Membran Komposit Polisulfon Tersulfonasi-Zeolit untuk Aplikasi Direct Methanol Fuel Cell

MEMBRAN KOMPOSIT POLISULFON TERSULFONASIZEOLIT UNTUK APLIKASI DIRECT METHANOL
FUEL CELL

SUCI RAHMADANI

DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Membran Komposit
Polisulfon Tersulfonasi-Zeolit untuk Aplikasi Direct Methanol 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 2014
Suci Rahmadani
NIM G44100076

ABSTRAK
SUCI RAHMADANI. Membran Komposit Polisulfon Tersulfonasi-Zeolit untuk
Aplikasi Direct Methanol Fuel Cell. Dibimbing oleh SRI MULIJANI dan ARMI
WULANAWATI.
Direct methanol fuel cell (DMFC) dapat dijadikan sebagai alternatif sumber
energi yang dapat diperbarui dan ramah lingkungan. Penelitian ini menyintesis
dan mencirikan membran komposit polisulfon tersulfonasi-zeolit (sPSf-zeolit),
serta menentukan kinerja membran untuk aplikasi DMFC. Proses sulfonasi telah
berhasil dilakukan. Hal ini dibuktikan dengan nilai derajat sulfonasi yang
diperoleh sebesar 45% dan keberadaan gugus baru yang tertrisubstitusi 1,2,4pada bilangan gelombang 1724 cm-1 yang ditentukan menggunakan
spektrofotometer inframerah transformasi Fourier. Morfologi permukaan
membran berubah setelah sulfonasi yang ditentukan menggunakan mikroskop
elektron payaran. Penambahan zeolit pada membran meningkatkan kinerja
membran. Kinerja membran paling baik diperoleh membran sPSf-zeolit 5%
aktivasi, menggunakan elektrode logam. Hal ini ditunjukkan oleh nilai

konduktivitas proton dan beda potensial paling tinggi sebesar 1.2377 × 10-3 S/cm
dan 416 mV. Dapat disimpulkan bahwa membran komposit sPSf-zeolit dapat
diaplikasikan untuk DMFC.
Kata kunci: komposit, polisulfon tersulfonasi, sel bahan bakar , zeolit.

ABSTRACT
SUCI RAHMADANI. Composite Membrane of Sulfonated Polysulfone-Zeolite
for the Application in Direct Methanol Fuel Cell. Supervised by SRI MULIJANI
and ARMI WULANAWATI.
Direct methanol fuel cell (DMFC) is potential as an alternative renewable
energy source and unhazardous to environmental. In this study, composite
membrane of sulfonated polysulfone-zeolite (sPSf-zeolite) was synthesized and
characterized, and observed the performance of the resulted membranes for
DMFC. The process of sulfonation has been successful. It showed by the degree
of sulfonation as high as 45% and the existence of a new group that trisubstituted
1,2,4 - that shown in the wave numbers of 1724 cm-1 as determined using Fourier
transform infrared spectrophotometer. The morphology of membrane surface
changed after sulfonation. It was determined using scanning electron microscope.
The addition of zeolite to membranes improved membrane’s performance. The
composite membrane of sPSf-zeolite 5% activation, using a metal electrode gave

the best membrane’s performance. It showed by the highest proton conductivity
and voltage with values 1.2377 × 10-3 S/cm and 416 mV. This result showed that
the composite membrane of sPSf-zeolite can be applied in DMFC system.
Keywords: composite, fuel cell, sulfonated polysulfone, zeolite.

MEMBRAN KOMPOSIT POLISULFON TERSULFONASIZEOLIT UNTUK APLIKASI DIRECT METHANOL
FUEL CELL

SUCI RAHMADANI

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

2014

Judul Skripsi: Membran Komposit Polisulfon Tersulfonasi-Zeolit untuk Aplikasi
Direct Methanol Fuel Cell
Nama
: Suci Rahmadani
NIM
: G44100076

Disetujui oleh

Dr Sri Mulijani, MS
Pembimbing I

Armi Wulanawati, MSi
Pembimbing II

Diketahui oleh

Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS

Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
rahmat dan karunia-Nya sehingga karya ilmiah yang berjudul “Membran
Komposit Polisulfon Tersulfonasi-Zeolit untuk Aplikasi Direct Methanol Fuel
Cell” ini berhasil diselesaikan. Karya ilmiah ini disusun berdasarkan hasil
penelitian yang dilakukan di Laboratorium Kimia Fisik Departemen Kimia,
Institut Pertanian Bogor pada bulan Februari hingga Juni 2014.
Penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah
membantu penulis selama menjalankan kegiatan penelitian dan dalam
menyelesaikan karya ilmiah ini, khususnya kepada Ibu Dr Sri Mulijani, MS
selaku pembimbing I, Ibu Armi Wulanawati, MSi selaku pembimbing II atas
bimbingan, arahan, dan ilmu yang telah diberikan. Ungkapan terima kasih yang
sebesar-besarnya juga disampaikan kepada ayah, ibu, dan adik-adikku tercinta
Rafi, Serlin, Fikri serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.
Selain itu, terima kasih juga kepada Bapak Mail dan teman-teman Vallian Ghali,
Ginna Ramadhini Putri, Ahmad Hawari Assufi, Hasna TN, dan Ali atas

kerjasama dan semangat yang telah diberikan.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, September 2014
Suci Rahmadani

DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Sintesis Polisulfon Tersulfonasi (sPSf)
Penentuan Derajat Sulfonasi
Preparasi Membran Polisulfon Tersulfonasi-Zeolit (sPSf-Zeolit)
Pencirian Membran
Kinerja Membran
HASIL DAN PEMBAHASAN
Polisulfon Tersulfonasi
Membran Komposit Polisulfon Tersulfonasi-Zeolit

Ciri-Ciri Membran
Gugus Fungsi
Morfologi Membran
Bobot Jenis
Kinerja Membran
Water Uptake dan Permeabilitas Metanol
Konduktivitas Proton
Beda Potensial dalam DMFC
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

vi
vi
1
2
2
2

3
3
3
4
6
6
8
9
9
9
10
11
11
12
13
15
15
15
16
18


DAFTAR GAMBAR
1 Reaksi polisulfon tersulfonasi
2 Perubahan warna larutan sebelum (a) dan setelah (b) proses sulfonasi
3 Membran sPSf (a) dan sPSf-zeolit (b)
4 Spektrum Inframerah PSf (
), sPSf (
), sPSf-zeolit 3% (
),
dan zeolit (
)
5 Morfologi penampang lintang membran PSf (a), sPSf (b), dan sPSfzeolit 5% (c) dengan perbesaran 10000× serta penampang lintang
membran sPSf-60 Lufrano et al. (2008) (d).
6 Bobot jenis membran
7 Water uptake membran.
8 Konduktivitas proton membran nonaktivasi dengan elektrode karbon
( ) dan logam ( ) serta aktivasi ( )
9 Bejana pada sistem DMFC
10 Prinsip skematis dari DMFC
11 Beda potensial membran teraktivasi dan pengukuran menggunakan

elektrode karbon ( ) serta logam ( )

