MEMBRAN KOMPOSIT POLIVINIL ALKOHOL-ZEOLIT
BERPOROGEN PLURONIK UNTUK PERVAPORASI
ETANOL
FANNY YULIANDA
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKIRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Membran Komposit Polivinil Alkohol-Zeolit Berporogen Pluronik untuk Pervaporasi Etanol 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.
ABSTRAK
FANNY YULIANDA. Membran Komposit Polivinil Alkohol-Zeolit Berporogen Pluronik untuk Pervaporasi Etanol. Dibimbing oleh BETTY MARITA SOEBRATA dan SRI MULIJANI.
Membran komposit polivinil alkohol (PVA)-zeolit dibentuk dengan menambahkan pluronik sebagai porogen untuk aplikasi pervaporasi etanol. Zeolit yang digunakan adalah zeolit alam yang berasal dari Cikalong, Tasikmalaya. Membran disiapkan melalui proses fase inversi. Komposisi pembuatan membran komposit PVA-zeolit adalah 2.0 g PVA:0.1 g zeolit:0.3 g pluronik. Zeolit yang digunakan memiliki nilai kapasitas tukar kation 183.41 mg ek/100 g hasil aktivasi menggunakan NaOH 3 M. Keberhasilan kinerja membran ditentukan oleh peningkatan konsentrasi dan faktor separasi yang dievaluasi menggunakan kromatografi gas. Konsentrasi etanol yang didapat dari hasil pervaporasi meningkat dari konsentrasi 70% menjadi 73.66% dan faktor separasi memiliki nilai 1.20. Analisis morfologi pada penampang melintang membran menggunakan mikroskopi elektron payaran menunjukkan membran yang terbentuk adalah membran asimetris.
Kata kunci: membran, pervaporasi, polivinil alkohol, zeolit
ABSTRACT
FANNY YULIANDA. Polyvinyl Alcohol-Zeolite Membrane Composite with Pluronic Addition for Ethanol Pervaporation. Supervised by BETTY MARITA SOEBRATA and SRI MULIJANI.
Polyvinyl alcohol (PVA)-zeolite composite membrane was formed by adding pluronic as porogen for ethanol pervaporation. The zeolite used was natural zeolite obtained from Cikalong, Tasikmalaya. The membrane was prepared by phase inversion process. The composition of the fabricated PVA-zeolite composite membrane was 2.0 g PVA:0.1 g zeolite:0.3 g pluronic. The zeolite used had cation exchange capacity of 183.41 meq/100 g resulted from activation using NaOH 3 M. High ethanol concentration and good separation become a critical factor for the membrane performance. The ethanol concentration obtained from the pervaporation increase from 70% to 73.66% and the separation factor was 1.20. Morphology analysis on the membrane cross section using scanning electron microscopy showed that the membrane formed was asymmetric.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada
Departemen Kimia
MEMBRAN KOMPOSIT POLIVINIL ALKOHOL-ZEOLIT
BERPOROGEN PLURONIK UNTUK PERVAPORASI
ETANOL
FANNY YULIANDA
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PRAKATA
Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah subhanahu wa ta’ala yang telah memberikan limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan April 2015 ini ialah membran, dengan judul Membran Komposit Polivinil Alkohol-Zeolit Berporogen Pluronik untuk Pervaporasi Etanol.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Betty Marita Soebrata, SSi, MSi selaku dosen pembimbing I dan Dr Sri Mulijani, MS selaku dosen pembimbing II. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada seluruh staf Laboratorium kimia (Bapak Ismail, Ibu Ai, Bapak Sawal, Bapak Wawan, dan Bapak Eko) yang telah banyak memberikan saran dan bantuan kepada penulis selama penelitian. Selain itu terima kasih penulis sampaikan kepada keluarga Kimia Fisik, dan keluarga besar Kimia angkatan 48 yang telah memberikan semangat, masukan, dan dukungan kepada penulis.
