PENINGKATAN PERFORMANSI MEMBRAN SELULOSA ASETAT DENGAN PENAMBAHAN ZEOLIT ALAM UJONG PANCU, KABUPATEN ACEH BESAR PADA PEMISAHAN CAMPURAN ETANOL-AIR SECARA PERVAPORASI
DISERTASI
OLEH NASRUN 088103007/KIM
PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
PENINGKATAN PERFORMANSI MEMBRAN SELULOSA ASETAT DENGAN PENAMBAHAN ZEOLIT ALAM UJONG PANCU, KABUPATEN ACEH BESAR PADA PEMISAHAN CAMPURAN ETANOL-AIR SECARA PERVAPORASI
DISERTASI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor dalam Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
OLEH
NASRUN 088103007/KIM
PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
LEMBARAN PENGESAHAN DISERTASI
Judul Disertasi
Nama Nomor Pokok Program Studi
: PENINGKATAN PERFORMANSI MEMBRAN SELULOSA ASETAT DENGAN PENAMBAHAN ZEOLIT ALAM UJONG PANCU, KABUPATEN ACEH BESAR PADA PEMISAHAN CAMPURAN ETANOL-AIR SECARA PERVAPORASI : NASRUN : 088103007 : Ilmu Kimia
Menyetujui: Komisi Pembimbing
Prof. Basuki Wirjosentono, MS, PhD Promotor
Dr. Ir. Tjahjono Herawan, MSc. Co-Promotor
Prof. Dr. Tamrin, MSc. Co-Promotor
Ketua Program Studi S3 Kimia
Dekan FMIPA USU
Prof. Basuki Wirjosentono, MS, PhD
Dr. Sutarman, MSc.
Lulus Tanggal: 11 Juli 2012
Promotor
Prof. Basuki Wirjosentono, MS, PhD Guru Besar Bidang Kimia Polimer Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Co – Promotor
Dr. Ir. Tjahjono Herawan, MSc. Chemical Engineer Pusat Penelitian Kelapa Sawit
Co – Promotor
Prof. Dr. Tamrin, MSc. Guru Besar Bidang Ilmu Kimia Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Telah diuji pada tanggal: 11 Juli 2012
Panitia Penguji Disertasi Ketua
: Prof. Basuki Wirjosentono, MS, PhD
Anggota
: 1. Dr. Ir. Tjahjono Herawan, MSc. 2. Prof. Dr. Tamrin, MSc. 3. Prof. Dr. Harlem Marpaung 4. Eddiyanto, PhD 5. Prof. Dr. Yunajar Manjang
PERNYATAAN ORISINALITAS
Disertasi ini adalah karya penulis sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun yang dirujuk telah penulis nyatakan dengan benar.
Nama
: Nasrun
Nomor Pokok
: 088103007/KIM
Tanda Tangan
:
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Desa Cot Seurani, Kecamatan Muara Batu, Kabupaten Aceh Utara, Provinsi Aceh pada tanggal 1 Januari 1964. Merupakan anak ke-5 dari 9 bersaudara dari Bapak Ibrahim Abdullah (Alm) dan Ibunda Fatimah Abdullah. Pendidikan Formal: Lulus SD Negeri 2 Muara Batu, Aceh Utara pada tahun 1976. Lulus SMP Negeri 1 Gandapura, Bireuen pada tahun 1980. Lulus SMA Negeri 1 Bireuen pada tahun 1983. Lulus Sarjana Teknik Kimia dari Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh pada tahun 1990. Lulus Magister Teknik Kimia dari Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung pada tahun 2004. Riwayat Pekerjaan: Tahun 1998 – 2001 sebagai dosen tetap di Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Malikussaleh, Aceh Utara. Tahun 2000 – 2001 sebagai Ketua Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Malikussaleh, Aceh Utara. Tahun 2000 – 2006 sebagai Asisten Ahli dalam mata kuliah Operasi Teknik Kimia II. Tahun 2001 diangkat sebagai Calon Pegawai Negeri Sipil di Universitas Syiah
Kuala,
Banda
Aceh
yang
diperbantukan
di
Universitas
Malikussaleh, Aceh Utara. Tahun 2002 diangkat sebagai Pegawai Negeri Sipil di Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh yang diperbantukan di Universitas Malikussaleh, Aceh Utara. Tahun 2004 – sekarang diangkat kembali sebagai dosen tetap di Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Malikussaleh, Aceh Utara.
