Review Jurnal Sintesis Keramik ZnTiO3 dan aplikasinya sebagai adsorben dan agen antibakteri

I.

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang Dengan berkembangnya revolusi dalam bidang ilmu pengetahuan dan teknologi, menyebabkan munculnya permintaan yang besar terhadap produksi bahan kimia baru yang dapat digunakan dalam berbagai proses industri. Diantara banyaknya bahan kimia baru, zat warna organik muncul sebagai salah satu bahan kimia yang paling banyak digunakan dalam berbagai kegiatan industri. Oleh karena itu, zat warna menjadi bagian penting dalam limbah industri. Limbah tekstil sangat beracun di alam karena mengandung zat warna organik dan anorganik dalam jumlah besar. Zat warna pigmen seperti antrakuinon atau kelompok azo hadir dalam bentuk anionik, kationik atau pewarna non-ionik, yang memiliki struktur kimia kompleks yang sangat sulit untuk terurai pada kondisi normal. Baru - baru ini muncul perhatian besar dalam mempelajari penghilangan zat warna dan pigmen dari limbah industri dan air limbah dengan proses adsorpsi menggunakan bahan berstruktur nano. Biasanya zat warna organik dan anorganik dihilangkan dengan tekhnik kimia dan fisik yang berbeda, seperti reaksi kimia, elektro-koagulasi,

proses

osmosis,

adsorpsi,

flokulasi,

electro-floatation,

pertukaran ion, membran filtrasi, destruksi elektrokimia, presipitasi dan banyak lainnya. Di antara semua teknik ini, teknik adsorpsi menjadi teknik yang lebih unggul daripada teknik lain dalam pengolahan air limbah dalam hal biaya, desain yang sederhana, mudah dioperasikan dan ketidakpekaan terhadap zat beracun. Malachite green (MG) merupakan zat warna sintetis yang biasa digunakan dalam proses pencelupan kapas, sutra, kertas, dan industri kulit, dalam bidang manufaktur cat dan tinta cetak, dan sebagai pewarna makanan, aditif makanan, dan desinfektan medis. Namun, meskipun masih digunakan, MG berbahaya karena memiliki efek samping terhadap kekebalan tubuh dan sistem reproduksi, bersifat karsinogenik, genotoksik, teratogenik dan mutagenik. Karena alasan ini negara Amerika Serikat dan Eropa telah memberlakukan larangan ketat pada penggunaan MG dalam semua kategori makanan. Selain itu, pembuangan MG ke dalam hidrosfer dapat menyebabkan ketidakseimbangan ekologi seperti menyebabkan air menjadi berwarna dan mengurangi penetrasi sinar matahari yang

1

merugikan kehidupan air. Oleh karena itu, penting untuk melakukan penghilangan limbah MG sebelum dibuang ke badan air. Dalam beberapa tahun terakhir bahan berbasis oksida seng-titanium (Zn-Ti-O) telah digunakan secara luas karena sifat luar biasanya dan berpotensi dalam aplikasi ilmiah dan teknis. Baru-baru ini, seng titanat telah diteliti untuk aplikasi dalam banyak bidang seperti agen penyerap untuk penghilangan hidrogen sulfida (H2S) bersuhu tinggi dari batubara, sensor gas, sensor kelembaban, pigmen cat, bahan dielektrik, agen antibakteri dan sebagai fotokatalis. Hal ini telah banyak dilaporkan oleh banyak penulis bahwa ada tiga senyawa ZnO-TiO2, termasuk seng orto-titanat (Zn2TiO4) tipe kubik inverse-spinel, seng meta-titanat (ZnTiO3) tipe rhombohedral ilmenit dan Zn2Ti3O8 tipe kubik spinel terstruktur yang dianggap sebagai bentuk ZnTiO3 bersuhu rendah. Diantara semua itu, kristalin ZnTiO3 berukuran nano merupakan bahan yang sangat signifikan yang telah digunakan sebagai adsorben untuk zat warna. Meskipun banyak antibiotik baru telah dikembangkan dalam beberapa dekade terakhir, tidak satupun ditemukan dengan aktivitas lebih baik terhadap resisten bakteri. Oleh karena itu penting untuk merencanakan strategi penyembuhan yang lebih baik termasuk novel antibiotik. Baru-baru ini, nanopartikel oksida logam telah digunakan secara efektif untuk agen terapi, dalam diagnosa penyakit kronis, untuk mengurangi infeksi bakteri pada kulit dan luka bakar, untuk mencegah kolonisasi bakteri pada perangkat medis, dan dalam industri pakaian dan makanan digunakan sebagai agen antimikroba. Karena memiliki kemampuan yang unik dan berpotensi sebagai antimikroba terhadap bakteri gram positif dan bakteri gram negatif, para peneliti mengembangkan antibiotik generasi baru dengan membuat nanopartikel oksida logam sebagai pengganti antibiotik untuk mengatasi masalah resistensi terhadap obat. Nanopartikel ZnO dan TiO2 menunjukkan sifat antibakteri, tetapi tidak ada literatur yang memuaskan yang berkaitan dengan aktivitas antibakteri dari keramik ZnTiO3 nanokristalin. Hal ini menarik perhatian peneliti untuk mempreparasi ZnTiO3 nanokristalin dan

