SINTESA MEMBRAN NANOKOMPOSIT BERBASIS NANOPARTIKEL BIOSILIKA DARI SEKAM PADI DAN KITOSAN SEBAGAI MATRIKS BIOPOLIMER EUIS HANDAYANI

SINTESA MEMBRAN NANOKOMPOSIT BERBASIS NANOPARTIKEL BIOSILIKA DARI SEKAM PADI DAN KITOSAN SEBAGAI MATRIKS BIOPOLIMER

EUIS HANDAYANI

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Sintesa Membran Nanokomposit Berbasis Nanopartikel Biosilika dari Sekam Padi dan Kitosan sebagai Matriks Biopolimer adalah karya saya dengan arahan komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun pada perguruan tinggi manapun. 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 tesis ini.

Bogor, Agustus 2009

Euis Handayani NIM G751070101

ABSTRACT EUIS HANDAYANI. Synthesis Nanocomposite Membrane Based on Biosilica Nanoparticles from Rice Husk and Chitosan as Biopolymer Matrix. Under supervision of KIAGUS DAHLAN and AKHIRUDDIN MADDU. A Membrane is a semipermeable thin film among two phases that have different character. Membranes are often used in separation process of solute molecule from its solution used in filtrations technique. Membrane utilized for the filtrations technique and fuel cell still represent import product and use synthetic polymer materials. To overcome the problems and exploit existing natural resources membranes were made from organic materials such as chitosan and silica. Chitosan is a natural polymer that very promising as material of membrane, but still has lacking like its low conductivity, so it has to be modified. Chitosan was modified by additions of silica, so that yieldd composite membranes. Silica was synthesied from rice husk that sinteried with temperature variations of 600, 800 and 1000oC. From XRD characterizations, it was known that sintering at 600oC yielded amorphous silica, at temperature 800 and 1000oC yielded crystalline silica. The silica was yield mixed with chitosan as its polymer matrix of membranes. Variations of concentration between chitosan and silica was conducted to know the most optimum membrane, based on conductivity, permeability and mechanical properties. Keywords: membrane, chitosan, rice husk silica

RINGKASAN EUIS HANDAYANI. Sintesis Membran Nanokomposit Berbasis Nanopartikel Biosilika dari Sekam Padi dan Kitosan sebagai Matriks Biopolimer. Dibimbing oleh KIAGUS DAHLAN dan AKHIRUDDIN MADDU. Indonesia merupakan negara agraris yang sangat kaya akan sumber daya alam hayati terutama dalam sektor pertanian. Tidak mengherankan jika dihasilkan berbagai limbah hasil produksi pertanian seperti: sekam padi, jerami, tongkol jagung, tempurung kelapa, gergajian kayu dan kulit dari berbagai biji-bijian. Limbah sekam padi mencapai 30%, umumnya pemanfaatan limbah tersebut belum maksimal, bahkan dapat menjadi sampah yang dapat menyebabkan pencemaran lingkungan. Sejauh ini pemanfaatan limbah sekam adalah sebagai bahan bakar dan abunya sebagai bahan untuk mencuci peralatan dapur. Untuk lebih memberdayakan limbah buangan tersebut dan mengurangi efek negatif dari limbah, maka salah satu alternatifnya adalah dengan mengolahnya menjadi silika. Dari beberapa penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa abu sekam padi banyak mengandung silika dengan kandungan silika 94-96 %. Kitosan adalah polisakarida yang bermuatan positif, mengandung rantai lurus D-glukosamin dan residu N-asetil-D-glukosamin yang diikat dengan ikatan β-(1→4) glikosidik. Kitosan merupakan senyawa turunan dari kitin, yang banyak terdapat pada rangka luar dari insektisida, crustasea dan jamur. Kitosan mengandung gugus amina bebas yang memberikan karakteristik sebagai penukar ion. Dari beberapa penelitian diketahui bahwa kitosan merupakan salah satu bahan polimer yang dapat dimanfaatkan sebagai membran. Namun, kelarutan yang terbatas pada kitosan menyebabkan keterbatasan dalam aplikasinya. Modifikasi dilakukan terhadap gugus hidroksil dan amina pada unit glukosamin pada kitosan. Pengikatsilangan kitosan adalah solusi yang ditawarkan untuk mengatasi permasalahan sifat mekanik dari kitosan. Penambahan silika ke dalam biomaterial dapat meningkatkan permeabilitas terhadap oksigen, biocompatibility dan biodegradability serta ketahanan fisik terhadap suhu tinggi. Melihat potensi dari silika dan kitosan, kedua material tersebut dapat dibuat membran sebagai salah satu material yang dapat digunakan dalam proses filtrasi dan manfaat lainnya. Membran nanokomposit kitosan-silika mempunyai prospek yang sangat baik, karena akan berdampak positif pada pengurangan impor membran yang selama ini dilakukan. Dengan alternatif ini, membran yang dikembangkan dari kitosan-silika akan lebih murah, sehingga proses filtrasi dapat dibandingkan secara ekonomis dengan membran sintetik. Penelitian ini dilakukan dalam dua tahap yaitu tahap I proses sintesis silika dilakukan dalam beberapa tahap yaitu pencucian. pengeringan, pengarangan, pengabuan dan pemurnian atau pengasaman. Pencucian dilakukan untuk membersihkan sekam padi dari pengotor sehingga dapat mengurangi impuritas yang dapat mempengaruhi silika yang dihasilkan. Pengeringan dilakukan untuk mengeliminasi kandungan air dalam sekam padi dengan menguapkan air dari permukaan sekam padi pengeringan dilakukan dengan cara dipanaskan dengan suhu 190oC selama 1 jam. Sekam yang telah kering kemudian diarangkan pada suhu 300oC selama 30 menit dilanjutkan dengan pengabuan pada suhu 600oC. Setelah dihasilkan abu dilanjutkan dengan pemurnian/pengasaman dengan

menggunakan HCl kemudian diuapkan, setelah kering dicuci dengan akuades selanjutnya disaring, hasil dari penyaringan dibakar dengan variasi suhu 600, 800 dan 1000oC. Proses pemanasanan dilakukan untuk mempermudah reaksi penguraian dan pelepasan oksida logam dan nonlogam. Tahap II adalah proses pembuatan membran meliputi proses pencampuran antara silika dan kitosan dengan menggunakan magnetic stirer dan sonikasi, pencetakan membran dengan metode inversa fasa (pembalikan fasa). Karakterisasi yang dilakukan terhadap membran diantaranya adalah pengukuran derajat penyerapan air, pengukuran konduktivitas, fluks membran, analisis FTIR dan SEM. Kandungan silika dalam sekam padi dianalisis menggunakan AAS (Atomic Absorption Spectophotometry). Dari beberapa variasi yang dilakukan yaitu variasi konsentrasi HCl dalam pengasaman dan variasi suhu pemasanan diketahui bahwa kadungan silika yang paling tinggi ada pada sampel dengan konsentrasi HCl 37% dan suhu pemasanan 1000oC. Konsentrasi HCl yang lebih tinggi menyebabkan semakin banyaknya impuritas yang dielimasi sehingga silika yang dihasilkan lebih murni. Dari hasil XRD yang telah dilakukan diketahui bahwa pada suhu 600oC dan 800oC silika memilki fase amorf. Struktur pada fase ini hampir mendekati kristal, dari beberapa penelitian diketahui bahwa struktur dalam fase amorf adalah mendekati heksagonal. Hasil XRD untuk sampel dengan pemanasan 1000oC menunjukkan bahwa silika dalam fase kristal. Pada kondisi ini ada dua bentuk kristal yaitu tridymite dan cristobalite. Pada bentuk α-trydimite strukturnya dalah ortorombik sedangkan pada β-cristobalite strukturnya adalah tetragonal atau kubik. Dengan uji XRD ini dapat dihitung ukuran kristalnya dengan menggunakan metode Sherer. Hasil perhitungan dengan metode ini diperoleh ukuran kristal silika adalah 37,87 nm dan 40,98 nm. Membran dibentuk dari campuran antara silika dan kitosan. Dalam penelitian ini dilakukan dua metode pencampuran yaitu dengan metode pengadukan menggunakan magnetic stirer dan metode sonikasi menggunakan alat ultrasonik. Dari hasil SEM yang telah dilakukan diketahui bahwa metode sonikasi lebih bagus karena silika yang dicampurkan lebih homogen. Derajat penyerapan air merupakan faktor yang sangat berpengaruh terhadap kinerja membran dalam aplikasinya. Derajat penyerapan air berhubungan dengan konduktivitas, semakin banyak air yang diserap biasanya semakin besar konduktivitasnya. Membran yang baik untuk fuel cell adalah membran yang derajat penyerapan airnya kurang dari 50%. Sedangkan membran yang derajat penyerapan airnya lebih dari 50% dapat digunakan untuk absorpsi atau filtrasi. Nilai konduktivitas menyatakan kemampuan membran menghantarkan ion/proton. Semakin besar nilai konduktivitas kemampuan membran untuk menghantarkan ion/proton juga semakin besar. Pada penelitian ini dilakukan pengukuran konduktivitas dan impedensi dengan variasi frekuensi dari 10 Hz-100 KHz. Dari keseluruhan sampel dapat diketahui bahwa konduktivitas semakin meningkat dengan meningkatnya frekuensi, sedangkan nilai impedensi terjadi sebaliknya yaitu semakin menurun dengan meningkatnya frekuensi. Pengujian FTIR dilakukan untuk mengetahui gugus fungsi dari membran. Gugus yang terdapat pada kitosan adalah gugus O-H pada bilangan gelombang 3400-3200 cm-1 dan N-H pada bilangan gelombang 1550-1640 cm-1. Gugus yang

membedakan antara membran kitosan murni dan membran nanokomposit kitosansilika adalah terdapatnya gugus Si-O-Si pada rentang 1000-1110 cm-1. selain itu terdapat juga gusus Si-CH3 pada bilangan gelombang 860-760 cm-1. Penentuan fluks dan permeabilitas membran dilakukan dengan cara melewatkan air/akuades pada membran yang diuji. Pengukuran dilakukan selama 1,5 jam, volum permeat yang keluar diukur setiap 10 menit dengan tekanan 20 psi. Permeat yang dihasilkan semakin lama semakin berkurang ini menunjukkan terjadinya fouling. Membran yang efektif untuk filtrasi adalah membran yang nilai fluksnya paling tinggi. Hasil SEM menunjukkan bahwa pengikat silangan antara silika dan kitosan terlihat paling rapat pada membran yang kandungan silikanya paling banyak. Semakin besar konsentrasi silika pada membran, struktur membran akan semakin kompak dan rapat. Tidak terlihat pori-pori pada membran, jika dibandingkan dengan hasil uji fluks seharusnya membran yang paling banyak silikanya akan memiliki pori yang paling banyak. Dari beberapa penelitian yang telah dilakukan diketahui bahwa air tidak hanya melewati pori tapi juga dapat meresap melalui silika.

© Hak Cipta Milik IPB, tahun 2009 Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh Karya tulis dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB

SINTESA MEMBRAN NANOKOMPOSIT BERBASIS NANOPARTIKEL BIOSILIKA DARI SEKAM PADI DAN KITOSAN SEBAGAI MATRIKS BIOPOLIMER

EUIS HANDAYANI

Tesis Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Biofisika

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2009

Judul Tesis

: Sintesa Membran Nanokomposit Berbasis Nanopartikel Biosilika dari Sekam Padi dan Kitosan sebagai Matriks Biopolimer

Nama

: Euis Handayani

NIM

: G751070101

Disetujui Komisi Pembimbing

Dr. Kiagus Dahlan

Dr. Akhiruddin Maddu

Ketua

Anggota

Diketahui

Ketua Program Studi

Dekan Sekolah Pascasarjana

Biofisika

Dr. Akhiruddin Maddu

Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S

Tanggal ujian:

Tanggal lulus:

Perjalanan belum berakhir sampai disini, masih banyak mimpi yang belum ku raih. Canda tawa, isak tangis, jatuh bangun adalah bagian dari usaha dan kerja keras tuk meraih sebuah impian. Selama kita bisa dengan tekad yang kuat, keyakinan dan kesabaran Raihlah mimpi itu.

Tesis ini dipersembahkan untuk Bapak dan Mamah tersayang Teteh yang sudah tenang disana. Untuk seseorang yang hanya ada dalam mimpi ”Words like inspiration, Loyalty, Love and Trust are easy to say but a lot harder to give, but you have. I can’t thank you enough not near enough ever!

PRAKATA Assalamualaikum Wr.Wb. Puji syukur saya penjatkan ke hadirat Allah SWT. karena berkat rahmat dan hidayahnya saya dapat menyelesaikan Tesis saya yang berjudul “Sintesa Membran Nanokomposit Berbasis Nanopartikel Biosilika dari Sekam Padi dan Kitosan sebagai Matriks Biopolimer”. Tesis ini dibuat sebagai syarat untuk meraih gelar Magister Sains. Saya menyadari sepenuhnya bahwa penyelesaian Tesis ini tidak terlepas dari bantuan semua pihak, baik moril maupun materil, dan untuk itu saya ingin mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada Bapak Dr. Kiagus Dahlan dan Bapak Dr. Akhiruddin Maddu selaku dosen pembimbing yang telah memberikan kepercayaan, bimbingan dan arahan selama penelitian dan penulisan tesis ini. Bapak Dr. Irzaman terima kasih telah memberikan saya kesempatan untuk masuk di Pascasarjana Biofisika. Terima kasih kepada DIKNAS atas program BEASISWA UNGGULAN-nya yang telah mendanai seluruh kuliah dan penelitian saya. Bapak Dadang, Bapak Saptadi dan Bapak Didik di Balai Penelitian dan Pengembangan Hutan, Ibu Sri Mulijani, Teh Adew dan Kak Ivan di Laboratorium Bersama Departemen Kimia terima kasih sudah mengijinkan menggunakan alat-alat Laboratoriumnya. Rekan-rekan pascasarjana Biofisika 2007 dan 2008, adik-adikku Fisika 41 dan 42 terima kasih atas keceriaan dan motivasinya. Dara, Heti dan semua keluarga besar Wisma Fauziah terimakasih banyak. Adri “thanks for all the fight, fun and tears over the last two years, thank you for making me the person that I’m and loving me the way you do. It’s been a pleasure growing up with you! Terima kasih atas mimpi-mimpinya. Ucapan terima kasih yang paling mendalam saya haturkan untuk kedua orang tua tersayang dan seluruh keluarga terimakasih atas do’a dan dukungan moril dan materil yang tanpa henti. Buat semua pihak yang telah membantu dan tidak bisa disebutkan satu persatu. Terima kasih. Saya menyadari sepenuhnya bahwa Tesis ini masih jauh dari kesempurnaan, dan untuk itu saya mengharapkan saran dan kritik demi kesempurnaan Tesis ini. Semoga Tesis ini bermanfaat bagi kita semua. Amin…. Wassalamualaikum Wr. Wb.

Bogor, Agustus 2009

Euis Handayani

RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Tasikmalaya pada tanggal 2 Desember 1984 dari ayah Darum Sutarman dan ibu Kurniasih. Penulis merupakan putri ketiga dari tiga bersaudara. Pendidikan sarjana ditempuh di Departemen Físika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB pada tanun 2003. Pada tahun 2007 penulis diterima di Departemen Fisika dengan mayor Biofisika di Sekolah Pascasarjana IPB. Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari Departemen Pendidikan Nasional Republik Indonesia melalui program beasiswa “ UNGGULAN ”. Penulis bekerja sebagai guru privat dan guru freelance di Bintang Pelajar. Karya ilmiah yang berjudul Synthesis Biosilica Nanoparticle of Rice Husk telah disajikan pada seminar ISSTEC (International Science and Technology) di UII Yogyakarta pada bulan Maret 2009. Karya ilmiah tersebut merupakan bagian dari tesis penulis.

DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL............................................................................................ x DAFTAR GAMBAR ......................................................................................xi DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................xiv BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1 1.1 Latar belakang............................................................................................ 1 1.2 Tujuan Penelitian .......................................................................................2 1.3 Perumusan Masalah ...................................................................................3 1.4 Hipotesis.....................................................................................................3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA......................................................................4 2.1 Membran ....................................................................................................4 2.1.1 Pengertian dan Klasifikasi .............................................................4 2.1.2 Teknik Pembuatan Membran.......................................................10 2.1.3 Transpor Partikel melalui Membran............................................12 2.1.4 Tipe Aliran pada Operasi Membran ............................................16 2.2 Kitosan .....................................................................................................17 2.2.1 Struktur dan Sifat Kimia ..............................................................17 2.2.2 Aplikasi Kitosan ..........................................................................19 2.3 Silika Sekam Padi ....................................................................................19 2.4 Membran Komposit .................................................................................26 BAB III METODE PENELITIAN.................................................................35 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ..................................................................35 3.2 Alat dan Bahan.........................................................................................35 3.3 Diagram Alir Penelitian ...........................................................................35 3.4 Prosedur Penelitian...................................................................................38 3.4.1 Sintesis Silika...............................................................................38 3.4.2 Pembuatan Membran Komposit Kitosan-silika...........................39 3.4.2.1 Pelarutan kitosan dalam asam asetat ...............................39 3.4.2.2 Pencampuran kitosan dan silika ......................................39 3.4.2.3 Pembuatan membran Kitosan-Silika ...............................40 3.5 Karakterisasi Silika .................................................................................41 3.5.1 Karakterisasi AAS (Atomic Absorption Spectophotometry)........41 3.5.2 Karakterisasi XRD (X- Ray Difraction) ......................................41 3.6 Karakterisasi Membran Kitosan-Silika....................................................41 3.6.1 Derajat Penyerapan Air................................................................41 3.6.2 Konduktivitas Membran ..............................................................42 3.6.3 Fluks membran ............................................................................42 3.6.4 Analisa Spektrofotometri FTIR ...................................................44 3.6.5 Analisa SEM (Scanning Electron Microscope)...........................44

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................45 4.1 Sintesis Silika dari Sekam Padi................................................................45 4.2 Karakterisasi Silika ..................................................................................46 4.2.1 Analisis AAS (Atomic Absorption Spectophotometry)................46 4.2.2 Analisis XRD (X Ray Difraction) Silika Sekam Padi ................47 4.2.3 Ukuran Kristal .............................................................................51 4.3 Pembuatan Membran Komposit Kitosan-Silika.......................................52 4.4 Karakterisasi Membran Nanokomposit Kitosan-Silika ...........................53 4.4.1 Derajat Penyerapan Air................................................................53 4.4.2 Konduktivitas dan Impedansi Membran......................................54 4.4.3 Analisa Spektrofotometri FTIR ...................................................57 4.4.4 Analisis Permeabilitas Membran.................................................63 4.4.5 Analisa SEM (Scanning Electron Microscope)...........................68 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN.........................................................70 5.1 Kesimpulan ..............................................................................................70 5.2 Saran.........................................................................................................71 DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................72

DAFTAR TABEL Halaman 1 Rentang nilai tekanan operasi dan fluks proses membran ...........................................................................................9 2 Aplikasi kitosan dan turunannya................................................................19 3 Variasi dan komposisi sintesa silika ..........................................................36 4 Variasi silika dan kitosan ...........................................................................37 5 Komposisi silika pada beberapa perlakuan berdasarkan analisis AAS .........................................................................46 6 Kristalinitas silika .....................................................................................51 7 Ukuran kristal............................................................................................51 8 Darajat penyerapan air ..............................................................................54 9 Daftar spektrum inframerah pada membran M0.......................................58 10 Daftar spektrum inframerah pada membran M1.......................................59 11 Daftar spektrum inframerah pada membran M2.......................................60 12 Daftar spektrum inframerah pada membran M3.......................................61 13 Daftar spektrum inframerah pada membran M4.......................................62 14 Hasil perhitungan fluks dan permeabilitas................................................64 15 Perbandingan nilai permeabilitas air dan metanol pada membran............65 16 Ukuran pori membran ...............................................................................67

DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Skema proses membran...............................................................................6 2 Morfologi membran simetris dan asimetris ................................................6 3 Polielektrolit penukar kation dan anion ......................................................7 4 Bagan proses pemisahan pada membran.....................................................8 5 Skema jenis-jenis membran ......................................................................10 6 Kurva perubahan fluks membran terhadap waktu ....................................14 7 Gejala fouling ............................................................................................15 8 Skema sistem aliran dead-end dan cross flow...........................................16 9 Struktur kitosan .........................................................................................18 10 Bubuk silika ..............................................................................................20 11 Pola XRD dari silika yang diekstrak dari RHA yang dilarukan dalam asam .............................................................................24 12 Pola XRD dari sampel RHA yang telah dipanaskan pada beberapa variasi suhu. Simbol C, T dan Q: posisi puncak dari cristobalite, tridymite dan quartz......................................................25 13 Hasil XRD membran kitosan ....................................................................27 14 Dispersi nanopartikel dalam membran kitosan.........................................29 15 Hasil SEM a) membran kitosan murni, b) membran PEO murni, c) membran kitosan-PEO .....................................................30 16 Hasil XRD untuk kitosan, PEO dan membran kitosan-PEO ....................30 17 Hasil FTIR membran kitosan, PEO dan kitosan-PEO ..............................31 18 Permukaan SiO2 dan CTS-SiO2 .............................................................................................. 32 19 Analisis SEM A) sebelum direndam dalam SBF, B) setelah 7 hari dalam SBF, C) dan D) hasil EDS ..................................32 20 Rangkaian alat proses mikrofiltrasi crosflow............................................33 21 Hubungan antara fluks dan waktu.............................................................33 22 Skema percobaan reverse feed flow ..........................................................34 23 Grafik hubungan antara fluks dan waktu dengan dua metode yang berbeda................................................................................34 24 Sintesis silika sekam padi..........................................................................36 25 Pembuatan membran.................................................................................37

26 Proses pengasaman....................................................................................39 27 Alat sonikasi Bronson 2510 ......................................................................39 28 Pembuatan membran secara inversa fasa..................................................40 29 Shimadzu XRD-7000 X-Ray Diffractometer............................................41 30 LCR meter untuk uji konduktivitas...........................................................42 31 Sel uji fluks membrane..............................................................................43 32 Skema aliran cross flow ............................................................................43 33 Alat uji fluks membrane............................................................................43 34 Alat uji SEM .............................................................................................44 35 Hasil sintesis silika dari sekam padi .........................................................46 36 Hasil XRD untuk silika dalam bentuk amorf............................................47 37 Hasil XRD untuk silika dalam fase kristal, C:cristobalite T: tridymite........................................................................48 38 Hasil XRD silika kristal dari data base JCPDF ........................................49 39 Perbandingan hasil XRD...........................................................................49 40 Struktur kristal SiO2: a) amorf (quartz): heksagonal, b) cristobalite: tetragonal, c) trydimite: ortorombik .................................50 41 Hasil SEM membran dengan menggunakan A) metode stirer B) sonikasi................................................................................................52 42 Hubungan antara frekuensi, konduktivitas dan impedensi pada sampel M1 .......................................................................................56 43 Hubungan antara frekuensi, konduktivitas dan impedensi pada sampel M2 .......................................................................................56 44 Hubungan antara frekuensi, konduktivitas dan impedensi pada sampel M3 .......................................................................................57 45 Hubungan antara frekuensi, konduktivitas dan impedensi pada sampel M4 .......................................................................................57 46 Hasil karakterisasi FTIR untuk Kitosan murni .........................................58 47 Grafik FTIR untuk membran M1..............................................................59 48 Grafik FTIR untuk membran M2..............................................................60 49 Grafik FTIR untuk membran M3..............................................................61 50 Grafik FTIR untuk membran M4..............................................................62 51 Perbandingan hasil FTIR..........................................................................63 52 Hubungan antara volum permeat terhadap waktu.....................................65

53 Hubungan antara fluks terhadap waktu.....................................................66 54 Hubungan antara permeabilitas terhadap waktu .......................................66 55 Hasil SEM dengan pembesaran 100x. a) M1, b) M2, c) M3 dan d) M4 .......................................................................................68 56 Hasil SEM dengan pembesaran 1000x. a) M1, b) M2, c) M3 dan d) M4 .......................................................................................69 57 Penampang lintang membran dengan pembesaran 1000x. a) M1, b) M2, c) M3 dan d) M4...............................................................69

DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1.

Pengolahan data XRD untuk sampel A1B1 .........................................78

2.

Pengolahan data XRD untuk sampel A1B2 .........................................80

3.

Pengolahan data XRD untuk sampel A1B3 .........................................82

4.

Pengolahan data XRD untuk sampel A2B1 .........................................83

5.

Pengolahan data XRD untuk sampel A2B2 .........................................86

6.

Pengolahan data XRD untuk sampel A2B3 .........................................88

7.

Perhitungan usuran kristal dari data FWHM........................................89

8.

Rekapitulasi nilai konduktivitas dan impedensi M1 ............................90

9.

Rekapitulasi nilai konduktivitas dan impedensi M2 ............................92

10.

