Filtrasi Air Sungai Menggunakan Membran Nilon dengan Metode Dead-End

(1)

FILTRASI AIR SUNGAI MENGGUNAKAN MEMBRAN

NILON DENGAN METODE

DEAD-END

MELLIA AGHNIE ANGGITA

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(2)

(3)

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Filtrasi Air Sungai Menggunakan Membran Nilon dengan Metode Dead-End 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, Juli 2014

(4)

ABSTRAK

MELLIA AGHNIE ANGGITA. Filtrasi Air Sungai Menggunakan Membran Nilon Dengan Metode Dead-End. Dibimbing oleh JAJANG JUANSAH dan MERSI KURNIATI

Pada penelitian ini membran nilon digunakan sebagai media filtrasi air sungai. Proses filtrasi dilakukan dengan menggunakan metode dead-end yaitu metode posisi membran tegak lurus dengan air sungai yang akan difiltrasi. Air sungai dikarakterisasi secara fisik sebelum dan sesudah difiltrasi. Karakteristik fisik yang diamati meliputi kekentalan (viskositas), kekeruhan (turbiditas), dan kerapatan (masa jenis). Variasi yang dilakukan yaitu variasi massa 5, 6 dan 6.5 gram. Metode yang digunakan untuk pembuatan membran dinamakan metode Inversi fasa. Membran 6.5 gram memiliki nilai rejeksi tertinggi sebesar 69.98% untuk rejeksi kekeruhan, 98.67% untuk rejeksi kekentalan, dan 21.06% untuk rejeksi kerapatan. Selain itu, membran nilon diuji kekuatan dan morfologinya dengan menggunakan alat Economic Force Sensor dan Scanning Electron Microscopy (SEM) sebelum dan sesudah filtrasi pada variasi massa. Kekuatan membran nilon sebelum filtrasi lebih kecil dibandingkan sesudah filtrasi dan peningkatan massa nilon akan semakin memperkuat membran. Ukuran pori membran yaitu sebesar 5 mikrometer dan dikategorikan sebagai jenis mikrofiltrasi. Morfologi membran setelah filtrasi mengalami fouling (penyumbatan) dan semakin besar massa nilon maka semakin sedikit pori membran nilon tersebut.

Kata kunci : air sungai, filtrasi, membran, nilon ABSTRACT

MELLIA AGHNIE ANGGITA. Filtration River Water Using Nylon Membrane With Dead-End Methode. Guided by JAJANG JUANSAH and MERSI KURNIATI

On this research nylon membrane be used as filtration media of river water. Filtration did use with deadend method it is a methode position of membran is perpendicular with feed. River water characterized physicly before and after filtration. There are characterizations observed viscosity, turbidity, and density. There are three variant mass of nylon 5, 6 and 6.5 grams. The methode of sintesize membrane is phase inversion. Rejection of 6.5 grams is the biggest it is 69.98% for turbidity rejection, 98.67% for viscosity rejection and 21.06% for density rejection. Membrane was test its strength and morphology used Economic Force Sensor and Scanning Electron Microscopy (SEM) before and after filtration in variant mass. The strength of membrane before filtration is more low than membrane after filtration and the more weight nylon mass the more its strength. The size of pore membrane is 5 micrometre and it’s categorized as microfiltration. There is a fouling in morphology of membrane after filtration and the more weight nylon mass the more tiny its pore.

(5)

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains

pada

Departemen Fisika

FILTRASI AIR SUNGAI MENGGUNAKAN MEMBRAN

NILON DENGAN METODE

DEAD-END

MELLIA AGHNIE ANGGITA

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(6)

(7)

Judul Skripsi : Filtrasi Air Sungai Menggunakan Membran Nilon dengan Metode

Dead-End

Nama : Mellia Aghnie Anggita NIM : G74100050

Disetujui oleh

Dr Jajang Juansah Pembimbing I

Dr Mersi Kurniati Pembimbing II

Diketahui oleh

Dr Akhiruddin Maddu Ketua Departemen

(8)

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2014 ini ialah filtrasi, dengan judul Filtrasi Air Sungai Menggunakan Membran Nilon dengan Metode Dead-End.

Terima kasih penulis ucapkan kepada :

1. Bapak Kurnia Wirawan dan Ibu Tuti Kurnaeni selaku Orang tua yang telah banyak memberikan dukungan dan do’a.

2. Bapak Dr Jajang Juansah selaku pembimbing I yang telah banyak memberikan bimbingan.

3. Ibu Dr Mersi Kurniati selaku pembimbing II yang telah banyak memberikan bimbingan.

4. Bapak Dr Husin Alatas selaku dosen penguji yang telah banyak memberikan saran dan nasihat.

5. Bapak Moh. Nur Indro selaku dosen editor yang telah memberikan ilmu dan nasihatnya.

6. Bapak Yani staff Bengkel Fisika Institut Pertanian Bogor, yang telah membantu selama perbaikan alat.

7. Keluarga : Santi Puji Astuti, Asmi Lili Puaidy, Garnis Tenie Kania, Andy Kurniawan, Gimat Syayidul Akbar, Dzakwan, Daffa dan Azzam serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.

