PENGARUH PENAMBAHAN FILLER MWCNT TERHADAP KINERJA MEMBRAN FILTRASI KITOSAN-PEG.

(1)

PENGARUH PENAMBAHAN FILLER MWCNT TERHADAP KINERJA MEMBRAN FILTRASI KITOSAN-PEG

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Menempuh Ujian Sidang Sarjana

Sains Program Studi Kimia

Oleh

DWIRIZKI PRIMASTARI S. 1103602

PROGRAM STUDI KIMIA

DEPARTEMEN PENDIDIKAN KIMIA

FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

(2)

PENGARUH PENAMBAHAN FILLER MWCNT TERHADAP KINERJA MEMBRAN FILTRASI KITOSAN-PEG

Oleh

DWIRIZKI PRIMASTARI S. 1103602

Sebuah skripsi yang diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains pada Program Studi Kimia Fakultas

Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

©Dwirizki Primastari S

Universitas Pendidikan Indonesia Oktober 2015

Hak Cipta dilindungi Undang-Undang.

(3)

DWIRIZKI PRIMASTARI.S

PENGARUH PENAMBAHAN FILLER MWCNT TERHADAP KINERJA MEMBRAN FILTRASI KITOSAN-PEG

DISETUJUI DAN DISAHKAN OLEH PEMBIMBING

Pembimbing I,

Fitri Khoerunnisa, Ph.D NIP.197806282001122001

Pembimbing II,

Dr. Hendrawan, M.Si NIP. 196309111989011001

Mengetahui

Ketua Departemen Pendidikan Kimia

(4)

Dwirizki Primastari, 2015

PENGARUH PENAMBAHAN FILLER MWCNT TERHADAP KINERJA MEMBRAN FILTRASI KITOSAN PEG

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu 18

BAB III

METODELOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan melalui beberapa tahap diantaranya tahap sintetis,

karakterisasi serta uji kinerja. Tahap sintesis dan uji kinerja membran dilakukan di

Laboratorium Riset Kimia Lingkungan Jurusan Pendidikan Kimia FPMIPA B

Universitas Pendidikan Indonesia, Bandung. Penelitian dimulai pada bulan April

2015 sampai Oktober 2015

3.2 Alat dan Bahan

Bahan yang digunakan adalah Kitosan (DD 68,11%), Polietilen Glikol 6000

(PEG6000), Natrium Hidroksida (NaOH), Asam asetat 98%, Akuades, Graphene

Oxide suspended (GO) (metode Hummer), Multiwall Carbon Nanotubes

(MWCNT) dengan metode Chemical Vapor Deposision (CVD) , menghasilkan

MWCNT~100nm bundle. Fungsionalisasi MWCNT menggunakan asam kuat

(H2SO4 dan HNO3). GO dan MWCNT didapat dari Wako Chemical, Japan.

Alat-alat yang digunakan pada tahap sintesis berupa alat-alat gelas standar

meliputi gelas kimia 100 mL, 250 mL, gelas ukur 10 mL, 100 mL, kaca arloji,

batang pengaduk, spatula, botol semprot, magnetic stirer, pipet ukur 2 mL, 5 mL,

10 mL, magnetic bar, pengaduk mekanik, ultrasonik, neraca analitis, alat pencetak

membran (PS/Steroform). Sedangkan alat-alat yang digunakan untuk optimasi

(permeabilitas) yaitu menggunakan set alat filtrasi sistem dead-end yang

(5)

19

Dwirizki Primastari, 2015

PENGARUH PENAMBAHAN FILLER MWCNT TERHADAP KINERJA MEMBRAN FILTRASI KITOSAN PEG

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

3.3 Metode Penelitian

Secara garis besar penelitian ini terdiri dari tahap sintesis dan optimasi

(Gambar 3.1). Tahap sintesis meliputi penyiapan larutan-larutan penyusun

membran. Tahap optimasi meliputi penentuan kondisi optimum membran

kitosan-PEG-MWCNT dengan memvariasikan volum MWCNT. Komposisi membran

(6)

