MATERIAL KOMPOSIT POLIMER ZEOLIT Latar Belakang

1. Luas permukaan adsorben. Semakin besar luas permukaan maka semakin besar pula daya adsorpsinya karena proses adsorpsi terjadi pada permukaan adsorben. Yaitu, pada pori- pori permukaan adsorben. 2. Tidak ada perubahan volume yang berarti selama proses adsopsi dan deadsorpsi 3. Kemurnian adsorben. Adsorben yang memiliki tingkat kemurnian tinggi, daya adsorpsinya lebih baik. 4. Jenis gugus fungsi atom yang ada pada permukaan adsorben. Sifat-sifat atom di permukaan berkaitan dengan interaksi molekul antara adsorbat dan adsorben yang lebih besar pada adsorbat tertentu 1

2.5 MATERIAL KOMPOSIT POLIMER ZEOLIT

Material komposit zeolit merupakan material yang dibuat dalam penelitian ini dengan tujuan mendapatkan dua sifat dari polimer terkonjugasi dan sifat penyerapan dari zeolit. Pembuatan material komposit polimer zeolit dilakukan dengan melarutkan matrix PEG 6000 menggunakan aquadest kemudian dicampur dengan zeolit yang telah disediakan. Matrix PEG 6000 ini selain berfungsi sebagai pengikat juga berfungsi sebagai polimer terkonjugasi. Material komposit polimer-zeolit dapat didefenisikan sebagai material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material yang dalam proses pembentukannya melalui pencampuran yang tidak homogen. Artinya, sifat dari masing-masing material yang dikombinasi memiliki sifat yang berbeda. Dalam penelitian ini, zeolit yang merupakan mineral aluminum silikat yang karakteristiknya seperti batu-batuan alam diambil sifat penyerapan dari zeolit. Disamping, itu zeolit yang digunakan sebagai bahan pengisi pada komposit polimer-zeolit ini, juga merupakan senyawa yang 1 Pe gujiaa Alat pe di gi , Ferdi a Delesev Gi i g, FT UI, Universitas Sumatera Utara mampu diaktivasi kembali. Sedangkan pada PEG 6000 digunakan sebagai matrix yang juga memiliki karakteristik sebagai polimer terkonjugasi.

2.6 SENSOR

Dalam penggunaannya, sensor seringkali dijadikan sebagai device utama dalam mendesain sebuah sistem. Sinyal analog yang dikonversikan ke dalam sinyal digital merupakan syarat awal dalam fabrikasi sensor. Sehingga, dalam proses fabrikasinya kemampuan dalam sifat analog digital converter. Oleh karena itu, dalam fabrikasi sensor ada tujuh karakteristik yang diperlukan untuk memenuhi syarat suatu material dikatakan sensor.

