Metoda pembuatan Nano partikel Perak

Nanoteknologi          

Nano adalah satuan panjang sebesar sepertriliun meter (1 nm=10^-9m). Ukuran tersebut 1000x lebih kecil dari diameter rambut manusia (80 1^1/4m). Bahan nano merupakan jembatan antara molekul dan bahan berukuran mikrometer dengan menggunakan skala nanometer, atau sepersemilyar meter, merupakan teknologi berbasis pengelolaan materi berukuran nano atau satu per miliar meter, dan merupakan lompatan teknologi untuk mengubah dunia materi menjadi jauh lebih berharga dari sebelumnya. Ukurannya yang teramat kecil dan mempunyai jumlah luas permukaan yang besar adalah suatu ciri yang unik sehingga ia memiliki sifat toksik akibat dari permukaan yang besar dan berkait rapat. Kajian mendapati kesan toksik yang lebih tinggi bagi partikel nano dibandingkan bagi bahan yang sama pada ukuran yang lebih besar. Perkembangan nanoteknologi dapat meningkatkan nilai tambah pada serat tekstil.

Nanosilver

Nano silver merupakan salah satu produk berbasis nanoteknologi.. Nano silver bersifat anti bakteri dan anti virus akan sangat membantu dalam hal mengatasi berbagai masalah yang bisa ditimbulkan oleh bakteri dan virus. Nano silver ini dalam bentuk colloid Dalam aplikasinya dapat digunakan pada tekstil dengan fungsi khusus, salah satunya adalah sifat antimikroba, untuk menghasilkan produk antimikroba ini dapat dilakukan melalui rekayasa partikel seperti perak dengan ukuran antara 1 hingga 100 nanometer. Perak merupakan logam yang umum digunakan, karena sifat toksiknya rendah terhadap kulit manusia.

Tujuan ion silver dibuat nano karena virus, bakteri dan pathogen adalah partikel yang paling kecil yang hidup dalam organisme biologi. Agar perak dapat bekerja efektif, maka ukuran perak harus lebih kecil dari pada virus, bakteri maupun pathogen lainnya.

Pada prinsipnya cara kerja/degradasi bakteri maupun virus oleh ion silver adalah partikel perak akan merusak dan menembus dinding sel bakteri, kemudian akan masuk kedalam gugus tiol bakteri dan berikatan dengan gugus sulfidril pada bakteri sehingga akan mencegah produksi enzyme pada bakteri. Selanjutnya partikel perak akan menghambat pertumbuhan DNA dan akhirnya bakteri mati.  

Ion perak bersifat netral didalam air, tahan asam, garam dan berbasa lemah. Stabilitas yang baik terhadap panas dan cahaya. Memiliki daya anti bakteri yang tahan lama. Semakin kecil ukuran partikel, pengaruh gaya gravitasi semakin dapat diabaikan. Sedangkan peningkatan muatan dan kimia permukaan memungkinkan adanya gaya tolak menolak antar partikel sehingga partikel dapat terdispersi dalam air.

Metode pembuatan Nanopartikel Perak

Banyak metoda yang banyak digunakan untuk memproduksi nano partikel, seperti metoda reduksi kimia, fotokimia, sonokimia dan aerosol.

1.    Metoda Reduksi Kimia

            Pada metode ini digunakan proses reaksi reduksi pada garam-garam perak seperti perak nitrat, perak sulfat, perak perflorat, dan garam-garam yang mengandung perak lainnya. Metode ini sering digunakan karena alasan kemudahan dan biaya yang relative murah.

1.1 Zat yang digunakan       

Zat-zat lain yang digunakan untuk pembuatan nano partikel perak yaitu stabilisator, zat pengikat, zat pereduksi, aquades, dan katalis untuk mempercepat reaksi.

            Stabilisator dari zat aktif permukaan termasuk zap anionic, zap kationik, zap amfoter, dan nonionic. Stabilisator berfungsi untuk mencegah agregasi dari partikel nano dengan cara membuat lapisan pelindung antara partikel untuk mempersulit pergerakan atom. Penelitian yang telah dilakuakn zat-zat yang sering digunakan sebagai stabilisator pada partikel nano ini adalah sodium deodesil sulfat (SDS), polifinil pirolidon(PVP), polivinil alcohol (PVA), namun zat yang sering digunakan adalah PVP.

