LAPORAN PRAKTIKUM
PREPARASI DAN APLIKASI MEMBRAN
Disusun untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Teknologi Membran (TKK 2139) Dosen Pengampu : Vivi Nurhadianty, ST., MT
Disusun oleh:
Citra Dewi Rakhmania (125061100111002)
Evi Handayani (125061100111004)
Mutiara Dita Arini (125061101111004)
Awal Laili Yuanita N. (125061107111005) Fadila Nindta Nur Alfiah (135061101111005) Kelvinsius Julio Fenik G. (135061101111008)
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS BRAWIJAYA
2015
LAPORAN PRAKTIKUM
PREPRASI DAN APLIKASI MEMBRAN
Mata Kuliah Teknologi Membran (TKK 2139)
A. TUJUAN
1. Mengerti dan memahami proses pembuatan membran.
2. Mengerti prinsip-prinsip pemisahan menggunakan membran dan faktor yang mempengaruhinya
3. Dapat melakukan percobaan filtrasi menggunakan membran.
4. Dapat melakukan perhitungan-perhitungan permeabilitas dan permselektivitas membran.
B. DASAR TEORI
Kata membran berasal dari bahasa latin, yaitu membrana yang berarti potongan kain. Membran adalah suatu lapisan yang memisahkan dua fasa dimana perpindahan masanya dapat diatur dan hanya dapat dilewati oleh ion-ion tertentu. Membran disebut juga selaput yang bersifat semipermeable yang memungkinkan lewatnya jenis molekul tertentu (Meriatna, 2008). Proses pemisahan pada membran merupakan hasil dari adanya gaya dorong/driving force (Muliawati, 2012). Gaya dorong adalah gaya yang bekerja pada molekul atau partikel didalam membrane (Putri, 2011). Gaya dorong tersebut berupa gradient suhu (ΔT), gradient konsentrasi (ΔC), gradient tekanan (ΔP) dan potensial listrik (ΔE) anatara larutan pada bagian luar membran dengan larutan yang berada dibagian dalam membran (Muliawati, 2012). Proses pemisahan pada membran Gambar 2.1. Proses Pemisahan Pada Membran
ditunjukkan oleh Gambar 2.1. Secara umum proses perpindahan fasa membran melalui tiga tahap, yaitu: dari umpan (bulk fluida) ke permukaan membran, terjadi proses difusi pada membran, dan dari permukaan membran ke permeat (Muliawati, 2012).
Permean terlarut didalam material membran sebagai cairan dan berdifusi melewati membran karena adanya beda konsentrasi. Pemisahan dari permean terjadi karena perbedaan kelarutan dari permean dalam material membran dan laju tertentu ketika permean berdifusi melewati membran. Permean juga dapat dipisahkan berdasarkan ukuran pori, dimana proses pemisahan terjadi ketika ukuran permean yang lebih kecil dari pori akan melewati pori membran sedangkan yang berukuran lebih besar akan tertahan (Baker, 2004).
Aliran pada proses pemisahan membran dibagi menjadi 2 tipe: dead-end dan crossflow. Seperti yang ditunjukkan oleh gambar 2.2, permeat didorong untuk melewati penyaring, sedangkan rentetat akan tetap tertahan di filter (Sirkar & Ho, 1992). Pada aliran dead-end, kecepatan umpan membran tidak didefinisikan secara spesifik dan semua padatan akan terakumulasi di membran selama filtrasi berlangsung. Semakin besar akumulasi padatan akan menghasilkan nilai flux yang semakin menurun lihat gambar 2.2.a (Howe dkk, 2012). Sedangkan pada aliran crossflow, larutan bulk dipompakan untuk melewati dinding penyaring, aliran permeat mengalir membawa
partikel-Gambar 2.2. Tipe Aliran Membran (Sirkar & Ho, 1992)
partikel ke permukaan membran (lihat gambar 2.2.b), dimana partikel tersebut akan terrejeksi dan membentuk lapisan tipis pada membran (Sirkar & Ho, 1992). Pada tipe aliran ini, kecepatan umpan masuk biasanya sebesar 0,5-1 m/s, lebih besar 4-5 kali daripada kecepatan superficial air kepada permukaan membran, hal tersebut menyebabkan terbentuknya gaya gesek yang mereduksi lapisan lumpur, sehingga padatan akan terbawa dengan aliran rentetat daripada terakumulasi di permukaan membran (Howe dkk, 2012).
