Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013 Efektivitas Membran Hibrid Nilon6,6-Kaolin Pada Penyaringan Zat Warna Batik Procion G. Yosephani, A. Linggawati, Muhdarina, P. Helzayanti, H. Sophia, T. Ariful Amri Jurusan Kimia Fakultas MIPA Universitas Riau, Pekanbaru Kampus Binawidya UR Km 12,5 Panam, Pekanbaru Telp. 0761-566937 Email : yosephani.gita@gmail.com Abstrak. Membran hibrid nilon 6,6-kaolin dibuat dari kombinasi bahan polimer (nilon 6,6) dan bahan anorganik (kaolin) secara inversi fase dengan rasio nilon 6,6:kaolin yaitu 83:17. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui efektivitas membran hibrid nilon 6,6-kaolin pada zat warna batik Procion. Keefektifan membran dapat diketahui dari nilai permeabilitas dan selektivitas membran. Permeabilitas membran hibrid nilon 6,6-kaolin adalah 2x10-5 ml/cm 2 detik bar. Membran ini dikatakan efektif karena menunjukkan kinerja yang sangat baik, yaitu mampu merejeksi zat warna Procion Red MX-5B sebesar 98,73% dan rejeksi zat warna Procion Blue MX sebesar 99,92%.. Membran hibrid nilon 6,6-kaolin tergolong membran nanofiltrasi. Kata Kunci. Membran hibrid nilon 6,6-kaolin, Procion Red MX-5B, Procion Blue MX PENDAHULUAN Teknologi membran berkembang pesat pada beberapa dasawarsa ini, baik dalam skala laboratorium maupun skala komersial. Usaha-usaha untuk meningkatkan kinerja membran agar diperoleh membran yang sesuai dengan keinginan pengguna masih harus dilakukan, salah satunya dengan memodifikasi membran. Membran hibrid merupakan membran modifikasi bahan organik dan anorganik yang bertujuan untuk mengatasi kelemahan masing-masing bahan baku [1]. Novita [2] (2010) melaporkan bahwa kinerja membran hibrid nilon 6,6-kaolin lebih baik dibandingkan membran nilon 6,6, yaitu mampu merejeksi dekstran sebesar 77,8%. Selain itu, membran hibrid nilon 6,6-kaolin memiliki ketahanan mekanik yang lebih baik. Membran hibrid pada kajian ini diperoleh dengan menggabungkan nilon 6,6 (organik) dengan kaolin (anorganik). Komposisi nilon 6,6 sebagai bahan membran hibrid diperoleh berdasarkan penelitian Novita (2010) yaitu 12,5 (w/w), sedangkan rasio komposisi membran hibrid nilon 6,6-kaolin adalah 83/17 [4]. Penggunaan zat warna procion pada industri tekstil khususnya industri batik menghasilkan limbah yang masih mengandung zat warna atau pigmen yang akan mencemari lingkungan perairan. Zat warna tersebut dapat dikurangi dengan cara menggunakan teknologi membran. Pinem (2011) [3] telah mengaplikasikan membran hibrid PMMA/TEOT pada air gambut. Membran ini mampu merejeksi kandungan zat warna sebesar 53,60%. Teknologi membran memiliki banyak keunggulan yang tidak dimiliki oleh metode-metode pemisahan lainnya. Keunggulan teknologi pemisahan dengan membran yaitu sederhana, tidak membutuhkan zat kimia tambahan, dan juga kebutuhan energinya sangat minimum Pada penelitian ini, membran hibrid nilon 6,6-kaolin diuji kinerjanya untuk mengetahui keefektifan membran dalam [3] Semirata 2013 FMIPA Unila 149
