PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI MEMBRAN POLIURETAN DARI MINYAK LIMBAH BIJI KETAPANG SEBAGAI MEMBRAN REVERSE
OSMOSIS BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Poliuretan merupakan polimer yang banyak digunakan sebagai busa tempat tidur, sofa, asesoris mobil, serat, elastomer dan pelapis. (Bakare dkk., 2010; Yang dkk., 2011; Dasdkk., 2012; Gurunathan dkk., 2014; Zhang dkk., 2014; Datta, Głowińska, 2014). Poliuretan merupakan jenis polimer heteropolimer atau kopolimer yang tersusun dari monomer-monomer yang berbeda, sehingga penamaan poliuretan diambil dari jenis ikatan yang terbentuk. Polimer poliuretan terdiri dari sebuah rantai or ga n i k y ang dihubungkan oleh ikatan uretan (-NHCOO-).
Karakteristik poliuretan sebagai polimer dapat diaplikasikan sebagai bahan pembuatan membrane reverse osmosis. Mengingat kebutuhan air bersih dan air minum di daerah Indonesia Timur dan di daerah sekitaran pantai yang sulit menemukan air bersih, maka membrane reverse osmosis dapat digunakan untuk memisahkan air laut dari mineral-mineral yang tidak diprasyaratkan untuk air bersih. Mekanisme kerja membrane reverse osmosis adalah umpan yang masuk akan dipisahkan melalui pori-pori membrane dimana yang lolos dari pori-pori merupakan permeate sedangkan yang yang tertahan adalah rentetant. Dalam hal pemisahan air laut menjadi air bersih, permeate adalah yang diinginkan dimana harus memenuhi syarat air minum, sedangkan rentetantnya adalah senyawa-senyawa yang memiliki berat molekul lebih besar daripada air.
Penelitian yang telah dilakukan oleh Marlina (2007) mensintesis membran poliuretan dengan cara mereaksikan asam lemak bebas dan asam lemak yang telah teroksidasi yang berasal dari minyak jarak dengan 2,4-toluen diisosianat (TDI). Membran yang dihasilkan bersifat transparan, elastis, homogen, kuat, mempunyai titik transisi gelas 127,40C dan kekuatan tarik 41,7 MPa. Tahun 2010 Marlina juga telah mensintesis membran poliuretan dari karagenan dan 2,4-toluen diisosianat (TDI). Membran poliuretan optimum yang dihasilkan mempunyai sifat kuat, elastis, transparan, kekuatan tarik 340 kgf/mm2, elongasi 9%, titik transisi gelas 243,60C, titik leleh 423,020C, fluks 39,2 L/m2.h dan faktor rejeksi 45,9%.
Pohon ketapang hidup bebas di dataran rendah sampai sedang. Pohon ketapang menghasilkan biji sepanjang tahun dan hanya jatuh ke tanah menjadi biolimbah. Padahal biji ketapang mengandung palmitat (27,9%), palmitoleat (8,6%), stearat (4,3%), oleat (38,0%) dan linoleat (21,0%), asam-asam lemak lainnya(0,2%). Asam-asam lemak bebas dan yang teroksidasi dalam biji ketapang ini berpotensi untuk direaksikan menjadi poliuretan sebagai bahan baku pembuatan membrane. Oleh karena itu, perlu diteliti potensi biji ketapang sebagai bahan baku poliuretan dalam sintesis membrane reverse osmosis.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dalam penelitian ini, yaitu:
1. Apakah minyak biji ketapang dapat dijadikan sebagai membrane poliuretan sebagai bahan polimer membrane reverse osmosis?
2. Bagaimana cara dan kondisi optimum pembuatan membrane poliuratan dari minyak limbah biji ketapang?
1.3 Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah menghasilkan membrane poliuretan dari minyak limbah biji ketapang yang jarang dimanfaatkan masyarakat beserta cara dan kondisi optimum operasi pembuatannya .
1.4 Keutamaan Penelitian
Menumbuhkan dan mengembangkan gagasan baru untuk mengatasi masalah kurangnya ketersediaan air bersih terutama di Indonesia bagian timur dan di daerah pantai dalam mengolah air yang tersedia mejadi air yang memenuhi syarat dengan teknik separasi membran.