Membran dapat dibagi berdasarkan beberapa hal: (Meriatna, 2008) 1. Jenis membran berdasarkan bahan dasar pembuatnya
a. Membran Biologis, membran yang terdapat dalam sel mahluk hidup b. Membran Sintesis, dapat dibedakan menjadi:
- Membran Organik, bahan penyusun utamanya adalah polimer/cairan - Membran Anorganik, bahan penyusun utamanya logam atau non-logam - Campuran, terbuat dari bahan organic-anorganik, contoh: keramik 2. Jenis membran berdasarkan fungsi
Klasifikasi membran jenis ini didasarkan pada ukuran partikel yang akan dipisahkan:
a. Mikrofiltrasi, memiliki pori berukuran 0,02-10 μm
b. Reverse Osmosis (RO), memiliki pori berukuran 0,0001-0,001 μm c. Ultrafiltrasi, memiliki pori berukuran 0,05-1 μm
3. Jenis membran berdasarkan prinsip pemisahan
a. Membran Berpori, pemisahan partikel berdasarkan ukuran partikel yang dapat melewati ukuran pori-pori membran.
b. Membran tak berpori, pemisahan berdasarkan perbedaan kelarutan dan kemampuan berdifusi suatu zat terhadap membran
c. Membran cair (terbentu emulsi), didalam membran terdapat zat pembawa yang menentukan selektivitas terhadap komponen yang akan dipisahkan. Faktor – faktor yang dapat mempengaruhi kinerja membran:
1. Kondisi dari suplai bahan baku sampel/air 2. Ketidak efektifan prosedur pre-treatment
3. Parameter sistem operasi 4. Laju dan derajat dari fouling
Membran fouling (penyumbatan pori membran) merupakan alasan yang paling sering dihadapi pada permasalahan membrane. Efek dari fouling berupa: penurunan produktivitas membran, karakteristik rejeksi yang buruk dan peningkatan perbedaan tekanan pada kedua sisi membran (Dudley dkk, 2000).
Namun, teknologi membran memiliki beberapa keunggulan seperti (Putri, 2011):
1. Pemisahan dapat dilakukan pada suhu ruang tanpa adanya perubahan fasa, sehingga akan dicapai efisiensi energi yang lebih baik dibandingkan dengan proses lain (contoh: desilasi).
2. Pemisahan dapat berlangsung tanpa adanya akumulasi produk dalam membran (pada tipe aliran crossflow).
3. Pemisahan tidak memerlukan penambahan aditif kimia, seperti pada destilasi azeotrop atau pada pemurnian air dengan endapan.
4. Material membran sangat bervariasi, sehingga mudah diadaptasikan pemakaiannya.
Membran dapat dibuat dari bahan organik yang berupa polimer maupun anorganik seperti keramik, logam dan gelas. Beberapa teknik yang dapat digunakan untuk membuat membran yaitu sintering, stretching, track-etching, templateleaching, inversi fasa, dan coating (Mulder, 1996).
1. Sintering
Pembuatan membran dengan teknik sintering dapat dilakukan pada bahan organik maupun anorganik. Teknik ini sangat sederhana di mana bubuk dengan ukuran tertentu dikompresi dan di-sintering pada suhu tinggi. Pori akan terbentuk ketika terjadi kontak antar muka partikel pada saat sintering, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.3 Ukuran pori yang dihasilkan ditentukan oleh ukuran partikel dan distribusi ukuran partikel dalam bubuk. Distribusi ukuran partikel yang lebih sempit akan menghasilkan membran dengan distribusi ukuran pori yang lebih sempit pula. Teknik ini akan menghasilkan membran dengan ukuran pori 0,1
sampai 10 μm. Hanya membran mikrofiltrasi yang bisa dibuat dengan metode ini, di mana porositas yang dihasilkan sekitar 20 %.
Gambar 2.3. Skematik proses sintering (Mulder, 1996). 2. Stretching
Pembuatan membran dengan teknik stretching hanya bisa dilakukan untuk bahan polimer yang semi kristalin. Film dari bahan polimer semi kristalin di tarik searah dengan proses ekstruksi, sehingga diperoleh membran dengan molekul-molekul kristal yang paralel satu terhadap yang lainnya. Jika stress mekanik diaplikasikan maka akan terjadi pemutusan dan terbentuk strutur pori dengan ukuran 0,1 sampai 0,3 μm. Porositas yang dihasilkan lebih besar dibandingkan dengan proses sintering, yaitu bisa di atas 90 % (Mulder, 1996).
