Dokumen tersebut membahas tentang pengaruh ukuran nanopartikel terhadap sifat dan kinerja fotokatalis. Ukuran nanopartikel yang lebih kecil menyebabkan luas permukaan yang lebih besar dan lebih banyak atom di permukaan, sehingga meningkatkan reaktivitas, efisiensi penangkapan muatan, dan kinerja fotokatalitik secara umum.

1. Dosen : Dr. Yetria Rilda
TIO PUTRA WENDARI
1530412008
Nanosain dan Teknologi
Pascasarjana Universitas Andalas
Jurusan Kimia
Padang
2016

3. 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

4. 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

5. 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
Nanomaterial
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.

6. 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 KBT , 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.

7.  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.
Nanopartikel

8. Klasifikasi nanomaterial
• Kumpulan unit (atom atau molekul) yang terdiri dari 50 unit.Cluster
• Cairan stabil yang menggandung partikel berukuran 1-1000 nm.Colloid
• Padatan yang berukuran 1-1000 nm.Nanoparticle
• Padatan yang berbentuk singel kristal berukuran nano.Nanocrystall
• 3D : partikel ; 2D: lapis tipis ; 1D: kawat tipisNanostructural
• Sama dengan material nanostruktur.Nanophase
• Partikel yang menunjukkan pengaruh ukuran setidaknya dalam 1DQuantum dot

9. 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
Efek Nanopartikel

10.  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
1. Luas Permukaan
Dengan volume material yang sama, material
nanopartikel memiliki luas permukaan tang jauh
lebih besar.
Faktor ini sangat berpengaruh dalam kerekativan
dalam aplikasi

11. 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.
2. Atom Pada Permukaan

12. 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

13. 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
Hamltonian dan Energi Gap

14.  Salah satu efek paling langsung mengurangi ukuran bahan
untuk rentang nanometer adalah munculnya efek
kuantisasi karena confinement gerakan elektron.
 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.
4. Sifat Elektronik

15.  Disamping merupakan kurva jumlah atom
Fe dari nanopartikel spherical pada
permukaan dan bulk(interiornya)
 Disini 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.
5. Efisiensi Fotokatalis

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

17.  Medis
• Seng oksida sebagai campuran dengan + 0.5%
iron (III) oksida (Fe2O3) disebut kalamina dan
digunakan di dalam berbagai jenis obat kulit
 sifat antimikroba
• Drug delivery vehicles
Dengan ukuran nano, dinilai lebih efisien dalam
transport obat ke sumber penyakit.
Tabir surya  menghalangi sinar UV-A (320-400
nm) / UV-B (280-320 nm) – melindungi kulit dan
mencegah kanker kulit
 Industri Polimer
Sekitar 50% dari ZnO digunakan dalam industri
polimer.  Proses vulkanisasi karet ban mobil
 meningkatkan konduktivitas bahan (ban) dan
anti bakteri-jamur (tekstil)
Nanopartikel ZnO  Semakin banyak partikel
nano ZnO pada permukaan  Peningktakan efek
konduktivitas dan anti
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 :

18. Source : Small wonder Nanotechnology and cosmetic
 Agen pengcoatingan
Cat anti korosi pada logam Campuran warna cat/
lukisan yang lebih beragam  Nanoscale
terhadap emisi.
 Sensor
Pendeteksian perubahan arus listrik  adanya
absorpsi molekul gas pada permukaan nanorod 
respon sensor  menghasilkan data.
Deteksi gas Hidrogen hingga 10 ppm
 Piezoelektrisitas
Kemampuan kristal untuk merenggang sehingga
menghasilkan energi listrik dikarenakan susunan
atom yang rapat pada permukaan nanomaterial.
 Kosmetik
Campuran ZnO sebagai bahan make up, sabun
pasta gigi, deodoran
Semakin besar ukuran (mikro), ZnO terlihat
semakin putih  Ukuran nanopartikel warna
menjadi transparant (natural).
Anti bakteria agent, sunblock, dll
Nano
Lanjutan...