1.5 Target Penemuan
Penelitian ini ditargetkan untuk mengetahui potensi minyak limbah biji ketapang untuk dijadikan sebagai membrane poliuretan dengan memahami dan menganalisis cara pembuatan dan kondisi optimum operasi pembuatannya untuk menciptakan referensi baru bahan pembuatan membrane reverse osmosis yang memiliki karakteristik lebih baik dari yang sudah ada.
1.6 Konstribusi terhadap Ilmu Pengetahuan
Adapun kontribusi yang diharapkan dalam penelitian ini, yaitu
1. Sebagai bahan bagi industri daerah dalam pemanfaatan air yang tersedia menjadi air yang memenuhi syarat air bersih dengan jalan mengolahnya menggunakan membrane berbasis bahan baku limbah,
2. Menambah pengetahuan tentang potensi minyak biji ketapang sebagai bahan polimer pembuatan membrane,
3. Sebagai wujud aplikasi kreatif pengabdian kepada masyarakat dalam mencapai keadilan dan kesejahteraan bersama.
1.7 Luaran yang Diharapkan
Dalam penelitian ini diharapkan mampu menghasilkan luaran, seperti
2. Menciptakan membrane reverse osmosis berbasis bahan polimer poliuretan dari minyak limbah biji ketapang dalam membantu pemisahan air nonkonsumsi menjadi air yang dapat dikonsumsi manusia,
3. Artikel ilmiah yang dapat dipublikasikan secara nasional maupun internasional. 1.8 Manfaat Kegiatan
Adapun manfaat kegiatan penelitian ini sebagai berikut.
1. Meningkatnya kreativitas, inovatif dan kerja keras bagi mahasiswa yang mengikuti.
2. Terciptanya membrane poliureta sebagai reverse osmosis air nonkonsumsi menjadi air bersih sehingga membantu kegiatan pemerintah dalam mewujudkan kemerataan air bersih demi kesejahteraan bangsa.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA 1. Biji Ketapang
2. Membran dari Poliuretan 3. Aplikasi RO
BAB 3
METODE PENELITIAN 3.1 Bahan dan Alat
Peralatan yang digunakan adalah peralatan gelas, timbang analitik, alatsoklet, rotary evaporator, oven, hotplet, magnetic stirer, modul membran (rakitan), atomic absorption spectrophotometry (AAS), fourier transform infrared (FTIR), gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), scanning elektron microscope-energy dispersive x-ray (SEM- EDX), thermogravimetric analysis (TGA), differential thermalanalysis (DTA) dan alat uji tarik.
Bahan-bahan yang digunakan adalah limbah biji ketapang, heksametilen-1,6-diisosianat (HMDI), kloroform, aquades, asamasetat, fenoftalein (PP), KOH, KI, Na2S2O3, indicator amilum, n-heksan, NaCl, H2SO4, metanol.
3.2 Prosedur Kerja
a. Ekstraksi dan Analisis Bilangan dan Senyawa Minyak Biji Ketapang (adopsi dari Novia dkk, 2009)
Proses ekstraksi minyak biji ketapang dimulai dari proses pembersihan biji ketapang, dikupas dan dikeringkan pada suhu kamar, kemudian dihaluskan menjadi serbuk, Proses ekstraksi menggunakan sokhlet dengan pelarut n-heksan (20 gram biji ketapang/1000 ml pelarut) pada suhu 80°C selama 4 jam. Untuk memisahkan minyak biji karet dan n-heksan menggunakan rotary evaporator pada suhu 60°C selama 30 menit. Kemudian dilakukan analisis kimia sebagai berikut.
Analisis bilangan hidroksi
tutup dan dinding botol. Kemudian didiamkan selama 24 jam, ditambahkan indicator pp 1% sebanyak 3-4 tetes dan dititrasi dengan larutan KOH 0,5N.
Analisis bilangan iod
Bilangan iod ditentukan dengan menimbang sekitar 0,03-0,04 gram sampel, kemudian dimasukkan kedalamlabu erlenmeyer, ditambahkan 10 mL kloroform, sampel disimpan selama 30 menit di tempat gelap. Setelah itu ditambahkan 10 mL larutan KI 15% dan 100 mL aquades, dititrasi dengan larutan Na2S2O3 0,1 N sampai terjadi perubahan warna menjadi kekuning-kuningan, kemudian ditambahkan 1-2 mL larutan amilum dan dititrasi kembali dengan larutan Na2S2O3 0,1 N sampai larutan berubah menjadi jernih.