8. Angga Septia Mauludy atas dukungan dan do’a nya.

9. Teman-teman seperjuangan Fisika 47, Yuyun, Syakir, Nindya, Firdha, Andari, fisika 48 dan teman-teman lain yang tidak bisa disebut satu per satu.

10.Teman-teman kontrakan HD : Mezi, Yani, Lola, Mira, Indah, Mutia, Deni, Wilda, Ayu atas dukungan dan do’a nya.

Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, Juli 2014

(9)

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL viii

DAFTAR GAMBAR viii

DAFTAR LAMPIRAN viii

PENDAHULUAN

Latar Belakang 1

Perumusan Masalah 1

Tujuan Penelitian 1

Hipotesis 2

TINJAUAN PUSTAKA

Filtrasi 2

Air Sungai 2

Metode Dead-End 2

Membran 2

Nilon 3

Fouling 3

Kekentalan (viskositas) 3

Kerapatan (massa jenis) 3

Kekeruhan (turbiditas) 4

BAHAN DAN METODE

Waktu Penelitian 4

Bahan dan Alat 4

Metode Penelitian 4

Sintesis Membran 5

Proses Filtrasi 5

Karakteristik Fisik Air Sungai 6

Uji Mekanik Membran 6

Uji Morfologi Membran 6

HASIL DAN PEMBAHASAN

Sintesis Membran 7

Fluks 7

Rejeksi Membran 8

Sifat Mekanik Membran 10

Morfologi Membran 13

SIMPULAN DAN SARAN 14

DAFTAR PUSTAKA 15

LAMPIRAN 16

(10)

DAFTAR TABEL

1 Kuat tarik membran nilon sebelum filtrasi 10

2 Kuat tarik membran nilon setelah filtrasi 11

3 Kuat tekan membran nilon sebelum filtrasi 12

4 Kuat tekan membran nilon setelah filtrasi 12

DAFTAR GAMBAR

1 Skema proses filtrasi metode dead-end dan cross-flow 2 2 Grafik hubungan variasi massa terhadap fluks 7 3 Grafik hubungan massa nilon terhadap volume total permeat 8 4 Grafik hubungan variasi massa nilon dengan rejeksi kekeruhan 8 5 Grafik hubungan variasi massa nilon dengan rejeksi kekentalan 9 6 Grafik hubungan variasi massa nilon dengan rejeksi kerapatan 9 7 Grafik hubungan variasi massa nilon terhadap kenaikan gaya tarik

rata-rata sebelum filtrasi 11

8 Grafik hubungan variasi massa nilon terhadap kenaikan gaya tarik

rata-rata setelah filtrasi 11

9 Grafik hubungan variasi massa nilon terhadap kenaikan gaya tekan

10 Grafik hubungan variasi massa nilon terhadap kenaikan gaya tekan

11 Morfologi membran nilon 6 gram sebelum filtrasi dan setelah filtrasi 13 12 Morfologi membran nilon 6 gram sebelum filtrasi dan 6.5 gram

sebelum filtrasi 14

DAFTAR LAMPIRAN

1 Diagram Alir Penelitian 16

2 Gambar yang dilakukan pada penelitian beserta alat dan bahan yang

digunakan 17

(11)

1

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Indonesia merupakan negara tropik yang memiliki banyak air permukaan, akan tetapi kualitas airnya memprihatinkan sehingga membutuhkan teknik untuk memperbaiki kualitas air. Banyak cara yang dilakukan misalnya dengan filtrasi membran. Filtrasi merupakan proses penjernihan atau penyaringan air limbah melalui media (pada penelitian ini digunakan membran), dimana selama air melalui media akan terjadi perbaikan kualitas.1

Teknologi membran untuk filtrasi berkembang cepat sejak dikomersialisasikan oleh Sartorius-Werk di Jerman pada tahun 1927. Pengembangan dan aplikasi teknologi ini semakin beragam dan menjadi salah satu teknologi alternatif yang baik dalam proses filtrasi beberapa produk olahan pertanian misalnya Filipina (mengolah ikan dan kelapa). Filtrasi dengan membran dapat memisahkan makro molekul dan koloid dari larutannya. Serat membran memiliki diameter yang berbeda. Berdasarkan ukuran pori, membran filtrasi dapat dibagi menjadi membran mikrofiltrasi (MF) yang memiliki diameter pori 0,1 - 20 mikrometer, membran ultrafiltrasi (UF) dengan ukuran pori 0,001 – 0,005 mikrometer, dan reverse osmosis (RO) dengan pori 0,0001 mikrometer.2 Dewasa ini teknologi yang diterapkan untuk pemurnian air maupun pengolahan limbah adalah dengan menggunakan membran mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi.3

Penulis ingin memberikan nilai tambah terhadap nilon dengan menjadikannya sebagai bahan baku membran yang memiliki nilai fungsional untuk memperbaiki kualitas air permukaan. Nilon ini memiliki keunggulan yaitu selain mudah didapat dan disintesis, juga memiliki harga yang murah. Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis membran dari nilon dan mengetahui morfologinya dengan menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM) serta mengetahui kekuatan membran tersebut menggunakan Economic Force Sensor.

