4 Hasil dan Pembahasan - Perpustakaan Digital ITB ...Pada pemanasan, BPO diaktifkan melalui...

21

4 Hasil dan Pembahasan

4.1 Sintesis Kopolimer Akrilonitril-Glisidil metakrilat (PAN-GMA)

Pembuatan kopolimer PAN-GMA oleh peneliti sebelumnya (Godjevargova, 1999) telah

dilakukan melalui polimerisasi radikal bebas dengan menggunakan inisiator AIBN. Pada

penelitian ini, sintesis kopolimer PAN-GMA dibuat dengan cara yang sedikit berbeda yaitu

dilakukan melalui polimerisasi radikal bebas dengan benzoil peroksida sebagai inisiator

disertai dengan adanya aliran gas N2. Polimerisasi teknik massa dipilih berdasarkan pada

kelebihannya sebagai teknik síntesis yang paling sederhana, polimer yang dihasilkannya

memiliki kemurnian yang tinggi, rendemen tinggi, dan tidak memerlukan proses pemisahan

(Radiman, 2004).

Pada umumnya, polimerisasi radikal yang melibatkan inisiator, melewati beberapa tahap

reaksi yaitu inisiasi, propagasi, dan terminasi. Tahap inisiasi merupakan tahap dimana pusat

aktif mulai terbentuk. Pada tahap propagasi, pusat aktif akan bereaksi dengan monomer

secara adisi kontinu. Tahap terminasi merupakan tahap dimana pusat aktif akan dinon-

aktifkan.

Inisiator adalah senyawa yang tidak stabil terhadap panas dan akan terurai menjadi suatu

radikal pada suhu tertentu serta lajunya bergantung pada strukturnya. Pada penelitian ini,

digunakan benzoil peroksida (BPO) sebagai inisiator. Pada pemanasan, BPO diaktifkan

melalui homolisis termal membentuk radikal-radikal benziloksi (Gambar 4.1). Radikal

benzoil kemudian akan mengadisi monomer dengan membuka ikatan rangkap (vinil)

monomer. Polimerisasi ini disebut juga polimerisasi vinil.

C

O

O O C

O

2 C

O

O

Gambar 4.1. Homolisis termal BPO

Reaksi samping dari inisiasi BPO mungkin saja terjadi. Reaksi samping yang diperkirakan

dapat terjadi adalah: reaksi kombinasi (kebalikan) dari reaksi homolisisnya sehingga menjadi

senyawa benzoil peroksida kembali, reaksi dekomposisi radikal benziloksi menjadi radikal

fenil dan karbon dioksida, reaksi kombinasi radikal dan reaksi dekomposisi imbas.

22

Pengaruh suhu polimerisasi terhadap massa kopolimer yang diperoleh ditunjukkan pada

Gambar 4.2. Rentang suhu yang digunakan adalah 60-80 0C. Rentang ini didasarkan pada

penelitian sebelumnya oleh Godjevargova. Dari hasil penelitian terlihat adanya hubungan

yang linier antara suhu polimerisasi dengan massa kopolimer yang diperoleh. Hal ini

ditunjukkan dengan nilai R2 = 0,9946. Semakin tinggi suhu yang digunakan, semakin besar

massa kopolimer yang diperoleh. Ini tentu saja berhubungan dengan laju reaksi

polimeriasinya.

y = 0,1271x - 7,2409R2 = 0,9946

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

50 60 70 80 90

Suhu (0C)

Mas

sa P

olim

er (g

)

Gambar 4.2. Kurva pengaruh suhu terhadap hasil reaksi

Polimerisasi massa dari AN menunjukkan adanya kelakuan autokatalitik meskipun pada

konversi yang rendah. Akibatnya, kontrol temperatur sulit dikarenakan meningkatnya

viskositas. Dengan begitu, peningkatan suhu tidak dapat mempengaruhi laju inisiasi karena

tidak ada (sedikit) inisiator yang hilang. Untuk penggunaan laboratorium, metode untuk

menghasilkan bagian transparan dari polimer ini dapat dilakukan dengan menggunakan

inisiator seperti asam p-toluen sulfonat, AIBN, benzoil peroksida, dan campurannya.

