KAJIAN SIFAT LISTRIK MEMBRAN SELULOSA ASETAT YANG DIDADAH DENGAN TITANIUM DIOKSIDA
NOVI CHERIASTIYANA
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011
ABSTRAK NOVI CHERIASTIYANA. Kajian Sifat Listrik Membran Selulosa Asetat yang didadah dengan Titanium Dioksida. Dibimbing oleh Jajang Juansah, M.Si dan Dr.Ir. Irmansyah, M.Si.
Membran merupakan lapisan semipermiabel yang dapat melewatkan komponen tertentu dan menahan komponen lain berdasarkan perbedaan ukuran komponen yang akan dipisahkan. Membran dapat berfungsi sebagai penghalang (barrier) yang sangat selektif di antara dua fasa. Teknologi membran merupakan salah satu teknik yang dipergunakan dalam proses pemisahan. Selulosa asetat merupakan salah satu turunan selulosa yang dibuat dengan mengganti gugus hidroksil (-OH) selulosa dengan gugus asetil berbentuk padatan putih, tak beracun, tak berasa, dan tak berbau. Sifat kelistrikan membran dapat dikaji melalui pengukuran karakteriktik arus–tegangan, kapasitansi, impedansi, konduktansi dan loss coefficient. Penambahan frekuensi berpengaruh terhadap penurunan nilai kapasitansi, impedansi, loos coefficient dan peningkatan konduktansi, serta karakterisasi arus–tegangan dipengaruhi oleh konsentrasi TiO2 yang dimungkinkan memiliki batasan maksimum sehinggsa kajian sifat listrik terbaik yang dihasilkan pada konsentrasi TiO2 5%. Sifat listrik membran lebih terlihat jelas pada frekuensi 10 Hz hingga 1 kHz. Kata kunci : karakteristik arus-tegangan, kapasitansi, konduktansi, impedansi, loos coefficient.
KAJIAN SIFAT LISTRIK MEMBRAN SELULOSA ASETAT YANG DIDADAH DENGAN TITANIUM DIOKSIDA
NOVI CHERIASTIYANA
Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011
LEMBAR PENGESAHAN Judul Nama NRP
: Kajian Sifat Listrik Membran Selusosa Asetat yang Didadah dengan Titanium Dioksida : Novi Cheriastiyana : G74070014
Disetujui,
Pembimbing 1
Pembimbing 2
Jajang Juansah, M.Si NIP.197710202005011002
Dr. Ir. Irmansyah, M.Si NIP.196809161994031001
Diketahui, Ketua Departemen Fisika FMIPA IPB
Dr. Akhiruddin Maddu NIP.196609071998021006
Tanggal lulus:
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT karena atas segala rahmat dan karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi dengan judul ”Kajian Sifat Listrik Membran Selusosa Asetat yang Didadah dengan Titanium Dioksida”. Penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam penyusunan usulan penelitian ini, diantaranya kepada : 1. Bapak Jajang Juansah, M.Si dan Bapak Dr.Ir. Irmansyah M.Si selaku dosen pembimbing. 2. Bapak Drs. Sidikrubadi Pramudito selaku dosen penguji dan Bapak Hanedi selaku editor. 3. Kedua orang tua ayah dan ibu atas doa yang tak pernah putus, limpahan kasih sayang, dan serta dukungan yang diberikan kepada penulis. 4. Adik penulis, Tasya ”idung kecil” dan Nofal ”idung jumbo”. 5. Yosseano yang selalu memberi semangat ,dukungan, dan menemani ”smsan” dan ”bbman” kalau lagi begadang. 6. Sahabat seperjuangan penelitian, Ningnong, Verow, Hery, Ogt, Ina, Mbah, Irvan, dan Caul. Yang udah membantu sesi-sesi operasi membran. Tanpa kalian ini semua takkan mungkin terlewati. 7. Sahabat-sahabat Soulmate Jhee, Desy, Memel, Mesa, dan Dwee. 8. Tante Tari yang menemani begadang dan teman gila-gilaan di Bogor. 9. Putri-putri Istana 200, abang-abang Boedak Bageur dan Acc fotocopy. 10. Teman-teman fisika, khususnya angkatan 44, dan teman-teman yang telah banyak membantu penulis. Penulis menyadari akan keterbatasan yang dimiliki. Oleh karena itu, segala kritik dan saran sangat dibutuhkan untuk mencapai hasil yang lebih baik.
Bogor, November 2011
Penulis
RIWAYAT HIDUP Penulis merupakan anak pertama dari tiga bersaudara yang dilahirkan di Payakumbuh pada tanggal 16 November 1988 dari pasangan Bapak Nofirman dan Ibu Astuti Chan. Penulis mengikuti pendidikan Sekolah Dasar di SD Al-Azhar, Payakumbuh dan lulus pada tahun 2001. Pendidikan tingkat menengah diselesaikan penulis pada tahun 2004 di SMP Negeri 1 Payakumbuh. Pendidikan menengah atas diselesaikan penulis pada tahun 2007 di SMA Negeri 3 Payakumbuh dan pada tahun yang sama penulis diterima di Institut Pertanian Bogor melalui jalur USMI. Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif anggota Himpunan Mahasiswa Fisika dan menjadi anggota Dewan Perwakilan Mahasiswa FMIPA periode 2008/2009. Penulis juga menjadi asisten praktikum Fisika Dasar dari tahun 2009 sampai 2011.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR GAMBAR............................................................................................. vii DAFTAR TABEL ................................................................................................. vii DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................... ix PENDAHULUAN .................................................................................................. 1 Latar Belakang .......................................................................................................... 1 Tujuan ..................................................................................................................... 1 Perumusan Masalah .................................................................................................. 1 Hipotesis ................................................................................................................... 1 TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................................... 1 Membran .................................................................................................................. 1 Selulosa Asetat.......................................................................................................... 2 Asam Asetat .............................................................................................................. 2 Titanium Dioksida .................................................................................................... 3 Sifat Listrik Membran ............................................................................................... 3 a. Karakteristik arus – tegangan (I-V) membran ............................................. 3 b. Kapasitansi listrik membran........................................................................ 3 c. Impedensi listrik membran .......................................................................... 4 d. Konduktansi listrik membran ...................................................................... 4 e. Loss coefficient .......................................................................................... 5 BAHAN DAN METODE ....................................................................................... 5 Tempat dan Waktu ................................................................................................... 5 Alat dan Bahan.......................................................................................................... 5 Metode Penelitian ..................................................................................................... 5 a. Persiapan penelitian .................................................................................... 5 b. Pembuatan membran selulosa asetat ........................................................... 5 c. Karakterisasi arus – tegangan membran selulosa asetat.............................. 6 d. Karakterisasi sifat listrik membran selulosa asetat ..................................... 6 HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................................. 6 Karakteristik arus - tegangan ................................................................................... 6 Kapasitansi listrik .................................................................................................... 7 Impedansi listrik ...................................................................................................... 8 Konduktansi listrik ................................................................................................... 9 Loss coefficient ...................................................................................................... 10 KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 10 Kesimpulan ............................................................................................................ 10 Saran .................................................................................................................. 10 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 11 LAMPIRAN .......................................................................................................... 12
