LAPORAN PRAKTIKUM
Polymer Inclusion Membrane (PIM) untuk Recovery Logam Pb
Oleh:
Bianda Capella Aulia Shafiyah NIM. 162012333049
Dosen Pembimbing:
Dr. Eng. Moch. Lutfi Firmansyah, S.Si., M.Phil.
PRODI REKAYASA NANOTEKNOLOGI
FAKULTAS TEKNOLOGI MAJU DAN MULTIDISIPLIN UNIVERSITAS AIRLANGGA
2023
DAFTAR ISI
BAB I: PENDAHULUAN 1
1.1. TUJUAN 1
1.2. LATAR BELAKANG 1
1.3. RUMUSAN MASALAH 1
1.4. MANFAAT 2
BAB II: METODOLOGI 2
2.1. ALAT 2
2.2. BAHAN 2
2.3. PROSEDUR KERJA 2
2.3.1. SINTESIS PIM MEMBRAN 2
2.3.2. PEMBUATAN LARUTAN UNTUK UJI ADSORPSI LOGAM Pb 3
2.3.3. PEMBUATAN LARUTAN KALIBRASI 3
2.3.4. UJI ADSORPSI LOGAM Pb KE MEMBRAN 3
BAB III: HASIL DAN PEMBAHASAN 3
3.1. KARAKTERISASI MEMBRAN 3
3.1.1. OBSERVASI VISUAL 3
3.1.2. DATA ANALISIS FT-IR 5
3.2. ADSORPSI LOGAM 6
3.2.1. LARUTAN KALIBRASI 6
3.2.2. LARUTAN SAMPEL 7
KESIMPULAN 10
DAFTAR PUSTAKA 10
BAB I PENDAHULUAN
1.1. TUJUAN
1. Mensintesis dan mengkarakterisasi Polymer inclusion membrane (PIM).
2. Mengetahui adsorpsi logam ke berbagai variasi komposisi PIM.
1.2. LATAR BELAKANG
Timbal (Pb) adalah logam berat yang menimbulkan resiko lingkungan dan kesehatan manusia yang signifikan karena sifatnya yang beracun. Kegiatan industri seperti pertambangan, pembuatan baterai, dan peleburan berkontribusi terhadap pelepasan timbal ke lingkungan, mencemari tanah, air, dan udara. Penghilangan dan pemulihan timbal secara efektif dari sumber-sumber yang terkontaminasi sangat penting untuk perbaikan lingkungan dan konservasi sumber daya. Oleh karena itu, pengembangan teknologi yang efektif untuk pemulihan logam berat dari limbah menjadi sangat penting. Salah satu metode yang menjanjikan adalah menggunakan Polymer Inclusion Membrane (PIM).
Polymer Inclusion Membrane (PIM) telah muncul sebagai teknologi yang menjanjikan untuk recovery logam berat, termasuk timbal. PIM adalah membran komposit yang terdiri dari matriks polimer, plasticizer, dan ionic liquid carrier, yang secara selektif mengangkut ion logam target melintasi membran. Matriks polimer memberikan stabilitas struktural, sedangkan plasticizer meningkatkan fleksibilitas membran dan kelarutan ekstraktan. ionic liquid carrier berperan dalam ekstraksi dan transpor ion logam secara selektif.
Proses pemulihan logam berat menggunakan PIM melibatkan proses adsorpsi dan transportasi ion logam melalui membran. Ketika larutan yang mengandung ion logam berat melewati membran PIM, ion logam berat akan berinteraksi dengan gugus fungsional pada polimer dan membentuk kompleks. Kompleks tersebut akan teradsorpsi ke dalam membran dan terkonsentrasi di dalamnya.
Penerapan PIM untuk pemulihan timbal menawarkan beberapa keuntungan.
Pertama, PIM dapat secara selektif menyerap dan mengangkut ion timbal, memungkinkan penghilangan timbal secara efisien dari larutan yang terkontaminasi.
