Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia

Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia “Kejuangan”
Pengembangan Teknologi Kimia untuk Pengolahan Sumber Daya Alam Indonesia
Yogyakarta, 22 Februari 2011

ISSN 1693 – 4393

Sintesis, Karakterisasi dan Penggunaan
Membran Hibrid Organik-Anorganik untuk Pengolahan Air Gambut
Jhon Armedi Pinem
Laboratorium Pemisahan dan Pemurnian
Jurusan Teknik Kimia
Fakultas Teknik Universitas Riau
Kampus Binawidya Jl. H.R. Subrantas Km 12,5 Simpang Baru Pekanbaru 28293
Email: jhonarmedi@yahoo.com

Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan kinerja membran hibrid PMMA/TEOT yang telah disintesis, untuk
diaplikasikan pada penyaringan air sungai Siak. Kinerja membran ditunjukkan dengan fluks dan persentase
rejeksi dengan memvariasikan tekanan operasi.
Hasil penelitian menunjukkan kenaikan tekanan yang diberikan meningkatkan fluks yang dihasilkan. Fluks yang
diperoleh dari tekanan 1 bar 1,5 bar, 2 bar, 2,5 bar dan 3 bar berturut-turut adalah 38,44 (L/m2jam),

48,34(L/m2jam), 59,29 (L/m2jam), 75,59(L/m2jam), dan 87,88 (L/m2jam). Membran yang dihasilkan
menunjukkan kinerja cukup baik. Aplikasi dalam menyaring air Sungai Siak menunjukkan membran tersebut
mampu merejeksi 72,06% TDS, 88,88% kekeruhan, 53,60% warna, 70,47% logam Fe dan 73,68% logam Cu.
Kata Kunci: membran, fluks, rejeksi.
2. Landasan Teori
Hibrid merupakan kombinasi dari dua atau
lebih material berbeda untuk mendapatkan tujuan
khusus. Keunggulan dari material ini yaitu
menghasilkan kombinasi yang baik dengan sifat
berbeda dari komponen asalnya.
Schrotter et al.
(1999) menggunakan film hibrid polyimide-silica
untuk pemisahan gas H2/CO2 yang menunjukkan
permeabilitas dan selektivitas yang tinggi bila
dibandingkan dengan polyimide murni. Ho et al.
(1996) memisahkan
aromatik dan alifatik
menggunakan
polyurethane/polyadipate
dan

polyimide/polyadipate copolymer membran, yang
menunjukkan stabilitas termal dan ketahanan
terhadap pelarut yang baik.
Saat ini modul membran yang ada di
pasaran Indonesia umumnya produk dari luar
negeri. Oleh karena itu perlu upaya untuk membuat
modul membran tersebut di dalam negeri. Untuk itu
perlu
dilakukan
penelitian-penelitian
yang
menunjang ke arah tersebut. Penelitian ini
diharapkan dapat memberikan kontribusi untuk
membuat membran di dalam negeri khususnya
untuk pengolahan air gambut.

1.

Pendahuluan
Proses pemisahan membran merupakan

salah satu teknologi yang mengalami pertumbuhan
sangat cepat selama dua dekade terakhir. Membran
didefinisikan sebagai rintangan selektif diantara dua
fasa fluida [Sirkar dan Ho 1992, Mark dan Menges
1985, Pandey dan Chauhan, 2001, dalam Ismail,
2002]. Membran telah banyak diterapkan dalam
berbagai bidang kehidupan. Membran memiliki
keunggulan antara lain bersifat modular, konsumsi
energi
rendah,
dan
mudah
sistem
pengoperasiannya.
Umumnya membran dapat dibuat dari
bahan polimer organik dan senyawa anorganik.
Namun, sebagian besar bahan yang sering
digunakan untuk membuat membran adalah bahan
polimer organik karena proses pembuatannya yang
relatif sederhana [Mulder, 1996]. Akan tetapi,

membran
polimer
mempunyai
beberapa
keterbatasan seperti: selektivitas rendah, tidak stabil
pada suhu dan pH ekstrim, serta mengalami
penggembungan dan terdekomposisi dalam pelarut
organik.
Sebaliknya,
membran
anorganik
mempunyai beberapa keunggulan dibandingkan
dengan membran organik polimer, yaitu:
mempunyai stabilitas termal dan kimia yang baik,
tahan terhadap tekanan tinggi, kekuatan mekanik
yang baik serta masa pakai yang lebih lama. Sama
halnya seperti membran organik polimer, membran
anorganik juga mempunyai beberapa kelemahan,
yaitu: aplikasinya terbatas, rapuh dan mahal
[Zulfikar et al., 2006].

