MEMBRAN KOMPOSIT POLISULFON TERSULFONASI-

KITOSAN UNTUK APLIKASI DIRECT METHANOL

FUEL CELL

VALLIAN GHALI

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2014

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER

INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Membran Komposit

Polisulfon Tersulfonasi-Kitosan untuk Aplikasi Direct Methanol Fuel Cell adalah

benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan

dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang

berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari

penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di

bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut

Pertanian Bogor.

Bogor, Juli 2014

Vallian Ghali

NIM G44100054

ABSTRAK

VALLIAN GHALI. Membran Komposit Polisulfon Tersulfonasi–Kitosan untuk

Aplikasi Direct Methanol Fuel Cell. Dibimbing oleh SRI MULIJANI dan ARMI

WULANAWATI.

Krisis energi memicu suatu inovasi baru dalam upaya pemenuhan energi.

Sel bahan bakar metanol merupakan salah satu energi alternatif yang sedang

dikembangkan. Penelitian ini menyintesis dan mencirikan membran komposit

polisulfon tersulfonasi-kitosan (sPSf-Kitosan) serta mempelajari pengaruh

penambahan kitosan pada kinerja membran. Polisulfon disintesis dengan oleum

sebagai agen sulfonasi pada suhu 40 °C selama 60 menit. Membran komposit

dihasilkan dengan menambahkan polisulfon tersulfonasi dan kitosan dengan

konsentrasi 4% dan 5%. Keberhasilan proses sulfonasi ditunjukkan oleh nilai

derajat sulfonasi, yaitu 45%. Selain itu pada pencirian membran menggunakan

spektrofotometer inframerah transformasi fourier terdapat puncak yang

tertrisubstitusi 1,2,4- pada 1724 cm-1

. Uji sem menunjukkan bahwa terlihat

interaksi fisik pada membran komposit. Membran komposit sPSf–kitosan 5%

memiliki konduktivitas proton dan beda potensial tertinggi sebesar 1.74 х 10-3

S/cm dan 427 mV dengan elektrode logam. Berdasarkan hasil, membran komposit

sPSf-kitosan dapat diaplikasikan dalam sistem direct methanol fuel cell.

Kata kunci: kitosan, membran komposit, polisulfon tersulfonasi, sel bahan bakar.

ABSTRACT

VALLIAN GHALI. Composite of Sulfonated Polysulfone–Chitosan Membrane

for Application on Direct Methanol Fuel Cell. Supervised by SRI MULIJANI and

ARMI WULANAWATI.

Energy crisis triggers a new innovation in fulfiling the energy demand.

Methanol fuel cell is one of the alternatives which is being developed. In this

experiment, composite membrane of sulfonated polysulfone-chitosan (sPSf-

Chitosan) was synthesized and characterized, the effect of chitosan addition on the

membrane performance was also studied. Polysulfone was synthesized through

sulfonation at 40 °C for 60 minutes and oleum was used as a sulfonation agent.

Composite membrane was produced by adding the sulfonated polysulfone and

chitosan with the concentration of 4% and 5%. The degree of sulfonation through

sulfonation process was 45%. In addition, trisubtituted peak of 1,2,4- appeared in

Fourier transform infrared spectrophotometer spectrum in 1724 cm-1

. Scanning

electron membrane analysis showed the physical interaction in composite

membrane. The composite membrane of 5% sPSf-chitosa showed the highest

proton conductivity and voltage of 1.74 х 10-3

S/cm and 427 mV, respectively

using metal electrode. This result indicated that the composite membrane of sPSf-

chitosan could be applied in direct methanol fuel cell system.

Key words: chitosan, composite membrane, fuel cell, sulfonated polysulfone.

MEMBRAN KOMPOSIT POLISULFON TERSULFONASI-

KITOSAN UNTUK APLIKASI DIRECT METHANOL

FUEL CELL

VALLIAN GHALI

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Sains

pada

Departemen Kimia

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2014

Judul Skripsi : Membran Komposit Polisulfon Tersulfonasi-Kitosan untuk

Aplikasi Direct Methanol Fuel Cell

Nama : Vallian Ghali

NIM : G44100054

Disetujui oleh

Dr Sri Mulijani, MS Armi Wulanawati, MSi

Pembimbing 1 Pembimbing 2

Diketahui oleh

Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS

Ketua Departemen Kimia

Tanggal Lulus:

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah

memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya

ilmiah yang berjudul “Membran Komposit Polisulfon Tersulfonasi-Kitosan Untuk

Aplikasi Direct Methanol Fuel Cell”. Karya tulis ini disusun berdasarkan hasil

penelitian yang dilakukan di Laboratorium Kimia Fisik Departemen Kimia,

Institut Pertanian Bogor pada bulan Januari hingga Juni 2014.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak yang turut membantu

dalam penyusunan karya ilmiah ini sehingga dapat terselesaikan dengan baik

khususnya kepada Ibu Dr Sri Mulijani, MS selaku pembimbing utama, Ibu Armi

Wulanawati, MSi selaku pembimbing kedua atas bimbingan, arahan, dan ilmu

yang telah diberikan. Penulis juga berterima kasih kepada orang tua dan seluruh

keluarga atas doanya, kepada Ibu Ai, Bapak Mail, dan Umi atas bantuan serta

masukkan selama praktik berlangsung. Ucapan terima kasih juga penulis

sampaikan kepada rekan kerja, yaitu Ahmad Hawari Assufi, Ginna Ramadhini

Putri, Dita Iryani, Eva NS, dan Suci Rahmadani untuk kebersamaan, dukungan,

dan semangat yang diberikan. Selain itu, terima kasih kepada Faisal, Nanda,

Hasna Tazkia Nikmawahda, Evi Ratnasari, Hamdani, Ali, Muhana, Indah,

Dewita, Asri, Adi Riswanto, dan teman-teman “Activator Chemist 47” yang

senantiasa memberikan masukan, dorongan, dan semangat kepada penulis.

Semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat.