Rekapitulasi nilai konduktivitas dan impedensi M3 ..........................94

11. Rekapitulasi nilai konduktivitas dan impedensi M4 ............................96 12. Rekapitulasi nilai rata-rata konduktivitas dan impedensi ...................98 13. Rekapitulasi nilai rata-rata konduktivitas dan impedensi ....................99 14. Data hasil pengukuran fluks M0 .........................................................100 15. Data hasil pengukuran fluks M1 .........................................................101 16. Data hasil pengukuran fluks M2 .........................................................102 17. Data hasil pengukuran fluks M3 .........................................................103 18. Data hasil pengukuran fluks M4 .........................................................104 19. Derajat penyerapan air .......................................................................105 20. Perhitungan ukuran pori-pori membran..............................................106

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Indonesia merupakan negara agraris yang sangat kaya akan sumber daya alam hayati terutama dalam sektor pertanian. Tidak mengherankan jika dihasilkan berbagai limbah hasil produksi pertanian seperti: sekam padi, jerami, tongkol jagung, tempurung kelapa, gergajian kayu dan kulit dari berbagai biji-bijian. Berdasarkan data statistik, produksi padi Indonesia dalam bentuk gabah kering giling (GKG) diketahui bahwa jika dihasilkan limbah berupa sekam padi antara 20% sampai dengan 30% maka terjadi penumpukan limbah rata-rata tiap tahun sebanyak lebih dari 10 juta ton. Umumnya pemanfaatan limbah tersebut belum maksimal, bahkan dapat menjadi sampah yang dapat menyebabkan pencemaran lingkungan. Sejauh ini pemanfaatan limbah tersebut adalah sebagai bahan bakar dan abunya sebagai bahan untuk mencuci peralatan dapur. Untuk lebih memberdayakan limbah buangan tersebut dan mengurangi efek negatif dari limbah, maka salah satu alternatifnya adalah dengan mengolahnya menjadi silika. Dari beberapa penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa abu sekam padi banyak mengandung silika dengan kandungan silika 94 - 96 %. Kitosan adalah polisakarida kationik yang terdiri dari residu glukosamin dan N-asetil glukosamin yang terikat oleh ikatan β-1,4 glikosidik. Kitosan mengandung gugus amina bebas yang memberikan karakteristik sebagai penukar ion. Namun, kelarutan yang terbatas pada kitosan menyebabkan keterbatasan dalam aplikasinya. Banyak penelitian yang sudah dikembangkan untuk mengatasi permasalahan kelarutan kitosan di dalam air, karakteristik fisik serta kimianya. Modifikasi dilakukan terhadap gugus hidroksil dan amina pada unit glukosamin pada kitosan. Pengikatsilangan kitosan adalah solusi yang ditawarkan untuk mengatasi permasalahan sifat mekanik dari kitosan. Penelitian yang sudah dilakukan di antaranya dengan glutaraldehid, asam sulfat, senyawa epoksi, dan lain-lain. Penambahan silika ke dalam biomaterial dapat meningkatkan

2

permeabilitas terhadap oksigen, biocompatibility dan biodegradability. Serta ketahanan fisik terhadap suhu tinggi. Membran sering digunakan pada proses pemisahan molekul terlarut dari larutannya menggunakan teknik filtrasi. Membran kebanyakan dimanfaatkan dalam bidang yang berhubungan dengan teknik pemisahan seperti proses pemisahan

gas,

dialisis,

osmosis

balik,

mikrofiltrasi,

ultrafiftrasi,

dan

elektrodialisis disamping itu dapat juga digunakan sebagai sumber energi alternatif yaitu fuel cell. Selama ini membran yang dipergunakan untuk teknik filtrasi dan fuel cell masih merupakan produk impor. Beberapa membran komersial semuanya menggunakan bahan polimer sintetik, misalnya : poliamida., polisulfon, poliester, polietilena. Membran komersil dibuat dengan teknik yang bermacam-macam, mulai dari cara pencetakan, pembalikan fasa (inversa fasa), penarikan (streching), dan pengetsaan, sehingga menghasilkan membran yang memiliki karakteristik yang berbeda-beda. Melihat potensi dari silika dan kitosan, kedua material tersebut dapat dibuat membran sebagai salah satu material yang dapat digunakan dalam proses filtrasi dan manfaat lainnya. Membran nanokomposit kitosan-silika mempunyai prospek yang sangat baik, karena akan berdampak positif pada pengurangan impor membran yang selama ini dilakukan. Dengan alternatif ini, membran yang dikembangkan dari kitosan-silika akan lebih murah, sehingga proses filtrasi dapat dibandingkan secara ekonomis dengan membran sintetik.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah mensintesis biosilika dari sekam padi yang berpotensi sebagai salah satu material dalam pembuatan membran, yaitu membran nanokomposit biosilika dengan kitosan sebagai matriks polimernya. Membran nanokomposit kitosan-silika sekam padi ini dapat diaplikasikan sebagai membran filtrasi ataupun sebagai membran penukar ion untuk fuell cell.

3

1.3 Perumusan Masalah

1. Mensintesis silika dari sekam padi dengan beberapa karakterisasi sehingga diperoleh silika yang paling optimum 2. Pembuatan

membran

nanokomposit

kitosan-silika,

menganalisis

karakteristiknya sehingga dapat mengetahui aplikasi dari membran tersebut.

1.4 Hipotesis

1. Sekam padi setelah melalui tahap pemanasan dan pemurnian dengan larutan asam akan menghasilkan silika. 2. Dengan mengunakan teknik pengadukan yang berbeda dihasilkan morfologi membran yang berbeda, nanopartikel diperoleh melalui proses sonikasi. 3. Melalui beberapa karakterisasi dapat diketahui aplikasi dari membran nanokomposit kitosan-silika.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Membran 2.1.1 Pengertian dan Klasifikasi Pada pertengahan abad 18 diketahui adanya fenomena membran sebagai penghalang yang selektif untuk proses pemisahan. Penelitian tentang hal ini awalnya dilakukan oleh ahli biologi, biokimia dan zoologi. Periode sejarah perkembangan membran: 1. Tahun 1848- 1960 : untuk keperluan penelitian saja 2. Tahun 1960-1980 : terjadi pengembangan baik pengembangan material maupun teknologi prosesnya 3. Tahun 1980-sekarang: teknologi membran untuk pemisahan Teknolgi membran telah berkembang dengan pesat dalam beberapa dekade ini. Teknologi membran memiliki berbagai keunggulan baik secara teknik maupun ekonomi, sehingga sering kali digunakan dalam proses-proses pemisahan maupun pemurnian. Membran merupakan suatu fasa yang bertindak sebagai penghalang yang selektif terhadap aliran molekul atau ion yang terdapat dalam cairan atau uap yang berhubungan dengan kedua sisinya. Proses membran dapat digunakan dalam aplikasi yang sangat luas dan dapat dipastikan kegunaannya akan semakin meningkat dimasa yang akan datang. Dari sudut ekonomi, sekarang ini membran di Indonesia berada diantara perkembangan proses membran generasi pertama dan membran generasi kedua. Yang termasuk generasi pertama dari proses membran adalah:
Microfiltrasi (MF)
Ultrafiltrasi (UF)
Nanofiltrasi (NF)
Reverse Osmosis (RO)
Electrodialisis (ED)
Membran Elektrolisis (ME)

5


Diffusion Dialysis
Dialisis yang termasuk generasi kedua adalah:
Gas Separation (GS)
Vapour Permeation (VP)
Pervaporation (PV)
Membrane Desillation (MD)
Membrane Contractors (MC)
Carrier Mediated Process Secara umum membran didefinisikan sebagai suatu lapisan tipis semipermeabel diantara dua fasa yang berbeda karakter, fasa pertama adalah feed atau larutan pengumpan dan fasa kedua adalah permeat atau hasil pemisahan. Operasi membran dapat diartikan sebagai proses pemisahan dua atau lebih komponen dari aliran fluida melalui suatu membran. Pemisahan dicapai karena membran mempunyai kemampuan untuk melewatkan suatu komponen yang ukurannya lebih kecil dari pori membran, pada fasa umpan lebih baik daripada komponen lain yang ukurannya lebih besar dari pori membran [1]. Membran berfungsi sebagai penghalang (Barrier) tipis yang sangat selektif diantara dua fasa, yang hanya dapat melewatkan komponen tertentu dan menahan komponen lain dari suatu aliran fluida yang dilewatkan melalui membran. Molekul atau partikel yang dipindahkan melalui membran dari fasa satu ke fasa yang lain disebabkan oleh adanya: 1. Gradien temperatur (∆T) 2. Gradien konsentrasi (∆C) 3. Gradien tekanan (∆P) 4. Gradien energi (∆E) Berdasarkan eksistensinya, membran terdiri dari membran alami dan membran sintetik. Membran alami adalah membran pada sistem dan proses kehidupan makhluk hidup. Komponen utama membran alami adalah lemak dan protein. Sedangkan membran sintetik adalah membran buatan yang dapat terbuat dari bahan alami (biomembran) atau bahan non alami. Membran buatan

6

digunakan untuk kepentingan penelitian dan pengujian sifat-sifat membran biologi dan juga untuk kepentingan industri. Teknologi membran buatan banyak dimanfaatkan untuk industri kimia dan bahan makanan.

Gambar 1 Skema proses membran [1]

Berdasarkan bentuk membrannya, membran terdiri dari membran simetri dan asimetri. Membran simetri memiliki struktur pori yang homogen dan relatif sama ketebalannya antara 10-200 µm. Sedangkan membran asimetri memiliki ukuran dan kerapatan yang tidak sama. Membran jenis ini memiliki dua lapis yaitu lapisan kulit yang tipis dan rapat (skin lover) dengan ketebalan < 0,5 µm serta lapisan pendukung yang berpori dengan ketebalan 50-200 µm. simetris

asimetri

Pori silindris

Gambar 2 Morfologi membran simetris dan asimetris [1]

Berdasarkan kelistrikannya membran terdiri atas membran bermuatan tetap dan membran bermuatan netral. Membran bermuatan tetap dapat dilalui oleh

7

ion-ion tertentu. Membran bermuatan tetap yang hanya dapat dilalui oleh kation saja disebut membran penukar kation (MPK), sedangkan jika hanya dilalui anion saja disebut membran penukar anion (MPA). Selain kedua membran tersebut ada juga membran yang merupakan gabungan keduanya yang disebut Double Fixed Charge Membrane. Membran bermuatan tetap ini dapat digunakan dalam proses industri, seperti proses elektrolisis, fuel cell, dan berbagai proses filtrasi. Membran bermuatan netral banyak digunakan dalam aplikasi bidang-bidang sains dan teknologi. Membran netral terdiri dari polimer yang tidak mengikat ion-ion tetap. Membran netral juga dapat bersifat selektif terhadap larutan-larutan kimiawi. Selektivitas membran ditentukan oleh unsur-unsur penyusun (monomer), ukuran kimia, ukuran pori-pori, daya tahan terhadap tekanan dan suhu, resistivitas dan konduktivitas serta karakteristik kelistrikannya. Adanya gugus bermuatan tetap (fixed charges group) menyebabkan interaksi yang kuat di dalam polimer antara ion berlawanan (counter ion) dengan gugus bermuatan tetap, di dalam air atau pelarut polar lainnya dapat menyebakan polielektrolit terionisasi. Berdasarkan muatan gugus terikatnya, polielektrolit dapat dibedakan menjadi dua, yaitu polielektrolit penukar anion dan kation. Polielektrolit penukar anion mempunyai gugus terikat dengan muatan positif sedangkan polielektrolit penukar kation mempunyai gugus tetap bermuatan negatif.

Gambar 3 Polielektrolit penukar kation dan anion

Aplikasi polielektrolit antara lain banyak digunakan dalam proses pemisahan seperti elektrodialisis, elektrolisis membran, reverse osmosis, nanofiltrasi, mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, dialisis difusi dan dialisis Donnan. Selain itu juga perkembangan terkini adalah penggunaan polielektrolit sebagai elektrolit dalam fuel cell Berdasarkan

gradien

tekanan

sebagai

daya

dorongnya

permeabilitasnya, membran dapat dibedakan menjadi beberapa jenis yaitu:

dan

8

a. Mikrofiltrasi (MF). Membran jenis ini beroperasi pada tekanan berkisar 0,1-2 bar dan batasan permeabilitasnya lebih besar dari 50 L/m2.jam.bar. b. Ultrafiltrasi (UF). Membran jenis ini beroperasi pada tekanan antara 1-5 bar dan batasan permeabilitasnya adalah 10-50 L/m2.jam.bar. c. Nanofiltrasi. Membran jenis ini beroperasi pada tekanan antara 5-20 bar dan batasan permeabilitasnya mencapai 1,4-12 L//m2.jam.bar d. Reverse osmosis (RO). Membran jenis ini beroperasi pada tekanan antara 10-100 bar dan batasan permeabilitasnya mencapai 0,005-1,4 L/m2.jam.bar

Perbedaan dari keempat membran tersebut dapat dilihat pada Gambar 4. Nilai fluks yang dimiliki tiap membran berbeda-beda. Nilai fluks ditentukan oleh tekanan operasi dan permeabilitas dari membran yang digunakan. Rentang nilai tekanan operasi untuk keempat membran tersebut disajikan pada Tabel 1

Gambar 4 Bagan proses pemisahan pada membran [1]

9

Tabel 1 Rentang nilai tekanan operasi dan fluks proses membran [1] Proses membran

Rantang tekanan

Rentang fluks

(bar)

(L/m2.jam)

Mikrofiltrasi

0,1-2,0

>50

Ultrafiltrasi

1,0-5,0

10-50

Nanofiltrasi

5,0-20

1,4-12

Osmosis balik

10-100

0,05-1,4

Berdasarkan struktur dan prinsip pemisahan membran dapat dibedakan menjadi tiga jenis yaitu membran berpori (porous membrane), membran tidak berpori (non porous membrane) dan membran cair (carrier membrane). 

Membran berpori Prinsip pemisahan membran berpori adalah didasarkan pada perbedaan ukuran partikel dan ukuran pori membran. Ukuran pori membran berperan penting dalam pemisahan. Membran jenis ini biasanya digunakan untuk mikrofiltrasi, ultrafiltrasi dan nanofiltrasi. Berdasarkan kerapatan ukuran pori, membran dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu [1]:



1. Makropori

: membran dengan ukuran pori > 50 nm

2. Mesopori

: membran dengan ukuran pori antara 2 nm – 50 nm.

3. Mikropori

: membran dengan ukuran pori < 2 nm

Membran tidak berpori Pada membran tidak berpori prinsip pemisahannya didasarkan pada perbedaaan kelarutan dan kemampuan berdifusi. Sifat intrinsik polimer membran mempengaruhi tingkat selektifitas dan permeabilitas. Membran jenis ini digunakan untuk proses pemisahan gas, pervaporasi dan diálisis.



Membran cair Pada membran ini prinsip pemisahannya tidak ditentukan oleh membran itu sendiri, tetapi ditentukan oleh sifat molekul pembawa spesifik. Molekul pembawa (carrier) berada di dalam membran dan dapat bergerak jika dilarutkan dalam cairan. Carrier harus menunjukkan afinitas yang sangat spesifik terhadap suatu komponen pada umpan sehingga diperoleh selektifitas

10

tinggi. Selain itu permselektivitas komponen sangat tergantung pada spesifikasi bahan pembawa tersebut. Komponen yang dapat dipisahkan dapat berupa cair atau gas, ionik dan non ionik.

Gambar 5 Skema jenis-jenis membran [1]

2.1.2 Teknik Pembuatan Membran

Semua jenis material sintetik berbeda dapat digunakan untuk pembuatan membran. Material yang digunakan bisa berupa anorganik seperti logam, keramik, gelas atau organik mencakup semua polimer. Tujuannya adalah untuk memodifikasi material melalui teknik yang cocok untuk memperoleh struktur membran dengan morfologi yang cocok untuk pemisahan. Teknik pembuatan membran diantaranya: 1. Sintering Bahan membran yang digunakan adalah bubuk yang memiliki ukuran partikel tertentu. Bubuk tersebut ditekan dan dipanaskan pada suhu yang tinggi, sehingga antar muka partikel yang berdekatan akan menghilang dan timbul pori-pori. Metode ini digunakan untuk menghasilkan membran mikrofiltrasi organik dan anorganik yang berpori, dengan ukuran pori antara 0,1-10µm. 2. Stretching Pada metode ini membran yang terbuat dari polimer semikristalin ditarik searah dengan arah ektrusi, sehingga bagian kritsalin dari polimer terletak sejajar dengan arah ektrusi. Porositas membran dihasilkan dengan metode ini lebih banyak

11

dibandingkan dengan metode sintering. Pori yang terbentuk berukuran antara 0,13µm. 3. Track-etching Metode ini dikenal dengan metode litografi. Membran dari polimer ditembak dengan partikel radiasi berenergi tinggi pada arah tegak lurus terhadap membran. Partikel radiasi akan

membentuk lintasan pada matriks membran. Pada saat

membran dimasukan ke dalam bak asam atau basa, maka membran polimer akan terbentuk sepanjang lintasan. Pori yang dihasilkan berukuran seragam (simetri) dan distribusi pori sempit (porositas menurun). Ukuran pori yang diperoleh berkisar antara 0,02-10 µm. 4. Template leaching Teknik ini dilakukan dengan melepas salah satu komponen membran, sehingga dihasilkan membran berpori. Sebagai contoh leburan homogen dari 3 komponen sistem (Na2O-B2O3-SiO2) didinginkan dan sistem akan memisah menjadi dua fasa. Fasa pertama adalah fasa yang tidak larut dan mengandung SiO2, sedangkan fasa kedua adalah fasa yang larut. Fasa kedua ini dilepas dengan penambahan asam atau basa. Ukuran pori yang dihasilkan bervariasi dengan ukuran minimum sekitar 5 nm. 5. Coating Polimer membran yang rapat akan menghasilkan nilai fluks yang rendah. Untuk meningkatkan laju fluks, maka ketebalan membran harus diperkecil dengan membentuk membran komposit. Membran komposit terdiri atas dua material yang sangat selektif diletakan dibagian atas membran. Selektivitas membran akan ditentukan oleh lapisan atas ini. Sedangkan pada lapisan bawahnya dilapisi dengan material berpori besar. Coating dapat dilakukan dengan cara dip coating, polimerisasi plasma, polimerisasi antar muka, dan polimerisasi in situ. 6. Phase Inversion (inversa fasa) Inversa fasa adalah proses transformasi polimer dari fasa cair ke fasa padat dengan kondisi terkendali. Proses pengendapan diinisiasi oleh keadaan dari satu cairan menjadi dua cairan yang saling campur (liquid-liquid demixing). Campuran salah satu fasa cair yang mengandung polimer berkonsentrasi tinggi akan memadat dan membentuk matriks sehingga morfologi membran dapat diatur.

12

2.1.3 Transpor Partikel melalui Membran

Membran merupakan suatu penghalang selektif di antara dua fasa homogen. Molekul atau partikel dapat ditransferkan melalui membran dari satu fasa ke fasa lain karena adanya gaya yang bekerja pada molekul atau partikel. Frata −rata =

∆x l

(1)

dimana Frata-rata adalah gaya dorong yang bekerja pada membran. Ketika gaya dorong ini tetap, akan terjadi suatu aliran melalui membran setelah keadaan mantap tercapai. Hubungan antara fluks (J) dan gaya dorong (F) sesuai dengan persamaan Fluks (J) = Faktor Proporsional (A) X Gaya dorong (F)

(2)

Faktor proporsional A menunjukkan seberapa cepat komponen ditransferkan melalui membran. Jika komponen i ditrasferkan dari satu fasa umpan ke fasa permeat, ada tiga tahap yang terjadi secara umum transfer dari fasa umpan ke permeat, difusi melalui membran dan tranfer dari membran ke fasa permeat. Fluks komponen i dituliskan dalam bentuk koefisien transfer massa total [1]. J i = kov ,i

(3)

dengan

1 k ov ,i

=

1 ki ,umpan

+

1 ki ,membran

+

1 ki , fasapermeat

(4)

Beda potensial yang penting pada proses membran adalah pembedaan potensial kimia (∆µ) dan perbedaan potensial listrik (∆V). Transfer membran dapat terjadi melalui dua mekanisme yaitu tranpor aktif dan transpor pasif. Pada tranpor pasif molekul-molekul berpindah dari potensial tinggi ke potensial rendah, gaya dorong yang bekerja pada transpor pasif adalah beda potensial. Selama proses transpor melalui membran, gejala fouling mungkin saja terjadi. Fouling dapat menyebabkan fluks menurun [2]. Gejala ini disebabkan oleh dua faktor, yaitu pembentukan gel dan polarisai konsentrasi. Gel terbentuk dari molekul-molekul yang tertahan oleh membran pengendap pada permukaan membran, sedangkan polarisasi konsentrasi terjadi akibat membesarnya

13

konsentrasi larutan umpan disekitar permukaan membran. Untuk mengatasi gejala fouling maka larutan umpan diaduk dengan menggunakan pengaduk magnet.

Beberapa parameter utama dalam proses pemisahan menggunakan membran yaitu permeabilitas dan permselektivitas.

Permeabilitas Permeabilitas suatu membran merupakan ukuran kecepatan dari suatu spesi atau konstituen menembus membran. Secara kuantitas, permeabilitas membran sering dinyatakan sebagai fluks atau koefisien permeabilitas. Definisi dari fluks adalah jumlah volum permeat yang melewati satuan luas membran dalam waktu tertentu dengan adanya gaya dorong, dalam hal ini berupa tekanan. Secara sistimatis fluks dirumuskan sebagai berikut [1,3] :

J=

V A× t

(5)

dimana: J

= Fluks (L/m2.jam)

V

= Volum permeat (L)

A

= Luas permukaan membran (m2)

t

= Waktu (jam)

Pengaruh bentuk pori terhadap fluks dapat diketahui dengan menggunakan persamaan Hagen-Poiseulille dan Kozeny-Carman. Untuk membran dengan poripori membran berupa lubang kapiler lurus, digunakan persamaan HagenPoiseulille berikut [4]

J=

εr 2 ∆P 8ητ ∆x

dimana: ε

= Porositas (besaran tanpa satuan)

r2

= Jari-jari pori (m)

∆P

= Tekanan (N/m2)

∆x

= Ketebalan membran (m)

η

= Viskositas dinamik

τ

= Faktor tortuisitas (keberlikuan pori), nilai τ = 1 untuk pori silinder

(6)

14

τ=

ε

(7)

δ (ε / Lp )

δ adalah ketebalan membran, Lp adalah panjang pori. δ = Lp sehingga τ = 1. Membran yang memiliki pori lebih rumit dapat menggunakan persamaan KozenyCarman, pada persamaan ini pori dianggap sebagai bola pejal J=

ε ∆P KηS 2 ∆ x

(8)

dimana: ε

= Porositas

K

= Tetapan tak berdimensi yang bergantung pada geometri pori

S

= Luas permukaan partikel tiap unit volum (m2)

porositas dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut  ρ  ε = 1 − 1  x100% ρ 

2

(9)



dimana ρ1 adalah massa jenis membran kitosan murni sebagai kontrol dan ρ2 adalah massa jenis membran komposit. Suatu membran dikatakan efektif dan efisien jika membran tersebut mempunyai nilai fluks yang tinggi. Masalah yang timbul ketika membran digunakan adalah adanya penurunan nilai fluks terhadap waktu. Hal itu ditunjukkan pada Gambar 6.

Fluks

waktu Gambar 6 Kurva perubahan fluks membran terhadap waktu

Penurunan nilai fluks dalam proses filtrasi dipengaruhi oleh adanya fouling. Fouling pada membran sangat sulit dihindari dalam proses filtrasi membran. Dari Gambar 7 dapat dilihat bahwa Fouling terjadi akibat adanya

15

molekul-molekul yang terakumulasi pada permukaan membran dan menempati pori-pori membran dan terjebak di dalamnya.

Gambar 7 Gejala fouling

Permselektivitas Permselektivitas suatu membran merupakan ukuran kemampuan suatu membran untuk menahan suatu molekul atau melewatkan suatu molekul tertentu. Parameter yang digunakan untuk menggambarkan permselektivitas membran adalah koefisien rejeksi (R). Koefisien rejeksi adalah fraksi konsentrasi zat terlarut yang tidak menembus membran, dan dirumuskan sebagai berikut [1,3]:  Cp R % = 1 −  C f 

  x100  

(10)

dimana: R = Koefisien rejeksi (%) Cp = Konsentrasi zat terlarut dalam permeat Cf = Konsentrasi zat terlarut dalam umpan Penentuan nilai rejeksi membran berkaitan dengan porositas membran. Porositas merupakan perbandingan ukuran pori dengan luasan membran. Semakin kecil ukuran membran, maka porositas yang dihasilkan akan semakin tinggi dan sebaliknya. Jika nilai rejeksi membran menunjukkan nilai 100% berarti membran mengalami rejeksi sempurna dan sebaliknya jika nilainya 0%, menunjukkan larutan dan zat terlarut melewati membran dengan bebas.

16

2.1.4 Tipe Aliran pada Operasi Membran

Dalam operasi membran dikenal dua jenis aliran umpan, yaitu aliran cross flow dan aliran dead-end. Pada sistem aliran cross flow, aliran umpan mengalir melalui suatu membran dimana hanya sebagian umpan yang melewati pori membran untuk memproduksi permeat, sedangkan aliran perlarut atau cairan pembawa akan melewati permukaan membran sehingga larutan, koloid dan padatan tersuspensi yang tertahan oleh membran akan terus terbawa menjadi aliran balik. Pada sistem dead-end keseluruhan dari fluida melewati membran (sebagai media filter) dan partikel tertahan pada membran sehingga fluida umpan mengalir melalui tahanan membran dan tahanan penumpukan partikel pada permukaan membran [5]. Dengan demikian pada sistem aliran dead-end penyumbatan (clogging) dan pengendapan material (fouling) pada membran lebih cepat dibandingkan pada sistem cross flow, karena pada sistem cross flow deposisi partikel pada permukaan membran akan tersapu (swept away) oleh kecepatan aliran umpan [6].