2.6.1 Sensor dan karakteristik

Sensor merupakan device yang digunakan untuk mentransformasi sifat-sifat fisika menjadi sinyal elektrik. Atau dapat dikatakan sensor mampu meng- konversi sinyal-sinyal analog ke dalam sinyal digital. Sinyal analog yang didapat dari sensor berasal dari pergerakan elektron ketika sensor tersebut diberikan suatu ekspos. Tom Kenny menuliskan syarat-syarat tertentu dalam meng-karakteristik suatu material dikatakan sensor yaitu:  Fungsi transfer menunjukkan hubungan fungsional antara sinyal input fisik dan sinyal keluaran listrik. Biasanya hubungan ini digambarkan sebagai grafik yang menunjukkan hubungan antara input dan output sinyal yang diberikan pada sensor yang kemudian rincian dari hubungan fungsi transfer tersebut mungkin merupakan deskripsi lengkap tentang karakteristik sensor.  Sensitivitas. Sensitivitas didefinisikan dalam hal hubungan antara sinyal input fisik dan sinyal keluaran listrik. Hal ini umumnya rasio antara perubahan kecil dalam sinyal listrik untuk perubahan kecil dalam sinyal fisik. Dengan demikian, maka dapat dinyatakan sebagai turunan dari Universitas Sumatera Utara fungsi transfer sehubungan dengan sinyal fisik seperti tegangan dan hambatan.  Span atau Dynamic Range. Merupakan interval sinyal input yang dapat dikonversikan ke sinyal listrik oleh sensor disebut dengan Dynamic Range. Sinyal di luar kisaran ini menyebabkan ketidaktelitian tidak dapat diterima besarnya. Rentang atau jangkauan yang dinamis biasanya ditentukan oleh pemasok sensor sebagai rentang di mana karakteristik kinerja lainnya.  Akurasi atau Ketidakpastian. Ketidakpastian secara umum didefinisikan sebagai kesalahan terbesar yang diharapkan antara sinyal output aktual dan ideal.  Histeresis. Beberapa sensor tidak kembali ke nilai output yang sama ketika stimulus input ke atas atau bawah. Lebar dari kesalahan yang diharapkan dari segi kuantitas yang diukur didefinisikan sebagai histeresis.  Nonlinieritas. Merupakan deviasi maksimum dari fungsi transfer linier selama rentang dinamis yang ditentukan. Ada beberapa ukuran untuk kesalahan ini. Yang paling umum adalah membandingkan fungsi transfer aktual dengan garis lurus terbaik, yang terletak di antara dua garis sejajar yang mencakup fungsi transfer keseluruhan selama rentang dinamis tertentu perangkat.  Noise. Semua sensor menghasilkan beberapa output suara di samping sinyal keluaran. Dalam beberapa kasus, noise dari sensor berasal dari noise-noise yang ada pada komponen elektronik, atau kurang dari fluktuasi sinyal fisik, dalam hal ini tidak penting. Cahaya, tekanan, thermal, gas, adalah beberapa contoh ekspose yang sering diberikan terhadap sensor tersebut. Dalam metode fabrikasi sensor, suatu device dapat dikatakan sensor adalah apabila device tersebut memiliki 2 hal penting sebagai penyusunnya yaitu substrat dan layar aktif. Layar aktif merupakan jantung suatu material sensor. Universitas Sumatera Utara Pada saat sekarang ini, sensor difabrikasi dengan menggunakan teknologi nano yang dapat menghasilkan kualitas sensor yang baik. Namun, proses fabrikasi tersebut memakan banyak biaya sehingga para peneliti dituntut untuk menghasilkan sensor yang memiliki kualitas yang baik. Fabrikasi sensor sampai saat ini telah berkembang dengan pesat. Berikut beberapa metode yang sering digunakan dalam proses fabrikasi sensor.  Electro chemical deposition.  Dip-Coating.  Spin-Coating.  Langmuir-Blodgett.  Layer by Layer self-assembly  Thermal evaporation.  Vapor Deposition Polymerization.  Drop-Coating.  Chemical Vapour Deposition. Dengan begitu banyaknya metode fabrikasi sensor, maka telah begitu banyak pengembangan dalam pembuatannya. Pada umumnya, metode yang paling sering dan mudah digunakan adalah metode Drop Coating. Metode ini merupakan salah satu metode yang mudah dan efektif sehingga dapat dilakukan. Untuk itu, penulis pada tulisan ini mengutamakan metode pembuatan sensor menggunakan metode drop coating. Kemampuan zeolit dalam menyerap beberapa jenis gas membuat mineral aluminium silikat dapat dijadikan sebagai layar aktif dalam metode pembuatan sensor. Zeolit ini nantinya akan dilapisi secara drop coating ke substrate tembaga yang ada pada papan PCB Printed Circuit Board. Huai Bai et all, menyatakan metode analisis senyawa organik yang penting, seperti benzena, toluena dan beberapa senyawa organik yang mudah menguap lainnya tidak reaktif pada suhu kamar dan dalam kondisi Universitas Sumatera Utara ringan. Oleh karena itu, sulit untuk dideteksi oleh reaksi kimia sehingga dilakukan pendeteksian dengan polimer. Dengan bentuk struktur yang berulang, maka zeolite yang juga polimer mampu berinteraksi dengan senyawa-senyawa tersebut. Namun, senyawa tersebut mungkin memiliki interaksi fisik lemah dengan polimer sehingga terjadi proses penyerapan. Hal tersebut mengakibatkan pembengkakan efek swelling pada matriks polimer. Interaksi ini tidak mengubah tingkat oksidasi pada polimer, tetapi juga dapat mempengaruhi sifat-sifat bahan penginderaan dan membuat gas terdeteksi. Pelapisan komposit ditunjukkan pada gambar 2.4 berikut: Gambar 2.4 Pelapisan Komposit Polimer-Zeolit Sesuai dengan gambar di atas, maka proses deteksi gas-gas tertentu akan dapat dilakukan dengan adanya muatan listrik yang dialirkan. Bartlett’s group menyajikan model dasar untuk sensor gas polimer yang terdiri dari film tipis polimer yang uniform dilapisi di atas sepasang elektroda Coplanar serta didukung oleh substrat isolasi. Oleh karena itu, kemampuan zeolit sebagai adsorbent akan dipengaruhi oleh gas-gas yang diserap sehingga tegangan pada mula-mula akan berubah seiring dengan jumlah dan jenis gas yang diserap. Atas dasar itu maka penulis melakukan penelitian ini dalam rangka memanfaatkan zeolit yang merupakan batu-batuan alam yang banyak dijumpai di Indonesia untuk dijadikan sebagai sensing materials.