7
8
8
9

10
11
11
13
13
14
14

DAFTAR LAMPIRAN
1 Bagan alir penelitian
2
3
4

5
6
7

Penentuan derajat sulfonasi (DS)
Data hasil analisis FTIR
Data bobot jenis membran
Data water uptake membran
Data konduktivitas proton
Beda potensial yang dihasilkan membran

18
19
19
21
22
23
23

1

PENDAHULUAN
Kebutuhan akan sumber energi bahan bakar fosil terus meningkat seiring
dengan perkembangan aktivitas manusia. Di sisi lain sumber energi bahan bakar
fosil tidak dapat diperbarui dan menghasilkan produk samping yang mencemari
lingkungan. Hal ini menyebabkan cadangan sumber energi bahan bakar fosil
semakin menipis sehingga terjadi krisis energi. Salah satu sumber energi alternatif
yang dapat diperbarui dan ramah lingkungan adalah sel bahan bakar.
Sel bahan bakar merupakan sumber energi non-konvensional yang
menghasilkan energi listrik melalui oksidasi elektrokimia dari bahan bakar.
Beberapa jenis sel bahan bakar di antaranya jenis membran penukar proton
(PEMFC), yang menggunakan gas hidrogen sebagai bahan bakar, dan direct
methanol fuel cell (DMFC), yang menggunakan metanol sebagai bahan bakar.
Dalam sistem DMFC, metanol akan berdifusi dari anode menuju katode melewati
membran polimer elektrolit. Membran ini berfungsi sebagai sarana transportasi
ion hidrogen (H+) yang dihasilkan dari reaksi oksidasi di anode dan juga sebagai
pembatas antara kedua elektrode tersebut (Handayani et al. 2007a). Saat ini,
membran yang banyak digunakan untuk hantaran proton dalam DMFC adalah
Nafion yang terbuat dari fluoro-polimer dengan rantai cabang mengandung gugus
sulfonat (−SO3H). Nafion 117 memiliki konduktivitas proton yang tinggi, yaitu
0.0820 S/cm pada suhu 25 oC, ketahanan termal dan stabilitas kimia yang baik.
Namun, harga Nafion mahal dan memiliki methanol crossover atau permeabilitas
metanol melalui membran yang tinggi (Shin et al. 2005). Selain itu, konduktivitas
proton menurun pada perlakuan suhu di atas 80 oC akibat kehilangan air
(Handayani et al. 2007b). Permeasi metanol dapat menghilangkan sebagian kecil
bahan bakar (metanol) yang digunakan sehingga memperlambat laju reaksi di
katode dan menurunkan kinerja tegangan sel secara keseluruhan.
Karakteristik membran elektrolit yang diinginkan untuk aplikasi DMFC
adalah konduktivitas proton yang besar dan permeabilitas metanol yang rendah.
Upaya mengurangi permeasi metanol melalui membran dapat dilakukan melalui
modifikasi struktur membran Nafion atau pengembangan membran elektrolit
pengganti Nafion. Polimer dengan tulang punggung aromatik seperti polistirena
(PS), poli eter-eter keton (PEEK), dan polisulfon (PSf) dapat dijadikan sebagai
pengganti Nafion, karena memiliki sifat ketahanan termal dan kimia yang tinggi.
Selain itu, keberadaan gugus benzena dalam rantai polimer mengakibatkan
polimer tersebut dapat dimodifikasi. PSf memiliki sifat keras, kaku, kuat,
termoplastik, dan transparan, dengan kisaran suhu kerja dari −100 sampai 160 oC.
PSf juga memiliki sifat termal, stabilitas kimia, kekuatan mekanik, dan ketahanan
oksidatif yang baik sehingga lebih disukai penggunaannya sebagai substrat
membran (Kilduff et al. 2000; Kaeselev et al. 2001). Namun, PSf perlu
dimodifikasi terlebih dahulu agar rantainya bermuatan. Salah satu proses
modifikasi yang sering dilakukan adalah sulfonasi, yaitu penambahan gugus
sulfonat (−SO3H) pada rantai polimer (Pramono et al. 2012). Polimer tersebut
dapat disulfonasi menggunakan beberapa agen sulfonasi seperti asam sulfat, asam
klorosulfonat, oleum, dan trimetil silil ester. Adanya gugus sulfonat akan
membuat membran menjadi lebih hidrofilik sehingga mudah menyerap air. Hal
tersebut akan memudahkan transpor proton sehingga konduktivitas ionik semakin

2
besar. Konduktivitas proton dari membran sangat bergantung pada kelembapan
dalam membran. Membran tidak dapat bekerja pada suhu terlalu tinggi karena
menurunnya kadar air dalam membran tersebut.
Hidrofilisitas membran hidrofobik dapat ditingkatkan dengan penambahan
bahan-bahan hidrofilik. Penggunaan paduan polimer berisi polimer hidrofilik
sebagai bahan membran, diharapkan dapat memperbaiki hidrofilisitas membran
(Moon et al. 2005). Salah satunya adalah dengan menambahkan partikel oksida
logam hidrofilik seperti SiO2, ZrO2, dan TiO2 untuk mempertinggi sifat retensi air
(Kongkachuichay dan Pimprom 2008). Zeolit termasuk golongan kristalin yang
secara alami terbentuk dari mineral aluminosilikat, memiliki struktur tiga dimensi
dari kerangka [SiO4]4- dan [AlO4]5-, dan bentuk koordinasi polihedral. Oleh
karena itu, zeolit dapat digunakan sebagai penukar ion dan dapat terhidrasi dengan
jumlah air yang tinggi (Breck 1974).
Berdasarkan hal tersebut, penelitian ini bertujuan menyintesis serta
mencirikan membran komposit polisulfon tersulfonasi-zeolit dengan variasi
konsentrasi komposit. Kinerja membran tersebut untuk aplikasi DMFC juga
ditentukan dengan membran Nafion sebagai pembanding.