mempelajari sifat

antibakterinya. Dalam penelitian ini peneliti menyajikan proses preparasi dan karakterisasi keramik ZnTiO3 nanokristalin jenis ilmenit dan mempelajari efektivitasnya dalam penyerapan zat warna MG yang berbahaya. Peneliti juga

2

mengevaluasi aktivitas antibakterinya terhadap bakteri patogen yang berbeda beda dengan metode difusi agar. I.2 Rumusan Masalah 1. Bagaimana proses preparasi keramik ZnTiO3 nanokristalin? 2. Bagaimana hasil karakterisasi dari keramik ZnTiO3 nanokristalin? 3. Bagaimana pegaruh waktu, pengaruh dosis adsorben dan pengaruh pH dalam proses adsorpsi zat warna Malachite green (MG) oleh keramik ZnTiO3 nanokristalin? 4. Bagaimana pengaruh konsentrasi awal zat warna Malachite green (MG) dalam proses adsorpsi? 5. Bagaimana mekanisme adsorpsi zat warna Malachite green (MG) oleh keramik ZnTiO3 nanokristalin? 6. Bagaimana kinetika adsorpsi zar warna Malachite green (MG) oleh keramik ZnTiO3 nanokristalin? 7. Bagaimana aktivitas antibakteri dari keramik ZnTiO 3 nanokristalin terhadap bakteri patogen? 1.3 Tujuan Penelitian Adapun tujuan dilakukannya penelitian ini adalah untuk: 1. Membuat keramik ZnTiO3 nanokristalin 2. Mengetahui kemampuan adsorpsi keramik ZnTiO3 nanokristalin terhadap zat warna Malachite green (MG). 3. Mengetahui aktivitas antibakteri dari keramik ZnTiO3 nanokristalin terhadap bakteri patogen. 1.4 Manfaat Penelitian Adapun manfaat dari penelitian ini adalah untuk: 1. Menambah wawasan peneliti dan pembaca mengenai pembuatan keramik ZnTiO3 2. Menambah wawasan peneliti dan memberikan informasi kepada pembaca bahwa keramik ZnTiO3 nanokristalin memiliki kemampuan adsorpsi terhadap zat warna Malachite green (MG) dan memiliki aktivitas antibakteri terhadap bakteri patogen. II. TINJAUN PUSTAKA II.1

Keramik

3

Keramik pada awalnya berasal dari bahasa Yunani keramikos yang artinya suatu bentuk dari tanah liat yang telah mengalami proses pembakaran. Kamus dan ensiklopedia tahun 1950-an mendefinisikan keramik sebagai suatu hasil seni dan teknologi