             Zat pereduksi digunakan untuk mereduksi yang ada pada garam logam menjadi atom, zat –zat pereduksi yang biasa digunakan ialah, natrium borohibrida (NaBH₄), hidrazin (N₂H₄), formaldehd (HCHO), glukosa (C₆H₁₂O₆.H₂O), trisodium sitrat (2Na.C₆H₅O₇.1H₂O), dan lain-lain. Perbandingan garam perak dengan zat pereduksi yang digunakan yaitu 1:8.

            Zat yang paling sering digunakan yaitu glukosa, karena glukosa merupakan zat reduktor lemah. Katalis digunakan untuk mempercepat reaksi. Zat pereduksi akan bekerja pada suasana alkali. dengan kata lain, penambahan alkali dapat  menyelesaikan reaksi dalam waktu jangka pendek. Senyawa yang digunakan umumnya mengandung ion hidroksida (OH) , contoh nya seperti NaOH.

            Selanjutnya zat yang digunakan yaitu zat pengikat. Fungsi dari zat ini untuk mengatur konsentrasi ion logam bebas dalam larutan. Seperti halnya stablisator zat ini berfungsi mencegah pembentukan agregasi, sehingga ukran partikel dapat diatur. Zat yang biasa digunakan yaitu urea (CO(NH₂)₂) karena alasan kemudahan dan biayanya relative murah^[3].

1.2    Tahapan proses

Garam perak dialirkan menggunakan mikrofluida dengan kecepatan aliran antara 3 – 10 ml/menit, sedangkan kecepatan alir zat pereduksi sekitar 1 ml/menit pada suhu 0^oC. Selanjutnya zat stabilisator dimasukkan dan diaduk pada suhu 10 – 60^oC. nanopartikel yang terbentuk pada proses ini akan stabil dalam larutan.

Mekanisme reaksi pembuatan nanopartikel perak dari AgNO3 dengan reduktor trisodium sitrat^[2]:

 4Ag⁺ + C₆H₅O₇Na₃ + 2H₂O    ---->     4Ag⁰ + C₆H₅O₇H₃ + 3Na⁺ + H⁺ + O₂   

1.3 Kekurangan dan Kelebihan

Adapun kekurangan dan kelebihan dari metoda reduksi kimia adalah sebagai berikut:

a.    Kelebihan:

1.    Mudah dilakukan

2.    Biaya murah

3.    Peralatan sederhana

4.    Cocok digunakan untuk skala kecil

5.    Partikel yang dihasilkan lebih besar dari 40 nm

b.    Kekurangan:

1.    Distribusi partikel sulit untuk dikendalikan

2.    Membutuhkan banyak zat kimia

3.    Polusi cukup tinggi

2.    Metoda Foto Kimia

2.1 Fotokatalis

Pembuatan nanopartikel perak dengan menggunakan metoda ini didasari oleh transformasi kimiawi perak klorida pada permukaan kain menjadi logam perak dengan bantuan radiasi tinggi dari sinar UV.

Fotokatalisis (menurut IUPAC) suatu reaksi katalitik yangg melibatkan absorpsi cahaya oleh katalis atau substrat tertentu. Dapat juga didefinisikan sbg suatu proses kombinasi antara fotokimia dan katalis, yaitu suatu proses transfor-masi kimiawi dg melibatkan cahaya sebagai pemicu dan katalis sebagai pemercepat proses transformasi tsb (Serpone, 2002)

2.2 Tahapan Proses

Kain di benam-peras pada larutan yang mengandung perak nitrat, lalu dikeringkan pada suhu 60^oC. kemudian benam-peras (80%) kembali pada larutan NaCl dan keringkan kembali. Konsentrasi NaCl pada bak larutan harus diperhitungkan sesuai dengan stoikiometri agar dapat merubah Perak Nitrat menjadi Perak Klorida.

Selanjutnya kain diradiasi dengan kekuatan tinggi selama 24 detik dengan menggunakan radiator UV HF4 – CENARO dengan lampu 2850 W. Dengan radiasi tinggi tersebut dapat menurunkan muatan positif ion logam dan membentuk nanopartikel perak. Hasil dari cara ini bisa mendapatkan perak dengan ukuran 5-30 nm^[6].

2.3 Kelebihan dan Kekurangan metoda Fotokimia

a. Kelebihan dari metoda ini adalah :

1.  prosesnya cepat dan bisa langsung diaplikasikan pada kain sehingga dapat lebih menghemat waktu dan biaya produksi.