Perumusan Masalah

1. Bagaimana karakteristik fisik air sungai sebelum dan sesudah filtrasi dengan menggunakan membran nilon dengan variasi massa 5, 6 dan 6.5 gram?

2. Bagaimana morfologi dan kekuatan fisik membran nilon sebelum dan sesudah filtrasi?

Tujuan Penelitian

(12)

Hipotesis

Karakteristik fisik air sungai (viskositas, kekeruhan, masa jenis) mengalami penurunan setelah difiltrasi dengan menggunakan membran nilon. Morfologi membran nilon sesudah proses filtrasi mengalami penyempitan (fouling) dan ketahanan membrannya berkurang.

TINJAUAN PUSTAKA

Filtrasi

Filtrasi atau penyaringan merupakan cara klasik untuk menghilangkan kotoran tidak larut, filtrasi dapat digunakan sebagai cara pokok pembersihan air, disertai pralakuan semisal pengendapan dan sebagainya.1

Air Sungai

Air sungai merupakan air permukaan biasanya bersifat amat keruh, padatan total terlarut (PTT) nya besar, seringkali sudah tercemar limbah rumah tangga, sabun dan detergen, fosfat, residu pupuk dan pestisida, logam berat, amonia, nitrit, fenol bahkan bakteri berbahaya.2

Metode Dead-End

Metode dead-end yaitu dengan meletakkan membran nilon pada bagian bawah pada chamber, dimana air sungai mengalir tegak lurus dengan permukaan membran.4 Seperti terlihat pada Gambar 1. Selain itu mengingat kontaminan yang akan dipisahkan terdapat dalam konsentrasi yang relatif rendah, maka sistem

dead-end akan lebih menguntungkan dibanding sistem aliran cross-flow.5

(a) (b)

Gambar 1 Skema Proses Filtrasi Metode : (a) Dead-End dan (b) Cross-Flow

Membran

(13)

3

melewatkan komponen tertentu dan menahan komponen lain dari suatu aliran fluida yang dilewatkan melalui membran.6

Nilon

Nilon adalah senyawa polimer yang memiliki gugus amida pada setiap unit ulangnya, sehingga nilon disebut juga senyawa poliamida. Nilon bersifat semikristalin dan kuat. 2

Fouling

Fouling merupakan proses terakumulasinya komponen secara permanen akibat filtrasi itu sendiri. Fouling terjadi akibat interaksi yang sangat spesifik secara fisik dan kimia antara berbagai padatan terlarut pada membran. Terjadinya

fouling membran tidak dapat dihindari dan inilah tantangan terberat dalam teknologi membran. Lapisan fouling membran (foulant) ini menghambat filtrasi.

Foulant ini dapat berupa endapan organik (makromolekul, substansi biologi), endapan anorganik (logam hidroksida, garam kalsium) dan partikulat.Mekanisme terbentuknya fouling pada membran sampai menutupi lubang permukaan membran, tetapi masih ada celah untuk meresapnya cairan masuk ke membran, disitulah terbentuk penyempitan.4

Kekentalan (Viskositas)

Kekentalan atau viskositas dari suatu cairan adalah salah satu sifat cairan yang menentukan besarnya perlawanan terhadap gaya geser. Viskositas merupakan besaran yang menunjukkan adanya interaksi antara molekul-molekul cairan. Viskositas atau kekentalan dapat dianggap sebagai gesekan internal yang besarnya tertentu pada suatu fluida besaran gaya diperlukan untuk menimbulkan kecepatan tertentu yang berhubungan dengan viskositas suatu fluida. Baik zat cair maupun gas memiliki viskositas.4_{Viskositas dihitung menggunakan rumus :}

� = k (ρb - ρ) / v Keterangan : � adalah viskositas (poise)

k adalah konstanta viskometer (6.39 x 10-3 cm-3 s-2) ρb adalah kerapatan bola besi (7.96 g cm-3)

ρ adalah kerapatan air sungai (g cm-3₎ v adalah kecepatan bola besi jatuh (cm.s-1)

Massa Jenis (Kerapatan Massa)

(14)

larutan terdapat lemak atau alkohol.4_{Kerapatan dihitung dengan menggunakan} rumus :

ρ = m/V Keterangan : ρ adalah massa jenis (g.cm3₎

m adalah massa (g)

V adalah volume (cm3)

Kekeruhan (Turbiditas)

Alat yang digunakan untuk kekeruhan disebut Turbidimeter. Untuk pengunaan alat ini pertama dilakukan kalibrasi terlebih dahulu. Untuk melakukan kalibrasi pun sangat mudah, isi tabung turbidi dengan aquades minimal setara dengan tanda tera. Masukan tabung ke dalam alat turbidimeter. Setelah itu tekan tombol read untuk memulai pengukuran. Hasil pengukuran akan muncul pada layar turbidimeter. Untuk kalibrasi angka yang keluar harus 0,00 NTU.7

BAHAN DAN METODE

Tempat dan Waktu

Penelitian dilakukan di Laboratorium Biofisika Membran Departemen Fisika dan Laboratorium Kimia Fisik Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor serta BATAN Serpong-Tangerang. Penelitian dilakukan dari bulan Februari-Juli 2014

Alat dan Bahan

Alat yang digunakan pada penelitian meliputi neraca analitik, alumunium foil, viskometer bola jatuh (Gilmont), piknometer 10 ml, dan 2100P Turbidimeter, komputer, kamera DSLR, plat kaca, nampan, Economic Force Sensor, Scanning Electron Microscope (SEM) JSM-6510LA. Adapun bahan yang digunakan pada penelitian yaitu benang nilon, aquades, air sungai, aseton, HCl 20%.