3. Track-etching
Pada teknik track-etching, film polimer ditembak oleh partikel radiasi berenergi tinggi dengan arah tegak lurus film. Bekas tembakan partikel tersebut akan membentuk suatu lintasan pada film sehingga terbentuk pori silinder yang sangat sempit. Film tersebut kemudian dimasukkan dalam bak asam atau basa. Teknik preparasi ini menghasilkan porositas yang rendah (10 %) dengan ukuran pori sekitar 0,02-10 μm (Mulder, 1996).
4. Template-leaching
Teknik ini digunakan untuk membuat membran berpori dengan cara melepaskan salah satu komponen (leaching). Dilakukan dengan melebur tigakomponen homogen (misal : Na2O-B2O3-SiO2) pada suhu 1000-1500 °C, kemudian didinginkan. Sistem ini akan terbagi menjadi dua fasa. Fasa yang pertama didominasi oleh SiO2 yang tidak larut sedangkan fasa yang lain larut. Fasa yang kedua dikeluarkan dengan suatu asam atau basa, dan akan dihasilkan suatu rentang diameter pori dengan ukuran minimum sekitar 0,005 μm. Membran gelas berpori dapat dibuat dengan cara ini (Mulder, 1996).
5. Inversi fasa
Inversi fasa adalah suatu proses pengubahan bentuk polimer dari fasa cair menjadi padatan dengan kondisi terkendali. Proses pemadatan (solidifikasi) ini diawali dengan transisi dari fasa cair satu ke fasa cair dua (liquid-liquid demixing). Pada tahap tertentu selama proses demixing, salah satu fasa cair (fasa polimer konsentrasi tinggi) akan memadat sehingga terbentuk matriks padat, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4 Pengendalian tahap awal transisi fasa akan menentukan morfologi membran yang dihasilkan. Proses inversi fasa terjadi dengan penguapan pelarut, presipitasi dengan penguapan terkendali, presipitasi termal, presipitasi fasa uap dan presipitasi immersi.
Gambar 2.4. Metode pembuatan membran dengan metode inversi fasa (Mulder, 1996) Presipitasi dengan penguapan pelarut
Presipitasi dengan penguapan pelarut merupakan teknik yang paling sederhana, di mana polimer dilarutkan pada pelarut tertentu kemudian dicetak pada penyangga yang sesuai. Membran yang diperoleh adalah membran homogen (Mulder, 1996). Presipitasi dengan penguapan terkendali
Pada presipitasi dengan penguapan terkendali, suatu polimer dilarutkan pada campuran pelarut dan nonpelarut. Diperlukan pelarut yang lebih mudah menguap daripada nonpelarut. Hal ini supaya perubahan komposisi selama penguapan akan bergerak ke arah meningkatnya kandungan nonpelarut sehingga konsentrasi polimer menjadi lebih pekat (Mulder, 1996).
Presipitasi termal
Pada presipitasi termal digunakan pelarut tunggal atau pelarut campuran, sehingga dapat mempercepat terjadinya pemisahan fasa. Teknik ini biasanya digunakan untuk pembuatan membran mikrofiltrasi (Mulder, 1996).
Presipitasi fasa uap
Suatu film yang telah dicetak ditempatkan pada suasana uap, dimana uap terdiri dari nonpelarut jenuh dan pelarut yang sama. Pada presipitasi fasa uap digunakan konsentrasi pelarut yang lebih pekat supaya pelarutnya tidak mudah menguap sehingga terjadi penetrasi non pelarut ke dalam film (Mulder, 1996).
Presipitasi immersi
Pada presipitasi immersi, larutan polimer dicetak pada suatu penyangga kemudian direndam dalam bak koagulasi yang mengandung non pelarut. Struktur membran yang terbentuk sangat ditentukan oleh kombinasi perpindahan massa dan perpindahan fasa (Mulder, 1996). polimer 15 %. Pada penggunaan aceton sebagai solven dan air sebagai nonsolven, akan diperoleh membran dense (delayed demixing), sedangkan pada penggunaan solven dimethylsulfoxide (DMSO) dan air sebagai nonsolven, akan diperoleh membran (instantaneous demixing).
Pemilihan polimer
Pemilihan polimer sangat penting karena penggunaan solven/nonsolven pada phase inversion sangat terbatas. Pemilihan polimer akan berdampak terhadap fouling dan stabilitas thermal serta kimia dari membran yang dihasilkan.
