Buku monograf memaparkan hasil penelitian penulis bersama anggota peneliti dengan topik sintesis nanostruktur semikonduktor ZnO berbasis green-synthesis. Material nano ini diaplikasikan sebagai material fotokatalis untuk mendegradasi polutan dan aplikasi antibakteri yang bertujuan untuk menghambat pertumbuhan bakteri dalam air. Isi buku monograf terbagi atas beberapa bagian, yaitu pendahuluan, tinjauan pustaka, metode penelitian, dan hasil penelitan berupa sifat fisis serta aplikasinya.vi Buku Monograf ini diharapkan dapat menjadi referensi bagi akademisi dan praktisi serta memberikan pengetahuan kepada pembaca terutama bidang nanomaterial-fotokatalis. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih atas bantuan berbagai pihak mulai dari proses penyusunan hingga penerbitan buku. Semoga buku monograf ini dapat mempermudah pembaca dalam memahami penerapan green-synthesis semikonduktor ZnO menjadi material berstruktur nano yang dapat diaplikasikan sebagai fotokatalis dan antibakteri.

Dunia perindustrian seperti tekstil, kertas, percetakan, makanan hingga kosmetik menggunakan pewarna sintesis yang mengandung senyawa organik untuk membuat produknya. Limbah sisa produksi tersebut dibuang ke saluran air seperti sungai dan danau yang mengakibatkan proses fotosintesis dan bebagai aktivitas biologis dari tumbuhan dan hewan air menjadi terganggu[1]. Kurangnya penanganan limbah yang berasal polutan organik pada lingkungan yang dihasilkan oleh aktivitas industri sangat berbahaya bagi kesehatan manusia serta lingkungan[2]. Senyawa polutan yang berasal dari aktivitas manusia dikenal dengan istilah senyawa antropogenik.Senyawa-senyawa tersebut apabila mencemari air dapat mengurangi kadar oksigen pada air[3].

Senyawa antropogenik 4-nitropenol (4-NP) yang termasuk ke dalam senyawa organik fenolik. 4-NP banyak digunakan dalam produksi obat-obatan, fungisida, insektisida, dan pewarna serta untuk penyamakan kulit[4]. Badan Perlindungan Lingkungan Amerika Serikat (Environmental Protection Agency) memasukkan 4-NP ke dalam daftar polutan prioritas utama yang perlu ditangani secara serius[5]. Selain itu, pewarna yang sering digunakan dalam industri adalah pewarna metilen biru karena harganya yang ekonomis dan mudah didapatkan.Namun, efek samping penggunaan metilen biru ini adalah dapat menyebabkan iritasi pada saluran pencernaan jika tertelan, menimbulkan sianosis jika terhirup dan iritasi pada kulit jika tersentuh[6].

Terdapat beberapa metode yang lazim digunakan untuk menghilangkan limbah warna seperti metode klorinasi, biodegrasi dan ozonisasi. Metode tersebut menggunakan biaya operasional yang mahal sehingga kurang efektif untuk digunakan pada skala besar[7].
Berkembangnya ilmu bidang nanosains dan nanoteknologi menemukan bahwa remediasi pencemaran limbah pewarna melalui degradasi fotokatalis berbasis material semikonduktor dan penerapan cahaya dapat mengatasi permasalahan polutan organik yang memberikan langkah efektif, mudah, dan ramah lingkungan[8]. Proses fotokatalis ini menggunakan material semikonduktor logam oksida seperti TiO2, ZnO, Fe2O3, GaP, dan ZnS dan CdS untuk mengolah limbah cair yang2 mengandung senyawa organik menjadi molekul yang mudah terurai yaitu karbon dioksida dan air[9].

