1
PENDAHULUAN
LATAR BELAKANG
Perkembangan teknologi membran saat ini telah berkembang pesat pada berbagai kalangan teknologi, industri maupun kalangan akademik. Keunggulan teknologi membran antara lain adalah membran dapat bertindak sebagai filter yang sangat spesifik. Hanya molekul – molekul dengan ukuran tertentu yang saja yang dapat melewati membran, sedangkan sisanya tertahan di permukaan membran.
Aplikasi membran yang telah meluas ke berbagai bidang dan dipicu fakta bahwa
pemisahan dengan membran memiliki
keunggulan dibanding dengan teknologi lain.
Pemisahan dengan membran dapat
berlangsung terus menerus, tidak
membutuhkan zat kimia tambahan, konsumsi energinya rendah, mudah digabung dengan
proses pemisahan lain, dan mudah
ditingkatkan kapasitasinya.1
Penelitian yang mendasar bagi
perkembangan teknologi membran adalah proses pembuatan polimer yang merupakan bahan dasar membran. Salah satu polimer yang biasa digunakan sebagai bahan membran adalah polisulfon (PSF). Polisulfon banyak digunakan dalam pembuatan membran, karena polimer tersebut memiliki sifat kestabilan kimia yang cukup tinggi yaitu tahan terhadap perubahan pH, daya elastisitas rendah, daya tarik yang tinggi, dan stabil pada kondisi temperatur ruang.1
Banyak cara dilakukan untuk
meningkatkan kinerja membran polisulfon antara lain dengan penambahan zat aditif yang ditambahkan saat proses pembuatannya, seperti titanium dioksida (TiO2). TiO2
merupakan nanomaterial yang bersifat
semikonduktor yang dapat menghantarkan listrik, sifat logam yang kuat, ringan dan memiliki kerapatan yang rendah. Peranan TiO2 dalam bidang industri sebagai pigmen,
adsorben, pendukung katalik, dan
semikonduktor.2 Penambahan TiO2
meningkatkan kekuatan fisik membran
sehingga membran tidak terdekomposisi, meningkatkan hidropobilitas sehingga fluks
meningkat.3 Dengan demikian, adanya
penambahan TiO2 pada membran dapat
memberikan konstribusi.
Dalam penelitian ini difokuskan pada uji sifat kelistrikan dari membran polisulfon hasil teknik inversi fase rendam-endap. Metode ini merupakan metode pemecahan partikel menjadi berukuran dalam kisaran
nano dengan menggunakan bantuan magnetic
stirrer dan ultrasonic processor agar larutan
membran yang dihasilkan menjadi membran yang homogen. Metode inversi fase rendam-endap digunakan saat proses pembuatan larutan siap cetak yang akan dijadikan membran.
Beberapa sifat kelistrikan yang diuji yaitu impedansi, kapasitansi, konduktansi,
loss coefficient, dan sudut fasenya (θ) pada
frekuensi rendah dengan perlakuan variasi konsentrasi TiO2. Dari penelitian ini
diharapkan dapat mempelajari mekanisme transport elektron pada membran polisulfon hasil inversi fase rendam-endap sehingga dapat memberikan kontribusi untuk kemajuan dalam bidang teknologi membran.
Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk
mengukur dan mengkaji sifat listrik
(karakterisasi arus-tegangan, kapasitansi, loss
coefficient, impedansi, konduktansi, dan sudut
fase) membran polisulfon yang didadah TiO2
dalam berbagai konsentrasi dengan
memvariasikan frekuensi.
Hipotesis
Membran polisulfon yang didadah dengan TiO2 yang berbeda konsentrasinya
akan menghasilkan sifat listrik yang berbeda.
Apabila konsentrasi penambahan TiO2
semakin banyak maka dapat meningkatkan nilai kapasitansi, konduktansi, loss coefficient, dan menurunkan nilai impedansi.
Rumusan Masalah
Sejalan dengan latar belakang,
penelitian ini diarahkan untuk mencari solusi bagi masalah saat ini, yaitu kajian sifat listrik membran polisulfon yang didadah dengan TiO2 dan pelarut dimetilasetamid (DMAc).
Permasalahan dalam penelitian ini yaitu bagaimanakah sifat listrik yang terdapat pada membran polisulfon (polimer) yang didadah TiO2 (semikonduktor) dengan pelarut DMAc?
