• Tidak ada hasil yang ditemukan

PEMBUATAN MEMBRAN KOMPOSIT KITOSAN- VANILINPOLIVINIL ALKOHOLLEMPUNG SEBAGAI MEMBRAN POLIMER ELEKTROLIT

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2018

Membagikan "PEMBUATAN MEMBRAN KOMPOSIT KITOSAN- VANILINPOLIVINIL ALKOHOLLEMPUNG SEBAGAI MEMBRAN POLIMER ELEKTROLIT"

Copied!
91
0
0

Teks penuh

(1)

commit to user

i

PEMBUATAN MEMBRAN KOMPOSIT

KITOSAN-VANILIN/POLIVINIL ALKOHOL/LEMPUNG SEBAGAI

MEMBRAN POLIMER ELEKTROLIT

Disusun Oleh :

WIWIT ARIYANTO

M0307071

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Kimia

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

(2)

commit to user

(3)

commit to user

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul

”PEMBUATAN MEMBRAN KOMPOSIT KITOSAN-VANILIN/POLIVINIL

ALKOHOL/LEMPUNG SEBAGAI MEMBRAN POLIMER ELEKTROLIT”

adalah benar-benar hasil penelitian sendiri dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat kerja atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Surakarta, Juli 2012

(4)

commit to user

iv

PEMBUATAN MEMBRAN KOMPOSIT

KITOSAN-VANILIN/POLIVINIL ALKOHOL/LEMPUNG SEBAGAI MEMBRAN POLIMER ELEKTROLIT

WIWIT ARIYANTO

Jurusan Kimia. Fakultas Matematia dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian pembuatan membran komposit kitosan-vanilin (KV)/Polivinil alkohol (PVA)/lempung untuk aplikasi membran polimer elektrolit. Pada penelitian ini menggunakan dua jenis lempung yaitu lempung coklat (LC) dan lempung abu-abu (LA). Komposit kitosan-vanilin/PVA/lempung coklat (KVLC) dan komposit kitosan-vanilin/PVA/lempung abu-abu (KVLA) dibuat dengan penambahan resin KV dan PVA ke dalam lempung yang dikembangkan dalam larutan asam asetat 1% (w/w) selama 12 jam. Karakterisasi membran komposit dilakukan dengan spektroskopi infra merah (FT-IR), spektroskopi difraksi sinar-X (XRD), analisis termal (TGA), morfologi, kapasitas tukar kation (KTK), dan swelling degre (SD). Hasil analis KTK menunjukan membran KVLA memiliki nilai KTK lebih besar daripada KVLC yaitu 3,35 meq/g. Nilai KTK meningkat dengan penambahan lempung dan peningkatan suhu larutan cetak. Pengukuran TGA menujukan stabilitas termal KVLA dan KVLC lebih besar dari 100 oC dan mengalami dua tahap degradasi yaitu degradasi PVA dan polimer kitosan-vanilin. Nilai KTK dan stabilitas termal yang tinggi menunjukan bahwa membran KVLA memiliki potensi untuk digunakan sebagai membran polimer elektrolit dalam Polymer Electrolite Membrane Fuel Cell (PEMFC).

(5)

commit to user

v

PREPARED OF CHITOSAN-VANILIN/POLYVINYL ALCOHOL/CLAY COMPOSITE MEMBRANE AS POLYMER ELECTROLYTE

MEMBRANE

WIWIT ARIYANTO

Department of Chemistry. Mathematic and Natural Science Faculty. Sebelas Maret University.

ABSTRACT

Composite membranes chitosan-vanilin/polyvinyl alcohol/clay with two types of clay, brown clay (BC) and grey (GC) have been prepared by dispersing chitosan-vanilin (CV) and polyvinyl alcohol (PVA) into swelling clay in acetic acid solution 1% (w/wt). Chitosan-vanilin/polyvinyl alcohol/brown clay (CVBC) composite membranes and chitosan-vanilin/polyvinyl alcohol/grey clay (CVGC) composite membranes were characterized by TGA, FT-IR, XRD, digital microscope, cation exchange capacity (CEC) and swelling degre. The CEC resulted indicate that CVGC membranes higher than CVBC membranes an equal to 3,35 meq/g. CEC value was increase with increasing of clay and temperature membranes preparation. Thermal analisys resulted that thermal stability of CVBC and CVGC more than 100 oC and have two degradation stage are polyvinyl alcohol degradation and chitosan degradation. High CEC value and thermal stability indicated that CVGC membrane have a potential to be use as polymer electrolyte membrane in polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC).

(6)

commit to user

vi MOTTO

Sesungguhnya dalam penciptaan langit dan bumi,

dan silih bergantinya malam dan siang

terdapat tanda-tanda bagi orang-orang yang berakal

(Ali ‘Imran: 190)

Maka nikmat Tuhan kamu yang manakah yang kamu dustakan?

(Ar Rahmaan:13)

Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila

kamu telah selesai (dari sesuatu urusan), kerjakanlah dengan

sungguh-sungguh (urusan) yang lain dan hanya kepada Tuhanmulah

hendaknya kamu berharap

(A Lam Nasyrah:7-8)

Aku melihat air menjadi rusak karena diam tertahan

Jika mengalir menjadi jernih, jika tidak, kan keruh menggenang (Imam Syafi’i)

Kesuksesan dapat dicapai dengan logika, namun doa adalah penentu

kesuksesan yang nyata walau tak dapat dilogika.

(Anonim)

Kita hidup dari apa yang kita dapatkan,

Tapi kita bahagia dari apa yang kita berikan.

(7)

commit to user

vii

PERSEMBAHAN

Karya ini Saya persembahkan untuk,

Orangtuaku tersayang “Bapak & Ibu”,

maaf kalau tidak bisa menyelesaikan ini semua tepat waktu. Terimakasih atas kasih sayang

dan do’a yang selalu tercurah untukku.

Kakak dan adikku tercinta “Ami, Ian, Anik, Pras dan Riki” ,

yang selalu memberikan dukungan untukku.

“Schatzy ’07”

Terimakasih atas do’a, dukungan, dan motivasi yang telah diberikan untukku.

(8)

commit to user

viii

KATA PENGANTAR

Segala puji dan segenap syukur bagi Allah SWT yang telah menunjukkan jalan yang indah bagi penulis sehingga skripsi ini dapat penulis selesaikan dengan baik sebagai salah satu persyaratan dalam memperoleh gelar sarjana sains Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta. Atas segala karunia-Nya pulalah penulis menyadari bahwa segala sesuatu memiliki proses dan waktunya masing-masing.

Dalam menyusun skripsi ini penulis menemui berbagai hambatan dan permasalahan yang beragam. Namun, atas bimbingan, kritikan, saran, dan dorongan semangat yang bermanfaat dari berbagai pihak, semua hambatan dan permasalahan tersebut dapat penulis atasi dengan baik. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu penulis, yaitu sebagai berikut.

1. Dr. Eddy Heraldy., M.Si., selaku ketua jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret, Surakarta

2. M. Widyo Wartono., M.Si., selaku pembimbing akademik

3. Edi Pramono., M.Si., selaku pembimbing I, yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis

4. Candra Purnawan., M.Sc., selaku pembimbing II, yang telah memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis

5. I.F. Nurcahyo., M.Si., selaku ketua laboratorium Kimia Dasar, yang telah memberikan akses bagi penulis melakukan penelitian di laboratorium Kimia Dasar bagian Komputasi Kimia

6. Bapak Ibu dosen dan seluruh staf jurusan Kimia yang telah memberikan fasilitas dan pelayanan yang baik bagi penulis

7. DP2M Dikti atas dana yang diberikan untuk penelitian ini

8. Bapak, Ibu, kakak-kakakku, Riki, Pras, dan Keyla di rumah, atas dukungan dan motivasi yang diberikan untuk segera menyelesaikan karya ini

(9)

commit to user

ix

10. Dewi, Devi, dan Cita atas kebersamaan yang selama ini telah kita lalui

11. Teman-teman Himamia periode 2009/2010 yang telah menjadi keluarga kedua di Solo

12. Teman-teman Kimia angkatan 2007 dan semua pihak yang tidak mungkin disebutkan satu per satu, terimakasih atas semua dukungannya selama ini

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari semua pihak dalam rangka untuk menyempurnakan skripsi ini. Akhirnya penulis berharap, semoga karya kecil ini dapat memberikan manfaat bagi ilmu pengetahuan dan bagi pembaca.

