3. Metodologi Penelitian

3. Metodologi Penelitian 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian telah dilakukan di Laboratorium Kimia Fisik Material, Kelompok Keilmuan Kimia Anorganik dan Fisik, Program Studi Kimia ITB dari bulan November 2007 hingga Mei 2008.

3.2 Alat dan Bahan yang Digunakan

3.2.1 Alat ƒ

Peralatan gelas

ƒ

Microwave

ƒ

FT-IR Shimadzu

ƒ

Viscometer Oswald

ƒ

Stopwatch

ƒ

Neraca digital

ƒ

Konduktometer

3.2.2 Bahan ƒ

Kitin dari kulit udang

ƒ

NaOH (Merck)

ƒ

CH3COOH (Merck)

ƒ

DMF (Merck)

ƒ

Etanol (Bratako Chemika)

ƒ

NaOH (Merck)

ƒ

HClSO3 (Merck)

ƒ

KCl (Merck)

ƒ

Metanol p.a (Merck)

ƒ

H2SO4 (Merck)

3.3 Pembuatan Membran Kitosan

3.3.1 Pembuatan Kitosan Kitosan dibuat dari kitin yang diisolasi dari kulit udang. Tahap yang dilakukan adalah penghilangan protein, penghilangan mineral, tahap ekstraksi zat warna dan tahap deasetilasi kitin (transformasi kitin menjadi kitosan).[15]

3.3.2 Tahap Penghilangan Protein ( deproteinasi) Sebanyak 200 gram sampel kulit udang yang telah kering diblender hingga ukuran diameter rata-rata 1-5 mm. Sampel kulit udang sebanyak 100 gram dimasukkan ke dalam satu liter larutan NaOH 3,5% (b/v). Campuran ini kemudian dipanaskan pada suhu 650C dalam gelas kimia 2L selama 2 jam. Sampel kulit udang yang telah dideproteinasi disaring menggunakan saringan plastik, dicuci menggunakan aqua dm sampai pH netral. Sampel kemudian dikeringkan pada temperatur 650C sampai kering dan menunjukkan berat konstan.

3.3.3 Tahap Penghilangan Mineral Sampel kulit udang yang telah dideproteinasi dimasukkan secara perlahan ke dalam HCl 1 M, sambil diaduk menggunakan pengaduk magnetik. Perbandingan untuk sampel dan larutan HCl yang digunakan adalah 1:15 (b/v). Hasilnya diperoleh kitin yang masih menngandung zat warna. Kitin kemudian disaring dan dicuci dengan aqua dm sampai pH netral. Kemudian kitin dikeringkan pada temperatur 650C sampai menunjukkan berat konstan.

3.3.4 Tahap Deasetilasi Kitin Kitin yang telah diperoleh direaksikan dengan larutan NaOH 50% (b/v). Perbandingan berat kitin (gram) dengan larutan NaOH yang digunakan (mL) adalah 1:10 kemudian dipanaskan pada temperatur 1000C, sambil terus diaduk menggunakan pengaduk magnetik. Reaksi deasetilasi ini dilakukan selama empat jam kemudian dilakukan pencucian dengan aqua dm sampai pH netral dan dikeringkan pada suhu 650C sampai kering.

3.3.5 Pembuatan Membran Kitosan Satu gram kitosan yang diperoleh dilarutkan dalam 100 mL asam asetat 1% (b/v) dalam labu Erlenmeyer bertutup. Campuran diaduk dengan pengaduk magnetik sampai semua kitosan 14

larut. Larutan kitosan masing-masing sebanyak 25 mL dituang ke dalam cawan petri berukuran sama. Pelarut (asam asetat 1%) dibiarkan menguap dalam suhu kamar selama satu minggu. Setelah semua pelarut menguap, larutan NaOH ditambahkan sebagai koagulan. Membran kitosan dicuci dengan aqua dm hingga pH netral lalu dikeringkan di udara terbuka.

3.3.6 Sintesis Membran Kitosan Sulfat dengan Gelombang Mikro Asam kloro sulfonat 5 mL dalam 30 mL dimetil formamida digunakan untuk memodifikasi membran kitosan. Membran kitosan direaksikan dengan larutan HSO3Cl/DMF dalam gelombang mikro selama 70 detik. Daya alat penghasil gelombang mikro yang digunakan divariasikan dengan nilai 490, 560, 630 dan 700 Watt dengan frekuensi gelombang mikro sebesar 2,45 GHz. Membran kitosan termodifikasi direndam dalam etanol dan dikeringkan di udara terbuka.