Konsentrasi polimer
Kenaikan konsentrasi polimer pada larutan casting akan menyebabkan kenaikan konsentrasi polimer pada interface, akibatnya membran yang dihasilkan akan memiliki ukuran pori yang semakin kecil dan fluks yang rendah.
6. Coating
Coating merupakan teknik pembuatan membran komposit yang sangat sederhana untuk memperoleh lapisan atas padat yang sangat tipis. Membran yang diperoleh dengan metode ini digunakan dalam reverse osmosis, gas separation, dan pervaporasi (Mulder, 1996).
Prinsip pembuatannya adalah dengan mencelupkan membran asimetrik ke dalam larutan pelapis yang mengandung polimer, pre-polimer, atau monomer dengan konsentrasi padatan dalam larutan rendah (kurang dari 1%). Membran asimetris dipisahkan dari bak yang mengandung material pelapis dan pelarut, dan akan diperoleh lapisan tipis dari larutan yang menempel pada bak. Kemudian film ini dimasukkan ke dalam oven, sehingga solven akan menguap dan terjadi crosslinking (Mulder, 1996).
Gambar 2.5. Struktur molekul Rhodamin B
Saat ini, sebagian besar industri tekstil menggunakan zat warna sintetis dengan alasan murah, warnanya tahan lama, mudah diperoleh dan digunakan, akan tetapi limbah yang dihasilkan masih berwarna dan sulit didegradasi. Sekitar 15-20% zat warna yang digunakan akan tersisa pada air buangan yang pada akhirnya akan masuk ke dalam lingkungan sekitarnya. Rhodamin B merupakan salah satu jenis pewarna non azo yang banyak digunakan dalam industri tekstil. Potensi karsinogenik Rhodamin B juga perlu mendapatkan perhatian yang serius. Rhodamin B dapat menyebabkan. Salah satu cara dalam menangani masalah tersebut adalah dengan menggunakan membrane alam. Pada umumnya membrane yang sering digunakan untuk proses pemisahan adalah membran yang terbuat dari selulosa asetat. Membran yang terbuat dari bahan dasar kitosan memiliki sifat mekanik yang tidak terlalu baik, adalah ketahanannya yang lemah terhadap tarikan dan regangan. (Kusumawati, 2012) Senyawa kitin banyak terdapat pada kulit luar hewan seperti Antropoda, Molusca, Annelida dan juga terdapat pada dinding sel tumbuhan tingkat rendah seperti fungi. Setelah selulo, kitin diperhitungkan sebagai polisakarida yang terdapat melimpah di alam. Perbedaan antara kitin dan kitosan berdasarkan kandungan
nitrogennya, bila nitrogen kurang dari 7% maka polimer disebut kitin dan apabila kandungan total nitrogennya lebih dari 7% maka disebut kitosan. Kitosan merupaka senyawa yang tidak larut dalam air, larut dalam basa kuat, sedikit larut dalam HCl dan HNO3, 0,5% H3PO4 sedangkan dalam H2SO4 tidak larut. Kitosan tidak beracun
dan mudah terbiodegradasi. (Meriatna, 2008)
Agar diperoleh membran yang baik perlu dilakukan karakteriasi yang meliputi pengukuran terhadap fungsi dan efisiensi membran yaitu permeabilitas dan permselektivitas dari membran (Meriatna, 2008):
1. Permeabilitas
Merupakan ukuran kecepatan dari suatu spesi untuk menmbus membran. Sifat ini dipengaruhi oleh ukuran pori, tekanan yang diberikan, serta ketebalan membran, permeabilitas dinyatakan sebagai suatu besaran flux yang didefinisikan sebagai jumlah volume permeat yang melewati suatu luasan membran dalam suatu waktu tertentu dengan adanya gaya penggerak tanpa tekanan (Meriatna, 2008).