Ucapan terima kasih tak terhingga penulis ucapkan kepada Ibu, Ayah, kakak, dan adikku tercinta atas doa, dukungan, dan kasih sayang yang telah diberikan. Semoga karya tulis ini bermanfaat.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL vi
DAFTAR GAMBAR vi
DAFTAR LAMPIRAN vi
PENDAHULUAN 1
METODE 2
Alat dan Bahan 2
Lingkup Penelitian 2
Preparasi zeolit 3
Aktivasi zeolit alam 3
Penentuan kapasitas tukar kation 3
Pembuatan membran komposit 4
Pervaporasi etanol 4
Penentuan konsentrasi etanol menggunakan kromatografi gas 4
Analisis morfologi membran 4
HASIL DAN PEMBAHASAN 4
Ciri zeolit alam 4
Membran komposit PVA-zeolit 7
Morfologi membran komposit PVA-zeolit 7
Pervaporasi etanol 8
SIMPULAN DAN SARAN 9
Simpulan 9
Saran 9
DAFTAR PUSTAKA 10
RIWAYAT HIDUP 23
DAFTAR TABEL
1 Data perbandingan nilai 2θ zeolit Cikalong terhadap data mordenit 6 2 Hasil penentuan nilai KTK zeolit sebelum dan setelah aktivasi 6
3 Hasil analisis peningkatan konsentrasi etanol 8
DAFTAR GAMBAR
1 Zeolit sebelum aktivasi (a) dan zeolit setelah aktivasi (b) 5 2 Struktur kimia polimer PVA (a) dan struktur alumina silikat pada zeolit (b) 7 3 Morfologi penampang lintang membran komposit PVA-zeolit perbesaran 1000 8
DAFTAR LAMPIRAN
1 Diagram alir penelitian 15
2 Difraktogram Zeolit Cikalong dan standar mordenit (JCPDS 29-1257) 16
3 Data difraktogram zeolit Cikalong 17
4 Data difraktogram standar mordenit (JCPDS 29-1257) 18
5 Penentuan nilai kapasitas tukar kation (KTK) 19
6 Rangkaian pervaporator 20
7 Penentuan peningkatan konsentrasi etanol 21
PENDAHULUAN
Etanol merupakan salah satu bahan kimia penting karena memiliki manfaat sangat luas antara lain sebagai pelarut, bahan bakar cair, bahan desinfektan, dan bahan baku industri. Dalam pemanfaatannya seringkali dibutuhkan etanol dengan kemurnian dan konsentrasi tinggi. Untuk memperoleh etanol dengan konsentrasi tinggi, biasanya digunakan proses distilasi (Nasrun 2005), namun distilasi hanya dapat memisahkan zat yang memiliki perbedaan titik didih yang besar (Wahyuni 2012). Kelemahan proses ini dapat digantikan dengan proses yang memanfaatkan membran.
Membran merupakan suatu lapisan tipis antara dua fase fluida yang bersifat sebagai penghalang terhadap suatu spesi tertentu yang dapat memisahkan zat dengan ukuran berbeda dan membatasi transpor dari berbagai spesi berdasarkan sifat fisik dan kimianya. Proses pemisahan dengan membran dapat terjadi karena adanya perbedaan ukuran pori, bentuk, dan struktur kimianya (Pabby et al. 2009). Membran tersebut dinamakan membran semipermeabel yang artinya dapat menahan spesi tertentu dan dapat melewatkan spesi lainnya. Efisiensi membran ditentukan oleh permeabilitas dan faktor separasinya. Permeabilitas merupakan ukuran kecepatan dari suatu spesi untuk melewati membran dan faktor separasi adalah ukuran kemampuan membran untuk memisahkan suatu senyawa dari campurannya. Sifat ini dipengaruhi oleh jumlah dan ukuran pori, tekanan yang diberikan, serta ketebalan membran. Permeabilitas juga dinyatakan sebagai suatu besaran fluks yang didefinisikan sebagai jumlah volume permeat yang melewati satu satuan luas membran dalam satuan waktu tertentu dengan adanya gaya penggerak berupa tekanan (Pratomo 2003). Perkembangan penelitian tentang teknologi membran saat ini diarahkan pada pemilihan bahan dasar untuk menghasilkan produk membran yang memenuhi kriteria, yaitu membran dengan kualitas yang tinggi (Arahman 2012).
Salah satu teknologi membran yang dapat digunakan sebagai alternatif untuk mendapatkan etanol dengan konsentrasi yang tinggi adalah proses membran dengan pemisahan secara pervaporasi. Pervaporasi merupakan proses pemisahan menggunakan membran dengan memanfaatkan perbedaan tekanan. Umpan yang akan dipisahkan dikontakkan dengan permukaan membran dan permeat yang terpisahkan diambil (Zhang dan Drioli 1995). Keunggulan pervaporasi dibandingkan distilasi antara lain dapat memisahkan campuran azeotrop, tidak membutuhkan zat aditif, dan energi yang diperlukan relatif rendah (Shao dan Huang 2007).
Membran dapat dibuat dari beberapa polimer. Pada pervaporasi etanol-air, membran yang digunakan harus bersifat hidrofilik dan selektif (Permata 2009). Salah satu polimer yang bersifat hidrofilik adalah polivinil alkohol (PVA). PVA merupakan suatu polimer sintetik yang larut dalam air yang diproduksi dari reaksi hidrolisis polivinil asetat (PVAc). PVA memiliki bentuk film yang sangat bagus, bersifat emulsifier dan mudah terdegradasi. PVA yang terbentuk dari total hidrolisis PVAc mempunyai titik leleh 210-230 °C, sedangkan PVA yang terbentuk dari hidrolisis sebagian titik lelehnya 150-190 °C (Darsono et al. 2000).