Surakarta, Juli 2012

(10)

commit to user

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN ... iii

ABSTRAK ... iv

1. Identifikasi Masalah... 3

2. Batasan Masalah ... 4

3. Kitosan-vanilin sebagai Membran Polimer Elektrolit ... 9

4. Polivinil Alkohol ... 11

5. Lempung dalam Membran Komposit Elektrolit... 12

(11)

commit to user

xi

a. Spektroskopi Infra Merah (FT-IR) ... 17

b. Spektroskopi Difraksi Sinaar-X (XRD)... 17

c. Thermogravimetric Analisys (TGA) ... 18

d. Mikroskop Digital ... 19

B.Kerangka Pemikiran ... 19

C.Hipotesis ... 21

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 22

A.Metode Penelitian ... 22

B.Tempat danWaktu Penelitian ... 22

C.Alat dan Bahan yang Dibutuhkan... 22

1. Alat ... 22

2. Bahan ... 23

D.Prosedur Penelitian………..……. ... 23

1. Persiapan Bahan... 23

2. Deasetilasi Kitosan ... 24

3. Sintesis Kitosan-vanilin ... 24

4. Pembuatan Komposit KV/PVA/Lempung ... 24

5. Analisis Kapasitas Tukar Kation (KTK) ... 25

6. Analisis Derajat Pengembangan Membran (swelling degre) ... 25

7. Analisis Spektrofotometer Difraksi Sinar-X (XRD) ... 26

8. Analisis Spektrofotometer Infra Merah (FT-IR) ... 26

9. Analisis Stabilitas Termal Membran ... 26

10. Analisis Morfologi Permukaan membran ... 26

E.Teknik Pengumpulan dan Analisis Data ... 26

1. Penentuan Derajat Deasetilasi (DD) kitosan ... 26

2. Penentuan Komposisi Optimum Membran ... 27

3. Penentuan Derajat Pengembangan Membran (swelling degre)... 27

4. Analisis Spektroskopi Infra Merah (FT-IR) ... 27

5. Analisis Spektroskopi Difraksi Sinar-X (XRD) ... 28

6. Analisis Stabilitas Termal Membran ... 28

(12)

commit to user

xii

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 29

A.Karakterisasi Kitosan... 29

B.Karakterisasi Lempung ... 31

C.Sintesis Kitosan-vanilin ... 33

D. Membran Komposit KV/PVA/Lempung ... 37

1. Analisis Spektroskopi Difraksi Sinar-X (XRD) ... 38

2. Analisis Spektroskopi Infra Merah (FT-IR) ... 40

3. Analisis Kapasitas Tujar Kation (KTK) dan swelling degre ... 41

4. Analisis Sifat Termal ... 44

5. Analisis Morfologi Membran ... 47

6. Kajian Pengaruh Variasi Suhu dalam Pembuatan Membran Komposit ... 49

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 53

DAFTAR PUSTAKA. ... 54

(13)

commit to user

xiii

DAFTAR TABEL

(14)

commit to user

Gambar 6. Struktur kimia polivinil alkohol... 12

Gambar 7. Ilustrasi secara kimia dari tipe komposit yang mungkin terbentuk dari proses interkalasi ... 16

Gambar 8. Spektrum FT-IR kitosan ... 30

Gambar 9. Deasetilassi kitosan dengan basa kuat ... 31

Gambar 10. Difraktogram lempung coklat dan lempung abu-abu ... 32

Gambar 11. Reaksi pembentukan basa Schiff pada kitosan ... 33

Gambar 12. Kitosan (a) dan Kitosan-vanilin ... 34

Gambar 13. Spektrum FT-IR vanilin, kitosan, dan kitosan-vanilin ... 35

Gambar 14. Termogram kitosan-vanilin ... 37

Gambar 15. Difraktogram membran KV/PVA, LC, LA, KVLC, dan KVLA ... 38

Gambar 16. Spektrum FT-IR lempung coklat, lempung abu-abu, membran KV/PVA, dan membran komposit KVLC 0,125 ... 40

Gambar 17. Kurva hubungan KTK dan SD membran komposit KVLC dengan variasi berat lempung coklat ... 42

Gambar 18. Kurva hubungan KTK dan SD membran komposit KVLA dengan variasi berat lempung abu-abu ... 43

Gambar 19. Termogram PVA, KV, dan membran KV/PVA ... 45

Gambar 20. Termogram membran komposit KVLC 0,025; KVLC 0,1; dan KVLC 0,125 ... 47

Gambar 21. Termogram membran komposit KVLA 0,025; KVLA 0,1; dan KVLA 0,125 ... 47

(15)

commit to user

xv

Gambar 23. Permukaan membran komposit KVLC 0,025; KVLC 0,1; dan KVLC 0,125 dengan pembesaran 100 kali ... 48 Gambar 24. Permukaan membran komposit KVLA 0,025; KVLA 0,1; dan

KVLA 0,125 dengan pembesaran 100 kali ... 48 Gambar 25. Kurva hubungan KPK dan SD membran komposit KVLA dengan

variasi berat lempung abu-abu ... 50 Gambar 26. Termogram membran komposit KVLA dengan variasi larutan

cetak pada suhu 40 oC, 50 oC, dan 60 oC ... 51 Gambar 27. Permukaan membran komposit KVLA 0,1 dengan variasi larutan

(16)

commit to user

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Penentuan Derajat Deasetilasi (DD) kitosan ... 57

Lampiran 2. Penentuan berat molekul (BM) kitosan dan kitosan-vanilin ... 59

Lampiran 3. Penentuan rendemen massa kitosan-vanilin ... 61

Lampiran 4. Penentuan nilai kapasitas tukar kation (KTK) lempung coklat, lempung abu-abu, dan resin kitosan-vanilin ... 62

Lampiran 5. Penentuan nilai kapasitas tukar kation (KTK) membran kitosan-vanilin ... 62

Lampiran 6. Penentuan nilai kapasitas tukar kation (KTK) membran kitosan-vanilin dengan variasi penambahan lempung coklat ... 63

Lampiran 7. Penentuan nilai kapasitas tukar kation (KTK) membran kitosan-vanilin dengan variasi penambahan lempung abu-abu ... 64

Lampiran 8. Penentuan nilai kapasitas tukar kation (KTK) membran kitosan-vanilin dengan penambahan lempung abu-abu 0,1 dan variasi larutan cetak ... 66

Lampiran 9. Penentuan swelling degre (SD) membran kitosan-vanilin ... 67

Lampiran 10. Penentuan swelling degre (SD) membran kitosan-vanilin dengan variasi penambahan lempung coklat ... 68

Lampiran 11. Penentuan swelling degre (SD) membran kitosan-vanilin dengan variasi penambahan lempung abu-abu ... 68

Lampiran 12. Penentuan swelling degre (SD) membran kitosan-vanilin dengan penambahan lempung abu-abu 0,1 dan variasi larutan cetak ... 69

Lampiran 13. Diagram alir persiapan bahan ... 70

Lampiran 14. Diagram alir deasetilasi kitosan... 71

Lampiran 15. Diagram alir pembuatan kitosan-vanilin ... 72

Lampiran 16. Diagram alir pembuatan membran komposit ... 73

Lampiran 17. Diagram alir penentuan kapasitas tukar kation membran ... 74

(17)

commit to user menyebabkan penurunan ketersediaan minyak bumi. Beberapa usaha telah dilakukan untuk mengembangkan pemakaian sumber energi lain yang dapat diperbaharui, seperti sel bahan bakar atau fuel cells. Sel bahan bakar adalah alat yang menghasilkan energi listrik secara elektokimia dengan cara mengubah hidrogen menjadi arus listrik dengan produk samping berupa air. Keuntungan dari sel bahan bakar antara lain efisiensi tinggi, ramah lingkungan, dan dapat diperbaharui. Sel bahan bakar yang banyak dikembangkan saat ini yaitu Polymer

Electrolite Membrane Fuel Cells (PEMFC) dimana salah satu komponen

utamanya berupa membran polimer elektrolit (Dresselhaus et al., 2001; Hall et al., 2003).

Membran polimer elektrolit berperan sebagai media transfer proton dari anoda ke katoda. Dari sekian banyak jenis membran polimer elektrolit yang telah dikembangkan, salah satunya adalah Polymer Exchange Membrane (PEM) berbasis perfluorinated atau polimer asam perflorosulfat misalnya Nafion®. Nafion® merupakan membran yang menjadi pilihan utama dan mudah ditemukan dipasaran karena kapasitas penukar kationnya yang tinggi. Selain harganya yang mahal, terdapat beberapa hal yang membatasi pemakaiannya (life time) yaitu degradasi, korosif, dan suhu operasi. Nafion® dalam aplikasinya terdapat pembatasan suhu yaitu tidak bisa melebihi 80 oC dikarenakan pengunaan diatas suhu tersebut akan membuat membran mengerut dikarenakan membran kehilangan banyak air sehingga mengurangi kinerja membran. Pencarian material baru yang dapat digunakan sebagai pengganti Nafion®, yang memiliki kapasitas penukar kation dan stabilitas termal tinggi terus dilakukan (Adjemian et al., 2002).

(18)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

2

stabilitas termal yang cukup tinggi namun memiliki kapasitas penukar kation yang rendah. Selain itu, membran polimer elektrolit berbasis polimer hidrokarbon lebih cepat dalam tranfer proton daripada membran yang berbasis polimer asam perflorosulfat (Handayani et al., 2007; Wald, 2004). Wiyarsi (2008) telah berhasil memodifikasi kitosan dengan vanilin menghasilkan senyawa turunan kitosan berupa kitosan-vanilin (KV) yang memiliki gugus fenol pada rantai samping kitosan. Namun, dalam penelitiannya Wiyarsi membatasi penggunaan KV sebagai agen antibakteri pada kain. Adanya gugus fenol pada KV menyebabkan KV mudah membentuk muatan negatif pada ujung-ujung gugus fenol dengan melepaskan ion H+. Kemudahan KV melepaskan ion H+ akan meningkatkan kapasitas tukar kationnya (KTK) sehingga KV dapat digunakan untuk membuat membran polimer elektrolit.

Pembuatan membran dari kitosan sering terkendala akan sifat fisik membran yang dihasilkan. Banyaknya ikatan hidrogen yang terdapat pada rantai polimer kitosan menyebabkan membran kitosan memiliki tingkat elastisitas yang rendah atau kaku dan sulit dibentuk saat preparasi membran. Penambahan senyawa pemlastis seperti polivinil alkohol (PVA) akan mengurangi gaya antarmolekul rantai polimer kitosan sehingga elastisitas membran meningkat dan membran mudah dibentuk saat preparasi (Mat dan Liong, 2009).