3. Metodologi
Bahan yang digunakan pada penelitian ini
adalah membran hibrid PMMA/TEOT, akuades dan
sampel air gambut (sungai Siak). Peralatan yang
digunakan adalah Sel Ultrafiltrasi (gambar 2.1),
batang pengaduk, corong, plat kaca, neraca analitik,
magnetic stirrer, stirrer bar, pipet tetes, nampan,
oven, AAS, pH meter, Spektrofotometer dan

B14-1

peralatan gelas. Sampel air gambut berasal dari air
sungai Siak di sekitar jembatan Siak I. Pengambilan
sampel dilakukan di bagian tepi sungai dan bagian
tengah sungai. Kemudian sampel tersebut
dicampurkan ke dalam satu Jeregen dan diaduk.
Analisa sampel air dilakukan baik pada air
sumber maupun pada air yang telah disaring
menggunakan membran. Adapun parameter yang

dianalisa adalah kekeruhan, warna,TDS, Logam Fe
dan Cu

Peraturan Pemerintah No.82 tahun 2001. Hal ini
menunjukkan bahwa telah terjadi pencemaran air
sungai Siak. Pencemaran yang terjadi dapat
disebabkan oleh adanya kegiatan industri,
domestik, perkebunan dan transportasi di sepanjang
aliran sungai Siak (Amri, 2005).
4.2 Pengaruh Tekanan Terhadap Fluks
Fluks didefinisikan sebagai jumlah volume
permeat yang melewati satu satuan luas membran
dalam waktu tertentu dengan adanya gaya dorong
dalam hal ini berupa tekanan (Mulder, 1996). Fluks
(J) ditentukan dengan menampung volume permeat
(V) pada waktu tertentu (t) dengan adanya driving
force (P). Fluks dapat dihitung dengan persamaan
berikut.

Membran hibrid PMMA/TEOT yang

sudah dibuat dipotong berbentuk lingkaran sesuai
dengan ukuran Sel Ultrafiltrasi. Kemudian
membran diletakkan di dalam Sel Ultrafiltrasi dan
sampel air sungai Siak dimasukkan ke dalam Sel
Ultrafiltrasi, kemudian diberi tekanan dengan
variasi 1 bar, 1,5 bar, 2 bar, 2,5 bar dan 3 bar.

J

Tekanan

V
.............................…….(3.1)
A.t

Dari penelitian ini didapatkan hubungan antara
fluks dengan tekanan yang ditampilkan pada
gambar berikut ini.
Membran

Permeat

Gambar 4.1 Kurva Pengaruh Tekanan
terhadap Fluks Membran

Stirrer

Gambar di atas menunjukkan bahwa fluks
membran pada tekanan 1 bar adalah 38,44
L/m2jam, kemudian fluks terus meningkat seiring
dengan naiknya tekanan yang diberikan sampai
dengan tekanan 3 bar. Penelitian yang dilakukan
oleh
Zulfikar
dkk
(2006)
menunjukkan
kecenderungan yang sama. Kenaikan fluks
membran disebabkan karena adanya driving force
pada permukaan membran yang menyebabkan

volume fluida yang melewati membran akan
semakin besar. Dengan meningkatnya volume
fluida yang melewati membran, maka fluks
membran juga akan semakin besar. Dari data
tersebut dapat disimpulkan bahwa membran hibrid
PMMA/TEOT hasil sintesis memiliki karakter
membran ultrafiltrasi dengan nilai fluks pada
tekanan 1 bar adalah 10-50 L/m2 jam (Wagner,
2001).

Gambar 3.1 Sel Ultrafiltrasi

4. Hasil dan Pembahasan
4.1 Analisa Awal Air Gambut
Sebelum disaring menggunakan membran
hibrid PMMA/TEOT, sampel air gambut (Sungai
Siak) dianalisa terlebih dahulu. Hasil analisa
beberapa parameter penting air gambut disajikan
pada tabel berikut.
Tabel 4.1 Hasil Analisa Sampel Air Sungai Siak

No
1.
2.
3.
4.
5.