BAHAN DAN METODE

Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah polisulfon (Sigma-Aldrich), zeolit
(Sukabumi), asam sulfat berasap yang mengandung 65% SO3 (oleum), gas
nitrogen, kloroform teknis, diklorometana, metanol, NaOH, HCl, larutan
K3[Fe(CN)6], larutan Na2HPO4, fenolftalein, dan air deionisasi. Alat-alat yang
digunakan adalah peralatan gelas, oven, labu leher tiga, piknometer, neraca
analitik, voltmeter, water bath ultrasonic, SEM JEOL JSM 836 OLA, FTIR
BRUCKER TENSOR 27, dan impendance analyzer LCR-meter.
Sintesis Polisulfon Tersulfonasi (sPSf) (Modifikasi Xing et al. 2004)
Sebanyak 10 g polisulfon dilarutkan di dalam 100 mL kloroform sehingga
diperoleh larutan PSf dengan konsentrasi 10% (b/v). Kemudian, larutan PSf
dipanaskan hingga suhu konstan 40 oC sambil diaduk menggunakan pengaduk
mekanik dan diteteskan oleum sebanyak 20 mL secara bertahap dalam corong
pisah yang dihubungkan dengan labu leher tiga dengan dialiri gas nitrogen. Gas
SO3 akan didorong oleh gas nitrogen menuju larutan PSf. Sintesis sPSf dilakukan
selama 60 menit di ruang asam.

3
Penentuan Derajat Sulfonasi (Modifikasi Martins dan Hallwass 2007)
Polisulfon tersulfonasi (sPSf) yang telah dinetralkan ditimbang sebanyak 0.1
g dan direndam dalam 10 mL NaOH 1 N selama 3 hari. Sisa NaOH kemudian
dititrasi dengan HCl 1 N dan digunakan indikator fenolftalein sebanyak 3 tetes
untuk melihat titik akhir proses titrasi. Titrasi dilakukan hingga terjadi perubahan
warna dari merah muda hingga tidak berwarna (Dhuhita dan Kusuma 2010).
Derajat sulfonasi didapatkan melalui Persamaan 1:

DS =

(

)

× 100%

(1)

Keterangan:
Vblanko = Volume HCl blangko (mL)
Vsampel = Volume HCl sampel (mL)
N
= Normalitas HCl (N)
BE
= Bobot ekuivalen (g/ek)
Bobot sampel (g)

Preparasi Membran Polisulfon Tersulfonasi-Zeolit (sPSf-Zeolit) (Modifikasi
Handayani dan Dewi 2007)
Polisulfon yang telah tersulfonasi (sPSf) dilarutkan dengan diklorometana
menggunakan pengaduk stirrer. Kemudian, larutan ditambahkan zeolit sebanyak
3% dan 5% dari bobot sPSf dan diaduk kembali hingga homogen lalu disonikasi
selama 30 menit. Larutan sPSf-zeolit yang diperoleh dituangkan ke dalam pelat
kaca yang telah dilapisi solatip pada bagian tepi (1 lapis) dan membran dicetak.

Pencirian Membran
Analisis Gugus Fungsi
Membran PSf, sPSf, sPSf-zeolit 3% dalam bentuk lapis tipis, dan zeolit
dalam bentuk serbuk diuji menggunakan spektrofotometer FTIR pada daerah
bilangan gelombang 400-4000 cm-1 dengan resolusi 4 dan payar 32.
Analisis Morfologi
Membran diuji menggunakan SEM dilakukan untuk menentukan morfologi
membran berdasarkan penampang lintangnya. Membran PSf, sPSf, dan sPSfzeolit dibekukan dengan nitrogen cair selama 10 menit kemudian dipatahkan dan
ditempelkan pada cell holder. Membran dilapisi dengan emas lalu dimasukkan ke
dalam chamber, dan difoto penampang lintangnya dengan perbesaran 10000×.

4
Pengukuran Bobot Jenis
Penentuan bobot jenis PSf, sPSf, dan sPSf-zeolit dilakukan dengan sampel
membran yang dipotong dengan ukuran yang seragam, kemudian dimasukkan ke
dalam piknometer yang telah diketahui bobot kosongnya (W0). Bobot piknometer
dan sampel ditimbang dan dicatat (W1). Kemudian piknometer yang berisi
potongan sampel ditambahkan akuades hingga tidak terdapat gelembung udara
dan ditimbang bobotnya (W2). Bobot piknometer berisi air juga ditimbang dan
bobotnya dicatat (W3). Bobot jenis sampel dihitung menggunakan Persamaan 2:

D=

-

( -

)-

-

-

(2)

Keterangan:
D : bobot jenis sampel (g/mL)
D1 : bobot jenis air (g/mL)
Da : bobot jenis udara (g/mL)

Kinerja Membran
Pengujian Water Uptake (Byun 2001)
Membran PSf, sPSf, dan sPSf-zeolit dikeringkan dalam oven pada suhu 120
o
C 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.
Penimbangan dilakukan untuk mengetahui selisih bobot membran pada saat basah
dan kering melalui Persamaan 3:
%Water uptake =

-

(3)

Pengukuran Permeabilitas Metanol
Permeabilitas metanol diuji secara kualitatif untuk melihat metanol yang
terdifusi melalui membran. Membran dijepit diantara dua kompartemen.
Kompartemen A diisi dengan 160 mL metanol 0.3 M dan kompartemen B
dibiarkan kosong. Setelah 30 menit, bagian sisi permukaan membran dilap dengan
tisu untuk melihat metanol yang terdifusi melalui membran yang masuk ke
kompartemen B.
Pengukuran Konduktivitas Proton
Membran dipotong sesuai ukuran elektrode. Kemudian, dilakukan aktivasi
membran dengan merendam setiap membran dalam H2O2 selama 1 jam lalu
direndam kembali dalam H2SO4 selama 1 jam, setelah itu membran dibilas dengan
air deionisasi. Elektrode yang digunakan, yaitu karbon dan logam (tembaga-besi).
Aktivasi elektrode juga dilakukan dengan cara direndam ke dalam larutan HCl 1
N selama 1 hari, kemudian dengan NaOH 1 N selama 1 hari, setelah itu elektrode

5
aktif dicuci dengan air deionisasi dan direndam hingga akan digunakan
(Wisojodharmo dan Dewi 2008).
Nilai konduktansi diukur dengan cara membran yang tidak diaktivasi atau
telah diaktivasi tersebut diapit di antara dua elektrode, kemudian kedua elektrode
tersebut dihubungkan dengan kutub positif dan negatif pada alat impendance
analyzer LCR-meter, sehingga muncul nilai konduktansi membrannya. Kemudian,
diukur pula luas membran sesuai ukuran elektrode (A) dan ketebalannya
menggunakan mikrometer digital karena tebal membran sebanding dengan jarak
antara kedua elektrode karbon (l). Nilai konduktansi (G) yang diperoleh,
dikonversi menjadi nilai konduktivitas per satuan jarak yang disebut dengan nilai
konduktivitas proton (σ) melalui Persamaan 4:
σ=G
Keterangan :
σ
A
l
G

(4)

: konduktivitas proton (S/cm)
: luas permukaan (cm2)
: jarak antar kedua elektroda (cm)
: nilai konduktansi (S)

Parameter yang digunakan
Frekuensi : 100.00 kHZ
CC
: 1.00 mA
V-lim
: 10 mV
Range
: Auto 10 Ω
Open
: Off
Short
: Off
Uji Aplikasi Sistem DMFC
Konduktivitas dalam sistem sel bahan bakar diukur menggunakan 2 sistem
bejana yaitu sistem anode dan katode . Bejana pertama sebagai sistem anode diisi
dengan 160 mL larutan metanol 0.3 M, sedangkan bejana kedua sebagai sistem
katode diisi dengan 80 mL larutan K3[Fe(CN)6] 1 mM dan 80 mL larutan
Na2HPO4 1mM. Membran direkatkan pada bagian tengah kedua bejana tersebut.
Elektrode dimasukkan ke dalam kedua larutan, kemudian dihubungkan dengan
kutub positif dan negatif pada voltmeter sehingga diperoleh nilai beda potensial.