19. Tio Putra Wendari
1530412008
Kimia
Dosen : Dr. Yetria Rilda, MS
Nanostruktur Oksida Pada Fotokatalis

20. Sebuah semikonduktor dapat
mengalami proses eksitasi elektron
dengan adanya energi cahaya yang
lebih tinggi dibandingkan energi
gap, dan banyak membentuk
pasangan elektron-hole.
Photo-
Induced
Fotokatalis FotoelektrokemikalFotoelektrikFotovoltaik
Adanya Proses kimia yang
“dikatalisis” oleh material
padatan yang diberikan
energi berupa gelombang
elektromagnetik dengan
panjang gelombang UV
hingga Sinar tampak.
Semikonduktor
Fotokatalis

21. Absorpsi Cahaya Difusi Rekombinan
Degradasi
Perangkapan muatan
Initial Step Absorpsi
Photo-Induced
Material
padatan
Foton (hv)
UV-Vis
Absorpsi
Scattering

22.  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.
Elektronik

23. 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.
Semikonduktor

24. 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
E- dan h+

25.  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
Proses Elektronik pada semikonduktor
Area Riset Fotokatalis

26. Fotokatalis yang baik memiliki sifat :
 Fotoaktif
 Dapat menyerap sinar UV/Visible
 Inert terhadap reaksi kimia/biologi
 Murah
 Nontoksik
Struktur
Elektronik
Luas Permukaan
Sisi aktif
Pengaruh ukuran kristal dari semikonduktor
 Karakteristik Morfologi (bola, elips, jarum,
prismatik, dan batang) sangat mempengaruhi
aktivitas fotokatalitik
Karakteristik Fotokatalis

27. 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.
Kaitan Ukuran Dengan Efek Fotokatalis

28. 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.
Efek Ukuran Pada Struktur

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

30. Reaksi fotokatalis dimulai dengan penyerapan
foton dan diikuti generasi pasangan elektron-
hole. Elektron dan hole ini dapat berekombinan
secara cepat pada ukuran bulk.
CACAT PADA STRUKTUR dapat berperan sebagai
“trapping center” tergantung pada lokasi cacat.
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.
Seperti pada TiO2
Penangkap elektron pada semikonduktor TiO2
berupa ion Ti4+ dana kekosongan oksida.
Ion Ti4+ dapat dibagi menjadi 2 tipe sisi
penangkap :
 Pada dalam nanopartikel
 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
Defek Sebagai Penangkap Elektron

31. 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
Interaksi Cahaya dan Materi

32. 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.
Quantum Confinement

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

34. Reaksi dari trapping e- dan h+
 Mn+ + e−
cb −→ M(n−1)+ electron trapping
 Mn+ + h+
vb −→ M(n+1)+ hole trapping
Perlakuan trapping pada elektron/hole saja tidak
efektif karena spesies muatan yang ditangkap akan
segera berekombinasi dengan pasangan spesies
muatannya
Meningkatkan waktu hidup dari charge carrier
Menghindari proses rekombinasi
Pendopingan
semikonduktor
Mampu melakukan
trapping e- dan h+
Kemampuan ion dopan sebagai penangkap
muatan bergantung kepada:
Konsentrasi dopan
Level energi pada kisi semikonduktor
Konfigurasi elektronik d dan f
Distribusi antarpartikel
Konsentrasi donor elektron
Kation dopan yang melakukan trapping
akan mengganggu keseimbangan
konfigurasi elektroniknya, menyebabkan
ketidakstabilan
Difusi dan Trapping Muatan

35. 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.
Rekombinasi
Elektron-hole
Transfer muatan ke
permukaan
2 Tahapan proses setelah pembentukan muatan
Fate of Trapped Charge Species

36. 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
Rekombinasi Elektron - Hole

37. 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.
Transfer Muatan Ke Permukaan