Peningkatan sifat-sifat membran polimer elektrolit seperti kapasitas tukar kation (KTK), stabilitas termal, derajat pengembangan (swelling degre) (SD) dapat dilakukan dengan penambahan oksida. Oksida dengan karakteristik bermuatan negatif pada strukturnya akan memberikan nilai lebih pada kapasitas penukar kation membran sehingga kinerja membran dalam proses transfer proton akan lebih baik dari membran KV sebelumnya. Oksida yang memiliki karakteristik tersebut salah satunya adalah montmorilonit (Dewi, 2007; Tan et al., 2007).

(19)

commit to user

dengan menyisipkan senyawa lain diantara lapisannya. Penyisipan atau interkalasi lempung dengan senyawa lain bertujuan untuk mendapatkan lempung terpilarisasi yang memiliki stabilitas termal yang lebih tinggi. Interkalasi lempung dengan kitosan telah banyak dilakukan namun belum pernah dilakukan interkalasi lempung dengan KV. Interkalasi lempung dengan KV diharapkan akan menghasilkan membran polimer elektrolit yang memiliki kapasitas tukar kation dan stabilitas termal yang tinggi serta swelling degre membran yang rendah (Lumingkewas, 2009; Akay, 2008; Li et al., 2010).

B. Perumusan Masalah 1. Identifikasi Masalah

Polimer kitosan memiliki gugus fungsional yang memungkinkan untuk dimodifikasi, yaitu 1 gugus amino (NH2) dan 2 gugus hidroksi (OH) dalam setiap unit ulangnya. Beberapa proses derivatisasi dapat berlangsung melalui gugus ini dengan beberapa cara, yaitu proses substitusi (O-N karboksilasi, substitusi enzimatik, pembentukan basa Schiff dan khelasi logam), proses perpanjangan rantai (kopolimerisasi cangkok dan crosslink) serta proses depolimerisasi, baik secara kimia, fisika maupun enzimatik (Kaban, 2009). Menurut Wiyarsi (2008) pembentukan basa Schiff terjadi saat kitosan direaksikan dengan senyawa aldehid baik aldehid alifatik seperti glutaral dehid maupun aldehid aromatik seperti arilamina, salisilaldehid dan vanilin. Efektifitas substitusi vanilin ke dalam kitosan dipengaruhi oleh jumlah vanilin, derajat deasetilasi (DD) dan berat molekul (BM) kitosan. Kitosan dengan DD tinggi memiliki gugus amino bebas yang lebih banyak sehingga kemungkinan vanilin yang tersubstitusi akan lebih banyak. Sedangkan semakin tinggi BM kitosan akan menyebabkan sistem menjadi crowded sehingga mempersulit vanilin untuk tersubstitusi ke dalam kitosan.

(20)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

4

meningkatkan KTK membran. semakin banyak lempung yang ditambahkan maka nilai KTK membran akan semakin besar. Penelitian Wang et al. (2005) menunjukan penambahan lempung 2,5-10% dari berat polimer mampu meningkatkan stabilitas termal membran kitosan hingga 30 oC. Sedangkan peningkatan suhu akan interkalasi akan meningkatkan jumlah kitosan yang masuk ke dalam ruang antar lapis lempung sehingga nilai KTK dan stabilitas membran semakin meningkat.

Analisis yang dapat dilakukan untuk mengetahui keberhasilan dalam pembuatan membran komposit kitosan-vanilin/PVA/lempung sebagai membran polimer elektrolit meliputi konduktivitas, kapasitas tukar kation, swelling degre, stabilitas termal, analisis gugus fungsi, analisis interaksi antar bahan, dan homogenitas membran. Kapasitas tukar kation membran dapat diketahui dengan metode titrasi atau menggunakan 1H NMR. Swelling degre ditentukan dengan metode perendaman membran dalam akuades selama 24 jam. Analisis stabilitas termal dapat dilakukan dengan metode Thermogravimetric Analisis (TGA). Analisis gugus fungsi menggunakan spektroskopi infra merah. Analisis interaksi antar bahan menggunakan spektroskopi infra mmerah dan spektroskopi difraksi sinar-x (XRD). Sedangkan homogenitas membran dapat diketahui dengan alat SEM, TEM, dan mikroskop digital.

2. Batasan Masalah

Berdasarkan identifikasi masalah di atas, maka masalah dalam penelitian ini dibatasi oleh :

a. Kitosan yang digunakan untuk sintesis kitosan-vanilin berasal dari Bratachem. b. Modifikasi kitosan dilakukan dengan penggunaan vanilin dengan perbandingan

kitosan : vanilin (1 : 3,5 w/w).

c. Lempung yang digunakan berasal dari Kecamatan Wonosegoro, Boyolali. d. Jenis lempung yang digunakan adalah lempung yang berwarna coklat dan

lempung yang berwarna abu-abu.

(21)

commit to user

f. Variasi suhu larutan cetak adalah 28 oC, 40 oC, 50 oC, dan 60 oC.

g. Karakterisasi yang dilakukan meliputi uji kapasitas tukar kation, uji derajat pengembangan, TGA, FT-IR, XRD, dan mikroskop digital.

3. Rumusan Masalah

Berdasarkan identifikasi dan batasan masalah tersebut, maka rumusan masalah dalampenelitian ini adalah :

a. Apakah penambahan vanilin dapat meningkatkan kapasitas tukar kation kitosan?

b. Bagaimana pengaruh penambahan lempung terhadap kapasitas tukar kation dan ketahanan termal membran KV?

c. Bagaimana pengaruh suhu larutan cetak terhadap karakterisik membran KV?

C. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Mengetahui pengaruh penambahan vanilin terhadap kapasitas tukar kation kitosan.

2. Mengetahui pengaruh penambahan lempung terhadap ketahanan termal dan nilai kapasitas penukar kation membran kitosan-vanilin.

3. Mengetahui pengaruh peningkatan suhu larutan cetak terhadap kapasitas tukar kation dan stabilitas termal membran.

D. Manfaat Penelitian

(22)

commit to user

6 BAB II

LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

1. Sel Bahan Bakar dan Membran Sel Bahan Bakar

Sel bahan bakar atau fuel cells adalah alat yang menghasilkan energi listrik secara elektrokimia dengan cara mengubah hidrogen (H2) menjadi arus listrik dengan produk samping berupa air. Keuntungan dari sel bahan bakar antara lain efisiensi tinggi, ramah lingkungan, dan dapat diperbaharui. Sel bahan bakar bekerja seperti baterai, namun tidak membutuhkan recharging atau pemasokan energi. Produksi energi akan dapat terus berjalan selama bahan bakar sel tersebut masih ada dalam sistem sel bahan bakar (Dresselhaus et al., 2001). Bentuk dasar dari sel bahan bakar ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Skema Sel Bahan Bakar (Williams, 2004)

(23)

commit to user

Reaksi kimia yang terjadi pada sel bahan bakar, yaitu oksidasi di anoda dan reduksi di katoda. Reaksi yang terjadi sebagai berikut :

Anoda : 2H2→ 4H+ + 4e

-Katoda : O2 + 4H+ + 4e-→ 2H2O Reaksi sel keseluruhan : 2H2 + O2→ 2H2O

Lapisan elektrolit pada rangkaian alat sel bahan bakar dapat berupa padatan elektrolit misalnya membran. Membran polimer elektrolit berperan sebagai media transfer proton (H+) dari anoda ke katoda. Membran tersebut banyak digunakan dalam polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC). Syarat utama membran yang dapat digunakan sebagai komponen sel bahan bakar adalah memiliki muatan negatif pada strukturnya. Muatan tersebut akan memfasilitasi transport proton dari anoda ke katoda (Hall et al., 2003).

2. Polimer dalam Membran Sel Bahan Bakar

Dewasa ini pembuatan material baru berbahan dasar polimer sebagai membran dalam sel bahan bakar terus dikembangkan. Dari sekian banyak jenis membran polimer elektrolit yang telah dikembangkan, salah satunya adalah membran penukar ion atau Polymer Exchange Membrane (PEM) berbasis

perfluorinated atau polimer asam perflorosulfat misalnya Nafion®. Nafion®

merupakan membran yang menjadi pilihan utama dan mudah ditemukan dipasaran karena kapasitas tukar kation (KTK) dan konduktifitas ionik yang tinggi. Selain harganya yang mahal, terdapat beberapa hal yang membatasi pemakaiannya (life time) yaitu degradasi, korosif, dan suhu operasi. Nafion® dalam aplikasinya terdapat pembatasan suhu operasi yaitu tidak bisa melebihi 80 oC dikarenakan penggunaan diatas suhu tersebut akan menyebabkan membran

terhidrat atau kering akibat dari penguapan air yang berlebihan sehingga mengurangi efisiensi kinerja membran. Pencarian material baru yang memiliki sifat tidak korosif, kapasitas tukar kation (KTK), dan stabilitas termal tinggi sebagai pengganti Nafion® terus dilakukan (Adjemian et al., 2002).

(24)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

8

yang cukup tinggi. Selain itu, membran polimer elektrolit berbasis polimer hidrokarbon lebih cepat dalam transfer proton daripada membran polimer elektrolit berbasis polimer asam perflorosulfat (Wald, 2004). Polimer alam berbasis hidrokarbon seperti selulosa, kitosan, dan pati merupakan polimer alam yang melimpah keberadannya di alam. Namun, polimer alam sebagian basar tidak bermuatan sehingga perlu adanya modifikasi agar bermuatan negatif. Dari ketiga polimer alam diatas, kitosan yang paling banyak menarik perhatian karena mudah untuk dimodifikasi (Kaban, 2009).

