METODOLOGI PENELITIAN
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
A. Metode Penelitian
Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimental di laboratorium. Penelitian ini secara garis besar meliputi pembuatan resin kitosan-vanilin (KV), pembuatan membran komposit dengan variasi jenis dan berat lempung serta variasi suhu larutan cetak. Selanjutnya sifat- sifat membran komposit tersebut dianalisis.
B. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Kimia Dasar jurusan Kimia FMIPA UNS dan Laboratorium Pusat Universitas Sebelas Maret Sub Laboratorium Kimia yang dilakukan mulai bulan April 2011 sampai dengan Desember 2011.
C. Alat dan Bahan yang Dibutuhkan
1. Alat
a. Spektrofotometer Infra Merah SHIMADZU IR Prestige-21
b. Spektrofotometer Difraksi Sinar-X SHIMADZU XRD-600
c. DTA-TGA Linseis STA PT-1600
d. Mikroskop digital Nikon Eclipse E-200
e. Seperangkat alat refluks
f. Seperangkat alat pencetak membran
g. Termometer
h. Oven
i. Neraca analitik AND GF-300 j. Hot plate k. Blender elektrik merk Miyako l. Ayakan 150 mesh m. Lumpang porselin
commit to user
n. Penggerus porselin o. Magnetig stirer p. Peralatan gelas
2. Bahan
a. Kitosan dengan derajat deasetilasi (DD) 82% dari Breatachem
b. Lempung dari Kecamatan Wonosegoro, Boyolali
c. Polivinil Alkohol (PVA) dengan BM 72.000 (Merck)
d. Pyperidin p.a (Merck)
e. Asam asetat p.a (Merck)
f. NaOH p.a (Merck)
g. Etanol p.a (Merck)
h. HCl p.a (Merck)
i. NaCl p.a (Merck) j. Indikator PP k. akuades
D. Prosedur Penelitian
1. Persiapan Bahan
Kitosan diblender sampai halus kemudian disaring dengan ayakan 150 mesh. Kitosan yang lolos ayakan 150 mesh kemudian dikumpulkan dan disimpan dalam flakon kaca dan ditutup rapat. Kitosan hasil ayakan akan digunakan dalam proses deasetilasi.
Lempung dilarutkan dalam air kemudian disaring dengan kain. Larutan koloid hasil saringan kemudian didiamkan semalam hingga mengendap. Setelah terbentuk dua lapisan, lapisan atas yang berupa air dibuang hingga didapatkan lempung dalam bentuk pasta. Pasta dioven pada temperatur 150 o C hingga kering. Lempung yang sudah kering dihaluskan dengan lumpang porselin dan disaring dengan ayakan 150 mesh.
2. Deasetilasi Kitosan
commit to user
Serbuk kitosan seberat 20 g dimasukan dalam labu alas bulat kemudian ditambahkan larutan NaOH 60% (w/v) sebanyak 300 mL (perbandingan kitosan : larutan NaOH = 1 : 15). Campuran kemudian direfluks selama 3 jam dengan suhu 120 o
C. Setelah 3 jam, campuran disaring dan residu yang berupa padatan dicuci
dengan akuades sampai pH-nya netral. Endapan hasil penyaringan dikeringkan dalam oven pada suhu 60 o
C sampai kering. Kitosan yang diperoleh ditimbang dan dikarakterisasi dengan FTIR.
3. Sintesis Kitosan-vanilin
Pembuatan resin kitosan-vanilin (KV) mengacu pada penelitaian yang pernah dilakukan Wiyarsi (2008). Langkah pertama dalam derivatisasi kitosan dengan vanilin adalah sebanyak 66,5 g vanilin dilarutkan dalam 285 mL etanol absolut. Kemudian ditambahkan 19 g kitosan (perbandingan kitosan : vanilin = 1 : 3,5) dengan pengadukan dan ditambahkan 2 tetes larutan piperidin kedalam larutan yang berfungsi sebagai katalis. Pengadukan dilakukan selama 48 jam pada suhu kamar. Proses dilanjutkan dengan pengadukan pada suhu 80 o
C selama 72
jam. Setelah itu, campuran disaring kemudian endapan dicuci dengan etanol sampai bersih. Kitosan-vanilin yang diperoleh dioven pada suhu 60 o
C sampai
kering. Hasil yang diperoleh di timbang dan dikarakterisasi dengan FTIR, XRD, DTA-TGA, dan kapasitas penukar ionnya.
