MEMBRAN KOMPOSIT POLISULFON TERSULFONASIZEOLIT UNTUK APLIKASI DIRECT METHANOL FUEL CELL
SUCI RAHMADANI
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Membran Komposit Polisulfon Tersulfonasi-Zeolit untuk Aplikasi Direct Methanol Fuel Cell adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, September 2014 Suci Rahmadani NIM G44100076
ABSTRAK SUCI RAHMADANI. Membran Komposit Polisulfon Tersulfonasi-Zeolit untuk Aplikasi Direct Methanol Fuel Cell. Dibimbing oleh SRI MULIJANI dan ARMI WULANAWATI. Direct methanol fuel cell (DMFC) dapat dijadikan sebagai alternatif sumber energi yang dapat diperbarui dan ramah lingkungan. Penelitian ini menyintesis dan mencirikan membran komposit polisulfon tersulfonasi-zeolit (sPSf-zeolit), serta menentukan kinerja membran untuk aplikasi DMFC. Proses sulfonasi telah berhasil dilakukan. Hal ini dibuktikan dengan nilai derajat sulfonasi yang diperoleh sebesar 45% dan keberadaan gugus baru yang tertrisubstitusi 1,2,4pada bilangan gelombang 1724 cm-1 yang ditentukan menggunakan spektrofotometer inframerah transformasi Fourier. Morfologi permukaan membran berubah setelah sulfonasi yang ditentukan menggunakan mikroskop elektron payaran. Penambahan zeolit pada membran meningkatkan kinerja membran. Kinerja membran paling baik diperoleh membran sPSf-zeolit 5% aktivasi, menggunakan elektrode logam. Hal ini ditunjukkan oleh nilai konduktivitas proton dan beda potensial paling tinggi sebesar 1.2377 × 10-3 S/cm dan 416 mV. Dapat disimpulkan bahwa membran komposit sPSf-zeolit dapat diaplikasikan untuk DMFC. Kata kunci: komposit, polisulfon tersulfonasi, sel bahan bakar , zeolit.
ABSTRACT SUCI RAHMADANI. Composite Membrane of Sulfonated Polysulfone-Zeolite for the Application in Direct Methanol Fuel Cell. Supervised by SRI MULIJANI and ARMI WULANAWATI. Direct methanol fuel cell (DMFC) is potential as an alternative renewable energy source and unhazardous to environmental. In this study, composite membrane of sulfonated polysulfone-zeolite (sPSf-zeolite) was synthesized and characterized, and observed the performance of the resulted membranes for DMFC. The process of sulfonation has been successful. It showed by the degree of sulfonation as high as 45% and the existence of a new group that trisubstituted 1,2,4 - that shown in the wave numbers of 1724 cm-1 as determined using Fourier transform infrared spectrophotometer. The morphology of membrane surface changed after sulfonation. It was determined using scanning electron microscope. The addition of zeolite to membranes improved membrane’s performance. The composite membrane of sPSf-zeolite 5% activation, using a metal electrode gave the best membrane’s performance. It showed by the highest proton conductivity and voltage with values 1.2377 × 10-3 S/cm and 416 mV. This result showed that the composite membrane of sPSf-zeolite can be applied in DMFC system. Keywords: composite, fuel cell, sulfonated polysulfone, zeolite.
MEMBRAN KOMPOSIT POLISULFON TERSULFONASIZEOLIT UNTUK APLIKASI DIRECT METHANOL FUEL CELL
SUCI RAHMADANI
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
Judul Skripsi: Membran Komposit Polisulfon Tersulfonasi-Zeolit untuk Aplikasi Direct Methanol Fuel Cell Nama : Suci Rahmadani NIM : G44100076
Disetujui oleh
Dr Sri Mulijani, MS Pembimbing I
Armi Wulanawati, MSi Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas rahmat dan karunia-Nya sehingga karya ilmiah yang berjudul “Membran Komposit Polisulfon Tersulfonasi-Zeolit untuk Aplikasi Direct Methanol Fuel Cell” ini berhasil diselesaikan. Karya ilmiah ini disusun berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan di Laboratorium Kimia Fisik Departemen Kimia, Institut Pertanian Bogor pada bulan Februari hingga Juni 2014. Penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu penulis selama menjalankan kegiatan penelitian dan dalam menyelesaikan karya ilmiah ini, khususnya kepada Ibu Dr Sri Mulijani, MS selaku pembimbing I, Ibu Armi Wulanawati, MSi selaku pembimbing II atas bimbingan, arahan, dan ilmu yang telah diberikan. Ungkapan terima kasih yang sebesar-besarnya juga disampaikan kepada ayah, ibu, dan adik-adikku tercinta Rafi, Serlin, Fikri serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya. Selain itu, terima kasih juga kepada Bapak Mail dan teman-teman Vallian Ghali, Ginna Ramadhini Putri, Ahmad Hawari Assufi, Hasna TN, dan Ali atas kerjasama dan semangat yang telah diberikan. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, September 2014 Suci Rahmadani
DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN PENDAHULUAN BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat Sintesis Polisulfon Tersulfonasi (sPSf) Penentuan Derajat Sulfonasi Preparasi Membran Polisulfon Tersulfonasi-Zeolit (sPSf-Zeolit) Pencirian Membran Kinerja Membran HASIL DAN PEMBAHASAN Polisulfon Tersulfonasi Membran Komposit Polisulfon Tersulfonasi-Zeolit Ciri-Ciri Membran Gugus Fungsi Morfologi Membran Bobot Jenis Kinerja Membran Water Uptake dan Permeabilitas Metanol Konduktivitas Proton Beda Potensial dalam DMFC SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
vi vi 1 2 2 2 3 3 3 4 6 6 8 9 9 9 10 11 11 12 13 15 15 15 16 18
