mengubah sampah plastik menjadi carbon nanotubes

8/19/2019 Mengubah Sampah Plastik Menjadi Carbon Nanotubes

1/21

MAKALAH

FISIKA MATERIAL DAN DIVAIS NANO

“MENYULAP SAMPAH PLASTIK MENJADI CARBON NA NOTUBES (CNTS)

BERNILAI EKONOMI TINGGI”

OLEH:

NADYA AMALIA (20213042)

DOSEN PENGAJAR:

Dr. Eng. MIKRAJUDDIN ABDULLAH

PROGRAM MAGISTER FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

DESEMBER, 2013


2/21

Menyulap Sampah Plastik Menjadi Carbon Nanotubes (CNTs)

Bernilai Ekonomi Tinggi

Oleh:

Nadya Amalia (20213042)

I. Latar Belakang

Plastik telah menjadi bagian hidup manusia. Sifat istimewa yang dimiliki plastik

yakni, mudah dibentuk sesuai dengan kebutuhan; berbobot ringan sehingga bisa

menghemat energi dan biaya transportasi; tahan lama; aman digunakan sebagai

kemasan; dan yang lebih penting lagi adalah harganya yang murah, membuat pastik

menjadi primadona [1]. Plastik digunakan secara luas dalam berbagai bidang termasuk

termasuk diantaranya industri makanan, rumah tangga, mainan, olahraga, otomotif,

hingga peralatan elektronik dan medis. Demikian, jumlah sampah plastik menjadi terus

meningkat. Berdasarkan Statistik Persampahan Indonesia Tahun 2008 oleh Kementerian

dan Lingkungan Hidup Republik Indonesia (KNLH) [2], estimasi total timbunan

sampah plastik dari kota metropolitan/besar (26 kota) di Indonesia adalah sekitar 5,4

juta ton per tahun.

Untuk pemusnahan akhir sampah plastik, Indonesia masih mengandalkan

metode landfilling , yang sejatinya hanya dengan menumpuk dan menimbun sampah

plastik di area tertentu. Ada beberapa isu terkait landfilling , yakni pengurangan area

landfill yang tersedia apabila sampah plastik terus dibuang secara kontinu, dan plastik

memerlukan puluhan bahkan ratusan tahun untuk terurai secara alamiah [1]. Saat

terurai, partikel-partikel plastik akan mencemari tanah dan air tanah. Selain itu, sampah

plastik yang tidak terangkut ke landfill akan mengganggu jalur air yang teresap ke

dalam tanah, menurunkan kesuburan tanah karena plastik dapat menghalangi sirkulasi

udara di dalam tanah dan juga menghalangi ruang gerak makhluk bawah tanah yang

mampu meyuburkan tanah, dan tentu saja dapat menyebabkan banjir akibat tumpukan

plastik di sungai.

Pembakaran samah plastik juga tidak jarang dilakukan. Padahal, leachate , cairan

yang dihasilkan dari proses pembakaran plastik akan mampu mencemari tanah. Pada

proses pembakarannya, plastik mengeluarkan gas-gas berbahaya, sepeti SO x, NO x dan

dioxins, menghasilkan pembakaran tidak sempurna sehingga dapat menimbulkan


3/21

pencemaran udara [3]. Dengan demikian, sangat diperlukan metode yang efisien dan

ramah lingkungan untuk menangani sampah plastik guna menghindari lebih lanjut

permasalahan-permasalahan yang telah disebutkan sebelumnya.

II. Review mengenai Carbon Nanotubes (CNTs)

Unsur karbon telah dikenal sejak lama dalam kehidupan manusia seperti arang,

pensil yang digunakan untuk menulis dan sebagainya. Ternyata dengan mengubah

ukuran karbon menjadi lebih kecil (nanometer) akan menghasilkam material dengan

sifat unggul. Carbon nanotubes (CNT) merupakan material yang terbentuk dari ikatan

antaratom karbon, di mana 1 atom karbon berikatan dengan 3 atom karbon yang lain

[4]. Bentuk akhir dari ikatan tersebut adalah berupa silinder yang jari-jarinya dalam

orde nanometer (gambar 1).