Seng oksida (ZnO) merupakan semikonduktor yang efisien sebagai bahan fotokatalis dibandingkan dengan material lainnya karena ZnO dalam ukuran nano mempunyai kemampuan adsorbsi yang lebih baik di dalam larutan berair[6]. Kelebihan ZnO adalah kapasitasnya untuk menyerap spektrum cahaya sangat besar karena memiliki energi celah pita 3,37 eV[10]. Selain itu, ZnO dapat diproduksi dengan biaya yang sangat rendah dibandingkan dengan oksida logam lainnya, memiliki fotosensitifitas tinggi dan stabilitas lingkungan sehingga banyak digunakan sebagai fotokatalis untuk mengurangi polutan organik yang ada di air[11]. Nanomaterial ZnO juga memiliki sifat antibakteri yang sangat baik karena tahan panas dan stabil dalam berbagai kondisi[12]. Balta dalam penelitiannya melaporkan bahwa penggunaan ZnO dapat meningkatkan tingkat toksisitas terhadap bakteri karena memiliki permukaan yang luas dan sebaran ukuran partikel yang sangat kecil[13]. Beberapa penelitian menyatakan bahwa seng oksida mempunyai aktivitas antimikroba yang baik terhadap bakteri Pseudomonas aeruginosa, Salmonella enteritidis, Staphylococcus aureus, Bacillus megaterium dan Escherichia coli[14].

ZnO mulai menarik perhatian peneliti karena morfologi nano yang dihasilkan beranekaragam dan unik seperti nanowires, nanorods, nanofibers, nanobelts dan nanotube[15]. ZnO dapat disintesis dengan beberapa metode, yang terbagi atas metode top-down (fisika) dan bottom-up (kimia). Sintesis nanostruktur ZnO yang dilakukan secara fisika dan kimia memiliki kelemahan diantaranya melibatkan penggunaan bahan kimia berbahaya, menggunakan energi yang tinggi serta limbah dari proses sintesisnya dapat merusak lingkungan[16]. Di bidang industri, diperlukan suatu strategi dengan metode yang sederhana dan ekonomis untuk mendapatkan ZnO berukuran nano yang memiliki sifat fisis dan bentuk yang sesuai dengan aplikasinya seperti metode green-synthesis. Green-synthesis yang dikenal dengan biosintesis merupakan metode pembuatan nanomaterial yang melibatkan reaksi antara senyawa prekursor (sumber) logam atau semikonduktor dengan ekstrak tumbuhan atau mikroorganisme yang memiliki senyawa fenolik metabolit sekunder[17]. Penggunaan mikroba memiliki kelemahan dimana proses pembiakannya memerlukan prosedur yang rumit dan rentan terhadap kontaminasi. Sedangkan penggunaan ekstrak tumbuhan lebih mudah dilakukan3 dalam sintesis nanomaterial serta ramah lingkungan dan lebih hemat biaya[18].

Ekstrak tumbuhan pada green-synthesis bertindak sebagai agen penstabil sekaligus pengarah pertumbuhan partikel (capping agent)[19]. Pembuatan nanostruktur ZnO telah dilakukan dengan memanfaatkan ekstrak kulit buah delima[20], kulit buah naga[21], kulit buah jeruk[22], rumput laut coklat[23], bunga tali putri[24], daun tin[25], daun alang-alang[26] dan dedaunan lainnya[27]. Limbah dari kulit maupun daun dari buah-buahan umumnya kurang dimanfaatkan dengan baik bahkan sering dibuang begitu saja. Limbah ini seringkali dijumpai di pasar, di halaman luas dan dipabrik olahan buah. Semakin lama kulit buah-buahan dibiarkan menumpuk maka akan dapat mencemari lingkungan terutama baunya yang tidak enak. Limbah dari kulit buah-buahan dapat dimanfaatkan pada pembuatan nanomaterial karena mengandung senyawa metabolit sekunder. Senyawa metabolit sekunder mengandung polifenol yang dapat mencegah terjadinya reaksi lanjutan dan proses agregasi partikel sehingga dihasilkan partikel dengan karakteristik yang stabil[28].

