MOx(e−cb + h+vb)
MOX = semikonduktor

Quantum Confinement
Adanya efek “quantum confinement”
proses penyerapan cahaya memiliki ciri
tersendiri tergantung pada ukuran partikel
semikonduktor.

Band gap behavior versus size for TiO2, ZnO, and MoS2
materials.

Mekanisme Degradasi Oleh Fotokatalis (TiO2)
A.Proses Fotokatalis : Pada proses ini
dihasilkan spesies aktif radikal melalui
reaksi kimia dengan bantuan
penyinaran.
TiO2 + hv
TiO2 + hVb+ + ecbhVb+ + >Ti(IV)OH
[>Ti(IV)OH●]+
ecb- + >Ti(IV)OH
[>Ti(III)OH]
B. Radikal bebas yang dihasilkan dari reaksi
● +
[>Ti(IV)OH
] +
Red
[>Ti(IV)OH●]+ +
fotokatalis
akan
menyerang
senyawa
Red●
organik
target dengan jalan memutus ikatan
●ecb- yang
+ Oxada senyawa
[>Ti(IV)
OH + Oxseperti
rangkap
organik
zat warna, bakteri, dan jamur.

Difusi dan Trapping Muatan
Pendopingan
semikonduktor

Mampu melakukan
trapping e- dan h+

Meningkatkan waktu hidup dari charge carrier
Menghindari proses rekombinasi

Reaksi dari trapping e- dan h+
 Mn+ + e−cb −→ M(n−1)+

electron trapping

Kemampuan ion dopan sebagai
penangkap muatan bergantung kepada:

 Mn+ + h+vb −→ M(n+1)+

hole trapping

Konsentrasi dopan
Level energi pada kisi semikonduktor

Perlakuan trapping pada elektron/hole saja tidak
efektif karena spesies muatan yang ditangkap akan
segera berekombinasi dengan pasangan spesies
muatannya

Konfigurasi elektronik d dan f
Distribusi antarpartikel
Konsentrasi donor elektron

Kation dopan yang melakukan trapping
akan
mengganggu
keseimbangan
konfigurasi elektroniknya, menyebabkan
ketidakstabilan

Fate of Trapped Charge Species
Elektron dan hole yang terbentuk dilibatkan dalam reaksi kimia stelah terjadinya
transfer muatan pada permukaan.
Porses trapping dan transfer muatan harus bersaing lebih dulu terjadi dibandingkan
proses deeksitasi /relaksasi yang menyebabkan rekombinan muatan.
2 Tahapan proses setelah pembentukan muatan

Rekombinasi
Elektron-hole

Transfer muatan ke
permukaan

Rekombinasi Elektron - Hole
Proses relaksasi/ rekombinasi suatu material semikonduktor akan menghasilkan
energi dalam bentuk radiasi/panas .
 e−cb + h+vb −→ MOx + energy (17.28)
 e−Tr + h+vb −→ MOx + energy (17.29)
 e−cb + h+Tr −→ MOx + energy (17.30)
 e−Tr + h+Tr −→ MOx + energy

Dimana CB = pita konduksI, VB = Pita valensi, Tr = muatan terperangkap

Transfer Muatan Ke Permukaan
Dalam reaksi kimia fotokatalis, pembawa muatan harus melakukan kontak
dengan molekul gas/ cairan untuk terjadinya proses degradasi atau
transfromasi kimia. Transfer

Pada reaksi fotokatalis oksigen akan selalu hadir sebagai media reaksi sebagai
akseptor elektron utama. Elektron ditransfer ke molekul oksigen pada
permukaan katalismenghasilkan superoksida atau hidrogen peroksida radikal.

Efek Pelapisan Logam Pada Semikonduktor
Pendeposisian logam mulia (Pt, Au, Ag dll) pada permukaan semikonduktor dapat meningkatkan
efisiensi fotokatalitik dengan bertindak mirip seperti
Pendeposisian juga meningkatkan laju transfer elektron ke oksigen dan meningkatkan nilai hasil
kuantum
Jumlah deposit yang terlalu banyak akan menurunkan efisiensi dan mengurangi jumlah cahaya yang
masuk akibat efek UV shielding pada logam mulia
Nilai peningkatan efisiensi fotokatalitik terhadap pelapisan logam dapat dihitung dengan rumus
dibawah:

�������=

���� ������ ������ ����� �����
���������� ����� ����������

Oksida Campuran dan Heterojunction
 Oksida campuran yang terdiri dari semikonduktor yang didispersikan kedalam support inert

seperti silika, alumina atau zirkonia telah dibuat
 Support pada semikonduktor dilakukan agar semikonduktor lebih stabil dan memiliki luas

permukaan yang besar.
 Dispersi TiO2 pada silika terbukti menstabilkan fasa anatase TiO 2
 Heterojucntions merupakan campuran dari 2 semikonduktor yang memiliki level energi dan nilai

bandgap yang berbeda agar memiliki efek sinergis terhadap proses fotokatalitik

Polioksometalat
Logam transisi seperti V, Nb dan Ta pada tingkat oksidasi tertingginya dpaat membentuk klaster
anion logam-oskigen yang disebut sebagai polioksometalat (POM)/polioksoanion
Klasifikasi POM adalah:
Senyawa isopoli dengan rumus umum MxOq-y, dihasilkan melalui kondensasi asam dari