Gambar 1. Ilustrasi CNT: single-walled carbon nanotube (SWNT) dan multi-walled carbon

nanotube (MWNT) [5]

Sejak ditemukan pertama kali oleh Sumio Iijima tahun 1991, penelitian ekstensif

terkait CNT terus berkembang pesat. Sifat-sifat menarik yang dimiliki CNT pada

dasarnya terbagi ke dalam 4 kategori: (i) sifat listrik: dapat bersifat sangat konduktif,

dan dapat disebut sebagai logam, 100 kali lebih konduktif dibandingkan tembaga. (ii)sifat mekanik: memiliki modulus elastik yang sangat besar dibanding material lain yang

pernah ada, sehingga sangat kuat (100 kali daripada baja). (iii) sifat termal: mempunyai

stabilitas termal dan konduktivitas termal yang tinggi. (iv) sifat optik: sifat optik CNT

meakin hilang jika ukurannya bertambah, dan (v) sifat kimia: bersifat inert secara kimia

ketika berinteraksi dengan grup fungsional kimia/biologi. [4]

Dengan sifat-sifat termal, elektrik mekanik dan strukturalnya yang khas, CNT

memberikan sejumlah besar potensi aplikasi dalam berbagai bidang. [4]


4/21

a. Bidang elektronika

Jika dibandingkan dengan material logam lainnya, CNT mampu membawa rapat

arus yang besar, yakni sekitar 10 9 hingga 10 10 A/cm 2 atau sekitar 1000 kali

kemampuan Cu. Selain itu, multi-wall carbon nanotube (MWCNT) yang tersusun

paralel juga dapat menurunkan resistansi keseluruhan suatu penghalang Schottky.

- Field Effect Transistor (FET)

- Piranti Penghasil Medan: CNT adalah salah satu penghasil medan listrik

terbaik yang pernah dikenal karena konduktivitas listrik serta aspek rasionya

yang tinggi. Ketajaman ujung CNT berimplikasi kepada kemampuan untuk

menghasilkan medan listrik yang besar meskipun pada tegangan rendah.

Aplikasi nyata CNT dalam emisi medan ini adalah sebagai penembak elektron pada SEM dan TEM generasi mendatang; Aplikasi CNT dalam field emission

display (FED) memiliki beberapa keunggulan dibandingkan LCD antara lain

kecepatan video yang lebih tinggi, range tempertaur yang lebih lebar serta

efiseiensi daya yang lebih tinggi; Aplikasi lain yang mungkin adalah sebagai

sumber elektron pada pengahasil sinar-X ukuran kecil serta penguat gelombang

mikro daya tinggi seperti klystron untuk base station .

- Sensor dan nanoprobe: CNT dapat digunakan dalam instrumen scanning probeseperti dalam STM dan ( Atomic Force Microscopy ) AFM. Keunggulan yang

dimiliki jika dibandingkan dengan ujung probe yang terbuat dari logam atau

silikin, yaitu diperolehnya tingkat resolusi yang lebih baik serta ujung probe

yang tidak mudah mengalami patah terhadap permukaan sampel karena

elastisitasnya yang tinggi; SWNT dapat digunkan sebagai sensor kimia dalam

ukuran kecil. Ketika dimasukkan dalam lingkungan yang mengandung NO 2,

NH3 ataupun O 2 resistansi listriknya mengalami perubahan.

b. Energi dan elektrokimia

Grafit dikenal sebgai material elektroda yang stabil, yang tidak tereduksi maupun

teroksidasi untuk suatu jangkauan potensial tertentu. Luas permukaaan yang besar

dan resistivitas yang rendah juga membuat CNT menjadi material yang menarik

untuk diaplikasi dalam bidang ini.

- Superkapasitor: CNT memiliki perluang untuk menggantikan karbon sebagai

elektroda pada superkapasitor mengingat CNT memiliki luas permukaan yang

besar dan dapat dikontrol. Keberadaan semua atom di permukaan dapat


5/21

menjadikan CNT sebagai material elektroda mutakhir. Keunggulan CNT

adalah resistivitasnya yang jauh lebih rendah yang dapat meningkatkan rapat

daya secara sangat signifikan.

- Penyimpanan Hidrogen: Hingga saat ini ada dua kemungkinan penyimpanan

hidrogen oleh CNT, yaitu melalui as phase adsorption dan chemisorption .

- Baterai Lithium: SWNT telah menunjukkan kapasitas yang tinggi, naik untuk

kasus reversible maupun irreversible sebagai elektroda.

- Material Elektroda pada Fuel Cell : Sejumlah sifat CNT seperti konduktivitas

termal yang baik dan luas permukaan yang besar menjadikan CNT sebagai

pendukung katalis elektroda yang baik di polymer electrolite membrane fuel

cell (PEMFC).c. Material dan Komposit

Aspek rasio yang besar dan konduktivitas yang tinggi menjadikan CNT sebagai

komposit yang hebat. Beberapa sifat mekanik dan strukturnya seperti elastisitas,

fleksibilitas, dan kekuatan tensil menjadikan CNT dapat diaplikasikan dalam aneka

bahan material.