Gambar 8 Skema sistem aliran dead-end dan cross flow

17

2.2 Kitosan 2.2.1 Struktur dan Sifat Kimia Kitosan adalah polisakarida yang bermuatan positif, mengandung rantai lurus D-glukosamin dan residu N-asetil-D-glukosamin yag diikat dengan ikatan β(1-4→glikosidik). Kitosan merupakan senyawa turunan dari kitin yang banyak terdapat pada rangka luar dari insektisida, crustasea dan jamur. Kitosan diperoleh dengan cara mendeasetilasi kitin dengan menambahkan suatu senyawa alkalin. Kitosan merupakan bahan dasar suatu polielektrolit yang mengandung gugus aktif amino dan gugus hidroksi, membran kitosan banyak digunakan sebagai bahan molekul transpor aktif suatu anion di dalam larutan [7]. Banyak manfaat yang dapat diambil dari sintesis kitosan di antaranya sebagai dietary supplement, pengolahan air, penyajian makanan, bidang pertanian, kosmetik, kertas dan aplikasi medis [8] Kitosan memiliki sifat mudah terdegradasi, biocompatible, tidak beracun dan memiliki aktivitas anti bakteri serta mudah diperoleh [9]. Sifat-sifat kitosan dihubungkan dengan adanya gugus-gugus amino dan hidroksil yang terikat. Adanya gugus tersebut menyebabkan kitosan mempunyai reaktivitas kimia yang tinggi dan penyumbang sifat polielektrolit kation, sehingga dapat berperan sebagai amino exchange. Selain itu sifat biologi yang dimiliki kitosan antara lain (1) bersifat biocompatible, artinya sebagai biopolimer alam sifatnya tidak memiliki efek samping, tidak beracun, tidak dapat dicerna, mudah diuraikan oleh mikroba (biodegradable), (2) dapat berikatan dengan sel mamalia dan mikroba secara agresif, (3) mampu meningkatkan pembentukan tulang, (4) bersifat hemostatik, fungistatik, spermisidal, antitumor, anti kolesterol, (5) kitosan mempunyai sifat khas yaitu mudah dibentuk menjadi spon, larutan gel, pasta, membran dan serat yang bermanfaat dalam aplikasinya. Kitosan memiliki struktur linier sepasang polisakarida yang mengandung ikatan N-asetilglukosamin (unit-A) dan ikatan glukosamin (unit-D). Secara industri kitosan diperoleh dengan mendeasetilasi kitin dengan alkali. Kitosan yang diperoleh secara homogen dari deasetilasi kitin menghasilkan variasi distribusi unit-A dan Unit-D. Kitosan dalam bentuk padatan adalah polimer semikristalin.

18

Kristal tunggal diperoleh dengan deasetilasi penuh dari kitin dengan berat molekul yang rendah. Kitosan merupakan polimer kationik dengan adanya gugus amina yang dapat berprotonasi dalam air, sehingga bermuatan positif yang memberikan kemampuan dapat mengikat muatan negatif yang berada disekelilingnya seperti lemak, kolesterol, ion logam, protein dan makromolekul.

Gambar 9 Struktur kitosan

19

2.2.2 Aplikasi Kitosan

Kitosan memiliki gugus aktif amina bebas dan hidroksil. Dengan adanya gugus-gugus ini maka kitosan dapat dimodifikasi menjadi berbagai produk. Modifikasi yang dapat dilakukan adalah alkilasi, sililasi, tosilasi, pembentukan garam kuarterner, sulfatasi, fosforilasi dan tiolasi [10,11]. Kitosan juga dapat dimodifikasi dengan cara di-blend dengan polimer lain seperti poli (vinil alkohol) dan poli (asam akrilat). Modifikasi lainnya adalah dengan menambahkan crossilinker seperti glutardialdehid dan epiklorohidrin sehingga terbentuk ikatan silang antara rantai polimer kitosan. Berikut beberapa aplikasi kitosan dan turunannya.

Tabel 2 Aplikasi kitosan dan turunannya No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Bidang Agrikultur Fotografi Kosmetik

Keterangan Stimulus pertumbuhan tanaman, nutrisi tanaman Pembentukan film Sebagai pelarut, sering digunakan dalam krim dan lotion Kulit buatan Sebagai kulit buatan untuk menutupi luka bakar Apthamology Bahan lensa kontak Pengolahan limbah Sebaga koagulan dan chelating agent Kertas Zat aditif pada kertas Bateraí padat Sebagai konduktor proton Drug delivery dalam bentuk tablet dan gel Pengolahan air dan Mengurangi bau busuk limbah Makanan Mengikat lipid (mengurangi kolesterol) Biofarmasi Imunologis, hemostatik, dan antikoagulan

2.3 Silika Sekam Padi

Sekam padi adalah bagian terluar dari butir padi, yang merupakan hasil sampingan saat proses penggilingan padi dilakukan. Sekitar 20 % dari bobot padi adalah sekam padi dan kurang lebih 15 % dari komposisi sekam adalah abu sekam yang selalu dihasilkan setiap kali sekam dibakar [12]. Nilai paling umum kandungan silika dari abu sekam padi adalah 94 - 96 % dan apabila nilainya

20

mendekati atau di bawah 90 % kemungkinan disebabkan oleh sampel sekam padi yang telah terkontaminasi dengan zat lain yang kandungan silikanya rendah. Silika yang terdapat dalam sekam padi adalah dalam bentuk amorf terhidrat [13]. Tapi jika pembakaran dilakukan secara terus menerus pada suhu di atas 650oC akan menaikkan kristalinitasnya dan akhirnya akan terbentuk fasa cristobalite dan tridymite dari silika sekam padi [14]. Silika (SiO2) atau disebut juga silox merupakan senyawa kimia yang berwujud bubuk putih dalam keadaan murninya pada suhu kamar seperti ditunjukkan pada Gambar 10. Silika merupakan senyawa tidak reaktif dan hanya dapat dilarutkan dalam asam fluorida (HF) dan lelehan NaOH menurut reaksi berikut: SiO2(s) + 6HF(aq) → SiF62-(aq) + 2H+(aq) + 2H2(g) SiO2(s) + 2NaOH(l) → Na2SiO3(s) + H2O(l)

Gambar 10 Bubuk silika

Jika silika ditempatkan dalam suatu larutan tertentu maka pada permukaannya akan terbentuk molekul silanol (SiOH) yang cenderung bersifat sebagai asam bronsted dibandingkan asam lewis karena gugus OH terikat kuat pada SiO2. Silika memiliki afinitas tinggi terhadap molekul positif seperti ion-ion logam. Silika merupakan bahan kimia yang pemanfaatan dan aplikasinya sangat luas mulai dari bidang elektronik, mekanik, medis, seni hingga bidang-bidang

21

lainnya. Salah satu pemanfaatan serbuk silika yang cukup luas adalah sebagai penyerap kadar air di udara sehingga memperpanjang masa simpan bahan dan sebagai bahan campuran untuk membuat keramik seni. Sedangkan silika amorf terbentuk ketika silika teroksidasi secara termal. Silika amorf terdapat dalam beberapa bentuk yang tersusun dari partikel-partikel kecil yang kemungkinan ikut tergabung. Biasanya silika amorf mempunyai kerapatan 2,21 g/cm3. Indonesia sebagai negara agraris memiliki sekitar 60.000 mesin penggiling padi yang tersebar di seluruh daerah dengan produksi sekam sekitar 15 juta ton pertahun. Beberapa mesin penggiling padi dengan kapasitas besar dapat memproduksi 10-20 juta ton pertahun. Indonesia merupakan salah satu negara penghasil padi terbesar. Oleh karena itu, menghasilkan limbah yang cukup besar, berupa sekam padi. Sekam adalah suatu lapisan tipis atau lapisan terluar yang menutupi beras. Telah diketahui bahwa Indonesia menghasilkan 15 juta ton padi dimana sekitar seperlimanya adalah sekam. Ini berarti bahwa produksi beras tahunan meninggalkan sekitar 3,6 juta ton sekam sebagai limbah yang biasanya digunakan untuk pembakaran. Sayangnya 20% dari sisa abu sekam padi (Rice Husk Ash/ RHA) setelah pembakaran menimbulkan permasalahan lingkungan diantaranya menyebabkan polusi air dan udara. Beberapa penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa RHA mengandung 90-99% SiO2 [15-22] dalam bentuk amorf atau dalam bentuk kristal seperti

cristobalite dan tridymite [16]. Cristobalite adalah bagian dari silika

amorf yang telah berubah menjadi kristal [17]. Sebenarnya silika amorf adalah prekursor silika yang paling aktif dalam Zeolit. Oleh karena itu, sebagian besar silika dapat diperoleh secara cuma-cuma dari sumber RHA yang sangat melimpah dan silika juga merupakan alternatif yang murah untuk digunakan oleh beberapa industri. Pada tahun 2001 M.S. Nizami dan M.Z. Iqbal telah melakukan penelitian untuk menghasilkan silika dari sekam padi. Metode yang mereka gunakan adalah pyroprocessed dengan membakar sekam padi di dalam furnace listrik dengan suhu 500oC selama 8 jam. Abu yang dihasilkan mengandung 92,01% SiO2 yang telah diberikan perlakuan kimia basah dan pengeringan termal [23].

22

Grama Rao et.al. juga telah melakukan penelitian pada sekam padi. Berbeda dengan penelitian M.S. Nizami dan M.Z. Iqbal, dimana mereka langsung membakar sekam padi, pada penelitian Grama Rao et.al. sekam padi yang akan digunakan dicuci terlebih dahulu dengan air destilata untuk mengilangkan debu/pengotor yang terakumulasi dalam sekam padi kemudian dikeringkan pada suhu 40oC selama 7 hari [24]. Metode ini tidak efektif karena memerlukan waktu yang lebih lama. Dengan demikian proses pengeringan ini harus dipersingkat dengan cara meningkatkan suhu pengeringan, seperti yang sudah dilakukan oleh Heru Harsono. Dia mengeringkan sekam padi pada suhu 190oC selama 1 jam [25]. Setelah dikeringkan sekam padi dipanaskan dengan menggunakan furnace untuk menghasilkan abu pada suhu 400-600oC selama 6-24 jam. Proses ini relatif lebih singkat dibandingkan metode sebelumnya. Pada tahun 2005 Ola Abdel Wahab et.al. melakukan penelitian yang sama, mereka mencuci sekam padi kemudian dikeringkan pada suhu 105oC [26], selanjutnya didinginkan dan diayak dengan ukuran 250-500 µm tanpa ada perlakuan lebih lanjut. Bagian lain dari sekam padi dengan ukuran fraksi yang sama digunakan untuk aktifasi dengan menggunakan asam cuka sebagai berikut: 100 g sekam padi dicampurkan dalam 0,6 M asam cuka selama 2 jam dengan suhu 20oC. Campuran tersebut dikeringkan semalam pada suhu 50oC kemudian sekam yang telah kering dipanaskan pada suhu 120oC sampai akhirnya abu yang tersisa mengandung silika murni. Silika yang dihasilkan lebih murni dibandingkan metode sebelumnya. Ada beberapa metode yang telah dilaporkan oleh Zainab Ramli dan Hasliza Bahruji untuk menghilangkan pengotor dari sekam padi. Metode pertama adalah treatment pada sekam padi dengan larutan asam organik dan inorganik panas sebelum dibakar. Metode kedua menggunakan air mendidih dengan menggunakan autoclave

pada suhu mendekati 150oC. Metode ketiga adalah

dengan cara memutar sekam padi menjadi serbuk yang halus pada suhu 250oC sebelum kalsinasi. Bagaimanapun kemungkinan proses ini mempengaruhi perubahan amorf menjadi cristobalite. Metode pertama dan kedua menghasilkan silika amorf berwarna putih yang dapat menunjukkan luas permukaan 500 m2/g. Metode ketiga tidak menghilangkan unsur-unsur yang bersifat alkali dari sekam

23

dan tampak menghasilkan suatu serbuk karbon bebas berwarna kelabu yang luas permukaannya lebih rendah. Sekam padi merupakan hasil sampingan dari penggilingan padi yang digunakan sebagai sumber energi di beberapa industri seperti pembangkit tenaga listrik biomassa dan penggilingan padi. Ada beberapa metode untuk ekstraksi silika dari biomassa. Beberapa penulis [27,28] mengusulkan bahwa pengasaman sebelum pemanasan merupakan metode yang bagus untuk ekstraksi silika alami. Kemurnian yang tinggi dari silika dan impuritas mineral yang rendah diperoleh dengan mendidihkan larutan hidroklorik selama 1 jam kemudian dibakar pada tekanan atmosfer pada suhu 650-700°C selama 4 jam [29]. Dengan metode ini silika yang diekstrak ditemukan dalam bentuk struktur amorf yang bentuknya paling reaktif untuk reaksi silylation. Penelitian sekam padi pada saat ini menguraikan proses untuk memproduksi campuran silika-karbon dalam bentuk amorf, silikat elektronikpotasium dan karbon aktif. Sekam padi pertama kali dipirolisis dalam reaktor pada suhu kurang dari 973 K untuk memperoleh arang yang kemudian dipanaskan dan diaktifkan dengan uap air pada suhu 1073-1173 K sekitar 1 jam di dalam reaktor lain [30]. Arang yang dihasilkan dilarutkan dengan HCl. Analisa arang yang dilarutkan menunjukkan bahwa bentuknya amorf alami dan sebagian besar mengandung 40% karbon 56% silika dengan jumlah penguapan yang sedikit. Sekam padi mengandung silika dan karbon yang sangat diperlukan untuk industri terutama untuk material keramik. Sekam padi pertama kali digunakan oleh Cutler (1973) sebagai bahan dasar untuk produksi karbid-silikon. Sejauh ini proses yang diteliti ada dua tahap yaitu (i) dipanaskan pada suhu lebih rendah (400-800°C) dengan cara dikontrol untuk menghilangkan penguapan dan (ii) mereaksikan sekam padi yang sudah dipanaskan pada suhu tinggi (> 1300°C) untuk membentuk SiC [31]. A.D.Simonov et.al. telah melakukan penelitian pada pembakaran sekam padi. Dalam penelitianya mereka menjelaskan beberapa data percobaan pada pembakaran katalitik dari sisa-sisa tumbuhan salah satunya adalah sekam padi yang paling tersebar luas [32]. Sekam padi tersedia di banyak negara-negara dan penggunaanya sekarang tidak hanya sebagai bahan bakar, tetapi juga sebagai

24

sumber silikon untuk industri semikonduktor yang merupakan sintesis dari silikon-karbid dan silikon-nitrid. Sifat fisik dan morfologi dari sintesis sekam padi diuji dengan beberapa teknik.

Pengujian

kristalinitas

dilakukan

dengan

menggunakan

X-Ray

Diffractometer [33]. Gambar 11 menunjukkan pola XRD dari ektraksi silika yang dilakukan oleh C. Siriluk dan S. Yuttapong. Mereka mengektraksi silika dengan cara memanaskan RHA dalam 1M HCl pada suhu 80oC selama 1 jam. Setelah pengasaman, abu dicuci dengan air destilata, dikeringkan dengan oven pada suhu 110oC semalaman kemudian dikalsinasi dalam furnace pada suhu 650oC selama 4 jam. Dari hasil karakterisasi XRD dapat dilihat salah satu puncaknya adalah sekitar 2θ sama dengan 22° yang mengindikasikan bahwa silika yang diperoleh dari pelarutan RHA dengan asam adalah dalam bentuk amorf.

Gambar 11 Pola XRD dari silika yang diekstrak dari RHA yang dilarukan dalam asam [33]. Tashima MM, et.al. telah melakukan penelitian yang sama, tapi dalam penelitian mereka, abu yang diperoleh dimasukan dalam Ball Mill sehingga RHA lebih halus dibandingkan RHA pada penelitian C.Siriluk dan S. Yuttapong. Difraksi sinar X digunakan untuk melihat persentase silika kristal dalam RHA dan laser diffraction particle size analyzer digunakan untuk menentukan disrtibusi ukuran partikel RHA.

25

Dalam penelitian Yasushi Shinohara dan Norihiko Kohyama persentase dan karakteristik silika kristal pada sampel RHA dipanaskan pada beberapa variasi suhu dan diuji secara kuantitatif dengan analisis kandungan silika berdasarkan pada XRD dan metode asam pyrophosphoric. Dengan cara membandingkan data yang diperoleh melalui kedua metode tersebut, mereka mengevaluasi kedua metode dengan lebih efektif untuk menganalisa sampel yang mengandung tridymite dan cristobalite. Mereka melakukan penelitian pada dua jenis arang sekam padi komersil, salah satunya adalah bagian sekam padi yang digunakan untuk meningkatkan kesuburan tanah (“Kun-tan” (KT)), sampel yang kedua adalah serbuk arang sekam padi yang digunakan sebagai sumber material dalam pemasangan kaca tembikar (“Momi-hai” (MH)). Gambar 12 menunjukkan pola XRD dari sampel RHA yang dipanaskan dan menunjukkan persentase fase kristal silika.

Gambar 12 Pola XRD dari sampel RHA yang telah dipanaskan pada beberapa variasi suhu. Simbol C, T dan Q: posisi puncak dari cristobalite, tridymite dan quartz [17]. Berdasarkan pada beberapa penelitian yang telah dilakukan diketahui bahwa sekam padi dapat menghasilkan silika dalam bentuk amorf dan kristal yang

26

bergantung pada proses pemanasannnya. Proses pemasanan pada suhu 400-650oC menghasilkan silika dalam betuk amorf dan pada suhu lebih dari 650oC menghasilkan silika dalam bentuk kristal.

2.4 Membran Komposit

Pada dekade terakhir, nanopartikel logam dan nanokomposit mendapat perhatian lebih terutama pada sifatnya. Sifat yang unik pada nanomaterial diakibatkan oleh ukurannya yang kecil dan luas permukaan yang spesifik [34]. Teknologi nano ini dapat diaplikasikan dalam membuat membran nanokomposit. Contoh membran yang terbuat dari bahan alam adalah kitosan, karena diketahui bahwa kitosan merupakan polimer alam. Tetapi membran yang terbuat hanya dari kitosan saja memiliki banyak kekurangan sehingga harus dicampur/dikomposit dengan bahan lain. Membran telah digunakan untuk teknik separasi dalam jangka waktu yang panjang. Hampir semua membran dibuat dari material buatan. Polimer alami tidak terlalu banyak yang mirip dengan membran buatan tetapi lebih biocompatible dan biodegradable. Disamping selulosa dan turunannya, polimer alami yang umum saat ini adalah kitin dan kitosan. Kitosan telah digunakan tidak hanya di dalam farmasi, ilmu pengobatan mata, kosmetik, pertanian, dan proses makanan, tetapi juga di dalam membran separasi. Kitosan tidak dapat larut dalam air, tetapi membran kitosan menunjukkan hidrofilisitas yang tinggi [35]. Banyak riset menyelidiki pemisahan campuran air-alkohol yang menggunakan sistem pervaporasi melalui membran kitosan dan memodifikasi membran kitosan dengan campuran pengikat silang atau kompleks Berbagai penelitian terhadap kitosan telah dilakukan dan penelitian yang paling populer adalah penelitian kitosan yang dapat berfungsi sebagai membran berdasarkan sifat polimernya. Kitosan menarik perhatian dalam pengembangan biomaterial komposit karena polisakarida yang alami diperoleh dari kitin setelah N-Deacetylation yang biodegradable dan biocompatible [36]. Kitosan adalah turunan dari kitin, yang linier dengan bobot molekular tinggi, polisakarida kristal terdiri dari ß-(1.4) yang berikatan dengan N-Acetyl-D-

27

Glucosamine. Analisa XRD mengungkapkan bahwa kitin adalah suatu unsur polimorfik yang terjadi dalam tiga modifikasi kristal yang berbeda, termasuk α-,ßdan kitin. Kitosan adalah semikristal dan menunjukkan polymorphism yang tergantung pada sifat fisiknya. Struktur untuk bentuk yang berbeda meliputi bentuk anhydrous, bentuk terhidrasi dan berbagai garam diperoleh dari analisa XRD [37]. Penelitian yang dilakukan oleh Modrzejewska, et.al. untuk mengetahui struktur membran kitosan adalah dengan membuat membran kitosan hidrogel. Larutan pembentuk membran adalah garam kitosan dalam bentuk asam cuka dan laktat dengan konsentrasi polimer yang berbeda.

Gambar 13 Hasil XRD membran kitosan [37]

Berdasarkan Gambar 13 dapat dilihat bahwa kitosan merupakan polimer dengan indeks kristalinitas rendah atau lebih tepatnya bentuk amorf. Ketika terjadi perubahan bentuk kitosan ke dalam bentuk membran hidrogel, struktur kristal akan berubah. Perubahan ini tergantung dari konsentrasi polimer yang digunakan. Kitosan adalah bentuk deasetilasi dari kitin, yang merupakan biopolimer paling melimpah kedua di dunia setelah selulosa, molekul kitosan mengandung sejumlah besar grup hidroksil reaktif (-OH) dan grup amina (-NH2), oleh karena itu bisa merupakan bahan yang sempurna untuk afinitas membran [38]. Zhiping

28

Zhao et.al telah melakukan penelitian tentang membran kitosan yang berfungsi untuk mikrofiltrasi. Membran yang dibuat merupakan komposit antara carboxymethyl amphoteric chitosan (CS–CM)/poly (ethersulfone) (PES). Kitosan dilarutkan dalam asam asetat dengan menggunakan magnetik stirer. Kemudian dibuat membran, membran yang telah kering direndam dalam NaOH untuk menetralisir asam asetat. Untuk membran komposit, dilakukan dengan prosedur yang sama tetapi asam asetat digantikan oleh H2O, poly (ethersulfone) dicampurkan ke dalam larutan selama 1 jam, membran yang terbentuk tidak perlu dinetralisir dengan NaOH. Silika memiliki banyak aplikasi diantaranya sebagai semen aditif, penyerap dalam industri, pengental dalam beton, semikonduktor, membran dan lain-lain [39]. Jiahao Liu et.al telah melakukan penelitian tentang membran silika dan kitosan. Mereka membuat membran kitosan makropori, yaitu dengan cara melarutkan 2 g kitosan dalam 10 ml asam asetat 2 %. Setelah kitosan larut, ditambahkan partikel silika kemudian diaduk selama 3 jam pada suhu ruang agar terdispersi dan seragam. Berbeda dengan peneletian Zhao et.al, pada penelitian ini membran yang terbentuk direndam dalam NaOH pada suhu 80oC, tujuannya adalah untuk melepaskan silika dalam membran sehingga terbentuk makropori. Karena telah diketahui bahwa silika akan larut dalam HF atau NaOH. Membran yang terbentuk digunakan untuk adsorpsi urea. Pada umumnya porogen digunakan untuk menghasilkan membran berpori melalui metoda inversa fasa dengan cairan campuran seperti aseton, dimethyl formamide, dimethyl sulfoxide dan benzen. Partikel silika diketahui sebagai suatu porogen ideal untuk menghasilkan membran kitosan makropori yang mengontrol porositas dan memiliki sifat mekanik yang baik [40]. Contoh lain komposit antara kitosan dan silika adalah Aquagels yaitu suatu fasa padat yang terdiri dari kitosan dan silika yang dapat dengan mudah dibuat dengan menggunakan suatu larutan asam asetat dari kitosan untuk mengkatalis, hidrolisis

dan

pemadatan

tetraethylorthosilicate

(TEOS).

Kitosan-silika

dicampurkan menjadi gel. Fungsi dari komposit ini adalah untuk hibrid aerogel [41,42]. Di dalam penelitian terbaru, menunjukkan bahwa grup amina pada kitosan di dalam jaringan silika dapat bereaksi dengan campuran eksternal yang

29

disediakan. oleh karena itu memungkinkan untuk mereaksikan molekul kitosan dicampurkan dalam ruang aerogel yang kering. Juin-Yih Lai et.al melakukan penelitian membran kitosan yang dapat digunakan untuk pervaporasi. Membran kitosan dapat dibuat dengan sistem kering, di mana larutan kitosan/asam/air diuapkan untuk membentuk membran padat. Bagaimanapun, beberapa membran tidak bisa secara langsung digunakan untuk pervaporasi karena membran mengalami re-dissolve ketika berhubungan dengan larutan yang mengandung air, efek ini disebabkan oleh sisa asam dalam membran karena efek swelling yang disebabkan oleh larutan umpan [43]. Oleh karena itu, dalam penelitian selanjutnya digunakan partikel nano-inorganik yang dicampurkan ke dalam membran kitosan untuk mengurangi swelling untuk meningkatkan permselektivas membran dan stabilitas jangka panjang. Tiga jenis nanopartikel yang biasa digunakan adalah silika, tanah liat, dan 5A zeolit. Bahan tersebut dicampur dengan kitosan yang telah dilarutkan dalam asam asetat untuk membentuk suatu larutan homogen. Larutan ditempatkan dalam plat gelas/kaca kemudian dikeringkan pada suhu kamar untuk membentuk membran. Membran yang telah keringkan dilepaskan dari plat kaca dengan cara direndam dalam larutan NaOH. Membran yang telah dinetralkan dibilas dengan akuades kemudian dikeringkan dalam tungku pada suhu 40oC. Kunci utama dari pembuatan membran komposit kitosan/nanopartikel adalah dispersi nanopartikel di dalam larutan kitosan. Jika nanopartikel dapat dengan baik didispersikan secara bebas pada larutan ber-pH maka nanopartikel akan terdispersi di dalam larutan kitosan, membran komposit kitosan/nanopartikel homogen dapat diperoleh, seperti pada Gambar 14.

