Membran komposit polisulfon tersulfonasi-titanium dioksida untuk aplikasi direct methanol fuel cel

MEMBRAN KOMPOSIT POLISULFON TERSULFONASITITANIUM DIOKSIDA UNTUK APLIKASI DIRECT
METHANOL FUEL CELL

AHMAD HAWARI ASSUFI

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-Titanium Dioksida 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, November 2014
Ahmad Hawari Assufi
NIM G44100069

ABSTRAK
AHMAD HAWARI ASSUFI. Membran Komposit Polisulfon Tersulfonasi–
Titanium Dioksida untuk Aplikasi Direct Methanol Fuel Cell. Dibimbing oleh
SRI MULIJANI dan ARMI WULANAWATI.
Penelitian ini menyintesis dan mencirikan membran polisulfon tersulfonasititanium dioksida (sPSf-TiO2). Sulfonasi dilakukan pada suhu 40 °C selama 60
menit menggunakan oleum sebagai agen sulfonasi dan TiO2 ditambahkan untuk
meningkatkan kinerja membran. Derajat sulfonasi sebesar 47.5% dan morfologi
membran menunjukkan bahwa tambahan TiO2 membuat membran lebih rapat
dibandingkan tanpa tambahan TiO2. Membran yang dicirikan dengan
spektrofotometer inframerah transformasi fourier menunjukkan puncak gugus
sulfonat tertrisubtitusi 1,2,4- pada 1724 cm-1. Membran komposit diperoleh
dengan menambahkan polisulfon tersulfonasi dengan TiO2 dengan ragam
konsentrasi 3% dan 5%. Nilai konduktivitas dan beda potensial tertinggi
dihasilkan pada membran sPSf-TiO2 5% dengan nilai berturut turut 1.07 × 10-3
S/cm dan 422 mV. Berdasarkan ciri tersebut, membran komposit sPSf-TiO2 dapat

diaplikasikan untuk direct methanol fuel cell.
Kata kunci: membran komposit, polisulfon tersulfonasi, sel bahan bakar, titanium
dioksida

ABSTRACT
AHMAD HAWARI ASSUFI. Composite of Sulfonated Polysulfone–Titanium
Dioxide Membrane for Application on Direct Methanol Fuel Cell. Supervised by
SRI MULIJANI and ARMI WULANAWATI.
This experiment is to synthesize and to characterize sulfonated polysulfonetitanium dioxide composite membranes (sPSf-TiO2). The sulfonation was done in
40 °C for 60 minutes using oleum as the sulfonation agent and TiO2 was added to
improve membrane performances. The degree of sulfonation through sulfonation
process was 47.5% and the morphology of the membrane showed that the addition
of TiO2 made the membrane denser than that without TiO2. The infared spectra
showed there was 1,2,4- trisubstituted sulfonate group at 1724 cm-1. The
composite membrane was produced by adding sulfonated polysulfone and TiO2
with concentration of 3% and 5%. The composite membrane sPSf-TiO2 5% gave
the highest proton conductivity and voltage as of 1.07 × 10-3 S/cm and 422 mV,
respectively. Based on the result, the composite membrane sPSf-TiO2 can be
applied for direct methanol fuel cell system.
Keywords: composite membrane, sulfonated polysulfone, fuel cell, titanium

dioxide

MEMBRAN KOMPOSIT POLISULFON TERSULFONASITITANIUM DIOKSIDA UNTUK APLIKASI DIRECT
METHANOL FUEL CELL

AHMAD HAWARI ASSUFI

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-Titanium Dioksida

untuk Aplikasi Direct Methanol Fuel Cell
Nama
: Ahmad Hawari Assufi
NIM
: G44100069

Disetujui oleh

Dr Sri Mulijani, MS
Pembimbing 1

Armi Wulanawati, MSi
Pembimbing 2

Diketahui oleh

Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS
Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga karya ilmiah yang berjudul “Membran Komposit Polisulfon
Tersulfonasi-Titanium dioksida untuk Aplikasi Direct Methanol Fuel Cell”
berhasil diselesaikan. Karya tulis ini disusun berdasarkan hasil penelitian yang
dilakukan di Laboratorium Kimia Fisik Departemen Kimia, Institut Pertanian
Bogor pada bulan Januari hingga Juni 2014.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak yang turut membantu
dalam penyusunan karya ilmiah ini sehingga dapat terselesaikan dengan baik
khususnya kepada Ibu Dr Sri Mulijani, MS selaku pembimbing utama, Ibu Armi
Wulanawati, MSi selaku pembimbing kedua atas bimbingan, arahan, dan ilmu
yang telah diberikan. Penulis juga berterima kasih kepada Ibu, Ayah, Kakakkakak atas dukungan dan doanya, kepada Bapak Dr Jajang Juansah, Bapak Yani,
Ibu Ai, Bapak Ismail, Bapak Didi, Ibu Aah, dan Umi atas bantuan serta masukkan
selama penelitian berlangsung. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan
kepada rekan kerja, yaitu Vallian Ghali, Ginna Ramadhini Putri, Dita Iryani, Eva
NS, dan Suci Rahmadani untuk kebersamaan, dukungan, dan semangat yang
diberikan. Selain itu, terima kasih kepada Amima Aqmarina, Nanda Andrian, Aji
Kusomo Wibowo, dan Bachtiar Mustakim yang senantiasa memberikan masukan,
dorongan, dan semangat kepada penulis.
Semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat.

Bogor, November 2014
Ahmad Hawari Assufi

1

DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

xiv

PENDAHULUAN

1

BAHAN DAN METODE

2

Bahan dan Alat

2

Metode

2

Sintesis Polisulfon Tersulfonasi (sPSf)

2

Penentuan Derajat Sulfonasi

2

Preparasi Membran Polisulfon Tersulfonasi-Titanium Dioksida

3

Penentuan Densitas

3

Pengujian Water Uptake

3

Karakterisasi Membran

4

Pengukuran Konduktivitas Proton Membran

4

Pengukuran Permeabilitas Metanol

5

Uji Aplikasi Sistem DMFC

5

HASIL DAN PEMBAHASAN

6

Polisulfon Tersulfonasi (sPSf)

6

Membran Komposit Polisulfon Tersulfonasi-Titanium dioksida

8

Water Uptake dan Permeabilitas Metanol

8

Densitas Membran

10

Konduktivitas Proton Membran

10

FTIR

Error! Bookmark not defined.