6

HASIL DAN PEMBAHASAN

Polisulfon Tersulfonasi
Polisulfon tersulfonasi (sPSf) disintesis dengan mengalirkan oleum (asam
sulfat berasap yang mengandung 65% SO3) menggunakan gas nitrogen sebagai
pembawa gas SO3 ke dalam larutan polisulfon. Penggunaan oleum sebagai agen
sulfonasi karena waktu reaksi yang dihasilkan lebih cepat dan pemakaiannya
relatif lebih efisien. Pemanasan pada suhu 40 oC selama 60 menit dilakukan agar
campuran tersebut lebih homogen dan untuk mempercepat reaksi sulfonasi.
Reaksi yang terjadi adalah melalui mekanisme substitusi elektrofilik langsung dan
gugus sulfonat akan menempel pada cincin aromatik dari tulang punggung
polimer (Gambar 1). Gugus sulfonat mampu melepaskan H+ dengan mudah,
sehingga dapat dimanfaatkan sebagai gugus aktif dalam membran penghantar
proton untuk sel bahan bakar (Suka et al. 2009).

7

Gambar 1 Reaksi polisulfon tersulfonasi
Perubahan warna yang dihasilkan sebelum dan setelah proses sulfonasi
adalah dari tidak berwarna menjadi kuning kecokelatan (Gambar 2). Tingkat
keberhasilan proses sulfonasi dapat diketahui dengan menentukan derajat
sulfonasi (DS). Semakin besar nilai DS menunjukkan semakin banyak gugus –
SO3H yang masuk dalam cincin aromatik sehingga lebih bersifat hidrofilik.
Berdasarkan hasil penelitian, diperoleh nilai DS sebesar 45% (Lampiran 2).

8

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

Membran Komposit Polisulfon Tersulfonasi-Zeolit
Membran dengan bahan aditif zeolit diharapkan dapat berfungsi sebagai
bahan yang dapat menyerap air maupun metanol. Zeolit dapat menyerap air yang
berfungsi sebagai media transpor proton pada sulfonat sehingga konduktivitas
ionik akan meningkat. Selain itu, adanya pori pada zeolit dapat menahan metanol
pada membran sehingga permeabilitas metanol akan lebih kecil dibanding dengan
tanpa penambahan aditif. Namun, penambahan aditif yang terlalu berlebih dapat
menyebabkan tertutupnya gugus sulfonat sehingga mengganggu peran sulfonat
sebagai penghantar proton dan dapat menyebabkan terbentuknya asam lemah
yaitu asam silikat. Konsentrasi asam yang semakin pekat menyebabkan ion H+
yang terdisosiasi semakin berkurang sehingga konduktivitas ionik semakin kecil
(Suka et al. 2010). Oleh karena itu, pada penelitian ini membran komposit dibuat
dengan mencampurkan sPSf dan zeolit dengan variasi konsentrasi 3 dan 5%
menggunakan diklorometana sebagai pelarut. sPSf mudah larut secara homogen
dalam diklorometana karena adanya kesamaan sifat non polar, sedangkan zeolit
sulit larut sehingga dilakukan proses sonikasi agar dapat larut. Membran yang
telah dicetak, kemudian dikeringudarakan untuk menghilangkan pelarut yang
mudah menguap. Membran sPSf yang diperoleh memiliki sifat lebih kaku dan
berwarna putih (Gambar 3a), sedangkan membran sPSf-zeolit memiliki tekstur
lebih kasar, lebih fleksibel, dan penampakan lebih transparan dibandingkan
membran sPSf (Gambar 3b).

(a)
(b)
Gambar 3 Membran sPSf (a) dan sPSf-zeolit (b)

9
Ciri-Ciri Membran
Gugus Fungsi
Analisis FTIR dilakukan pada membran PSf, sPSf, sPSf-zeolit 3%, dan
zeolit untuk mengetahui adanya gugus –SO3H yang masuk pada struktur
polisulfon tersulfonasi hasil sintesis dan melihat pengaruh komposit terhadap
membran komposit sPSf-zeolit. Gambar 4 dan Lampiran 3 menunjukkan
perbedaan spektrum inframerah membran PSf dan sPSf yaitu munculnya pita
serapan baru pada membran sPSf bilangan gelombang 1724 cm-1 yang diberi
simbol huruf ‘a’. Hal ini menunjukkan adanya gugus baru yang tertrisubstitusi
1,2,4- pada struktur polisulfon (Pavia et al. 2009). Gugus tersebut diduga gugus –
SO3H hasil sintesis yang masuk cincin aromatik pada posisi orto dari C-O-C
struktur polisulfon. Selain itu, adanya pita serapan gugus OH bebas dari –SO3H
pada bilangan gelombang 3650-3600 cm-1 yang semakin melebar yang diberi
simbol huruf ‘b’. Penambahan zeolit pada polisulfon tidak menunjukkan adanya
perbedaan spektrum dengan membran sPSf. Sehingga, dapat disimpulkan bahwa
proses sulfonasi telah berhasil dilakukan dan interaksi yang terjadi antara sPSf
dengan zeolit hanya interaksi fisik sehingga tidak menyebabkan terbentuknya
gugus baru.

