PREPARASI DAN KARAKTERISASI MEMBRAN POLISULFON
DENGAN PENGISI MIKROBENTONIT SEBAGAI
PENYARING AIR GAMBUT
TESIS
PEVI RIANI
127006004/KIM
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PREPARASI DAN KARAKTERISASI MEMBRAN POLISULFON
DENGAN PENGISI MIKROBENTONIT SEBAGAI
PENYARING AIR GAMBUT
TESIS
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains Dalam Program Studi Ilmu Kimia Pada Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Oleh
PEVI RIANI
127006004/KIM
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PERSETUJUAN
Judul Tesis : PREPARASI DAN KARAKTERISASI MEMBRAN POLISULFON DENGAN PENGISI MIKROBENTONIT SEBAGAI PENYARING AIR GAMBUT
Nama Mahasiswa : PEVI RIANI Nomor Pokok : 127006004
Program Studi : MAGISTER (S2) ILMU KIMIA
Menyetujui Komisi Pembimbing
Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D
Ketua Anggota
Prof. Dr. Thamrin, M.Sc
Ketua Program Studi Dekan
Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D Dr. Sutarman, M.Sc
Telah diuji pada
Tanggal : 22 Juli 2014
PANITIA PENGUJI TESIS
KETUA : Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D : 1. Prof. Dr. Thamrin, M.Sc
2. Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc 3. Dr. Yugia Muis, MS
PERNYATAAN ORISINALITAS
PREPARASI DAN KARAKTERISASI MEMBRAN POLISULFON DENGAN PENGISI MIKROBENTONIT SEBAGAI
PENYARING AIR GAMBUT
TESIS
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis ini adalah hasil karya saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan jelas.
Medan, 22 Juli 2014 Penulis
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas segala berkah dan
rahmat-Nya sehingga tesis dengan judul “Preparasi dan Karakterisasi Membran Polisulfon dengan Pengisi Mikrobentonit Sebagai Penyaring Air Gambut” dapat diselesaikan.
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih dan penghargaan
setinggi-tingginya kepada Orang tua penulis ayahanda Alm. Ramli dan ibunda
Masniar yang selalu mendo’akan, memberikan dukungan dan selalu membuat
semangat penulis untuk terus belajar, adik-adik penulis Brigadir Gusva Riani dan
suami (Briptu Joni Firmansyah Telaumbanua) dan Briptu Oswar Riani dan suami
(Brigadir Gorrahman) serta nenek tercinta Nurbani yang selalu memberikan semangat
untuk penulis sehingga terselesaikannya penulisan tesis ini.
Penulis menyampaikan terima kasih kepada Bapak Prof.Dr.dr. Syahril
Pasaribu, DTMH,M.Sc (CTM), SP.A(K) selaku Rektor Universitas Sumatera Utara
dan Prof. Dr. Sutarman, M.Sc selaku Dekan FMIPA Universitas Sumatera Utara, yang
telah memberikan kesempatan dan fasilitas kepada penulis dalam menyelesaikan
pendidikan di Pascasarjana Ilmu Kimia. Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D
dan Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc selaku Ketua Program Studi dan Sekretaris
Pascasarjana Ilmu Kimia atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk
menjadi mahasiswa di Pascasarjana Ilmu Kimia.
Penulis menyampaikan terima kasih kepada Bapak Prof. Basuki
Wirjosentono, MS, Ph.D selaku dosen pembimbing I dan Bapak Prof. Dr. Thamrin,
M.Sc selaku dosen pembimbing II atas waktu, saran, motivasi dan bimbingannya
dalam penelitian dan penulisan tesis ini. Bapak Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc,
Ibu Dr. Yugia Muis, MS dan Bapak Eddyanto, Ph.D selaku dosen penguji atas saran
dan bimbingannya dalam menyelesaikan tesis ini. Bapak/Ibu dosen Pascasarjana Ilmu
Kimia yang telah memberikan disiplin ilmu selama penulis menjalani studi. Kak Lely,
Polimer dan Kimia Fisika yang telah banyak memberikan bantuan dan motivasi
kepada penulis.
Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada sahabat-sahabat terbaik
penulis selama perkuliahan dan penyelesaian tesis ini : Deni Reflianto Manik, Sri
Handayani dan Diana Adnanda Nasution. Sahabat dan teman-teman angkatan 2012:
Bapak Thomas, Bapak Lumban, Bapak Malemta, Bang Barita, Soni, Bang Nasir, Kak
Najla, Kak Mayang, Kak Lia Saragih, Buk Maulidna dan Buk Ratna Kristina. Sahabat
dan teman-teman mahasiswa S3 : Bapak Taufik, Bapak Ridwanto, Buk Bina, Kak
Nunuk dan teman-teman lainnya. Rekan kerja di Pendidikan Teknologi Kimia Industri
(PTKI) Medan: Bapak Ir.H. Mansyur, M.Si, Bapak Hamdan.S.Bintang, ST.MM,
Bapak Halomoan Simalango, SE, Buk Farida Hanum, Pak Syarifuddin, Nana Isnaini,
Srikumala Tarigan, Sopar Budi Simanjuntak dan Bang Andre Chairun. Bunda Reni
selaku Staf Laboratorium Kimia Fisika Universitas Riau, asisten Laboratorium Kimia
Fisisk Universitas Riau serta teman-teman yang selalu mendo’akan dan telah
membantu penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih memiliki banyak kekurangan. Oleh
karena itu, kritik dan saran yang membangun dari pihak pembaca sangat diharapkan
demi kesempurnaan tesis ini. Akhir kata, semoga tesis ini bermanfaat bagi kemajuan
ilmu pengetahuan.
Medan, Juli 2014
Penulis,
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kota Padang, Sumatera Barat pada tanggal 16 Februari 1984.
Merupakan anak pertama dari 3 bersaudara (Brigadir Gusva Riani dan Briptu Oswar
Riani) dari Bapak Ramli Tain (Alm) dan Ibunda Masniar.
Pendidikan Formal:
Lulus SD Negeri 05 Sawahan, Kec.Padang Timur, Padang pada tahun 1996.
Lulus SLTP Negeri 1 Padang pada tahun 1999.
Lulus SMU Negeri 1 Padang pada tahun 2002.
Lulus Sarjana Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Andalas pada tahun 2006.
Riwayat Pekerjaan:
Tahun 2009 diangkat sebagai Calon Pegawai Negeri Sipil di Pendidikan
Teknologi Kimia Industri Medan, Kementerian Perindustrian R.I
Tahun 2010 diangkat sebagai Pegawai Negeri Sipil di Pendidikan Teknologi
Kimia Industri Medan, Kementerian Perindustrian R.I
Tahun 2012-sekarang sebagai fungsional dosen di Pendidikan Teknologi
PREPARASI DAN KARAKTERISASI MEMBRAN POLISULFON DENGAN PENGISI MIKROBENTONIT SEBAGAI
PENYARING AIR GAMBUT
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan mempelajari pengaruh penambahan mikrobentonit pada membran polisulfon terhadap nilai fluks (permeabilitas) membran pada penyaringan air gambut secara inversi fasa. Pada penelitian ini terdiri dari lima tahap pengerjaan, yaitu persiapan mikrobentonit, pembuatan membran polisulfon dengan penambahan mikrobentonit, karakterisasi membran, uji permeabilitas membran polisulfon-mikrobentonit terhadap air gambut serta analisis parameter sampel air gambut yang meliputi kekeruhan, pH, TSS dan TDS. Komposisi membran yang digunakan yaitu PSf 15% (w/w), dimetil asetamida (DMAc) dan mikrobentonit 0% ; 5% ; 10% ; 15% ; 20% (w/w). Air