KARAKTERISASI KELISTRIKAN MEMBRAN SELULOSA MIKROBIAL DARI LIMBAH KULIT PISANG KEPOK ARINI EKA SEPTIA

Transkripsi

1 KARAKTERISASI KELISTRIKAN MEMBRAN SELULOSA MIKROBIAL DARI LIMBAH KULIT PISANG KEPOK ARINI EKA SEPTIA DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 215

2

3 PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Karakterisasi Kelistrikan Membran Selulosa Mikrobial dari Limbah Kulit Pisang Kepok adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Agustus 215 Arini Eka Septia NIM G7413

4 ABSTRAK ARINI EKA SEPTIA. Karakterisasi Kelistrikan Membran Selulosa Mikrobial dari Limbah Kulit Pisang Kepok. Dibimbing oleh JAJANG JUANSAH dan MERSI KURNIATI. Membran selulosa mikrobial dapat dihasilkan dari proses fermentasi nata yang menggunakan limbah kulit pisang kepok. Tujuan penelitian adalah mengetahui karakteristik listrik membran selulosa mikrobial yang dibuat dari nata de banana skin dan interaksi membran dengan larutan elektrolit. Parameter yang diamati adalah impedansi, kapasitansi, reaktansi dan resistansi membran selulosa yang dihasilkan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan frekuensi menyebabkan nilai impedansi, kapasitansi, resistansi dan reaktansi mengalami penurunan. Membran fermentasi 8 hari cenderung memiliki nilai ketahanan listrik yang paling besar. Membran yang diinteraksikan dengan larutan elektrolit menyebabkan nilai impedansi, reaktansi dan resistansi mengalami penurunan, sedangkan nilai kapasitansi membran mengalami peningkatan. Impedansi, reaktansi dan resistansi membran memiliki nilai yang besar setelah berinteraksi dengan larutan elektrolit konsentrasi rendah. Nilai kapasitansi membran lebih besar setelah berinteraksi dengan larutan elektrolit yang memiliki konsentrasi tinggi. Kata kunci: impedansi, kapasitansi, reaktansi, resistansi, selulosa mikrobial. ABSTRACT ARINI EKA SEPTIA. Electrical Characterization of Microbial Cellulose Membrane from Kepok Banana Skin. Supervised by JAJANG JUANSAH and MERSI KURNIATI. Microbial cellulose can be produced from fermentation process of nata that use kepok banana skin. The aim of this research is aimed to study the electrical characteristic of microbial cellulose membrane which is made from nata de banana skin and their interaction with electrolyte solution. The parameters which observed are impedance, capacitance, resistance and reactance of cellulose membrane. The result showed that increasing of frequency caused decreasing impedance, capacitance, reactance and resistance. Membrane of 8 days fermentation tend to have the highest electrical resistance. Membrane which was interacted with electrolyte solution caused decreasing impedance, reactance and resistance of membrane, while capacitance of membrane is increased. The impedance, reactance and resistance of membrane are high after interaction with electrolyte solution which have low concentration. Capacitance of membrane is the highest after interaction with electrolyte solution which have high concentration. Keywords: capacitance, impedance, microbial cellulose, reactance, resistance.

5 KARAKTERISASI KELISTRIKAN MEMBRAN SELULOSA MIKROBIAL DARI LIMBAH KULIT PISANG KEPOK ARINI EKA SEPTIA Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Fiska DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 215

6

7

8 PRAKATA Bismillahirrahmanirrahim Alhamdulillah, segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta ala atas segala karunia-nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Maret 214 sampai bulan Maret 215 di Laboratorium Biofisika Membran dengan judul Karakterisasi Kelistrikan Membran Selulosa Mikrobial dari Limbah Kulit Pisang Kepok. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Jajang Juansah MSi dan Ibu Dr Mersi Kurniati MSi selaku pembimbing, serta Bapak Tony Sumaryada PhD yang telah banyak memberi bimbingan, kritik dan sarannya selama proses penelitian maupun penyusunan karya ilmiah ini. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, adik-adikku yang tersayang (Arina dan Anisa) serta seluruh keluarga, atas segala doa, dukungan, semangat, bantuan materi, dan kasih sayangnya. Penulis juga ingin mengucapkan terima kasih banyak kepada teman-teman Fisika 47, Lilis, Tiara, Sinta, Lia, Tia, Lutfi, Tanty, Nofi, Mba Eni, teman-teman Pondok Delima (Arina, Fifa, Azizah, Rahma, Nofi, Ka Seli), saudara-saudari Chlorophyl 47, serta sahabat-sahabat lain yang secara langsung maupun tidak langsung telah mendukung dan membantu penulis dalam penyelesaian penelitian ini. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat. Bogor, Agustus 215 Arini Eka Septia

9 DAFTAR ISI DAFTAR TABEL vi DAFTAR GAMBAR vi DAFTAR LAMPIRAN vi PENDAHULUAN 1 Latar Belakang 1 Perumusan Masalah 2 Tujuan Penelitian 2 TINJAUAN PUSTAKA 2 Pisang Kepok 2 Selulosa Mikrobial 3 Membran 3 Larutan Elektrolit 4 Karakteristik Sifat Listrik 4 METODE 7 Waktu dan Tempat Penelitian 7 Bahan dan Alat 7 Metode Penelitian 7 Pembuatan Membran Selulosa dari Limbah Kulit Pisang Kepok 7 Karakterisasi Sifat Kelistrikan Membran Selulosa 8 HASIL DAN PEMBAHASAN 9 Karakteristik Listrik Membran Selulosa Mikrobial 9 Karakteristik Impedansi Membran 9 Karakteristik Kapasitansi Membran 15 Karakteristik Reaktansi Membran 21 Karakteristik Resistansi Membran 26 SIMPULAN DAN SARAN 32 Simpulan 32 Saran 32 DAFTAR PUSTAKA 33 LAMPIRAN 34 RIWAYAT HIDUP 71

10 DAFTAR TABEL 1 Perbandingan Sifat-Sifat Larutan Elektrolit dan Larutan Non Elektrolit 4 DAFTAR GAMBAR 1 Model rangkaian elektronika untuk membran 5 2 Grafik spektrum kapasitif dan model elektronik untuk membran 6 3 Skema pengukuran sifat listrik dengan LCRmeter 8 4 Skema pengujian interaksi membran selulosa dengan larutan elektrolit yang mengandung ion logam 9 5 Hubungan antara frekuensi dan impedansi membran sebelum interaksi dengan larutan NaCl (a,b,c,d) dan MgCl 2 (e,f,g,h) untuk variasi hari fermentasi nata 1 6 Pengaruh hari fermentasi pada hubungan frekuensi dan impedansi setelah membran berinteraksi dengan larutan NaCl 1 M (a),.5 M (b),.1 M (c) dan.5 M (d) 11 7 Pengaruh hari fermentasi pada hubungan frekuensi dan impedansi setelah membran berinteraksi dengan larutan MgCl 2 1 M (a),.5 M (b),.1 M (c) dan.5 M (d) 12 8 Pengaruh variasi konsentrasi pada hubungan frekuensi dan impedansi setelah membran 6 hari (a), 8 hari (b), 1 hari (c) dan 12 hari (d) berinteraksi dengan larutan NaCl 13 9 Pengaruh variasi konsentrasi pada hubungan frekuensi dan impedansi setelah membran 6 hari (a), 8 hari (b), 1 hari (c) dan 12 hari (d) berinteraksi dengan larutan MgCl Hubungan frekuensi dan kapasitansi membran sebelum interaksi dengan larutan NaCl (a,b,c,d) dan MgCl 2 (e,f,g,h) untuk variasi hari fermentasi Pengaruh hari fermentasi pada hubungan frekuensi dan kapasitansi setelah membran berinteraksi dengan larutan NaCl 1 M (a),.5 M (b),.1 M (c) dan.5 M (d) Pengaruh hari fermentasi pada hubungan frekuensi dan kapasitansi setelah membran berinteraksi dengan larutan MgCl 2 1 M (a),.5 M (b),.1 M (c) dan.5 M (d) Pengaruh variasi konsentrasi pada hubungan frekuensi dan kapasitansi setelah membran 6 hari (a), 8 hari (b), 1 hari (c) dan 12 hari (d) berinteraksi dengan larutan NaCl Pengaruh variasi konsentrasi pada hubungan frekuensi dan kapasitansi setelah membran 6 hari (a), 8 hari (b), 1 hari (c) dan 12 hari (d) berinteraksi dengan larutan MgCl Hubungan frekuensi dan reaktansi membran sebelum interaksi dengan larutan NaCl (a,b,c,d) dan MgCl 2 (e,f,g,h) variasi hari fermentasi nata Pengaruh hari fermentasi pada hubungan frekuensi dan reaktansi setelah membran berinteraksi dengan larutan NaCl 1 M (a),.5 M 9 (b),.1 M (c) dan.5 M (d) 23

11 17 Pengaruh hari fermentasi pada hubungan frekuensi dan reaktansi setelah membran berinteraksi dengan larutan MgCl 2 1 M (a),.5 M (b),.1 M (c) dan.5 M (d) Pengaruh variasi konsentrasi pada hubungan frekuensi dan reaktansi setelah membran 6 hari (a), 8 hari (b), 1 hari (c) dan 12 hari 9 (d) berinteraksi dengan larutan NaCl Pengaruh variasi konsentrasi pada hubungan frekuensi dan reaktansi setelah membran 6 hari (a), 8 hari (b), 1 hari (c) dan 12 hari (d) berinteraksi dengan larutan MgCl Hubungan frekuensi dan resistansi membran sebelum interaksi dengan larutan NaCl (a,b,c,d) dan MgCl 2 (e,f,g,h) untuk variasi hari fermentasi Pengaruh hari fermentasi pada hubungan frekuensi dan resistansi setelah membran berinteraksi dengan larutan NaCl 1 M (a),.5 M (b),.1 M (c) dan.5 (d) Pengaruh hari fermentasi pada hubungan frekuensi dan resistansi setelah membran berinteraksi dengan larutan MgCl 2 1 M (a),.5 (b),.1 M (c) dan.5 M (d) Pengaruh variasi konsentrasi pada hubungan frekuensi dan resistansi setelah membran 6 hari (a), 8 hari (b), 1 hari (c) dan 12 hari (d) berinteraksi dengan larutan NaCl 3 24 Pengaruh variasi konsentrasi pada hubungan frekuensi dan resistansi setelah membran 6 hari (a), 8 hari (b), 1 hari (c) dan 12 hari (d) berinteraksi dengan larutan MgCl 2 31 DAFTAR LAMPIRAN 1 Diagram pembuatan membran 36 2 Diagram tahap-tahap penelitian 37 3 Alat dan bahan penelitian 38 4 Impedansi membran sebelum interaksi dengan larutan NaCl 39 5 Impedansi membran sebelum interaksi dengan larutan MgCl Kapasitansi membran sebelum interaksi dengan larutan NaCl 41 7 Kapasitansi membran sebelum interaksi dengan larutan MgCl Reaktansi membran sebelum interaksi dengan larutan NaCl 43 9 Reaktansi membran sebelum interaksi dengan larutan MgCl Resistansi membran sebelum interaksi dengan larutan NaCl Resistansi membran sebelum interaksi dengan larutan MgCl Impedansi membran setelah interaksi dengan NaCl dalam pengaruh hari fermentasi nata Impedansi membran setelah interaksi dengan MgCl 2 dalam pengaruh hari fermentasi nata Kapasitansi membran setelah interaksi dengan larutan NaCl dalam pengaruh hari fermentasi nata Kapasitansi membran setelah interaksi dengan larutan MgCl 2 dalam pengaruh hari fermentasi nata 5

