Polisulfon.
Hasil penelitian yang diperlihatkan pada Gambar 8 merupakan kurva arus - tegangan membran polisulfon yang didadah TiO2 pada berbagai konsentrasi. Berdasarkan literatur, membran polisulfon merupakan polimer yang bersifat isolator, dan hasil karakterisasi arus - tegangan berbentuk linear sehingga menandakan bahwa membran polisulfon merupakan membran netral.
Dengan kelinieran grafik, maka dapat diterapkan hukum Ohm dan nilai konduktansi listrik berbanding lurus dengan gradien arus – tegangan. Apabila semakin besar konsentrasi TiO2, maka semakin besar arus pada membran polisulfon, hal ini dapat dijelaskan dengan adanya aliran ion-ion ataupun elektron yang merupakan pembawa aliran arus listrik.20
Berdasarkan hasil penelitian, dengan memperlihatkan kurva tersebut ternyata membran polisulfon dengan konsentrasi TiO2
5% ada perbedaan yang signifikan. Hal ini menandakan bahwa TiO2 merupakan nanomaterial yang memiliki sifat semikonduktor. Asumsi awal bahwa semakin besar konsentrasi TiO2 maka semakin banyak ion dan elektron yang bergerak melintasi membran sehingga kemiringan kurva meningkat. Dengan demikian yang terjadi semakin besar arus yang dihantarkan dalam larutan untuk menembus membran polisulfon. Namun dari hasil yang diperoleh tidak demikian, ternyata pada polisulfon dengan konsentrasi TiO2 5% menunjukkan kemiringan kurva yang tertinggi, kemudian kurva semakin menurun pada penambahan
Gambar 8. Karekterisasi arus-tegangan membran
polisulfon yang didadah TiO2 pada
berbagai konsentrasi.
konsentrasi 1%, konsentrasi 0,5%, konsentrasi 7%, dan kurva yang terendah pada konsentrasi 3%.
Arus yang dihasilkan pada penambahan konsentrasi 5% berkisar sampai 15,237455 A, dapat dikatakan membrannya memiliki kemampuan menghantarkan listrik lebih baik dibandingkan dengan konsentrasi 0,5%, 1%, 3%, dan 7%. Hal ini dimungkinkan oleh adanya batasan maksimum perbandingan polisulfon dan penambahan konsentrasi TiO2. Pada penambahan konsentrasi TiO2 5% memiliki arus – tegangan yang paling besar dibandingkan dengan yang lain, kemungkinan pada penambahan TiO2 partikel TiO2 yang terbentuk dengan membran menjadikan pori – porinya lebih homogen sehingga arus yang melewati membran menjadi paling besar dibandingan dengan penambahan konsentrasi TiO2 yang lain.
Jika diperhatikan pada Gambar 8, pada kurva bias maju dengan bias mundur menghasilkan kemiringan kurva yang berbeda. Kurva pada bias maju, arus yang dihasilkan lebih besar dibandingkan pada bias mundur. Ketika pada bias maju arusnya berkisar hingga 15 µ A sedangkan pada bias mundur hanya berkisar 6 µ A, hal tersebut terjadi pada tegangan sumber 5 volt.
Kapasitansi Listrik Membran Polisulfon. Berdasarkan prinsip kerja pada kapasitor yaitu suatu kapasitor terdiri dua keping konduktor sejajar yang terpisah. Ketika konduktor-konduktor dihubungkan pada ujung-ujung sumber tegangan, sumber tegangan akan memindahkan muatan positif menuju konduktor yang satu dan muatan negatif pada konduktor yang lain. Ketika suatu dielektrik diletakkan diantara keping-keping kapasitor, medan listrik dari kapasitor mempolarisasikan molekul - molekul dielektrik.
Gambar 9. Hubungan kapasitansi membran dan frekuensi. -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 A ru s ( A ) Tegangan (volt) PSF + TiO2 0.5% PSF + TiO2 1% PSF + TiO2 3% PSF + TiO2 5% PSF + TiO2 7% 0 5 10 15 20 25 30 1 10 100 1000 10000 100000 K apa si ta n si ( n F ) frekuensi (Hz) PSF control PSF + TiO2 0.5% PSF + TiO2 1% PSF + TiO2 3% PSF + TiO2 5% PSF + TiO2 7%
9
Gambar 10. Hubungan konsentrasi TiO2 dan nilai
kapasitansi membran.