Tahun 2004 – 2009 sebagai Kepala Laboratorium Teknik Kimia di Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Malikussaleh, Aceh Utara. Tahun 2006 – sekarang sebagai Lektor dalam mata kuliah Operasi Teknik Kimia II.
PENINGKATAN PERFORMANSI MEMBRAN SELULOSA ASETAT DENGAN PENAMBAHAN ZEOLIT ALAM UJONG PANCU, KABUPATEN ACEH BESAR PADA PEMISAHAN CAMPURAN ETANOL-AIR SECARA PERVAPORASI ABSTRAK Penelitian ini bertujuan mempelajari pengaruh modifikasi membran selulosa asetat dengan penambahan zeolit alam Ujong Pancu terhadap unjuk kerja membran (fluks permeasi dan selektifitas membran) pada pemisahan campuran etanol-air secara pervaporasi. Penelitian ini terdiri dari enam tahap yaitu persiapan zeolit alam (termasuk aktivasi), pembuatan membran selulosa asetat, pembuatan membran selulosa asetat yang ditambahkan zeolit alam, karakterisasi membran, dan aplikasi membran sebagai media pemisah campuran etanol-air dengan percobaan pervaporasi serta uji kestabilan membran. Variasi konsentrasi umpan yang dipilih adalah 75; 85; 90; 95,6; dan 98 % (w/w) etanol. Karakterisasi membran dilakukan dengan uji sorpsi pada berbagai konsentrasi umpan dan temperatur operasi 60 oC serta uji Scanning Electron Microscopy (SEM). Fluks permeasi dan selektifitas membran ditentukan oleh mekanisme perpindahan massa melalui membran tersebut. Pervaporasi dilakukan dengan membran selulosa asetat dense berbentuk film tipis yang dibuat dengan metoda inversi fasa melalui penguapan pelarut. Pervaporasi dilakukan secara kontinyu di mana umpan disirkulasikan secara terus menerus pada temperatur operasi 60 oC dan tekanan downstream 0,5 mbar. Membran selulosa asetat tanpa zeolit dan selulosa asetat dengan penambahan zeolit alam telah dibuat dan performansinya telah diteliti. Kedua jenis membran tersebut memiliki sifat selektif terhadap air yang tinggi. Modifikasi membran selulosa asetat dengan zeolit alam berpengaruh terhadap unjuk kerja membran di mana fluks permeasi dan selektifitas membran meningkat pada pemisahan campuran etanol-air secara pervaporasi. Penambahan zeolit optimum adalah pada komposisi 20 % (w/w) zeolit terhadap berat selulosa asetat. Di samping itu terlihat bahwa membran tersebut stabil pada kondisi operasi yang sama. Sifat hidrofilik selulosa asetat dan kepolaran zeolit telah menyebabkan kecenderungan membran menyerap molekul air dibandingkan etanol sehingga telah dapat meningkatkan konsentrasi etanol dari 95,6 % (w/w) etanol menjadi 99,8 % (w/w) etanol. Selektifitas membran tertinggi yang dapat dicapai dalam penelitian ini adalah 843 yang diperoleh dari membran selulosa asetat dengan penambahan 20 % (w/w) zeolit terhadap selulosa asetat dan konsentrasi umpan 98 % (w/w) etanol serta temperatur operasi 60 oC. Fluks permeasi air pada kondisi tersebut adalah 0,79 kg/m2.jam dan fluks permeasi total 0,84 kg/m2.jam. Sebagai pengetahuan terbaik bagi penulis, ini adalah laporan pertama tentang membran zeolit alam dengan rasio Si/Al = 3,3 setelah aktivasi. Kata kunci : selulosa asetat, zeolit alam, pervaporasi, fluks permeasi, selektifitas
IMPROVED THE PERFORMANCE OF CELLULOSE ACETATE MEMBRANE BY ADDITING NATURAL ZEOLITE OF UJONG PANCU, KABUPATEN ACEH BESAR ON THE SEPARATION OF ETHANOLWATER MIXTURE BY PERVAPORATION ABSTRACT The aim of this research is to study the influence of modification of cellulose acetate membranes by additing natural zeolite of Ujong Pancu towards the membrane performances (permeation flux and selectivity of the membrane) on the separation of ethanol-water mixture by pervaporation. This study consists of six stages, namely preparation of natural zeolite (including activation), the manufacture of cellulose acetate membranes, the manufacture of cellulose acetate membranes added with natural zeolite, membrane characterization, and application of membrane separation as