12 16 Reaktansi membran setelah interaksi dengan larutan NaCl dalam pengaruh hari fermentasi nata Reaktansi membran setelah interaksi dengan larutan MgCl 2 dalam pengaruh hari fermentasi nata Resistansi membran setelah interaksi dengan larutan NaCl dalam pengaruh hari fermentasi nata Resistansi membran setelah interaksi dengan larutan MgCl 2 dalam pengaruh hari fermentasi nata 54 2 Impedansi membran 6 hari setelah interaksi dengan larutan elektrolit Impedansi membran 8 hari setelah interaksi dengan larutan elektrolit Impedansi membran 1 hari setelah interaksi dengan larutan elektrolit Impedansi membran 12 hari setelah interaksi dengan larutan elektrolit Kapasitansi membran 6 hari setelah interaksi dengan larutan elektrolit Kapasitansi membran 8 hari setelah interaksi dengan larutan elektrolit 6 26 Kapasitansi membran 1 hari setelah interaksi dengan larutan elektrolit Kapasitansi membran 12 hari setelah interaksi dengan larutan elektrolit Reaktansi membran 6 hari setelah interaksi dengan larutan elektrolit Reaktansi membran 8 hari setelah interaksi dengan larutan elektrolit 64 3 Reaktansi membran 1 hari setelah interaksi dengan larutan elektrolit Reaktansi membran 12 hari setelah interaksi dengan larutan elektrolit Resistansi membran 6 hari setelah interaksi dengan larutan elektrolit Resistansi membran 8 hari setelah interaksi dengan larutan elektrolit Resistansi membran 1 hari setelah interaksi dengan larutan elektrolit Resistansi membran 12 hari setelah interaksi dengan larutan elektrolit 7

13 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Teknologi membran yang ramah lingkungan dan hemat energi semakin populer dimanfaatkan sebagai material pendukung kebutuhan industri dan riset. Pemanfaatan membran tidak terbatas hanya sebagai membran filtrasi namun telah diperluas dalam berbagai bidang terutama bidang elektronika. Kemajuan teknologi telah mendorong peneliti untuk menemukan dan menghasilkan bahan potensial membran lainnya. Salah satunya adalah membran selulosa mikrobial. Selulosa mikrobial merupakan selulosa yang dihasilkan oleh mikroorganisme seperti Gluconacetobacter, terutama Acetobacter. Rumus molekular selulosa mikrobial (C 6 H 1 O 5 ) n hampir sama dengan selulosa tumbuhan namun karakteristik fisik dan kimianya berbeda. Selulosa mikrobial memiliki sifat yang lebih unggul dibandingkan selulosa tumbuhan. Selulosa mikrobial memiliki kemurnian, derajat polimerisasi dan indeks kristalinitas yang tinggi. 1 Selulosa yang dihasilkan Acetobacter bersifat sangat hidrofilik, karakteristik mekanik yang unggul dalam keadaan basah maupun kering. Struktur selulosa mikrobial berbentuk anyaman halus yang unik dan kuat serta dapat diproduksi dari berbagai macam substrat yang relatif murah. 2 Proses pembentukan selulosa mikrobial oleh Acetobacter memerlukan media yang mengandung glukosa. Glukosa dapat diperoleh dari berbagai sumber bahan alam yang belum dimanfaatkan. Salah satunya adalah kulit pisang kepok. Kulit pisang kepok merupakan salah satu limbah alami yang masih jarang dimanfaatkan oleh masyarakat. Limbahnya yang melimpah dapat mencemari lingkungan dan meningkatkan keasaman tanah. 3 Kulit pisang kepok mengandung karbohidrat sebesar 18,5% yang terdiri dari komponen monosakarida terutama glukosa sebesar 8,16 %. 4 Kandungan glukosa yang terkandung di dalam kulit pisang kepok berpotensi dimanfaatkan sebagai media pertumbuhan bakteri pembentuk nata. Nata de banana skin merupakan salah satu modifikasi produk fermentasi nata yang memanfaatkan ekstrak limbah kulit pisang. Fermentasi nata de banana skin dilakukan oleh Acetobacter xylinum yang mengubah glukosa menjadi selulosa. Kandungan utama nata de banana skin adalah selulosa yang termasuk jenis selulosa mikrobial. Keunggulan selulosa mikrobial antara lain memiliki kemurnian tinggi, derajat kristalinitas tinggi, mempunyai kerapatan berkisar 3 hingga 9 kg m -3, kekuatan tarik tinggi, elastis dan bersifat biodegradable. 5 Penelitian yang mengembangkan selulosa mikrobial sebagai material yang bernilai tambah telah banyak dilakukan, terutama sebagai membran pengikat logam-logam berat dan material biosensor. Hasil penelitian Sulistiyana et al. (21) menyatakan bahwa selulosa mikrobial nata de coco dapat mengabsorpsi kation Ca dan Mg. Penelitian Nurul Asni (26) menunjukkan bahwa selulosa mikrobial dari limbah tahu dapat dimanfaatkan sebagai semikonduktor. Berbagai kajian selulosa mikrobial dari berbagai jenis nata telah memperlihatkan potensinya sebagai material elektronika. Studi pemanfaatan membran selulosa mikrobial dari nata de banana skin masih terbatas. Hasil penelitian Siswarni (27) menyatakan bahwa pemanfaatan membran selulosa nata de banana skin sebagai membran ultrafiltrasi. Penelitian ini dilakukan untuk mengkaji

14 2 karakteristik listrik membran selulosa mikrobial dari limbah kulit pisang kepok. Karakteristik listrik yang diuji adalah impedansi, kapasitansi, resistansi, dan reaktansi listrik. Pencirian ikatan antara selulosa membran dan logam dilihat dari perubahan sifat listrik membran menggunakan metode spektroskopi impedansi dalam variasi frekuensi. Perumusan Masalah 1. Bagaimana karakteristik sifat listrik membran selulosa mikrobial dari kulit pisang kepok? 2. Apakah terjadi perubahan sifat listrik membran sebelum dan setelah diuji dengan larutan NaCl dan MgCl 2? Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk : 1. Melakukan sintesis membran selulosa dari kulit pisang kepok 2. Mengetahui karakteristik listrik membran selulosa mikrobial dari kulit pisang kepok sebelum dan setelah diuji dengan larutan NaCl dan MgCl 2 TINJAUAN PUSTAKA Pisang Kepok Pisang kepok dengan nama latin Musa acuminate L. dapat menjadi salah satu produk pertanian yang prospektif untuk dikembangkan karena dapat tumbuh di sembarang tempat sehingga produksi buahnya selalu tersedia. Pisang kepok memiliki kulit buah yang kuning kemerahan dengan bintik- bintik coklat. Produksi Pisang Kepok dapat mencapai 4 ton/ha. 6 Penyebaran tanaman pisang hampir merata ke seluruh dunia, yakni meliputi daerah tropik dan subtropik, dimulai dari Asia Tenggara ke Timur melalui Lautan Teduh sampai ke Hawai. Selain itu, tanaman pisang juga menyebar ke barat melalui Samudera Atlantik, Kepulauan Kanari, sampai Benua Amerika. Pisang yang paling dikenal saat ini merupakan keturunan dari spesies pisang liar yaitu Musa acuminata dan Musa balbisiana. Pisang Kepok memiliki tinggi sekitar 37 cm dengan umur berbunga 13 bulan. Batangnya berdiameter 31 cm dengan panjang daun 258 cm dan lebar daun 9 cm, sedangkan warna daun serta tulang daun hijau tua. Bentuk jantung spherical atau lanset. Bentuk buah lurus dengan panjang buah 14 cm dan diameter buah 3.46 cm. Warna kulit dan daging buah matang kuning tua. Kulit pisang mengandung zat pektin yang terdiri dari asam galakturonik. Asam galakturonik dapat mengikat ion logam. Muatan negatif pada asam galakturonik, mengikat ion positif logam yang terdapat di dalam air, sehingga unsur pencemar dalam air dapat hilang. Kulit pisang juga mengandung selulosa yang memiliki kemampuan mengikat logam, dengan menggunakan metode absorpsik. 7

15 3 Selulosa Mikrobial Nata merupakan selulosa hasil fermentasi mikroorganisme seperti Acetobacter xylinum, yang biasa disebut selulosa mikrobial. Acetobacter xylinum merupakan bakteri gram negatif, aerobik, berbentuk batang, tidak membentuk spora, dan non motil. Mikroba ini dapat mengubah 19% gula menjadi selulosa jika ditumbuhkan dalam media yang mengandung gula. Selulosa yang terbentuk di dalam media tersebut berupa benang-benang yang terus terjalin menjadi lapisan nata. Acetobacter xylinum memiliki sifat sensitif terhadap perubahan sifat fisik dan kimia lingkungan sehingga dapat mempengaruhi proses pembentukan nata. Pertumbuhan Acetobacter xylinum dalam membentuk nata dipengaruhi oleh ph, suhu, sumber nitrogen dan oksigen dalam media serta wadah fermentasi. Selulosa mikrobial mempunyai struktur kimia yang sama seperti selulosa yang berasal dari tumbuhan. Selulosa ini berbentuk polisakarida berantai lurus yang tersusun oleh molekul D-glukosa melalui ikatan β-1,4. Struktur tersebut memungkinkan selulosa mikrobial digunakan sebagai material absorben yang dapat berikatan dengan ion logam atau logam berat. 8 Bahan yang mengandung selulosa biasanya berbentuk struktur kristalin, sehingga air tidak dapat masuk ke dalam daerah aktif kristalin pada suhu kamar. 9 Selulosa mikrobial mengandung dua struktur kristalin yaitu selulosa α (triklinik) dan selulosa β (monoklinik). Selulosa α adalah satu unit sel triklinat mengandung satu rantai selulosa yang mengandung selulosa 6%, sedangkan selulosa β adalah satu unit sel monoklinat mengandung dua rantai selulosa. 1 Selulosa mikrobial dapat dibuat dalam bentuk lembran dengan mengeringkannya di udara. Mengeringkan selulosa sampai kadar air kurang dari 1 % membutuhkan biaya yang besar, tetapi gugus OH dalam air lebih reaktif daripada gugus OH yang terdapat pada komponen lignoselulosa, sehingga hidrolisis berlangsung lebih cepat daripada substitusi. Suhu (<15 o C) yang dibutuhkan untuk reaksi sempurna harus cukup rendah sehingga tidak terjadi degradasi serat. 9 Membran Membran merupakan selaput tipis semipermeabel yang memisahkan dua fasa berbeda dengan cara menahan komponen tertentu dan melewatkan komponen lainnya melalui pori-pori. Fasa pertama adalah feed atau larutan pengumpan yaitu komponen atau partikel yang akan dipisahkan dan fasa kedua adalah permeate yaitu hasil pemisahan. 11 Pemisahan dengan membran merupakan suatu teknik pemisahan sederhana tanpa mengunakan energi berdasarkan ukuran dan bentuknya. Filtrasi membran biasanya dilakukan dengan bantuan tekanan dan selaput semipermeabel. Membran dapat dibuat dari bahan alami maupun bahan sintetik. Membran yang digunakan dalam penyaringan adalah membran yang telah dicetak sesuai ukuran miliphore. Membran selulosa memiliki pori-pori kecil sehingga jika membran tidak mendapat perlakuan sesuai persyaratan maka kemampuan membran untuk menyaring tidak maksimal atau tidak bekerja dengan baik. 12

