Membran Polistirena Tersulfonasi untuk Aplikasi pada Microbial Fuel Cell

MEMBRAN POLISTIRENA TERSULFONASI UNTUK

APLIKASI PADA

MICROBIAL FUEL CELL

SUCI DWI APRILIANA

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2012

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Membran Polistirena Tersulfonasi untuk Aplikasi pada Microbial Fuel Cell adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.

Bogor, September 2012

Suci Dwi Apriliana

ABSTRAK

SUCI DWI APRILIANA. Membran Polistirena Tersulfonasi untuk Aplikasi pada

Microbial Fuel Cell. Dibimbing oleh SRI MULIJANI dan ARMI WULANAWATI.

Microbial fuel cell (MFC) adalah tipe utama sistem bioelektrokimia yang mengonversi biomassa langsung menjadi listrik melalui aktivitas mikroorganisme. Membran polistirena tersulfonasi (PSS) dapat digunakan sebagai membran penukar proton (PEM) dalam aplikasi MFC. Pencirian PEM dilakukan terhadap PSS menggunakan spektrofotometer inframerah tranformasi fourier (FTIR), mikroskop elektron pemayaran (SEM), parameter derajat sulfonasi (DS), dan nilai konduktivitas. Hasil analisis FTIR pada membran PSS 10% memperlihatkan serapan gugus sulfonat ( SO3) pada bilangan gelombang 1029.39 cm

-1

dan 1178.03 cm-1. Morfologi permukaan membran PSS pada pencirian SEM dikategorikan non-pori. Keberhasilan proses sulfonasi yang ditunjukkan oleh nilai DS membran PSS 3%, 5%, dan 10% berturut-turut adalah 35.09%, 42.27 %, dan 48.15 %. Hasil pengukuran nilai konduktivitas (σ) PS, PSS 3%, PSS 5%, dan PSS 10% berturut-turut adalah 1.1455×10-8, 1.5511×10-6, 3.0919×10-6, dan 3.8949×10-6 S.cm-1. Kinerja MFC menunjukkan adanya mikrob pada cairan rumen sapi dengan uji total plate count. Membran PSS 3%, 5%, dan 10% dapat menghasilkan beda potensial berturut-turut adalah 9, 10, dan 14 mV, sehingga membran PSS dapat diaplikasikan sebagai MFC.

Kata kunci: cairan rumen sapi, membran penukar proton, microbial fuel cell, polistirena tersulfonasi

ABSTRACT

SUCI DWI APRILIANA. Sulfonated Polystyrene Membrane for Application on Microbial Fuel Cell. Supervised by SRI MULIJANI and ARMI WULANAWATI.

Microbial fuel cell (MFC) is a major type of bielectrochemical system that converts biomass spontaneously into electricity through the activity of microorganisms. The sulfonated polystyrene (PSS) membrane can be used as a proton exchange membrane (PEM) in application on MFC. PEM has been characterized on PSS using fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR), scanning electron microscope (SEM), and degree of sulfonation (DS) parameter, and conductivity value. The result of FTIR analysis in 10% PSS membranes showed sulfonate group ( SO3) absorption at wavenumber 1029.39 and 1178.03 cm-1. PSS membrane surface morphology based on SEM is categorized non-porous. The success of the sulfonated process indicated by the DS of the membranes of sulfonated PSS 3%, 5%, and 10% were 35.09%, 42.27%, and 48.15%, respectively. The result of the conductivity (σ) value obtained by PS, PSS 3%, PSS 5%, and PSS 10% were 1.1455×10-8, 1.5511×10-6, 3.0919×10-6, and 3.8949×10-6 S.cm-1, respectively. MFC performance showed the presence of microbe in cow’s rumen liquid with total plate count. The membranes of PSS 3%, 5%, and 10% can produce different potential of 9, 10, and 14 mV respectively, meaning that the PSS membrane can be applied as a MFC.

Keywords: cow’s rumen liquid, microbial fuel cell, proton exchange membran, sulfonated polystyrene

MEMBRAN POLISTIRENA TERSULFONASI UNTUK

APLIKASI PADA

MICROBIAL FUEL CELL

SUCI DWI APRILIANA

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada

Departemen Kimia

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2012

Judul : Membran Polistirena Tersulfonasi untuk Aplikasi pada Microbial Fuel Cell

Nama : Suci Dwi Apriliana NIM : G44080085

Disetujui oleh

Dr. Sri Mulijani, MS Armi Wulanawati, SSi, MSi

Pembimbing I Pembimbing II

Diketahui oleh

Prof. Dr. Ir. Tun Tedja Irawadi, MS Ketua Departemen

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah yang berjudul “Membran Polistirena Tersulfonasi untuk Aplikasi pada Microbial Fuel Cell”. Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Maret 2012 sampai dengan Juni 2012 di Laboratorium Diploma IPB Cilibende, Laboratorium Kimia Fisik IPB dan Laboratorium Biofisika Membran IPB

Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dr. Sri Mulijani, MS dan Ibu Armi Wulanawati, SSi, MSi selaku pembimbing yang telah memberikan arahan dan bimbingan selama penelitian hingga akhir penulisan karya ilmiah ini. Ungkapan terima kasih penulis berikan kepada Ibu, Bapak, Dek Winda, dan Mba Ani yang tidak pernah berhenti memberikan semangat, doa, dan kasih sayangnya kepada penulis. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Ibu Farida, Mba Silvi, Mas Pian, Mas Kholis dari Laboratorium Diploma IPB Cilibende serta Ibu Ai, Bapak Ismail dari Laboratorium Kimia Fisik IPB, dan tak lupa kepada Bapak Agus Somantri dari Laboratorium FKH atas fasilitas dan bantuan yang diberikan selama penelitian. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada Hany, Mimi, Bani, Risma, Yona, Ima, Ami, Nenah, Hapsah, serta teman-teman KIMIA 45 lainya yang turut membantu memberikan bantuan, semangat, dan dukungannya dalam penyusunan karya ilmiah.

Semoga skripsi ini dapat bermanfaat.

Bogor, September 2012

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 24 April 1990 sebagai putri kedua dari pasangan Bapak Gatot Subagio dan Ibu Sri Utami. Tahun 2008 Penulis lulus dari SMA Negeri 113 Jakarta dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis memilih Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.

Penulis melaksanakan Praktik Lapangan pada bulan Juli-Agustus 2011 di Laboratorium Bioproses Pusat Penelitian Bioteknologi, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI). Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif sebagai anggota Ikatan Mahasiswa Kimia (Imasika) dan penulis mengikuti kegiatan Go field “Tanaman Obat Keluarga” pada bulan Juli 2010 di Perumahan

III Gunung Madu Plantation, Lampung.