Kedua, PIM dapat beroperasi dalam kondisi ringan, mengurangi konsumsi energi dan potensi dampak lingkungan. Selain itu, PIM memungkinkan pemulihan timbal dari larutan encer, sehingga cocok untuk berbagai aplikasi industri dan lingkungan.
1.3. RUMUSAN MASALAH
Rumusan masalah yang dapat dikaji pada praktikum kali ini adalah:
1. Bagaimana cara mensintesis Polymer inclusion membrane (PIM)?
2. Bagaimana hasil visualisasi dan FT-IR dari PIM?
3. Apa pengaruh komposisi PIM pada adsorpsi logam?
1.4. MANFAAT
Manfaat yang didapatkan pada praktikum kali ini adalah:
1. Mengetahui cara cara mensintesis dan mengkarakterisasi Polymer inclusion membrane (PIM).
2. Memahami pengaruh komposisi PIM pada adsorpsi logam.
3. Dapat meningkatkan skill keterampilan laboratorium, seperti teknik sintesis, karakterisasi, dan analisis data.
BAB II METODOLOGI
2.1. ALAT
Alat yang digunakan pada praktikum kali ini adalah cawan petri, magnetic stirrer, bar magnetic, gelas beaker, gelas ukur, pipet tetes, micropipet, labu ukur, termometer, tabung falcon, kuvet, pinset, spatula, timbangan digital, UV-Vis dan FT-IR.
2.2. BAHAN
Bahan yang digunakan pada praktikum kali ini adalah Pb (Lead standard solution treaceable), Trioctyldodecyl Phosphonium Chloride (P8,8,8,12Cl), 2-Nitrophenyl octyl ether (2-NPOE), Tetrahidrofuran (THF), Polyvinyl Chloride (PVC), akuades, etanol 70% dan indicator xylenol orange (XO).
2.3. PROSEDUR KERJA 2.3.1. SINTESIS PIM MEMBRAN
Tiga variasi komposisi sampel membrane yang berbeda-beda dibuat terlebih dahulu dengan detail sebagai berikut:
PIM 70/30 PIM 80/20 PIM 90/10
PVC (mg) 0.84 0.96 1.08
P8,8,8,12Cl (mg) 0.12 0.12 0.12
2-NPOE (mg) 0.24 0.12 0
Total (gr) 1.2 1.2 1.2
Masing-masing variasi komposisi sampel tersebut kemudian diberi THF sebanyak 20 mL dan ditutup dengan aluminium foil. Selanjutnya, masing-masing sampel diaduk menggunakan magnetic stirrer yang telah dilengkapi oleh magnetic bar dan termometer dengan kecepatan 300 rpm dan dipanaskan diatas hot plate pada suhu 30oC hingga seluruh komponen larut. Setelah larut, tiap-tiap sampel dibagi menjadi 2 ke dalam cawan petri dan ditutup rapat. Membran yang telah dipindahkan ke dalam cawan petri kemudian ditutup dengan menggunakan aluminium foil dan ditumpuk oleh benda berat dan didiamkan agar menguap perlahan selama 7 hari hingga terbentuk membran.
2.3.2. PEMBUATAN LARUTAN UNTUK UJI ADSORPSI LOGAM Pb
Larutan Pb 50 ppm dibuat dengan menggunakan lead standard solution treaceable sebanyak 10 mL dicampurkan dengan 200 mL akuades. Larutan kemudian diaduk hingga tercampur rata dan disimpan untuk melakukan uji adsorpsi logam ke membran.
