DESALINASI AIR ASIN MENGGUNAKAN MEMBRAN SELULOSA BAKTERI AKRILAMIDA-ASETAT

(1)

Vol. 5 No. 1, Februari 2017 Ar-Razi Jurnal Ilmiah ISSN. 2503-4448

104

DESALINASI AIR ASIN MENGGUNAKAN MEMBRAN SELULOSA BAKTERI AKRILAMIDA-ASETAT

Raudhatul Fadhilah* dan Dedeh Kurniasih

Prodi Pendidikan Kimia FKIP Universitas Muhammadiyah Pontianak Jalan Ahmad Yani No. 111 Pontianak Kalimantan Barat

*E-mail: raudhatul_fadhilah@yahoo.com

ABSTRAK

Krisis air bersih yang masih melanda beberapa belahan dunia memerlukan teknik pengolahan air bersih. Salah satu sumber mata air berasal dari lautan yang memiliki kadar garam tinggi. Teknik pengolahan air yang berkembang pesat dalam pengolahan air asin adalah desalinasi dengan membran. Pada penelitian ini, membran selulosa bakteri akrilamida disintesis menggunakan bahan dasar kulit pisang. Peningkatan performa membran dalam mengurangi kadar garam dan meminimalisir penyumbatan (fouling) dilakukan dengan mendoping asam asetat ke dalam membran selulosa bakteri akrilamida. Pengukuran dengan teknik spektrofotometri UV-Vis (λ=490 nm) pada deret standar konsentrasi NaCl 0 ppm, 250 ppm, 500 ppm, 2000 ppm diperoleh

persamaan garis y= 0.0002x + 0.0986

R² = 0.8286. Hasil penelitian menunjukkan bahwa koefisien rejeksi (R) selulosa bakteri yang didoping dengan asam asetat lebih tinggi (R=62.15%) daripada selulosa bakteri akrilamida tanpa asam asetat (R=44.65%). Dengan demikian, membran selulosa bakteri akrilamida yang didoping dengan asam asetat lebih selektif dibandingkan membran selulosa bakteri akrilamida tanpa asam asetat. Penambahan asam asetat menyebabkan pori membran lebih rapat sehingga kemampuan membran dalam menjerap garam juga meningkat.

Kata kunci: akrilamida, air asin, fouling, membran, selulosa bakteri asetat ABSTRACT

Clean water crisis that still happening in some parts of the world led to the development of water processing techniques continue to be made. One source of water comes from the oceans which have a high salt density. Water processing techniques that developing rapidly in the processing of salty water is membranes desalination. In this study, the cellulose membrane of acrylamide bacteria was synthesized using the basic ingredients of a banana peel. Escalation of membrane selectivity in absorbing salts and minimizing blockage (fouling) was performed by doping acetic acid into the cellulose membrane of acrylamide bacteria. Measurement by using spectrophotometry UV-Vis

technique (λ = 490 nm) on a standard series of NaCl concentration of 0 ppm, 250 ppm, 500 ppm,

2000 ppm obtained line equation y = 0.0002x + 0.0986 R ² = 0.8286. The results showed that the rejection coefficient (R) of bacterial cellulose which is doped with acetic acid was higher (R = 62.15%) than the cellulose acrylamide bacteria without acetic acid (R = 44.65%). Thus, the cellulose membrane of acrylamide bacteria which is doped with acetic acid is more selective than the cellulose membrane of acrylamide bacteria without doped with acetic acid. The addition of acetic acid causes the membrane pore tighter, therefore the membrane's ability to absorb the salt also increases.

(2)

105 PENDAHULUAN

Indonesia merupakan negara kepulauan terbesar di dunia yang memiliki luas wilayah 5.193.252 Km2 dengan dua per tiga luas wilayahnya merupakan perairan (3.288.683 Km2). Ironisnya, di tengah kepungan air itu ternyata masih ada beberapa tempat yang mengalami kekurangan air, terutama mengenai ketersedian air bersih (Redjeki, 2011). Pontianak merupakan salah satu kota tempat sungai terpanjang di Indonesia berada. Meskipun terdapat sumber air yang melimpah, namun masyarakat Pontianak sering mengalami krisis air bersih terutama pada musim kemarau. Air sungai yang diolah oleh PDAM berubah menjadi payau.

Air payau merupakan air yang memiliki salinitas tinggi atau mengandung kadar klorida yang tinggi. Air payau mengandung kadar klorida sebesar 500-5000 mg/L dan memberikan rasa asin pada air. Kadar klorida maksimum sesuai baku mutu air bersih adalah 600 mg/L (Kusumahati, 1998).