DAFTAR GAMBAR 1 Reaksi polisulfon tersulfonasi 2 Perubahan warna larutan sebelum (a) dan setelah (b) proses sulfonasi 3 Membran sPSf (a) dan sPSf-zeolit (b) 4 Spektrum Inframerah PSf ( ), sPSf ( ), sPSf-zeolit 3% ( ), dan zeolit ( ) 5 Morfologi penampang lintang membran PSf (a), sPSf (b), dan sPSfzeolit 5% (c) dengan perbesaran 10000× serta penampang lintang membran sPSf-60 Lufrano et al. (2008) (d). 6 Bobot jenis membran 7 Water uptake membran. 8 Konduktivitas proton membran nonaktivasi dengan elektrode karbon ( ) dan logam ( ) serta aktivasi ( ) 9 Bejana pada sistem DMFC 10 Prinsip skematis dari DMFC 11 Beda potensial membran teraktivasi dan pengukuran menggunakan elektrode karbon ( ) serta logam ( )
7 8 8 9
10 11 11 13 13 14 14
DAFTAR LAMPIRAN 1 Bagan alir penelitian 2 Penentuan derajat sulfonasi (DS) 3 Data hasil analisis FTIR 4 Data bobot jenis membran 5 Data water uptake membran 6 Data konduktivitas proton 7 Beda potensial yang dihasilkan membran
18 19 19 21 22 23 23
1
PENDAHULUAN Kebutuhan akan sumber energi bahan bakar fosil terus meningkat seiring dengan perkembangan aktivitas manusia. Di sisi lain sumber energi bahan bakar fosil tidak dapat diperbarui dan menghasilkan produk samping yang mencemari lingkungan. Hal ini menyebabkan cadangan sumber energi bahan bakar fosil semakin menipis sehingga terjadi krisis energi. Salah satu sumber energi alternatif yang dapat diperbarui dan ramah lingkungan adalah sel bahan bakar. Sel bahan bakar merupakan sumber energi non-konvensional yang menghasilkan energi listrik melalui oksidasi elektrokimia dari bahan bakar. Beberapa jenis sel bahan bakar di antaranya jenis membran penukar proton (PEMFC), yang menggunakan gas hidrogen sebagai bahan bakar, dan direct methanol fuel cell (DMFC), yang menggunakan metanol sebagai bahan bakar. Dalam sistem DMFC, metanol akan berdifusi dari anode menuju katode melewati membran polimer elektrolit. Membran ini berfungsi sebagai sarana transportasi ion hidrogen (H+) yang dihasilkan dari reaksi oksidasi di anode dan juga sebagai pembatas antara kedua elektrode tersebut (Handayani et al. 2007a). Saat ini, membran yang banyak digunakan untuk hantaran proton dalam DMFC adalah Nafion yang terbuat dari fluoro-polimer dengan rantai cabang mengandung gugus sulfonat (−SO3H). Nafion 117 memiliki konduktivitas proton yang tinggi, yaitu 0.0820 S/cm pada suhu 25 oC, ketahanan termal dan stabilitas kimia yang baik. Namun, harga Nafion mahal dan memiliki methanol crossover atau permeabilitas metanol melalui membran yang tinggi (Shin et al. 2005). Selain itu, konduktivitas proton menurun pada perlakuan suhu di atas 80 oC akibat kehilangan air (Handayani et al. 2007b). Permeasi metanol dapat menghilangkan sebagian kecil bahan bakar (metanol) yang digunakan sehingga memperlambat laju reaksi di katode dan menurunkan kinerja tegangan sel secara keseluruhan. Karakteristik membran elektrolit yang diinginkan untuk aplikasi DMFC adalah konduktivitas proton yang besar dan permeabilitas metanol yang rendah. Upaya mengurangi permeasi metanol melalui membran dapat dilakukan melalui modifikasi struktur membran Nafion atau pengembangan membran elektrolit pengganti Nafion. Polimer dengan tulang punggung aromatik seperti polistirena (PS), poli eter-eter keton (PEEK), dan polisulfon (PSf) dapat dijadikan sebagai pengganti Nafion, karena memiliki sifat ketahanan termal dan kimia yang tinggi. Selain itu, keberadaan gugus benzena dalam rantai polimer mengakibatkan polimer tersebut dapat dimodifikasi. PSf memiliki sifat keras, kaku, kuat, termoplastik, dan transparan, dengan kisaran suhu kerja dari −100 sampai 160 oC. PSf juga memiliki sifat termal, stabilitas kimia, kekuatan mekanik, dan ketahanan oksidatif yang baik sehingga lebih disukai penggunaannya sebagai substrat membran (Kilduff et al. 2000; Kaeselev et al. 2001). Namun, PSf perlu dimodifikasi terlebih dahulu agar rantainya bermuatan. Salah satu proses modifikasi yang sering dilakukan adalah sulfonasi, yaitu penambahan gugus sulfonat (−SO3H) pada rantai polimer (Pramono et al. 2012). Polimer tersebut dapat disulfonasi menggunakan beberapa agen sulfonasi seperti asam sulfat, asam klorosulfonat, oleum, dan trimetil silil ester. Adanya gugus sulfonat akan membuat membran menjadi lebih hidrofilik sehingga mudah menyerap air. Hal tersebut akan memudahkan transpor proton sehingga konduktivitas ionik semakin
2 besar. Konduktivitas proton dari membran sangat bergantung pada kelembapan dalam membran. Membran tidak dapat bekerja pada suhu terlalu tinggi karena menurunnya kadar air dalam membran tersebut. Hidrofilisitas membran hidrofobik dapat ditingkatkan dengan penambahan bahan-bahan hidrofilik. Penggunaan paduan polimer berisi polimer hidrofilik sebagai bahan membran, diharapkan dapat memperbaiki hidrofilisitas membran (Moon et al. 2005). Salah satunya adalah dengan menambahkan partikel oksida logam hidrofilik seperti SiO2, ZrO2, dan TiO2 untuk mempertinggi sifat retensi air (Kongkachuichay dan Pimprom 2008). Zeolit termasuk golongan kristalin yang secara alami terbentuk dari mineral aluminosilikat, memiliki struktur tiga dimensi dari kerangka [SiO4]4- dan [AlO4]5-, dan bentuk koordinasi polihedral. Oleh karena itu, zeolit dapat digunakan sebagai penukar ion dan dapat terhidrasi dengan jumlah air yang tinggi (Breck 1974). Berdasarkan hal tersebut, penelitian ini bertujuan menyintesis serta mencirikan membran komposit polisulfon tersulfonasi-zeolit dengan variasi konsentrasi komposit. Kinerja membran tersebut untuk aplikasi DMFC juga ditentukan dengan membran Nafion sebagai pembanding.