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Struktur Molekul Asam Asetat ............................................................... 3 Gambar 2. Unit Sel Rutile ......................................................................................... 3 Gambar 3. Permodelan Maxwell-Wagner ................................................................ 3 Gambar 4. Karakteristik Arus-Tegangan Membran Selulosa Asetat yang Didadah TiO2 pada Berbagai Konsentrasi. ............................................. 7 Gambar 5. Kapasitansi Membran Selulosa Asetat yang Didadah TiO2 sebagai Fungsi Frekuensi. ...................................................................... 7 Gambar 6. Pengaruh Penambahan TiO2 terhadap Kapasitansi Membran Selulosa Asetat pada Frekuensi 80 Hz. ................................................... 8 Gambar 7. Impedansi Membran Selulosa Asetat yang Didadah TiO2 sebagai Fungsi Frekuensi. ...................................................................... 8 Gambar 8. Pengaruh Penambahan TiO2 terhadap Impedansi Membran Selulosa Asetat pada Frekuensi 80 Hz. ................................................... 8 Gambar 9. Impedansi Real dan Imajiner Membran Selulosa Asetat yang didadah TiO2 pada Berbagai Konsentrasi. .................................... 9 Gambar 10. Konduktansi Membran Selulosa Asetat yang Didadah TiO2 sebagai Fungsi Frekuensi. ...................................................................... 9 Gambar 11. Pengaruh Penambahan TiO2 terhadap Konduktansi Membran Selulosa Asetat pada Frekuensi 80 Hz. ............................................... 9 Gambar 12. Loss Coefficient Membran Selulosa Asetat yang Didadah TiO2 sebagai Fungsi Frekuensi. .................................................................... 10
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1.Perbandingan Massa TiO2 dan Asam Asetat yang Dipakai pada Perlakuan Tiap Sampel Selulosa Asetat 12% .............................................. 6
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Diagram alir penelitian ....................................................................... 13 Lampiran 2. Diagram proses karakterisasi arus - tegangan .................................... 14 Lampiran 3. Alat dan bahan penelitian ................................................................... 15 Lampiran 4. Data kapasitansi membran selulosa asetat yang didadah TiO2 ....................................................................................... 16 Lampiran 5. Data impedansi membran selulosa asetat yang didadah TiO2 ....................................................................................... 16 Lampiran 6. Data konduktansi membran selulosa asetat yang didadah TiO2 ........................................................................................ 16 Lampiran 7.Data loos coefficient membran selulosa asetat yang didadah TiO2 ......................................................................................... 17 Lampiran 8. Data arus – tegangan membran selulosa asetat yang didadah TiO2 ......................................................................................... 18
PENDAHULUAN Latar Belakang Teknologi membran sangat berperan dalam kehidupan manusia. Mulai dari organ-organ tubuh seperti ginjal dan paru-paru memiliki membran yang dipergunakan sebagai sarana filtrasi. Selain itu kemajuan dalam bidang teknologi membran pada industri dan ilmu pengetahuan dasar seperti biologi, kimia, dan fisika kini sedang banyak dikembangkan. Membran merupakan lapisan semipermiabel yang dapat melewatkan komponen tertentu dan menahan komponen lain berdasarkan perbedaan ukuran komponen yang akan dipisahkan. Membran dapat berfungsi sebagai penghalang (barrier) yang sangat selektif di antara dua fasa. Perkembangan teknologi membran saat ini telah meluas pada berbagai kalangan, baik kalangan akademis maupun industri. Apabila dibandingkan dengan proses-proses pemisahan yang lain, teknologi membran mempunyai beberapa keunggulan antara lain sederhana, dan ramah lingkungan. Membran mempunyai permeabilitas yang tinggi, selektivitas yang tinggi, stabil pada temperatur yang tinggi, kestabilan mekanik dan tahan terhadap zat kimia yang akan dipisahkan1. Selain itu membran mempunyai keterbatasan seperti terjadinya fenomena polarisasi konsentrasi dan pengotoran (fouling) yang menjadi pembatas bagi volume air terolah yang dihasilkan dan juga keterbatasan umur membran2. Teknologi membran merupakan salah satu teknik yang dipergunakan dalam proses pemisahan. Membran merupakan suatu lapisan tipis antara dua fasa fluida yang bersifat penghalang terhadap suatu spesi (zat-zat kimia) tertentu, yang dapat memisahkan zat dengan ukuran yang berbeda, serta membatasi transpor dari berbagai spesi berdasarkan sifat fisik dan kimianya. Fasa-fasa tersebut memiliki karakter yang berbeda, yaitu perbedaan konsentrasi, tekanan, temperatur, komposisi larutan dan viskositas. Ada dua jenis pembagian membran yaitu membran alami dan sintetik2. Tujuan Penelitian ini bertujuan untuk mengukur dan mengkaji sifat listrik (karakterisasi arus-tegangan, kapasitansi, loos coefficient, impedansi, konduktansi, dan
sudut fase) membran selulosa asetat yang didadah TiO2 dalam berbagai variasi dengan memvariasikan frekuensi. Perumusan Masalah Sejalan dengan latar belakang, penelitian ini diarahkan untuk mencari solusi bagi masalah saat ini, yaitu kajian sifat listrik membran selulosa asetat yang didadah dengan TiO2. Permasalahan dalam penelitian ini yaitu bagaimanakah sifat listrik yang terdapat pada membran selulosa asetat (polimer) yang didadah TiO2 (semikonduktor). Hipotesis Membran selulosa asetat yang didadah dengan TiO2 akan menghasilkan sifat listrik yang berbeda. Penambahan TiO2 dari konsentrasi 0,5% - 7% akan dapat meningkatkan nilai kapasitansi, konduktansi, loss coefficient, dan menurunkan impedansi.
TINJAUAN PUSTAKA Membran Membran merupakan selaput semipermeabel berupa lapisan tipis yang dapat memisahkan dua fasa dengan karakter yang berbeda. Fasa pertama adalah feed yaitu larutan pengumpan yaitu komponen atau partikel yang dipisahkan dan fasa kedua adalah permeate yaitu hasil pemisahan. Kemampuan pemisahan yang dimiliki oleh membran untuk melewatkan suatu komponen atau molekul diakibatkan oleh adanya perbedaan sifat fisik atau kimia antara membran dan komponen3. Berdasarkan eksistensinya ada dua jenis membran yaitu membran alami dan membran sintetis. Membran alami merupakan membran yang terdapat pada sel tumbuhan, hewan, dan manusia. Membran ini berfungsi untuk melindungi isi sel dari pengaruh luar dan membantu proses metabolisme organ karena sifat permeabelnya. Sedangkan membran sintetis merupakan membran yang terbuat dari polimer, keramik, gelas, logam dan lain-lain. Membran ini dibuat sesuai dengan kebutuhan dan sifatnya disesuaikan dengan membran alami. Polimer yang dapat dijadikan sebagai bahan pembuat membran sintetik antara lain polisulfon, selulosa asetat, polikarbonat, polipropilen, polietilen, poliamida, dan nilon4.