9 0.0

Lab orato ry Test Resu l t

80

b
70

SP SF

a

60

P SF

50
%T 4 0
SP SF-Zeol i t 3 %
30

20
Zeol it

10

-2.0
4 00 0.0

3 00 0

2 00 0

1 50 0

1 00 0

4 50 .0

), sPSf-zeolit 3% (

), dan

cm-1

Gambar 4 Spektrum Inframerah PSf (
zeolit (
)

), sPSf (

Morfologi Membran
Morfologi membran dianalisis menggunakan mikroskop elektron payaran
melalui penampang lintang membran (Gambar 5). Berdasarkan penampang
lintangnya, membran PSf terlihat memiliki rongga-rongga (Gambar 5a).
Masuknya gugus sulfonat yang bersifat hidrofilik menyebabkan terjadinya

10
pelebaran rongga dan terlihat lebih rapat dan homogen dibandingkan membran
PSf (Gambar 5b). Zeolit memiliki struktur yang berongga. Penambahan zeolit
menyebabkan rongga-rongga pada zeolit akan menutupi rongga-rongga pada sPSf
sehingga stuktur penampang lintang membran terlihat lebih halus. Namun, zeolit
akan membentuk agregat yang tidak larut secara homogen sehingga terdapat
bagian penampang lintang membran yang terlihat kasar (Gambar 5c). Struktur
penampang lintang membran sPSf yang dihasilkan terlihat mirip dengan membran
sPSf-60 yang telah dikerjakan oleh Lufrano et al. (2008) (Gambar 5d).

(a)

(b)

(c)

(d)
Gambar 5 Morfologi penampang lintang membran PSf (a), sPSf (b), dan sPSfzeolit 5% (c) dengan perbesaran 10000× serta penampang lintang
membran sPSf-60 Lufrano et al. (2008) (d).
Bobot Jenis
Penentuan bobot jenis dilakukan untuk melihat pengaruh sulfonasi dan
penambahan komposit terhadap bobot jenis membran PSf. Lampiran 4
menunjukkan nilai bobot jenis membran PSf, sPSf, sPSf-zeolit 3%, dan sPSfzeolit 5% berturut-turut adalah sebesar 1.2064, 1.2251, 1.2324, dan 1.2423 g/mL.
Bobot jenis membran PSf meningkat setelah dilakukan sulfonasi dan penambahan
zeolit. Masuknya gugus sulfonat ke dalam rantai PSf dan penambahan zeolit dapat
meningkatkan kerapatan polimer PSf. Semakin besar zeolit yang ditambahkan
maka semakin tinggi kerapatan membran sehingga bobot jenisnya bertambah
(Gambar 6).

Bobot jenis (g/mL)

11
1.2500
1.2400
1.2300
1.2200
1.2100
1.2000
1.1900
1.1800
PSf

sPSf

sPSf-zeolit 3% sPSf-zeolit 5%

Jenis membran
Gambar 6 Bobot jenis membran
Kinerja Membran
Water Uptake dan Permeabilitas Metanol

Water uptake (%)

Konduktivitas proton dipengaruhi oleh banyaknya gugus asam yang ada dan
kemampuannya terdisosiasi dalam air yang diiringi oleh generasi proton. Molekul
air berfungsi dalam disosiasi asam dan memudahkan transpor proton (Xing et al.
2004). Banyaknya air yang dapat diserap oleh membran dapat ditunjukkan oleh
nilai water uptake. Semakin besar water uptake pada membran maka media
transpor proton lebih baik, tetapi jika nilai water uptake membran terlalu besar
akan menurunkan sifat mekanik membran yang menyebabkan kerapuhan
membran (Handayani et al. 2007a). Lampiran 5 menunjukkan nilai water uptake
membran PSf, sPSf, sPSf-zeolit 3%, dan sPSf-zeolit 5% berturut-turut adalah
sebesar 0.77, 1.59, 5.10, dan 7.65%. Membran sPSf bersifat lebih hidrofilik
dibandingkan PSf menyebabkan semakin banyak air yang dapat terserap oleh
membran sehingga nilai water uptake meningkat. Penambahan zeolit yang bersifat
higroskopik (mudah menyerap air) dan peningkatan konsentrasi zeolit
menyebabkan nilai water uptake bertambah besar (Gambar 7). Nilai water uptake
yang diperoleh lebih kecil dibandingkan membran Nafion 117 pada suhu 25 oC
yaitu sebesar 37% (Shin et al. 2005).
8.00
7.00
6.00
5.00
4.00
3.00
2.00
1.00
0.00
PSf

sPSf

sPSf-zeolit 3% sPSf-zeolit 5%

Jenis membran
Gambar 7 Water uptake membran.

12
Hasil uji kualitatif permeabilitas metanol didapatkan bahwa tidak adanya
metanol yang terdifusi melewati membran. Hal ini terbukti dari keringnya bagian
permukaan membran yang telah dilewati metanol, sehingga membran tersebut
baik digunakan untuk aplikasi DMFC.

Konduktivitas Proton
Konduktivitas proton diukur untuk mengetahui kemampuan membran dalam
menghantarkan proton. Semakin besar konduktivitas proton yang dihasilkan,
maka membran tersebut semakin baik digunakan dalam sistem sel bahan bakar.
Konduktivitas proton dari membran diukur dengan alat impendance analyzer
LCR-meter menggunakan elektrode karbon dan logam. Pengukuran dilakukan
terhadap membran sebelum dan setelah diaktivasi. Aktivasi membran dilakukan
dengan menggunakan oksidator kuat yaitu H2O2 dan H2SO4 yang berfungsi untuk
mengaktifkan gugus penghantar proton. Berdasarkan Gambar 8, elektrode logam
merupakan elektrode yang paling baik dalam menghasilkan konduktivitas proton
karena logam bersifat konduktor yang dapat menghantarkan arus lebih baik
dibandingkan elektrode karbon. Membran yang telah diaktivasi, memiliki nilai
konduktivitas proton yang lebih besar dibandingkan membran nonaktivasi.
Konduktivitas proton membran PSf meningkat setelah dilakukan sulfonasi dan
penambahan zeolit serta kenaikan konsentrasi zeolit. Hal ini sesuai dengan nilai
water uptake membran, yaitu adanya gugus sulfonat dan zeolit membuat
membran bersifat lebih hidrofilik menyebabkan semakin banyak air yang dapat
terserap oleh membran yang berfungsi sebagai media transpor proton sehingga
konduktivitas proton meningkat.
Nilai konduktivitas proton paling tinggi diperoleh membran sPSf-zeolit 5%
aktivasi, menggunakan elektrode logam yaitu sebesar 1.2377 × 10-3 S/cm
(Lampiran 6). Nilai konduktivitas yang diperoleh ini lebih kecil dari konduktivitas
membran Nafion, yaitu sebesar 8.2000 × 10-2 S/cm. Hal ini disebabkan oleh,
struktur kimia Nafion memiliki banyak atom fluor (F) yang mempunyai nilai
keelektronegatifan yang besar sehingga Nafion dapat dengan mudah membentuk
ikatan hidrogen dengan air (mudah menyerap air) sehingga nilai konduktivitas
ioniknya lebih besar (Suka et al. 2010).

