PENINGKATAN MUTU MEMBRAN KOMPOSIT NANOPORI SELULOSA ASETAT-POLISTIRENA MENGGUNAKAN POLI(ETILENA GLIKOL)-200 ROMI UTAMI SURGAYANI

Transkripsi

1 PENINGKATAN MUTU MEMBRAN KOMPOSIT NANOPORI SELULOSA ASETAT-POLISTIRENA MENGGUNAKAN POLI(ETILENA GLIKOL)-200 ROMI UTAMI SURGAYANI DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008

2 ABSTRAK ROMI UTAMI SURGAYANI. Peningkatan Mutu Membran Komposit Nanopori Selulosa Asetat-Polistirena Menggunakan Poli(Etilena Glikol)-200. Dibimbing oleh SRI MULIJANI dan ARMI WULANAWATI. Penggunaan membran dalam proses desalinasi telah banyak dilaporkan. Salah satunya adalah membran selulosa asetat (CA). CA mudah terurai secara hayati sehingga berdampak pada kekuatannya. Pencampurannya dengan polimer sintetik, seperti polistirena (PS), dapat meningkatkan kekuatan membran yang terbentuk. Akan tetapi, pori-porinya tidak selalu seragam. Pengaruh penambahan porogen dan aplikasi membran dalam proses desalinasi dipelajari dalam penelitian ini. Penelitian ini merupakan peneltian lanjutan yang difokuskan pada modifikasi membran CA dengan PS dan poli(etilena glikol) (PEG) sebagai porogen. Penelitian ini diawali dengan pembuatan membran dari CA, PS, dan PEG dengan empat variasi komposisi CA:PS:PEG, yaitu 90:10:0, 90:10:1, 90:10:3, dan 90:10:5. Membran dibentuk dengan mencetak campuran menjadi lapisan tipis. Selanjutnya membran ditentukan nilai fluks air dan indeks rejeksi NaCl menggunakan modul alat saring cross flow dan dilakukan analisis terhadap morfologi permukaannya dengan mikroskop elektron susuran (SEM). Hasil analisis SEM memperlihatkan bahwa PEG berpengaruh pada jumlah dan ukuran pori, serta tekstur permukaan membran. Hasil SEM menunjukkan bahwa membran tergolong nanofiltrasi dengan kisaran ukuran pori nm dan tergolong asimetrik dari pembuatannya secara pembalikan fase. Selain itu, Nilai fluks air semakin tinggi dan nilai rejeksi NaCl semakin rendah dengan bertambahnya jumlah PEG. Nilai fluks air tertinggi terjadi pada membran 90:10:5, yaitu L/(jam.m 2 ), sedangkan nilai indeks rejeksi NaCl tertinggi terjadi pada membran 90:10:1, yaitu %. Hasil ini menunjukkan bahwa membran yang dihasilkan dapat berfungsi dalam proses desalinasi. ABSTRACT ROMI UTAMI SURGAYANI. Quality Improvement of Nanopores Composite Membrane Cellulose Acetate-Polystyrene with Poly(ethylene glycol)-200. Supervised by SRI MULIJANI and ARMI WULANAWATI. Membrane application in desalination process has been reported. One of them is cellulose acetate (CA) membrane. CA is naturally decomposed which affect to its strength. Mixing with synthetic polymers such as polystyrene (PS) could improve the resulted membrane strength. But, its pores is not homogenous. So, the effect of porogen addition and its membrane application process was studied. This research was based on to previous research and focused at the modification of CA membrane by PS and poly(ethylene glycol) (PEG) as porogent. This research started with production of membrane from CA, PS, and PEG with four different compositions, that is 90:10:0, 90:10:1, 90:10:3 and 90:10:5. The membranes were formed by molding the mixture into films. The water flux and NaCl rejection index were determined with cross flow filtration apparatus and the surface morphology were analyzed with scanning electron microscope (SEM). The SEM photo showed that PEG influenced to the amount and the size of pores, and membrane surface textures as well. The SEM figure showed that these membranes are a nanofiltration membranes with pore size ranged from nm and are classified as asymmetric membranes based on that preparation by inversion-phase. Thought flux water was increasingly high and the value of the rejection NaCl increasingly low with the increasing value of PEG. The highest water flux value in 90:10:5 membrane, that was L/(m 2.hour), whereas the value of the NaCl rejection index highest happened to the 90:10:1 membrane, that is 55,97%. The result showed that the membrane was produced could function in the process of desalination.

3 PENINGKATAN MUTU MEMBRAN KOMPOSIT NANOPORI SELULOSA ASETAT-POLISTIRENA MENGGUNAKAN POLI(ETILENA GLIKOL)-200 ROMI UTAMI SURGAYANI Skripsi sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008

4 Judul : Peningkatan Mutu Membran Komposit Nanopori Selulosa Asetat- Polistirena Menggunakan Poli(Etilena Glikol)-200 Nama : Romi Utami Surgayani NIM : G Menyetujui, Pembimbing I, Pembimbing II, Dra. Sri Mulijani, MS. Armi Wulanawati, S.Si, M.Si NIP NIP Mengetahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor, Dr. Drh. Hasim, DEA NIP Tanggal lulus:

5 Kupersembahkan untuk Papa dan Mama yang telah mengajarkan nilai-nilai yang berharga dan untuk para pendidik yang telah memberikan begitu banyak ilmu.