untuk

menghasilkan

barang

dari

tanah

liat

yang

dibakar,

seperti gerabah, genteng, porselin, dan sebagainya. Tetapi saat ini tidak semua keramik berasal dari tanah liat. Definisi pengertian keramik terbaru mencakup semua bahan bukan logam dan anorganik yang berbentuk padat. Umumnya senyawa keramik lebih stabil dalam lingkungan termal dan kimia dibandingkan elemennya. Bahan baku keramik yang umum dipakai adalah felspard, ball clay, kwarsa, kaolin, dan air. Sifat keramik sangat ditentukan oleh struktur kristal, komposisi kimia dan mineral bawaannya. Oleh karena itu sifat keramik juga tergantung pada lingkungan geologi dimana bahan diperoleh. Secara umum strukturnya sangat rumit dengan sedikit elektron-elektron bebas. Kurangnya beberapa elektron bebas keramik membuat sebagian besar bahan keramik secara kelistrikan bukan merupakan konduktor dan juga menjadi konduktor panas yang jelek. Di samping itu keramik mempunyai sifat rapuh, keras, dan kaku. Keramik secara umum mempunyai kekuatan tekan lebih baik dibanding kekuatan tariknya Pada prinsipnya keramik terbagi atas: 1. Keramik tradisional Keramik tradisional yaitu keramik yang dibuat dengan menggunakan bahan alam, seperti kuarsa, kaolin, dll. Yang termasuk keramik ini adalah: barang pecah belah (dinnerware), keperluan rumah tangga (tile, bricks), dan untuk industri (refractory). 2. Keramik halus Fine ceramics (keramik modern atau biasa disebut keramik teknik, advanced ceramic, engineering ceramic, techical ceramic) adalah keramik yang dibuat dengan menggunakan oksida-oksida logam atau logam, seperti: oksida logam (Al2O3, ZrO2, MgO,dll). Penggunaannya: elemen pemanas, semikonduktor, komponen turbin, dan pada bidang medis. Sifat yang umum dan mudah dilihat secara fisik pada kebanyakan jenis keramik adalah britle atau rapuh, hal ini dapat kita lihat pada keramik jenis

4

tradisional seperti barang pecah belah, gelas, kendi, gerabah dan sebagainya, coba jatuhkan piring yang terbuat dari keramik bandingkan dengan piring dari logam, pasti keramik mudah pecah, walaupun sifat ini tidak berlaku pada jenis keramik tertentu, terutama jenis keramik hasil sintering, dan campuran sintering antara keramik dengan logam. sifat lainya adalah tahan suhu tinggi, sebagai contoh keramik tradisional yang terdiri dari tanah liat, flint, dan feldspar tahan sampai dengan suhu 1200 C, keramik hasil rekayasa seperti keramik oksida mampu tahan sampai dengan suhu 2000 C. II.2

Solution Combustion Synthesis Solution Combustion Synthesis merupakan suatu metode efektif untuk

mensintesis material berskala nano dan telah digunakan pada banyak produksi keramik dalam banyak aplikasi. Keramik oksida berskala nano dapat dibuat dengan metode SCS yang dipreparasi melalui kombinasi antara logam nitrat dengan larutan berair dengan bahan bakar. Glisin dan urea, khususnya, adalah bahan bakar yang cocok karena keduanya merupakan asam amino yang dapat bertindak sebagai pengompleks dari ion logam dalam larutan dan juga berfungsi sebagai bahan bakar untuk sintesis logam oksida nanokristalin. Metode ini dapat langsung menghasilkan produk akhir yang diinginkan, meskipun dalam beberapa kasus, dibutuhkan perlakuan panas berikutnya pada keramik yang disintesis untuk meningkatkan pembentukan fase yang diinginkan. Metode Solution Combustion Synthesis menggunakan garam, seperti nitrat, logam sulfat dan karbonat, sebagai reagen oksidasi dan reduksi, menggunakan bahan bakar seperti glisin, sukrosa, urea, atau karbohidrat lainnya yang dapat larut dalam air. Nitrat bertindak sebagai oksidator untuk bahan bakar selama reaksi pembakaran. Metode Solution Combustion Synthesis adalah metode berdasarkan prinsip bahwa sekali reaksi dimulai dengan pemanasan, terjadi reaksi eksotermik dengan sendirinya dalam interval waktu tertentu, sehingga menghasilkan serbuk sebagai produk akhir. Reaksi eksotermik dimulai pada suhu pengapian dan menghasilkan sejumlah panas tertentu yang diwujudkan dalam suhu maksimum atau suhu pembakaran. Solution Combustion Synthesis memiliki keuntungan dalam memproduksi serbuk secara cepat, halus dan homogen. 5