20

Dwirizki Primastari, 2015

PENGARUH PENAMBAHAN FILLER MWCNT TERHADAP KINERJA MEMBRAN FILTRASI KITOSAN PEG

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu Optimum Membran Kitosan-PEG-MWCNT

Tahap sintesis

Kitosan

Lar. Kitosan 3% - ditimbang

- ditambah lar. as asetat 2% - ditambahkan akuades hingga

100mL

- Diaduk 1 Jam hingga kitosan larut semua

PEG

Lar.PEG 2% - ditimbang - ditambah akuades

100mL - aduk

fMWCNT

Lar.MWCNT - ditimbang - ditambah GO

- ditambahkan akuades 100 mL - diultrasonik 30 menit

Tahap optimasi

- Distirer selama 5 menit - dituangkan dalam cetakan PS - dikeringkan selama 4-5hari suhu ruang - direndam dalam lar.NaOH 1M 1 jam - dinetralkan dengan akuades Membran Kitosan-PEG-MWCNT

[image:6.595.106.502.89.416.2]

Analisis data dan kesimpulan

(7)

21

Dwirizki Primastari, 2015

PENGARUH PENAMBAHAN FILLER MWCNT TERHADAP KINERJA MEMBRAN FILTRASI KITOSAN PEG

3.4 Prosedur Penelitian 3.4.1 Tahap Sintesis

3.4.1.1 Tahap Preparasi

3.4.1.1.1 Pembuatan Larutan Kitosan 3%

Kitosan ditimbang sebanyak 3 gram, ditambahkan asam asetat

98% sebanyak 2,04 mL, kemudian dilarutkan dalam akuades hingga 100

mL. Diaduk menggunakan pengaduk mekanik selama satu jam pada suhu

ruang.

3.4.1.1.2 Pembuatan Larutan PEG 2%

PEG ditimbang sebanyak 2 gram, kemudian ditambahkan akuades

100 mL. Diaduk dengan menggunakan batang pengaduk hingga kristal PEG

larut seluruhnya.

3.4.1.1.3 Pembuatan Larutan MWCNT (Dispersi MWCNT dalam larutan GO)

Graphene Oxide (GO) ditimbang sebanyak 1 gram kemudian

ditambahkan akuades 100 mL, lalu ditambahkan MWCNT sebanyak 0,001

gram. Diultrasonik selama 30 menit.

3.4.1.1.4 Pembuatan Larutan NaOH 1 M

NaOH ditimbang sebanyak 4 gram, kemudian dilarutkan dalam 100

mL akuades. Diaduk hingga NaOH larut semua.

3.4.1.2 Tahap Optimasi Komposisi MWCNT

Pada tahap ini dilakukan pembuatan membran kitosan-PEG (2:1)

dengan empat variasi volum MWCNT untuk mengetahui komposisi optimum

dari penambahan filler MWCNT dalam membran. Volum kitosan dan PEG,

serta suhu dan waktu dibuat tetap.

Dicampurkan larutan Kitosan 3%, larutan PEG 2% dan larutan

MWCNT terdispersi GO dengan variasi masing-masing (Tabel 3.1). Kemudian

diaduk menggunakan magnetic stirer selama 5 menit. Lalu dicetak

(8)

22

Dwirizki Primastari, 2015

PENGARUH PENAMBAHAN FILLER MWCNT TERHADAP KINERJA MEMBRAN FILTRASI KITOSAN PEG

kering (4-5 hari). Kemudian membran yang telah kering direndam dalam

larutan NaOH 1M selama satu jam, dan dinetralkan menggunakan akuades.

Membran yang telah dinetralkan diukur nilai permeabilitasnya untuk

[image:8.595.184.441.217.368.2]

menentukan komposisi MWCNT optimum.

Tabel 3.1 Perbandingan Variasi Volum Membran Kitosan-PEG-MWCNT

Kitosan 3% PEG 2% MWCNT terdispersi GO

A0 8 4 -

A1 8 4 1

A2 8 4 2

A3 8 4 3

A4 8 4 4

Uji Permeabilitas

Uji permeabilitas bertujuan untuk mengetahui kemampuan air/laju fluks

air dalam melewati membran. Pada pengujian permeabilitas digunakan

aquades. Gambaran detail alat filtrasi sistem dead-end diilustrasikan gambar

3.2. Pengujian ini dilakukan dengan menempatkan membran uji kedalam set

alat filtrasi, dalam penelitian ini menggunakan sistem dead-end filtrasi.

