DARI KITIN – SEKAM PADI UNTUK
PROSES PERVAPORASI
Iwan Ridwan, Rispiandi
Teknik Kimia – Politeknik Negeri Bandung Jl. Gegerkalong Hilir – Ds Ciwaruga, Bandung 40012
Telp/fax : (022) 2016 403 E-mail : ridwantk@gmail.com
rispiandi@gmail.com
Abstrak
Pervaporasi merupakan proses pemisahan yang menggunakan membran rapat. Membran ini dapat memisahkan campuran bahan organik azeotrop yang mempunyai titik didih hampir sama pada tekanan atmosfir. Pemisahan pada proses ini didasarkan pada kelarutan umpan terhadap membran bukan berdasarkan ukuran molekul umpan. Pada proses pervaporasi untuk dehidrasi isopropanol-air, membran yang digunakan adalah membran komposit kitosan-silika yang memiliki sifat hidrofilik, tidak larut oleh isopropanol, memiliki fluks yang baik namun selektivitas yang rendah, serta tahan pada operasi bertekanan. Kitosan sebagai bahan baku utama membran merupakan turunan kitin melalui proses deasetilasi. Derajat deasetilasi kitin sebesar 56% diperoleh berdasarkan perhitungan melalui analisis FTIR. Penambahan silika dilakukan untuk meningkatkan kinerja membran sehingga memiliki nilai fluks dan selektivitas yang baik. Dari hasil analisis DoS terlihat bahwa semakin tinggi konsentrasi isopropanol maka DoS membran akan semakin kecil. Namun, penambahan silika pada membran komposit kitosan-silika tidak mampu menurunkan DoS membran. Dengan menggunakan analisis SEM terlihat bahwa membran memiliki kerapatan yang baik (dense) walaupun memiliki rekahan yang disebabkan adanya agregat silika atau kitosan yang tidak larut.
Kata kunci : membran, komposit, kitosan-silika
PENDAHULUAN
Pemisahan alkohol dengan distilasi konvensional tidak dapat menghasilkan alkohol dengan kemurnian yang tinggi karena memiliki keterbatasan terutama pada kondisi azeotrop. Sedangkan pemisahan dengan menggunakan pelarut yang selektif terhadap salah satu komponen pada proses distilasi membutuhkan biaya besar. Untuk mengantisipasi permasalahan tersebut maka perlu dilakukan suatu cara alternatif untuk mendapatkan alkohol murni dengan biaya seminimal mungkin. Dengan berkembangnya teknologi membran, pemisahan larutan yang memiliki kondisi azeotrop dapat
dilakukan dengan teknik pervaporasi karena lebih efektif, lebih hemat energi dan ramah lingkungan dibandingkan dengan cara konvensional.
bahan komposit membran untuk meningkatkan kemampuan membran dalam memisahkan campuran rantai alkohol dengan air sehingga di dapatkan alkohol yang murni. Penambahan zeolit sebagai komposit pada membran
diharapkan mampu meningkatkan
kinerja membran antara lain menurunkan derajat pengembangan (DoS), meningkatkan nilai selektivitas membran tanpa menurunkan fluks total, serta menurunkan energi aktivasi.
METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung. Peralatan yang digunakan pada proses pembuatan membran komposit antara lain reaktor leher tiga, plat kaca, motor pengaduk, batang pengaduk, penangas white oil, sel membran, refraktometer, pompa peristaltik, dan pompa vakum. Bahan yang digunakan dalam pembuatan membran komposit kitosan-silika adalah kitin, NaOH, asam asetat, sekam padi, air aquadest, isopropanol dan asam sulfat.
Secara garis besar pembuatan membran komposit kitosan-silika dapat dilihat di Gambar 1.
Kitin yang telah dipotong dicampurkan dengan NaOH 60% di dalam reaktor dengan perbandingan 1 : 20 b/v. Kondisi proses deasetilasi dijaga pada temperatur 124°C selama 90 menit dengan pengadukan.
Silika diperoleh dari sekam padi yang telah kering kemudian dipanaskan hingga menjadi arang (berwarna abu-abu) pada tungku terbuka. Arang sekam padi diabukan di dalam furnace. Abu sekam padi kemudian diayak menggunakan alat pengayak sehingga diperoleh silika. Silika yang diperoleh
dari sekam padi kemudian digunakan pada pembuatan membran komposit kitosan-silika.