16 4 Larutan Elektrolit Larutan merupakan campuran homogen dari dua atau lebih zat. Sifat larutan ditentukan oleh konsentrasi zat terlarutnya. Konsentrasi menggambarkan banyaknya zat yang terlarut dalam pelarut ataupun larutan. Konsentrasi dapat dinyatakan dalam persen, molar, molal, persen mol, fraksi mol dan ppm. Konsentrasi molar atau molaritas (M) adalah banyaknya partikel zat terlarut dalam larutan yang dinyatakan dengan : Berdasarkan daya hantar listriknya, larutan dibagi menjadi dua jenis yaitu larutan elektrolit dan larutan non elektrolit. Larutan elektrolit adalah larutan yang dapat menghantarkan arus listrik, terdiri dari larutan elektrolit kuat (larutan yang punya daya hantar listrik yang kuat) dan larutan elektrolit lemah (larutan yang daya hantar listriknya lemah). Larutan non elektrolit merupakan larutan yang tidak dapat menghantarkan listrik, contohnya alkohol, larutan gula dan lain-lain. Elektrolit merupakan zat yang jika dilarutkan ke dalam air akan terurai menjadi ion-ion (terionisasi), sehingga dapat menghantarkan listrik. Zat yang dalam air akan terurai seluruhnya menjadi ion-ion (terionisasi sempurna) disebut elektrolit kuat. Zat yang tergolong elektrolit kuat seperti: KCl, MgCl 2, CaCl 2, NaCl dan lain-lain. Zat yang hanya sebagian kecil molekulnya larut bereaksi dengan air untuk membentuk ion (terionisasi sebagian) disebut elektrolit lemah. Zat yang tergolong elektrolit lemah seperti: NH 3, H 2 SO 3, CH 3 COOH, dan lainlain. 13 Larutan elektrolit dapat bersumber dari senyawa ion (senyawa yang mempunyai ikatan ion) atau senyawa kovalen polar (senyawa yang mempunyai ikatan kovalen polar). Larutan elektrolit mengandung atom-atom bermuatan listrik (ion-ion) yang bergerak bebas, hingga mampu untuk menghantarkan arus listrik melalui larutan. 14 Tabel 1 Perbandingan Sifat-Sifat Larutan Elektrolit dan Larutan Non Elektrolit 14 Larutan Elektrolit 1. Dapat menghantarkan listrik. 2. Terjadi proses ionisasi (terurai menjadi ion-ion). 3. Lampu dapat menyala terang atau redup dan ada gelembung gas. 4. Contoh: NaCl, H 2 SO 4, MgCl 2, CH 3 COOH Larutan Non Elektrolit 1. Tidak dapat menghantarkan listrik. 2. Tidak terjadi proses ionisasi. 3. Lampu tidak menyala dan tidak ada gelembung gas. 4. Contoh: C12H22O11, CO(NH2)2, etanol, C6H12O6 Karakteristik Sifat Listrik Setiap bahan memiliki sifat listrik yang berbeda. Berdasarkan sifat listriknya, suatu bahan dapat dikategorikan ke dalam bahan isolator, konduktor, semikonduktor dan superkonduktor. Parameter listrik yang sering dikaji dalam suatu penelitian atau percobaan adalah kapasitansi, konduktansi dan impedansi.

17 Kapasitansi Kapasitansi merupakan ukuran penyimpanan dielektrik suatu bahan. Sifat listrik ini menggambarkan kemampuan suatu bahan untuk menyimpan muatan listrik. Elemen dasar rangkaian listrik yang mampu menyimpan muatan listrik disebut kapasitor. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari dua pelat konduktor sejajar yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik atau terisolasi secara kelistrikan. Muatan listrik dapat tersimpan di dalam kapasitor ketika kedua ujung pelat diberi beda potensial. Kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan listrik dapat meningkat jika medan listrik di antara kedua pelat melemah akibat adanya bahan dielektrik. Kapasitansi dari suatu kapasitor dipengaruhi oleh luas plat, jarak antar plat dan konstanta dielektrik bahan. Luas plat kapasitor dan nilai konstanta dielektrik yang besar akan meningkatkan kapasitansi. Jarak antar plat yang semakin besar akan mengurangi nilai kapasitor bahan. 5 Gambar 1 Model rangkaian elektronika untuk membran 14 Membran dapat dimodelkan dengan rangkaian listrik yang terdiri dari gabungan kapasitor dan resistor (Coster). Model rangkaian membran tersebut disusun secara paralel. dengan, Z 1 = impedansi skin layer (ohm) Z 2 = impedansi sub layer (ohm) Z m = impedansi membran (ohm) G 1 = konduktansi skin layer (siemens) G 2 = konduktansi sub layer (siemens) C 1 = kapasitansi skin layer (farad) C 2 = kapasitansi sub layer (farad) I = arus (ampere) Gabungan seri antara Z 1 dan Z 2 serta melihat perumusan Z m maka akan menghasilkan nilai kapasitansi membran dengan = 2πf merupakan frekuensi sudut sehingga kapasitansi membran bergantung pada frekuensi. 13

18 6 C m (F) f (Hz) Gambar 2 Grafik spektrum kapasitif dan model elektronik untuk membran 13 Konduktansi Sifat listrik lainnya yang juga dimiliki membran adalah konduktivitas. Sifat ini muncul karena adanya interaksi antara ion dengan membran. Konduktansi ini sangat penting dalam proses pemisahan pada membran karena dapat menentukan geometri dan dimensi pori. Konduktansi menggambarkan ukuran kemampuan suatu bahan untuk melewatkan arus listrik. Nilai konduktansi berbanding terbalik dengan nilai hambatan. Ion yang melintasi membran merupakan kuantitas elektrik yang dikenal sebagai arus. 15 Reaktansi Reaktansi merupakan perlawanan bahan bersifat reaksi terhadap perubahan tegangan atau arus. Reaktansi diukur dalam satuan Ohm. Ketika tegangan bolakbalik diberikan pada kapasitor atau induktansi, magnitudo dari arus yang mengalir akan bergantung pada nilai kapasitansi atau induktansinya dan juga pada frekuensi dari tegangan. Kapasitor dan induktor akan memberikan perlawanan terhadap aliran arus tersebut dengan cara yang serupa dengan yang dilakukan resistor. Perbedaan pentingnya adalah reaktansi efektif dari komponennya akan berubahubah seiring berubahnya frekuensi. 16 Reaktansi terdapat dalam dua bentuk yaitu reaktansi kapasitif dan reaktansi induktif. Reaktansi suatu kapasitor berbanding terbalik terhadap kapasitansi dan frekuensi tegangan. Reaktansi kapasitif melemah seiring meningkatnya frekuensi sedangkan reaktansi induktif naik secara linier seiring naiknya frekuensi. Reaktansi dari induktor ini berbanding lurus dengan nilai induktansinya dan frekuensi dari tegangan yang diberikan. 16 Impedansi Impedansi merupakan hambatan total pada rangkaian arus bolak-balik atau tingkat resistansi terhadap aliran arus listrik bolak-balik (ac = alternating current). Hambatan (R) dalam listrik digunakan untuk menghadirkan komponen dissipative(menghilangkan) respon dielektrik. Impedansi bergantung pada frekuensi. Jika frekuensi itu bertambah, X L bertambah dan X C berkurang; maka selalu ada satu frekuensi pada saat X L dan X C sama dan X L X C adalah nol. 17 Membran mempunyai sifat listrik yang akan menunjukkan kemampuannya untuk menghambat atau meneruskan ion atau molekul. Karakteristik listrik membran sangat penting untuk meningkatkan efisien suatu sistem yang menggunakan membran sebagai komponenya. Oleh karena itu diperlukan suatu metode karakterisasi membran yang mendukung. Salah satu teknik yang dapat

19 digunakan adalah spektroskopi impedansi. Metode ini merupakan suatu pendekatan yang digunakan untuk menentukan impedansi membran pada suatu selang frekuensi tertentu. Metode spektroskopi impedansi menggunakan variasi arus sinusoidal yang dilewatkan pada sistem membran melalui dua elektroda arus. Cara ini memungkinkan untuk melakukan karakterisasi kapasitansi dan sifat konduksi dari suatu struktur lapisan membran. 18 Metode spektroskopi impedansi ini tidak hanya dapat digunakan untuk menentukan impedansi membran. Kelebihannya yang dapat menentukan impedansi membran yang berlapis, metode ini sering digunakan untuk melakukan karakterisasi kapasitansi dan sifat konduksi suatu bahan alam. Metode ini sering digunakan untuk menentukan kesegaran bahan alam seperti buah. 7 METODE Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilakukan di Laboratorium Biofisika Membran, Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam dan Sea Fast Institut Pertanian Bogor. Penelitian dilaksanakan pada bulan Maret 214 sampai Februari 215. Bahan dan Alat Bahan utama yang digunakan pada penelitian ini adalah kulit pisang kepok, (NH 4 ) 2 SO 4, NaOH, starter Acetobater xylinum, NaCl dan MgCl 2. Peralatan yang digunakan adalah blender TRISONIC, heater, chamber kaca, power supply, LCRmeter HIOKI LCR HITESTER, penjepit kertas, wadah plastik 5 ml dan 1 ml, gelas ukur 3 ml, gelas piala 25 ml, pengaduk, neraca ohaus dan plat PCB 3 x 3. Metode Penelitian Penelitian ini dilakukan dalam dua tahapan yaitu pembuatan membran selulosa dari limbah kulit pisang dan karakterisasi sifat kelistrikan membran selulosa sebelum dan sesudah diinteraksikan dengan ion logam. Pembuatan Membran Selulosa dari Limbah Kulit Pisang Kepok Kulit pisang kepok yang masih segar dicuci bersih, kemudian dipotong kecil-kecil untuk diblender. Kulit pisang yang telah diblender kemudian disaring untuk diambil cairan konsentratnya. Konsentratnya dipanaskan hingga suhu 1 C selama 15 menit, kemudian ditambahkan gula pasir 1% dan (NH 4 ) 2 SO 4.5% diaduk lalu didinginkan dan atur ph=4 dengan menambahkan asam asetat sebanyak 2 ml. Pada kondisi yang telah sesuai, ke dalam campuran konsentrat kulit pisang dimasukkan starter Acetobater xylinum, lalu didiamkan untuk difermentasi. Jumlah starter yang digunakan adalah 2 ml dalam 25 ml media dengan variasi waktu fermentasi 6 hari, 8 hari, 1 hari dan 12 hari. Dalam hal ini