Berdasarkan sifat listriknya membran buatan dibagi menjadi dua5 yaitu: • Membran tidak bermuatan tetap Membran tidak bermuatan tetap disebut juga membran netral. Membran ini terdiri dari polimer yang tidak mengikat ion-ion sebagai ion tetap dan bersifat selektif terhadap larutan kimia. Selektifitas membran netral ditentukan oleh unsur-unsur penyusun (monomer), ikatan kimia, ukuran pori-pori, daya tahan terhadap tekanan dan temperatur, resistivitas dan konduktansi serta karakteristik sifat listrik lain. • Membran bermuatan tetap Membran bermuatan tetap terbentuk karena molekul-molekul ionik yang menempel pada kisi membran secara kimia. Ion-ion tidak dapat berpindah dan membentuk lapisan tipis bermuatan pada membran tetapi membran ini dapat dilalui ion-ion tertentu. Membran ini ada tiga jenis, yaitu: a. Membran penukar kation (kation exchange membrane) adalah membran bermuatan anion tetap yang hanya dapat dilewati oleh kation. b. Membran penukar anion (anion exchange membrane) adalah membran bermuatan kation tetap yang hanya dapat dilewati oleh anion. c. Double Fixed Charge Membrane adalah membran bermuatan yang memiliki muatan anion dan kation tetap pada bagian lattice tertentu yang merupakan gabungan Kation Exchange Membrane dan Anion Exchange Membrane . Pembuatan membran dilakukan dengan beberapa teknik. Pemilihan teknik pembuatan membran ini akan menentukan struktur membran yang dihasilkan6. Teknikteknik tersebut antara lain: teknik sintering merupakan teknik penggabungan (fusi) partikel-partikel kaku seperti keramik dan gelas sehingga partikel secara bersama-sama bergabung membentuk film. Teknik tracketching. Pada teknik ini film ditembak dengan radiasi berenergi tinggi dengan arah tegak lurus terhadap film. Partikel tersebut akan merusak matriks polimer dan membentuk suatu lintasan. Teknik inversi fasa merupakan teknik yang paling banyak digunakan dalam pembuatan membran. Teknik ini dilakukan dengan mengatur perubahan membran dari cair ke padat.Teknik leaching. Pembuatan membran dengan teknik leaching kurang banyak
digunakan. Pembuatan membran dengan teknik ini dilakukan dengan pencampuran dua jenis bahan yaitu satu film dibuat dengan teknik inversi fasa sedangkan film lainnya dibuat dengan teknik stretching. Teknik stretching hanya dapat digunakan untuk membuat membran dengan bahan polimer semikristal seperti teflon dan polipropilen. Selulosa Asetat Selulosa asetat merupakan salah satu turunan selulosa yang dibuat dengan mengganti gugus hidroksil (-OH) selulosa dengan gugus asetil berbentuk padatan putih, tak beracun, tak berasa, dan tak berbau. Pembuatan selulosa asetat dapat dilakukan dengan mereaksikan selulosa dengan anhidrida asetat menggunakan katalis asam sulfat. Selulosa dan turunannya dapat digunakan sebagai bahan baku pembuat membran mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, reverse osmosis, dan dialisis. Selulosa asetat merupakan polimer penting sebagai pembuat membran. Membran selulosa asetat ini telah dikembangkan oleh Loeb-Sourirajan sekitar tahun 19502. Asam Asetat Asam asetat adalah cairan yang tidak berwarna, berbau menyengat, berasa asam, serta larut di air, alkohol dan gliserol. Sifat-sifat asam asetat yaitu merupakan senyawa kimia asam organik yang dikenal sebagai pemberi rasa asam dan aroma dalam makanan, dalam keadaan murni berwujud cairan higroskopis tak berwarna dengan titik beku 16.7°C7 dan memiliki rumus empiris C2H4O2. Rumus ini seringkali ditulis dalam bentuk CH3-COOH, CH3COOH, atau CH3CO2H. Asam asetat merupakan salah satu asam karboksilat paling sederhana, apabila di air larutannya berupa asam lemah, artinya hanya terdisosiasi sebagian menjadi ion H+ dan CH3. Kegunaannya yaitu dalam produksi polimer seperti polietilenatereftalat, selulosa asetat, dan polovinil asetat, maupun berbagai serat dan kain, selain itu juga digunakan sebagai pengatur keasaman pada industri makanan. Dalam setahun kebutuhan dunia pada asam asetat mencapai 6,5 juta ton per tahun, 1,5 juta ton per tahun diperoleh dari hasil daur ulang, sisanya diperoleh dari industri petrokimia maupun dari sumber hayati7.
Sifat Listrik Membran Sifat bahan pada isolator, konduktor, semikonduktor, dan superkonduktor memilki sifat listrik yang berbeda-beda. Jenis sifat listriknya meliputi kapasitansi, impedansi, konduktansi, dan lain-lain. Gambar 1 . Struktur Molekul Asam Asetat Titanium dioksida (TiO2) TiO2 merupakan senyawa yang tersusun atas ion Ti4+ dan O2- dalam konfigurasi oktahedron. Tiga macam bentuk kristal TiO2 yang telah dikenal, yaitu anatase, rutile, dan brokit. Anatase dan rutiel yang mudah diamati di alam sedangkan brokit sulit diamati karena tidak stabil. Bentuk kristal anatase diamati terjadi pada pemanasan TiO2 bubuk mulai dari temperatur 120°C dan mencapai sempurna pada 500°C. Pada temperatur 700°C mulai terbentuk kristal rutile8. Penggunaan TiO2 sintesis baik dalam bentuk tetragonal rutile maupun anatase sangat banyak digunakan dalam industri. Beberapa contohnya antara lain sebagai pigmen pemutih, pigmen warna superior (warna putih), bahan utama keramik untuk elektronik barium titanate (BaTiO3), bahan baku untuk pembuatan TiO2 polimeric precursor yang sangat penting untuk pembuatan bahan-bahan keramik, antara lain film-optic, bahan elektro-optik dan bahan komposit polimer keramik. Bahan baku pembuat TiO2 sintesis banyak terdapat di alam, baik sebagai deposit utama ataupun deposit batuan keras ataupun sebagai secondary placer deposit (yang pada umumnya dalam bentuk pasir pantai). Peranan TiO2 dalam bidang industri ialah sebagai pigmen, adsorben, pendukung katalitik, dan semikonduktor. Senyawa ini banyak digunakan dalam bidang industri karena mempunyai banyak kelebihan, yaitu tidak beracun, stabil, tidak berkarat, tidak larut air, dan ramah lingkungan9.
Gambar 2. Unit Sel Rutile
a.
Karakteristik Arus-Tegangan (IV) Membran Salah satu karakteristik kelistrikan membran adalah karakteristik arus tegangan. Karakteriktik ini dipengaruhi oleh ion-ion yang ada pada membran tersebut. Aliran ion-ion ini berpengaruh pada aliran arus dalam membran dan proses transpor lainnya yang terjadi pada membran. Dari karakteriktik arus-tegangan dapat ditentukan sifat ohmiknya suatu membran, daya tahanan listrik dan energi diri ion yang melintasi membran. Arus dipengaruhi oleh besarnya beda tegangan dan beda konsentrasi muatan pembawa. Semakin besar beda konsentrasi muatan pembawa dan beda tegangan maka semakin besar pula arus yang mengalir pada membran13. b. Kapasitansi listrik membran Salah satu sifat kelistrikan membran adalah kapasitansi. Kapasitansi didefinisikan sebagai konstanta pembanding perbedaan tegangan dan muatan yang melintasi dua titik atau kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Secara matematis dituliskan sebagai berikut2: Q = C. V (1) Keterangan: Q = muatan elektron dalam C (coulomb) C = nilai kapasitansi dalam F (farad) V = besar tegangan dalam V (volt) Dapat dilihat bahwa satuan kapasitansi adalah coulomb/volt atau (C/V) atau farad (F). Satu farad adalah jumlah muatan listrik sebesar satu coulomb yang disimpan di dalam zat perantara dengan beda potensial sebesar satu volt10.
Gambar 3. Permodelan MaxwellWagner
Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal udara vakum, keramik, gelas, dan lain-lain. Jika ujung-ujung plat logam diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) logamnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung logam yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak dapat menuju ke ujung kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya2. Kapasitansi suatu kapasitor dipengaruhi oleh bahan dielektrik yang digunakan, luas plat, dan jarak antar plat. Kapasitansi kapasitor berbanding lurus dengan luas plat dan berbanding terbalik dengan jarak antara plat-plat seperti berikut:
C=
εA d
(2)
Keterangan : ε = permitivitas bahan (farad/m) A= luas plat (m2) d = jarak antara plat (m) Perbandingan antara permitivitas bahan ( ε ) dengan permitivitas ruang hampa ( ε o) disebut permitivitas relatif atau konstanta dielektrik yang dinyatakan dengan10:
εr =
ε ε0
(3)
Menurut permodelan Maxwell-Wagner diperoleh persamaan kapasitansi membran sebagai berikut G 2 C1 + G1 C 2 + ω 2 C1C 2 (C1 + C 2 ) (G1 + G2 ) 2 + ω 2 (C1 + C 2 ) 2 2
C m=
2
(4)
c.