TINJAUAN PUSTAKA
MembranMembran merupakan suatu lapisan tipis antara dua fase fluida yang bersifat penghalang (barrier) terhadap suatu zat tertentu, yang dapat memisahkan zat dengan ukuran berbeda, serta membatasi laju dari berbagai zat berdasarkan sifat fisik dan kimianya. Skema sistem pemisahan dua fase
oleh membran dapat dilihat pada Gambar 1. Proses pemisahan dengan membran dapat terjadi karena adanya perbedaan ukuran pori, bentuk, serta struktur kimianya. Membran demikian biasa disebut sebagai
membran semipermeabel, artinya dapat
menahan zat tertentu, tetapi dapat mel
zat yang lainnya. Fase campuran yang akan dipisahkan disebut umpan
hasil pemisahan disebut permeat
Sifat-sifat membran perlu dikarakterisasi,
yang meliputi efisiensi serta
mikrostruktumya.4
Berdasarkan bahan pembuatannya,
membran dibagi menjadi dua
membran dengan bahan organik dan anorganik. Untuk bahan organik membran dibagi menjadi dua bagian, yaitu membran alami dan membran sintesis. Membran alami adalah membran yang terdapat di jaringan makhluk hidup. Contohnya
terbuat dari selulosa dan turunannya seperti selulosa nitrat dan asetat.
adalah membran yang dibuat sesuai dengan kebutuhan dan mirip denga
alami. Contoh membran sintesis adalah polisulfon poliamida.5
Jika ditinjau dari sifat listriknya membran buatan dibagi menjadi dua, yaitu membran tidak bermuatan tetap dan membran bermuatan tetap. Membran tidak bermuatan tetap disebut juga membran netral. Membran ini terdiri dari polimer yang tidak mengikat ion-ion sebagai ion tetap dan bersifat selektif terhadap larutan kimia.
Selektifitas membran netral ditentukan oleh unsur-unsur penyusun (monomer), ikatan kimia, ukuran pori-pori, daya t
tekanan dan temperatur sifat listriknya. Membran terbentuk karena molekul
menempel pada membran secara kimia. lon ion tidak dapat berpindah dan membentuk lapisan tipis bermuatan pada membran, sehingga membran ini dapat dilalui ion tertentu saja.6
Berdasarkan bentuknya, membran
terdiri atas membran simetrik dan membran
asimetrik. Membran simetri
struktur pori yang homogen dan relatif sama, ketebalannya antara 10-200 µ m. Sedangkan membran asimetri memiliki ukuran dan kerapatan yang tidak sama. Membran jenis ini terdiri atas dua lapisan, yaitu lapisan kulit yang tipis dan rapat (
ketebalan kurang dari 0.5 µm serta lapisan pendukung (sublayer) yang berpori dengan ketebalan 50 - 200 µ m.7
oleh membran dapat dilihat pada Gambar 1. Proses pemisahan dengan membran dapat terjadi karena adanya perbedaan ukuran pori, bentuk, serta struktur kimianya. Membran demikian biasa disebut sebagai
membran semipermeabel, artinya dapat
zat tertentu, tetapi dapat melewatkan campuran yang akan dipisahkan disebut umpan (feed), dan fase hasil pemisahan disebut permeat (permeate). sifat membran perlu dikarakterisasi,
yang meliputi efisiensi serta
Berdasarkan bahan pembuatannya,
membran dibagi menjadi dua golongan, yaitu bahan organik dan Untuk bahan organik membran dibagi menjadi dua bagian, yaitu membran lami dan membran sintesis. Membran alami adalah membran yang terdapat di jaringan Contohnya membran yang terbuat dari selulosa dan turunannya seperti asetat. Membran sintesis adalah membran yang dibuat sesuai dengan dengan sifat membran alami. Contoh membran sintesis adalah
Jika ditinjau dari sifat listriknya membran buatan dibagi menjadi dua, yaitu bermuatan tetap dan membran embran tidak bermuatan tetap disebut juga membran netral. Membran ini terdiri dari polimer yang tidak mengikat ion sebagai ion tetap dan bersifat selektif Selektifitas membran netral ditentukan unsur penyusun (monomer), ikatan pori, daya tahan terhadap tekanan dan temperatur, serta karakteristik
embran bermuatan tetap terbentuk karena molekul-molekul ionik yang bran secara kimia. lon-ion tidak dapat berpindah dan membentuk lapisan tipis bermuatan pada membran, membran ini dapat dilalui ion-ion
bentuknya, membran
membran simetrik dan membran
asimetrik. Membran simetrik memiliki
struktur pori yang homogen dan relatif sama, 200 µ m. Sedangkan membran asimetri memiliki ukuran dan kerapatan yang tidak sama. Membran jenis ini san, yaitu lapisan kulit yang tipis dan rapat (skinlayer) dengan 0.5 µm serta lapisan ) yang berpori dengan
Gambar 1. Skema sistem pemisahan dua membran.
