Electronic Theses and Dissertation

Kualitas udara menjadi objek studi para peneliti di seluruh dunia sebagai akibat dari pertambahan jumlah penduduk dan aktivitasnya yang tidak terkendali yang menyebabkan pelepasan beberapa polutan seperti mikroorganisme. Upaya yang telah dilakukan pada penelitian ini adalah melakukan sintesis dan imobilisasi nanopartikel perak (Ag NPs) dan nanopartikel seng oksida (ZnO NPs) pada penyangga padat yaitu butiran silika gel beads putih berlapis kitosan (chi-SiG) sebagai kandidat filter udara antibakteri. Penggunaan kitosan bertujuan sebagai agen penstabil nanopartikel dan sebagai template melekatnya nanopartikel. Sintesis dan imobilisasi Ag NPs pada chi-SiG dilakukan menggunakan pelarut metanol dan prekursor perak di dalam rotary evaporator pada kecepatan 200 rpm dan diberikan iradiasi lampu Tungsten 60 W. Berdasarkan data ukuran partikel (TEM) diperoleh ukuran partikel Ag NPs yang telah terimobilisasi pada chi-SiG yang disingkat menjadi Ag NPs-[chi-SiG] yaitu sebesar 13,18 ± 6,9 nm, berbentuk spherical, dan terdispersi pada permukaan butiran chi-SiG. Hasil uji aktivitas antibakteri Ag NPs-[chi-SiG] terhadap Staphylococcus aureus (S. aureus) yaitu sebesar 15,40 ± 0,37 mm dan terhadap Escherichia coli (E. coli) sebesar 14,38 ± 0,06 mm. Filter antibakteri didesain dan terisi butiran Ag NPs-[chi-SiG] dan diperoleh laju inaktivasi terhadap bakteri berspora Bacillus subtilis (B. subtilis) sebesar > 98% selama 48 jam. Filter Ag NPs-[chi-SiG] dengan kondisi basah (mengandung 1,027% air) menunjukkan aktivitas antimikroba yang lebih baik yaitu sebesar 100% selama 48 jam. Berdasarkan hasil pewarnaan Gram dan spora terindikasi bahwa sel bakteri B. subtilis setelah melewati filter Ag NPs-[chi-SiG] menjadi rusak dan hancur yang mengindikasikan metabolisme selnya sudah terganggu oleh keberadaan Ag NPs. Oleh karena biaya prekursor perak yang mahal, maka dalam penelitian telah dikaji ZnO NPs yang memiliki biaya prekusornya yang rendah untuk menggantikan Ag NPs. Sintesis dan imobilisasi ZnO NPs pada butiran chi-SiG dilakukan menggunakan campuran methanol-NaOH 0,1 M dan prekursor seng di dalam rotary evaporator pada kecepatan 250 rpm dan diberikan iradiasi lampu Tungsten 40 W untuk menjaga suhu reaksi ~ 40 oC. Proses pengeringan dilakukan selama 72 jam pada suhu 60 oC di dalam oven untuk menghasilkan partikel ZnO. Berdasarkan data TEM diperoleh ukuran partikel ZnO NPs yang telah terimobilisasi pada chi-SiG yang disingkat menjadi ZnO NPs-[chi-SiG] yaitu sebesar 5,18 ± 1,7 nm, berbentuk spherical, dan terdispersi pada permukaan butiran chi-SiG. Hasil uji aktivitas antibakteri ZnO NPs-[chi-SiG] terhadap S. aureus yaitu sebesar 33,33 ± 0,07 mm dan terhadap E. coli sebesar 29,54 ± 0,33 mm. Filter antibakteri didesain dan terisi butiran ZnOAg NPs-[chi-SiG] dan diperoleh laju inaktivasi terhadap bakteri berspora B. subtilis sebesar > 92% (terhadap kontrol) selama 48 jam. Berdasarkan hasil pewarnaan Gram dan spora terindikasi bahwa sel bakteri B. subtilis setelah melewati filter ZnO NPs-[chi-SiG] menjadi rusak dan hancur yang mengindikasikan metabolisme selnya sudah terganggu oleh keberadaan ZnO NPs. Berdasarkan aspek biaya dan hasil uji antibakteri yang paling efisien, maka filter ZnO NPs-[chi-SiG] dipilih menjadi kandidat filter antimikroba yang baik. Berdasarkan uji reusabilitas filter ZnO NPs-[chi-SiG] diperoleh bahwa pada penggunaan ke- 5 x 48 jam filter tidak mampu lagi menyaring mikroba, sementara data uji regenerasi diperoleh bahwa filter dianggap masih efektif hingga penggunaan ke- 3 x 48 jam dengan laju inaktivasi yaitu sebesar > 50%. Partikel ZnO yang lepas dari filter ZnO NPs-[chi-SiG] juga dihitung dan diperoleh sebesar 1,186 mg/L (dari 10,245 g prekursor yang digunakan). Penelitian ini telah membutikan bahwa filter antimikroba yang telah dipersiapkan mampu menjadi solusi untuk desain filter antibakteri untuk mengurangi jumlah mikroorganisme di udara dalam ruangan.