20 8 akan dihasilkan nata de banana skin, nata yang terbentuk dicuci dengan air lalu direndam dengan NaOH 2% selama 24 jam, setelah itu dicuci lagi hingga ph netral. Nata de banana skin yang diperoleh dicetak dalam bentuk lapisan (film) menggunakan hidrolik press. 19 Karakterisasi Sifat Kelistrikan Membran Selulosa Uji Sifat Listrik Membran Selulosa Sifat listrik membran selulosa yang diuji adalah impedansi, resistansi, reaktansi dan kapasitansi. Pengujian membran dilakukan menggunakan LCR Hitester dan dua buah pelat kapasitor. Membran diletakkan diantara kedua pelat kemudian kabel pada sisi pelat dihubungkan dengan penjepit pada LCR. Selanjutnya mengatur dan menentukan parameter listrik yang diinginkan pada layar LCR. Pilih G untuk konduktansi, Cs untuk kapasitansi, Z untuk impedansi dan H untuk induktansi. LCRmeter akan memberikan hasil pengukuran secara langsung setelah menunggu beberapa menit dan data dengan nilai konstan yang akan diambil sebagai hasil pengukuran. Skema pengukuran sifat listrik dengan LCRmeter dilakukan seperti Gambar 3. Gambar 3 Skema pengukuran sifat listrik dengan LCRmeter 2 Uji Sifat Listrik Membran Selulosa Saat Interaksi dengan Ion Logam Membran selulosa yang terbentuk diuji sifat permeabilitasnya terhadap ion logam Na dan Mg menggunakan metode spektroskopi impedansi. Metode ini menggunakan dua buah elektroda dan LCR Hitester yang dihubungkan pada komputer dengan pengukuran dalam selang frekuensi 1 Hz 1 MHz. Larutan yang digunakan adalah NaCl dan MgCl 2 dengan variasi konsentrasi masingmasing larutan 1 M,.5 M,.1 M dan.5 M. Membran selulosa yang diuji dipotong berukuran 3 x 3 cm. Kemudian diletakkan di antara dua chamber dari kaca yang sisinya diberi celah dengan ukuran sekitar 3 x 3 cm. Kedua chamber diisi dengan aquades, kemudian salah satu chamber diisi larutan uji. Elektroda yang dihubungkan dengan sistem spektroskopi impedansi dimasukkan ke dalam chamber. Komputer akan membaca pengukuran selama selang frekuensi 2-2 Hz. Pengujian dilakukan dengan cara yang sama untuk setiap variasi larutan uji dan konsentrasinya. Skema pengujian interaksi membran selulosa dengan logam seperti Gambar 4.

21 9 Gambar 4 Skema pengujian interaksi membran selulosa dengan larutan elektrolit yang mengandung ion logam Uji Sifat Listrik Membran Setelah Interaksi dengan Ion Logam Pengujian membran dilakukan menggunakan LCR Hitester dan dua buah pelat kapasitor. Membran diletakkan diantara kedua pelat kemudian kabel pada sisi pelat dihubungkan dengan penjepit pada LCR. Selanjutnya mengatur dan menentukan parameter listrik yang diinginkan pada layar LCR. Pilih G untuk konduktansi, Cs untuk kapasitansi, Z untuk impedansi dan H untuk induktansi. LCRmeter akan memberikan hasil pengukuran secara langsung setelah menunggu beberapa menit dan data dengan nilai konstan yang akan diambil sebagai hasil pengukuran. Skema pengukuran sifat listrik dengan LCRmeter dilakukan seperti Gambar 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Listrik Membran Selulosa Mikrobial Karakteristik Impedansi Membran Membran Sebelum Interaksi dengan Larutan Elekrolit Kemampuan suatu material menghalangi aliran arus pada rangkaian arus bolak-balik ditunjukkan melalui sifat impedansinya. Impedansi menggambarkan rasio tegangan yang melintasi elemen rangkaian terhadap arus yang mengalir pada rangkaian. Impedansi pada rangkaian keping kapasitor dipengaruhi frekuensi, resistansi dan reaktansi total. 13 Impedansi pada keping sejajar berperan sebagai perintang medan listrik yang diberikan pada keping. Nilai impedansi setiap membran mengalami penurunan secara eksponensial pada pertambahan frekuensi. Nilai impedansi membran selulosa ini sekitar 5-49 kohm. Membran fermentasi nata 8 hari memiliki nilai impedansi paling besar sekitar 49 kohm sedangkan membran fermentasi nata 1 hari memiliki impedansi yang kecil walaupun pada beberapa membran nilainya lebih besar. Membran fermentasi 6 hari memiliki variasi nilai impedansi berkisar antara 8-23 kohm sedangkan membran fermentasi 12 hari impedansinya sekitar 8-15 kohm.

22 Impedansi (kohm) Impedansi (kohm) Impedansi (kohm) Impedansi (kohm) Impedansi (kohm) Impedansi (kohm) Impedansi (kohm) Impedansi (kohm) (a) (b) (c) (c) (d) (e) (g) Gambar 5 Hubungan antara frekuensi dan impedansi membran sebelum interaksi dengan larutan NaCl (a,b,c,d) dan MgCl 2 (e,f,g,h) untuk variasi hari fermentasi nata. 6 hari, 8 hari, 1 hari, 12 hari. Ketebalan suatu bahan dapat menentukan besar kecilnya hambatan listrik bahan tersebut. Semakin tebal suatu bahan, atom-atom dalam bahan akan menghalangi gerakan elektron bebas sehingga arus listrik yang dialirkan berkurang. 21 Lama fermentasi nata mempengaruhi ketebalan lapisan nata dan kandungan selulosa yang terbentuk. Waktu fermentasi nata yang lama akan membentuk lapisan nata yang semakin tebal dan kandungan selulosa yang semakin banyak. 19 Proses fermentasi nata sangat rentan terhadap kontaminasi sehingga dapat mempengaruhi ketebalan lapisan nata yang terbentuk. Ketebalan membran selulosa pada penelitian ini tidak seragam karena proses penge-press-an nata yang manual sehingga nilai impedansi membran selulosa pada waktu fermentasi nata yang sama juga terlihat variatif (h)

23 Impedansi (Ohm) Impedansi (Ohm) Impedansi (Ohm) Impedansi (Ohm) Membran Setelah Interaksi dengan Larutan Elektrolit Pengaruh Hari Fermentasi Nata Proses polimerisasi bakteri saat pembentukan selulosa mikrobial dipengaruhi oleh hari fermentasi atau waktu inkubasi nata. 2 Waktu fermentasi nata yang semakin lama akan membentuk rantai selulosa yang semakin banyak, jika tidak terjadi kontaminasi. Selulosa yang terbentuk akan mempengaruhi interaksi membran dengan larutan elekrolit, berarti semakin banyak selulosa yang terbentuk kemungkinan pengikatan ion pada membran akan meningkat. Peningkatan jumlah ion yang terikat pada selulosa dapat mempermudah aliran arus melewati membran sehingga mempengaruhi nilai impedansi membran (a) (c) (b) (d) Gambar 6 Pengaruh hari fermentasi pada hubungan frekuensi dan impedansi setelah membran berinteraksi dengan larutan NaCl 1 M (a),.5 M (b),.1 M (c) dan.5 M (d). 6 hari, 8 hari, 1 hari, 12 hari. Gambar 6 memperlihatkan impedansi membran pada variasi frekuensi setelah berinteraksi dengan larutan NaCl. Nilai impedansi setiap membran mengalami penurunan seiring pertambahan frekuensi. Nilai impedansi membran setelah berinteraksi dengan larutan elektrolit mengalami penurunan dibandingkan impedansi sebelum berinteraksi. Penurunan nilai impedansi ini kemungkinan dikarenakan molekul-molekul air atau ion-ion larutan yang terikat pada membran. Molekul air atau ion larutan ini merupakan molekul polar yang dapat menghantarkan listrik sehingga molekul yang terikat pada membran mempermudah aliran arus dan memperkecil impedansi membran. Impedansi membran setelah berinteraksi dengan larutan NaCl berkisar antara 25-2 Ohm dengan kecenderungan membran 8 hari yang memiliki impedansi besar.

24 Impedansi (Ohm) Impedansi (Ohm) Impedansi (Ohm) Impedansi (Ohm) 12 Membran 8 hari memiliki impedansi lebih besar pada larutan NaCl konsentrasi.5 M dan.5 M dibandingkan konsentrasi lainnya. Impedansi membran 12 hari tetap besar pada larutan NaCl 1 M sedangkan membran 1 hari impedansinya besar pada larutan NaCl.1 M. Membran 6 hari memiliki nilai impedansi paling kecil setelah diinteraksikan dengan NaCl 1 M dan.1 M. Lama waktu fermentasi nata tidak selalu memperbesar kemungkinan pengikatan ion larutan atau molekul aquades yang dapat menurunkan impedansi membran. Kejenuhan membran dalam berinteraksi dengan larutan yang berbeda konsentrasi kemungkinan dapat menyebabkan beragamnya nilai impedansi membran. Konsentrasi yang besar dapat memperkecil impedansi membran karena kemungkinan pengikatan ion pada selulosa semakin besar, namun pengikatan yang berlebihan akan mengakibatkan terjadinya fouling. Fouling menyebabkan penyumbatan pada pori-pori membran yang dapat menghalangi aliran arus melewati membran. Penyimpangan hasil yang terjadi dapat dikarenakan adanya kesalahan sistem kerja yang dilakukan seperti lama perendaman yang tidak diperhitungkan dan kekonsistensian tegangan dari LCRmeter (c) (a) (b) (d) Gambar 7 Pengaruh hari fermentasi pada hubungan frekuensi dan impedansi setelah membran berinteraksi dengan larutan MgCl 2 1 M (a),.5 M (b),.1 M (c) dan.5 M (d). 6 hari, 8 hari, 1 hari, 12 hari. Pada larutan MgCl 2 impedansi membran juga mengalami penurunan pada pertambahan frekuensi yang diberikan yang ditunjukkan pada Gambar 7. Impedansi membran ini berkisar antara 1-2 Ohm. Membran 8 hari memiliki nilai impedansi terbesar pada larutan MgCl 2 konsentrasi tinggi sedangkan

25 Impedansi (Ohm) Impedansi (Ohm) Impedansi (Ohm) Impedansi (Ohm) membran 12 hari impedansinya terkecil pada konsentrasi tersebut. Penyimpangan terjadi pada MgCl 2.5 M dimana impedansi membran 8 hari memiliki nilai terkecil sedangkan impedansi membran 6 hari besar. Impedansi membran selulosa setelah interaksi dengan larutan elektrolit mengalami penurunan nilai dibandingkan sebelum berinteraksi. Penurunan impedansi menunjukkan terjadinya pengikatan ion larutan elektrolit atau molekul air dengan selulosa pada membran. Pengikatan molekul air atau ion larutan elektrolit kemungkinan mempermudah aliran arus melewati membran sehingga memperkecil impedansi membran. Membran 8 hari cenderung tetap memiliki impedansi yang besar kecuali pada NaCl 1 M dan MgCl 2.5 M. Membran 6 hari dan 12 hari memiliki impedansi kecil pada MgCl 2 konsentrasi tinggi dan NaCl konsentrasi rendah. Membran 1 hari cenderung memiliki nilai impedansi besar pada konsentrasi NaCl dan MgCl 2 yang kecil. 13 Pengaruh Konsentrasi Larutan Nilai impedansi membran dapat dipengaruhi oleh konsentrasi larutan. Konsentrasi larutan menggambarkan banyaknya ion di dalam suatu larutan. Semakin banyak jumlah larutan yang terkandung di dalam larutan maka semakin banyak ion yang dapat berikatan dengan selulosa (c) (a) (d) (b) Gambar 8 Pengaruh variasi konsentrasi pada hubungan frekuensi dan impedansi setelah membran 6 hari (a), 8 hari (b), 1 hari (c) dan 12 hari (d) berinteraksi dengan larutan NaCl. 1 M,.5 M,.1 M,.5 M.