G. Yosephani dkk: Efektivitas Membran Hibrid Nilon6,6-Kaolin Pada Penyaringan Zat Warna Batik Procion menyaring zat warna Procion. Kinerja membran pada umumnya dinyatakan dengan besarnya permeabilitas dan selektivitas membran terhadap suatu spesi kimia tertentu. Semakin besar nilai permeabilitas dan selektivitas membran, maka membran memiliki kinerja yang semakin baik. METODE PENELITIAN Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah nilon 6,6 (Aldrich), lempung kaolin, asam formiat pekat, zat warna Procion Red MX-5B dan Procion Blue MXR, Dekstran 400.000 500.000 Da, asam sulfat pekat 95-97% (Merck), Fenol p.a (Merck), aseton dan akuades. Peralatan yang digunakan adalah sel filtrasi (Gambar 1), spektrofotometer Genesys 10S UV-Vis, vortex Genie 2, neraca analitis, pengaduk magnetik, batang stainless steel, plat kaca ukuran 25 x 30 cm, selotip tebal, bak koagulasi, tabung gas nitrogen dan stopwatch. Pembuatan Membran Nilon 6,6-kaolin Pembuatan membran nilon 6,6-kaolin dilakukan dengan metoda inversi fase. Nilon 6,6 dilarutkan dalam asam formiat pekat dengan konsentrasi 12,5% w/w, kemudian dicampurkan dengan lempung kaolin (200 mesh) yang telah dipanaskan Gambar 1. Sel Filtrasi Gambar 2. Pembuatan membran hibrid nilon 6,6-kaolin secara inversi fase pada temperatur 105 0 C, campuran diaduk selama 2 jam hingga merata. Membran dibuat dengan komposisi nilon 6,6/kaolin yaitu 83/17 (%w/w). Larutan ini disebut larutan dope. Larutan dope dituang di atas plat kaca yang telah diolesi aseton lalu diratakan dengan batang stainless steel hingga terbentuk lapisan tipis dan dibiarkan selama 7 menit. Lapisan tipis direndam di dalam air selama 25 menit (Gambar 2). Kinerja Membran Permeabilitas membran Membran dipotong berbentuk lingkaran sesuai ukuran sel filtrasi (diameter 4,5 cm) dan diletakkan di dalam sel. Sampel dimasukkan ke dalam sel lalu dikompaksi terlebih dahulu pada tekanan 2 bar. Pengambilan data fluks dilakukan dengan variasi tekanan yaitu 0,5; 1; 1,5; 2 dan 3 bar. Nilai fluks menyatakan kecepatan alir umpan melewati membran yang dapat dihitung dengan persamaan (1). (1) dengan : J = Fluks (L/m 2 jam) V = Volume permeat (L) A = Luas membran (m 2 ) t = waktu (jam) Selektivitas membran Selektivitas membran diketahui melalui nilai rejeksi. Pengukuran rejeksi membran dilakukan dengan menggunakan larutan dekstran 400-500 kda 100 ppm 150 Semirata 2013 FMIPA Unila
Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013 sebagai larutan umpan. Uji selektivitas ini dilakukan pada variasi tekanan 0,5; 1; 1,5; 2 dan 3 bar, laju pengadukan 400 rpm pada temperatur kamar. Sebanyak 1 ml sampel (permeat, retentat dan umpan) ditambahkan 5 ml H 2 SO 4 pekat + 1 ml fenol 5%. Konsentrasi ditentukan berdasarkan serapan dekstran yang diukur menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 485 nm. Nilai rejeksi dihitung menggunakan persamaan (2). ( ) (2) dengan : Cp = konsentrasi permeat (ppm) Cb = konsentrasi bulk (ppm) Penyaringan zat warna Procion Membran hibrid nilon 6,6-kaolin diaplikasikan untuk menyaring zat warna Procion. Adapun zat warna yang digunakan yaitu Procion Red MX-5B dan Procion Blue MXR yang dibuat dengan konsentrasi 500 ppm. Konsentrasi permeat dan retentat diukur menggunakan spektrofotometer UV- Vis pada panjang gelombang 505 nm dan 580 nm. Nilai rejeksi dihitung menggunakan persamaan (2). HASIL DAN PEMBAHASAN PERMEABILITAS MEMBRAN Permeabilitas membran ditentukan berdasarkan grafik fluks membran terhadap tekanan yang digunakan. Hasil pengukuran fluks membran hibrid nilon 6,6-kaolin yang dilakukan pada suhu ruang