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan adalah polisulfon (Sigma-Aldrich), zeolit (Sukabumi), asam sulfat berasap yang mengandung 65% SO3 (oleum), gas nitrogen, kloroform teknis, diklorometana, metanol, NaOH, HCl, larutan K3[Fe(CN)6], larutan Na2HPO4, fenolftalein, dan air deionisasi. Alat-alat yang digunakan adalah peralatan gelas, oven, labu leher tiga, piknometer, neraca analitik, voltmeter, water bath ultrasonic, SEM JEOL JSM 836 OLA, FTIR BRUCKER TENSOR 27, dan impendance analyzer LCR-meter. Sintesis Polisulfon Tersulfonasi (sPSf) (Modifikasi Xing et al. 2004) Sebanyak 10 g polisulfon dilarutkan di dalam 100 mL kloroform sehingga diperoleh larutan PSf dengan konsentrasi 10% (b/v). Kemudian, larutan PSf dipanaskan hingga suhu konstan 40 oC sambil diaduk menggunakan pengaduk mekanik dan diteteskan oleum sebanyak 20 mL secara bertahap dalam corong pisah yang dihubungkan dengan labu leher tiga dengan dialiri gas nitrogen. Gas SO3 akan didorong oleh gas nitrogen menuju larutan PSf. Sintesis sPSf dilakukan selama 60 menit di ruang asam.
3 Penentuan Derajat Sulfonasi (Modifikasi Martins dan Hallwass 2007) Polisulfon tersulfonasi (sPSf) yang telah dinetralkan ditimbang sebanyak 0.1 g dan direndam dalam 10 mL NaOH 1 N selama 3 hari. Sisa NaOH kemudian dititrasi dengan HCl 1 N dan digunakan indikator fenolftalein sebanyak 3 tetes untuk melihat titik akhir proses titrasi. Titrasi dilakukan hingga terjadi perubahan warna dari merah muda hingga tidak berwarna (Dhuhita dan Kusuma 2010). Derajat sulfonasi didapatkan melalui Persamaan 1:
DS =
(
)
× 100%
(1)
Keterangan: Vblanko = Volume HCl blangko (mL) Vsampel = Volume HCl sampel (mL) N = Normalitas HCl (N) BE = Bobot ekuivalen (g/ek) Bobot sampel (g)
Preparasi Membran Polisulfon Tersulfonasi-Zeolit (sPSf-Zeolit) (Modifikasi Handayani dan Dewi 2007) Polisulfon yang telah tersulfonasi (sPSf) dilarutkan dengan diklorometana menggunakan pengaduk stirrer. Kemudian, larutan ditambahkan zeolit sebanyak 3% dan 5% dari bobot sPSf dan diaduk kembali hingga homogen lalu disonikasi selama 30 menit. Larutan sPSf-zeolit yang diperoleh dituangkan ke dalam pelat kaca yang telah dilapisi solatip pada bagian tepi (1 lapis) dan membran dicetak.
Pencirian Membran Analisis Gugus Fungsi Membran PSf, sPSf, sPSf-zeolit 3% dalam bentuk lapis tipis, dan zeolit dalam bentuk serbuk diuji menggunakan spektrofotometer FTIR pada daerah bilangan gelombang 400-4000 cm-1 dengan resolusi 4 dan payar 32. Analisis Morfologi Membran diuji menggunakan SEM dilakukan untuk menentukan morfologi membran berdasarkan penampang lintangnya. Membran PSf, sPSf, dan sPSfzeolit dibekukan dengan nitrogen cair selama 10 menit kemudian dipatahkan dan ditempelkan pada cell holder. Membran dilapisi dengan emas lalu dimasukkan ke dalam chamber, dan difoto penampang lintangnya dengan perbesaran 10000×.
4 Pengukuran Bobot Jenis Penentuan bobot jenis PSf, sPSf, dan sPSf-zeolit dilakukan dengan sampel membran yang dipotong dengan ukuran yang seragam, kemudian dimasukkan ke dalam piknometer yang telah diketahui bobot kosongnya (W0). Bobot piknometer dan sampel ditimbang dan dicatat (W1). Kemudian piknometer yang berisi potongan sampel ditambahkan akuades hingga tidak terdapat gelembung udara dan ditimbang bobotnya (W2). Bobot piknometer berisi air juga ditimbang dan bobotnya dicatat (W3). Bobot jenis sampel dihitung menggunakan Persamaan 2:
D=
-
( -
)-
-
-
(2)
Keterangan: D : bobot jenis sampel (g/mL) D1 : bobot jenis air (g/mL) Da : bobot jenis udara (g/mL) Kinerja Membran Pengujian Water Uptake (Byun 2001) Membran PSf, sPSf, dan sPSf-zeolit dikeringkan dalam oven pada suhu 120 o C selama 24 jam lalu ditimbang sebagai Wkering. Setelah kering, membran direndam dalam air deionisasi pada suhu ruang selama 24 jam. Selanjutnya, membran dikeluarkan dan dibersihkan dengan tisu lalu ditimbang sebagai Wbasah. Penimbangan dilakukan untuk mengetahui selisih bobot membran pada saat basah dan kering melalui Persamaan 3: %Water uptake =
-
(3)
Pengukuran Permeabilitas Metanol Permeabilitas metanol diuji secara kualitatif untuk melihat metanol yang terdifusi melalui membran. Membran dijepit diantara dua kompartemen. Kompartemen A diisi dengan 160 mL metanol 0.3 M dan kompartemen B dibiarkan kosong. Setelah 30 menit, bagian sisi permukaan membran dilap dengan tisu untuk melihat metanol yang terdifusi melalui membran yang masuk ke kompartemen B. Pengukuran Konduktivitas Proton Membran dipotong sesuai ukuran elektrode. Kemudian, dilakukan aktivasi membran dengan merendam setiap membran dalam H2O2 selama 1 jam lalu direndam kembali dalam H2SO4 selama 1 jam, setelah itu membran dibilas dengan air deionisasi. Elektrode yang digunakan, yaitu karbon dan logam (tembaga-besi). Aktivasi elektrode juga dilakukan dengan cara direndam ke dalam larutan HCl 1 N selama 1 hari, kemudian dengan NaOH 1 N selama 1 hari, setelah itu elektrode
5 aktif dicuci dengan air deionisasi dan direndam hingga akan digunakan (Wisojodharmo dan Dewi 2008). Nilai konduktansi diukur dengan cara membran yang tidak diaktivasi atau telah diaktivasi tersebut diapit di antara dua elektrode, kemudian kedua elektrode tersebut dihubungkan dengan kutub positif dan negatif pada alat impendance analyzer LCR-meter, sehingga muncul nilai konduktansi membrannya. Kemudian, diukur pula luas membran sesuai ukuran elektrode (A) dan ketebalannya menggunakan mikrometer digital karena tebal membran sebanding dengan jarak antara kedua elektrode karbon (l). Nilai konduktansi (G) yang diperoleh, dikonversi menjadi nilai konduktivitas per satuan jarak yang disebut dengan nilai konduktivitas proton (σ) melalui Persamaan 4: σ=G Keterangan : σ A l G
(4)
: konduktivitas proton (S/cm) : luas permukaan (cm2) : jarak antar kedua elektroda (cm) : nilai konduktansi (S)
Parameter yang digunakan Frekuensi : 100.00 kHZ CC : 1.00 mA V-lim : 10 mV Range : Auto 10 Ω Open : Off Short : Off Uji Aplikasi Sistem DMFC Konduktivitas dalam sistem sel bahan bakar diukur menggunakan 2 sistem bejana yaitu sistem anode dan katode . Bejana pertama sebagai sistem anode diisi dengan 160 mL larutan metanol 0.3 M, sedangkan bejana kedua sebagai sistem katode diisi dengan 80 mL larutan K3[Fe(CN)6] 1 mM dan 80 mL larutan Na2HPO4 1mM. Membran direkatkan pada bagian tengah kedua bejana tersebut. Elektrode dimasukkan ke dalam kedua larutan, kemudian dihubungkan dengan kutub positif dan negatif pada voltmeter sehingga diperoleh nilai beda potensial.
