NANOTEKNOLOGI DAN PEMANFAATANNYA PDF

Preview

Summary

NANOTEKNOLOGI DAN PEMANFAATANNYA Arum Silvia Anggraeni1* dan Amrizal1 1 Program Studi Teknik Kimia Universitas Jambi *Corresponding author, email: [email protected] ABSTRACT With the development of new technologies, nanotechnology has emerged in the last decades of the 20th century. This new te...

Description

Accelerat ing t he world's research.

NANOTEKNOLOGI DAN PEMANFAATANNYA Arum Silvia Nanoteknologi dan Pemanfaatannya

Cite this paper

Downloaded from Academia.edu 

Get the citation in MLA, APA, or Chicago styles

Related papers

Download a PDF Pack of t he best relat ed papers 

NANOTEKNOLOGI DAN PEMANFAATANNYA Arum Silvia Anggraeni1* dan Amrizal1 1

Program Studi Teknik Kimia Universitas Jambi *Corresponding author, email: [email protected]

ABSTRACT With the development of new technologies, nanotechnology has emerged in the last decades of the 20th century. This new technology enables the imaging, manipulation and simulation of matter at the atomic scale. The boundaries of nanotechnology research and development include a wide range of scientific and engineering activities aimed at better understanding and manufacturing of materials, devices and systems that can take advantage of the emerging properties of nanoscale substances. Research and applications in the field of nanotechnology have developed rapidly in the last decade. The latest technology has penetrated into various fields of life such as textiles, food, cosmetics, health, food packaging, and various other consumer products. The rapid development of nanotechnology is both a challenge and an opportunity for a country to enter the world market or become a target market. Examples of nanoparticle materials are zeolite, carbon, diamond, graphite, MOFs, and so on. Nanotechnology has provided many benefits in everyday life. These uses will be discussed in this paper. Keys: nanotechnology, research, application,

ABSTRAK Dengan perkembangan teknologi baru, nanoteknologi telah muncul dalam dekade terakhir abad 20. Teknologi baru ini memungkinkan pencitraan, manipulasi dan simulasi materi pada skala atom. Batasan penelitian dan pengembangan nanoteknologi mencakup berbagai kegiatan ilmiah dan teknik yang bertujuan untuk pemahaman yang lebih baik dan bahan manufaktur, perangkat dan sistem yang dapat memanfaatkan sifat yang muncul dari zat skala nano. Penelitian dan aplikasi di bidang nanoteknologi telah berkembang pesat dalam satu dekade terakhir. Teknologi terkini telah merambah ke berbagai bidang kehidupan seperti tekstil, makanan, kosmetik, kesehatan, kemasan makanan, dan berbagai produk konsumen lainnya. Pesatnya perkembangan nanoteknologi merupakan tantangan sekaligus peluang bagi suatu negara untuk memasuki pasar dunia atau menjadi target pasar. Contoh dari material nanopartikel adalah zeolit, karbon, intan, grafit, MOFs, dan sebagainya. Nanoteknologi telah memberikan banyak manfaat dalam kehidupan sehari-hari. Pemanfaatan tersebut akan dibahas dalam makalah ini. Kata Kunci : Nanoteknologi, penelitian, aplikasi.

I.