3.3.7 Sintesis Membran Kitosan Sulfat dengan Metoda Konvensional Asam kloro sulfonat 5% (v/v) dalam diklorometan digunakan untuk memodifikasi membran kitosan yang telah dibuat sebelumnya. Membran kitosan direndam dalam HSO3Cl/CH2Cl2 5% selama 15 menit. Setelah itu membran kitosan dibilas dengan CH2Cl2 sampai bebas asam dan dikeringkan di udara terbuka.

3.4 Karakterisasi Karakterisasi yang dilakukan pada penelitian ini meliputi karakterisasi FTIR untuk menentukan gugus-gugus fungsi yang ada dalam kitin, kitosan maupun membran kitosan sulfonat, penentuan derajat deasetilasi kitin, penentuan massa molekul rata-rata kitosan, uji ketahanan termal dengan TGA dan DSC, uji potensial membran dan uji kapasitas penukar ion dan uji pada membran.

3.4.1 Karakterisasi dengan FTIR (Fourier Transform Infrared) Molekul yang dapat dianalisis dengan IR ialah molekul yang dapat mengalami perubahan dipol. Prinsip analisis menggunakan spektroskopi infra merah ialah vibrasi ikatan kimia yang mempunyai frekuensi yang spesifik. Setiap ikatan kimia mempunyai frekuensi vibrasi yang khas sehingga dapat dibedakan dengan analisis puncak serapan infra merah. Cara kerja yang dilakukan ialah 1 mg kitosan digerus bersama serbuk KBr kering sampai halus. Campuran

15

tersebut dibuat pelet dan dimasukkan ke dalam alat FTIR Prestige 21 Shimadzu. Untuk sampel berupa membran tebal, membran dipotong hingga diperoleh serbuk halus dan dicampur dengan KBr untuk dijadikan pelet. Spektrum infra merah direkam pada bilangan gelombang 4000-650 cm-1.

3.4.2 Penentuan Derajat Deasetilasi Kitin Metode Baseline.[16] digunakan untuk menentukan nilai derajat deasetilasi kitin. Perbandingan antara absorban pada ν = 1655 cm-1 (serapan gugus amida) dengan absorban pada ν = 3450 cm-1 (serapan gugus hidroksi) menjadi parameter dalam perhitungan nilai Ndeasetilasi (persamaan 1). % N-deasetilasi = ⎡⎢ ⎛⎜ A1 6 55 ⎞⎟ × 100 ⎤⎥ % ⎣ ⎝ A34 5 0 ⎠ 1, 33 ⎦

...........................................(1)

Nilai 1,33 merupakan nilai perbandingan absorban pada ν = 1655 cm-1 dan ν = 3450 cm-1 untuk N-asetilasi kitin sempurna. Garis dasar (baseline) yang dipilih akan menentukan nilai absorban.

3.4.3 Penentuan Massa Molekul Rata-Rata Massa molekul kitosan dapat ditentukan dari nilai viskositas larutannya. Polimer akan meningkatkan viskositas pelarut murni. Waktu alir larutan polimer sebanding dengan viskositas pada konsentrasi polimer yang sangat encer. Dengan persamaan Mark-Houwink nilai massa molekul rata-rata kitosan dapat diperoleh. Nilai K dan a untuk kitosan dalam pelarut asam asetat adalah 1,46 x 10-4 dan 0,83[17]. Variasi konsentrasi larutan kitosan dalam asam asetat 1% (b/v) yang digunakan pada penelitian ini adalah 0,005 gram per 100 mL; 0,01 gram per 100 mL; 0,05 gram per 100 mL dan 0,10 gram per 100 mL [η] = k M v

a

.....…………………….....(2)

3.4.4 Penentuan Nilai Kapasitas Penukar Ion (Ion Exchange Capacity) Nilai kapasitas penukar ion membran (IEC) dapat ditentukan dengan cara titrasi balik. Membran direndam dalam larutan NaOH 0,01 N selama 24 jam lalu dicuci bersih. Selanjutnya membran direndam dalam 50 mL H2SO4 0,01 N selama 24 jam. Asam sulfat yang dipakai untuk merendam membran diambil sebanyak 10,0 mL dan dititrasi dengan 16

NaOH yang telah dibakukan.