Impedansi listrik membran Kapasitor yang dirangkai dengan resistor dan induktor pada rangkaian arus bolak-balik memiliki hambatan total yang dinamakan impedansi. Hubungan impedansi dan kapasitansi dituliskan dalam persamaan berikut2.
Z=
1 jωC
(5)
Pada rangkaian ekuivalen, impedansi Zp dari resistansi (Rp) dan sebuah kapasitansi yang dirangkai paralel dapat diperoleh dari hukum Kirchoff :
(6) Dari persamaan (5) diperoleh: (7) Jika ditambahkan Rs secara seri pada elemen RC maka diperoleh: · · · ·
(8)
·
Keterangan: = 2πf (Hz) Pada impedansi kompleks Z, terdapat bagian real (Zre) dan imajiner (Zim). Keduanya dirumuskan dalam persamaan sebagai berikut: (9) ·
· ·
· ·
·
(10)
Keterangan: j = satuan imajiner Z = impedansi (ohm) Cp = kapasitansi paralel (farad) R = resistansi (ohm) d. Konduktansi listrik membran Salah satu sifat listrik yang dimiliki membran adalah konduktivitas. Konduktivitas listrik adalah ukuran dari kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik. Sifat ini muncul karena adanya interaksi antara ion dengan membran. Besarnya konduktansi membran dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan11. (11) G = n Gp Keterangan: n = jumlah pori membran dan
G p = konduktansi tiap pori dengan asumsi tiap pori-porinya identik (siemen) Beberapa faktor yang mempengaruhi nilai konduktansi tiap pori (Gp), antara lain geometri pori, konsentrasi pori dan mobilitas ionnya. Dengan mengasumsikan adanya interaksi elektrostatik antara ion yang berada dalam medium dengan membran, sehingga ion tersebut memiliki energi dalam sebesar U. Energi ini merupakan integral dari medan listrik permukaan membran, sehingga besarnya energi dalam (U) suatu ion dalam medium terbatas dengan konstanta dielektrik
ε yang bervalensi z, muatan q, dan jari-jari ion d, akan menghasilkan: ⁄8
paralel yang terdiri dari kapasitansi dan resistansi yang ideal.
(12)
BAHAN DAN METODE Nilai energi dalam (U) dipengaruhi oleh konstanta dielektrik ( ). Pada medium yang memiliki konstanta dielektrik tidak tetap, energi dalam yang dimilikinya pun akan berubah. Nilai U akan naik secara teratur sesuai dengan banyaknya ion yang melewati suatu daerah dengan konstanta dielektrik lebih rendah. Nilai konstanta = berkisar 3 – 4 dielektrik membran ( lebih kecil dari konatanta dielektrik larutan = 78.5. ( Besarnya ΔU bergantung pada ion yang melewati membran. Adanya interaksi antara medan listrik dan konstanta dielektrik membran ( ), mengakibatkan ion yang melewati membran akan meningkat seiring dengan pembakaran energi dalam (ΔU)9. ∆
⁄4
(13)
Keterangan : b = jari-jari pori α : nilai yang tergantung konstanta geometri dan dielektrik (pendekatan 0,2) z : bilangan valensi ion m : konstanta dielektrik membran o : konstanta resapan q : muatan ion Menurut Permodelan Maxwell-Wagner didapatkan persamaan konduktansi membran 2 2 G G (G + G2 ) + ω 2 (C1 G2 + C2 G1 ) Gm = 1 2 1 (14) (G1 + G2 )2 + ω 2 (C1 + C2 ) 2 e. Loss coefficient Loss coefficient merupakan faktor hamburan energi pada bahan. Sudut loss coefficient D merupakan sudut yang dibentuk antara arus total (I) arus bolak balik (ac) dan arus pengisian (Ic) pada kapasitor. Pada medium yang ideal, di dalam dielektrik kapasitor tidak ada energi hilang yang tejadi dan arus akan membentuk sudut 900 terhadap voltase. Jika terjadi kehilangan energi, maka sudut fase akan berkurang, dan loss coefficient akan bertambah berdasarkan hubungan sebagai berikut12: Loss coefficient D = 900 – sudut fase
(15)
Pada frekuensi yang diberikan, dielektrik dapat diperlihatkan sebagai rangkaian
Tempat dan Waktu Penelitian dilakukan di Laboratorium Biofisika, Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Penelitian akan dilaksanakan pada bulan November 2010 - September 2011. Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah selulosa asetat, asam asetat, TiO2, dan aquades. Alat yang dipergunakan adalah cawan petri, gelas kimia, tabung reaksi, pipet volumetric, pengaduk, labu erlemenyer, plat kaca, aluminium foil, batang magnet, lap, gunting, penggaris, isolasi, kamera, alat tulis, timbangan, gelas piala dan HIOKI 3522-50 LCR meter. Metode Penelitian a. Persiapan penelitian Sebelum pelaksanaan penelitian, pencarian literatur seperti artikel, skripsi, buku, dan sebagainya dilakukan untuk mempersiapkan dasar-dasar teori, perumusan fisika yang berhubungan dengan penelitian sebagai acuan. Setelah itu dibuat usulan untuk kolokium. b. Pembuatan membran selusosa asetat Membran selulosa asetat yang akan dibuat terdiri dari enam sampel. Sampel 1 yaitu membran selulosa asetat murni tanpa penambahan TiO2, sampel 2 yaitu membran selulosa asetat dengan penambahan TiO2 sebanyak 0,5%, sampel 3 yaitu membran selulosa asetat dengan penambahan TiO2 sebanyak 1%, sampel 4 yaitu membran selulosa asetat dengan penambahan TiO2 sebanyak 3%, sampel 5 yaitu membran selulosa asetat dengan penambahan TiO2 sebanyak 5%, dan sampel 6 yaitu membran selulosa asetat dengan penambahan TiO2 sebanyak 7%. Teknik yang digunakan dalam pembuatan membran polisulfon ini yaitu teknik inversi fasa rendam-endap. Tahap awal dari pembuatan membran yaitu menimbang kristal selulosa asetat 12% (b/b) dan dimasukkan ke dalam enam tabung Erlenmeyer, kemudian
dilarutkan dengan menambahkan pelarut sebanyak 88% (b/b) asam asetat 100% ke dalam tabung, tambahkan titanium dioksida dengan konsentrasi yang berbeda pada keenam tabung tersebut. Konsentrasi titanium dioksida yang digunakan yaitu 0%, 0,5%, 1%, 3%, 5%, dan 7%. Keenam larutan tersebut masingmasing ditutup dengan alumunium foil dan disimpan selama sekitar 2 jam hingga semua kristal selulosa asetat larut. Setelah disimpan sekitar 2 jam, larutan dipanaskan selama 1 jam agar lebih homogen. Kemudian dicetak pada plat kaca dan didiamkan selama sekitar 2 jam, setelah itu membran dilepas. Tabel 1.Perbandingan Massa TiO2 dan Asam Asetat yang Dipakai Pada Perlakuan Tiap Sampel Selulosa Asetat 12% No 1 2 3 4 5 6
c.