2
berupa keramik yang dapat digunakan. Zeolit adalah hasil pengkristalan alumino silikat dan kristal yang terbentuk memiliki pori-pori yang seragam. Zeolit terdiri atas SiO4 dan AlO4 tetrahedral dan tiap tetrahedral tersusun oleh 4 anion oksigen yang menyebar mengelilingi suatu ion silikon dan ion aluminium. Atom oksigen memiliki muatan -2 dan atom silikon memiliki muatan +4 yang akan berikatan membentuk silika tetrahedral yang tidak bermuatan, sedangkan atom aluminium akan membentuk alumina tetrahedral dengan mengikat sisa muatan -1 dari tiap atom oksigen sehingga zeolit mempunyai muatan negatif di permukaannya. Muatan negatif ini akan dinetralisasi oleh kation seperti kation alkali dan alkali tanah sehingga kehadiran kation ini membuat zeolit bersifat polar (Suraputra 2011). Zeolit juga mempunyai sifat tahan panas sehingga dapat digunakan untuk meningkatkan kestabilan suatu polimer seperti PVA saat zeolit ditambahkan karena PVA mempunyai kestabilan yang rendah pada suhu tinggi (Ling et al. 2008).
Kinerja membran komposit PVA-zeolit dapat lebih diefektifkan dengan adanya pori agar umpan yang dialirkan dapat dengan mudah melewati membran. Bahan pembentuk membran yang dapat digunakan adalah Pluronik. Pluronik adalah polimer dengan jenis kopolimer blok yang mengandung kopolimer polioksietilena-polipropilena. Gugus oksietilena sebagai gugus hidrofilik dan gugus propilena sebagai gugus hidrofobik. Pluronik berbentuk padat, partikel kasar, dan berwarna putih. Pluronik akan bertindak sebagai pembentuk pori pada membran dengan penambahan harus di atas nilai konsentrasi misel kritis (KMK) (Pranawati 2011). Penelitian ini bertujuan membuat membran komposit PVA-zeolit dan mengetahui peningkatan konsentrasi etanol hasil pemisahan menggunakan membran komposit PVA-zeolit secara pervaporasi.
METODE
Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan selama proses penelitian antara lain peralatan gelas, oven, tanur, pengaduk magnet, sentrifusa (HERMLET Z206A), difraksi sinar-X (MAXIME X-7000 Shimadzu), spektrometer serapan atom (AA-6800 Shimadzu), mikroskopi elektron payaran (EVO MA10 ZEISS), kromatografi gas (AGILENT 6890N), dan pervaporator. Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah zeolit alam asal Cikalong-Tasikmalaya, polivinil alkohol (BM 72000), etanol (PA) 99,9%, etanol 70%, etanol 80%, CaCl2, NH4Cl, AgNO3, dan pluronik F-127 (Aldrich).
Lingkup Penelitian
3
Preparasi zeolit
Sampel zeolit alam asal Cikalong ditimbang sebanyak 500 g lalu digerus menggunakan mortar dan dipisahkan dengan pengayak ukuran 400 mesh. Zeolit dipindahkan ke dalam botol sampel dan dilakukan pencirian. Pencirian zeolit meliputi penentuan nilai kapasitas tukar kation (KTK) dan analisis menggunakan difraksi sinar-X (XRD) untuk identifikasi mineral yang terkandung dalam zeolit berdasarkan hasil puncak-puncak difraktogram.
Aktivasi zeolit alam
Cara I adalah menimbang zeolit alam sebanyak 50 gram dan dicuci dengan akuades hingga pH netral, disaring, dan dikeringkan pada suhu 105 °C. Zeolit yang telah dikeringkan kemudian diaktivasi asam dengan menambahkan 50 gram zeolit ke dalam 250 mL HCl 1.0 M, 1.5 M, dan 3.0 M lalu diaduk selama 1 jam. Zeolit disaring dan dicuci dengan akuades hingga pH netral. Larutan diuji kandungan klorin dengan AgNO3 dan zeolit dicuci kembali dengan akuades sampai tidak mengandung klorin. Cara II adalah zeolit alam ditimbang sebanyak 50 gram dan dicuci dengan akuades hingga pH netral, disaring, dan dikeringkan pada suhu 105 °C. Zeolit yang telah dikeringkan kemudian diaktivasi asam dengan menambahkan 50 gram zeolit ke dalam 250 mL NaOH 0.5 M, 1.5 M, dan 3.0 M lalu diaduk selama 1 jam. Zeolit disaring dan dicuci dengan akuades hingga pH netral. Setelah pH netral dan bebas klorin, kedua zeolit dikeringkan dalam tanur bersuhu 300°C selama 3 jam. Contoh zeolit yang telah mendapat perlakuan selanjutnya ditentukan nilai kapasitas tukar kationnya.
