1 1.1 Latar Belakang
Air merupakan salah satu hal terpenting dalam kehidupan manusia. Industri memiliki potensi sebagai sumber terhadap pencemaran air, tanah dan udara baik secara langsung maupun tidak langsung. Pencemaran air merupakan masalah serius yang mengacu pada perubahan fisik, biologi, kimia dan kondisi air yang akan mengganggu keseimbangan ekosistem air. Pencemaran lingkungan akibat polusi minyak merupakan masalah yang sangat global karena memiliki dampak yang luas. Pencemaran air akibat polusi minyak disebabkan oleh laju pertumbuhan industri yang semakin berkembang, seperti industri minyak dan gas, petrokimia, industri farmasi, metallurgical dan industri makanan (Padaki et al, 2015). Pencemaran air juga sering terjadi karena adanya tumpahan minyak dilaut, seperti tumpahan minyak oleh perusahaan minyak Exxon Valdez (1989), tumpahan minyak diteluk Meksiko (2010) dan tumpahan minyak di Conoco Phillips Bohai (2011) (Peng et al, 2015).
Beberapa teknik yang biasa digunakan untuk penanggulangan pencemaran air akibat polusi minyak, diantaranya adalah in-situ burning, pemisahan secara mekanis, bioremidiasi, penggunaan sorbent, penggunaan bahan kimia dispersan, oil skimmers, magnetic separations, pengendapan dan pengapungan (Peng et al, 2015; Zhang et al, 2016). Namun, teknik tersebut masih memiliki beberapa kekurangan, diantaranya hanya dapat dipakai sekali atau tidak bisa digunakan secara kontinyu, tidak ramah lingkungan atau menggunakan senyawa yang mengandung racun, masih banyak partikel minyak yang lolos, biaya yang tinggi dan membutuhkan tempat yang luas untuk pemasangan. Untuk menanggulangi masalah tersebut, maka dibuatlah sebuah membran pemisah yang dapat memisahkan limbah minyak dalam air. Membran pemisah adalah salah satu cara efisien yang digunakan untuk menghilangkan pencemaran dalam air, dimana
membran yang digunakan harus memiliki sifat menyerap, tegangan permukaan, sifat alami hydrophilic/phobic, dan lain-lain (Cao et al, 2013).
Istilah membran didefinisikan sebagai lapisan tipis, pembatas antara dua fase yang bersifat semipermeabel. Teknologi membran banyak dikembangkan karena mempunyai beberapa keunggulan dibanding proses pemisahan yang lain. Keunggulannya yaitu pemisahan dapat berlangsung secara kontinyu, proses membran dapat dikombinasikan dengan proses pemisahan yang lain, sifat-sifat dan variabel membran dapat disesuaikan, zat adiktif yang digunakan tidak terlalu banyak, pemisahan larutan-larutan yang peka terhadap suhu (misalnya larutan biologis dan organik), energinya tergolong hemat dan bersih, serta relatif tidak menimbulkan limbah. Dengan keunggulan tersebut teknologi membran digunakan dalam aplikasi yang makin luas, misalnya desalinasi air laut dan air payau, pemisahan dan pemekatan air limbah industri (waste water treatment), penjernihan dan sterilisasi air minum, pemisahan gas, pemisahan minyak dan air (Muliawati, 2012).
Di Indonesia, teknologi membran belum berkembang begitu pesat seperti di negara maju karena membran belum banyak diproduksi di Indonesia. Industri yang akan menggunakan teknologi ini harus mengimpor membran sehingga harganya relatif lebih mahal. Upaya pembuatan membran dengan cara yang lebih sederhana diperlukan untuk mendapatkan membran yang memiliki harga produksi yang rendah. Membran nanofiber polimer dapat dibuat dengan teknik pengolahan yang berbeda, yaitu seperti drawing, template synthesis, phase separation, self-assembly, dan electrospinning (Ramakrishna et al, 2005). Dari beberapa teknik diatas, electrospinning merupakan teknik yang paling menjanjikan dalam pembuatan membran nanofiber. Electrospinning merupakan proses yang relatif cepat, sederhana, dan murah untuk membuat serat nano (nanofiber) yang memiliki diameter pori dari skala mikro sampai nano, dan menghasilkan nanofiber yang cukup panjang (kontinyu).
Dalam beberapa dekade terakhir, electrospinning telah menjadi metode yang diakui secara internasional untuk pembuatan nanofiber dari bahan polimer dengan diameter fiber yang dihasilkan dari skala mikrometer sampai nanometer.
Nanofiber electrospun sangat berguna dalam aplikasi canggih. Nataraj et al (2012) melaporkan beberapa hasil produk dari nanofiber electrospun yang digunakan dalam beberapa bidang aplikasi seperti bahan yang bersifat melindungi (perlindungan kimia, perlindungan biologi, perlindungan suhu, dan perlindungan magnetik), technical textile (pembuatan tektil, tahan udara, tahan terhadap air, antibakteri, dan membran afinitas), filtrasi (filtrasi udara, filtrasi cairan, dan filtrasi bahan bakar), pertanian (konsep rumah hijau mikro dan perlindungan tanaman), energi (sel surya, pembangkit listrik menggunakan bahan bakar, dan pembangkit listrik berbahan polimer, dalam bidang medis (sistem penghantar obat, pelindung luka, dan implan material).