Membran dipotong berbentuk lingkaran dengan diameter 5 cm (Ukuran

disesuaikan dengan desain alat filtrasi) kemudian diletakkan didalam alat

filtrasi. Sebelum diuji fluks air, terlebih dahulu dilakukan kompaksi terhadap

membran. Kompaksi dilakukan dengan memberikan tekanan 2 atm (28 psi)

untuk mengalirkan air melewati membran hingga diperoleh fluks air yang

konstan dengan volume air yang diisikan sebesar 200 ml. Waktu kompaksi

yang digunakan minimal 30 menit, dalam penelitian ini melakukan kompaksi

selama satu jam. Tujuan dari kompaksi ini agar diperoleh membran yang

memiliki pori stabil. Penentuan laju fluks dilakukan dengan menggunakan

persamaan 3.1.

(9)

23

Dwirizki Primastari, 2015

PENGARUH PENAMBAHAN FILLER MWCNT TERHADAP KINERJA MEMBRAN FILTRASI KITOSAN PEG

[image:9.595.181.489.260.481.2]

(3.1)

Gambar 3.2 Set-up dead-end filtrasi

Kran untuk membuang tekanan

Kran untuk memasukan larutan umpan (feed)

Slinder Teflon

Cincin O-Karet

Silinder plastik transparan

Batang penyangga

Cincin O-karet

Outlet/permeat Membran

Magnetic stirer

Kran untuk kompresor

Dimana:

Jw = Laju fluks (L/m2jam) Q = Volume permeat (Liter)

(10)

Dwirizki Primastari, 2015

PENGARUH PENAMBAHAN FILLER MWCNT TERHADAP KINERJA MEMBRAN FILTRASI KITOSAN PEG

27 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan

bahwa:

1. Sintesis membran dengan metode solution mixing dapat digunakan pada

pembuatan membran kitosan-PEG-MWCNT dimana masing-masing bahan

dilarutkan pada pelarutnya.

2. Komposisi optimum MWCNT dalam membran kitosan-PEG dengan rasio

volum 8:4:3 memberikan nilai permeabilitas sebesar 3,159 L/m2.jam.

5.2Saran

Berdasarkan temuan dan simpulan di atas, terdapat beberapa rekomendasi

untuk penelitian selanjutnya, diantaranya:

1. Perlu dilakukan penambahan variasi uji permeabilitas terhadap variasi

tekanan dan ketebalan membran.

2. Perlu ditambakan uji karakteristik dan kinerja lain, seperti pengujian

(11)

Dwirizki Primastari, 2015

PENGARUH PENAMBAHAN FILLER MWCNT TERHADAP KINERJA MEMBRAN FILTRASI KITOSAN PEG

28

DAFTAR PUSTAKA

Abrahams, J.M & Chen, W. (2007). Composition and Method for Vascular

Embolization. US

Camargo, P.H.C., Satyanarayana, K.G., & Wypych, F. (2009). Nanocomposites:

Synthesis, Structure, Properties and New Application Oppurnities.

Material Research, 12 hlm. 1-39

Choudhary, V & Gupta, A. (2011). Polymer/Carbon Nanotube Nanocomposites.

In Yellampalli, S (Eds.). Carbon Nanotubes - Polymer Nanocomposites.

Daenen, M., De Fouw, R.D., Hamers, B., Janssen, P.G.A., Schouteden, K., &

Veld, M.A.J. (2003). The Wondrous World of Carbon Nanotubes.

Eindhoven University of Technology

Davis, M.L. (2010). Water and Wastewater Engineering Design Principles and

Practice. U.S: McGraw-Hill Companies, Inc.