Penentuan kapasitas tukar kation (Arif 2011)
Penentuan KTK dilakukan dengan menggunakan metode indeks kalsium. Sebanyak 0.1 gram serbuk contoh zeolit ditimbang dan dimasukkan ke dalam tabung kemudian ditambahkan CaCl2 0.5 M sebanyak 10 ml dan dijenuhkan selama 24 jam. Penjenuhan dilakukan dengan pengocok timbal-balik (reciprocal shaker). Setelah 24 jam, sisa larutan dipisahkan dengan cara tabung diputar pada sentrifusa dengan kecepatan 1317 rcf selama 10-15 menit. Supernatan dibuang dan pelet selanjutnya dicuci dengan etanol 80% sebanyak 10 ml. Pencucian dengan alkohol diulang sebanyak 5 kali. Pada pencucian terakhir, bilasan etanol diuji kandungan kloridanya menggunakan AgNO3. Uji ini harus negatif, bila masih positif maka pencucian dengan etanol 80% harus dilanjutkan lagi hingga bebas klorida.
4
Pembuatan membran komposit
Membran komposit dibuat dengan rasio polivinil alkohol 2.0 g : zeolit 0.1 g : pluronik 0.3 g. Sebanyak 2.0 g polivinil alkohol kristal dilarutkan dalam 15 mL air deionisasi dan dilakukan pengadukan menggunakan pengaduk magnet dengan pemanasan selama 1 jam sampai larut. Setelah itu ditambahkan 0.1 g zeolit dan 0.3 g pluronik dan dilanjutkan pengadukan menggunakan pengaduk magnet selama 1 jam hingga terbentuk larutan membran yang homogen. Larutan membran dituangkan ke atas pelat kaca yang telah diberi selotip pada bagian sisinya dengan ketebalan tertentu lalu dicetak. Membran yang terbentuk didiamkan selama 24 jam dan dilepaskan dari pelat kaca. Membran yang telah terbentuk dilakukan uji selanjutnya seperti pervaporasi etanol dan analisis morfologi.
Pervaporasi etanol
Sampel membran dipotong dengan ukuran ± 2.5 x 3.0 cm, sehingga sesuai dengan dimensi kompartemen pemisah yang berada pada alat pervaporasi. Modul tersebut dihubungkan dengan selang pengalir umpan. Larutan umpan yang digunakan adalah etanol 70%. Larutan umpan dilewatkan pada pervaporator yang terlebih dahulu mengalami proses pemanasan di suhu 70 °C hingga senyawa etanol yang titik didihnya lebih rendah akan menguap terlebih dahulu dibanding air. Uap yang menetes pada membran kemudian ditampung sebagai hasil permeat.
Penentuan konsentrasi etanol menggunakan kromatografi gas
Sebanyak 1 μL larutan standar etanol dan larutan permeat hasil penyaringan membran disuntikkan ke dalam GC untuk mengetahui tingkat konsentrasinya dengan kondisi alat: suhu detektor 200°C, suhu injektor 200°C, laju aliran 1 ml/menit, gas pembawa He dan N, dan detektor ionisasi nyala.
Analisis morfologi membran
Sampel diletakkan pada plat alumunium kemudian dilapisi dengan pelapis emas setebal 48 nm. Sampel kemudian diamati menggunakan SEM dengan tegangan 15 kV dan perbesaran 1000. Analisis ini dilakukan untuk mengetahui morfologi dan ukuran pori dari membran.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Ciri zeolit alam
5
permukaan zeolit (Kurniasari et al. 2011). Meningkatnya luas pori pada zeolit akibat adanya penguapan air yang terperangkap di pori-pori saat proses pemanasan (Ahmadi 2009, Emelda et al. 2013).
Gambar 1 Zeolit sebelum aktivasi (a) dan zeolit setelah aktivasi (b) Karakterisasi zeolit alam juga dilakukan menggunakan teknik difraksi sinar-X (sinar-XRD) untuk mengetahui berbagai mineral yang terkandung di dalam zeolit (Las dan Zamroni 2002). Menurut ahli mineralogi sekitar 40 jenis zeolit diketahui tipe strukturnya. Tipe struktur zeolit diberi nama tiga huruf cetak berdasarkan IUPAC, misalnya tipe struktur MOR berasal dari mordenit. Rumus umum zeolit dapat ditulis sebagai: Mx/n[(AlO2)x(SiO2)ymH2O], M adalah kation yang dapat dipertukarkan; x,y,m adalah bilangan tertentu; n adalah muatan ion logam alkali atau alkali tanah. Kation biasanya dapat dipertukarkan dan molekul air dalam struktur mudah diusir dengan cara dipanaskan. Mordenit mempunyai rumus kimia: M8/n(Si40Al8O96)22H2O (Suminta 2006).