Kitosan merupakan kitin yang telah dihilangkan gugus asetilnya melalui proses deasetilasi dengan penambahan NaOH atau KOH. Kitosan adalah kitin yang terdeasetilasi sebanyak mungkin, tetapi tidak cukup sempurna untuk dinamakan poli glukosamin (Wiyarsi, 2008). Kebanyakan mutu kitosan komersil mengandung 75-95% glukosamin dan 5-25% unit N-asetilglukosamin (Stephen, 1995). Polimer kitosan memiliki gugus fungsional yang memungkinkan untuk dimodifikasi, yaitu 1 gugus amino (NH2) dan 2 gugus hidroksil (OH) dalam setiap unit ulangnya. Struktur kitin dan kitosan dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Struktur kitin (kiri) dan kitosan (kanan) (Kaban, 2009)

(25)

commit to user

Gambar 3. Skema modifikasi kimia dari kitosan (Kaban, 2009)

3. Kitosan-vanilin sebagai Membran Polimer Elektrolit

Keberadaan gugus amino bebas pada kitosan merupakan hal yang penting karena bersifat nukleofilik yang reaktif. Salah satu proses derivatisasi melalui gugus amino adalah pembentukan basa Schiff atau imina (Kenawy et al., 2005). Senyawa ini diperoleh sebagai hasil reaksi antara kitosan dengan aldehid atau keton. Imina yang stabil diperoleh dari reaksi antara amina primer dengan aldehid aromatik seperi benzaldehid maupun arilamina.

(26)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

10

pada rentang bilangan gelombang 1631,5 cm-1 sampai 1640,4 cm-1. Modifikasi kitosan dengan aldehid aromatik seperti vanilin menghasilkan senyawa turunan kitosan berupa kitosan-vanilin (KV) (Wiyarsi, 2008).

Kitosan-vanilin (KV) adalah turunan kitosan yang memiliki gugus fenol pada rantai sampingnya. KV dibuat dengan mereaksikan kitosan dengan vanilin. Vanilin atau 4-hidroksi-3-metoksibenzaldehid merupakan senyawa aldehid aromatis dengan bau harum yang khas dan banyak digunakan sebagai bahan pemberi aroma vanila pada produk makanan, minuman, parfum, dan kosmetik. Vanilin memiliki rumus molekul C8H803 dengan berat molekul 152,15 g/mol. Kelarutan vanilin cukup tinggi dalam alkohol dan eter, sedangkan dalam air kelarutannya sebesar 1 g/100 mL. Struktur vanilin dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4. Struktrur kimia vanilin (Wiyarsi,2008)

(27)

commit to user

Gambar 5. Sintesis kitosan-vanilin (Wiyarsi, 2008)

Keberadaan gugus fenolik mengakibatkan polimer lebih bersifat asam dan mudah melepas ion H+. Kemudahan polimer untuk melepaskan ion H+ mengakibatkan peningkatkan sifat konduktifitas ioniknya dan menyebabkan polimer kitosan vanilin bermuatan negatif. Sifat konduktifitas ionik yang disumbangkan oleh gugus fenolik memungkinkan pengaplikasian kitosan-vanilin sebagai polimer penukar kation.

4. Polivinil Alkohol (PVA)

Pembuatan membran dari polimer alam terkendala akan sifat fisik membran yang dihasilksn. Membran dari polimer alam seperti kitosan memiliki nilai kuat tarik yang besar namun tingkat elastisitas membran rendah atau kaku. Elastisitas membran yang rendah akan menyebabkan membran sulit dibentuk dan getas atau mudah patah. Penggunaan senyawa pemlastis atau plasticizer dapat meningkatkan elastisitas membran sehingga membran lebih mudah dibentuk (Mat and Liong, 2009).

(28)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

12

Jika pemlastis dengan polimer sudah mampu membentuk suatu campuran homogen selama dan setelah proses terjadi, pemlastis akan tetap berada dalam senyawa itu baik pada saat pendinginan, penurunan temperatur. Tingkat homogenitas yang tinggi pada senyawa yang terbentuk dapat dicapai jika mempunyai polaritas yang relatif sama antara pemlastis dengan polimer

(O’Rourke, 2007). Plasticizer yang sering digunakan yaitu asam palmitat, asam laurat, dioktil ftalat (DOP), dioktil adipat (DOA), polietilen glikol (PEG), dan polivinil alkohol (PVA) (Nirwana, 2001).

Poli(vinil alkohol) (PVA) merupakan salah satu jenis polimer hidrofilik yang tidak beracun, tidak larut dalam air, dan larut dalam panas > 80 oC pada batas konsentrasi < 20% (b/v). Poli(vinil alkohol) mempunyai rumus molekul monomer [ CH2-CH(OH)-]n. Struktur PVA ditunjukan pada Gambar 6. PVA yang dipolimerisasi dengan cara pemanasan akan menghasilkan gel yang bila dikeringkan pada suhu kamar menghasilkan film transparan. Namun demikian film ini dapat mengembang kembali dalam air berupa gel yang rapuh.

Gambar 6. Struktur kimia polivinil alkohol (PVA) (Saxena,2004)

Penggunaan PVA dalam pembuatan membran telah dilakukan oleh Binsu et al. (2006) dan Mat and Liong (2009). Penelitian keduanya menunjukan kompabilitas PVA dan kitosan. Hal ini dikarenakan PVA memiliki banyak gugus hidroksi sehingga polaritas PVA hampir sama dengan kitosan.

5. Lempung dalam Membran Komposit Elektrolit

(29)

commit to user

anorganik seperti TiO2, SiO2, CaO, zeolit, dan montmorilonit (Dewi, 2007). Penambahan filler anorganik ke dalam membran polimer elektrolit akan menghasilkan komposit. Komposit adalah perpaduan dari bahan yang dipilih berdasarkan kombinasi sifat fisik masing-masing material penyusun untuk menghasilkan material baru dengan sifat yang unik dibandingkan sifat material dasar sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan antara masing-masing material penyusun (Pramono, 2008).

Pemakaian TiO2 sebagai filler dilakukan oleh Akay (2008). Hasil penelitian menunjukan pemakaian TiO2 dapat meningkatkan konduktivitas, stabilitas membran dan menurunkan swelling degre membran. Stabilitas termal membran dapat mencapai 120-140 oC. Adjemian et al. (2002) dan Kim et al. (2006) menggunakan SiO2 sebagai filler. Penggunaan SiO2 meningkatkan konduktivitas, stabilitas membran dan menurunkan permeabilitas air dan etanol. Membran komposit mempunyai stabilitas termal 130 oC. sedangkan penggunaan CaO dilakukan oleh Mat and Liong (2009) dan penggunaam zeolit dilakukan oleh Laomongkonnimit dan Soontarapa (2007). Penggunaan CaO efektif mengurangi swelling degre membran namun kurang efektif untuk meningkatkan KTK membran. Penambahan zeolit dapat meningkatkan KTK dan stabilitas termal membran namun menurunkan kuat tarik membran.

Penggunaan montmorilonit sebagai filler dalam pembuatan membran komposit dilakukan oleh Tan et al. (2001) dan Wang et al. (2005). Hasil penelitian keduanya menunjukan semakin basar montmorilonit yang digunakan akan meningkatkan stabilitas termal, KTK membran dan menurunkan swelling degre membran. Penambahan montmorilonit 2,5-10% dari berat total mampu meningkatkan stabilitas membran 10-30 oC. Montmorilonit dapat meningkatkan KTK membran dikarenakan montmorilonit mempunyai karakteristik bermuatan negatif pada permukaan strukturnya.

(30)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

14

silikat yang berbentuk kristal dengan struktur berlapis atau struktur dua dimensional dan mempunyai ukuran partikel lebih kecil dari dua mikrometer, bersifat liat saat basah dan keras saat kering. Di antara lapisan lempung terdapat kation-kation yang berfungsi menyeimbangkan muatan negatif yang ada pada bidang lapisnya. Kation-kation tersebut diantaranya adalah Na+, K+, dan Ca2+ (Wijaya et al., 2004 dan Brindley, 1979).

Berdasarkan perbandingan jumlah tetrahedral dan oktahedralnya, dikenal tipe-tipe struktur mineral berlapis berikut:

a. Mineral tipe 1:1

Mineral tipe 1:1 yaitu mineral yang terdiri dari satu lapisan oktahedral dan satu lapisan tetrahedral, misalnya kaolin dan haolisin.

b. Mineral tipe 2:1

Mineral tipe 2:1 yaitu mineral yang terdiri dari dua lapisan tetrahedral dan satu lapisan oktahedral, misalnya montmorillonit dan illit.

c. Mineral tipe 2:2 atau 2:1:1

Mineral tipe 2:2 atau 2:1:1 yaitu mineral yang merupakan jenis 2:1 dengan satu lapis oktahedral tambahan yang tersusun selang-seling, misalnya klorit (tipe 2:2) dan sepolit (tipe 2:1:1) (Tan, 2007).

(31)

commit to user

menggantikan ion-ion yang ada di ruang antar lapis montmorilonit (Monvisade dan Punnama, 2009).

Semakin encer kitosan yang digunakan untuk interkalasi berarti karakter kitosan sebagai agregat (bulk) semakin kecil sehingga akan lebih mudah untuk membuka lapisan montmorilonit dan keberadaannya di ruang antarlapis tidak sebagai gumpalan akan tetapi terdispersi merata seperti film tipis. Berat molekul (BM) kitosan yang semakin rendah maka kelarutan kitosan akan meningkat dan agregatnya (bulk) akan semakin kecil. Kemudahan interkalasi kitosan ke dalam ruang antarlapis montmorilonit juga dipengaruhi oleh suhu. Chang et al. (2008) dalam El-Sherif dan El-Masry (2011) menyatakan bahwa peningkatan suhu akan menurunkan basal spacing lempung yang disebabkan oleh penguapan molekul-molekul kecil yang keluar dari ruang antarlapis lempung. Dengan demikian, kitosan yang masuk ke dalam ruang antarlapis lempung dapat tercapai secara maksimal. Penelitian Wijaya et al. (2002) menyatakan suhu optimum interkalasi adalah 40 oC. Sedangkan penelitian Monvisade dan Punnama (2009), Wang et al. (2005) menyatakan suhu optimum interkalasi adalah 60 oC.