Salah satu kekurangan dari polimerisasi massa adalah terjadinya efek gel. Efek gel

disebabkan karena molekul polimer berdifusi melalui medium viskos sehingga memperkecil

kemampuan dua rantai panjang radikal untuk bergabung dan mengalami tahap terminasi.

Pada saat konversi, kecepatan polimerisasi menjadi sangat kecil karena sistem menjadi

seperti gelas, sehingga monomernya sudah tidak ada pada saat ujung pertumbuhan rantai.

Secara fisik, koplimer AN-GMA yang diperoleh pada penelitian ini berupa serbuk putih dan

rapuh dengan rendemen 30% dan derajat polimerisasi, DPn 335. Kebanyakan dari polimer,

begitu juga kopolimer, bersifat non polar. Pemurnian PAN-GMA dilakukan menggunakan

non pelarut metanol. Kopolimerisasi dengan radikal bebas utamanya menghasilkan

23

kopolimer acak dan amorf. Ini disebabkan karena BPO menginisiasi rantai vinil dari setiap

monomer secara tidak selektif sehingga susunan rantai tidak teratur (ataktik). Mekanisme

pembentukan rantai pada polimerisasi radikal dapat berlangsung melalui reaksi adisi kepala-

ekor, kepala-kepala, atau ekor-ekor. Pembentukan rantai polimer melalui ikatan kepala-ekor

memberikan polimer yang lebih stabil daripada rantai yang terbentuk melalui ikatan kepala-

kepala atau ekor-ekor. Hal itu disebabkan semata-mata karena peran resonansi elektron.

Adanya ikatan kepala-kepala atau ekor-ekor dalam rantai polimer menyebabkan

ketidakmurnian pada produk polimer. Ketidakmurnian dari polimer ini pada dasarnya dapat

ditentukan dengan melakukan degradasi polimer pada ikatan tersebut (Malcolm, 2001).

4.2 Karakterisasi PAN-GMA

4.2.1 Analisis gugus fungsi

Gugus fungsi yang terdapat pada kopolimer dapat ditunjukkan dengan menggunakan

spektroskopi infra merah. Analisis gugus fungsi PAN-GMA yang terbentuk dilakukan

melalui FTIR-ATR. Spektrum PAN-GMA dibandingkan dengan spektrum dari masing-

masing monomer AN dan GMA. Spektrum PAN-GMA yang diperoleh menyakinkan telah

terjadinya penggabungan dua macam monomer yang berbeda dalam suatu rantai panjang

polimer yang baru. Spektrum FTIR PAN-GMA ditunjukkan pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3. Spektrum FTIR kopolimer PAN-GMA

500100015002000300040001/cm

25

50

75

100

%T

3527

.80

3431

.36

3061

.03

2999

.31

2935

.66

2376

.30

2277

.93

2044

.54

1726

.29 16

68.4

3

1481

.33

1448

.54

1388

.75

1342

.46

1271

.09

1257

.59

1170

.79

1149

.57

993.

3496

6.34

906.

54 846.

75

758.

02

659.

66

596.

00

540.

07

451.

34

PAN-GMA 80

2277,93 cm-1

904,54 cm-1

24

Dari spektrum FTIR untuk kopolimer PAN-GMA terlihat adanya puncak dengan intensitas

yang kecil pada bilangan gelombang 2277,93 cm-1 dimana puncak ini merupakan puncak

yang berhubungan dengan vibrasi nitril. Dari spektrum overlay antara PAN-GMA dengan

monomer akrilonitril (Gambar A.4) terlihat bahwa puncak nitril mengalami pergeseran

dibandingkan terhadap puncak monomer awalnya. Pergeseran puncak ini disebabkan oleh

terbentuknya ikatan baru yang sifatnya lebih kuat dari ikatan semula (Silverstein, 1991).