- Komposit Konduktif

- Tameng Anti-Statik - Konduktor Transparan

- Bahan dan Serat Super Kuat: Dalam hal sifat mekanik, SWNT memiliki

modulus Young tertinggi, yaitu mencapai 1TPa jika dinormalisasi terhadap

diameternya

- Aplikasi Material Keramik: Material keramik yang diperkuat dengan CNT

memiliki kekuatan yang jauh lebih besar dibanding keramik biasa.

d. Bidang Lainnya

- Biomedis: Kemampuan dinding tepi CNT untuk berfungsionalissai (berubah

secara kimiawi) memberi peluang aplikasi biomedis seperti pada vascular stent

dan regenerasi neuron

- Optik: CNT menunjukan penyerapan cahaya yang non-linier. Dengan

demikian, penyerap saturasi cepat, limiter dan optical switch adalah mungkin

untuk diproduksi tanpa membutuhkan prosesing yang berlebihan terhadap

CNT.


6/21


7/21

Selanjutnya, makalah ini membahas dua jurnal terbaru, di mana keduanya

menjelaskan tentang penelitian untuk memanfaatkan sampah plastik sebagai bahan

mentah untuk mensintesis carbon nanotubes (CNTs). Secara prinsip, metode sintesis

CNTs pada kedua penelitian tersebut adalah sama, yakni chemical vapor deposition.

Perbedaan utama adalah pada jenis sampah plastik yang digunakan dan penggunaan

katalis serta template . Penelitian pertama menggunakan sampah plastik yang berasal

dari botol air kemasan komersial, sementara penelitian kedua menggunakan sampah

plastik yeng berasal dari kantong plastik komersial yang umumnya ditemukan di toko-

toko grosir. Penelitian pertama menggunakan katalis logam Fe namun tanpa

menggunakan template , sementara penelitian kedua tanpa menggunakan katalis namunmenggunakan template berupa nanoporous anodic alumina membranes (NAAMs).

a. Sistesis CNT dari Sampah Botol Plastik

Oh, et al. [3] telah melakukan penelitian untuk mensintesis vertically aligned

carbon nanotube (CNT) forest pada substrart menggunakan sampah plastik yang

berasal dari botol air minum kemasan komersial.

Detail PercobaanLapisan tipis Al 2O3 (10 nm) dideposit pada wafer Si melalui atomic layer

deposition diikuti dengan menguapkan Fe menggunakan berkas elektron ( e-beam

evaporation ) sehingga terbentuk lapisan Fe setebal 1 nm. Gambar 2 menunjukkan

skema e-beam evaporation , di mana teknik tersebut mempunyai beberapa kelebihan

utama yakni mampu mendeposit berbagai jenis material, mampu membentuk lebih dari

satu lapisan tanpa perlu melepaskan vakum dan ketebalan dari lapisan yang hendak

dideposit dapat dikontrol dengan mudah.


8/21

Gambar 2. Skema e-beam evaporation [7]

Wafer Si yang telah dilapis kemudian dipotong menjadi potongan persegi 1 cm 2

dan dimasukkan ke dalam tabung quartz bersama dengan potongan PET (0.2 g).

Diameter dan panjang dari tabung reaktor quartz yang digunakan adalah 2.5 dan 30 cm.

Reaktor tersebut kemudian ditempatkan pada 1.0 Torr di bawah 500 sccm aliran argon,

dan plasma terbentuk di reaktor tersebut selama microwave diiradiasikan. Selama

pembentukan plasma, temperatur dari substrat yang digunakan adalah sekitar 700°C,

sebagaimana yang terukur oleh termometer dual-laser IR. Daya dari microwave diset

pada 1000 W. Substrat Si yang telah dilapis dengan lapisan katalis kemudian

diposisikan pada area iradiasi microwave , dan katalis tereduksi selama eksposur dengan

500 sccm aliran hidrogen, seperti yang ditunjukkan gambar 3(b). Setelah mengalami

reduksi, reaksi berlangsung selama 2 menit, di mana selama itu tabung rektor quartz

digeser sehingga potongan PET dan substrat keduanya diposisikan pada area iradiasi

microwave secara bersamaan seperti yang ditunjukkan gambar 3(c). Setelah reaksi, dayamicrowave dimatikan dan sampel didinginkan pada temperatur ruangan.


