BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Teknologi membran telah banyak digunakan pada berbagai proses pemisahan dan sangat spesifik terhadap molekul-molekul dengan ukuran tertentu. Selektifitas membran ini didasarkan pada perbedaan ukuran, bentuk permukaan, elektrostatik, difusifitas, interaksi terhadap zat kimia, volatilitas, polaritas, maupun kelarutan (Hafidzah,2008). Teknologi
membran
mempunyai
beberapa
keunggulan
yaitu
proses
pemisahannya berlangsung pada suhu kamar, dapat dilakukan secara kontiniu, sifatnya bervariasi, dapat diatur sesuai kebutuhan, membran yang dihasilkan dapat digunakan kembali dan ramah lingkungan karena tidak menimbulkan dampak yang buruk bagi lingkungan. Membran juga dapat berfungsi sebagai filter yang sangat spesifik, dikarenakan hanya molekul-molekul tertentu saja yang bisa melewati membran sedangkan sisanya akan tertahan di permukaan membran. Mikrofiltrasi merupakan salah satu proses dengan melewatkan umpan pada membran mikropori. Membran mikrofiltrasi dapat diaplikasikan dalam industri diantaranya pada sterilisasi dingin dari minuman dan bahan farmasi, penjernihan jus buah, wine, dan bir, air ultra murni pada industri semi konduktor, recovery logam, pengolahan limbah, fermentasi kontiniu, pemisahan emulsi minyak dan air (General,2013) Suatu bahan dapat dijadikan membran apabila tahan secara kimia baik terhadap umpan maupun pada cairan pencuci membran, stabil secara mekanik, termal dan memiliki permeabilitas dan selektifitas yang tinggi (Hafidzah,2008). Berbagai polimer telah banyak digunakan sebagai bahan dasar industri pembuatan membran. Salah satu polimer yang biasa digunakan sebagai bahan pembuatan membran yaitu polisulfon. Polisulfon memiliki ketahanan yang baik terhadap temperatur yang tinggi, rentang pH yang lebar yaitu 1-13 dan mempunyai kestabilan kimia yang cukup tinggi.
Universitas Sumatera Utara
Produksi membran pada saat ini dibuat dengan dengan metode inversi fasa melalui teknik presipitasi terendam. Polimer yang digunakan harus dapat larut pada pelarut yang sesuai, dan dapat dibuat menjadi dua konfigurasi yaitu datar (lembaran) dan pipa (turbular). Teknik inversi fasa dapat menghasilkan struktur membran yang rapat dan berpori yang dipengaruhi oleh pelarut dan bahan perendaman yang digunakan. Membran polisulfon secara umum telah banyak dipelajari dan diteliti dengan berbagai variasi kondisi. Berbagai macam kondisi pada preparasi membran akan mempengaruhi kinerja membran dari segi sifat permeabilitas dan
selektifitas.
Cynthia L.Radiman dkk (2002) telah melakukan pengujian pengaruh media perendam terhadap permeabilitas membran polisulfon. Hasil penelitian menunjukkan bahwa etanol merupakan media perendam yang sangat efektif untuk membran polisulfon dimana dapat meningkatkan permeabilitas melalui peningkatan hidrofilisitas tanpa menimbulkan penurunan berarti terhadap selektifitasnya. Pengaruh waktu sonifikasi terhadap kinerja membran polisulfon telah diteliti oleh Rendra Juniarzadinata (2011). Waktu sonifikasi mempengaruhi kinerja membran dengan menghasilkan nilai fluks yang berbeda di setiap variasi waktu. Salah satu faktor penghambat dalam teknologi membran mikrofiltrasi adalah terjadinya fouling. Adanya fouling atau penyumbatan pada membran akan mempengaruhi usia membran dan menurunkan kinerja membran yang disebabkan oleh interaksi fisik dan kimia antara membran dengan komponen yang terkandung dalam aliran proses filtrasi. Salah satu cara untuk meningkatkan kinerja membran adalah dengan menambahkan bahan tambahan atau pengisi pada saat proses pembuatan membran. Salah satu bahan yang dapat ditambahkan pada membran polisulfon yaitu dengan penambahan titanium dioksida (TiO 2 ), nanosilver, Fe 3 O 4 , lempung, zeolit, bentonit dan berbagai adsorben alami lainnya. Asmara Satria Akbar dkk (2013) telah membuat membran hibrid polisulfon dengan menambahkan lempung alam Desa Palas Kecamatan Rumbai Pekanbaru sebagai porogen pengganti polietilen glikol. Hasil dari penelitian ini menunjukkan