Morfologi Membran

13

Aplikasi Sistem DMFC

14

SIMPULAN DAN SARAN

17

Simpulan

17

Saran

17

DAFTAR PUSTAKA

17

LAMPIRAN

19

2

DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6

Perubahan warna sebelum dan sesudah sulfonasi
Reaksi polisulfon tersulfonasi
Proses transfer proton pada membran polisulfon tersulfonasi- TiO2
Nilai water uptake membran
Densitas jenis membran
Konduktivitas proton membran dengan elektrode nonaktivasi dan
aktivasi
7 Konduktivitas proton membran aktivasi
8 Spektrum inframerah PSf
9 Morfologi membran
10 Bejana pada sistem DMFC
11 Beda potensial membran aktivasi
12 Nilai arus yang dihasilkan membran

6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
16

DAFTAR LAMPIRAN
1 Diagram alir penelitian
2 Penentuan derajat sulfonasi (DS)
3 Data penentuan water uptake
4 Data penentuan densitas
5 Data hasil FTIR
6 Data penentuan konduktivitas proton elektrode karbon-karbon
7 Data persentase peningkatan konduktivitas proton
8 Beda potensial yang dihasilkan pada setiap membran
9 Nilai arus yang dihasilkan pada setiap membran

19
20
20
22
22
23
24
24
24

1

PENDAHULUAN
Sel bahan bakar adalah suatu sistem elektrokimia yang mengubah energi
kimia dari hidrogen dan oksigen langsung menjadi energi listrik (Hasan 2007)
tanpa menghasilkan emisi gas CO2 dan CO seperti bahan bakar fosil dan dapat
diperbaharui. Prinsip sel bahan bakar adalah menggunakan pembakaran listrikkimiawi, sel akan memproduksi energi listrik arus searah (Suhada 2001). Sel
bahan bakar terdiri dari anode dan katode dan dipisahkan oleh membran elektrolit
yang hanya dapat menghantarkan ion saja sedangkan elektron tidak dapat
melewati membran elektrolit. Saat ini banyak penelitian mengenai Direct
Methanol Fuel Cell (DMFC) sebagai bagian dari Polymer Electrolyte Membrane
Fuel Cell (PEMFC), yang memanfaatkan membran sebagai elektrolit. DMFC
dengan metanol sebagai elektrolit biasanya beroperasi pada suhu kamar dengan
kerapatan daya yang cukup tinggi (Irwan 2009). Sifat-sifat tersebut mempunyai
peluang aplikasi dibidang transportasi, pembangkit listirk, dan perangkat
elektronik portabel.
Membran yang sering digunakan sebagai elektrolit adalah membran nafion
yang terbuat dari fluoro polimer dengan menambahkan rantai cabang gugus
sulfonat (Liu et al 2010). Kelebihan membran ini adalah memiliki konduktivitas
proton yang tinggi sebesar 0.086 S/cm pada suhu 30-32 °C (Smitha et al. 2005),
gugus sulfonat yang dimiliki mampu menghantarkan proton, ketahanan mekanik
yang baik, dan stabilitas kimia yang baik (Devrim et al 2009). Kekurangan dari
membran ini adalah memiliki permeabilitas metanol yang tinggi, mahal, dan
penurunan kinerja membran di atas suhu 80 °C karena adanya methanol crossover pada katode sebesar 4.9 × 10-6 cm2/s (Handayani et al. 2007)
Hal tersebut dapat diatasi dengan mengganti nafion dengan suatu
poliaromatik seperti polibenzimidazol, polieter sulfon, polisulfon, polieter keton
(Handayani et al. 2007). Salah satu poliaromatik yang sedang dikembangkan
adalah polisulfon, yang mengandung gugus benzena, sehingga memungkinkan
adanya penambahan gugus pada rantai polimer. Polisulfon adalah bahan polimer
yang tahan terhadap panas, stabil antara pH 1.5-13, mempunyai kekuatan tarik
yang baik, tidak larut atau rusak oleh asam encer atau alkali (Juniarzadinata
2011). Polisulfon adalah suatu produk polimer bersifat hidrofobik. Salah satu
proses modifikasi yang sering dilakukan adalah sulfonasi yaitu penambahan
gugus sulfonat ( -SO3H) pada rantai polimer (Pramono et al. 2012).
Pada penelitian sebelumnya dilaporkan bahwa sulfonasi dapat menurunkan
sifat ketahanan termal pada polistirena dan pada polisulfon tersulfonasi
(Pramono et al. 2012). Hal tersebut dapat diatasi dengan menambahkan suatu
komposit. Marita (2011) menyebutkan kelebihan menggunakan membran
komposit adalah dapat memperoleh kinerja membran yang optimal sehubungan
dengan selektivitas, stabilitas kimia dan termal, dan laju permeasi. TiO2
merupakan bahan yang dapat dijadikan sebagai komposit. Menurut Luntraru et al.
(2013), TiO2 merupakan material anorganik yang dapat digunakan sebagai
fotokatalisator, pigmen dan membran komposit. Kombinasi TiO2 dengan ion ferri,
fero dan besi akan meningkatkan aktivitas fotokatalitik, sedangkan menurut
Mingliang et al. (2011) TiO2 memiliki stabilitas dan hidrofilisitas yang tinggi.
Menurut Devrim et al. (2009) penambahan TiO2 dapat meningkatkan kestabilan

2
terhadap suhu tetapi dengan konsentrasi yang tinggi dapat menurunkan kelarutan
dari komposit dan mengakibatkan membran rapuh.
Berdasarkan uraian tersebut maka pada penelitian ini dilakukan sintesis dan
karakterisasi membran polisulfon tersulfonasi TiO2 untuk aplikasi Direct
Methanol Fuel Cell pada suhu sulfonasi sebesar 40 °C serta mempelajari
pengaruh penambahan konsentrasi komposit TiO2 terhadap kinerja membran.
Membran polisulfon yang dihasilkan diharapkan memiliki sifat fisik yang kuat,
biodegradabel, memiliki konduktivitas yang tinggi, ketahanan termal yang baik
serta dapat menjadi sumber energi listrik yang ramah lingkungan, dapat
diperbaharui, dan dapat mengurangi dampak negatif limbah di lingkungan.

BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah polisulfon (Sigma-Aldrich), titanium
dioksida (TiO2), asam sulfat berasap yang mengandung 65% SO3 (oleum),
kloroform, gas nitrogen, kloroform teknis, diklorometana, metanol, NaOH, HCl,
larutan K3Fe(CN)6, larutan Na2HPO4, fenolftalein, dan air deionisasi. Alat-alat
yang digunakan dalam penelitian ini adalah peralatan gelas, oven, labu leher tiga,
piknometer, neraca analitik, SEM JEOL JSM 836 OLA, FTIR BRUCKER
TENSOR 27, impedance analyzer, dan alat DMFC.

Metode
Sintesis Polisulfon Tersulfonasi (sPSf) (Xing et al. 2004)
Polisulfon (PSf) sebanyak 10 g dilarutkan ke dalam kloroform sehingga
diperoleh larutan PSf dengan konsentrasi 10% (b/v), selanjutnya oleum sebanyak
20 mL diteteskan secara bertahap dalam corong pisah yang dihubungkan dengan
labu leher tiga dengan dialiri gas nitrogen, gas SO3 dari oleum didorong oleh gas
nitrogen menuju larutan PSf, selanjutnya larutan tersebut dipanaskan pada suhu
40 °C lalu diaduk menggunakan pengaduk mekanik. Sintesis sPsf dilakukan
selama 60 menit di ruang asam.
Penentuan Derajat Sulfonasi (Martins et al. 2007)
Keberhasilan proses sulfonasi dari polisulfon dapat ditentukan dengan cara
titrasi. Polisulfon tersulfonasi ditimbang sebanyak 0.1 g kemudian direndam
selama 3 hari dalam 10 mL NaOH 1 N. Sisa NaOH kemudian dititrasi dengan
HCl 1 N dengan indikator fenolftalein sebanyak 3 tetes untuk melihat titik akhir
titrasi. Titrasi dilakukan sampai terjadi perubahan warna dari merah muda
menjadi tidak berwarna. Derajat sulfonasi diperoleh melalui persamaan 1:

3
× 100%

DS =

(1)

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

Preparasi Membran Polisulfon Tersulfonasi-Titanium Dioksida(sPSf-TiO2)
(Devrim et al. 2009)
Titanium dioksida masing-masing sebanyak 3% dan 5% dari bobot
polisulfon ditambahkan ke dalam polisufon tersulfonasi (sPSf) yang telah kering
dengan dilarutkan dalam diklorometana. Selanjutnya, campuran diaduk hingga
homogen, kemudian didiamkan sampai tidak ada gelembung. Larutan sPSf-TiO2
dituangkan ke dalam pelat kaca yang telah dilapisi selotip pada bagian tepi (1
lapis) dan membran siap dicetak.