Efisiensi dan efektivitas oksida logam untuk aplikasi tertentu berkaitan dengan jalur sintesis dan kondisi preparasinya seperti konsentrasi, suhu dan tingkat keasaman karena secara tidak langsung mempengaruhi karakteristik permukaan material dan sifat fisisnya. Material fotokatalis dapat dibuat dalam bentuk serbuk maupun lapisan tipis untuk memaksimalkan kontak antara molekul polutan dengan katalis[29]. Proses pemanasan menggunakan gelombang mikro juga dipilih karena dapat menghasilkan produk yang lebih banyak dalam waktu singkat dibandingkan dengan pemanasan konvensional[30]. Selain itu, gelombang mikro dapat meningkatkan laju reaksi, selektivitas, dan menghasilkan material nanostruktur yang berkualitas[31].

Buku ini membahas hasil penelitian green-synthesis nanostruktur ZnO yang memanfaatkan ektrak kulit semangka (Citrillus lanatus), kulit nanas (Ananas comosus) dan kulit sentul (Sandoricum koetjape). Nanostruktur yang dibahas berdasarkan dua jenis pemanasan yaitu, konvensional dan gelombang mikro pada berbagai kondisi berbeda seperti tingkat keasaman (pH), konsentrasi, volume, suhu dan daya iradiasi gelombang mikro. Sifat fisis nanostruktur ZnO dianalisis berdasarkan serapan optik, gugus fungsi, morfologi partikel, komposis unsur dan struktur kristal. Nanostruktur ZnO diaplikasikan sebagai4 fotokatalis dalam proses degradasi limbah pewarna metilen biru (MB) dan 4-nitropenol serta aktivitas antibakterinya terhadap bakteri patogen dalam air yaitu, Escherichia coli dan Staphylococcus aureus.

Sampul Depan
Kata Pengantar
Daftar Isi
Bab 1. Pendahuluan
Bab 2. Semikonduktor Zno
     2.1 Sifat Fisis
     2.2 Struktur Kristal
Bab 3. Fotokatalis-AntibakteriI
     3.1 Definisi Fotokatalis
     3.2 Prinsip Kerja Fotokatalis
     3.3 Jenis-Jenis Polutan
     3.4 Antibakteri
Bab 4. Green-Synthesis Zno
     4.1 Green-Synthesis
     4.2 Metode Sintesis Nanostruktur Zno
     4.3 Jenis-Jenis Ekstrak Tumbuhan
     4.4 Mekanisme Reaksi
Bab 5. Green-Synthesis Zno Menggunakan  Ekstrak Kulit Buah Semangka
     5.1 Mekanisme Sintesis
     5.2 Sifat Optik
     5.1 Gugus Fungsi
     5.2 Morfologi Partikel
     5.3 Komposisi Unsur
     5.4 Struktur Kristal
Bab 6. Green-Synthesis Zno Menggunakan  Ekstrak Kulit Buah Nanas
     6.1 Pengaruh Ph Dengan Metode Konvensional
     6.2 Pengaruh Perbandingan Volume Dengan Metode  Konvensional
     6.3 Pengaruh Variasi Suhu Dengan Metode Konvensional
     6.4 Pengaruh Konsentrasi Dengan Metode Konvensional
     6.5 Pengaruh Konsentrasi Dengan Metode Gelombang  Mikro
Bab 7. Green-Synthesis Zno Menggunakan  Ekstrak Kulit Buah Sentul
     7.1 Pengaruh Suhu Dengan Metode Konvensional
     7.2 Pengaruh Perbandingan Volume  Dengan Metode  Gelombang Mikro
     7.3 Pengaruh Daya Dengan Metode Gelombang Mikro
Bab 8. Aplikasi Fotokatalis Dan  Antibakteri
     8.1 Fotokatalis 4-Np Dan Mb
     8.2 Uji Antibakteri E.Coli Dan S. Aureus
Daftar Pustaka
Index
Sampul Belakang