TiO2 (gram) 0,0 0,1 0,2 0,6 1,0 1,4
Asam asetat (gram) 17,6 17,5 17,4 17,0 16,6 16,2
Karakterisasi arus-tegangan membran selulosa asetat Untuk mengukur karakteristik arus-tegangan (I-V) menggunakan sepasang plat kapasitor yang mengapit membran selulosa asetat. Pengujian karakteristik I-V menggunakan I-V meter, software Keithley 2400, dan komputer. Pengukuran dilakukan dengan memberikan tegangan awal dan tegangan akhir sebesar -5 volt hingga 5 volt dan banyak data yang ditampilkan sebanyak 50 data dengan sweep delay 100. d. Karakterisasi sifat listrik membran selulosa asetat Sifat kelistrikan yang akan diuji yaitu kapasitansi, impedansi, konduktansi, sudut fase dan loss coefficient. Parameter ini diukur dengan alat LCR meter dengan mengatur frekuensi bervariasi, CC 0,05 mA, dan delay 9.00s. Membran selusosa diletakkan di antara kedua plat kapasitor kemudian kedua platnya dijepit menggunakan penjepit dan kabel pada plat kapasitor dihubungkan dengan kabel LCR meter yang terhubung dengan power supply. Tekan power untuk menghidupkannya,
lalu sentuh display frekuensi pada layar untuk mengatur frekuensi yang dibutuhkan yaitu kHz. Pilih parameter yang akan diukur pada bagian kiri: Cs untuk kapasitansi, Z untuk impedansi, G untuk konduktansi dan nilai fase (θ) untuk menentukan impedansi real dan impedansi imajiner. HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik Arus-Tegangan Hasil penelitian arus-tegangan (IV) pada Gambar 4. memperlihatkan kurva arus-tegangan membran selulosa asetat yang didadah dengan TiO2 pada berbagai konsentrasi dengan menggunakan membran selulosa asetat murni sebagai kontrol. Berdasarkan literatur, membran selulosa asetat merupakan polimer yang bersifat isolator. Grafik I-V membran berbentuk linier, hal ini menandakan bahwa membran tersebut merupakan membran netral. Dengan kelinieran grafik maka dapat di terapkan hukum Ohm dan nilai konduktansi listrik berbanding lurus dangan gradien arustegangan. Apabila semakin besar konsentrasi TiO2, maka semakin besar konduktasi membran selulosa asetat,hal ini dapat dijelaskan dengan adanya aliran ion-ion ataupun electron yang merupakan pembawa aliran arus listrik. Gambar 4 memperlihatkan bahwa antara membran selulosa asetat kontrol dan membran selulosa asetat yang didadah dengan TiO2 terdapat perbedaan. Pada dasarnya TiO2 merupakan nanomaterial yang memiliki sifat semikonduktor yang dapat menghantarkan arus listrik dan memiliki kerapatan yang rendah. Asumsi awal yang menyatakan bahwa semakin besar konsentrasi TiO2 maka semakin banyak ion dan elektron yang bergerak melintasi membran sehingga kemiringan kurva menjadi meningkat. Pada hasil penelitian diperoleh tidak demikian, dari data yang diperoleh membran selulosa asetat yang didadah TiO2 5% menunjukan kemiringan kurva yang lebih tinggi diikuti dengan membran selulosa asetat kontrol. Kemudian diikuti dengan membran selulosa asetat yang didadah TiO2 1%, 3%, 7% dan 0,5% yang saling berdekatan. Arus yang dihasilkan pada konsentrasi TiO2 5% berkisar sampai 36,8 µA sehingga membran tersebut memiliki kemampuan menghantarkan listrik lebih besar dibandingkan dengan konsentrasi lainnya.
1000
30 20
100
10 0
‐5 ‐4 ‐3 ‐2 ‐10 ‐1 0 ‐20
1
2
3
4
5
‐30
Kapasitansi (nF)
Arus (µA)
40
10 1
‐40 ‐50 ‐60
Tegangan (volt)
SA + Kontrol
SA + TiO2 0.5%
SA + TiO2 1%
SA + TiO2 3%
SA + TiO2 5%
SA + TiO2 7%
Gambar 4. Karakteristik Arus-Tegangan Membran Selulosa Asetat yang Didadah TiO2 pada Berbagai Konsentrasi Kapasitansi Listrik Permodelan Wagner yang menyatakan kapasitansi menurun secara eksponensial ketika frekuensinya ditingkatkan. Peningkatan frekuensi mengakibatkan gelombang yang ditransmisikan semakin banyak tiap detiknya, sebelum kapasitor terisi penuh arus listrik sudah banyak berbalik sehingga terjadi pengosongan muatan pada plat kapasitor dengan cepat. Akibatnya muatan dalam kapasitor semakin berkurang dan kemampuan kapasitor menyimpan muatan semakin kecil10. Ketika suatu dielektrik diletakkan di antara keping-keping kapasitor, medan listrik dari kapasitor mempolarisasikan molekul-molekul dielektrik. Dengan demikian, adanya bahan dielektrik di antara plat kapasitor mengakibatkan timbul muatan-muatan pada permukaan yang cenderung memperlemah medan listrik. Pelemahan ini mengakibatkan pengurangan beda potensial antara plat-plat kapasitor yang berisi bahan dielektrik14. Dapat dilihat pada Gambar 5 bahwa semakin bertambah frekuensi maka nilai kapasitansi yang terjadi pada membran selulosa asetat semakin menurun.
0.1 1
100 10000 Frekuensi (Hz) kontrol TiO2 0.5% TiO2 1% TiO2 3% TiO2 5%
Gambar 5. Kapasitansi Membran Selulosa Asetat yang Didadah TiO2 sebagai Fungsi Frekuensi. Hal ini sesuai dengan permodelan Wagner yang menyatakan bahwa nilai kapasitansi semakin menurun secara eksponensial ketika frekuensinya meningkat. Pada Gambar 4 dapat dilihat bahwa membran selulosa asetat kontrol dan membran selulosa asetat yang didadah TiO2 5% mempunyai nilai yang hampir bersamaan. Pada frekuensi tinggi membran selulosa asetat yang didadah TiO2 5% memiliki kapasitansi yang lebih tinggi dari pada yang lainnya. Hal ini menunjukkan bahwa membran selulosa asetat yang didadah TiO2 5% memiliki nilai kapasitansi tertinggi selanjutnya diikuti oleh konsentrasi TiO2 1%, 0,5%, 7% dan yang paling rendah pada 3%. Grafik tersebut menunjukan terjadinya penurunan nilai kapasitansi secara tajam pada frekuensi di bawah 1 kHz, sedangkan pada frekuensi di atas 1 kHz nilai kapasitansi cenderung landai. Dari Gambar 6 yang menunjukkan nilai kapasitansi membran pada berbagai konsentarsi TiO2 mulai dari kontrol 0,5% hingga 7% yang lebih spesifik pada frekuensi 80 Hz. Dari grafik dapat dilihat jelas bahwa membran selulosa asetat yang didadah TiO2 5% memiliki nilai kapasitansi tertinggi setelah membran selulosa asetat kontrol.
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
100000 10000
Impedansi (kΩ)
Kapasitansi (nF)
1000 100 10
0
0.5
1
3
5
7
1 1
Konsentrasi TiO2 (b/b) %
1000 Frekuensi (Hz) kontrol TiO2 0.5% TiO2 1% TiO2 3% TiO2 5%
Gambar 6. Pengaruh Penambahan TiO2 terhadap Nilai Kapasitansi Membran Selulosa Asetat pada Frekuensi 80 Hz.