gambut sebelum penyaringan dengan membran polisulfon-mikrobentonit masih belum sesuai dengan standar persyaratan air bersih berdasarkan PERMENKES RI No.416/MENKES/PER/IX/1990. Hasil penelitian menunjukkan bahwa membran PSf 15% mempunyai nilai fluks paling baik yaitu 1,31 x 10-5 ml/cm2.s; kekeruhan 3,12 NTU; pH 6.8; TSS 52 mg/L; TDS 400 mg/L dan telah memenuhi standar air bersih berdasarkan PERMENKES RI No.416/MENKES/PER/IX/1990. Karakterisasi dengan SEM menunjukkan bahwa membran polisulfon setelah penambahan mikrobentonit 15% (PSf-B15%) terjadi perubahan morfologi di permukaan membran. Analisa gugus fungsi membran polisulfon (PSf) menunjukkan adanya gugus sulfon teridentifikasi pada bilangan gelombang 1294,41 cm-1, bilangan gelombang 1169,5 cm-1 menunjukkan ulur asimetrik O=S=O dari gugus tersulfonasi dan 1150,45 cm-1 merupakan ulur asimetrik O=S=O dari gugus sulfon. Analisa gugus fungsi PSf-15% dapat diidentifikasi bahwa O=S=O muncul pada bilangan gelombang 1294 cm-1. Pada bilangan gelombang 1013 cm-1 muncul puncak serapan O-Si-O dan 794 cm-1 puncak serapan Al-O-Al yang menunjukkan adanya gugus yang terkandung di dalam bentonit.
PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF POLYSULFONE MEMBRANES WITH FILLER MICROBENTONITE
AS PEAT WATER FILTER
ABSTRACK
This research aimed at investigating the effect of microbentonite augmentation for membrane to membrane flux in peat water filtration with inversion phase method. This research was carried out in five processing stages, namely preparation of microbentonite, make of polysulfone-microbentonite membrane toward the peat water and analysis of the peat water samples parameters including water turbidity, pH, TSS, and TDS. The composition of the membranes used were PSf 15%, DMAc and microbentonite 0%, 5%, 10%, 15% and 20%. The result showed that peat water before filtration with polysulfone–microbentonite membrane had not been suitable yet with the clear water qualification based on the PERMENKES RI NO.416/MENKES/PER/IX/1990. The result showed that PSf –B15% membrane had the best flux, that was 1,31 x 10-5 ml/cm2.s; turbidity 3,12 NTU; pH 6,8; TSS 52 mg/L; TDS 400 mg/L and suitable with PERMENKES RI NO.416/MENKES/PER/IX/1990. The characterization by using SEM showed that the polysulfone membrane after microbentonit augmentation had morphology changes in the membrane surface. The analysis of polysulfone membrane functional groups showed a sulfon group identified at wave number 1294,41 cm-1, wave number 1169, 5 cm-1 showed symmetric O=S=O
of sulfonated group and 1150,45 cm-1 was symmetric groove O=S=O of sulfone
group. The analysis of PSf 15% functional groups can identified that O=S=O
appeared at wave number 1294 cm-1. At wave number 1013 cm-1 O-Si-O an
absorption peak appeared and Al-O-Al absoption peak appeared at wave number 794 cm-1 that showed group consisted in the bentonite.
