PENGARUH KONSENTRASI DAN TEMPERATUR LARUTAN TERHADAP KARAKTERISTIK RAPAT ARUS DIFUSI-BEDA TEGANGAN DARI MEMBRAN KITOSAN DENGAN VARIASI MATRIK / PELARUT
SKRIPSI
BIDANG MINAT BIOFISIKA
Angelia Bella Kusumaningtyas
JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA 2015
PENGARUH KONSENTRASI DAN TEMPERATUR LARUTAN TERHADAP KARAKTERISTIK RAPAT ARUS DIFUSI-BEDA TEGANGAN DARI MEMBRAN KITOSAN DENGAN VARIASI MATRIK / PELARUT
SKRIPSI
BIDANG MINAT BIOFISIKA
Angelia Bella Kusumaningtyas
JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA 2015
i
ii
iii
iv
v
PENGARUH KONSENTRASI DAN TEMPERATUR LARUTAN TERHADAP KARAKTERISTIK RAPAT ARUS DIFUSI-BEDA TEGANGAN DARI MEMBRAN KITOSAN DENGAN VARIASI MATRIK / PELARUT
[SKRIPSI]
Karya tulis ini tidak dipublikasikan tetapi tersedia di perpustakaan Dilingkungan Universitas Udayana; diperkenankan dipakai sebagai referensi kepustakaan tetapi pengutipan harus menyebutkan sumbernya sesuai dengan kebiasaan ilmiah.
Karya tulis ini merupakan hak milik intelektual Universitas Udayana
vi
vii
ABSTRAK Telah dilakukan penelitian tentang karakteristik rapat arus difusi-beda tegangan (J-V) dari membran kitosan. Penelitian bertujuan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi (C), temperatur (T) larutan, dan variasi komposisi matrix/pelarut pada pembuatan membran terhadap kurva karakteristik J-V dari membran tersebut. Membran dibuat dari kitosan, sebagai bahan dasar (matrix) dan asam asetat 1% sebagai pelarut, dengan komposisi matrix/pelarut yaitu 1%, 2%, 3%, dan 4%. Pada eksperimen transport ion digunakan larutan elektrolit NaCl dengan variasi konsentrasi 0,1 mM, 1 mM, 10 mM, 100 mM, dan 1000 mM, dan temperatur antara 300,9-340,9 K. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai rapat arus difusi ion (J) bertambah seiring dengan bertambah besarnya perbandingan konsentrasi larutan di ruang 1 (C1) dan ruang 2 (C2). Kurva J-V memperlihatkan hubungan kenaikan tidak linear dan kurva bergeser kearah potensial yang lebih besar seiring dengan kenaikan temperatur. Variasi komposisi matrix/pelarut juga berpengaruh terhadap kurva karakteristik J-V, dimana semakin banyak jumlah matrix pada pembuatan membran menyebabkan rapat arus difusi dan beda tegangan dari membran meningkat. Hasil-hasil ini menunjukkan bahwa gradient konsentrasi, temperatur, dan komposisi matrix/pelarut sangat berpengaruh terhadap karakteristik J-V dari membran kitosan. Kata Kunci: Kitosan, membran, larutan elektrolit, rapat arus difusi-tegangan ABSRACT The study about the characteristics of the diffusion current density-potential different (J-V) ofchitosan membrane has been done. It aims to determine the effect of concentration (C), temperature (T) of solution, and the ratio of matrix/solvent to the J-V characteristic curve of the membrane. The membrane made of chitosan, as the base material (matrix) and 1% acetic acid as the solvent, with the various composition ofmatrix/solvent of 1%, 2%, 3%, and 4%. In the ion transport experiments, NaCl electrolyte solution with various concentration of 0.1mM, 1mM, 10mM, 100mM, and 1000mM and with variation of temperature of 300.9 to 340.9 K. The results showed that the value of the diffusion current density of ion increases with increasing the ratio of the concentration of solution in room 1 (C1) and room 2 (C2). The J-V curve shows nonlinear relationship and it’s shifted toward larger potential different with increased in temperature. These results indicate that the gradient of concentration of solution, temperature, and the ratio of matrix/solvent greatly affect the J-V characteristics of chitosan membrane. Keywords: chitosan, membranes, electrolyte solution, the diffusion current densityvoltage
viii
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ..........................................................................................
i
FAKTA INTEGRITAS .....................................................................................
ii
LEMBAR PERSYARATAN GELAR ............................................................. iii LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR .................................................. iv LEMBAR PERSETUJUAN ..............................................................................
v
PEDOMAN PENGGUNAAN ........................................................................... vi KATA PENGANTAR........................................................................................ vii ABSTRAK .......................................................................................................... viii DAFTAR ISI ..................................................................................................... ix DAFTAR TABEL .............................................................................................. xi DAFTAR GAMBAR.......................................................................................... xii BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................