2.6.2 Preparasi layar aktif dan komposit polimer

Sebagaimana yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa, pada penelitian ini zeolit yang juga merupakan salah satu polimer dengan gugus rantai Universitas Sumatera Utara alumunium silikat dapat digunakan dengan sebagai layer aktif. Hal tersebut dibuktikan dengan kemampuan zeolit yang mampu menyerap gas dan sifat- sifat listrik dipengaruhi oleh gas yang dilewati. Sifat tersebut berupa kemampuan menyerap gas, kemampuan inilah yang dijadikan peneliti sebagai layer aktif yang merupakan bagian penting pada karakterisasi sensor dengan menggunakan drop coating.

2.6.3 Prinsip Sensing Zeolit

Perbandingan jumlah alumunium dan silikon dalam struktur zeolit biasanya dapat secara efektif disesuaikan, dan dengan mengubah perbandingan jumlah alumunium dan silikon pada zeolit, kapasitas pertukaran ion dan konduktivitas, interaksi antara zeolit dengan molekul teradsorpsi, dan memodifikasi sifat hidrofilik atau hidrofobik membuat struktur dan sifat zeolit berubah. Beberapa interaksi tersebut dapat memberikan asumsi bahwa zeolit berinteraksi dengan suatu senyawa sebagai adsorbent dan prinsip pertukaran ion. Artinya, dengan dua kemampuan zeolit tersebut, sifat sensing zeolite yang berasal dari adsorbent dapat digunakan sebagai layer aktif untuk sensor yang akan dibuat. Dengan struktur kimia yang sangat baik dan stabilitas termal baik, zeolit dapat digunakan sebagai substrat untuk meng-karakteristik senyawa dan perangkat yang diinginkan berupa sifat fisik dan kimia dasar. Misalnya senyawa anorganik atau organik, logam dan logam-organik senyawa cluster mereka dapat diserap ke dalam pori-pori dan struktur dalam zeolit. Beberapa partikel berukuran nano oksida logam atau logam telah berhasil dimasukkan ke dalam struktur dan pori-pori sehingga sangat tersebar pada permukaan luar zeolit. Beberapa aplikasi dari bahan zeolit dapat dijadikan sebagai sensor gas telah dikembangkan berdasarkan karakteristik yang disebutkan di bawah ini  Sejumlah senyawa secara khusus mampu dideteksi dalam bentuk gas melalui pori-pori zeolit , misalnya ruthenium II yang merupakan senyawa kompleks dapat diserap zeolit karena memiliki super Universitas Sumatera Utara adsorbent. Hal ini membuat zeolit dapat dijadikan sebagai sebagai sensor oksigen, kemudian dengan memasukkan metilen biru ke dalam zeolit membuat zeolit dapat mendeteksi kelembapan ataupun dengan mengkarakteristik LiCl menjadi zeolit sebagai sensor kelembaban.  Rekontruksi zeolit pada struktur kristal kuarsa permukaan-akustik- gelombang, microcantilever, atau serat optik untuk mendeteksi beberapa gas dengan penyerapan selektif.  Perbedaan konduktivitas zeolit karena proses penyerapan beberapa gas untuk membuat sensor berdasarkan pengukuran spektroskopi impedansi.  Menempatkan zeolit ke sensor sebagai bahan filter untuk meningkatkan selektivitas untuk beberapa molekul gas tertentu.  Perendaman zeolit ke beberapa bahan dapat membuat komposit melakukan karakterisasi untuk membuat sensor, seperti konduktivitas polianilin yang dikomposisikan pada Zeolit memiliki sifat responsif terhadap CO, sedangkan komposit SnO2-Zeolit responsif terhadap hidrogen dan karbon monoksida.