9/21

Gambar 3. (a) Botol air minum kemasan komersial yang digunakan pada penelitian Oh, et al.

[3]. (b) Substrat diposisikan pada area iradiasi microwave dari reaktor selama pembentukan

plasma, sehingga permukaan katalis mengalami reduksi. (c) Reaktor digeser agar dekomposisi

PET dan pertumbuhan CNT forest pada substrat dapat berlangsung secara kontinu [3]

Hasil dan Pembahasan

Gambar 4(a) menunjukkan citra FE-SEM dari CNT forest yang berhasil

ditumbuhkan pada wafer Si menggunakan sistem iradiasi microwave , dan gambar 4(b)

menunjukkan magnifikasi dari area yang ditandai dengan persegi pada gambar 4(a).

Citra tersebut secara jelas menunjukkan bahwa ketinggian dari verticaly aligned CNT

forest adalah sekitas 5 μ m, dan CNTs secara seragam tersintesis pada wafer Si.

Kecepatan tumbuh dari CNT forest tersebut adalah sekitar 2.5 μ m min -1.

Gambar 4. (a) Citra FE-SEM pertumbuhan CNT forest dengann magnifiasi rendah pada substrat

Si menggunakan PET. (b) Perbesaran citra FE-SE dari CNTs pada area yang ditandai dengan


10/21

persegi pada (a). (c) Percobaan kontrol: sintesis yang identik tanpa reduksi dari katalis. (d)

Perbesaran citra dari area yang ditandai persegi pada (c) [3]

Kecepatan aliran optimum dari Ar/H 2 ditentukan dengan memonitoringketinggian CNTs pada substrat. Kecepatan aliran Ar dibuat tetap pada 500 sccm,

sementara itu kecepatan aliran H 2 divariasikan dari 0 hingga 1000 sccm. Ketinggian

optimum yang berhasil dicapai adalah sekitar 5 μ m yang yakni pada rasio Ar:H 2 = 1:1

seperti yang ditunjukkan pada gambar 4(a) dan 5(d). Tekanan parsial yang rendah dari

H2 secara relatif berimplikasi kepada pembentukan sumber karbon dalam jumlah yang

besar, yang menyebabkan deaktivasi yang cepat dari katalis yang digunakan untuk

penumbuhan CNT (gambar 3(a) dan (b)). Sebaliknya, tekanan parsial yang tinggi dariH2 (1000 sccm) menimbulkan pembentukan komponen arbon dalam jumlah yang

sedikit, mengurangi kecepatan penumbuhan CNT menjadi ∼ 700nm min -1 seperti yang

ditunjukkan oleh gambar 5(c).

Gambar 5. Citra FE-SEM dari pertumbuhan CNT forest ketika kecepatan aliran Ar diset tetap

pada 500 sccm dan kecpatan aliran H 2 adalah (a) 0, (b) 300 dan (c) 1000 sccm. (d) Hubungan

antara kecepatan aliran H 2 terhadap ketinggian CNTs [3]

Pada saat iradiasi microwave dinyalakan, terbentuk medan listrik di dalam

reaktor dan atom-atom Ar menjadi terpolarisasi listrik akibat medan listrik tersebut.


11/21

Berhubung daya microwave cukup untuk menghasilkan electrical breakdown , muncul

ionisasi berkelanjutan dari rentetan tumbukan antara elektron dengan atom-atom gas

tersebut untuk menghasilkan plasma (gambar 6(a)). Ketika microwave diiradiasikan

secara langsung kepada substrat yang dilapisi film tipis Fe, dihasilkan arus eddy pada

permukaan film tipis Fe.

Gambar 6. Mekanisme penumbuhan pada penelitian Oh, et al. [3] untuk mensintesis CNT forest

menggunakan PET. (a) Plasma terbentuk di dalam tabung reaktor quartz di area iradiasi

microwave . (b) Film tipis katalis diubah menjadi nanopartikel Fe, yang kemudian direduksi oleh

gas H 2. (c) Reaktor digeser dan pototngan PET didekomposisi di area plasma. (d) Pertumbuhan

CNT forest diinduksi oleh sumber carbon yang berasal dari PET yang terdekomposisi [3]

Film tipis Fe secara sub-sekuen mengalami pemanasan selama menerima energi

plasma. Film tipis tersebut pada akhirnya bertransformasi menjadi nanopartikel Fe,

yang mana berperilaku sebagai katalis (Gambar 6(b). Gas hidrogen kemudian dialirkan

ke dalam reaktor untuk memastikan reduksi menyeluruh dari nanopartikel Fe.