Bogor, Juli 2014

Vallian Ghali

DAFTAR ISI

DAFTAR GAMBAR xiv

DAFTAR LAMPIRAN xiv

PENDAHULUAN 1

BAHAN DAN METODE 2

Bahan dan Alat 2

Metode 2

Sintesis Polisulfon Tersulfonasi (sPSf) 2

Penentuan Derajat Sulfonasi 3

Preparasi Membran Polisulfon Tersulfonasi-Kitosan (sPSf-Kitosan) 3

Penentuan Bobot Jenis 3

Pengujian Water Uptake 4

Pencirian Membran 4

Pengukuran Konduktivitas Proton Membran 4

Pengukuran Permeabilitas Metanol 5

Uji Aplikasi Sistem DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) 5

HASIL DAN PEMBAHASAN 6

Polisulfon Tersulfonasi (sPSf) 6

Membran Komposit Polisulfon Tersulfonasi-Kitosan 8

Water Uptake dan Permeabilitas Metanol 9

Bobot Jenis Membran 10

Konduktivitas Proton Membran 11

Pencirian Membran 12

Analisis FTIR 12

Analisis SEM 13

Aplikasi Sistem DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) 14

SIMPULAN DAN SARAN 17

Simpulan 17

Saran 17

DAFTAR PUSTAKA 17

LAMPIRAN 19

DAFTAR GAMBAR

1 Perubahan warna cairan sebelum dan sesudah proses sulfonasi 6

2 Reaksi polisulfon tersulfonasi 7

3 Membran sPSf dan sPSf-kitosan 8

4 Interaksi ionik antara polisulfon tersulfonasi dan kitosan 9

5 Proses perpindahan proton pada membran polisulfon tersulfonasi-kitosan 9

6 Nilai water uptake membran 10

7 Bobot jenis membran 11

8 Konduktivitas proton membran aktivasi dan nonaktivasi dengan elektrode

karbon dan logam 11

9 Persentase peningkatan konduktivitas proton membran 12

10 Spektrum inframerah membran PSf, sPSf, sPSf-kitosan 5%, dan kitosan 13

11 Morfologi membran PSf, sPSf, sPSf-kitosan 5% 14

12 Bejana pada sistem DMFC 15

13 Beda potensial membran teraktivasi dan pengukuran menggunakan

elektrode karbon serta logam 15

14 Nilai arus yang dihasilkan membran 16

DAFTAR LAMPIRAN

1 Diagram alir penelitian 19

2 Penentuan Derajat Sulfonasi (DS) 20

3 Penentuan water uptake 20

4 Penentuan bobot Jenis 21

5 Data hasil analisis FTIR 22

6 Penentuan konduktivitas proton 23

7 Data persentase peningkatan konduktivitas proton 24

8 Beda potensial yang dihasilkan setiap membran 24

9 Nilai arus yang dihasilkan membran 24

1

PENDAHULUAN

Pertumbuhan jumlah penduduk disertai perkembangan teknologi secara

pesat mendorong peningkatan kebutuhan energi, sehingga mengakibatkan krisis

energi yang memicu upaya pemenuhan energi melalui suatu penemuan berupa

energi terbarukan. Penggunaan energi yang sering digunakan selama ini sebagian

besar berasal dari bahan bakar fosil yang tidak dapat diperbaharui. Penggunaan

bahan bakar fosil (fossil fuel) secara berkelanjutan ini menimbulkan dua ancaman

yang cukup serius. Pertama, faktor ekonomi yang berupa jaminan ketersediaan

bahan bakar fosil untuk beberapa dekade mendatang. Kedua, faktor kesehatan

yang diakibatkan polusi dari emisi pembakaran bahan bakar fosil tersebut ke

lingkungan. Oleh karena itu, diperlukan suatu inovasi energi alternatif yang dapat

diperbaharui dan ramah lingkungan (Dewi et al. 2008). Salah satu inovasi tersebut

adalah teknologi fuel cell (sel bahan bakar) dengan memanfaatkan bahan bakar

yang dapat diperbaharui.

Sel bahan bakar atau fuel cell merupakan salah satu alternatif dalam usaha

memperoleh energi listrik selain dari batu bara yang merupakan bahan baku utama

dalam produksi energi listrik dalam negeri. Sel bahan bakar terdiri atas anode dan

katode yang dipisahkan oleh sebuah membran polimer yang berfungsi sebagai

elektrolit. Polimer elektrolit telah banyak diaplikasikan dalam perangkat

elektronik, pelapis material, elektrolit pada baterai, serta dalam teknologi

membran. Jenis sel bahan bakar dikelompokkan berdasarkan jenis elektrolit yang

digunakan. Salah satu jenis sel bahan bakar yang menjadi pusat perhatian banyak

peneliti adalah polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) termasuk ke

dalamnya direct methanol fuel cell (DMFC), sebagai salah satu jenis bahan bakar

yang memanfaatkan membran polimer sebagai elektrolit.

Saat ini membran yang banyak digunakan untuk aplikasi PEMFC dan

DMFC adalah membran yang terbuat dari fluoro-polimer dengan menambahkan

rantai cabang yang mengandung gugus sulfonat. Fluoro-polimer tersebut dikenal

dengan nama dagang Nafion. Kemampuan Nafion untuk memisahkan reaktan dan

penghantar proton sudah cukup efisien dengan konduktivitas sekitar 0.086 S/cm

pada 25 °C (Smitha et al. 2008). Namun permasalahan utama dari Nafion untuk

pemakaian pada DMFC, yaitu adanya permeasi metanol melalui membran

(methanol crossover) yang sulit dihindari, selain itu termasuk dalam polimer yang

mahal dan kinerja membran Nafion menurun di atas 80 °C. Methanol crossover

tidak hanya menyebabkan hilangnya sebagian kecil bahan bakar metanol yang

digunakan tetapi juga menyebabkan katoda tergenang yang berakibat laju reaksi

di katoda menjadi lebih lambat, yang berarti menurunkan kinerja sel voltase

secara keseluruhan (Handayani 2008). Untuk mengatasi hal tersebut, terdapat dua

macam pendekatan yaitu modifikasi Nafion atau mencari pengganti Nafion.

Salah satu polimer pengganti Nafion yang dapat dikembangkan adalah yang

bersifat poliaromatik, yaitu polisulfon (PSf). Polisulfon adalah bahan polimer

bersifat hidrofobik yang tahan terhadap panas (termoplastik) sampai suhu 190 °C,

stabil antara pH 1.5-13, punya kekuatan tarik yang baik, tidak larut atau rusak

oleh asam-asam encer atau alkali (Juniarzadinata 2011).

Keberadaan gugus benzena dalam rantai polimer mengakibatkan polimer

tersebut dapat dimodifikasi. Salah satu proses modifikasi yang sering dilakukan

2

adalah sulfonasi, yaitu penambahan gugus sulfonat (-SO3H) pada rantai polimer

(Pramono et al. 2012). Adanya gugus sulfonat akan memengaruhi sifat termal

dari polimer. Beberapa penelitian sebelumnya, melaporkan bahwa proses

sulfonasi dapat menurunkan sifat termal dari polistirena tersulfonasi (PST),

demikian pula pada hasil sulfonasi polisulfon menghasilkan polisulfon

tersulfonasi yang memiliki stabilitas termal yang lebih rendah (Pramono et al.

2012). Untuk menangani hal tersebut maka dibutuhkan suatu komposit yang dapat

meningkatkan kinerja suatu membran polimer. Kitosan merupakan salah satu

bahan yang dapat dijadikan sebagai komposit. Kitosan memiliki gugus asam

amino dan gugus hidroksil yang menyebabkan kitosan memiliki reaktifitas kimia

yang tinggi sehingga menyebabkan sifat polielektrolit kation dan dapat berperan

sebagai penukar ion dalam membran elektrolit. Penambahan komposit ini

diharapkan dapat meningkatkan kinerja membran elektrolit dalam sistem fuel cell.

Berdasarkan uraian tersebut maka pada penelitian ini dilakukan sintesis dan

karakterisasi membran komposit polisulfon tersulfonasi-kitosan untuk aplikasi

DMFC pada suhu sulfonasi sebesar 40 °C, serta mempelajari pengaruh

penambahan variasi konsentrasi komposit pada kinerja membran polisulfon

tersulfonasi.

BAHAN DAN METODE

Bahan dan Alat

Bahan-bahan yang digunakan adalah polisulfon (Sigma-Aldrich), kitosan,

asam sulfat berasap yang mengandung 65% SO3 (oleum), kloroform, gas nitrogen,

kloroform teknis, diklorometana, metanol, NaOH, HCl, larutan K3Fe(CN)6,

larutan Na2HPO4, fenolftalein, dan air deionisasi. Alat-alat yang digunakan dalam

penelitian ini adalah peralatan gelas, oven, labu leher tiga, piknometer, neraca

analitik, SEM JEOL JSM 836 OLA, FTIR BRUCKER TENSOR 27, dan

impedance analyzer.

Metode

Sintesis Polisulfon Tersulfonasi (sPSf) (Modifikasi Xing et al. 2004)

Polisulfon sebanyak 10 g dilarutkan ke dalam kloroform sehingga

diperoleh larutan PSf dengan konsentrasi 10% (b/v). Oleum sebanyak 20 mL

diteteskan secara bertahap dalam corong pisah yang dihubungkan dengan labu

leher tiga dengan dialiri gas nitrogen. Gas SO3 didorong oleh gas nitrogen menuju

larutan PSf. Larutan PSf tersebut dipanaskan pada suhu 40 °C lalu diaduk

menggunakan pengaduk mekanik. Sintesis sPSf dilakukan selama 60 menit di

ruang asam.