Pembuatan membran dapat dilakukan dengan beberapa teknik, yaitu dengan teknik
sintering, stretching, track
fase, dan leaching. Pemilihan teknik
pembuatan membran ini sangat menentukan struktur membran yang dihasilkan
sintering merupakan teknik penggabungan
(fusi) partikel-partikel kaku yang dilakukan dengan menggunakan tekanan dan temperatur tinggi atau dengan menggunakan perekat pada tekanan dan temperatur yang lebih rendah.
Pori-pori dalam filter
ruang antar partikel. Ukuran pori ditentukan oleh distribusi partikelnya, semakin luas distribusi partikel maka ukuran pori semakin besar. Teknik ini akan membuat pori berukuran antara 0.1 - 10 µ m dan membran
yang terbentuk merupakan membran
mikrofiltrasi.
Teknik stretching
digunakan untuk membuat membran dengan bahan polimer semikristal seperti teflon dan polipropilen. Teknik ini dilakukan dengan melakukan peregangan ke segala arah sehingga terjadi keretakan dan terbentuk pori pori dengan ukuran antara 0.
Porositas membran yang dibuat dengan teknik ini lebih besar dibandingkan dengan yang dibuat dengan teknik sintering
Pada teknik track
ditembak dengan radiasi berenergi tinggi dengan arah tegak lurus terhadap film. Film kemudian dimasukkan ke dalam bak asam atau basa, sehingga matriks polimer akan
membentuk goresan sepanjang lintasan.
Goresan tersebut akan membentuk pori silinder dengan distribusi pori yang sempit. Ukuran pori yang terbentuk yaitu antara 0.02 – 10 µm.
Salah satu teknik yang
dilakukan peneliti untuk pembuatan membran yaitu menggunakan teknik
Teknik ini dilakukan dengan mengatur perubahan membran dari cair ke padat. Pada teknik inversi fase rendam
dibuat dengan melarutkan suatu polimer dalam pelarut yang sesuai sehingga diperoleh larutan yang homogen. Lapisan
dari larutan tersebut kemudian
2
. Skema sistem pemisahan dua fase oleh
Pembuatan membran dapat dilakukan dengan beberapa teknik, yaitu dengan teknik
sintering, stretching, track-etching, inversi
. Pemilihan teknik
pembuatan membran ini sangat menentukan struktur membran yang dihasilkan.8 Teknik merupakan teknik penggabungan partikel kaku yang dilakukan dengan menggunakan tekanan dan temperatur tinggi atau dengan menggunakan perekat pada tekanan dan temperatur yang lebih rendah.
filter ini berupa
ruang-partikel. Ukuran pori ditentukan oleh distribusi partikelnya, semakin luas distribusi partikel maka ukuran pori semakin besar. Teknik ini akan membuat pori 10 µ m dan membran
yang terbentuk merupakan membran
etching hanya dapat digunakan untuk membuat membran dengan bahan polimer semikristal seperti teflon dan polipropilen. Teknik ini dilakukan dengan melakukan peregangan ke segala arah sehingga terjadi keretakan dan terbentuk pori-pori dengan ukuran antara 0.1 - 3 µm. Porositas membran yang dibuat dengan teknik ini lebih besar dibandingkan dengan yang
sintering.
track-etching, film ditembak dengan radiasi berenergi tinggi dengan arah tegak lurus terhadap film. Film asukkan ke dalam bak asam atau basa, sehingga matriks polimer akan
membentuk goresan sepanjang lintasan.