Percobaan kontrol dilakukan untuk menentukan apakah reduksi dari katalis tersebut

berperan penting untuk pembentukan CNT forest atau tidak. Dan ternyata, ketika

sampel ditumbuhkan tanpa reduksi nanopartikel Fe, tidak ada CNT yang tumbuh pada

substrat (gambar 4(c) dan (d)). Dari hasil ini dapat disimpulkan bahwa reduksi dari

katalis merupakan hal yang penting dalam penumbuhan CNT.


12/21

Setelah mereduksi katalis, PET dan subcstrat diposisikan pada area plasma

dengan menggeser reaktor (gambar 6(c)). Berhubung PET tidak menyerap microwaves,

dekomposisi potongan PET diakibatkan oleh energi termal plasma. Berdasarkan studi

yang telah dilakukan sebelumnya, dekomposisi termal dari PET menghasilkan berbagai

komponen aromatik, methane dan hirdokarbon C 2 termasuk acetaldehyde, ethylene dan

ethanol [8]. Sumber-sumber karbon tersebut, khususnya hidrokarbon C 2, dapat larut

dalam katalis dan ketika mengalami supersaturasi terdesak untuk membentuk CNTs,

sebagaimana yang diilustrasikan pasa gambar 6(d).

Gambar 7(a) menunjukkan citra STEM dengan dari vertically aligned CNT

forest dengan magnifikasi yang rendah yang tumbuh pada lapisan katalis, dan gambar

7(b) menunjukkan perbesaran dari area yang ditandai dengan persegi pada gambar 7(a).

Gambar 7. (a) Citra STEM dari CNT forest dengan magnifikasi rendah, dan (b) perbesaran citra

SEM dari area yang ditandai dengan persegi pada (a) [3]

CNTs yang dihasilkan mempunyai diameter rata-rata 20-30 nm. Bagian atas dari

tabung sebelah dalam dari beberapa CNT yang terbentuk terisi dengan logam katalis,

kemungkinan sebagai akibat dari gaya kapilaritas pada awal pertumbuhan CNT.

Gambar 8 menunjukkan spektrum Raman dari CNT forest yang berhasil

disintesis. Rasio intensitas dari pita G dan D adalah 1.27 untuk vertically aligned CNT

forest . Grafitisasi dinding dari CNTs sedikit lebih tinggi jika dibandingkan dengan

multi-walled carbon nanotube (MWCNT) yang tersedia secara komersil, yang rasio

G/D berada pada rentang 0.9-1.2.


13/21

Gambar 8. Spektrum Raman dari vertically aligned CNT forest [3]

Oh, et al . [3] telah dikemukakan metode untuk penumbuhan CNT forest

menggunakan PET. Kelebihan dari metode ini ada kecepatan dalam pemrosesan dan

biaya yang rendah untuk bahan mentah yang digunakan. Spektra Raman menunjukkan

bahwa grafitisasi dinding CNT yang berhasil disintesis sedikit lebih tinggi jika

dibandingkan dengan multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) yang tersedia secara

komersial. Semestinya, metode yang dikemukakan dapat dengan mudah diterapkan

untuk jenis material sampah yang lain dan diterapkan pada industri pembuatan

MWCNT.

b. Sintesis CNT dari Sampah Kantong Plastik

Penelitian yang telah dilakukan Altalhi, et al. [9] adalah menggunakan

nanoteknologi untuk mengubah kantong-kantong belanjaan plastik yang non-

degradable menjadi well organised membran carbon nanotube (CNT) dengan sifat

transpor molekular yang dapat diatur. Kantong-kantong plastik digunakan sebagai

sumber karbon dimana CNTs diproduksi melalui chemical vapour deposition (CVD)

tanpa menggunakan katalis/solvent. Lebih lanjut, CNTs ditumbuhkan di dalam

nanoporous anodic alumina membranes (NAAMs) dengan nanopores yang tersusun

secara heksagonal, yang mampu mengontrol susunan dan geometri dari nanotubes yang

bersangkutan.

Di antara membran-membran yang paling mengagumkan yang telah digunakan

dalam teknologi separasi, membran CNTs dipertimbangkan sebagai salah satu pilihan

terbaik terkait kombinasi sifat-sifat transport yang luar biasa dengan selektivitas kimia.