6 PRAKATA Alhamdulillahirobbil alamin, segala puji bagi Allah SWT, karena berkat rahmat, hidayah dan karunia-nya penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini. Karya ilmiah ini berjudul Peningkatan Mutu Membran Komposit Selulosa Asetat-Polistirena Menggunakan Poli(EtilenaGlikol)-200, yang dilaksanakan pada bulan Februari hingga Juni 2008 di Laboratorium Kimia Anorganik, Institut Pertanian Bogor. Penulis mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah membantu dalam penyelesaian karya ilmiah ini, di antaranya Dra. Sri Mulijani, MS dan Armi Wulanawati, S.Si, M.Si selaku pembimbing yang telah banyak memberikan masukan dan pengarahan kepada penulis, juga kepada seluruh laboran di Departemen Kimia IPB, khususnya Bagian Anorganik, Ibu Endang (Bidang Zoologi LIPI) atas analisis SEM, dan tidak lupa juga kepada teman-teman yang telah banyak membantu dalam penelitian ini, di antaranya Wahyu Diana, Nuryono, Mario, Awan, Kamil, Yoga, Cristo, dan Nurul. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada rekan-rekan Kimia 39, 40, 41, dan 43 atas keceriaan dan persahabatan yang telah terjalin. Ungkapan terima kasih juga penulis haturkan kepada keluarga: Papa, Mama, dan Adik-adik atas doa dan semangat yang diberikan kepada penulis. Akhir kata, semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat. Bogor, Agustus 2008 Romi Utami Surgayani

7 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Palembang pada tanggal 12 September 1983 sebagai anak pertama dari pasangan Hamal dan Ratna. Penulis lulus dari SMU Negeri 1 Tanjung Raja pada tahun 2002, dan pada tahun yang sama masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) pada Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, IPB. Tahun 2006, Penulis mengikuti kegiatan praktik lapangan di PT Tirta Investama (TIV) Babakan Pari, dengan judul Analisis Kimia Fisika Air Minum Dalam Kemasan Dengan Ozonisasi PT TIV Babakan Pari. Selama mengikuti perkuliahan, Penulis pernah mengikuti beberapa kegiatan dan kepanitiaan. Pada tahun ajaran 2004/2005, Penulis menjadi Panitia Masa Perkenalan Fakultas MIPA, IPB. Tahun ajaran 2004/2005 Penulis juga menjadi Panitia Seminar Umum Kimia. Kemudian pada tahun ajaran 2007/2008, Penulis menjadi asisten praktikum Kimia Anorganik bagi mahasiswa program sarjana.

8 DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL... viii DAFTAR GAMBAR.. DAFTAR LAMPIRAN... viii ix PENDAHULUAN... 1 TINJAUAN PUSTAKA Selulosa Asetat 1 Polistirena... 2 Poli(etilenaglikol) 2 Membran 3 Desalinasi... 3 BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat. 4 Metode HASIL DAN PEMBAHASAN Kelarutan CA, PS, dan PEG... 5 Nilai Fluks Air... 5 Nilai Rejeksi NaCl dan Pengaruhnya Pada Proses Desalinasi. 6 Pengaruh Jumlah PEG Pada Fluks Air dan Rejeksi NaCl... 7 Kajian SEM Membran Komposit Berporogen dan Tanpa Porogen. 8 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan... 9 Saran... 9 DAFTAR PUSTAKA. 9 LAMPIRAN 12

9 DAFTAR TABEL Halaman 1 Hubungan antara derajat substitusi, pelarut, dan aplikasi dari selulosa asetat Nilai rejeksi membran pada tekanan 20 psi... 7 DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Struktur selulosa Struktur polistirena Struktur poli(etilenaglikol) Bagan pemisahan menggunakan membran Nilai fluks air membran MKS 4 pada tekanan 20 psi Hubungan antara tekanan dan nilai fluks air pada membran Pengaruh jumlah PEG terhadap rerata nilai fluks air dan rejeksi NaCl pada membran... 8 Membran komposit (a) MKS 1; (b) MKS 3; dan (c) MKS Mikrograf SEM membran (a) MKS 1; (b) MKS 3; (c) MKS 4 dengan perbesaran x. 8 9 DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Diagram alir penelitian Penetapan kadar air dan kadar asetil selulosa asetat Data (a) kadar air; (b) kadar asetil selulosa asetat Grafik nilai fluks air Membran MKS 1, MKS 2, MKS 3, dan MKS Nilai fluks air Membran MKS 1, CSE 2, MKS 3 dan MKS 4 pada beberapa ragam tekanan... 6 Penentuan nilai rejeksi permeat NaCl Gambar aliran sirkulasi modul crossflow