IEC =

(vblanko − vsampel ) ×[basa] × f m

m

= massa membran (gram)

v

= volume

..........................................(3)

(mL)

[basa] = konsentrasi NaOH yang digunakan (M) f

= 5 (jika diambil aliquot 10 mL dari 50 mL)

3.4.5 Penentuan Nilai Temperatur Transisi Gelas dan Ketahanan Termal Analisis ketahanan termal suatu polimer dapat dilakukan dengan Differential Scanning Calorimetry (DSC), Differential Thermal Analysis (DTA) dan Thermo Gravimetry Analysis (TGA). Dalam analisis ini, sifat –sifat fisik dan kimia polimer diukur sebagai fungsi dari suhu. Termogram TGA dan DSC diuji oleh Laboratorium Uji Polimer Pusat Penelitian Fisika, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia. Kondisi pengukuran TGA dilakukan pada temperatur analisis 29,0 – 555,00C dan laju kenaikan temperatur 100C/menit menggunakan alat TG/DTA 200 Seiko SSC 5200H. Untuk DSC, kondisi pengukuran dilakukan pada suhu 25,0 – 200,00C dan laju kenaikan temperatur 100C/menit menggunakan alat DSC 200 Seiko SSC 5200H.

3.4.6 Penentuan Nilai Permeabilitas Metanol Nilai permeabilitas metanol membran ditentukan dengan alat khusus (Gambar 3. 1) dan alat kromatografi gas (Gas Chromatography). Dengan mengalurkan grafik antara waktu dan

− ln

Ap C0 − C s akan diperoleh nilai gradien yang sama dengan nilai (C0=konsentrasi V C0

metanol awal, CS=konsentarasi metanol di bagian B, A= luas permukaan membran, V= volume metanol, dan p=koefisien perrmeabilitas). Nilai permeabilitas dapat dihitung dengan persamaan P = p.l (l adalah ketebalan membran).[10]

17

Gambar 3. 1 Skema alat uji permeasi metanol[10]

3.4.7 Uji Potensial Membran Potensial membran ditentukan menggunakan alat yang sama dengan alat uji permeasi metanol. (Gambar 3. 1) Larutan yang digunakan ialah KCl. Bagian A diisi dengan KCl 0,001 M sedangkan bagian B diisi KCl dengan variasi konsentrasi dari 0,001M; 0,01 M; 0,1 M; 1M; hingga 2M. Nilai potensial antara dua larutan KCl yang berbeda konsentrasi diukur dengan multimeter lalu diolah dengan Origin menggunakan fungsi TMS Cation Exchange. Kurva dibuat dengan mengalurkan nilai konsentrasi KCl terhadap nilai potensial (jenis kurva: log 10) dan di-fitting secara non linier. Nilai muatan efektif membran (QX dalam mol/L) dan W (kecepatan pergerakan ion dalam membran) akan diperoleh.

W=

w+ − w− w+ + w− ...........................................(4)

w+ 1 − W = w− W − 1 Nilai

w+ menunjukkan perbandingan kecepatan pergerakan kation dengan anion. Jika nilai w−

w+ w >1 maka pergerakan kation lebih besar dibandingkan anion sedangkan jika + <1 maka w− w− pergerakan anion lebih besar dibandingkan dengan kation.

3.4.8 Uji dengan Scanning Electron Microscope (SEM) Uji SEM dilakukan di Laboratorium Uji Polimer Pusat Penelitian Fisika, Lembaga Ilmu

18

Pengetahuan Indonesia. Alat yang digunakan adalah Scanning Electron Microscope JEOL T330A dengan kondisi operasi pada tegangan 15kV dan arus 0,5 mA. Metoda yang digunakan ialah Secondary Electron Image (SEI).

3.4.9 Penentuan Nilai Konduktivas Proton Nilai konduktivitas proton merupakan suatu parameter yang menunjukkan kemudahan material menghantarkan proton. Metoda karakterisasi ini akan menentukan sifat listrik material dan antarmukanya dengan elektroda. Respon material ketika diberi rangsangan arus atau tegangan listrik dari elektroda akan bergantung pada jenis muatan dan jenis elektroda. Cara kerja yang dilakukan adalah membran terlebih dahulu direndam dalam asam sulfat 0,01M lalu dinetralkan hingga pH 6 – 7. Membran diuji dengan alat uji impedansi untuk mencari nilai Zreal dan nilai θ (rad). Kurva impedansi nyata (Zreal) terhadap frekuensi dibuat untuk mencari nilai frekuensi ambang yang akan menentukan nilai konduktivitas proton membran (R=1/ Zreal pada frekuensi ambang). (Gambar 3. 2)

Gambar 3. 2 Grafik pengaruh frekuensi terhadap nilai impedansi yang terukur Dari nilai impedansi nyata pada frekuensi ambang, nilai konduktivitas proton dapat ditentukan dengan persamaan (5).

σ=

l RA

...............................................(5)

σ = konduktivitas

A = luas membran

l

R = hambatan membran

= tebal membran

19