Dalam rangka menyelesaikan tugas akhir, penulis melakukan penelitian dan

menyusun skripsi dengan judul “Membran Polistirena Tersulfonasi untuk Aplikasi pada Microbial Fuel Cell”.

DAFTAR ISI

DAFTAR GAMBAR vii

DAFTAR LAMPIRAN vii

PENDAHULUAN 1

METODE 2

Sintesis Polistirena Tersulfonasi (PSS) (Peixiang et al. 2004) 2 Pembuatan Membran PSS (Peixiang et al. 2004) 2

Pengukuran Bobot Molekul 2

Penentuan Derajat Sulfonasi 3

Pengujian Water Uptake 3

Pencirian Membran 3

Kinerja MFC 4

HASIL DAN PEMBAHASAN 5

Polistirena Tersulfonasi 5

Ciri-ciri Membran PSS 7

Kinerja MFC 9

SIMPULAN DAN SARAN 11

Simpulan 11

Saran 12

DAFTAR PUSTAKA 12

DAFTAR GAMBAR

1 Reaksi polistirena tersulfonasi pada posisi para 5 2 Perubahan warna sebelum (a) dan sesudah (b) proses sulfonasi 6

3 Hasil membran PSS 10% 6

4 Spektrum FTIR membran PS dan PSS 10% 7

5 Analisis SEM pada penampang lintang (a) PS, (b) PSS 8 6 Analisis SEM pada permukaan (a) PS, (b) PSS dengan perbesaran 20.000 8

7 Prinsip kerja sistem MFC 9

8 Sistem MFC menggunakan membran PSS 10% 9 9 Persentase kenaikan pH cairan rumen 10 10 Hubungan konsentrasi membran PSS terhadap beda potensial listrik 11

DAFTAR LAMPIRAN

1 Diagram alir penelitian 14

2 Data hasil penentuan bobot molekul polistirena tersulfonasi 15

3 Penentuan Derajat Sulfonasi (DS) 17

4 Data hasil pengukuran water uptake 18

5 Data hasil analisis FTIR pada membran PS dan PSS 19

6 Penentuan konduktivitas membran 20

7 Data pH cairan rumen dan kinerja MFC 20

1

PENDAHULUAN

Limbah merupakan buangan suatu proses yang sudah tidak dipergunakan baik berasal dari hasil industri, rumah tangga, peternakan, dan pertanian. Limbah dapat dikelola menjadi sesuatu yang bermanfaat terkait dengan diversifikasi sumber energi. Salah satu sumber energi yang dapat menjadi solusi untuk mengatasi kelangkaan energi di masa depan adalah sel bahan bakar (fuel cell). Sel bahan bakar dapat mengubah energi kimia menjadi energi listrik dengan menghasilkan listrik, air, dan panas dari reaksi bahan bakar dengan oksigen tanpa pembakaran sehingga mengurangi polusi dan risiko timbulnya ledakan (Li et al.

2003). Microbial fuel cell (MFC) adalah sumber energi yang mengonversi biomassa menjadi listrik melalui aktivitas mikroorganisme, terutama menggunakan limbah cair (Liu et al. 2009).

Pada umumnya dalam MFC digunakan membran penukar ion (PEM) yang berfungsi sebagai membran elektrolit seperti Nafion. Membran elektrolit ini merupakan jenis polimer asam perfluorosulfonat yang memiliki konduktivitas ionik tinggi yaitu 0.1 S.cm-1 pada 25 °C serta kestabilan mekanik, termal, dan kimia yang baik (Hendrana et al. 2007). Styrofoam dapat dijadikan membran alternatif pengganti Nafion karena styrofoam mengandung 90 95% polistirena serta 5 10% gas n-butana dan n-pentana. Selain itu, styrofoam merupakan limbah yang sangat sulit penanggulangannya dan tidak dapat diuraikan oleh alam sehingga berakibat buruk bagi kesehatan (BPOM 2008). Polistirena dari

styrofoam ini dapat dimodifikasi melalui proses sulfonasi untuk digunakan sebagai PEM. Membran polistirena tersulfonasi (PSS) yang dihasilkan diharapkan memiliki sifat fisik seperti halnya Nafion, yaitu kuat, biodegradabel, dan memiliki kinerja yang baik.

Dalam penelitian sebelumnya, pemanfaatan limbah cair rumen sapi sebanyak 500 mL dalam kompartemen anode dengan membran Nafion dapat menghasilkan tegangan listrik sebesar 810 mV (Sidharta et al. 2007). Cairan rumen ini mengandung 30 40% serat kasar, 10 25% protein, 2 6% lemak, 38% bahan ekstrak tiada nitrogen (BETN), dan 8 15% abu. Namun, kandungan rumen dapat berubah karena isi rumen sapi dipengaruhi oleh makanan, mikrob rumen, dan lamanya makanan di dalam rumen.

Berdasarkan hal-hal tersebut, pada penelitian ini dibuat MFC dengan memanfaaatkan limbah cair rumen sebagai media kompartemen anode. Membran PSS berbahan baku styrofoam diuji dengan spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR), mikroskop elektron pemayaran (SEM), serta diukur

water uptake, dan konduktivitas proton pada membran, sedangkan kinerja MFC dilakukan dengan pengukuran beda potensial listrik dan penghitungan total mikrob (Lampiran 1). Membran PSS berbahan baku styrofoam untuk aplikasi MFC diharapkan dapat digunakan sebagai sumber energi listrik yang ramah lingkungan dan dapat mengurangi dampak negatif limbah di lingkungan.

2

METODE

Alat yang digunakan adalah peralatan kaca, labu leher tiga, corong pisah, pengaduk mekanik IKA C-MAG HS 7, viskometer Ostwald, pH meter, spektrofotometer FTIR Bruker Tensor 27, SEM JEOL JSM-836OLA, dan LCR-meter HIOKI 3532-50 LCR HITESTER. Bahan yang digunakan adalah

styrofoam, asam sulfat berasap yang mengandung 65% SO3 (oleum), gas nitrogen,

kloroform teknis, diklorometana teknis, NaOH teknis, HCl teknis, cairan rumen, larutan K3Fe(CN)6, larutan K2HPO, dan air deionisasi.