4. Pembuatan Komposit KV/PVA/Lempung Sintesis membran komposit KV/PVA/lempung dilakukan dengan menggunakan konsentrasi berat/berat (w/w). 0,025 g lempung ditambahkan kedalam 49,25 g asam asetat kemudian diaduk selama 12 jam menggunakan megnetik stirer. Setelah itu, 0,375 g kitosan-vanilin dan 0,35 g PVA ditambahkan ke dalam campuran sehingga berat total campuran 50 g. Campuran kemudian diaduk selama 12 jam pada temperatur kamar. Campuran dioven pada suhu 80 o C selama 30 menit untuk melarutkan sisa-sisa PVA. Larutan kemudian dicetak diatas plat kaca yang dilapisi plastik stiker dan dikeringkan pada suhu 60 o C selama 6 jam. Langkah yang sama digunakan untuk variasi jenis dan penambahan
commit to user
berat lempung 0,05 g, 0,075 g, 0,1 g, dan 0,125 g. Sedangkan pembuatan membran komposit dengan variasi suhu larutan cetak dilakukan dengan memilih komposisi optimum membran kemudian pengembangan lempung dan pelarutan polimer KV dan PVA dilakukan variasi suhu 40 o
C, 50 o
C, dan 60 o C.
5. Analisis Kapasitas Tukar Kation (KTK)
Resin KV seberat 0,25 gram ditambahkan 50 mL akuades kemudian dimasukkan ke dalam oven dipasanaskan pada suhu 60 o
C selama 1 jam.
Kemudian ditambahkan 50 mL natrium klorida 0,5 M dan didiamkan selama 1 malam. Larutan campuran diambil sebanyak 10 mL kemudian ditambahkan indikator phenol phtalen (PP) 2 tetes dilanjutkan dengan titrasi menggunakan natrium hidroksida 0,005 M hingga warna larutan berubah dari jernih menjadi pink dan dicatat volume natrium hidroksida yang dibutuhkan.
Penentuan KTK membran hampir sama dengan metode yang dilakukan untuk penentuan KTK resin. Membran dengan ukuran 2 x 2 cm ditimbang dan dicatat beratnya. Membran dimasukan dalam erlenmeyer dan ditambahkan 50 mL akuades kemudian dioven pada suhu 60 o
C selama satu jam. Larutan NaCl 1 M
sebanyak 50 mL ditambahkan ke dalam erlenmeyer dan didiamkan semalam. Larutan kemudian diambil 10 mL dan dititrasi dengan larutan NaOH 0,005 M.
6. Analisis Derajat Pengembangan Membran (swelling degre) Swelling degre (SD) membran ditentukan dengan menimbang membran dengan ukuran 2 x 2 cm sebagai berat kering kemudian membran direndam dalam 50 mL akuades selama 24 jam. Akuades yang menempel dipermukaan membran dibersihkan dengan tisu kemudian membran ditimbang sebagai berat basah. Nilai SD membran ditentukan sebagai persen (%) perbandingan membran berat kering dengan berat membran basah.
commit to user
7. Analisis Spektrofotometer Difraksi Sinar-X (XRD) Karakterisasi kristalinitas dan interaksi mikroskopis dilakukan dengan metode difraksi sinar –X menggunakan XRD-600 SHINADZU dengan radiasi dari Kα Cu, voltage 40 kV. Pengukuran dilakukan pada range 2θ 3 o - 70 o .
8. Analisis Spektrofotometer Infra Merah (FT-IR) Analisis gugus fungsi dilakukan dengan menganalisis spektra FT-IR yang diperoleh dari pengukuran menggunakan alat IRPrestige-21 SHIMADZU dengan plat KBr. Range bilangan gelombang dari 4000-370 cm -1 dengan resolusi
4 cm -1 .
9. Analisis Stabilitas Termal Membran
Stabilitas termal membran komposit dan membran kitosan-vanilin dianalisa menggunakan alat Linseis STA PT-1600. Pemanasan dilakukan pada suhu 30-700 o
C dengan kecepatan pemanasan 20 o
C per menit pada atmosfer
udara dan reference Al 2 O 3 .