3

Penentuan Derajat Sulfonasi (Martins et al. 2007)

Tingkat keberhasilan proses sulfonasi dari polisulfon ditentukan dengan

cara titrasi. Polisulfon tersulfonasi (sPSf) yang telah dinetralkan ditimbang

sebanyak 0.1 g dan direndam selama 3 hari dalam 10 mL NaOH 1 N. Sisa NaOH

kemudian dititrasi dengan HCl 1 N dan digunakan indikator fenolftalein sebanyak

3 tetes untuk melihat titik akhir proses titrasi. Titrasi dilakukan hingga terjadi

perubahan warna dari merah muda hingga tidak berwarna (Dhuhita dan Kusuma

2010). Derajat sulfonasi didapatkan melalui persamaan 1:

DS = ( )

× 100% (1)

Keterangan:

Vawal = Volume HCl blangko (mL)

Vakhir = Volume HCl sampel (mL)

N = Normalitas HCl (N)

BE = Bobot ekuivalen (g/ek)

Preparasi Membran Polisulfon Tersulfonasi-Kitosan (sPSf-Kitosan)

(Handayani & Dewi 2007)

Kitosan sebanyak 4% dan 5% dari bobot polisulfon ditambahkan ke dalam

polisufon tersulfonasi (sPSf) yang telah kering dengan dilarutkan dalam

diklorometana. Selanjutnya, campuran diaduk hingga homogen, kemudian

didiamkan sampai tidak ada gelembung. Larutan sPSf-kitosan dituangkan ke

dalam pelat kaca yang telah dilapisi selotip pada bagian tepi (1 lapis) dan

membran siap dicetak.

Penentuan Bobot Jenis

Membran sPSf-kitosan yang telah dicetak dipotong dengan ukuran yang

seragam, kemudian dimasukkan ke dalam piknometer yang telah diketahui bobot

kosongnya (W0). Bobot piknometer dan sampel ditimbang dan dicatat (W1).

Kemudian piknometer yang berisi potongan sampel ditambahkan akuades hingga

tidak terdapat gelembung udara dan ditimbang bobotnya (W2). Bobot piknometer

berisi air juga ditimbang dan bobotnya dicatat (W3). Bobot jenis sampel dihitung

menggunakan persamaan 2:

4

D= -

( - )- - [ l- a] a (2)

Keterangan:

D : bobot jenis sampel (g/mL)

Dl : bobot jenis air (g/mL)

Da : bobot jenis udara (g/mL)

Pengujian Water Uptake

Membran sPSf-kitosan berukuran 1x1 cm2

dikeringkan dalam oven pada

suhu 120 °C selama 24 jam lalu ditimbang sebagai Wkering. Setelah kering,

membran direndam dalam air deionisasi pada suhu ruang selama 24 jam.

Selanjutnya, membran dikeluarkan dan dibersihkan dengan tisu lalu ditimbang

sebagai Wbasah. Penimbangan dilakukan untuk mengetahui selisih bobot membran

pada saat basah dan kering melalui persamaan 3:

Water uptake (%) = -

(3)

Pencirian Membran

Analisis Gugus Fungsi

Membran diuji menggunakan spektrofotometer FTIR, dengan resolusi 4 dan

payar 32. Pengujian dengan FTIR dilakukan untuk sampel PSf, sPSf, sPSf-kitosan

5% dalam bentuk lapis tipis, dan kitosan dalam bentuk serbuk.

SEM

Pengukuran morfologi membran yang terbentuk diuji menggunakan SEM

berdasarkan penampang lintang dan bagian muka membran. Membran PSf, sPSf,

dan sPSf-kitosan dibekukan dengan nitrogen cair selama 10 menit kemudian

dipatahkan dan ditempelkan pada cell holder. Membran dilapisi dengan emas lalu

dimasukkan ke dalam chamber, dan dipotret permukaan dan penampang lintang

membran.

Pengukuran Konduktivitas Proton Membran

Pengukuran konduktivitas dilakukan menggunakan alat LCR meter

(Laboratorium Biofisika Membran, Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam, IPB). Membran dipotong sesuai ukuran elektrode.

Membran diaktivasi dengan merendam setiap membran dalam H2O2 selama 1 jam

lalu direndam kembali dalam H2SO4 selama 1 jam, setelah itu membran dibilas

dengan air deionisasi. Elektrode yang digunakan ialah karbon dan logam

(tembaga-besi). Elektrode juga diaktivasi dengan cara merendam ke dalam larutan

HCl 1 N selama 1 hari, kemudian dengan NaOH 1 N selama 1 hari, setelah itu

5

elektrode aktif dicuci dengan air deionisasi dan direndam hingga akan digunakan

(Wisojodharmo dan Dewi 2008).

Membran yang telah diaktivasi maupun tidak diaktivasi diukur pula luasnya

sesuai ukuran elektrode (A) dan ketebalannya menggunakan mikrometer digital

karena tebal membran sebanding dengan jarak antara kedua elektrode karbon (l).

Nilai konduktans diukur dengan cara membran-membran tersebut diapit di antara

dua elektrode, kemudian kedua elektrode tersebut dihubungkan dengan kutub

positif dan negatif pada alat, sehingga muncul nilai konduktansi membrannya.

Nilai konduktansi (G) yang diperoleh, dikonversi menjadi nilai

konduktivitas per satuan jarak yang disebut dengan nilai konduktivitas proton (σ)

melalui persamaan 4:

σ = G l

A (4)

Keterangan :

σ : konduktivitas proton (S/cm)

A : luas permukaan (cm2)

l : jarak antar kedua elektrode (cm)

G : nilai konduktansi (S)

Pengukuran Permeabilitas Metanol (Shin et al. 2005)

Permeabilitas metanol diuji secara kualitatif untuk melihat metanol yang

lewat melalui membran. Sebuah bejana yang terdiri atas 2 kompartemen yang

mengapit membran. Kompartemen A diisi dengan 160 mL metanol 0.3 M. Sitem

dibiarkan selama 30 menit untuk melihat metanol yang terdifusi melalui membran

yang masuk ke kompartemen B.

Uji Aplikasi Sistem DMFC

Konduktivitas dalam sistem sel bahan bakar diukur menggunakan 2 sistem

bejana, yaitu sistem anode dan katode. Bejana pertama sebagai sistem anode diisi

dengan 160 mL larutan metanol 0.3 M, sedangkan bejana kedua sebagai sistem

katode diisi dengan 80 mL larutan K3Fe(CN)6 1 mM dan 80 mL larutan Na2HPO4.

Membran direkatkan pada bagian tengah kedua bejana tersebut. Elektrode

dimasukkan ke dalam kedua larutan, kemudian dihubungkan dengan kutub positif

dan negatif. Beda potensial diukur dengan voltmeter.

6

HASIL DAN PEMBAHASAN

Polisulfon Tersulfonasi (sPSf)

Polisulfon cenderung bersifat hidrofobik sehingga akan menurunkan

penyerapan air yang berhubungan dalam media perpindahan proton. Salah satu

cara yang dapat digunakan untuk meningkatkan sifat hidrofilisitasnya ialah

dengan proses sulfonasi. Polisulfon dilarutkan dengan kloroform karena

polisulfon larut dalam pelarut organik yang tidak bereaksi dengan polimer

maupun dengan agen sulfonasi.

Polisulfon disintesis dengan menambahkan gugus sulfonat (-SO3H) dari

agen sulfonasi, yaitu oleum dengan bantuan gas nitrogen sebagai pendorong

gugus –SO3H. Sintesis dilakukan pada suhu 40 °C selama 60 menit dalam ruang

asam. Penambahan oleum ini dilakukan secara perlahan agar proses sulfonasi

berjalan sempurna. Pemilihan oleum sebagai agen sulfonasi karena waktu reaksi

yang dihasilkan lebih cepat dan pemakaiannya relatif lebih efisien. Selain oleum,

bahan lain yang dapat dijadikan sebagai agen sulfonasi adalah asam sulfat 98%

dan asetil sulfat (Priyadi 2012) serta trimetil silil klorosulfonat (Lufrano et al.

2008). Hasil sulfonasi polisulfon ditandai dengan perubahan warna larutan dari

tidak berwarna (Gambar 1a) menjadi kuning kecokelatan (Gambar 1b).