a medium of ethanol-water mixtures by pervaporation experiments and the stability of the membrane test. Variation of feed concentration selected was 75; 85; 90; 95.6, and 98 wt % ethanol. Membrane characterization tests was carried out by sorption on a variety of feed concentration and operating temperature of 60 °C and the test of Scanning Electron Microscopy (SEM). Membrane permeation flux and selectivity is determined by the mechanism of mass transfer through the membrane. Pervaporation done with thin film cellulose acetate dense membran produced with the phase inversion method through solvent evaporation. Pervaporation conducted continuously where the feed was continuously circulated at 60 °C operating temperature and downstream pressure 0.5 mbar. Cellulose acetate membrane without zeolite and cellulose acetate membranes with the addition of natural zeolites have been produced and the performance has been investigated. Both type of the membranes have high selectivity to water. Modification of cellulose acetate membranes with natural zeolite affect the performance of the membrane where permeation flux and selectivity of the membrane increased on ethanolwater mixture separation by pervaporation. The addition of zeolite showed the optimum result at the composition of 20 wt % zeolite to the weight of cellulose acetate. In addition, it appears that the membrane is stable at the same operating conditions. Hydrophilic properties of cellulose acetate and the polarity of zeolite membranes has led to a tendency to absorb water molecules compared to ethanol, thus it is able to increase the ethanol concentration from 95.6 wt % to be 99.8 wt %. The highest selectivity of the membrane that can be achieved in this study is 843, obtained by additing 20 wt % zeolite to cellulose acetate membrane and the concentration of the feed 98 wt % ethanol and 60 °C operating temperature. Permeation flux of water at these conditions was 0.79 kg/m2.h and total permeation flux was 0.84 kg/m2.jam. To the best knowledge of the author, this is the first report about natural zeolite membrane with ratio of Si/Al = 3,3 after activated. Key words: cellulose acetate, natural zeolite, pervaporation, permeation flux, selectivity
UCAPAN TERIMA KASIH
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, berkat rahmat, karunia, dan hidayahNya, penulis dapat menyelesaikan disertasi ini. Pada kesempatan ini penulis dengan tulus dan ikhlas menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, MSc. (CTM), SpA (K), Direktur Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. Ir. Rahim Matondang, MSIE, Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara, Dr. Sutarman, MSc., Ketua Program Doktor Ilmu Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara, Prof. Basuki Wirjosentono, MS, PhD, dan Rektor Universitas Malikussaleh, Apridar, SE, MSi., serta mantan Rektor Universitas Malikussaleh, Prof. A. Hadi Arifin, MSi., atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti pendidikan di Program Doktor Ilmu Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Terima kasih dan penghargaan yang tak terhingga penulis sampaikan kepada: 1. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, PhD, selaku Promotor yang telah banyak meluangkan waktu untuk memberikan pengarahan dan bimbingan dalam penulisan disertasi ini. 2. Dr. Ir. Tjahjono Herawan, MSc., selaku Co-Promotor yang telah banyak memberi bantuan dan meluangkan waktu untuk memberikan pengarahan dan bimbingan dalam penulisan disertasi ini. 3. Prof. Dr. Tamrin, MSc., selaku Co-Promotor yang telah banyak memberi bantuan dan dorongan serta meluangkan waktu untuk memberikan pengarahan dan bimbingan dalam penulisan disertasi ini. 4. Isteri tercinta, Ummi Kalsum, SH, MH yang tidak bosan-bosannya memberi dorongan dan semangat kepada penulis.