10. Analisis Morfologi Permukaan Membran
Morfologi permukaan membran dianalisis menggunakan mikroskop digital Nikon Eclipse E 200 dengan pembesaran 1000 kali.
E. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data
1. Penentuan Derajat Deasetilasi (DD) Kitosan Derajat deasetilasi kitosan ditentukan berdasarkan karakter spektra IR. Derajat deasetilasi kitosan diperoleh dari perbandingan absorbansi puncak pada daerah serapan sekitar 1650 cm -1 yang merupakan serapan gugus karbonil dan absorbansi puncak serapan sekitar 3450 cm -1 yang merupakan serapan hidroksil sebagai standar internal atau puncak referensi dari metode spektroskopi IR. Semakin besar derajat deasetilasi kitosan, intensitas serapan pada daerah sekitar 1650 cm -1 yang menunjukan C=O streching semakin menurun, sedangkan intensitas
commit to user
serapan pada daerah sekitar 1596 cm -1 yang menunjukan amina primer (-NH 2 ) semakin meningkat.
2. Penentuan Komposisi Optimum Membran
Kapasitas tukar kation (KTK) membran ditentukan dengan metode titrasi. Dari proses titrasi diperoleh jumlah NaOH yang dibutuhkan untuk titrasi. Membran dengan KTK optimum adalah membran yang mampu menukarkan kation tertinggi. Kondisi optimum KTK membran ditunjukan oleh jumlah NaOH yang dibutuhkan untuk titrasi per satuan berat membran. Semakin banyak NaOH yang diperlukan maka nilai KTK membran akan semakin tinggi. Membran dengan nilai KTK tertinggi diambil sebagai membran dengan komposisi optimum.
3. Penentuan Derajat Pengembangan Membran (swelling degre) Swelling degre (SD) membran ditentukan dengan perendaman membran dalam akuades selama 24 jam. Dari proses ini akan diperoleh data berupa berat basah membran. Nilai SD membran diperoleh dari perbandingan selisih berat awal membran dan berat membran setelah dilakukan perendaman dengan berat awal membran. Membran dengan nilai SD optimum ditunjukan oleh membran dengan nilai SD paling kecil.
4. Analisis Spektroskopi Infra Merah (FT-IR)
Spektrofotometer infra merah (FT-IR) dapat digunakan untuk menentukan gugus fungsi suatau senyawa dan melihat interaksi antara senyawa penyusun membran. Data IR meliputi gugus-gugus pada mineral lempung dan polimer kitosan, PVA, dan KV. Gugus fungsi suatu senyawa akan memberikan serapan-serapan karakteristik pada bilangan gelombang tertentu. Penurunan intensitas pada serapan tertentu dan munculnya serapan baru mengindikasikan adanya ikatan baru. Keberhasilan terbebentuknya KV ditunjukan munculnya serapan baru pada bilaangan gelombang sekitar 1640 cm -1 yang merupakan serapan karakteristik dari basa Schiff (C=N).
commit to user
5. Analisis Spektroskopi Difraksi Sinar-X (XRD) Spektrofotometer difraksi sinar-x dapat digunakan untuk menentukan kristalinitas dan interaksi senyawa penyusun membran. Analisis XRD akan memberikan difraktogram yang menunjukan puncak- puncak pada 2θ tertentu. Selain itu, dari data XRD akan diperoleh jarak antar atom (d). Semakin runcing dan tinggi intensitas puncak yang dihasilakan maka kristalinitasnya akan semakin tinggi. Interaksi antara lempung dan KV dapat diamati perubahan jarak antar lapis lempung pada 2θ dibawah 6 o . Semakin tinggi perubahan jarak antar lapis lempung maka KV yang masuk diantara ruang antar lapis lempung semakin banyak.
6. Analisis Stabilitas Termal Membran
Stabilitas termal membran ditentukan dengan metode Thermogravimetric Analysis (TGA). Data termogram menunjukan berkurangnya massa akibat pemanasan. Perubahan stabilitas termal dilihat dengan membandingkan termogram masing-masing membran.
7. Analisis Homogenitas Permukaan Membran Homogenitas permukaan membran ditentukan dengan mikroskop digital. Data foto mikrografi berupa gambar dengan pembesaran tertentu yang menunjukan homogenitas permukaan membran. Semakin homogen pencampuran bahan, maka persebaran lempung dalam membran semakin merata.
commit to user
29