DAFTAR ISI
Halaman
PERSETUJUAN i
PERNYATAAN iii
KATA PENGANTAR iv
RIWAYAT HIDUP vi
ABSTRAK vii
ABSTRACK viii
DAFTAR ISI ix
DAFTAR TABEL xiii
DAFTAR GAMBAR xiv
1.6 Metodologi Penelitian 5
1.7 Lokasi Penelitian 7
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Teknologi Membran 8
2.1.1 Klasifikasi Membran 9
2.1.2 Karakterisasi Membran Mikrofiltrasi 13
2.1.3 Teknik Pembuatan Membran 13
2.1.4.1 Permeabilitas 15
2.1.4.2 Selektivitas 15
2.2 Polisulfon Sebagai Material Membran 16
2.3 N,N-Dimetilasetamida (DMAc) 17
2.4 Bentonit 18
2.4.1 Sifat-Sifat Fisik Bentonit 21
2.4.2 Bentonit Aceh 22
2.5 Karakterisasi 22
2.5.1 X-Ray Diffraction (XRD) 22
2.5.2 Scanning Electron Microscopy (SEM) 24
2.5.3 Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) 25
2.6 Air Gambut 25
2.6.1 Karakteristik Air Gambut 27
2.6.2 Pengolahan Air Gambut 28
2.7 Uji Kualitas Air 28
2.7.1 Kekeruhan 28
2.7.2 Derajat Keasaman 29
2.7.3 Zat Padat Tersuspensi 29
2.7.4 Zat Padat Terlarut 30
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Alat dan Bahan 31
3.1.1 Alat-alat yang Digunakan 31
3.1.2 Bahan-bahan yang Digunakan 31
3.2 Prosedur Kerja 31
3.2.1 Persiapan Mikrobentonit 31
3.2.2 Pembuatan Membran Polisulfon-Mikrobentonit 32
3.2.3 Uji Permeabilitas 32
3.2.4 Uji Selektivitas 32
3.2.5.1 Kekeruhan 33
3.2.5.2 pH 33
3.2.5.3 Zat Padat Tersuspensi 33
3.2.5.4 Zat Padat Terlarut 34
3.3 Skema Kerja 35
3.3.1 Persiapan Mikrobentonit 35
3.3.2 Pembuatan Membran Polisulfon-Mikrobentonit 36
3.3.3 Uji Permeabilitas 37
3.3.4 Uji Selektifitas 37
3.3.5 Analisis Air Gambut 38
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Preparasi dan Karakterisasi Bentonit sebagai Pengisi Membran 39
4.2 Membran Polisulfon dengan Bahan Pengisi Mikrobentonit 41
4.2.1 Sintesis Membran Polisulfon 41
4.3 Permeabilitas Membran 43
4.4 Karakterisasi dengan Fourier Transform Infrared46
Spectroscopy (FTIR) 46
4.5 Karakterisasi dengan Scanning Electron Microscopy (SEM) 49
4.6 Analisis Air Gambut 51
4.6.1 Analisis Air Gambut Sebelum Penyaringan dengan
Membran Polisulfon 51
4.6.2 Analisis Kekeruhan 52
4.6.3 Analisis pH 54
4.6.4 Analisis Jumlah Zat Padat Tersuspensi (TSS) 55
4.6.5 Analisis Jumlah Zat Padat Terlarut (TDS) 57
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 60
DAFTAR PUST AKA 62
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel 4.1 Nilai sudut 2θ dari bentonit Bener Meriah 40
Tabel 4.2 Fluks membran polisulfon dengan berbagai variasi
penambahan mikrobentonit 43
Tabel 4.3 Pita serapan spektrum IR membran polisulfon 15% 47
Tabel 4.4 Pita serapan spektrum IR membran polisulfon +
mikrobentonit 15% 49
Tabel 4.5 Analisis parameter sampel air gambut sebelum
penyaringan dengan membran polisulfon 51
Tabel 4.6 Hasil analisis kadar total padatan tersuspensi (TSS) air
gambut 55
Tabel 4.7 Hasil analisis kadar total zat padat terlarut (TDS) air
gambut 58
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar 2.1 Skema pemisahan dengan menggunakan membran 8
Gambar 2.2 Membran berdasarkan strukturnya 11
Gambar 2.3 Perbandingan sistem desain operasi (a) dead-end,
(b) crossflow 16
Gambar 2.4 Struktur molekul polisulfon 17