14/21

Hal tesebut membuat CNTs menjadi platform yang tepat untuk digunakan pemurnian

dan desalinasi air, pemisahan gas dan pervaporation, filtrasi nano biological mixtures,

transdermal drug delivery, sensor ultra-sensitif dan penyimpan energi. Kelebihan lain

dari membran CNTs dibanding membran lain yang berbasis polimer atau keramik

adalah kemampuannya untuk diolah kembali melalui ultrasonication dan/atau thermal

cleaning sebagai implikasi dari sifat kimianya yang inert serta stabilitas mekanik dan

termal yang dimiliki. Perlakuan tersebut mampu mengembalikan performa membran

CNTs dan memperpanjang penggunaan untuk banyak siklus.

Detail Percobaan

Kantong plastik non-degradable yang digunakan merupakan linear low-density

polyethyelene (LLDPE). Untuk pengujian difusi molekular digunakan tiga jenis dye,

yakni Rose Bengal (C 20H4C l4I4O5 – n(RosB)2-), tris(2,20-bipyridyl)

dichlororuthenium(III) hexahy-drate (C 30H24C l2 N6Ru.6H 2O – (Ru(BPY) 3)3+) and

Rhodamine B (C 28H31C l N2O3 – RhoB).

NAAMs dihasilkan melalui dua tahap proses anodization. Sebelumnya,

potongan Al dengan kemurnian tinggi (diameter 1.5 cm) dibersihkan melalui sonication

dalam ethanol (EtOH) dan air yang telah disuling dua kali serta di- electropolish secara

sub-sekuen dalam campuran perchloric acid (HClO 4) and EtOH 1:4 (v:v) pada 20 V

dan 5°C selama 3 menit.

Gambar 9. Skema proses fabrikasi CNTs-NAAM dan CNTs yang dilakukan oleh Altalhi et al. ,

proses CVD tanpa katalis menggunakan kantong plastik non-degradable sebagai sumber

karbon. (a) NAAM hasil preparasi dengan anodization elektrokimia dari Al. (b) CNTs-NAAM


15/21

yang dihasilkan dengan CNTs pada matrix alumina setelah proses CVD. (c) CNTs bebas setelah

pemisahan dengan matrix alumina menggunakan etching kimia untuk digunakan pada aplikasi

lain [9]

CNTs dihasilkan di dalam NAAMs melalui sintesis CVD tanpa katalis. Proses

tersebut menggunakan sistem CVD yang terdiri dari furnace dua tingkat yang

dilengkapi dengan tabung quartz silinder (dengan diameter 43 mm dan panjang 1000

mm) serta pengatur temperatur dan aliran gas. Berdasarkan penggunaannya, kantong

plastik komersial yang tersedia diproduksi dari high density , low density atau linear low

density polyethylene (HDPE, LDPE, atau LLDPE). Sementara, pada penelitian ini

digunakan kantong plastik yang berasal dari toko grosir lokal yang secara tipikalmerupakan LLDPE. Kantong-kantong plastik tersebut digunakan sebagai sumber

karbon dan tentunya sebelum digunakan, dibersihkan menggunakan sabun cair, air dua

kali penyulingan, kemudian dikeringkan dengan hembusan nitrogen serta dipotong

menjadi potongan kecil persegi berukuran 1 cm 2. Potongan tersebut disimpan dalam

kontainer dengan atmosfir inert untuk menghindari kontaminasi sebelum proses

fabrikasi. Potongan kecil plastik tersebut kemudian ditempatkan pada keramik

peleburan di daerah pyrolisis pada reaktor CVD. Gas Argon (Ar) dialirkan pada 1 dm 3

min -1 untuk memastikan tidak ada oksigen selama sintesis CNTs. NAAMs yang telah

disiapkan ditempatkan di daerah deposisi pada reaktor CVD, di mana karbon akan

terdeposisi. Kondisi optimal untuk memproduksi CNTs adalah pada suhu 850°C selama

30 menit. Selanjutnya, waktu deposisi yang lebih lama menghasilkan CNTs dengan

dengan ketebalan dinding yang lebih besar. Setelah CNTs berhasil disintesis, reaktor

CVD didinginkan pada suhu ruangan. Kemudian CNTs-NAAMs yang dihasilkan

disimpan dalam kontainer dengan kondisi inert hingga dilakukan karakterisasi dan studi

menggunakan dye. [9]

Hasil dan Pembahasan

Struktur morfologi dari CNTs-NAAM yang dihasilkan dianalisis dengan SEM.