1
1.1 Latar Belakang .........................................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah ....................................................................................
3
1.3 Batasan Masalah ... .................................................................................
3
1.4 Tujuan Penelitian ... .................................................................................
3
1.5 Manfaat Penelitian ...................................................................................
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................
4
2.1 Membran dan Klasifikasinya .................................................................
4
2.2 Kitosan ...................................................................................................
7
2.3 Membran Kitosan dan Karakteristiknya ................................................
8
2.4 Karakteristik FTIR dan Transport Ion pada Membran ..........................
9
BAB III METODE PENELITIAN ................................................................... 14 3.1
Tempat dan Waktu Penelitian ................................................................ 14
3.2
Sistematika Penelitian............................................................................ 14 3.2.1 Alat dan Bahan............................................................................ 15 ix
3.2.2 Proses Pembuatan membran kitosan 1%, 2%, 3%, dan 4% ....... 16 3.2.3 Karakterisasi Membran ............................................................... 16 3.2.4 Persiapan Eksperimen ................................................................. 17 3.3
Pengolahan data ................................................................................... 20
3.4
Analisis Statistik .................................................................................. 20
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................... 22 4.1
Hasil Penelitian .................................................................................... 22
4.2
Pembahasan ........................................................................................ 22 4.2.1 Ketebalan Membran Kitosan (d)................................................ 22 4.2.2 Spektra FTIR Membran Kitosan ............................................... 23 4.2.3 Karakteristik Rapat Arus Difusi-Potensial dari Membran Kitosan dengan Variasi Matrik/Pelarut ..................................... 27 4.2.4 Pengaruh Perubahan Konsentrasi dan Temperatur Larutan terhadap Karakteristik Rapat Arus Difusi-Potensial Membran Kitosan ....................................................................................... 31 4.2.5 Pengaruh Variasi Komposisi Matrik/Pelarut dari Membran terhadap Karakteristik J-Vnya ................................................... 37
4.3
Analisis Statistik .................................................................................. 42 4.3.1 Uji Pengaruh Temperatur dan Konsentrasi pada Potensial Membran M1, M2, M3 dan M4 ................................................. 43 4.3.2Uji Pengaruh Temperatur dan Konsentrasi pada Rapat Arus Difusi Membran M1, M2, M3 dan M4 ...................................... 46
BAB V PENUTUP ............................................................................................. 49 5.1 Kesimpulan ...................................................................................... 49 5.2 Saran ................................................................................................ 49
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
x
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Rentang bilangan gelombang untuk beberapa gugus fungsi umum pada spectra inframerah ......................................................... 10 Tabel 3.1 Tabel Anova ...................................................................................... 21 Tabel 4.1 Tebal rata-rata membran kitosan ...................................................... 22 Tabel 4.2 Gugus-gugus Fungsi pada Membran Kitosan M1, M2, M3, dan M4 Hasil Identifikasi Menggunakan Spektrofotometer FTIR .......... 25 Tabel 4.3 a Nilai Potensial rata-rata dan Rapat Arus Difusi pada berbagai Temperatur pada Membran Kitosan M1 ........................................... 29 Tabel 4.3 b Nilai Potensial rata-rata dan Rapat Arus Difusi pada berbagai Temperatur pada Membran Kitosan M2 ........................................... 29 Tabel 4.3 c Nilai Potensial rata-rata dan Rapat Arus Difusi pada berbagai Temperatur pada Membran Kitosan M3 ........................................... 30 Tabel 4.3 d Nilai Potensial rata-rata dan Rapat Arus Difusi pada berbagai Temperatur pada Membran Kitosan M4 ........................................... 30 Tabel 4.4 Nilai Gradient dari Kurva J-T pada Rasio Konsentrasi besar (1000:0,1) untuk Membran Kitosan M1, M2, M3, dan M4 .............. 35 Tabel 4.5 Hasil Uji Varian ANOVA dua arah dengan menggunakan pengolah data EXCEL ...................................................................... 43 Tabel 4.6 a Hasil Uji ANOVA tentang pengaruh temperatur dan konsentrasi Larutan pada potensial membran M1, M2, M3, dan M4, dengan two factor tanpa replication .............................................................. 43 Tabel 4.6 b Hasil Uji ANOVA tentang pengaruh temperatur dan konsentrasi pada rapat arus difusi membran M1, M2, M3, dan M4, dengan two-factor tanpa replication ................................................................................ 46
xi
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1
Skema Proses Transport pada Membran ...................................