Konduktivitas proton (x10-3 S/cm)

13
1.4000
1.2000
1.0000
0.8000
0.6000
0.4000
0.2000
0.0000
PSf

sPSf

sPSf-Zeolit 3%

sPSf-Zeolit 5%

Jenis Membran
Gambar 8 Konduktivitas proton membran nonaktivasi dengan elektrode
karbon( ) dan logam ( ) serta aktivasi ( )
Beda Potensial dalam DMFC
Konduktivitas dalam sistem sel bahan bakar diukur menggunakan 2 sistem
bejana yaitu sistem anode dan katode. Bejana pertama sebagai sistem anode diisi
dengan larutan metanol sebagai bahan bakar, sedangkan bejana kedua sebagai
sistem katode diisi dengan larutan K3[Fe(CN)6] dan bufer fosfat. Membran
direkatkan pada bagian tengah kedua bejana tersebut (Gambar 9). Larutan
K3[Fe(CN)6] berfungsi sebagai agen pengoksidasi dan akan mengalami reduksi
dari Fe3+ menjadi Fe2+ akibat aliran elektron dari anode tersebut dengan ditandai
timbulnya warna kuning kehijauan pada larutan.

Gambar 9 Bejana pada sistem DMFC
Dalam DMFC metanol akan dioksidasi pada anode menghasilkan elektron,
proton, dan karbondioksida. Proton akan ditransportasikan melalui membran
polimer elektrolit dari anode menuju katode, kemudian bereaksi dengan oksigen
dan elektron. Sementara elektron akan menuju katode melalui rangkaian alat
spektrometer impendans dan menghasilkan nilai beda potensial yang terbentuk
pada sistem sel bahan bakar. Sehingga, dihasilkan listrik dengan air sebagai
produk samping (Gambar 10).

14

Gambar 10 Prinsip skematis dari DMFC
(Wootthikanokkhan dan Seeponkai 2006)
Berikut adalah reaksinya:
Anode
: CH3OH (l) + H2O (l) → 6H+ + 6e− + CO2 (g)
Katode
: / O2 (g) + 6H+ + 6e− → 3H2O (l)
Reaksi keseluruhan : CH3OH (l) + / O2 (g) → 2H2O (l) + CO2 (g)
(Kundu dan Sharma 2007)
Beda potensial yang dihasilkan membran dengan pengukuran menggunakan
elektrode logam lebih besar dibandingkan elektrode karbon (Gambar 11). Hal ini
disebabkan oleh sifat logam sebagai konduktor listrik yang baik. Nilai beda
potensial terbesar dihasilkan oleh membran sPSf-zeolit 5% yaitu sebesar 416 mV
dengan elektrode logam. Proses sulfonasi dan penambahan zeolit serta kenaikan
konsentrasi zeolit pada membran meningkatkan nilai beda potensial (Lampiran 7).
Hal ini sesuai dengan nilai konduktivitas proton membran yang diperoleh yaitu
adanya gugus sulfonat dan zeolit akan meningkatkan kemampuan membran dalam
menghantarkan proton sehingga nilai beda potensial yang dihasilkan meningkat.

Beda potensial (mV)

500
400
300
200
100
0
PSf

sPSf

sPSf-zeolit
3%

sPSf-zeolit
5%

Jenis membran

Gambar 11 Beda potensial membran teraktivasi dan pengukuran menggunakan
elektrode karbon ( ) serta logam ( )

15

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan
Proses sulfonasi polisulfon telah berhasil dilakukan. Hal ini dibuktikan
dengan nilai derajat sulfonasi yang diperoleh sebesar 45% dan keberadaan gugus
baru yang tertrisubstitusi 1,2,4- pada struktur polisulfon, yaitu pada bilangan
gelombang 1724 cm-1. Hasil uji kualitatif permeabilitas metanol menunjukkan
tidak adanya metanol yang terdifusi melewati membran. Proses sulfonasi dan
penambahan zeolit serta peningkatan konsentrasi zeolit dapat meningkatkan nilai
bobot jenis, water uptake, beda potensial, dan konduktivitas proton dari membran.
Kinerja membran paling baik diperoleh membran sPSf-zeolit 5% aktivasi,
menggunakan elektrode logam. Hal ini ditunjukkan oleh nilai konduktivitas
proton tertinggi sebesar 1.2377 × 10-3 S/cm yang hampir mendekati nilai
konduktivitas proton membran Nafion sebesar 8.2000 × 10-2 S/cm sehingga
membran komposit polisulfon tersulfonasi-zeolit dapat digunakan untuk aplikasi
DMFC.

Saran
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut sintesis membran polisulfon
tersulfonasi pada suhu optimum untuk menghasilkan konduktivitas proton yang
lebih tinggi. Selain itu, diperlukan uji permeabilitas metanol secara kuantitatif dan
analisis termal untuk mempelajari transisi panas dari membran.

16

DAFTAR PUSTAKA
Breck DW. 1974. Zeolite Molecular Sieves: Structure, Chemistry and Use. New
York (US): J Wiley. hlm. 379-440.
Byun HS. 2001. Preparation of pore-filled ion-exchange membranes using
poly(vinylbenzyl ammonium salt). J Membr. 11:109-115.
Dhuhita A, Kusuma DA. 2010. Karakterisasi dan uji kinerja SPEEK, cSMM, dan
Nafion untuk aplikasi direct methanol fuel cell (DMFC) [skripsi]. Semarang
(ID): Universitas Diponegoro.
Handayani S dan Dewi EL. 2007. Pengaruh suhu operasi terhadap karakteristik
membran elektrolit polieter eter keton tersulfonasi. J Sains Mat Indones. 4347.
Handayani S, Dewi EL, Purwanto WW, Soemantojo RW. 2007a. Preparasi
membran elektrolit berbasis poliaromatik untuk aplikasi sel bahan
bakarmetanol langsung suhu tinggi. J Sains Mat Indones. 8(3):192-197.
Handayani S, Purwanto WW, Dewi EL, H Singgih, Soemantojo RW. 2007b.
Blending polisulfon dengan poli eter-eter keton tersulfonasi untuk sel bahan
bakar metanol langsung. J Teknol. 158-164.
Kaeselev B, Pieracci J, Belfort G. 2001. Photoinduced grafting of ultrafiltration
membrans: comparison of poly(ether sulfone) and poly(sulfone). J Membr
Sci. 194(2):245-261.
Kilduff JE, Mattaraj S, Pieracci JP, Belfort G. 2000. Photochemical modification
of poly(ether sulfone) and sulfonated (polysulfone) nanofiltration membrans
for control of fouling of natural organic matter. Desalination. 132(1-3):133142.
Kongkachuichay P, Pimprom S. 2008. Nafion/Analcime and Nafion/Faujasite
Composite Membrans for High Temperature Operation of PEMFC.
Proceedings of the World Congress on Engineering and Computer Science
WCECS; 22-24 Okt 2008. San Francisco (US).
Kundu PP dan Sharma V. 2007. Composites of proton-conducting polymer
electrolyte membrane in direct methanol fuel cells. Critical Reviews in Solid
State and Materials Sciences. 32:51-66.
Lufrano F, Baglio V, Staiti P, Arico A, Antonucci V. 2008. Polymer electrolytes
based on sulfonated polysulfone for direct methanol fuel cell. Journal of
Power Sources. 179:34-41.
Martins CR dan Hallwass F. 2007. Solid-state 13C NMR analysis of sulfonated
polystyrene. Ann Magn Reson. 6(1/2):46-55.
Moon EJ, Kim JW, Kim CK. 2005. Fabrication of membrans for the liquid
separation Part 2: microfiltration membrans prepared from immiscible
blends
containing
polysulfone
and
poly(1-vinylpyrrolidone-coacrylonitrile) copolymers. J Membr Sci. 156-756.
Pavia DL, Lampman GM, Kriz GS. 2009. Introduction to Spectroscopy.
Washington (US): Thomson Learning.
Pramono E, Wicaksono A, Priyadi, Wulansari J. 2012. Pengaruh derajat sulfonasi
terhadap degradasi termal polistirena tersulfonasi. Indones J Appl Phys.
2(2):157-163.