Selama ini belum ada pengolahan air payau di Pontianak. Air payau akan terus melanda masyarakat sampai hilang dengan sendirinya ketika musim hujan tiba. Oleh karena itu, diperlukan teknik pengolahan air payau sehingga ketika musim kemarau, krisis air bersih tidak terjadi di Pontianak. Teknik pengolahan air payau atau desalinasi garam yang selama ini digunakan adalah dengan teknologi membran (Biyantoro & Basuki, 2007).

Membran adalah lapisan tipis dari material polimer yang berfungsi sebagai penghalang yang memingkinkan

transport massa pada selektif molekul (Taylor, 2011). Polimer yang telah diteliti memiliki performa yang luar biasa sebagai membran, salah satunya adalah selulosa asetat. Penelitian Hassanien, et al., 2013 menunjukkan bahwa komposit membran selulosa asetat sintetis memiliki aktivitas antibakteri dengan koefisien rejeksi pada air laut sebesar 59%. Ebrahim, et al., 2015 dalam penelitiannya melaporkan bahwa membran selulosa asetat yang disintesis dari jerami padi memiliki koefisien rejeksi pada larutan NaCl sebesar 93.3 %.

(3)

106 METODE PENELITIAN

Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini adalah Spektrofotometri UV-Vis, oven, corong Buchner, termometer, pH meter, dan seperangkat alat-alat gelas umum.

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah kulit pisang yang diperoleh dari penjual goreng pisang dan pasar Flamboyan di Pontianak, Acetobacter xylinum, gula pasir, kertas saring, NaOH, NaCl, (NH4)2SO4 dari sigma, asam asetat 98% dari sigma, akrilamida dari sigma.

Cara Kerja

Pembuatan Selulosa Bakteri dari Limbah Kulit Pisang (Nata de banana₎

Limbah kulit pisang dikerok bagian dalamnya kemudian dihancurkan sehingga didapatkan bubur limbah kulit pisang, lalu bubur diperas menggunakan kain kasa sehingga didapatkan sarinya. Sari kulit pisang tersebut masih banyak mengandung endapan atau pengotor sehingga untuk mendapatkan sari kulit pisang yang baik perlu disaring menggunakan kertas saring dengan bantuan pompa vakum menggunakan corong-Buchner. Tahap selanjutnya sari kulit pisang diencerkan menggunakan air dengan nisbah sari kulit pisang:air adalah 1:4, lalu larutan tersebut dididihkan. Setelah mendidih, ditambahkan gula pasir sebagai sumber karbon sebanyak 7.5 g dan ditambahkan (NH4)2SO4 0.5 g. Larutan diaduk sampai homogen, kemudian diatur pHnya menjadi 4.5 dengan penambahan asam asetat 98%. Larutan yang telah disesuaikan pH-nya dimasukkan ke dalam tiap wadah kemudian ditutup. Keesokan harinya

ditambahkan Acetobacter xylinum dan diinkubasikan selama 8-15 hari pada suhu 32 ºC. Pada hari ke-8, selulosa bakteri (BC) siap dipanen dengan ketebalan 0.5-1 cm.

Pemurnian Selulosa Bakteri

Proses pemurnian selulosa mikrobial dilakukan dengan merendam nata ke dalam larutan NaOH 4% selama 24 jam. Perendaman dengan NaOH bertujuan untuk menghilangkan komponen-komponen non selulosa dan sisa bakteri, dimana komponen-komponen non selulosa ini akan menghalangi ikatan hidrogen yang terjadi antar rantai molekul selulosa. Perendaman dilanjutkan menggunakan CH3COOH 4% selama 24 jam. Tujuan dari perendaman ini adalah untuk menetralkan NaOH yang masih terdapat pada selulosa mikrobial. Setelah direndam dengan asam asetat, selulosa mikrobial direndam dalam air berulang kali untuk menghilangkan bau asam serta mengurangi kandungan asamnya, selanjutnya dikeringkan di bawah sinar matahari dan dilanjutkan dengan proses pembuatan selulosa asetat.

Pembuatan Selulosa Asetat

(4)

107 asetilasi.

Kemudian dilanjutkan pada tahap asetilasi dengan menambahkan asam sulfat pekat yang berfungsi sebagai katalis dan diaduk kontinyu selama 24 jam. Kemudian ke dalam selulosa hasil asetilasi ditambahkan air dingin dan dilakukan pengadukan selama 1 jam. Tahap ini disebut sebagai tahap hidrolisis yang bertujuan untuk menguraikan asam asetat glacial menjadi asam asetat. Hasil yang diperoleh dari pengendapan ini adalah berupa gumpalan-gumpalan selulosa asetat berwarna putih kekuning-kuningan.