Sintesis Polistirena Tersulfonasi (PSS) (Peixiang et al. 2004)

Styrofoam dengan konsentrasi 3%, 5%, dan 10% dilarutkan ke dalam kloroform sehingga diperoleh larutan PS sebanyak 50 mL. Oleum sebanyak 10 mL dimasukkan ke dalam corong pisah yang dihubungkan dengan labu leher tiga kosong lalu diteteskan secara bertahap dan gas SO3 didorong oleh gas nitrogen

menuju larutan PS. Larutan PS ini diaduk menggunakan pengaduk mekanik dengan kecepatan skala 1 hingga homogen. Sintesis PSS ini dilakukan selama 30 menit di ruang asam.

Pembuatan Membran PSS (Peixiang et al. 2004)

Hasil sintesis PSS dikeringkan pada suhu ruang selama 1 hari. Setelah kering, PSS dilarutkan dalam 10 mL diklorometana lalu diaduk hingga homogen. Larutan PSS ini dituangkan ke dalam piring kaca dan membran siap dicetak.

Pengukuran Bobot Molekul

Bobot molekul PSS dihitung dengan metode viskometri. PSS dilarutkan dalam kloroform hingga diperoleh konsentrasi 1.015%; 1.539%; 2.120%; 2.527%; dan 3.061%. Pengukuran viskositas menggunakan viskometer Ostwald pada suhu 30 °C (suhu konstan menggunakan penangas air) dengan cara menghitung waktu alir kloroform sebagai pelarut dan waktu alir larutan PSS pada berbagai konsentrasi. Viskositas relatif ditentukan dengan membandingkan waktu alir sampel terhadap waktu alir pelarut. Viskositas intrinsik ditentukan dengan cara mengalurkan viskositas reduktif sebagai sumbu y dan konsentrasi PSS sebagai sumbu x. Bobot molekul (Mv) ditentukan berdasarkan persamaan Mark-Houwink:

[η] = k (Mv)a

k dan a merupakan tetapan yang bergantung pada pelarut, polimer, dan suhu. Nilai k dan a secara berturut turut 11×10-5 dan 0.725 pada suhu 30 °C dengan pelarut kloroform.

3

Penentuan Derajat Sulfonasi

Derajat sulfonasi (DS) ditentukan dengan cara titrasi untuk mengetahui tingkat keberhasilan proses sulfonasi. Sebanyak 0.1 g PSS direndam dalam NaOH 1 N sebanyak 10 mL selama 3 hari kemudian sisa NaOH dititrasi dengan HCl 0.1 N dan digunakan indikator fenolftalein sebanyak 3 tetes. Titrasi dilakukan hingga terjadi perubahan warna dari merah muda hingga tidak berwarna (Dhuhita dan Kusuma 2010). Standardisasi HCl dilakukan menggunakan NaOH. Derajat sulfonasi didapatkan melalui persamaan

DS = - × 100%

Keterangan: Vawal = Volume HCl blangko (mL) Vakhir = Volume HCl sampel (mL) N = Normalitas HCl (N) BE = Bobot ekuivalen (g/ek).

Pengujian Water Uptake

Membran PSS dikeringkan dalam oven pada suhu 120 ºC selama 24 jam lalu ditimbang sebagai Wkering. Setelah kering, membran direndam dalam air

deionisasi pada suhu ruang selama 24 jam. Selanjutnya, membran dikeluarkan dan dibersihkan dengan tisu lalu ditimbang sebagai Wbasah (Handayani 2008).

Penimbangan dilakukan untuk mengetahui selisih bobot membran pada saat basah dan kering melalui persamaan

%Water uptake –

Pencirian Membran FTIR

Struktur PS dan PSS diuji menggunakan spektrofotometer FTIR, dengan resolusi 4 dan payar 32. Sampel yang digunakan adalah membran PS dan PSS 10%. Pengujian dengan FTIR dilakukan untuk menentukan perubahan gugus fungsi membran PS dan PSS (Handayani 2008).

SEM

Membran diuji menggunakan SEM dilakukan untuk mengukur pori membran yang terbentuk berdasarkan penampang lintang dan bagian muka membran (Indriyati et al. 2004). Sampel yang digunakan adalah membran PS dan PSS 10%. Membran PS dan PSS dibekukan dengan nitrogen cair selama 10 menit kemudian dipatahkan dan ditempelkan pada cell holder. Membran dilapisi dengan

4

emas lalu dimasukkan ke dalam chamber, dan dipotret permukaan dan penampang lintang membran.

Pengukuran Konduktivitas Proton

Konduktivitas proton dari membran PSS yang melintang diukur menggunakan impedance analyzer LCR-meter (Handayani 2008). Membran dengan ukuran panjang 5.6 cm dan lebar 0.8 cm dijepit di antara 2 elektrode karbon. Nilai konduktans membran dan nilai konduktivitas proton ditentukan berdasarkan persamaan

σ =

Keterangan: σ = konduktivitas proton (S.cm-1)

d = tebal membran (cm)

G = konduktans (S)

A = luas elektrode (cm2).

Kinerja MFC Pengukuran Beda Potensial Listrik

Membran PSS 10% ditempatkan sebagai pembatas antara kompartemen anode dan katode. Sebanyak 100 mL cairan rumen sapi dimasukkan ke dalam kompartemen anode, sedangkan pada kompartemen katode dimasukkan larutan K3[Fe(CN)6] sebanyak 50 mL dan larutan K2HPO4 sebanyak 50 mL. Kedua

elektrode, baik anode maupun katode menggunakan grafit. Tegangan dan konduktans yang dihasilkan selnjutnya diukur menggunakan impedance analyzer

pada frekuensi 5 MHz. Selain itu, pH pada kompartemen anode diukur untuk menentukan aliran ion H+ dari anode ke katode. Pengukuran pH rumen dilakukan ketika sebelum perlakuan dan setelah rumen dialiri arus listrik (Sidharta et al. 2007).

Penentuan Total Mikrob pada Cairan Rumen Sapi (BSN 2008)

Total mikrob pada cairan rumen sapi dihitung berdasarkan pada SNI 2897:2008, dengan menggunakan metode total plate count (TPC).

5

HASIL DAN PEMBAHASAN

Polistirena Tersulfonasi

Polistirena tersulfonasi (PSS) disintesis dengan mengalirkan oleum menggunakan gas nitrogen sebagai pembawa ke dalam larutan polistirena. Larutan polistirena merupakan styrofoam yang dilarutkan dalam kloroform karena polistirena mudah larut dalam hidrokarbon aromatik dan berklorin. Polistirena tahan terhadap asam, basa, dan zat korosif lainnya (Cowd 1991). Reaksi sulfonasi yang dapat terjadi pada posisi orto atau para ini dilakukan pada suhu 30 °C selama 30 menit di ruang asam.