17
Shin JP, Chang BJ, Kim JH, Lee SB, Suh DH. 2005. Sulfonated
polystyrene/PTFE composite membranes. J Membr Sci. 251:247-254.
Suka IG, Rif’an M, Pandiangan KD, Simajuntak W, Dewi EL. 2009. Sulfonasi
membran poliakrilonitril butadiene stirena (ABS) sebagai membran polimer
elektrolit direct methanol fuell cell (DMFC). J Sains MIPA.15(1):28-34.
Suka IG, Simanjuntak W, Dewi EL. 2010. Pembuatan membran polimer elektrolit
berbasis polistiren akrilonitril (SAN) untuk aplikasi direct methanol fuel cell.
Jurnal Natur Indonesia. 13(1):1-6.
Wisojodharmo LA, Dewi LE. 2008. Pembuatan membrane electrode assembly
(MEA) dengan katalis platina karbon pada PEMFC. Prosiding Seminar
Teknoin Bidang Teknik Mesin; Yogyakarta, 22 Nov 2008. Yogyakarta (ID):
BPPT. Hlm 105-108.
Wootthikanokkhan J dan Seeponkai N. 2006. Methanol permeability and
properties of DMFC membrans based on sulfonated PEEK/PVDF blends. J
Appl Polym Sci. 102:5941-5947.
Xing P, Robertson GP, Guiver MD, Mikhailenko SD, Wang K, Kaliaguine S.
2004. Synthesis and characterization of sulfonated poly(ether ether ketone)
for proton exchange membranes. J Membr Sci. 229:95-106.

18

LAMPIRAN
Lampiran 1 Bagan alir penelitian

Polisulfon (PSf)
Sulfonasi pada T = 40 oC, 60 menit
Polisulfon Tersulfonasi
(sPSf)
Penentuan derajat sulfonasi
+Zeolit
Komposit sPSf-Zeolit

Pembuatan Membran
Membran Polisulfon
Tersulfonasi-Zeolit (sPSfZeolit)

Pencirian
Membran

1. FTIR
2. SEM
3. Bobot Jenis

Kinerja Membran

1.
2.
3.
4.

Pengujian Water Uptake
Pengukuran Konduktivitas Membran
Pengukuran Permeabilitas Metanol
Uji Aplikasi Sistem DMFC

19
Lampiran 2 Penentuan derajat sulfonasi (DS)
Bobot
sampel (g)
0.1000
0.1019
0.1012

VNaOH
(mL)
1
10.00
2
10.00
3
10.00
Rerata
Contoh perhitungan (ulangan 1):
Diketahui:
VHCl blanko = 9.70 mL
VHCl sampel (terpakai) = 9.20 mL
NHCl = 1.0046 N
BE SO3 = 80.06 g/ek
Ulangan

(
DS =
(
=

)
-

)

awal
0.00
9.20
18.30

VHCl (mL)
akhir
terpakai
9.20
9.20
18.30
9.10
27.40
9.10

Derajat
Sulfonasi (%)
40.21
47.36
47.68
45.09

× 100%
x 100%

DS = 40.21%

Lampiran 3 Data hasil analisis FTIR
Gugus fungsi
Ikatan C=C pada cincin
aromatik
Ikatan C-H pada cincin
aromatik
Ikatan Hidrogen O-H
Ikatan C-O pada eter
Cincin aromatik
tertrisubstitusi 1,2,4Ikatan S=O asimetrik
Ikatan S=O simetrik

Bilangan gelombang membran (cm-1)
PSf
sPSf
sPSf-zeolit 3%
1586.40-1488.71

1586.64-1488.57

1588.93-1485.27

3093.51-3067.57
1250.01

3094.73-3067.58
3628.77
1249.18

3094.42-3067,57
3656.09
1259.36

-

1724.29

1724.76

1323.58
1153.34

1323.53
1151.66

1364.06
1150.23

20
Lanjutan Lampiran 3
Lab orato ry Test Resu l t

7 7.0
70
1747.21

60

3711.27
3593.80
3541.57
3551.64

50

2653.13
2410.65

3163.95

40

2041.37

2449.23
2595.75

3643.94
3652.03

918.45

2080.08

945.35
962.07

1774.87

621.25
795.48

1904.24

665.17

1386.53

3093.51
3036.78

756.38

1363.94

2873.29
3067.57
2934.21

%T 3 0

461.46

635.89
740.58

1410.56

PSf

20

715.86

1206.33

2968.45

1080.87
1014.14

10

693.05
853.74

0

1323.58

1586.40
1488.71

-12 .0

1504.27

4 00 0.0

3 00 0

2 00 0

1107.12 873.84
1294.77 1153.34
834.92
1169.72
1250.01

1 50 0

559.53

1 00 0

4 50 .0

cm-1

Lab orato ry Test Resu l t

8 8.0
80

3902.75

60

3628.77
3547.15

963.08
945.21
917.66

2221.30
1775.99
2594.49
2078.57
2447.42
2041.30
2411.09
1902.82
1724.29

70
3164.20

3094.73
3067.58
3036.72
2934.38
2872.96

50
40

465.03

795.64
1386.59
1364.00

664.95
635.86
740.30

%T
1410.70

30
20

715.90
1206.17
1080.84
692.98
1488.57
1169.81
1151.66
853.80
1014.21
1323.53
873.90
1586.64
1294.73 1107.37
835.14
559.23
1503.96
1249.18