Kitosan berfungsi sebagai pilar atau tiang antarlapis lempung (Simpen, 2001). Pilar-pilar yang terbentuk berfungsi sebagai pengikat antarlapis alumina silikat lempung sehingga struktur lempung menjadi lebih kuat dan relatif lebih tahan terhadap perlakuan panas dibandingkan dengan lempung tanpa terpilar yang dapat mengalami kerusakan struktur di atas temperatur 200 oC.

Ada 3 tipe dari komposit yang mungkin terbentuk dari proses interkalasi yaitu :

a. Intercalated nanocomposites

Intercalated nanokomposites yaitu pemasukan polimer matrik ke dalam lapisan silikat terjadi secara teratur membentuk pola tertentu dalam peningkatan basal spacing antar lapisan silika. Intercalated nanokomposites biasanya terinterkalasi oleh beberapa lapisan molekul dari polimer.

b. Flocculated nanocomposites

(32)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

16

lapisan silikat satu dengan yang lainya terkait dengan terhidroksilasinya tepi-tepi dari lapisan silikat.

c. Exfoliated nanocomposites

Exfoliated nanocomposites apabila lapisan silika terpisah secara sendiri-sendiri pada matrik polimer secara terus-menerus dengan rata-rata jarak pemisahan tergantung dari kapasitas lempung (Ray et al., 2007). Gambar 7 menunjukan ilustrasi secara kimia dari tipe komposit yang mungkin terbentuk dari proses interkalasi.

Gambar 7. Ilustrasi secara kimia dari tipe komposit yang mungkin terbentuk dari proses interkalasi (Ray et al., 2007)

6. Karakterisasi Membran Polimer Elektrolit

Karakterisasi membran polimer yang dihasilkan meliputi karakterisasi gugus fungsi dengan spektroskopi infra merah (FT-IR), kristalinitas dan interkalasi dengan spektroskopi difraksi sinar-x (XRD), ketahanan termal dengan

Thermogravimetric Analisis (TGA), dan homogenitas membran dengan

(33)

commit to user

a. Spektroskopi Infra Merah (FT-IR)

Spektrum serapan inframerah suatu material mempunyai pola yang khas sehingga memungkinkan untuk identifikasi material tersebut dan juga menyingkap keberadaan gugus-gugus fungsional utama dalam struktur senyawa yang diidentifikasi. Identifikasi gugus fungsi kitosan dan KV telah dilakukan oleh Wiyarsi (2008). Gugus fungsi kitosan, vanilin, dan KV disajikan pada Tabel 1.

Tabel 1. Serapan FT-IR dari kitosan, vanilin, dan KV (Wiyarsi, 2008)

Jenis Vibrasi Kitosan Vanilin Derivat

Rentangan CH 2885,3 2862,2 & 2746,4 2877,79 Rentangan –OH dan –NH 3440,8 3178,5(fenol) 3417,86

Vibrasi tekuk –NH 1596,9 - -

Rentangan C-O asimetri 1087,8 1026,1 1064,71

Rentangan C-OH (fenol) - 1265,2 1288,45

Rentangan C=O 1665 1666,4 -

Rentangan C=N - - 1643,35

Rentangan C=C aromatis - 1597,06 & 1519,9

1589,2 & 1512,1

Deformasi CH3 1380,2 1373,3 1365,6

Penelitian Mekhamer (2011) dan Wijaya et al. (2004) menunjukan serapan FT-IR yang khas dari lempung. Serapan pada bilangan gelombang sekitar 3406 merupakan serapan rentangan gugus -OH yang tumpang tindih dengan gugus NH sedangkan serapan disekitar 1631 cm-1 merupakan OH bending pada lempung. Serapan kuat disekitar 1043 cm-1 merupakan vibrasi Si-O streching dan Si-O bending pada 468 cm-1. Serapan Mg-O streching pada 522 cm-1, Al-OH dan Mg-Al-OH terlihat pada serapan lemah di sekitar 918 dan 883 cm-1.

b. Spektroskopi Difraksi Sinar-X (XRD)

Kristalinitas suatu bahan dapat ditentukan dengan spektroskopi sinar-x. Material dengan kristalinitas tinggi akan menghasilkan difraktogram yang runcing dengan intensitas yang tinggi. Polimer alam seperti kitosan, KV merupakan material semikristalin karena menghasilkan difraktogram dengan puncak melebar.

(34)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

18

puncak yang berbeda dengan kitosan. Puncak pertama pada 2θ = 13 mengidikasikan danya vanilin. Puncak utama terdapat pada 2θ = 20,3 yang

merupakan puncak karakteristik kitosan yang lebih melebar (Wiyarsi, 2008). Puncak karakteristik dari montmorilonit ditunjukan dengan adanya puncak dengan

intensitas tinggi pada 2θ dibawah 10 dengan harga d 12,3 Å (El-Sherif and El-Masry, 2011).

Proses interkalasi kitosan ke dalam lempung dapat diamati dari peningkatan jarak antar lapis (basal spacing) lempung dan bergesernya puncak

utama lempung ke kiri (2θ lebih kecil). Penelitian El-Sherif dan Mansour (2011) menunjukan proses interkalasi kitosan ke dalam ruang aantar lapis lempung menambah nilai basal spacing menjadi 13,1 Å sampai 14 Å pada 2θ = 6,3. Sedangkan penelitian Monvisade and Siriphannon (2009) menunjukan proses interkalasi meningkatkan basal spacing menjadi 13,6 Å dan 22,5 Å pada 2θ = 6,6.

Peningkatan basal spacing menjadi 13,6 Å diperkirakan kitosan terinterkalasi dalam bentuk monolayer sedangkan peningkatan basal spacing hingga 22,5 Å menunjukan kitosan dalam bentuk bilayer.

c. Thermogravimetric Analisys (TGA)

(35)

commit to user

d. Mikroskop Digital

Homogenitas atau morfologi permukaan membran dapat diamati menggunakan mikroskop digital. Mikroskop digital dengan kemampuan pembesaran hingga 1000 kali mampu menghasilkan gambar dengan resolusi tinggi dari suatu permukaan sampel. Penggunaan PVA dalam pembuatan membran kitosan menghasilkan membran yang homogen. Sedangkan penambahan oksida akan menghasilkan membran dengan persebaran oksida yang tidak merata pada membran (Mat and Liong, 2009).

B. Kerangka Pemikiran

Faktor penting dalam pemilihan polimer sebagai bahan untuk membuat membran poilmer elektrolit adalah kemampuan menghantarkan proton dan stabilitas termal polimer. Polimer haruslah bermuatan negatif dan stabilitas termalnya tinggi (diatas 100 oC). Polimer alam seperti kitosan memiliki stabilitas termal yang tinggi yaitu sekitar 220 oC, namun kitosan tidak bermuatan. Modifikasi pada polimer tersebut perlu dilakukan agar menghasilkan material yang bermuatan sehingga dapat digunakan sebagai membran polimer elektrolit. Modifikasi kitosan menjadi kitosan-vanilin (KV) akan menyebabkan kitosan memiliki gugus fenolik pada rantai sampingnya. Gugus fenolik membuat kitosan-vanilin menjadi lebih bersifat asam sehingga mudah melepas ion H+. Lepasnya ion H+ menyebabkan gugus fenolik pada kitosan-vanilin bermuatan negatif sehingga dapat digunakan untuk pembuatan membran polimer elektrolit. Keberhasilan modifikasi kitosan menjadi kitosan-vanilin dapat diketahui dengan terbentuknya gugus imina (C=N) dimana gugus ini akan memberikan serapan pada bilangan gelombang sekitar 1640 cm-1 pada spektra IR. Selain itu, modifikasi kitosan menjadi kitosan-vanilin akan meningkatkan nilai kapasitas tukar kation (KTK) kitosan yang dapat diketahui dengan metode titrasi.

(36)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

20

permukaannya akan memberikan nilai lebih pada kapasitas tukar kation membran. Oksida dengan karakteristik diatas adalah montmorilonit. Montmorilonit banyak terkandung dalam lempung yang terdapat di daerah Wonosegoro. Lempung memiliki sifat yang mudah mengembang dan kation-kation yang ada di ruang antarlapis lempung dapat dipertukarkan. KV yang dilarutkan dalam asam asetat akan terprotonasi gugus aminonya menjadi bermuatan positif (NH3+) sehingga dapat digunakan untuk menggantikan kation-kation dalam ruang antarlapis lempung melalui proses interkalasi. Penyisipan KV ke dalam ruang antarlapis lempung akan menyebabkan lempung terpilarisasi. Lempung terpilarisasi memiliki ketahanan termal yang lebih tinggi dikarenakan KV yang terinterkalasi ke dalam ruang antarlapis lempung akan membantu mempertahankan struktur lempung sehingga tidak mudah rusak oleh pemanasan. Selain itu, masuknya KV ke dalam ruang antarlapis lempung akan mengurangi ikatan hidrogen yang terjadi antara gugus hidroksi KV dengan gugus hidroksi PVA sehingga kapasitas tukar kationnya juga meningkat.