Analisis komponen minyak
Analisis komponen minyak biji karet menggunakan gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS).
b. Pembuatan Membran Poliuretan (adopsi dari Yang dkk, 2011)
Pembuatan membran poliuretan menggunakan metode ikatan silang dengan cara mereaksikan minyak biji ketapang dengan heksametilen-1,6-diisosianat. Minyak biji ketapang 4,55gram ditambah heksametilen-1,6-diisosianat variasi komposisi 1, 3, 4, 5 dan 7 gram, diaduk menggunakan magnetik stirrer pada suhu 90-100°C selama 60 menit, dicetak di dalam cawan petri, kemudian dicuring dalam oven pada suhu 165-170°C selama 8 jam. Setelah membran terbentuk, membrane kemudian disiram dengan air yang mengalir dengan bantuan spatula.
c. Karakterisasi Membran Poliuretan Proses filtrasi
Proses filtrasi dengan cara dead-end, menggunakan modul membrane (rakitan). Membran dipasang pada modul, dimasukkan 50 mL air sumur sebagai umpan ke dalam modul, tekanan dinaikkan perlahan-lahan sampai 20 bar, dihitung volume permeat yang dihasilkan setelah 20 menit.
Penentuan konsentrasi umpan dan permeat
Penentuan konsentrasi mineral pada umpan dan permeat, menggunakan atomic absorption spectrophotometry (AAS) (AA-6300).
Analisis gugus fungsi
Analisis gugus fungsi membran poliuretan menggunkan fourier transform infrared (FTIR) (Agilentresolution pro cary 630 FTIR spectrometer).
Analisis termal
Analisis termal membran poliuretan menggunakan thermo gravimetric analysis (TGA) (SDTQ600) dan differential thermal analysis (DTA) (SDT Q600).
Analisis mekanik
Kekuatan mekanik membran diuji dengan alat uji terik (Control computer series 10-100 KN).
Analisis ketahanan kimia
ditimbang sebagai berat awal (wt0), dimasukkan pada masing-masing larutan (NaCl 10%, KOH 3%, aquades, air sumur, H2SO4 3% dan methanol 25%), ditutup dan disimpan selama 7 hari. Setelah 7 hari, sampel diambil, dicuci menggunakan aquades, dikeringkan dalam oven pada suhu 1150C selama 15 menit, didinginkan dan ditimbang (wt7).
DAFTAR PUSTAKA
Bakare, I.O., Okieimen, F.E., Pavithran, C., Abdul, H.P.S.K., Brahmakumar, M. 2010. Mechanical and Thermal Properties of Sisal Fiber-Reinforced Rubber Seed Oil-Based Polyurethane Composites, Materialand Design, 31, 4274-4280.
Das, B., Konwar, U., Mandal, M., Karak, N. 2012. Sunflower Oil Based Bio-degradable Hyperbranched Polyurethane Asa Thin Film Material, Industrial Cropand Products,44,396-404.
Datta, J., Głowińka,E. 2014. Effect of Hydroxylated Soybean Oil and Bio- Based Propanediol on the Structure and Thermal Properties of Synthesized Bio-Polyurethanes, Journal Industrial Crop and Products, 61, 84-91.
Marlina. 2007. Pemanfaatan Asam Lemak Bebas Teroksidasi dari Minyak Jarak untuk Sintesis Membran Poluretan, Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan, 6(2), 67-70.
Marlina. 2010. Sintesis Membran Poliuretan dari Karagenan dan 2,4 Toylulene diisosianat, Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan, 7(3), 138-148.
Novia, Yuliyati, H., Yuliandhika, R.. 2009. Pemanfaatan Biji Karet Sebagai Semi Drying Oil Dengan Metode Ekstraksi Menggunakan Pelarut n-Heksana, Jurnal Teknik Kimia, 16(4), 1-10.
Yang, L.T., Shan,C.Z., Lan,C.D.,Yu,L.F., Quan, S.L. 2011. Thermal and Mechanical Propertise of Polyurethane Rigid Foam Based on Epoxidized Soybean Oil, Journal of Polymer and the Environment, 20, 230-236.