Spektra ini menunjukkan bahwa akrilonitril telah berhasil dikopolimerisasi meskipun dengan

konsentrasi yang rendah.

Pada spektrum kopolimer PAN-GMA terlihat banyak sekali puncak yang karakteristik

dengan vibrasi ikatan GMA. Hal ini dibuktikan melalui overlay spektra PAN-GMA dengan

monomer GMA (Gambar A.5). Pada spektra PAN-GMA terlihat adanya puncak di 906,54

cm-1 sampai 993,34 cm-1. Puncak ini merupakan puncak yang khas untuk gugus epoksida. Ini

mengindikasikan bahwa pada penelitian ini GMA juga telah terkopolimerisasi dengan baik.

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa kopolimer PAN-GMA telah dapat disintesis

pada kondisi pengukuran yang telah diusulkan pada metodologi penelitian.

4.3 Sintesis Membran PAN-GMA

Membran PAN-GMA disintesis melalui teknik inversi fasa-pengendapan dengan pencelupan

(immersion precipitation). Pada penelitian ini, pembuatan membran dilakukan dengan

menvariasikan konsentrasi larutan cetak membran 10% (b/b) dan 15% (b/b), serta waktu

evaporasi membran (10 menit dan 25 menit). Pembuatan larutan cetak dilakukan dengan

melarutkan PAN-GMA dalam DMF. Secara termodinamika, suatu polimer akan larut dengan

baik apabila memenuhi dua parameter, yaitu: parameter kelarutan (δ) dan parameter

antaraksi pasangan polimer-pelarut (g12). Pemilihan pelarut merupakan faktor penting dalam

pembuatan membran karena akan mempengaruhi struktur dan bentuk membran yang

diperoleh. Untuk mendapatkan larutan cetak yang homogen, polimer dan pelarut harus

memiliki parameter kelarutan (δ) yang berdekatan.

Parameter kelarutan (δ) merupakan salah satu parameter yang berperan dalam proses

koagulasi secara pencelupan. Parameter ini diperlukan karena pada metode inversi fasa,

penyiapan membran dilakukan dengan polimer yang terlarut. Berdasarkan literatur nilai δ

untuk DMF adalah sebesar 9,4 sedangkan PAN sebesar 15,4 (Mark, 1999). Nilai δ PGMA

belum diketahui dari literatur karena termasuk polimer baru. Meskipun nilai δ DMF dengan

PAN tidak terlalu dekat tetapi berdasarkan penelitian sebelumnya, (Godjevargova et al,

1999) dan (Hans et al, 2002), PAN-GMA dapat larut dengan baik dalam DMF.

25

Pelarutan PAN-GMA oleh DMF terjadi melalui dua proses yaitu, penggembungan (swelling)

yang lambat dan dispersi. Pada saat swelling, molekul pelarut teradsorpsi pada permukaan

molekul polimer sehingga terjadi perubahan dimensi rata-rata. Molekul polimer

menggembung dengan faktor δ yang berhubungan dengan antaraksi intramolekul antara

segmen suatu rantai. Pada proses dispersi, polimer akan terdispersi membentuk larutan

polimer dan tidak ada ikatan kimia yang putus. Polimer yang berikatan silang dapat

menggembung dalam pelarut yang baik tetapi tidak dapat larut pada tahap ini.

Parameter antaraksi (g12) merupakan suatu koefisien tanpa dimensi yang karakteristik dari

sifat polimer di dalam suatu pelarut. DMF merupakan pelarut bersifat dipolar aprotik.