Prosedur

Prosedur yang dilakukan meliputi beberapa tahap yaitu tahap persiapan, penelitian, pengolahan dan analisis data.

Persiapan

(15)

5

yaitu air sungai Citarik Kabandungan-Sukabumi yang diambil pada tanggal 27 Maret 2014 pada pagi hari. Air sungai ini memiliki pencemar berupa limbah rumah tangga dan limbah peternakan.

Penelitian

1. Sintesis membran

Bahan benang nilon yang digunakan pada penelitian ini diambil dari Pasar Anyar-Bogor. Pembuatan membran ini dilakukan dengan menggunakan metode inversi fasa (Phase Inversion). Cara pembuatan membran ini yaitu menimbang bobot nilon 5 gram. Kemudian dimasukkan ke dalam gelas ukur. Masing-masing disintesis dengan mencampurkan larutan HCl 20% sebanyak 20 ml dan aseton 1.5 ml. Selanjutnya dilakukan pengadukan dengan stirrer pada benang nilon agar homogen. Larutan dicetak pada plat kaca, sebelumnya pada dua sisi kaca telah dilapisi dengan isolasi sebanyak 1 lapis agar larutan membran yang akan dituangkan ke permukaan kaca tidak bocor dan memiliki tebal tertentu. Kemudian campuran HCl, aseton, dan benang nilon ini dicetak pada plat kaca dan diratakan dengan batang silinder spatula agar menjadi lapisan tipis, proses ini disebut

casting solution. Membran yang sudah dicetak langsung dimasukkan ke dalam nampan lebar yang berisi aquades dengan cara dijatuhkan dan direndam selama beberapa menit. Hal ini dilakukan untuk melepas membran. Kemudian membran diangkat dan ditiriskan selama 24 jam sehingga membran mengering dan dapat digunakan untuk dikarakterisasi.8 _{Setelah membran berhasil disintesis kemudian} dipotong dengan ukuran tertentu dengan tebal yang sama. Pembuatan membran dilakukan dengan memvariasikan massa nilon yaitu 5, 6 dan 6.5 gram untuk dianalisis perbedaan fluks dan sifat mekaniknya.

2. Proses filtrasi

Proses filtrasi dilakukan dengan memotong membran yang sudah dibuat. Proses filtrasi dilakukan dengan 2x pengulangan. Pengulangan dilakukan dengan membagi membran menjadi 2 potongan untuk pengulangan 1 dan pengulangan 2 setelah itu ditempatkan diantara dua silika pada alat filtrasi dead-end dengan luas efektif 9.8 cm2_{. Tinggi tabung}_feed_{sebesar 5.5 cm. Proses filtrasi dilakukan} dengan menggunakan gravitasi sebesar 980 cm.s-2 dan tekanan total sebesar 6810 gr.cm-1.s-2.

Setelah itu dilakukan perhitungan fluks dengan menggunakan rumus : J = �

�. � Keterangan : J = fluks air sungai (cm.s-1)

(16)

3. Karakteristik fisik air sungai

Beberapa karakteristik yang dilakukan untuk penelitian ini yaitu kekeruhan diukur dengan menggunakan alat 2100P turbidimeter, kekentalan diukur dengan menggunakan alat viskometer bola jatuh (Gilmont), kerapatan diukur dengan menggunakan tabung piknometer 10 ml. Setelah didapatkan data kemudian dihitung nilai rejeksi masing-masing parameter fisik air sungai menggunakan rumus :

R = − ��

�� ∗ %

Keterangan : R = rejeksi membran

Cp = konsentrasi permeat (air sungai setelah filtrasi) Cf = konsentrasi feed (air sungai sebelum filtrasi)

Rejeksi yaitu besarnya penolakan membran terhadap air sungai yang akan disaring. Semakin besar nilai rejeksi maka membran semakin sulit melewatkan cairan.

4. Uji mekanik membran dengan menggunakan EconomicForce Sensor

Sifat mekanik yang diuji yaitu kuat tarik dan kuat tekan. Untuk mengukur kuat tarik dan kuat tekan digunakan alat Economic Force Sensor. Sebelum diuji membran dipotong dengan ukuran yang sama yaitu 1.5 x 1.5 cm2. Untuk uji tarik, membran diikat dengan menggunakan benang, kemudian salah satu ujung nya dikaitkan ke kail pada alat yang telah terhubung ke komputer dan ujung lainya ditarik sampai membran putus sehingga diketahui besar gaya tarik maksimumnya. Untuk uji tekan, membran di tahan kedua sisinya kemudian ditusuk dengan menggunakan alat yang terhubung dengan komputer sehingga diketahui besar gaya tekan maksimumnya.