Reaksi sulfonasi merupakan suatu reaksi substitusi elektrofilik yang bertujuan untuk menyubstitusi atom H dengan gugus SO3H pada molekul

organik melalui ikatan kimia pada atom karbonnya (Gambar 1). Polistirena tersulfonasi (PSS) bersifat higroskopis, memiliki gugus SO3H pada posisi para

atau orto, dan tautan-silang yang berguna untuk aplikasi pertukaran ion dan membran penukar proton (Jamal et al. 2007).

CH CH₂

SO₃ H₂SO₄

CH CH₂

SO₃H

S O O O S O O O H S OH O O

CH CH₂

S

OH O

O

CH CH₂

S OH O O n n n n

Gambar 1 Reaksi polistirena tersulfonasi pada posisi para

Pereaksi sulfonasi selain asam sulfat berasap (oleum) dapat berupa asam sulfat pekat, belerang trioksida, asam klorosulfonat, dan asetil sulfat (Yohan 2007). Dalam penelitian ini, proses sulfonasi menggunakan oleum berlangsung heterogen karena dilakukan pada fase yang berbeda antara larutan polistirena dan gas SO3 dari oleum. Penggunaan oleum relatif lebih menguntungkan

dibandingkan dengan pereaksi sulfonasi lainnya karena waktu reaksi lebih cepat dan pereaksi sulfonasi lebih sedikit (Hendrana et al. 2007). Perubahan warna yang

6

dihasilkan pada proses sulfonasi adalah awalnya tidak berwarna (Gambar 2a) menjadi berwarna kuning bening (Gambar 2b).

Keberadaan gugus sulfonat berperan sebagai gugus penghantar proton pada membran fuel cell. Hasil sulfonasi dikeringkan pada suhu ruang selama 1 hari untuk menghilangkan pelarut kloroform. Padatan PSS dilarutkan dalam 10 mL diklorometana agar menjadi pasta dan siap dicetak pada pelat kaca dengan ketebalan 30 100 µm (Gambar 3). Membran PSS akan memberi kekuatan

antifouling dan suasana hidrodinamis pada membran yang merupakan mekanisme sangat penting dalam perpindahan proton (Dhuhita dan Kusuma 2010).

Gambar 3 Hasil membran PSS 10%

Bobot molekul relatif (Mv) PSS ditentukan dengan mengukur waktu alirnya.

Pelarut yang digunakan adalah kloroform karena bersifat nonpolar dan pelarut yang baik bagi PS. Kloroform dapat berinteraksi dengan PS, dengan cara membuka rantai makromolekul polimer tersebut, sehingga PS dan PSS mampu larut sempurna dalam kloroform. Hasil Mv yang diperoleh ialah 9.2×104 g.mol-1

(Lampiran 2). Penentuan derajat sulfonasi (DS) dilakukan dengan cara titrasi untuk mengetahui tingkat keberhasilan proses sulfonasi. Nilai DS membran PSS 3%, 5%, dan 10% berturut-turut adalah 35.09%, 42.27 %, dan 48.15 % (Lampiran 3). Semakin tinggi nilai DS, semakin besar perpindahan proton dalam membran.

Pengujian water uptake atau daya serap membran terhadap air dilakukan untuk mengukur banyaknya air yang terserap oleh membran. Kandungan air dalam membran cukup penting ditentukan karena berhubungan dengan kemampuan konduktivitasnya (Amri et al. 2010). Nilai water uptake yang dihasilkan pada membran PS, PSS 3%, 5%, dan 10% berturut-turut adalah 0.52%, 5.72%, 0.05%, dan 4.29% (Lampiran 4). Semakin besar nilai water uptake, semakin baik membran membentuk swelling yang akan memengaruhi proton karena memudahkan transpor proton dalam membran.

Gambar 2 Perubahan warna sebelum (a) dan sesudah (b) proses sulfonasi

7

Ciri-ciri Membran PSS FTIR

Secara kualitatif, struktur membran dianalisis spektrum FTIRnya. pada daerah bilangan gelombang 400 4000 cm-1. Spektrum FTIR membran polistirena tersulfonasi (PSS) 10% berbeda dengan membran polistirena (PS) (Gambar 4). Pencirian FTIR membran polistirena menunjukkan serapan adanya ikatan C-H pada cincin aromatik pada bilangan gelombang 3081.97; 3060.16; dan 3025.24 cm-1. Selain itu, terdapat regang C=C aromatik pada bilangan gelombang 1601.30 cm-1(Lampiran 5).

Gambar 4 Spektrum FTIR membran PS (−) dan PSS 10% (−)

Membran PSS 10% menunjukkan serapan gugus sulfonat pada bilangan gelombang 1029.39 cm-1 untuk vibrasi regang –SO3 simetrik dan 1178.03 cm-1

untuk vibrasi regang –S=O. Serapan pada bilangan gelombang 838.66 cm-1 mengindikasikan gugus sulfonat tersebut berikatan pada cincin aromatik di posisi

para sedangkan serapan posisi orto pada bilangan gelombang 754.26 cm-1. Serapan gugus hidroksil dengan bilangan gelombang 3435.02 cm-1 pada PSS memiliki pita yang lebar dan tidak ditemukan pada polistirena. Hal ini membuktikan adanya ikatan hidrogen O-H pada gugus SO3H.

Proses sulfonasi dapat dipengaruhi oleh gugus alkil. Gugus alkil yang ditunjukkan oleh rantai karbon utama pada PS merupakan gugus pengarah orto

dan para melalui aktivasi cincin benzena. Namun, peluang penempelan gugus sulfonat pada cincin benzena lebih besar terjadi pada posisi para (Li et al. 2003). Hal ini terbukti dengan adanya peningkatan serapan PSS dan penurunan serapan PS pada posisi para. Walaupun demikian, gugus alkil pada PS dan PSS lebih banyak menempel pada posisi orto dengan bilangan gelombang 754.26 cm-1.

-SO3 simetrik

-OH o-SO3

p-SO3

8

Gambar 5 Analisis SEM pada penampang lintang (a) PS, (b) PSS

Ket: 1 (toplayer), 2 (sublayer)

SEM

Analisis morfologi membran dengan SEM digunakan untuk menentukan ukuran pori-pori pada penampang lintang dan permukaan membran polistirena (PS) maupun polistirena tersulfonasi (PSS) 10%. Membran dibekukan lebih dulu dengan penambahan nitrogen cair agar mudah dipatahkan. Membran PS dan PSS termasuk bahan isolator sehingga perlu dilapisi emas dalam kondisi vakum. Analisis SEM menunjukkan bahwa penampang lintang PS tidak memiliki lapisan berpori (Gambar 5a), sedangkan pada penampang lintang PSS tampak adanya sedikit lapisan berpori (Gambar 5b). Namun, permukaan membran PS (Gambar 6a) dan PSS (Gambar 6b) menunjukkan tidak adanya pori sehingga kedua membran dapat dikategorikan membran non-pori.