Berdasarkan Gambar 4.4 nilai g12 air-DMF > air-asam asetat > air-dioksan > air-aseton > air-

THF. Pencelupan larutan cetak PAN-GMA ini dalam air menyebabkan difusi pelarut DMF

ke dalam air berlangsung cepat. Ini akan menghasilkan pori-pori membran dengan ukuran

yang cukup besar dibanding jika menggunakan pelarut lain dengan sifat yang non polar.

a : THFb : Asetonc : Dioksand : Asam asetate : DMF

(air)

Gambar 4.4. Kurva pelarut dan nonpelarut berdasarkan nilai g12 nya (Mulder, 1996)

Tahapan pembuatan membran PAN-GMA dengan teknik inversi fasa melewati beberapa

tahap, diantaranya: pembuatan larutan cetak yang homogen, pencetakan larutan cetak,

penguapan sebagian pelarut, pencelupan kedalam bak koagulasi, dan difusi pelarut dengan

non pelarut. Penguapan sebagian pelarut diatas pelat kaca menyebabkan pelarut DMF pada

lapisan atas akan mengalami difusi ke atmosfer. Ini menyebabkan lapisan atas akan

kekurangan pelarut sedangkan lapisan bawahnya kaya pelarut. Faktor penguapan ini dapat

dipengaruhi oleh suhu ruang dan kelembaban udara pada saat pencetakan. Pada saat

pencelupan kedalam non pelarut, DMF akan mengalami difusi ke air dan meninggalkan

ruang-ruang yang akan membentuk pori membran. Pada proses ini akan terjadi pemisahan

fasa.

Selama pemisahan fasa berlangsung, fasa yang kaya polimer akan membentuk matriks

membran, sedangkan fasa yang mengandung polimer terlarut (miskin polimer) akan

membentuk pori. Karena lapisan atas film memiliki sedikit pelarut daripada lapisan

26

bawahnya, maka lapisan atas akan mempunyai pori dengan ukuran yang lebih kecil dari

lapisan bawahnya. Ukuran pori yang berbeda antara lapisan atas dan bawah membran

menyebabkan membran berbentuk asimetrik. Selektifitas membran asimetrik ditentukan oleh

lapisan atas (lapisan aktif) membran.

Proses difusi antara pelarut dan non pelarut dapat terjadi melalui dua cara yaitu, pemisahan

spontan cair-cair (instantaneous liquid-liquid demixing) dan pemisahan tertunda cair-cair

(delayed onset of liquid-liquid demixing). Pada pemisahan spontan cair-cair, pemisahan

terjadi secara langsung antara pelarut dan non pelarut. Porositas membran yang dihasilkan

besar karena penghilangan pelarut terjadi secara cepat. Membran yang diperoleh akan

memiliki lapisan atas yang berpori. Pada pemisahan tertunda cair-cair, pelarut dan non

pelarut tidak langsung terpisah. Membran yang dihasilkan memiliki pori yang kecil karena

penghilangan pelarut terjadi secara lambat. Pencampuran ini akan menghasilkan jenis

membran dengan lapisan atas padat atau tidak berpori.

Mekanisme penting dalam pencampuran cair-cair (liquid-liquid demixing) dari larutan

polimer adalah pembentukan inti dan pertumbuhannya. Pembentukan inti akan stabil jika

energi aktifasi untuk pembentukan inti lebih tinggi dari energi bebas permukaannya. Proses

ini berlangsung secara lambat (Mulder, 1996).

4.4 Karakterisasi Membran PAN-GMA

4.4.1 Ketahanan pelarut dan swelling membran

Untuk memperoleh aplikasi recovery, membran PAN-GMA harus memiliki karakteristik

sebagai membran yang tahan terhadap pelarut. Pengujian terhadap ketahanan pelarut

dilakukan menggunakan pelarut metanol, benzen, dan toluen. Berdasarkan hasil penelitian

diperoleh bahwa membran memiliki ketahanan yang baik terhadap metanol untuk setiap

variasi komposisi dan waktu evaporasi membran. Ini ditunjukkan dengan tidak terjadinya

penambahan massa dan dimensi membran (swelling). Sedangkan dalan pelarut toluen dan

benzen, membran mengalami perubahan massa dan juga dimensi. Hal tersebut menunjukkan

bahwa membran mengalami swelling dalam pelarut toluen dan benzen. Hasil tersebut dapat

dilihat pada Gambar 4.5, Gambar 4.6, Gambar 4.7, dan Gambar 4.8. Pengujian ketahanan

pelarut pada membran perlu dilakukan lebih lanjut dan dicoba pada jenis pelarut yang lain.