Gambar 14 Dispersi nanopartikel dalam membran kitosan [43]

30

Penelitian tentang membran kitosan yang dikomposit juga telah dilakukan oleh Mohd. Natsir et.al. dalam penelitiannya mereka mencampurkan kitosan dengan poly Ethylene Oxide (PEO). Kitosan-PEO dicampurkan menggunakan magnetik stirer diaduk selama 8 jam, kemudian dikeringkan dalam suhu ruang sampai terbentuk membran. Karakteristik yang dilalukan diantaranya adalah XRD, SEM dan FTIR [44]. Dapat dilihat dengan jelas dari hasil SEM Gambar 15 bahwa dengan penambahan PEO menyebabkan membran menjadi berpori. a

c

a

b

b

c

Gambar 15 Hasil SEM a) membran kitosan murni, b) membran PEO murni, c) membran kitosan-PEO [44]. Hasil XRD menunjukkan fase dari masing-masing komponen, PEO menunjukkan dalam fase kristal, kitosan merupakan polimer sehingga fasenya dalah amorf. Setelah dikomposit terlihat fasenya ada di antara kristal dan amorf

Gambar 16 Hasil XRD untuk kitosan, PEO dan membran kitosan-PEO [44]

31

Dengan uji FTIR dapat dilihat perubahan kisaran panjang gelombang antara kedua komponen, kisaran panjang gelombang tersebut menunjukkan adanya ikatan antara gugus-gugus molekul yang ada dalam membran. Terlihat perubahan yang signifikan antar komponen, terbentuk ikatan yang baru dan ada ikatan yang hilang

Gambar 17 Hasil FTIR membran kitosan, PEO dan kitosan-PEO [44]

Pada tahun 2005 Feng Na Xi, et.al melakukan penelitian pada kitosan yang dilapisi dengan silika gel. Kitosan merupakan salah satu matriks chromatographic

yang

potensial

berdasarkan

karakteristiknya

meliputi

biocompatibility, hydrophilicity, biodegradability dan biayanya rendah [45]. Disamping itu, grup amino pada rantai polyglucosamine membuat suatu hubungan matriks chromatographic yang tepat untuk gabungan bioligands. Bagaimanapun, gel kitosan dibuat dalam bentuk butiran yang memperlihatkan kekuatan mekanik rendah dan operasi tekanan besar. Dalam penelitian ini, telah dibuat suatu silika yang didukung butiran kitosan makropori yang berhubungan dengan trypsin, dan pemurnian TIs pada afinitas serapannya. Proses pembuatnnya hampir sama dengan penelitian sebelumnya, dimana kitosan dilarutkan dalam asam asetat kemudian ditambahkan silika. Tetapi kitosan-silika ini tidak dibentuk membran, campuran tersebut didiamkan sampai mengering. Setelah kitosan yang dilapisi silika gel dihilangkan dalam DMSO

32

dengan pengadukan, larutan NaOH ditambahkan sampai pH mencapai 9,0. Pengadukan campuran dilanjutkan selama 30 menit untuk mengekstrak PEG dalam rangka membentuk permukaan makropori seperti ditunjukkan pada Gambar 18.

Gambar 18 Permukaan SiO2 dan CTS-SiO2 [45] Penelitian yang sama untuk kitosan dan silika juga telah dilakukan oleh Silva et.al dalam penelitiannnya mereka menggunakan campuran antara kitosan dan SiO2 yang dihasilkan dari TEOS (tetraethyl orthosilicate) [46]. Kitosan dan TEOS diaduk selama 24 jam, larutan diuapkan dalam suhu ruang sampai akhirnya terbentuk membran. Membran yang telah terbentuk diujikan dalam SBF (simulated body fluid) untuk memperkirakan bioaktivitas dari membran. Analisis yang dilakukan adalah SEM dan EDS. Berikut adalah gambar hasil pengujiannya

Gambar 19 Analisis SEM A) sebelum direndam dalam SBF, B) setelah 7 hari dalam SBF, C) dan D) hasil EDS [46] Pengujian fluks membran dengan menggunakan metode cross flow telah dilakukan oleh Noor E. dan Kusumawardhani GD. pada tahun 2001. Metode crossflow mereka lakukan untuk memekatkan sirup glukosa [47]. Proses

33

pengukuran fluksnya dilakukan selama 60 menit dengan skema alat sebagai berikut

Gambar 20 Rangkaian alat proses mikrofiltrasi cross flow

Dari hasil pengukuran fluks diperoleh grafik hubungan antara fluks dan waktu seperti pada Gambar 21 terlihat bahwa grafik menunjukkan ekponensial sesuai dengan teori seperti pada Gambar 6 fluks menurun tajam dan mulai konstan pada menit ke 10. Peristiwa ini terjadi karena terbentuk lapisan gel pada permukaan membran yang lebih dikenal sebagai peristiwa fouling atau penyumbatan.

Gambar 21 Hubungan antara fluks dan waktu

Masalah fouling merupakan alasan paling utama terhambatnya proses utrafiltrasi dalam berbagai bidang diantaranya bidang kimia dan proses biologi. Shamsuddin Ilias telah melakukan suatu penelitian untuk meminimalisir terjadinya fouling yaitu dengan menggunakan konsep flow reveral [48]. Dalam penelitiannya dia menggunakan BSA (Bovine Serum Albumine) sebagai feed.

34

BSA adalah model pelarut yang baik pada membran filtrasi yang dikenal fouling dan kemampuan polarisasi konsentrasinya.

Gambar 22 Skema percobaan reverse feed flow [48]

Gambar 23 adalah perbandingan grafik hubungan antara fluks dan waktu antara flow reversal dan tanpa flow reversal. Tampak jelas perbedaan antara kedua grafik, penurunan fluks pada grafik flow reversal lebih sedikit. Metode ini terbukti dapat mengurangi terjadinya fouling pada proses filtrasi.

Gambar 23 Grafik hubungan antara fluks dan waktu dengan dua metode yang berbeda

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilaksanakan pada bulan Oktober 2008 sampai Juni 2009 di Laboratorium Biofisika Departemen Fisika IPB, Laboratorium Bersama Departemen Kimia IPB dan Balai Penelitian dan Pengembangan Hutan.

3.2 Alat dan Bahan

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini diantaranya adalah kitosan, sekam padi, akuades, HCl, NaOH dan CH3COOH (asam asetat). Alat yang digunakan terdiri dari alat pembuatan membran dan alat karakterisasi. Alat yang digunakan untuk sintesa biosilika dan pembuatan membran adalah gelas piala, pipet tetes, pipet Mohr, gelas ukur, kertas saring, corong, cawan petri, gelas arloji, neraca analitik, furnance, inkubator, hot plate stirer dan Alat ultrasonik Bronson 2510. Alat untuk karakterisasi diantaranya adalah Shimadzu XRD-7000 X-Ray Diffractometer, LCR meter, SEM Bruker 133 eV, Bruker FTIR dan alat uji fluks membran.

3.3 Diagram Alir Penelitian

Dalam penelitian ini dilakukan dua tahap penelitian yaitu proses sintesis silika dari sekam padi dan proses pembuatan membran. Berikut adalah skema penelitian yang dilakukan:

36

Tahap 1 Pencucian

Sekam padi

Pengeringan dengan suhu 190oC selama 1 jam

Pengarangan pada suhu 300oC selama 30 menit

Pengabuan pada suhu 600oC selama 1 jam

Pemurnian dengan metode Pengasaman Variasi pengasaman

dengan HCl Pemanasan 300oC 30 menit dilanjutkan 600, 800 dan 1000oC selama 6 jam

Silika sekam padi

Karakterisasi AAS dan XRD

Gambar 24 Diagram alir sintesis silika sekam padi Pada sintesa silika ini, dilakukan beberapa variasi yaitu dalam proses pengasaman dan suhu pemanasan. Konsentrasi HCl yang digunakan adalah 10% dan 37% sedangkan suhu pemanasanya adalah 600, 800 dan 1000oC. Variasi dan komposisi yang dilakukan ditunjukkan pada Tabel 3. Tabel 3 Variasi dan komposisi sintesa silika Kode sampel Suhu (oC) 600 (B1) 800 (B2) 1000 (B3)

Konsentrasi asam 10 % (A1) A1B1 A1B2 A1B3

37% (A2) A2B1 A2B2 A2B3

37

Tahap 2

Kitosan

Dilarutkan dalam asam asetat

Ditambahkan Silika sekam padi kemudian disonikasi selama 3 jam

Inversa fasa

Membran Nanokomposit

FTIR

SEM

Derajat penyerapan air

Konduktivitas

Permeabilitas

Analisis data

Gambar 25 Diagram alir pembuatan membran Pada pembuatan membran ini dilakukan variasi pada banyaknya silika yang ditambahkan dalam larutan kitosan. Variasi yang dilakukan ditunjukkan dalam Tabel 4 Tabel 4 Variasi silika dan kitosan No. 1. 2. 3. 4.

Kode membran M1 M2 M3 M4

Kitosan (gram) 1 1 1 1

Silika (gram) 0,125 0,250 1,000 1,250

38

3.4 Prosedur Penelitian 3.4.1 Sintesis Silika Silika diperoleh dari hasil sintesis sekam padi. Sintesis silika dari sekam padi dilakukan secara bertahap yaitu: Pencucian. Sekam padi dicuci dengan akuades, pencucian ini bertujuan untuk membersihkan sekam dari pengotor. Pencucian ini dilakukan 1-3 kali pengulangan sampai sekam terlihat bersih. Pengeringan.

Sekam padi yang telah dicuci dikeringkan. Pengeringan dapat

dilakukan dengan cara dijemur dengan sinar matahari atau dipanaskan menggunakan oven. Pengeringan dengan sinar matahari memerlukan banyak waktu sehingga dalam penelitian ini dilakukan pengeringan dengan

cara

o

dikeringkan dalam furnace dengan suhu 190 C selama 1 jam. Pengarangan. Sekam padi yang telah kering kemudian diarangkan dalam furnace dengan suhu 300oC selama 30 menit. Pengabuan. Silika yang telah menjadi arang kemudian dibakar kembali sampai menjadi abu dengan suhu 600oC selama 1 jam. Pemurnian. Permunian dilakukan dengan menggunakan asam, asam yang digunakan adalah HCl. Proses ini disebut juga dengan pengasaman. Pengasaman ini dilakukan untuk memisahkan silika dari abu sekam dan memurnikan silika dari impuritas. Proses pengasaman dilakukan dengan cara abu sekam padi dimasukan ke dalam cawan petri kemudian dibasahi dengan akuades panas, selanjutnya ditambahkan 5 ml HCl diuapkan sampai kering selama 6 jam. Setelah abu sekam kering, dipindahkan ke dalam gelas piala kemudian dituangkan 20 ml akuades dan 1 ml HCl kemudian dipanaskan dengan hotplate selama 5 menit. Campuran tersebut kemudian disaring dengan kertas saring dan dicuci sebanyak 4-5 kali dengan akuades panas. Hasil dari penyaring dipanaskan dengan kertas saringnya mula-mula pada suhu 300oC selama 30 menit sampai kertas menjadi arang kemudian dilanjutkan dipanaskan pada suhu 600, 800 dan 1000oC menggunakan furnace. Hasil dari pemanasan berupa silika berwarna putih.

dengan

39

Gambar 26 Proses pengasaman

3.4.2 Pembuatan Membran Komposit Kitosan-Silika 3.4.2.1 Pelarutan kitosan dalam asam asetat Kitosan sebanyak 1 g dilarutkan dalam 25 ml Asam asetat 2% v/v. Dalam penelitian ini dilakukan dua jenis pelarutan yaitu dengan menggunakan magnetik stirer dan ultrasonik. Dilihat dari karakteristiknya ternyata dengan ultrasonik lebih larut dan lebih homogen sehingga untuk proses selanjutnya digunakan metode sonikasi untuk melarutkan kitosan dalam asam asetat. Kitosan dan asam asetat disonikasi dalam erlenmeyer selama 1 jam dengan alat ultrasonik Bronson 2150. Setelah larut, larutan disaring untuk memisahkan larutan dari pengotor dan residu yang terbentuk.

Gambar 27 Alat sonikasi Bronson 2510

3.4.2.2 Pencampuran kitosan dan silika

Kitosan yang sudah disaring dimasukan kembali ke dalam erlenmeyer dan ditambahkan silika sesuai dengan variasi yang dilakukan (Tabel 4). Kitosan-silika disonikasi, sampai terbentuk larutan yang homogen selama 2 jam.

40

3.4.2.3 Pembuatan membran Kitosan-Silika

Larutan dituangkan ke atas plat kaca dengan ketebalan tertentu. Ketebalannya ditentukan dengan memasang selotif pada kedua sisi plat kaca. Larutan dikeringkan dalam inkubator dengan suhu 50oC selama 12 jam atau dibiarkan di udara terbuka sampai mengering. Larutan berubah dari fasa padat menjadi cair, proses ini disebut inversa fasa. Membran yang terbentuk kemudian direndam dalam larutan NaOH 5% v/v. Agar terbentuk pori-pori dalam membran maka silika dalam membran harus dilepaskan dengan cara direndam dalam NaOH selama 2 jam dan dipanaskan di inkubator dengan suhu 80oC. NaOH digunakan untuk menetralisir asam asetat yang ada dalam membran dan mempermudah membran terkelupas dari plat kaca. Membran padat yang dihasilkan dicuci dengan akuades kemudian dikeringkan pada suhu ruang.

Gambar 28 Pembuatan membran secara inversa fasa

41

3.5 Karakterisasi Silika 3.5.1 Karakterisasi AAS (Atomic Absorption Spectophotometry) Karakterisasi AAS pada silika dilakukan untuk mengetahui komposisi yang terdapat dalam silika dan mengetahui banyaknya kandungan silika yang diperoleh dari setiap perlakukan.

Karakterisasi AAS ini dilakukan di Balai

Penelitian dan Pengembangan Tanah.

3.5.2 Karakterisasi XRD (X- Ray Difraction)

Silika yang dihasilkan dianalisis menggunakan metode difraksi sinar X (XRD). Teknik XRD digunakan untuk mengidentifikasi kemurnian serbuk silika (SiO2). Hasil yang diperoleh dibandingkan dengan literatur. Analisis ini dilakukan di Balai Penelitian dan Pengembangan Hutan

Gambar 29 Shimadzu XRD-7000 X-Ray Diffractometer

3.6 Karakterisasi Membran Kitosan-Silika 3.6.1 Derajat Penyerapan Air (Swelling) Membran dipotong dengan ukuran 2x2 cm2 ditimbang kemudian direndam selama 48 jam dalam akuades. Setelah direndam permukaan membran dikeringkan dengan tisu kemudian ditimbang. Derajat penyerapan air dihitung menggunakan persamaan berikut:

42

% Derajat penyerapan air = massa basah – massa kering

X 100%

(11)

massa kering

3.6.2 Konduktivitas Membran

Nilai konduktivitas merupakan suatu parameter yang menunjukkan kemudahan material menghantarkan ion. Karakterisasi ini dilakukan untuk untuk menentukan sifat listrik material dengan elektrodanya. Membran diuji nilai konduktivitas dan impedensinya dengan menggunakan LCR meter. Membran berukuran 2x2 cm ditempatkan antara plat VCB dengan ukuran yang sama. Membran kemudian dijepit, kedua elektroda dihubungkan ke LCR meter. Pengukuran dilakukan pada frekuensi 10-1000 Hz dengan amplitudo 1 V pada arus AC.

Gambar 30 LCR meter untuk uji konduktivitas

3.6.3 Fluks membran

Uji fluks dilakukan di Laboratorium Bersama Departemen Kimia IPB. Uji fluks dilakukan untuk mengetahui volum permeat yang melewati suatu membran pada waktu tertentu dengan adanya daya dorong/tekanan, uji fluks juga dapat menentukan seberapa kuat membran dapat dilewati suatu cairan (feed)) . Membran yang akan diuji dipotong sesuai dengan tempat pengujian, dalam pengujian ini membran dipotong dengan ukuran 2,5 x 16,5 cm2. Sebelum diuji membran direndam dalam akuades selama 12 jam. Kemudian membran diletakan di dalam sel uji seperti pada Gambar 31.

43

Pengukuran fluks dilakukan dengan cara menampung permeat yang keluar melalui membran setiap 10 menit. Pengukuran dilakukan sebanyak tiga kali untuk masing-maing membran. Fluks membran dihitung menggunakan persamaan (5). Sistem aliran yang digunakan pada penelitian ini adalah cross flow. Skema aliran dapat dilihat pada Gambar 32.

Gambar 31 Sel uji fluks membran

Gambar 32 Skema aliran cross flow

Gambar 33 Alat uji fluks membran

44

3.6.4 Analisa Spektrofotometri FTIR

Prinsip analisis menggunakan spektroskopi infra merah adalah vibrasi ikatan yang mempunyai frekuensi yang spesifik. Setiap ikatan kimia mempunyai frekuensi vibrasi yang khas sehingga dapat dibedakan dengan analisa puncak serapan infra merah [49]. Analisa FTIR (Fourier Transform Infra Red) dilakukan untuk mengetahui gugus fungsi dari membran. Membran yang akan dianalisa dikeringkan kemudian dimasukan ke dalam tempat sampel dan direkam spektra infra merahnya.

3.6.5 Analisa SEM (Scanning Electron Microscope)

Analisa SEM dilakukan untuk mengamati morfologi dan penampang lintang membran. Analisa SEM dilakukan di Balai Penelitian dan Pengembangan Hutan, alat yang digunakan adalah Bruker 133 eV.

Gambar 34 Alat uji SEM

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Sintesis Silika dari Sekam Padi Proses sintesis silika dilakukan dalam beberapa tahap yaitu pencucian. pengeringan, pengarangan, pengabuan dan pemurnian atau pengasaman. Pencucian dilakukan untuk membersihkan sekam padi dari pengotor sehingga dapat mengurangi impuritas yang dapat mempengaruhi silika yang dihasilkan. Sekam padi yang telah dicuci kemudian dikeringkan. Pengeringan dilakukan untuk mengeliminasi kandungan air dalam sekam padi dengan menguapkan air dari permukaan sekam padi. Proses ini diikuti oleh pengurangan volum [24]. Proses pengeringan dapat dilakukan dengan cara dijemur dibawah sinar matahari atau dengan cara dipanaskan menggunakan oven. Pengeringan dengan cara dijemur relatif lebih lama dan kondisi cuaca kurang mendukung sehingga dalam penelitian ini sekam padi dikeringkan dengan cara dipanaskan menggunakan Furnace dengan suhu 190oC selama 1 jam. Setelah kering sekam padi kemudian diarangkan dilanjutkan dengan pengabuan. Setelah dihasilkan abu dilanjutkan dengan pemurnian dengan asam atau disebut juga mengasaman. Pemurnian dalam kondisi asam bertujuan untuk mengeliminasi kandungan logam dan nonlogam dalam abu sekam padi. Asam yang digunakan adalah HCl, asam klorida akan mengikat oksida logam dan nonlogam diantaranya P2O5, K2O, MgO, Na2O,CaO dan Fe2O3 menjadi kloridanya dan nonlogam kecuali silika menjadi asamnya. Hasil dari pengasaman ini kemudian dipanaskan dengan variasi suhu 600, 800 dan 1000oC. Proses pemanasan dilakukan untuk mempermudah reaksi penguraian dan pelepasan oksida logam dan nonlogam. Suhu yang tinggi akan memberikan tambahan energi bagi abu sekam padi untuk memutuskan ikatan antar atom-atom pembangun unsur atau molekul. Pemutusan ikatan tersebut memungkinkan masing-masing atom menjadi bebas keluar dari abu sekam padi, sehingga yang tersisa adalah silika murni. Hasil dari sintesis silika dapat dilihat pada Gambar 35.

46

Gambar 35 Hasil sintesis silika dari sekam padi

4.2 Karakterisasi Silika 4.2.1 Analisis AAS (Atomic Absorption Spectophotometry) Kandungan silika dalam sekam padi dianalisis menggunakan AAS (Atomic Absorption Spectophotometry). Dari beberapa variasi yang dilakukan yaitu variasi konsentrasi HCl dalam pengasaman dan variasi suhu pemanasan diperoleh data pada Tabel 5. Tabel 5 Komposisi silika pada beberapa perlakuan berdasarkan analisis AAS No.

Sampel

Silika (%)

1 2 3 4 5 6

A1B1 A1B2 A1B3 A2B1 A2B2 A2B3

99,77 88,10 51,12 88,25 96,30 99,82

Berdasarkan Tabel 5 dapat dilihat bahwa variasi konsentrasi HCl dan suhu pemanasan berpengaruh terhadap komposisi silika yang dihasilkan. Kadungan silika paling tinggi terdapat pada sampel A2B3 yaitu dengan menggunakan HCl 37% dan suhu pemanasan 1000oC. Konsentrasi yang lebih tinggi menyebabkan semakin banyak impuritas yang dielimasi sehingga silika yang dihasilkan lebih murni. Demikian juga dengan suhu, semakin tinggi suhu pemanasan semakin besar energi yang dihasilkan untuk memutuskan ikatan antar atom sehingga

47

banyak atom-atom dari unsur lain yang lepas dan hilang sehingga yang tersisa adalah silika. Jika dilihat secara keseluruhan pada sampel A1 (HCl 10%) semakin tinggi suhu pemanasan kandungan silika yang dihasilkan semakin menurun. Sedangkan pada sampel A2 (HCl 37%) semakin tinggi suhu pemanasan, kandungan silika yang dihasilkan semakin tinggi. Ini menunjukkan bahwa suhu berkolerasi dengan kenaikan konsentrasi asam. Berdasarkan data yang diperoleh dapat dilihat bahwa kosentrasi asam rendah akan efektif pada pemanasan suhu rendah, pada pemanasan suhu tinggi kurang efektif sehingga kandungan silika yang dihasilkan lebih sedikit.

4.2.2 Analisis XRD (X Ray Difraction) Silika Sekam Padi Silicon dioxide dikenal juga sebagai silika (dari bahasa Latin Silex), dengan rumus kimia SiO2. Silika pada umumnya ditemukan secara alami sebagai pasir atau kwarsa. Silika adalah mineral yang paling berlimpah di lapisan kulit bumi. Tapi tenyata silika tidak hanya dihasilkan dari perut bumi tapi juga dapat diperoleh dari sekam padi. Silika memiliki dua fase yaitu amorf dan kristal. Dalam fase amorf dikenal dua bentuk yaitu α quartz dan β quartz. Dalam fase kristal ada dua bentuk yaitu trydimite dan cristabolite [15]. Dari analisis XRD dapat diketahui fase dari silika yang dihasikan.

350

300

intensitas

250

200

150

100

50

0 9

19

29

39

49

59

69

79

2 derajat teta

Gambar 36 Hasil XRD untuk silika dalam bentuk amorf

48

Gambar 36 menunjukkan silika dalam fase amorf, dengan pemanasan 600oC. Hanya terdapat satu puncak yaitu pada sudut 20o. Grafik tersebut hampir sama dengan hasil penelitian C. Siriluk dan S. Yuttapong seperti pada Gambar 11. Ada dua bentuk pada fase amorf yaitu bentuk α quartz dan β quartz, yang membedakan bentuk α quartz dan β quartz adalah struktur kristalnya. Berdasarkan grafik pada Gambar 39, pada suhu 600oC dan 800oC tidak tampak perbedaan yang telalu menonjol, tapi jika dilihat dari strukturnya akan terlihat bahwa pada suhu 600oC silika dalam bentuk α quartz strukturnya adalah rombohedral (trigonal) sedangkan pada suhu 800oC silika dalam bentuk β quartz strukturnya adalah hexagonal. Pada Gambar 37 tampak jelas bahwa silika yang dihasilkan adalah dalam fase kristal, ini terlihat dari puncak-puncak karakteristik yang semakin tingi pada sudut-sudut tertentu. Pada kondisi ini ada dua bentuk kristal yaitu trydimite dan cristobalite. Bentuk ini dicapai pada suhu 1000oC. Pada bentuk α-trydimite strukturnya dalah ortorombik sedangkan pada β-cristobalit strukturnya adalah tetragonal atau kubik. Grafik yang dihasilkan tidak jauh berbeda dengan hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Yasushi Shinohara dan Norihiko Kohyama seperti pada Gambar 12, hanya saja pada penelitian ini hanya dilakukan pada suhu 1000oC tidak dilakukan penelitian pada suhu diatas 1000oC.

3000

intensitas

2500

2000

C, T 1500

1000

500

T

C

0 9

19

29

39

49

59

69

79

2 derajat teta

Gambar 37 Hasil XRD untuk silika dalam fase kristal , C: cristobalite T: tridymite

49

Gambar 38 merupakan gambar hasil XRD dari data base, dengan bantuan data base ini dapat dibandingkan hasil XRD penelitian dengan data base-nya, dan ternyata hasilnya tidak terlalu signifikan, artinya hasil penelitian sesuai dengan data yang telah diperoleh.

Gambar 38 Hasil XRD silika kristal dari data base JCPDF

12000

10000

C, T

Intensitas

8000

T

A1B1

C

A1B2 A1B3

6000

Q

A2B1

4000

A2B2 A2B3

2000

0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

2 derajat teta

Gambar 39 Perbandingan hasil XRD

Gambar 39 menunjukkan tahapan terbentuknya fase kristal pada suhu 600, 800 dan 1000oC, terlihat bahwa fase kristal terbentuk pada suhu 1000oC. Dari grafik dapat dilihat bahwa proses pengasaman tidak terlalu berpengaruh terhadap fase silika, yang tampak paling berpengaruh adalah suhu pemanasan. Silika dalam fase kristal tejadi pada suhu 1000oC untuk kedua peroses pengasaman. Silika dalam fase kristal ada dalam dua bentuk yaitu cristobalite dan tridymite, sedangkan quartz merupakan bentuk semikristalin dari silika pada suhu 600oC. Dengan struktur kristal seperti pada Gambar 40.

50

Struktur kristal pada Gambar 40 dapat disesuaikan dengan hasil pengolahan data HKL seperti pada Lampiran 1-.6 Dari pengolahan dengan menggunakan metode Cohen dan Cramer dapat diketahui parameter kisi dari masing-masing bentuk, sehingga akan diketahui srtuktur dari masing-masing bentuk kristal. Parameter kisi yang dapat ditentukan adalah nilai a, b dan c. Untuk struktur kristal ortorombik nilai parameter kisinya a≠b≠c dengan α = β = γ = 90oC, untuk struktur tetragonal nilai parameter kisinya a=b≠c dengan α = β = γ = 90oC, sedangkan untuk struktur heksagonal nilai parameter kisinya a=b≠c dengan α = β = 90o dan γ = 120o. Setelah dilakukan perhitungan ternyata nilai parameter kisi a, b dan c sesuai untuk masing-masing bentuk kristal.