4
Gambar 2.2
Struktur Kitin .............................................................................
7
Gambar 2.3
Struktur Kitosan .........................................................................
7
Gambar 2.4
Spektrum IR Membran Kitosan 1%........................................... 11
Gambar 2.5
Contoh Difusi Lebih Banyak Molekul di A bergerak ke kanan daripada molekul B bergerak ke kiri ............................... 12
Gambar 2.6
Kurva Arus-Tegangan Membran Penukar Kation ..................... 13
Gambar 3.1
Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian ........................................ 14
Gambar 3.2
Satu Set Alat Transport Membran ............................................. 15
Gambar 3.3
Letak 5 Titik Pengukuran yang Berbeda untuk Mengukur Tebal Membran ........................................................ 17
Gambar 3.4
Skema Pengatur Temperatur Sederhana .................................... 18
Gambar 3.5
Gambar Rangkaian Alat-alat pada saat Pelaksaan Eksperimen. 19
Gambar 4.1 a
Spektra FTIR membran Kitosan : M1, M2, M3, dan M4 .......... 23
Gambar 4.1 b
Spektra FTIR membran Kitosan M1 ......................................... 23
Gambar 4.2
Spektra FTIR membran Kitosan: belum dipakai pada proses transport, sudah dipakai-sudah dicuci : a) M1, b) M2, c) M3, dan d) M4 ................................................................................... 27
Gambar 4.3
Grafik rapat arus difusi (J) terhadap gradient konsentrasi ⎛ ΔC ⎞ larutan ⎜ ⎟ pada temperatur ruang (T = 300,9 K) untuk ⎝ Δx ⎠
membran kitosan M1, M2, M3, dan M4. x pada persamaan pada gambar = (ΔC/Δx) J1, J2, J3, dan J4 masing-masing adalah J untuk membran M1, M2, M3, dan M4 31 Gambar 4.4 a
Grafik Rapat Arus Difusi (J) sebagai Temperatur (T) pada C1:C2: (A) 1:0,1 dan 10:0,1 dan (B) 100:0,1 dan 1000:0,1 untuk Membran Kitosan M1 ...................................................... 32
Gambar 4.4 b
Grafik Rapat Arus Difusi (J) sebagai Temperatur (T) pada C1:C2 :(A) 1:0,1 dan 10:0,1 dan (B) 100:0,1 dan 1000:0,1
xii
Untuk Membran Kitosan M2 ..................................................... 32 Gambar 4.4 c
Grafik Rapat Arus Difusi (J) sebagai Temperatur (T) pada C1:C2 : (A) 1:0,1 dan 10:0,1 dan (B) 100:0,1 dan 1000:0,1 untuk Membran Kitosan M3 ...................................................... 33
Gambar 4.4 d
Grafik Rapat Arus Difusi (J) sebagai Temperatur (T) pada C1:C2 :(A) 1:0,1 dan 10:0,1 dan (B) 100:0,1 dan 1000:0,1 untuk Membran Kitosan M4 ...................................................... 33
Gambar 4.5
Kurva Rapat Arus Difusi-Potensial (J-V) dari Membran Kitosan: a) M1, b) M2, c) M3, d) M4 dengan larutan NaCl Pada rentang temperatur 300,9-340 K ....................................... 36
Gambar 4.6
Kurva Rapat Arus Difusi-Potensial Membran rata-rata (J-V) dari Membran Kitosan M1, M2, M3, dan M4 dengan larutan NaCl dengan Konsentrasi C1:C2 yaitu 1:0,1; 10:0,1; 100:0,1; dan 1000:0,1, pada Temperatur ruang T = 300,9 K – 340,9 K .. 41
xiii