PENDAHULUAN

Penggunaan nanoteknologi di dunia industri akan meningkat pesat antara tahun 2010 dan 2020, yang menunjukkan bahwa dunia saat ini sedang menuju revolusi nanoteknologi. Negara-negara seperti Amerika Serikat, Jepang, Australia, Kanada dan negara-negara Eropa, serta beberapa negara Asia seperti Singapura, China dan Korea, secara aktif mengembangkan cabang teknologi baru yang dikenal dengan nanoteknologi. Negara yang gagal menguasai nanoteknologi akan semakin tertinggal dengan negara lain dan hanya akan menjadi tempat untuk memasarkan produk negara penghasil nanoteknologi (Aloisius, 2017). Penelitian dan aplikasi di bidang nanoteknologi telah berkembang pesat dalam satu dekade terakhir. Teknologi terkini telah merambah ke berbagai bidang kehidupan seperti tekstil, makanan, kosmetik, kesehatan, kemasan makanan, dan berbagai produk konsumen lainnya. Pesatnya perkembangan nanoteknologi merupakan tantangan sekaligus peluang bagi suatu negara untuk memasuki pasar dunia atau menjadi target pasar (Ening, 2016). Ruang lingkup nanoteknologi adalah nanopartikel. Nanopartikel merupakan material berskala nano dengan ukuran 1-100 nanometer. Partikel nano dapat terjadi secara alami atau melalui proses sintetik manusia. Tujuan dari sintesis partikel nano adalah untuk mengubah ukuran partikel kurang dari 100 nm. Dan pada saat bersamaan mengubah sifat atau fungsinya. Studi tentang nanopartikel menarik karena nanopartikel dapat memiliki sifat atau fungsi yang berbeda dari bahan serupa yang berukuran besar (Aloisius, 2017).

Arum Silvia Anggraeni1, Nanoteknologi dan Pemanfaatannya

1

Sifat-sifat yang berubah pada nanopartikel biasanya terkait dengan beberapa hal, pertama adalah fenomena kuantum, yang disebabkan oleh terbatasnya ruang elektron dan pembawa muatan lain pada partikel tersebut. Keadaan ini akan mempengaruhi berbagai sifat material, seperti warna yang dipancarkan, transparansi, kekuatan mekanik, konduktivitas listrik dan perubahan magnetisasi. Yang kedua adalah perubahan rasio jumlah atom yang menempati permukaan terhadap jumlah total atom. Keadaan ini mempengaruhi titik didih, titik beku dan reaktivitas kimiawi partikel. Dibandingkan dengan partikel besar yang serupa, perubahan ini merupakan keuntungan dari partikel nano. Seiring dengan berkurangnya ukuran material, ada dua faktor yang membuat sifat material nano berbeda dengan material berukuran lain, yaitu: peningkatan luas permukaan dan efek kuantum (Aloisius, 2017). Nanoteknologi memberikan banyak manfaat untuk berbagai bidang. Dalam makalah ini akan dibahas pemanfaatan nanoteknologi dengan judul makalah “Nanoteknologi dan Penerapannya”

II.

PEMBAHASAN

2.1.

Sintesis Nanopartikel

Sintesis nanopartikel dapat dilakukan pada fase padat, cair atau gas. Proses sintesis dapat bersifat fisik atau kimiawi. Proses sintesis fisik tidak melibatkan reaksi kimia. Yang terjadi adalah pemecahan material besar menjadi material berukuran nano, atau penggabungan material yang sangat kecil, seperti cluster, menjadi partikel berukuran nanometer tanpa mengubah sifat material. Proses sintesis kimiawi melibatkan reaksi kimia dari banyak prekursor untuk menghasilkan bahan berukuran nanometer yang berbeda. Contohnya adalah pembentukan nanopartikel garam melalui reaksi asam dan basa yang sesuai. Pada dasarnya ada dua cara untuk mensintesis nanopartikel. Metode pertama adalah memecah partikel besar menjadi partikel berukuran nanometer. Pendekatan ini terkadang disebut sebagai pendekatan top-down. Metode kedua adalah memulai dengan atom atau molekul yang dirakit untuk membentuk partikel skala nano yang diinginkan. Pendekatan ini disebut bottom-up (Aloisius, 2017). Ada banyak teknik yang dapat digunakan untuk mensintesis berbagai jenis nanomaterial dapat berupa koloid, cluster, serbuk, tabung, batang, kabel, film dll. Ada beberapa teknik sintesis konvensional yang mengoptimalkan berbagai jenis material untuk mendapatkan nanomaterial baru dan beberapa nanomaterial baru, Berbagai teknologi fisik, kimia, biologi dan hibrida dapat digunakan Nanomaterial sintetis (Sulabha, 2013). 2.2.