6
HASIL DAN PEMBAHASAN
Polisulfon Tersulfonasi Polisulfon tersulfonasi (sPSf) disintesis dengan mengalirkan oleum (asam sulfat berasap yang mengandung 65% SO3) menggunakan gas nitrogen sebagai pembawa gas SO3 ke dalam larutan polisulfon. Penggunaan oleum sebagai agen sulfonasi karena waktu reaksi yang dihasilkan lebih cepat dan pemakaiannya relatif lebih efisien. Pemanasan pada suhu 40 oC selama 60 menit dilakukan agar campuran tersebut lebih homogen dan untuk mempercepat reaksi sulfonasi. Reaksi yang terjadi adalah melalui mekanisme substitusi elektrofilik langsung dan gugus sulfonat akan menempel pada cincin aromatik dari tulang punggung polimer (Gambar 1). Gugus sulfonat mampu melepaskan H+ dengan mudah, sehingga dapat dimanfaatkan sebagai gugus aktif dalam membran penghantar proton untuk sel bahan bakar (Suka et al. 2009).
7
Gambar 1 Reaksi polisulfon tersulfonasi Perubahan warna yang dihasilkan sebelum dan setelah proses sulfonasi adalah dari tidak berwarna menjadi kuning kecokelatan (Gambar 2). Tingkat keberhasilan proses sulfonasi dapat diketahui dengan menentukan derajat sulfonasi (DS). Semakin besar nilai DS menunjukkan semakin banyak gugus – SO3H yang masuk dalam cincin aromatik sehingga lebih bersifat hidrofilik. Berdasarkan hasil penelitian, diperoleh nilai DS sebesar 45% (Lampiran 2).
8
(a) (b) Gambar 2 Perubahan warna larutan sebelum (a) dan setelah (b) proses sulfonasi
Membran Komposit Polisulfon Tersulfonasi-Zeolit Membran dengan bahan aditif zeolit diharapkan dapat berfungsi sebagai bahan yang dapat menyerap air maupun metanol. Zeolit dapat menyerap air yang berfungsi sebagai media transpor proton pada sulfonat sehingga konduktivitas ionik akan meningkat. Selain itu, adanya pori pada zeolit dapat menahan metanol pada membran sehingga permeabilitas metanol akan lebih kecil dibanding dengan tanpa penambahan aditif. Namun, penambahan aditif yang terlalu berlebih dapat menyebabkan tertutupnya gugus sulfonat sehingga mengganggu peran sulfonat sebagai penghantar proton dan dapat menyebabkan terbentuknya asam lemah yaitu asam silikat. Konsentrasi asam yang semakin pekat menyebabkan ion H+ yang terdisosiasi semakin berkurang sehingga konduktivitas ionik semakin kecil (Suka et al. 2010). Oleh karena itu, pada penelitian ini membran komposit dibuat dengan mencampurkan sPSf dan zeolit dengan variasi konsentrasi 3 dan 5% menggunakan diklorometana sebagai pelarut. sPSf mudah larut secara homogen dalam diklorometana karena adanya kesamaan sifat non polar, sedangkan zeolit sulit larut sehingga dilakukan proses sonikasi agar dapat larut. Membran yang telah dicetak, kemudian dikeringudarakan untuk menghilangkan pelarut yang mudah menguap. Membran sPSf yang diperoleh memiliki sifat lebih kaku dan berwarna putih (Gambar 3a), sedangkan membran sPSf-zeolit memiliki tekstur lebih kasar, lebih fleksibel, dan penampakan lebih transparan dibandingkan membran sPSf (Gambar 3b).
(a) (b) Gambar 3 Membran sPSf (a) dan sPSf-zeolit (b)
9 Ciri-Ciri Membran Gugus Fungsi Analisis FTIR dilakukan pada membran PSf, sPSf, sPSf-zeolit 3%, dan zeolit untuk mengetahui adanya gugus –SO3H yang masuk pada struktur polisulfon tersulfonasi hasil sintesis dan melihat pengaruh komposit terhadap membran komposit sPSf-zeolit. Gambar 4 dan Lampiran 3 menunjukkan perbedaan spektrum inframerah membran PSf dan sPSf yaitu munculnya pita serapan baru pada membran sPSf bilangan gelombang 1724 cm-1 yang diberi simbol huruf ‘a’. Hal ini menunjukkan adanya gugus baru yang tertrisubstitusi 1,2,4- pada struktur polisulfon (Pavia et al. 2009). Gugus tersebut diduga gugus – SO3H hasil sintesis yang masuk cincin aromatik pada posisi orto dari C-O-C struktur polisulfon. Selain itu, adanya pita serapan gugus OH bebas dari –SO3H pada bilangan gelombang 3650-3600 cm-1 yang semakin melebar yang diberi simbol huruf ‘b’. Penambahan zeolit pada polisulfon tidak menunjukkan adanya perbedaan spektrum dengan membran sPSf. Sehingga, dapat disimpulkan bahwa proses sulfonasi telah berhasil dilakukan dan interaksi yang terjadi antara sPSf dengan zeolit hanya interaksi fisik sehingga tidak menyebabkan terbentuknya gugus baru.