(eq. 1)
J = Nilai flux (L/m2.jam) t = Waktu (jam)
V = Volume permeat (L)
A = Luas permukaan membran (m2)
Flux menunjukkan kecepatan permeat saat melewati membran, flux juga dapat ditentukan dengan (Baker, 2004):
(eq. 2) ε = Porositas membran ΔP = Perbedaan tekanan μ = Viskositas fluida l = Panjang pori d = Diameter pori
2. Permselektivitas
Permselektivitas dapat digunakan untuk mengetahui daya membran dalam menahan dan melewatkan suatu partikel. Sifat ini bergantung pada interaksi antara membran dengan partikel, ukuran pori membran, dan ukuran partikel yang akan melewati pori membran. Permselektivitas dinyatakan sebagai koefisien rejeksi, dilambangkan dengan R, yaitu fraksi konsentrasi zat yang tertahan oleh membran (Meriatna, 2008). Dimana besarnya koefisien rejeksi dapat ditentukan dengan (Eka, 2012):
(eq. 3) R = Koefisien rejeksi
Cp = Konsentrasi zat terlarut dalam pelarut
Cf = Konsentrasi zat terlarut dalam umpan (feed)
Nilai rejeksi sangat bervariasi antara 100% (dimana zat terlarut tertahan oleh bran, sehingga diperoleh membran semipermeabel yang ideal) hingga 0% (dimana zat terlarut dan pelarut mengalir bebas melalui membran. Oleh karena itu, harga efisiensi rejeksi sangat ditentukan oleh ukuran pori-pori membran (Eka, 2012). Semakin besar R berarti semakin selektif membran tersebut dalam melewatkan partikel-partikel dalam larutan umpan (Meriatna, 2008).
C. BAHAN DAN ALAT
1. Alat a. Labu Ukur 500 mL b. Gelas Ukur 100 mL c. Petridisk d. Beaker Glass 500 mL e. Kaca Arloji f. Ball Pipet
g. Hotplate & Magnetic Stirrer h. Neraca Analitik
i. Vacuum Pump j. Hair Dryer k. Encapsulator
l. Serangkaian Alat Filtrasi Membran m. Pipet Ukur 10 mL 2. Bahan a. Chitosan b. Asam Asetat c. NaOH d. Kertas Saring e. PEG f. PVA g. Demineralized Water h. Rhodamin B 3. Rangkaian Alat
D. PROSEDUR KERJA
1. Preparasi Bahan
Diagram alir persiapan preparasi bahan sintesis membran ditunjukkan oleh gambar 4.1, tahap persiapan ini diulang kembali untuk variasi chitosan sebanyak 1 gram (25%) dan PVA sebanyak 3 gram (75%).
Gambar 4.1. Diagram Alir Preparasi Bahan Sintesis Membran 2. Sintesis Membran
Diagram alir persiapan sintesis membran ditunjukkan oleh gambar 4.2, tahap ini dilakukan sebanyak 2 kali untuk setiap variasi konsentrasi Chitosan-PVA. Selanjutnya, tahap ini diulang kembali untuk variasi larutan chitosan 25%-PVA 75%.
Gambar 4.2. Diagram Alir Tahap Sintesis Membran 3. Proses Filtrasi Larutan Rhodamin B
Diagram alir proses filtrasi ditunjukkan oleh gambar 4.3 dengan konsentrasi Rhodamin B yang digunakan adalah 6 ppm, pada tahap ini dilakuakan pengamatan volume permeat dan konsentrat setiap selang waktu 5 menit. Tahap ini diulang kembali untuk setiap variasi larutan chitosan 25%-PVA 75%.
Gambar 4.3. Diagram Alir Proses Filtrasi Larutan Rhodamin
E. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembuatan membran komposit kitosan-PVA pada pratikum kali ini menggunakan metode jenis inversi fasa. Menurut Mulder (1996), inversi fasa merupakan proses pengubahan bentuk polimer dari fasa cair menjadi padatan dengan kondisi terkendali. Tahap pertama adalah membuat larutan kitosan 3% b/v (gr/mL)
dengan komposisi 3 gram kitosan, 1 gram PVA yang dilarutkan pada 97 mL asam asetat. Menurut Meriatna (2008), kondisi terbaik konsentrasi membran kitosan adalah 3%. Kemudian semua bahan diaduk hingga menjadi kental. Proses pengadukan dilakukan pada suhu sekitar 80oC agar kitosan dapat larut sempurna dalam pelarut yang digunakan sehingga diperoleh membran yang halus dan homogen. Saat larutan kitosan-PVA telah homogen, selanjutnya ditambahkan poli etilen glikol atau PEG yang berguna untuk membentuk pori-pori membran.