. a

b

c Gambar 40 Struktur kristal SiO2: a) amorf (quartz): heksagonal, b) cristobalite: tetragonal, c) trydimite: ortorombik. Presentase kristalinitas silika dapat diketahui melalui analisis XRD. Dari Tabel 6 dapat dilihat bahwa kristalinitas yang paling besar adalah sampel A2B3. konsentrasi asam dan suhu pemanasan berpengaruh terhadap derajat kristalinitas, semakin tinggi konsentrasi asam dan suhu maka semakin besar pula derajat kristalinitasnya.

51

Tabel 6 Kristalinitas silika Sampel

Kristalinitas (%)

A1B1

20,45

A1B2

36,12

A1B3

77,14

A2B1

22,21

A2B2

39,04

A2B3

78,45

4.2.3 Ukuran Kristal Ukuran kristal dari partikel silika dapat diketahui melalui analisa XRD dari data FWHM-nya, dengan menggunakan persamaan Sherrer [50]

D=

kλ β cos θ

(12)

keterangan k

= 0,9

λ

= 0,1540598 nm

β

= data FWHM/2

θ

= sudut Bragg

Tabel 7 Ukuran kristal Sampel

Ukuran kristal (nm)

A1B3

37,89

A2B3

40,96

Pengukuran ini hanya dapat dilakukan pada sampel A1B3 dan A2B3 tidak dilakukan pada sampel yang lain, karena kedua sampel tersebut sudah dalam keadaan kristal sedangkan sampel yang lainnya masih dalam fase amorf sehingga tidak dapat dilakukan pengukuran terhadap ukuran kristalnya. Nilai β pada sampel dalam fase amorf adalah 0 sehingga tidak dapat dilakukan pengukuran.

52

4.3 Pembuatan Membran Komposit Kitosan-Silika

Tahap awal pembuatan membran adalah pencampuran antara kitosan dan silika. Kitosan dan silika diaduk sampai homogen, dalam penelitian ini digunakan metode sonikasi karena setelah dilakukan perbandingan dengan menggunakan metode yang berbeda yaitu dengan cara sonikasi dan dengan menggunakan magnetik stirer diperoleh campuran yang paling homogen adalah dengan menggunakan metode sonikasi. A

B

Penampang lintang

Penampang lintang

Gambar 41 Hasil SEM membran dengan menggunakan A) magnetik stirer B) ultrasonik

53

Membran dibuat dengan menggunakan metode inversa fasa. Membran dicetak di atas plat kaca yang telah diberi selotif yang berfungsi untuk mengatur ketebalan membran. Membran dikeringkan hingga terjadi perubahan fasa, dari fasa cair menjadi fasa padat (membran). Membran yang telah kering direndam dalam larutan NaOH 2%. NaOH berfungsi sebagai koagulan (non-solvent) yang dapat mengelupaskan membran dari kaca dan menetralisir asam asetat yang ada dalam membran. Gambar 41 adalah hasil SEM dari dua sampel berbeda, yaitu membran yang dibentuk dari campuran yang diaduk dengan menggunakan magnetik stirer dan dengan metode sonikasi. Dari hasil SEM dapat dilihat untuk membran A silika tampak mengumpul pada tempat-tempat tertentu sedangkan pada membran B silika lebih menyebar dan homogen. Dilihat dari samping membran B tampak lebih halus dan merata dibandingkan membran A. Berdasarkan hasil SEM ini, maka untuk pembuatan membran selanjutkan menggunakan metode sonikasi karena hasilnya lebih homogen dan ukuran silika menjadi lebih kecil dan menyebar.

4.4 Karakterisasi Membran Nanokomposit Kitosan-Silika 4.4.1 Derajat Penyerapan Air Derajat penyerapan air atau disebut juga swelling merupakan faktor yang sangat berpengaruh terhadap kinerja membran dalam aplikasinya. Salah satu karakteristik membran yang dapat digunakan sebagai elektrolit dalam fuel cell adalah derajat penyerapan airnya. Nilai ini dapat menentukan sifat fisik membran apakah tahan air atau tidak. Sedikit banyaknya air yang diserap mempengaruhi nilai konduktivitas yang dihasilkan yang akan mempengaruhi fungsi membran dalam aplikasinya [51]. Besar kecilnya nilai konduktivitas dapat menentukan aplikasi dari membran apakah baik untuk fuel cell, filtrasi, absorpsi atau aplikasi lainnya. Semakin banyak air yang diserap biasanya semakin besar konduktivitas yang dihasilkan. Hal ini terjadi karena peranan molekul air yang dapat membuat spesi pembawa muatan terdisosiasi dan mempermudah mobilitas spesi tersebut.

54

Membran yang baik digunakan untuk aplikasi fuel cell adalah membran yang derajat penyerapan airnya kurang dari 50%. Jika penyerapan airnya terlalu tinggi (lebih dari 50%) membran tersebut akan lunak sehingga life time membran lebih singkat. Membran yang lunak tidak dapat digunakan dalam fuel cell karena tidak dapat berfungsi sebagai penyekat di antara dua elektroda. Derajat penyerapan air ditentukan dengan metode gravimetri yaitu dengan menghitung selisih massa kering dan massa basah membran. Hasil pengujian derajat penyerapan air dapat dilihat pada Tabel 8. Dari Tabel tersebut dapat dilihat bahwa yang berpeluang dapat digunakan sebagai fuel cell adalah membran M3 dan M4. Kedua membran tersebut derajat penyerapan airnya adalah 42,84% dan 44,14% (kurang dari 50%). Hal ini terjadi karena komposisi silika pada kedua membran tersebut lebih banyak dibandingkan membran yang lainnya. Kitosan memiliki rantai utama yang hidrofilik karena adanya gugus asam amina bebas dan hidroksi pada atom karbonnya, dengan adanya penambahan silika akan menurunkan derajat hidrofilisitas dari rantai utama kitosan. Silika akan menghambat penyerapan air pada membran, hal ini mengakibatkan penurunan derajat penyerapannya. Tabel 8 Derajat penyerapan air Membran

Derajat penyerapan air (%)

M1

73,63

M2

72,75

M3

42,84

M4

44,14

4.4.2 Konduktivitas dan Impedansi Membran Nilai konduktivitas menyatakan kemampuan membran menghantarkan ion/proton [52]. Semakin besar nilai konduktivitas berarti kemampuan membran untuk menghantarkan proton juga semakin besar. Pada penelitian ini dilakukan pengukuran konduktivitas dan impedansi dengan variasi frekuensi dari 10 Hz-100 KHz. Dari keseluruhan sampel dapat dilihat bahwa konduktivitas semakin

55

meningkat dengan meningkatnya frekuensi, sedangkan nilai impedansi terjadi sebaliknya yaitu semakin menurun dengan meningkatnya frekuensi. Sesuai dengan Hukum Ohm yaitu: V = IR

(13)

dimana nilai tegangan listrik V sangat dipengaruhi oleh besarnya frekuensi berdasarkan persamaan V = Vmaks sin ωt

(14)

dimana ω = 2πf dengan f = frekuensi semakin besar frekuensi semakin semakin kecil tegangan yang dihasilkan. Dari pesamaan (13) dapat dilihat bahwa tegangan berbanding lurus dengan hambatannya, semakin kecil hambatan maka tegangan listrik akan semakin kecil. Nilai konduktivitas berbanding terbalik dengan hambatan sesuai dengan persamaan (15) sehingga semakin kecil hambatan maka nilai konduktivitasnya akan semakin besar. G=

1 R

(15)

Impedansi sebanding dengan hambatan sehingga persamaan konduktivitas dapat dirumuskan dengan persamaan berikut: G=

1 Z

(16)

Sehingga konduktivitas akan berbanding terbalik dengan impedansi.

Dari keseluruhan grafik pada Gambar 42, 43 dan 45 dapat dilihat bahwa membran M1 menghasilkan nilai konduktivitas paling besar dan impedansi yang paling kecil diantara sampel yang lainnya. Kandungan silika mempengaruhi nilai konduktivitas dan impedansi membran.

Kandungan silika pada membran M1

paling kecil di antara membran yang lainnya yaitu 0,125 g tenyata nilai konduktivitasnya paling besar diantara membran yang lain. Pada membran M4 kandungan silika lebih banyak dan ternyata konduktivitas yang terukur sangat kecil sedangkan impedansinya sangat besar. Dengan demikian dapat diketahui bahwa membran dengan komposisi kitosan yang lebih banyak dan silikanya sedikit berperan dalam peningkatan konduktivitas dibandingkan membran yang

56

komposisi silikanya lebih banyak. Jumlah gugus fungsi penukar ion pada kitosan lebih banyak dibandingkan jumlah gugus penukar ion pada silika. Dengan demikian membran yang paling berpeluang dalam aplikasi fuel cell adalah membran M3 dan M4 karena nilai konduktivitasnya kecil, sesuai dengan hasil pengukuran derajat penyerapan air bahwa semakin sedikit air yang diserap semakin kecil nilai konduktivitasnya.

konduktivitas (µS)

Sampel M1

impedensi (kΩ) 7

1800 1600

6

1200 4

1000

3

800

Impedensi

Konduktivitas

1400 5

600 2 400 1

200

0

0 0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

100000

110000

Frekuensi (Hz)

Gambar 42 Hubungan antara frekuensi, konduktivitas dan impedansi pada sampel M1

konduktivitas (µS)

Sampel M2

3000

4,5

2700

4

2400

3,5

2100

3

1800

2,5

1500

2

1200

1,5

900

1

600

0,5

300

0

Impedensi

Konduktivit as

impedensi (kΩ) 5

0 0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

100000

110000

Frekuensi (Hz)

Gambar 43 Hubungan antara frekuensi, konduktivitas dan impedansi pada sampel M2

57

konduktivitas (µS)

Sampel M3

impedensi (kΩ) 3600

4,5

3300

4

3000 2700 2400

3

2100

2,5

1800 2

1500

Impedensi

Konduktivitas

3,5

1200

1,5

900

1

600 0,5

300

0

0 0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

100000

110000

Frekuensi (Hz)

Gambar 44 Hubungan antara frekuensi, konduktivitas dan impedansi pada sampel M3 konduktivitas (µS)

Sampel M4

impedensi (kΩ)

4,5

8000

4

7000 6000

3

5000

2,5 4000 2 3000

1,5

Impedensi

Konduktivitas

3,5

2000

1

1000

0,5 0

0 0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

100000

110000

Frekuensi (Hz)

Gambar 45 Hubungan antara frekuensi, konduktivitas dan impedansi pada sampel M4

4.4.3 Analisa Spektrofotometri FTIR

Untuk mengetahui gugus fungsi dari membran dilakukan analisa dengan menggunakan FTIR. Analisa FTIR (Fourier Transform Infra Red) dilakukan untuk mengetahui gugus fungsi dari membran. Setiap ikatan mempunyai frekuensi vibrasi yang khas sehingga absorpsi infra merah dapat digunakan untuk identifikasi gugus-gugus yang ada dalam suatu senyawa. Berikut adalah hasil FTIR dari sampel-sampel yang berbeda.

58

C≡C C-Cl P-CH3

O-H

N-H

Gambar 46 Hasil karakterisasi FTIR untuk Kitosan murni Dari Gambar 46 dapat dilihat puncak-puncak serapan infra merah yang terdeteksi dalam membran, yang akan menunjukkan gugus-gusus fungsi dari membran. Kitosan memiliki gugus O-H dan NH sesuai dengan srturktur kitosan pada Gambar 9. Intensitas O-H pada grafik tampak lebih lebar dibandingan gugus yang lainnya. Karena gugus kitosan didominasi oleh O-H. Tabel 9 Daftar spektrum inframerah pada membran M0 [49,53] Bilangan gelombang (cm-1)

Jenis ikatan

Keterangan

3400-3200

O-H

Alkohol bending

2250-2100

C≡C

Alkuna stretch

1640-1550

N-H

Amida bending

990-885

P-CH3

Fosfines bending

785-540

C-Cl

Alkil klorida stretch

59

Si-CH3 C-Br Si-Cl

C=C

Si-O-Si N-H C-H OH

Gambar 47 Grafik FTIR untuk membran M1

Dari grafik pada Gambar 47 dapat dilihat puncak-puncak yang muncul dalam membran, setelah penambahan silika dapat dilihat mulai muncul puncak SiO-Si, (Si-O-R, R= alifatik) ini membuktikan bahwa telah terjadi pengikat silangan antara silika dan kitosan. Tabel 10 Daftar spektrum inframerah pada membran M1[49,53] Bilangan gelombang (cm-1)

Jenis ikatan

Keterangan

3400-3200

O-H

Alkohol bending

3000-2850

C-H

Alkana stretch

2250-2100

C≡C

Alkuna stretch

1640-1550

N-H

Amida bending

1110-1000

Si-O-Si

Siloxanes Alifatik stretch

860-760

Si-CH3

Silikon trimetil simetris

650-510

C-Br

Alkil bromida stretch

625-420

Si-Cl

Silikon klorida stretch

60

Si-CH3 C-Br

C-H

C-O-H Si-Cl

N-H

Si-O-Si

O-H

Gambar 48 Grafik FTIR untuk membran M2

Dari grafik pada Gambar 48 dapat dilihat puncak-puncak yang muncul dalam membran. Ikatan yang dihasilkan tidak jauh berbeda dengan membran M1, pada membran ini terbentuk ikatan C-O-H yang tidak terdapat pada membran sebelumnya, ikatan C-O-H merupakan ikatan alkohol, ikatan ini terbentuk dari gugus C, O dan H yang terdapat pada kitosan dan silika. Tabel 11 Daftar spektrum inframerah pada membran M2 [49,53] Bilangan gelombang (cm-1)

Jenis ikatan

Keterangan

3400-3200

O-H

Alkohol bending

3000-2850

C-H

Alkana stretch

1640-1550

N-H

Amida bending

1440-1220

C-O-H

Alkohol bending

1110-1000

Si-O-Si

Siloxanes Alifatik stretch

860-760

Si-CH3

Silikon trimetil simetris

650-510

C-Br

Alkil bromida stretch

625-420

Si-Cl

Silikon klorida stretch

61

C-H C-Br

Si-CH3

N-H

O-H

Si-Cl

Si-O-Si

Gambar 49 Grafik FTIR untuk membran M3

Dari grafik pada Gambar 49 dapat dilihat puncak-puncak yang terdeteksi dalam membran. Ikatan C-O-H pada membran M3 tidak muncul lagi, ini bisa saja terjadi karena gugus C,O dan H pada membran berikatan dengan gugus yang lain tidak hanya membentuk ikatan C-O-H tapi menjadi ikatan lain dengan jumlah yang lebih banyak. Tabel 12 Daftar spektrum inframerah pada membran M3 [49,53] Bilangan gelombang (cm-1)

Jenis ikatan

Keterangan

3200-3400

O-H

Alkohol bending

2850-3000

C-H

Alkana stretch

1550-1640

N-H

Amida bending

1000-1110

Si-O-Si

Siloxanes Alifatik stretch

860-760

Si-CH3

Silikon trimetil simetris

510-650

C-Br

Alkil bromida stretch

625-420

Si-Cl

Silikon klorida stretch

62

C-Cl C-H

C-Br

N-H Si-CH3

O-H

R2PSSH

Si-O-Si

Si-Cl

Gambar 50 Grafik FTIR untuk membran M4 Dari grafik pada Gambar 50 dapat dilihat ikatan yang paling menonjol di antara membran yang lainnya adalah ikatan R2PSSH, gugus ini tidak terdapat pada membran-membran yang lain. Hal ini dapat terjadi karena kandungan silika pada membran ini paling banyak dibandingkan yang lainnya. Silika pada membran inipun tidak 100% murni masih terdapat impuritas, dan dalam jumlah silika yang banyak impuritas tersebut akan terakumulasi menjadi ikatan salah satunya adalah ikatan R2PSSH. Tabel 13 Daftar spektrum inframerah pada membran M4 [48,51] Bilangan gelombang (cm-1)

Jenis ikatan

3400-3200

O-H

Alkohol bending

3000-2850

C-H

Alkana stretch

2420-2300

R2PSSH

1550-1640

N-H

1000-1110

Si-O-Si

Siloxanes Alifatik stretch

860-760

Si-CH3

Silikon trimetil simetris

540-785

C-Cl

Alkil klorida stretch

510-650

C-Br

Alkil bromida strtch

625-420

Si-Cl

Silikon klorida stretch

Keterangan

Asam dithiofosfonik bending Amida bending

63

C-Cl C-Br O-H

C-H

N-H

R2PSSH

C-H

N-H

O-H

Si-CH3 Si-Cl

Si-O-Si

M0

C-Br Si-O-Si Si-CH3 Si-Cl

M1 M2 M3

O-H

C-H C=C

O-H

4000

3500

Si-O-Si

N-H

Si-O-Si

N-H

O-H 4500

N-H

3000

2500

2000

1500

Si-CH3

M4

Si-Cl

Si-CH3C-Br Si-Cl

P-CH3

C-Cl

1000

500

0

Bilangan Gelombang cm-1

Gambar 51 Perbandingan hasil FTIR

Dari Gambar 51 dapat dilihat dengan jelas perbedaan antara membran kitosan murni dan membran setelah penambahan silika. Ikatan O-H semakin menyempit dengan penambahan silika, semakin banyak silika yang ditambahkan intensitas C-Cl dan C-Br semakin tinggi. Puncak C-Br terbentuk dari pembuatan pelet dengan menambahkan KBr pada saat pengujian FTIR. Sedangkan C-Cl kemungkinan ada dari silika yang ditambahkan karena silika telah mengalami proses pengasaman menggunakan HCl, kemungkinan silika masih mengandung HCl sehingga ketika dicampurkan dengan kitosan kemungkinan untuk muncul sangat besar.

4.4.4 Analisis Permeabilitas Membran Permeabilitas membran adalah perbandingan fluks terhadap tekanan yang diberikan [54]. Sistem aliran yang digunakan pada analisis permeabilitas ini adalah sistem aliran cross flow. Penentuan fluks dan permeabilitas membran dilakukan dengan cara melewatkan air/akuades pada membran yang diuji. Pengukuran ini dilakukan tiga kali pengulangan karena sifat permeabilitas membran yang relatif heterogen sehingga diperlukan pengulangan. Pengukuran

64

dilakukan selama 1,5 jam, volum permeat yang keluar diukur setiap 10 menit dengan tekanan 20 psi. Dapat dilihat bahwa membran M3 memiliki nilai fluks dan permeabilitas yang paling tinggi dibandingkan yang lainnya. Ini terjadi karena perbedaan kandungan silika dalam membran tersebut. Silika dalam membran mempengaruhi jumlah permeat yang dihasikan Tabel 14 Hasil perhitungan fluks dan permeabilitas pada tekanan 20 psi Membran

Volum

Fluks

(Liter)

2

Permeabilitas

(L/m .jam) (L/m2.jam.psi)

M0

0,013

0,194

0,010

M1

0,108

1,635

0,082

M2

0,142

2,145

0,107

M3

0,182

2,760

0,138

M4

0,058

0,881

0,044

Berdasarkan data pada Tabel 1 dilihat dari rentang nilai fluksnya M1, M2 dan M3 termasuk ke dalam jenis membran untuk nanofiltrasi, tapi jika dilihat dari besarnya tekanan termasuk ke dalam jenis membran untuk ultrafiltrasi. Sedangkan membran kitosan murni dan M4 termasuk ke dalam jenis membran untuk osmosis balik.

Sulit untuk mengelompokan secara tepat jenis membran tersebut jika

dilihat dari tekanan dan fluksnya. Tapi jika dilihat dari karakteristik yang lain yaitu dari konduktivitas dan derajat penyerapan airnya membran tersebut termasuk membran yang dapat digunakan untuk elektrolisis di dalam fuel cell. Berdasarkan komposisi silika dalam membran secara teori seharusnya M4 yang memiliki fluks dan permeabilitas yang lebih besar karena kandungan silika dalam membran lebih banyak sehingga pori-pori yang terbentukpun akan lebih banyak. Hal ini terjadi karena membran M4 mengalami perlakuan yang berbeda. Proses perendaman sampel M4 dalam NaOH berbeda dengan sampel yang lainnya. Sampel M4 direndam dalam NaOH tanpa proses pemanasan 80oC. Karena ternyata dengan proses yang sama M4 kurang bagus untuk diuji fluks, pori yang terbentuk dalam membran terlalu banyak sehingga membran menjadi rapuh dan tidak kuat untuk diuji fluks.

65

Secara teori M4 akan memiliki fluks dan permeabilitas yang paling besar karena jumlah pori-porinya lebih banyak. Tetapi setelah dilakukan pengujian ternyata membran tersebut gampang robek sebingga tidak dilanjutkan pengujian. Pengujian dilakukan terhadap sampel M4 tetapi pada sampel dengan metode yang berbeda. Tabel 15 Perbandingan nilai permeabilitas air dan metanol pada membran Membran

Permeabilitas air

Membran

Permeabilitas metanol

2

(cm2/menit)

(cm /menit) M1

9,6 x10-5

Kitosan

3,10x10-5

M2

1,32x10-4

Karboksimetil kitosan

1,42x10-4

M3

1,66x10-4

Nafion

1,66x10-5

M4

4,86x10-4

Kitosan-TEOS

0,20

Data pada Tabel 15 menunjukkan hasil perbandingan antara permeabilitas air dan metanol yang melewati membran. Dapat dilihat bahwa air memiliki permeabilitas yang lebih besar dibandingkan metanol. Hal ini terjadi karena adanya perbedaan massa jenis antara air dan metanol serta membran yang digunakan. Massa jenis air adalah 1x103 kg/m3 sedangkan massa jenis metanol adalah 786,6 kg/m3, massa jenis metanol lebih kecil sehingga kemampuan untuk melewati membran lebih sulit dibandingkan air, tetapi tergantung jenis membran yang digunakannya.

0,30

Volum (Liter) m

0,25

M0

0,20

M1 M2

0,15

M3 0,10

M4

0,05

0,00 0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

waktu (jam)

Gambar 52 Hubungan antara volum permeat terhadap waktu

66

4,5 4

Fluks (L/m2.Jam)

3,5

M0

3

M1

2,5

M2 2

M3

1,5

M4

1 0,5 0 0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

1,400

1,600

waktu (jam)

Gambar 53 Hubungan antara fluks terhadap waktu

0,25

0,2

Permeabilitas

M0 M1

0,15

M2 M3

0,1

M4 0,05

0 0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

1,400

1,600

waktu (jam)

Gambar 54 Hubungan antara permeabilitas terhadap waktu

Gambar 52 menunjukkan hubungan antara volum permeat terhadap waktu, dapat dilihat dari grafik bahwa volum permeat berkurang dengan bertambahnya waktu. Ini terjadi karena membran mengalami fouling sehingga aliran air di dalam membran terhambat sehingga permeat yang dihasilkan semakin lama semakin berkurang. Fouling merupakan gejala yang sering terjadi dalam proses filtrasi/separasi. Fouling menyebabkan nilai fluks yang dihasilkan menjadi kecil padahal seharusnya membran yang efektif dan efisien adalah yang memiliki nilai fluks yang tinggi [55,56]. Grafik pada Gambar 53 dan 54 hampir sama terjadi penurunan terhadap waktu karena antara volum permeat, fluks dan permeabilitas saling berhubungan sehingga grafik yang dihasilkan sama. Jika dibandingkan dengan beberapa membran hasil penelitian ternyata membran kitosan-silika ini dapat mengatasi fouling. Grafik hubungan antara fluks

67

dan waktu yang umum terjadi adalah seperti pada Gambar 6. tapi ternyata pada membran ini tidak terjadi demikian. Illias, S. Pada tahun 2002 telah melakukan penelitian untuk mengurangi gejala fouling. Dari hasil penelitiannya diperoleh grafik seperti pada Gambar 23. Jika dibandingkan dengan hasil penelitian ini, dapat dilihat bahwa grafik yang dihasilkan hampir sama dengan grafik untuk membran dengan metode reversal untuk mengatasi fouling. Sehingga dapat diambil kesimpulan bahwa silika yang ada di dalam membran dapat mengurangi terjadinya fouling. Ini bisa saja terjadi karena dari beberapa penelitian diketahui bahwa silika dapat meyerap beberapa urea dan unsur logam di dalam cairan sehingga gejala fouling dapat dikurangi [41]. Dari nilai fluks yang telah diperoleh dapat dicari ukuran pori membran dengan menggunakan persamaan (6) sehingga diperoleh ukuran pori sebagai berikut: Tabel 16 Ukuran pori pada membran Membran

Ukuran pori (nm)

M1

45,38

M2

47,46

M3

49,00

M4

24,60

Dari Tabel 16 dapat dilihat ukuran pori untuk masing-masing sampel. Semua Sampel tergolong dalam membran mesopori karena ukuran porinya terdapat pada rentang 2 nm – 50 nm. Ukuran pori yang paling besar adalah M3, ini sesuai dengan nilai fluks yang dihasilkan, semakin besar nilai fluks menunjukkan semakin besar pori-pori membran. Sedangkan M4 ukuran porinya paling kecil karena mengalami perlakukan yang berbeda pada tahap mengelupasan membran, sehingga mempengaruhi ukuran pori yang dihasilkan.