9 0.0
Lab orato ry Test Resu l t
80
b 70
SP SF
a
60
P SF
50 %T 4 0 SP SF-Zeol i t 3 % 30
20 Zeol it
10
-2.0 4 00 0.0
3 00 0
2 00 0
1 50 0
1 00 0
4 50 .0
), sPSf-zeolit 3% (
), dan
cm-1
Gambar 4 Spektrum Inframerah PSf ( zeolit ( )
), sPSf (
Morfologi Membran Morfologi membran dianalisis menggunakan mikroskop elektron payaran melalui penampang lintang membran (Gambar 5). Berdasarkan penampang lintangnya, membran PSf terlihat memiliki rongga-rongga (Gambar 5a). Masuknya gugus sulfonat yang bersifat hidrofilik menyebabkan terjadinya
10 pelebaran rongga dan terlihat lebih rapat dan homogen dibandingkan membran PSf (Gambar 5b). Zeolit memiliki struktur yang berongga. Penambahan zeolit menyebabkan rongga-rongga pada zeolit akan menutupi rongga-rongga pada sPSf sehingga stuktur penampang lintang membran terlihat lebih halus. Namun, zeolit akan membentuk agregat yang tidak larut secara homogen sehingga terdapat bagian penampang lintang membran yang terlihat kasar (Gambar 5c). Struktur penampang lintang membran sPSf yang dihasilkan terlihat mirip dengan membran sPSf-60 yang telah dikerjakan oleh Lufrano et al. (2008) (Gambar 5d).
(a)
(b)
(c)
(d) Gambar 5 Morfologi penampang lintang membran PSf (a), sPSf (b), dan sPSfzeolit 5% (c) dengan perbesaran 10000× serta penampang lintang membran sPSf-60 Lufrano et al. (2008) (d). Bobot Jenis Penentuan bobot jenis dilakukan untuk melihat pengaruh sulfonasi dan penambahan komposit terhadap bobot jenis membran PSf. Lampiran 4 menunjukkan nilai bobot jenis membran PSf, sPSf, sPSf-zeolit 3%, dan sPSfzeolit 5% berturut-turut adalah sebesar 1.2064, 1.2251, 1.2324, dan 1.2423 g/mL. Bobot jenis membran PSf meningkat setelah dilakukan sulfonasi dan penambahan zeolit. Masuknya gugus sulfonat ke dalam rantai PSf dan penambahan zeolit dapat meningkatkan kerapatan polimer PSf. Semakin besar zeolit yang ditambahkan maka semakin tinggi kerapatan membran sehingga bobot jenisnya bertambah (Gambar 6).
Bobot jenis (g/mL)
11 1.2500 1.2400 1.2300 1.2200 1.2100 1.2000 1.1900 1.1800
PSf
sPSf
sPSf-zeolit 3% sPSf-zeolit 5%
Jenis membran Gambar 6 Bobot jenis membran Kinerja Membran Water Uptake dan Permeabilitas Metanol
Water uptake (%)
Konduktivitas proton dipengaruhi oleh banyaknya gugus asam yang ada dan kemampuannya terdisosiasi dalam air yang diiringi oleh generasi proton. Molekul air berfungsi dalam disosiasi asam dan memudahkan transpor proton (Xing et al. 2004). Banyaknya air yang dapat diserap oleh membran dapat ditunjukkan oleh nilai water uptake. Semakin besar water uptake pada membran maka media transpor proton lebih baik, tetapi jika nilai water uptake membran terlalu besar akan menurunkan sifat mekanik membran yang menyebabkan kerapuhan membran (Handayani et al. 2007a). Lampiran 5 menunjukkan nilai water uptake membran PSf, sPSf, sPSf-zeolit 3%, dan sPSf-zeolit 5% berturut-turut adalah sebesar 0.77, 1.59, 5.10, dan 7.65%. Membran sPSf bersifat lebih hidrofilik dibandingkan PSf menyebabkan semakin banyak air yang dapat terserap oleh membran sehingga nilai water uptake meningkat. Penambahan zeolit yang bersifat higroskopik (mudah menyerap air) dan peningkatan konsentrasi zeolit menyebabkan nilai water uptake bertambah besar (Gambar 7). Nilai water uptake yang diperoleh lebih kecil dibandingkan membran Nafion 117 pada suhu 25 oC yaitu sebesar 37% (Shin et al. 2005). 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00
PSf
sPSf
sPSf-zeolit 3% sPSf-zeolit 5%
Jenis membran Gambar 7 Water uptake membran.
12 Hasil uji kualitatif permeabilitas metanol didapatkan bahwa tidak adanya metanol yang terdifusi melewati membran. Hal ini terbukti dari keringnya bagian permukaan membran yang telah dilewati metanol, sehingga membran tersebut baik digunakan untuk aplikasi DMFC.
Konduktivitas Proton Konduktivitas proton diukur untuk mengetahui kemampuan membran dalam menghantarkan proton. Semakin besar konduktivitas proton yang dihasilkan, maka membran tersebut semakin baik digunakan dalam sistem sel bahan bakar. Konduktivitas proton dari membran diukur dengan alat impendance analyzer LCR-meter menggunakan elektrode karbon dan logam. Pengukuran dilakukan terhadap membran sebelum dan setelah diaktivasi. Aktivasi membran dilakukan dengan menggunakan oksidator kuat yaitu H2O2 dan H2SO4 yang berfungsi untuk mengaktifkan gugus penghantar proton. Berdasarkan Gambar 8, elektrode logam merupakan elektrode yang paling baik dalam menghasilkan konduktivitas proton karena logam bersifat konduktor yang dapat menghantarkan arus lebih baik dibandingkan elektrode karbon. Membran yang telah diaktivasi, memiliki nilai konduktivitas proton yang lebih besar dibandingkan membran nonaktivasi. Konduktivitas proton membran PSf meningkat setelah dilakukan sulfonasi dan penambahan zeolit serta kenaikan konsentrasi zeolit. Hal ini sesuai dengan nilai water uptake membran, yaitu adanya gugus sulfonat dan zeolit membuat membran bersifat lebih hidrofilik menyebabkan semakin banyak air yang dapat terserap oleh membran yang berfungsi sebagai media transpor proton sehingga konduktivitas proton meningkat. Nilai konduktivitas proton paling tinggi diperoleh membran sPSf-zeolit 5% aktivasi, menggunakan elektrode logam yaitu sebesar 1.2377 × 10-3 S/cm (Lampiran 6). Nilai konduktivitas yang diperoleh ini lebih kecil dari konduktivitas membran Nafion, yaitu sebesar 8.2000 × 10-2 S/cm. Hal ini disebabkan oleh, struktur kimia Nafion memiliki banyak atom fluor (F) yang mempunyai nilai keelektronegatifan yang besar sehingga Nafion dapat dengan mudah membentuk ikatan hidrogen dengan air (mudah menyerap air) sehingga nilai konduktivitas ioniknya lebih besar (Suka et al. 2010).
