TINJAUAN PUSTAKA
2.10 Karakterisasi Membran
Karakterisasi membran dilakukan dengan penentuan kinerja membran yaitu rejeksi (perselektivitas), fluks (permeabilitas), ketebalan membran dan uji tarik.
Pengukuran ketebalan membran merupakan salah satu indikator kontrol kualitas membran. Membran diukur dengan alat mikrometer sekrup pada bagian pojok kanan, pojok kiri, dan tengah.
Kemampuan membran dalam menahan zat terlarut (spesi tertentu) dalam umpan dan meloloskan pelarut (spesi yang lain) di atas permukaan membran disebut selektivitas (Baker, 2004). Penentuan koefisien rejeksi didasarkan pada persamaan (6)
R = 1 − Cp
x 100 % Cƒ
(6)
Keterangan R = koefisien rejeksi (%)
Cp = konsentrasi zat terlarut dalam permeat
Cp = konsentrasi zat terlarut dalam umpan
Fluks merupakan volume permeat yang melewati membran persatuan per satuan luas per satuan waktu (Mulder, 1996). Penentuan fluks (permeabilitas) menggunakan persamaan (7).
J = V
Æ.t (7)
Keterangan: J = fluks (L m-2 hari-1)
t = waktu (hari)
V = volume permeat (L)
A = Luas permukaan membran (m2)
Penentuan sifat mekanik membran menggunakan beberapa besaran fisika untuk menentukan sifat fisik materialnya, yaitu tegangan (stress), regangan (strain) dan Modulus Young.
Tegangan merupakan besaran gaya (F) yang diberikan pada material yang diuji per satuan luas material (A). Penentukan tegangan menggunakan persamaan (8).
o =
FÆ (8)
Regangan merupakan perbandingan perubahan panjang (∆l) akibat suatu gaya dengan arah sejajar dengan panjang mula–mula (lo) sampel. Penentuan tegangan menggunakan persamaan (9).
s = l − lo
= Al (9)
lo lo
Modulus Young merupakan kemiringan kurva tegangan– regangan. Penentuan
Modulus Young dengan persamaan (10).
E =
os (10)
2.11 TiO2
Sebelum dikenal sebagai semikonduktor yang memiliki celah energi relatif lebar dengan sifat super hidrofilik ketika terkena cahaya. Titanium adalah logam transisi berwarna perak dengan nomor atom 22, massa atom relatif 47,9 dan massa jenis 4,5079 g/cm3. Dalam bentuk mikroskopis, TiO2 diketahui memiliki dua bentuk utama yaitu kristal dan amorf (Gunlazuardi, 2001).
Konfigurasi elektron atom titanium (22Ti) ialah 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2 sementara atom oksigen (8O) yaitu 1s2 2s2 2p4. Secara sederhana orbital molekul TiO2 terbentuk antara ikatan kulit 3d pada Ti dengan kulit 2p pada O. Tingkat energi kulit 3d menjadi daerah konduktif molekul sedangkan kulit 2p menjadi area valensi molekul (Diebold, 2003).
TiO2 amorf dikenal memiliki kemampuan untuk mendegradasi polutan dalam waktu yang tidak singkat. Sedangkan dalam bentuk kristal, TiO2 diketahui memiliki tiga fase kristal yang berbeda yaitu rutile, anatase dan brookite. Bentuk kristal anatase dapat diamati pada pemanasan TiO2 bubuk mulai dari suhu 120oC dan mencapai sempurna pada suhu 500oC, sedangkan bentuk kristal rutil mulai terbentuk pada suhu 700oC. Rutil cenderung lebih stabil pada suhu tinggi, sedangkan anatase cenderung lebih stabil pada suhu rendah. Keduanya mempunyai sistem kristal tetragonal. Brukit biasanya terdapat hanya dalam mineral dan mempunyai struktur kristal ortorombik. Bentuk kristal yang paling akif di antara ketiganya adalah anatase. Karena struktur kristal anatase lebih stabil secara kimia, tahan dalam kondisi asam maupun basa kuat, tidak beracun, dan memiliki tingkat aktivitas fotokatalitik yang tinggi. Struktur kristal rutil dan anatase digambarkan dalam rantai oktahedron TiO2 (Gunzaluardi, 2001).
(a) (b) (c)
Gambar 2.7 Struktur kristal titanium dioksida rutil (a), anatase (b), dan brukit (c) Rutile merupakan bentuk kristal yang paling stabil dibandingkan dua fase lainnya, oleh karena itu kristal jenis ini lebih mudah ditemukan dalam bentuk yang paling
2
eksitasi elektron ke pita konduksi dapat dengan mudah terjadi apabila kristal ini dikenai cahaya dengan energi yang lebih besar dari pada celah energinya. Kristal ini juga dapat terbentuk akibat pemanasan TiO2 amorf pada suhu 400oC hingga 600oC sedangkan pemanasan hingga 700oC akan menyebabkan kristal anatase bertranformasi menjadi rutile. Sedangkan brookite merupakan jenis kristal yang paling sulit diamati karena sifatnya yang tidak mudah dimurnikan (Diebold, 2003).