Air quality is the object of study by researchers around the world as a result of population growth and uncontrolled activities which cause the release of several pollutants such as microorganisms. Efforts that have been made in this study were to synthesize and immobilize silver nanoparticles (Ag NPs) and zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs) on solid supports, namely chitosan-coated white silica gel beads (chi-SiG) as candidates for antibacterial air filters. The use of chitosan is intended as a stabilizing agent for nanoparticles and as a template for the attachment of nanoparticles. Synthesis and immobilization of Ag NPs on chi-SiG was carried out using methanol solvent and silver precursor in a rotary evaporator at 200 rpm and irradiated with a 60 W Tungsten lamp. Based on particle size data (TEM), the particle size of Ag NPs immobilized on chi-SiG denoted as Ag NPs-[chi-SiG] which is 13.18 ± 6.9 nm, spherical in shape, and dispersed on the surface of chi-SiG grains. The test result for the antibacterial activity of Ag NPs-[chi-SiG] against Staphylococcus aureus (S. aureus) was 15.40 ± 0.37 mm and against Escherichia coli (E. coli) was 14.38 ± 0.06 mm. The antibacterial filter was designed and filled with Ag NPs-[chi-SiG] granules and obtained an inactivation rate of > 98% for spore-bearing bacteria Bacillus subtilis (B. subtilis) for 48 hours. Ag NPs-[chi-SiG] filter under wet conditions (containing 1.027% water) showed better antimicrobial activity of 100% for 48 hours. Based on the results of Gram and spore staining, it was indicated that B. subtilis bacterial cells after passing through the Ag NPs-[chi-SiG] filter became damaged and destroyed, indicating that their cell metabolism had been disrupted by the presence of Ag NPs. Due to the high cost of silver precursors, this study has studied ZnO NPs which have low precursor costs to replace Ag NPs. Synthesis and immobilization of ZnO NPs on chi-SiG granules was carried out using a mixture of methanol-NaOH 0.1 M and zinc precursor in a rotary evaporator at 250 rpm and 40 W Tungsten lamp irradiation to maintain the reaction temperature ~ 40 oC. The drying process was carried out for 72 hours at 60 oC in an oven to produce ZnO particles. Based on TEM data, it was obtained that the particle size of ZnO NPs that had been immobilized on chi-SiG, denoted as ZnO NPs-[chi-SiG], was 5.18 ± 1.7 nm, spherical in shape, and dispersed on the surface of chi-SiG grains. The test result for the antibacterial activity of ZnO NPs-[chi-SiG] against S. aureus was 33.33 ± 0.07 mm and against E. coli was 29.54 ± 0.33 mm. The antibacterial filter was designed and filled with ZnO NPs-[chi-SiG] granules and obtained an inactivation rate against B. subtilis spore bacteria of > 92% (against the control) for 48 hours. Based on the results of Gram and spore staining, it was indicated that B. subtilis bacterial cells after passing through the ZnO NPs-[chi-SiG] filter became damaged and destroyed, indicating that their cell metabolism had been disrupted by the presence of ZnO NPs. Based on the cost aspect and the most efficient antibacterial test results, the ZnO NPs-[chi-SiG] filter was chosen as a good candidate for antimicrobial filters. Based on the reusability test of the ZnO NPs-[chi-SiG] filter, it was found that at the 5 x 48 hour use the filter was no longer able to filter microbes, while the regeneration test data showed that the filter was still considered effective until the 3 x 48 hour use with an inactivation rate i.e. > 50%. The ZnO particles that escaped from the ZnO NPs-[chi-SiG] filter were also counted and obtained at 1.186 mg/L (from 10.245 g of the precursor used). This research has proven that the antimicrobial filter that has been prepared can be a solution for the design of an antibacterial filter to reduce the number of microorganisms in indoor air.