Universitas Sumatera Utara
bahwa pori membran polisulfon dan karakteristik permeasi berubah dengan penambahan lempung dan PEG. Aplikasi penggunaan membran paling banyak dimanfaatkan untuk degradasi warna pada limbah industri pakaian, dan penyaringan air gambut. Zahrol Athiyah (2012) telah melakukan studi kinerja membran polisulfon dengan pendoping TiO 2 untuk filtrasi air tercemar. Dengan penambahan TiO 2 mampu meningkatkan kinerja membran dan menurunkan kadar logam berat yang terdapat di dalam air tercemar. Ni Nyoman Rupiasih dkk telah melakukan studi mengenai pengaruh ketebalan membran terhadap penyaringan air tercemar yang mengandung asam humat (polutan organik). Semakin tebal membran maka ukuran pori yang terbentuk semakin kecil dan semakin sedikit. Ketebalan membran juga akan mempengaruhi fluks dan koefisien rejeksi pada larutan asam humat. Semakin tebal membran, nilai fluks/permeabilitas menurun namun koefisien rejeksi semakin meningkat. Bentonit alam merupakan mineral lempung yang mampu menyerap air dan mengembang sehingga menjadikan bentonit memiliki banyak kegunaan. Salah satu sifat bentonit yang sangat berguna di bidang industri dan dapat diterapkan dalam aplikasi teknologi membran yaitu pertukaran ion. Sifat ini menentukan jumlah air yang dapat diserap bentonit. Hal ini disebabkan karena struktur kisi-kisi kristal mineral bentonit serta adanya unsur kation yang mudah tertukar maupun menarik air (Hidayat,Taufik.2013). Pada tahun terakhir ini, bentonit banyak dimanfaatkan untuk mengontrol pencemaran air yang diakibatkan oleh polutan organik maupun anorganik yang diakibatkan oleh limbah industri maupun air gambut yang terdapat di sebagian besar daerah Sumatera. Kandungan humic acid (asam humat) atau bahan-bahan organik yang terdapat dalam air tanah, air gambut, dan air laut merupakan salah satu penyebab munculnya fouling pada membran mikrofiltrasi. Oleh karena itu diperlukan metode untuk mengatasi fouling yang terjadi pada saat proses filtrasi membran dengan menambahkan adsorben bentonit. Hal ini dikarenakan bentonit mempunyai sifat
Universitas Sumatera Utara
mengadsorbsi, karena ukuran partikel koloidnya sangat kecil dan memiliki kapasitas permukaan yang tinggi (Suharto,1997). Pengolahan air gambut dengan bentonit telah dilakukan oleh Yusnimar dkk (2010). Pada penelitian ini, Yusnimar melakukan pengolahan air Sungai Siak dengan gabungan metode adsorpsi, koagulasi-sedimentasi dan filtrasi. Pada proses adsorbsi menggunakan bentonit sebagai adsorben. Penggunaan bentonit diawal proses pengolahan air Sungai Siak mampu mengurangi warna dan bau air gambut. Pada penelitian ini akan dilakukan preparasi dan karakterisasi membran polisulfon dengan menambahkan pengisi mikrobentonit untuk penyaringan air gambut untuk mengurangi kekeruhan, pH, jumlah zat padat tersuspensi (TSS) dan jumlah zat padat terlarut (TDS). Hasil yang diperoleh akan dibandingkan dengan standar yang ditetapkan PERMENKES RI No.416/MENKES/PER/IX/1990 lampiran II tentang persyaratan kualitas air bersih. Oleh karena itu, penelitian ini akan dikerjakan untuk melihat pengaruh penambahan bentonit alam sebagai bahan pengisi membran polisulfon terhadap kinerja dan fluks membran polisulfon.