Zeolit

Zeolit bersifat nanopori.Terdiri dari unit tetrahedral AlO4 dan SiO4 yang dihubungkan oleh atom oksigen. Menjembatani kation 2-3. Pergantian sebagian Si dengan Al atau logam lain. Kerangka silikat akan membawa muatan negatif ke kerangka yaitu diimbangi dengan kation dalam struktur pori 3 . Muatan negatif kerangka biasanya dikompensasi oleh proton, kation logam (biasanya alkali), dan alkali tanah) atau NH4 +. Sekitar 40 jenis zeolit alam telah diketahui, dan lebih dari 200 struktur zeolit baru telah disintesis dalam 4-5 kali. Secara umum, dalam hal ukuran pori, zeolit dapat dibagi menjadi lima kategori: cincin beranggota 8, 10, dan 12 (berdasarkan jumlah kation tetrahedral), sistem berpori ganda dan mesopori (Nazarudin, 2014). Zeolit terdiri dari dua unit bangunan: bangunan pertama dan bangunan kedua. Satuan bangunan utama (PBU) terdiri dari tetrahedral SiO4 atau AlO4 (di pusat tetrahedron), atom Si atau Al (atom T) yang terikat dengan 4 atom oksigen. Unit bangunan sekunder (SBU) dapat dibangun untuk menjembatani atom oksigen gabungan dari dua atom T, yang disebut jembatan oksigen. Konsep SBU dikembangkan oleh Meier dan Smith (Nazarudin, 2014).

Arum Silvia Anggraeni1, Nanoteknologi dan Pemanfaatannya

2

Gambar 1. (a) Struktur tetrahedral SiO4 4- anion (b) Representasi SiO4 4Sumber : Nazarudin (2014)

Situs asam Bronsted dalam zeolit adalah hasil dari substitusi isostruktural Si4+ oleh kation logam trivalen (biasanya Al3+). Hal ini menciptakan muatan negatif dalam kisi kristal, yang dihilangkan oleh proton. Proton terhubung ke atom oksigen yang terhubung ke silikon dan atom aluminium yang berdekatan.Hasil proton adalah menjembatani gugus hidroksil, dan gugus hidroksil adalah situs asam Bronsted. Pertama kali diusulkan bahwa proton dihubungkan ke atom oksigen tertentu, bukan ke bagian lain (Nazarudin, 2014). Pemanfaatan Zeolit: 1.

Catalytic Cracking Methyl Ester dari Minyak Jelantah dengan Ni-Ion-Exchanged Katalis ZSM-5 Penelitian yang dilakukan Oki Alfrenando dkk (2019), bertujuan untuk mensintesis dan mengkarakterisasi katalis Ni-ZSM-5 yang diperoleh dengan pertukaran ion untuk pemecahan katalitik minyak nabati bekas. Pertukaran ion ZSM-5 menggunakan tiga konsentrasi logam nikel (1%, 2% dan 3%). Kemudian katalis nikel digunakan untuk perengkahan katalitik pada tiga temperatur (450 ° C, 500 ° C dan 550 ° C). Analisis difraksi sinar-X dan scanning electron microscopy (SEM) menunjukkan bahwa katalis tersebut berupa agregat. Spektrometri sinar-X dispersif energi-SEM menunjukkan bahwa Ni berhasil diadsorpsi oleh katalis. Hasil analisis bobot produk perengkahan katalitik menunjukkan bahwa fraksi minyak tertinggi dapat diperoleh pada suhu 450 ° C dengan menggunakan katalis Ni 1%. Rantai terbesar yang diperoleh dengan katalis ini adalah diesel (C13-C19), dan total luas puncak / komponen kromatogram adalah 92,96%.

Gambar 2. SEM ZSM-5 Sumber : Oki Alfernando dkk (2019)

2.

Konversi Crude Palm Oil (Cpo) Menjadi Biofuel Dengan Perengkahan Katalitik Menggunakan Katalis Cr-Zeolit Alam Penelitian yang dilakukan oleh Nazarudin dengan katalis yang digunakan adalah katalis Crzeolit alam (Wonosari zeolit) yang telah dilakukan karakterisasi. Perengkahan dilakukan dalam kondisi tertentu. Analisis Inframerah (IR) Analisis GC-MS dilakukan pada sampel CPO. Hasil analisis GC-MS menunjukkan bahwa sampel CPO terdiri dari asam Lemak C12 (1,65%), C14 (1,9%), C16 (39,45%), C18: 1 (52,83%), C18 (4,17%). Analisis hasil cracking pada GC-MS menunjukkan terbentuknya biofuel. Puncak pada 17,025 menit menunjukkan heksadekana (C14), puncak pada 26,97 Menit berarti oktadekana (C18). 3.