5. Ananda tersayang, Maghfirah Anastamia Mariska dan Salsabila Anastamia Marshanda adalah pemicu motivasi penulis dalam menyelesaikan disertasi ini. 6. Ayahanda Ibrahim Abdullah (Alm) dan ibunda Fatimah Abdullah yang telah membesarkan dan memberikan kasih sayang yang tak terhingga baik moril maupun materil kepada penulis. 7. Ayah mertua M. Yunus Hasyim (Alm) dan ibu mertua Nurmala Budiman (Almh) yang selalu menyayangi penulis selama penulis hidup bersama mereka. 8. Meriatna, ST, MT, selaku Kepala Laboratorium Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Malikussaleh yang telah memberikan fasilitas dalam pelaksanaan penelitian. 9. Prof. Perdamean Sebayang, Laboratorium Fisika LIPI, dan Bapak Juju Jumbawan, staf Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi dan Kelautan (PPPGL) yang telah membantu penulis dalam analisa EDS dan SEM. Semoga Allah SWT menerima amal dan selalu melimpahkan rahmatNya kepada kita semua.
Medan, Juli 2012
Nasrun
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK
i
ABSTRACT
ii
UCAPAN TERIMA KASIH DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN
iii v viii x xii
DAFTAR SINGKATAN
xiii
DAFTAR SIMBOL
xiv
DAFTAR SEMINAR DAN PUBLIKASI ILMIAH YANG BERHUBUNGAN DENGAN DISERTASI xvii BAB 1 PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Permasalahan
4
1.3 Hipotesis
5
1.4 Tujuan Penelitian
5
1.5 Manfaat Penelitian
5
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
6
2.1 Membran dan Klasifikasinya
7
2.2 Sifat-Sifat Fisik Polimer
8
2.2.1 Fleksibilitas Rantai
9
2.2.2 Interaksi antar Rantai
9
2.2.3 Temperatur Transisi Gelas (Tg)
9
2.2.4 Derajat Kristalinitas
11
2.2.5 Volume Bebas Polimer
11
2.2.6 Polimer Hidrofilik dan Hidrofobik
12
2.3 Pembuatan Membran Polimer
13
2.3.1 Presipitasi melalui Pengendapan Pelarut
13
2.4 Membran untuk Pemisahan Campuran Etanol-Air
14
2.5 Selulosa Asetat sebagai Material Membran
14
2.6 Zeolit
15
2.6.1 Modifikasi Membran dengan Zeolit
21
2.7 Pervaporasi
22
2.7.1 Perpindahan Massa pada membran pervaporasi
23
2.7.2 Pemisahan dengan Pervaporasi
25
2.8 Mekanisme Pemisahan dengan Membran Tidak Berpori (Dense)
26
2.9 Besaran dalam Pervaporasi
28
2.9.1 Fluks Massa
28
2.9.2 Selektifitas
29
2.9.3 Derajat Pengembangan (Degree of Swelling)
29
2.10 Faktor-Faktor yang Berpengaruh pada Pervaporasi
29
2.10.1 Tekanan Operasi
29
2.10.2 Temperatur Operasi
30
2.10.3 Konsentrasi Umpan
30
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
31
3.1 Bahan dan Peralatan
32
3.2 Persiapan Zeolit Alam
32
3.3 Pembuatan Membran
33
3.4 Karakterisasi Membran
34
3.5 Pervaporasi
34
3.6 Uji Kestabilan Membran
36
3.7 Analisis dan Interprestasi Data
37
3.7.1 Penentuan Fluks Massa
37
3.7.2 Penentuan Permeabilitas
37
3.7.3 Penentuan Selektifitas
37
3.8 Tempat Penelitian
38
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
39
4.1 Preparasi dan Karakteristik Zeolit Sebagai Pengisi Membran
39
4.2 Percobaan Pervaporasi
42
4.2.1 Fluks Permeasi
43
4.2.2 Pengaruh Derajat Pengembangan (Degree of Swelling), (Ds) terhadap Fluks Permeasi Total (J)
47
4.2.3 Selektifitas Membran
50
4.2.4 Pengaruh Derajat Pengembangan (Degree of Swelling), (Ds) terhadap Selektifitas Membran (α)
55