MoO2-4/WO2-4 murni
Contoh: MO7O6-24
Senyawa heteropoli dengan rumus umum AqMxOq-y, dihasilkan melalui kondensasi asam dari

MoO2-4/WO2-4 dan suatu heteroatom (A = P, Si, As dll)
Conth: PW12O3-40
Senyawa heteropoli yang mengandung rasio campuran Mo:W yang berbeda dari MoO2-4/WO2-4

Aplikasi Nanomaterial Semikonduktor
~ Tekstil TiO2 ~

Preparation Of Multifunctional
Cationized Cotton Fabric
Based On Tio2 Nanomaterials
A. Farouk, S. Sharaf∗, M.M. Abd El-Hady
National Research Center, Textile Research Division, Dokki, Cairo,
Egypt

Fotokatalis
Egap Konduktor : 0 – 1 eV
Semikonduktor : 1 – 3 eV
Isolator : > 4 eV
Fotokatalis

Degradasi Metilen Biru (Self-Cleaning)

Nano-TiO2

C16H18N3SCl + 51/2 O2  HCl + H2SO4 + 3 HNO3 + 16 CO2 + 6 H2O
Anti-mikroba
Anti UV
Anti air

Katun Multifungsi
(Non-Toksik)

TiO2
•

Efek penyebaran pembawa muatan

Semakin
kecil
ukuran
partikel,
meningkatakan efesiensi fotokatalis 
semakin sedikit waktu yang diperlukan untuk
“photo-induced electrons” tersebar dari
kristal
ke
permukaan
substrat
yang
mengurangi
kemungkinan
rekombinan
elektron dan hole.
•

Efek luas permukaan

Peningkatan
luas
permukaan
dengan
penurunan
ukuran
partikel
akan
meningkatkan aktivitas katalis. Peningkatan
disebabkan adanya penambahan permukaan
reaktif untuk adsorpsi substrat.
•

Coupled-Photocatalyst

Meningkatkan pemisahan muatan sehingga
memperpanjang
energi
pemisahan
fotokatalis

Material
Bahan :
• Kain katun (100%) 2x2 cm
• 3-Chloro-2-hydroxypropyl trimethyl ammonium chloride (Quat 188)
• Diallyl dimethyl ammonium chloride (DADMAC)
• 1,2,3,4-butane tetracarboxylic acid (BTCA)
• Stearic acid
• Ethanol
• Sodium hypophosphite (SHP)
• SiO2 nanoparticles
• Titanium Dioxide P25 (campuran fasa anatase/rutile)

Preparasi Katun Tekstil Terkationisasi
Kain katun
• Dikationisasi menggunakan metode pad-batch
menggunakan 20 g/L Quat-188 dan 8 g/L NaOH
(Dilakukan untuk DADMAC – NaOH)
Kain katun terkationisasi
• Ditempatkan dalam kantong tertutup selama
24 pada suhu ruang
• Diperas
• Disimpan dalam kantong pada suhu ruang
selama 24 jam
• Sampel dicuci dengan air dingin + asam asetat
• Dicuci beberapa kali dengan air dingin
• Dikeringkan pada suhu kamar
Kain katun terkationisasi

Fig. 1. Chemical structures of Quat-188 and DADMAC.

Pelapisan BTCA/TiO2 Pada Katun
Larutan BTCA 30 g/L

Natrium Hipofosfit 6% w/w
• Dicampurkan dan distirrer

0,5% Nano-TiO2
• Disuspensikan dalam etanol

Larutan Campuran
•
•
•
•
•
•

Kain Katun kationisasi dilapisi dengan 2x dip-nip
Diperas
Dikeringkan pada 80oC 5 menit
Dikeringkan pada 180oC 3 menit
Dibilas dengan air panas dan kemudian air dingin
Dikeringkan pada suhu kamar

Katun tekstil terlapisi

Pelapisan BTCA/TiO2/SiO2 Pada Katun
Larutan BTCA 30 g/L

Natrium Hipofosfit 6% w/w
•

Dicampurkan dan distirrer

0,5% Nano-TiO2
•
•

Larutan Campuran
•
•
•
•
•
•

Kain Katun kationisasi dilapisi dengan 2x dip-nip
Diperas
Dikeringkan pada 80oC 5 menit
Dikeringkan pada 180oC 3 menit
Dibilas dengan air panas dan kemudian air dingin
Dikeringkan pada suhu kamar

Katun tekstil terlapisi

0,5% Nano-SiO2

Disuspensikan dalam etanol
Diultrasonik selama 30 menit

Treatmen Hidrofobik
Kain Katun Terlapisi
• Dicelupkan dalam asam stearat 1wt% yang terlarut dalam
aseton selama 10 menit