Komparasi Response Perengkahan Katalitik Antara Penggunaan Katalis Ni-Zeolit Alam Dengan CrZeolit Alam Pada Konversi Vacum Gas Oil (VGO) Menjadi Gas

Arum Silvia Anggraeni1, Nanoteknologi dan Pemanfaatannya

3

Penelitian yang dilakukan oleh Nazarudin dkk, pembuatan katalis Cr-zeolit alam dan Ni-zeolit alam dilakukan dengan memodifikasi zeolit alam dengan memasukan logam Cr dan Ni melalui metode pertukaran ion. Menggunakan metode permukaan respons model orde dua untuk menganalisis data hasil secara statistik. Sebuah model matematika untuk produksi perengkahan menggunakan katalis Cr-zeolit alam dan Ni-zeolit alam dan prediksi variabel dan konversi terbaik untuk konversi produk. Penggunaan katalis Cr-zeolit untuk mengubah VGO menjadi gas cracking lebih besar dari konversi VGO menjadi gas yang dipecahkan oleh katalis Ni-zeolit. 4.

Pirolisis Tandan Buah Kosong Menjadi Minyak Nabati Menggunakan Kombinasi ZSM-5 dan FCC Bekas Katalis Katalis ZSM-5 (SiO2 / Al2O3 = 20) disintesis menggunakan metode Nazarudin. Pretreatment katalis FCC bekas dari PT. Pertamina RU III diaktivasi menggunakan tungku pada suhu 550 ºC selama 5 jam. Perbandingan berat kombinasi katalis ZSM-5 dan katalis FCC bekas adalah bervariasi. Berdasarkan penelitian yang dilakukan Arita, S dkk (2019), bio-oil yang dihasilkan dari kombinasi ZSM-5 dan katalis FCC bekas memiliki perbandingan berat 50:50 pada 500ºC dan perbandingan berat 20:80 pada 400ºC, menunjukkan dua selektivitas senyawa fenolik tertinggi. Luas puncak masing-masing adalah 59,85% dan 55. 63%, nilai kalor 26,94 MJ / kg dan 24,28 MJ / kg, kepadatan rata-rata keduanya adalah 1,03 g / cm3. 5.

Efek gabungan H-USY dan ZSM-5 Katalis Dalam Pemecahan Katalitik Limbah Minyak Goreng Untuk Menghasilkan Biofuel Berdasarkan penelitain yang dilakukan Arita, S (2020), tujuan dari penelitian ini adalah untuk mempelajari karakteristik biofuel yang dihasilkan melalui proses perengkahan katalitik menggunakan kombinasi katalis H-USY dan ZSM-5 dengan perbandingan massa 0,5: 0,5 (w / w). Pengaruh berbagai suhu operasi (400 ° C, 450 ° C, 500 ° C dan 550 ° C) dan waktu reaksi (30, 45 dan 60 menit) katalis campuran dipelajari dalam minyak nabati limbah yang telah diolah sebelumnya. Perbandingan kualitas minyak nabati yang digunakan dengan jumlah katalis yang digunakan adalah 40: 1 (w / w). Metode tersebut dilakukan di reaktor aliran dengan tekanan atmosfer (1atm) dan laju aliran udara 100cc / menit. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada dekomposisi katalitik minyak nabati bekas, kombinasi katalis yang paling efektif dilakukan pada suhu reaksi 450 ° C dan waktu reaksi 60 menit. Dalam kondisi optimal tersebut, persentase yield produk BBN cair adalah 49,35%, di antaranya produk bensin (C6C12), produk solar (C17-C20) dan minyak berat 15,9% (C20>).

2.3.