Metode Solution Combustion Synthesis merupakan proses cepat dan mudah, dengan keuntungan utama dalam penghematan waktu dan energi. Proses ini digunakan secara langsung dalam produksi dengan kemurnian tinggi, bubuk keramik oksida homogen. Metode ini merupakan metode serbaguna untuk sintesis berbagai ukuran partikel, termasuk serbuk alumina berukuran nanometer, seperti yang dilaporkan oleh Patil dan Mimani. Menariknya, system pembakaran pada pembakaran campuran logam redoks nitrat-glisin-nitrat amonium asetat atau campuran logam aluminium nitrat-urea, tidak menunjukkan adanya api untuk mendapatkan nanopartikel oksida. Dasar dalam teknik Solution Combustion Synthesis terletak pada konsep termodinamika yang digunakan dalam bidang propelan dan bahan peledak, dan ekstrapolasi untuk mensintesis pembakaran oksida keramik dan termodinamika yang dibahas secara luas oleh beberapa peneliti. Keberhasilan proses ini berhubungan erat dengan campuran konstituen dari bahan bakar atau agrn pengompleks yang cocok (misalnya, asam sitrat, urea, dan glisin) dalam air dan reaksi redoks eksotermis antara bahan bakar dan oksidan (misalnya, nitrat). Faktanya, mekanisme reaksi pembakaran sangat kompleks. Ada beberapa parameter yang mempengaruhi reaksi seperti jenis bahan bakar, rasio bahan bakar oksidator, penggunaan oksidator berlebih, suhu pemanasan, dan jumlah air yang terkandung dalam campuran prekursor. Secara umum, sintesis pembakaran yang baik adalah tidak bereaksi dengan keras, menghasilkan gas beracun dan bertindak sebagai pengompleks untuk kation logam. Teknik pembakaran dikendalikan oleh massa campuran dan volume wadah. Studi yang dilakukan oleh Kingsley dan Patil menunjukkan bahwa rasio massa / volume sangat penting dalam terjadinya combustion synthesis, komposisi kurang dari 5 g dalam wadah 300 ml tidak menjalani proses pembakaran. Metode Solution Combustion Synthesis telah terbukti menjadi teknik yang bagus untuk mendapatkan berbagai jenis oksida pada skala nanometer dan digunakan dalam berbagai aplikasi teknologi, seperti dapat dilihat pada Tabel 2.1. Berbagai oksida ini

dipreparasi dengan sifat magnetik, mekanik, dielektrik,

katalitik, optik dan luminesen.

6

Tabel 2.3.1   Some oxides prepared by combustion in solution a

Material

Fuel

Particle size

Application

Al2O3

U AM + U/CH/ODH/GLI

4 μm

15–28 nm

Abrasive Catalyst support

U

10 nm

Catalyst

Co /Al2O3 +3 Eu /Y3Al5O12

U

0.2–0.3 μm

Pigment

U

60–90 nm

Red phosphorus

Ce1−xTbxMgAl11O19

CH U

10–20 μm

Green phosphorus Catalyst

U ODH GLI

10–18 nm 18 nm 100 μm

Catalyst Oxigen storage Capasitor

M/CeO2, M = Pt, Pd, Ag

ODH

1–2 nm

Catalyst

Ce1−xPtxO2

CH

4–6 nm

Ni­YSZ, (Ni,Co/ Fe/Cu) ­YSZ

U

~40 nm

H2­O2 combina­ tion catalyst Combustion cell anode (SOFC)

LaSrFeO3 LaCrO3

CH/ODH U

20–30 nm 20 nm

SOFC cathode Interconnection for SOFC

LiCo0.5M0.5O2

U

5–10 μm

Lithium battery

MFe2O4/BaFe12O19 Pb(Zr,Ti)O3

ODH GLI/AC AC

60–100 nm 18–25 nm 60 nm

ZnO

U