Parameter
Analisa
TDS
Kekeruhan
Warna
Logam Fe
Logam Cu

Satuan
mg/L
NTU
Pt-Co
mg/L

mg/L

Baku
mutu*
1000
25
50
0,3
0,02

Hasil
Analisa
2330
36
222
0,48
0,057

4.3 Kinerja Membran Hibrid PMMA/TEOT
pada Penyisihan TDS
TDS yang terdapat dalam air dapat berupa
garam-garam terlarut, molekul protein dan zat
koloidal yang berukuran 0,1-0,03 µm (Stephenson
dkk, 2000). Pada tabel dan gambar berikut ini
ditampilkan hasil analisa TDS air sungai Siak

*PP No.82 Tahun 2001
Dari tabel di atas dapat diketahui bahwa
hasil analisa air gambut untuk parameter TDS,
kekeruhan, warna, logam Fe, dan logam Cu
melebihi baku mutu air kelas I berdasarkan
B14-2

sebelum disaring dan setelah disaring dengan
membran hibrid PMMA/TEOT.
Tabel

Gambar 4.3 Kurva Pengaruh Tekanan terhadap
Koefisien Rejeksi TDS

4.2 Hasil Analisa TDS Air Sungai Siak
Sebelum dan Setelah Disaring Dengan
Membran Hibrid PMMA/TEOT

Tekanan
(Bar)

Analisa
awal
(mg/L)

1
1,5
2
2,5
3

2330
2330
2330
2330
2330

Analisa
akhir
(permeat)
(mg/L)
651
653
651
850
1198

4.4 Kinerja Membran Hibrid PMMA/TEOT
pada Penyisihan Kekeruhan

Koefisien
Rejeksi
(%)

Hasil analisa kekeruhan air sungai Siak
sebelum dan setelah disaring dengan membran
hibrid PMMA/TEOT ditampilkan pada tabel dan
gambar berikut.

72,060
71,974
72,060
63,519
48,584

Tabel 4.3 Hasil Analisa Kekeruhan Air
Sungai Siak Sebelum dan Setelah
Disaring dengan Membran Hibrid
PMMA/TEOT
Tekanan
Analisa
Analisa
Koefisien
(Bar)
awal
akhir
Rejeksi
(NTU)
(permeat)
(%)
(NTU)
1
36
4
88,889
1,5
36
4
88,889
2
36
5
86,111
2,5
36
5
86,111
3

Gambar 4.2 Perbandingan Konsentrasi TDS Awal dan
Akhir (Permeat) Air Sungai Siak pada Setiap Variasi
Tekanan

Dari tabel dan gambar di atas
menunjukkan parameter TDS
mengalami
penurunan (dari sebesar 2330 mg/L menjadi 651
mg/L pada 1 dan 2 bar) setelah disaring dengan
membran hibrid PMMA/TEOT. Pada tekanan 2,5
bar dan 3 bar, penurunan TDS tidak sebesar pada
tekanan 1 dan 2 bar, hal ini disebabkan oleh
naiknya tekanan operasi yang mengakibatkan pori
membran menjadi lebih besar, sehingga TDS yang
terdapat dalam air sungai Siak tidak tertahan oleh
membran (Notodarmojo dan Anne, 2004). Dari
hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa air sungai
Siak setelah disaring menggunakan membran hibrid
PMMA/TEOT pada tekanan 1 bar-2,5 bar telah
memenuhi baku mutu TDS air kelas I menurut PP
No. 82 tahun 2001. Persentasi rejeksi dari proses
tersebut ditampilkan pada gambar berikut ini. Hasil
percobaan menunjukkan koefisien rejeksi membran
hibrid PMMA/TEOT adalah sebesar 72 % pada
tekanan 1-2 bar, sedangkan pada tekanan 2,5-3 bar
mengalami penurunan (sekitar 45-65%).

36

8

77,778

Gambar 4.4 Perbandingan Konsentrasi Kekeruhan
Awal dan Akhir (Permeat) Air Sungai Siak pada Setiap
Variasi Tekanan

Kekeruhan disebabkan oleh partikel
tersuspensi yang terdapat dalam air yang berbentuk
koloid berukuran 10 nm-10 µm (Alaerts dan
Santika, 1987). Dari Tabel 5.3 dan Gambar 5.4
dapat
diketahui
bahwa
membran
hibrid
PMMA/TEOT mampu mengurangi kekeruhan air
sungai Siak dari 36 NTU menjadi 4 NTU pada
tekanan 1 bar dan 1,5 bar. Pada tekanan 3 bar
terjadi kenaikan kekeruhan yang signifikan pada air
sungai Siak setelah disaring menggunakan
membran hibrid PMMA/TEOT jika dibandingkan
dengan kekeruhan pada tekanan 1-2,5 bar, yaitu
dari 5 NTU menjadi 8 NTU. Kenaikan kadar
kekeruhan disebabkan oleh tingginya tekanan yang
diberikan dapat menyebabkan sebagian partikel
koloid menjadi terpecah hingga dapat lolos dari
pori membran (Jhonson, 2006).
Dari hasil analisa awal dan analisa akhir
(permeat) air sungai Siak, maka koefisien rejeksi
membran hibrid PMMA/TEOT dapat ditentukan

B14-3

untuk setiap tekanan operasi. Gambar 4.5 berikut
menunjukkan pengaruh tekanan terhadap koefisien
rejeksi membran pada penyisihan kekeruhan air
sungai Siak.