Goresan tersebut akan membentuk pori silinder dengan distribusi pori yang sempit. Ukuran pori yang terbentuk yaitu antara 0.02
Salah satu teknik yang banyak
dilakukan peneliti untuk pembuatan membran yaitu menggunakan teknik inversi fase. Teknik ini dilakukan dengan mengatur perubahan membran dari cair ke padat. Pada rendam-endap, membran dibuat dengan melarutkan suatu polimer dalam pelarut yang sesuai sehingga diperoleh homogen. Lapisan tipis tersebut kemudian
3
dikoagulasikan dalam non pelarut (air) sehingga terbentuk membran. Kemudian dibuat lapisan tipis dari larutan dan dikoagulasikan dengan air agar terbentuk membran.7
Polisulfon (PSF)
Polisulfon adalah polimer yang banyak digunakan sebagai bahan dasar pembuatan membran. Hal ini dikarenakan memiliki ketahanan yang baik terhadap temperatur tinggi, rentang pH yang lebar 1 – 13, memiliki resistansi yang baik terhadap klorin.3 Selain itu, PSF memiliki elastisitas rendah, kekuatan tarik tinggi, stabil pada temperatur ruang.
Karakter-karakter yang dimiliki PSF tersebut disebabkan oleh struktur rantai yang rigid, seperti pada Gambar 2. PSF bersifat hidrofob atau tidak suka air, juga tidak larut dalam larutan asam ataupun basa. Kelarutan polisulfon dalam larutan alifatik rendah tetapi masih dapat larut dalam beberapa pelarut yang sedikit polar.9
Titanium Dioksida (TiO2)
TiO2 adalah bahan material aktif
dengan ukuran nano yang memiliki beberapa keunggulan yakni resistensi terhadap bakteri yang tinggi dan bersifat sangat hidropilik. Komposisi yang terbaik untuk pembuatan
casting solution adalah (18 b/b) PSF; (2
%-b/b) TiO2 ; (64%-b/b) DMAC; (16 %-b/b)
NMP. Penambahan TiO2 tersebut
meningkatkan kekuatan fisik membran
sehingga membran tidak mudah
terdekomposisi, meningkatkan hidropilitas sehingga fluks meningkat.3
Penggunaan TiO2 sintetis baik dalam
bentuk tetragonal rutile ataupun anatase sangat banyak dipakai dalam industri antara lain sebagai pigmen pemutih, bahan utama keramik untuk elektronik (BaTiO3), bahan
baku untuk pembuatan TiO2 polimeric
precursor yang sangat penting untuk pembuatan bahan-bahan keramik maju.
Bahan baku untuk membuat TiO2
sintetis banyak terdapat di alam, baik sebagai deposit utama atau deposit batuan keras ataupun sebagai secondary/placer deposit (yang pada umumnya dalam bentuk pasir pantai). Mineral-mineral yang ada di dalam deposit tersebut ada yang berbentuk mineral
ilmenite (FeO.TiO2), rutile (tetragonal TiO2),
anatase (tetragonal TiO2), brookite (rhombic
TiO2) dan perovskite (CaO.TiO2).10
Gambar 2. Struktur kimia polisulfon.
Gambar 3. Struktur kimia N,N – dimetilasetamida (DMAc).
N,N-dimetilasetamida (DMAc)
DMAc merupakan molekul sederhana yang berada dalam fase cair pada temperatur ruang. Dalam struktur kimia DMAc dapat diperlihatkan pada Gambar 3. Jenis cairan yang polar namun tidak bermuatan ini umum digunakan sebagai pelarut polimer.9
DMAc digunakan sebagai pelarut karena telah diketahui secara umum bahwa DMAc dan PSF adalah pasangan pelarut polimer yang cocok dan dapat membuat larutan menjadi homogen1.
Sifat Listrik Membran
Berdasarkan sifat listriknya, sifat bahan dikelompokan menjadi isolator, konduktor, semikonduktor dan superkonduktor akan memiliki sifat listrik yang berbeda. Jenis sifat
listrik dalam penelitian ini meliputi
karakterisasi arus-tegangan, kapasitansi, loss
coefficient, impedansi, konduktansi, dan sudut
fase (θ).