dengan tekanan yang berbeda dicantumkan pada Tabel 1. Nilai-nilai fluks tersebut menunjukkan bahwa semakin besar tekanan yang diberikan, semakin besar nilai fluks yang diperoleh. Nilai permeabilitas yang diperoleh yaitu 2x10-5 ml/cm 2 s bar sehingga membran hibrid nilon 6,6-kaolin ini tergolong membran nanofiltrasi. Hal ini sesuai dengan Mulder (1991) [1] yang menyatakan bahwa membran nanofiltrasi memiliki nilai permeabilitas kecil dari 0,05 m 3 m -2 hari -2 bar (5,78x10-5 ml/cm 2 s bar). Gambar 4 menunjukkan perbandingan nilai fluks berbagai umpan. Umpan yang digunakan diantaranya akuades, larutan dekstran 400-500 kda dan larutan zat warna Procion. Nilai fluks akuades berbeda dengan fluks zat warna dan dekstran. Akuades memiliki fluks yang lebih tinggi daripada zat warna dan dekstran. Hal ini terjadi karena pada akuades tidak terdapat partikel atau zat terlarut, sehingga laju difusi akuades melewati membran lebih cepat, sedangkan pada zat warna dan dekstran terdapat partikel dengan berat molekul tertentu yang dapat memperlambat laju difusi. SELEKTIVITAS MEMBRAN Selektivitas membran diukur dengan menentukan koefisien rejeksinya, yaitu kemampuan membran untuk menahan partikel terlarut, sementara pelarutnya melewati membran. Selektivitas dapat digunakan untuk mengetahui kemampuan membran dalam menahan atau melewatkan suatu partikel. Selektivitas dinyatakan sebagai koefisien rejeksi (R), yaitu fraksi konsentrasi zat yang tertahan oleh membran. Hasil pengukuran selektivitas membran hibrid nilon 6,6-kaolin dapat dilihat pada pada Tabel 2. Uji selektivitas dilakukan menggunakan dekstran dengan berat molekul 400-500 kda. Koefisien rejeksi membran hibrid nilon 6,6-kaolin yang diperoleh berkisar antara 49% hingga 70%. Terlihat pada Gambar 5 terjadi peningkatan nilai rejeksi seiring meningkatnya tekanan. Hal yang sama juga terjadi pada zat warna Procion, namun nilai rejeksi yang dihasilkan oleh zat warna lebih tinggi dibandingkan dekstran. Jika dilihat dari berat molekulnya, dekstran (400-500 kda) yang memiliki berat molekul lebih besar dbandingkan zat warna (600-700 Da) seharusnya memiliki nilai rejeksi yang lebih Semirata 2013 FMIPA Unila 151
G. Yosephani dkk: Efektivitas Membran Hibrid Nilon6,6-Kaolin Pada Penyaringan Zat Warna Batik Procion Membran bermuatan negatif Gambar 3. Efek Donnan petensial (Sumber : Bartels dkk, 2005) tinggi, namun pada penelitian ini tidak terjadi hal demikian. Rejeksi membran tidak hanya dipengaruhi oleh ukuran dan berat molekul tetapi juga dipengaruhi oleh struktur dan muatan dari komponen dalam larutan umpan. Zat warna dalam larutan umpan akan terionisasi membentuk kation Na + dan anion. Ketika umpan dilewatkan pada membran hibrid nilon 6,6-kaolin yang bersifat negatif, konsentrasi kation pada membran lebih besar dibandingkan dengan jumlahnya pada larutan umpan. Hal ini terjadi karena membran menolak anion sedangkan kation lebih banyak berada dipermukaan membran. Pertukaran ion semacam ini menciptakan potensial elektrik yang dikenal dengan Donnan potensial. Efek Donnan potensial yang ditimbulkan akibat gaya tolak terhadap anion serta gaya tarik terhadap kation dalam umpan sangat berpengaruh terhadap rejeksi zat warna oleh membran. Adanya Donnan potensial ini dapat menaikkan rejeksi membran. Pada uji selektivitas membran hibrid nilon 6,6-kaolin, untuk zat warna Procion Red MX-5B diperoleh nilai rejeksi tertinggi pada tekanan 3 bar sebesar 98,73% sedangkan zat warna Procion Blue MXR diperoleh nilai rejeksi tertinggi pada tekanan 1,5 bar sebesar 99,92%. Besarnya nilai rejeksi yang diperoleh menandakan bahwa membran hibrid nilon 6,6-kaolin ini sangat efektif dalam menyaring zat warna Procion. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 6. Gambar 4. Perbandingan fluks membran hibrid nilon 6,6-kaolin berbagai umpan Tabel 1. Fluks membran hibrid nilon 6,6-kaolin dengan tekanan yang berbeda Tekanan (bar) Akuades Dekstran Fluks (ml/cm 2.s) Zat warna Procion Zat warna Procion 400 kda Red MX-5B Blue MXR 0,5 0,465 0,431 0,388 0,374 1,0 0,835 0,657 0,615 0,545 1,5 1,58 1,34 1,46 1,28 2,0 2,82 2,39 2,80 2,15 3,0 5,15 4,90 5,04 4,50 * Nilai fluks dikali 10-5 (x10-5 ) Permeabilitas (ml/ cm 2 s bar) 2 Tabel 2. Data selektivitas membran hibrid nilon 6,6-kaolin Tekanan % Rejeksi (bar) Dekstran 400 kda Zat warna Procion Red MX-5B Zat warna Procion Blue MXR 0,5 49,33 69,73 41,95 1 52,79 75,79 68,99 1,5 61,65 96,62 99,92 2 75,45 96,36 96,83 3 70,53 98,73 96,56 152 Semirata 2013 FMIPA Unila
% Rejeksi Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013 Dekstran sebesar 99,92%. Membran ini dikatakan efektif karena mampu menyaring zat warna Procion dengan sangat baik. UCAPAN TERIMA KASIH Tekanan (bar) Zat warna Procion Red MX- 5B Penulis mengucapkan terima kasih kepada Alokasi Dana RKAKL Jurusan Kimia 2012 a.n Amilia Linggawati yang telah mendanai penelitian ini. Gambar 5. Rejeksi membran hibrid nilon 6,6-kaolin (a) Sebelum (c) Sebelum (b) Setelah (d) Setelah Gambar 6. Penyaringan zat warna Procion KESIMPULAN Membran hibrid nilon 6,6-kaolin yang disintesis secara inversi fase memiliki nilai permeabilitas 2x10-5 ml/cm 2 detik bar. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa membran yang diperoleh tergolong membran nanofiltrasi. Fluks yang dihasilkan meningkat seiring dengan peningkatan tekanan. Membran hibrid nilon 6,6-kaolin mampu merejeksi zat warna Procion Red MX-5B sebesar 98,73% dan Procion Blue MXR DAFTAR PUSTAKA Mulder, M. 1991. Basic Principles of Membrane Technology. London: Kluwer Academic Publisher. ISBN 7923-0978-2. Novita, R.L. 2010. Analisis Pengaruh Komposisi Kaolinit pada Sifat-Sifat Kristalinitas, Permeabilitas dan Selektivitas Membran Hibrid Nilon 6,6- Kaolin. Skripsi Jurusan Kimia UR, Pekanbaru. Pinem, J.A. 2011. Sintesis, Karakterisasi dan Penggunaan Membran Hibrid Organik-Anorganik untuk Pengolahan Air Gambut. Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia Kejuangan ISSN 1693 4393 Susanti. 2011. Analisis Pengaruh Waktu Perendaman Pada Proses Pembuatan Membran Hibrid Nilon 6,6-Kaolin Secara Inversi Fasa Terhadap Kinerja Membran. Skripsi Jurusan Kimia FMIPA. Universitas Riau, Pekanbaru. Bartels, C., Rich F., Stefan R., Manfred S., Mark W. 2005. The Effect of Feed Ionic Strength on Salt Passage through Reverse Osmosis Membranes. Desalination 184, 185 195 He, Y., Li, G., Wang, H., Zhao, J., Su, H. and Huang, Q. 2008. Effect of operating conditions on separation performance of reactive dye solution with membrane process. Journal of Membrane Science 321(2008), hal. 183-189. Semirata 2013 FMIPA Unila 153