Berdasarkan Gambar 9 maka semakin bertambah nilai frekuensinya, nilai kapasitansi yang terjadi pada membran semakin menurun. Hal ini sesuai dengan pemodelan dari Maxwell - Wagner yang menyatakan bahwa nilai kapasitansi semakin menurun secara eksponensial ketika frekuensinya meningkat.
Dengan demikian, adanya bahan dielektrik diantara plat kapasitor akan menimbulkan muatan-muatan yang memperlemah medan listrik. Akibatnya muatan dalam kapasitor semakin berkurang dan kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan semakin kecil.22
Dengan adanya peningkatan frekuensi akan mengakibatkan gelombang yang ditransmisikan setiap detiknya semakin banyak. Pada grafik, membran polisulfon yang didadah TiO2 dengan konsentrasi 5% memiliki nilai kapasitansi yang paling tinggi, setelah itu kemampuan tersebut menurun dan dilanjutkan dengan konsentrasi 1%, konsentrasi 0,5%, polisulfon kontrol, konsentrasi 7%, dan yang terendah pada 3%.
Selain itu, grafik tersebut menunjukan penurunan nilai kapasitansi yang tajam pada frekuensi dibawah 1 kHz, namun pada frekuensi diatas 1 kHz kapasitansi mengalami penurunan yang landai dan kecil. Hal ini dikarenakan kemungkinan nilai kapasitansi memiliki perubahan yang signifikan pada rentang frekuensi tersebut.
Loss Coefficient Membran Polisulfon
Dari enam sampel yang diamati faktor kehilangan energi terhadap peningkatan frekuensi, loss coefficient yang dihasilkan semakin menurun. Hal tersebut dapat dijelaskan berdasarkan persamaan 8 yang menerangkan hubungan antara frekuensi terhadap loss coefficient.
Semakin meningkat frekuensi maka semakin banyak energi yang ditransmisikan dan dikonversi menjadi panas. Penyebab proses tersebut, akan berdampak pada kemampuan kapasitor untuk menyimpan
Gambar 11. Loss coefficient membran dan
frekuensi.
Gambar 12. Hubungan konsentrasi TiO2 dan nilai
loss coefficient.
muatan menjadi menurun. Gambar 11 menunjukan pada frekuensi dengan rentang10 kHz - 0,1 kHz mengalami pengurangan loss coefficient yang tajam dan pada rentangdiatas 1 kHz pengurangan yang terjadi cenderung tidak ada perubahan sehingga lebih stabil.
Pada kasus ini, loss coefficient terbesar juga terjadi pada konsentrasi 5%, setelah itu menurun pada konsentrasi 0,5%, konsentrasi 7%, konsentrasi 1%, konsentrasi 3%, dan loss coefficient terendah pada membran kontrol. Pada membran kontrol memiliki loss coefficient terendah dikarenakan pada membran ini tidak didadah dengan TiO2
sehingga kemampuan kapasitor menyimpan muatan tidak banyak kehilangan energi. Konduktansi Listrik Membran Polisulfon
Menurut model rangkaian membran Maxwell – Wagner, konduktansi listrik membran sangat tergantung pada frekuensi. Saat frekuensinya rendah maka konduktansi membran akan memiliki nilai minimum dan saat frekuensinya besar maka konduktansi juga semakin meningkat.
Hal ini juga terjadi jika membran polisulfon yang didadah TiO2 dengan konsentrasi semakin banyak maka membran tersebut menjadi konduktif dan memiliki daya hantar listrik. Pada Gambar 13 dapat dilihat
0 5 10 15 20 25 0 0.5 1 3 5 7 K apa si ta n si ( n F ) Konsentrasi TiO2 (%-b/b) frekuensi 20 Hz 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 1 100 10000 L os s coe ff ic ie n t Frekuensi (Hz) PSF control PSF + TiO2 0.5% PSF + TiO2 1% PSF + TiO2 3% PSf + TiO2 5% PSF + TiO2 7% 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 0.5 1 3 5 7 L os s coe ff ic ie n t Konsentrasi TiO2 (b/b) % frekuensi 20 Hz
10
10
Gambar 13. Hubungan konduktansi membran dan frekuensi.