Karakterisasi arus - tegangan
Karakteristik arus-tegangan merupakan salah satu karakteristik kelistrikan membran. Karakteristik ini dipengaruhi oleh aliran elektron dan ion-ion pada membran. Aliran ion-ion berpengaruh pada aliran arus dalam membran dan proses pemindahan lainnya.
Dari karakteristik arus-tegangan dapat
ditentukan sifat ohmic-nya suatu membran, daya tahanan listrik dan energi diri ion yang melintasi membran. arus dipengaruhi oleh besamya beda tegangan dan beda konsentrasi muatan pembawa. Semakin besar beda konsentrasi muatan pembawa dan beda tegangan maka semakin besar pula arus yang mengalir pada membran.11
O
CH3
CH3
H3C-C-N
4
Rapat arus dari ion pembawa yang bergerak di dalam larutan dan menembus membran diberikan oleh persamaan beriku:
dx d Pq dx dP kT JP p p ϕ µ µ − − = dx d Pq dx dN kT Jn=− µn − µn ϕ (1) Keterangan:
N, P adalah konsentrasi ion pembawa muatan negatif dan positif. T adalah suhu mutlak, J adalah rapat arus. µp, µn masing-masing
merupakan mobilitas ion positif dan negatif dengan ߮ adalah beda potensial dan k adalah konstanta Boltzman (1,38 x 10-23 J/K), variabel P, N dan ߮ merupakan fungsi dari x.
Kapasitansi listrik
Kapasitansi merupakan suatu ukuran kapasitas penyimpanan muatan berdasarkan perbedaan potensial tertentu.12 Banyaknya muatan neto yang terakumulasi pada kapasitor sebanding dengan tegangan yang diberikan oleh sumber.6 Kapasitor adalah suatu piranti yang dapat menyimpan muatan listrik dan terdiri dari dua benda penghantar 13 yang terisolasi, dipisahkan pada jarak tertentu dan mempunyai luasan tertentu. Nilai kapasitansi tidak bergantung pada muatan atau tegangan melainkan dipengaruhi oleh faktor gemoetri dan sifat bahan dielektriknya.14
Faktor yang menentukan geometri yaitu luas keping sejajar dan jarak antar kepingnya. Sifat bahan dielektrik ditentukan
oleh konstanta dielektrik bahan yang
merupakan bahan non konduktor yang tidak memiliki elektron-elektron bebas sehingga tidak dapat menghantarkan listrik.15 Ketika luas area plat meningkat, maka kapasitansi akan meningkat. Ketika jarak antar plat besar, maka nilai kapasitansi berkurang dan ketika nilai konstanta dielektriknya besar, maka kapasitansinya berkurang.16 d A C = ε (2) Keterangan : C = kapasitansi (farad)
ε
= permitivitas bahan (farad/m)A = luas plat (m2)
d = jarak antara plat (m)
Michael Faraday (1791-1867) membuat postulat bahwa sebuah kapasitor memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat membuat elektron sebanyak 1 C. Besar muatan (Q) yang tersimpan pada kapasitor sebanding dengan beda potensialnya (V).16
CV
Q
=
(3)Keterangan:
Q = muatan elektron dalam C (coulomb) C = nilai kapasitansi dalam F (farad) V = besarnya tegangan dalam V (volt)
Jika kedua ujung plat logam diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) logamnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung logam yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak dapat menuju ke ujung kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini “tersimpan” selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya.16
Pada Gambar 4 memperlihatkan skema kapasitor yang diberi tegangan Vs. Dan menurut Maxwell-Wagner, model rangkaian listrik membran dapat dimodelkan pada gambar 5. Perbandingan antara permitivitas suatu bahan (ℰ) dengan permitivitas ruang hampa (ℰ0) disebut permitivitas relatif atau
konstanta dielektrik yang dinyatakan dengan:
0
ε ε
=
K (4)
Kapasitansi total membran (C) dalam
rangkaian pada Gambar 5 dapat diperoleh persamaan: 2 2 1 2 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 2 1 ) ( ) ( ) ( C C G G C C C C G C G C C + + + + + + = ωω (5)
Kapasitansi membran menurun saat frekuensi meningkat menuju nilai maksimum yang setara dengan kapasitansi dua kapasitor yang dirangkai seri.7 2 1 2 1 ) 0 ~ ( C C C C C + = ω (6)
Gambar 4. Kapasitor plat sejajar17
Gambar 5. Model rangkaian listrik untuk membran.