Gambar 2.5 Struktur N,N-Dimetilasetamida 17
Gambar 2.6 Struktur molekul mineral monmorillonit 18
Gambar 2.7 Difraksi sinar-X pada kristal 23
Gambar 4.1 Difraktogram bentonit alam asal Bener Meriah sebelum
aktivasi 39
Gambar 4.2 Difraktogram bentonit alam asal Bener Meriah setelah
aktivasi 40
Gambar 4.3 Warna membran polisulfon dengan variasi penambahan
Mikrobentonit 42
Gambar 4.4 Grafik fluks membran polisulfon dan polisulfon
mikrobentonit 45
Gambar 4.5 Pola FTIR membran polisulfon (PSf15%) 46
Gambar 4.6 Pola FTIR polisulfon + mikrobentonit 15% (PSf-B15%) 48
Gambar 4.7 Scanning Electron Microscopy (SEM) permukaan
membran tanpa mikrobentonit (PSf) 50
Gambar 4.8 Scanning Electron Microscopy (SEM) permukaan membran setelah penambahan mikrobentonit 15% (PSf-B15%)
50
Gambar 4.9 Nilai kekeruhan air gambut sebelum dan sesudah penyaringan dengan membran polisulfon dan polisulfon-mikrobentonit
Gambar 4.10 Nilai pH air gambut sebelum dan sesudah penyaringan
dengan membran polisulfon dan polisulfon-mikrobentonit 54
Gambar 4.11 Nilai total zat padat tersuspensi (TSS) air gambut sebelum dan sesudah penyaringan dengan membran polisulfon dan polisulfon-mikrobentonit
57
Gambar 4.12 Nilai total zat padat terlarut (TDS) air gambut sebelum dan sesudah penyaringan dengan membran polisulfon dan polisulfon-mikrobentonit
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
Lampiran A.1 Difraktogram bentonit sebelum aktivasi 67
Lampiran A.2 Difraktogram bentonit setelah aktivasi 67
Lampiran A.3 Spektrum FTIR membran PSf 68
Lampiran A.4 Spektrum FTIR membran PSf-B15% 68
Lampiran A.5 Permukaan membran polisulfon (PSf) 69
Lampiran A.6 Permukaan membran poisulfon+mikrobentonit 15%
(PSf-B15%) 69
Lampiran B.1 Ketebalan Membran Polisulfon Tanpa Bentonit (PSf) 70
Lampiran B.2 Ketebalan Polisulfon dengan Bentonit 5%(w/w)
(PSf-B5%) 70
Lampiran B.3 Ketebalan Membran Polisulfon dengan Bentonit
10%(w/w) (PSf-B10%) 70
Lampiran B.4 Ketebalan Membran Polisulfon dengan Bentonit
15%(w/w) (PSf-B15%) 70
Lampiran B.5 Ketebalan Membran Polisulfon dengan Bentonit
20%(w/w) (PSf-B20%) 70
Lampiran B.6 Waktu Permeat Membran Polisulfon 71
Lampiran B.7 Komposisi dope 71
Lampiran B.8 Waktu alir (fluks) membran 72
Lampiran C.1 Bentonit alam asal Kabupaten Bener Meriah, Aceh 73
Lampiran C.2 Proses pengayakan bentonit hingga ukuran 200 Mesh 73
Lampiran C.3 Bentonit 200 mesh sebelum aktivasi 74
Lampiran C.4 Bentonit 200 mesh setelah aktivasi 74
Lampiran C.5 Air gambut Daerah Panam Kota Pekanbaru 75
Lampiran C.6 Polisulfon (Psf) 75
Lampiran C.8 Plat kaca dan batang stainless steel 76
Lampiran C.9 Proses pengadukan larutan dope 77
Lampiran C.10 Pencetakan membran polisulfon 77
Lampiran C.11 Sel membran 78
Lampiran C.12 Membran setelah filtrasi 78
Lampiran C.13 Membran sebelum dan sesudah filtrasi 79
Lampiran C.14 Air gambut sebelum dan sesudah filtrasi 79
Lampiran C.15 Neraca analitik 80
Lampiran C.16 Alat Shimadzu X-ray Diffractometer Shimadzu 6000 80
Lampiran C.17 Fourier Transform Infrared Spectroscopy (Perkin
Elmer Spectrum Version10.03.07) 80
Lampiran D.1 PERMENKES RI No.416/PER/IX/1990 Tentang