Pola difraksi sampel zeolit dibandingkan dengan nilai puncak 2θ pada data standar Joint Committee Powder Diffraction Standard (JCPDS). Difraktogram
zeolit alam Cikalong (Lampiran 2) menghasilkan beberapa puncak 2θ dengan
intensitas yang berbeda sehingga saat dibandingkan dengan pola difraksi standar
menunjukkan intensitas yang mendekati pola difraksi puncak 2θ mordenit
(Lampiran 3). Data perbandingan nilai puncak 2θ pada difraktogram zeolit alam Cikalong terhadap mordenit terdapat pada Tabel 1.
Difraktogram zeolit alam Cikalong menghasilkan pola difraksi dengan lima
6
Tabel 1 Data perbandingan nilai 2θ zeolit Cikalong terhadap data mordenit dari (JCPDS 29-1257)
Zeolit Cikalong Mordenit (JCPDS 29-1257)
2θ Intensitas 2θ Intensitas
13.51 23 13.45 40.4
Kapasitas tukar kation (KTK) adalah ukuran kemampuan zeolit dalam mempertukarkan ion. Muatan positif pada zeolit saling bertukar dengan kation yang ada di larutan. Semakin besar nilai KTK menunjukkan semakin baik zeolit yang digunakan sebagai bahan atau media pertukaran ion (Arif 2011). Tabel 2 menunjukkan nilai KTK sebelum dan setelah aktivasi. Nilai KTK zeolit alam Cikalong sebelum aktivasi sebesar 92.52 mg ek/100 g dan mengalami peningkatan nilai KTK setelah aktivasi asam dan basa.
Proses aktivasi dilakukan untuk menghilangkan pengotor di permukaan pori dan menata kembali letak atom yang dapat dipertukarkan (Emelda et al. 2013). Aktivasi dengan larutan asam menyebabkan terjadinya proses pelarutan aluminium yang semakin kuat dengan bertambahnya konsentrasi asam yang digunakan. Hal ini terlihat dari nilai KTK hasil aktivasi menggunakan asam, nilai tertinggi diperoleh dari aktivasi menggunakan HCl 1.0 M sebesar 131.14 mg ek/100 g. Kenaikan konsentrasi asam akan menghasilkan pelarutan aluminium yang semakin besar sehingga menurunkan nilai KTK dan menyebabkan kerusakan pada struktur permukaan zeolit (Subariyah et al. 2013, Arif 2011).
Aktivasi dengan larutan basa memberikan pengaruh yang sebaliknya dari aktivasi asam. Perlakuan basa akan meningkatkan nilai KTK karena permukaan zeolit akan berubah menjadi semakin negatif dengan adanya pembentukan senyawa silikat pada permukaan zeolit tersebut. Permukaan zeolit akan semakin negatif dengan meningkatnya konsentrasi sehingga semakin meningkatkan nilai KTK (Tabel 2) (Arif 2011). Nilai KTK tertinggi terdapat pada konsentrasi NaOH 3.0 M sebesar 183.41 mg ek/100 g. Berdasarkan nilai KTK yang diperoleh, zeolit dengan aktivasi menggunakan HCl 1.0 M dan NaOH 3.0 M dapat ditambahkan ke dalam campuran membran PVA dan berfungsi sebagai penukar kation yang baik.
Tabel 2 Hasil penentuan nilai KTK zeolit sebelum dan setelah aktivasi
7
Membran komposit PVA-zeolit
Membran PVA merupakan membran yang memiliki sifat hidrofilik karena adanya gugus OH yang berinteraksi dengan molekul air melalui ikatan hidrogen. Gugus hidroksil yang terdapat pada rantai polimer menyebabkan membran PVA bersifat polar sehingga mudah menarik molekul polar seperti air ke dalam membran. Akibatnya membran PVA mempunyai sifat mengembang yang dapat mempengaruhi kinerja membran (Noezar et al. 2008). Untuk itu perlu dilakukan modifikasi membran dengan penambahan matriks seperti zeolit untuk memperbaiki karakteristik membran PVA, yaitu mengurangi sifat mengembang dan menambah ketahanan termal (Ling et al. 2008). Zeolit yang digunakan berukuran < 400 mesh agar membentuk campuran membran yang lebih homogen dan pori yang lebih seragam. Gambar 2 menunjukkan struktur PVA dan alumina silikat pada zeolit.