Karena nanofiber memiliki aplikasi yang sangat menguntungkan dalam proses filtrasi, maka penelitian yang akan dilakukan ini lebih berfokus pada hasil produk nanofiber electrospun yang masuk dalam bidang aplikasi media filtrasi. Nanofiber sangat cocok untuk menyaring partikel-partikel submikron dari air ataupun udara, karena ukuran – ukuran fiber yang sangat kecil, yang mengakibatkan kemampuannya menjadi meningkat lebih baik. Nanofiber yang diaplikasikan sebagai membran filtrasi diharapkan dapat menjadi media filtrasi yang efektif, efisien dan murah. Beberapa bahan polimer yang dapat digunakan untuk membuat membran nanofiber adalah polysulfone (PSf), polyethersulfone (PES), polyacrylonitrile (PAN), polypropylene (PP), polyvinylidene fluoride (PVDF), cellulose acetate (CA), dan polyvinyl alcohol (PVA) (Feng et al, 2008; Chen et al, 2009).
Dalam penelitian ini, pemilihan bahan polimer yang digunakan untuk membuat membran nanofiber adalah polyacrylonitrile (PAN). PAN adalah salah satu material membran yang banyak dibutuhkan dalam aplikasi ultrafitrasi dan mikrofiltrasi karena PAN memiliki sifat hidrofilik dengan gugus nitril yang sangat polar. Polimer polymid secara umum mempunyai karakter yang baik untuk digunakan dalam pembuatan membran ultrafiltrasi. Keunikan sifat hidrofilik dari membran PAN ditunjukan dengan adanya efek pengotor yang rendah pada membran (low fouling) selama proses filtrasi. PAN adalah salah satu polimer yang bersifat semikristalin serta memiliki sifat fisik dan mekanik yang kuat (Jung et al,
2005). Fiber PAN memiliki struktur jaringan longgar, porositas yang tinggi dan memiliki sifat anti korosi (Liu et al, 2015).
Membran PAN dapat digunakan sebagai membran filtrasi air karena memiliki kekuatan mekaniknya yang bagus sehingga membran PAN dapat digunakan secara berkelanjutan (kontinyu) pada proses filtrasi air (Peng et al, 2015; Shi et al, 2015). Polimer PAN memiliki kombinasi berupa kesetabilan kimia dan termal yang bagus (Cao et al, 2013). PAN juga dapat diaplikasikan sebagai media absorpsi dan membran komposit (Yu et al, 2010). Keunggulan lain membran nanofiber PAN sebagai media filtrasi air adalah memiliki sifat yang mudah menyerap air, daya serap yang tinggi (high porosity), dan memiliki ukuran pori yang kecil (Mei et al, 2012).
Penelitian pembuatan membran nanofiber sebagai media filtrasi air yang menggunakan bahan polimer PAN dengan metode electrospinning sudah banyak dilaporkan dalam penelitian terdahulu, namun dalam penelitian terdahulu polimer PAN dicampur dengan bahan lain, seperti polysulfone (PSf), cellulose acetate (CA), polystyrene (PS), polyvinyl alcohol (PVA), halloysite nanotubes (HNTS),
NAOH dan lain-lain. Sehingga dalam penelitian ini, peneliti akan membuat membran nanofiber dari bahan polimer polyacrylonitrile tanpa ada penambahan bahan lain dengan menggunakan metode electrospinning. Diharapkan penelitian tentang nanofiber dari bahan polyacrylonitrile dapat dijadikan membran pemisahan yang mampu memisahkan minyak dan air secara efisien.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas, maka permasalahan yang ingin dibahas dalam laporan ini adalah :
1. Apakah membran nanofiber PAN yang dibuat dengan variasi konsentrasi menggunakan teknik electrospinning dapat dijadikan sebagai membran pemisah minyak/air ?
2. Bagaimana analisis morfologi permukaan dan gugus fungsi membran PAN sebelum dan sesudah digunakan sebagai membran pemisah minyak/air ?
3. Bagaimana nilai sudut kontak dan fluks pada membran PAN sebagai membran pemisah minyak/air ?
4. Bagaimana hasil pemisahan minyak/air yang menggunakan membran PAN dengan sistem dead-end dan cross-flow ?
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah :
1. Membuat membran nanofiber dari bahan polimer PAN dengan variasi konsentrasi menggunakan metode electrospinning sebagai membran pemisahan minyak/air.
2. Mengetahui analisis morfologi permukaan dan gugus fungsi membran PAN sebelum dan sesudah digunakan sebagai membran pemisah minyak/air.
3. Mengetahui nilai sudut kontak dan fluks membran PAN sebagai membran pemisah minyak/air.
4. Mengevaluasi hasil pemisahan minyak/air menggunakan membran PAN dengan sistem dead-end dan cross-flow.
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah pada penelitian ini adalah :
1. Digunakan satu pelarut pada PAN yaitu DMF.
2. Parameter waktu yang digunakan untuk membuat membran nanofiber adalah 2 jam untuk setiap sampel.
3. Tidak digunakan parameter tegangan selain 15 kV dan jarak ujung jarum kekolektor adalah 15 cm.
4. Menggunakan aquades dan minyak oli sebagai uji pemisahan minyak/air.
5. Menggunakan perbandingan komposisi minyak/air sebesar 2/20 ml dan disonifikasi selama 20 menit.
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini nantinya diharapkan dapat memberikan informasi mengenai pengaruh perbedaan konsentrasi dan sampel uji pada membran nanofiber PAN terhadap morfologi, gugus fungsi, permeabilitas dan selektivitas membran, sehingga dapat dijadikan referensi pada modifikasi permukaan membran selanjutnya sebagai aplikasi membran pemisahan minyak dan air. Serta dapat menggali informasi potensi aplikasi yang bisa dikembangkan dari nanofiber PAN.
