BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Emas merupakan salah satu logam mulia yang bernilai ekonomi tinggi dan memiliki banyak kegunaan. Sifatnya yang tahan korosi dan memiliki penampilan menarik membuat logam emas banyak digunakan dalam berbagai industri. Pemanfaatan emas di bidang industri elektronik adalah sebagai salah satu komponen elektronik yang dapat menghantarkan arus listrik tanpa hambatan (zero resistance). Komponen elektronik ini berupa PCB (Printed Circuit Board) yang pada bagian rangkaiannya terbuat dari emas. Perkembangan elektronik seperti telepon selular/telepon genggam, komputer, maupun TV dari tahun ke tahun semakin pesat mengakibatkan masa pakainya semakin singkat sehingga menghasilkan limbah elektronik yang meningkat pula (Gramatyka dkk., 2007). Limbah elektronik perlu didaur ulang untuk menjaga kesetimbangan lingkungan karena pada umumnya limbah ini tidak dapat didegradasi dalam waktu yang singkat. Daur ulang limbah elektronik untuk memperoleh kembali emas akan memberikan keuntungan secara ekonomi. Metode yang umum digunakan untuk memisahkan emas dilakukan dengan metode amalgamasi dan sianida (Lee, 1994). Metode amalgamasi menggunakan merkuri (Hg) sedangkan metode sianida menggunakan larutan natrium sianida yang sangat toksik. Oleh karena itu saat ini sudah mulai ditinggalkan dan mulai menggunakan metode yang tidak toksik dan ramah lingkungan. Saat ini, pemisahan menggunakan metode adsorpsi dan fotokatalisis lebih menarik perhatian para peneliti. Pemisahan emas menggunakan metode adsorpsi cukup efektif, namun emas yang dihasilkan masih dalam bentuk ion. Ion emas memerlukan proses reduksi untuk menjadi logam emas. Alternatif lain adalah metode fotokatalisis menggunakan fotokatalis dan bantuan cahaya. Metode fotokatalisis dilakukan dengan menggunakan fotokatalis berupa semikonduktor. Beberapa jenis semikonduktor yang dapat digunakan untuk proses fotokatalisis yaitu TiO 2, ZnO, CuO, GaP, dan WO 3 (Coronado dkk., 2013). 1

2 2 Titania (TiO 2 ) merupakan semikonduktor yang paling banyak digunakan karena memiliki stabilitas kimia yang baik, tidak beracun, relatif murah, luas permukaan yang besar, dan efisien dalam fotoinduksi elektron dan hole serta memiliki energi celah pita relatif besar yaitu 3,0-3,2 ev sehingga dapat berperan sebagai fotokatalis yang baik dengan adanya sinar UV (λ < 380 nm) (Huang dkk., 2011; Radoicic dkk., 2013). Wojnicki dkk. (2013) telah melaporkan TiO 2 mampu mereduksi [AuCl 4 ] - menjadi Au 0 dengan bantuan sinar UV dengan persentase reduksi sebesar 45%. TiO 2 memiliki keterbatasan bersifat responsif hanya terhadap sinar UV. Keterbatasan tersebut dapat diatasi dengan cara meningkatkan responsivitas TiO 2 terhadap sinar tampak melalui modifikasi struktur ataupun permukaan TiO 2. Modifikasi TiO 2 dapat dilakukan dengan cara penambahan dopan logam, non-logam maupun sensitiser (Mital dan Manoj, 2011). Beberapa sensitiser yang telah dilaporkan dapat meningkatkan responsivitas fotokatalis terhadap cahaya tampak seperti polipirol, politiopen dan polianilin (Li dkk., 2014; Shoubin dkk., 2011; dan Olad dkk., 2012). Dari ketiga polimer tersebut, polianilin merupakan polimer yang sering digunakan karena lebih mudah untuk disintesis, konduktivitasnya tinggi, tidak larut dalam air, tidak beracun dan ramah lingkungan (Radoicic dkk., 2013). Penelitian TiO 2 menggunakan sensitiser polianilin (PANI) dengan berbagai metode telah dilaporkan. Liao dkk. (2011) telah berhasil mensintesis nanokomposit M-TiO 2 - PANI (M = Mesopori) menggunakan metode hidrotermal untuk fotodegradasi rodamin B dan 4-klorofenol