Pembuatan membran kitosan-PVA diawali dengan memotong kertas saring dengan ukuran diameter sebesar 9 cm. Setelah kertas saring dipotong, kertas saring dimasukkan ke dalam wadah petri dish. Setelah itu sebanyak 5 gram larutan kitosan-PVA yang telah dibuat sebelumnya diratakan di kertas saring yang telah dipotong. Larutan kitosan-PVA harus diratakan keseluruh bagian dari kertas saring. Setelah merata, kertas saring yang telah ditambahkan kitosan-PVA harus direndam ke dalam larutan NaOH 1% v/v. Fungsi NaOH disini adalah sebagai larutan non-pelarut yang dapat berdifusi ke bagian bawah membran yang tertempel dengan wadah perti dish karena adanya penambahan larutan kitosan-PVA. Dengan adanya NaOH ini, maka membran akan terlepas dari wadah petri dish. Setelah membran didiamkan terendam dalam larutan NaOH selama 10 menit, membran harus dicuci dengan menggunakan aquadest sebanyak 3 kali pembilasan. Jika dirasa sudah bersih, membran dikeringkan dengan menggunakan dryer sampai membran benar-benar kering. Membran kitosan-PVA yang sudah kering telah siap untuk digunakan sebagai media penelitian.
Membran kitosan apabila dilihat berdasarkan ukuran porinya, yaitu 0,001 – 2 μm, termasuk membran ultrafiltrasi. Pada percobaan ini membran kitosan 25% dan 75% digunakan untuk filtrasi larutan Rhodamin B dengan konsentrasi 6 ppm. Filtrasi diukur pada waktu 5, 10, 15 dan 30 menit. Dari empat buah membran yang di uji coba, diambil satu data terbaik yang dihasilkan masing-masing membran. Perhitungan konsentrasi Rhodamin B permeat dan rentetat dilakukan dengan melakukan perbandingan warna terhadap larutan Rhodamin B 1 ppm, 2 ppm, 3 ppm, 4 ppm dan 5 ppm sebagai pembanding warnanya. Hasil pengamatan ditampilkan pada Tabel 5.1 dan Tabel 5.2.
Larutan sampel yang perlu dibuat adalah larutan Rhodamin B dengan konsentrasi 6 ppm. Larutan ini dibuat dengan cara melarutkan 6 mL Rhodamin B konsentrasi 500 ppm ke dalam labu ukur dengan menggunakan aquadest sampai volumenya 500mL. Larutan Rhodamin B konsentrasi 6 ppm ini akan difiltrasi dengan menggunakan membran yang telah dibuat sebelumnya. Variabel yang akan diukur adalah volume permeat, volume konsentrat serta knsentrasi akhir dari proses filtrasi tersebut.
Tabel 5.1 Hasil Pengamatan Filtrasi dengan Membran Kitosan 25%
Jenis Konsentrasi awal (ppm) Volume (mL) Konsentrasi akhir (ppm) 0 menit 5 menit 10 menit 15 menit 30 menit Permeat 6 0 60 82 100 100 2 Rentetat 6 0 100 300 510 790 5
Tabel 5.2 Hasil Pengamatan Filtrasi dengan Membran Kitosan 75%
Jenis Konsentrasi awal (ppm) Volume (mL) Konsentrasi akhir (ppm) 0 menit 5 menit 10 menit 15 menit 30 menit Permeat 6 0 100 192 220 220 1 Rentetat 6 0 290 370 620 780 5
Kitosan digunakan sebagai polimer penyusun membran dimana konsentrasi kitosan akan mempengaruhi karakter membran yang terbentuk, semakin tinggi konsentrasi polimer pembentuknya, maka membran yang dihasilkan akan semakin padat sehingga fluks membran akan semakin kecil. Pada membran dengan konsentrasi kitosan lebih rendah memiliki ukuran pori yang lebih besar (Farha, dkk., 2012). Fluks membran kitosan 25% dan 75% ditampilkan pada gambar 5.1.
Gambar 5.1 Fluks Membran Kitosan 25% dan 75%
Berdasarkan gambar 5.1 diketahui bahwa nilai flux membran kitosan 75% lebih tinggi dibandingkan dengan nilai fluks membran kitosan 25%. Hal ini tidak sejalan dengan Farha, dkk (2012) yang menyebutkan bahwa semakin tinggi konsentrasi kitosan akan menurunkan fluks membran. Fluks membran kitosan 75% yang lebih besar dibandingkan fluks membran kitosan 25% disebabkan karena perbedaan tekanan operasi pada membran, dimana tekanan merupakan driving force yang digunakan untuk mengalirkan larutan. Menurut Farha, dkk (2012) semakin besar tekanan yang diberikan akan semakin besar pula fluks yang dihasilkan. Peningkatan tekanan yan diaplikasikan pada aliran umpan akan menyebabkan pori-pori membran melebar dan fluks meningkat. Hal ini disebabkan karena adanya gaya dorong yang lebih besar menimbulkan deformasi pada membran sehingga ukuran pori membran melebar dan partikel rhodamin B yang seharusnya tertahan dapat lolos melewati membran. Seiring dengan bertambahnya waktu, fluks dari kedua membran menurun, hal ini disebabkan karena adanya fouling pada pori-pori membran oleh molekul-molekul Rhodamin B, sehingga fluks permeat semakin menurun.