26 Impedansi (Ohm) Impedansi (Ohm) Impedansi (Ohm) Impedansi (Ohm) 14 Ion-ion yang berikatan dengan selulosa pada membran dapat memperkecil impedansi membran namun pengikatan ion yang berlebihan akan memperbesar impedansi membran karena terjadinya fouling. Gambar 8 memperlihatkan nilai impedansi keempat membran pada konsentrasi NaCl berbeda. Respon membran terhadap konsentrasi larutan berbeda-beda. Konsentrasi larutan NaCl yang rendah cenderung menyebabkan nilai impedansi membran fermentasi 6 hari, 8 hari dan 1 hari besar sebaliknya impedansi membran fermentasi 12 hari menjadi kecil. Interaksi membran 6 hari dan 8 hari dengan NaCl.1 memberikan nilai impedansi terkecil. Konsentrasi NaCl 1 M memiliki impedansi paling kecil pada membran 1 hari. Konsentrasi larutan NaCl yang besar menyebabkan impedansi membran mengalami penurunan sebaliknya konsentrasi yang kecil masih memberikan impedansi yang besar. Penumpukan ion yang terikat dapat mempermudah aliran arus tetapi penumpukan yang berlebihan dapat menghambat aliran arus. Lama perendaman yang tidak diperhitungkan dan kekonsistenan tegangan dari LCRmeter dapat mempengaruhi penyimpangan yang terjadi (a) (c) (b) (d) Gambar 9 Pengaruh variasi konsentrasi pada hubungan frekuensi dan impedansi setelah membran 6 hari (a), 8 hari (b), 1 hari (c) dan 12 hari (d) berinteraksi dengan larutan MgCl 2. 1 M,.5 M,.1 M,.5 M. Gambar 9 menunjukkan nilai impedansi membran pada pertambahan frekuensi yang diperlakukan pada larutan MgCl 2 variasi konsentrasi. Nilai impedansi keempat membran mengalami penurunan pada pertambahan frekuensi. Larutan MgCl 2 konsentrasi rendah menyebabkan impedansi membran cenderung besar kecuali pada membran 8 hari. Membran 8 hari memiliki nilai impedansi

27 besar setelah diinteraksikan dengan MgCl 2.1 M dan impedansinya kecil pada larutan MgCl 2.5 M. Konsentrasi MgCl 2 yang besar memberikan impedansi membran yang kecil sebaliknya konsentrasi kecil memberikan impedansi yang lebih besar. Namun pengikatan ion yang berlebihan dapat memperbesar impedansi membran karena terjadi fouling pada permukaan membran. Larutan NaCl dan MgCl 2 termasuk elektrolit kuat yang jika dilarutkan dapat terionisasi. Dalam satu proses disosiasi MgCl 2 melepaskan dua buah ion Cl - sedangkan NaCl melepaskan satu ion. Semakin besar suatu larutan melepaskan elektron berarti semakin banyak energi yang dibebaskan ion untuk dapat melewati membran. Elektron yang dilepaskan mempermudah aliran arus yang melewati membran. 14 Konsentrasi rendah pada larutan NaCl dan MgCl 2 cenderung menyebabkan nilai impedansi membran besar kecuali membran 12 hari pada larutan NaCl dan membran 8 hari pada larutan MgCl 2. Membran 12 hari dan 8 hari memiliki nilai impedansi besar pada larutan MgCl 2 dan NaCl konsentrasi tinggi. Karakteristik Kapasitansi Membran Membran Sebelum Interaksi dengan Larutan NaCl dan MgCl 2 Kapasitansi menggambarkan kemampuan suatu material untuk menyimpan muatan. Kapasitansi menghubungkan perbandingan antara jumlah muatan dengan jumlah arus listrik yang diberikan.. Kapasitansi membran mengalami penurunan selama pertambahan frekuensi dan meningkat perlahan setelah frekuensi 1 khz yang membentuk pola parabola terbalik. Gambar 1 menunjukkan grafik hubungan kapasitansi membran terhadap variasi frekuensi. Frekuensi berpengaruh pada bahan dielektik rangkaian kapasitor keping sejajar. Frekuensi yang diberikan akan mempengaruhi transmisi gelombang pada membran. Transmisi gelombang akan semakin bertambah tiap detiknya pada peningkatan frekuensi. Sebelum kapasitor terisi penuh, arah arus listrik sudah berbalik sehingga terjadi pengosongan muatan pada plat kapasitor dengan cepat. Hal ini menyebabkan muatan dalam kapasitor semakin berkurang dan kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan semakin kecil. 15 Membran selulosa ini memiliki nilai kapasitansi yang kecil berkisar antara.1 x 1-8 hingga 1 x 1-8 Farad. Membran 1 hari memiliki nilai kapasitansi yang cenderung lebih besar dibandingkan membran lain sedangkan membran 8 hari nilai kapasitansinya paling kecil. Nilai kapasitansi membran 6 hari berkisar.35 x 1-8 hingga.6 x 1-8 Farad sedangkan membran 12 hari berkisar antara.3 x 1-8 hingga.5 x 1-8 Farad. Secara umum membran 1 hari cenderung memiliki kapasitas penyimpanan elektrik yang besar dibandingkan membran lainnya sedangkan membran 8 hari kapasitansinya yang paling kecil. Kapasitor keping sejajar bergantung pada dimensi fisiknya yaitu ukuran pelat dan jarak pemisahnya serta bahan dielektrik di antara kedua pelat. Ukuran dan jarak pelat dibuat konsisten sehingga bahan dielektrik, berupa membran selulosa, yang berpengaruh besar terhadap nilai kapasitansinya. Membran selulosa diantara keping sejajar dapat menyebabkan lemahnya medan listrik diantara keping kapasitor sehingga kapasitansinya naik. Lemahnya medan listrik diantara keping sejajar dikarenakan hadirnya medan listrik tambahan dalam bahan dielektrik yang arahnya berlawanan dengan medan listrik luar. 15

28 Kapasitansi (F) Kapasitansi (F) Kapasitansi (F) Kapasitansi (F) Kapasitansi (F) Kapasitansi (F) Kapasitansi (F) Kapasitansi (F) 16 8E-9 6E-9 4E-9 2E-9 8E-9 6E-9 4E-9 2E-9 6E-9 5E-9 4E-9 3E-9 2E-9 1E-9 8E-9 6E-9 4E-9 2E-9 (a) (c) (b) 1E-8 8E-9 6E-9 4E-9 2E-9 (d) 4E-9 3E-9 2E-9 1E-9 5E-9 4E-9 3E-9 2E-9 1E-9 (e) 7E-9 6E-9 5E-9 4E-9 3E-9 2E-9 1E-9 (g) (h) Gambar 1 Hubungan frekuensi dan kapasitansi membran sebelum interaksi dengan larutan NaCl (a,b,c,d) dan MgCl 2 (e,f,g,h) untuk variasi hari fermentasi. 6 hari, 8 hari, 1 hari, 12 hari. (f)

29 Kapasitansi (kf) Kapasitansi (kf) Kapasitansi (kf) Kapasitansi (kf) Membran Setelah Interaksi dengan Larutan Elektrolit Pengaruh Hari Fermentasi Nata Gambar 11 memperlihatkan hubungan frekuensi dan kapasitansi membran pada hari fermentasi nata yang berbeda setelah diinteraksikan dengan larutan NaCl. Nilai kapasitansi membran selulosa ini mengalami penurunan pada pertambahan frekuensi. Frekuensi besar akan meningkatkan transmisi gelombang tiap detiknya yang akan mempercepat pengisian muatan pada kapasitor. Arah arus listrik sudah berbalik sebelum kapasitor terisi penuh sehingga terjadi pengosongan dengan cepat dan menyebabkan muatan dalam kapasitor berkurang. 17 3E-9 2.5E-9 2E-9 1.5E-9 1E-9 5E-1 (a) 3E-9 2.5E-9 2E-9 1.5E-9 1E-9 5E-1 (c) 6E-9 5E-9 4E-9 3E-9 2E-9 1E-9 (b) 6E-9 5E-9 4E-9 3E-9 2E-9 1E-9 (d) Gambar 11 Pengaruh hari fermentasi pada hubungan frekuensi dan kapasitansi setelah membran berinteraksi dengan larutan NaCl 1 M (a),.5 M (b),.1 M (c) dan.5 M (d). 6 hari, 8 hari, 1 hari, 12 hari. Nilai kapasitansi membran setelah interaksi dengan larutan elektrolit mengalami peningkatan dibandingkan sebelum interaksi. Nilai kapasitansi membran untuk setiap lama fermentasi dan konsentrasi larutan mengindikasikan nilai yang berbeda, berarti respon kapasitif membran pada setiap konsentrasi larutan elektrolit tidak sama. Membran 6 hari nilai kapasitansinya besar pada larutan NaCl 1 M dan.1 M sedangkan membran 12 hari pada konsentrasi.5 M dan.5 M. Membran 12 hari memiliki kapasitansi terbesar dan membran 8 hari memiliki kapasitansi terkecil pada larutan.5 M dan.5 M. Membran 1 hari kapasitansinya semakin bertambah pada konsentrasi larutan yang besar walaupun kapasitansinya lebih kecil dibandingkan dengan membran 6 hari.

30 Kapasitansi (kf) Kapasitansi (kf) Kapasitansi (kf) Kapasitansi (kf) 18 Gambar 12 menunjukkan nilai kapasitansi membran setelah berinteraksi dengan MgCl 2 variasi konsentrasi. Membran 12 hari memiliki nilai kapasitansi lebih besar dibandingkan membran lainnya pada MgCl 2 konsentrasi besar. Pada MgCl 2.5 M membran 8 hari tetap memiliki nilai kapasitansi besar tetapi nilai kapasitansinya kecil pada konsentrasi MgCl 2 yang lain. Kapasitansi membran 6 hari pada MgCl 2 1 M,.5 M dan.1 M memiliki nilai yang besar. Setiap membran memiliki kandungan selulosa dan jumlah pori-pori yang berbeda sehingga respon kapasitif setiap membran tidak sama. 1.2E-8 1E-8 8E-9 6E-9 4E-9 2E-9 (a) 7E-9 6E-9 5E-9 4E-9 3E-9 2E-9 1E-9 1.4E-8 1.2E-8 1E-8 8E-9 6E-9 4E-9 2E-9 5E-9 4E-9 3E-9 2E-9 1E-9 (c) (d) Gambar 12 Pengaruh hari fermentasi pada hubungan frekuensi dan kapasitansi setelah membran berinteraksi dengan larutan MgCl 2 1 M (a),.5 M (b),.1 M (c) dan.5 M (d). 6 hari, 8 hari, 1 hari, 12 hari. Nilai kapasitansi membran selulosa cenderung meningkat setelah diinteraksikan dengan larutan MgCl 2 dibandingkan NaCl. Hal tersebut kemungkinan dikarenakan lebih banyak ion MgCl 2 yang terikat pada selulosa. Larutan MgCl 2 memiliki valensi ion dan energi yang besar untuk melewati membran sehingga kemungkinan ion-ion terikat pada pori-pori membran semakin besar. Kapasitansi pada kapasitor keping sejajar dipengaruhi oleh luas penampang bahan, sifat bahan dielektrik dan jarak antar keping. Nilai kapasitansi akan sebanding dengan konstanta dielektrik bahan. 13 Bahan dielektrik yang dihubungkan dengan beda potensial akan memunculkan muatan-muatan yang akan terpolarisasi menimbulkan medan listrik internal dalam bahan. Peningkatan kapasitansi membran setelah interaksi dengan larutan elektrolit kemungkinan dikarenakan ion larutan elektrolit yang terikat pada pori-pori membran dapat meningkatkan medan listrik internal membran. Nilai kapasitansi membran yang (b)