Penentuan Densitas
Membran sPSf-TiO2 yang telah dicetak 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)
dl: bobot jenis air (g/mL)
da : bobot jenis udara (g/mL)

Pengujian Water Uptake (Devrim et al. 2009)
Membran sPSf-TiO2 berukuran 1 × 1 cm2 dikeringkan dalam oven pada
suhu 120 °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:

4

Water uptake (%) =

(3)

Karakterisasi Membran
Gugus Fungsi
Membran diuji menggunakan spektrofotometer FTIR, dengan resolusi 4 dan
payar 32. Pengujian dengan FTIR dilakukan untuk sampel PSf, sPSf, sPSf-TiO2
5% dalam bentuk lapis tipis, dan titanium dioksida dalam bentuk serbuk.
Morfologi
Pengukuran morfologi membran yang terbentuk diuji menggunakan SEM
berdasarkan penampang lintang dan bagian muka membran. Membran PSf, sPSf,
dan sPSf-TiO2 dibekukan dengan nitrogen cair selama 10 menit kemudian
dipatahkan dan ditempelkan pada cell holder. Membran dilapisi dengan emas lalu
dimasukkan ke dalam chamber, dan dipotret permukaan dan penampang lintang
membran.

Pengukuran Konduktivitas Proton Membran
Pengukuran konduktivitas dilakukan menggunakan alat LCR meter
(Laboratorium Biofisika Membran, Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam, IPB). Membran dipotong sesuai ukuran elektrode.
Membran diaktivasi 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 ialah karbon dan logam
(tembaga-besi). Elektrode juga diaktivasi dengan cara merendam ke dalam larutan
HCl 1 N selama 1 hari, kemudian dengan NaOH 1 N selama 1 hari, setelah itu
elektrode aktif dicuci dengan air deionisasi dan direndam hingga akan digunakan
(Wisojodharmo dan Dewi 2008).
Membran yang telah diaktivasi maupun tidak diaktivasi diukur pula luasnya
sesuai ukuran elektrode (A) dan ketebalannya menggunakan mikrometer digital
karena tebal membran sebanding dengan jarak antara kedua elektrode karbon (l).
Nilai konduktans diukur dengan cara membran-membran tersebut diapit di antara
dua elektrode, kemudian kedua elektrode tersebut dihubungkan dengan kutub
positif dan negatif pada alat, sehingga muncul nilai konduktansi membrannya.

5
Nilai konduktansi (G) yang diperoleh, dikonversi menjadi nilai
konduktivitas per satuan jarak yang disebut dengan nilai konduktivitas proton (σ)
melalui persamaan 4:
σ=G

(4)

Keterangan :
σ : konduktivitas proton (S/cm)
A : luas permukaan (cm2)
l : jarak antar kedua elektrode (cm)
G : nilai konduktansi (S)

Pengukuran Permeabilitas Metanol (Shin et al. 2005)
Permeabilitas metanol diuji secara kualitatif untuk mengetahui metanol
yang terdifusi melalui membran. Sebuah bejana yang terdiri atas 2 kompartemen
disiapkan untuk mengapit membran. Kompartemen A diisi dengan 160 mL
metanol 0.3 M. Sistem dibiarkan selama 30 menit untuk melihat metanol yang
terdifusi melalui membran yang masuk ke kompartemen B.

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 K3Fe(CN)61 mM dan 80 mL larutan Na2HPO4.
Membran direkatkan pada bagian tengah kedua bejana tersebut. Elektrode
dimasukkan ke dalam kedua larutan, kemudian dihubungkan dengan kutub positif
dan negatif. Beda potensial diukur dengan voltmeter.

6

HASIL DAN PEMBAHASAN

Polisulfon Tersulfonasi (sPSf)
Polisulfon tersulfonasi dapat diperoleh melalui reaksi polisulfon dengan
agen sulfonasi seperti oleum. Sifat polisulfon yang hidrofobik menyebabkan
berkurangnya kemampuan dalam proses transfer proton. Sifat hidrofobik dapat
diubah menjadi hidrofilik dengan sulfonasi, yaitu proses memasukkan gugus
sulfonat dalam kerangka polisulfon, sehingga menghasilkan suatu membran
bermuatan positif yang berperan dalam meningkatkan sifat hidrofilisitas dan
konduktivitasnya (Piluharto et al. 2012). Proses sintesis polisulfon tersulfonasi
menggunakan kloroform sebagai pelarut dari polisulfon dengan prinsip like
dissolve like dan pelarut yang digunakan tidak boleh bereaksi dengan oleum dan
polisulfon tersebut. Polisulfon tersulfonasi disintesis dengan bantuan gas nitrogen
yang berfungsi sebagai pendorong SO3H menuju ke larutan polisulfon. Sintesis ini
dilakukan pada suhu 40 °C selama 60 menit dalam ruang asam. Perubahan warna
yang terjadi sebelum dan sesudah sulfonasi yaitu dari tidak berwarna (Gambar 1a)
menjadi kuning kecoklatan (Gambar 1b)

(a)

(b)

(a)
(b)
Gambar 1 Perubahan warna sebelum (a) dan sesudah (b) proses sulfonasi
Agen sulfonasi yang dapat digunakan dalam sulfonasi antara lain asam
sulfat (Dewi dan Handayani 2007), trimetil silil ester (Lufrano 2008), asam
klorosulfonat (Devrim et al. 2009), dan oleum. Penelitian ini menggunakan oleum
atau asam sulfat berasap sebagai agen sulfonasi. Pemilihan oleum ini didasarkan
karena sulfonasi yang terjadi lebih cepat, lebih efesien, dan pereaksi yang
digunakan sedikit. Adanya gugus sulfonat yang masuk ke larutan polisulfon
menyebabkan membran bersifat hidrofilik dan berhubungan dengan
kemampuannya transfer proton dan nilai konduktivitas proton yang dihasilkan.
Derajat sulfonasi (DS) merupakan suatu indikator keberhasilan dari
sulfonasi. Sulfonasi dilakukan pada suhu 40 °C selama 60 menit. Nilai derajat
sulfonasi menyatakan banyaknya gugus sulfonat yang masuk ke dalam rantai
polisulfon. Semakin besar nilai DS maka gugus sulfonat yang masuk ke dalam
polisulfon semakin banyak. Peningkatan nilai ini dapat meningkatkan sifat
hidrofilisitas dari membran dan memengaruhi dalam perpindahan proton. Nilai
DS yang diperoleh sebesar 47.52% (Lampiran 2).