5. Uji morfologi membran

Sebelum dilakukan pemotretan pada alat SEM (Scanning Electron Microscope), membran terlebih dahulu dikeringkan dan direndam dalam nitrogen cair selama beberapa detik sampai mengeras. Membran kemudian diangkat dan dipatahkan dengan pinset pada kedua ujungnya. Potongan membran kemudian dilapisi (di-coating) dengan emas murni yang berfungsi sebagai penghantar. Kemudian permukaan membran diuji SEM dengan perbesaran 5000x.

Pengolahan dan Analisis Data

(17)

7

HASIL DAN PEMBAHASAN

Sintesis Membran

Pembuatan membran dilakukan dengan menggunakan metode inversi fasa

(pembalikan fasa). Massa nilon divariasikan menjadi 5, 6 dan 6.5 gram. Membran nilon memiliki kekakuan yang berbeda. Membran 6,5 gram cenderung lebih kaku dibandingkan dengan membran nilon 6 atau 5 gram. Hal ini dikarenakan semakin berat massa nilon maka semakin kaku membran nilon tersebut. Hal ini berkaitan juga dengan morfologi membran dan kemampuan membran melewatkan air per satuan luas dan waktu (fluks). Semakin besar massa nilon maka semakin sedikit pori membran yang terbentuk dan semakin besar massa nilon maka semakin kecil nilai fluksnya.

Fluks

Fluks merupakan volume yang melewati membran per satuan luas dan waktu. Besarnya fluks pada variasi massa nilon dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2 Grafik hubungan waktu terhadap fluks pada variasi massa nilon Dari Gambar 2 dapat dilihat bahwa membran 6.5 gram memiliki fluks yang sangat kecil dibandingkan dengan membran 6 gram atau pun 5 gram. Membran 6.5 gram memiliki fluks rata-rata sebesar 3.79 x 10-5 _cm.s-1_{, membran 6} gram memiliki fluks rata-rata sebesar 9.17 x 10-5 cm.s-1 dan membran 5 gram memiliki fluks rata-rata sebesar 3.18 x 10-4 cm.s-1. Pada membran 5 gram terjadi penurunan fluks yang diduga diakibatkan oleh terjadinya fouling (penyumbatan) pada pori membran oleh zat pengotor pada air sungai.

Membran 6.5 gram memiliki fluks yang relatif lebih kecil dikarenakan struktur morfologinya lebih rapat atau tidak memiliki banyak pori dibandingkan dengan struktur morfologi 6 gram.

Fluks pada percobaan ini juga memiliki nilai yang rendah. Hal ini dikarenakan percobaan ini hanya menggunakan gravitasi bumi sebesar 980 cm.s-2

(18)

tekanan total sebesar 6810 gr.cm-1_.s-2_{. Hal ini diperkuat oleh pernyataan bahwa} besarnya fluks dipengaruhi oleh besarnya tekanan. Seperti dikatakan dalam salah satu percobaan bahwa tekanan yang tinggi akan mengakibatkan fluks tinggi.6 Selain itu, fluks rendah juga diduga diakibatkan oleh kualitas membran yang kurang baik.

Untuk perbandingan volume total permeate per waktu 60 menit filtrasi masing-masing membran akan disajikan pada Gambar 3.

Gambar 3 Grafik hubungan waktu terhadap volume total permeat pada variasi massa nilon

Dari Gambar 3 dapat diketahui bahwa dalam waktu dan luas yang sama menghasilkan total volume permeat yang berbeda. Membran 6.5 gram memiliki volume total permeat yang relatif sedikit yaitu sebesar 0.85 cm3, membran 6 gram memiliki total volume permeat sebesar 2.02 cm3 dan membran 5 gram memiliki volume total permeat sebesar 5.5 cm3. Hal tersebut sesuai dengan nilai rejeksi (penolakan) membran 6.5 gram yang lebih besar dibandingkan dengan nilai rejeksi membran 6 atau 5 gram. Hal ini berkaitan juga dengan morfologi membran nilon. Semakin sedikit volume total permeate yang dihasilkan maka semakin sedikit jumlah pori membran.

Rejeksi Membran

Rejeksi membran pada 3 karakteristik fisik air sungai yang diamati meliputi kekeruhan, kekentalan dan kerapatan. Nilai rejeksi menunjukkan daya tolak membran terhadap feed (larutan yang akan difiltrasi).

Kekeruhan merupakan suatu ukuran berdasarkan sinar yang dihamburkan oleh adanya butir-butir partikel yang terdispersi dalam larutan. Nilai rejeksi kekeruhan pada masing-masing membran ditunjukkan oleh Gambar 4.

(19)

9

Gambar 4 Grafik hubungan variasi massa nilon terhadap rejeksi kekeruhan Dari Gambar 4 terlihat bahwa membran nilon dengan massa 6.5 gram memiliki nilai rejeksi (penolakan) terhadap air sungai yang paling tinggi. Untuk karakterisasi air sungai yang diamati berupa kekeruhan, membran nilon 6.5 gram memiliki nilai rejeksi sebesar 69.68%. Untuk membran 6 gram memiliki nilai rejeksi sebesar 47.74% dan untuk membran 5 gram memiliki nilai rejeksi sebesar 46.45%. Hal ini dikarenakan morfologi membran nilon 6.5 gram lebih rapat (sedikit pori) dibandingkan dengan membran 6 atau 5 gram.