31 Kapasitansi (kf) Kapasitansi (kf) Kapasitansi (kf) Kapasitansi (kf) bervariasi pada masing-masing membran dipengaruhi oleh pori-pori membran. Karakteristik membran lebih dipengaruhi oleh bagaimana pori-pori membran tersusun. 23 Pengaruh konsentrasi larutan Kapasitansi membran menggambarkan perbandingan muatan dengan beda potensial yang melintasi membran. Nilai kapasitansi membran mengalami penurunan seiring pertambahan frekuensi. Frekuensi yang besar akan meningkatkan transmisi gelombang tiap detiknya yang akan mempercepat pengisian muatan pada kapasitor. Arah arus listrik sudah berbalik sebelum kapasitor terisi penuh sehingga terjadi pengosongan dengan cepat dan menyebabkan muatan dalam kapasitor berkurang. Membran memiliki respon berbeda pada variasi konsentrasi larutan NaCl. Larutan NaCl.5 M pada membran 6 hari, 8 hari dan 1 hari memiliki kapasitansi lebih kecil dibandingkan impedansi membran 12 hari. Larutan NaCl 1 M pada membran 8 hari memiliki nilai kapasitansi besar namun penurunannya lebih kecil dari NaCl.1 M. Pada membran 12 hari dengan larutan NaCl 1 M nilai kapasitansinya paling kecil dan larutan NaCl.5 M kapasitansinya paling besar. 19 3E-9 2.5E-9 2E-9 1.5E-9 1E-9 5E-1 (a) 2.5E-9 2E-9 1.5E-9 1E-9 5E-1 (c) 2E-9 1.5E-9 1E-9 5E-1 (d) (b) 6E-9 5E-9 4E-9 3E-9 2E-9 1E-9 Gambar 13 Pengaruh variasi konsentrasi pada hubungan frekuensi dan kapasitansi setelah membran 6 hari (a), 8 hari (b), 1 hari (c) dan 12 hari (d) berinteraksi dengan larutan NaCl. 1 M,.5 M,.1 M,.5 M.

32 Kapasitansi (kf) Kapasitansi (kf) Kapasitansi (kf) Kapasitansi (kf) 2 Pada larutan NaCl konsentrasi besar nilai kapasitansi membran juga besar kecuali pada membran 12 hari. Setiap membran memiliki kapasitas penyimpanan yang berbeda. Membran 6 hari, 8 hari dan 1 hari memiliki kapasitas penyimpanan besar pada larutan NaCl 1 M dan.5 M sedangkan membran 12 hari kapasitas penyimpanannya besar setelah berinteraksi dengan NaCl.5 M. 6E-9 5E-9 4E-9 3E-9 2E-9 1E-9 5E-9 4E-9 3E-9 2E-9 1E-9 (a) (c) 4.5E-9 4E-9 3.5E-9 3E-9 2.5E-9 2E-9 1.5E-9 1E-9 5E-1 1.4E-8 1.2E-8 1E-8 8E-9 6E-9 4E-9 2E-9 Gambar 14 Pengaruh variasi konsentrasi pada hubungan frekuensi dan kapasitansi setelah membran 6 hari (a), 8 hari (b), 1 hari (c) dan 12 hari (d) berinteraksi dengan larutan MgCl 2. 1 M,.5 M,.1 M,.5 M. Semua variasi konsentrasi MgCl 2 secara umum memberikan nilai kapasitansi yang menurun pada pertambahan frekuensi. Larutan MgCl 2.5 M memberikan nilai kapasitansi yang lebih besar pada membran 6 hari, 1 hari dan 12 hari dibandingkan pada membran 8 hari. Pada membran 8 hari larutan MgCl 2.5 M memiliki kapasitansi paling besar sedangkan pada larutan MgCl 2.1 M kapasitansinya paling kecil. Konsentrasi larutan mempengaruhi kapasitansi membran. Kapasitansi membran semakin besar pada konsentrasi larutan yang juga besar kecuali penyimpangan kapasitansi membran 8 hari pada larutan MgCl 2.5 M. Setiap membran memiliki kapasitas pengikatan ion yang berbeda-beda bergantung pada pori-pori membran. Nilai kapasitansi membran pada larutan MgCl 2 lebih besar dibandingkan pada larutan NaCl. Konsentrasi larutan MgCl 2 dan NaCl yang tinggi cenderung menyebabkan kapasitansi membran menjadi besar. Penyimpangan nilai (b) (d)

33 Reaktansi (kohm) Reaktansi (kohm) Reaktansi (kohm) Reaktansi (kohm) Reaktansi (kohm) Reaktansi (kohm) Reaktansi (kohm) Reaktansi (kohm) kapasitansi dialami oleh membran 12 hari dan 8 hari yang memiliki kapasitansi terbesar pada konsentrasi larutan.5 M. Konsentrasi ion menentukan banyaknya ion yang ada pada larutan tapi tidak selalu berbanding lurus dengan besar konduktansi membran karena membran memiliki karakter yang khas diantaranya dapat mempertahankan perbedaan konsentrasi ion larutan elektrolit dan juga mampu mempertahankan beda potensial antara lingkungan di kedua sisinya. 24 Karakteristik Reaktansi Membran Membran Sebelum Interaksi dengan Larutan Elektrolit Gambar 15 menunjukkan grafik eksperimen nilai reaktansi membran berbeda hari fermentasi sebelum diinteraksikan dengan larutan NaCl dan MgCl 2 berbeda konsentrasi (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) Gambar 15 Hubungan frekuensi dan reaktansi membran sebelum interaksi dengan larutan NaCl (a,b,c,d) dan MgCl 2 (e,f,g,h) variasi hari fermentasi nata. 6 hari, 8 hari, 1 hari, 12 hari (h)

34 22 Data tersebut memperlihatkan hubungan reaktansi membran dengan pengaruh perubahan frekuensi. Nilai reaktansi membran mengalami penurunan pada pertambahan frekuensi. Penurunan nilai reaktansi membran membentuk pola sinusoidal. Membran 8 hari nilai reaktansinya lebih besar dibandingkan membran lainnya sedangkan membran 1 hari reaktansinya kecil. Membran 8 hari memiliki nilai reaktansi sekitar 6 2 kohm. Reaktansi setiap membran berbeda-beda walaupun berasal dari membran dengan hari fermentasi sama. Reaktansi membran 6 hari sekitar 5 12 kohm yang pada beberapa membran penurunan nilainya menjadi lebih kecil dari membran lainnya. Reaktansi membran 1 hari dan membran 12 hari hampir sama sekitar 1 5 kohm tetapi membran 1 hari reaktansinya cenderung lebih kecil dari membran 12 hari. Reaktansi merupakan respon tahanan suatu bahan terhadap tegangan bolak balik. Sebuah kapasitor yang diberikan tegangan bolak-balik akan memberikan respon yang sesuai dengan nilai kapasitansi dan frekuensi tegangannya. Bahan akan memberikan respon perlawanan yang serupa dengan resistor dan akan berubah seiring perubahan frekuensi. Reaktansi kapasitif akan melemah seiring dengan meingkatnya frekuensi. 16 Membran selulosa bertindak sebagai bahan dielektrik kapasitif yang memiliki sifat reaktansi yang menurun seiring pertambahan frekuensi. Reaktansi membran bergantung pada nilai kapasitansi dan juga frekuensi tegangan yang diberikan. Membran Setelah Interaksi dengan Larutan NaCl dan MgCl 2 Pengaruh Hari Fermentasi Nata Membran menunjukkan reaksi yang berbeda-beda pada perlakuan larutan NaCl dan MgCl 2. Nilai reaktansi membran selulosa ini mengalami penurunan pada pertambahan frekuensi. Reaktansi kapasitif membran akan melemah pada pertambahan frekuensi Nilai reaktansi membran setelah berinteraksi dengan larutan elektrolit mengalami penurunan dibandingkan sebelum berinteraksi. Gambar 16 menunjukkan nilai reaktansi membran setelah diinteraksikan dengan larutan NaCl variasi konsentrasi. Membran 12 hari memiliki nilai reaktansi paling besar pada NaCl 1 M dibandingkan konsentrasi lainnya. Membran 1 hari memiliki nilai reaktansi besar pada NaCl konsentrasi tinggi. Membran 8 hari memiliki kapasitansi terbesar pada konsentrasi.1 dan.5 M. Membran 6 hari memiliki nilai reaktansi relatif kecil berkisar antara 4 6 Ohm pada keempat konsentrasi NaCl.

35 Reaktansi (Ohm) Reaktansi (Ohm) Reaktansi (Ohm) Reaktansi (Ohm) (a) (c) (b) (d) Gambar 16 Pengaruh hari fermentasi pada hubungan frekuensi dan reaktansi setelah membran berinteraksi dengan larutan NaCl 1 M (a),.5 M 9 (b),.1 M (c) dan.5 M (d). 6 hari, 8 hari, 1 hari, 12 hari. Nilai reaktansi membran setelah diperlakukan pada larutan MgCl 2 terlihat pada Gambar 17. Membran 8 hari memiliki reaktansi besar pada larutan MgCl 2 yang tinggi. Membran 1 hari memiliki reaktansi lebih besar dibandingkan membran 12 hari. Reaktansi membran 6 hari lebih besar dibandingkan membran 1 hari pada larutan MgCl 2.5 M. Membran 6 hari memiliki nilai reaktansi terbesar pada konsentrasi.5 M yang pada frekuensi awal hingga frekuensi sekitar 1.8 khz mengalami kenaikan. Pada MgCl 2.1 M membran 8 hari juga menunjukkan pola grafik yang sama dimana dari frekuensi awal hingga frekuensi sekitar 1.5 khz mengalami kenaikan sebelum nilainya turun seiring pertambahan frekuensi. Reaktansi menunjukkan tahanan bahan terhadap perubahan arus atau tegangan. Ketidakstabilan arus atau tegangan pada alat dapat mempengaruhi penyimpangan-penyimpangan nilai reaktansi.

36 Reaktansi (Ohm) Reaktansi (Ohm) Reaktansi (Ohm) Reaktansi (Ohm) (c) (a) Gambar 17 Pengaruh hari fermentasi pada hubungan frekuensi dan reaktansi setelah membran berinteraksi dengan larutan MgCl 2 1 M (a),.5 M (b),.1 M (c) dan.5 M (d). 6 hari, 8 hari, 1 hari, 12 hari. Interaksi membran dengan larutan elektrolit menyebabkan nilai reaktansi membran mengalami penurunan. Membran 8 hari cenderung tetap memiliki reaktansi paling besar tetapi reaktansi membran 12 hari menjadi lebih kecil. Membran 8 hari memiliki reaktansi lebih besar dibandingkan membran lainnya pada konsentrasi.5 M dan.5 M. Membran 12 hari reaktansinya lebih kecil pada NaCl.5 M dan.5 M. Pada larutan MgCl 2 konsentrasi besar reaktansi membran 8 hari lebih besar dan membran 12 hari kecil. Pada larutan MgCl 2.5 M membran 6 hari reaktansinya lebih besar dibandingkan membran 8 hari (b) (d) Pengaruh konsentrasi larutan Hubungan frekuensi dengan reaktansi membran dalam pengaruh konsentrasi larutan NaCl terlihat pada Gambar 18. Reaktansi membran pada pengaruh konsentrasi NaCl mengalami penurunan setiap pertambahan frekuensi namun mengalami kenaikan nilai setelah frekuensi 1 khz. Nilai reaktansi membran pada larutan NaCl berada pada rentang 1 1 Ohm. Pada lautan NaCl.5 M reaktansi membran 6 hari, 8 hari dan 1 hari memiliki nilai paling besar tetapi membran 12 hari reaktansinya paling kecil.