sPSf

2968.27

10
0
-10
-14 .0
4 00 0.0

3 00 0

2 00 0

1 50 0

1 00 0

4 50 .0

cm-1

6 0.0

Lab orato ry Test Resu l t

55
5 0 3892.71

2654.12

45

2692.96

2080.22

2779.40

40

3164.37

2593.12
2377.08 2040.90

35
3554.57

918.69

3656.09

2450.21

464.43

945.66
961.59

1774.50

1037.98

2409.63

30
25

2178.57
2280.23

1904.12

%T 2 0
15
10
5
0

621.26

3094.42
3036.61

666.93
3067.57

1386.52

2872.94

2933.47

1364.06

sPSf-zeolit 3%

-5
-10

795.51

1724.76

1588.93

1410.73

2968.27
1485.27

-14 .0
4 00 0.0

3 00 0

2 00 0

1 50 0
cm-1

635.79
1014.43

1080.93
1150.23
1206.24
1259.36
1109.11

1 00 0

740.51
695.17
716.05
854.35

564.65

4 50 .0

Lampiran 4 Data bobot jenis membran
Bobot (g)
Jenis membran

Ulangan

PSf

sPSf

sPsf-zeolit 3%

sPsf-zeolit 5%

Dl (g/mL)

Da (g/mL)

D (g/mL)

W0

W1

W2

W3

1

20.2273

20.2307

44.4992

44.4986

0.99805

0.00125

1.2116

2

20.2273

20.2314

44.4993

44.4986

0.99805

0.00125

1.2033

3

20.2273

20.2308

44.4992

44.4986

0.99805

0.00125

1.2043

1

20.2271

20.2292

44.5022

44.5018

0.99805

0.00125

1.2326

2

20.2271

20.2287

44.5021

44.5018

0.99805

0.00125

1.2281

3

20.2271

20.2299

44.5023

44.5018

0.99805

0.00125

1.2147

1

20.2228

20.2254

44.4955

44.4950

0.99567

0.00125

1.2324

2

20.2217

20.2243

44.4786

44.4781

0.99567

0.00125

1.2324

3

20.2218

20.2244

44.4827

44.4822

0.99567

0.00125

1.2324

1

20.2245

20.2285

44.4676

44.4668

0.99583

0.00125

1.2445

2

20.2245

20.2284

44.4676

44.4668

0.99583

0.00125

1.2525

3

20.2245

20.2266

44.4662

44.4658

0.99583

0.00125

1.2298

Rerata D
(g/mL)

1.2064

1.2251

1.2324

1.2423

Contoh perhitungan (Membran sPSf-zeolit 5% ulangan 1):
D

=

=
D

-

-

-

-

-

-

-

-

=1.2445 g/mL
21

22
Lampiran 5 Data water uptake membran
Bobot membran
(g)
Kering Basah
1
0.0291 0.0293
PSf
2
0.0382 0.0385
3
0.0475 0.0479
1
0.0291 0.0295
sPSf
2
0.0234 0.0238
3
0.0239 0.0243
1
0.0097 0.0102
sPSf-zeolit 3%
2
0.0156 0.0164
3
0.0159 0.0167
1
0.0166 0.0179
sPSf-zeolit 5%
2
0.0192 0.0207
3
0.0164 0.0176
Contoh perhitungan (membran PSf ulangan 1):
Jenis
membran

%Water uptake

Ulangan

=
=

-

= 0.69%
Rerata water uptake (%) =
= 0.77%
Lampiran 6 Data konduktivitas
proton

Water
uptake
(%)
0.69
0.79
0.84
1.37
1.71
1.67
5.15
5.13
5.03
7.83
7.81
7.32

Rerata water
uptake
(%)
0.77

1.59

5.10

7.65

23
Lampiran 6 Data konduktivitas proton
Elektrode karbon-karbon
Jenis membran
PSf
SPSf
sPSf-zeolit 3%
sPSf-zeolit 5%

Tebal
(cm)

Luas
(cm2)

0.008
0.005
0.010
0.009

5.31
5.31
5.31
5.31

Konduktans (x10-3 S)
Aktivasi
176.95
322.24
325.58
363.09

Nonaktivasi
155.77
318.32
314.61
356.17

Konduktivitas (x10-3
S/cm)
Aktivasi Nonaktivasi
0.2666
0.2347
0.3034
0.2997
0.6131
0.5925
0.6154
0.6037

Elektrode tembaga-besi
Jenis membran

Tebal
(cm)

Luas
(cm2)

Konduktivitas (x10-3
S/cm)
Nonaktivasi Aktivasi
Nonaktivasi
297.73
0.5140
0.5046
515.73
0.5791
0.5463
463.17
1.1274
0.9813
635.67
1.2377
1.2121

Konduktans (x10-3 S)
Aktivasi
303.25
546.71
532.12
649.09

4.72
4.72
4.72
4.72
Contoh perhitungan (membran sPSf aktivasi, elektrode karbon):
σ=Gх
PSf
sPSf
sPSf-zeolit 3%
sPSf-zeolit 5%

0.008
0.005
0.010
0.009

= 322.24 S х
σ = 0.3034 S/cm
Keterangan :
σ : konduktivitas proton (S/cm)
A : luas permukaan (cm2)
l : jarak antar kedua elektrode (cm)
G : nilai konduktansi (S)
Lampiran 7 Beda potensial yang dihasilkan membran
Jenis membran
PSf
sPSf
sPSf-zeolit 3%
sPSf-zeolit 5%

Beda potensial (mV)
Karbon-karbon
Tembaga-besi
130
305
140
335
150
402
176.1
416

24

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sicincin, Padang Pariaman pada tanggal 04 Maret
1993 dari pasangan Bapak Zulkarnaini dan Ibu Masraini. Penulis merupakan putri
pertama dari empat bersaudara. Tahun 2010 penulis lulus dari Sekolah Menengah
Atas Negeri 1 Cilaku-Cianjur dan pada tahun yang sama penulis melanjutkan
pendidikan di Institut Pertanian Bogor melalui jalur undangan seleksi masuk IPB
(USMI) dan diterima di Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam. Selama masa perkuliahan, penulis mendapatkan bantuan
berupa beasiswa dari pemerintah, yaitu program Bidikmisi.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum Kimia
TPB pada tahun ajaran 2013/2014, asisten praktikum Kimia Fisika pada tahun
ajaran 2013/2014, dan penulis pernah melaksanakan Praktik Lapangan di Pusat
Pengembangan Teknologi Minyak dan Gas Bumi LEMIGAS (PPPTMGB
LEMIGAS) Jalan Ciledug Raya Kav. 109 Cipulir, Kebayoran Lama, Jakarta
Selatan 12230 pada periode 1 Juli sampai 30 Agustus 2013.