(a) (b)

Gambar 1 Perubahan warna larutan sebelum (a) dan sesudah (b) proses sulfonasi.

Indikator keberhasilan proses sulfonasi ditunjukkan dengan nilai derajat

sulfonasi (DS). Semakin besar nilai DS, semakin banyak gugus –SO3H yang

masuk dalam cincin aromatik. Nilai DS yang semakin besar akan meningkatkan

sifat hidrofilisitas membran yang berpengaruh pada proses penyerapan air sebagai

media perpindahan proton. Hasil yang diperoleh pada proses ini ialah 45%

(Lampiran 2). Berikut ini adalah reaksi yang terjadi pada proses sulfonasi

(Gambar 2):

7

Gambar 2 Reaksi polisulfon tersulfonasi.

8

Membran Komposit Polisulfon Tersulfonasi-Kitosan

Membran merupakan salah satu komponen penting yang berfungsi sebagai

sarana transportasi proton. Teknik pembuatan membran dilakukan menggunakan

teknik inversi fase. Membran komposit dibuat dengan mencampurkan sPSf dan

kitosan dengan berbagai variasi konsentrasi (4% dan 5%) serta diklorometana

sebagai pelarut. Campuran kemudian disebarkan secara merata di atas pelat kaca

sehingga membentuk lapisan tipis, kemudian pelarut dibiarkan menguap pada

suhu ruang melalui bagian yang terbuka.

Tekstur dan warna yang dihasilkan dari membran sPSf (Gambar 3a) dan

sPSf-kitosan (Gambar 3b) ini sedikit berbeda. Tekstur membran sPSf-kitosan

lebih kasar dan warnanya lebih kecokelatan dibanding membran sPSf. Hal ini

menandakan bahwa ada pengaruh dari penambahan komposit terhadap membran

sPSf tersebut. Interaksi yang terjadi antara komposit dan membran polimer adalah

interaksi ionik (Gambar 4). Interaksi ini memperkuat proses perpindahan proton

pada gugus –SO3- dan –NH3

+ yang membentuk ikatan hidrogen ketika berikatan

dengan H+. Ikatan hidrogen lebih lemah dibanding interaksi ioniknya sehingga

proton yang berikatan hidrogen dengan –SO3- akan mudah lepas dan berpindah

membentuk ikatan hidrogen kembali dengan gugus –NH3+ yang kemudian

perpindahannya akan semakin cepat (Gambar 5).

(a) (b)

Gambar 3 Membran sPSf (a) dan sPSf-kitosan (b).

9

.

Gambar 4 Interaksi ionik antara polisulfon tersulfonasi dan kitosan (Smitha et al.

2008).

Gambar 5 Proses perpindahan proton pada membran polisulfon tersulfonasi-

kitosan (Bai et al.2014).

Water Uptake dan Permeabilitas Metanol

Water uptake atau biasa disebut daya serap membran terhadap air dilakukan

dengan cara menghitung selisih antara bobot basah dan bobot kering membran

(Lampiran 3). Nilai yang didapatkan merupakan banyaknya air yang terserap ke

dalam membran tersebut. Uji Water uptake dilakukan pada membran PSf, sPSf,

sPSf-kitosan 4%, dan sPSf-kitosan 5% (Gambar 6).

10

Gambar 6 Nilai water uptake membran.

Data yang diperoleh menunjukkan bahwa nilai water uptake polisulfon

tersulfonasi 2x lebih besar dibandingkan polisulfon tanpa sulfonasi. Proses

sulfonasi membuat membran menjadi lebih bersifat hidrofilik sehingga

meningkatkan kandungan air pada membran yang berfungsi sebagai media

transfer proton. Semakin banyak air yang terkandung maka transfer proton yang

terjadi akan semakin cepat dan konduktivitas proton yang dihasilkan akan

semakin tinggi. Penambahan kitosan dan tingkatan konsentrasinya lebih

meningkatkan daya serap terhadap air hingga 4x dan 7x dari membran polisulfon

tersulfonasi. Semakin tinggi konsentrasi komposit, semakin tinggi nilai water

uptake. Hal ini dikarenakan kitosan yang bersifat hidrofilik akan menambah sifat

hidrofilisitas membran sehingga menyebabkan daya serap airnya jauh lebih

banyak.

Namun tingginya nilai water uptake akan meningkatkan pula permeabilitas

metanol yang berpengaruh terhadap methanol cross-over. Banyaknya air yang

terkandung akan berikatan hidrogen dengan metanol sehingga memudahkan

proses transport metanol dalam membran. Marita (2011) menyatakan bahwa

methanol cross-over menyebabkan hilangnya sebagian kecil bahan bakar yang

digunakan dan menyebabkan laju reaksi di katoda menjadi lambat sehingga akan

menurunkan kinerja voltase sel secara keseluruhan. Namun, uji kualitatif

permeabilitas metanol menunjukkan bahwa tidak adanya metanol yang melewati

membran. Hal ini terlihat dari keringnya tisu pada bagian sisi permukaan

membran, sehingga membran tersebut baik digunakan untuk aplikasi DMFC.

Bobot Jenis Membran

Penentuan bobot jenis membran dilakukan untuk melihat pengaruh proses

sulfonasi dan pengaruh penambahan komposit terhadap keteraturan dan kerapatan

membran. Hasil yang diperoleh menunjukkan adanya peningkatan bobot jenis

terhadap membran PSf (Gambar 7). Penambahan gugus sulfonat dan kitosan yang

berfungsi sebagai pengisi akan membuat struktur membran menjadi lebih rapat

dan teratur sehinga bobot jenisnya meningkat sebesar 1.55% dan 1.60%. Selain itu

peningkatan bobot jenis juga terjadi seiring dengan peningkatan konsentrasi

0

2

4

6

8

10

12

PSf sPSf sPSf-kitosan 4% sPSf-kitosan 5%

0.77 1.59

6.11

11.24

Wa

ter

Up

take

(%

)

Jenis Membran

11

kitosan yang ditambahkan ialah sebesar 0.90%. Hal ini disebabkan jumlah

komposit yang ditambahkan menjadi lebih banyak sehingga struktur membran

menjadi lebih rapat. Penentuan bobot jenis membran dapat dilihat pada Lampiran

4.

Gambar 7 Bobot jenis membran.

Konduktivitas Proton Membran

Syarat membran yang dapat digunakan sebagai elektrolit dalam sel bahan

bakar selain nilai water uptake yang besar dan membran tidak berpori adalah nilai

konduktivitas protonnya yang tinggi (Hendrana et al. 2007). Penentuan

konduktivitas proton dilakukan dengan menggunakan alat impedance analyzer

LCR-meter dengan elektrode yang digunakan, yaitu karbon dan logam. Penentuan

ini dilakukan pada membran PSf, sPSf, sPSf-kitosan 4%, dan sPSf-kitosan 5%

dengan membandingkan antara membran aktivasi dan nonaktivasi (Lampiran 6).

Proses aktivasi bertujuan meningkatkan nilai konduktivitas proton dengan cara

mengaktifkan gugus-gugus penghantar proton tersebut. Aktivasi dilakukan dengan

menggunakan oksidator kuat, yaitu H2O2 dan H2SO4. Hasil yang diperoleh

ditunjukkan pada Gambar 8.

Gambar 8 Konduktivitas proton membran PSf ( ), sPSf ( ), sPSf-kitosan 4%

( ), dan sPSf-kitosan 5% ( ).