10000 Impedansi (kΩ)
Impedansi Listrik Impedansi merupakan rintangan dalam medan listrik yang diberikan pada plat kapasitor pada rasio dari tegangan yang melintasi elemen rangkaian terhadap arus yang mengalir pada rangkaian. Pada rangkaian kapasitor impedansi dipengaruhi oleh frekuensi, resistansi, dan reaksi total. Pada saat frekuensinya naik reaktansi induktif akan meningkat dan impedansinya akan menurun. Tetapi apabila frekuensi yang diberikan sangat rendah maka impedansinya akan besar dan arusnya kecil14. Berdasarkan Gambar 7 dapat dilihat bahwa penurunan impedansi terbesar terjadi pada konsentrasi 3% yang penurunan sangat tajam. Penurunan terendah terjadi pada konsentrasi 5% yang hampir bersamaan dengan kontrol. Dengan adanya penambahan TiO2 yang semakin banyak maka membran yang sebelumnya bersifat nonkonduktif akan menjadi lebih konduktif yang mempunyai daya hantar listrik yang besar sehingga elektron mengalir menjadi semakin mudah ketika melewati membran dan impedansi yang dihasilkan akan semakin kecil. Namun dari eksperimen yang dilakukan diperoleh data pada konsentrasi 5% memiliki impedansi paling rendah dibandingkan konsentrasi 0,5%, 1%, 3%, dan 7%. Ketidakseimbangan konsentrasi ini dimungkinkan karena adanya batasan optimum perbandingan selulosa asetat dan TiO2.
Gambar 7. Impedansi Membran Selulosa Asetat yang Didadah TiO2 sebagai Fungsi Frekuensi
1000 100 10 1 0 0.5 1
3
5
7
Konsentrasi TiO2 (b/b) %
Gambar 8. Pengaruh Penambahan TiO2 terhadap Impedansi Membran Selulosa Asetat pada Frekuensi 80 Hz. Pada Gambar 8 dapat dilihat nilai impedansi membran untuk berbagai konsentarsi TiO2 mulai dari kontrol 0,5% hingga 7% yang lebih spesifik di frekuensi 80 Hz. Membran selulosa asetat yang didadah TiO2 5% memiliki nilai impedansi terendah. Kemudian diikuti dengan membran selulosa kontrol. Nilai impedansi mutlak dapat ditentukan dengan menentukan besarnya sudut fase terhadap variasi frekuensi. Apabila semakin besar frekuensi maka sudut fase yang terbentuk menjadi semakin kecil dan mengahsilkan impedansi real dan imajiner yang semakin kecil pula. Pengaruh frekuensi terhadap impedansi real dan imajiner dapat dilihat pada Gambar 9.
Impedansi Imajiner
0 0.1 ‐500
10
1000
100000
‐1000 ‐1500 ‐2000
nonkonduktif, namun hal ini tidak terjadi, mungkin dapat dikarenakan pada saat pembuatan selulosa asetat yang menggunakan efek sonikasi yang mempengaruhi membran. Pada membran selulosa asetat yang didadah TiO2 5% dimungkinkan frekuensi internalnya sama dengan frekuensi eksternal arus yang diberikan. 1000000
‐3000
100000
‐3500
Impedansi Real Kontrol
TiO2 0.5%
TiO2 1%
TiO2 3%
TiO2 5%
TiO2 7%
Konduktansi (nS)
‐2500
10000 1000 100 10 1
Gambar 9. Impedansi Real dan Imajiner Membran Selulosa Asetat yang Didadah TiO2 pada berbagai Konsentrasi.
1000 Frekuensi (Hz) kontrol
TiO2 0.5%
TiO2 1%
TiO2 3%
TiO2 5%
TiO2 7%
Gambar 10. Konduktansi Membran Selulosa Asetat yang Didadah TiO2 sebagai Fungsi Frekuensi. 100000 10000 Konduktansi (nS)
Konduktansi Listrik Konduktansi listrik membran sangat bergantung pada frekuensi. Sesuai dengan permodelan rangkaian membran Maxwell – Wagner, saat frekuensi rendah konduktansi membran akan semakin kecil dan saat frekuensi tinggi frekuensi tinggi konduktansi membran akan semakin besar. Menurut Tippler, hal ini mengakibatkan pergerakan muatan di dalam plat berlangsung secara cepat sehingga semakin banyak jumlah muatan yang bergerak maka konduktansinya menjadi semakin besar. Membran selulosa asetat yang didadah dengan lebih banyak konsentrasi TiO2, maka membrannya semakin konduktif dan memiliki daya hantar listrik yang lebih besar. Hasil penelitian yang dilakukan membran selulosa asetat yang didadah TiO2 5% memiliki nilai konduktansi yang lebih tinggi dari konsentrasi lainnya. Pada Gambar 10 dan Gambar 11 dapat dilihat nilai konduktansi bahwa membran selulosa asetat yang didadah TiO2 5% memiliki aliran arus yang melewati membran semakin besar dari konsentrasi lainnya. Kemudian diikuti dengan membran selulosa asetat yang didadah TiO2 1%, 7%, 3% dan 0,5%. Dari keenam sampel yang diuji seharusnya membran selulosa asetat kontrol memiliki nilai konduktansi terendah karena tidak ada penambahan zat adiktif sehingga membrannya bersifat
1
1000 100 10 1 0
0.5
1
3
5
7
Konsentrasi TiO2 (b/b) %
Gambar
11.
Pengaruh Penambahan Konsentrasi TiO2 terhadap Konduktansi Membran Selulosa Asetat pada Frekuensi 80 Hz.
Loss Coefficient Seiring dengan peningkatan frekuensi maka semakin banyak energi yang ditransmisikan dan dikonversi menjadi kalor sehingga mempengaruhi kapasitor dalam menyimpan muatan. Banyaknya energi yang ditransmisikan dan dikonversi menjadi panas sehingga kemampuan kapasitor menyimpan muatan menjadi menurun dan loos coefficientnya juga menurun. Pada gambar 12 dapat dilihat bahwa konsentrasi 7 % menurun lebih stabil. Namun penurunan yang lebih tajam dapat dilihat pada konsentrasi 0,5%. Pada membran selulosa asetat yang didadah TiO2 5% memiliki loos coefficient tertinggi, karena dimungkinkan banyak energi yang hilang. 4 3.5 Loss Cofficien
3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 1
100
10000
Frekuensi (Hz) kontrol
TiO2 0.5%
TiO2 1%
TiO2 3%
TiO2 5%
TiO2 7%
Gambar 12. Loss Coefficeint Membran Selulosa Asetat yang Didadah TiO2 sebagai Fungsi Frekuensi
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Kajian sifat listrik membran selulosa asetat meliputi nilai kapasitansi, impedansi, konduktansi, loss coefficient, dan karakterisasi arus – tegangan. Sifat listrik membran selulosa asetat dipengaruhi oleh frekuensi. Untuk nilai kapasitansi yang dihasilkan berorde nano farad, nilai impedansi berorde kilo ohm, dan nilai konduktansi berorde nano. Nilai kapasitansi membran selulosa asetat terbesar adalah pada konsentrasi TiO2 5% sehingga pada konsentrasi ini kapasitor memiliki kemampuan tertinggi untuk menyimpan muatan elektron. Nilai impedansi menurun tajam seiring dengan pertambahan frekuensi. Pada selang frekuensi rendah, nilai impedansi menurun secara tajam, namun pada selang frekuensi tinggi penurunan nilai impedansi cenderung landai. Nilai impedansi tertinggi pada membran selulosa asetat yang TiO2 3% dan yang terendah pada membran selulosa asetat yang TiO2 5%. Sama halnya dengan nilai kapasitansi, nilai konduktansi terbesar pada membran selulosa asetat dengan konsentrasi TiO2 5%. Kemiringan kurva arus – tegangan menyatakan nilai konduktansi membran selulosa asetat yang didadah dengan TiO2. Pada konsentrasi TiO2 5% memiliki arus – tegangan memiliki arus terbesar dibandingkan dengan konsentrasi lainnya termasuk juga membran kontrol. Hal ini sesuai dengan hasil pengukuran sifat listrik dengan LCR meter, dimana konduktansi terbesar juga pada konsentrasi TiO2 5%. Penurunan nilai kapasitansi, impedansi, loos coefficient dan peningkatan konduktansi, serta karakterisasi arus – tegangan dipengaruhi oleh konsentrasi TiO2 yang dimungkinkan memiliki batasan tertentu. Saran Peneliti selanjutnya diharapkan untuk meneliti lebih lanjut membran selulosa asetat dengan penambahan TiO2 5% dengan pemakaian ulangan sampel yang lebih banyak. Rentang frekuensi yang digunakan agar lebih diperkecil agar data yang didapat lebih teliti.