Preparasi dan Pencetakan Membran Selulosa Asetat-Akrilamida

Pada tahap awal preparasi membran selulosa asetat, dilakukan dengan menyaring gumpalan-gumpalan putih kekuningan hasil reaksi hidrolisis dengan menggunakan kertas saring dan dilakukan pencucian berkali-kali menggunakan aquadest dan etanol yang bertujuan untuk mengurangi bau asam dan kandungan asam. Dilanjutkan dengan proses vacum pump dan pencampuran dengan diklorometan untuk mendapatkan larutan dope. Pada proses pencetakan membran, digunakan lapisan pendukung berupa poliester dan akrilamida. Membran selulosa asetat dengan lapisan pendukung poliester dan akrilamida memiliki kekuatan tarik dan daya dukung membran lebih baik daripada membran selulosa asetat tidak berpendukung. Pencetakan membran dilakukan di atas pelat kaca. Poliester dihamparkan di atas kaca, diselotip dengan ketebalan tertentu kemudian dope selulosa asetat dicetak di atasnya dan diratakan dengan batang silinder lalu diangin-anginkan di udara

terbuka selama 15 menit. Setelah itu, pelat kaca dimasukkan ke dalam koagulan 2-propanol selama 24 jam. Proses tersebut bertujuan untuk mendapatkan struktur membran yang lebih rapat. Membran yang telah terbentuk dicuci berkali-kali dengan air yang mengalir untuk menghilangkan seluruh pelarut dan aditif.

Penentuan Nilai Koefisien Rejeksi Besarnya konsentrasi NaCl dalam permeat dan retentat diukur dengan alat spektrofotometri sinar tampak pada panjang gelombang 490 nm setelah diberi pereaksi fenol (5%) dan asam sulfat dengan perbandingan sebagai berikut 1 ml sampel : 5 ml asam sulfat dan 1 ml fenol. Rejeksi dihitung dengan rumus sebagai berikut:

Rejeksi (R) = ( 1 – Cp/Cr ) × 100 % Dengan: R = Rejeksi (%), Cp = Konsentrasi permeat (ppm), Cr = Konsentrasi retentat (ppm)

HASIL PENELITIAN DAN

PEMBAHASAN

(5)

108 terjadi pada membran selulosa. Membran selulosa yang dibuat dibedakan menjadi 2 tipe, yaitu: selulosa bakteri akrilamida asetat dan selulosa bakteri akrilamida tanpa asetat. Hasil sintesis membran selulosa bakteri akrilamida tanpa asetat dan selulosa bakteri akrilamida asetat diperlihatkan pada Gambar 1 dan Gambar 2.

Gambar 1. Selulosa bakteri akrilamida

Gambar 2. Selulosa bakteri akrilamida asetat

Gambar 1 dan 2. memperlihatkan bahwa terjadi perubahan warna selulosa bakteri akrilamida ketika dicelupkan ke dalam asam asetat. Selulosa bakteri akrilamida yang semula berwarna kuning jernih berubah warnanya menjadi kuning kecoklatan. Hal ini mengindikasikan

bahwa asam asetat telah masuk ke dalam struktur selulosa bakteri akrilamida.

Performa Membran Selulosa Asetat Performa membran selulosa bakteri akrilamida dengan dan tanpa asetat diketahui dengan teknik spektrofotometri UV-Vis pada λ=490 nm dengan deret standar konsentrasi NaCl 0 ppm, 250 ppm, 500 ppm, 2000 ppm. Hasil pengukuran deret standar, selulosa bakteri akrilamida dengan dan tanpa asam asetat diperlihatkan pada Tabel 1 dan persamaan garis linear standar NaCl diperlihatkan pada Gambar 3.