0.0000

0.2000

0.4000

0.6000

0.8000

1.0000

1.2000

1.4000

1.6000

1.8000

aktivasi nonaktivasi aktivasi nonaktivasi

karbon logam

Ko

nd

ukti

vit

as (

x1

0-3

S/c

m)

1.1800

1.1900

1.2000

1.2100

1.2200

1.2300

1.2400

1.2500

1.2600

PSf sPSf sPSf-kitosan 4% sPSf-kitosan 5%

1.2064

1.2251

1.2448

1.2558 D

ensi

tas

(g/m

L)

Jenis Membran

12

Gambar 8 menunjukkan membran yang diaktivasi memiliki nilai

konduktivitas proton lebih besar dibandingkan nonaktivasi. Proses sulfonasi dan

penambahan kitosan juga meningkatkan nilai konduktivitas proton dengan

persentase peningkatan ditunjukkan pada Gambar 9. Hal ini dikarenakan gugus

sulfonat dan kitosan akan membuat membran menjadi lebih hidrofilik. Selain itu

hal tersebut juga didukung dengan nilai water uptake yang diperoleh semakin

besar sehingga keberadaan air pada membran semakin banyak dan membantu

proses transfer proton yang akan meningkatkan nilai konduktivitasnya.

Perhitungan persentase peningkatan konduktivitas tercantum pada Lampiran 7.

Gambar 9 Persentase peningkatan konduktivitas membran PSf ( ) dengan

penambahan gugus sulfonat ( ), komposit kitosan ( ), dan tingkat

konsentrasi kitosan ( ).

Elektrode logam merupakan elektrode yang paling baik dalam

menghasilkan konduktivitas proton. Hal ini dikarenakan logam bersifat konduktor

yang dapat menghantarkan arus dengan baik dengan nilai resistivitas yang kecil,

sedangkan karbon bersifat semikonduktor dan nilai resistivitasnya lebih besar

dibanding logam sehingga konduktivitas proton yang dihasilkan pun akan lebih

kecil dari logam. Semakin besar nilai resistivitas suatu bahan maka semakin besar

medan yang diperlukan untuk menyebabkan kerapatan arus yang diberikan

(Young et al. 2003). Adapun hasil yang diperoleh untuk membran sPSf-kitosan

5% dengan elektrode logam dan karbon, yaitu berturut-turut sebesar 1.74 х 10-3

dan 0.81 х 10-3 S/cm. Akan tetapi nilai konduktivitas yang diperoleh ini masih

lebih kecil dari konduktivitas membran nafion, yaitu sebesar 8.2 х 10-2

S/cm. Hal

ini dapat disebabkan konsentrasi polisulfon yang digunakan terlalu kecil, yaitu

hanya 10% sehingga berpengaruh terhadap konduktivitas protonnya.

Pencirian Membran

Analisis FTIR

Pengujian FTIR dilakukan pada membran PSf dan sPSf untuk melihat

adanya substitusi gugus –SO3H pada cincin aromatik polisulfon serta pada

membran sPSf-kitosan 5% untuk melihat adanya pengaruh dari kitosan sebagai

komposit. Pengujian dilakukan dengan melihat spektrum inframerah dari gugus

fungsi yang ada pada membran-membran tersebut (Lampiran 5). Gambar 9

0

50

100

150

200

250

Aktivasi Nonaktivasi Aktivasi Nonaktivasi

Karbon Logam

0 0 0 0 13.82

27.72 12.68 8.26

112.47 96.59

129.52 129.98

168.2

129.27

200.82 176.15

Pen

ingkat

an k

ond

ukti

vit

as (

%)

13

menunjukkan adanya perbedaan antara spektrum membran PSf ( ) dan sPSf ( ),

yaitu munculnya pita serapan baru pada membran sPSf di bilangan gelombang

1724 cm-1

. Hal ini mengindikasikan adanya gugus yang tertrisubstitusi 1,2,4- pada

struktur polisulfon (Pavia et al. 2009). Gugus tersebut diduga gugus –SO3H hasil

sintesis yang masuk cincin aromatik pada posisi orto dari C-O-C struktur

polisulfon. Keberhasilan sulfonasi juga ditunjukan dengan adanya pita serapan

gugus OH bebas dari –SO3H pada bilangan gelombang 3650-3600 cm-1

yang

semakin melebar.

Penambahan kitosan pada polisulfon ( ) tidak menunjukkan adanya

perbedaan spektrum dengan membran sPSf. Hal ini menandakan bahwa interaksi

yang terjadi antara sPSf dengan kitosan hanya interaksi fisik sehingga tidak

menyebabkan terbentuknya gugus baru.

Gambar 10 Spektrum Inframerah PSf ( ), sPSf ( ), sPSf-Kitosan 5% ( ), dan

kitosan ( ).

Analisis SEM

Morfologi permukaan membran PSf, sPSf, dan sPSf-kitosan 5% dianalisis

dengan menggunakan scanning electron microscope dengan perbesaran 10000

kali. Hasil analisis morfologi membran dapat dilihat pada Gambar 10. Pada

permukaan atas membran menunjukan bahwa membran PSf (a) menghasilkan

morfologi yang lebih heterogen dibandingkan membran sPSf (b). Hal ini

dikarenakan gugus sulfonat yang masuk membuat struktur membran menjadi

lebih rapat dan ditambah dengan adanya proses pengadukan serta pelarutan

sehingga membran menjadi lebih homogen. Namun, penambahan kitosan 5%

yang mengisi dan terdistribusi dalam polimer menyebabkan permukaan membran

menjadi tidak homogen akibat kitosan tersebut yang belum larut sempurna. Hal

ini terbukti dengan adanya gumpalan besar pada permukaan. Selain itu,

4000.0 3000 2000 1500 1000 450.0

-2.0

10

20

30

40

50

60

70

80

90.0

cm-1

%T

Laboratory Test Resu l t

Laboratory Test Resu l tLaboratory Test Resu l t

Alg inat

Laboratory Test Resu l t

SP SF

P SF

TiO2

Laboratory Test Resu l t

P SF

SP SF

SP SF-Kitosan 5%

Kitosan

Trisubtitusi 1,2,4- -OH bebas

14

permukaan yang kurang rata dapat pula disebabkan adanya gelembung udara yang

terbentuk di antara distribusi material penyusunnya (Wicaksono 2012).

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

Gambar 11 Struktur permukaan atas membran PSf (a), sPSf (b), dan sPSf-kitosan

5% (c) serta penampang lintang membran PSf (d), sPSf (e), dan sPSf-

kitosan 5% (f) dengan perbesaran 10000х.

Jika dilihat dari penampang lintangnya, struktur membran PSf (d) terlihat

lebih kaku dibandingkan membran sPSf (e). Hal ini menunjukkan bahwa

membran PSf bersifat kristal. Proses sulfonasi membuat membran menjadi lebih

amorf dan mengembang dengan ditandai bentuk lelehan pada penampang

lintangnya yang menunjukkan adanya pengaruh dari gugus baru yang masuk

akibat proses sulfonasi tersebut, dan gugus ini diduga adalah gugus sulfonat.

Ketika ditambahkan kitosan 5% (f) maka gugus NH2 dari kitosan ini akan

berinteraksi dengan gugus sulfonat membentuk rongga-rongga yang akan

mempermudah proses transfer proton. Kedua gugus inilah yang akan menangkap

proton dengan cara berikatan hidrogen sehingga hal ini baik sebagai media

transfer proton pada aplikasi DMFC.

Aplikasi Sistem DMFC

Uji aplikasi dilakukan pada sebuah bejana yang terdiri atas 2 kompartemen.

Kompartemen A (anoda) berisi larutan metanol sebagai sumber bahan bakar,

sedangkan kompartemen B (katoda) berisi larutan kalium ferisianida dalam buffer

fosfat (Gambar 12). Bahan bakar yang digunakan pada uji aplikasi fuel cell

biasanya yang dapat dijadikan sebagai sumber hidrogen. Hidrogen banyak

15

tersedia dalam air dan senyawa organik dalam bentuk senyawa hidrokarbon,

seperti metanol (Hasan 2007). Ketersediaan air di alam jauh lebih banyak dan

mudah didapat daripada metanol. Namun, dari nilai potensial reduksi antara

keduanya, potensial reduksi metanol lebih kecil dibanding air, yaitu 0.76 V < 0.83

V sehingga metanol akan lebih mudah dioksidasi dan menghasilkan proton yang

jauh lebih banyak dibanding air itu sendiri.