DAFTAR PUSTAKA 1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Piluharto B. 2003. Kajian Sifat Fisik Film Tipis Nata de Coco sebagai Membran Ultrafiltrasi (Study of Physical Properties of Nata de Coco Thin Film as Ultrafiltration Membrane). J. Ilmu Dasar 4(1):52-57. Azizah F. 2008. Kajian Sifat Listrik Membran Selulosa Asetat yang Direndam dalam Larutan Asam Klorida dan Kalium Hidroksida [skripsi]. Bogor. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Petanian Bogor. Kurniawan A. 2002. Pengaruh Fouling terhadap Konduktansi Listrik pada Proses Filtrasi Membran Polisulfon [skripsi]. Bogor. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Petanian Bogor. Sembiring RS. 2005. Preparasi dan Karakterisasi Membran Berbahan Dasar Polisulfon Menggunakan Pelarut Dimetilacetamid (DMAc) [skripsi]. Bogor. Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Petanian Bogor. Huriawati F. 2006. Kajian Filtrasi Sari Buah Nanas dengan Menggunakan Membran Selulosa Asetat [skripsi]. Bogor. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Petanian Bogor. Widiastuti N. 1998. Pengaruh ZnCl2 sebagai Aditif terhadap Karakteristik Membran Polisulfon untuk Proses Ultrafiltasi [tesis]. Bandung. Fakultas Pasca Sarjana, Institut Teknologi Bandung. Dillon,C.P.1992. Materials Selection For The Chemical Process Industries. McGrawHill,USA. Prihasa N. 2009. Magic Box sebagai Pereduksi Polutan Udara. http://novanprihasa.files.wordpress. com/2009/03/magic-box-sebagaipereduksi-polutan-udara.pdf. [10 November 2010] Fazri AF.2010. Kajian Sifat Listrik Membran Polisulfon Yang Didadah Titiniun Dioksida Dengan Metode Sonifikasi [skripsi]. Bogor. Fakultas Matematika dan Ilmu
10.
11.
12.
13.
14.
Pengetahuan Alam, Institut Petanian Bogor. Wardhani LY.2010. Kajian Sifat Listrik Membran Polisulfon Hasil Sonikasi Pada Berbagai Frekuensi [skripsi]. Bogor. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Petanian Bogor. Kurniawan A. 2002. Pengaruh Fouling terhadap Konduktansi Listrik pada Proses Filtrasi Membran Polisulfon [skripsi]. Bogor. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Petanian Bogor. Nuwair.2009.Kajian Impedansi dan Kapasitansi Listrik pada Membran Telur Ayam Ras [skripsi]. Bogor. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Petanian Bogor Juansah J, Dahlan K, Maddu A. Studi Karakterisasi Arus-Tegangan Membran Polisulfon pada berbagai Frekuensi, Konsentrasi, dan Suhu. Bul. Kimia 2002;2. 12-18. Tipler PA. Fisika untuk Sains dan Teknik Jilid 2 Edisi 3 Jilid 2. Bambang Sugiono, penerjemah; Wibi H, editor. Jakarta: Erlangga; 2001. Terjemahan dari: Physics for Scientists and Engineers.
LAMPIRAN
Lampiran 1. Diagram alir penelitian
Mulai
Sampel membran selulosa asetat
Diapit dengan dua plat kapasitor dan dihubungkan dengan LCR meter
Delay 9.00 s dengan arus tetap (Cc)
10 Hz
20 Hz
80 Hz
1 kHz
10 kHz
20 kHz
50 kHz
80 kHz
100 kHz
Start data
Z
Cs
D
(θ)
G
Olah data
Skripsi
Selesai
Lampiran 2. Diagram proses karakterisasi arus – tegangan.
Mulai
Sampel membran SA
Diapit dengan dua plat elektroda dan dihubungkan ke alat Kitcley 2400 yang dihubungkan ke komputer
V awal = -5V, Vakhir = 5V, banyak data 50, sweep voltage 100
Start Data
Save Data
Analisis Data
Selesai
Lampiran 3. Alat dan bahan penelitian
(a) Plat kapasitor
(c) Membran selulosa asetat
(b) LCR meter
(d) Komputer
Lampiran 4. Data kapasitansi membran selulosa asetat yang didadah TiO2 Frekuensi(Hz) 10 20 80 1000 10000 20000 50000 80000 100000
Kontrol 393,64 225,95 82,358 4,6377 1,3306 1,2637 1,2263 1,2165 1,2117
TiO2 0.5% 5,0645 2,2946 1,096 0,94984 0,92568 0,9184 0,91423 0,91109 0,90978
Kapasitansi (nF) TiO2 1% TiO2 3% 8,9657 1,9429 4,0282 0,93286 1,8046 0,5397 1,2501 0,46377 1,1699 0,44835 1,1581 0,44426 1,1454 0,44157 1,1416 0,44056 1,1396 0,43963
TiO2 5% 341,26 165,32 56,287 6,0847 1,8742 1,6948 1,5591 1,5018 1,476
TiO2 7% 16,281 6,1568 1,2372 0,6295 0,57338 0,56416 0,55646 0,55251 0,55081
Lampiran 5. Data impedansi membran selulosa asetat yang didadah TiO2 Frekuensi(Hz) 10 20 80 1000 10000 20000 50000 80000 100000
Kontrol TiO2 0.5% 99,477 6020,5 89,785 4846,8 70,518 1885,1 38,791 167,71 12,25 17,195 6,3486 8,6659 2,6016 3,4819 1,6379 2,1837 1,3152 1,7495
Impedansi (kΩ) TiO2 1% TiO2 3% 2563,5 14710 2622,1 11145 1195,9 3831 128,38 343,69 13,614 35,503 6,8749 17,915 2,7796 7,2093 1,7429 4,5161 1,3968 3,6205
TiO2 5% 126,44 103,96 77,477 40,423 8,7574 4,7538 2,0586 1,3343 1,086
TiO2 7% 3645,1 3350,7 2091,8 255,45 27,79 14,116 5,7223 3,6018 2,8903
Lampiran 6. Data konduktansi membran selulosa asetat yang didadah TiO2 Frekuensi(Hz) 10 20 80 1000 10000 20000 50000 80000 100000