Konduktivitas proton (x10-3 S/cm)
13 1.4000 1.2000 1.0000 0.8000 0.6000 0.4000 0.2000 0.0000 PSf
sPSf
sPSf-Zeolit 3%
sPSf-Zeolit 5%
Jenis Membran Gambar 8 Konduktivitas proton membran nonaktivasi dengan elektrode karbon( ) dan logam ( ) serta aktivasi ( ) Beda Potensial dalam DMFC Konduktivitas dalam sistem sel bahan bakar diukur menggunakan 2 sistem bejana yaitu sistem anode dan katode. Bejana pertama sebagai sistem anode diisi dengan larutan metanol sebagai bahan bakar, sedangkan bejana kedua sebagai sistem katode diisi dengan larutan K3[Fe(CN)6] dan bufer fosfat. Membran direkatkan pada bagian tengah kedua bejana tersebut (Gambar 9). Larutan K3[Fe(CN)6] berfungsi sebagai agen pengoksidasi dan akan mengalami reduksi dari Fe3+ menjadi Fe2+ akibat aliran elektron dari anode tersebut dengan ditandai timbulnya warna kuning kehijauan pada larutan.
Gambar 9 Bejana pada sistem DMFC Dalam DMFC metanol akan dioksidasi pada anode menghasilkan elektron, proton, dan karbondioksida. Proton akan ditransportasikan melalui membran polimer elektrolit dari anode menuju katode, kemudian bereaksi dengan oksigen dan elektron. Sementara elektron akan menuju katode melalui rangkaian alat spektrometer impendans dan menghasilkan nilai beda potensial yang terbentuk pada sistem sel bahan bakar. Sehingga, dihasilkan listrik dengan air sebagai produk samping (Gambar 10).
14
Gambar 10 Prinsip skematis dari DMFC (Wootthikanokkhan dan Seeponkai 2006) Berikut adalah reaksinya: Anode : CH3OH (l) + H2O (l) → 6H+ + 6e− + CO2 (g) Katode : / O2 (g) + 6H+ + 6e− → 3H2O (l) Reaksi keseluruhan : CH3OH (l) + / O2 (g) → 2H2O (l) + CO2 (g) (Kundu dan Sharma 2007)
Beda potensial (mV)
Beda potensial yang dihasilkan membran dengan pengukuran menggunakan elektrode logam lebih besar dibandingkan elektrode karbon (Gambar 11). Hal ini disebabkan oleh sifat logam sebagai konduktor listrik yang baik. Nilai beda potensial terbesar dihasilkan oleh membran sPSf-zeolit 5% yaitu sebesar 416 mV dengan elektrode logam. Proses sulfonasi dan penambahan zeolit serta kenaikan konsentrasi zeolit pada membran meningkatkan nilai beda potensial (Lampiran 7). Hal ini sesuai dengan nilai konduktivitas proton membran yang diperoleh yaitu adanya gugus sulfonat dan zeolit akan meningkatkan kemampuan membran dalam menghantarkan proton sehingga nilai beda potensial yang dihasilkan meningkat.
500 400 300 200 100 0
PSf
sPSf
sPSf-zeolit 3%
sPSf-zeolit 5%
Jenis membran
Gambar 11 Beda potensial membran teraktivasi dan pengukuran menggunakan elektrode karbon ( ) serta logam ( )
15
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan Proses sulfonasi polisulfon telah berhasil dilakukan. Hal ini dibuktikan dengan nilai derajat sulfonasi yang diperoleh sebesar 45% dan keberadaan gugus baru yang tertrisubstitusi 1,2,4- pada struktur polisulfon, yaitu pada bilangan gelombang 1724 cm-1. Hasil uji kualitatif permeabilitas metanol menunjukkan tidak adanya metanol yang terdifusi melewati membran. Proses sulfonasi dan penambahan zeolit serta peningkatan konsentrasi zeolit dapat meningkatkan nilai bobot jenis, water uptake, beda potensial, dan konduktivitas proton dari membran. Kinerja membran paling baik diperoleh membran sPSf-zeolit 5% aktivasi, menggunakan elektrode logam. Hal ini ditunjukkan oleh nilai konduktivitas proton tertinggi sebesar 1.2377 × 10-3 S/cm yang hampir mendekati nilai konduktivitas proton membran Nafion sebesar 8.2000 × 10-2 S/cm sehingga membran komposit polisulfon tersulfonasi-zeolit dapat digunakan untuk aplikasi DMFC.
Saran Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut sintesis membran polisulfon tersulfonasi pada suhu optimum untuk menghasilkan konduktivitas proton yang lebih tinggi. Selain itu, diperlukan uji permeabilitas metanol secara kuantitatif dan analisis termal untuk mempelajari transisi panas dari membran.
16
DAFTAR PUSTAKA Breck DW. 1974. Zeolite Molecular Sieves: Structure, Chemistry and Use. New York (US): J Wiley. hlm. 379-440. Byun HS. 2001. Preparation of pore-filled ion-exchange membranes using poly(vinylbenzyl ammonium salt). J Membr. 11:109-115. Dhuhita A, Kusuma DA. 2010. Karakterisasi dan uji kinerja SPEEK, cSMM, dan Nafion untuk aplikasi direct methanol fuel cell (DMFC) [skripsi]. Semarang (ID): Universitas Diponegoro. Handayani S dan Dewi EL. 2007. Pengaruh suhu operasi terhadap karakteristik membran elektrolit polieter eter keton tersulfonasi. J Sains Mat Indones. 4347. Handayani S, Dewi EL, Purwanto WW, Soemantojo RW. 2007a. Preparasi membran elektrolit berbasis poliaromatik untuk aplikasi sel bahan bakarmetanol langsung suhu tinggi. J Sains Mat Indones. 8(3):192-197. Handayani S, Purwanto WW, Dewi EL, H Singgih, Soemantojo RW. 2007b. Blending polisulfon dengan poli eter-eter keton tersulfonasi untuk sel bahan bakar metanol langsung. J Teknol. 158-164. Kaeselev B, Pieracci J, Belfort G. 2001. Photoinduced grafting of ultrafiltration membrans: comparison of poly(ether sulfone) and poly(sulfone). J Membr Sci. 194(2):245-261. Kilduff JE, Mattaraj S, Pieracci JP, Belfort G. 2000. Photochemical modification of poly(ether sulfone) and sulfonated (polysulfone) nanofiltration membrans for control of fouling of natural organic matter. Desalination. 132(1-3):133142. Kongkachuichay P, Pimprom S. 2008. Nafion/Analcime and Nafion/Faujasite Composite Membrans for High Temperature Operation of PEMFC. Proceedings of the World Congress on Engineering and Computer Science WCECS; 22-24 Okt 2008. San Francisco (US). Kundu PP dan Sharma V. 2007. Composites of proton-conducting polymer electrolyte membrane in direct methanol fuel cells. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 32:51-66. Lufrano F, Baglio V, Staiti P, Arico A, Antonucci V. 2008. Polymer electrolytes based on sulfonated polysulfone for direct methanol fuel cell. Journal of Power Sources. 179:34-41. Martins CR dan Hallwass F. 2007. Solid-state 13C NMR analysis of sulfonated polystyrene. Ann Magn Reson. 6(1/2):46-55. Moon EJ, Kim JW, Kim CK. 2005. Fabrication of membrans for the liquid separation Part 2: microfiltration membrans prepared from immiscible blends containing polysulfone and poly(1-vinylpyrrolidone-coacrylonitrile) copolymers. J Membr Sci. 156-756. Pavia DL, Lampman GM, Kriz GS. 2009. Introduction to Spectroscopy. Washington (US): Thomson Learning. Pramono E, Wicaksono A, Priyadi, Wulansari J. 2012. Pengaruh derajat sulfonasi terhadap degradasi termal polistirena tersulfonasi. Indones J Appl Phys. 2(2):157-163.