Endo, M., Strano, M.S., & Ajayan, P.M. (2008). Potential Applications of Carbon

Nanotubes. Applied Physics, 111, hlm. 13-62

General Electric Company. (2014). Cross Flow Filtration Method Handbook.

29-0850-76 AB

Harris, P.J.F. (2009). Carbon Nanotube Science. UK: Cambridge University Press

Hill, D.E., Lin, Y., Rao, A.M., Allard, L.F & Sun, Y-P. (2002). Functionalization

of Carbon Nanotubes with Polystyrene. Macromolecules, 35 hlm.

9466-9471

Jiang, W.H & Han, S.J. (1997). Study of Interaction Between Polyethylene Glycol

and Chitosan by Viscosity Method. Polymer Science, 36 hlm. 1275-1281

Kementerian Lingkungan Hidup Republik Indonesia. (2012). Status Lingkungan

(12)

29

Dwirizki Primastari, 2015

PENGARUH PENAMBAHAN FILLER MWCNT TERHADAP KINERJA MEMBRAN FILTRASI KITOSAN PEG

Kim, S., Chen, L., Johnson, J.K., & Marand, E. (2007). Polysulfone and

Functionalized Carbon Nanotuube Mixed Matrix Membranes for Gas

Separation: Theory and Experiment. Membrane Science, 294, hlm.

147-158

Koch membrane system technology Group, LCC Company. (2012). An Overview

of Membrane Technology and Theory. U.S

Koch membrane system technology Group, LCC Company. (2013). Membrane

Filtration Technology: Meeting Today’s Water Treatment Challenges. U.S

Kumar, M.N.V.R. (2000). A Review of Chitin and Chitosan Applications.

Reactive & Functional Polymers, 46, hlm. 1-27

Lewis, R.S. ed.(2007).Hawley’s Condersed Chemical Dictionary, 15th

ed. New

York. John Wiley &Sons,Inc.

Malcolm Pirnie, Inc. (2001). Low-Pressure Membrane Filtration for Pathogen

Removal: Application, Implementation, and Regulatory. United States:

Environmental Protection Agency

Malcolm Pirnie, Inc. (2005). Membrane Filtration Guidance Manual. Virginia :

United States Environmental Protection Agency

Meyyappan, M. (Ed.). (2005). Carbon Nanotubes Science and Applications. U.S:

CRC Press

Moridi, Z., Mottaghitalab, V dan Haghi, A.K. (2011). Detailed Review of Recent

Progress in Carbon Nanotube/Chitosan Nanocomposites. Iran

Munir, A. (2006). Dead End Membrane Filtration. (disertasi). Laboratory

Feasibility Studies in Enviromental Engineering

O’Connell, M.J (Ed.). (2006). Carbon Nanotubes Properties and Applications.

(13)

30

Dwirizki Primastari, 2015

PENGARUH PENAMBAHAN FILLER MWCNT TERHADAP KINERJA MEMBRAN FILTRASI KITOSAN PEG

Park, C., Ounaies, Z., Watson, K.A., Crooks, R.E., Jr, J.S., Lowther, S.E.,...Clair,

T.L.St. (2002). Dispersion of Single Wall Carbon Nanotubes by In-Situ

Polymerization Under Sonication. Chemical Physics, 364, hlm 303-308

Patti,A., Barretta, R., Marotti de Sciarra, F., Mensitieri, G., Menna, C & Russo, P.

(2015). Flexural Properties of Multi-wall Carbon

Nanotube/Polypropylene composite: Experimental investigation and

nonlocal modeling. Composite Structure, 131, hlm 282-289

Pinnekamp, J.(Ed.). (2003). Membrane Technology for Waste Water Treatment.

Germany: Institute of Enviromental Engineering of the RWTH Aachen

University

Puspitasari. D. (2009). Modifikasi Membran Kitosan-Polietilen Glikol (PEG) dan

Pengaruhnya Terhadap Karakterisasi Membran (skripsi tidak

diterbitkan). Universitas Pendidikan Indonesia. Bandung

Rangel-Mendez, J.R., Escobar-Barrios, V.A., Davila-Rodriguez, J.L. (2010).