Proses interkalasi KV ke dalam ruang antarlapis lempung dapat ditingkatkan dengan peningkatan suhu interkalasi. Peningkatan suhu interkalasi akan mempercepat penguapan molekul-molekul kecil keluar dari ruang antarlapis lempung sehingga KV yang masuk ke dalam ruang antarlapis lempung lebih banyak. Semakin banyak KV yang masuk ke dalam ruang antarlapis lempung maka kapsitas tukar kation dan ketahanan termal akan semakin meningkat dikarenakan ikatan hidrogen KV dengan PVA akan semakin berkurang dan agen pemilar lempung semakin banyak. Keberhasilan proses interklasi KV ke dalam ruang antarlapis lempung dapat diketahui dari analisa XRD. Proses interkalasi

akan menggeser puncak lempung pada 2θ sekitar 6o ke kiri atau ke arah 2θ yang

(37)

commit to user

C. Hipotesis

1. Penambahan vanilin dapat meningkatkan konduktivitas kitosan.

2. Penambahan lempung dapat meningkatkan ketahanan termal dan nilai kapasitas tukar kation membran kitosan-vanilin.

(38)

commit to user

22 BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A.Metode Penelitian

Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimental di laboratorium. Penelitian ini secara garis besar meliputi pembuatan resin kitosan-vanilin (KV), pembuatan membran komposit dengan variasi jenis dan berat lempung serta variasi suhu larutan cetak. Selanjutnya sifat-sifat membran komposit tersebut dianalisis.

B.Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan di Laboratorium Kimia Dasar jurusan Kimia FMIPA UNS dan Laboratorium Pusat Universitas Sebelas Maret Sub Laboratorium Kimia yang dilakukan mulai bulan April 2011 sampai dengan Desember 2011.

C.Alat dan Bahan yang Dibutuhkan

1. Alat

a. Spektrofotometer Infra Merah SHIMADZU IR Prestige-21 b. Spektrofotometer Difraksi Sinar-X SHIMADZU XRD-600 c. DTA-TGA Linseis STA PT-1600

d. Mikroskop digital Nikon Eclipse E-200 e. Seperangkat alat refluks

f. Seperangkat alat pencetak membran g. Termometer

h. Oven

i. Neraca analitik AND GF-300 j. Hot plate

k. Blender elektrik merk Miyako l. Ayakan 150 mesh

(39)

commit to user

n. Penggerus porselin o. Magnetig stirer p. Peralatan gelas

2. Bahan

a. Kitosan dengan derajat deasetilasi (DD) 82% dari Breatachem b. Lempung dari Kecamatan Wonosegoro, Boyolali

c. Polivinil Alkohol (PVA) dengan BM 72.000 (Merck) d. Pyperidin p.a (Merck)

e. Asam asetat p.a (Merck) f. NaOH p.a (Merck)

Kitosan diblender sampai halus kemudian disaring dengan ayakan 150 mesh. Kitosan yang lolos ayakan 150 mesh kemudian dikumpulkan dan disimpan dalam flakon kaca dan ditutup rapat. Kitosan hasil ayakan akan digunakan dalam proses deasetilasi.

Lempung dilarutkan dalam air kemudian disaring dengan kain. Larutan koloid hasil saringan kemudian didiamkan semalam hingga mengendap. Setelah terbentuk dua lapisan, lapisan atas yang berupa air dibuang hingga didapatkan lempung dalam bentuk pasta. Pasta dioven pada temperatur 150 oC hingga kering. Lempung yang sudah kering dihaluskan dengan lumpang porselin dan disaring dengan ayakan 150 mesh.

(40)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

24

Serbuk kitosan seberat 20 g dimasukan dalam labu alas bulat kemudian ditambahkan larutan NaOH 60% (w/v) sebanyak 300 mL (perbandingan kitosan : larutan NaOH = 1 : 15). Campuran kemudian direfluks selama 3 jam dengan suhu 120 oC. Setelah 3 jam, campuran disaring dan residu yang berupa padatan dicuci dengan akuades sampai pH-nya netral. Endapan hasil penyaringan dikeringkan dalam oven pada suhu 60 oC sampai kering. Kitosan yang diperoleh ditimbang dan dikarakterisasi dengan FTIR.

3. Sintesis Kitosan-vanilin

Pembuatan resin kitosan-vanilin (KV) mengacu pada penelitaian yang pernah dilakukan Wiyarsi (2008). Langkah pertama dalam derivatisasi kitosan dengan vanilin adalah sebanyak 66,5 g vanilin dilarutkan dalam 285 mL etanol absolut. Kemudian ditambahkan 19 g kitosan (perbandingan kitosan : vanilin = 1 : 3,5) dengan pengadukan dan ditambahkan 2 tetes larutan piperidin kedalam larutan yang berfungsi sebagai katalis. Pengadukan dilakukan selama 48 jam pada suhu kamar. Proses dilanjutkan dengan pengadukan pada suhu 80 oC selama 72 jam. Setelah itu, campuran disaring kemudian endapan dicuci dengan etanol sampai bersih. Kitosan-vanilin yang diperoleh dioven pada suhu 60 oC sampai kering. Hasil yang diperoleh di timbang dan dikarakterisasi dengan FTIR, XRD, DTA-TGA, dan kapasitas penukar ionnya.

4. Pembuatan Komposit KV/PVA/Lempung

(41)

commit to user

berat lempung 0,05 g, 0,075 g, 0,1 g, dan 0,125 g. Sedangkan pembuatan membran komposit dengan variasi suhu larutan cetak dilakukan dengan memilih komposisi optimum membran kemudian pengembangan lempung dan pelarutan polimer KV dan PVA dilakukan variasi suhu 40 oC, 50 oC, dan 60 oC.

5. Analisis Kapasitas Tukar Kation (KTK)

Resin KV seberat 0,25 gram ditambahkan 50 mL akuades kemudian dimasukkan ke dalam oven dipasanaskan pada suhu 60 oC selama 1 jam. Kemudian ditambahkan 50 mL natrium klorida 0,5 M dan didiamkan selama 1 malam. Larutan campuran diambil sebanyak 10 mL kemudian ditambahkan indikator phenol phtalen (PP) 2 tetes dilanjutkan dengan titrasi menggunakan natrium hidroksida 0,005 M hingga warna larutan berubah dari jernih menjadi pink dan dicatat volume natrium hidroksida yang dibutuhkan.

Penentuan KTK membran hampir sama dengan metode yang dilakukan untuk penentuan KTK resin. Membran dengan ukuran 2 x 2 cm ditimbang dan dicatat beratnya. Membran dimasukan dalam erlenmeyer dan ditambahkan 50 mL akuades kemudian dioven pada suhu 60 oC selama satu jam. Larutan NaCl 1 M sebanyak 50 mL ditambahkan ke dalam erlenmeyer dan didiamkan semalam. Larutan kemudian diambil 10 mL dan dititrasi dengan larutan NaOH 0,005 M.

6. Analisis Derajat Pengembangan Membran (swelling degre)

Swelling degre (SD) membran ditentukan dengan menimbang membran

(42)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

26

7. Analisis Spektrofotometer Difraksi Sinar-X (XRD)

Karakterisasi kristalinitas dan interaksi mikroskopis dilakukan dengan metode difraksi sinarX menggunakan XRD-600 SHINADZU dengan radiasi dari

Kα Cu, voltage 40 kV. Pengukuran dilakukan pada range 2θ 3o - 70o.

8. Analisis Spektrofotometer Infra Merah (FT-IR)

Analisis gugus fungsi dilakukan dengan menganalisis spektra FT-IR yang diperoleh dari pengukuran menggunakan alat IRPrestige-21 SHIMADZU dengan plat KBr. Range bilangan gelombang dari 4000-370 cm-1 dengan resolusi 4 cm-1.

9. Analisis Stabilitas Termal Membran

Stabilitas termal membran komposit dan membran kitosan-vanilin dianalisa menggunakan alat Linseis STA PT-1600. Pemanasan dilakukan pada suhu 30-700 oC dengan kecepatan pemanasan 20 oC per menit pada atmosfer udara dan reference Al2O3.

10. Analisis Morfologi Permukaan Membran

Morfologi permukaan membran dianalisis menggunakan mikroskop digital Nikon Eclipse E 200 dengan pembesaran 1000 kali.

E.Teknik Pengumpulan dan Analisis Data

1. Penentuan Derajat Deasetilasi (DD) Kitosan

(43)

commit to user

serapan pada daerah sekitar 1596 cm-1 yang menunjukan amina primer (-NH2) semakin meningkat.

2. Penentuan Komposisi Optimum Membran

Kapasitas tukar kation (KTK) membran ditentukan dengan metode titrasi. Dari proses titrasi diperoleh jumlah NaOH yang dibutuhkan untuk titrasi. Membran dengan KTK optimum adalah membran yang mampu menukarkan kation tertinggi. Kondisi optimum KTK membran ditunjukan oleh jumlah NaOH yang dibutuhkan untuk titrasi per satuan berat membran. Semakin banyak NaOH yang diperlukan maka nilai KTK membran akan semakin tinggi. Membran dengan nilai KTK tertinggi diambil sebagai membran dengan komposisi optimum.

3. Penentuan Derajat Pengembangan Membran (swelling degre)

Swelling degre (SD) membran ditentukan dengan perendaman membran dalam akuades selama 24 jam. Dari proses ini akan diperoleh data berupa berat basah membran. Nilai SD membran diperoleh dari perbandingan selisih berat awal membran dan berat membran setelah dilakukan perendaman dengan berat awal membran. Membran dengan nilai SD optimum ditunjukan oleh membran dengan nilai SD paling kecil.

4. Analisis Spektroskopi Infra Merah (FT-IR)

(44)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

28

5. Analisis Spektroskopi Difraksi Sinar-X (XRD)

Spektrofotometer difraksi sinar-x dapat digunakan untuk menentukan kristalinitas dan interaksi senyawa penyusun membran. Analisis XRD akan memberikan difraktogram yang menunjukan puncak-puncak pada 2θ tertentu. Selain itu, dari data XRD akan diperoleh jarak antar atom (d). Semakin runcing dan tinggi intensitas puncak yang dihasilakan maka kristalinitasnya akan semakin tinggi. Interaksi antara lempung dan KV dapat diamati perubahan jarak antar lapis

lempung pada 2θ dibawah 6o. Semakin tinggi perubahan jarak antar lapis lempung maka KV yang masuk diantara ruang antar lapis lempung semakin banyak.