C1 C2
5
Gambar 6. Loss coefficient yang dibentuk antara I dan Xc.
Loss coefficient
Loss coefficient merupakan parameter
yang menyatakan kemampuan suatu bahan untuk menghamburkan atau melepaskan energi dan mengkonversinya menjadi panas.18 Pada medium yang ideal, bahan dielektrik kapasitor tidak ada energi yang hilang, namun jika terjadi kehilangan energi, maka sudut fase akan berkurang dan sudut loss coefficient akan bertambah berdasarkan hubungan sebagai berikut:
Sudut loss coefficient = 90° - sudut fase dimana sudut fase adalah sudut θ yang memisahkan antara arus total (I) dengan tegangan yan diberikan.
Sudut loss coefficient merupakan sudut yang dibentuk antara arus bolak balik total (I) dan arus pengisian (Ic) pada kapasitor seperti Gambar 6.14 Pada frekuensi yang diberikan, bahan dielektrik dapat diperlihatkan sebagai rangkaian parallel yang terdiri dari kapasitansi dan resistansi yang ideal. Apabila tegangan sinusoidal diberikan pada bahan dielektrik ini maka akan menghasilkan arus pengisian.
Pada kasus kehilangan dielektrik
rendah (low loss dielectric), apabila δ kecil maka cos θ bisa menggantikan tan δ. Untuk dielektrik dengan kehilangan cukup besar, hubungan berikut dapat digunakan untuk menghitung loss coefficient:16
C R I I = δ tan (7) RC ω δ 1 tan = (8) Konduktansi listrik
Konduktansi merupakan sebuah bentuk sifat listrik. Nilai konduktansi berbanding terbalik dengan nilai hambatan. Ion yang melintasi membran merupakan kuantitas elektrik, dinamakan sebagai arus (I). Konduktansi dan gradient elektrokimia (Vm-Vx) dapat digunakan untuk memprediksi arus, tegangan membran (Vm), tegangan Nerst (Vx) dengan persamaan:16 ) (Vm Vx G I = − (9) R G= 1 (10) Keterangan:
Is arus yang diberikan (ampere), dan R hambatan acuan (ohm).
Salah satu sifat yang dimiliki oleh
membran yaitu konduktivitas listrik.
Konduktivitas muncul disebabkan adanya
interaksi antara ion dengan membran.
Pengukuran konduktansi sangat penting untuk menentukan geometri dan dimensi pori. Besarnya konduktansi (G) membran dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan:19
P nG G = (11) Dengan: ) exp( 0 kT U G G= −∆ (12)
Keterangan: n adalah jumlah pori membran dan Gp adalah konduktansi tiap pori dengan asumsi pori-porinya identik. Konduktansi total membran (G) dalam model rangkaian, dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan:7
2 2 1 2 2 2 1 1 2 2 2 2 1 2 2 1 2 1 ) ( ) ( ) ( ) ( C C G G G C G C G G G G G + + + + + + = ω ω (13)
Konduktansi membran sangat
tergantung pada frekuensi, saat frekuensinya rendah maka konduktansi membran akan memiliki nilai minimum dan setara dengan dua konduktor yang dihubungkan secara seri:20 2 1 2 1 ) 0 ~ ( G G G G G + = ω (14)
Sebaliknya, saat frekuensi meningkat menuju
nilai maksimum, maka konduktansi
membrannya meningkat sesuai dengan
persamaan berikut: 2 2 1 1 2 2 2 2 1 ) ( ) ~ ( C C G C G C G + + = ∞ ω (15) Keterangan:
G1 dan C1 merupakan konduktansi dan
kapasitansi dari sublayer, sedangkan G2 dan
C2 merupakan konduktansi dan kapasitansi
dari skin layer.
