PERILAKU MEMBRAN KOMPOSIT NANOPORI SELULOSA ASETAT-POLISTIRENA (CA-PS) AKIBAT PENGARUH SUHU DAN SURFAKTAN
NOVI INDRIANI
Skripsi sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009
ABSTRAK NOVI INDRIANI. Perilaku Membran Komposit Nanopori Selulosa AsetatPolistirena (CA-PS) Akibat Pengaruh Suhu dan Surfaktan. Dibimbing oleh SRI MULIJANI dan ARMI WULANAWATI. Membran dapat digunakan untuk pemisahan karena memiliki keunggulan, di antaranya sederhana, hemat energi, dan produk ramah terhadap lingkungan. Membran selulosa asetat adalah contoh produk yang ramah lingkungan dan dipakai secara luas. Salah satunya adalah pada instalasi pengolahan air limbah. Penelitian ini mengacu pada penelitian sebelumnya yang difokuskan pada modifikasi membran selulosa asetat dengan polistirena dan setiltrimetil amonium bromida (CTAB) sebagai porogen. Penelitian diawali dengan pembuatan membran selulosa asetat dengan polistirena dan CTAB dengan ragam komposisi CA:PS:CTAB 9:1:0.5, 9:1:1, 9:1:1.5, dan 9:1:2. Membran dibentuk dengan mencetak campuran menjadi lapisan tipis kemudian ditentukan ciri membran yang meliputi pengukuran nilai fluks air dan indeks rejeksi pada tekanan 20 psi, dan analisis morfologi permukaan membran dengan scanning electron microscope (SEM). Hasil analisis SEM memperlihatkan bahwa suhu dan CTAB berpengaruh pada jumlah dan ukuran pori, serta tekstur permukaan membran. Selain itu, nilai fluks air semakin tinggi dan indeks rejeksi semakin rendah dengan bertambahnya jumlah CTAB. Nilai fluks air tertinggi terjadi pada membran dengan penambahan 1.5 % CTAB (MCCT 3) pada perlakuan suhu 40 ºC, yaitu 160.6054 L/(m2.jam), sedangkan nilai rejeksi NaCl tertinggi terjadi pada membran MCCT 2 pada suhu 40 ºC, yaitu 9.30 %. Hasil SEM menunjukkan bahwa membran MCCT 4 dengan perendaman 40 ºC memiliki ukuran pori 0.50 µm (500 nm) sedangkan dengan perendaman 60 ºC memiliki ukuran pori 0.25 µm (250 nm). Membran ini tergolong membran nanofiltrasi.
ABSTRACT NOVI INDRIANI. Behaviour of Composite Membrane Nanopore Cellulosa AcetatPolistirene (CA-PS) due to Surfactant and Temperature Effect. Supervised by SRI MULIJANI and ARMI WULANAWATI. Membrane can be used for separation because of its superiority such as simple, simplicity, low energy consumption, and environmentally sound product. The cellulose acetate membrane is an example of the environmentally sound product and is used widely, such as in waste water treatment installation. This is the follow-up of the previous research and focused at the modification of cellulose acetate membrane by polystyrene and cetiltrimetyl ammonium bromide (CTAB) as porogen. The experiment was started with production of cellulose acetate membrane with polystyrene and CTAB with compositions of CA:PS:CTAB of 9:1:0.5, 9:1:1, 9:1:1.5, and 9:1:2. The membranes were formed by molding the mixture into films followed by characterisation of water flux value, rejection index at pressure 20 psi, and analysis of the surface morphology of membrane by scanning electron microscope (SEM). The SEM photo showed that temperature and CTAB affected the amount and the size of pores, and membrane surface textures. Increasing water flux and decreasing rejection index were decreasing with the increasing amount of CTAB. The highest water flux value showed by membrane with CTAB 1.5 % (MCCT 3) membrane at 40 ºC temperature, that was 160.6054 (L/m2.jam). Whereas the highest rejection index was in MCCT 2 at 40 ºC temperature, 9.30 %. The SEM photo showed that MCCT 4 membrane soaked in 40 ºC had pore size of 0.25 µm (250 nm) whereas those soaked in 60 ºC temperature had pore size of 0.50 µm (500 nm). These the membranes were classified as nanofilter
PERILAKU MEMBRAN KOMPOSIT NANOPORI SELULOSA ASETAT-POLISTIRENA (CA-PS) AKIBAT PENGARUH SUHU DAN SURFAKTAN
NOVI INDRIANI
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 2009
Judul
: Perilaku Membran Komposit Nanopori Selulosa Asetat-Polistirena (CA-PS) Akibat Pengaruh Suhu dan Surfaktan Nama : Novi Indriani NIM : G44052272
Menyetujui, Pembimbing I
Pembimbing II
Dra. Sri Mulijani, MS NIP 131950978
Armi Wulanawati, S.Si, M.Si NIP 132258174
Mengetahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Dr. drh. Hasim, DEA NIP 131578806
Tanggal lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas rahmat, dan karuniaNya sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Judul yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2009 ini ialah Perilaku Membran Komposit Nanopori Selulosa asetat-Polistirena (CA-PS) Akibat Pengaruh Suhu dan Surfaktan. Penulis mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah membantu dalam penyelesaian karya ilmiah ini, di antaranya Ibu Dra. Sri Mulijani, MS dan Ibu Armi Wulanawati, S.Si, M.Si selaku pembimbing atas bimbingan, dorongan, semangat, dan ilmu yang diberikan kepada penulis selama penelitian dan penyusunan karya ilmiah ini. Terima kasih juga disampaikan kepada kedua orang tua, mama, papa, dan adik-adikku tercinta serta seluruh keluarga yang memberikan dukungan, bantuan materi, kesabaran, kasih sayang, dan doa kepada penulis. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada semua laboran di Departemen Kimia IPB, khususnya bagian Kimia Anorganik atas segala fasilitas dan kemudahan yang telah diberikan, dan tidak lupa ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada saudara Rohmatulloh Nabhani, S.Si atas nasihat, semangat, cinta dan kasih sayang yang diberikan, rekan-rekan kimia anorganik, kimia 40, 41, dan 42 (Mega Dewi, Iqi, Janti, dan Sulvy) atas motivasi dan dukungan yang diberikan, semoga Allah senantiasa membalas kebaikan semuanya. Akhir kata, semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat. Bogor, Mei 2009
Novi Indriani
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Tasikmalaya pada tanggal 1 November 1986 sebagai anak pertama dari tiga bersaudara dari pasangan Ajang Kusmana dan ibu Leni Purwanti. Tahun 2005 penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) pada Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif sebagai pengurus Ikatan Mahasiswa Kimia (Imasika) di Departemen Hamka dan anggota organisasi mahasiswa daerah (OMDA) Tasikmalaya pada tahun ajaran 2006/2007, penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Kimia Fisik untuk mahasiswa Biokimia dan Ilmu Teknologi Pangan (ITP) pada tahun ajaran 2008/2009 dan mata kuliah Kimia Anorganik II pada tahun ajaran 2008/2009. Tahun 2008 penulis melaksanakan praktik lapangan di PT Hexpharm Jaya, Cipanas.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL .........................................................................................................viii DAFTAR GAMBAR .....................................................................................................viii DAFTAR LAMPIRAN................................................................................................... ix PENDAHULUAN ......................................................................................................... 