7
Hasil penelitian Handayani dan Dewi (2007) pada membran elektrolit
polieter eter keton tersulfonasi pada suhu sulfonasi 45 °C dan 60 °C diperoleh
nilai DS berturut - turut sebesar 47% dan 68%. Berikut ini adalah reaksi yang
terjadi pada proses sulfonasi (Gambar 2):

Gambar 2 Reaksi polisulfon tersulfonasi (Devrim et al. 2009)

8
Membran Komposit Polisulfon Tersulfonasi-Titanium Dioksida
Membran komposit adalah membran yang terdiri dari dua lapisan, lapis aktif
yang rapat dari material yang berbeda dan lapis pendukung yang berpori. Menurut
Marita (2011) membran komposit dapat meningkatkan kinerja membran
sehubungan dengan stabilitas kimia, selektivitas, dan laju permeasi. Membran ini
dibuat dengan teknik inversi fase yaitu pembuatan membran fase cair menjadi fase
padat. Membran komposit dibuat dengan mencampurkan polisulfon tersulfonasi
(sPSf) dengan komposit yaitu TiO2 dengan berbagai konsentrasi (3% dan 5%) dan
melarutkannya dengan diklorometana. Larutan membran yang sudah homogen
lalu dicetak di atas pelat kaca dan dibiarkan menguap.
Penambahan TiO2 menyebabkan membran lebih hidrofilik karena sifat TiO2
yang memiliki hidrofilitas yang baik, selain itu fungsi TiO2 yaitu sebagai pengisi.
Adanya komposit tersebut membuat konduktivitas proton semakin tinggi, proses
transfer proton dapat dilihat pada Gambar 3.

Gambar 3 Proses transfer proton pada membran polisulfon tersulfonasi- TiO2

Water Uptake dan Permeabilitas Metanol
Water uptake adalah kemampuan membran dalam menyerap air yang
berguna sebagai media perpindahan proton yang berkaitan dengan konduktivitas
proton. Nilai water uptake menyatakan banyaknya air yang terserap ke dalam
membran. Perhitungan nilai water uptake dapat dilihat pada Lampiran 3.
Pengujian water uptake dilakukan pada membran PSf, sPSf, sPSf-TiO2 3%, dan
sPSf-TiO2 5% (Gambar 4).

9

sPSf- TiO2 3%

sPSf- TiO2 5%

Gambar 4 Nilai water uptake membran
Berdasarkan hasil percobaan nilai water uptake pada polisulfon
tersulfonasi lebih besar daripada membran polisulfon tanpa sulfonasi. Hal ini
diakibatkan oleh sulfonasi, dapat menyebabkan membran bersifat hidroflik
sehingga membran lebih baik menyerap air dan meningkatkan nilai water uptake
hingga 2x lebih besar dibanding tanpa sulfonasi.
Penambahan komposit juga dapat meningkatkan nilai water uptake. Shin
et al. (2004) telah melakukan penelitian pada polistirena dan politetrafloroetilena
tersulfonasi menyatakan membran komposit memiliki nilai water uptake yang
lebih tinggi dibanding dengan membran tanpa komposit. Mingliang et al. (2011)
menyatakan bahwa TiO2 memiliki stabilitas dan hidrofilisitas yang tinggi
sehingga penambahan komposit TiO2 meningkatkan nilai water uptake.
Penambahan komposit dengan konsentrasi masing-masing 3% dan 5% dapat
meningkatkan nilai water uptake berturut – turut sebesar 1.2× dan 3× dibanding
dengan polisullfon tersulfonasi tanpa komposit. Nilai ini menunjukkan semakin
tinggi konsentrasi komposit yang ditambahkan maka semakin tinggi nilai water
uptake yang dihasilkan. Hal ini berhubungan dengan perpindahan proton karena
nilai water uptake yang tinggi dapat meningkatkan kemampuan membran dalam
proses transfer proton sehingga meningkat juga nilai konduktivitas proton yang
dihasilkan. Namun, water uptake yang terlalu tinggi dapat menyebabkan air yang
terkandung dapat berikatan dengan metanol sehingga menyebabkan methanol
cross-over. Dewi dan Handayani (2009) menyatakan methanol cross-over dapat
menyebabkan hilangnya sebagian bahan bakar yang digunakan dan menyebabkan
laju reaksi di katode semakin lambat yang menurunkan kinerja voltase sel secara
keseluruhan. Uji kualitatif permeabilitas metanol menunjukkan bahwa tidak
adanya metanol yang melewati membran. Hal ini terlihat dari keringnya bagian
sisi permukaan membran setelah dilewati membran, sehingga membran tersebut
baik digunakan untuk aplikasi DMFC.

10
Densitas Membran
Penentuan densitas dilakukan untuk melihat pengaruh penambahan
komposit dan sulfonasi terhadap kerapatan dan keteraturan membran. Data yang
diperoleh (Gambar 5) menunjukkan proses sulfonasi dapat menaikkan nilai
densitas, karena adanya gugus sulfonat dapat mengisi rongga pada membran.
Penambahan gugus sulfonat dapat membuat struktur membran menjadi lebih rapat
dan teratur, sehingga dapat menigkatkan nilai densitas sebesar 2.21% dibanding
tanpa sulfonasi. Penambahan komposit juga memengaruhi nilai dari densitas.
Peningkatan nilai densitas seiring dengan kenaikkan konsentrasi komposit. TiO2
bersifat sebagai pengisi pada membran polisulfon tersulfonasi-titanium dioksida
sehingga dapat mengisi rongga pada membran dan keteraturan dan kerapatan
membran dapat meningkat (Pramono et al. 2012). Penambahan komposit TiO2
dengan konsentrasi masing-masing 3% dan 5% juga meningkatkan nilai densitas
berturut - tuut sebesar 0.68% dan 1.14%. Berikut nilai densitas yang diperoleh
(Gambar 5) dan perhitungan lengkap densitas membran dapat dilihat pada
Lampiran 4.

sPSf-TiO2 3%

sPSf-TiO2 5%

Gambar 5 Densitas jenis membran

Konduktivitas Proton Membran
Membran polimer elektrolit yang baik digunakan untuk aplikasi DMFC
seharusnya memiliki permeabilitas metanol yang rendah dan memiliki
konduktivitas proton yang tinggi (Shin et al. 2004). Penentuan konduktivitas
proton menggunakan alat impedance analyzer LCR-meter dengan elektrode
karbon dan logam. Penentuan dilakukan pada membran PSf, sPSf, sPSf-TiO2 3%,
dan sPSf-TiO2 5% dengan membandingkan antara membran aktivasi dan
nonaktivasi (Lampiran 6). Hasil yang diperoleh ditunjukkan pada Gambar 6a dan
6b.