Gambar 2 Struktur kimia polimer PVA (a) dan struktur kimia alumina silikat pada zeolit (b)
Membran komposit PVA-zeolit yang terbentuk memiliki sifat hidrofilik yang dapat menarik molekul air ke permukaan membran tempat proses pervaporasi berlangsung. Zeolit yang berikatan hidrogen dengan PVA akan mengabsorpsi molekul polar yang terdapat dalam larutan umpan dan melewatkan molekul yang kurang polar menjadi permeat. Permeat akan berdifusi melalui membran dan menguap dengan bantuan vakum (Ani 2007). Secara alami membran PVA tidak memiliki pori pada permukaannya. Oleh karena itu perlu ditambahkan zat yang dapat membentuk pori, yaitu pluronik (Sari 2011). Penambahan zeolit juga dapat membentuk pori, namun rasio penambahan yang sedikit membuat pori yang terbentuk juga sedikit sehingga diperlukan zat tambahan untuk membentuk lebih banyak pori. Penambahan zeolit yang sedikit disebabkan oleh rendahnya tingkat kelarutan zeolit di dalam pelarut air.
Morfologi membran komposit PVA-zeolit
8
Gambar 3 Morfologi penampang lintang membran komposit PVA-zeolit perbesaran 1000
Ukuran pori yang didapat menunjukkan bahwa larutan umpan yang dilewatkan pada membran, yaitu etanol dapat menembus membran menjadi permeat. Hal ini dapat dibuktikan dengan ukuran pori etanol sebesar 0.44 nm yang lebih kecil dibandingkan ukuran pori membran. Selain itu juga dapat dibuktikan dengan sifat membran yang hidrofilik cenderung menyerap air sehingga meloloskan etanol saat larutan umpan dilewatkan.
Pervaporasi etanol
Pervaporasi dilakukan dengan memanfaatkan tekanan dan titik didih dari larutan umpan, selain itu juga didasarkan pada sifat hidrofilisitas membran terhadap larutan yang akan dipisahkan. Membran PVA yang bersifat hidrofilik akan menarik molekul air yang terdapat dalam larutan umpan secara difusi ke permukaan membran dan melewatkan larutan lainnya sebagai permeat (Kujawski 2000). Larutan umpan yang digunakan adalah etanol 70% yang dilewatkan pada membran melalui rangkaian alat pervaporator sederhana (Lampiran 6). Larutan etanol yang akan dilewatkan pada membran memiliki kepolaran yang lebih rendah dari air sehingga berdifusi melewati membran tersebut. Adanya pori yang dibentuk oleh porogen pluronik memudahkan etanol melewati membran dan mempengaruhi kemampuan membran dalam memisahkan etanol dari air (Sari 2011).
Larutan etanol 70% dialirkan ke membran dengan adanya tekanan yang sebelumnya telah mengalami pemanasan terlebih dahulu pada suhu 70oC secara konstan. Pemanasan ini bertujuan untuk menguapkan larutan yang titik didihnya lebih rendah daripada air, yaitu etanol agar terpisah dari komponen air. Besarnya pemisahan dan peningkatan konsentrasi etanol dari larutan umpan dapat dihitung menggunakan kromatografi gas (Sari 2011).
Tabel 3 Hasil analisis peningkatan konsentrasi etanol Larutan
umpan
Konsentrasi etanol (%) Peningkatan konsentrasi etanol (%)
awal akhir
Etanol 70% 70 73.66 3.66
9
70% menjadi 73.66%. Peningkatan nilai konsentrasi tersebut sebesar 3.66% (Lampiran 7). Peningkatan konsentrasi etanol mengarah pada laju permeasi. Meningkatnya konsentrasi etanol disebabkan larutan umpan dengan mudahnya dapat melewati membran sehingga laju permeasi juga meningkat. Selain itu tekanan dan suhu juga dapat menjadi faktor penentu pemisahan ini. Tekanan yang terlalu tinggi mengakibatkan perbedaan volatilitas sehingga konsentrasi etanol di permeat meningkat akibat laju permeasi yang meningkat. Peningkatan suhu pada larutan umpan membuat laju permeasi meningkat sehingga banyak etanol yang dapat melewati membran dan terjadi peningkatan konsentrasi etanol (Novalina 2012, Wahyuni 2012). Nilai faktor separasi dapat dihitung dari peningkatan konsentrasi etanol dan didapat nilai sebesar 1.20 (Lampiran 8). Nilai faktor separasi >1 menandakan bahwa satu senyawa keluar lebih cepat dan menunjukkan terjadinya pemisahan. Senyawa yang keluar lebih dulu tersebut adalah etanol. Semakin besar nilai faktor separasi maka pemisahan semakin baik (Harvey 2000).