2.7 Alkohol

Dalam ilmu fisika dan kimia, alkohol merupakan senyawa yang tergolong mudah terbakar dan mudah menguap. Hal ini tampak pada penggunaan alkohol yang sering digunakan sebagai bahan bakar dan pelarut dalam kedua ilmu tersebut. Di ilmu kimia, alkohol merupakan senyawa organic yang memiliki gugus fungsi hidroksil, yaitu − . Gugus tersebut berikatan dengan atom karbon, sehingga secara umum, alkohol merupakan senyawa hidrokarbon yang berikatan dengan gugus hidroksil. Khususnya pada senyawa ini, hidro karbon berperan sebagai pusat dari susunan senyawa alkohol yang pada suatu saat karbon akan tersaturasi. Sehingga atom karbon dapat memiliki satu ikatan dan bahkan lebih dari satu ikatan yaitu 3 ikatan dengan atom-atom yang lain. Universitas Sumatera Utara Hal penting yang perlu diketahui dari senyawa alkohol adalah pengelompokan alkohol yang merupakan senyawa rantai lurus. Secara umum, jenis kelompok alkohol yang sering dipasarkan adalah metanol dan etanol, disamping itu penggunaan propanol juga umum dipasarkan karena dimanfaatkan pada LPG. Maka, LPG bukan saja singkatan dari Liquid Petroleum Gas melainkan Liquid Propanol Gas. Penggunaan alkohol sering digunakan oleh manusia sebagai minuman penghangat sejak dahulu. Begitu banyak variasi dari berbagai jenis senyawa alkohol ini, sebut saja seperti metanol dan etanol. Variasi ini terlihat dari penggunaan alkohol dengan fungsi masing-masing. Sebut saja seperti untuk higienis dan medis. Alcohol memiliki sifat yang toksik, bukan saja mudah menguap dan mudah terbakar. Sehingga dalam skala tertentu, alkohol dapat menjadi senjata pemusnah massal apabila tidak dikelola secara baik. Pengelolaan yang efektif adalah bagaimana mencegah senyawa alkohol dalam tindakan preventif. Yaitu pencegahan terhadap metanol dan etanol merupakan tindakan yang efektif.