2.3.3. PEMBUATAN LARUTAN KALIBRASI
Larutan kalibrasi dengan ppm 25, 50, 75, 100, 125, dan 150 dibuat dengan melakukan pengenceran dari larutan stok Pb yang ada. Larutan kalibrasi dengan ppm 25 dibuat dengan menambahkan 0.25 mL larutan stok Pb pada labu ukur 10 mL, larutan kalibrasi dengan ppm 50 dibuat dengan menambahkan 0.5 mL larutan stok Pb pada labu ukur 10 mL, larutan kalibrasi dengan ppm 75 dibuat dengan menambahkan 0.75 mL larutan stok Pb pada labu ukur 10 mL, larutan kalibrasi dengan ppm 100 dibuat dengan menambahkan 1 mL larutan stok Pb pada labu ukur 10 mL, larutan kalibrasi dengan ppm 125 dibuat dengan menambahkan 1.25 mL larutan stok Pb pada labu ukur 10 mL, larutan kalibrasi dengan ppm 150 dibuat dengan menambahkan 1.5 mL larutan stok Pb pada labu ukur 10 mL. Setelah itu masing-masing labu ukur ditambahkan dengan akuades hingga mencapai garis yang ada.
2.3.4. UJI ADSORPSI LOGAM Pb KE MEMBRAN
Ketiga variasi membran yang telah dibuat ditimbang terlebih dahulu hingga mencapai 0.1 gram. Selanjutnya, tiga gelas beaker disiapkan dan masing-masing ditambahkan 50 mL larutan Pb 50 ppm yang telah dibuat sebelumnya. Setelah itu ketiga gelas beaker tersebut diletakkan di atas magnetic stirrer dan diaduk dengan kecepatan 400 ppm. Ketiga variasi membran yang telah ditimbang masing-masing dimasukkan ke dalam gelas beaker yang telah teraduk. Ketiga sampel tersebut kemudian dibiarkan teraduk (di-stirring) selama 24 jam.
BAB III
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. KARAKTERISASI MEMBRAN 3.1.1. OBSERVASI VISUAL
(a) (b) (c)
Gambar 1. Observasi visual membran PVC dengan komposisi (a) PIM 70/30, (b) PIM 80/20 dan (c) PIM 90/10 sebelum dilakukan uji adsorpsi
Gambar 1 menunjukkan observasi visual dari tiga variasi komposisi membran PVC yang menandakan bahwa membran berhasil terbentuk. Gambar 1 (a) adalah membran variasi PIM 70/30 yang tampak bening, sangat tipis dan kurang elastis.
Gambar 1 (b) adalah membran variasi PIM 80/20 yang tampak bening, lumayan tebal dan elastis. Gambar 1 (c) adalah membran variasi PIM 90/10 yang tampak bening, tebal dan tidak elastis. Jika ketebalan dan keelastisitasan dari ketiga viariasi tersebut dibandingkan, maka hasil yang didapatkan seperti di bawah ini:
Tabel 1. Perbandingan sifat fisik dari tiga membran PIM Ketebalan PIM 90/10 > PIM 80/20 > PIM 70/30 Keelastisitasan PIM 80/20 > PIM 70/30 > PIM 90/10
Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa PIM 90/10 merupakan membran yang paling tebal. Ketebalan dari membran dipengaruhi oleh banyaknya komposisi polimer yang terkandung. Hal ini dapat terjadi karena semakin tinggi konsentrasi polimer, semakin banyak polimer yang akan terdeposit di permukaan dan dalam struktur membran, sehingga menghasilkan membran yang lebih tebal (Kaczorowska, 2022). Dari segi keelastisitasan, PIM 80/20 merupakan membran yang paling elastis. Menurut Lin et al. (2013), sebenarnya semakin banyak plasticizer dalam membran maka membran tersebut semakin elastis, karena molekul plastisizer terinterkalasi di antara rantai polimer, mengurangi gaya tarik antara molekul polimer, dan meningkatkan mobilitas molekul polimer. Jadi, seharusnya membran PIM 70/30 merupakan membran yang paling elastis. Tetapi dalam praktikum ini membran PIM 80/20 merupakan membran yang paling elastis.