Impedansi listrik
Impedansi merupakan hambatan total pada rangkaian arus bolak-balik atau tingkat resistansi terhadap aliran arus listrik bolak-balik (alternating current = AC). Dalam model rangkaian membran, impedansi listrik membran dimodelkan dengan rangkaian elektronik seperti Gambar 5 yang terdiri atas sebuah kapasitor dengan resistor.5
s m
I
V
R
=
θ I Xc R δ6
Suatu hambatan (R) didapat untuk
menghadirkan komponen dissipative
(menghilangkan) respon dielektrik, sedangkan suatu kapasitansi menggambarkan komponen penyimpanan dielektrik bahan.6 Reaktansi kapasitif dari dan kapasitor C adalah:
C j Xc ω 1 = (16) Keterangan:
j merupakan bilangan imajiner. Pada
rangkaian ekuivalen, impedansi Z1 dari
resistansi R1 dan sebuah kapasitansi yang
terangkai parallel dapat diperoleh dari hukum Kirchoff, ) /( 1 1 1 1 1 Rp j Cp Z = + ω (17)
Dari persamaan (17) diperoleh: ) ( 1 p p p p C R j R Z ω + = (18)
Jika ditambahkan Rs secara seri pada elemen
RC dengan ߱ digantikan dengan 2πf, maka diperoleh: ) . . 2 . /( 1 p p p s C R f j R R Z π + = (19)
Pada impedansi kompleks Z, terdapat bagian
real (Zre) dan imajiner (Zim). Keduanya
dirumuskan dalam persamaan berikut:7 ) . ( 1 2 2 2 p p p s re C R R R Z ω + + = (20) ) . ( 1 . . 2 2 2 p p p p im C R C R Z ω ω + = (21)
ω
= frekuenasi sudut R = hambatan (ohm) C = kapasitor (farad)BAHAN DAN METODE
Tempat dan WaktuPenelitian ini dilaksanakan di
laboratorium Biofisika, Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Penelitian dilaksanakan selama 10 bulan yaitu pada bulan November 2010 - September 2011.
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain polisulfon, pelarut
DMAc, aquades, dan TiO2. Alat yang
dipergunakan adalah cawan petri, gelas kimia, tabung reaksi, pipet volumetrik, spatula, labu erlenmenyer, plat kaca, plat kapasitor
berukuran 4 x 12 cm, aluminium foil,
magnetic stirrer, tisu, lap, gunting, penggaris,
kamera, alat tulis, hot plate stirrer, timbangan, gelas piala, dan HIOKI 3522-50 LCR meter, dan alat I-V meter tipe Keithley 2400.
Metode Penelitian
Penelitian ini meliputi karakterisasi sifat kelistrikan membran. Karakterisasi sifat
kelistrikan membran dilakukan dengan
mengukur karakterisasi I-V menggunakan I-V meter dan mengukur nilai kapasitansi, loss
coefficient, konduktansi, impedansi, dan sudut
fase (θ) membran menggunakan LCR meter.
Pelaksanaan Penelitian
Pelaksanaan penelitian ini diawali
dengan persiapan penelitian, persiapan
eksperimen, eksperimen, analisa dan serta dilanjutkan dengan pembahasan hasil dalam bentuk skripsi.
Persiapan penelitian
Pada kegiatan tahap ini dilakukan pencarian literatur seperti buku, jurnal,
skripsi, dan sebagainya untuk
mempersiapkan dasar - dasar teori, perumusan fisika dan matematika yang berhubungan dengan penelitian.
Persiapan eksperimen
Persiapan eksperimen yang dilakukan antara lain persiapan alat, persiapan bahan, dan perancangan sistem.
1. Persiapan alat
Plat kapasitor yang digunakan dalam penelitian ini dibuat dari dua buah PCB yang berukuran (12 x 4) cm.
2. Persiapan bahan
Membran polisulfon yang dibuat
dengan memvariasikan konsentrasi zat
aditifnya yang mengandung konsentrasi
larutan polisulfon 12 %. Zat aditif dan pelarut yang digunakan pada pembuatan membran
berupa TiO2 dan DMAc. Teknik yang
digunakan dalam pembuatan membran
polisulfon menggunakan teknik inversi fase rendam-endap.
Polisulfon yang telah dicampur dengan TiO2 dan pelarut DMAc dimasukkan ke dalam
gelas kimia 100 ml, dan ditutup dengan aluminium foil, kemudian larutan tersebut didiamkan selama ± 24 jam (dalam suhu ruang) hingga terbentuk larutan polisulfon. Setelah didiamkan selama 24 jam, larutan membran distrirring dengan stirrer selama 1,5