TiO2 merupakan material standar pada reaksi fotokatalitik. Ukuran rata-rata partikel anatase dan rutile berturut-turut adalah 85 dan 25 nm Molekul TiO2 dalam fase anatase atau rutile tersusun dari konfigurasi satu ion Ti+4 dan enam ion O-2 yang membentuk konfigurasi bangun oktahedron dengan sistem kristal tetragonal (Mason, 2004).
Gambar 2.8 Sistem kristal Titanium dioksida (TiO )
TiO2 paling banyak digunakan sebagai material fotokatalitik karena paling stabil, tahan terhadap korosi, aman dan memiliki sifat ampifilik. Sifat ampifilik ditunjukkan dengan perubahan sifat permukaan TiO2 yang super hidrofobik sebelum disinari UV menjadi super hidrofilik setelah disinari UV. Karakteristik ini dimanfaatkan dalam sistem desinfeksi, antifogging, dan self cleaning (Gunlazuardi et
2.12 Deterjen
Deterjen berasal dari bahasa latin yaitu detergee yang artinya pembersih. Definisi ini terlalu luas karena sabun juga termasuk di dalamnya. Detergen adalah surfaktan yang terkonsentrasi pada antarfasa dan memiliki sifat sebagai bahan aktif permukaan sehingga dapat digunakan sebagai emulgator. Bahan dasar dari deterjen adalah minyak nabati, selain itu bisa digunakan minyak bumi. Fraksi minyak bumi yang dipakai adalah senyawa hidrokarbon parafin dan olefin (Myers, 2006).
Pada umumnya deterjen mengandung surfaktan, builder, filler dan additives. Surfaktan (surface active agent) merupakan zat aktif permukaan yang mempunyai ujung berbeda yaitu hidrofilik (suka air) dan hidrofobik (suka lemak). Bahan aktif ini berfungsi menurunkan tegangan permukaan air sehingga dapat melepaskan kotoran yang menempel pada permukaan bahan.
Builder (pembentuk) berfungsi meningkatkan efisiensi pencuci dari surfaktan dengan cara menon-aktifkan mineral penyebab kesadahan air. Contoh : Phosphates (Sodium Tri Poly Phosphat/STPP), Asetat (Nitril Tri Asetat/NTA, Ethylene Diamine Tetra Acetate/EDTA), Silikat (Zeolit), dan Sitrat (asam sitrat) (Myers, 2006).
Filler (pengisi) adalah bahan tambahan deterjen yang tidak mempunyai kemampuan meningkatkan daya cuci, tetapi menambah kuantitas atau dapat memadatkan dan memantapkan sehingga dapat menurunkan harga. Contoh : Sodium sulfate (Pramono, 2002).
Natrium benzene sulfat
berhubungan langsung dengan daya cuci deterjen. Additives ditambahkan lebih untuk maksud komersialisasi produk. Contoh : Enzyme, Borax, Sodium chloride, Carboxy Methyl Cellulose (CMC) dipakai agar kotoran yang telah dibawa oleh deterjen ke dalam larutan tidak kembali ke bahan cucian pada waktu mencuci (anti redeposisi) (Myers, 2006).
Surfaktan merupakan garam natrium dan alkil benzen sulfonat berantai panjang dan mempunyai keunggulan dalam hal tidak mengendap bersama ion logam dalam air sadah.
b. gugus non polar a. gugus polar
Gambar 2.9 Struktur surfaktan, gugus polar (a), dan gugus non polar (b) Gugus polar (kepala) yang bersifat hidrofilik dan gugus non polar (ekor) yang bersifat hidrofobik menimbulkan perbedaan afinitas terhadap pelarut. Gugus yang satu mempunyai afinitas yang besar terhadap pelarut sehingga dapat menarik seluruh molekul ke dalam larutan. Gugus yang lain ditolak oleh pelarut karena afinitas terhadap molekul pelarut lebih kecil dibandingkan afinitas antar molekul pelarut.
Salah satu sifat dari deterjen adalah kemampuannya untuk menghilangkan noda yang biasanya terdiri atas campuran partikel-partikel seperti minyak, lemak dan
akan menahan partikel-partikel tersebut dan bagian kepala yang larut dalam air akan berorientasi sedemikian rupa menuju ke air. Pada proses ini akan terjadi pelepasan noda dari bahan pakaian dan memecahnya menjadi bagian-bagian yang lebih kecil dimana tiap-tiap noda dikelilingi oleh selimut yang bermuatan negatif dari bagian kepala yang menonjol keluar. Gaya tolak menolak antara muatan sejenis ini melindungi untuk terbentuknya kembali partikel-partikel noda yang tersuspensi dalam air akan keluar ketika dibilas dengan air (Myers, 2006).