37 Reaktansi (Ohm) Reaktansi (Ohm) Reaktansi (Ohm) Reaktansi (Ohm) (a) 1 1 (b) (c) 1 (d) Gambar 18 Pengaruh variasi konsentrasi pada hubungan frekuensi dan reaktansi setelah membran 6 hari (a), 8 hari (b), 1 hari (c) dan 12 hari 9 (d) berinteraksi dengan larutan NaCl. 1 M,.5 M,.1 M,.5 M. Konsentrasi NaCl yang kecil cenderung memberikan nilai reaktansi yang besar pada membran 6 hari, 8 hari dan 1 hari. Konsentrasi NaCl yang besar hanya memberikan reaktansi yang besar pada membran 12 hari. Gambar 19 memperlihatkan grafik hubungan frekuensi dan reaktansi dalam pengaruh konsentrasi MgCl 2. Reaktansi membran mengalami penurunan pada pertambahan frekuensi walaupun setelah frekuensi 1 khz reaktansinya meningkat. Konsentrasi larutan MgCl 2 yang rendah cenderung menyebabkan reaktansi semua membran lebih besar kecuali membran 8 hari. Membran 8 hari memiliki reaktansi paling besar pada MgCl 2.1 M sedangkan reaktansinya kecil pada MgCl 2.5 M.

38 Reaktansi (Ohm) Reaktansi (Ohm) Reaktansi (Ohm) Reaktansi (Ohm) (a) 1 1 (b) (c) 1 (d) Gambar 19 Pengaruh variasi konsentrasi pada hubungan frekuensi dan reaktansi setelah membran 6 hari (a), 8 hari (b), 1 hari (c) dan 12 hari (d) berinteraksi dengan larutan MgCl 2. 1 M,.5 M,.1 M,.5 M. Reaktansi membran setelah diuji pad larutan NaCl dan MgCl 2 lebih kecil dibandingkan sebelum diuji. Hal tersebut dapat dikarenakan larutan MgCl 2 lebih banyak terikat pada membran dibandingkan NaCl. Konsentrasi larutan NaCl dan MgCl 2 yang tinggi cenderung menyebabkan nilai reaktansi membran semakin kecil tetapi NaCl konsentrasi tinggi memberikan membran 12 hari reaktansi besar dan MgCl 2 konsentrasi tinggi memberikan membran 8 hari reaktansi yang besar. Karakteristik Resistansi Membran Membran Sebelum Interaksi dengan Larutan NaCl dan MgCl 2 Resistansi memperlihatkan kondisi resistif membran. Hambatan khas suatu bahan dalam menahan aliran elektron atau ion digambarkan oleh resistansi. Gambar 2 memperlihatkan resistansi membran variasi hari fermentasi nata pada pertambahan frekuensi.

39 Resistansi (kohm) Resistansi (1 2 kohm) Resistansi (kohm) Resistansi (kohm) Resistansi (kohm) Resistansi (kohm) Resistansi (kohm) Resistansi (kohm) (a) (e) (c) (g) (b) (d) (f) (h) Gambar 2 Hubungan frekuensi dan resistansi membran sebelum interaksi dengan larutan NaCl (a,b,c,d) dan MgCl 2 (e,f,g,h) untuk variasi hari fermentasi. 6 hari, 8 hari, 1 hari, 12 hari.

40 Resistansi (1 2 Ohm) Resistansi (1 2 Ohm) Resistansi (1 2 Ohm) Resistansi (1 2 Ohm) 28 Nilai resistansi membran selulosa ini berkisar antara 1 1 kohm. Resistansi keempat membran mengalami penurunan pada pertambahan frekuensi dimana pada frekuensi 1 khz terbentuk puncak resistansi. Pada frekuensi 1kHz tersebut kemungkinan resistansi membran selulosa ini mencapai nilai puncak ketahanannya terhadap aliran arus. Perbedaannya terletak pada puncak resistansi yang terbentuk. Membran 8 hari memiliki puncak nilai resistansi yang lebih besar dibandingkan membran lainnya walaupun ada membran 1 hari yang puncak resistansinya lebih tinggi. Perbedaan puncak resistansi kemungkinan dikarenakan ketebalan dan banyaknya kandungan selulosa dalam membran yang berbeda. Resistansi berhubungan dengan atom-atom bahan yang menghalangi aliran elektron yang mengalir. Atom-atom bahan yang terikat kuat akan mengurangi kecepatan elektron yang mengalir sehingga secara otomatis arus yang mengalir juga berkurang. Selulosa termasuk bahan isolator karena mengandung polimer glukosa dengan ikatan hidrogen diantara hidroksil-hidroksil pada rantai yang bersebelahan. Membran Setelah Interaksi dengan Larutan Elektrolit Pengaruh hari fermentasi nata (a) (c).1 (b) (b) Gambar 21 Pengaruh hari fermentasi pada hubungan frekuensi dan resistansi setelah membran berinteraksi dengan larutan NaCl 1 M (a),.5 M (b),.1 M (c) dan.5 (d). 6 hari, 8 hari, 1 hari, 12 hari.

41 Resistansi (1 2 Ohm) Resistansi (1 2 Ohm) Resistansi (1 2 Ohm) Resistansi (1 2 Ohm) Nilai resistansi membran selulosa setelah interaksi dengan larutan elektrolit berkisar 1-5 Ohm. Nilai ini mengalami penurunan dibandingkan dengan resistansi sebelum membran berinteraksi dengan larutan NaCl dan MgCl 2 dengan terbentuk puncak pada satu frekuensi. Pada frekuensi-frekuensi tertentu, setiap membran akan memperlihatkan kenaikan nilai resistansi yang signifikan sebelum mengalami penurunan. Nilai resistansi akan mengalami kenaikan pada pertambahan frekuensi setelah frekuensi puncak resistansi. Resistansi membran setelah diinteraksikan dengan NaCl terlihat pada Gambar 21. Puncak nilai resistansi setiap membran mengalami pergeseran. Larutan NaCl.5 M menyebabkan frekuensi puncak resistansi lebih besar yaitu frekuensi 5 khz. Membran 6 hari memiliki puncak resistansi yang kecil pada konsentrasi kecil sedangkan membran 8 hari memiliki puncak resistansi tertinggi pada NaCl.5 M. Interaksi selulosa dengan ion dan molekul air pada larutan elektrolit memperkecil nilai resistansi membran dan menggeser frekuensi puncak resistansi. Hal tersebut kemungkinan dikarenakan selulosa yang berikatan dengan ion atau molekul air mempermudah aliran elektron saat pengukuran dilakukan (a) (c).1 (b) (d) Gambar 22 Pengaruh hari fermentasi pada hubungan frekuensi dan resistansi setelah membran berinteraksi dengan larutan MgCl 2 1 M (a),.5 (b),.1 M (c) dan.5 M (d). 6 hari, 8 hari, 1 hari, 12 hari. Resitansi membran setelah berinteraksi dengan larutan MgCl 2 terlihat pada Gambar 22. Resitansi membran berkisar antara 5-5 Ohm. Puncak resistansi setiap membran juga mengalami pergeseran pada pengaruh konsentrasi larutan.

42 Resistansi (kohm) Resistansi (kohm) Resistansi (kohm) Resistansi (kohm) 3 Hal tersebut dimungkinkan karena pengikatan selulosa terhadap ion atau molekul air larutan yang berbeda-beda pada setiap membran. Pengikatan ion oleh selulosa yang melebihi titik jenuh membran dapat mengakibatkan fouling pada membran yang akan memperbesar hambatan bahan. Membran 8 hari memiliki resistansi yang besar pada konsentrasi MgCl 2 yang besar sebaliknya membran 12 hari memiliki resistansi kecil pada MgCl 2 yang besar. Puncak nilai resistansi membran paling besar cenderung terjadi pada membran 1 hari kecuali pada MgCl 2.1 M puncak paling besar terjadi pada membran 8 hari. Puncak resistansi ini menggambarkan bahwa pada frekuensi tertentu membran akan mencapai resistansi terbesarnya. Pengaruh konsentrasi larutan Resistansi membran pada konsentrasi NaCl berbeda diperlihatkan pada Gambar 23. Pola resistansi membran membentuk puncak nilai pada titik frekuensi tertentu. Puncak-puncak nilai resistansi yang terbentuk terjadi hampir pada frekuensi yang sama kecuali resistansi membran pada konsentrasi NaCl.5 M. Pada semua membran puncak nilai resistansi NaCl.5 M terjadi pada frekuensi yang lebih besar daripada resistansi konsentrasi NaCl yang lainnya (a) (b) (c) (d) Gambar 23 Pengaruh variasi konsentrasi pada hubungan frekuensi dan resistansi setelah membran 6 hari (a), 8 hari (b), 1 hari (c) dan 12 hari (d) berinteraksi dengan larutan NaCl. 1 M,.5 M,.1 M,.5 M.