Gambar 10 menunjukkan set citra SEM dari NAAMs yang digunakan sebagai template

dan CNTs-NAAMs yang didapat melalui proses CVD yang telah dijelaskan

sebelumnya. NAAMs mempunyai pori silinder yang tegak dari atas ke bawah dengan

diameter dan panjang 51 ± 4 nm and 52.0 ± 0.2 μ m (Gambar 10(a) dan (c)). Sementara

itu, CNTs yang berhasil disintesis di dalam NAAMs mereplikasi secara sempurna


16/21

geometri dari pori NAAMs (diameter luar nanotube dan panjangnya) dengan rentang

intertube (bagian dalam) adalah 102 ± 3 nm. Tidak ada lapisan karbon berupa amorf

yang teramati dari permukaan atas hingga bawah CNTs-NAAMs yang dihasilkan dari

proses CVD. Selanjutnya, CNTs bebas didapat setelah template alumina dilarutkan.

Berbeda dengan sistesis CVD yang dilakukan Oh, et al sebelumnya, dengan

menggunakan katalis logam Fe, sintesis CVD tanpa katalis dari CNTs di dalam NAAMs

pada penelitian ini memungkinkan geometri nanotube teratur secara struktural (seperti

bentuk, diameter luar dan dalam, panjang, susunan, dan sebagainya). Dengan kata lain,

panjang nanotube dapat diatur berdasarkan lamanya anodization (pori yang lebih

panjang pada NAAM) dan diameter luar serta porositas membran dapat diatur dengan

tegangan anodization atau penglebar pori tambahan (jarak antar pori yang lebih jauhatau diameter pori yang lebih besar pada NAAM).

Gambar 10. Set citra SEM dari NAAMs, dan hasil fabrikasi CNTs-NAAMs melalui sintesis

CVD tanpa katalis mengunakan kantong platik non-degradable komersial. (a) template NAAM

dilihat dari atas (bar skala = 500 nm). (b) Detail dari CNTs dalam template NAAM (bar skala =

100 nm). (c) template NAAM dilihat dari samping (bar skala = 25 μ m). (d) CNTs–NAAM

dilihat dari samping (bar skala = 25 μ m). (e) and (f) Perbesaran dari area yang ditandai dengan

persegi pada (c) dan (d), respectively (scale bars = 250 nm and 2 μ m, respectively). (g) and (h)

Foto digital dari NAAM sebelum dan sesudah CVD dari CNTs (bar skala = 0.5 cm) [9]

Lebih lanjut lagi, diameter dalam dari nanotube yang dihasilkan dapat dikurangi

dengan meningkatkan waktu proses CVD. Gambar 11 menunjukkan CNTs-NAAMs


17/21

yang berhasil diproduksi dengan dua waktu deposisi yang berbeda (20 dan 60 menit).

Ketebalan CNTs masing-masingnya adalah 4 ± 2 and 9 ± 3 nm. Dengan demikian,

dengan mengatur dimensi nanotube dan permukaan kimianya kita dapat secara tepat

mendeasin sifat-sifat transpor dari suatu molekul melalui membran CNTs yang

dihasilkan pada percobaan ini, yang mana sangat penting untuk aplikasi separasi

(desalinasi air).

Gambar 11. Set perbandingan citra SEM dari CNTs-NAAMs yang difabrikasi dengan waktu

CVD yang berbeda. (a) 30 menit (bar skala = 100 nm – ketebalan dinding = 4 ± 2 nm). (b) 60

menit (bar skala = 100 nm – ketebalan dinding = 9 ± 3 nm) [9]

Gambar 12(a) menunjukkan sejumlah banyak CNTs bebas didapatkan setelah

matrix alumina dilarutkan. Nanostruktur ini dapat dimanfaatan untuk berbagai aplikasi

lainnya. Struktur multi walled dengan ujung terbuka, memenuhi pernyaratansifat fisik

yang diperlukan untuk aplikasi transpor dan separasi (Gambar 12(b) dan (c)).