Kekentalan merupakan gesekan internal fluida. Nilai rejeksi kekentalan pada masing-masing membran ditunjukkan oleh Gambar 5.

Gambar 5 Grafik hubungan variasi massa nilon terhadap rejeksi kekentalan Dari Gambar 5 dapat dilihat bahwa membran nilon 6.5 gram memiliki rejeksi yang paling besar terhadap kekentalan yaitu sebesar 98.66%, membran nilon 6 gram memilki rejeksi sebesar 98.65%, dan membran nilon 5 gram memiliki rejeksi sebesar 98.63%. Hal ini dapat terjadi karena membran nilon 6.5 gram memiliki struktur morfologi yang lebih rapat (sedikit pori) dibandingkan dengan membran nilon 6 atau 5 gram.

Kerapatan merupakan kuantitas perbandingan massa per volume. Nilai rejeksi kerapatan pada masing-masing membran ditunjukkan oleh Gambar 6.

(20)

Gambar 6 Grafik hubungan variasi massa nilon terhadap rejeksi kerapatan Dari Gambar 6 terlihat bahwa membran nilon 6.5 gram memiliki nilai rejeksi yang paling besar untuk kerapatan yaitu sebesar 21.06%, untuk membran 6 gram memiliki rejeksi sebesar 19.85% dan untuk membran 5 gram memiliki rejeksi sebesar 15.58%. Hal ini dikarenakan morfologi membran nilon 6.5 gram bersifat lebih padat dibandingkan dengan membran nilon 6 atau 5 gram.

Untuk keseluruhan nilai rejeksi, besarnya tidak terlalu besar. Hal ini dikarenakan pada percobaan ini tidak menggunakan tekanan yang begitu besar. Sebagaimana dikatakan bahwa nilai rejeksi meningkat seiring dengan meningkatnya aplikasi tekanan.9_{Pada percobaan ini hanya digunakan tekanan} total sebesar 6810 gr.cm-1.s-2 sehingga rejeksinya kecil.

Sifat Mekanik Membran

Kekuatan membran dapat diuji menggunakan alat Economic Force Sensor.

Alat ini dapat digunakan untuk menguji kuat tarik dan kuat tekan maksimal yang dikenakan pada membran sampai membran putus atau sobek. Perlakuan dilakukan terhadap membran baik sebelum proses filtrasi maupun setelah proses filtrasi. Kuat tarik membran nilon sebelum dan sesudah filtrasi ditunjukkan oleh Tabel 1 dan Tabel 2.

Tabel 1 Kuat tarik membran nilon sebelum filtrasi variasi massa

*kuat tarik paling tinggi

(21)

11

Tabel 2 Kuat tarik membran nilon sesudah filtrasi variasi massa

*kuat tarik paling tinggi

Dari Tabel 1 dan 2 dapat dianalisis bahwa membran yang digunakan setelah proses filtrasi memiliki kuat tarik yang lebih besar dibandingkan dengan membran sebelum filtrasi. Hal ini dikarenakan membran setelah filtrasi memiliki struktur yang lebih padat yang diakibatkan oleh penyumbatan pori-pori membran (fouling) oleh molekul tanah yang terdapat pada air sungai. Selain itu juga diduga terjadi reaksi kimia antara membran nilon dengan larutan yang akan difiltrasi.

Gambar 7 Grafik hubungan variasi massa nilon terhadap kenaikan gaya tarik rata-rata sebelum filtrasi

(22)

Kuat tarik paling besar dialami oleh membran nilon dengan massa 6.5 gram. Hal ini dikarenakan membran nilon dengan massa 6.5 gram cenderung lebih padat (sedikit pori) dibandingkan dengan membran nilon 6 gram atau pun 5 gram. Semakin besar massa nylon maka semakin besar kuat tarik atau pun kuat tekan membran.8 Semakin besar massa nylon maka semakin besar kuat tarik membran sehingga membran menjadi semakin elastis. Kuat tekan membran nilon sebelum dan sesudah filtrasi ditunjukkan oleh Tabel 3 dan Tabel 4.

Table 3 Kuat tekan membran nilon sebelum filtrasi variasi massa

*kuat tekan paling tinggi

Table 4 Kuat tekan membran nilon setelah filtrasi variasi massa

*kuat tekan paling tinggi

Dari Tabel 3 dan 4 dapat dianalisis bahwa untuk uji tekan membran yang digunakan setelah filtrasi memiliki kuat tekan yang lebih besar dibandingkan sebelum filtrasi. Hal dikarenakan morfologi membran setelah filtrasi memiliki

fouling (penyumbatan) yang diakibatkan oleh molekul tanah yang terdapat pada air sungai. Selain itu juga diduga dikarenakan terjadi reaksi kimia antara membran nilon dengan larutan yang difiltrasi.