4.2.5 Karakterisasi Membran
56
4.3 Pengaruh Penambahan Zeolit Alam Ujong Pancu ke dalam Selulosa Asetat terhadap Performansi Membran 63 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
66
5.1 Kesimpulan
66
5.2 Saran
66
DAFTAR PUSTAKA
68
DAFTAR TABEL Nomor
Judul
Halaman
2.1 Nilai rata-rata kekuatan gaya primer dan sekunder
10
2.2 Beberapa jenis zeolit
19
2.3 Komposisi zeolit alam Ujong Pancu
20
4.1 Analisa kuantitatif zeolit alam sebelum aktivasi dengan EDS (rasio Si/Al = 2,3)
39
4.2 Analisa kuantitatif zeolit alam setelah aktivasi dengan EDS (rasio Si/Al = 3,3)
40
4.3 Derajat pengembangan (degree of swelling) berbagai jenis membran
57
A.1 Data kalibrasi kromatografi gas
75
B.1 Luas area etanol pada pervaporasi dengan membran M1
78
B.2 Luas area etanol pada pervaporasi dengan membran M2
79
B.3 Luas area etanol pada pervaporasi dengan membran M3
79
B.4 Luas area etanol pada pervaporasi dengan membran M4
79
B.5 Luas area etanol pada pervaporasi dengan membran M5
80
B.6 Luas area etanol pada uji kestabilan membran M5 (M5’)
80
B.7 Luas area etanol pada pervaporasi dengan membran M6
80
B.8 Luas area etanol pada pervaporasi dengan membran M7
81
B.9 Data sorpsi membran M1
81
B.10 Data sorpsi membran M2
81
B.11 Data sorpsi membran M3
82
B.12 Data sorpsi membran M4
82
B.13 Data sorpsi membran M5
82
B.14 Data sorpsi membran M5’
83
B.15 Data sorpsi membran M6
83
B.16 Data sorpsi membran M7
83
B.17 Berat permeat, m (g) pada aplikasi membran M1
84
B.18 Berat permeat, m (g) pada aplikasi membran M2
84
B.19 Berat permeat, m (g) pada aplikasi membran M3
84
B.20 Berat permeat, m (g) pada aplikasi membran M4
85
B.21 Berat permeat, m (g) pada aplikasi membran M5
85
B.22 Berat permeat, m (g) pada aplikasi membran M5’
85
B.23 Berat permeat, m (g) pada aplikasi membran M6
86
B.24 Berat permeat, m (g) pada aplikasi membran M7
86
C.1
Komposisi dope bila larutan total = 50 g dan massa CA = 7,5 g
87
C.2
Tebal rata-rata membran
88
D.1 Hasil perhitungan pada pervaporasi
94
DAFTAR GAMBAR Nomor
Judul
Halaman
2.1 Skema pemisahan dengan membran
6
2.2 Membran berdasarkan strukturnya
8
2.3 Modulus tarik sebagai fungsi temperatur pada keadaan glassy dan rubbery 10 2.4 Struktur kimia selulosa asetat
15
2.5 Struktur aluminosilikat pada zeolit
17
2.6 Stuktur (kiri) dan saluran pori (kanan) zeolit LTA (tipe A)
18
2.7 Topografi Kecamatan Peukan Bada, Kabupaten Aceh Besar, Aceh
19
2.8 Zeolit alam jenis klinoptilolit asal Ujong Pancu
20
2.9 Skema pervaporasi (a) dengan tekanan vakum pada sisi downstream dan (b) dengan gas pembawa inert 25 2.10 Hubungan massa permeat terhadap waktu
28
3.1 Kerangka kegiatan penelitian
31
3.2 Skema rangkaian sistem pervaporasi
35
3.3 Skema modul pervaporasi
36
4.1 Spektrogram zeolit alam sebelum aktivasi dengan analisa EDS
40
4.2 Spektrogram zeolit alam setelah aktivasi dengan analisa EDS
41
4.3 SEM zeolit alam sebelum aktivasi
41
4.4 SEM zeolit alam setelah aktivasi
42
4.5 Fluks permeasi air vs konsentrasi umpan pada membran M1, M2, M3, dan M4
43
4.6 Fluks permeasi air vs konsentrasi umpan pada membran M5, M5’, M6, dan M7
44
4.7 Fluks permeasi total vs konsentrasi umpan pada membran M1, M2, dan M3
45