Gambar 12 Bejana pada sistem DMFC.

Hasil yang diperoleh pada uji aplikasi ini menunjukkan bahwa beda

potensial yang paling tinggi yaitu sebesar 427 mV untuk membran sPSf-kitosan

5% dengan elektrode logam. Hal ini dapat disimpulkan bahwa penambahan

kitosan akan meningkatkan beda potensialnya dikarenakan adanya interaksi gugus

sulfonat dengan amina yang akan mempercepat proses transfer proton. Proses

oksidasi metanol menghasilkan elektron, proton, dan gas CO2. CO2 dikeluarkan

dari sistem dan proton akan menyebrang melewati membran kemudian bereaksi

dengan O2 di katode menghasilkan air, sedangkan tumpukan elektron dianode

akan mengalir ke katode dengan menghasilkan beda potensial. Fe3+

dari larutan

K3Fe(CN)6 akan tereduksi menjadi Fe2+

oleh aliran elektron dari anode tersebut

dengan ditandai timbulnya warna kuning kehijauan pada larutan.

Gambar 13 Beda potensial membran teraktivasi dan pengukuran menggunakan

elektrode karbon ( ) serta logam ( ).

Peranan elektrode sangat penting pada proses pengubahan fluks difusi

proton menjadi energi listrik. Beda potensial yang dihasilkan dari elektrode

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

PSf sPSf sPSf-kitosan 4% sPSf-kitosan 5%

130 140 154 163

305 335

406 427

Bed

a pote

nsi

al (

mV

)

Jenis membran

16

karbon masih di bawah elektrode logam (Gambar 13). Pada dasarnya elektrode

karbon bersifat inert sehingga tidak ada energi tambahan dari elektrode tersebut

dan beda potensial yang didapatkan berasal dari proses reaksi reduksi oksidasi

larutan saja. Diketahui Potensial sel Fe3+

/Fe2+

ialah sebesar 0.77 V. Namun, ketika

menggunakan elektrode logam, ada energi tambahan dari elektrode besi di katode

yang mengalami oksidasi dari Fe menjadi Fe2+

dengan potensial sel sebesar 0.44

V yang ditandai dengan timbulnya endapan hijau kekuningan yang menempel

pada elektrode besi sehingga beda potensial yang dihasilkan akan semakin tinggi.

Berikut reaksi yang terjadi dalam sistem.

Reaksi 1:

Anoda : CH3OH (l) + H2O (l) CO2 (g) + 6H+ + 6e-

Katoda : 3/2 O2 (g) + 6H+ + 6e- 3H2O (l)

Reaksi keseluruhan : CH3OH (l) + 3/2 O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (l)

(Marita 2011)

Reaksi 2:

Reduksi : Fe3+

+ e- Fe

2+ E° = 0.77 V

Oksidasi : Fe Fe2+

+ 2e- E° = 0.44 V

Nilai besaran arus yang dialirkan dari sistem dapat diperoleh dengan cara

konversi terhadap nilai beda potensialnya (Lampiran 9). Gambar 14 menunjukkan

nilai peningkatan arus ketika membran polisulfon ditambahkan gugus sulfonat

dan kitosan dengan tingkatan konsentrasinya. Nilai arus berbanding lurus dengan

beda potensial sehingga hasil yang diperoleh, yaitu terjadinya peningkatan nilai

arus yang menunjukkan banyaknya muatan listrik akibat pergerakan elektron-

elektron yang dihasilkan dari sistem DMFC.

Gambar 14 Nilai arus yang dihasilkan membran dengan elektrode karbon ( ) dan

logam ( ).

0.0000

0.0500

0.1000

0.1500

0.2000

0.2500

0.3000

0.3500

PSf sPSf sPSf-kitosan 4% sPSf-kitosan 5%

0.0230 0.0451 0.0527 0.0640

0.0925

0.1831

0.2547

0.3192

Aru

s (A

mp

ere)

Jenis membran

17

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Sintesis membran polisulfon tersulfonasi-kitosan telah berhasil dilakukan

pada suhu 40 °C. Hal ini dibuktikan dengan hasil substitusi sulfonat yang masuk

cincin aromatik dengan nilai derajat sulfonasi sebesar 45%. Selain itu dari hasil

FTIR juga ditunjukkan adanya gugus tertrisubstitusi 1,2,4- pada serapan 1724 cm-

1. Keberadaan komposit dengan konsentrasi tertinggi (5%) pada membran

meningkatkan nilai konduktivitas dan beda potensial yang dihasilkan, yaitu

sebesar 1.74 х 10-3

S/cm dan 427 mV dengan elektrode logam. Uji kualitatif

kemampuan membran menahan metanol pun baik dengan keringnya bagian sisi

permukaan membran sehingga hal ini dapat diaplikasikan pada sistem DMFC.

Saran

Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut sintesis polisulfon tersulfonasi-

kitosan dengan konsentrasi polisulfon yang lebih besar, penentuan konsentrasi

optimum dari kitosan yang digunakan untuk melihat pengaruh beda nyata dari

penambahan kitosan, serta uji analisis DSC untuk mengetahui ketahanan termal

dari membran. Selain itu perlu dilakukan teknik pelarutan khusus antara sampel

dengan komposit agar lebih homogen, seperti menambahkan surfaktan, serta

dilakukan variasi suhu sistem DMFC untuk mengetahui sifat elektrokimia sistem

sel bahan bakar terhadap pengaruh kinetikanya. Lebih baik lagi jika dibuat

membrane electrode assembly (MEA) dari membran polisulfon tersulfonasi-

kitosan agar menghasilkan nilai konduktivitas proton yang lebih besar.

DAFTAR PUSTAKA

Bai Huijuan, Haoqin Zhang, Yakun He, Jindun Liu, Bing Zhang, Jingtao Wang.

2014. Enhanced proton conduction of chitosan membrane enabled by

halloysite nanotubes bearing sulfonate polyelectrolyte brushes. J Membrane

Sci 454: 220-232.

Dewi EL, Ismujanto T, Chandrasa GT. 2008. Pengembangan dan aplikasi fuel

cell. Di dalam Tjutjuk Ismujanto, editor. Prosiding Seminar Nasional

Teknoin Bidang Teknik Mesin. Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi,

Jakarta, Indonesia. Jakarta (ID):51-54.

Dhuhita A, Kusuma DA. 2010. Karakterisasi dan uji kinerja SPEEK, cSMM, dan

Nafion untuk aplikasi direct methanol fuel cell (DMFC) [skripsi]. Semarang

(ID): Universitas Diponegoro.

Handayani S, Dewi EL. 2007. Pengaruh suhu operasi terhadap karakteristik

membran elektrolit polieter eter keton tersulfonasi. J Mater Sci+ 8(2)

ISSN:1411-1098.

18

Handayani S. 2008. Membran elektrolit berbasis polieter-eter keton tersulfonasi

untuk direct methanol fuel cell suhu tinggi [disertasi]. Jakarta (ID): UI.

Hasan A. 2007. Aplikasi sistem fuel cell sebagai energi ramah lingkungan di

sektor transportasi dan pembangkit. J Environt Sci Technol 8(3):277-286.

Hendrana S, Pujiastuti S, Sudirman, Rahayu I, Rustam YH. 2007. Pengaruh suhu

dan tekanan proses pembuatan terhadap konduktivitas ionic membran

PEMFC berbasis polstirena tesulfonasi. J Mater Sci+ 8:187-191.

Juniarzadinata R. 2011. Kajian struktur dan uji fluks membran polisulfon dengan

metode inversi fasa [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Lufrano F, Baglio V, Staiti P, Arico AS, Antonucci V. 2008. Polymer electrolytes

based on sulfonated polysulfone for direct methanol fuel cells. J Power

Sourc 179:34–41.