1 TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................................ 1 Membran ................................................................................................................ 1 Klasifikasi membran .............................................................................................. 2 Selulosa asetat ........................................................................................................ 2 Polistirena .............................................................................................................. 3 Surfaktan ................................................................................................................ 3 Filtrasi .................................................................................................................... 3 Laju aliran (Fluks) .................................................................................................. 4 Indeks rejeksi ......................................................................................................... 4 SEM (Scanning Electron Microscope) .................................................................. 4 BAHAN DAN METODE .............................................................................................. 5 Alat dan Bahan ...................................................................................................... 5 Lingkup kerja ........................................................................................................ 5 HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................................................... 5 Kelarutan CA, PS, dan CTAB ............................................................................... 5 Membran CA-PS ................................................................................................... 6 Nilai fluks air dan indeks rejeksi membran ........................................................... 6 Pengaruh konsentrasi CTAB terhadap nilai fluks air dan indeks rejeksi .............. 8 Analisis SEM membran komposit CA-PS ............................................................ 8 SIMPULAN DAN SARAN ........................................................................................... 9 Simpulan ................................................................................................................ 9 Saran ...................................................................................................................... 9 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................... 9 LAMPIRAN ...................................................................................................................11
DAFTAR TABEL Halaman 1 2 3 4 5 6
Hubungan derajat substitusi selulosa asetat, kadar asetil, dan aplikasinya ............... 2 Hubungan antara kadar asetil, derajat substitusi, dan pelarut ................................... 6 Data konduktivitas standar NaCl ..............................................................................19 Nilai indeks rejeksi NaCl ..........................................................................................20 Konduktivitas membran MCCT1, MCCT 2, MCCT 3, dan MCCT 4 ......................20 Data penentuan niali KMK dari CTAB ....................................................................22
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 2 3
Struktur polimer selulosa asetat ............................................................................... 3 Struktur polistirena ................................................................................................... 3 Skema modul operasi dasar (a) dead-end (b) cross-flow ........................................ 4
4 5
Membran CA-PS ...................................................................................................... 6 Penurunan nilai fluks air membran MCCT 1, MCCT 2, MCCT 3, dan MCCT 4 pada suhu 40 ºC ..................................................................................................... 7 Penurunan nilai fluks air membran MCCT 1, MCCT 2, MCCT 3, dan MCCT 4 pada suhu 60ºC ........................................................................................................ 7 Pengaruh penambahan CTAB terhadap rerata nilai fluks air dan indeks rejeksi pada suhu 40 ºC ....................................................................................................... 8 Pengaruh penambahan CTAB terhadap rerata nilai fluks air dan indeks rejeksi pada suhu 60 ºC ....................................................................................................... 8 Permukaan membran MCCT 4 pada suhu 40 ºC (a) dan 60 ºC (b) dengan perbesaran 5000x ..................................................................................................... 9 Kurva standar NaCl .................................................................................................19 Kurva nilai indeks rejeksi membran MCCT1, MCCT 2, MCCT 3, dan MCCT 4 pada suhu 40 ºC .....................................................................................................21 Kurva nilai indeks rejeksi membran MCCT 1, MCCT 2, MCCT 3, dan MCCT 4 pada suhu 60 ºC .......................................................................................................21 Kurva nilai KMK CTAB ..........................................................................................22
6 7 8 9 10 11 12 13
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Diagram alir penelitian ..............................................................................................12 2 Penentuan nilai konsentrasi misel kritis CTAB, kadar air, dan kadar asetil selulosa asetat ............................................................................................................13 3 Data kadar air dan kadar asetil selulosa asetat ............................................................15 4 Nilai fluks air MCCT1, MCCT 2, MCCT 3,dan MCCT 4 pada tekanan
20 psi ................................................................................................................ 16 5 Nilai fluks air membran dengan penambahan CTAB 0.5, 1.0, 1.5, dan 2.0 gram ........................................................................................................... 17 6 Penentuan nilai rejeksi NaCl ........................................................................... 19 7 Nilai indeks rejeksi membran .......................................................................... 21 8 Penentuan nilai Konsentrasi Misel Kritis (KMK) CTAB ............................... 22