4.8 Fluks permeasi total vs konsentrasi umpan pada membran M4, M5, dan M5’
46
4.9 Fluks permeasi total vs konsentrasi umpan pada membran M6 dan M7
46
4.10 Selektifitas membran tanpa zeolit
50
4.11 Selektifitas membran dengan 5 % (w/w) zeolit (M2)
50
4.12 Selektifitas membran dengan 10 % (w/w) zeolit (M3)
51
4.13 Selektifitas membran dengan 15 % (w/w) zeolit (M4)
51
4.14 Selektifitas membran dengan 20 % (w/w) zeolit (M5) dan (M5’)
51
4.15 Selektifitas membran dengan 25 % (w/w) zeolit (M6)
52
4.16 Selektifitas membran dengan 30 % (w/w) zeolit (M7)
52
4.17 Pengaruh ketebalan membran terhadap selektifitas pada umpan 75, 85, dan 90 % (w/w) EtOH
54
4.18 Pengaruh ketebalan membran terhadap selektifitas pada umpan 95,6 dan 98 % (w/w) EtOH
54
4.19 Hubungan konsentrasi umpan [% (w/w) EtOH] terhadap derajat swelling (Ds) pada berbagai jenis membran
57
4.20 Hubungan komposisi zeolit [% (w/w)] terhadap derajat swelling (Ds) pada berbagai konsentrasi umpan [% (w/w) etanol] 59 4.21 Scanning Electron Microscopy (SEM) permukaan membran tanpa zeolit 61 4.22 Scanning Electron Microscopy (SEM) permukaan membran dengan 20 % (w/w) zeolit terhadap selulosa asetat 61 A.1 Kurva kalibrasi kromatografi gas
76
C.1 Waktu tunak membran M1 dengan umpan 75 % (w/w) EtOH
90
E.1 Furnace sebagai alat aktivasi zeolit
96
E.2 Larutan selulosa asetat dengan zeolit
96
E.3 Larutan selulosa asetat tanpa zeolit
97
E.4 Pembuatan lembaran membran dengan metode inversi fasa
97
E.5 Membran selulosa asetat tanpa zeolit (A) dan membran selulosa asetat dengan 20 % (w/w) zeolit (B)
98
E.6 Instalasi sistem percobaan pervaporasi
98
E.7 Gas chromatography (Shimadzu® GC-14B ) untuk analisa umpan, permeat, dan retentat
99
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul
A KALIBRASI KROMATOGRAFI GAS A.1 Kalibrasi Kromatografi Gas (GC) terhadap Campuran Etanol-Air B DATA PERCOBAAN
Halaman 75 75 77
B.1 Pengukuran Tebal Membran
77
B.2 Analisa Kromatografi Gas
78
B.3 Percobaan Sorpsi
81
B.4 Berat Permeat pada Aplikasi Berbagai Jenis Membran dan Konsentrasi 84 C PERHITUNGAN
87
C.1 Komposisi Dope
87
C.2 Tebal Membran
88
C.3 Selektifitas Membran (α)
88
C.4 Fluks Permeasi (J)
89
C.5 Permeabilitas Membran (P)
90
C.6 Derajat Swelling Membran (Ds)
91
C.7 Konsentrasi Etanol yang Dihasilkan
91
D HASIL PERHITUNGAN D.1 Hasil Perhitungan pada Pervaporasi E FOTO PERALATAN PERCOBAAN
94 94 96
DAFTAR SINGKATAN CA
Cellulose Acetate
EDS
Energy Dispersive Spectroscopy
EtOH
Etanol
GC
Gas Chromatography
HP
High Pure
LIPI
Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia
M1
Membran selulosa asetat tanpa zeolit
M2
Membran selulosa asetat dengan 5 % w/w zeolit
M3
Membran selulosa asetat dengan 10 % w/w zeolit
M4
Membran selulosa asetat dengan 15 % w/w zeolit
M5
Membran selulosa asetat dengan 20 % w/w zeolit
M5’
Membran M5 yang diuji kestabilannya
M6
Membran selulosa asetat dengan 25 % w/w zeolit
M7
Membran selulosa asetat dengan 30 % w/w zeolit
PA
Poliamida
PPPGL Pusat Penelitian Pengembangan Geologi Kelautan PVA
Poli (vinil alkohol)
RO
Reverse Osmosis
SEM
Scanning Electron Microscopy
DAFTAR SIMBOL Simbol
Nama
Pemakaian pertama pada halaman
A
luas penampang efektif modul pervaporasi (m2)
28
a