68

4.4.5 Analisa SEM (Scanning Electron Microscope)

SEM digunakan untuk menganalisa struktur dan pori-pori membran. Gambar 55 memperlihatkan morfologi membran, silika tampak sangat jelas pada membran terutama pada M4. Pada perbesaran 100x pori-pori pada membran belum terlihat jelas. Pori-pori mulai terlihat pada perbesaran 1000x tampak pada Gambar 56, pada M1 pori-pori terlihat sangat jelas sedangkan pada membran yang lainnya pori-pori tidak terlihat, seolah-olah tertutup oleh silika, jika dibandingkan dengan hasil uji permeabilitas ternyata yang memiki nilai fluks paling besar adalah M3. Berdasarkan teori bahwa semakin besar nilai fluks semakin banyak/besar pori-pori yang terbentuk. Dari pengukuran pori yang sudah dilakukan terbukti bahwa semakin besar nilai fluks maka ukuran pori membran akan semakin besar. Tetapi pada uji SEM ini tidak terlalu terlihat ukuran porinya karena membran mengalami kerusakan pada saat pengujian, sehingga tidak dapat dilakukan pengujian untuk perbesaran lebih dari 1000x .

a

b

c

d

Gambar 55 Hasil SEM dengan perbesaran 100x. a) M1, b) M2, c) M3 dan d) M4

69

Pengikatsilangan antara silika dan kitosan terlihat paling rapat pada M4, membran tampak lebih rapat dan kompak. Semakin besar konsentrasi silika pada membran permukaan dan penampang lintang membran akan semakin kompak dan rapat seperti tampak pada Gambar 57. a

b

c

d

Gambar 56 Hasil SEM dengan perbesaran 1000x. a) M1, b) M2, c) M3 dan d) M4 a

b

c

d

Gambar 57 Penampang lintang membran dengan perbesaran 1000x. a) M1, b) M2, c) M3 dan d) M4

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan

Silika telah berhasil disintesis dari sekam padi. Kandungan silika yang paling banyak adalah silika dengan konsentrasi pengasaman 37% pada suhu pemanasan 1000oC dengan derajat kristalinitas 78,45%. Dari hasil XRD dapat diketahui bahwa silika memiliki dua fase yaitu fase amorf dan kristal. Fase kristal terbentuk pada suhu 1000oC. Pada fase amorf bentuk dari silika adalah quartz dengan struktur semikristal heksagonal. Sedangkan pada fase kristal ada dua bentuk yaitu trydimite dan cristobalite,

struktur kristal dari trydimite adalah

ortorombik dan struktur kristal dari cristobalite adalah heksagonal/kubik. Metode sonikasi merupakan metode pengadukan yang paling baik untuk menghasilkan membran yang rapat dan homogen sesuai dengan hasil SEM yang telah dilakukan. Membran yang dihasilkan dari penelitian ini ternyata lebih cocok digunakan untuk fuel cell dibandingkan untuk filtrasi, karena nilai fluksnya yang sangat kecil sehingga tidak cocok untuk filtrasi. Membran nanokomposit dengan perbandingan kitosan:silika 1:0,125 dan 1:0,25 dapat digunakan untuk filtrasi karena derajat penyerapan airnya lebih dari 50% sedangkan membran dengan perbandingan kitosan:silika 1:1 dan 1:1,25 berpeluang untuk diaplikasikan dalam fuel cell karena derajat penyerapan airnya kurang dari 50%. Uji FTIR menunjukkan gugus fungsi yang terbentuk berdasarkan panjang gelombang serapannya. Gugus fungsi antara silika dan kitosan terdapat pada panjang gelombang 1000-1110 cm-1 yaitu gugus fungsi Si-O-Si.

Ikatan O-H

semakin menyempit dengan penambahan silika, semakin banyak silika yang ditambahkan intensitas C-Cl dan C-Br semakin tinggi. Membran nanokomposit dengan perbandingan kitosan:silika 1:0,125 menghasilkan nilai konduktivitas paling besar dan impedansi yang paling kecil. Membran dengan komposisi kitosan

yang lebih banyak

berperan

dalam

peningkatan

dibandingkan membran yang komposisi silikanya lebih banyak.

konduktivitas

71

Semakin banyak pori yang terbentuk semakin besar nilai fluks dan permeabilitsanya. Hasil perhitungan ukuran pori menunjukkan membran tergolong dalam mesopori. Terjadinya fouling berpangaruh terhadap volum permeat, fluks dan permeabilitas sehingga berbanding terbalik terhadap waktu, semakin lama waktu yang digunakan nilai valum, fluks dan permeabilitas membrannya semakin menurun. Hasil SEM tidak terlalu menunjukkan jumlah pori yang terbentuk, jika dilihat dari nilai fluksnya dapat diambil kesimpulan bahwa feed tidak hanya melewati pori tetapi juga dapat meresap melalui silika yang ada di dalam membran.

5.2 Saran

1. Untuk memastikan struktur kristal yang terbentuk diperlukan pengujian lebih lanjut terutama untuk pemanasan diatas 1000oC 2. Diperlukan pengujian lebih lanjut untuk memastikan membran dapat diaplikasikan sebagai fuel cell terutama dalam ion exchange 3. Dalam menentukan fluks dan permeabilitas membrane, perlu dilakukan variasi feed dan tekanan yang digunakan sehingga akan lebih terfokus kearah mana membran tersebut dapat diaplikasikan. 4.

Perlu dilakukan pengukuran rejeksi atau selektivitas membran agar dapat diketahui seberapa kuat membran tersebut dapat menahan suatu zat pelarut/terlarut.

5. Perlu dilakukan pengukuran potensial untuk mengetahui ukuran pori yang terbentuk dari membran.

DAFTAR PUSTAKA [1]

Mulder M. Basic Principles of Membrane Technology. Netherlands: Kluwer Academic Publisher; 1996.

[2]

McGregor WC. Membrane Separations in Biotechnology. New York: Marcel Dekker, Inc; 1986.

[3]

Mallack HM dan Anderson G K. Cross Flow Microfiltration with Dynamic Membranes. Elseveir Science Ltd. 1997; 31

[4]

Notodarmojo S, Mayasanthy D dan Zulkarnain T. Pengolahan Limbah Cair Emulsi Minyak dengan Proses Membran Ultrafiltrasi Dua-Tahap Aliran Cross-Flow. ITB Sains dan Teknik 20004; 36A (1). hlm 45-62

[5]

Li NN, Fane AG, Winston Ho WS, and Matsuura T. Advanced Membrane Technology and Applications. New Jersey: A John Willey and Sons, inc. Publication; 2008.

[6]

Aslak E. Characterisation of Chitin and a Study of its Acid-Catalysed Hydrolysis. [Thesis]. Norwegian: Department of Biotechnology, Faculty of Natural Science and Technology, Norwegian University of Science and Technology Trondheim. P.2-6. 2007.

[7]

Sandford PA. Commercial sources of chitin & chitosan and their utilization. Advances in Chitin Science 2002; 6: 89-100.

[8]

Kumar, M. N. V. R. A review of chitin and chitosan applications. Reactive and Functional Polymers, 2000; 46, 1-27

[9]

Kurita K. Chitin and chitosan: functional biopolymers from marine crustaceans. Marine Biotechnology 2006; 8: 203-226.

[10]

Wan Y, Creber KAM, Peppley B, Bui VT. Synthesis, characterization and ionic conductive properties of phosphorylated chitosan membranes. Macromol. Chem. Phys 2003; 204: 850-858.

[11]

Hara et al. Utilization of Agrowastes for Buildinng Materials. Japan: International Research and Development Cooperation Division, AIST, MITI. 1986.

[12]

Houston DF. Rice Chemistry and Technology. Minnesota: American Association of Cereal Chemist.Inc. 1972.

73

[13]

Guan LC. Mesoporous MCM-48 Synthesized from Rice Husk Ash Silica: Physicochemical Properties and its Catalytic Activity in Acylation Reaction. [Thesis]. Malaysia. Faculty of Science Universiti Teknologi Malaysia. 2005.

[14]

Ramli Z, Bahruji H. Rice Husk Amorphous Silica as Gelation Agents for Vertical Concrete Stains, Cement Additive, Fillers and Absorbants. Malaysian Journal of Chemistry 2003; 5(1): 048 – 055

[15]

Areerob T, Chiarakorn S, Grisdanurak N. Influence of Functional Silanes on Hydrophobicity of MCM-41 Synthesized from Rice Husk. Thailand: Division of Environmental Technology, School of Energy and Materials, King Mongkut’s University of Technology Thonburi. 2004.

[16]

Bharadwaj A, Wang Y, Sridhar S, Arunachalam VS. Pyrolysis of Rice Husk. Current Science 2004; 87( 7)

[17]

Shinohara Y, Kohyama N. Quantitative Analysis of Tridymite and Cristobalite Crystallized in Rice Husk Ash by Heating. Industrial Health 2004; 42: 277–285.

[18]

Shinohara Y, Kohyama N. 2004. Quantitative Analysis of Tridymite and Cristobalite Crystallized in Rice Husk Ash by Heating. Industrial Health 2004; 42: 277–285.

[19]

Dahlan I, Meei Mei G, Kamaruddin AH, Mohamed AR,

Lee KT.

Removal of SO2 and No Over Rice Husk Ash (RHA)/CaO-supported Metal Oxides. Journal of Engineering Science and Technology 2008; 3(2): 109 – 116. [20]

Goyal A, et al. Synergic Effect of Wheat Straw Ash and Rice Husk on Strength Properties of Mortar. Journal of applied Sciences 2007; 7 (21): 3256-3261.

[21]

Ahmed AE, Adam F. Effective and Selective Heterogeneous Catalysts from Rice Husk Ash for the Benzylation of Some Aromatics. Malaysia: School of Chemical Sciences Universiti Sains Malaysia Penang. 2008.

[22]

Khemthong P, Prayoonpokarach S, Wittayakun J. Synthesis and Characterization of Zeolite LSX from Rice Husk Silica. Suranaree J. Sci. Technol 2007; 14(4): 367-379

74

[23]

Nizami MS, Iqbal MZ. Chemical Kinetic Aspects of Solid State Reaction Producing Wellastonite from Rice Husk Silica and Limestone. J.Mater. Sci. Technol 2001; 17(2).

[24]

Rao G, Sastry A, Rohatgi PK. Nature and Reactivity of Silica Available in Rice Husk and its Ashes. Bull. Mater. Sci 1989; 12 (5): 467-479.

[25]

Harsono H. Pembuatan Silika Amorf dari Limbah Sekam Padi. Jurnal Ilmu Dasar 2002; 3(2): 98-103

[26]

Wahab OA, El Nemr A, El Sikaily A, Khaled A. Use of Rice Husk for Adsorption of Direct Dyes from Aqueous Solution: A Cace Study of Direct F. Scarlet. Egyptian Journal of Aquatic Research 2005; 31 (1): 1110-0354

[27]

Siriluk C, Yuttapong S. Structure of Mesoporous MCM-41 Prepared from Rice Husk Ash. The 8th Asian Symposium on Visualization. Chaingmai, Thailand. 2005.

[28]

Nuengmatcha P. Removal of Lead (II) by Using Silica Produced from Rice Husk Ash and Modified with 3-[2-(2-aminoethylamino)-ethylamino]propyl-trimethoxy silane. Department of Science, Faculty of Science and Technology, Rajabhat Nakhon Si Thammarat University.Thailand. 2006.

[29]

Giannotti da Silva F, Jefferson BL, Liborio, Helene P. Improvement of physical and chemical properties of concrete with brazilian silica rice husk (SRH). Fecha de aceptación 2008: 18 – 25

[30]

Jain A, Rao TR, Sambi SS, Grover PD. Energy and Chemical from Rice Husk. Pergamon: Biomass and Bioenergy 1995; 7(1-6): 285-289.

[31]

Singh SK, Mohanty BC, Basu S. Synthesis of SiC from Rice Husk in a Plasma Reactor. Bull. Mater. Sci 2002; 25 (6): 561–563.

[32]

Simonov AD, Mishenko TI, Yazikov NA, Parmon VN. Combustion and Processing of Rice Husk in the Vibrofluidized Bed of Catalyst or Inert Material. Chemistry for sustainable development 2003; 11: 277-283

[33]

Tashima MM, da Silva CAR, Akasaki JL, Barbosa MB. The Possibility of Adding the Rice Husk Ash (RHA) to the Concrete. Brazil: Civil Engineering Department, FEIS/UNESP. 2004.

75

[34]

Kang S, et al. Nanocomposite membranes containing positively polarized gold nanoparticles for facilitated olefin transport. Elsevier: Journal of Membrane Science 2008; 321: 90–93

[35]

Ghazali MHJ, Nawawi M, Tram LT. Pervaporation Dehydration of Isopropanol-Water Mixtures Using Chitosan Zeolite-A Membranes. Jurnal Teknologi 2004: 61–72

[36]

Maachou H, Bal KE, Bal Y, Chagnes A, Cote G, Alliouche D. Characterization and In Vitro Bioactivity of Chitosan/Hydroxyapatite Composite Membrane Prepared by Freeze-Gelation Method. Trends Biomater. Artif. Organs 2008; 22(1)

[37]

Modrzejewska Z, Maniukiewicz W, Wojtasz-Pająk A. Determination of Hydrogel

Chitosan

Membrane

Structure.

Polish

Chitin

Society,

Monograph XI. 2006. [38]

Zhao Z, Wang Z, Nan Y, Wang S. A novel N, O-carboxymethyl amphoteric chitosan/poly(ethersulfone) composite MF membrane and its charged characteristics. Elsevier. Desalination 2002; 144: 35–39

[39]

Liu J, Chen X, Shao Z, Zhou P. Preparation and Characterization of Chitosan/Cu(II) Affinity Membrane for Urea Adsorption. Journal of Applied Polymer Science 2003; 90: 1108–1112.

[40]

Wei L, Linghao Q, Xing T. Chitosan and Randomly Methylated βcyclodextrin Combined to Enhance the Absorption and Elevate the Bioavailability of Estradiol Intranasally: in situ and in vivo Studies. The Journal of American Science 2006; 2(1).

[41]

Ayers MR, Hunt AJ. Synthesis and Properties of Chitosan-Silica Hybrid Aerogels. Paper LBNL-48426. 2001.

[42]

Liu X, Wang M, Risen WMJr. Polymer-Attached Functional InorganicOrganic Hybrid Nano-composite Aerogels. Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 2003; 740.

[43]

Lai JY et al. Dehydration of isopropanol and tetrafluropropanol by pervaporation with chitosan-nanoparticle composite membranes. Taiwan: Membrane Research and Development Center, Chung Yuan University. 2007.

76

[44]

Mohd Nasir NF, Zain NM, Raha MG, Kadri AN. Characterization of Chitosan-poly (Ethylene Oxide) Blends as Haemodialysis Membrane. American Journal of Applied Sciences 2005; 2 (12): 1578-1583.

[45]

Xi FN, Wu JM, Luan MM. Silica-supported Macroporous Chitosan Bead for Affinity Purification of Trypsin Inhibitor. Chinese Chemical Letters 2005; 16(8): 1089-1092.

[46]

Silva1 SS et al. Development of Chitosan Hybrid Bioactive Membranes Prepared through an In Situ Cross-linking Process. 19th European Conference on Biomaterials. 2005.

[47]

Noor E, Kusumawardhani GD. Pemekatan Sirup Glukosa dengan Proses Mikrofiltrasi Crossflow. J.Tek.Ind. Pert. 2001; 12(1): 23-26.

[48]

Ilias S. Flux Enhancement in Crossflow Membrane Filtration: Fouling and It’s Minimization by Flow Reversal. North Carolina: University Department of Chemical Engineering. 2002.

[49]

Colthup NB, Daly LH, Wiberley, SE. Introduction to Infrared and Raman Spectroscopy . New York: Academic Press Inc; 1975.

[50]

Abdullah M. Pengantar Nanosains. Bandung: ITB. 2008.

[51]

Record KA, Haley BT and Turner J. Conductivity Measurements of Synthesis Heteropoly Acid Membranes for Proton Exchange Membrane Fuel

Cells.

Journal

of

Undergraduate

Research.

2006.

http://www.scied.science.doe.gov. [52]

Bozhkova VP, Gedevanishvili MSH, Kvavilashvili ISH and Voronov DA. Cyclic Changes of Membrane Conductivity in Fertilized and Activated Eggs of Teleost (Misgurnus fossilis) and Their Relation to the Cell Shape. Inl. J. Dc. BioI. 1992; 36: 579-582

[53]

Pavia DL, Lampman GM, Kriz GS. Introduction to Spectroscopy. United States: Brooks/Cole Thomson learning; 2001.

[54]

Locatelli F, et all. Effect of Membrane Permeability Effect on Survival of Hemodialysis Patients. Jasn Express. 2009; 10: 1681.

[55]

Bhattacharjee C, Datta S, Saha S. Correlations to Predict Permeate Flux and Rejection in Ultrafiltration Based on Dimensional Analysis. IE (I) Journal CH. 2003; 84.

77

[56]

Kim S-II, Yun JY, Nah JW. Flux and Rejection Enhancement by theFluorination Reaction of Reverse Osmosis Membrane Surface. Applied Chemistry 1999; 3 (2): 148-151

LAMPIRAN Lampiran 1: Pengolahan data XRD untuk sampel A1B1 Puncak 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Puncak 1 2 3 4 5 6

h 1 1 0 1 1 1 2 0 2 1 0 1 3 0 3 2 4 0 2 1 3 2 2 1 1 1 3 1 1 3 3

h 1 1 0 1 1 1

k 0 0 1 1 0 1 0 2 0 1 0 0 0 3 0 2 0 4 2 1 1 0 3 4 2 4 2 1 4 3 3

l 0 1 1 0 2 1 0 1 1 2 3 3 0 1 2 2 0 1 3 5 3 5 1 0 5 2 3 6 3 0 1

2θ 12,3179 17,3196 17,8388 23,4686 25,505 26,6233 27,7405 29,0901 30,893 32,1767 33,0359 35,249 41,9794 43,5336 47,8165 53,0044 56,2833 57,293 59,2024 60,3071 60,7919 62,4414 63,2112 65,7605 67,94 69,7495 71,5791 72,5188 74,6583 75,928 76,7978

k 0 0 1 1 0 1

l 0 1 1 0 2 1

δ 0,6048 9,9833 7,178 9,9131 1,3229 9,9358

θ 6,159 8,6598 8,9194 11,734 12,753 13,312 13,87 14,545 15,447 16,088 16,518 17,625 20,99 21,767 23,908 26,502 28,142 28,647 29,601 30,154 30,396 31,221 31,606 32,88 33,97 34,875 35,79 36,259 37,329 37,964 38,399 Σ

α 1 1 1 3 1 3 4 4 4 3 0 1 9 9 9 12 16 16 12 3 13 4 19 21 7 21 19 3 21 27 27

γ γ2 αγ α2 sin2(2θ) 0 0 0 1 0,0604 1 1 1 1 0,9983 1 1 1 1 0,7178 0 0 0 9 0,9913 4 16 4 1 0,1322 1 1 3 9 0,9935 0 0 0 16 0,2589 1 1 4 16 0,5303 1 1 4 16 0,2494 4 16 12 9 0,4753 9 81 0 0 0,9975 9 81 9 1 0,4066 0 0 0 81 0,8246 1 1 9 81 0,1881 4 16 36 81 0,4077 4 16 48 144 0,1535 0 0 0 256 0,0687 1 1 16 256 0,4589 9 81 108 144 0,2197 25 625 75 9 0,3346 9 81 117 169 0,7955 25 625 100 16 0,1448 1 1 19 361 0,1371 0 0 0 441 0,0446 25 625 175 49 0,8513 4 16 84 441 0,3513 9 81 171 361 0,3929 36 1296 108 9 0,0671 9 81 189 441 0,4545 0 0 0 729 0,2553 1 1 27 729 0,9709 3746 1320 4878

δ2 γδ αδ 0,3658 0 0,6048 99,667 9,9833 9,9833 51,524 7,178 7,178 98,27 0 29,739 1,7501 5,2917 1,3229 98,719 9,9358 29,807

αsin2(θ) γsin2(θ) 0,0153 0 0,4795 0,4795 0,2343 0,2343 1,6398 0 0,0342 0,1369 1,3797 0,4599

sin2(θ) 0,0153 0,4795 0,2343 0,5466 0,0342 0,4599 0,9304 0,8426 0,0668 0,1378 0,5245 0,8851 0,7093 0,0494 0,8847 0,9600 0,0175 0,1322 0,9416 0,9078 0,7260 0,0376 0,0355 0,9887 0,3072 0,0973 0,8895 0,9829 0,1307 0,0685 0,4148

δsin2(θ) 0,0092 4,7878 1,6824 5,4185 0,0453 4,5696

79

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

2 0 2 1 0 1 3 0 3 2 4 0 2 1 3 2 2 1 1 1 3 1 1 3 3

0 2 0 1 0 0 0 3 0 2 0 4 2 1 1 0 3 4 2 4 2 1 4 3 3

0 1 1 2 3 3 0 1 2 2 0 1 3 5 3 5 1 0 5 2 3 6 3 0 1

2,5892 5,3035 2,4942 4,7539 9,9758 4,0663 8,2462 1,8818 4,0774 1,5357 0,6878 4,5898 2,1971 3,3462 7,9557 1,4486 1,3713 0,4466 8,5138 3,5135 3,9297 0,6717 4,5459 2,5537 9,7097 Σ

6,7037 28,127 6,2209 22,599 99,517 16,535 68 3,541 16,625 2,3584 0,4731 21,066 4,8274 11,197 63,294 2,0985 1,8805 0,1995 72,485 12,344 15,442 0,4512 20,665 6,5213 94,278 947,75

0 5,3035 2,4942 19,015 89,783 36,597 0 1,8818 16,31 6,1428 0 4,5898 19,774 83,654 71,602 36,216 1,3713 0 212,85 14,054 35,367 24,182 40,913 0 9,7097 764,19

10,357 21,214 9,9767 14,262 0 4,0663 74,216 16,936 36,697 18,428 11,005 73,437 26,366 10,038 103,42 5,7945 26,055 9,3796 59,597 73,783 74,664 2,0152 95,464 68,95 262,16 1186,9

3,7217 0 3,3706 0,8426 0,2672 0,0668 0,4135 0,5513 0 4,7212 0,8851 7,9663 6,3845 0 0,4454 0,0494 7,9631 3,5391 11,5201 3,8400 0,2800 0 2,1156 0,1322 11,3000 8,4750 2,7235 22,6964 9,4388 6,5346 0,1505 0,9407 0,6753 0,0355 20,7628 0 2,1507 7,6811 2,0433 0,3892 16,9016 8,0060 2,9487 35,3849 2,7455 1,1766 1,8505 0 11,1998 0,4148 126,042 114,755

Dengan menggunakan metode Cohen akan diperoleh nilai konstanta kisinya ∑ α sin 2 (θ ) = C ∑ α 2 + B ∑ αγ + A ∑ αδ ∑ γ sin 2 (θ ) = C ∑ αγ + B ∑ γ 2 + A ∑ γδ ∑ δ sin 2 (θ ) = C ∑ αδ + B ∑ γδ + ∑ δ 2 Untuk memperoleh bilngan numerik A, B dan C dipecahkan dengan metode Cramer, sehingga diperoleh nilai sebagai berikut: data MC21000

126,042 4878 1320 1186,92 114,7554 1320 3746 764,194 68,02821 1187 764 947,749

D= 6,12E+09 Cramer Delta A 1,17E+08 B 70852012 C 2,18E+08

λcu 0,0190 0,0116 0,0356

1,54

a ( λcu/2√C) 3,65

c ( λcu/2√B) 5,747

Rasio (Amstrong) 1,5759

2,4090 4,4690 0,1666 0,6553 5,2331 3,5993 5,8497 0,0931 3,6076 1,4742 0,0120 0,6069 2,0689 3,0378 5,7764 0,0545 0,0487 0,4416 2,6158 0,3418 3,4956 0,6602 0,5943 0,1750 4,0276 68,0282

80

Lampiran 2: Pengolahan data XRD untuk sampel A1B2 Puncak 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

puncak 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

h 1 0 1 1 2 0 1 1 0 1 1 2 1 3 0 3 4 1 1 2 1 1 2 5 1 3

k 0 1 1 0 0 2 1 1 0 0 2 1 2 0 1 0 0 0 1 0 4 1 2 0 3 2

h

l 1 1 0 2 0 1 2 -2 3 3 0 1 2 1 4 3 0 5 5 5 0 6 -5 2 5 4

k 1 0 1 1 2 0 1 1 0 1 1 2 1 3 0

2θ 17,34 17,699 23,648 25,345 28,121 29,4 31,118 31,987 32,886 35,654 36,673 37,752 42,169 43,054 44,448 54,164 56,168 57,113 60,252 62,092 65,921 72,759 76,091 76,273 77,578 78,882

l 0 1 1 0 0 2 1 1 0 0 2 1 2 0 1

1 1 0 2 0 1 2 -2 3 3 0 1 2 1 4

δ 9,9632 8,3355 9,9258 0,445 0,2324 8,1437 0,8628 2,9209 9,8989 7,9107 7,317 0,0281 9,4248 6,4115 2,0173

θ 8,6698 8,8495 11,824 12,673 14,061 14,7 15,559 15,993 16,443 17,827 18,336 18,876 21,085 21,53 22,224 27,082 28,084 28,557 30,126 31,046 32,96 36,379 38,045 38,136 38,789 39,441 Σ δ2 99,2644 69,481 98,5212 0,1980 0,054 66,3201 0,7443 8,5315 97,9881 62,5796 53,5384 0,0008 88,8263 41,1078 4,06938

α 1 1 3 1 4 4 3 3 0 1 7 7 7 9 1 9 16 1 3 4 21 3 12 25 13 19

γ 1 1 0 4 0 1 4 4 9 9 0 1 4 1 16 9 0 25 25 25 0 36 25 4 25 16

γδ 9,9632 8,3355 0 1,7802 0 8,1437 3,4511 11,684 89,09 71,197 0 0,0281 37,699 6,4115 32,276