Gambar 4.6 Perbandingan Konsentrasi Warna Awal dan
Akhir (Permeat) Air Sungai Siak pada Setiap Variasi
Tekanan

Hasil analisa warna air sungai Siak
sebelum disaring dengan membran hibrid
PMMA/TEOT adalah 222 Pt-Co. Kadar warna
menurun setelah disaring dengan membran hibrid
PMMA/TEOT. Dari Tabel 4.4 dan Gambar 4.6
dapat diketahui bahwa kadar warna air sungai Siak
setelah disaring adalah 103 Pt-Co pada tekanan 1
bar, 104 Pt-Co pada tekanan 1,5 bar, 105 Pt-Co
pada tekanan 2 bar, 130 Pt-Co pada tekanan 2,5 bar
dan 135 Pt-Co pada tekanan 3 bar. Pada tekanan 2,5
bar dan 3 bar terjadi kenaikan kadar warna yang
signifikan, hal ini menunjukan semakin tingginya
konsentrasi warna yang bisa melewati membran
karena tingginya tekanan yang diberikan terhadap
membran menyebabkan pori membran semakin
membesar (Notodarmojo dan Anne, 2004).
Berdasarkan hasil analisa warna air sungai Siak
sebelum dan setelah disaring menggunakan
membran hibrid PMMA/TEOT dapat disimpulkan
bahwa membran hibrid PMMA/TEOT telah
berhasil mengurangi kadar warna air sungai Siak,
tapi belum memenuhi baku mutu air kelas I
menurut PP No.82 tahun 2001, yaitu 50 Pt-Co.
Membran hibrid PMMA/TEOT tidak dapat
menurunkan kadar warna secara signifikan karena
asam-asam yang menyebabkan warna pada air
seperti asam humat, fulvat dan humin mempunyai
ukuran partikel yang lebih kecil dari ukuran pori
membran (Sastrawijaya, 2000).
Dari hasil analisa awal dan analisa akhir
(permeat) air sungai Siak, maka koefisien rejeksi
membran hibrid PMMA/TEOT terhadap warna
dapat ditentukan. Pengaruh tekanan terhadap
koefisien rejeksi membran ditampilkan pada
gambar berikut.

Gambar 4.5 Kurva Pengaruh Tekanan terhadap
Koefisien Rejeksi Kekeruhan

Dari Gambar di atas dapat dilihat bahwa
pada tekanan 1 bar dan 1,5 bar didapatkan koefisien
rejeksi membran sebesar 88,89% dan 86,11% pada
tekanan 2 dan 2,5 bar. Pada tekanan 3 bar koefisien
rejeksi menurun secara signifikan yaitu menjadi
77,778%. Penurunan koefisien rejeksi merupakan
pengaruh tekanan operasi, semakin besar tekanan
operasi yang diberikan akan menyebabkan pori
membran semakin besar (Notodarmojo dan Anne,
2004).
4.5 Kinerja Membran Hibrid PMMA/TEOT
pada Penyisihan Warna
Hasil analisa warna air sungai Siak
sebelum dan sesudah disaring dengan membran
hibrid PMMA/TEOT ditampilkan pada Tabel 4.4
dan Gambar 4.6 berikut.
Tabel 4.4 Hasil Analisa Warna Air Sungai Siak
Sebelum dan Setelah Disaring dengan
Membran Hibrid PMMA/TEOT

Tekanan
(Bar)

Analisa
awal
(Pt-Co)

1
1,5
2
2,5
3

222
222
222
222
222

Analisa
akhir
(permeat)
(Pt-Co)
103
104
105
130
135

Koefisien
Rejeksi
(%)
53,604
53,153
52,703
41,441
39,189

B14-4

Gambar 4.7 Kurva Pengaruh Tekanan terhadap
Koefisien Rejeksi Warna

Gambar 4.8 Perbandingan Konsentrasi Logam Fe Awal
dan Akhir (Permeat) Air Sungai Siak pada Setiap Variasi
Tekanan

Dari Gambar 4.7 dapat dilihat bahwa
semakin besar tekanan maka koefisien rejeksi
membran semakin kecil. Koefisien rejeksi terbesar
pada tekanan 1 bar sebesar 53,60% dan terus
menurun sampai tekanan 3 bar. Warna yang
berhasil disisihkan oleh membran hibrid
PMMA/TEOT adalah warna tampak yang
berukuran 0,1-0,001 µm dan warna yang melewati
membran adalah warna sejati yang berukuran