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Membran komposit PVA-zeolit dibuat dengan komposisi yang telah ditentukan. Membran komposit PVA-zeolit memiliki ukuran pori asimetris berkisar antara 1.25-9.16 µm dan tergolong membran mikrofiltrasi. Penambahan zeolit untuk menambah ketahanan termal dan penambahan pluronik untuk membentuk pori. Membran komposit PVA-zeolit tergolong membran hidrofilik yang cenderung lebih menyerap air dan melewatkan etanol saat pervaporasi. Konsentrasi etanol yang didapat meningkat sebesar 3.66% dan nilai faktor separasi yang didapat sebesar 1.20 yang menunjukkan bahwa terjadinya pemisahan larutan etanol dengan air.
Saran
10
DAFTAR PUSTAKA
Ahmadi KGS. 2009. Kinerja zeolit alam teraktivasi pada penjernihan minyak bekas penggorengan keripik tempe. Jurnal Teknologi Pertanian 10(2): 136-143. Akbar MA. 2010. Pembuatan Membran Mikrofilter Zeolit Alam Dengan
Penambahan Semen Portland Putih [Skripsi]. Jakarta (ID): Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah.
Ani RA. 2007. Teknologi pervaporasi untuk dehidrasi etanol menggunakan membran zeolit NaA [Tesis]. Bandung (ID): Institut Tenologi Bandung. Arahman N. 2012. Konsep dasar proses pembuatan membrane berpori dengan
metode non solvent induced phase separation. Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan 9(2): 68-73.
Arif Z. 2011. Pencirian dan modifikasi zeolit alam sebagai bahan media pendeteksi studi kasus: kromium heksavalen [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Baker RW. 2004. Membrane Technology and Applications. Edisi ke-2. California (US): John Wiley & Sons Ltd.
Darsono, Danu S, Las T. 2000. Sifat mekanik komposit campuran zeolit-PVA yang
diradiasi sinar γ Co-60. [prosiding]. Serpong (ID): BATAN.
Emelda L, Putri SM, Ginting SB. 2013. Pemanfaatan zeolit alam teraktivasi untuk adsorpsi logam krom (Cr3+). Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan 9(4): 166-172.
Harvey D. 2000. Modern Analytical Chemistry. Edisi ke-1. United States of America (US): The McGraw-Hill Companies Inc.
Kujawski W. 2000. Application of pervaporation and vapor permeation in environmental protection. Polish Journal of Environmental Studies 9(1): 13-26.
Kurniasari L, Djaeni M, Purbasari A. 2011. Aktivasi zeolit alam sebagai adsorben pada alat pengering bersuhu rendah. Reaktor 13(3): 178-184.
Las T, Zamroni H. 2002. Penggunaan zeolit dalam bidang industri dan lingkungan. J Zeolit Indo. 1(2001): 23-26.
Ling LK, Nawawi MGM, Sadikin AN. 2008. Pervaporation of ethanol-water mixture using PVA zeolite-clay membranes. Jurnal Teknologi 49:167-177. Mulder M. 1996. Basic and Principles of Membrane and Technology. London
(UK): Kluwer.
Nasrun. 2005. Studi pemakaian zeolit untuk meningkatkan performasi membran [Prosiding]. Kuala (MLY): Universitas Syiah Kuala.
Noezar I, Praptowidodo VS, Agustin SP, Dewita R. 2008. Membran PVA-chitosan crosslinked untuk pemisahan campuran etanol-air secara pervaporasi. Jurnal Teknik Kimia Indonesia 7(1): 724-730.
Novalina CH. 2012. Studi kinerja pemisahan etanol-air menggunakan proses pervaporasi dengan membran thin film composite (TFC) komersial. [Skripsi]. Depok (ID): Universitas Indonesia.
11
Pabby AK, Rizvi SSH, Sastre AM. 2009. Handbook of Membrane Separations Chemical, Pharmaceutical, Food, and Biotechnological. New York (US): CRC Press Taylor & Francis Group.
Permata AA. 2009. Aplikasi membran CA/zeolit untuk pemisahan campuran alkohol-air [Tesis]. Bandung (ID): Institut Teknologi Bandung.
Pranawati RD. 2011. Membran polistirena dengan penambahan pluronik untuk pervaporasi etanol. [Sripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Pratomo H. 2003. Pembuatan dan karakterisasi membran komposit polisulfon selulosa asetat untuk proses ultrafiltrasi. Jurnal Pendidikan Matematika dan Sains 3(8): 168-173.
Sani A, Rostika A, Rakhmawaty D. 2009. Pembuatan fotokatalis TiO2-zeolit alam asal Tasikmalaya untuk fotodegradasi methylene blue. Jurnal Zeolit Indonesia 8(1): 6-14.
Sari DM. 2011. Membran pervaporasi polistirena dengan variasi penambahan konsentrasi pluronik [Skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Shao P, Huang RYM. 2007. Polymeric membrane pervaporation. Journal of
Membrane Science 287(2): 162-179.