Larutan Campuran
•
•
•
•
•
•

Kain Katun kationisasi dilapisi dengan 2x dip-nip
Diperas
Dikeringkan pada 80oC 5 menit
Dikeringkan pada 180oC 3 menit
Dibilas dengan air panas dan kemudian air dingin
Dikeringkan pada suhu kamar

Katun tekstil terlapisi

Meode Karakterisasi – Uji Sifat Kain
•

Transmission Electron Microscopy

Penentuan ukuran partikel dan kehomogenan
TiO2/SiO2
•

Scanning Electron Microscopy/EDX

 Morfologi partikel TiO2/SiO2
•

X-Ray Diffraction

Penentuan fasa kristal TiO2/SiO2

• Tensile Strength
Penentuan kekakuan kain katun terlapisi
• Kekasaran Permukaan
 Penentuan kekasaran kain setelah dilapisi
• Permibilitas udara
 Penentuan kemampuan dilewati angin
• Faktor UV Protektor
Kemampuan menahan sinar UV
• Pengukuran anti basah
Kemampuan kain anti air
• Anti bakteri dan self cleaning

Hasil Dan Pembahasan

Kationisasi Katun

Mekanisme Pelapisan Katun

Chemical structures of the cationized cotton.

Suggested mechanism of the reaction of cationized
cotton fabric with BTCA/TiO2 nanoparticles.

Pola XRD

(a) TiO2 on DADMAC cationized cotton
(b) TiO2\SiO2 nanomaterials on
DADMAC cationized cotton
(c) TiO2 on Quat cationized cotton
(d) TiO2\SiO2 nanomaterials on Quat
cationized cotton fabrics.

Pola XRD menunjukan puncak yang khas dari senyawa TiO2 dan SiO2 pada katun,
sehingga dapat disimpulkan bahwa fotokatalis telah terlapisi pada katun tekstil.

TEM - SEM

The morphology of SiO2 nanoparticles and TiO2/SiO2 nanomaterials.

UV Protection
Effect of cationization/or nanoparticles treatments on the UV protection properties of cotton fabrics.

Sifat anti UV dari katun tekstil muncul dengan adanya lapisan TiO 2 dan SiO2
pada katun, sehingga ketika sinar UV menyinari kain sinar akan diserap oleh
fotokatalis sehingga dapat melindungi kulit dari sinar UV.

Anti Bakteri
Effect of cationization/or nanoparticles treatments on the antibacterial properties of cotton fabrics.

Nanopartikel TiO2 dan SiO2 berperan dalam reaksi fotokatalitik dengan
terbentuknya hole dan e- yang akan bereaksi mendegradasi protein yang
menyusun dinding sel bakteri sehingga terbentuk zona inhibisi

Self-Cleaning
(A) Decolorization of MB dye on cotton fabric
surface
(B) UV–vis absorption spectra of decolourization of
methylen blue (10 mg/l) after 1 h UVirradiation.
Panel (B) is untreated cotton sample
(1) Quat cationized cotton treated with TiO2
nanoparticles
(2) DADMAC cationized cotton treated with TiO2
nanoparticles
(3) Quat cationized cotton treated with TiO2/SiO2
nanomaterials
(4) DADMAC cationized cotton treated TiO2/SiO2
nanomaterials.

Sifat Hidrofobik
Sifat hidrofobik dari katun tekstil
muncul dikarena gugus hidrofob dari
asam stearat yang melapisi katun
tekstil.

Schematic illustration of preparation of hydrophobic surfaces on cotton fabric.

Sifat Hidrofobik
Shows drop penetration time (TEGEWA test) for cotton fabrics before and after treatment with
stearic acid as hydrophobic additive [after 2 washing cycles].

Sifat Fisika Katun
Effect of different treatments on the physical properties of cotton fabrics.

Kesimpulan
Berdasarkan teori mengenai efek nanopartikel dan aplikasi nanomaterial dalam bidang
tekstil, dapat disimpulkan bahwa :
1.

Efek ukuran nano dari suatu material berpengaruh terhadap struktur, sifat elektronik,
luas permukaan, reaktivitas dari material.

2.

Sifat material berukuran bulk akan sangat berbeda dengan material bersifat nano.

3.

Material fotokatalis sangat bdipengaruhi dengan ukuran partikel, dimana semakin nano
ukuran fotokatalis maka akan semakin reaktif.

4.

Dari hasil penelitian mengenai faktor ukuran partikel dalam fotokatalis, TiO 2 berukuran
nano sangat berpengaruh dalam terbentuknya hole dan elektron tereksitasi.

5.

Material semikonduktor sangat menarik dikembangkan sebagai fotokatalis dikarenakan
bersifat heterogen sehingga dapat digunakan berulang dan band gap dapat dimodifikasi
sesuai dengan aplikasinya.

Terima kasih