27

00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.01

Metanol Toluen Benzen

Pelarut

Mas

sa m

embr

an (g

r)

Massa AwalMassa Akhir

Gambar 4.5. Ketahanan pelarut untuk membran M1

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007


Pelarut

Mas

sa m

embr

an (g

r) Massa AwalMassa Akhir


0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04


Pelarut

Mas

sa m

embr

an (g

r) Massa AwalMassa Akhir


28

00.0050.01

0.0150.02

0.0250.03

0.0350.04

0.0450.05


Pelarut

Mas

sa m

embr

an (g

r)

Massa AwalMassa Akhir


Modifikasi terhadap kopolimer dengan cara menambahkan agen ikatan silang untuk

memperoleh sifat ketahanan pelarut yang lebih baik dapat dilakukan. Beberapa polimer yang

dapat digunakan sebagai agen ikatan silang, diantaranya: karet silikon termodifikasi,

kopolimer poliester, polimer blok atau cangkok dan lain sebagainya (Razdan et.al, 2003).

4.4.2 Pengaruh variasi komposisi membran terhadap permeabilitas ion H+

Interaksi molekular yang mengatur perpindahan (transpor) melalui membran dapat

dikelompokkan menjadi tiga bagian, yakni polimer-polimer, polimer-air, dan air-air.

Interaksi antara polimer-polimer dapat menghasilkan ruang kosong (pori) yang mengandung

molekul air. Ukuran pori akan mempengaruhi interaksi antara polimer-air dan air-air.

Semakin hidrofil polimer yang digunakan, maka interaksi antara polimer-air akan lebih

banyak terjadi daripada interaksi air-air. Selain itu, ukuran pori pada lapisan aktif membran

akan mempengaruhi proses pemisahan dari membran asimetrik.

Penelitian ini merupakan studi awal terhadap membran PAN-GMA sebagai membran

ultrafiltrasi untuk keperluan recovery pelarut. Sebagaimana kinerja membran yang

ditentukan melalui fluks dan rejeksi pada umumnya, kinerja dari membran PAN-GMA ini

belum dapat dilakukan. Hal ini disebabkan karena membran PAN-GMA yang disintesis

bersifat rapuh sehingga tidak tahan terhadap kompaksi. Oleh karena itu, kinerja membran

PAN-GMA ini dilakukan melalui pengukuran permeabilitas ion H+ (sebagai pengganti fluks

membran) dengan gradien konsentrasi sebagai gaya dorong. Laju transpor pada membran

sangat dipengaruhi oleh sifat membran dan ukuran pori. Variasi komposisi membran akan

mempengaruhi distribusi pori atau porositas membran. Sedangkan variasi waktu evaporasi

akan mempengaruhi ukuran pori.

29

Terjadinya transpor ion hidrogen pada penelitian ini dilakukan dengan mengamati/mengukur

perubahan pH pada larutan umpan dan permeat. Pada kompartemen umpan dari sel difusi

digunakan larutan pH 2. Ini digunakan didasarkan kepada stabilitas membran PAN-GMA

(stabil pada pH 2-11) sehingga penggunaan pH yang ekstrim tidak akan merusak membran.

Mekanisme transpor pada membran dapat terjadi berdasarkan pada sifat fisik dan kimia

membran. Berdasarkan penelitian ini, konsentrasi ion hidrogen pada kompartemen umpan

semakin lama semakin menurun untuk komposisi membran yang sama. Sebaliknya,

konsentrasi ion hidrogen pada kompartemen permeat semakin lama semakin meningkat. Ini

mengindikasikan bahwa telah terjadi transpor ion hidrogen melalui membran, seperti yang

ditunjukkan oleh Gambar C.1- C.4.