11

-

sPSf
TiO2 3% -

sPSf
TiO2 5%

(a)

sPSfTiO2 3%

sPSfTiO2 5%

(b)
Gambar 6 Konduktivitas proton membran nonaktivasi (a) dan aktivasi (b)
Gambar (6a dan 6b) menunjukkan membran yang diaktivasi memiliki nilai
konduktivitas proton yang lebih besar dibandingkan membran nonaktivasi baik
elektode karbon maupun logam. Hal ini disebabkan oksidator kuat yang
digunakan pada proses aktivasi yaitu H2O2 dan H2SO4 dapat mengaktifkan gugusgugus penghantar proton pada membran sehingga meningkatkan nilai
konduktivitas. Selain itu, proses sulfonasi dan penambahan TiO2 dapat
meningkatkan nilai konduktivitas proton. Hal ini dikarenakan penambahan TiO2
dan adanya gugus sulfonat dapat meningkatkan sifat membran menjadi hidrofilik
(Devrim et al. 2009) dan meningkatkan nilai water uptake. Nilai water uptake

12
yang semakin besar menyebabkan transfer proton pada membran semakin baik
dan meningkatkan nilai konduktivitas proton. Perhitungan persentase peningkatan
konduktivitas tercantum pada Lampiran 7.
Selain itu, elektode logam menghasilkan nilai konduktivitas proton yang
lebih tinggi dibanding dengan elektrode karbon (Gambar 7). Hal ini dikarenakan
logam bersifat konduktor yang dapat menghantarkan arus listrik sedangkan
elektrode karbon bersifat inert. Hasil yang diperoleh untuk membran sPSf-TiO2
5% dengan elektrode karbon dan logam, berturut- turut sebesar 0.4857 × 10-3 dan
1.0684 × 10-3S/cm. Elektrode logam memberikan hasil 2× lebih besar daripada
elektrode karbon. Nilai tersebut masih lebih kecil dibanding konduktivitas
membran nafion yaitu sebesar 8.2 × 10-2 S/cm.

sPSf-TiO2 3%

sPSf-TiO2 5%

Elektrode logam

Gambar 7 Konduktivitas proton membran aktivasi

Karakterisasi Membran
Gugus Fungsi
Pengujian FTIR dilakukan pada membran PSf dan sPSf untuk melihat
adanya subtitusi gugus –SO3H pada cincin aromatik polisulfon sedangkan pada
membran sPSf-TiO2 5% untuk melihat adanya pengaruh penambahan TiO2
sebagai komposit. Keberhasilan sulfonasi ditunjukkan dengan munculnya pita
serapan gugus OH bebas dari –SO3H pada bilangan gelombang 3650-3600 cm-1
yang semakin melebar (Pavia et al. 2009). Spektrum inframerah dari gugus yang
ada pada membran (Lampiran 5). Perbedaan spektum PSf dan sPSf terlihat
dengan munculnya pita serapan baru pada membran sPSf pada bilangan
gelombang 1724 cm-1. Menurut Pavia et al. (2009) pada bilangan gelombang
tersebut mengindikasikan adanya gugus yang tersubtitusi 1, 2, 4-. Pada gugus
tersebut diduga gugus –SO3H yang masuk pada cincin aromatik pada posisi orto
dari C-O-C dari struktur polisulfon. Tambahan TiO2 pada polisulfon tersulfonasi
tidak menunjukkan perbedaan atau munculnya serapan baru. Hal ini
mengindikasikan tidak ada pengaruh penambahan TiO2 terhadap pita serapan

13
baru, artinya tidak ada interaksi antara membran dengan TiO2, TiO2 hanya
berfungsi sebagai pengisi.

Trisubtitusi 1, 2,4 -

OH Bebas

Bilangan gelombang

Gambar 8 Spektrum inframerah PSf (

), sPSf (

), dan sPSf-TiO2 5% (

)

Morfologi Membran
Morfologi permukaan membran PSf, sPSf, dan sPSf-kitosan 5% dianalisis
dengan menggunakan Scanning Electron Microscope dengan perbesaran 10000
kali. Hasil analisis morfologi membran dapat dilihat pada Gambar 9. Pada
permukaan atas membran PSf (9a) lebih heterogen dibanding dengan membran
PSf (9b) dan sPSf-TiO2 (9c). Menurut Devrim et al. (2009) polimer polisulfon
merupakan polimer yang amorf dengan struktur polimer yang kaku, sedangkan
polisulfon tersulfonasi merupakan polimer yang kristalin. Hal ini berhubungan
dengan kehomogenan membran. Kehomogenan tersebut karena pengaruh adanya
gugus sulfonat sehingga struktur membran menjadi lebih rapat (9b). Penambahan
TiO2 dapat meningkatkan kehomogenan (9c) dan berfungsi sebagai pengisi.

TiO2

(a)

(b)

(c)

14

(d)

(e)

(f)

Gambar 9 Struktur permukaan atas membran PSf (9a), sPSf (9b), dan sPSf-TiO2
5% (9c) serta penampang lintang membran PSf (9d), sPSf (9e), dan
sPSf- TiO2 5% 98f) dengan perbesaran 10000х.
Berdasarkan hasil penampang lintang menunjukkan membran PSf (9d) lebih
berongga dibanding dengan sPSf (9e) dan sPSf-TiO2 5% (9f). Hal ini berkaitan
densitas yang dihasilkan, densitas berhubungan dengan keteraturan dan kerapatan
membran. Membran sPSf-TiO2 5% memiliki densitas lebih tinggi dibanding sPSf
dan PSf. Hal ini dikarenakan penambahan TiO2 dapat meningkatkan kerapatan
rongga pada membran (Pramono et al. 2012), rongga yang semakin rapat akan
menyebabkan membran lebih rapat.

Aplikasi Sistem DMFC
Membran elektrolit yang dihasilkan diuji pada sistem DMFC, uji ini
dilakukan pada sebuah bejana yang terdiri atas 2 kompartemen. Kompartemen A
(anode) berisi larutan metanol yang berfungsi sebagai bahan bakar sedangkan
kompartemen B (katode) berisi larutan kalium ferisianida dalam buffer fosfat
(Gambar 10).
Sistem DMFC menggunakan membran penukar proton sebagai penghubung
antara reaksi di katode dan anode (Marita 2011). Sistem DMFC menggunakan
metanol sebagai bahan bakar. Metanol digunakan sebagai bahan bakar karena
memiliki potensial reduksi yang lebih kecil dibanding dengan air yaitu 0.76 V <
0.83V sehingga metanol lebih mudah dioksidasi dibanding dengan air.