γ2

αγ

1 1 1 1 0 0 16 4 0 0 1 4 16 12 16 12 81 0 81 9 0 0 1 7 16 28 1 9 256 16 81 81 0 0 625 25 625 75 625 100 0 0 1296 108 625 300 16 100 625 325 256 304 5261 1521

αδ 9,9632 8,3355 29,777 0,445 0,9295 32,575 2,5883 8,7626 0 7,9107 51,219 0,1964 65,973 57,704 2,0173

α2 1 1 9 1 16 16 9 9 0 1 49 49 49 81 1 81 256 1 9 16 441 9 144 625 169 361 2404

αsin2(θ) 0,4696 0,2960 1,3707 0,0112 3,9766 2,8616 0,0661 0,2379 0 0,7285 1,6870 0,0049 4,3394 1,8043 0,0532

sin2(2θ) 0,9963 0,8335 0,9925 0,0445 0,0232 0,8143 0,0862 0,2920 0,9898 0,7910 0,7317 0,0028 0,9424 0,6411 0,2017 0,4715 0,1377 0,2860 0,2838 0,4550 0,0028 0,2316 0,4077 0,5888 0,6731 0,1127

γsin2(θ) 0,4696 0,2960 0 0,0450 0 0,7154 0,0882 0,3172 4,0475 6,5568 0 0,0007 2,4796 0,2004 0,8523

sin2(θ) 0,4696 0,2960 0,4569 0,0112 0,9941 0,7154 0,0220 0,0793 0,4497 0,7285 0,2410 0,0007 0,6199 0,2004 0,0532 0,8634 0,0357 0,0775 0,9231 0,1308 0,9993 0,9382 0,1152 0,1793 0,7858 0,9709

δsin2(θ) 4,6791 2,4674 4,5353 0,0050 0,2310 5,8262 0,0190 0,2316 4,4517 5,7633 1,7634 2E-05 5,8426 1,2853 0,1074

81

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

3 4 1 1 2 1 1 2 5 1 3

0 0 0 1 0 4 1 2 0 3 2

3 0 5 5 5 0 6 -5 2 5 4

4,7154 1,3777 2,8607 2,8382 4,5502 0,028 2,3168 4,0771 5,888 6,7316 1,1278 Σ

22,2352 1,8979 8,1834 8,0551 20,7039 0,0007 5,3674 16,622 34,6691 45,3139 1,2719 855,546

42,439 0 71,517 70,954 113,75 0 83,404 101,93 23,552 168,29 18,045 973,94

42,439 22,043 2,8607 8,5145 18,201 0,5881 6,9503 48,925 147,2 87,51 21,428 685,06

7,7712 0,5714 0,0775 2,7694 0,5235 20,9853 2,8148 1,3823 4,4844 10,2161 18,4483 87,9522

7,7712 0 1,9381 23,0785 3,2721 0 33,7777 2,8799 0,7175 19,6463 15,5354 124,686

Dengan menggunakan metode Cohen akan diperoleh nilai konstanta kisinya ∑ α sin 2 (θ ) = C ∑ α 2 + B ∑ αγ + A ∑ αδ ∑ γ sin 2 (θ ) = C ∑ αγ + B ∑ γ 2 + A ∑ γδ ∑ δ sin 2 (θ ) = C ∑ αδ + B ∑ γδ + ∑ δ 2 Untuk memperoleh bilngan numerik A, B dan C dipecahkan dengan metode Cramer, sehingga diperoleh nilai sebagai berikut: data MC21000

D= Cramer A B C λcu 1,5405

87,9521 2404 1521 685,0574 124,686 1521 5261 973,9392 54,8797 685,0574 973,9392 855,5464

6,12E+09 Delta 1,17E+08 70852012 2,18E+08

0,0190 0,0115 0,0356

a c Rasio (λcu/2√C) (λcu/2√B) (Amstrong) 4,0779 7,1598 1,7557

4,0716 0,0492 0,2217 2,6200 0,5955 0,0279 2,1737 0,4696 1,0561 5,29 1,0950 54,8797

82

Lampiran 3: Pengolahan data XRD untuk sampel A1B3 Puncak 1 2 3 4 5 6 7 8

h 6 0 4 6 2 4 1 15

Puncak 1 2 3 4 5 6 7 8

h 6 0 4 6 2 4 1 15

k 0 0 1 1 1 1 2 1

l 0 2 0 0 2 2 0 1

k 0 0 1 1 1 1 2 1

2θ 20,7943 21,7987 22,8298 27,4821 28,321 31,2611 36,0239 56,8431

l 0 2 0 0 2 2 0 1

δ 8,6656 0,3658 5,5315 5,0683 0,0217 0,2378 9,8913 0,8421 Σ

θ 10,3972 10,8994 11,4149 13,7411 14,1605 15,6306 18,012 28,4216 Σ

α 36 0 21 43 7 21 7 241

γ2

γ 0 4 0 0 4 4 0 1

δ2 γδ 75,0927 0 0,1338 1,4632 30,5977 0 25,6882 0 0,00047 0,0870 0,05655 0,9512 97,8399 0 0,70921 0,8421 230,118 3,34365

0 16 0 0 16 16 0 1 49

αδ 311,9619 0 116,1621 217,9393 0,15233 4,9938 69,2395 202,9559 923,4049

αγ 0 0 0 0 28 84 0 241 353

α2 sin2(2θ) 1296 0,8665 0 0,0365 441 0,5531 1849 0,5068 49 0,0021 441 0,0237 49 0,9891 58081 0,0842 62206

αsin2(θ) 24,5752 0 17,5189 36,5985 6,99619 0,12559 3,86479 5,18546 94,8647

γsin2(θ) 0 3,9630 0 0 3,9978 0,0239 0 0,0215 8,0063

Dengan menggunakan metode Cohen akan diperoleh nilai konstanta kisinya ∑ α sin 2 (θ ) = C ∑ α 2 + B ∑ αγ + A ∑ αδ ∑ γ sin 2 (θ ) = C ∑ αγ + B ∑ γ 2 + A ∑ γδ ∑ δ sin 2 (θ ) = C ∑ αδ + B ∑ γδ + ∑ δ 2 Untuk memperoleh bilngan numerik A, B dan C dipecahkan dengan metode Cramer, sehingga diperoleh nilai sebagai berikut: data MC21000

D= Cramer A B C

94,8647 62206 353 923,4049 8,0063 353 49 3,3436 20,7088 923,405 3,3436 230,118 6,3E+08 Delta -469601 1E+08 5,7E+07

λcu -0,0007 0,1625 0,0906

1,5405

a c (λcu/2√C) (λcu/2√B) 2,5589 1,9104

Rasio (Amstrong) 0,7465

sin2(θ) 0,6826 0,9907 0,8342 0,8511 0,9994 0,0059 0,5521 0,0215

δsin2(θ) 5,9155 0,3624 4,6145 4,3138 0,0217 0,0014 5,4611 0,0181 20,7088

83

Lampiran 4: Pengolahan data XRD untuk sampel A2B1 Puncak 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38

h 1 0 1 0 0 1 0 1 2 3 0 1 4 2 1 1 5 1 4 2 3 3 0 5 0 2 2 5 4 1 7 2 6 8 1 0 0 2

k 1 2 1 0 2 2 1 0 2 1 3 3 0 2 4 4 0 4 2 1 3 4 3 3 5 3 6 1 0 7 0 6 3 0 1 2 6 7

l 0 1 2 3 2 2 4 4 0 1 3 2 0 3 0 2 1 3 0 6 3 0 7 2 6 7 0 6 8 0 4 4 0 0 10 10 7 0

2θ 11,1185 14,4058 15,4233 16,5809 17,4993 21,2932 22,4306 22,9696 24,0874 25,7846 26,863 27,3823 28,1812 29,6394 32,8061 34,8743 36,503 37,4423 38,1468 39,6458 42,1493 45,9074 47,4866 51,565 54,279 55,9234 58,0228 59,3932 61,3218 62,4818 64,6804 67,94 69,2196 70,4393 71,819 72,6988 73,6286 74,5383

θ 5,5592 7,2029 7,7116 8,2904 8,7496 10,6466 11,2153 11,4848 12,0437 12,8923 13,4315 13,6911 14,0906 14,8197 16,4030 17,4371 18,2515 18,7211 19,0734 19,8229 21,0746 22,9537 23,7433 25,7825 27,1395 27,9617 29,0114 29,6966 30,6609 31,2409 32,3402 33,97 34,6098 35,2196 35,9095 36,3494 36,8143 37,2691 Σ

α γ γ2 αγ α2 3 0 0 0 9 4 1 1 4 16 3 4 16 12 9 0 9 81 0 0 4 4 16 16 16 7 4 16 28 49 1 16 256 16 1 1 16 256 16 1 12 0 0 0 144 13 1 1 13 169 9 9 81 81 81 13 4 16 52 169 16 0 0 0 256 12 9 81 108 144 21 0 0 0 441 21 4 16 84 441 25 1 1 25 625 21 9 81 189 441 28 0 0 0 784 7 36 1296 252 49 27 9 81 243 729 37 0 0 0 1369 9 49 2401 441 81 49 4 16 196 2401 25 36 1296 900 625 19 49 2401 931 361 52 0 0 0 2704 31 36 1296 1116 961 16 64 4096 1024 256 57 0 0 0 3249 49 16 256 784 2401 52 16 256 832 2704 63 0 0 0 3969 64 0 0 0 4096 3 100 10000 300 9 4 100 10000 400 16 36 49 2401 1764 1296 67 0 0 0 4489 36715 9827 35561

sin2(2θ) 0,9849 0,9295 0,0788 0,5870 0,9521 0,4129 0,1810 0,6882 0,7483 0,3680 0,9747 0,6058 0,0086 0,9582 0,9677 0,0970 0,8660 0,0645 0,1873 0,8652 0,9328 0,8796 0,1258 0,9281 0,5860 0,3425 0,9906 0,0856 0,9963 0,1176 0,9248 0,8513 0,0108 0,9404 0,1796 0,1830 0,9609 0,5742

sin2(θ) 0,4386 0,6327 0,9798 0,8212 0,3906 0,8830 0,9524 0,7791 0,2491 0,1025 0,5793 0,8139 0,9978 0,6021 0,4101 0,9751 0,3170 0,0163 0,0492 0,6835 0,6296 0,6734 0,9674 0,3660 0,8216 0,0945 0,4517 0,9781 0,4696 0,0303 0,6370 0,3072 0,0027 0,3779 0,9528 0,9519 0,5980 0,1737

84

Lanjutan ….. Puncak 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38

h 1 0 1 0 0 1 0 1 2 3 0 1 4 2 1 1 5 1 4 2 3 3 0 5 0 2 2 5 4 1 7 2 6 8 1 0 0 2

k 1 2 1 0 2 2 1 0 2 1 3 3 0 2 4 4 0 4 2 1 3 4 3 3 5 3 6 1 0 7 0 6 3 0 1 2 6 7

l 0 1 2 3 2 2 4 4 0 1 3 2 0 3 0 2 1 3 0 6 3 0 7 2 6 7 0 6 8 0 4 4 0 0 10 10 7 0

δ δ2 9,8496 97,0156 9,2955 86,4073 0,7886 0,62201 5,8709 34,4677 9,5214 90,6580 4,1299 17,0565 1,8100 3,27616 6,8829 47,3746 7,4839 56,0088 3,6804 13,5455 9,7478 95,0208 6,0582 36,7029 0,0864 0,0074 9,5826 91,8279 9,6772 93,6498 0,9703 0,9416 8,6605 75,0058 0,6451 0,41622 1,8738 3,5114 8,6523 74,863 9,3281 87,0137 8,7963 77,3753 1,2588 1,5848 9,2819 86,1546 5,8609 34,3507 3,4259 11,7369 9,9068 98,1457 0,8567 0,7340 9,9631 99,2643 1,1761 1,3832 9,2481 85,5288 8,5138 72,4854 0,1089 0,0118 9,4044 88,4431 1,7960 3,2256 1,8309 3,3525 9,6098 92,3493 5,7424 32,9762 Σ 1794,497

γδ 0 9,2955 3,1547 52,838 38,085 16,519 28,960 110,1268 0 3,6804 87,7307 24,2331 0 86,2442 0 3,8815 8,6605 5,8063 0 311,4849 83,9530 0 61,6859 37,1278 210,9944 167,8705 0 30,8446 637,6415 0 147,9709 136,2214 0 0 179,6022 183,0991 470,8831 0 3138,598

αδ αsin2(θ) 29,5489 1,3160 37,1822 2,5308 2,3660 2,9396 0 0 38,0858 1,5624 28,9096 6,1815 1,8100 0,9524 6,8829 0,7791 89,8068 2,9903 47,8455 1,3327 87,7307 5,2145 78,7577 10,5809 1,3838 15,9653 114,9923 7,2256 203,223 8,6137 20,37797 20,477 216,5149 7,9252 13,5481 0,3443 52,4684 1,3796 60,5665 4,7848 251,8592 16,999 325,4641 24,918 11,3300 8,7072 454,8158 17,9348 146,5239 20,5419 65,0926 1,7973 515,1563 23,4906 26,5606 30,321 159,4104 7,5143 67,03947 1,7283 453,1609 31,2177 442,7196 15,9768 6,8628 0,1720 601,8829 24,1905 5,38805 2,8586 7,32396 3,8076 345,9549 21,5553 384,7474 11,6414 5403,295 368,4711

γsin2(θ) δsin2(θ) 0 4,3209 0,6327 5,8813 3,9195 0,7728 7,3916 4,8217 1,5624 3,7192 3,5323 3,6470 15,2398 1,7240 12,4664 5,3628 0 1,8649 0,1025 0,3773 5,2145 5,6478 3,2556 4,9309 0 0,0863 5,4192 5,7701 0 3,9694 3,9004 0,9462 0,3170 2,7455 0,1475 0,0105 0 0,0923 24,6078 5,9143 5,6664 5,8730 0 5,9240 47,406 1,2179 1,4640 3,3973 29,580 4,8158 4,6352 0,3240 0 4,4753 35,2116 0,8380 30,0574 4,6791 0 0,0356 10,1935 5,8919 4,9159 2,6158 0 0,0002 0 3,5546 95,2879 1,7113 95,1912 1,7429 29,3392 5,7539 0 0,9977 476,659 116,4554

85

Dengan menggunakan metode Cohen akan diperoleh nilai konstanta kisinya ∑ α sin 2 (θ ) = C ∑ α 2 + B ∑ αγ + A ∑ αδ ∑ γ sin 2 (θ ) = C ∑ αγ + B ∑ γ 2 + A ∑ γδ ∑ δ sin 2 (θ ) = C ∑ αδ + B ∑ γδ + ∑ δ 2 Untuk memperoleh bilngan numerik A, B dan C dipecahkan dengan metode Cramer, sehingga diperoleh nilai sebagai berikut: data 35561 9827 5403,295 MC21000 368,4711 476,659 9827 36715 3138,598 116,4554 5403,295 3138,598 1794,497 D= 1,08E+12 Cramer Delta A 8,14E+08 B 9,44E+09 C 5,12E+10 λcu

0,0007 0,0087 0,0473

a c (λcu/2√C) (λcu/2√B) 1,5405 3,5397 8,2426

Rasio (Amstrong) 2,3285

86

Lampiran 5: Pengolahan data XRD untuk sampel A2B2 Puncak 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

h 0 1 1 3 0 0 2 1 2 1 4 3 0 5 2 6 3 1 0 6

Puncak 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

h 0 1 1 3 0 0 2 1 2 1 4 3 0 5 2 6 3 1 0 6

k 0 0 2 0 1 3 2 3 2 3 0 2 1 0 3 0 2 1 6 2

k 0 0 2 0 1 3 2 3 2 3 0 2 1 0 3 0 2 1 6 2

l 3 3 2 1 4 2 1 0 2 2 0 1 6 0 5 0 6 8 5 3

l 3 3 2 1 4 2 1 0 2 2 0 1 6 0 5 0 6 8 5 3

2θ 16,4611 17,719 21,1734 21,7571 22,9895 23,8678 24,906 25,545 26,4636 27,1426 28,3809 31,9969 34,5295 36,1333 43,9483 46,2372 49,066 50,2455 57,6329 63,3012

θ 8,23055 8,8595 10,5867 10,8785 11,4947 11,9339 12,453 12,7725 13,2318 13,5713 14,1904 15,9984 17,2647 18,0666 21,9741 23,1186 24,533 25,1227 28,8164 31,6506 Σ

δ δ2 4,6776 21,880 8,1839 66,976 5,3232 28,337 0,5378 0,2892 7,0657 49,924 9,0933 82,688 0,5053 0,2553 1,6054 2,5774 9,4352 89,024 8,1929 67,1248 0,1131 0,0127 3,0122 9,0735 0,0078 0,0061 9,9997 99,9950 0,0115 0,0001 6,0060 36,0720 8,6834 75,4026 0,0039 0,0016 7,8135 61,0520 2,0457 4,1852 Σ 694,8717

α 0 1 7 9 1 9 12 13 12 13 16 19 1 25 19 36 19 3 36 52

γ 9 9 4 1 16 4 1 0 4 4 0 1 36 0 25 0 36 64 25 9

γδ 42,0984 73,6551 21,2931 0,5378 113,0517 36,3733 0,5053 0 37,7410 32,7719 0 3,0122 0,2825 0 0,2888 0 312,6049 0,2555 195,3395 18,4121 888,2237

γ2 αγ 81 0 81 9 16 28 1 9 256 16 16 36 1 12 0 0 16 48 16 52 0 0 1 19 1296 36 0 0 625 475 0 0 1296 684 4096 192 625 900 81 468 8504 2984

αδ 0 8,1839 37,2629 4,8407 7,0657 81,8400 6,0643 20,8707 113,223 106,5087 1,8101 57,2323 0,0078 249,9938 0,2195 216,2161 164,9859 0,0119 281,2889 106,381 1464,008

α2 0 1 49 81 1 81 144 169 144 169 256 361 1 625 361 1296 361 9 1296 2704 8109

αsin2(θ) 0 0,2869 5,8935 8,8773 0,7708 3,14501 0,1535 0,5445 4,5741 9,2630 15,9546 1,5586 0,9998 12,4376 0,0054 29,3756 6,0530 0,0003 9,5833 2,8115 112,2892

sin2(2θ) 0,4677 0,8183 0,5323 0,0537 0,7065 0,9093 0,0505 0,1605 0,9435 0,8192 0,0113 0,3012 0,0007 0,9999 0,0011 0,6006 0,8683 0,0003 0,7813 0,2045

sin2(θ) 0,8647 0,2869 0,8419 0,9863 0,7708 0,3494 0,0127 0,0418 0,3811 0,7125 0,9971 0,0820 0,9998 0,4975 0,0002 0,8159 0,3185 0,0099 0,2662 0,0540

γsin2(θ) δsin2(θ) 7,7829 4,0450 2,5822 2,3481 3,3677 4,4818 0,9863 0,5305 12,333 5,4465 1,3977 3,1776 0,0127 0,0064 0 0,0672 1,5247 3,5965 2,8501 5,8378 0 0,1128 0,0820 0,2471 35,9927 0,0078 0 4,9749 0,0072 0,0003 0 4,9008 11,4688 2,7663 0,0063 0,0001 6,6551 2,0800 0,4866 0,1106 87,5375 44,7384

87

Dengan menggunakan metode Cohen akan diperoleh nilai konstanta kisinya ∑ α sin 2 (θ ) = C ∑ α 2 + B ∑ αγ + A ∑ αδ ∑ γ sin 2 (θ ) = C ∑ αγ + B ∑ γ 2 + A ∑ γδ ∑ δ sin 2 (θ ) = C ∑ αδ + B ∑ γδ + ∑ δ 2 Untuk memperoleh bilngan numerik A, B dan C dipecahkan dengan metode Cramer, sehingga diperoleh nilai sebagai berikut: data 8109 2984 1464,008 MC21000 112,2892 87,5375 2984 8504 888,2237 44,7384 1464,008 888,2237 694,8717 D= Cramer A B C λcu

2,49E+10 Delta 68857351 92024818 1,34E+09

0,0027 0,0037 0,0538

a c (λcu/2√C) (λcu/2√CB 1,5405 3,3202 12,6620

Rasio (Amstrong) 3,8135

88

Lampiran 6: Pengolahan data XRD untuk sampel A2B3 Puncak 1 2 3 4 5 6 7

Puncak 1 2 3 4 5 6 7

h 3 1 4 6 4 0 15

h 3 1 4 6 4 0 15

k 1 0 1 1 1 2 1

l 0 2 0 0 2 0 1

k 1 0 1 1 1 2 1

l 0 2 0 0 2 0 1

2θ 20,8542 21,869 22,9067 27,588 31,336 36,0945 56,9731

δ 8,2329 0,1484 6,2868 4,0158 0,0637 9,9885 1,6958 Σ

θ 10,4271 10,9345 11,4533 13,794 15,668 18,0472 28,4865 Σ

α 13 1 21 43 21 4 241

δ2 67,7811 0,0220 39,5249 16,1268 0,0040 99,7715 2,8758 226,1064

γ2

γ 0 4 0 0 4 0 1

γδ 0 0,5938 0 0 0,2549 0 1,6958 2,5446

0 16 0 0 16 0 1 33 αδ 107,0281 0,1484 132,0246 172,6805 1,3386 39,9542 408,6928 861,8674

αγ 0 4 0 0 84 0 241 329

α2 sin2(2θ) 169 0,8232 1 0,0148 441 0,6286 1849 0,4015 441 0,0063 16 0,9988 58081 0,1695 60998

αsin2(θ) 9,2323 0,9962 16,8982 38,1318 0,0335 2,0676 10,6916 78,0514

γsin2(θ) 0 3,9850 0 0 0,0063 0 0,0443 4,0358

Dengan menggunakan metode Cohen akan diperoleh nilai konstanta kisinya ∑ α sin 2 (θ ) = C ∑ α 2 + B ∑ αγ + A ∑ αδ ∑ γ sin 2 (θ ) = C ∑ αγ + B ∑ γ 2 + A ∑ γδ ∑ δ sin 2 (θ ) = C ∑ αδ + B ∑ γδ + ∑ δ 2 Untuk memperoleh bilngan numerik A, B dan C dipecahkan dengan metode Cramer, sehingga diperoleh nilai sebagai berikut: data MC21000

D= Cramer A B C

78,0514 60998 4,03584 329 19,8533 861,8674

4,07E+08 Delta -257535 49577549 36177925

329 861,8674 33 2,5446 2,5446 226,1064

λcu -0,0006 0,1217 0,0888

a c (λcu/2√C) (λcu/2√B) 1,5405 2,5842 2,2075

Rasio (Amstrong) 0,8542

sin2(θ) 0,7101 0,9962 0,8046 0,8867 0,0015 0,5169 0,0443 δsin2(θ) 5,8468 0,1479 5,0589 3,5611 0,0001 5,1631 0,0752 19,853

89

Lampiran 7. Perhitungan ukuran kristal dari data FWHM Data FWHM sampel A1B3 Puncak 1 2 3 4 5 6 7 8

2θ (deg) 20,7943 21,7987 22,8298 27,4821 28,3210 31,2611 36,0239 56,8431

d (A) 4,26829 4,07384 3,89213 3,24290 3,14872 2,85896 2,49114 1,61843

I/II 17 100 6 3 3 4 21 3

FWHM Intensitas Integrasi (deg) 0,6022 302 14682 0,4273 1734 42717 0,5866 109 9077 0,39 52 1489 0,4266 60 1857 0,417 77 2128 0,3527 386 8095 0,72 55 2266

Data FWHM sampel A2B3 Puncak 1 2 3 4 5 6 7 8

2θ (deg) 20,8542 21,8690 22,9097 27,5880 28,3085 31,3360 36,0945 56,9731

d (A) 4,25617 4,06091 3,87874 3,23069 3,15008 2,85230 2,48643 1,61505

I/II 14 100 4 3 4 6 19 3

FWHM Intensitas Integrasi (deg) 0,6316 269 13735 0,3952 1963 44322 0,616 80 7633 0,468 60 1403 0,545 84 2516 0,387 124 3129 0,3672 366 8321 0,6 60 2314

= yang dipakai dalam perhitungan Pengukuran ukuran kristal dengan menggunakan persamaan Sharrer

D=

kλ β cos θ

Setelah dilakukan perhitungan diperoleh data seperti pada tabel berikut: k 0,9 0,9

λ (nm) 0,15406 0,15406

FWHM (deg) 0,4273 0,3952

β (FWHM/2) (deg) 0,21365 0,19760

β 2θ θ cos θ D (rad) (nm) 0,003727 21,8690 10,9345 0,981863 37,88968 0,003447 21,7978 10,8989 0,981981 40,96235

90

Lampiran 8: Rekapitulasi nilai konduktivitas dan impedansi M1 Frekuensi (Hz) 10

100

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Konduktivitas (µS) 0,6297 0,6195 0,6039 0,6177 0,8065 0,7859 0,7676 0,7867 2,2607 2,2579 0,9952 1,8379 2,2872 2,2721 2,2587 2,2727 2,3571 2,3468 2,3362 2,3467 2,4362 2,4265 2,4188 2,4272 2,5055 2,4982 2,4814 2,4950 2,5633 2,5805 2,5827 2,5755 2,6241 2,6248 2,6039 2,6176

Impedansi (kΩ) 1525,30 1549,90 1590,30 1555,17 1165,60 1191,40 1221,10 1192,70 437,90 438,29 430,18 435,46 403,11 405,01 406,65 404,92 359,59 360,36 361,27 360,41 321,28 321,89 322,33 321,83 289,95 289,73 293,53 291,07 263,64 263,34 263,87 263,62 243,65 263,48 244,66 250,60