1.2 Perumusan Masalah Berdasarkan uraian di atas, maka penulis merumuskan permasalahan yang akan diteliti, yaitu : a. Apakah bentonit alam dapat digunakan sebagai bahan pengisi pada membran polisulfon? b. Bagaimana sifat permeabilitas, analisa gugus fungsi dan morfologi permukaan membran polisulfon dengan pengisi mikrobentonit alam dalam pemurnian air gambut? c. Apakah kadar pH, kekeruhan, TSS dan TDS air gambut sebelum dan setelah penyaringan dengan membran polisulfon dengan pengisi mikrobentonit sesuai dengan PERMENKES RI No.416/MENKES/PER/IX/1990 lampiran II tentang persyaratan kualitas air bersih.
Universitas Sumatera Utara
1.3 Pembatasan Masalah Agar penelitian menjadi lebih tepat sasaran, maka pada penelitian ini dibatasi pada: a. Mikrobentonit yang digunakan yaitu bentonit alam dari Kabupaten Bener Meriah, Aceh yang telah diaktivasi. b. Metode penyaringan membran polisulfon dengan pengisi mikrobentonit yaitu menggunakan teknik inversi fasa prestipitasi terendam. c. Parameter air gambut yang dianalisis yaitu kekeruhan, pH, TSS dan TDS.
1.4 Tujuan Penelitian Adapun tujuan penelitian ini, yaitu : a. Mengetahui
pembuatan
membran
polisulfon
dengan
bahan
pengisi
mikrobentonit alam. b. Mengetahui permeabilitas, analisa gugus fungsi dan morfologi permukaan membran polisulfon dengan pengisi mikrobentonit alam terhadap air gambut. c. Mengevaluasi hasil penyaringan air gambut dengan membran polisulfonbentonit berdasarkan PERMENKES RI No.416/MENKES/PER/IX/1990 lampiran II tentang persyaratan kualitas air bersih.
1.5 Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi dalam pembuatan membran polisulfon dengan pengisi mikrobentonit dan aplikasinya untuk pemurnian air gambut secara inversi fasa prestipitasi terendam, serta pengaruhnya terhadap permeabilitas membran polisulfon-mikrobentonit.
1.6 Metodologi Penelitian Penelitian ini bersifat eksperimental laboratorium, dimana pada penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahapan yaitu :
Universitas Sumatera Utara
1. Persiapan mikrobentonit teraktivasi. Bentonit alam diaktivasi menggunakan larutan asam H 2 SO 4 dan diharapkan dapat meningkatkan sifat kristalin mikrobentonit. 2. Karakterisasi mikrobentonit. Pada tahapan ini mikrobentonit dikarakterisasi dengan X-Ray Diffraction (XRD) sebelum dan sesudah aktivasi. 3. Pembuatan membran polisulfon dengan bahan pengisi mikrobentonit. Pada tahapan ini, membran polisulfon-mikrobentonit dibuat dengan metode inversi fasa prestipitasi terendam. Polisulfon 15% (w/w) dilarutkan ke dalam dimetil asetamida (DMAc) dengan variasi penambahan mikrobentonit 0%, 5%, 10%, 15%, dan 20% terhadap berat polisulfon. Larutan dope diaduk dengan menggunakan pengaduk magnet hingga homogen dan dicetak di atas plat kaca sekitar 7 menit dan direndam ke dalam bak koagulasi air selama 10 menit hingga membran lepas dengan sendirinya. 4. Uji permeabilitas membran polisulfon-mikrobentonit Membran yang telah dicetak dengan berbagai variasi diuji permeabilitasnya dengan melewatkan air gambut pada
sel membran pada
tekanan 2 bar
sehingga didapatkan waktu alir dan nilai fluks masing-masing membran. 5. Karakterisasi membran polisulfon-mikrobentonit Karakterisasi meliputi analisis gugus fungsi membran dengan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), morfologi permukaan dan pori membran dengan Scanning Electron Microscopy (SEM). 6. Analisis parameter sampel air gambut Air gambut sebelum dan sesudah penyaringan dengan membran polisulfonmikrobentonit dianalisa kadar kekeruhan, derajat keasaman (pH), jumlah zat padat tersuspensi (TSS) dan jumlah zat padat terlarut (TDS) dan dibandingkan dengan PERMENKES RI No.416/MENKES/PER/IX/1990 lampiran II tentang persyaratan kualitas air bersih.
Universitas Sumatera Utara
1.7 Lokasi Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Fisika, Laboratorium Terpadu Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan, Laboratorium Kimia Dasar Pendidikan Teknologi Kimia Industri Medan dan Laboratorium Kimia Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Riau, Pekanbaru.
Universitas Sumatera Utara