38. 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:
Efek Pelapisan Logam Pada Semikonduktor
𝐸 𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 =
𝐿𝑎𝑗𝑢 𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑑𝑒𝑛𝑔𝑎𝑛 𝐿𝑜𝑔𝑎𝑚 𝑀𝑢𝑙𝑖𝑎
𝐿𝑎𝑗𝑢 𝑅𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 𝑡𝑎𝑛𝑝𝑎 𝐿𝑜𝑔𝑎𝑚 𝑀𝑢𝑙𝑖𝑎

39.  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 TiO2
 Heterojucntions merupakan campuran dari 2 semikonduktor yang memiliki level energi dan nilai
bandgap yang berbeda agar memiliki efek sinergis terhadap proses fotokatalitik
Oksida Campuran dan Heterojunction

40. 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 dan
Polioksometalat

41. Aplikasi Nanomaterial Semikonduktor
~ Tekstil TiO2 ~

42. A. Farouk, S. Sharaf∗, M.M. Abd El-Hady
National Research Center, Textile Research Division, Dokki,
Cairo, Egypt

43. Degradasi Metilen Biru (Self-Cleaning)
C16H18N3SCl + 51/2 O2  HCl + H2SO4 + 3 HNO3 + 16 CO2 + 6 H2O
Anti-mikroba
Anti UV
Anti air
Fotokatalis
Egap Konduktor : 0 – 1 eV
Semikonduktor : 1 – 3 eV
Isolator : > 4 eV
Nano-TiO2
Katun Multifungsi
(Non-Toksik)
Fotokatalis

44. • 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
TiO2

45. 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)
Material

46. Kain katun
• Dikationisasi menggunakan metode pad-batch
menggunakan 20 g/L Quat-188 dan 8 g/L NaOH
(Dilakukan untuk DADMAC – NaOH)
Fig. 1. Chemical structures of Quat-188 and DADMAC.
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
Preparasi Katun Tekstil Terkationisasi

47. Larutan BTCA 30 g/L
• Dicampurkan dan distirrer 0,5% Nano-TiO2
Natrium Hipofosfit 6% w/w
• 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 Pada Katun

48. Larutan BTCA 30 g/L
• Dicampurkan dan distirrer 0,5% Nano-TiO2
Natrium Hipofosfit 6% w/w
• Disuspensikan dalam etanol
• Diultrasonik selama 30 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
0,5% Nano-SiO2
Pelapisan BTCA/TiO2/SiO2 Pada Katun

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

50. • 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
Meode Karakterisasi – Uji Sifat Kain

51. Hasil Dan Pembahasan

52. Suggested mechanism of the reaction of cationized
cotton fabric with BTCA/TiO2 nanoparticles.
Chemical structures of the cationized cotton.
Kationisasi Katun Mekanisme Pelapisan Katun

53. (a) TiO2 on DADMAC cationized cotton
(b) TiO2SiO2 nanomaterials on
DADMAC cationized cotton
(c) TiO2 on Quat cationized cotton
(d) TiO2SiO2 nanomaterials on Quat
cationized cotton fabrics.
Pola XRD
Pola XRD menunjukan puncak yang khas dari senyawa TiO2 dan SiO2 pada
katun, sehingga dapat disimpulkan bahwa fotokatalis telah terlapisi pada
katun tekstil.

54. The morphology of SiO2 nanoparticles and TiO2/SiO2 nanomaterials.
TEM - SEM

55. Effect of cationization/or nanoparticles treatments on the UV protection properties of cotton fabrics.
UV Protection
Sifat anti UV dari katun tekstil muncul dengan adanya lapisan TiO2 dan SiO2
pada katun, sehingga ketika sinar UV menyinari kain sinar akan diserap oleh
fotokatalis sehingga dapat melindungi kulit dari sinar UV.

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

57. (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 UV-
irradiation.
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.
Self-Cleaning

58. Schematic illustration of preparation of hydrophobic surfaces on cotton fabric.
Sifat Hidrofobik
Sifat hidrofobik dari katun tekstil
muncul dikarena gugus hidrofob dari
asam stearat yang melapisi katun
tekstil.

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

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

61. 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, TiO2 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.