43 Resistansi (kohm) Resistansi (kohm) Resistansi (kohm) Resistansi (kohm) Puncak resistansi NaCl.5 M pada membran 6 hari dan 8 hari terjadi pada frekuensi sekitar 6 khz sedangkan pada membran 1 hari dan 12 hari puncaknya terbentuk pada frekuensi sekitar 3 khz. Puncak nilai resistansi NaCl 1 M maksimal mencapai 1 kohm dan puuncak resistansi NaCl.1 M dapat mencapai 1 kohm. Resistansi membran lebih besar pada larutan NaCl konsentrasi.5 M dibandingkan konsentrasi lainnya. Gambar 24 memperlihatkan resistansi membran pada pertambahan frekuensi dalam pengaruh konsentrasi MgCl 2. Puncak nilai resistansi MgCl 2 pada setiap membran terjadi pada frekuensi di bawah 5 khz kecuali resistansi MgCl 2.5 M pada membran 1 hari. Puncak resistansi setiap konsentrasi juga paling besar mencapai nilai 1 kohm. Membran 6 hari, 1 hari dan 12 hari memiliki resistansi yang besar pada MgCl 2 konsentrasi.5 M sedangkan membran 8 hari resistansinya besar pada MgCl 2 konsentrasi 1 M. Resistansi membran 12 hari pada larutan MgCl 2 konsentrasi.5 M dan 1 M memiliki nilai yang hampir sama (a) (b) (c) (d) Gambar 24 Pengaruh variasi konsentrasi pada hubungan frekuensi dan resistansi setelah membran 6 hari (a), 8 hari (b), 1 hari (c) dan 12 hari (d) berinteraksi dengan larutan MgCl 2. 1 M,.5 M,.1 M,.5 M. Pada larutan NaCl resistansi semua membran menjadi lebih besar pada konsentrasi larutan yang rendah. Puncak resistansi 6 hari dan 8 hari yang terbentuk terjadi pada frekuensi yang sama sekitar 6 khz sedangkan membran 1 dan 12 hari terjadi pada frekuensi sekitar 3 khz. Pada larutan MgCl 2 resistansi membran juga semakin besar pada konsentrasi larutan yang semakin

44 32 kecil kecuali pada membran 8 hari. Membran 8 hari memiliki resistansi besar pada larutan MgCl 2 konsentrasi 1 M. Pada membran 12 hari resistansi MgCl 2 konsentrasi.5 M dan 1 M hampir sama besar. Membran yang berkualitas ditunjukkan melalui beberapa sifat yang baik yaitu selektifitas terhadap jenis ion tinggi, tahanan arus listrik rendah dan stabil terhadap kimia, mekanik maupun panas. Sifat-sifat membran tersebut ditentukan oleh pemilihan jenis bahan (dukung dan polimer) sehingga jenis bahan tersebut perlu dijadikan parameter dalam pembuatannya. 25 Membran selulosa mikrobial yang memiliki tahanan listrik tinggi memerlukan doping atau penambahan unsur tertentu agar menurunkan nilai tahanan listriknya jika akan dimanfaatkan sebagai komponen elektrik. SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Membran selulosa mikrobial disintesis dari nata de banana skin yang telah mengalami pemurnian dan peng-press-an. Karakterisasi sifat listrik membran selulosa dapat diketahui melalui pengukuran impedansi, kapasitansi, reaktansi dan resistansi. Karakteristik sifat listrik membran sebelum dan setelah berinteraksi dengan larutan elektrolit dilakukan dalam pengaruh konsentrasi larutan, hari fermentasi nata dan frekuensi. Peningkatan frekuensi menyebabkan nilai impedansi, kapasitansi, reaktansi dan resistansi mengalami penurunan. Membran 8 hari memiliki ketahanan listrik yang lebih besar dibandingkan membran lainnya. Interaksi membran dengan larutan elektrolit NaCl dan MgCl 2 menyebabkan nilai impedansi, reaktansi dan resistansi membran mengalami penurunan sedangkan kapasitansi membran mengalami peningkatan. Ketahanan listrik membran seperti impedansi, reaktansi dan resisitansi cenderung lebih besar pada larutan NaCl dan MgCl 2 konsentrasi rendah sedangkan kapasitansi membran cenderung lebih besar pada konsentrasi elektrolit tinggi. Membran 8 hari memiliki ketahanan listrik yang besar setelah berinteraksi dengan larutan MgCl 2 konsentrasi tinggi sedangkan kapasitansinya besar pada konsentrasi MgCl 2 yang rendah. Membran 12 hari memiliki ketahanan listrik yang besar setelah berinteraksi dengan larutan NaCl konsentrasi tinggi sedangkan kapasitansi membrannya besar pada konsentrasi NaCl yang kecil. Saran Untuk penelitian selanjutnya saat pengolahan membran selulosa mikrobial lebih memperhatikan sterilisasi tempat dan wadah fermentasi nata agar tidak terkontaminasi serta memperhatikan kinerja LCRmeter yang digunakan. Perlu dilakukan pengujian SEM untuk mengetahui ukuran pori. Saat pengukuran sifat kelistrikan diharapkan dapat memperhatikan waktu interaksi membran dengan larutan elektrolit dan lebih menambahkan variasi jenis larutan elektrolit.

45 33 DAFTAR PUSTAKA 1 Prashant RC, Bajaj IB, Survase SA, Singhal RS. 29. Microbial Cellulose: Fermentative Production of Microbial Cellulose and Application. Food Technol. Biotechnol. 47 (2) Nurlaily E. 29. Analisis Sifat Konduktivitas Listrik Selulosa Mikrobial dari Limbah Tahu (Whey) dengan Doping Kalium (K) [skripsi]. Depok (ID): Universitas Indonesia. 3 Retno DT, Nuri W Pembuatan bioetanol dari kulit pisang. Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia Kejuangan Pengembangan Teknologi Kimia untuk Pengolahan Sumber Daya Alam Indonesia [Internet]. 211 Feb 22; Yogyakarta, Indonesia. Yogyakarta (ID): UPN Veteran; [diunduh 214 Feb 21]. Tersedia pada: Pembuatan_ Bioetanol_ dari_kulit_pisang.pdf 4 Setiawati DR, Sinaga AR, Dewi TK Proses Pembuatan Bioetanol dari Kulit Pisang Kepok. Jurnal Teknik Kimia [Internet]. 214 Okt 2; Vol. 19:9-15: 5 Mulyono T, Asnawati, Noviandri I, Buchari. 27. Potensi Membran Nata De Coco Sebagai Material Biosensor (The Use of Nata de Coco Membrane as Biosensor Material). Jurnal ILMU DASAR [Internet]. 214 Okt 23; Vol. 8 No. 2: : /145 6 Firmansyah I Penentuan Ukuran dan Benih Pisang Kepok (Musa sp. ABB Group) dari Bonggol [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. 7 Buanarinda TP, Rahmawati N, Ainun I, Arysta, Hidayah R. Pembuatan biosorben berbahan dasar dampah kulit pisang kepok (Musa acuminate) yang dikemas seperti seh celup. Prosiding Seminar Nasional Kimia [Internet]. 214 Sept 2; Surabaya, Indonesia. Surabaya (ID): UNESA; [diunduh 215 Apr 21]. Tersedia pada: uploads/ 213/ 11/61-63-Tiara-Puspa-Buanarinda.pdf 8 Sulistiyana, Ulfin I. Studi Pendahuluan Adsorpsi Kation Ca dan Mg (Penyebab Kesadahan) Menggunakan Selulosa Bakterial Nata De Coco dengan Metode Batch. Prosiding Kimia ITS [Internet]. 211; Surabaya, Indonesia. Surabaya (ID): Institut Teknologi Sepuluh November; [diunduh 214 Apr 17]. Tersedia pada: Undergraduate Paper.pdf. 9 Meshitsuka G, Isogai A Chemical Structures of Cellulose, Hemicellulose and Lignin. Hon DNS, editor. New York (US): Marcel Dekker, Inc. 1 Asni N. 26. Pembuatan Bahan Semikonduktor dari Selulosa Mikrobial Menggunakan Media Produksi Limbah Tahu [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. 11 Syam RS. 26. Kajian Pengaruh Konsentrasi Larutan dan Valensi Ion Terhadap Energi Aktivasi Ion Ketika Melalui Membran Selulosa Asetat [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. 12 Dewi YS. 29. Efektivitas Filtrasi Membran Selulosa Dalam Pengelolaan Limbah Tekstil. Jurnal Ilmiah Fakultas Teknik LIMIT S [Internet]. 215 Feb

46 34 2; Vol.1 No.1: 953/1/Jurnal%2Limit%27s%2Vol.%25%2No.%21.pdf. 13 Nuwair. 29. Kajian Impedansi dan Kapasitansi Listrik pada Membran Telur Ayam Ras [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. 14 Maulina W. 21. Kajian Mekanisme Transport Ion pada Membran Telur Ayam Ras Melalui Pengukuran Listrik [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. 15 Sulastri EJ. 26. Kajian Sifat Listrik dan Fisik Daging Ayam Broiler Giling selama Proses Penyimpanan dan Pemanasan [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor 16 Tooley M. 23. Rangkaian Elektronik: Prinsip dan Aplikasi. Harmein I, penerjemah; Simarmata L, editor. Jakarta (ID): Penerbit Erlangga. Terjemahan dari: Electronic Circuits. Ed ke Giancoli DC Fisika Jilid 1. Hanum Y, penerjemah; Wibi H, editor. Jakarta (ID): Penerbit Erlangga. Terjemahan dari: Physic: Principles with applications. Ed ke Rahmat M. 2. Penentuan Impedansi Membran Pada Berbagai Konsentrasi Larutan Eksternal Dengan Metode Spektroskopi Impedansi [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. 19 Siswarni MZ. 27. Pemanfaatan Limbah Kulit Pisang Sebagai Membran Selulosa. Jurnal Teknologi Proses [Internet]. 214 Februari 27; 6(1):49-51: %289%29.pdf. 2 Apipah ER Sintesis dan karakteristik Membran Nilon yang Berasal dari Limbah Benang [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. 21 Arahman N Konsep Dasar Proses Pembuatan Membran Berpori dengan Metode Non-Solvent Induced Phase Separation-Penentuan cloud point dan diagram tiga phasa. Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan [Internet]. 215 Mei 19; Vol 9 No : 68-73: 22 Indarti D, Asnawati Karakterisasi Film Nata De Coco-Benedict secara Adsorpsi untuk Sensor Glukosa dalam Urine. Jurnal ILMU DASAR [Internet]. 214 Nov 3; Vol. 12 No : 2 29: jurnal. unej. ac.id /index.php/jid/article/viewfile/68/ Rohman, Taufiq. 29. Pengaruh Konsentrasi Kitosan Terhadap Karakter Membran Kitosan. Jurnal Sains dan Terapan Kimia Vol. 2 No. 1 (1 Januari 29): Yustina N. 21. Pengaruh Konsentrasi dan Valensi Ion Larutan Elektrolit Eksternal Terhadap Konduktans Membran Millipore pada Berbagai Suhu [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. 25 Wahyono H, Widodo G, Nugroho A. 26. Kajian Pembuatan Membran Tukar Ion Bentuk Lembaran. Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 26 [Internet]. 214 Maret 7:

47 Lampiran 35

48 36 Lampiran 1 Diagram pembuatan membran Mulai Larutan ekstrak kulit pisang 25 ml dengan stater Acetobacter xylinum 2 ml Variasi fermentasi nata : 6 hari, 8 hari, 1 hari dan 12 hari Penge-press-an nata dengan hydrolic press Dikeringkan dalam inkubator dengan suhu sekitar 5 o C selama 12 jam Karakterisasi sifat listrik membran selulosa Karakterisasi listrik membran dengan larutan elektrolik NaCl dan MgCl 2 dengan variasi konsentrasi (1 M,.5 M,.1 M dan.5 M) Membran dikeringkan dengan tisu Karakterisasi sifat listrik membran setelah diinteraksikan dengan larutan eleltrolit Selesai

49 37 Lampiran 2 Diagram tahap-tahap penelitian Mulai Pembuatan membran : Variasi hari fermentasi nata (6 hari, 8 hari, 1 hari dan 12 hari) dengan jumlah stater Acetobacter xylinum 2 ml Karakterisasi sifat kelistrikan membran selulosa (impedansi, kapasitansi, reaktansi dan resistansi) Karakterisasi listrik membran dengan larutan elektrolit NaCl dan MgCl 2 dengan variasi konsentrasi 1 M,,5 M,,1 M dan,5 M Karakterisasi sifat kelistrikan membran selulosa setelah interaksi dengan ion logam Pengolahan Data Penyusunan Skripsi Laporan Skripsi Selesai

50 38 Lampiran 3 Alat dan bahan penelitian (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i) Keterangan : (a) Komputer (b) LCRmeter (c) Blender (d) Nata (e) Larutan ekstrak kulit pisang (f) Heater (g) Kulit Pisang (h) Gula (i) (NH 4 ) 2 SO 2