15

Gambar 10 Bejana pada sistem DMFC
Beda potensial tertinggi yang dihasilkan dalam uji aplikasi ini terdapat pada
membran sPSf-TiO2 sebesar 422 mV dengan elektrode logam. Kenaikan
konsentrasi TiO2 dapat meningkatkan nilai beda potensial, penambahan TiO2 akan
meningkatkan transfer ion atau konduktivitas membran, konduktivitas berbanding
lurus dengan beda potensial (Pramono et al. 2012). Adanya TiO2 dan gugus
sulfonat dapat mempercepat transfer proton. Peningkatan presentase konduktivitas
proton dapat dilihat pada Lampiran 7.
Dalam DMFC metanol langsung diubah menjadi energi listrik melalui
proses kimia dengan menggunakan membran sebagai penghalang selektif (Marita
2011). Proses oksidasi metanol menghasilkan elektron, proton, dan gas CO2. Gas
CO2 dikeluarkan dari sistem sementara proton bergerak melewati membran
menuju katode kemudian bereaksi dengan O2 dan menghasilkan air, sedangkan
tumpukan elektron di anode akan mengalir ke katode dengan menghasilkan beda
potensial (Marita 2011). Fe3+ dari larutan K3Fe(CN)6 akan tereduksi menjadi Fe2+
oleh aliran elektron dari anode tersebut dengan ditandai timbulnya warna kuning
kehijauan pada larutan. Berikut reaksi yang terjadi dalam sistem.
Reaksi 1:
Anoda : CH3OH (l) + H2O (l)CO2(g)+ 6H++ 6eKatoda : 3/2 O2(g) + 6H++ 6e-3H2O(l)
Reaksi keseluruhan : CH3OH(l) + 3/2 O2(g) CO2(g) + 2H2O(l)
(Kundu dan Sharma 2007)
Reaksi 2:
Reduksi : Fe3+ + e- Fe2+
E° = 0.77 V
2+
Oksidasi : Fe  Fe + 2e
E° = 0.44 V
Beda potensial yang dihasilkan elektorode karbon lebih rendah daripada
elektrode logam (Gambar 11). Hal ini disebabkan elektrode karbon bersifat inert
sehingga tidak ada reaksi baik di katode maupun anode, sedangkan elektode
logam merupakan elektrode aktif yang ikut bereaksi terutama di anodenya dapat
mengalami oksidasi, sehingga Fe akan teroksidasi menjadi Fe2+. Hal ini
ditunjukkan dengan timbulnya endapan hijau kekuningan yang menempel pada
elektrode besi sehingga meningkatkan nilai beda potensial.

16

sPSf-TiO2 3%

sPSf-TiO2 5%

Elektrode karbon
Elektrode logam

Gambar 11 Beda potensial membran aktivasi
Arus yang dihasilkan dapat diperoleh dengan mengkonversi nilai beda
potensialnya (Lampiran 9). Gambar 12 menunjukkan nilai arus yang dihasilkan
pada sistem. Penambahan komposit dan gugus sulfonat dapat meningkatkan arus
yang dihasilkan, hal ini dikarenakan arus berbanding lurus dengan beda potensial.
Nilai arus yang dihasilkan menunjukkan banyaknya muatan listrik akibat
pergerakan elektron pada sistem DMFC. Semakin banyak elektron yang bergerak
maka nilai kuat arus yang dihasilkan akan semakin tinggi.

sPSf-TiO2 3%
Elektrode karbon
Elektrode logam

Gambar 12 Nilai arus yang dihasilkan membran

sPSf-TiO2 5%

17

SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Pembuatan membran polisulfon tersulfonasi-TiO2 telah berhasil dilakukan
pada suhu 40 °C. Hal ini dibuktikan dengan hasil substitusi sulfonat yang masuk
cincin aromatik dengan nilai derajat sulfonasi sebesar 47.52%. Selain itu dari hasil
FTIR juga ditunjukkan adanya puncak gugus sulfonat 1,2,4- pada serapan 1724
cm-1. Keberadaan komposit TiO2 dengan konsentrasi 5% pada membran
meningkatkan nilai konduktivitas dan beda potensial yang dihasilkan berturutturut, yaitu sebesar 1.07 × 10-3 S/cm dan 422 mV dengan elektrode logam. Uji
kualitatif kemampuan menunjukkan tidak ada metanol yang terdifusi melewati
membran ditandai dengan keringnya bagian sisi permukaan membran sehingga
hal ini dapat diaplikasikan pada sistem direct methanol fuel cell.

Saran
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut sintesis polisulfon tersulfonasiTitanium dioksida dengan konsentrasi polisulfon yang lebih besar, penentuan
konsentrasi optimum dari TiO2 yang digunakan untuk melihat pengaruh beda
nyata dari penambahan TiO2 dan suhu sulfonasi optimum, serta uji analisis DSC
untuk mengetahui ketahanan termal dari membran, Uji XRD untuk melihat
krisatalinitas membran. Serta dilakukan variasi suhu sistem DMFC untuk
mengetahui sifat elektrokimia sistem sel bahan bakar terhadap pengaruh
kinetikanya. Lebih baik lagi jika dibuat membrane electrode assembly (MEA) dari
membran polisulfon tersulfonasi-TiO2 agar menghasilkan nilai konduktivitas
proton yang lebih besar.

DAFTAR PUSTAKA
Devrim Yilser, Erkan Sedar, Bac Nurcan, Eroglu Inci. 2009. Preapration and
characterization of sulfonated polysulphone/titanium dioxide composite
membranes for proton exchange membrane fuel cells. J of Hydrogen
Energy. 34(2009):3467-3475.
Handayani S, Dewi EL. 2007. Pengaruh suhu operasi terhadap karakteristik
membran elektrolit polieter eter keton tersulfonasi. J Material Science. 8(2)
ISSN:1411-1098.
Handayani S. 2008. Membran elektrolit berbasis polieter-eter keton tersulfonasi
untuk direct methanol fuel cell suhu tinggi [disertasi]. Jakarta (ID):
Universitas Indonesia.
Hasan A. 2007. Aplikasi sistem fuel cell sebagai energi ramah lingkungan di
sektor transportasi dan pembangkit. J Environment Science Technology.
8(3):277-286.

18
Juniarzadinata R. 2011. Kajian struktur dan uji fluks membran polisulfon dengan
metode inversi fasa [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Kundu PP dan Sharma Vinay. 2007. Composites of proton- conducting polymer
electolyte membrane in direct methanol fuel cels. Critical Reviews in Solid
State and Materials Sciences. 32:51-66.
Liu L, Chakm A, & Feng X. 2004. Preparation of hollow fiber poly (ether block
amide)/ polysulfone composite membrans for separation of carbon dioxide
from nitrogen. Chemical Engineering Journal. 105:43-51.
Lufrano F, Baglio V, Staiti P, Arico AS, Antonucci V. 2008. Polymer electrolytes
based on sulfonated polysulfone fordirect methanol fuel cells. J Power
Source. 179:34–41.
Luntraru VI, Vaireanu DI, Ghindeanu DL, Nechifor G. 2013. The synthesis and
characterization of a new composite material: polysulfone- Fe3O4/TiO2.
Sci.Bull. 75.
Marita IM. 2011. Pembuatan dan karakterisasi komposit membran PEEK
silika/clay untuk aplikasi direct methanol fuel cell [tesis]. Semarang (ID):
Universitas Diponegoro.
Martins CR, Hallwass F, Almeida YMB, Paoli MA. 2007. Solid-state 13C NMR
analysis of sulfonated polystyrene. Ann Magn Reson 6:46-55.
Mingliang Luo, Qingzhi W, Jialin Liu, Zilong JIA. 2011. Fabrication of
SPES/Nano-TiO2 composite ultrafiltration membrane and its anti-fouling
mechanism. Chinese Journal of Chemical Engineering. 19(1)45-51.
Pavia DL, Lampman GM, Kriz GS, Vyvyan JR 2009. Introduction to
Spectroscopy 4th Ed. Washington (US): Thomson Learning, Inc.
Piluharto B, Cynthia LR, Tanti H. 2012. Pengembangan membran penukar proton
berbasis polisulfon tersulfonasi untuk aplikasi direct methanol fuel cell
(DMFC) [laporan]. Jember (ID): Universitas Jember.
Pramono E, Wicaksono A, Priyadi, Wulansari J. 2012. Pengaruh derajat sulfonasi
terhadap degradasi termal polistirena tersulfonasi. J physics 2(2):157.
Pramono E, Radiman CL Loos KU. 2012. Polysulphone/sulfonatedpolysulphone/TiO2 composite membrane for fuel cell aplications. J of
Hydrogen Energy. 40(2012):45-51.
Shin JP, Chang BJ, Kim JH, Le SB, Suh DH. 2005. Sulfonated polystyrene/PTFE
composite membrane. J Membrane Science. 251:247-254.
Smitha B, Anjali Devi D, Sridhar S. 2008. Proton-conducting composite
membranes of chitosan andsulfonated polysulfone for fuel cell application. J
Energy Fuel. 33:4138–4146.
Suhada H. 2001. Fuel cell sebagai penghasil energi abad 21. Jurnal Teknik Mesin.
3(2):92-100.
Suka I G, Rifan M, Pandiangan KD, Simanjuntak W, Dewi EL. 2009. Sulfonasi
membran poliakrilonitril butadiena stirena (ABS) sebagai membran polimer
elektrolit direct metahnol fuel cell (DMFC). J Sains MIPA. 15(1):28-34.
Wisojodharmo LA, Dewi LE. 2008. Pembuatan membrane electrode assembly
(MEA) dengan katalis platina karbon pada PEMFC. Prosiding Seminar
Teknoin Bidang Teknik Mesin. Yogyakarta, 22 November 2008.
Yogyakarta (ID): BPPT. Hlm 105-108.