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0 5 10 15 20 25 30 Fl u x (m L/c m 2. m e n it) Waktu (menit)
Flux
Membran 25% : 6 ppm Membran 75% : 6 ppmGambar 5.2 Persen Rejeksi Membran Kitosan 25% dan 75%
Gambar 5.3 Konsentrasi Permeat tiap Menit
Berdasarkan Gambar 5.2 diketahui bahwa persen rejeksi membran kitosan 75% lebih tinggi dibandingkan persen rejeksi membran 25%. Selain itu, membran kitosan 75% mampu menghasilkan permeat dengan konsentrasi rhodamin B lebih rendah dibandingkan dengan membran kitosan 25%. Hal ini disebabkan karena semakin tinggi konsentrasi kitosan maka pori-pori membran akan semakin kecil yang menandakan bahwa membran akan semakin selektif dalam memisahkan molekul. Membran kitosan sendiri memiliki sifat hidofilik, sehingga air akan dapat mudah terdifusi (Fitriyah dkk., 2012). Hal ini senada dengan penelitian yang dilakukan Farha, dkk (2012) yang menyimpulkan bahwa nilai koefisien rejeksi memran semakin tinggi dengan bertambahnya konsentrasi kitosan dalam membran. Hal ini disebabkan oleh ukuran dan jumlah pori-pori membran. Membran dengan konsentrasi kitosan lebih tinggi memiliki jumlah pori-pori yang lebih sedikit serta ukuran pori
45 50 55 60 65 70 75 80 85 0 5 10 15 20 25 30 % R e jeksi Waktu (menit)
% Rejeksi
Membran 25% : 6 ppm Membran 75% : 6 ppm 0 1 2 3 4 5 0 5 10 15 20 25 30 K o n sen tr asi (p p m ) Waktu (menit)Konsentrasi Permeat
Membran 25% : 6 ppm Membran 75% : 6 ppmlebih kecil dibanding membran dengan konsentrasi kitosan rendah, sehingga makin banyak molekul rhodamin B yang tertahan.
F. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan
1. Pembuatan membran kitosan-PVA dilakukan dengan metode inversi fasa, yaitu merupakan proses pengubahan bentuk polimer dari fasa cair menjadi padatan dengan kondisi terkendali.
2. Prinsip pemisahan membran yaitu berdasarkan kesesuaian ukuran pori membran dengan partikel yang akan dihilangkan. Partikel yang berukuran lebih besar dengan pori membran akan tertahan pada permukaan membran, sedangkan partikel yang lebih kecil akan melewati pori membran.
3. Kinerja membran dipengaruhi beberapa faktor, salah satunya adalah perbedaan tekanan sebagai driving force nya. Semakin besar kondisi tekanan saat proses filtrasi, akan menyebabkan pori membran semakin besar sehingga flux yang diperoleh semakin besar pula.
4. Semakin besar konsentrasi kitosan yang digunakan, akan semakin membuat permukaan membran lebih padat. Sehingga membran kitosan 75% lebih efektif dibandingkan membran kitosan 25%.
Saran
1. Peningkatan fasilitas laboratorium perlu dilakukan yang bertujuan untuk memperlancar proses pratikum mahasiswa.
G. DAFTAR PUSTAKA
Akbari, Imam. 2012. Identifikasi Jajanan Anak Sekolah Dasar Kencana Jakarta Pusat yang Mengandung Rhodamin B dan Methanil Yellow. Depok: Universitas Indonesia.
Baker, R. W. 2004. Membrane Technology and Applications. England: McGraw-Hill, John Wiley and Sons, Ltd.
Dudley, L. Y., F. De Vigo Pisono, H. Fabel. 2000. Membrane Technology in Water and Wastewater Treatment. UK: Royal Society Of Chemistry.
Farha, Indah F., Nita Kusumawati. 2012. Pengaruh PVA Terhadap Morfologi dan Kinerja Membran Kitosan dalam Pemisahan Pewarna Rhodamin B. Surabaya: UNS.