Konduktivitas Proton

Konduktivitas proton dari membran PSS yang melintang diukur dengan

impedance analyzer LCR-meter. Konduktivitas proton yang tinggi diharapkan dapat memindahkan proton secara maksimal. Hasil pengukuran nilai

konduktivitas (σ) PS, PSS 3%, PSS 5%, dan PSS 10% berturut-turut yang diperoleh adalah 1.1455×10-8, 1.5511×10-6, 3.0919×10-6, dan 3.8949×10-6 S.cm-1 (Lampiran 6). Nilai konduktivitas ini jauh lebih kecil dibandingkan dengan Nafion yang mempunyai konduktivitas 0.1 S.cm-1. Hal ini dapat disebabkan oleh pengaruh nilai water uptake yang semakin kecil dan posisi orto yang ditunjukkan pada hasil FTIR. Namun, konduktivitas proton yang dimiliki membran PSS sebesar 10-6 lebih tinggi dibandingkan dengan membran PS, yaitu 10-8. Hal ini berarti membran PSS dapat diaplikasikan sebagai microbial fuel cell.

(2) (1) (2) (1)

(a) (b)

Gambar 6 Analisis SEM pada permukaan (a) PS, (b) PSS dengan perbesaran 20.000

9

Kinerja MFC

Microbial fuel cell (Gambar 7) adalah tipe utama sistem bioelektrokimia (BESs) yang mengonversi biomassa langsung menjadi listrik melalui aktivitas mikroorganisme. MFC dapat menghasilkan listrik dan mengolah limbah cair secara bersamaan (Liu et al. 2009). Prinsip kerja MFC adalah memanfaatkan mikrob yang melakukan metabolisme terhadap medium di anode untuk mengatalisis penguraian materi organik menjadi energi listrik dengan mentransfer elektron dari anode melalui rangkaian eksternal yang menghasilkan arus ke katode (Liu et al. 2010).

Gambar 7 Prinsip kerja sistem MFC.

Elektrode yang digunakan dalam penelitian adalah elektrode karbon yang memanfaatkan grafit dari baterai yang tidak terpakai lagi. Elektrode karbon digunakan karena memiliki konduktivitas yang baik, harga yang relatif murah, dan stabil dalam keadaan anaerob (Liu et al. 2010). Pada sistem MFC ini, cairan rumen digunakan sebagai anode dan larutan kalium ferisianida atau K3[Fe(CN)6]

dalam larutan K2HPO4 sebagai katode (Gambar 8).

Gambar 8 Sistem MFC menggunakan membran PSS 10%

Ket: A= Cairan rumen

B= Larutan K3[Fe(CN)6] dan K2HPO4

Rumen merupakan bagian lambung terbesar dari 4 bagian lambung dalam sistem pencernaan hewan ruminansia. Habitat alami mikrob rumen adalah dalam cairan rumen yang mengandung substrat polisakarida kompleks (Madigan et al.

1997). Dalam cairan rumen terjadi proses metabolisme oleh mikrob yang menghasilkan ion H+ (proton) dan elektron. Ion H+selanjutnya akan berpindah ke

A B

10

katode melalui membran sedangkan elektron akan dialirkan keluar sistem mikrob melalui rangkaian eksternal yang secara langsung dapat digunakan untuk menghasilkan arus listrik (Liu et al. 2009). Adanya ion H+ sebagai hasil metabolisme mikrob ditunjukkan dengan peningkatan pH atau penurunan ion H+ dalam limbah cair rumen. Namun, peningkatan pH yang terjadi tidak signifikan yaitu hanya sebesar kurang dari 2% (Gambar 9).

Gambar 9 Persentase kenaikan pH cairan rumen

Ket: pH awal pH akhir

Kompartemen anode yang berisi cairan rumen merupakan tempat terjadinya proses oksidasi bahan-bahan organik. Bahan-bahan organik yang berasal dari pakan sapi seperti glukosa, pati, atau selulosa mengalami fermentasi dan penguraian oleh enzim yang dihasilkan oleh mikroorganisme dalam keadaan anaerob. Bahan-bahan organik tersebut mengalami penguraian yang akan menghasilkan gas H2 dan asam asetat. Persamaan reaksi yang terjadi adalah

sebagai berikut:

C6H12O6(s) + 2H2O (l) 2CH3COOH (aq) + 4H2 (g) + 2CO2 (g)

Anode: 2CH3COO-(aq)+8H2O(l) 4HCO3-(aq) + 18H+(aq) + 16e- (E°red = -0.279 V) Katode: Fe3+(aq) + 8e- + 8H+ (aq) Fe2+ (aq) (E°red = 0.791 V)

(Liu et al. 2010). Larutan K3[Fe(CN)6] dalam kompartemen katode merupakan senyawa

kimia yang bersifat racun dan dapat berfungsi sebagai agen pengoksidasi. Fe(III) yang terkandung dalam larutan K3[Fe(CN)6] akan tereduksi menjadi Fe(II) oleh

elektron yang dialirkan dari anode sebagai hasil metabolisme mikrob (Sidharta et al. 2007). Membran PSS digunakan sebagai pembatas antara kompartemen anode dan katode yang berfungsi untuk mengalirkan ion H+ dari anode ke katode. Beda potensial listrik yang dihasilkan dengan arus 10 mA dalam sistem MFC menunjukkan peningkatan dengan makin bertambahnya konsentrasi membran PSS (Gambar 10). Beda potensial listrik tertinggi diperoleh pada konsentrasi membran PSS 10%, yaitu sebesar 14 mV (Lampiran 7). Beda potensial ini masih jauh lebih rendah dibandingkan dengan sistem MFC yang menggunakan membran Nafion, yaitu 810 mV (Sidharta et al. 2007). Rendahnya beda potensial ini

9 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5

0 3 5 10

p H c ai ra n r u me n

11

diperkuat dengan kecilnya penurunan total mikrob pada cairan rumen sebesar 8.33% (Lampiran 8) sehingga dapat dikatakan mikrob hanya sedikit mengalami metabolisme.