Frekuensi (Hz) 4000

4500

5000

5500

6000

6500

7000

7500

8000

Konduktivitas (µS) 2,7116 2,6832 2,6896 2,6948 2,7718 2,8440 2,7970 2,8043 2,8500 2,8253 2,8113 2,8289 2,9394 2,9244 2,9242 2,9293 3,0146 2,9970 3,0047 3,0054 3,0978 3,1724 3,1206 3,1303 3,2119 3,2078 3,2151 3,2116 3,2867 3,3227 3,2835 3,2976 3,3504 3,3672 3,3694 3,3623

Impedansi (kΩ) 224,69 225,00 225,91 225,20 209,61 206,23 207,58 207,81 194,39 196,04 195,54 195,32 181,90 182,30 182,14 182,11 171,05 171,70 171,51 171,42 160,46 159,88 159,82 160,05 151,80 151,51 151,45 151,59 144,14 143,49 145,33 144,32 137,20 137,18 137,33 137,24

91

Lanjutan…. Frekuensi (Hz) 8500

9000

9500

10000

15000

20000

30000

Konduktivitas (µS) 3,4400 3,4390 3,4469 3,4420 3,5226 3,4831 3,6110 3,5389 3,6135 3,6184 3,6101 3,6140 3,7817 3,7850 3,8180 3,7949 4,3250 4,4566 4,3956 4,3924 4,8446 4,9076 4,9296 4,8939 5,5949 5,5968 5,5667 5,5861

Impedansi (kΩ) 130,51 131,19 130,61 130,77 125,54 124,50 123,62 124,55 119,23 119,39 119,38 119,33 113,50 113,24 112,98 113,24 82,24 82,63 81,86 82,25 64,86 64,88 64,40 64,71 45,92 45,75 45,81 45,83

Frekuensi (Hz) 40000

50000

60000

70000

80000

90000

100000

Konduktivitas (µS) 5,9801 6,0190 6,0272 6,0088 6,3318 6,3192 6,3322 6,3277 5,4540 6,4448 6,5025 6,1338 6,4676 6,4572 6,4755 6,4668 6,3576 6,5072 6,3297 6,3982 6,1507 6,8600 6,1415 6,3841 5,8111 5,6961 5,1683 5,5585

Impedansi (kΩ) 35,89 35,82 35,75 35,82 29,35 29,94 29,40 29,56 24,35 24,38 24,93 24,55 21,66 21,61 21,58 21,62 19,08 19,08 19,11 19,09 17,08 17,07 17,08 17,08 15,44 15,48 15,47 15,46

92

Lampiran 9: Rekapitulasi nilai konduktivitas dan impedansi M2 Frekuensi (Hz) 10

100

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

Konduktivitas (µS) 0,2901 0,4157 0,3938 0,3666 0,6398 0,6084 0,6170 0,6217 0,8785 0,9011 0,8766 0,8854 0,6783 0,6759 0,6767 0,6769 0,7626 0,7615 0,7614 0,7618 0,8021 0,7984 0,7945 0,7983 0,8725 0,8646 0,8634 0,8668 0,9329 0,9277 0,9356 0,9321 0,9621 0,9907 0,9842 0,9790 1,0425 1,0472 1,0365 1,0421

Impedansi (kΩ) 3142,400 2330,500 2445,400 2639,433 1489,400 1568,200 1542,900 1533,500 1020,200 983,280 1014,300 1005,927 1226,600 1231,200 1229,500 1229,100 1065,700 1067,300 1067,600 1066,867 986,980 991,140 995,960 991,360 892,710 899,800 900,270 897,593 828,030 833,280 823,010 828,107 789,000 777,550 786,940 784,497 736,010 740,050 742,290 739,450

Frekuensi (Hz) 4500

5000

5500

6000

6500

7000

7500

8000

8500

9000

Konduktivitas (µS) 1,0723 1,0596 1,0758 1,0692 1,1311 1,1261 1,1291 1,1288 1,1716 1,1698 1,1798 1,1737 1,2240 1,2477 1,2402 1,2373 1,2994 1,3003 1,3038 1,3012 1,3554 1,3588 1,3577 1,3573 1,4263 1,4220 1,4178 1,4220 1,4828 1,4835 1,4720 1,4794 1,5444 1,5161 1,5222 1,5276 1,5669 1,5705 1,5723 1,5699

Impedansi (kΩ) 716,990 722,230 716,610 718,610 677,320 683,900 686,990 682,737 652,940 659,640 655,140 655,907 621,970 621,060 620,420 621,150 590,890 587,010 587,290 588,397 565,750 562,790 562,490 563,677 537,740 536,980 536,270 536,997 515,090 516,370 518,750 516,737 499,820 508,770 505,810 504,800 492,070 493,140 492,100 492,437

93

Lanjutan….. Frekuensi (Hz) 9500

10000

15000

20000

30000

40000

Konduktivitas (µS) 1,6110 1,6141 1,6134 1,6128 1,6670 1,6560 1,6658 1,6629 1,7680 1,7560 1,6960 1,7400 2,3998 2,3976 2,4145 2,4040 2,9958 2,9676 2,9398 2,9677 3,3688 3,3907 3,3863 3,3819

Impedansi (kΩ) 482,420 480,460 480,370 481,083 466,700 468,600 468,030 467,777 457,820 456,730 455,800 456,783 331,690 334,640 334,040 333,457 279,170 277,590 279,630 278,797 248,960 146,510 247,030 214,167

Frekuensi (Hz) 50000

60000

70000

80000

90000

100000

Konduktivitas (µS) 3,6818 3,7015 3,6825 3,6886 3,9989 4,0261 4,0044 4,0098 4,1778 4,2716 4,1928 4,2141 4,3426 4,3419 4,3416 4,3420 4,4765 4,4899 4,4969 4,4878 4,6124 4,6831 4,6584 4,6513

Impedansi (kΩ) 231,160 229,690 230,560 230,470 213,880 212,640 213,520 213,347 205,220 202,150 205,790 204,387 199,620 199,240 200,810 199,890 193,620 193,160 193,260 193,347 188,390 185,260 186,770 186,807

94

Lampiran 10: Rekapitulasi nilai konduktivitas dan impedansi M3 Frekuensi (Hz) 10

100

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

Konduktivitas (µS) 0,3185 0,3079 0,2994 0,3086 0,3780 0,3698 0,3637 0,3705 0,4639 0,4585 0,4527 0,4584 0,5139 0,5090 0,5075 0,5101 0,5522 0,5492 0,5453 0,5489 0,5848 0,5830 0,5863 0,5847 0,6179 0,6184 0,6460 0,6274 0,6442 0,6436 0,6489 0,6455 0,6725 0,6741 0,8679 0,7381 0,7282 0,7089 0,7380 0,7250

Impedansi (kΩ) 3046,200 3147,500 3238,500 3144,067 2471,600 2524,700 2568,200 2521,500 1711,600 1726,100 1741,900 1726,533 1289,100 1294,000 1297,700 1293,600 1032,100 1034,400 1037,000 1034,500 859,810 861,030 859,340 860,060 729,710 731,520 697,170 719,467 639,920 641,930 638,600 640,150 566,560 567,540 561,280 565,127 498,360 505,280 502,310 501,983

Frekuensi (Hz) 4500

5000

5500

6000

6500

7000

7500

8000

8500

9000

Konduktivitas (µS) 0,7390 0,7498 0,7526 0,7471 0,7751 0,7719 0,7655 0,7708 0,7938 0,7961 0,8063 0,7987 0,8254 0,8242 0,8155 0,8217 0,8652 0,8770 0,8588 0,8670 0,8760 0,8807 0,8742 0,8770 0,9138 0,9142 0,9087 0,9122 0,9404 0,9343 0,9396 0,9381 0,9587 0,9662 0,9628 0,9626 1,0246 0,9896 0,9942 1,0028

Impedansi (kΩ) 471,930 461,140 462,060 465,043 426,530 419,040 424,990 423,520 391,090 386,440 388,000 388,510 362,770 363,370 361,390 362,510 340,950 332,930 337,150 337,010 317,830 317,980 317,800 317,870 297,250 297,880 283,400 292,843 280,820 283,880 283,400 282,700 268,680 267,560 268,640 268,293 251,810 253,800 254,870 253,493

95

Lanjutan….. Frekuensi (Hz) 9500

10000

15000

20000

30000

40000

Konduktivitas (µS) 1,0190 1,0167 1,0533 1,0297 1,0580 1,0482 1,0321 1,0461 1,2869 1,3199 1,2607 1,2892 1,3534 1,5366 1,4986 1,4629 1,8766 1,8520 1,8093 1,8460 2,2602 2,2091 2,2319 2,2337

Impedansi (kΩ) 242,950 242,990 242,890 242,943 230,960 232,020 231,560 231,513 160,940 158,140 160,790 159,957 122,210 121,990 123,080 122,427 85,622 85,909 85,765 85,765 65,983 65,979 65,867 65,943

Frekuensi (Hz) 50000

60000

70000

80000

90000

100000

Konduktivitas (µS) 2,5506 2,6097 2,5942 2,5848 2,9096 2,9950 2,9461 2,9502 3,2455 3,3679 3,2881 3,3005 3,6005 3,5893 3,5814 3,5904 3,8839 3,8756 3,8013 3,8536 4,1389 4,2119 4,2201 4,1903

Impedansi (kΩ) 53,773 53,653 53,616 53,681 45,468 45,321 45,241 45,343 39,259 39,307 39,231 39,266 34,716 34,594 34,768 34,693 31,004 30,994 31,065 31,021 28,206 28,196 28,151 28,184

96

Lampiran 11: Rekapitulasi nilai konduktivitas dan impedansi M4 Frekuensi (Hz) 10

100

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

Konduktivitas (µS) 0,1312 0,1271 0,1240 0,1275 0,1548 0,1522 0,1483 0,1517 0,1928 0,1901 0,1880 0,1903 0,2157 0,2140 0,2125 0,2141 0,2379 0,2367 0,2357 0,2368 0,2612 0,2584 0,2576 0,2591 0,2831 0,2832 0,2834 0,2832 0,3115 0,3098 0,3024 0,3079 0,3307 0,3500 0,3295 0,3367 0,3622 0,3526 0,3554 0,3567

Impedansi (kΩ) 7365,100 7592,800 7783,800 7580,567 5802,400 5882,400 6009,300 5898,033 3332,400 3353,700 3372,300 3352,800 2165,000 2170,000 2165,800 2166,933 1592,300 1593,600 1594,400 1593,433 1262,800 1259,200 1259,900 1260,633 1035,500 1022,200 1028,600 1028,767 878,800 875,430 874,450 876,227 771,710 746,680 771,690 763,360 671,380 688,110 684,120 681,203

Frekuensi (Hz) 4500

5000

5500

6000

6500

7000

7500

8000

8500

9000

Konduktivitas (µS) 0,3867 0,3865 0,3650 0,3794 0,4065 0,3921 0,3899 0,3961 0,4304 0,4140 0,4354 0,4266 0,4435 0,4529 0,4569 0,4511 0,4667 0,4803 0,4483 0,4651 0,5026 0,5005 0,4986 0,5006 0,5006 0,5230 0,5150 0,5128 0,5469 0,5460 0,5409 0,5446 0,5591 0,5708 0,5684 0,5661 0,5936 0,6026 0,5881 0,5947

Impedansi (kΩ) 607,140 600,250 603,820 603,737 556,700 562,960 551,870 557,177 512,780 515,210 505,260 511,083 468,250 474,280 469,960 470,830 445,650 442,060 436,340 441,350 412,770 410,180 411,230 411,393 386,060 386,650 389,490 387,400 366,730 366,420 366,040 366,397 347,370 347,210 345,690 346,757 326,160 330,010 330,840 329,003

97

Lanjutan…. Frekuensi (Hz) 9500

10000

15000

20000

30000

40000

Konduktivitas (µS) 0,6032 0,6110 0,6077 0,6073 0,6125 0,6111 0,6221 0,6152 0,8450 0,8739 0,9044 0,8744 0,9064 0,9747 1,0480 0,9764 1,3633 1,4747 1,5185 1,4522 1,9192 2,1171 1,9585 1,9983

Impedansi (kΩ) 312,780 307,740 308,940 309,820 291,300 296,220 293,090 293,537 194,400 203,890 196,230 198,173 150,780 158,930 153,360 154,357 108,510 109,780 109,480 109,257 84,727 85,396 83,936 84,686

Frekuensi (Hz) 50000

60000

70000

80000

90000

100000

Konduktivitas (µS) 2,2194 2,3622 2,3049 2,2955 2,8033 2,7244 2,7211 2,7496 3,1484 3,1490 3,1325 3,1433 3,8448 3,8736 3,8724 3,8636 4,0955 4,0845 4,0369 4,0723 4,1911 4,1872 4,1716 4,1833

Impedansi (kΩ) 68,894 70,248 69,183 69,442 58,345 58,195 58,126 58,222 50,399 50,438 50,464 50,434 43,830 43,097 43,968 43,632 39,977 39,955 39,880 39,937 35,185 35,205 35,253 35,214

98

Lampiran 12: Rekapitulasi nilai rata-rata konduktivitas dan impedansi Rekapitulasi nilai rata-rata konduktivitas dan impedansi M1 Frekuensi (Hz) 10 100 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000

Konduktivitas (µS) 0,6177 0,7867 1,8379 2,2727 2,3467 2,4272 2,4950 2,5755 2,6176 2,6948 2,8043 2,8289 2,9293 3,0054 3,1303 3,2116

Impedansi (kΩ) 1555,167 1192,700 435,457 404,923 360,407 321,833 291,070 263,617 250,597 225,200 207,807 195,323 182,113 171,420 160,053 151,587

Frekuensi (Hz) 7500 8000 8500 9000 9500 10000 15000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000

Konduktivitas (µS) 3,2976 3,3623 3,4420 3,5389 3,6140 3,7949 4,3924 4,8939 5,5861 6,0088 6,3277 6,1338 6,4668 6,3982 6,3841 6,5585

Impedansi (kΩ) 144,320 137,237 130,770 124,553 119,333 113,240 82,245 64,711 45,829 35,818 29,563 24,555 21,617 19,090 17,078 15,464

Rekapitulasi nilai rata-rata konduktivitas dan impedansi M2 Frekuensi (Hz) 10 100 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000

Konduktivitas (µS) 0,3666 0,6217 0,8854 0,6769 0,7618 0,7983 0,8668 0,9321 0,9790 1,0421 1,0692 1,1288 1,1737 1,2373 1,3012 1,3573

Impedansi (kΩ) 2639,433 1533,500 1005,927 1229,100 1066,867 991,360 897,593 828,107 784,497 739,450 718,610 682,737 655,907 621,150 588,397 563,677

Frekuensi (Hz) 7500 8000 8500 9000 9500 10000 15000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000

Konduktivitas (µS) 1,4220 1,4794 1,5276 1,5699 1,6128 1,6629 1,7400 2,4040 2,9677 3,3819 3,6886 4,0098 4,2141 4,3420 4,4878 4,6513

Lampiran 13: Rekapitulasi nilai rata-rata konduktivitas dan impedansi

Impedansi (kΩ) 536,997 516,737 504,800 492,437 481,083 467,777 456,783 333,457 278,797 214,167 230,470 213,347 204,387 199,890 193,347 186,807

99

Rekapitulasi nilai rata-rata konduktivitas dan impedansi M3 Frekuensi (Hz) 10 100 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000

Konduktivitas (µS) 0,3086 0,3705 0,4584 0,5101 0,5489 0,5847 0,6274 0,6455 0,7381 0,7250 0,7471 0,7708 0,7987 0,8217 0,8670 0,8770

Impedansi (kΩ) 3144,067 2521,500 1726,533 1293,600 1034,500 860,060 719,467 640,150 565,127 501,983 465,043 423,520 388,510 362,510 337,010 317,870

Frekuensi (Hz) 7500 8000 8500 9000 9500 10000 15000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000

Konduktivitas (µS) 0,9122 0,9587 0,9626 1,0028 1,0297 1,0461 1,2892 1,4629 1,8460 2,2337 2,5848 2,9502 3,3005 3,5904 3,8536 4,1903

Impedansi (kΩ) 292,843 268,680 268,293 253,493 242,943 231,513 159,957 122,427 85,765 65,943 53,681 45,343 39,266 34,693 31,021 28,184

Rekapitulasi nilai rata-rata konduktivitas dan impedansi M4 Frekuensi (Hz) 10 100 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000

Konduktivitas (µS) 0,1275 0,1517 0,1903 0,2141 0,2368 0,2591 0,2832 0,3079 0,3367 0,3567 0,3794 0,3961 0,4266 0,4511 0,4651 0,5006

Impedansi (kΩ) 7580,567 5898,033 3352,800 2166,933 1593,433 1260,633 1028,767 876,227 763,360 681,203 603,737 557,177 511,083 470,830 441,350 411,393

Frekuensi (Hz) 7500 8000 8500 9000 9500 10000 15000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000

Lampiran 14 : Data hasil pengukuran fluks M0

Konduktivitas (µS) 0,5128 0,5446 0,5661 0,5947 0,6073 0,6152 0,8744 0,9764 1,4522 1,9983 2,2955 2,7496 3,1433 3,8636 4,0723 4,1833

Impedansi (kΩ) 387,400 366,397 346,757 329,003 309,820 293,537 198,173 154,357 109,257 84,686 69,442 58,222 50,434 43,632 39,937 35,214

100

MEMBRAN M0 Volum permeat

Volum

10 menit ke-

1

2

3

Rata-rata

1

0,043

0,010

0,035

0,029

2

0,021

0,008

0,030

0,020

3

0,018

0,005

0,022

0,015

4

0,014

0,004

0,020

0,013

5

0,013

0,003

0,018

0,011

6

0,012

0,003

0,010

0,008

7

0,011

0,002

0,008

0,007

8

0,011

0,002

0,007

0,007

9

0,011

0,002

0,005

0,006

Luas 2

Waktu

Fluks

Tekanan

Permeabilitas

2

(L)

(m )

(jam)

(L/m .jam)

(psi)

(L/m2.jam.psi)

0,029

0,413

0,16

0,439

20

0,022

0,019

0,413

0,16

0,298

20

0,015

0,015

0,413

0,16

0,225

20

0,011

0,013

0,413

0,16

0,189

20

0,009

0,011

0,413

0,16

0,172

20

0,009

0,008

0,413

0,16

0,126

20

0,006

0,007

0,413

0,16

0,107

20

0,005

0,007

0,413

0,16

0,102

20

0,005

0,006

0,413

0,16

0,088

20

0,004

Lampiran 15 : Data hasil pengukuran fluks M1

101

MEMBRAN M1 Volum permeat

Volum

10 menit ke-

1

2

3

rata-rata

1

0,219

0,158

0,115

0,164

2

0,183

0,127

0,099

0,136

3

0,168

0,103

0,092

0,121

4

0,146

0,080

0,089

0,105

5

0,141

0,080

0,073

0,098

6

0,142

0,077

0,064

0,094

7

0,145

0,067

0,057

0,090

8

0,145

0,057

0,050

0,084

9

0,140

0,056

0,042

0,079

Luas 2

Waktu

Fluks

Tekanan

Permeabilitas

2

(L)

(m )

(jam)

(L/m .jam)

(psi)

(L/m2.jam.psi)

0,164

0,413

0,16

2,485

20

0,124

0,136

0,413

0,16

2,066

20

0,103

0,121

0,413

0,16

1,833

20

0,092

0,105

0,413

0,16

1,591

20

0,080

0,098

0,413

0,16

1,485

20

0,074

0,094

0,413

0,16

1,424

20

0,071

0,090

0,413

0,16

1,359

20

0,068

0,084

0,413

0,16

1,273

20

0,064

0,079

0,413

0,16

1,202

20

0,060

Lampiran 16 : Data hasil pengukuran fluks M2

102

MEMBRAN M2 Volum permeat 10 menit ke-

1

2

3

Rata-rata

1

0,107

0,225

0,255

0,196

2

0,083

0,190

0,251

0,175

3

0,075

0,182

0,243

0,167

4

0,064

0,178

0,214

0,152

5

0,056

0,171

0,19

0,139

6

0,055

0,161

0,158

0,125

7

0,054

0,157

0,137

0,116

8

0,053

0,149

0,132

0,111

9

0,050

0,112

0,121

0,094

Volum

Luas

Waktu

Fluks

Tekanan

Permeabilitas

(L)

(m2)

(jam)

(L/m2.jam)

(psi)

(L/m2.jam.psi)

0,196

0,413

0,16

2,965

20

0,148

0,175

0,413

0,16

2,646

20

0,132

0,167

0,413

0,16

2,525

20

0,126

0,152

0,413

0,16

2,303

20

0,115

0,139

0,413

0,16

2,106

20

0,105

0,125

0,413

0,16

1,889

20

0,094

0,116

0,413

0,16

1,758

20

0,088

0,111

0,413

0,16

1,687

20

0,084

0,094

0,413

0,16

1,429

20

0,071

103

Lampiran 17 : Data hasil pengukuran fluks M3 MEMBRAN M3 Volum permeat 10 menit ke-

1

2

3

Rata-rata

1

0,210

0,333

0,298

0,280

2

0,207

0,255

0,222

0,228

3

0,195

0,191

0,196

0,194

4

0,180

0,200

0,185

0,188

5

0,173

0,195

0,173

0,180

6

0,173

0,123

0,165

0,154

7

0,156

0,113

0,160

0,143

8

0,151

0,111

0,152

0,138

9

0,151

0,110

0,141

0,134

Volum

Luas

Waktu

Fluks

Tekanan

Permeabilitas

(L)

(m2)

(jam)

(L/m2.jam)

(psi)

(L/m2.jam/psi)

0,280

0,413

0,16

4,247

20

0,212

0,228

0,413

0,16

3,455

20

0,173

0,194

0,413

0,16

2,939

20

0,147

0,188

0,413

0,16

2,854

20

0,143

0,180

0,413

0,16

2,732

20

0,137

0,154

0,413

0,16

2,328

20

0,116

0,143

0,413

0,16

2,167

20

0,108

0,138

0,413

0,16

2,091

20

0,105

0,134

0,413

0,16

2,030

20

0,102

104

Lampiran 18: Data hasil pengukuran fluks M4 MEMBRAN 4 Volum permeat 10 menit ke-

1

2

3 Rata-rata

1

0,087

0,064

0,127

0,093

2

0,074

0,038

0,120

0,077

3

0,067

0,032

0,100

0,066

4

0,06

0,031

0,083

0,058

5

0,052

0,029

0,083

0,055

6

0,037

0,024

0,086

0,049

7

0,033

0,026

0,071

0,043

8

0,031

0,024

0,071

0,042

9

0,023

0,025

0,071

0,040

Volum

Luas

Waktu

Fluks

Tekanan

Permeabilitas

(L)

(m2)

(jam)

(L/m2.jam)

(psi)

(L/m2.jam.psi)

0,093

0,413

0,16

1,409

20

0,070

0,077

0,413

0,16

1,172

20

0,059

0,066

0,413

0,16

1,005

20

0,050

0,058

0,413

0,16

0,879

20

0,044

0,055

0,413

0,16

0,828

20

0,041

0,049

0,413

0,16

0,742

20

0,037

0,043

0,413

0,16

0,657

20

0,033

0,042

0,413

0,16

0,636

20

0,032

0,039

0,413

0,16

0,601

20

0,030

Lampiran 19: Derajat penyerapan air

105

Derajat penyerapan air dihitung menggunakan persamaan berikut: % Derajat penyerapan air = massa basah – massa kering X 100% massa kering Membran M1

X

M2

X

M3

X

M4

X

mkering (gram) 0,0528 0,0292 0,0387 0,0402 0,0309 0,0333 0,0459 0,0367 0,0722 0,0703 0,0585 0,0670 0,0939 0,0584 0,0780 0,0768

mbasah (gram) 0,0915 0,0539 0,0640 0,0698 0,0553 0,0544 0,0804 0,0634 0,1038 0,1045 0,0789 0,0957 0,1408 0,0830 0,1083 0,1107

selisih (gram) 0,0387 0,0247 0,0253 0,0296 0,0244 0,0211 0,0345 0,0267 0,0316 0,0342 0,0204 0,0287 0,0469 0,0246 0,0303 0,0339

Derajat penyerapan air (%)

Lampiran 20 : Perhitungan ukuran pori-pori membran

73,63

72,75

42,84

44,14

106

Pori membran dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

J=

εr 2 ∆P 8ητ ∆x

Dengan  ρ  ε = 1 − 1  x100% ρ 

2

Membran Panjang (m) M0 0,025 M1 0,025 M2 0,025 M3 0,025 M4 0,025



Lebar (m) 0,065 0,065 0,065 0,065 0,065

Tebal (m) 2,30 x 10-4 2,32 x 10-4 2,40 x 10-4 2,43 x 10-4 2,42 x 10-4

Volum (m3) 3,74 x 10-7 3,77 x 10-7 3,90 x 10-7 3,95 x 10-7 3,93 x 10-7

* Contoh perhitungan untuk M1 J = 1,646 L/m2.jam = 4,57 x 10-7 m/s η = 10-1 Ns/m2 P = 20 psi = 137895,14 N/m2

τ= J=

ε

δ (ε / Lp )

, Lp = δ sehingga τ = 1

εr 2 ∆P 8ητ ∆x

4,57 x10 −7 m / s =

0,2987.r 2 137895,14 N / m 2 8.10 −1 Ns / m 2 .1 2,32, x10 −4 m

41189,27832.r 2 4,57 x10 m = 18,56 x10 −5 m −7

4,57 x10 −7 m = 2,219 x108 m −1.r 2 r 2 = 2,059 x10 −15 m 2

r = 4,538 x10 −8 m r = 45,38nm

Massa (kg) 3,49 x 10-5 5,02 x 10-5 5,76 x 10-5 6,70 x 10-5 7,68 x 10-5

ρ (kg/m3) 93,4 133 148 170 195

ε (%) 29,87 36,78 44,97 52,19

Pori (nm) 45,38 47,46 49,00 24,60