keaktifan penetran
24
a1
keaktifan penetran pada sisi upstream
24
a2
keaktifan penetran pada sisi downstream
24
α
selektifitas membran
28
∆α
selisih koefisien pemuaian panas polimer pada suhu di atas Tg dan di bawah Tg
12
C
konsentrasi cairan yang tersorpsi ke dalam polimer (kg/m3)
24
C1
konsentrasi penetran di dalam polimer pada sisi upstream (kg/m3)
24
konsentrasi penetran di dalam polimer pada sisi downstream (kg/m3)
24
C2 CA
konsentrasi komponen A (kg/m3)
∆C
beda konsentrasi (kg/m2)
D
Difusivitas (m2/jam)
DA
koefisien difusivitas komponen A (m2/jam)
Do Ds
23 6 24 23 2
koefisien difusivitas pada konsentrasi nol (m /jam) derajat pengembangan (degree of swelling)
24 29
δ
ketebalan membran (m)
37
E
modulus tarik (Pa)
10
E
energi aktivasi permeasi (kJ/mol)
30
∆E
beda potensial listrik (volt) 2
6
J
fluks permeasi (kg/m .jam)
24
JA
fluks massa komponen A (kg/m2.jam)
23
Jo
faktor pre-eksponensial fluks permeasi (kg/m2.jam)
30
Kc
kesetimbangan sorpsi
24
l
tebal membran
27
M
ion logam alkali atau alkali tanah
16
m
bilangan tertentu
16
m
massa permeat (kg)
28
n
muatan ion logam alkali atau alkali tanah
16
P
koefisien permeabilitas
27
P
permeabilitas (kg/m.mmHg.jam)
37
∆P
beda tekanan
p1
tekanan parsial upstream
27
p2
tekanan parsial downstream
27
po
tekanan uap jenuh downstream
24
Δp
beda tekanan antara sisi upstream dan downstream (mmHg)
37
R
rejeksi
R
konstanta umum gas (8,3144 x 10-3 kJ/mol.K)
30
S
koefisien kelarutan
27
T
temperatur (K)
12
∆T
beda temperatur (K)
6
Tg
temperatur transisi gelas (K)
9
t
waktu proses pervaporasi (jam)
29
τ
koefisien plastisasi
24
Vf
volume bebas (ml)
11
vf
fraksi volume
12
VT
volume polimer yang teramati pada temperatur T (ml)
11
V0
volume polimer yang teramati pada temperatur 0 K (ml)
11
Vf,Tg
volume bebas pada suhu Tg (ml)
12
W
berat membran
29
w1u
fraksi berat komponen 1 dalam umpan
29
w2u
fraksi berat komponen 2 dalam umpan
29
w1p
fraksi berat komponen 1 dalam permeat
29
w2p
fraksi berat komponen 2 dalam permeat
29
X
fraksi mol cairan
24
X1
fraksi mol cairan pada sisi upstream
24
x
bilangan tertentu
16
6
6
x
tebal membran (m)
23
y
bilangan tertentu
16
γ
koefisien keaktifan
24
γ1
koefisien keaktifan pada sisi upstream
24
γ2
koefisien keaktifan pada sisi downstream
24
DAFTAR SEMINAR DAN PUBLIKASI ILMIAH YANG BERHUBUNGAN DENGAN DISERTASI
No. Kegiatan
Judul
Waktu/Tempat
Keterangan
1. Pemakalah Dehidrasi Etanol secara 11 April 2012/Medan Pervaporasi dengan Membran Selulosa Asetat Berbasis Zeolit Alam
Seminar Nasional Kimia 2012 Program Studi Ilmu Kimia Pascasarjana USU
2. Publikasi
Prosiding Seminar Nasional Kimia 2012 ISBN: 979-458-598-X Hal. 39 – 45
Dehidrasi Etanol secara Pervaporsi dengan Membran Selulosa Asetat Berbasis Zeolit Alam
2012/Medan
3. Pemakalah Peningkatan Performansi 11 – 12 Mei 2012/ Membran Selulosa Asetat Medan dengan Zeolit Alam Ujong Pancu pada Dehidrasi Etanol secara Pervaporasi
Seminar dan Rapat Tahunan Bidang Ilmu MIPA
4. Publikasi Peningkatan Performansi Membran Selulosa Asetat dengan Zeolit Alam Ujong Pancu pada Dehidrasi Etanol secara Pervaporasi
Prosiding Bidang Kimia SEMIRATA BKS-PTN B Tahun 2012 Bidang Ilmu MIPA ISBN: 978602-9115-246, Hal. 473 – 478
2012/Medan