Gambar 10 Hubungan konsentrasi membran PSS terhadap beda potensial listrik Karakteristik mikrob yang digunakan pada sistem MFC yaitu, konsorsium mikrob pada limbah cair dan mikrob yang mampu mentransfer elektron secara langsung menuju elektrode. Mikrob menggunakan substrat pada cairan rumen untuk dioksidasi ke dalam sitosol. Substrat akan mengalami proses respirasi sel. Semakin aktif mikrob dalam melakukan metabolisme, semakin banyak elektron yang dihasilkan, sehingga beda potensialnya semakin tinggi (Rabaey et al. 2004). Namun, beda potensial listrik yang dihasilkan dalam penelitian masih tergolong rendah. Hal ini disebabkan oleh kondisi pH rumen yang tidak optimal yaitu 9.30, sehingga mengakibatkan adanya kematian mikrob atau berkurangnya aktivitas mikrob dalam melakukan metabolisme. Mikrob dalam cairan rumen memiliki pH optimal berkisar antara 5.2-6.7 (Khampa et al. 2006). Jenis mikrob dalam rumen yang dapat melakukan aktivitas metabolisme yaitu bakteri amilolitik dan bakteri proteolitik (Kamra 2005).

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Sintesis membran polistirena tersulfonasi (PSS) telah berhasil dilakukan. Hal ini dibuktikan dengan pencirian membran dengan FTIR, yaitu adanya subtituen gugus sulfonat (-SO3) pada bilangan gelombang 1029.39 cm-1 dan

1178.03 cm-1. Nilai derajat sulfonasi (DS) tertinggi dari proses sulfonasi diperoleh sebesar 48.15%. Semakin besar konsentrasi membran PSS, semakin besar nilai DS. Bobot molekul relatif (Mv) diperoleh sebesar 9.2×104 g.mol-1. Membran PSS mempunyai sifat non-pori dari hasil pencirian membran dengan SEM dengan ketebalan membran 5.5-7.5 mm. Membran PSS dapat diaplikasikan sebagai

microbial fuel cell yang dapat menghasilkan beda potensial listrik tertinggi sebesar 14 mV dengan arus 10 mA.

0 5 10 15

0 3 5 10

B ed a p o te n si al l ist ri k ( mV )

12

Saran

Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut sintesis membran polistirena tersulfonasi pada suhu optimum sehingga menghasilkan nilai koduktivitas yang tinggi. Selain itu, diperlukan pengukuran aktivitas mikrob dengan kondisi pH optimal dalam pengambilan cairan rumen untuk menghasilkan beda potensial listrik yang tinggi.

DAFTAR PUSTAKA

Amri K, Akbar AY, Oktaviano HS. 2010. Preparasi membran polimer elektrolit sebagai komponen dasar fuel cell dengan matriks yang berasal dari bahan alam Indonesia [laporan]. Yogyakarta: UGM.

[BPOM] Badan Pengawas Obat dan Makanan Republik Indonesia. 2008.

Kemasan Polistirena Foam (Styrofoam). Jakarta: BPOM

[BSN] Badan Standardisasi Nasional. 2008. Metode Pengujian Cemaran Mikrob dalam Daging, Telur, dan Susu serta Olahannya. SNI 2897:2008. Jakarta: BSN

Cowd MA. 1999. Kimia Polimer. Firman H, penerjemah; Padmawinata K, editor. London (GB): J Murray. Terjemahan dari: Polymer Chemistry.

Dhuhita A, Kusuma DA. 2010. Karakterisasi dan uji kinerja SPEEK, cSMM, dan Nafion untuk aplikasi direct methanol fuel cell (DMFC) [skripsi]. Semarang: Universitas Diponegoro.

Handayani S. 2008. Membran elektrolit berbasis polieter-eter keton tersulfonasi untuk direct methanol fuel cell suhu tinggi [disertasi]. Jakarta: UI.

Hendrana S, Pujiastuti S, Sudirman, Rahayu I. 2007. Pengaruh suhu dan tekanan proses pembuatan terhadap konduktivitas ionik membran PEMFC berbasis polistirena tersulfonasi. J Sains Materi Indonesia. 8(3):187-191.

Indriyati, Hendrana S, Pujiastuti. Karakterisasi membran polistirena tersulfonasi. Di dalam: Hendrana S, editor. Prosiding Pertemuan Ilmiah Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan. Serpong, 7 Sept 2004. Serpong: Dewan Riset Nasional ISSN 1411-2213. 2004. hlm 92-96.

Jamal E, Widiastri M, Awaliyyah RF, Wahyuningjati M, Maryana E. 2007. Pembuatan membran fuel cell dari limbah plastik LDPE (low density poly-Ethylene) [laporan]. Bandung: ITB.

Kamra DN. 2005. Special section microbial diversity: rumen microbial ecosystem. Curr Sci.89(10):124-135.

Khampa S, Wanapat M, Wachirapakor C, Nantaso N, Wattiaux M. 2006. Effects of energy sources and level supplementation on ruminal fermentation and microbial protein syntesis in dairy steers. J Sci Technol. 28(2): 265-276. Li L, Xu L, Wang Y. 2003. Novel proton conducting composite membranes for

direct methanol fuel cell. Mat Lett. 57:1406-1410.

Liu H, Hu H, Chignell J, Fan Y. 2010. Microbial electrolysis: novel technology for hydrogen production from biomass. Biofuels. 1(1): 129-142.

13

Liu Z, Liu J, Zhang S, Su Z. 2009. Study of operational performance and electrical response on mediator-less microbial fuel cells fed with carbon- and protein-rich substrates. J Biochem Eng. 45:185-191.

Madigan et al. 1997. Biology of Microorganisms, Ed ke-8. New Jersey (US): Prentice Hall.

Peixiang et al. 2004. Synthesis and characterization of sulfonated poly(ether ether ketone) for Proton Exchange Membranes. J Membrane Science. 229:95-106.

Rabaey K, Lissens G,Verstraete W. 2004. Microbial Fuel Cell: performance and Perspective. Belgia: Ghent University.

Sidharta M, Jamillah, Karamita D, Brianno W, Hamid A. 2007. Pemanfaatan limbah cair sebagai sumber energi listrik pada microbial fuel cell [laporan]. Bandung: ITB.

Yohan. 2007. Sulfonasi film cPTFE tercangkok stirena untuk membran penghantar proton sel bahan bakar. Makara Teknol. 11(1):36-42.