(23)

13

Gambar 10 Grafik hubungan variasi massa nilon terhadap kenaikan gaya tekan rata-rata setelah filtrasi

Kuat tekan maksimal dialami oleh membran nilon dengan massa 6.5 gram. Hal ini dikarenakan membran nilon 6.5 gram memiliki struktur yang padat (sedikit pori) sehingga kekuatan tekan sampai membran sobek pun besar. Semakin besar massa nylon maka semakin besar kuat tekan membran sehingga membran menjadi semakin kaku.

Morfologi Membran

Uji morfologi membran dilakukan terhadap membran nilon 6 gram sebelum dan setelah filtrasi serta membran nilon 6.5 gram sebelum filtrasi. Morfologi membran nilon 6 gram sebelum dan sesudah filtrasi ditunjukkan oleh Gambar 11.

(a) (b)

Gambar 11 Morfologi membran nilon 6 gram: (a) sebelum filtrasi (b) setelah filtrasi

Dari Gambar 11 membran nilon sebelum digunakan filtrasi memiliki pori-pori dengan ukuran 5 mikrometer (membran mikrofiltrasi). Sedangkan pada Gambar 8 terlihat bahwa membran nilon setelah filtrasi mengalami penyumbatan (fouling) yang disebabkan oleh pengotor pada air sungai. Jika dibandingkan dengan gambar morfologi membran sebelum dipakai, maka akan terlihat gumpalan yang terdapat pada permukaan membran setelah digunakan filtrasi akan semakin banyak. Gumpalan tersebut merupakan zat pengotor dari air sungai yang tertempel pada permukaan membran. Dengan demikian pori membran setelah dipakai pun akan semakin menyempit.10 Morfologi membran nilon 6.5 gram sebelum filtrasi ditunjukkan oleh Gambar 12.

(24)

(a) (b)

Gambar 12 Morfologi membran nilon sebelum filtrasi : (a) 6 gram (b) 6.5 gram Membran nilon 6 gram sebelum filtrasi Gambar 12(a) dan 6.5 gram sebelum filtrasi Gambar 12(b) memiliki morfologi yang berbeda. Membran nilon 6 gram memiliki pori yang relatif lebih banyak dibandingkan dengan membran 6.5 gram yang memiliki pori relatif lebih sedikit sehingga proses filtrasi akan lebih lama. Hal ini sebagaimana ditunjukkan oleh hasil uji fluks pada Gambar 2 dan volume total permeate pada Gambar 3.

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Membran nilon dibuat dengan metode inversi fasa dengan 3 variasi massa nilon yaitu 5, 6 dan 6.5 gram. Membran nilon ini memiliki kekakuan yang berbeda. Membran nilon 6.5 gram cenderung lebih kaku dibandingan dengan membran nilon 6 atau 5 gram.

Membran nilon diuji fluksnya dan didapatkan hasil bahwa semakin besar massa nilon maka akan semakin kecil fluksnya serta semakin besar massa nilon maka semakin sedikit volume total permeate yang dihasilkan. Hal ini berkaitan juga dengan morfologi membran yaitu semakin besar massa nilon maka akan semakin sedikit jumlah pori membran yang terbentuk sehingga fluksnya semakin kecil dan volume total permeate semakin sedikit.

Membran nilon dapat digunakan untuk memfiltrasi air sungai. Hal ini dibuktikan dengan terjadinya penurunan nilai kekeruhan, kekentalan dan kerapatan air sungai. Pengukuran ini dapat menganalisis nilai rejeksi (penolakan) membran tersebut. Semakin besar massa nilon maka semakin besar rejeksinya. Hal ini dikarenakan semakin besar massa nilon maka semakin sedikit pori yang terbentuk sehingga sulit melewatkan air sungai melalui membran tersebut.

(25)

15

diduga karena terjadi reaksi kimia antara membran nilon dengan larutan yang akan difiltrasi sehingga membran menjadi lebih kaku.

Morfologi membran nilon akan berbeda setelah digunakan untuk filtrasi. Hal ini diakibatkan fouling oleh zat pengotor pada air sungai. Semakin besar massa nilon maka semakin sedikit jumlah pori yang terbentuk.

Saran

Dalam melakukan penelitian ini, membran nilon yang baru dibuat tidak boleh dibiarkan terlalu lama karena kekuatannya akan berkurang. Peneliti harus lebih teliti dan cekatan dalam penggunaan alat dan pembacaan data serta diperlukan alat filtrasi yang lebih banyak sehingga dapat mengefektifkan waktu penelitian. Saran untuk penelitian berikutnya yaitu dilakukannya uji SEM secara

cross section sehingga terlihat ketebalan dan homogenisasi membran tersebut.

DAFTAR PUSTAKA

1. Hartomo AJ, Widiatmoko M.C. Teknologi Membran Pemurnian Air. Yogyakarta : Andi Offset. 1994.

2. Akbar S. Pencirian Membran Mikrofiltrasi Nilon-6 [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. 2007.

3. Maria W& Cindika KD. Potensi membrane Mikrofiltrasi dan Ultrafiltrasi Untuk Pengolahan Limbah Cair Berminyak. [Jurnal Teknologi Kimia dan Industri, Semarang (ID) : Universitas Diponogoro Vol. 2, No. 2, Tahun 2013 Halaman 295-307]. 2013

4. Irvan WP. Filtrasi Ekstrak Sari Buah jeruk Pontianak Dan Melon Menggunakan Membran Polisulfon [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. 2012.