Kemiringan kurva dari aluran jumlah ion H+ terhadap waktu menyatakan nilai permeabilitas

ion H+ yang dinyatakan dalam mmol/jam. Aluran kurva permeabilitas ion H+ untuk membran

M1, M2, M3, dan M4 ditunjukkan pada Gambar 4.9 dan Gambar 4.10. Pada kedua kurva

terlihat bahwa semakin lama waktu operasi maka semakin banyak ion H+ yang berpermeasi

melalui membran.

y = 13.03x - 4.6457R2 = 0.9772

y = 9.7884x - 5.701R2 = 0.9551

-15

-5

5

15

25

35

45

55

65

75

85

0 2 4 6

Waktu (Jam)

Jum

lah

H+

(x10

-3 m

mol

)

Membran M2

Membran M1

i

Gambar 4.9. Kurva permeabilitas ion H+ untuk membran M1 dan M2

30

y = 23.345x + 0.7466R2 = 0.9933

y = 4.8598x + 2.0287R2 = 0.9463

-5

15

35

55

75

95

115

135

0 1 2 3 4 5

Waktu (Jam)

Jum

lah

H+

(x10

-3 m

mol

)

Membran M3

Membran M4

Gambar 4.10. Kurva permeabilitas ion H+ untuk membran M3 dan M4

Nilai permeabilitas ion H+ untuk masing-masing komposisi membran dirangkum dalam

Tabel 3. Pada Tabel 3 terlihat bahwa untuk konsentrasi membran yang sama tetapi dengan

waktu evaporasi membran yang berbeda telah memberikan nilai permeabilitas ion H+ yang

berbeda pula.

Tabel 3. Nilai permeabilitas ion H+ pada membran PAN-GMA

Permeabilitas ion H+ No Kode Membran PH+ .10-3 (mmol/jam)

1 M1 13,03

2 M2 9,70

3 M3 23,35

4 M4 4,86

Secara umum, membran yang dievaporasi dengan waktu yang lebih lama memberikan nilai

permeabilitas ion H+ yang lebih kecil. Hal ini disebabkan karena semakin lama membran

dievaporasi maka pelarut DMF yang teruapkan (berdifusi ke atmosfer) semakin banyak,

akibatnya bagian atas membran menjadi lebih kaya polimer dan miskin pelarut sehingga pori

yang terbentuk akan semakin kecil. Semakin kecilnya pori membran akan meningkatkan

selektifitas membran terhadap permeasi ion H+. Hal ini terbukti dari nilai permeabilitas ion

H+ yang terlihat pada Tabel 3.

Adapun untuk membran dengan waktu evaporasi membran yang sama tetapi berbeda

konsentrasi juga telah memberikan nilai permeabilitas ion H+ yang berbeda. Seperti yang

terlihat pada Tabel 3 bahwa semakin besar konsentrasi membran, nilai permeabilitas ion H+

yang dihasilkan semakin kecil. Hal ini disebabkan karena makin besar konsentrasi membran

31

mengakibatkan porositas membran berkurang sehingga hanya sedikit ion H+ yang dapat

melewati membran.

Kurva aluran konsentrasi ion H+ terhadap waktu untuk larutan umpan dan permeat (Gambar

C.1- C.4), menunjukkan bahwa berkurangnya konsentrasi ion hidrogen pada umpan tidak

sebanding dengan bertambahnya konsentrasi ion hidrogen pada permeat (terlihat dari

kemiringan kurva yang tidak sama). Ini disebabkan karena ada sebagian ion H+ yang

tertahan pada permukaan membran atau terjebak didalam membran. Dengan kata lain,

membran mengalami fouling. Pengadukan pada saat transpor di masing-masing

kompartemen dilakukan untuk meminimalisasi terjadinya fouling pada permukaan membran.