19
Xing P, Gilles PR, Michael DG, Serguei DM, Keping W, Serge K. 2004.
Synthesis and characterization of sulfonated poly(ether ether ketone) for
Proton Exchange Membranes. J Membrane Science. 229:95-106.

LAMPIRAN
Lampiran 1 Diagram alir penelitian

Polisulfon (PSf)
Penambahan oleum pada suhu
40 °C selama 60 menit.
Sintesis Polisulfon
Tersulfonasi (sPSf)

Penentuan

Penambahan Titanium Dioksida

Derajat Sulfonasi
Membran Polisulfon TersulfonasiTitanium Dioksida (sPSf-TiO2)

Pencirian

Kinerja Membran

Aplikasi pada
DMFC

1. FTIR
2. SEM

1. Pengukuran Bobot Jenis
2. Pengujian Water Uptake
3. Pengukuran Konduktivitas Membran
4. Pengukuran Permeabilitas Metanol

20

Lampiran 2 Penentuan derajat sulfonasi (DS)
Ulangan

Bobot sampel
(g)

VNaOH
(mL)

awal

VHCl (mL)
Akhir
terpakai

1

0.1019

10.00

9.20

18.30

9.10

47.36

2

0.1012

10.00

18.30

27.40

9.10

47.68

Derajat Sulfonasi
(%)

Rerata

47.52

Contoh perhitungan (ulangan 1):
Diketahui:
Vawal = VHCl blanko = 9.70 mL
Vakhir = VHCl terpakai = 9.10 mL
NHCl = 1.0046 N
BE SO3 = 80.06 g/ek
x 100%

DS =

=

x 100%

DS = 47.36%
Lampiran 3 Data penentuan water uptake
Jenis membran

Ulangan

PSf
sPSf
sPSf-TiO2 3%
sPSf-TiO2 5%

Water Uptake

Rerata
Water
Uptake
(%)

Bobot membran (g)
Kering

Basah

(%)

1

0.0382

0.0385

0.79

2

0.0475

0.0479

0.84

1

0.0234

0.0238

1.71

2

0.0239

0.0243

1.67

1

0.0239

0.0244

2.09

2

0.0201

0.0205

1.99

1

0.0104

0.011

5.77

2

0.0243

0.0257

5.76

Contoh perhitungan (membran sPSf-TiO2 5% ulangan 1)
Water uptake (%) =
=
=5.77%
Rerata Water Uptake (%) =
= 5.77%

0.82
1.69
2.04
5.77

22

Lampiran 4 Data penentuan densitas
Jenis membran
PSf
sPSf
sPSf-TiO2 3%
sPSf-TiO2 5%

Ulangan

w (g)
0

1

2

3

d (g/mL)
1

d

1

20.2273

20.2314

44.4993

44.4986

0.99805

(g/mL)
1.2033

2

20.2273

20.2308

44.4992

44.4986

0.99805

1.2043

1

20.2271

20.2292

44.5022

44.5018

0.99805

1.2326

2

20.2271

20.2287

44.5021

44.5018

0.99805

1.2281

1

20.2158

20.2194

44.4885

44.4878

0.99875

1.2395

2

20.2158

20.222

44.489

44.4878

0.99875

1.2381

1

20.2151

20.2196

44.4969

44.496

0.99875

1.2481

2

20.2151

20.2192

44.4968

44.496

0.99875

1.2406

Rerata d (g/mL)

1.2038
1.2034
1.2388
1.2444

Contoh perhitungan (membran sPSf-TiO2 5% ulangan 1)
d=
=
d =1.2481 g/mL
Ket: w0,1,2,3 berturut-turut= bobot pikno kosong, bobot pikno+sampel, bobot pikno+sampe+akuades, bobot pikno+akuades
dl, da, dan d berturut-turut= densitas air, densitas udara (0.00125 g/mL), dan densitas sampel

21

22
Lampiran 5 Data hasil FTIR
Bilangan gelombang membran (cm-1)

Gugus fungsi
PSf

sPSf

sPSf-TiO2 5%

Ikatan C=C pada cincin aromatik

1586.40-1488.71

1586.64-1488.57

1586.71-1491.96

Ikatan C-H pada cincin aromatik

3093.51-3067.57

3094.73-3067.58

3094.57-3067,61

Ikatan Hidrogen O-H

-

3628.77

3653.36

Ikatan C-O pada eter
Cincin aromatik tertrisubstitusi 1,2,4-

1250.01
-

1249.18
1724.29

1252.60
1725.04

Ikatan S=O asimetrik

1323.58

1323.53

1323.27

Ikatan S=O simetrik

1153.34

1151.66

1153.96
Lab orato ry Test Resu l t

7 7.0
70
1747.21
3711.27
3593.80

60

3541.57
3551.64

50

918.45

2080.08
2653.13
2410.65

3163.95

2041.37

2449.23
2595.75

3643.94

945.35
962.07

1774.87

621.25
795.48

1904.24

3652.03

756.38

1363.94

2873.29
3067.57
2934.21

%T 3 0

665.17

1386.53

3093.51
3036.78

40

461.46

PSf

635.89
740.58

1410.56

20

715.86

1206.33
2968.45

1080.87
1014.14

10

693.05
853.74

0

1323.58

1586.40

-12 .0

1504.27

4 00 0.0

3 00 0

2 00 0

873.84

1107.12
1294.77 1153.34
1169.72
1250.01

1488.71

1 50 0

559.53

834.92

1 00 0

4 50 .0

cm-1

Lab orato ry Test Resu l t

8 8.0
80

3902.75

3628.77
3547.15

60

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

sPSf
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

20
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

Lab orato ry Test Resu l t

6 5.3
60
55

2178.72

3890.93
2654.33

50
45

35

2693.09
2280.47
2080.63
2593.23

3553.56
3164.34

40

918.53

2220.42

2409.49

3651.51

2450.56

1774.13

945.78

466.65

961.39

2040.89
1904.39

30
%T

25
20

1725.29
3094.07
3037.00

795.37

1386.57

2873.19

15

1364.01

3067.60

10

666.82

2934.07

sPSf-TiO2 5%

5

1410.67
738.15

0
-5

1590.93

2968.36

-10
1487.67

-14 .5
4 00 0.0

635.80
1206.18 1014.24
1080.80
872.54 715.73
1110.53
837.88
1251.84
557.12
1150.66
693.16
1294.80