Chitin Based Biocomposite for Removal of Contaminants from Water: A

Case Study of Fluoride Adsorption. Biopolymer. NC-SA

Rowe,R.C., Sheskey,P.J & Quinn, M.E. (2009). Handbook of Pharmaceutical 6th

edition. London:Pharmaceutical Press

Stevens, M.P. (2001). Polymer Chemistry: An Introduction : Kimia Polimer. (Iis.

S,Trans.). Pradnya Paramita:Jakarta

Sun-Ok, F.K. (2004). Physicochemical and Functional Properties of Crawfish

Chitosan As Affected by Different Processing Protocols. (thesis). Seoul

National University, Seoul

Sung, Y.T., Kum, C.K., Lee, H.S., Byon, N.S., Yoon, H.G & Kim, W.N. (2005).

Dynamic Mechanical and Morphological Properties of

Polycarbonate/Multi-Walled Carbon Nanotube Composite. Polymer, 46,

(14)

31

Dwirizki Primastari, 2015

PENGARUH PENAMBAHAN FILLER MWCNT TERHADAP KINERJA MEMBRAN FILTRASI KITOSAN PEG

Tang, W., Santare, M.H & Advani, S.G. (2003). Melt Processing and Mechanical

Property Charracterization of Multi-Walled Carbon Nanotube/High

Density Polyethylene (MWNT/HDPE) Composite Films. Carbon, 41,

2779-2785

Tang, C., Xiang, L., Su, J., Wang, K., Yang, C., Zhang, Q & Fu, Q. (2008).

Improved Tensile Properties of Chitosan Film via Unique Synegristic

Reinforcing Carbon Nanotube and Clay. Phys-Chem, 112, hlm.

3876-3881

Tang, C., Zhang, Q., Wang, K., Fu, Q., & Zhang, C. (2009). Water Transport

Behavior of Chitosan Porous Membranes Containing Multi-Walled

Carbon Nanotubes (MWNTs). Membrane Science, 337, hlm 240-247

Venkatesan, J., Ryu, B., Sudha, N.P., Kim, S.K.. (2011). Preparation and

characterization of chitosan–carbon nanotube scaffolds for bone tissue

engineering. Biological Macromolecules, 50.

Wang, H., & Zhou, H., (2013). Understand The Basics of Membrane Filtration.

American Institute of Chemical (AIChE)

Wang S.F., Shen, L., Zhang, W.D., Tong, Y.J., (2005). Preparation and

Mechanical Properties of Chitosan-Carbon nanotube composite,

Biomacromolecules, 6, hlm 3067-3072

Wang, Q., Dong, Z., Du, Y & Kennedy, J.F. (2007). Controlled Release of

Ciprofloxacin Hydrochloride from Chitosan/Polyethylene Glycol Blend

Films. Carbohydrate Polymers, 69, hlm. 336-343

Wang, Q., Zhang, N., Hu, X., Yang, J., & Du, Y. (2007). Chitosan/Polyethylene

Glycol Blend Fibers and Their Properties for Drug Controlled Release.

(15)

32

Dwirizki Primastari, 2015

PENGARUH PENAMBAHAN FILLER MWCNT TERHADAP KINERJA MEMBRAN FILTRASI KITOSAN PEG

Wu, H., Tang, B., & Wu, P. (2010) Novel Ultrafiltration Membranes Prepared

from A Multi-Walled Carbon Nanotube/Polymer Composite. Membrane

Science, 362, hlm 374-383

Zeng, M., Fang, Z., & Xu, C., (2003). Novel Method of Preparing Microporous

Membrane by Selective Dissolution of Chitosan/Polyethylene Glycol

Blend Membrane. Polymer Science, 91, hlm 2840–2847

Zeng, M., & Fang, Z. (2004). Preparation of Sub-micrometer Porous Membrane

From Chitosan/Polyetylene Glycol semi-IPN. Membrane Science, 245,

hlm 95-102

Zhang, C., Ren, L., Wang, X & Liu, T. (2010). Graphene Oxide-Assisted

Dispersion of Pristine Multiwalled Carbon Nanotubes in Aqueous Media.