MOFs

Kerangka logam-organik (MOF) baru-baru ini muncul sebagai kategori baru dengan luas permukaan yang tinggi Bahan kristal nanopori, dengan keserbagunaan sintetik yang cukup, dapat digunakan untuk bahan rancangan. Kelompok penghubung organik yang menghubungkan kelompok ion logam, Keduanya dapat dimodifikasi agar sesuai dengan ukuran pori, topologi jaringan dan lingkungan kimia pori. Oleh karena itu, mereka mendapat perhatian besar dalam aplikasi seperti penyimpanan gas, pertukaran ion, dan analisis molekuler. Pemisahan dan katalisis heterogen. Beberapa MOF berpori telah mendapat perhatian karena kandungan adsorpsi karbon dioksida yang tinggi dan adsorpsi CH4 memberikan dasar untuk aplikasinya dalam pemurnian hidrogen (Lourdes 2016). MOF adalah padatan berpori yang dapat diatur secara molekuler dengan porositas permanen. Porositas ini ditentukan oleh pemilihan logam (unit bangunan sekunder) dan linker organik dari total sensor NOx berdasarkan filter zeolit dan sensor YSZ pada perbedaan menunjukkan tanggapan yang setara untuk NO dan NO2 Dari S P Mondal et al Se dalam struktur kristal. Seperti halnya dengan zeolit, kontrol dimensi pori ukuran molekul yang mungkin masuk ke pori-pori, yang menyediakan permukaan dan ruang untuk melakukan adsorpsi, pensinyalan atau katalisis. Ukuran pori MOF terletak pada mikropori dan rentang mesopori (diameter pori luar biasa dari 98 angstrom dilaporkan oleh Yaghi dan rekan kerja untuk materi IRMOF-74-XI9-11). Kemungkinan MOF bisa diperpanjang dengan menambahkan fungsi baru melalui reaksi kimia pada reaktif bagian dari material (Blay, 2016).

Arum Silvia Anggraeni1, Nanoteknologi dan Pemanfaatannya

4

Gambar 3. MOFs Sumber : Blay (2016)

2.4.

Karbon

Penelitian nanoteknologi di bidang hasil hutan dapat dimanfaatkan dari lignoselulosa menjadi nanokarbon. Pengembangan nanokarbon sekarang sudah mengarah ke sifat karbon nanopori. Selain memiliki porositas yang tinggi dan lebar, permukaan yang besar juga memiliki konduktivitas yang tinggi. Beberapa bentuk karbon yang berbeda jenis dapat digunakan sebagai elektroda yang diantaranya adalah karbon aktif. Secara khusus, karbon aktif merupakan arang dengan elektron bebas aktif dengan kemurnian tinggi dan atom karbon aktif. Karbon aktif bekerja Sangat penting dalam pembuatan superkapasitor . Kapasitor Lapisan Ganda Elektrokimia (EDLC) adalah teknologi penyimpanan energi Potensi (dengan kepadatan daya tinggi dan kualitas tinggi, penggunaan jangka panjang) karena karbon aktif memiliki luas tertentu, konduktivitas baik, murah dan ramah lingkungan (Gustan dkk, 2015).

Gambar 4. Struktur Karbon di dalam Intan Sumber : Sabri E. (1968)

Pemanfaatan Karbon : 1.

Aktivasi, Karakterisasi Arang Dari Ketel Uap Ptpn Vi Sungai Bahar Jambi Dan Uji Aktiviatasnya Pada Perengkahan Cpo Menjadi Bensin Pada penelitian yang dilakukan Nazarudin dkk. Karakterisasi karbon adalah: keasaman, luas permukaan dan jari-jari pori. Menguji aktivitas karbon aktif sebagai katalis dalam perengkahan CPO. Karakterisasi katalis Cr-karbon adalah: menentukan kandungan Cr dalam katalis Cr-karbon, kandungan logam pengotor K, Na, keasaman katalis, luas permukaan, dan volume pori total. Ini juga mengacu pada pori-pori rata-rata. Hasil karakterisasi arang meliputi luas permukaan sebesar 55,289 m2 /g, jejari ratarata sebesar 11,067 A, Volume pori total sebesar 30,595.10-3 cc/gr, Keasaman sebesar 0,124 mmol/gr, dan hasil karakterisasi karbon aktif dengan luas permukaan: 94, 183 m2 /g, jejari rata-rata sebesar 9,425