Gambar 1 Proses Pembuatan Membran Komposit
Pada pembuatan membran, kitosan yang diperoleh dari transformasi kitin dilarutkan di dalam larutan asam asetat 6% dengan perbandingan 3,5 : 100 b/v. Larutan tersebut kemudian diaduk hingga homogen. Selanjutnya ditambahkan silika dengan variasi konsentrasi 0,25% dan 0,5% b/v kemudian diaduk hingga homogen. Larutan tersebut dibuat menjadi membran dengan metoda casting, yaitu dengan menuangkan larutan di atas plat kaca kemudian diratakan dengan ketebalan membran sesuai dengan yang diinginkan. Hasil casting kemudian dikeringkan di dalam tempat tertutup agar terhindar dari debu selama tiga hari pada temperatur ruang. Setelah kering maka terbentuk membran pada plat kaca tersebut. Membran yang dihasilkan direndam di dalam larutan yang terdiri dari 3% NaOH, 47% etanol, dan 50% air aquadest untuk menetralkan membran dan memudahkan pada saat melepaskan membran dari plat kaca. Selanjutnya membran direndam di dalam larutan H2SO4 1 M untuk proses
crosslinking selama lima menit.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kitin Kitosan Larutan
dengan penambahan NaOH pada temperatur 124oC selama 90 menit disertai pengadukan. Dengan kondisi operasi tersebut diperoleh kitin yang terkonversi menjadi kitosan sebesar 56%. Sebelumnya telah dilakukan proses deasetilasi dengan penambahan NaOH 50% pada suhu 93oC selama 8 jam. Namun proses deasetilasi pada kondisi tersebut menghasilkan kitosan yang sangat rendah. Hal ini dibuktikan dengan pengujian pelarutan dalam larutan asam asetat dimana pada konsentrasi asam asetat 2%, 4%, 6%, dan 8% hasil dari produk proses deasetilasi tersebut tidak dapat larut.
Silika dan kitosan dilarutkan dalam larutan asam asetat 6% karena dari hasil pengujian, kitosan tidak dapat larut dengan baik pada konsentrasi larutan asam asetat 2% dan 4%. Hal ini disebabkan karena asam asetat pada konsentrasi tersebut tidak dapat melarutkan kitosan dengan baik pada derajat deasetilasi sebesar 56%. Selain itu juga disebabkan karena masih terdapat kitin yang tidak terkonversi menjadi kitosan dan tidak dapat larut dengan asam asetat. Peningkatan kelarutan kitosan berbanding lurus dengan peningkatan derajat deasetilasi.
Di Gambar 2 dapat dilihat bahwa penambahan silika secara keseluruhan tidak mengurangi nilai DoS kitosan. Kondisi tersebut tidak sesuai dengan yang diharapkan dimana penambahan silika seharusnya dapat mengurangi derajat pengembangan pada membran. Hal ini disebabkan karena membran kitosan yang ada memiliki sifat hidrofilik yang rendah sehingga akan lebih banyak menyerap air dan meningkatkan nilai DoS. Membran kitosan-silika 0,5% secara keseluruhan memiliki nilai DoS yang lebih rendah dibandingkan dengan membran
kitosan-pervaporasi diharapkan membran memiliki fluks dan selektivitas yang lebih tinggi.
Gambar 2 Kurva Pengaruh Konsentrasi Isopropanol Terhadap DoS Membran
kitin. Gambar 3 adalah grafik hasil analisis FTIR terhadap kitosan.
Gambar 3 Analisis FTIR Kitosan
Proses deasetilasi menyebabkan gugus asetil berkurang dan digantikan oleh gugus amina yang memiliki sifat hidrofilik atau dapat menyerap air. Melalui perhitungan dengan metoda Baseline didapatkan jumlah persentase transformasi gugus asetil menjadi gugus amina atau derajat deasetilasi sebesar 56%. Nilai tersebut menunjukkan persentase jumlah kitin yang terkonversi menjadi kitosan, sementara sisanya masih dalam bentuk kitin. Nilai derajat deasetilasi ini masih rendah dan itu menunjukkan bahwa kurang lebih 50% membran kitosan memiliki sifat yang hidrofilik dan selektif terhadap air, sementara sisanya masih memiliki sifat yang hidrofobik atau tidak dapat berinteraksi dengan air karena masih terdapat gugus asetil yang tersisa dan tidak dapat terkonversi menjadi gugus amina. Besar nilai derajat deasetilasi ini mempengaruhi proses pelarutan kitosan dalam asam asetat dan mempengaruhi nilai selektivitas membran.