dengan bantuan sinar tampak. Olad dkk. (2012) telah mensintesis nanokomposit core-shell TiO 2 -PANI untuk fotodegradasi metil jingga menggunakan TiO 2 serbuk yang di permukaannya dilakukan preparasi polianilin secara in situ. Radoicic dkk. (2013) melaporkan bahwa terjadi peningkatan aktivitas fotokatalis hingga ke daerah sinar tampak dengan menggunakan sensitiser PANI yang ditambahkan secara in situ pada TiO 2. Zagorny dkk. (2014) berhasil mensintesis nanokomposit TiO 2 -PANI juga secara in situ dalam aplikasinya untuk fotodegradasi metilen biru. Masid dkk. (2015) menguji aktivitas fotokatalis nanokomposit TiO 2 -PANI pada daerah sinar UV dan sinar tampak dalam mendegradasi RB-4 dimana PANI disintesis secara in situ.berdasarkan

3 3 studi literatur tentang sintesis nanokomposit TiO 2 tersensitisasi PANI, maka penambahan sensitiser PANI secara in situ merupakan metode yang paling tepat dibandingkan metode hidrotermal. Metode hidrotermal menghasilkan komposit dengan ukuran partikel komposit yang cenderung berukuran mikro karena menggunakan prekursor PANI tanpa melalui proses polimerisasi sehingga dapat membentuk agregat di permukaan TiO 2, sedangkan secara in situ cenderung tidak membentuk agregat karena pembentukan PANI diawali dengan penambahan anilin pada permukaan TiO 2 dilanjutkan dengan proses polimerisasi menggunakan oksidator ammonium peroksodisulfat. Sejauh ini, penelitian tentang penggunaan sensitiser PANI untuk fotoreduksi ion Au(III) belum pernah dilaporkan. Oleh karena itu pada penelitian ini, TiO 2 termodifikasi polianilin digunakan untuk mereduksi ion Au(III). Polianilin juga dikenal sebagai pengumpul cahaya pada daerah sinar tampak dan menghasilkan banyak elektron dari transisi HOMO menuju LUMO kemudian ditransfer menuju pita konduksi (CB) TiO 2. Elektron tersebut kemudian digunakan untuk mereduksi ion-ion logam (Ansari dkk., 2011). Sensitiser PANI memiliki peranan penting dalam proses fotokatalisis di bawah sinar tampak karena PANI sebagai media dalam proses transfer elektron ketika terpapar sinar tampak. Tanpa penambahan PANI maka elektron tidak akan tersedia pada pita konduksi TiO 2. Struktur PANI yang dapat mengalami delokalisasi elektron, saat dikenai sinar tampak maka akan terjadi eksitasi elektron dari HOMO menuju LUMO (Zhang dkk., 2008). Hal tersebut yang menyebabkan PANI dapat berperan sebagai media dalam proses transfer elektron sehingga menghasilkan elektron pada pita konduksi TiO 2. Oleh karena itu, penelitian ini meninjau jumlah monomer PANI yaitu anilin dalam mensintesis material fotokatalis. Selain hanya aktif di daerah sinar UV, serbuk TiO 2 memiliki kelemahan karena sulit dipisahkan dari medium cair setelah digunakan dalam proses fotokatalisis. Oleh karena itu, serbuk TiO 2 perlu dimodifikasi lanjut. Salah satu modifikasi yang telah dilaporkan oleh Atsuya dan Mutsuo (1997) adalah memberikan sifat magnet pada TiO 2 yaitu dengan cara melapiskan TiO 2 pada bahan bersifat magnet seperti Fe 3 O 4. Pelapisan TiO 2 pada bahan bersifat magnet

4 4 ternyata mengakibatkan terjadinya photodissolution sehingga berpengaruh terhadap aktivitas fotokatalisis TiO 2 (Beydoun dkk., 2000). Untuk mengatasi masalah tersebut diperlukan barier antara Fe 3 O 4 dan TiO 2 seperti SiO 2. Penambahan SiO 2 dapat mencegah terjadinya photodissolution dan meningkatkan aktivitas fotokatalis (Alvarez dkk., 2010). Sintesis material fotokatalis TiO 2 yang dapat ditarik oleh magnet dan bersifat responsif terhadap sinar tampak yakni Fe 3 O 4 /SiO 2 /TiO 2 termodifikasi polianilin berukuran nanometer. Material berukuran nanometer memiliki sifat yang