17 Shin JP, Chang BJ, Kim JH, Lee SB, Suh DH. 2005. Sulfonated polystyrene/PTFE composite membranes. J Membr Sci. 251:247-254. Suka IG, Rif’an M, Pandiangan KD, Simajuntak W, Dewi EL. 2009. Sulfonasi membran poliakrilonitril butadiene stirena (ABS) sebagai membran polimer elektrolit direct methanol fuell cell (DMFC). J Sains MIPA.15(1):28-34. Suka IG, Simanjuntak W, Dewi EL. 2010. Pembuatan membran polimer elektrolit berbasis polistiren akrilonitril (SAN) untuk aplikasi direct methanol fuel cell. Jurnal Natur Indonesia. 13(1):1-6. Wisojodharmo LA, Dewi LE. 2008. Pembuatan membrane electrode assembly (MEA) dengan katalis platina karbon pada PEMFC. Prosiding Seminar Teknoin Bidang Teknik Mesin; Yogyakarta, 22 Nov 2008. Yogyakarta (ID): BPPT. Hlm 105-108. Wootthikanokkhan J dan Seeponkai N. 2006. Methanol permeability and properties of DMFC membrans based on sulfonated PEEK/PVDF blends. J Appl Polym Sci. 102:5941-5947. Xing P, Robertson GP, Guiver MD, Mikhailenko SD, Wang K, Kaliaguine S. 2004. Synthesis and characterization of sulfonated poly(ether ether ketone) for proton exchange membranes. J Membr Sci. 229:95-106.
18
LAMPIRAN Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Polisulfon (PSf) Sulfonasi pada T = 40 oC, 60 menit Polisulfon Tersulfonasi (sPSf) Penentuan derajat sulfonasi +Zeolit Komposit sPSf-Zeolit
Pembuatan Membran Membran Polisulfon Tersulfonasi-Zeolit (sPSfZeolit)
Pencirian Membran
1. FTIR 2. SEM 3. Bobot Jenis
Kinerja Membran
1. 2. 3. 4.
Pengujian Water Uptake Pengukuran Konduktivitas Membran Pengukuran Permeabilitas Metanol Uji Aplikasi Sistem DMFC
19 Lampiran 2 Penentuan derajat sulfonasi (DS) Bobot sampel (g) 0.1000 0.1019 0.1012
VNaOH (mL) 1 10.00 2 10.00 3 10.00 Rerata Contoh perhitungan (ulangan 1): Diketahui: VHCl blanko = 9.70 mL VHCl sampel (terpakai) = 9.20 mL NHCl = 1.0046 N BE SO3 = 80.06 g/ek Ulangan
( DS = ( =
) -
)
awal 0.00 9.20 18.30
VHCl (mL) akhir terpakai 9.20 9.20 18.30 9.10 27.40 9.10
Derajat Sulfonasi (%) 40.21 47.36 47.68 45.09
× 100% x 100%
DS = 40.21%
Lampiran 3 Data hasil analisis FTIR Gugus fungsi Ikatan C=C pada cincin aromatik Ikatan C-H pada cincin aromatik Ikatan Hidrogen O-H Ikatan C-O pada eter Cincin aromatik tertrisubstitusi 1,2,4Ikatan S=O asimetrik Ikatan S=O simetrik
Bilangan gelombang membran (cm-1) PSf sPSf sPSf-zeolit 3% 1586.40-1488.71
1586.64-1488.57
1588.93-1485.27
3093.51-3067.57 1250.01
3094.73-3067.58 3628.77 1249.18
3094.42-3067,57 3656.09 1259.36
-
1724.29
1724.76
1323.58 1153.34
1323.53 1151.66
1364.06 1150.23
20 Lanjutan Lampiran 3 Lab orato ry Test Resu l t
7 7.0 70 1747.21
60
3711.27 3593.80 3541.57 3551.64
50
918.45
2080.08 2653.13 2410.65
3163.95
2041.37
2449.23 2595.75
3643.94
945.35 962.07
1774.87
621.25 795.48
1904.24
3652.03
756.38
1363.94
2873.29 3067.57 2934.21
%T 3 0
665.17
1386.53
3093.51 3036.78
40
461.46
635.89 740.58
1410.56
PSf
20
715.86
1206.33
2968.45
1080.87 1014.14
10
693.05 853.74
0
1323.58
1586.40 1488.71
-12 .0
1504.27
4 00 0.0
3 00 0
2 00 0
1107.12 873.84 1294.77 1153.34 834.92 1169.72 1250.01
1 50 0
559.53
1 00 0
4 50 .0
cm-1
Lab orato ry Test Resu l t
8 8.0 80
3902.75
60
3628.77 3547.15
963.08 945.21 917.66
2221.30 1775.99 2594.49 2078.57 2447.42 2041.30 2411.09 1902.82 1724.29
70 3164.20
3094.73 3067.58 3036.72 2934.38 2872.96
50 40
465.03
795.64 1386.59 1364.00
664.95 635.86 740.30
%T 1410.70
30 20
715.90 1206.17 1080.84 692.98 1488.57 1169.81 1151.66 853.80 1014.21 1323.53 873.90 1586.64 1294.73 1107.37 835.14 559.23 1503.96 1249.18
sPSf
2968.27
10 0 -10 -14 .0 4 00 0.0
3 00 0
2 00 0
1 50 0
1 00 0
4 50 .0
cm-1
6 0.0
Lab orato ry Test Resu l t
55 5 0 3892.71
2654.12
45
2692.96
2080.22
2779.40
40
3164.37
2593.12 2377.08 2040.90
35 3554.57
918.69
3656.09
2450.21
464.43
945.66 961.59
1774.50
1037.98
2409.63
30 25
2178.57 2280.23
1904.12
%T 2 0 15 10 5 0
621.26
3094.42 3036.61
666.93 3067.57
1386.52
2872.94
2933.47
1364.06
sPSf-zeolit 3%