6. Analisis Stabilitas Termal Membran

Stabilitas termal membran ditentukan dengan metode Thermogravimetric Analysis (TGA). Data termogram menunjukan berkurangnya massa akibat pemanasan. Perubahan stabilitas termal dilihat dengan membandingkan termogram masing-masing membran.

7. Analisis Homogenitas Permukaan Membran

(45)

commit to user

29 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A.Karakterisasi Kitosan

Kitosan yang digunakan dalam penelitian ini memiliki derajat deasetilasi (DD) sebesar 82%. Secara fisik kitosan ini berupa serbuk berwarna putih. Untuk mengetahui serapan karakteristik dari kitosan ini dilakukan analisa menggunakan spektroskopi FT-IR. Spektrum FT-IR (Gambar 8) digunakan untuk mengidentifikasi gugus-gugus fungsionalnya. Serapan karakteristik kitosan terdapat pada bilangan gelombang 3444,8 cm-1 yang menunjukan vibrasi rentangan –OH yang tumpang tindih dengan rentangan –NH. Serapan pada 2885,5 cm-1 menunjukan adanya vibrasi rentangan dari CH. Sedangkan vibrasi tekuk CH muncul pada bilangan gelombang 1381 cm-1. Vibrasi tekuk NH terlihat pada bilangan gelombang 1595, 1 cm-1. Vibrasi rentangan C-O yang merupakan salah satu karakteristik polisakarida muncul pada bilangan gelombang 1082 cm-1. Serapan pada daerah 1650 cm-1 menunjukan adanya rentangan gugus karbonil amida (R-NH-C=O). Dari spektra FT-IR terlihat serapan pada daerah ini semakin lemah yang menandakan sebagian besar gugus amida telah berubah menjadi amina. Pengubahan gugus amida menjadi amino dinamakan deasetilasi.

(46)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

30

Gambar 8. Spektrum FT-IR kitosan

(47)

commit to user

Gambar 9. Deasetilassi kitosan dengan basa kuat (Wiyarsi,2008)

Gugus amino kitosan merupakan salah satu gugus fungsional dalam modifikasi kitosan menjadi kitosan-vanilin (KV). Gugus amino kitosan yang bersifat nukleofilik berperan penting dalam pembentukan basa Schiff atau imina dengan gugus karbonil (C=O) vanilin yang merupakan suatu senyawa aldehid. Jumlah gugus amino kitosan berbanding lurus dengan jumlah vanilin yang dapat disubstitusikan ke dalam rantai polimer kitosan. Kitosan dengan jumlah gugus amino yang besar diharapkan dapat disubstitusi dengan vanilin dalam jumlah yang besar. Semakin banyak vanilin yang tersubstitusi ke dalam kitosan maka semakin tinggi kapasitas KTK dan rendemen kitosan-vanilin yang dihasilkan.

Parameter penting dari kitosan selain DD adalah berat molekul kitosan. Pada penelitian ini, berat molekul kitosan ditentukan dengan cara yang paling sederhana yaitu secara viskometri. Berdasarkan perhitungan, berat molekul kitosan dalam penelitian ini sebesar 5,226 x103 kDa.

B.Karakterisasi Lempung

(48)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

32

dan abu-abu juga terlihat dari sifat mengembang (swelling) dalam air dan KTK. Lempung coklat lebih mengembang dalam air dan memiliki KTK lebih besar dari lempung abu-abu yaitu sebesar 2,13 meq/g (mili-equivalen per gram) sedangkan kapasitas tukar kation lempung abu-abu sebesar 1,04 meq/g. Karakterisasi lempung awal dilakukan dengan spektroskopi difraksi sinar-X. Difraktogram lempung coklat dan abu-abu ditunjukan pada Gambar 10.

Gambar 10. Difraktogram lempung coklat (a) dan lempung abu-abu (b)

Karakterisasi lempung awal menggunakan spektroskopi XRD menunjukan perbedaan difraktogram antara lempung coklat dan abu-abu (Gambar

10). Tiga puncak utama lempung coklat terdapat pada 2θ 26,8764o; 5,9800o; 5,6800o dengan harga d secara berturut-turut 3,31459 Å; 14,76755 Å; dan 15,54687 Å. Puncak utama lempung abu-abu terdapat pada 2θ 26,8765o; 28,0400o; 21,0819o dengan harga d sebesar 3,31458 Å; 3,17963 Å; dan 4,21071

(49)

commit to user

C.Sintesis Kitosan-vanilin

Pemanfaatan kitosan sebagai membran polimer elektrolit belum banyak dilakukan dikarenakan terkendala oleh KTK kitosan yang kecil. Modifikasi kitosan merupakan salah satu cara meningkatkan KTK kitosan. Penelitian ini memanfaatkan vanilin sebagai substituen yang akan digabungkan dengan rantai kitosan. Substituen yang mengandung gugus fenol diharapkan dapat menghasilkan KTK yang lebih baik.

NH2 + CH

Gambar 11. Reaksi pembentukan basa Schiff pada kitosan (Wiyarsi, 2008)

Modifikasi kitosan dilakukan dengan mereaksikan kitosan dengan vanilin. Kitosan memiliki gugus amino yang dapat bertindak sebagai nukleofil yang reaktif sehingga mudah dimodifikasi secara kimia. Reaksi kitosan dengan gugus karbonil (C=O) vanilin akan membentuk suatu imina yang disebut basa Schiff. Reaksi pembentukan imina merupakan suatu reaksi adisi-eliminasi, ditampilkan pada Gambar 11.

(50)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

34

dari pembuatan KV. Gambar 12 menunjukan perbedaan warna antara kitosan dengan KV. Hal ini sesuai dengan penelitian Suhardi (1993) yang menyatakan bahwa basa Schiff dari kitosan memberikan warna kuning kemerahan sampai kecoklatan.

a b

Gambar 12. Kitosan (a) dan Kitosan-vanilin (b)

Keberhasilan sintesis KV selain dari warna, juga ditunjukan dengan terbentuknya suatu imina (C=N) yang dapat diketahui dari analisis menggunakan spektroskopi FT-IR. Spektrum FT-IR KV disajikankan pada Gambar 13. Karekteristik ikatan pada basa Schiff atau imina adalah ikatan rangkap dua antara atom nitrogen dengan atom karbon (C=N). Rentangan C=N pada imina tersubtitusi muncul pada bilangan gelombang 1643,65 cm-1 (Wiyarsi, 2008). Spektrum FT-IR hasil modifikasi kitosan dengan vanilin tersebut (Gambar 12) muncul serapan C=N pada daerah 1637,56 cm-1 yang menandakan telah terbentuknya imina. Rentangan OH muncul di daerah 3433,29 cm-1. Vibrasi rentangan C=C aromatis ditunjukan pada serapan 1595,13 cm-1 dan 1516,05 cm-1. Vibrasi rentangan CH muncul pada bilangan gelombang 2877,79 cm-1, sedangkan vibrasi rentangan C-O muncul pada bilangan gelombang 1026,13 cm -1. Serapan karakteristik kitosan-vanilin yang lain adalah serapan pada bilangan

(51)

commit to user

Gambar 13. Spektrum FT-IR vanilin, kitosan, dan kitosan-vanilin

Tabel 2. Serapan FT-IR karakteristik kitosan, vanilin, dan kitosan-vanilin

Jenis Vibrasi Kitosan Vanilin KV KV*

Rentangan –CH 2885,5 2859, 6 2877,79 2877,79

Rentangan –OH dan –

NH 3444,8 3173,1 (fenol) 3433,29 3417,86

Vibrasi tekuk –NH 1595,1 - 1595,13 -

Rentangan C-O asimetri 1082,1 1024,5 1026,13 1064,71

Rentangan C-OH (fenol)

- 1265,3 1290,38 1288,45

Rentangan C=O - 1665,6 - -

Rentangan C=N - - 1637,56 1643,35

Rentangan C=C aromatis

- 1588,4 & 1509,3

1595,13 & 1516,05

1589,2 & 1512,1

(52)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

36

Rendemen yang dihasilkan tidak terlalu besar dipengaruhi oleh derajat deasetilasi dan berat molekul kitosan yang digunakan. Derajat deasetilasi yang tidak terlalu besar menyebabkan gugus amino kitosan yang dapat disubstitusi dengan gugus vanilin kurang optimal. Sedangkan berat molekul kitosan berpengaruh pada kekompleksan kitosan dalam sistem. Kitosan dengan berat molekul tinggi cenderung berbentuk gumpalan padat seperti tongkat (rod-like) dan sistemnya cenderung penuh sesak (crowded) sehingga proses substitusi vanilin kurang optimal.

Pengukuran berat molekul KV dilakukan sama seperti dalam pengukuran berat molekul kitosan. Berat molekul kitosan-vanilin dari hasil perhitungan sebesar 26,8 kDa. Berat molekul KV jauh lebih kecil dari kitosan awal dikarenakan saat proses deasetilasi kitosan terjadi depolimerisasi kitosan. Peningkatan temperatur reaksi saat proses deasetilasi berpengaruh signifikan terhadap penurunan berat molekul kitosan yang dihasilkan, sedangkan konsentrasi NaOH dan waktu reaksi tidak secara signifikan berpengaruh terhadap terjadinya depolimerisasi kitosan (Junaidi, 2008).