Gambar 14. Hubungan penambahan TiO2 dan
konduktansi membran.
bahwa konduktansi meningkat paling besar terjadi pada konsentrasi 5% yang memiliki kemampuan menghantarkan listrik paling besar, dilanjutkan pada nilai konduktansi yang menurun pada penambahan konsentrasi 7%, konsentrasi 3%, konsentrasi 1%, konsentrasi 0.5%, dan yang paling rendah pada membran kontrol.
Dari enam sampel pada Gambar 14 dengan frekuensi 20 Hz, maka jika dibandingkan antara membran yang didadah berbagai konsentrasi TiO2 dengan membran kontrol, membran kontrol berada pada nilai konduktansi yang paling rendah. Karena pada membran ini tidak ada unsur penambahan zat aditifnya sehingga membran bersifat nonkonduktif.
Impedansi Listrik Membran Polisulfon. Impedansi merupakan hambatan total pada rangkaian listrik arus bolak - balik. Berdasarkan Gambar 15 Penurunan impedansi yang paling tinggi terjadi pada konsentrasi 7% dan menurun pada konsentrasi 3%, konsentrasi 0,5%, polisulfon kontrol, konsentrasi 1%, dan yang paling rendah pada konsentrasi 5%, hal tersebut berdasarkan kenaikan frekuensi. Penurunan impedansi pada frekuensi dengan rentang diatas 1 kHz cenderung landai dan berada di bawah
rentang 1 kHz mengalami penurunan secara tajam.
Dengan adanya penambahan konsentrasi TiO2 semakin banyak maka membran yang sebelumnya bersifat nonkonduktif akan menjadi konduktif yang mempunyai daya hantar listrik yang besar, sehingga elektron yang mengalir akan semakin mudah ketika melewati membran dan impedansi yang dihasilkan semakin kecil.
Lain halnya dengan data eksperimen, dengan penambahan konsentrasi TiO2 5% menunjukan impedansi yang paling rendah dan dimungkinkan pada penambahan konsentrasi 5%, berada pada rentangfrekuensi resonansi sehingga memiliki nilai
Gambar 15. Hubungan impedansi membran dan frekuensi.
Gambar 16. Model cole-cole untuk impedansi
membran polisulfon.
Gambar 17. Hubungan penambahan TiO2 dan
impedansi membran. 10 100 1000 10000 100000 1 100 10000 K on du kt an si ( n S ) Frekuensi (Hz) PSF control PSF + TiO2 0.5% PSF + TiO2 1% PSF + TiO2 3% PSF + TiO2 5% PSF + TiO2 7% 1 10 100 1000 10000 0 0.5 1 3 5 7 K on du kt an si ( n S ) Konsentrasi TiO2 (b/b) % frekuensi 20 Hz 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 1 100 10000 Im pe da n si ( k ) frekuensi (Hz) PSF control PSF + TiO2 0.5% PSF + TiO2 1% PSF + TiO2 3% PSF + TiO2 5% PSF + TiO2 7% -1600 -1400 -1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 1 10 100 1000 10000 Im pe da n si im aj in er Impedansi real PSF control PSF + TiO2 0.5% PSF + TiO2 1% PSF + TiO2 3% PSf + TiO2 5% PSF + TiO2 7% 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 0.5 1 3 5 7 Im pe da n si ( k Ω ) Konsentrasi TiO2 (%-b/b) frekuensi 20 Hz
11
hambatan yang paling kecil dan mengakibatkan impedansi yang dihasilkan sangat kecil dibandingkan dengan penambahan konsentrasi yang lain. Dengan perbedaan konsentrasi ini, dimungkinkan oleh adanya batasan maksimum perbandingan polisulfon dan konsentrasi TiO2.
Nilai impedansi dapat diperlihatkan pada Gambar 16, bahwa membran tersebut bersifat konduktif atau resistif yaitu dengan menentukan impedansi real dan impedansi imajiner yang disebut impedansi kompleks. Nilai impedansi mutlak dapat diperoleh dengan menentukan besarnya sudut fase terhadap variasi frekuensinya.
Semakin besar frekuensinya maka sudut fase yang dihasilkan semakin kecil dan menghasilkan impedansi real besar serta imajinernya semakin kecil. Perolehan hasil eksperimen dari Gambar 16, pada konsentrasi 7% memiliki nilai impedansi kompleks yang paling tinggi.