4.4.3 Pengaruh variasi komposisi membran terhadap transpor ion OH-

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya bahwa mekanisme transpor pada membran juga

dapat dipengaruhi oleh sifat kimia membran seperti kepolaran, dan sebagainya. Pengujian

membran terhadap transpor ion hidroksida ini dilakukan untuk menyakinkan/memperkuat

hasil transpor ion hidrogen sebelumnya, bahwa transpor yang diamati melalui pengukuran

pH benar-benar disebabkan oleh berdifusinya ion hidrogen bukan oleh ion hidroksidanya.

Pengujian terhadap transpor ion OH- ini dilakukan dengan menempatkan larutan pH 10 pada

kompartemen umpan dan pH netral pada kompartemen permeat. Dalam selang waktu yang

diamati (Gambar 4.11, Gambar 4.12, Gambar 4.13, Gambar 4.14), diperoleh kurva aluran

konsentrasi ion OH- terhadap waktu relatif tidak mengalami perubahan. Ini disebabkan

karena adanya barier muatan pada membran PAN-GMA. Membran PAN-GMA

mengandung gugus-gugus fungsi seperti nitril, karbonil, dan epoksida yang bersifat sebagai

akseptor proton. Dengan demikian, molekul-molekul yang cenderung bermuatan negatif

tidak dapat berdifusi melalui membran karena adanya halangan muatan pada membran.

05

101520253035404550

0 1 2 3 4 5

Waktu (Jam)

Kons

entra

si O

H- (x10

-6 M

) Umpan

Permeat

Gambar 4.11. Transpor OH- untuk membran M1

32

-1

1

3

5

7

9

11

13

15

17

0 1 2 3 4 5

Waktu (Jam)

Kons

entra

si O

H- (x

10-7

M) Umpan

Permeat


0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5

Waktu (Jam)

Kons

entra

si O

H-

(x10

-6 M

)

Umpan

Permeat


-30

20

70

120

170

220

270

320

370

420

0 1 2 3 4 5

Waktu (Jam)

Kon

sent

rasi

OH

- (x10

-7 M

) UmpanPermeat


33

4.4.4 Pengukuran permeabilitas metanol

Penelitian sebelumnya mengenai membran PAN-GMA oleh Godjevargova dan Hans-George,

memberikan hasil bahwa membran yang berbahan dasar PAN-GMA memiliki sifat-sifat

yang baik dan tahan terhadap pelarut. Membran yang memiliki ketahanan terhadap pelarut

memberikan aplikasi yang luas untuk proses pemisahan. Salah satu yang ingin dicoba adalah

menguji membran PAN-GMA ini untuk recovery pelarut metanol pada biodesel. Pengujian

membran PAN-GMA terhadap kemampuannya untuk mentransporkan metanol, pada

penelitian ini dilakukan untuk memberikan gambaran awal mengenai dapat tidaknya

membran ini melewatkan metanol. Penelitian lebih lanjut dapat dilakukan dengan menguji

membran menggunakan campuran umpan yang sebenarnya.

Berdasarkan hasil analisis GC, diperoleh aluran kurva konsentrasi metanol pada

kompartemen permeat terhadap waktu, seperti pada Gambar 4.15 dan Gambar 4.16 untuk

masing-masing variasi komposisi dan waktu evaporasi. Pada kedua kurva terlihat bahwa

semakin lama waktu operasi maka semakin banyak metanol yang berpermeasi melalui

membran.

y = 3,69x + 6,4R2 = 0,547

y = 2,0723x + 0,1643R2 = 0,9612

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 1 2 3 4 5 6Waktu (Jam)

[Met

anol

].10-4

(M)

Membran M2Membran M1

Gambar 4.15. Permeabilitas metanol untuk membran M1 dan M2

34

y = 1.928x + 0.303R2 = 0.9834

y = 1.912x - 0.27R2 = 0.9378

0

2

4

6

8

10

12

14

0 1 2 3 4 5 6Waktu (Jam)