Analisis SEM dilakukan untuk mengetahui karakteristik morfologi atau sifat fisik permukaan maupun penampang membran pada ukuran mikroskopik. Sampel yang digunakan adalah membran kitosan, membran
kitosan-silika 0,25%, dan membran kitosan-silika 0,5%. Gambar 4 adalah gambar hasil analisis SEM pada membran.
(a) (b)
(c)
Gambar 4 Penampang Melintang Membran (a) kitosan; (b) silika 0,25%;(c)
kitosan-silika 0,5%
Berdasarkan analisis SEM dapat diketahui bahwa membran kitosan memiliki permukaan yang tidak rata karena masih adanya padatan kitosan yang tidak larut dan tidak tersaring pada proses penyaringan. Namun, berdasarkan pengamatan pada penampang melintang membran kitosan memiliki sifat fisik paling rata dibandingkan membran kitosan-silika. Membran kitosan melalui analisis SEM memiliki ketebalan kurang lebih 0,033 mm.
tidak sempurna. Selain itu, berdasarkan pengamatan pada penampang samping membran ini memiliki rekahan. Rekahan tersebut disebabkan karena adanya agregat silika pada membran yang tidak terdispersi dengan baik. Ketebalan yang diperoleh berdasarkan analisis SEM adalah 0,023 mm.
Membran kitosan-silika 0,5% memiliki permukaan yang tidak rata dan terdapat lebih banyak rekahan dibandingkan membran kitosan-silika 0,25%. Hal ini disebabkan karena penambahan silika yang lebih banyak pada membran kitosan-silika 0,5% sehingga menyebabkan agregat silika yang terdapat pada membran tersebut menjadi lebih banyak pula. Membran kitosan-silika 0,5% memiliki ketebalan berdasarkan analisis SEM sebesar 0,036 mm.
Berdasarkan pengamatan pada penampang melintang membran, ketiga membran bersifat rapat (dense) dan tidak berpori. Oleh karena itu, ketiga membran tersebut dapat diaplikasikan pada proses pervaporasi. Hal ini sesuai dengan karakteristik membran pada proses pervaporasi dimana membran yang digunakan merupakan membran yang tidak berpori. Jika membran yang digunakan memiliki pori, hal ini akan menyebabkan selektivitas membran terhadap air akan sangat rendah sehingga isopropanol akan lolos melewati membran dan tidak akan terjadi pemisahan antara isopropanol dan air.
KESIMPULAN
Proses transformasi kitin menjadi kitosan dilakukan pada temperatur 124°C dengan waktu proses 90 menit dan menghasilkan derajat deasetilasi sebesar 56%. Nilai derajat deasetilasi ini
kinerja membran dalam proses pervaporasi.
Membran kitosan memiliki karakteristik antara lain permukaan yang rapat (dense), memiliki sifat hidrofilik yang rendah karena derajat deasetilasinya yang relatif rendah, dan memiliki DoS yang lebih kecil dibandingkan membran kitosan-silika.
Membran kitosan-silika 0,25% dan 0,5% memiliki karakteristik diantaranya memiliki struktur membran yang rapat (dense) namun terdapat rekahan, memiliki sifat hidrofilik yang rendah, dan DoS yang lebih tinggi dibandingkan membran kitosan. Pada analisis DoS, membran kitosan-silika 0,5% memiliki nilai DoS yang lebih rendah dibandingkan membran kitosan-silika 0,25%.
Penambahan silika pada membran dapat meningkatkan sifat hidrofilik membran, namun tidak dapat meningkatkan selektivitas membran.
UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih kepada Bapak Haryadi,Ph.D, Dodi Rosyadi dan Fajar Ismail yang sudah membantu penyelesaian penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
Amalia, Bunga dan Pipih Siti Hanipah. 2007. Pengaruh Suhu dan Waktu Deasetilasi dalam Pembuatan Khitosan sebagai Pengawet, Tugas Akhir. Politeknik Negeri Bandung
Huang, Z, dkk. 2006. Multilayer poly(vinyl alcohol)-zeolite 4A composite membranes for ethanol dehydration by means of pervaporation. J. Separation and Purification , 85 (11), 1-11.
Mulder, Marcel. 1996. Basic Principles of Membrane Technology. Netherland: Kluwer Academic Publishers
Praptowidodo, Veronica S. Susilowati. 1999. Dasar-Dasar Teknologi Membran. Bandung : Jurusan Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung
Saim, Nursharina dan Hashim Hassan.
2008. Preparation of