Hal ini kemungkinan dapat terjadi karena penuangan membran ke dua cawan petri yang tidak presisi.
Gambar 2. Observasi visual membran PVC dengan komposisi (a) PIM 70/30, (b) PIM 80/20 dan (c) PIM 90/10 setelah dilakukan uji adsorpsi
Gambar 2 merupakan hasil observasi visual dari tiga variasi komposisi membran PVC setelah dilakukan adsorpsi logam berat Pb. Ketiga membran tersebut tampak lebih buram dibandingkan dengan sebelum dilakukan adsorpsi Pb.
Ketiga variasi membran tersebut menunjukkan perbedaan ukuran keburaman yang tidak signifikan. Logam berat yang teradsorpsi dapat membentuk kompleks dengan gugus fungsional pada polimer dalam membran. Pembentukan kompleks ini dapat menyebabkan perubahan struktur dan kejernihan membran, yang pada akhirnya mengakibatkan buramnya membran (Witt et al., 2018). Selain itu, penumpukan logam berat pada permukaan atau dalam matriks membran juga dapat mengganggu penyebaran cahaya melalui membran. Ketika partikel-partikel logam berat teradsorpsi dalam jumlah yang signifikan, mereka dapat menyebabkan hamburan cahaya dan mengurangi transparansi membran, sehingga membuatnya tampak buram (Zawierucha et al., 2019).
3.1.2. DATA ANALISIS FT-IR
(a) (b) (c)
(a)
(b)
Gambar 3. Hasil analisis FT-IR membran (a) PIM 70/30, (b) PIM 80/20 dan (c) PIM 90/10
Analisis FT-IR dilakukan untuk mengetahui gugus fungsi yang terkandung dalam membran. Gambar 3 menunjukkan hasil analisis ketiga variasi membran PIM sebelum dan setelah dilakukan adsorpsi logam berat Pb. Dapat dilihat bahwa etiga variasi membran yang digunakan untuk adsorpsi tetap stabil karena spektra FT-IRdi ketiga variasi membran tersebut tidak mengalami banyak perubahan dari sebelum dan sesudah adsorpsi logam Pb. Hasil analisis FT-IR masing-masing variasi membran sebelum adsorpsi logam Pb menunjukkan adanya peak sekitar 700-800 cm-1 yang menunjukkan adanya ikatan (C-Cl) pada PVC yang digunakan sebagai gugus fungsi pada polimer. Ketika membran mengadsorpsi logam Pb, peak tersebut akan menghilang karena perubahan struktur konformasi PVC. Adanya logam Pb pada membran mengaburkan peak pada range 700-800 cm-1. Selain itu di ketiga variasi membran tersebut terdapat peak di sekitar 2800-3000 cm-1 yang menandakan adanya ikatan gugus polifenol (-OH), stretching (-C-H) alifatik yang bertanggung jawab untuk pengikatan logam Pb (Chand & Pakade, 2013). Pada gambar 3 (c) yang merupakan variasi membran PIM 90/10 terdapat peak pada range 1500-1700 cm-1 yang menunjukkan adanya ikatan karbonil (C=O) dari gusus karboknilat pada PVC, setelah melakukan adorpsi peak tersebut hilang yang menunjukkan adanya interaksi logam Pb terhadap gugus tersebut.