berbeda dengan material bulknya. Ukurannya yang sangat kecil maka memiliki luas permukaan yang lebih besar jika dibandingkan dengan material sejenis dalam ukuran bulk. Hal ini membuat material berukuran nanometer bersifat lebih reaktif. Sifat material yang lebih reaktif tersebut dapat meningkatkan aktivitas fotokatalis. Luas permukaan yang lebih besar mengakibatkan kontak antara material dengan reaktan menjadi lebih mudah sehingga memiliki aktivitas yang lebih baik (Fahlman, 2007). Reaktan dalam hal ini adalah [AuCl 4 ] - yang akan direduksi menjadi Au 0 dengan menggunakan nanokomposit Fe 3 O 4 /SiO 2 /TiO 2 -PANI. Oleh karena itu pada penelitian ini disintesis nanokomposit yang berukuran nanometer. Sintesis nanokomposit berukuran nanometer sangat dipengaruhi oleh seed atau partikel awal pembentukan nanokomposit tersebut. Partikel Fe 3 O 4 sebagai seed cenderung membentuk agregat yang mengakibatkan nanokomposit yang dihasilkan tidak berukuran nanometer (Huang dkk., 2011). Oleh karena itu, perlu ditambahkan suatu capping-agent untuk mencegah terjadinya proses aglomerasi. Farimani dkk. (2013) telah melaporkan bahwa Fe 3 O 4 dapat berukuran nanometer dengan menambahkan natrium sitrat sebagai capping-agent yang dapat mencegah terjadinya aglomerasi. Oleh karena itu, sintesis nanokomposit Fe 3 O 4 /SiO 2 /TiO 2 - PANI menggunakan seed Fe 3 O 4 yang telah ditambahkan capping-agent natrium sitrat. Sintesis material fotokatalis tersebut terdiri dari 3 tahap yaitu sintesis Fe 3 O 4, sintesis Fe 3 O 4 /SiO 2, sintesis Fe 3 O 4 /SiO 2 /TiO 2, dan sintesis Fe 3 O 4 /SiO 2 /TiO 2 -PANI. Pengaruh ph dan waktu kontak saat proses fotokatalisis

5 5 juga ditinjau dalam penelitian ini. Pengaruh ph terhadap aktivitas fotokatalis sangat dipengaruhi oleh interaksi yang terjadi antara material fotokatalis dan [AuCl 4 ] -. Material fotokatalis pada kondisi asam maupun basa menghasilkan spesies TiO 2 yang berbeda. Perbedaan spesies TiO 2 tersebut berpengaruh terhadap interaksi material fotokatalis dengan [AuCl 4 ] - (Hoffman dkk., 1995; Wojnicki dkk., 2013). Oleh karena itu dilakukan penentuan ph optimum untuk mereduksi [AuCl 4 ] - dengan menggunakan material fotokatalis. Selain itu, pengaruh waktu penyinaran juga sangat menentukan terjadinya proses fotokatalisis. Proses fotokatalisis ditentukan dari lamanya material fotokatalis terpapar sinar UV maupun sinar tampak. Hal ini dikarenakan material fotokatalis dalam mereduksi [AuCl 4 ] - memerlukan energi dari sinar tersebut agar terjadi proses eksitasi elektron pada PANI dan selanjutnya elektron tersebut akan menuju CB TiO 2. Elektron pada CB TiO 2 tersebut digunakan untuk mereduksi [AuCl 4 ] - menjadi Au 0. Berdasarkan pengaruh waktu penyinaran tersebut dapat diketahui aktivitas fotokatalis dari nanokomposit Fe 3 O 4 /SiO 2 /TiO 2 -PANI. I.2 Tujuan Penelitian a. Melakukan sintesis dan karakterisasi nanokomposit Fe 3 O 4 /SiO 2 /TiO 2 - PANI b. Mempelajari pengaruh jumlah sensitizer PANI dalam Fe 3 O 4 /SiO 2 /TiO 2 terhadap aktivitas fotokatalis nanokomposit Fe 3 O 4 /SiO 2 /TiO 2 -PANI c. Mempelajari pengaruh ph dan waktu terhadap aktivitas fotokatalis Fe 3 O 4 /SiO 2 /TiO 2 -PANI dalam mereduksi [AuCl 4 ] - I.3 Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan sumbangan terhadap perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi khususnya teknologi sintesis material fotokatalis magnetik yang responsif terhadap sinar tampak. Selain itu, penelitian ini juga diharapkan dapat memberikan informasi mengenai penanganan limbah yang mengandung emas seperti limbah elektronik menggunakan metode fotokatalisis.