Marita IM. 2011. Pembuatan dan karakterisasi komposit membran PEEK

silika/clay untuk aplikasi direct methanol fuel cell [tesis]. Semarang (ID):

Universitas Diponegoro.

Martins CR, Hallwass F, Almeida YMB, Paoli MA. 2007. Solid-state 13C NMR

analysis of sulfonated polystyrene. Ann Magn Reson 6:46-55.

Pavia DL, Lampman GM, Kriz GS, Vyvyan JR 2009. Introduction to

Spectroscopy 4th

Ed. Washington (US): Thomson Learning, Inc.

Pramono E, Wicaksono A, Priyadi, Wulansari J. 2012. Pengaruh derajat sulfonasi

terhadap degradasi termal polistirena tersulfonasi. J Physics 2(2):157.

Priyadi. 2012. Membran komposit polistirena tersulfonasi (PST) berpengisi

lempung sebagai membran polimer elektrolit untuk aplikasi sel bahan bakar

(Fuell Cell) [skripsi]. Surakarta (ID): Universitas Sebelas Maret.

Shin JP, Chang BJ, Kim JH, Le SB, Suh DH. 2005. Sulfonated polystyrene/PTFE

composite membrane. J Membrane Sci 251:247-254.

Smitha B, Anjali Devi D, Sridhar S. 2008. Proton-conducting composite

membranes of chitosan and sulfonated polysulfone for fuel cell application.

J Energ Fuel 33:4138–4146.

Wicaksono A. 2012. Sintesis dan karakterisasi membran komposit polistirena

tersulfonasi dengan zeolit untuk aplikasi membran polimer elektrolit

[skripsi]. Surakarta (ID): Universitas Sebelas Maret.

Wisojodharmo LA, Dewi LE. 2008. Pembuatan membrane electrode assembly

(MEA) dengan katalis platina karbon pada PEMFC. Prosiding Seminar

Teknoin Bidang Teknik Mesin. Yogyakarta, 22 November 2008.

Yogyakarta (ID): BPPT. Hlm 105-108.

Xing P, Gilles PR, Michael DG, Serguei DM, Keping W, Serge K. 2004.

Synthesis and characterization of sulfonated poly(ether ether ketone) for

Proton Exchange Membranes. J Membrane Sci. 229:95-106.

Young HD, Roger AF, Sandin TR, Lewis FA. 2003. Fisika Universitas. Silaban

P, penerjemah; Safitri A, editor. Jakarta (ID): Penerbit Erlangga.

Terjemahan dari: Sears and Zemansky’s University Physics. Ed ke-10.

19

LAMPIRAN

Lampiran 1 Diagram alir penelitian

Penambahan kitosan

Penambahan oleum pada suhu

40 °C selama 60 menit.

Polisulfon (PSf)

Sintesis Polisulfon

Tersulfonasi (sPSf)

Membran Polisulfon

Tersulfonasi-Kitosan

(sPSf-Kitosan)

Pencirian Kinerja Membran Aplikasi pada

DMFC

1. Pengukuran Bobot Jenis

2. Pengujian Water Uptake

3. Pengukuran Konduktivitas Membran

4. Pengukuran Permeabilitas Metanol

1. FTIR

2. SEM

Penentuan

Derajat Sulfonasi

20

Lampiran 2 Penentuan derajat sulfonasi (DS)

Contoh perhitungan (ulangan 1):

Diketahui:

Vawal = VHCl blanko = 9.70 mL

Vakhir = VHCl terpakai = 9.20 mL

NHCl = 1.0046 N

BE SO3 = 80.06 g/ek

DS = ( awal - akhir) Cl

obot sampel x 100%

=( .7 - . ) m . 4 . g ek

. g x 100%

DS = 40.21%

Lampiran 3 Data penentuan water uptake

Membran Ulangan

Bobot membran

(g)

Water

Uptake

Rerata

Water

Uptake

Kering Basah (%) (%)

PSf

1 0.0291 0.0293 0.69

0.77 2 0.0382 0.0385 0.79

3 0.0475 0.0479 0.84

sPSf

1 0.0291 0.0295 1.37

1.59 2 0.0234 0.0238 1.71

3 0.0239 0.0243 1.67

sPSf-kitosan

4%

1 0.0290 0.0307 5.86

6.11 2 0.0242 0.0256 5.79

3 0.0284 0.0303 6.69

sPSf-kitosan

5%

1 0.0165 0.0183 10.91

11.24 2 0.0150 0.0167 11.33

3 0.0183 0.0204 11.48

Contoh perhitungan (membran PSf ulangan 1):

Water uptake (%) = basah - kering

kering

= . g - . g

. g

= 0.69%

Ulangan Bobot

sampel (g)

VNaOH

(mL)

VHCl (mL) Derajat

Sulfonasi (%) awal akhir terpakai

1 0.1000 10.00 0.00 9.20 9.20 40.21

2 0.1019 10.00 9.20 18.30 9.10 47.36

3 0.1012 10.00 18.30 27.40 9.10 47.68

Rerata 45.09

Rerata Water Uptake (%) = . .7 . 4

=0.77%

Lam

pir

an 4

Dat

a p

enen

tuan

bobot

jenis

Jenis

mem

bra

n

Ula

ngan

W

(g)

D (

g/m

L)

D

(g/m

L)

Rer

ata

D (

g/m

L)

0

1

2

3

l a

PS

f

1

20.2

273

20.2

307

44.4

992

44.4

986

0.9

9805

0.0

0125

1.2

116

1.2

064

2

20.2

273

20.2

314

44.4

993

44.4

986

0.9

9805

0.0

0125

1.2

033

3

20.2

273

20.2

308

44.4

992

44.4

986

0.9

9805

0.0

0125

1.2

043

sPS

f

1

20.2

271

20.2

292

44.5

022

44.5

018

0.9

9805

0.0

0125

1.2

326

1.2

251

2

20.2

271

20.2

287

44.5

021

44.5

018

0.9

9805

0.0

0125

1.2

281

3

20.2

271

20.2

299

44.5

023

44.5

018

0.9

9805

0.0

0125

1.2

147

sPS

f-kit

osa

n 4

%

1

20.2

266

20.2

297

44.4

630

44.4

624

0.9

9875

0.0

0125

1.2

381

1.2

448

2

20.2

266

20.2

276

44.4

626

44.4

624

0.9

9875

0.0

0125

1.2

481

3

20.2

266

20.2

296

44.4

630

44.4

624

0.9

9875

0.0

0125

1.2

481

sPS

f-kit

osa

n 5

%

1

20.2

254

20.2

301

44.4

525

44.4

515

0.9

9875

0.0

0125

1.2

683

1.2

558

2

20.2

254

20.2

315

44.4

527

44.4

515

0.9

9875

0.0

0125

1.2

430

3

20.2

254

20.2

332

44.4

531

44.4

515

0.9

9875

0.0

0125

1.2

562

Conto

h p

erhit

ungan

(M

embra

n s

PS

f-kit

osa

n 5

% u

langan

1):

D =

-

( -

) -

-

[ l- a]

a

=

( . - . 4)

( 44.4 - . 4) - 44.4 - . ) [ . 7 - . ] .