Tabel 1. Hasil Pengukuran dengan Spektrofotometri UV-Vis

C standar NaCl (ppm) Rerata Absorbansi

0 0

250 0.2

500 0.2

750 0.37

2000 0.5

BC-Aam 0.32

BC-Aam asetat 0.25

Gambar 3. Persamaan Garis Linear Standar NaCl

y = 0.0002x + 0.0986 R² = 0.8286

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

(6)

109 Tabel 1. memperlihatkan bahwa semakin tinggi konsentrasi NaCl, maka absorbansi semakin besar. Hal ini sesuai dengan hukum Lambert-Beer yang menyatakan bahwa konsentrasi sebanding dengan absorbansi. Berdasarkan Gambar 3, diperoleh persamaan garis y= 0.0002x

+ 0.0986 dengan

koefisien determinasi (R²) = 0.8286. Kemampuan selulosa bakteri akrilamida dengan dan tanpa asetat dalam menjerap NaCl diketahui dengan merendam membran ke dalam larutan NaCl 2000 ppm selama 1 jam. Kemudian, diukur absorbansi pada konsentrasi NaCl 2000 ppm setelah direndam selama 1 jam. Hasil penelitian menunjukkan absorbansi selulosa bakteri akrilamida tanpa asetat sebesar 0.32 dan 0.25 untuk selulosa bakteri akrilamida dengan asam asetat. Dengan menggunakan persamaan garis linear diketahui konsentrasi NaCl yang masih tersisa ketika direndam dengan membran, sehingga koefisien rejeksi (R) masing-masing membran dapat dihitung.

Koefisien rejeksi adalah fraksi konsentrasi zat terlarut yang tidak menembus membran atau bisa disebut sebagai % removal. Rejeksi dihitung dengan rumus: Rejeksi (R) = ( 1 – Cp/Cr ) × 100 %, dengan Cp = Konsentrasi permeat (ppm), Cr = Konsentrasi retentat (ppm). Permeat dalam penelitian ini adalah konsentrasi NaCl sebelum diserap, sedangkan retentat adalah konsentrasi NaCl setelah diserap. Hasil penelitian menunjukkan bahwa koefisien rejeksi (R) selulosa bakteri yang didoping dengan asam asetat lebih tinggi (R=62.15%) daripada selulosa bakteri akrilamida tanpa asam asetat (R=44.65%). Artinya, membran selulosa bakteri akrilamida asetat mampu menghilangkan NaCl

sebesar 62.15, sedangkan selulosa bakteri akrilamida tanpa asam asetat sebesar 44.65%. Dengan demikian, membran selulosa bakteri akrilamida yang didoping dengan asam asetat lebih selektif dibandingkan membran selulosa bakteri akrilamida tanpa asam asetat. Penambahan asam asetat menyebabkan pori membran lebih rapat sehingga kemampuan membran dalam menjerap garam juga meningkat.

KESIMPULAN

Membran selulosa bakteri akrilamida telah berhasil disintesis dengan kemampuan merejeksi garam sebesar 62.15%. Membran selulosa bakteri akrilamida asetat menunjukkan performa yang baik dalam mengurangi kadar garam sehingga berpeluang discale up. Perlu dilakukan penelitian lanjutan untuk memvalidasi kinerja membran dalam mengatasi fouling (penyumbatan).

UCAPAN TERIMA KASIH

Penelitian ini dilaksanakan dengan bantuan dana penelitian Lembaga Penelitian dan Pengabdian Kepada Masyarakat Universitas Muhammadiyah Pontianak semester genap Tahun Anggaran 2015/2016.

DAFTAR PUSTAKA

(7)

110 Chesters, S.P, Darton, E.G, Gallego, S,

Vigo, V.D. (2009). The safe use of cationic flocculants with reverse osmosis membranes. Desalination and Water Treatment. 6.

Ebrahim, Sh, Mosry, A, Kanawy, E, Abdel-Fattah, T dan Kandil, S. 2015. Reverse osmosis membranes for water desalination based on cellulose acetate extracted from Egyptian rice straw. Desalination and Water Treatment. 55(11).

Fadhilah, R dan Kurniawan, R.A. (2016). Synthesis and Characterization of Bacterial Cellulose-Acrylamide Hydrogel Made from Banana Peels. Asian Journal of Chemistry, 28(6).

Kusumahati, I. (1998). Studi Kemampuan Resin Kation Na+ dan H+ sebagai Media Penukar Ion untuk Menurunkan Kandungan Tembaga. ITS, Surabaya.

Mulder, M. (1991). Basic Principles of Membrane Technology. Kluwer Academy Pub, London.

Redjeki, S. (2011). Proses Desalinasi dengan Membran. Direktorat Penelitian dan Pengabdian Kepada Masyarakat (DP2M) Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan Nasional, Indonesia.

Sharma, N, Tiwari, A. (2016). Nano-ZnO-loaded poly (acrylamide-co-itaconic acid) hydrogel as adsorbent for effective removal of iron from

contaminated water. Desalination and Water Treatment. 57(14).