2. Jika kita menghendaki pencelupan warna abu-abu, maka kita dapat mengeliminasi pencelupan tersebut.

3.    Dapat dilakukan dengan metoda kontinyu

4.    Ketahanan cuci baik.

b.    Kelemahan dari metoda ini yaitu:

1.    Kain yang telah dicelup akan mengalami perbedaan warna menjadi kearah abu, dimana semakin tinggi konsentrasi perak, perbedaan warna akan semakin tinggi, untuk konsentrasi perak 1% perbedaan warnanya mencapai 47,747. Warna kain menjadi semakin gelap (-L*). Untuk mengantisipasi hal itu, pada proses pencelupan sebaiknya diberi warna hitam agar perbedaan warna tidak terlalu jauh,  walaupun hasilnya masih memberikan nilai beda warna sebesar 2,8%.

2.     distribusi partikel nano masih besar, yaitu sekitar 77.7 nm – 824,6 nm.

3.    Metoda Sonokimia

3.1 Proses Sonokimia

Sonokimia adalah aplikasi ultasonik untuk reaksi dan proses kimiawi.  Sonokimia umumnya ditunjukan dalam medium cair. Suara ultra sonic yang digunakan sebesar 20 KHz – 1MHz. Suara ultrasonik yang menjalar didalam medium cair sehingga membentuk gelembung atau rongga (cavity) mikroskopik dengan sangat cepat dan  dapat memisahkan ikatan Van der Waals, membutuhkan tenaga 10⁵W/cm², dilain pihak pada kekuatan 0,3W/cm² air akan membentuk hydrogen peroksida. Selanjutnya gelembung tersebut akan membesar karena ada difusi dari perak. Pada saat volume maksimum, gelembung-gelembung tersebut akan pecah dan akan meningkatkan temperature menjadi 5000K dengan tekanan 1000 atmosfer dan memiliki kecepatan pemanasan-pendinginan 10¹⁰ K/s.  Pada keadaan itu ikatan kimia silver akan terlepas menjadi nano partikel. Selama terjadinya gelembung-gelembung, kondisi fisika-kimia suatu reaksi bisa berubah drastis namun suhu medium yang teramati tetaplah dingin karena proses terbentuk dan pecahnya gelembung tadi terjadi dalam skala mikroskopik^[8].

3.2    Metoda sonokimia dengan teknik radiasi pada kain

Saat ini banyak dilakukan penelitian metoda disperse sonokimia pada partikel logam oksida pada tekstil. Pada dasarnya metoda ini sama dengan pembuatan partikel nanoperak cara sonokimia standar, yaitu dengan menggunakan radiasi ultrasonic, namun pada metoda ini radiasi dilakukan simultan dengan proses coating pada kain.

Langkah pertama, siapkan larutan etanol-air, kemudian masukkan perak dioksida. Atur pH pada suasana alkali dengan menambahkan larutan ammonia sampai pH 8. Hilangkan sisa CO₂/udara dengan menggunakan argon selama 1 jam pada suhu 30^oC. Selanjutnya radiasi dengan ultrasonic intensitas tinggi sebesar 20 kHz dengan kekuatan 1,5 kW. Terakhir dilakukan pencucian untuk menghilangkan sisa-sisa ammonia kemudian keringkan dengan udara^[7].

3.3    Kekurangan dan Kelebihan

Adapun kekurangan dan kelebihan dari proses sonokimia adalah sebagai berikut:

a.    Kelebihan

1.    Distribusi ukuran nanaopartikel merata

2.    Ukuran nanopartikel dapat dikontrol

3.    Warna dan texture kain tidak berubah

4.    Pada saat proses radiasi, bakteri yang ada pada kain akan mati

b.    Kekurangan

1.    Proses radiasi lama minimum 1 jam

2.    Peralatan rumit

4.    Metoda Aerosol

Metoda lainnya yaitu metoda aerosol. Metoda ini akan mendispersikan partikel perak dalam gas, sehingga muatan pada ion perak akan lebih stabil didalamnya. Zat yang digunakan adalah eminopropiltrietoksilan, AgNO₃, air distilasi, dan etanol sebagai carier gas.

4.1 Tahapan Proses

Aminopropilmethoksilan, AgNO₃, Air deionisasi, dan ethanol dicampurkan. Kemudian dipanaskan sampai ethanol menguap sehingga membentuk suspense dalam gas. Pada saat pemanasan logam perak akan tereduksi oleh etanol membentuk struktur nano partikel dalam bentuk kerangka matrik silica.