D =

1.2

683

g/m

L

Ket

: W

0,1

,2,3

ber

turu

t-tu

rut=

bobot

pik

no k

oso

ng, b

obot

pik

no+

sam

pel

, bobot

pik

no+

sam

pe+

aku

ades

, bobot

pik

no+

akuad

es

Dl,

Da,

D b

ertu

rut-

turu

t= D

ensi

tas

air,

den

sita

s ud

ara,

den

sita

s sa

mpel

21

22

Lampiran 5 Data hasil analisis FTIR

Gugus fungsi Bilangan gelombang membran (cm

-1)

PSf sPSf sPSf-kitosan 5%

Ikatan C=C pada cincin aromatik 1586.40-1488.71 1586.64-1488.57 1586.71-1491.96

Ikatan C-H pada cincin aromatik 3093.51-3067.57 3094.73-3067.58 3094.57-3067,61

Ikatan Hidrogen O-H - 3628.77 3653.36

Ikatan C-O pada eter 1250.01 1249.18 1252.60

Cincin aromatik tertrisubstitusi 1,2,4- - 1724.29 1725.04

Ikatan S=O asimetrik 1323.58 1323.53 1323.27

Ikatan S=O simetrik 1153.34 1151.66 1153.96

PSf

sPSf

4000.0 3000 2000 1500 1000 450.0

-12 .0

0

10

20

30

40

50

60

70

77.0

cm-1

%T

Laboratory Test Resu l t

3711.27

3652.03

3643.94

3593.80

3551.643541.57 3163.95

3093.51

3067.57

3036.78

2968.45

2934.21

2873.29

2653.13

2595.752449.23

2410.65

2080.08

2041.37

1904.24

1774.87

1747.21

1586.40

1504.27

1488.71

1410.56

1386.53

1363.94

1323.58

1294.77

1250.01

1206.33

1169.72

1153.34

1107.12

1080.871014.14

962.07

945.35

918.45

873.84

853.74

834.92

795.48

756.38

740.58

715.86

693.05

665.17

635.89

621.25

559.53

461.46

4000.0 3000 2000 1500 1000 450.0

-14 .0

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

88.0

cm-1

%T

Laboratory Test Resu l t

Laboratory Test Resu l t

Laboratory Test Resu l t

3902.75

3628.77

3547.15

3164.20

3094.73

3067.58

3036.72

2968.27

2934.38

2872.96

2594.49

2447.42

2411.09

2221.30

2078.57

2041.30

1902.82

1775.99

1724.29

1586.64

1503.96

1488.57

1410.70

1386.59

1364.00

1323.53

1294.73

1249.18

1206.17

1169.81

1151.66

1107.37

1080.84

1014.21

963.08

945.21

917.66

873.90

853.80

835.14

795.64

740.30

715.90

692.98

664.95

635.86

559.23

465.03

4000.0 3000 2000 1500 1000 450.0

-12 .0

0

10

20

30

40

50

60

70

76.3

cm-1

%T

Laboratory Test Resu l t

Laboratory Test Resu l t

3901.06

3653.36

3557.58

3166.72

3094.57

3067.61

3036.59

2968.06

2933.60

2872.92

2731.34

2692.22

2651.08

2592.57

2450.30

2409.68

2280.44

2220.93

2178.18

2080.21

2041.00

1904.26

1774.30

1725.04

1586.73

1491.96

1410.67

1386.53

1363.97

1323.27

1294.87

1252.60

1206.22

1169.80

1153.96 1107.59

1080.82

1014.20

961.88

945.85

918.60

873.93

853.87

835.15

795.53

738.95

715.77

692.97

664.77

635.88

621.26

560.03

463.97

sPSf-kitosan 5%

23

Lampiran 6 Data penentuan konduktivitas proton

Elektrode karbon-karbon

Jenis membran Tebal

(cm)

Luas

(cm2)

Konduktans (x10-3

S) Konduktivitas (x10-3

S/cm)

aktivasi nonaktivasi aktivasi nonaktivasi

PSf 0.008 5.31 176.95 155.77 0.2666 0.2347

sPSf 0.005 5.31 322.24 318.32 0.3034 0.2997

sPSf-kitosan 4% 0.010 5.31 342.33 312.89 0.6447 0.5892

sPSf-kitosan 5% 0.011 5.31 392.84 331.74 0.8138 0.6872

Elektrode tembaga-besi

Jenis membran Tebal

(cm)

Luas

(cm2)

Konduktans (x10-3

S) Konduktivitas (x10-3

S/cm)

aktivasi nonaktivasi aktivasi nonaktivasi

PSf 0.008 4.72 303.25 297.73 0.5140 0.5046

sPSf 0.005 4.72 546.71 515.73 0.5791 0.5463

sPSf-kitosan 4% 0.010 4.72 627.40 593.04 1.3292 1.2564

sPSf-kitosan 5% 0.011 4.72 747.56 647.37 1.7422 1.5087

Contoh perhitungan (membran sPSf aktivasi, elektrode karbon):

σ = G х l

A

= 322.24 S х . cm

. cm

σ = 0.3034 S/cm

Parameter:

Frekuensi : 100.00 kHz

CC : 1.00 mA

V-lim : 10 mV

Range : Auto 10 Ω

Open : Off

Short : Off

Keterangan :

σ : konduktivitas proton (S/cm)

A : luas permukaan (cm2)

l : jarak antar kedua elektrode

G : nilai konduktansi (S)

24

Lampiran 7 Data persentase peningkatan konduktivitas proton

Elektrode Jenis membran Konduktivitas (mS/cm) Peningkatan (%)

Aktivasi Nonaktivasi Aktivasi Nonaktivasi

Karbon

PSf 0.2666 0.2347 0 0

sPSf 0.3034 0.2997 13.82 27.72

sPSf-kitosan 4% 0.6447 0.5892 112.47 96.59

sPSf-kitosan 5% 0.8138 0.6872 26.23 16.63

Logam

PSf 0.5140 0.5046 0 0

sPSf 0.5791 0.5463 12.68 8.26

sPSf-kitosan 4% 1.3292 1.2564 129.52 129.98

sPSf-kitosan 5% 1.7422 1.5087 31.07 20.08

Contoh perhitungan peningkatan konduktivitas akibat penambahan gugus sulfonat

(elektrode logam, membran aktivasi):

Peningkatan (%) =

Peningkatan (%) =

= 12.68%

Lampiran 8 Beda potensial yang dihasilkan pada setiap membran

Jenis membran Beda potensial (mV)

Karbon Logam

PSf 130 305

sPSf 140 335

sPSf-kitosan 4% 154 406

sPSf-kitosan 5% 163 427

Lampiran 9 Nilai arus yang dihasilkan pada setiap membran

Membran G (S) V (Volt) I (Ampere)

Karbon Logam Karbon Logam Karbon Logam

PSf 0.1770 0.3033 0.130 0.305 0.0230 0.0925

sPSf 0.3222 0.5467 0.140 0.335 0.0451 0.1831

sPSf-kitosan 4% 0.3423 0.6274 0.154 0.406 0.0527 0.2547

sPSf-kitosan 5% 0.3928 0.7476 0.163 0.427 0.0640 0.3192

Contoh perhitungan (membran sPSf-kitosan 5%, elektrode logam):

I = V х G

= 0.427 V х 0.7476 S

I = 0.3192 Ampere

25

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Ciamis, 18 April 1992. Penulis merupakan putra

pertama dari 2 bersaudara, pasangan Uus Kusmana dan Imas Rohimah. Tahun

2010 penulis lulus dari Sekolah Menengah Atas Negeri 1 Pangandaran dan

melanjutkan pendidikan di Institut Pertanian Bogor dengan jurusan Kimia,

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam melalui jalur undangan seleksi

masuk IPB (USMI). Selama masa perkuliahan, penulis mendapatkan bantuan

berupa beasiswa dari pemerintah, yaitu program Bidik Misi.

Kegiatan akademik yang dijalani penulis selain perkuliahan adalah menjadi

asisten Praktikum Kimia Lingkungan (2013) dan Kimia Fisik (2014) untuk

mahasiswa Departemen Kimia dan Ilmu Teknologi Pangan. Selain itu, penulis

juga aktif di kegiatan non-akademik, seperti menjadi anggota (2012) dan ketua

(2013) departemen Peningkatan Kualitas dan Keprofesian Mahasiswa (PK2M)

dalam himpunan profesi Ikatan Mahasiswa Kimia (IMASIKA) dengan berbagai

macam program kerja.

Tahun 2013, penulis melaksanakan Praktik Lapangan (PL) di Balai

Penelitian Ternak, Ciawi dari bulan Juli hingga Agustus dengan judul laporan

Pengaruh Ukuran Partikel dari Buah Lerak (Sapindus rarak DC) Terhadap

Penentuan Kandungan Saponin.