18/21

Gambar 12. Set citra SEM dan TEM dari CNTs bebas yang difabrikasi dengan waktu CVD

yang berbeda. (a) Citra SEM dari CNTs setelah NAAM dilarutkan (CNTs bebas). (b) citra TEM

dari CNT dengan CVD selama 30 menit (bar skala = 10 nm) dan (c) 60 menit (bar skala = 20

nm) [9]

Gambar 13. Spektrum Raman dari non-annealed CNTs bebas [9]


19/21

Gambar 14. Studi transport molekular dari CNTs–NAAMs yang dihasilkan dari proses CVD

yang diteliti. (a) Difusi (RosB) 2- melalui NAAMs and CNTs–NAAMs. (b) Diffusion of (RosB) 2-

, (Ru(BPY) 3)3+ dan RhoB melalui CNTs–NAAMs. (c) Difusi dari (Ru(BPY) 3)

3+ melalui non-

annealed dan annealed CNTs–NAAMs. (d) Difusi dari campuran RhoB and (Ru(BPY) 3)3+

melalui CNTs–NAAMs menunjukkan kemampuan membran ini untuk melalukan separasi

secara selektif dari suatu campuran molekular [9]

Altalhi, et al . [9] telah melakukan pencapaian inovatif dari metode chemical

vapourous depostion (CVD) untuk mensintesis carbon nanotubes (CNTs) dengan

menggunakan nanoporous anodic alumina membranes (NAAMs) sebagai template dan

kantong plastik komersial sebagai sumber karbon. Proses tersebut dilakukan tanpa

menggunakan katalis logam ataupun solvent , sehingga mengurangi pembentukan

komponen beracun, mencegah defek struktur dari struktur CNTs dan menjadi strategi

recycling yang potensial untuk kantong plastik yang komersial yang tersedia.

Karakterisasi struktur dari CNTs-NAAMs yang dihasilkan menujukkan bahwa CNTs

yang terbentuk di dalam NAAM mempunyai geometri yang terkontrol dengan baik,

permukaan yang smooth dan ujung terbuka, sifat yang sangat penting untuk


20/21

mengembangkan membran yang efisien untuk tujuan separasi/filtrasi. Lebih lanjut,

performa transpor molekualnya telah dipelajari menggunakan beberapa jenis molekul

dye. Hasil yang yang didapat menunjukkan bahwa membran tersebut, yang berasal dari

sampah, dapat digunakan untuk proses separasi berkali-kali, mengatur transport

molekular secara selektif sebagai fungsi dari interkasi antara molekul dengan

permukaan bagian dalam dari CNTs.

IV. Kesimpulan

Studi yang telah dilakukan membuktikan bahwa material sampah yang tidak

dapat terurai seperti botol dan kantong plastik dapat digunakan secara langsung untuk

memproduksi divais nano yang mengagumkan berupa carbon nanotubes (CNTs). Selain

botol dan kantong plastik seperti yang digunakan pada kedua penelitian yang telah

dijelaskan, tentunya masih banyak jenis sampah plastik yang perlu dipelajari lebih

lanjut. Mengubah sampah plastik menjadi suatu divais yang mengagumkan bukan

sekedar solusi brilian untuk mengurangi polusi terhadap lingkungan, akan tetapi juga

mampu untuk mendapatkan keuntungan ekonomis di mana produk-produk tersebut

mempunyai nilai yang tinggi. Realisasi dari konsep ini sebenarnya sangat

multidisipliner. Kerjasama antara bidang sains dasar, engineering, dan sebagainya

adalah sangat penting.

Referensi:

[1] Indonesia Solid Waste Association (InSWA), http://inswa.or.id/?p=1026.

[2] Kementerian dan Lingkungan Hidup Republik Indonesia (KNLH), Statistik

Persampahan Indonesia Tahun 2008.

[3] E. Oh, J. Lee, seung-Ho Jung, S. Cho, Hye-Jin Kim, Sung-Hyun Lee, Kun-Hong

Lee, Kyong-Hwa Song, Chi-Hoon Choi dan Do Suck Han, Sci. Technol. Adv.

ater. 13 (2012)

[4] Mikrajuddin Abdullah, Pengantar Nanosains (2009)

[5] Zhang, Q., Huang, J.-Q., Qian, W. -Z., Zhang, Y. -Y., Wei, F. Small 9, 1237 (2013)

[6] C. Zhuo and Y. A. Levendis. J. Appl. Polym. Sci. 131, 39931 (2014)


21/21

[7] Electron Beam Evaporator,

http://www.engr.uky.edu/~cense/equipment/ebeam.html.

[8] Sovova K, Ferus M, Matulkova I, Span el P, Dryahina K, Dvorak O and Civis S,

ol. Phys. 106 1205 (2008)

[9] T. Altalhi, T. Kumeria, A. Santos, and D. Losic, Carbon 63, 423 – 433 (2013)

mengubah sampah plastik menjadi carbon nanotubes

Documents