Selanjutnya dilakukan penangkapan partikel, partikel collector di atur pada suhu 80^oC untuk menjaga partikel aerosol tetap kering dan mencegah aglomerasi. Komposit nanopartikel dapat terjaga sebagai carrier gas dan terkumpul dalam filter.^[10]

4.2 Kekurangan dan Kelebihan

Adapun kekurangan dan kelebihan dari metoda ini adalah sebagai berikut:

a.    Kelebihan:

1.    Biaya produksi rendah untuk skala produksi yang besar

2.    Molekul terdispersi secara monomolekuler

3.    Tahap penguapan dan reaksinya dapat dikontrol

4.    Prosesnya cepat dan fleksibel

5.    Tingkat polusi rendah

6.    Ukuran partikel dapat dikontrol dengan mudah

7.    Bubuk perak dapat terdispersi dalam air

b.    Kekurangan:

1.    Peralatan cukup rumit

2.    Tidak cocok untuk produksi skala kecil

Kesimpulan

Beberapa metode dalam pembuatan nano partikel perak telah banyak dikembangkan untuk mendapatkan hasil yang baik terhadap ukuran nanopartikel perak ini. Dalam metode pembuatannya dapat digunakan metode reduksi kimia, metode sonokimia, metode fotokimia, dan metode aerosol. Pada beberapa metode ini yang banyak digunakan karena kemudahan dan biayanya yaitu metoda reduksi.

PUSTAKA

1.      _____. Absorption ans swelling characteristics of silver (I) anti microbial wound dressings. Textile Research Journal vol.78.2008.

2.      Agus Haryono, Sri Budi Harmami. Aplikasi Nanopartikel Perak pada Serat Katun sebagai Produk Jadi Tekstil Antimikroba. Jurnal Kimia Indonesia. 2010.

3.      Chou et al.. high concentration Nano Scale Silver Colloidal Solution and Preparing Process Thereof. United States Patent Application Publication. 2008.

4.      Didenko et al.. Controlled Synthesis of Nanoparticles Using Continuous Liquid-flow Aerosol Method. United States Patent Application Publication. 2011.

5.      Durán, Nelson. Antibacterial Effect of Silver Nanoparticles Produced by Fungal Process on Textile Fabrics and Their Effluent Treatment. Journal of Biomedical Nanotechnology, vol 3. 2007.

6.      Filipowska, Barbara, et.al.. New Method For The Antibacterial And Antifungal Modification Of Silver Finished Textiles. Fibres and Textile in Eastern Europe, vol 19. 2011.

7.      Gedanken et al.. Sonochemical Coating of Textiles with Metal Oxide Nanoparticles for Antimicrobial Fabrics. United States Patent Application Publication. 2011.

8.      Gedanken, Aharon. Sonochemistry and Its Aplication to Nanochemistry. Current Science, vol 85. 2003.

9.      Hussain et al.. Novel Method of Manufacturing of Silver Oxide Nano Particles. United States Patent Application Publication. 2009.

10.  Jiang et al.. Aerosol Method for Nano Silver-Silica Composite Anti-Microbial Agent. United States Patent Application Publication. 2009.

11.  Johnson. Apparatus for Producing Nano-Particles of Silver. United States Patent Application Publication. 2008.

12.  Matsunami et.al.. Nano-particles and Process for Producing Nano-particles. United States Patent Application Publication. 2007.

13.  Sastry, et al. Process for The preparation of Silver Nanoparticle. United States Patent Application Publication. 2011.

14.  Sounderya, Nagarajan, et al. Use of Core/Shell Structured Nanoparticles for Biomedical Aplication. Biomedical Engineering, vol 1. 2008.

15.  Sudaryanto, dkk. Pembuatan Nanopartikel Magnetik Berlapis Polimer Biodegradable dengan Metode Sonokimia. Jurnal Sains Materi Indonesia, vol 8. 2007.

16.  Tatang Wahyudi, Sinta Rismayani. Aplikasi Nanoteknologi Pada Bidang Tekstil. Arena tekstil vol.23 No.2. Balai Besar Tekstil. 2008.

17.  Yan, jixiong, et.al.. Nano Silver-Containganti Bacterial And Antifungal Granules And Methods For Preparing And Using The Same. United States Patent Application Publication. 2002.

18.  Ylitalo, et al.. Silver Ion Releasing Articles and Method of Manufacture. United States Patent Application Publication. 2010.