Subariyah I, Zakaria A, Purwamargapratala Y. 2013. Karakterisasi zeolit alam Lampung teraktivasi asam klorida dan termodifikasi asam fosfat. Jurnal Teknologi Pengolahan Limbah 16: 17-24.
Suminta S. 2006. Karakterisasi zeolit alam dengan metode difraksi sinar-X. Jurnal Zeolit Indonesia 5(2): 52-68.
Suraputra R. 2011. Adsorpsi gas karbon monoksida (CO) dan penjernihan asap kebakaran menggunakan zeolit alam lampung termodifikasi TiO2 [Skripsi]. Depok (ID): Universitas Indonesia.
Wahyuni I. 2012. Studi pemisahan campuran azeotrop etanol-air dan isopropil alkohol-air melalui proses pervaporasi dengan membran thin film composite komersial. [Tesis]. Depok (ID): Universitas Indonesia.
13
15
Lampiran 1 Diagram alir penelitian
Zeolit Alam
Zeolit Alam Teraktivasi
Membran
Pencirian Zeolit XRD dan KTK
Aktivasi Asam dan Basa
Pembuatan Membran Komposit
PVA-Zeolit-Pluronik
Uji Kinerja Membran Pervaporasi dan GC
16
Lampiran 2 Difraktogram Zeolit Cikalong dan difraktogram mordenit (JCPDS 29-1257)
Difraktogram zeolit Cikalong
17
Lampiran 3 Data difraktogram zeolit Cikalong
2θ Intensitas 2θ Intensitas 2θ Intensitas 2θ Intensitas
8.5915 3 23.7181 9 33.3756 3 48.4262 10
9.2507 3 24.1324 3 34.7976 4 48.8960 3
9.8329 15 24.4268 3 35.6936 11 50.3754 5
10.0846 4 25.1856 8 36.9726 6 50.9652 7
13.1099 6 25.6799 103 38.6115 5 51.7649 3 13.5068 23 26.2858 47 39.3810 3 54.6039 3 13.8873 8 26.5634 10 39.6908 3 55.2387 5
14.4657 4 26.9179 4 40.2104 3 55.8135 4
14.6917 5 27.7468 54 40.5502 3 56.7931 4 15.1040 5 28.1013 11 40.8401 4 57.6429 3 15.3734 12 28.8404 4 41.6996 3 57.8228 3
18.2981 4 29.0351 3 41.9894 3 58.9125 3
19.1970 7 29.9490 5 42.8289 3 59.2724 3
19.6415 29 30.1388 4 44.1682 6 59.8122 5
20.0161 5 30.5134 5 44.3481 4 60.1621 3
21.4129 5 30.9096 25 44.6330 4 60.6870 5 21.9916 16 31.1577 7 44.9578 8 61.0618 3 22.3092 58 31.9835 7 45.2627 3 62.0815 3
22.8298 6 32.7461 5 46.5321 7 62.9213 3
18
Lampiran 4 Data difraktogram mordenit (JCPDS 29-1257)
19
Lampiran 5 Penentuan nilai kapasitas tukar kation (KTK) Sampel Zeolit Konsentrasi Ca2+ (mg/L)
KTK (mg ek/100 g)
Tanpa Aktivasi 18.5040 92.52
HCl 1.0 M 26.2284 131.14
20
Lampiran 6 Rangkaian pervaporator
Keterangan: A = penampung cairan umpan B = pompa
21
Lampiran 7 Penentuan peningkatan konsentrasi etanol Kromatogram etanol hasil pervaporasi
Larutan umpan Konsentrasi etanol (%) Peningkatan konsentrasi etanol (%)
awal akhir
Etanol 70% 70 73.66 3.66
Contoh perhitungan:
Konsentrasi etanol hasil pervaporasi = [etanol akhir] x faktor pengenceran = 7.366% x 10 = 73.66%
Persentase peningkatan konsentrasi etanol = [etanol akhir]-[etanol awal] = 73.66% - 70%
22
Lampiran 8 Penentuan nilai faktor separasi
Parameter uji Etanol
umpan permeat
[air] (%) 30 26.34
[etanol] (%) 70 73.66
Faktor separasi 1.20
Contoh perhitungan faktor separasi:
� = � �/ H O EtOH/ H O
� = . / ./ = .
23
RIWAYAT HIDUP
Penulis lahir di Merangin, 08 Januari 1993 dari ayah Drs M. Yanis Lajid dan ibu Dra Yurnawilis Rasyid. Penulis merupakan putri kedua dari empat bersaudara. Tahun 2011 penulis lulus dari MAN 2 Model Pekanbaru dan pada tahun yang sama penulis diterima sebagai mahasiswa Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor melalui Seleksi Beasiswa Utusan Daerah (BUD).