10 1 PENDAHULUAN Teknik pemisahan menggunakan membran semakin marak dalam dunia akademisi maupun industri. Pemisahan menggunakan teknologi membran memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan prosesproses pemisahan yang lain, di antaranya lebih sederhana dan ramah terhadap lingkungan. Baker (2004) menambahkan keuntungan lain dari penggunaan membran, yaitu mampu mengendalikan laju aliran larutan yang melewatinya. Membran dapat dibuat dari bahan anorganik maupun organik. Membran anorganik dapat dibuat dari beberapa bahan seperti kaca, logam, ataupun keramik. Sementara itu, membran organik terbuat dari polimer, baik alami maupun sintetik, sehingga dikenal juga sebagai membran polimer (Ghosh 2003). Saat ini modifikasi terhadap bahan dasar membran semakin beragam. Hal ini dimaksudkan untuk memperbaiki kinerja membran. Meenakshi et al. (2001) menyebutkan bahwa pencampuran antara polimer biodegradabel dan polimer sintetik dapat menghasilkan sifat fisik yang baru. Sehingga dapat memperluas aplikasinya. Pencampuran beberapa polimer dalam pembuatan membran telah banyak dilakukan, antara lain oleh Meenakshi et al. (2001) yang mencampurkan polistirena dan selulosa asetat, Ekiner (2002) mencampurkan polieterimida dan fenilindena yang mengandung poliimida, dan Charmot et al. (2004) yang mencampurkan selulosa asetat dengan beberapa polimer sintetik. Akan tetapi, keteruraian suatu produk di alam merupakan sifat penting yang diperlukan untuk mengurangi permasalahan yang mungkin ditimbulkan. Salah satu bahan dasar membran yang bersifat dapat-urai adalah selulosa asetat (CA). Beberapa peneliti telah melakukan modifikasi terhadap membran CA, di antaranya adalah Meenakshi et al. (2001), Fadillah (2003), Charmot et al. (2004), dan Rachmawati (2007). Penelitian-penelitian tersebut dilakukan untuk mengatasi kekurangan atau mempelajari pengaruh pencampuran antarpolimer dalam membran CA. Membran CA pada penelitian ini akan dimodifikasi dengan penambahan polistirena (PS) karena PS memiliki sifat mekanik yang lebih baik dibandingkan dengan CA (Cowd 1982). Produk yang dihasilkan diharapkan memiliki sifat fisik yang lebih kuat, biodegradabel, dan ramah lingkungan (Meenakshi 2002 dan Rahmadetin 2007). Selain dilakukan modifikasi dengan PS, ditambahkan pula bahan pembentuk dan penyeragam pori-pori membran atau porogen, yaitu poli(etilena glikol) (PEG). Porogen ini telah banyak digunakan dalam pembentukan membran, di antaranya oleh Yang et al. (2001), Nisa (2005), dan Ristiyani (2006). Selain itu, penambahan PEG-6000 pada proses pembuatan membran komposit CA-PS berpengaruh terhadap tekstur permukaan, ukuran pori, dan jumlah pori ( Nuryono 2008; Martin 2008 ). Penelitian ini bertujuan membentuk membran komposit CA-PS dengan distribusi ukuran pori yang lebih kecil dan lebih seragam karena adanya PEG-200 dan mengkaji kinerjanya dalam proses desalinasi. Pencirian membran ini dilakukan dengan mengukur nilai fluks air, rejeksi garam, dan melihat morfologi permukaannya dengan scanning electron microscope (SEM). TINJAUAN PUSTAKA Selulosa Asetat Selulosa asetat (CA) merupakan ester organik selulosa yang berupa padatan putih, tidak berbau, tidak berasa, dan dihasilkan melalui esterifikasi molekul selulosa dengan anhidrida asetat dan sejumlah katalis. Selain asam sulfat, dalam pembentukan CA dapat digunakan katalis asam perklorat dan seng klorida (Sjöström 1995). Pembentukan CA pada umumnya menggunakan bahan dasar selulosa dari kapas atau pulp kayu. Namun saat ini telah banyak dilaporkan penggunaan selulosa bakteri sebagai bahan dasar pembuatan CA, salah satunya oleh Safriani (2000) yang membuat biopolimer CA dengan bahan dasar nata de soya. Selulosa ialah polisakarida yang berasal dari residu -D(+)-glukosa yang tergabung dalam rantai linear dan mempunyai struktur seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Selulosa memiliki tiga gugus hidroksil per residu n anhidroglukosa, sehingga dapat dibentuk menjadi selulosa mono-, di-, atau triasetat. CA yang homogen hanya diperoleh dari substitusi sempurna gugus-gugus hidroksil anhidro glukosa menjadi selulosa triasetat. Hal ini dapat terjadi karena sifat alami yang acak dari suatu reaksi (Sjostrom 1995).