3.2. ADSORPSI LOGAM 3.2.1. LARUTAN KALIBRASI
Tabel 2. Absorbansi larutan kalibrasi dengan konsentrasi yang berbeda Konsentrasi Pb (ppm) Absorbansi
25 1.18002
(c)
50 1.1954
75 1.21301
100 1.23346
125 1.25097
150 1.27157
Gambar 4. Hasil analisis UV-Vis dalam larutan kalibrasi logam Pb dengan konsentrasi yang berbeda
Gambar 5. Kurva regresi linear dari larutan kalibrasi
Gambar 4 merupakan grafik hasil analisis UV-Vis dalam larutan kalibrasi logam Pb dengan konsentrasi yang berbeda-beda. Dalam grafik tersebut terdapat peak di sekitar 400-450 nm yang menandakan adanya logam Pb dalam sampel di semua konsentrasi. Gambar 5 merupakan hasil olahan kurva regresi linear dari larutan kalibrasi logam Pb dengan base line yang dimulai dari absorbansi 1.1 (a.u) dan didapatkan peak tertinggi dari masing-masing larutan kalibrasi yang mana digunakan untuk mencari nilai regresi linear (tabel 2). Dari kurva tersebut, didapatkan nilai regresi linear adalah � = 0.0007� + 1.1596 dengan R2 sebesar 0.9981. Nilai R2 (koefisien determinasi) sekitar 0.99, ini menunjukkan bahwa sekitar 99% variasi dalam data target dapat dijelaskan oleh variabel independen yang digunakan dalam model. Dengan kata lain, model regresi linear memiliki
kalibrasi. Nilai regresi selanjutnya digunakan untuk menentukan konsentrasi dari larutan sampel setelah dilakukan adsorpsi.
3.2.2. LARUTAN SAMPEL
Gambar 6. Hasil analisis UV-Vis pada larutan sampel setelah dilakukan adsorpsi
Tabel 3.Peak larutan sampel terhadap variasi komposisi membran
Variasi Komposisi Absorbansi
PIM 70/30 1.17006
PIM 80/20 1.17076
PIM 90/10 1.19446
Hasil dari grafik UV-Vis larutan sampel menunjukkan adanya puncak tertinggi dari sampel (Tabel 3) yang mana digunakan untuk menentukaan konsentrasi dari larutan sampel setelah dilakukan adsorpsi dengan Polymer Inclusion Membrane (PIM) (Gambar 6).
Perhitungan konsentrasi larutan sampel setelah dilakukan adsorpsi dengan menggunakan membran PIM ditunjukkan di bawah ini:
1. PIM 70/30
y=0.0007x+1.1596 1.17006=0.0007x+1.1596 0.0007x=1.17006−1.1596 0.0007x=0.01046
x=0.01046 0.0007 x≃14.943ppm 2. PIM 80/20
y=0.0007x+1.1596 1.1707 6=0.0007x+1.1596
0.0007x=1.170 7 6−1.1596 0.0007x=0.01 116
x=0.01116 0.0007 x≃14.943ppm 3. PIM 90/10
y=0.0007x+1.1596 1.1 9446=0.0007x+1.1596 0.0007x=1.1 944 6−1.1596 0.0007x=0.0 348 6
x=0.0 3486 0.0007 x≃49.8ppm
Setelah didapatkan konsentrasi larutan sampel yang sudah dilakukan proses adsorpsi, persentase adsorpsi kemudian dihitung dari setiap variasi komposisi membran untuk mendapatkan efisiensi adsorpsi. Berikut perhitungan persentase adsorpsi dari variasi komposisi membran:
1. PIM 70/30
%adsorpsi=konsentrasi awal−konsentrasi akhir
konsentrasiakhir ×100 %
%adsorpsi=50−14.943
50 ×100 %
%adsorpsi=35.057
50 ×100 %
%adsorpsi≃70.114 % 2. PIM 80/20
%adsorpsi=konsentrasi awal−konsentrasi akhir
konsentrasiakhir ×100 %
%adsorpsi=50−1 5 .943
50 ×100 %
%adsorpsi=3 4 .057
50 ×100 %
%adsorpsi≃68 .114 % 3. PIM 90/10
%adsorpsi=konsentrasi awal−konsentrasi akhir
konsentrasiakhir ×100 %
%adsorpsi=50−49.8
50 ×100 %
%adsorpsi=0.2
50 ×100 %
%adsorpsi≃0.4 %
Gambar 7. Persentase efisiensi penyerapan logam Pb oleh variasi komposisi membran
Berdasarkan hasil persentase efisiensi adsorpsi yang didapatkan dari setiap variasi komposisi membran, terlihat bahwa efisiensi adsorpsi tertinggi dimiliki oleh PIM 70/30 sementara efisiensi terendah dimiliki oleh PIM 90/10 (Gambar 7). Hal ini dikarenakan adanya peran dari 2-NPOE dalam komposisi PIM70/30 yang dapat meningkatkan transportasi logam di membran (Wang et al., 2016). Sementara pada variasi membran PIM 90/10 tidak terkandung plasticizer 2-NPOE. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa semakin tinggi konsentrasi 2-NPOE yang terkandung dalam PIM maka semakin tinggi efisiensi adsorpsi dari membran.
KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil dari praktikum kali ini adalah:
1.
Membran dapat dihasilkan dengan menggunakan metode Polymer inclusion membrane (PIM). Membran yang berhasil dibuat tampak bening serta ketebalan dan keelastisitasan yang berbeda tergantung dengan komposisi membran yang dibuat.Setelah berhasil melakukan sintesis, dilakukan karakterisasi menggunakan FTIR untuk mengetahui gugus fungsi yang terkandung dalam membran sebelum dan setelah dilakukan adsorpsi terhadap larutan Pb 50 ppm yang ditunjukkan dengan adanya peak dari gugus 700-800 cm-1 yang menunjukkan adanya ikatan (C-Cl) pada PVC, 2800- 3000 cm-1 yang menandakan adanya ikatan gugus polifenol (-OH), stretching (-C-H) alifatik, dan 1500-1700 cm-1 yang menunjukkan adanya ikatan karbonil (C=O) dari gusus karboknilat pada PVC. Analisis UV-Vis dilakukan untuk mengetahui efisiensi adsorpsi dari membran.
2. Efisiensi adsorpsi dari PIM 70/30, PIM 80/20, dan PIM 90/10 secara berturut-turut yaitu 70.114 %, 68.114 %, dan 0.4 %
DAFTAR PUSTAKA
Chand, P., & Pakade, Y. B. (2013). Removal of Pb from Water by Adsorption on Apple Pomace: Equilibrium, Kinetics, and Thermodynamics Studies. Journal of Chemistry, 2013, 1–8. https://doi.org/10.1155/2013/164575
Kaczorowska, M. A. (2022). The Use of Polymer Inclusion Membranes for the Removal of Metal Ions from Aqueous Solutions—The Latest Achievements and Potential Industrial Applications: A Review. Membranes, 12(11), 1135.
https://doi.org/10.3390/membranes12111135
Lin, J., Kao, W., Tsai, Y., & Chang, Y. (2013). Effect of granular characteristics on pasting properties of starch blends. Carbohydrate Polymers, 98(2), 1553–1560.
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2013.07.039
Wang, D., Hu, J., Li, Y., Fu, M., Liu, D., & Chen, Q. (2016). Evidence on the 2- nitrophenyl octyl ether (NPOE) facilitating Copper (II) transport through polymer inclusion membranes. Journal of Membrane Science, 501, 228–235.
https://doi.org/10.1016/j.memsci.2015.12.013
Witt, K., Radzyminska-Lenarcik, E., Kosciuszko, A., Gierszewska, M., & Ziuziakowski, K. (2018). The Influence of the Morphology and Mechanical Properties of Polymer Inclusion Membranes (PIMs) on Zinc Ion Separation from Aqueous Solutions.
Polymers, 10(2), 134. https://doi.org/10.3390/polym10020134
Zawierucha, I., Nowik-Zajac, A., & Kozlowski, C. (2019). Removal of Pb(II) Ions Using Polymer Inclusion Membranes Containing Calix[4]resorcinarene Derivative as Ion Carrier. Polymers, 11(12), 2111. https://doi.org/10.3390/polym11122111