Arum Silvia Anggraeni1, Nanoteknologi dan Pemanfaatannya

5

A,Volume pori total sebesar 44,382 cc/gr, Keasaman sebesar 0,587 mmol/gr. Hasil GC-MS menunjukkan hasil perengkahan berupa kategori bensin. Konversi bensin yang dihasilkan adalah 24,3 %. Dapat dilihat bahwa aramg dapat dijadikan sebagai katalis perengkahan CPO menjadi bensin (Nazarudin). Perengkahan Katalitik Minyak Jelantah menggunakan Cr-charcoal ionexchanged catalyst Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Nazarudin (2019), aang dibuat dari limbah padat kasar (cangkang) dari industri kelapa sawit. Tiga konsentrasi kromium yang berbeda (1, 2 dan 3%) digunakan dalam proses pertukaran ion arang Cr untuk menghasilkan katalis. Katalis digunakan untuk mengkatalisis dekomposisi minyak nabati bekas pada tiga tingkat temperatur (450, 500 dan 550 oC). Analisis difraksi sinar-X (XRD) dan pemindaian mikroskop elektron (SEM) digunakan untuk mengkarakterisasi katalis. Analisis spektroskopi sinar-X dispersif energi SEM (EDX) menunjukkan bahwa Cr telah berhasil teradsorpsi ke dalam katalis. Dengan menggunakan katalis arang Cr yang disintesis dari larutan Cr 1%, fraksi minyak tertinggi dapat diperoleh dengan perengkahan katalitik minyak nabati bekas pada suhu 450oC.

2.

3.

Pengaruh Penambahan Logam Alkali ( K, Li, Na) Dalam Katalis Cr-Arang Terhadap Konversi Perengkahan Katalitik Crude Palm Oil (CPO) Menjadi Bensin Berdasarkan penelitian yang dilakuakn oleh Abu Bakar dkk (2014), katalis Cr-arang yang telah ditambahkan logam alkalis dapat digunakan untuk perengkahan CPO. Karakterisasi katalis Cr-karbon meliputi: penentuan kandungan kromium pada katalis kromium-karbon, kandungan logam pengotor (K, Li, Na), keasaman katalis, luas permukaan katalis dan radius pori. Kadar logam diukur dengan spektrometri serapan atom, fotometri nyala diukur dengan metode serapan cahaya, keasaman diukur dengan metode serapan basa amonia, dan luas permukaan serta jari-jari pori diukur dengan metode serapan gas.

KESIMPULAN Ruang lingkup nanoteknologi adalah nanopartikel. Nanopartikel merupakan material berskala nano dengan ukuran 1-100 nanometer. Partikel nano dapat terjadi secara alami atau melalui proses sintetik manusia. Tujuan dari sintesis partikel nano adalah untuk mengubah ukuran partikel kurang dari 100 nm. Nanopartikel telah banyak dimanfaatkan untuk berbagai macam bidang kehidupan.

REFERENSI Alfernando, O., Sarip, R., Anggraini, T., dan Nazarudin. 2019. Catalytic Cracking of Methyl Ester from Used Cooking Oil with Ni-Ion-Exchanged ZSM-5 Catalyst. Makara Journal of Science. 23(4) : 169-171. Ariningsih, E. 2017. Prospek Penerapan Teknologi Nano Dalam Pertanian Dan Pengolahan Pangan Di Indonesia. Forum Penelitian Agro Ekonomi. 34(1) : 2. Arita, S., Nazarudin., Rahmiyati, L., Komariah, L., dan Alfernando, O. 2019. Pyrolysis of Empty Fruit Bunches to Bio-Oil Using Combination of ZSM-5 and Spent FCC Catalysts. Proceedings of the 5th International Symposium on Current Progress in Mathematics and Sciences. 1-3. Arita, S., Nazarudin., Rosmawati, R., Komari...