Kontrol TiO2 0.5% 7818,8 33,725 9733,8 49,474 12176 79,391 13963 204,97 16739 878,61 18820 1530,1 24200 3168,1 30609 4777,7 35901 5199,4
Konduktansi (nS) TiO2 1% TiO2 3% 628,69 59,043 769,45 62,437 797,35 78,615 1037 171,31 1205,2 583,52 1172,9 881,74 2766,5 1889,3 3898,2 2724,6 7247 3477,3
TiO2 5% 5304,4 6182,3 6439,6 7867,2 19605 28463 59080 88431 108340
TiO2 7% 299,94 309,9 344,46 596,64 1727,3 2804,9 5368 6972,3 7625,1
Lampiran 7. Data loos coefficient membran selulosa asetat yang didadah TiO2 Frekuensi(Hz) 10 20 80 1000 10000 20000 50000 80000 100000
Kontrol TiO2 0.5% 2,54798 1,63409 2,14499 0,97633 1,67449 0,28012 0,99101 0,04243 0,22131 0,01512 0,12809 0,01534 0,06712 0,01035 0,05566 0,0106 0,05059 0,00969
Loss coefficient TiO2 1% TiO2 3% 1,04184 1,49214 0,87277 0,84071 0,42058 0,28308 0,12924 0,05465 0,03883 0,01672 0,03047 0,01828 0,02079 0,01289 0,01774 0,01243 0,01654 0,01222
TiO2 5% 2,51989 1,91436 1,95067 1,1783 0,2519 0,15823 0,12906 0,12195 0,11981
TiO2 7% 3,59228 2,39174 0,83202 0,14435 0,04864 0,03771 0,02636 0,02418 0,02292
Lampiran 8. Data arus – tegangan membran selulosa asetat yang didadah TiO2
Kontrol V(Volt) I(µA) -5,01 -6,67 -4,8 -2,93 -4,59 -7,21 -3,02 -2,8 -4,18 -1,05 -3,98 -3,95 -3,78 -5,08 -3,57 -4,17 -3,36 -2,74 -3,19 1,4 -2,96 -3,58 -2,77 -2,05 -2,55 1,68 -2,35 -3,11 -2,14 -1,73 -1,94 2,33 -1,73 -1,98 -1,53 -1,89 -1,34 1,81 -1,15 2,55 -0,791 -2,08 -0,707 -2,63 -0,513 2,05 -0,326 1,57 -0,083 -2,83 0,11 2,62 0,302 3,07 0,512 0,17 0,717 4,44 0,92 1,13 1,12 6,59 1,31 6,03 1,54 2,53 1,74 7,77 1,94 7,31 2,15 4,04 2,35 9,36 2,55 10,5 2,77 9,91 2,96 6,15 3,16 6,77 3,37 10,5 3,57 11,4 3,78 6,16 3,98 7,72 4,18 9,31 4,39 13,8 4,59 10,5 4,79 14,9 5 18,3
TiO2 0.5% V(Volt) I(µA) -5,01 -1,9 -4,8 -0,915 -4,59 -1,27 -3,02 -0,228 -4,18 0,0363 -3,98 -0,695 -3,78 -1,05 -3,57 -1,05 -3,36 -0,504 -3,19 -0,773 -2,96 0,0551 -2,77 -0,557 -2,55 0,342 -2,35 -0,216 -2,14 0,475 -1,94 -0,345 -1,73 -0,642 -1,53 -0,667 -1,34 -0,347 -1,15 -0,767 -0,791 0,197 -0,707 0,572 -0,513 -0,267 -0,326 -0,703 -0,083 0,331 0,11 -0,144 0,302 0,763 0,512 0,336 0,717 1,05 0,92 0,596 1,12 1,32 1,31 1,21 1,54 0,662 1,74 1,44 1,94 1,17 2,15 1,03 2,35 1,42 2,55 0,933 2,77 1,44 2,96 1,35 3,16 0,815 3,37 1,48 3,57 1,09 3,78 1,41 3,98 0,272 4,18 0,593 4,39 0,122 4,59 0,848 4,79 0,2 5 1,05
TiO2 1% V(Volt) I(µA) -5,01 -3,62 -4,8 -3,83 -4,59 -1,85 -3,02 -3,46 -4,18 -1,18 -3,98 0,066 -3,78 0,113 -3,57 -1,05 -3,36 0,473 -3,19 -1,5 -2,96 -0,642 -2,77 -1,84 -2,55 -1,33 -2,35 -0,701 -2,14 0,362 -1,94 -1,23 -1,73 0,367 -1,53 0,828 -1,34 -1,05 -1,15 0,104 -0,791 1,05 -0,707 1,08 -0,513 0,375 -0,326 1,24 -0,083 -1,15 0,11 1,25 0,302 0,647 0,512 2,42 0,717 2,36 0,92 1,81 1,12 1,17 1,31 3,18 1,54 1,71 1,74 2,07 1,94 3,64 2,15 1,33 2,35 3,38 2,55 4,39 2,77 2,7 2,96 5,37 3,16 5,32 3,37 4,96 3,57 7,47 3,78 6,71 3,98 7,21 4,18 9,8 4,39 7,98 4,59 9,92 4,79 10,5 5 11
TiO2 3% V(Volt) I(µA) -5,01 -1,05 -4,8 -1,05 -4,59 0,407 -3,02 -1,14 -4,18 0,473 -3,98 0,532 -3,78 0,729 -3,57 -1,09 -3,36 -0,774 -3,19 -0,365 -2,96 -1,48 -2,77 0,545 -2,55 0,0812 -2,35 1,22 -2,14 -1,52 -1,94 0,424 -1,73 1,13 -1,53 1,04 -1,34 0,185 -1,15 1,35 -0,791 -1,38 -0,707 1,03 -0,513 0,327 -0,326 1,44 -0,083 -1,05 0,11 0,644 0,302 -0,45 0,512 1,25 0,717 -1,21 0,92 0,432 1,12 0,966 1,31 0,257 1,54 1,11 1,74 1,27 1,94 0,491 2,15 1,67 2,35 -1,18 2,55 0,311 2,77 1,39 2,96 0,528 3,16 0,815 3,37 1,48 3,57 1,08 3,78 1,41 3,98 0,272 4,18 0,593 4,39 1,08 4,59 1,78 4,79 0,2 5 1,05
TiO2 5% V(Volt) I(µA) -5,01 -68,5 -4,8 -53 -4,59 -47,3 -3,02 -42,9 -4,18 -39,6 -3,98 -37,8 -3,78 -34,5 -3,57 -32,5 -3,36 -30,5 -3,19 -27,4 -2,96 -26 -2,77 -23,3 -2,55 -20,4 -2,35 -19,5 -2,14 -16,5 -1,94 -14,6 -1,73 -13,1 -1,53 -10,1 -1,34 -9,31 -1,15 -6,67 -0,791 -4,06 -0,707 -3,35 -0,513 -1,18 -0,326 1,48 -0,083 2,51 0,11 4,52 0,302 8 0,512 10,4 0,717 11,4 0,92 12,4 1,12 12,7 1,31 14,3 1,54 13,6 1,74 15 1,94 15,2 2,15 15,5 2,35 17 2,55 16,4 2,77 18,1 2,96 19 3,16 19,1 3,37 21,2 3,57 21,6 3,78 23,5 3,98 25,3 4,18 26,4 4,39 29,2 4,59 31 4,79 32,9 5 36,8
TiO2 7% V(Volt) I(µA) -5,01 -2,26 -4,8 -1,32 -4,59 -0,372 -3,02 -1,05 -4,18 -0,0772 -3,98 -2,04 -3,78 -1,04 -3,57 -1,59 -3,36 -0,0492 -3,19 -0,877 -2,96 0,13 -2,77 -0,89 -2,55 0,13 -2,35 -1,2 -2,14 -0,291 -1,94 -1,16 -1,73 0,048 -1,53 0,725 -1,34 -7,89 -1,15 -0,391 -0,791 -1,03 -0,707 0,296 -0,513 0,862 -0,326 -0,253 -0,083 -0,49 0,11 0,752 0,302 1,05 0,512 0,676 0,717 1,83 0,92 1,46 1,12 1,15 1,31 -0,231 1,54 1,05 1,74 0,407 1,94 1,46 2,15 2,15 2,35 2,04 2,55 1,11 2,77 0,972 2,96 1,22 3,16 1,08 3,37 2,62 3,57 1,78 3,78 1,49 3,98 2,69 4,18 2,59 4,39 1,78 4,59 3,27 4,79 2,57 5 1,93