5. Notodarmojo S. Penurunan Zat Organik dan Kekeruhan Menggunakan

Teknologi Membran Ultrafiltrasi dengan Sistem Aliran Dead-end. [Prociding. ITB Sains & Tek. Vol. 36 A, No. 1]. Bandung (ID): Institut Teknologi Bandung. 2004.

6. Mulder M. Basic Principles of Membrane Technology. Netherland: Kluwer Academic Publisher. 1996.

7. Amboro R. Kajian Filtrasi Air Limbah Industri Mengunakan Membran

Selulosa Asetat Dan Teflon. [skripsi]. Bogor (ID) : Institut Pertanian Bogor. 2011.

8. Eva RA. Sintesis dan Karakterisasi Membran Nilon yang Berasal dari Limbah Benang [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. 2013.

9. Irfan G. Karakterisiasi Kinerja Dari Beberapa Membran Datar [Jurnal Gradien, Bengkulu (ID): Universitas Bengkulu. Vol. 2 No. 2 Juli 2006 : 187-191]. 2006.

(26)

LAMPIRAN

Lampiran 1 Diagram Alir Penelitian

Proses filtrasi

Pembelian alat dan bahan

Uji morfologi sebelum dan sesudah filtrasi (SEM)

Uji Mekanik sebelum dan sesudah filtrasi (Force

Sensor) Sintesis membran

Karakteristik fisik air sungai

Selesai

Karakteristik fisik air sungai

Penyusunan Laporan Analisa Data

(27)

17

Lampiran 2. Gambar yang dilakukan pada penelitian beserta alat dan bahan yang digunakan

(a) (e)

(b) (f)

(c) (g)

(28)

(i) (l)

(j) (m)

(k) (n) Keterangan :

(29)

19

Lampiran 3. Data Penelitian

Fluks permeate pada filter dengan massa nilon 5 gram

X±ΔX=(0.000318±2.791E-05) cm.s-1

t

Fluks permeate pada filter dengan massa nilon 6 gram

X±ΔX=(9.17159 E-05±1.65687E-05) cm.s-1

(30)

Fluks permeate pada filter dengan massa nilon 6.5 gram

X±ΔX=(3.79328E-05±1.2479E-05) cm.s-1

t

Volume total permeate per waktu pada variasi massa nilon

Variasi massa nilon total volume rata-rata

(31)

21

Kuat tarik membran nylon sebelum filtrasi

variasi massa

Kuat tarik membran nylon setelah filtrasi

variasi

Kuat tekan membran nylon sebelum filtrasi

variasi

Kuat tekan membran nylon setelah filtrasi

(32)

Pengulangan 1

Luas area kuat tarik membran nilon 5 gram sebelum filtrasi

Time ( s ) Force (1 x 10

Luas area kuat tarik membran nilon 6.5 gram sebelum filtrasi

Time ( s ) Force ( 1 x 10

Luas area kuat tarik membran nilon 5 gram setelah filtrasi

(33)

23

Luas area kuat tarik membran nilon 6.5 gram setelah filtrasi

Luas area kuat tekan membran nilon 5 gram sebelum filtrasi

(34)

Luas area kuat tekan membran nilon 6.5 gram sebelum filtrasi

Luas area kuat tekan membran nilon 5 gram setelah filtrasi

(35)

25

Luas area kuat tekan membran nilon 6.5 gram setelah filtrasi

(36)

Luas area kuat tarik membran nilon 6.5 gram sebelum filtrasi

Luas area kuat tarik membran nilon 6.5 gram setelah filtrasi

(37)

27

Luas area kuat tekan membran nilon 6.5 gram sebelum filtrasi

(38)

5

dyne ) Δt (s)

Frata-rata (1 x 105_dyne)

A (1 x 105

dyne.s)

9.7 16.6 0.1 16.64 1.664

9.8 16.68 0.1 17.53 1.753

9.9 18.38 0.1 18.005 1.8005

10 17.63 0.1 17.145 1.7145

10.1 16.66 0.1 16.54 1.654

10.2 16.42 -10.2 8.21 -83.742

8.586

Luas area kuat tekan membran nilon 6.5 gram setelah filtrasi

5

dyne ) Δt (s)

Frata-rata (1 x 105_dyne)

A (1 x 105

dyne.s)

12.1 16.75 0.1 17.09 1.709

12.2 17.43 0.1 18.3 1.83

12.3 19.17 0.1 20.53 2.053

12.4 21.89 0.1 19.275 1.9275

12.5 16.66 0.1 16.705 1.6705

12.6 16.75 -12.6 8.375 -105.525

(39)

29

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Sukabumi, 14 Nopember 1992 merupakan anak ke 2 dari 3 bersaudara dari orang tua yang bernama Kurnia Wirawan dan Tuti Kurnaeni. Penulis sekolah di SMAN 1 Cibadak pada tahun 2007 dan lulus pada tahun 2010. Kemudian melanjutkan ke Institut Pertanian Bogor melalui jalur USMI pada tahun 2010 dan lulus pada tahun 2014.