Analisis kapasitas tukar kation KV menunjukan peningkatan KTK yang signifikan dari kitosan awal. KTK KV sebesar 2,36 meq/g. Gugus fenol pada rantai samping KV mengakibatkan polimer lebih bersifat asam dan mudah melepaskan ion H+. Hal ini mengakibatkan peningkatan KTK KV dan menyebabkan polimer KV bermuatan negatif. Muatan negatif pada ujung-ujung gugus fenol KV dapat digunakan sebagai transfer proton dalam polimer elektrolit sehingga KV dapat digunakan dalam pembuatan membran polimer elektrolit.

(53)

commit to user

tersubstitusi dan hilangnya gugus vanilin. Gugus asetil memiliki ikatan  yang lebih lemah sehingga mudah lepas, sementara gugus amino lebih reaktif dengan ukuran molekul yang lebih kecil dibandingkan vanilin sehingga dimungkinkan terlepas lebih awal. Sementara itu, hilangnya gugus vanilin terjadi pada suhu 300-350 oC. Daerah degradasi keempat yaitu degradasi polimer menjadi homopolimer atau monomer-monomer penyusunnya terjadi pada suhu 350-420 oC. Daerah degradasi kelima pada suhu diatas 420-700 oC merupakan pemutusan rantai karbon polimer menjadi arang. Hal ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan Wiyarsi (2008) tentang sintesis polimer KV dan Santos et al. (2005) yang meneliti tentang stabilitas termal basa Schiff yang terbentuk dari reaksi kitosan dengan berbagai senyawa turunan salisilaldehid.

Gambar 14. Termogram kitosan-vanilin

D. Membran Komposit KV/PVA/Lempung

(54)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

38

lempung. Membran komposit KV/PVA/ lempung yang diperoleh dikarakterisasi dengan mikroskop digital, XRD, FT-IR, TGA, KTK, dan swelling degre.

1. Analisis Spektroskopi Difraksi Sinar-X (XRD)

Difraksi sinar X dapat digunakan untuk menganalisis kristalinitas suatu material. Intensitas puncak menunjukan kristalinitas, semakin tinggi dan runcing maka kristalinitas semakin tinggi. Sedangkan puncak yang melebar menunjukan sifat amorf dari sampel. Gambar 15 menunjukan perbandingan difraktogram lempung coklat (LC), lempung abu-abu (LA), membran kitosan-vanilin/polivinil alkohol (KV/PVA), membran komposit Kitosan-vanilin/polivinil alkohol/lempung coklat (KVLC), dan membran komposit kitosan-vanilin/polivinil alkohol/lempung abu-abu (KVLA).

Gambar 15. Difraktogram membran KV/PVA (a), LC (b), LA (c), KVLC (d), dan KVLA (e)

(55)

commit to user

memiliki kristalinitas yang tinggi. Kristalinitas lempung yang tinggi dikarenakan lempung tersusun dari mineral filosilikat yaitu struktur bangun yang terbentuk dari lembaran tetrahedral silikon-oksigen dan lembaran oktahedral alumunium atau magnesium oksigen yang menyebabkan keteraturan bidang atom-atom penyusunnya. Sedangkan difraktogram membran KV/PVA menunjukan puncak yang melebar. Kristalinitas KV dipengaruhi oleh kekuatan ikatan hidrogen intermolekular dan intramolekular dalam rantai. Interaksi intramolekuler menyebabkan keteraturan bidang molekul, sedangkan interaksi intermolekuler menyebabkan keteraturan rantai polimer. Masuknya vanilin secara acak pada unit ulang kitosan menurunkaan homogenitas struktur dan rantai kitosan. Vanilin yang masuk secara acak akan membuat sistem menjadi semakin crowded sehingga menurunkan keteraturan struktur rantai polimernya. Keteraturan rantai polimer yang rendah akan menghasilkan struktur kristal yang bersifat amorf dengan ditandai puncak melebar pada difraktogram. Difraktogram dari membran

komposit KVLC dan KVLA menunjukan puncak KV yang dominan pada 2θ

sekitar 19o-20o, namun puncak-puncak dari lempung coklat yang memiliki intensitas tinggi masih terlihat seperti puncak pada 2θ = 5,2611o dan 27,1533o untuk membran komposit KVLC. Puncak-puncak lempung coklat yang tetap terlihat pada membran komposit KVLC dan pergeseran puncak yang kurang

signifikan pada 2θ sekitar 5o menandakan bahwa struktur lempung coklat tidak mengalami perubahan dan interkalasi KV ke dalam ruang antarlapis lempung coklat kurang optimal sehingga KV hanya berada pada permukaan lempung coklat. Proses interkalasi KV yang kurang optimal dikarenakan berat molekul KV yang cukup tinggi sehingga KV sulit masuk ke dalam ruang antarlapis lempung coklat. Selain itu, muatan negatif pada gugus fenol KV menyebabkan terjadinya gaya tolak-menolak dengan muatan negatif pada permukaan lempung coklat. Sedangkan untuk membran komposit KVLA puncak-puncak awal lempung

abu-abu pada 2θ = 26,8765o dan 28,0400o menghilang dan muncul puncak baru pada

(56)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

40

2. Analisis Spektroskopi FT-IR

Spektroskopi infra merah digunakan untuk mengidentifikasi gugus-gugus fungsi dari lempung, membran KV/PVA dan membran komposit yang dihasilkan. Spektrum FT-IR lempung coklat, lempung abu-abu, membran KV/PVA, dan membran komposit dengan penambahan lempung coklat 0,125 g (KVLC 0,125) disajikan pada Gambar 16.

Gambar 16. Spektrum FT-IR lempung coklat (a), lempung abu-abu (b), membran KV/PVA (c), dan membran komposit KVLC 0,125 (d)

(57)

commit to user

3448 cm-1 merupakan serapan dari rentangan OH yang tumpang tindih dengan rentangan –NH. Rentangan –CH alifatik terlihat pada serapan 2939 cm-1. Vibrasi rentangan C=N ditunjukan pada serapan 1643 cm-1 sedangkan vibrasi tekuk NH terlihat pada serapan 1595 cm-1. Serapan pada 1517 cm-1 merupakan serapan dari deformasi protonasi dari gugus amino (-NH3+). Rentangan tekuk C-H terlihat pada 1433 cm-1. Rentangan C-OH fenol ditunjukan pada puncak serapan 1288 cm-1. Serapan kuat pada 1045 cm-1 merupakan serapan rentangan Si-O-Si yang tumpang tindih dengan rentangan C-O. Vibrasi tekuk Si-O terlihat pada pucak serapan 520 cm-1 dan 466 cm-1. Serapan vibrasi rentangan Mg-O pada 522 cm-1, Al-OH dan Mg-Al-OH terlihat pada serapan lemah di sekitar 918 dan 883 cm-1. Spektrum FT-IR lempung coklat (Gambar 16a) dan lempung abu-abu (Gambar 16b) tidak menunjukan perbedaan puncak serapan yang signifikan dikarenakan keduanya mempunyai gugus fungsional yang hampir sama. Hilangnya serapan pada daerah 3633 cm-1 pada membran komposit yang merupakan serapan dari Si-OH atau Al-OH pada lempung, dikarenakan terbentuknya ikatan hidrogen antara gugus –OH yang terikat dengan atom Si atau Al dengan gugus –OH dari KV dan PVA atau gugus amino ( –NH2) dari KV. Sedangkan puncak pada daerah 3600-3000 cm-1 pada membran KV/PVA yang lebih lebar dari membran komposit KVLC 0,125 dimungkinkan disebabkan oleh jumlah gugus hidroksil atau kandungan air membran KV/PVA yang lebih banyak. Hal ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan Monvisade and Siriphannon (2009) dan Wang et al. (2005).

Gambar

Tabel 3.  KPK dan SD membran KV/PVA .....................................................
Gambar 24. Permukaan membran komposit KVLA  0,025; KVLA 0,1; dan
Gambar 1. Skema Sel Bahan Bakar (Williams, 2004)
Gambar 2. Struktur kitin (kiri) dan kitosan (kanan) (Kaban, 2009)
+7

Referensi

Dokumen terkait

Sementara itu, jumlah hari Hm atau “jumlah hari yang diperlukan untuk perawatan/perbaikan sarana penangkapan”, dikonsentrasikan pada bulan yang mempunyai kemampuan tangkap

Ibu Dewi dan mbak Nely, selaku pengurus TU Jurusan Teknik Industri yang telah banyak membantu selama penulis menyelesaikan masa studi di Jurusan Teknik

Spektrometer menghasilkan sinar dari spectrum dengan panjang gelombang tertentu, dan fotometer adalah alat pengukur intensitas cahaya yang ditransmisikan atau yang

Proses yang dilaksanakan dalam melakukan penyaluran bantuan santunan Ramadhan permintaan jumlah masyarakat miskin dari pihak Baitul Mal kepada kepala desa Kabupaten

Berdasarkan hasil kegiatan pendidikan, pelatihan ,dan pendampingan pengolahan limbah botol plastik, dapat disimpulkan bahwa pertama, hasil nyata dari kegiatan ini adalah

Bawah Pretest pada Kelompok Perlakuan dan Kelompok Kontrol di Banjar Puaya Desa Batuan Kecamatan Sukawati Kabupaten Gianyar Tahun 2015 ... 71 Tabel 5.5 Karakteristik

Strategi yang ditempuh dalam proses pemberdayaan (periksa siklus pemberdayaan) adalah ; (1) mengorganisir kelompok tani sebagai wahana interaksi dalam proses

Anda diberi tugas mencadangkan skema kawalan ramalan model (MPC) untuk sistem campuran tangki teraduk berterusan seperti yang ditunjukkan dalam Rajah S.3.[b].. Objektif kawalan