-5 -10
795.51
1724.76
1588.93
1410.73
2968.27 1485.27
-14 .0 4 00 0.0
3 00 0
2 00 0
1 50 0 cm-1
635.79 1014.43
1080.93 1150.23 1206.24 1259.36 1109.11
1 00 0
740.51 695.17 716.05 854.35
564.65
4 50 .0
20.2245
3
20.2245
1
20.2245
20.2218
3
2
20.2217
20.2228
1
2
20.2271
3
20.2271
1
20.2271
20.2273
3
2
20.2273
20.2273
W0
2
1
Ulangan
20.2266
20.2284
20.2285
20.2244
20.2243
20.2254
20.2299
20.2287
20.2292
20.2308
20.2314
20.2307
W1
44.4662
44.4676
44.4676
44.4827
44.4786
44.4955
44.5023
44.5021
44.5022
44.4992
44.4993
44.4992
W2
Bobot (g)
0.99583 0.99583
44.4658
D
D
-
-
-
-
-
=1.2445 g/mL
=
=
-
-
-
-
-
0.99583
0.99567
0.99567
0.99567
0.99805
0.99805
0.99805
0.99805
0.99805
0.99805
Dl (g/mL)
44.4668
44.4668
44.4822
44.4781
44.4950
44.5018
44.5018
44.5018
44.4986
44.4986
44.4986
W3
Contoh perhitungan (Membran sPSf-zeolit 5% ulangan 1):
sPsf-zeolit 5%
sPsf-zeolit 3%
sPSf
PSf
Jenis membran
Lampiran 4 Data bobot jenis membran
0.00125
0.00125
0.00125
0.00125
0.00125
0.00125
0.00125
0.00125
0.00125
0.00125
0.00125
0.00125
Da (g/mL)
1.2298
1.2525
1.2445
1.2324
1.2324
1.2324
1.2147
1.2281
1.2326
1.2043
1.2033
1.2116
D (g/mL)
1.2423
1.2324
1.2251
1.2064
Rerata D (g/mL)
21
22 Lampiran 5 Data water uptake membran Bobot membran (g) Kering Basah 1 0.0291 0.0293 PSf 2 0.0382 0.0385 3 0.0475 0.0479 1 0.0291 0.0295 sPSf 2 0.0234 0.0238 3 0.0239 0.0243 1 0.0097 0.0102 sPSf-zeolit 3% 2 0.0156 0.0164 3 0.0159 0.0167 1 0.0166 0.0179 sPSf-zeolit 5% 2 0.0192 0.0207 3 0.0164 0.0176 Contoh perhitungan (membran PSf ulangan 1): Jenis membran
%Water uptake
Ulangan
= =
-
= 0.69% Rerata water uptake (%) = = 0.77% Lampiran 6 Data konduktivitas proton
Water uptake (%) 0.69 0.79 0.84 1.37 1.71 1.67 5.15 5.13 5.03 7.83 7.81 7.32
Rerata water uptake (%) 0.77
1.59
5.10
7.65
23 Lampiran 6 Data konduktivitas proton Elektrode karbon-karbon Jenis membran PSf SPSf sPSf-zeolit 3% sPSf-zeolit 5%
Tebal (cm)
Luas (cm2)
0.008 0.005 0.010 0.009
5.31 5.31 5.31 5.31
Konduktans (x10-3 S) Aktivasi 176.95 322.24 325.58 363.09
Nonaktivasi 155.77 318.32 314.61 356.17
Konduktivitas (x10-3 S/cm) Aktivasi Nonaktivasi 0.2666 0.2347 0.3034 0.2997 0.6131 0.5925 0.6154 0.6037
Elektrode tembaga-besi Jenis membran
Tebal (cm)
Luas (cm2)
Konduktivitas (x10-3 S/cm) Nonaktivasi Aktivasi Nonaktivasi 297.73 0.5140 0.5046 515.73 0.5791 0.5463 463.17 1.1274 0.9813 635.67 1.2377 1.2121
Konduktans (x10-3 S) Aktivasi 303.25 546.71 532.12 649.09
4.72 4.72 4.72 4.72 Contoh perhitungan (membran sPSf aktivasi, elektrode karbon): σ=Gх PSf sPSf sPSf-zeolit 3% sPSf-zeolit 5%
0.008 0.005 0.010 0.009
= 322.24 S х σ = 0.3034 S/cm Keterangan : σ : konduktivitas proton (S/cm) A : luas permukaan (cm2) l : jarak antar kedua elektrode (cm) G : nilai konduktansi (S) Lampiran 7 Beda potensial yang dihasilkan membran Jenis membran PSf sPSf sPSf-zeolit 3% sPSf-zeolit 5%
Beda potensial (mV) Karbon-karbon Tembaga-besi 130 305 140 335 150 402 176.1 416
24
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Sicincin, Padang Pariaman pada tanggal 04 Maret 1993 dari pasangan Bapak Zulkarnaini dan Ibu Masraini. Penulis merupakan putri pertama dari empat bersaudara. Tahun 2010 penulis lulus dari Sekolah Menengah Atas Negeri 1 Cilaku-Cianjur dan pada tahun yang sama penulis melanjutkan pendidikan di Institut Pertanian Bogor melalui jalur undangan seleksi masuk IPB (USMI) dan diterima di Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama masa perkuliahan, penulis mendapatkan bantuan berupa beasiswa dari pemerintah, yaitu program Bidikmisi. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum Kimia TPB pada tahun ajaran 2013/2014, asisten praktikum Kimia Fisika pada tahun ajaran 2013/2014, dan penulis pernah melaksanakan Praktik Lapangan di Pusat Pengembangan Teknologi Minyak dan Gas Bumi LEMIGAS (PPPTMGB LEMIGAS) Jalan Ciledug Raya Kav. 109 Cipulir, Kebayoran Lama, Jakarta Selatan 12230 pada periode 1 Juli sampai 30 Agustus 2013.