2.7.1 Metanol

Metanol merupakan senyawa alkohol yang memiliki rantai hidrokarbon yang paling kecil. Metanol, sering juga disebut dengan Alkohol Kayu atau Metil Alkohol, umumnya didapat dari gas alam dan batubara. Metanol juga dapat diproduksi melalui sumber daya alam yang dapat diperbaharui seperti dari gas tempat pembuangan sampah dan gas dari sisa pencernaan. Dalam tubuh manusia metanol diketahui terdapat dalam jumlah yang kecil. Hal tersebut dikarenakan proses pencernaan manusia yang berasal dari memakan buah-buahan dan sayuran sehari-hari. Dalam situsnya Methanol Institute merilis bahwa, Metanol merupakan senyawa kimia yang berbahaya yang sangat mudah terbakar, menguap dan beracun. Metanol harus disimpan dengan baik, diangkut dan digunakan oleh orang-orang yang terlatih sehingga ketika terjadi kesalahan dapat diatasi secara cepat dan tanggap. Bagi manusia, metanol sangat Universitas Sumatera Utara beracun karena jika uap yang terhirup serta tertelan dapat mengakibatkan gejala yang mematikan. Kontak langsung dengan metanol harus, tertelannya metanol secara sengaja baik secara langsung dan tidak langsung dapat mengakibatkan sakit permanen terhadap sistem saraf, kebutaan dan bahkan kematian. Metanol sangatlah beracun, dapat mengakibatkan asidosis stemic, kerusakan saraf optik dan efek terhadap sistem saraf tengah. Struktur kimia metanol ditunjukkan pada gambar 2.5 Gambar 2.5 Struktur Kimia Metanol Metanol harus disimpan dalam sistem yang tertutup atau diletakkan pada kotak yang secara langsung tidak terkena atmosfir. Kotak penyimpanan harus dibuat label sehingga dapat diketahui isi dari kotak tersebut. Anda harus memiliki prosedur penanganan produk metanol yang komprehensif dan sistem yang baik. Karena sifatnya yang beracun, metanol sering digunakan sebagai bahan additive bagi pembuatan alkhol untuk penggunaan industri. Reaksi kimia dari metanol yang terbakar di udara dan membentuk karbon dioksida dan air adalah sebagai berikut: + → + 6 Api dari metanol biasanya tidak berwarna. Oleh karena itu, kita harus berhati-hati apabila berada di sebuah ruangan penyimpanan metanol untuk mencegah terjadinya kebakaran dan cedera dari sifat metanol yang mudah menguap dan terbakar. Apalagi dengan kondisi api dari metanol yang tidak berwarna. Universitas Sumatera Utara