Fitriyah, Hayyu, F. Widhi Mahatmanti, Sri Wahyuni. 2012. Pengaruh Konsentrasi pada Pembuatan Membran Kitosan Terhadap Selektivitas Ion Zn(II) dan Fe(II). Indonesian Journal of Chemical Science. Volume 1 pp 105-109. Howe, Kerry J., David W. Hond, John C. Crittenden, R. Rhodes Trussel, George
Tchobanoglous. 2012. Principle of Water Treatment. New Jersey: John Wiley and Sons, Ltd.
Kusumawati, Nita, Septiana Tahra. 2012. Pembuatan dan Uji Kemampuan Mebran Kitosan Sebagai Membran Ultrafiltrasi Untuk Pemisahan Zat Warna Rhodamin B. Jurnal Molekul No. 1 Volume 7 pp 43-52.
Meriatna. 2008. Penggunaan Membran Kitosan Untuk Menurunkan Kadar Logam Krom (Cr) dan Nikel (Ni) dalam Limbah Cair Industri Pelapisan Membran. Medan: Universitas Sumatera Utara.
Muliawati, Eka Cahya. 2012. Pembuatan dan Karakterisasi Membran Nanofiltrasi Untuk Pengolahan Air. Semarang: Universitas Diponegoro.
Putri, Milasari Herdina. 2011. Proses Hibrid Ozonisasi dan Membran Untuk Penyisihan Amonia dari Air Limbah. Depok: Universitas Indonesia.
Sirkar, Kamalesh K., W. S. Winston Ho. 1992. Membrane Handbook Volume I. New York: Springer Science and Business.
LAMPIRAN
Lampiran A. Perbandingan Konsentrasi Permeat-Larutan Pembanding
Gambar 8.1 Perbandingan konsentrasi rentetat untuk membran kitosan 25% setelah 1 menit melalui perbandingan warna
Gambar 8.2 Perbandingan konsentrasi permeat untuk membran kitosan 25% setelah 10 menit melalui perbandingan warna
Gambar 8.3 Perbandingan konsentrasi rentetat untuk membran kitosan 75% setelah 5 menit melalui perbandingan warna
Gambar 8.4 Perbandingan konsentrasi permeat untuk membran kitosan 75% setelah 5 menit melalui perbandingan warna
Gambar 8.3 Perbandingan membran kitosan sebelum dan sesudah filtrasi
Lampiran B. Data Praktikum B.1 Contoh Perhitungan Flux
Rumus Flux :
(eq. 1)
J = Nilai flux (L/cm2.menit) t = Waktu (menit)
V = Volume permeat (L)
A = Luas permukaan membran (cm2)
Aplikasi Membran Kitosan 25%
B.2 Contoh Perhitungan % Rejeksi
Rumus % Rejeksi:
(eq. 3) R = Koefisien rejeksi
Cp = Konsentrasi zat terlarut dalam pelarut
Cf = Konsentrasi zat terlarut dalam umpan (feed)
Aplikasi Membran Kitosan 25% t = 5 menit
B.3 Data Praktikum t (menit) D (cm) R (cm) A (cm2) vol (ml) Flux
(mL/cm2.menit) ppm awal ppm akhir % Rejeksi
0 5 9 4.5 63.59 60 0.188723756 3 50 10 9 4.5 63.59 82 0.128961233 3 50 15 9 4.5 63.59 100 0.104846531 2 66.66667 30 9 4.5 63.59 100 0.052423265 2 66.66667 0 5 9 4.5 63.59 100 0.314539593 6 0 10 9 4.5 63.59 300 0.471809389 5 16.66667 15 9 4.5 63.59 510 0.534717308 5 16.66667 30 9 4.5 63.59 790 0.414143797 5 16.66667 t (menit) D (cm) R (cm) A (cm2) vol (ml) Flux
(mL/cm2.menit) ppm awal ppm akhir % Rejeksi
0 5 9 4.5 63.59 100 0.314539593 2 66.66667 10 9 4.5 63.59 192 0.301958009 2 66.66667 15 9 4.5 63.59 220 0.230662368 1 83.33333 30 9 4.5 63.59 220 0.115331184 1 83.33333 0 5 9 4.5 63.59 290 0.912164819 5 16.66667 10 9 4.5 63.59 370 0.581898246 5 16.66667 15 9 4.5 63.59 620 0.650048492 5 16.66667 30 9 4.5 63.59 780 0.40890147 5 16.66667 Permeat 6 Membran 25% : 6 ppm Rentetat 6 Rentetat 6 Membran 75% : 6 ppm Permeat 6
45 50 55 60 65 70 75 80 85 0 10 20 30 % R e jeksi Waktu (menit)