14

Lampiran 1 Diagram alir penelitian

Polistirena (Styrofoam)

Membran Polistirena tersulfonasi

Pencirian

FTIR

SEM

Derajat Sulfonasi

Konduktivitas Proton

Water Uptake

Kinerja MFC

Pengukuran beda potensial listrik

Penentuan total mikrob Sintesis Polistirena

15

Lampiran 2 Data hasil penentuan bobot molekul polistirena tersulfonasi

Sampel

Kadar PSS (%b/v)

Waktu alir, t (s)

η

Ulangan

rerata

1 2 3 Relatif Spesifik Reduktif

1 0 32.67 32.77 32.07 32.5033 - - -

2 1.015 52.76 52.87 52.98 52.8700 1.6266 0.6266 0.6173 3 1.539 65.60 65.87 66.03 65.8333 2.0254 1.0254 0.6663 4 2.120 84.11 84.83 84.78 84.5733 2.6020 1.6020 0.7557 5 2.527 100.11 100.37 100.67 100.3833 3.0884 2.0884 0.8264 6 3.061 125.87 126.45 126.32 126.2133 3.8831 2.8831 0.9419

Keterangan: tpelarut = t [PSS] =0 tsampel = t sampel 2 s.d. 6

Contoh perhitungan Sampel 4:

η relatif = =

η relatif = 2.6020

η spesifik = η relatif – 1 = 2.6020 – 1

η spesifik = 1.6020

η reduktif = =

16

Lanjutan Lampiran 2

Kurva hubungan kadar PSS terhadap viskositas reduktif

Penentuan bobot molekul

Persamaan garis: y = 0.1588x + 0.4356 ηred = [η] + k intrinsik . C

Viskositas intrinsik PSS = [η] = 0.4356

ηintrinsik = K (BM)a ==> (Kstirena = 11 × 10-5 ; a = 0.725)

[η] = k (Mv)a

0.4356 = 11 × 10-5 × (Mv)a

log Mv = (log 0.4356 - log 11 × 10-5)/0.725 = 4.9623

Mv = 91693.42 g.mol-1 = 9.2×104 g.mol-1

y = 0.1588 + 0.4356 R² = 0.9789

0.0000 0.1000 0.2000 0.3000 0.4000 0.5000 0.6000 0.7000 0.8000 0.9000 1.0000

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

η

red

u

k

tif

17

Lampiran 3 Penentuan Derajat Sulfonasi (DS)

Larutan

Bobot membran

(g)

Volume NaOH 1 N

(mL)

Volume HCl(mL) Derajat Sulfonasi

(DS) Awal Akhir Terpakai

PSS 3% 0.1037 10 27.70 38.20 10.50 35.09% PSS 5 % 0.1033 10 17.30 27.70 10.40 42.27 % PSS 10% 0.1058 10 7.00 17.30 10.30 48.15 %

Contoh perhitungan DS pada PSS 10%:

DS = -

× 100%

Diketahui:

Vawal = VHCl blanko = 11.00 mL

Vakhir = VHCl terpakai = 10.30 mL

BE SO3 = 80.06 g/ek

Standardisasi HCl

VNaOH ×NNaOH = VHCl × NHCl

10 mL× 1 N = 11 mL× NHCl

NHCl = 0.9090 N

DS = - × × 100%

18

Lampiran 4 Data hasil pengukuran water uptake

Membran Ulangan Bobot membran,W (g) Water uptake, X (%)

Kering Basah Xi

PS 1 0.0519 0.0522 0.57

0.52

2 0.0404 0.0408 0.99

3 0.0524 0.0524 0.00

PSS 3% 1 0.0178 0.0194 8.98

5.72

2 0.0116 0.0122 5.17

3 0.0165 0.0170 3.03

PSS 5% 1 0.0171 0.0171 0.00

0.05

2 0.0170 0.0170 0.00

3 0.0197 0.0200 0.15

PSS 10% 1 0.0231 0.0251 8.65

4.29

2 0.0204 0.0210 2.94

3 0.0233 0.0236 1.28

Keterangan: Xi= nilai water uptake ulangan ke-i = rerata nilai water uptake

Contoh perhitungan:

Membran PSS 3% ulangan 1

Water uptake = – × 100%

= - × 100%

19

Lampiran 5 Data hasil analisis FTIR pada membran PS dan PSS

Membran Bilangan gelombang (cm-1) Gugus fungsi

PS 3081.97; 3060.16; 3025.24 Ikatan C-H pada cincin aromatik 2923.70 Vibrasi regang C-H alifatik 1601.30 Ikatan C=C pada cincin aromatik

700.80; 757.70 Ikatan C-H pada monosubstitusi benzena PSS 3435.02 Ikatan hidrogen O-H

3026.24 Ikatan C-H pada cincin aromatik 2923.70 Vibrasi regang C-H alifatik 1492.02 Ikatan C=C pada cincin aromatik 1450.15 Vibrasi lentur C-H dari CH2 alifatik

1274.93; 1378.89 Ikatan hidrogen O-H pada gugus sulfonat 1178.03 Vibrasi regang –S=O

1029.39 Vibrasi regang –SO3 simetrik

838.66 Cincin aromatik tersubstitusi para 754.26 Cincin aromatik tersubstitusi orto

20

Lampiran 6 Penentuan konduktivitas membran

Membran Konduktans, G (µS)

Tebal membran, d (cm)

Konduktivitas, σ

(S.cm-1)

PS 0.513 0.10 1.1455×10-8

PSS 3% 12.635 0.55 1.5511×10-6

PSS 5% 18.469 0.75 3.0919×10-6

PSS 10% 26.845 0.65 3.8949×10-6

Contoh perhitungan Membran PSS 3%: Diketahui: Luas elektrode (A)= 4.48 cm2

σ = G

= 12.635 µS = 1.5511 µS.cm-1

σ = 1.5511×10-6

S.cm-1

Lampiran 7 Data pH cairan rumen dan kinerja MFC

Contoh perhitungan Membran PSS 10%: Kenaikan pH = - 100%

= - 100% Kenaikan pH = 1.61%

Membran pH Kenaikan

pH (%)

Beda potensial listrik

awal akhir (mV)

PS 9.30 9.40 1.08 5

PSS 3% 9.30 9.42 1.29 9

PSS 5% 9.30 9.43 1.40 10

21

Lampiran 8 Penentuan total mikrob dalam rumen

Sampel

Jumlah mikrob (cfu) Total mikrob

Ulangan 10-1

10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 (cfu.mL-1)

1 1 - - - 288

1.2×109

2 - - - 296

2 1 - - - 256

1.1×109

2 - - - 296

3 1 - - - 264

1.1×109

2 - - - 272

Keterangan :