2.7.2 Etanol

Umumnya, jenis alkohol yang sering dikonsumsi oleh masyarakat disebut dengan etanol. Etanol dalam kadar tertentu sering dijadikan sebagai minuman keras. Etanol, disebut juga dengan etil alkohol, merupakan alkohol murni yang memiliki sifat yang sama dengan jenis metanol. Senyawa etanol merupakan cairan yang mudah menguap, mudah terbakar, dan tidak berwarna. Etanol merupakan salah satu obat rekreasi yang paling sering digunakan dan merupakan senyawa psikoaktif. Struktur kimia etanol ditunjukkan pada gambar 2.6 berikut Gambar 2.6 Struktur Kimia Etanol Etanol adalah pelarut serbaguna, larut dalam air dan pelarut organic lainnya, meliputi asam asetat, aseton dan toluene. Ia juga larut dalam hidrokarbon alifatik yang ringan seperti pentane. Etanol termasuk dalam alkohol primer, yang berarti bahwa karbon yang berikatan dengan gugus hidroksil paling tidak memiliki dua atom hydrogen yang terikat dengannya juga. Etanol sering digunakan untuk bahan-bahan penelitian dalam rangka pemurnian suatu bahan. Dalam ilmu kimia, etanol banyak digunakan sebagai pelarut bahan- bahan kimia yang ditujukan untuk konsumsi dan kegunaan kegiatan sehari. Etanol tersebut digunakan sebagai pelarut untuk pewarna makanan, bahan penelitian dan bahkan sekarang ini dijadikan sebagai salah satu alternatif pengganti bahan bakar minyak. Sifat etanol yang tidak berwarna, dan memiliki aroma yang khas. Universitas Sumatera Utara Sifat-sifat fisika etanol utamanya dipengaruhi oleh keberadaan gugus hidroksil dan etanol memiliki rantai karbon yang pendek, namun lebih panjang dibandingkan metanol. Rumus kimia dari etanol adalah sehingga titik didihnya lebih tinggi dibandingkan metanol. Gugus hidroksil dapat berpartisipasi dalam ikatan hydrogen, sehingga membuatnya cair dan lebih sulit untuk menguap. Namun, tetap etanol merupakan senyawa yang sifatnya mudah terbakar dan mudah menguap. Universitas Sumatera Utara BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Penggunaan polimer dalam perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi memicu semua peneliti untuk menghasilkan material yang efektif. Material yang dihasilkan tentunya memiliki karakteristik yang diinginkan sehingga memiliki nilai jual yang tinggi baik dari kegunaan maupun dari ekonomis. Oleh karena itu, material yang diteliti dapat membantu persoalan-persoalan yang ada pada manusia. Sebut saja seperti polimer yang dimanfaatkan sebagai matrix dalam pembuatan komposit. Komposit yang dihasilkan tentunya memiliki karakteristik yang diinginkan dan bermanfaat bagi kehidupan manusia. Penggunaan polimer tersebut salah satunya adalah polimer terkonjugasi. Polimer secara umum merupakan material non-konduktif sehingga pemakaiannya sering ditemukan pada bahan-bahan isolator. Bahan isolator ini tentunya menjadi salah satu tindakan pencegahan dalam kehidupan manusia. Sebut saja seperti di sistem listrik rumah sehingga mampu mencegah hal yang tidak diinginkan seperti hubungan arus pendek yang memicu kebakaran. Namun, pemanfaatan polimer ini kebanyakan hanya terbatas pada hal tersebut saja. Penelitian mengenai polimer dalam pemanfaatan telah dilakukan oleh Neetika Gupta et.al mengenai polimer yang digunakan sebagai salah satu devais sensor. Polimer konduktif yang dihasilkan melalui proses blending atau pencampuran memiliki karakteristik mekanik dan optik yang bagus. Hal tersebut menghasilkan sebuah material sensor yang berbasis transduksi seperti potentiometric dan amperometric sensor.Gupta, Neetika et. al 2006 Fabrikasi material pendeteksi juga telah menggunakan polimer konduktif atau terkonjugasi melalui poli anilin, poli pirrol, poli etilen sebagai matrix dan layer aktif. Material yang dibuat ini diteliti dengan mencari performansi dalam Universitas Sumatera Utara mendeteksi gas-gas yang telah ditentukan. Tentunya, hasil dari penelitian ini menjadi prospek yang baik dalam bidang penelitian polimer sebagai salah satu material pembuatan sensor.Bai, Hua dan Qaoquan Shi. 2007 Pada penelitian ini, pemanfaatan polimer sebagai matrix dalam pembuatan komposit polimer-senyawa aktif akan menghasilkan material yang memiliki sifat listrik berupa resistivitas, konduktivitas, dan parameter sensitifitas. Karena komposit polimer ini dibuat dengan mengambil zeolit sebagai salah satu material penyerapan, maka komposit yang penulis teliti memiliki karakteristik sifat listrik dan sifat sensitifitas. Secara teori, polimer yang diisi dengan material lain atau doping akan menghasilkan karakteristik listrik. Hal ini membuat komposit polimer-zeolit memiliki sifat semikonduktif, sehingga dapat dijadikan sebagai bahan pembuat sensor gas. Maka, penelitian ini berupa “Analisis Sifat Listrik Komposit Polimer-Zeolit Terhadap Penyerapan Gas metanol dan Etanol”.

1.2 Permasalahan dan Identifikasi Masalah