[Met

anol

].10-4

(M)

Membran M3

Membran M4

Gambar 4.16. Permeabilitas metanol untuk membran M3 dan M4

Permeabilitas metanol ditentukan dari kemiringan masing-masing kurva yang dinyatakan

dalam M/jam. Nilai permeabilitas metanol untuk masing-masing komposisi membran

dirangkum dalam Tabel 4. Fenomena yang sama seperti pada penentuan permeabilitas ion H+

juga ditemukan pada permeabilitas metanol. Nilai permeabilitas sangat ditentukan oleh

morfologi membran. Berdasarkan Tabel 4 terlihat bahwa membran M1 memberikan nilai

permeabilitas yang paling besar. Hal ini disebabkan karena membran M1 memiliki ukuran

pori dan distribusi pori yang besar dibandingkan membran yang lainnya. Hal ini telah

dibuktikan dari hasil analisis SEM.

Tabel 4. Nilai permeabilitas metanol pada membrane PAN-GMA

No Kode Membran

Permeabilitas metanol, Pm (x 10-4 M/jam)

1 M1 3,69

2 M2 2,07

3 M3 1,93

4 M4 1,91

4.4.5 Pengaruh variasi komposisi terhadap morfologi membran

Teknik analisis yang dapat memberikan gambaran jelas mengenai struktur pori membran

adalah Scanning Electron Microscopy (SEM) ), namun resolusinya terbatas sekitar 50 nm.

35

Resolusi yang lebih tinggi dapat diperoleh dengan Transmission Electron Microscopy

(TEM), tapi teknik ini tidak dapat digunakan untuk analisa membran yang basah. Gambar

4.17, Gambar 4.18, dan Gambar 4.19 menunjukkan morfologi membran PAN-GMA dengan

SEM untuk setiap komposisi membran.

Permukaan (perbesaran 2500x) Penampang Lintang (perbesaran 1500x)

Gambar 4.17. SEM untuk membran M1



36



Berdasarkan, Gambar 4.17, Gambar 4.18, dan Gambar 4.19 terlihat bahwa semakin besar

konsentrasi membran, permukaan dan penampang polimer akan semakin kompak dan rapat.

Porositas permukaan membran pun menurun seiring dengan bertambahnya konsentrasi

polimer. Peningkatan konsentrasi polimer akan mengurangi konsentrasi pelarut yang

digunakan, sehingga pada saat koagulasi parsial pelarut, membran dengan konsentrasi

polimer yang besar akan memiliki lapisan atas yang lebih kaya polimer, dan menghasilkan

membran dengan lapisan aktif yang lebih rapat (dense).

Hasil SEM untuk membran M1 dan M2 terlihat bahwa semakin lama membran dievaporasi

maka permukaan membran semakin rapat dengan porositas membran yang juga semakin

berkurang. Variasi konsentrasi membran ternyata juga memberikan morfologi membran

yang berbeda. Hal ini terlihat untuk hasil SEM membran M1 dan M3. Dengan semakin

besarnya konsentrasi menyebabkan porositas pada permukaan membran berkurang. Namun,

secara kualitatif diameter pori M3 lebih besar daripada M1. Hal tersebut dapat dilihat pada

Gambar 4.17 dan Gambar 4.19 bahwa untuk M3 dengan perbesaran 1000x (untuk

permukaan) dan 500x (untuk penampang) sudah memperlihatkan ukuran pori yang jelas.

Sedangkan untuk M1, memerlukan perbesaran hingga 2500x (untuk permukaan) dan 1500x

(untuk penampang) untuk dapat memperlihatkan pori dengan jelas.

4 Hasil dan Pembahasan - Perpustakaan Digital ITB ...Pada pemanasan, BPO diaktifkan melalui...

Documents

Transcript of 4 Hasil dan Pembahasan - Perpustakaan Digital ITB ...Pada pemanasan, BPO diaktifkan melalui...