1 = total mikrob rumen sebelum dialiri arus listrik (tanpa perlakuan pada sistem) 2 = total mikrob rumen setelah dialiri arus listrik pada membran PS

3 = total mikrob rumen setelah dialiri arus listrik pada membran PSS (-) = mikrob TBUD (tidak dapat untuk dihitung)

10n = pengenceran

Contoh perhitungan sampel 3: Volume sampel uji = 25 mL

total mikrob (cfu.mL-1) =

× pengenceran

= ×108

= × 108 total mikrob (cfu.mL-1) = 1.1 × 109 cfu.mL-1

Penurunan total mikrob = 100%

= 100%

Lanjutan Lampiran 2

Kurva hubungan kadar PSS terhadap viskositas reduktif

Penentuan bobot molekul

Persamaan garis: y = 0.1588x + 0.4356 ηred = [η] + k intrinsik . C Viskositas intrinsik PSS = [η] = 0.4356

ηintrinsik = K (BM)a ==> (Kstirena = 11 × 10-5 ; a = 0.725) [η] = k (Mv)a

0.4356 = 11 × 10-5 × (Mv)a

log Mv = (log 0.4356 - log 11 × 10-5)/0.725 = 4.9623 Mv = 91693.42 g.mol-1 = 9.2×104 g.mol-1

y = 0.1588 + 0.4356 R² = 0.9789

0.0000 0.1000 0.2000 0.3000 0.4000 0.5000 0.6000 0.7000 0.8000 0.9000 1.0000

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

η

red

u

k

tif

Lampiran 3 Penentuan Derajat Sulfonasi (DS)

Larutan

Bobot membran

(g)

Volume NaOH 1 N

(mL)

Volume HCl(mL) Derajat Sulfonasi

(DS) Awal Akhir Terpakai

PSS 3% 0.1037 10 27.70 38.20 10.50 35.09%

PSS 5 % 0.1033 10 17.30 27.70 10.40 42.27 % PSS 10% 0.1058 10 7.00 17.30 10.30 48.15 %

Contoh perhitungan DS pada PSS 10%:

DS = - × 100%

Diketahui:

Vawal = VHCl blanko = 11.00 mL Vakhir = VHCl terpakai = 10.30 mL BE SO3 = 80.06 g/ek

Standardisasi HCl

VNaOH ×NNaOH = VHCl × NHCl 10 mL× 1 N = 11 mL× NHCl

NHCl = 0.9090 N

DS = - × × 100%

Lampiran 4 Data hasil pengukuran water uptake

Membran Ulangan Bobot membran,W (g) Water uptake, X (%)

Kering Basah Xi

PS 1 0.0519 0.0522 0.57

0.52

2 0.0404 0.0408 0.99

3 0.0524 0.0524 0.00

PSS 3% 1 0.0178 0.0194 8.98

5.72

2 0.0116 0.0122 5.17

3 0.0165 0.0170 3.03

PSS 5% 1 0.0171 0.0171 0.00

0.05

2 0.0170 0.0170 0.00

3 0.0197 0.0200 0.15

PSS 10% 1 0.0231 0.0251 8.65

4.29

2 0.0204 0.0210 2.94

3 0.0233 0.0236 1.28

Keterangan: Xi= nilai water uptake ulangan ke-i = rerata nilai water uptake Contoh perhitungan:

Membran PSS 3% ulangan 1

Water uptake = – × 100% = - × 100% Water uptake = 8.98%

Lampiran 5 Data hasil analisis FTIR pada membran PS dan PSS Membran Bilangan gelombang (cm-1) Gugus fungsi

PS 3081.97; 3060.16; 3025.24 Ikatan C-H pada cincin aromatik 2923.70 Vibrasi regang C-H alifatik 1601.30 Ikatan C=C pada cincin aromatik

700.80; 757.70 Ikatan C-H pada monosubstitusi benzena

PSS 3435.02 Ikatan hidrogen O-H

3026.24 Ikatan C-H pada cincin aromatik 2923.70 Vibrasi regang C-H alifatik 1492.02 Ikatan C=C pada cincin aromatik 1450.15 Vibrasi lentur C-H dari CH2 alifatik 1274.93; 1378.89 Ikatan hidrogen O-H pada gugus sulfonat

1178.03 Vibrasi regang –S=O

1029.39 Vibrasi regang –SO3 simetrik 838.66 Cincin aromatik tersubstitusi para 754.26 Cincin aromatik tersubstitusi orto

Lampiran 6 Penentuan konduktivitas membran Membran Konduktans, G

(µS)

Tebal membran, d (cm)

Konduktivitas, σ (S.cm-1)

PS 0.513 0.10 1.1455×10-8

PSS 3% 12.635 0.55 1.5511×10-6

PSS 5% 18.469 0.75 3.0919×10-6

PSS 10% 26.845 0.65 3.8949×10-6

Contoh perhitungan Membran PSS 3%: Diketahui: Luas elektrode (A)= 4.48 cm2 σ = G

= 12.635 µS = 1.5511 µS.cm-1 σ = 1.5511×10-6

S.cm-1

Lampiran 7 Data pH cairan rumen dan kinerja MFC

Contoh perhitungan Membran PSS 10%: Kenaikan pH = - 100%

= - 100%

Kenaikan pH = 1.61%

Membran pH Kenaikan

pH (%)

Beda potensial listrik

awal akhir (mV)

PS 9.30 9.40 1.08 5

PSS 3% 9.30 9.42 1.29 9

PSS 5% 9.30 9.43 1.40 10

Lampiran 8 Penentuan total mikrob dalam rumen

Sampel

Jumlah mikrob (cfu) Total mikrob

Ulangan 10-1

10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 (cfu.mL-1)

1 1 - - - 288

1.2×109

2 - - - 296

2 1 - - - 256

1.1×109

2 - - - 296

3 1 - - - 264

1.1×109

2 - - - 272

Keterangan :

1 = total mikrob rumen sebelum dialiri arus listrik (tanpa perlakuan pada sistem) 2 = total mikrob rumen setelah dialiri arus listrik pada membran PS

3 = total mikrob rumen setelah dialiri arus listrik pada membran PSS (-) = mikrob TBUD (tidak dapat untuk dihitung)

10n = pengenceran

Contoh perhitungan sampel 3: Volume sampel uji = 25 mL

total mikrob (cfu.mL-1) = × pengenceran

= ×108

= × 108 total mikrob (cfu.mL-1) = 1.1 × 109 cfu.mL-1

Penurunan total mikrob = 100%