3 00 0

2 00 0

1 50 0
cm-1

853.43

1 00 0

4 50 .0

23
Lampiran 6 Data penentuan konduktivitas proton elektrode karbon
Konduktans (×10-3 S)

Konduktivitas (×10-3
S/cm)
nonaktivasi
aktivasi

Jenis
membran

Tebal
(cm)

nonaktivasi

aktivasi

PSf

0.008

155.77

176.95

6.4197

5.6513

0.2347

0.2666

sPSf
sPSf-TiO2
3%
sPSf-TiO2
5%

0.005

318.32

322.24

3.1415

3.1033

0.2997

0.3034

0.006

337.54

353.9

2.9626

2.8257

0.3814

0.3999

0.007

365.57

368.46

2.7355

2.7140

0.4819

0.4857

Resistansi (Ω)
nonaktivasi aktivasi

Luas permukaan elektrode: 5.31 cm2
Jenis
membran

Tebal
(cm)

PSf
sPSf
sPSf- TiO2
3%
sPSf- TiO2
5%

Konduktans (×10-3 S)

Resistansi (Ω)
nonaktivasi aktivasi

Konduktivitas (×10-3
S/cm)
nonaktivasi Aktivasi

nonaktivasi

aktivasi

0.008

297.73

303.25

3.3587

3.2976

0.5046

0.514

0.005

515.73

546.71

1.9390

1.8291

0.5463

0.5791

0.006

573.17

598.19

1.7447

1.6717

0.7268

0.7604

0.007

666.73

740.42

1.4999

1.3506

0.9888

1.0684

Luas permukaan elektrode: 4.72 cm2
Contoh perhitungan (membran sPSf-TiO2 3% elektrode karbon):
σ=G×
Keterangan :
-3
σ : konduktivitas proton (S/cm)
= 353.90 × 10 S ×
A : luas permukaan (cm2)
-3
σ= 0.3999 × 10 S/cm
l : jarak antar kedua elektrode
G : nilai konduktansi (S)
Parameter:
Frekuensi
CC
V-lim
Range
Open
Short

: 100.00 kHz
: 1.00 mA
: 10 mV
: Auto 10Ω
: Off
: Off

24
Lampiran 7 Data persentase peningkatan konduktivitas proton
Elektrode

Konduktivitas (mS/cm)

Jenis membran

Peningkatan (%)

Aktivasi

Nonaktivasi

Aktivasi

Nonaktivasi

PSf

0.2666

0.2347

0

0

sPSf

0.3034

0.2997

13.80

27.69

sPSf-TiO2 3%

0.3999

0.3814

31.81

27.26

sPSf- TiO2 5%

0.4857

0.4819

21.46

26.35

PSf

0.5140

0.5046

0

0

sPSf

0.5791

0.5463

12.67

8.26

sPSf- TiO23%

0.7604

0.7286

31.31

33.37

sPSf- TiO25%

1.0684

0.9888

40.50

35.71

Karbon

Logam

Contoh perhitungan peningkatan konduktivitas akibat penambahan gugus sulfonat
(elektrode karbon, membran aktivasi sPSf-TiO2 5%):
Peningkatan (%) =
= 21.46%

Peningkatan (%) =

Lampiran 8 Beda potensial yang dihasilkan pada setiap membran
Beda potensial (mV)

Jenis membran

Karbon

Logam

PSf

130

305

sPSf

140

335

sPSf-TiO23%

153

410

sPSf-TiO2 5%

171

422

Lampiran 9 Nilai arus yang dihasilkan pada setiap membran
G (S)

Membran

V (Volt)

I (Ampere)

Karbon

Logam

Karbon

Logam

Karbon

Logam

PSf

0.1770

0.3033

0.130

0.305

0.0230

0.0925

sPSf

0.3222

0.5467

0.140

0.335

0.0451

0.1831

sPSf-TiO23%

0.3539

0.5928

0.153

0.410

0.0541

0.2430

sPSf- TiO25%

0.3685

0.7404

0.171

0.422

0.0630

0.3124

Contoh perhitungan (membran sPSf-TiO2 5%, elektrode karbon):
I=G×V
= 0.3685 Sх0.171
I = 0.0630 A

25

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta 23 Maret 1993. Penulis merupakan anak ke 8
dari pasangan H. Muhamad Hasan dan Hj. Siti Huriyah. Tahun 2010 penulis lulus
dari Sekolah Menengah Atas Negeri 48 Jakarta dan melanjutkan pendidikan di
Institut Pertanian Bogor dengan jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam melalui jalur undangan seleksi masuk IPB (USMI). Penulis
merupakan penerima beasiswa peningkatan prestasi akademik.
Penulis aktif di kegiatan non-akademik, seperti menjadi anggota (2012)
departemen Pengembangan Kimia dan Seni Ikatan Mahasiswa Kimia (Imasika)
dan Wakil Ketua Umum Ikatan Mahasiswa Kimia (Imasika) (2013), (2012-2014)
Anggota departemen kewirusahaan Ikatan Himpunan Mahasiswa Kimia Indonesia
(Ikahimki), dan Anggota Komunitas Pecinta Alam departemen kimia IPB
(Akapela), (2012) menjadi Wakil Ketua Chemistry Challenge Pesta Sains
Nasional, dan aktif diberbagai kepanitian. Penulis juga aktif mengajar mata kuliah
kimia di bimbingan belajar Primagama. Bulan Juli-Agustus 2014 penulis
melaksanakan Praktik Lapangan di Direktorat Pengolahan Resarch &
Development PT Pertamina (Persero) dengan judul laporan Kajian Kinerja
Surfaktan Alkil Poliglikosida dan Polimer Poliakrilamida untuk Enhanced Oil
Recovery.
Penulis juga aktif mengikuti rapat tingkat nasional. Tahun 2013 penulis
mengikuti Rapat Kerja Nasional Ikahimki di Pekanbaru, Riau dan Musyawarah
Tahunan Ikahimki di Palu, Sulawesi Tengah. Penulis juga aktif mengikuti lomba
karya tulis ilmiah baik tingkat nasional maupun internasional. Beberapa prestasi
yang diraih Program Kreativitas Mahasiswa didanai DIKTI tahun 2011 dan Paper
Accepted dalam acara The First Annual International Scholars Conference In
Taiwan